第一章绪论

1.1微环谐振器研究背景

随着光纤通信技术的飞速发展，光通信网络这一领域需要不断提高工作性能，运营成本降低，其核心技术主要方面就是光波导器件的集成化、规模化和小型化。与此同时，未来的全光网络迫切需要能够实现新式光波导器件的多种功能，比如延时线、光滤波器、缓冲器以及各种全光信号处理的基本单元，通过大规模集成这些单元在基板上实现强大的光学“片上系统”。微环谐振器(简称微环)满足了上面所说的两个要求，所以微环已经成为光纤通信和集成光学领域的研究热点之一。

计算微环谐振器频谱响应用传输矩阵方法是最简单有效的。这个方法将微环谐振器分成许多个部分，每部分的光场传输用一个矩阵来表示，然后光信号在微环里的传输就能表示为一系列矩阵的乘积。采用这种方法，也可以很容易地计算串联或并联的微环谐振器。

1.2微环谐振器的研究目的

1.2.1国内外研究现状

1.2.2微环谐振器的应用

1.3主要研究内容

本文的工作就是对微环谐振波分复用器的理论分析，详细内容如下：第一章是绪论，介绍了本课题的研究目的和意义,以及微环谐振器的发展现状。第二章介绍了微环谐振器的结构模型及基本特性。讨论微环谐振器的性能参数，根据表达式，简单描述微环谐振器的性能。介绍传输矩阵的分析方法，利用传输矩阵方法设计微环阵列。第三章参照微环基本理论模型，分析了微环谐振器的频谱曲线，最后分析了微环谐振器几种常见结构。第四章主要介绍仿真软件FDTD，并模拟出光场在不同微环结构波导中的分布。

第二章微环谐振器的基本特性

2.1微环谐振器工作原理

微环谐振器可以被认为是一种干涉仪器件，与Fabry-Perot谐振器（F-P）的驻波特性不同，微环谐振器产生的波是行波。由微环和两根直波导组成微环结构，输入光场从In输入端口输入，在直波导与微环之间发生耦合，一部分进入Through端口，另一部分光信号满足谐振条件，这些光信号在微环里继续传输；这样循环下去，从而在输出端来实现对光信号的滤波和延迟。微环谐振器最基本的结构见图2-1

图2-1单微环谐振器结构

它在绕环之后相位变化为2的整数倍的光共振。不参与这种谐振条件的光的一部分将通过总线波导传输。在这种情况下，器件将充当所有波长传输的相位滤波器，并且也穿过环的谐振波长获取相位变化。

式中，为谐振波长；R为微环半径；nc为有效折射率；m为谐振级次（取正整数）。

2.2微环谐振器的性能参数

环形谐振器的关键性能参数包括FSR，谐振波长和精细度等等。

2.2.1谐振波长

谐振波长是指在绕环之后相位变化为2的整数倍的光共振，能满足谐振方程[6]的光所对应的波长。

2.2.2自由光谱

自由频谱范围（FSR）：两个相邻谐振峰之间的波长差。式（2-2）两边对做微分，可以得到：

当FSR带入（2-3）并经过整理，可以得到

式中，ng为波导的群折射率。

由式（2-6）知，谐振级次与FSR成反比。由式（2-2）可知，微环半径过大，使得FSR变小，限制了波长工作范围。因此，为了将FSR变得更大，应尽可能选取半径较小的微环。

2.2.3品质因子和精细度

衡量谐振器性能的重要参数（品质因子Q、精细度F）,精细度决定谐振腔的尖锐程度和谐振质量，品质因子是来描述谐振峰陡斜的物理量。定义分别为