馬赫-曾德爾干涉儀的設計

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上馬赫-曾德爾干涉儀的設計一、實驗目的：1 掌握MZI的干涉原理2 掌握MZI干涉儀的基本結構和仿真方法二、實驗原理：MZI干涉原理基于兩個相干單色光經過不同的光程傳輸后的干涉理論。MZI主要由前后兩個3dB定向耦合器和一個可變移相器組成。最終使不同的兩個波長分別沿兩個不同的端口輸出。其結構示意圖如下所示：圖1 MZI干涉原理簡圖馬赫曾德干涉結構可用做光調制器，也可用做光濾波器。1、馬赫曾德干涉儀的分光原理：設兩耦合器的相位因子分別為,當干涉儀一輸入端注入強度為 (以電場強度表示為)光波時，可以推出兩個輸出端的光場強度(以電場強度分別表示為)分別為：式中，為傳輸常數；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。 當構成干涉儀的兩耦合器均為標準的3 dB耦合器(即分光比為1：1)時，兩耦合器的相位因子為，可以得到干涉儀輸出端的強度傳輸系數分別如下：圖2給出了強度傳輸系數隨輸入光頻率的變化曲線：圖2 馬赫曾德干涉儀強度傳輸系數隨頻率變化曲線從圖2可以看出，兩個輸出端的強度傳輸系數正好是反相的，也就是說，當在干涉儀的一個輸入端注入單一頻率的光波時，調節(jié)干涉儀使一個輸出端輸出光強度達到最大時，則另一輸出端輸出光強度將達到最小。另外，根據圖2，還可以得到一個重要的結論：當在干

3、涉儀一個輸入端同時注入兩個頻率分別為的光波時，如果二者的頻差與干涉儀自由程F滿足關系式 ()，則可以實現兩個頻率不同的光波分別在不同的輸出端輸出，即實現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構如圖3所示：圖3 馬赫曾德干涉儀濾波器原理圖輸入光功率經第一個3dB耦合器等分為和兩部分，他們分別在長度為和的光波導中傳輸后，經過第二個3dB耦合器合在一起。設輸入光功率，則輸入光的電場強度可以表示為：其中表示光的偏振方向上的單位矢量。經過第一個3dB耦合器將輸入光分成兩束，每束光功率可表示為：假設經過和的傳輸后，兩束光的偏振方向保持不變，則他們的電場強度分別為：式中v為波導中光

4、的傳播速度。經過第2個耦合器后，總電場強度為：輸出光功率：三、實驗內容：利用OptiBPM6.0設計已和MZI干涉儀，并分析仿真結果。四、實驗方法：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：Waveguide Properties參數： Width：8.0 Profile：TiLiNbO3 Wafer Dimensions參數：Length: 33000Width:100 2D Wafer Properties參數：Material：Lithium_Niobate 3D Wafer Properties參數： CladdingMaterial: airCladdingThickness: 2SubstrateMaterial: Lithium_NiobateSubstrateThickness: 103

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

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