摘 要

光纤通信技术是现代信息技术的重要组成部分，与其他传统通信方式相比较，光纤通信有其独有的优势。优秀的光器件为其发展提供了现实基础，在性能成本等方面影响很大，所以光学器件的推进一直是研究和发展的重点。

微环谐振器具有普通光器件没有的优点，它有简单的结构，微小的尺寸，高集成度等，还具有结构紧凑的特点，同时微环谐振器具有优秀的滤波特性 。本文首先介绍了光纤通信在通信系统中的重要地位，和微环谐振器在其中的发展前景。微环谐振器的输出特性和延时特性是其两大特性，都具有广泛的应用范围。之后研究了微环谐振器的理论基础，分析直波导和弯曲波导之间的耦合关系，以此为基础建立单直波导单环和双直波导单环的理论模型，先讲述了工作原理，推导出输出方程，详细介绍了微环谐振器的几项性能参数和相位特性。理解参数表达式里各项变量表达的意思和对参数变化的影响。单环谐振器是微环谐振器里的基础模型，为了研究多微环谐振器的理论采用传输矩阵法，在之前的单微环基础上解析双直波导串联微环谐振器的传输矩阵模型，得出多微环结构谐振器的的传输特性。分析了耦合系数、传输系数等参数对其传输特性和延时特性的影响。发现双直波导微环谐振器上下耦合系数相差越大输出特性越差；传输系数表明了光信号在材料中的固有损耗，所以传输系数越大其输出特性越好；对多微环谐振器在环数不同情况下特性进行分析，发现发现多微环谐振器中的简并现象。

关键字：波导；微环；谐振腔；传输特性

Abstract

Optical fiber communication technology is an important part of modern information technology, compared with other traditional communication methods, optical fiber communication has its unique advantages. Excellent optical devices provide a realistic basis for their development, in terms of performance costs and other aspects of great impact, so the advancement of optical devices has been the focus of research and development.

Micro-ring resonator has the advantages of ordinary optical devices, it has a simple structure, small size, high integration, but also has a compact structure, while micro-ring resonator has excellent filtering characteristics. This paper first introduces the important position of optical fiber communication in communication system, and the development prospect of micro-ring resonator. Micro-ring resonator output characteristics and delay characteristics of its two major characteristics, have a wide range of applications. Then, the theoretical basis of the micro-ring resonator is studied, and the coupling relationship between the direct waveguide and the curved waveguide is analyzed. Based on this, the theoretical model of single-channel single-ring and double-straight-wave single ring is established. The output equation is described in detail, and several performance parameters and phase characteristics of the micro-ring resonator are introduced in detail. Understand the meaning of the variables in the expression of the parameter and the effect on the parameter change. In order to study the theory of multi-micro-ring resonator, the transmission matrix model is used to analyze the transmission matrix model of the double-waveguide series micro-ring resonator on the basis of the previous single micro-ring. In this paper, And the transmission characteristics of the multi-micro ring structure resonator are obtained. The influence of coupling coefficient and transmission coefficient on its transmission characteristics and delay characteristics is analyzed. The transmission coefficient indicates the inherent loss of the optical signal in the material. Therefore, the larger the transmission coefficient is, the better the output characteristic is. The multi-micro-ring resonator is the same as the multi-micro-ring resonator. The number of rings in different circumstances to analyze the characteristics and found that multi-micro-ring resonator degeneracy.

Keywords: Waveguide；Micro-ring；Resonant cavity；Transmission characteristics

目录

摘要 I

Abstract II

第1章绪论 1

1.1课题研究背景目的意义 1

1.2国内外研究现状 2

1.3本文主要研究内容 2

第2章微环谐振器的基本理论 4

2.1微环谐振器概述 4

2.2微环谐振器的原理 5

2.3双波导微环谐振器 7

2.4微环谐振器的性能参数 9

2.5相位特性 11

2.6本章小结 12

第3章单环谐振器的传输特性 13

3.1耦合系数对单环谐振器延时特性的影响 13

3.2传输系数对单环谐振器延时特性影响 13

3.3耦合系数对单环谐振器输出特性的影响 14

3.4谐振圈数单环谐振器输出特性的影响 15

3.5本章小结 16

第4章串联多环谐振器的延时特性 17

4.1串联多环谐振器 17

4.2串联多环谐振器的延时特性分析 18

4.3串联个数对串联多环谐振器延时特性的影响 18

4.4耦合系数对串联多环谐振器微延时特性的影响 19

4.5传输系数对串联多环谐振器微延时特性的影响 21

4.6本章小结 22

第5章总结 23

5.1 本文工作总结 23

5.2 工作展望 23

致谢 24

参考文献 25

第1章绪论

1.1课题研究背景目的意义

上世纪中叶以来，人类计算机以及互联网技术经历了前所未有的快速发展，而现代化的信息交流技术是其蓬勃发展的重要基础，信息技术已经影响了人类生活的各个方面，改变了人类交流方式。信息爆炸是很多人对于这个时代的评价，随之而来的是越来越高的信息技术标准和严格的要求。并逐渐迈向由太比特每秒（Tbit/s）信息传输、太比特每秒（Tbit/s）信息处理和太比特（Tbit）信息存储所构成的三“T”模式^[1]。光纤通信有其基本原理^[2]：它主要由发送端、光纤、接收端这三部分组成。初始信号不一定是可用的电信号，所以需要先进行信号转换，得到对应的电信号后由发送端发出。接收端收到的光信号是经过了调制的，只有完成解调才能成为可以识别的光信号。纤芯、包层、涂敷和外套是光纤的组成部分^[3]。它是一个有着多层的介质结构的圆柱体。纤芯需要有合适的折射率才能使用，这涉及了材料的物理特性^[4]。包层比纤芯的折射率更高，这样内部的光信号会在内部不断反射而不容易损耗^[5]。包裹涂料在次外层，因为纤芯和包层的机械强度不够，用包裹涂料来增加其机械强度，否则光纤容易受到外来损伤。最外层是一层保护套^[6]，如果没有它，光纤仍无法保证强度。

与其他传统通信方式相比较，光纤通信有其独有的优势：其可以利用的频带很宽，光波信号一般使用激光，其波长很短，可以拥有很大的通信容量，如果能充分发挥其物理特性，作用将远超现有的通信方式；光波在光纤中的传输损耗很低，在特定波长下更能体现出这种现象^[7]。具有高级的保密性能和抗干扰性能，因为光波被包裹在光纤中不易泄露，也不易受到外界干扰；光纤具有重量和体积上的优势，相比传统通信设备也更容易铺设和安装；具有原材料优势，二氧化硅来源丰富且对环境友好，制成的光缆也会继承其性质稳定寿命长的特点^[7]。与此同时光纤还有一些不足：质地脆的缺点无法避免，而且弯曲半径有所限制，这是先天的材料性质，所以需要重重保护；光缆不想传统设备适合切断和连接，对设备和技术专业性要求较高。