馬赫-曾德爾干涉儀的設(shè)計(jì)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上馬赫-曾德爾干涉儀的設(shè)計(jì)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模? 掌握MZI的干涉原理2 掌握MZI干涉儀的基本結(jié)構(gòu)和仿真方法二、實(shí)驗(yàn)原理：MZI干涉原理基于兩個(gè)相干單色光經(jīng)過不同的光程傳輸后的干涉理論。MZI主要由前后兩個(gè)3dB定向耦合器和一個(gè)可變移相器組成。最終使不同的兩個(gè)波長分別沿兩個(gè)不同的端口輸出。其結(jié)構(gòu)示意圖如下所示：圖1 MZI干涉原理簡圖馬赫曾德干涉結(jié)構(gòu)可用做光調(diào)制器，也可用做光濾波器。1、馬赫曾德干涉儀的分光原理：設(shè)兩耦合器的相位因子分別為,當(dāng)干涉儀一輸入端注入強(qiáng)度為 (以電場強(qiáng)度表示為)光波時(shí)，可以推出兩個(gè)輸出端的光場強(qiáng)度(以電場強(qiáng)度分別表示為)分別為：式中，為傳輸常數(shù)；為

2、干涉儀兩臂的長度差，它在干涉儀兩臂之間引入的相位差：。（為光的頻率；n為光纖纖心的折射率：C為真空中的光速；為馬赫一曾德干涉儀的自由程。 當(dāng)構(gòu)成干涉儀的兩耦合器均為標(biāo)準(zhǔn)的3 dB耦合器(即分光比為1：1)時(shí)，兩耦合器的相位因子為，可以得到干涉儀輸出端的強(qiáng)度傳輸系數(shù)分別如下：圖2給出了強(qiáng)度傳輸系數(shù)隨輸入光頻率的變化曲線：圖2 馬赫曾德干涉儀強(qiáng)度傳輸系數(shù)隨頻率變化曲線從圖2可以看出，兩個(gè)輸出端的強(qiáng)度傳輸系數(shù)正好是反相的，也就是說，當(dāng)在干涉儀的一個(gè)輸入端注入單一頻率的光波時(shí)，調(diào)節(jié)干涉儀使一個(gè)輸出端輸出光強(qiáng)度達(dá)到最大時(shí)，則另一輸出端輸出光強(qiáng)度將達(dá)到最小。另外，根據(jù)圖2，還可以得到一個(gè)重要的結(jié)論：當(dāng)在干

3、涉儀一個(gè)輸入端同時(shí)注入兩個(gè)頻率分別為的光波時(shí)，如果二者的頻差與干涉儀自由程F滿足關(guān)系式 ()，則可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)頻率不同的光波分別在不同的輸出端輸出，即實(shí)現(xiàn)不同頻率光波的分離。2、馬赫曾德干涉儀的濾波原理馬赫曾德濾波器結(jié)構(gòu)如圖3所示：圖3 馬赫曾德干涉儀濾波器原理圖輸入光功率經(jīng)第一個(gè)3dB耦合器等分為和兩部分，他們分別在長度為和的光波導(dǎo)中傳輸后，經(jīng)過第二個(gè)3dB耦合器合在一起。設(shè)輸入光功率，則輸入光的電場強(qiáng)度可以表示為：其中表示光的偏振方向上的單位矢量。經(jīng)過第一個(gè)3dB耦合器將輸入光分成兩束，每束光功率可表示為：假設(shè)經(jīng)過和的傳輸后，兩束光的偏振方向保持不變，則他們的電場強(qiáng)度分別為：式中v為波導(dǎo)中光

4、的傳播速度。經(jīng)過第2個(gè)耦合器后，總電場強(qiáng)度為：輸出光功率：三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：利用OptiBPM6.0設(shè)計(jì)已和MZI干涉儀，并分析仿真結(jié)果。四、實(shí)驗(yàn)方法：1、創(chuàng)建材料庫： MaterialsDiffused： Crystal name: Lithium_NiobateCrystal cut :ZPropagation direction:Y MaterialsDielectric1：Name: airRefractive index：1.0ProfilesDiffusion-Ti:LiNbo3Name: TiLiNbO3Group Ilateral diffusion length :3.5Grou

5、p IDiffusion length in depth 4.22、晶體參數(shù)：Waveguide Properties參數(shù)： Width：8.0 Profile：TiLiNbO3 Wafer Dimensions參數(shù)：Length: 33000Width:100 2D Wafer Properties參數(shù)：Material：Lithium_Niobate 3D Wafer Properties參數(shù)： CladdingMaterial: airCladdingThickness: 2SubstrateMaterial: Lithium_NiobateSubstrateThickness: 103

6、、添加波導(dǎo)和輸入平面： 所需波導(dǎo)參數(shù)如下：波導(dǎo)名稱Start offsetEnd offsetWidthHorizontalVerticalHorizontalVerticalSbendSin10-205750-7.25默認(rèn)Linear15750-7.259000-7.25默認(rèn)SbendSin29000-7.2511500-16默認(rèn)Linear211500-1621500-16默認(rèn)SbendSin321500-1624000-7.25默認(rèn)Linear324000-7.2527250-7.25默認(rèn)SbendSin427250-7.2533000-20默認(rèn)SbendSin502057507.25默

7、認(rèn)Linear457507.2590007.25默認(rèn)SbendSin690007.251150016默認(rèn)Linear511500162150016默認(rèn)SbendSin72150016240007.25默認(rèn)Linear6240007.25272507.25默認(rèn)SbendSin8272507.253300020默認(rèn)在完成波導(dǎo)參數(shù)設(shè)置后需要分配監(jiān)控路徑，并且插入輸入面。輸入面的參數(shù)中將Z position 的值設(shè)置為0.0000。4、仿真： 仿真參數(shù)：Global Data頁面Reference Index: ModalWavelength m: 1.32D頁面Polarization: TMMeshNumber of points: 500BPM solver: ParaxialEngine: Finite DifferenceScheme Parameter: 0.5Pro