Спектроанализаторы на основе оптических волноводных матриц тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.03 ВАК РФ

Актуальность темы диссертации.4

Общая характеристика работы.6

Цель работы.6

Научная новизна работы.6

Научная и практическая ценность.7

Апробация работы.8

Публикации.8

Структура и объем работы.8

Краткое содержание работы.9

Заключение

1. На основе общей теории многолучевых спектроанализаторов и теории оптических волноводов получены в общем виде формулы для расчета основных спектральных характеристик ВСА;

2. Рассмотрены причины фазовых и амплитудных ошибок приводящих к ухудшению спектральных характеристик и существующие методы компенсации фазовых ошибок. Предложен метод корректировки фазовых ошибок для волноводных матриц на основе полупроводниковых материалов, основанный на зависимости показателя преломления от концентраций свободных носителей заряда в полупроводнике;

3. Получены формулы для определения спектральных характеристик ВСА с учетом волноводной и материальной дисперсии для различных оптических схем ВСА на основе планарных, канальных волноводов и волоконных световодов;

4. Проведен теоретический анализ зависимости дисперсионного множителя с учетом волноводной и материальной дисперсии от параметров волноводной системы для трех конкретных схем ВСА;

5. Установлено, что вклад волноводной и материальной дисперсии в дисперсионный множитель для случая ВСА с рельефной ступенчатой структуры может быть как отрицательной так и положительной величиной;

6. На основе расчетов, проведенных с учетом волноводной и материальной дисперсии, были скорректированы ранее полученные расчетные значения спектральных характеристик для экспериментального макета ВСА на основе волоконных матриц;

7. Изготовлены и исследованы макеты ВСА на основе волновода из пленки Та205 на кварцевой подложке, предназначенных для исследования характеристик полупроводниковых лазеров;

8. Предложен ВСА отражательного типа и получены формулы для определения его спектральных характеристик;

9. Разработан волноводный М/Д на основе волоконных матриц с использованием двухкаскадной схемы, позволяющей получить высокое спектральное разрешение и широкий спектральный диапазон.

1. Е.М.Дианов, А.А.Кузнецов. Спектральное уплотнение каналов в волоконно-оптических линиях связи. Квантовая электроника, т. 10, №2, с.245-264, (1983).

2. В.А.Сычугов, В.Г.Еленский. Микрооптические и интегрально-оптические демультиплексоры в системах волоконно-оптической связи. Зарубежная радиоэлектроника, №12, с.50-59 (1983).

3. А.С.Семенов, В.Л.Смирнов, А.В.Шмалько. Интегральная оптика для систем передачи и обработки информации. М. Радио и связь, 1990.-224с.

4. Волноводная оптоэлектроника. Пер. с англ./ Под ред. Т. Тамира. М.,Мир, 1991.-575с.

5. Р.Р.Убайдуллаев. Волоконно-оптические сети. ЭКО-ТРЕНДЗ. М. 1998.

6. Л.Н.Дерюгин, И.В.Черемискин, Т.К.Чехлова. Многолучевые интерферометры на основе кольцевых резонаторов. Тезисы докл. XI Всес.конф. по когерентной и нелинейной оптике. Ереван, часть II, с.454-455, 1982.

7. Л.Н.Дерюгин, А.И.Гудзенко, И.В.Черемискин, Т.К.Чехлова и др. Анализатор спектра и способ его изготовления. Авт.свид. N 1204011, 8 сент.1985 г.

8. А.И.Гудзенко, И.В.Черемискин, Т.К.Чехлова. Волноводные эшелоны Майкельсона. Известия вузов. Радиоэлектроника, т.31, N 8, с.77-79, (1988).

9. M.K.Smit. New focusing and dispersive planar component based on an optical phased array Electron.Lett., vol.24, N 7, pp.385-386, (1988).

10. M.K.Smit. Integrated optics in silicon-based aluminum oxide. Ph.D. thesis, Delft University if Technology, Delft, The Netherlands, 1991, ISBN90-9004261-Х.

11. Х.Г.Васкес, И.В.Черемискин, Т.К.Чехлова. Волоконно-оптический анализатор спектра. Квантовая электроника, т.19, N 4, с.387-388, (1992).

12. H.Takahashi, S.Suzuki at al. Arrayed-waveguide grating for wavelength division multi/demultiplexer with nanometer resolution. Electron.Lett., vol.26, pp.87-88, (1990).

13. Sun Z.J., McGreer K.A., Broughton J.N. Demultiplexer with 120 Channels and 0.29-nm Channel Spacing IEEE, Photonics Techn. Lett., v.10, №1, 1998, pp.90-92.

14. А.А.П1ИШЛОВСКИЙ. Прикладная физическая оптика. M., Физматгиз, 1961.

15. I.V.Tcheremiskin, T.K.Chekhlova, A.G.Timakin. Waveguide spectrum analyser based on the step structure. Electron.Lett., vol.26, pp. 1952-1954, (1997).

16. H.Takahashi et al. Transmission Characteristics of arrayed Waveguide NxN Multiplexer. J.Lightwave Technology, vol.13, №3, pp.447-455, 1995.

17. H.Takahashi et al. Polarisation-intensitive arrayed-waveguide grating wavelength multiplexer on silicon. Optics Letters, vol.17, №7, pp.499-501, 1992.

18. H.Takahashi Y.Hibino, M.Kawachi. Polarization-insensitive arrayed wavelength multiplexer with birefringence compensating film. IEEE Photon. Technol. Lett., vol. 5, pp. 707-709, 1993.

19. M.Zirngibl, C.H.Joyner, L.W.Stulz, T.Gaiffe, C.Dragone. Polarization independent 8x8 waveguide grating multiplexer on InP. Elektron. Lett.,vol.29,pp.201-202, 1993.

20. S.Ando, T.Sawada, Y.Inoue. Thin, flexible wave plate of fluorinated polyimide. Electron. Lett., vol.29, pp.2143-2144, 1993.

21. C.Dragon, C.A.Edwards, R.C.Kistler. Integrated optics NxN multiplexer on silicon. IEEE Photon.Technol.Lett., vol.3, pp.896-899, October, (1991).

22. P.C.Clemens, G.Heise, R.Marz, et al., IEEE Photon. Technol.Lett., vol.7, pp. 1040-1, October,(1995).

23. K.Okamoto, M.Ishii, Y.Hibino et al. Electron.Lett., vol.31, pp. 1464-1466, August 17,(1995).

24. J.C.Chen, C.Dragon. Low transition losses in waveguide grating routers. Pros.ECIO-97, pp.34-37,1997.

25. W.P.Huang, C.L.Xu, S.T.Chi et al. J.Lightwave Technol., vol. 10,March, pp.295-305, 1992.

26. V.Delisle, G.Grand, A.Fourniez, P.Mottier. Reduced-size low-crosstalk PECVD silica phasar using widened continuous bends. Pros. ECIO-97, pp.72-75,1997.

27. F.Ladouceur, P.Labeye. A new general approach to optical waveguide path design. J.Lightwave Technology, vol.13, 13, pp.481-492, 1995.

28. C.Dragon. An NxN optical multiplexer using a planar arrangement of two star couplers. IEEE Photon.Technol.Lett., vol.3,№9, pp.812-815,1991.

29. M.Kawachi, M.Yasi, T.Edahiro. Fabrication of Si02-Ti02 glass planar optical waveguides by flame hydrolysis deposition. Electron.Lett., vol.19, pp.583-584,1983.

30. M.Kawachi. Silica waveguides on silicon and their application to integrated-optic components. Optical and Quantum Electronics, vol.22, pp.391-416, 1990.

31. S.Suzuki, Y.Inone, Y.Ohimori. Polarisation-insensitive arrayed-waveguide grating multiplexer with Si02-on-Si02 structure. Electron.Lett.vol.30, №8,pp.642-643, 1994.

32. S.Kobayashi, K.Schmidt, M.Dixon, et al. High operation temperature 1x8 AWG modules for dense WDM application. Pros.ECIO-97, pp.80-83, 1997.

33. R.Mestric, M.Renaud, B.Martin, F.Gaborit. Up to channel phased-array wavelength demultiplexers on InP with-20 dB crosstalk. Proc. ECIO-97, pp.264-267, 1997.

34. Y.S.Oei, L.H.Spiekman, F.H.Groen, et al. Novel RIE process for high-quality InP-based waveguide structures. ECIO-95, Delf, April 3-6, 1995.

35. U.Koren et al. Appl.Phys.Lett, vol.54, №21, pp.2056-2058, 1989.

36. N.Bouadma, R.Levenson, P.Win et al. Monolithic integrated four DFB lasers array with polymer-based combiner for WDM lightwave systems. Proc. ECIO 97, pp.126-129, 1997.

37. N Bouadma et al, IEEE Photon.Technol.Lett, vol.6, №10, pp.1188-1190,1994.

38. A.Talneau, M.Allovon, N.Bouadma et al. Accurate wavelength spacing and fast switching in a four channel integrated source emitting at 1.55 |um. Proc. ECIO 97, pp. 122-125, 1997.

39. F.Delorme et al. Butt-jointed DBR laser with 15 nm tunability grown in three MOVPE steps. Electron.Lett, vol.31, №15, pp.1244-1245, 1995.

40. A.Talneau et al. Suppression of fringe diffraction in localised holographic exposure for DFB laser arrays. Phot.Tech.Lett, vol.7, №7, pp.721-723,1995.

41. M.Zirngibl Multifrequency laser for dense WDM applications. Proceedings ECIO'97, pp.254-259, 1997.

42. C.E.Zah et al. Wavelength accuracy and Output Power of multiwavelength DFB lasers with integrated star couplers and optical amplifiers. IEEE Photon.Technol.Lett., vol.8, pp.864-868, 1996.

43. J.B.Soole, A.Scherer, et al. Integrated grating demultiplexer and pin array for high density wavelength division multiplexed detection at l,5(im. Electron.Lett., vol.29, pp.558-559, 1993.

44. C.Cremer, N.Emeis, et al. Monolithically integrated DWDM receiver. IEE Proc.J., vol.140, pp.7174, 1993.

45. G.H.B.Thompson, S.M.Ohja, et al. Fabrication of a low loss integrated InGaAsP/InP demultiplexer using CH4/H2/02 reactive ion etching. Proc.of the 6th European Conf. On Integrated optics, April 18-22, 1993, Nenchatel, Switzerland, pp.2-12 to 2-13, 1993.

46. A.R.Vellekoop, M.K.Smit. Four-channel integrated-optics wavelength demultiplexer with weak polarization dependenct. J.Lightwave Technol., vol.9, pp.310-314, 1991.

47. H.Takahashi, I.Nishi and Y.Hibino. 10GHz spacing optical frequency division demultiplexer based on arrayed-waveguide grating. Electron.Lett., vol.28, pp.380-382, 1992.

48. M.Zirngibl, C.Dragon, C.HJoyner. Demonstration of a 15x15 arrayed wavelength demultiplexer on InP. IEEE Photon.Technol.Lett., vol.4, pp.1250-1253, 1992.

49. M.R.Amersfoort, C.R.de Boer, B.H.Verbeek, et al. Low-loss phased-array based 4-channel wavelength demultiplexer integrated with photodetectors. IEEE Photon.Technol.Lett., vol.6, №1, January 1994.

50. I.Moerman, G.Gondenys, et al., Influence of gas mixing on the lateral uniformity in horizontal MOVPE reactors. J.Cryst.Growth, vol.107, pp.175-180, 1991.

51. K.Okamoto et al. Electron.Lett., vol.32, pp. 1471-1472, 1996.

52. K.Okamoto. Integrated optical WDM devices. Proceedings ECIO'97, pp.62-67, 1997.

53. K.Okamoto, Proc. OFC'95 ThBl, San Diego, 1995.

54. P.Le Lourec et al. S-matrix oriented simulation of a looped-back four channel add-drop multiplexer. Proc. ECIO"97, pp. 18-20, 1997.

55. X.Leijtens et al. CAD-tool for integrated optics. Proc.7th Conf. on Integr.Opt.(ECIO'95), Delft, The Netherland, April 3-6, 1995, pp.463-466, 1995.

56. M.Born and Wolf. Principles of optics. Pergamon Press, sixth ed., 1993.

57. K.S.Chiang. Effective-index method for the analysis of optical waveguide couplers and arrays: An asymptotic theory. J.Lightwave Technol., vol.9, pp.62-67, Jan. 1991.

58. C.Vreeburg et al. First InP-based reconfigurable integrated add-drop multiplexer. IEEE Photon.Technol.Lett., July 1996.

59. J.C.Chen, C.Dragon. A proposed design for ultralow-loss waveguide grating routers. IEEE, Photonics Techn. Lett., v. 10, №3, 1998, pp.379381.

60. H.Yamada, K.Takada, S.Mitachi. Crosstalk reduction in a 10-GHz spacing arrayed-waveguide grating by phase-error compensation. J. of Lightwave Techn., v.16, №36 1998, pp.364-370.

61. Talneau A., Allovon M., Bounadma N., Slempkes, Ougazzaden A, Nakajima H. Accurate wavelength spacing and fast switching in a four channel integrated source emitting at 1.55 (im. Proc. ECIO 97, 1997, pp. 122-125.

62. Адаме M. Введение в теорию оптических волноводов, Москва «Мир» 1984.

63. Tanobe Н., Kondo Y., Kadota Y., Okamoto К., Yoshikuni Y. Temperature insensitive arrayed waveguide gratings on InP substrates. IEEE, Photonics Techn. Lett., v. 10, №2, 1998, pp.235-237.

64. Герра С.Э., Чехлова Т.К. Дисперсионные свойства волоконных матриц спектральных мультиплексоров. // Вестник РУДН, Сер. «Физика», №9, вып. 1, М. Изд. РУДН, 2001 г. С. 94-100.

65. Takada К., Abe M., Hida Y., Shubata T., Ishii M., Himeno A., Okamoto К Fabrication of 2GHz-spaced 16-channel arrayed-waveguide grating démultiplexer for optical frequency monitoring applications. Electron. Lett., v.36, №19, 2000, pp.1643-1644.

66. Герра С.Э., Каушик С., Черемискин И.В., Чехлова Т.К. Дисперсия отражательного эшелона Майке льсона. // XXXII Научная конференция факультета физико-математических и естественных наук РУДН: Тезисы докладов. Физические секции. М. Изд-во РУДН, 1996. С. 4.

67. Введение в интегральную оптику. Под ред. Барноски М., пер. с англ., изд. «Мир», Москва, 1977.

68. I.V. Tceremiskin, Т.К. Chekhlova, A.G. Timakin, Е. Guerra Itas. The large scale fibre multiplexer/demultiplexer. Proc. SPIE, 2002, in print.

69. Hida Y., Fukumitsu Т., Hahava F., Enomoto Y., Sumuda S., Takato N. Electron. Lett., 34,75 (1998).

70. Т.К. Chekhlova, A.G. Timakin, E. Guerra Itas. Correction of Phase-Errors in Arrayed-Waveguide Grating multiplexer/demultiplexer. J. of Russian Laser Research, v. 23, №5, 2002, pp.484-501.

71. Kamei S., Kaneko A., Ishii M., Himeno A., Itoh M. and Hibito Y. Very low crosstalk arrayed-waveguide grating multi/demultiplexer using cascade connection technique. Electron. Lett., v.36, №9, 2000, pp.823824.

72. Чехлова Т.К., Тимакин А.Г., Черемискин И.В. Сужение линии генерации полупроводникого лазера. Тезисы IX Международной научно-технической конференции «Лазеры в науке, технике, медицине», г. Сочи, сент. 1998 г., М.

73. Lai Q, Lanker M., Hunziker W., Melchior H. Tunable wavelength-selection switch and multiplexer/demultiplexer based on asymmetric silica-on-silicon Mach-Zehnder interferometer. Electron. Lett., v.34, №3, 1998, pp.266-267.

74. Inoue Y., Kaneko A., Hanawa F., Takahashi H., Hattori K., Sumida S. Athermal silica-based arrayed-waveguide grating multiplexer. Electron. Lett., v.33, №23, 1997, pp.1945-1947.

75. Wildermuth E., Nadler Ch., Lanker M., Hunziker W., Melchior H. Penalty-free polarization compensation of SiCVSi arrayed waveguide grating wavelength multiplexers using stress release grooves. Electron. Lett., v.34, №17, 1998, pp.1661-1662.

76. Zauner D., Hubner J., Malone K., Kristensen M. UV trimming of arrayed-waveguide grating wavelength division demultiplexers. Electron. Lett., v.34, №8, 1998, pp.780-781.

77. Heiblum М., Harris J.H. Analysis of curved optical waveguide by conformal transformation. IEEE J. of Quantum Electronics, v.QE-11, №2, 1975, pp.75-83.