一、Novel Propagation Analysis of Coupled Waveguides by Coupled Mode Expansion and Segmentation（论文文献综述）
许弘楠[1]（2021）在《面向多维复用的硅基亚波长结构集成光子器件研究》文中进行了进一步梳理伴随着微电子技术的快速发展与数据处理需求的爆发性增长,芯片互联与数据中心通信正面临着日益严重的传输带宽瓶颈。基于多维复用的新型光互联技术则通过结合波长、偏振、模式等多个维度,提供了一种可行的解决方案。硅基集成光子器件凭借其紧凑的器件尺寸、极低的工作能耗与成熟的加工工艺,被广泛视作构建基于多维复用光互联系统的最佳平台之一。近年来,包括亚波长光栅、超材料、超光栅在内的硅基亚波长结构逐渐兴起,并被应用于波长、偏振、模式等光子特性的精确调控。本文涉及的主要工作是,通过结合硅基亚波长结构与硅基集成光子学,实现一系列具有低损耗、低串扰、大带宽,并可用于片上、片间及空间多维复用的硅基集成光子器件。我们首先讨论了在硅基集成光子器件的仿真、加工与测试方法,并在此基础上,依次对偏振维度、模式维度、波长维度调控以及空间多维光通信中涉及的几类关键器件进行研究。针对偏振维度调控,我们利用硅基亚波长光栅的各向异性与色散特性,提出三类高性能偏振调控器件,即硅基偏振分束器、硅基起偏器与硅基偏振旋转器。对于硅基偏振分束器,我们提出一种基于亚波长光栅异质结的新颖结构。通过拼接光轴取向正交的亚波长光栅,构造了一种具有显着各向异性的耦合器结构,从而有效地分离了输入的正交偏振态。这一器件可以实现215nm以上的工作带宽。对于硅基起偏器,我们提出一种新颖的亚波长光栅/弯曲波导混合结构。通过结构参数优化,可以使得亚波长光栅对TE、TM偏振态产生显着的等效折射率差,从而有效地增强弯曲损耗的偏振相关性,从而保证输入光中的TM分量被完全滤除。这一器件可以在415 nm以上的光学带宽范围内保证低插入损耗与高偏振消光比。对于硅基偏振旋转器,我们提出一种新颖的亚波长光栅/缺角波导混合结构。我们将传统缺角波导中的缺角部分替换为亚波长光栅,利用亚波长光栅的异常色散特性,消除了偏振转化长度的波长相关性,从而实现了 415 nm以上的超大光学带宽。针对模式维度调控,我们利用亚波长光栅与超材料的折射率调控特性,提出三类高性能多模传输相关器件,即硅基多模波导弯曲结构、硅基多模波导交叉结构与硅基多模波导功分器。对于多模弯曲传输,我们提出一种新颖的渐变折射率模式转换器,将输入的直波导模式完全转化为相应的弯曲波导模式。我们实验验证了半径30μm以下的4模式弯曲传输,实验测得1.5 dB以下的插入损耗与-20 dB以下的模间串扰。对于多模交叉传输,我们提出一种新颖的Maxwell鱼眼透镜结构,并利用其共轭成像特性将任意高阶模式无损地传输至对侧。我们实验验证了基于这一结构的2模式交叉传输,实验测得插入损耗仅为0.28 dB,同时串扰低于-20 dB。对于多模分束传输,我们提出一种新颖的等效介质分束镜结构,通过调控亚波长光栅的等效折射率,将特定比例的入射光反射至输出端口,从而实现低损耗、低串扰的多模分束传输,并且具有415 nm以上的超大光学带宽。针对波长维度调控,我们提出一种基于连续区束缚态的硅基超光栅滤波器。利用波导内部的干涉相消效应,消除Bragg谐振态的横向衍射损耗,从而产生具有高品质因子的准束缚态。我们实验验证了临界波导宽度附近准束缚态的建立过程,并且利用这一机制构造了Q值5000以上、自由光谱范围100 nm以上的窄线宽滤波器。针对空间多维光通信,我们提出一种基于连续区束缚态的硅基超光栅光学天线。利用不同衍射通道之间的干涉相消效应,有效抑制了光栅天线的衍射强度,并实现了平坦的衍射强度光谱。实验测得衍射强度仅为3.3×10-3 dB/μm,对应0.027°以下的超小远场发散角。最后,我们总结了本文中的主要工作,并对未来的研究方向进行了展望。
张译戈[2]（2021）在《毫米波发射前端集成滤波技术研究》文中研究指明随着通信技术的发展,基于对传输速率以及对频谱利用率的考量,通信发射机的发射频率不断提高。对于毫米波发射机而言,由于发射频率较高,为了提高发射信号的指标,一般采用多次变频的形式,而每一次变频除了所需信号的频率外,还有各种组合频率,如果不加以抑制就会对信号产生干扰,因此在毫米波发射机中需要进行多次滤波。此外随着通信系统集成度的提高,对器件提出了小型化以及高性能的要求,当前的SIW滤波器在毫米波发射机中仍显得尺寸较大,而HMSIW以及QMSIW尺寸较小但其性能在高频段表现不好,本文目的即设计对应毫米波发射机两个频段的高性能小型化滤波器。在设计方法上,本文提出一种改进型的空间映射法,通过参数扫描得到实体模型与电路模型的区别,先将电路模型进行修正,使得改变电路模型中的参数的效果能尽可能与实体模型中效果接近,之后再通过迭代的方式提高其精度,得到能精确对应实体结构的电路模型。在结构上本文为了改善半模基片集成波导滤波器的损耗,本文提出一种基片集成波导半腔耦合的结构即在常规SIW谐振腔中段引入双平行微带线结构。这种结构可以将109)的谐振腔分为两半即两个HMSIW谐振腔,中间的微带线视为磁耦合替代常规的窗口耦合。这种方式使得滤波器在传输方向上尺寸降低一半,显着降低滤波器的介质损耗。对于外部零点的设计,HMSIW作为一种腔体滤波器,基于交叉耦合设计带外零点往往比较困难,为此本文针对HMSIW滤波器提出一种改变馈电方式产生外部零点的方法,即通过外部馈电直接激发简并模式产生过模零点。该方式仅需改变输入输入的馈电结构而无需改变HMSIW谐振腔路径,且通过该方式可以产生多个带外零点改善带外抑制的同时还能提高带宽。本文设计四种滤波器,分别是针对毫米波发射机射频段基于HMSIW的半腔耦合滤波器以及该类型带外部零点的结构;针对毫米波发射机中频段的基于QMSIW的1/4腔耦合滤波器以及该类型带外部零点结构。经过测试对于4阶Ka波段半腔耦合滤波器以及带外部零点的半腔耦合滤波器仿真损耗分别为0.86d B和0.46d B,对于4阶Ku波段1/4腔耦合滤波器以及该结构应用交叉耦合的滤波器测试损耗均为2.6d B。
孙卓越[3]（2021）在《基于表面等离激元的滤波与传感器件的设计与研究》文中研究表明随着通信技术的高速发展,当今社会对于信息的准确度和通信器件的集成度有了更高的要求,以光为载体的光通信技术展现出了巨大的潜力。相比于电子,由于光子具有更强的稳定性,更快的速度和更低的损耗,其制成的光子器件逐渐代替传统的电子通讯设备将是必然的结果。滤波器与传感器作为光通信领域中基础且重要的两类光子器件,一直受到科研人员的广泛关注。表面等离激元具有打破衍射极限和对光子的强局域性等特点,可实现在微纳尺度下对光子的调控,基于表面等离激元的微纳光学滤波器与折射率传感器的设计成为当下研究的热点。本论文研究内容:首先,介绍了研究背景与意义,表面等离激元的研究进展,滤波器与传感器等微纳光子器件和研究现状;其次,讨论表面等离激元的基本理论。分析了金属Drude色散模型,金属—绝缘体和金属—绝缘体—金属多层界面两种结构下表面等离激元的色散关系,研究耦合模理论以及时域有限差分法和有限元法;再次,研究了齿形腔和双边耦合谐振腔两类基础结构,运用耦合模理论对齿形腔结构进行了理论分析,根据圆形、矩形谐振腔结构,设计出高性能带通滤波器,并通过调节参数与扩大尺寸等方法激发出尖锐的Fano峰,使得结构同时具有了优良传感特性;最后,设计两种基于双矩形交叉耦合结构的滤波与传感器件。通过研究T形谐振腔滤波结构,运用破坏矩形腔的垂直对称性的方式激发了新的Fano共振峰,使其同时具备滤波与传感特性。接下来本文创新性的提出双边耦合十字腔传感结构,并通过在底部耦合环形腔的方式对十字腔结构进行了扩展,出现了五个尖锐的Fano共振峰。该结构具有极高的灵敏度（1478 nm/RIU）和FOM值（5×105）,对高性能折射率传感器应用具有重要参考价值。
李晨蕾[4]（2020）在《硅基片上模场调控器件研究》文中研究表明随着全球新型冠状病毒肺炎的爆发,人们不得不面临着居家、宵禁、隔离一系列的问题,疫情对整个社会的运转产生了严重的影响。于此同时,人们利用互联网进行线上沟通交流的需求更是越来越多,在线网络课程课以及虚拟会议也正在推动着对互联网数据中心的投资。硅基集成光子芯片由于其低损耗、结构紧凑、CMOS工艺兼容等一系列优势,正作为光通信、光互联的技术支持吸引着越来越多的关注和研究。为了实现更高效快速大容量的硅基集成光子芯片,我们仍需要进一步提升其器件性能、降低波导损耗、进一步扩大光互联的数据传输容量,除了已经成熟的波分复用以外,还可以发展偏振复用、模式复用技术以及混合复用技术;本文首先基于多模复用系统,提出并实现了一系列高性能的片上多通道模式调控器件;然后利用波导的双折射效应,提出并实现了一些高性能偏振调控器件;最后,通过调节波导的结构色散,并利用了铝镓砷材料的非线性特性,设计出了高效的中红外波段光学频率梳,为实现片上集成型光学频率梳光源提供了潜在解决方案。首先,在多模调控方面:我们提出了一种基于双核绝热锥形结构,这一结构利用了超模演化现象,即可以将入射且限制在宽核波导中的高阶超模,经绝热过程逐渐转化为限制在窄核波导中的高阶超模,并通过绝热弯曲波导将其进一步转化为基模输出。利用该结构,首先在50nm的超薄硅波导上实现了三通道的模式复用/解复用器,实现了在宽带1520nm～1585nm的波长范围内,小于-20dB的串扰,降低了附加损耗（小于-0.2dB）;接着,利用类似的双核绝热锥形结构,与高性能的偏振分束器结合,实现了双偏振的十通道模式-偏振混合（解）复用器,由于绝热渐变结构的特性,最终实现了所有TM和TE模式通道在～90nm的宽波段内具有较低的串扰（-15～-25dB）和较低的附加损耗（0.2～1.8dB）,是当时通道数最多的模式复用器;为了进一步减小器件尺寸,增加器件布局的灵活性,本文在十通道模式复用器的基础上,设计了能够支持十通道模式的紧凑型多模弯曲波导,利用欧拉曲线弯曲波导,实现相对较小的等效弯曲半径,实验最终实现了半径仅为40μm的多模弯曲波导,并进行了数据传输实验;最后,为了进一步提高多模片上光互联的灵活性,本文设计了三通道的任意通道上传-下载复用器,利用亚波长光栅波导的色散调控特性,能在总线波导不变的条件下,下载/上传任意模式通道,并实现了在最大60 nm的带宽中三种模式消光比大于15 dB,在最大100 nm的带宽中附加损耗小于0.32 dB。第二,在偏振调控方面:在340nm的SOI平台上,单模波导双折射效应相对较弱,偏振复用器件设计存在困难。我们针对这一问题提出了一系列的解决办法。首先利用一种三波导级联的结构设计了一种偏振分束器,通过精确控制三波导间的间隔来调节两种偏振态的模场重叠因子进而调节耦合强度,使得TM模式能够完全耦合到另一端输出,而TE模式在此耦合长度下产生耦合的强度最小,因此将两个模式分开;接着又设计了一种亚波长光栅波导辅助型非对称定向耦合结构的偏振分束器,利用了亚波长光栅的偏振选择性,增强了波导的双偏振的有效折射率差,进而增强了波导的双折射效应,同时,由于亚波长光栅能够有效增强光场的相互作用,因此有助于增强器件的紧凑型,最终实现了长度仅为2μm的超紧凑型偏振分束器;最后,为了进一步增强器件的性能,提高器件的工艺容差,将亚波长光栅波导与双核绝热锥形结构相结合,以亚波长光栅波导作为桥梁,TE模式根据超模演化理论,首先耦合到亚波长光栅波导中,然后由对称结构耦合到输出波导中进行输出,而TM模式由于强模式失配而不发生耦合现象,并从原来的波导中输出。利用绝热结构实现了超高带宽的低损耗偏振分束器,并得益于级联三波导耦合结构,进一步提高了器件的消光比,在一次刻蚀的简单工艺过程下,该器件实现了测得的TM和TE偏振的附加损耗分别为0.1～0.6dB和0.3～1dB,而测得的消光比分别大于20dB和25dB的带宽约为240nm和220nm,这比以前的结果要高得多。器件的损耗-1dB带宽也高达230nm,这比以前基于340nm SOI波导的PBS大得多。最后,本文利用模式杂化和超模演化提出一种紧凑型偏振分束-旋转器,该器件具有较大的工艺容差,且对TE和TM两种偏振态均可实现在1520～1610nm带宽范围内大于20dB的消光比。第三,利用模场的色散调控,我们基于硅基-铝镓砷平台,通过对光波导结构色散性能的分析,利用材料三阶非线性效应,设计出有一种基于高品质因子微腔的中红外波段光学频率梳,有效解决了由于高折射率差引起的带宽限制问题。同时,得益于铝镓砷超高三阶非线性系数以及高折射率差引起的高模场的限制能力,设计器件能够实现低阈值,高转换效率。为实现片上集成型光学频率梳光源提供了潜在解决方案。最后,对全文的主要工作做出了总结,并对各种硅基片上模场调控工作做出展望。
牛中乾[5]（2020）在《220GHz多电路集成技术》文中指出随着近年来半导体技术和高精密微机械加工技术的迅猛发展,以及国家对电子产业的大力投入,太赫兹固态电路技术已经逐渐从实验室阶段走向实际应用阶段,单功能电路已经不能满足实际应用系统对体积、重量、功耗的诸多要求,尤其在航空航天等应用领域,对此的限制更是严苛。多电路集成将是未来太赫兹固态电路发展的必然趋势,针对此技术的研究对太赫兹固态系统走向小型化、芯片化、实用化具有着重要深远的意义。本文围绕太赫兹多电路集成技术展开,以高速通信小型化接收机的实现为牵引,对构成太赫兹接收机射频前端的两种有源电路（分谐波混频器和三倍频器）和两种无源电路（分支波导定向耦合器和伪椭圆波导带通滤波器）开展了深入研究,提出了一种新型220GHz多电路集成架构,实现了电路理论和性能的双重突破,基于此电路搭建了太赫兹小型化射频前端,并成功完成了20GHz超宽带实时信号盲检测和12.8Gbps高速通信数据传输实验。本文主要内容包括以下三个方面:（1）太赫兹接收机关键电路技术。接收机的关键电路主要指的是分谐波混频器电路及其本振驱动源电路（倍频器）。分谐波混频器在射频前端系统中实现频率变换的功能,非线性电路的特性使得该电路会直接影响到系统的噪声性能。本文从对肖特基势垒二极管物理机理的研究出发,通过研究肖特基结中载流子运动特性,分析了二极管参数和封装寄生参数对变频损耗性能的影响,并建立了混频二极管的精确电磁模型,实现了一种220GHz低损耗分谐波混频器。倍频技术是固态电子学方法产生太赫兹信号的重要技术手段,三倍频器是组成混频器本振驱动源链路的高效途径。同样的,作为非线性电路,变容二极管是倍频器的核心,本文通过深入的理论研究,分析了变容二极管参数对三倍频器性能的影响,建立了变容二极管倍频性能分析模型,实现了一种110GHz高效三倍频器,作为220GHz分谐波混频器的本振驱动源。（2）太赫兹多电路集成技术。高性能的接收机前端离不开无源电路,本文着重研究了太赫兹分支波导耦合器和伪椭圆波导带通滤波器。多电路集成所面临的最大问题是无法对每个有源电路进行有效的检测,而耦合器的引入解决了这个问题。本文对传统分支波导耦合器的理论进行了深入分析,在传统的奇偶模分析法的基础上,创新性的引入模式匹配法,提出了一种精确高效的耦合器建模方法。与传统方法相比,该方法引入了波导不连续性所带来的影响,避免了传统方法在太赫兹频段使用所带来的巨大误差。在理论创新的基础上,本文还提出了一种新型的耦合器电路,与传统五分支耦合器电路相比,工作带宽相同的条件下,尺寸减小了47%。同时,为了避免双边带传输所带来的干扰,实现单边带通信传输,本文研究了一种太赫兹频段的伪椭圆模波导带通滤波器,该滤波器的30d B矩形系数为0.71,具有良好频率选择性。最终,本文提出了一种多电路集成架构,作为接收机系统前端,可直接实现单边带传输,还可以随时检测混频器本振驱动源的工作状态。该单模块多电路集成前端与传统多模块连接电路相比,体积减小了90%,重量仅为90g,为高速通信系统小型化接收机的实现打下了坚实的基础。（3）太赫兹高速通信小型化接收机实验研究。在相关电路理论的研究取得突破的基础上,本文开展了太赫兹高灵敏度信号探测和高速通信技术研究,构建了220GHz超宽带信号盲检测实验验证系统和高速通信实验验证系统。220GHz信号盲检测系统的可实时检测带宽为20GHz,信号频率分辨率可达1k Hz。220GHz高速通信系统采用了双通道并行传输模式,在模数转换器性能受限的情况下,实现了码速率为12.8Gbps的高速数据传输,并验证了相关高清视频业务。通过本文的研究,研制了太赫兹多电路集成接收机前端,极大的减小了接收机的体积和重量,同时也验证了太赫兹宽带接收机和高速通信系统未来走向实际应用的可行性,为未来地面短距离大容量通信需求和空间通信的应用奠定了重要的理论和技术基础。
吕桓林[6]（2020）在《近红外波段聚合物基微环谐振器的研究》文中研究指明近年来,集成光学在光通信和传感领域发挥着重要的作用。用于制备平面集成光路的聚合物材料引起了人们的兴趣,它们为光子元件和集成光学器件制造开辟了新时代,具有极高的透光性、机械和化学稳定性以及低成本生产的潜力。平面光波导微环谐振器作为集成光子器件受到了广泛的关注,具有体积小、容易与光学和流体器件集成等优点。为了将光限制在微环谐振器中,人们使用了多类材料,如二氧化硅、绝缘体上硅、氮化硅、玻璃和聚合物。聚合物材料常用于制备微环谐振器,其具有比半导体材料更大的化学柔性,更容易调节折射率。与硅基材料所需的化学或物理沉积和干法刻蚀工艺相比,聚合物波导的制备工艺更简单,且在可见光范围内是透明的,因此可以扩展集成传感器的工作窗口。在红外波段的聚合物微环谐振器已经有大量的研究,然而,在可见光或该波段附近,水的吸收比近红外波段低2000倍左右,且在这一波段有低成本的光源,聚合物基光子器件的发展面临着紧迫的需求。本文基于聚合物材料,对工作于近红外波段（890 nm）的多模干涉耦合结构微环谐振器和狭缝波导微环谐振器进行了研究:（1）聚合物基微环谐振器以其高Q值、低成本、易加工等优点,引起了人们的广泛关注。在低成本、易制备的聚合物平台上,制备了基于50:50分光比的多模干涉耦合微环谐振器。为了减小微环谐振器的总损耗,利用束传播法对多模干涉耦合器的结构和微环半径进行了模拟和优化。对于传统的压印技术,通常采用刻蚀硅和金属来制造硬模。然而,刻蚀过程会导致表面粗糙度问题,从而增加波导的散射损耗。因此,我们使用了紫外软压印光刻技术。为了避免刻蚀过程,使用SU8-2材料利用光刻技术在硅衬底制备了母版模。在复制过程中使用PFPE复合材料模具,在不施加压力的情况下而保持较高的分辨率和逼真度。采用在近红外波段透光性好、成本低的聚合物Ormocore为芯层,通过优化Ormocore与稀释剂maT的配比,制备出几乎没有残留层的器件。制备的器件Q因子高达23000,在生物传感应用方面具有巨大潜力。（2）狭缝波导是一种能将光限制在低折射率材料区域的特殊结构,此特性使狭缝波导在传感应用中极具吸引力。通常情况下,狭缝波导是由工作在近红外波段的半导体材料制备而成。本研究利用聚合物材料制备狭缝波导,提出并设计了工作在近红外波段（890nm）的聚合物基微环谐振器。对狭缝波导的模态特性进行了详细的分析,分析了折射率传感灵敏度与波导高度、宽度和狭缝宽度的关系。传统的弯曲缝隙波导具有较大的传输损耗,对微环的品质因子和消光比有较大的影响。为了减小弯曲损耗,设计了非对称波导结构,使模场在狭缝波导中央传输。为了提高条形-狭缝波导的耦合效率,引入了一种多模干涉结构的模式转换器。仿真结果表明,所设计的微环谐振器的灵敏度可达109 nm/RIU。采用电子束曝光技术制备了硅基母版模。利用独特的聚合物全氟聚醚PFPE从硅母版模上成功地复制了柔性软模具。利用紫外软压印技术制备了狭缝波导,狭缝波导具有较高的高宽比,并与低成本的生产工艺兼容。
左铃铃[7]（2020）在《基于级联垂直波导定向耦合器的宽带模分复用器的研究》文中研究表明作为一种可有效解决单模光纤容量瓶颈的技术,模分复用近年来受到广泛的关注。模分复用技术的实现有赖于各种模分复用器,本文对此进行了研究,设计了基于级联垂直波导定向耦合器的宽带模分复用器,可以实现少模波导中六个模式(E31、E13、E22、E21、E12和E11模)的复用/解复用。器件波导的芯层、包层材料分别为聚合物材料EpoCore、EpoClad。垂直定向耦合器可以解决两个模式之间因耦合系数为零而无法耦合的问题,合理设计其相对位置可分别使五个高阶模与基模耦合,这是实现复用/解复用的基础。在耦合区域引入锥形波导,这是实现宽带宽的充分条件。器件采用三层波导结构,可提供较大的设计灵活性,比起双层波导结构,其可缩短原本因锥形波导而增加的器件总长度。论文的主要内容如下:首先,介绍了模分复用技术的发展历程,介绍了国内外基于垂直定向耦合器结构实现多种光波导器件以及基于非对称Y分支实现模分复用的研究成果。其次,介绍了相关理论基础,重点介绍了从有效折射率法出发分析矩形波导,利用耦合模理论分析水平对称/非对称定向耦合器和垂直定向耦合器的工作原理。然后,利用有效折射率法、有限元法和有限差分波束传播法研究单独的耦合器单元后,对整体器件的结构参数与传输特性进行了研究。最后,利用Rsoft的仿真验证了器件的功能并分析其特性。结果表明:在1530nm-1630 nm（覆盖C+L波段）的工作波长范围内,E31、E13、E22、E21和E12模的耦合效率分别高于92.7%、87.5%、93.0%、99.5%和94.8%,模式串扰低于-11.3 dB,器件总长度为32 mm。此外,为了证明垂直定向耦合器的灵活性并探究其与其他波导结构集成以实现模分复用的潜力,基于同种材料设计了第二种宽带模分复用器,其集成了两个非对称Y分支和三个垂直定向耦合器,可对同样的六个模式实现复用/解复用。器件为双层波导结构,两个非对称Y分支在同一位置同时实现三个模式的转换,使器件具有高集成度。结果表明:在1530 nm-1630 nm的工作波长范围内,E31、E13、E22、E21和E12模的转换效率分别高于89.1%、85.8%、91.6%、99.7%和99.5%,模式串扰低于-10.9 dB,器件总长度为22.65 mm。本文设计的两种模分复用器在结构设计上具有巧妙性,主要特点是具有高效率和宽带宽,对于集成宽带波导模分复用器件的发展具有重要的研究价值。
陈媛[8]（2020）在《基于硅基光波导实现特征识别的光子神经网络仿真研究》文中研究表明近年来,人工神经网络在图像语音等模式识别、机器翻译、无人驾驶等诸多领域取得了突破性进展,推动人类社会进入智能化时代。大数据时代提供了海量数据可供神经网络进行学习,这也对计算机的算力及算法的应用提出了更严峻的挑战。人工智能芯片的出现使计算效率在2015年后得到大幅提升,成为推动人工智能发展的硬件基础,但计算时间与功耗仍受到系统功率和带宽的严格限制,因此如何优化芯片上人工神经网络的计算速率与功耗成为亟待解决的难题之一。近几年涌现出许多基于光子集成芯片实现神经网络的研究。光信号的优势在于无源情况下具有执行复杂运算的能力,并且其特有的高速率与高度并行性决定了光信号具有实现超高速并行运算的潜质,为光子神经网络提供了理论基础。本文以硅基光波导为基础通过构建马赫曾德干涉仪阵列,结合传统人工神经网络算法,优化激活函数,提出一种光子神经网络实现数字识别的验证性研究。本文的主要内容包括以下几个部分:首先对人工神经网络的概念、特点及意义进行阐述,通过例证电子集成芯片在构建人工智能芯片中所遇到的瓶颈使其无法满足目前人工智能应用中所需的高速率与低能耗,从而引出了光子神经网络的概念。随后基于人工神经网络算法构造光子神经网络算法,对算法中前向传播和反向传播过程进行详细推导,并分析了不同特征输入向量的构造方式与激活函数的选择对识别准确率的影响,训练该网络并获得优化后的权重矩阵。紧接着详细阐述了光子集成技术与集成光波导理论,分析不同材料构成光波导的优缺点。对3dB定向耦合器和马赫曾德干涉仪的传输矩阵进行推导,确定马赫曾德干涉仪的结构参数,详细构造具有实现酉矩阵功能的硅基可编程纳米光子处理器,并在Rsoft-BeamPROP仿真软件中基于马赫曾德干涉仪阵列构建光子神经网络。随之利用MNIST数据集进行全局独立仿真,并对仿真结果进行分析,验证了光子神经网络实现数字识别的可行性。并验证光子神经网络的可扩展性,对MNIST和FASHIONMNIST数据集进行仿真识别,当输入端口增加,两者识别准确率都随之提升。进一步讨论了硅波导损耗对识别准确率的影响。最后对本文的验证性研究进行总结,并结合实验装置搭建与光子集成芯片结构进行未来展望。
张锋华[9]（2019）在《基于InGaN定向耦合器的光子集成系统》文中进行了进一步梳理随着无线通信技术的迅猛发展,光子器件已经成为通信革命的核心。集成各种用于光互连的光子器件,包括光源、光波导和光电二极管,对实现紧密型光子平台具有重要意义。此外,从材料角度出发,GaN及其合金,以（Al,In,Ga）N为代表,可以同时提供光发射、光传输和光检测的功能。通过引入合适的缓冲层来补偿晶格失配和热膨胀产生的残余应力来获得高质量的硅基GaN材料已经日趋成熟,这为片上光互连和光通信的发展提供了物质基础,开发一种用于可见光通信的集成光源、波导和光电二极管的单片系统。本文基于InGaN/GaN量子阱材料,对单片集成发射器、InGaN波导、InGaN定向耦合器和接收器的多组件光子集成系统完成了设计制备、光学模拟、物性表征等多阶段的工作。本文首先提出并制备了基于InGaN定向耦合器的光子集成芯片。当使用InGaN波导时,无需硅衬底剥离和背面减薄工艺即可实现片上光子集成,从而简化了制造流程。但是,为了提高可见光通信的光子响应速度,本文创新性地增加SiO2隔离层,同时减小二极管器件有源区的有效尺寸,以减小结电容。然后基于光束传播法（BPM）,对InGaN定向耦合区的传输和耦合效率进行模拟仿真,优化器件结构。最后,利用测试平台对制备的器件进行物理表征,通过实验验证得出本光子集成芯片能实现100Mbps自由空间通信和80Mbps片内通信,为从片上到平面内可见光通信的多面应用铺平了道路。
孙云飞[10]（2019）在《高功率微波连续横向枝节阵列天线研究》文中研究说明天线作为高功率微波系统的终端,直接决定了整个系统的性能和应用方向。为了增强高功率微波对目标的作用效果,需要根据作用目标种类和方位的不同,对微波频率进行改变,并对微波波束指向进行实时调整。为实现上述目标,要求高功率微波天线需要具有宽带或可调谐工作能力,大范围波束扫描能力以及较高的功率容量。而现有的高功率微波天线在工作带宽、波束扫描范围等方面还无法很好地满足实际应用的需求。在此背景下,本文将传统微波领域的连续横向枝节（Continuous Transverse Stub,CTS）结构引入到了高功率微波领域,以此为基础,研究了两种高功率微波阵列天线。第一种是平板波导馈电的矩形口面CTS阵列天线,通过对枝节的形状进行优化设计并引入机械式调频结构,实现了宽带和可调谐。此外,为实现更高的功率容量,对CTS辐射结构进行了改进,并设计了阶梯式功率分配的馈电系统,有效地降低了天线在横向方向上的旁瓣,能够满足现有高功率微波的应用需求。第二种是径向线波导馈电的圆形口面CTS阵列天线,并以该天线作为馈源,配合新型的复合介质透镜,通过旋转透镜实现了较大范围内的二维波束扫描。论文的主要工作如下:1.提出并研究了基于平板波导馈电的宽带可调谐CTS阵列天线。该天线采用准TEM模式馈电,具有低剖面、易于拼装组阵和工作带宽较宽的特点。本文对该直线阵列的设计理论和设计方法开展了系统的研究,探索了宽带设计方法,提出了可调谐结构,并提出采用Hamming分布作为口径分布函数,从而兼顾了高增益、宽波束宽度、低旁瓣以及高功率容量等。设计了一工作于X波段8.4 GHz的直线阵列,并开展了数值模拟研究。结果表明:该天线的相对工作带宽达到19%,调谐后带宽可以达到39.5%。为给组阵后的平面矩形CTS阵列天线馈电,设计了宽带功分馈电系统和介质隔离窗,其相对带宽均达到21.6%。仿真结果显示在不考虑欧姆损耗的情况下,超过95%的能量被辐射出去,整个系统的相对工作带宽超过19%,功率容量可以达到1 GW,该辐射系统有应用于宽带高功率微波系统的潜质。2.研究了基于平板波导馈电的高功率CTS阵列天线。为实现更高的功率容量,对传统CTS单元的结构进行了改进,并对CTS直线阵列进行了重新设计。为了降低在组阵方向上天线的旁瓣,本文提出了采用阶梯式分布的馈电结构进行馈电的思路,并设计了对应的功分馈电系统。该馈电网络实现了阶梯式功率分配和等相位输出,具有结构紧凑、反射系数小、输出微波幅值稳定和相位抖动小的特点。对该功分馈电系统的数值模拟计算表明其功率容量可以达到2 GW,插入损耗小于-30 d B。接着,完成了功分馈电系统和改进后平板波导CTS阵列天线的联合仿真研究,结果表明在8.4 GHz处该辐射系统的增益为42.8 d Bi,在E面上,天线的旁瓣电平为-19.9 d B,波束宽度为1.5°;在H面上,天线的旁瓣电平为-17.8 d B,波束宽度为1.2°,可以满足实际应用的要求。3.提出并研究了基于径向线波导馈电的圆形口面CTS阵列天线。该天线包含13圈同心圆环状CTS结构,具有结构紧凑、功率容量高的特点,除可以作为紧凑型天线使用外,还可以作为波束扫描天线的馈源天线。本文详细分析了该天线的工作原理和设计过程,并对工作于Ku波段14.25 GHz的天线模型开展了系统的仿真研究,结果表明:当注入圆极化TE11模式时,该天线的方向图为实心笔状,在中心频点14.25 GHz处,天线的增益为35.3 d Bi,旁瓣为-21.6 d B,天线的波束宽度为2.3°,轴比小于0.1 d B。当注入同轴TEM模时,该天线的方向图为空心圆环状,最大增益为32.63 d Bi,旁瓣为-15.0 d B,口面电场分布基本为均匀分布。加工了一套径向线CTS阵列天线并开展了低功率条件下的实验研究,测得的方向图与仿真结果吻合较好,验证了该天线的性能。4.提出并研究一种新型的高功率复合介质透镜。该透镜为介质填充的椭圆孔圆形阵列透镜,具有结构简单,波束偏转角大的特点。通过理论分析和仿真模拟相结合的方法,完成了对透镜传输子单元的移相特性分析和结构优化,并为径向线CTS阵列天线设计了对应的透镜阵列,实现了微波聚束和二维波束扫描。为验证组合后复合介质透镜波束扫描天线的性能,对工作于14.25 GHz的天线系统开展了详细的仿真研究和低功率实验研究。结果表明:该天线系统可以实现俯仰面偏转角度-45.6°到45.6°,方位面偏转角度0°到360°内的波束扫描。在波束扫描过程中,复合介质透镜天线的反射系数基本没有变化,在中心频点处反射系数始终小于-15 d B,天线的最大增益为38.1 d Bi,增益变化范围小于1.7 d B,最大口径效率为80.5%,实验结果与理论结果和仿真结果均吻合较好。此外,为验证该天线在高功率状态下的工作性能,还开展了高功率实验研究,结果表明:该天线的功率容量超过250 MW,在高功率状态下,天线工作正常,天线的波束指向与理论计算基本一致。与现有的高功率微波波束扫描天线相比,该天线具有结构紧凑、扫描范围大以及波束扫描控制方式简单等优点。
二、Novel Propagation Analysis of Coupled Waveguides by Coupled Mode Expansion and Segmentation（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、Novel Propagation Analysis of Coupled Waveguides by Coupled Mode Expansion and Segmentation（论文提纲范文）
（1）面向多维复用的硅基亚波长结构集成光子器件研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 缩写和符号清单 |
| 1 绪论 |
| 1.1 硅基集成光子学概述 |
| 1.2 光互联中的多维复用 |
| 1.2.1 波分复用技术概述 |
| 1.2.2 偏振复用技术概述 |
| 1.2.3 模式复用技术概述 |
| 1.2.4 空间多维光通信技术概述 |
| 1.3 硅基亚波长结构集成光子器件的产生与发展 |
| 1.4 本文内容和创新点 |
| 2 硅基纳米波导与硅基亚波长结构的特性分析与数值仿真方法 |
| 2.1 硅基纳米波导的特性分析 |
| 2.1.1 基于有限差分频域方法的模式特性分析 |
| 2.1.2 基于有限差分时域方法的传输特性分析 |
| 2.2 硅基亚波长结构的特性分析 |
| 2.2.1 基于等效介质理论的折射率特性分析 |
| 2.2.2 基于平面波展开方法的能带特性分析 |
| 2.3 本章小结 |
| 3 硅基集成光子器件的制作与测试 |
| 3.1 硅基集成光子器件的制作流程 |
| 3.2 基于光栅耦合器的垂直耦合测试系统 |
| 3.3 本章小结 |
| 4 基于各向异性调控与色散调控的硅基偏振维度相关器件 |
| 4.1 基于亚波长光栅异质结的超宽带硅基偏振分束器 |
| 4.1.1 超宽带硅基偏振分束器设计 |
| 4.1.2 器件制作与性能测试 |
| 4.1.3 各类硅基偏振分束器的性能对比 |
| 4.2 基于亚波长光栅/弯曲波导混合结构的超宽带硅基起偏器 |
| 4.2.1 超宽带硅基起偏器设计 |
| 4.2.2 器件制作与性能测试 |
| 4.2.3 各类硅基起偏器的性能对比 |
| 4.3 基于亚波长光栅/缺角波导混合结构的超宽带硅基偏振旋转器 |
| 4.3.1 超宽带硅基偏振旋转器设计 |
| 4.3.2 各类硅基偏振旋转器的性能对比 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 基于等效介质折射率调控的硅基模式维度相关器件 |
| 5.1 基于浙变折射率模式转换器的硅基多模波导弯曲结构 |
| 5.1.1 多模弯曲传输中的模间串扰问题 |
| 5.1.2 硅基多模波导弯曲结构设计 |
| 5.1.3 低串扰弯曲结构连接的4通道模式复用系统测试 |
| 5.1.4 各类硅基多模波导弯曲结构的性能对比 |
| 5.2 基于Maxwell鱼眼透镜的硅基多模波导交叉结构 |
| 5.2.1 多模交叉传输中的模式相关损耗问题 |
| 5.2.2 硅基多模波导交叉结构设计 |
| 5.2.3 低损耗交叉结构连接的2通道模式复用系统测试 |
| 5.2.4 各类硅基多模波导交叉结构的性能对比 |
| 5.3 基于等效介质薄膜分束镜的硅基多模波导功分器 |
| 5.3.1 多模分束传输中的模间串扰问题 |
| 5.3.2 硅基多模波导功分器设计 |
| 5.3.3 各类硅基多模波导功分器的性能对比 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 基于连续区束缚态的硅基超光栅 |
| 6.1 连续区束缚态简介 |
| 6.2 面向波长维度调控的硅基超光栅滤波器 |
| 6.2.1 硅基超光栅滤波器设计 |
| 6.2.2 器件制作与性能测试 |
| 6.2.3 各类硅基光学滤波器的性能对比 |
| 6.3 面向空间多维光通信的硅基超光栅光学天线 |
| 6.3.1 硅基超光栅光学天线设计 |
| 6.3.2 器件制作与性能测试 |
| 6.3.3 各类硅基光栅天线的性能对比 |
| 6.4 本章小结 |
| 7 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历 |
| 作者在学期间取得的科研成果 |
（2）毫米波发射前端集成滤波技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.3 论文主要内容和创新点 |
| 第二章 SIW与 HMSIW传输线理论 |
| 2.1 SIW以及HMSIW传输特性 |
| 2.2 谐振腔分析 |
| 2.3 SIW激励及耦合 |
| 2.3.1 SIW激励方式 |
| 2.3.2 耦合对谐振器的影响 |
| 2.4 滤波器设计理论基础 |
| 第三章 基于SIW,HMSIW以及QMSIW的切比雪夫型滤波器设计 |
| 3.1 SIW滤波器设计 |
| 3.1.1 空间映射法 |
| 3.1.2 改进型空间映射法 |
| 3.1.3 SIW切比雪夫型滤波器设计 |
| 3.2 半腔耦合滤波器设计 |
| 3.2.1 半腔耦合滤波器理论分析 |
| 3.2.2 半腔耦合滤波器设计及仿真测试 |
| 3.2.3 测试结果分析 |
| 3.3 四分之一腔耦合滤波器设计 |
| 3.3.1 理论分析 |
| 3.3.2 四分之一腔滤波器设计及仿真测试 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 基于HMSIW与 QMSIW的类椭圆函数型滤波器设计 |
| 4.1 半腔耦合滤波器外部零点设计 |
| 4.1.1 过模零点设计理论分析 |
| 4.1.2 外部耦合影响 |
| 4.1.3 带零点半腔耦合滤波器设计及仿真测试 |
| 4.1.4 测试结果分析 |
| 4.2 带零点四分之一腔滤波器设计 |
| 4.2.1 理论分析 |
| 4.2.2 基于交叉耦合四分之一腔滤波器设计及仿真测试 |
| 4.2.3 测试结果分析 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 结论 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士期间取得成果 |
（3）基于表面等离激元的滤波与传感器件的设计与研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 研究意义 |
| 1.3 表面等离激元研究进展 |
| 1.3.1 表面等离激元研究背景 |
| 1.3.2 表面等离激元波导结构介绍 |
| 1.3.3 表面等离激元滤波器与传感器介绍 |
| 1.3.4 表面等离激元微纳滤波器与传感器的研究进展 |
| 1.4 本文的研究内容与章节安排 |
| 第二章 表面等离激元基本理论与求解算法 |
| 2.1 表面等离激元基本原理 |
| 2.1.1 表面等离激元基本概念 |
| 2.1.2 金属的Drude模型 |
| 2.1.3 表面等离激元色散关系 |
| 2.2 表面等离激元的激发方式 |
| 2.3 耦合模理论 |
| 2.3.1 单出口谐振腔系统 |
| 2.3.2 双出口波导谐振腔系统 |
| 2.4 表面等离激元数值算法与仿真软件介绍 |
| 2.4.1 时域有限差分法 |
| 2.4.2 有限元法 |
| 2.4.3 COMSOL Multiphysics软件介绍和仿真过程 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 基于滤波与传感的两类基础结构研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 基于贯通耦合的齿形结构研究 |
| 3.2.1 侧边单齿形结构 |
| 3.2.2 侧边双齿形结构 |
| 3.2.3 小结 |
| 3.3 基于非贯通耦合的谐振腔结构研究 |
| 3.3.1 双边耦合圆形谐振腔结构 |
| 3.3.2 双边耦合矩形谐振腔结构 |
| 3.3.3 小结 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 基于双矩形腔交叉耦合的滤波与传感结构设计 |
| 4.1 基于耦合T形腔结构的滤波器设计 |
| 4.1.1 结构描述 |
| 4.1.2 结构物理特性分析 |
| 4.1.3 小结 |
| 4.2 基于耦合十字腔结构的传感器设计 |
| 4.2.1 引言 |
| 4.2.2 结构描述与理论分析 |
| 4.2.3 结构物理特性分析 |
| 4.2.4 结构拓展与性能分析 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读学位期间取得的研究成果 |
（4）硅基片上模场调控器件研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 缩写和符号清单 |
| 1 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 硅基集成光电子器件概述 |
| 1.3 硅基片上模场调控的研究 |
| 1.3.1 多模光子器件 |
| 1.3.2 偏振调控器件 |
| 1.3.3 片上混合复用技术 |
| 1.3.4 色散调控—片上光频梳 |
| 1.4 亚波长光子学器件的研究 |
| 1.5 本文工作及创新点 |
| 1.5.1 章节安排 |
| 1.5.2 本文创新点 |
| 2 硅基集成光电子器件的理论,制备及测试方法 |
| 2.1 硅基集成光波导理论 |
| 2.2 硅纳米线波导的基本特征 |
| 2.2.1 波导偏振色散 |
| 2.2.2 波导模式色散 |
| 2.2.3 波导结构色散和材料色散 |
| 2.2.4 克尔光频梳中的色散问题 |
| 2.3 工艺制备方法 |
| 2.4 器件的测试 |
| 3 硅基集成模式调控器件 |
| 3.1 基于超薄硅的低损耗低串扰模式复用解复用器 |
| 3.1.1 结构和设计 |
| 3.1.2 实验以及测试结果 |
| 3.2 十通道双偏振的模式复用解复用器 |
| 3.2.1 结构和设计 |
| 3.2.2 实验与测试结果 |
| 3.3 紧凑型十模式多模弯曲波导 |
| 3.3.1 结构与设计 |
| 3.3.2 实验与测试结果 |
| 3.4 多模任意通道光插分复用器 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 硅基集成偏振调控器件 |
| 4.1 基于三波导非对称耦合器的偏振分束器 |
| 4.1.1 结构和设计 |
| 4.1.2 实验与测试结果 |
| 4.2 基于亚波长光栅波导非对称定向耦合的紧凑型偏振分束器 |
| 4.2.1 结构和设计 |
| 4.2.2 实验与测试结果 |
| 4.3 基于亚波长光栅波导的超宽带偏振分束器 |
| 4.3.1 结构和设计 |
| 4.3.2 实验与测试结果 |
| 4.4 硅基低串扰宽带偏振旋转分束器 |
| 4.4.1 结构与设计 |
| 4.4.2 实验与测试结果 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 基于徽环谐振腔的中红外的光学频率梳 |
| 5.1 铝镓砷纳米线波导 |
| 5.2 波导结构参数选择 |
| 5.3 谐振腔设计 |
| 5.4 光频梳的仿真结果 |
| 5.5 本章小结 |
| 6 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 作者简介 |
（5）220GHz多电路集成技术（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及选题意义 |
| 1.1.1 研究背景 |
| 1.1.2 选题意义 |
| 1.2 太赫兹电路技术发展动态 |
| 1.2.1 单功能电路技术发展动态 |
| 1.2.2 多电路集成技术发展动态 |
| 1.3 太赫兹高速通信技术发展动态 |
| 1.3.1 光电结合高速通信技术发展动态 |
| 1.3.2 全固态电子学高速通信技术发展动态 |
| 1.4 论文研究内容及章节安排 |
| 第二章 太赫兹接收机关键电路技术 |
| 2.1 太赫兹肖特基势垒二极管基本原理 |
| 2.1.1 肖特基接触的物理机理 |
| 2.1.2 肖特基结特性 |
| 2.2 太赫兹低损耗分谐波混频器研究 |
| 2.2.1 混频二极管主要参数分析 |
| 2.2.2 混频二极管三维电磁精确建模 |
| 2.2.3 分布式电路优化方法 |
| 2.2.4 低损耗分谐波混频器电路优化 |
| 2.2.5 分谐波混频器容差分析 |
| 2.2.6 分谐波混频器实验研究 |
| 2.3 太赫兹高效本振源研究 |
| 2.3.1 变容二极管主要参数分析 |
| 2.3.2 变容二极管三维电磁精确建模 |
| 2.3.3 分布式电路优化方法 |
| 2.3.4 高效倍频器电路优化 |
| 2.3.5 倍频器容差分析 |
| 2.3.6 倍频器实验研究 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 220GHz多电路集成技术 |
| 3.1 太赫兹分支波导定向耦合器研究 |
| 3.1.1 分支波导定向耦合器基本理论 |
| 3.1.2 基于模式匹配法(MMM)的新型耦合器精确建模方法 |
| 3.1.3 改进型小型化耦合器电路研究 |
| 3.2 太赫兹腔体滤波器研究 |
| 3.2.1 矩形波导谐振腔耦合理论 |
| 3.2.2 伪椭圆函数波导带通滤波器研究 |
| 3.3 2 20GHz多电路集成前端研究 |
| 3.3.1 多电路集成架构 |
| 3.3.2 2 20GHz多电路集成前端优化 |
| 3.3.3 2 20GHz多电路集成前端实验研究 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 太赫兹高速通信小型化接收机技术 |
| 4.1 2 20GHz超宽带信号盲检测实验验证系统 |
| 4.1.1 系统框架 |
| 4.1.2 关键部件性能分析 |
| 4.1.3 信号盲检测实验 |
| 4.1.4 实验结果讨论 |
| 4.2 2 20GHz双通道高速通信实验验证系统 |
| 4.2.1 系统组成 |
| 4.2.2 关键部件性能分析 |
| 4.2.3 数据传输实验 |
| 4.2.4 实验结果讨论 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 论文研究工作总结 |
| 5.2 论文的主要创新点 |
| 5.3 未来研究展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间取得的成果 |
（6）近红外波段聚合物基微环谐振器的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 1 绪论 |
| 1.1 常见光波导材料与结构 |
| 1.2 聚合物光子材料及其优点 |
| 1.3 聚合物基光波导器件制备工艺 |
| 1.4 微环谐振器的应用及发展现状 |
| 1.5 本文主要研究思路与内容 |
| 2 光波导理论 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 光波导模式理论分析 |
| 2.2.1 几何光学 |
| 2.2.2 波动光学 |
| 2.3 波导形状 |
| 2.4 平板波导 |
| 2.5 条形波导 |
| 2.6 多模干涉耦合基本原理 |
| 2.7 MMI耦合的应用 |
| 2.8 本章小结 |
| 3 890 nm波段聚合物基多模干涉微环谐振器的设计与制备 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 微环谐振器的基本理论 |
| 3.2.1 微环谐振器的传输函数 |
| 3.2.2 微环谐振器的基本参量 |
| 3.3 聚合物基MMI微环谐振器的设计 |
| 3.3.1 波导横截面尺寸 |
| 3.3.2 弯曲损耗的计算 |
| 3.3.3 多模干涉耦合区的优化设计 |
| 3.4 母版模的制备 |
| 3.5 PFPE软模具与Ormocore光波导的制备 |
| 3.6 压印过程中的关键问题 |
| 3.6.1 有效控制残留层问题 |
| 3.6.2 压印工艺的优化 |
| 3.7 聚合物基微环谐振器的性能测试及分析 |
| 3.8 本章小结 |
| 4 聚合物基狭缝波导微环谐振器的研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 狭缝波导的结构和光场分布 |
| 4.3 狭缝波导微环传感器的结构 |
| 4.3.1 传感机理:均一传感和表面传感 |
| 4.3.2 光子生化传感器的灵敏度和探测极限 |
| 4.4 狭缝波导的模拟与优化 |
| 4.4.1 狭缝波导的单模条件 |
| 4.4.2 传感灵敏度的计算 |
| 4.4.3 非对称狭缝波导的设计 |
| 4.4.4 模式转换 |
| 4.4.5 耦合效率的计算 |
| 4.4.6 模拟结果及分析 |
| 4.5 聚合物狭缝波导的制备 |
| 4.5.1 母版模的制备 |
| 4.5.2 软模具的制备 |
| 4.5.3 狭缝波导的制备 |
| 4.6 本章小结 |
| 5 结论与展望 |
| 5.1 结论 |
| 5.2 创新点 |
| 5.3 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间科研项目及科研成果 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（7）基于级联垂直波导定向耦合器的宽带模分复用器的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 简缩字表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 模分复用技术的发展及研究现状 |
| 1.3 垂直定向耦合器的发展及研究现状 |
| 1.4 基于非对称Y分支实现模分复用的研究现状 |
| 1.5 主要内容与结构安排 |
| 第二章 理论分析 |
| 2.1 光波导模式 |
| 2.2 矩形波导的分析 |
| 2.3 耦合模理论 |
| 2.4 定向耦合器的工作原理 |
| 2.4.1 对称定向耦合器的工作原理 |
| 2.4.2 非对称定向耦合器的工作原理 |
| 2.5 垂直耦合器 |
| 2.6 本章小结 |
| 第三章 器件的设计及仿真 |
| 3.1 器件的工作目标 |
| 3.2 器件的模型 |
| 3.2.1 水平方向上的结构特点 |
| 3.2.2 垂直方向上的结构特点 |
| 3.3 器件的设计思路 |
| 3.4 耦合器相关参数的设计 |
| 3.4.1 波导材料的折射率 |
| 3.4.2 波导截面尺寸的设计 |
| 3.4.3 耦合区的参数设计 |
| 3.4.4 辅助弯曲波导的参数设计 |
| 3.4.5 仿真结果及设计 |
| 3.5 器件设计的优化 |
| 3.5.1 参数的优化设计 |
| 3.5.2 工作带宽的分析 |
| 3.6 整体器件的设计与仿真 |
| 3.6.1 器件结构与参数的优化 |
| 3.6.2 仿真结果分析 |
| 3.7 本章小结 |
| 第四章 集成非对称Y分支和垂直定向耦合器的宽带模分复用器的设计 |
| 4.1 器件的工作目标及模型 |
| 4.1.1 工作目标 |
| 4.1.2 器件的结构特点及解复用过程 |
| 4.2 非对称Y分支的工作原理 |
| 4.3 器件的参数设计 |
| 4.3.1 非对称Y分支的参数设计 |
| 4.3.2 垂直定向耦合器的参数设计 |
| 4.3.3 整体器件的参数设计 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 工作展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 硕士研究生期间取得的研究成果 |
（8）基于硅基光波导实现特征识别的光子神经网络仿真研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 传统人工神经网络 |
| 1.3 国内外研究现状和发展 |
| 1.4 本文主要内容 |
| 2 光子神经网络算法及仿真 |
| 2.1 光子神经网络算法框架 |
| 2.1.1 前向传播 |
| 2.1.2 反向传播 |
| 2.2 构建输入特征向量 |
| 2.3 激活函数的选择 |
| 2.4 权重矩阵分解获取相位 |
| 2.4.1 权重矩阵奇异值分解 |
| 2.4.2 酉矩阵旋转矩阵分解 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 基于马赫曾德干涉仪(MZI)构建光子神经网络 |
| 3.1 光子集成技术 |
| 3.2 光波导理论 |
| 3.2.1 光波导材料和结构 |
| 3.2.2 硅基光波导 |
| 3.2.3 光波导技术参数 |
| 3.3 光波导数值方法及仿真软件介绍 |
| 3.4 MZI工作原理和结构设计 |
| 3.4.1 硅波导结构设计 |
| 3.4.2 定向耦合器原理和结构设计 |
| 3.4.3 MZI原理和结构设计 |
| 3.5 光子神经网络构建 |
| 3.5.1 MZI实现二维酉矩阵 |
| 3.5.2 MZI阵列实现酉矩阵 |
| 3.5.3 光子神经网络构建 |
| 3.6 本章小结 |
| 4 光子神经网络特征识别仿真结果与分析 |
| 4.1 酉矩阵仿真分析 |
| 4.1.1 V_1~T酉矩阵仿真分析 |
| 4.1.2 U_1酉矩阵仿真分析 |
| 4.1.3 V_2~T酉矩阵仿真分析 |
| 4.1.4 U_2酉矩阵仿真分析 |
| 4.2 数字特征识别仿真分析 |
| 4.3 图像特征识别仿真分析 |
| 4.4 损耗对识别准确率的影响 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 总结与展望 |
| 5.1 论文总结 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历 |
| 攻读硕士学位期间所取得的科研成果 |
（9）基于InGaN定向耦合器的光子集成系统（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 专用术语注释表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 可见光通信的研究背景 |
| 1.1.1 可见光通信的发展历史 |
| 1.1.2 可见光通信的调制技术 |
| 1.1.3 可见光通信的前景与发展挑战 |
| 1.2 光子集成 |
| 1.3 本文主要工作内容及结构安排 |
| 第二章 光波导及其耦合理论 |
| 2.1 平面介质光波导理论 |
| 2.1.1 平板光波导理论及其分析方法 |
| 2.1.2 条形光波导理论及其分析方法 |
| 2.2 耦合模理论 |
| 2.2.1 模式耦合 |
| 2.2.2 耦合模态理论 |
| 2.3 本章小结 |
| 第三章 可见光二极管器件的制备 |
| 3.1 GaN基半导体的材料特性 |
| 3.2 器件加工工艺 |
| 3.2.1 光刻工艺 |
| 3.2.2 Ⅲ-Ⅴ族刻蚀工艺 |
| 3.2.3 电子束物理气相沉积 |
| 3.3 本章小结 |
| 第四章 可见光MQW器件的光电性能分析 |
| 4.1 伏安特性曲线 |
| 4.2 电容电压曲线 |
| 4.3 电致发光光谱 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 集成InGaN定向耦合器的VLC光子芯片 |
| 5.1 光子集成器件的制备流程 |
| 5.2 器件的性能测试 |
| 5.3 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 研究内容总结 |
| 6.2 研究方向展望 |
| 参考文献 |
| 附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文 |
| 附录2 攻读硕士学位期间申请的专利 |
| 致谢 |
（10）高功率微波连续横向枝节阵列天线研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 选题依据和研究意义 |
| 1.2 高功率微波阵列天线的研究现状 |
| 1.2.1 螺旋阵列天线 |
| 1.2.2 径向线缝隙阵列天线 |
| 1.2.3 波导缝隙阵列天线 |
| 1.2.4 波束扫描透镜天线 |
| 1.3 连续横向枝节阵列天线的研究现状 |
| 1.3.1 CTS阵列天线简介 |
| 1.3.2 CTS波束扫描阵列天线 |
| 1.4 论文主要研究内容 |
| 第二章 宽带平板波导CTS阵列天线研究 |
| 2.1 CTS辐射单元性能研究 |
| 2.1.1 CTS单元耦合特性分析 |
| 2.1.2 CTS单元结构的选择 |
| 2.1.3 CTS单元与传统缝隙对比 |
| 2.2 平行平板波导CTS直线阵列初步设计 |
| 2.2.1 CTS阵列的设计流程 |
| 2.2.2 归一化阻抗提取 |
| 2.2.3 口径分布函数选择 |
| 2.2.4 天线带宽特性分析 |
| 2.3 频率调谐仿真研究 |
| 2.4 功分馈电系统设计 |
| 2.4.1 平板波导CTS平面阵列的基本结构 |
| 2.4.2 宽带功分馈电系统设计 |
| 2.4.3 介质隔离窗口设计 |
| 2.5 宽带辐射系统联合仿真研究 |
| 2.6 本章小结 |
| 第三章 高功率平板波导CTS阵列天线研究 |
| 3.1 改进后平行平板波导CTS直线阵列设计 |
| 3.1.1 改进后CTS单元归一化阻抗提取 |
| 3.1.2 改进后CTS直线阵列仿真 |
| 3.1.3 参数敏感性分析 |
| 3.2 功率分配网络的设计 |
| 3.2.1 不同馈电电流分布对天线辐射特性影响 |
| 3.2.2 1分15 等功分器的设计 |
| 3.2.3 矩形波导分支结构设计 |
| 3.2.4 1分28 路不等功分馈电系统设计 |
| 3.3 高功率平板波导CTS阵列系统 |
| 3.3.1 功分馈电系统和平面矩形阵列天线的联合仿真 |
| 3.3.2 平板波导CTS阵列系统实验规划 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 高功率径向线CTS阵列天线研究 |
| 4.1 径向线CTS阵列天线的设计 |
| 4.1.1 径向线CTS阵列天线的工作原理 |
| 4.1.2 天线口面的阻抗分布 |
| 4.1.3 CTS单元归一化阻抗提取 |
| 4.1.4 馈电部分设计 |
| 4.2 径向线CTS阵列天线的仿真 |
| 4.2.1 同轴TEM模式注入时CTS阵列天线仿真 |
| 4.2.2 同轴圆极化TE_(11)模式注入时CTS阵列天线仿真 |
| 4.2.3 参数敏感性分析 |
| 4.3 径向线CTS阵列天线的低功率实验 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 基于径向CTS天线和高功率复合介质透镜的波束扫描技术研究 |
| 5.1 高功率复合介质透镜阵列 |
| 5.1.1 复合介质透镜组成 |
| 5.1.2 透镜传输子单元移相分析 |
| 5.1.3 透镜传输子单元仿真设计 |
| 5.1.4 复合介质透镜波束扫描天线工作原理 |
| 5.1.5 各层透镜阵列设计 |
| 5.1.6 透镜传输子单元敏感性分析 |
| 5.2 复合介质透镜波束扫描天线联合仿真研究 |
| 5.2.1 径向线CTS阵列天线加载一层透镜 |
| 5.2.2 径向线CTS阵列天线加载两层透镜 |
| 5.2.3 径向线CTS阵列天线加载三层透镜 |
| 5.3 复合介质透镜波束扫描天线低功率实验研究 |
| 5.3.1 复合介质透镜反射系数测量 |
| 5.3.2 径向线CTS阵列天线加载透镜后反射系数测量 |
| 5.3.3 径向线CTS阵列天线加载透镜后方向图测量 |
| 5.4 复合介质透镜波束扫描天线高功率实验研究 |
| 5.4.1 径向线CTS阵列天线加载一层透镜 |
| 5.4.2 径向线CTS阵列天线加载两层透镜 |
| 5.4.3 径向线CTS阵列天线加载三层透镜 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 主要工作与基本结果 |
| 6.2 主要创新点 |
| 6.3 研究展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 作者在学期间取得的学术成果 |
四、Novel Propagation Analysis of Coupled Waveguides by Coupled Mode Expansion and Segmentation（论文参考文献）
- [1]面向多维复用的硅基亚波长结构集成光子器件研究[D]. 许弘楠. 浙江大学, 2021(01)
- [2]毫米波发射前端集成滤波技术研究[D]. 张译戈. 电子科技大学, 2021(01)
- [3]基于表面等离激元的滤波与传感器件的设计与研究[D]. 孙卓越. 北京邮电大学, 2021(01)
- [4]硅基片上模场调控器件研究[D]. 李晨蕾. 浙江大学, 2020(02)
- [5]220GHz多电路集成技术[D]. 牛中乾. 电子科技大学, 2020(03)
- [6]近红外波段聚合物基微环谐振器的研究[D]. 吕桓林. 大连理工大学, 2020(07)
- [7]基于级联垂直波导定向耦合器的宽带模分复用器的研究[D]. 左铃铃. 电子科技大学, 2020(07)
- [8]基于硅基光波导实现特征识别的光子神经网络仿真研究[D]. 陈媛. 浙江大学, 2020(02)
- [9]基于InGaN定向耦合器的光子集成系统[D]. 张锋华. 南京邮电大学, 2019(02)
- [10]高功率微波连续横向枝节阵列天线研究[D]. 孙云飞. 国防科技大学, 2019(01)