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研究生: 林譽哲
Yu-Che Lin
論文名稱: Si與SU-8用於鏡射型陣列波導光柵(AWG)之設計與模擬分析
Design and Simulation Analysis of Mirror Type Arrayed Waveguide Grating (AWG) Based on Si and SU-8
指導教授: 柯正浩
Cheng-Hao Ko
口試委員: 徐勝均
Sendren Sheng-Dong Xu
沈志霖
Ji-Lin Shen
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工程學院 - 自動化及控制研究所
Graduate Institute of Automation and Control
論文出版年: 2013
畢業學年度: 101
語文別: 中文
論文頁數: 77
中文關鍵詞: 光程差SU-8陣列波導光柵內部全反射
外文關鍵詞: internal reflectio, arrayed waveguide grating, SU-8, Optical path difference
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  • 由於利用光纖傳輸資訊可以有較大的頻寬,可以傳輸大量的資料,而AWG正是現在熱門的光纖傳輸元件之一,所以我們希望能夠研究,了解AWG的設計技巧、特性和製作技術,最後能夠有能力自行設計出陣列波導光柵。
    在設計AWG時,最困難的地方在於AWG的光罩佈線,光程差的計算與設計參數的取得,而在這篇論文中我們利用了Solidworks來建立模式且為主要的數據架構,在Solidwoks所完成的模型與數據,分別輸入TracePro 與 Maltab 中做光學的模擬與數值的分析計算,進而設計出理想的AWG 元件。
    首先我們會先參考一些論文建立起1550 nm波長的AWG,接著我們更換材料從Si 改為 SU-8,模擬SU-8 在1550 nm與850 nm波段的適用性,研究此多分子結構的材料在此兩個波段下AWG的效益,證明其材料的發展性與可行性。
    本篇論文的主要貢獻在於: 一、討論AWG每區的功能。二、提出並解釋AWG分波幾何原理。三、提出光程差公式理論架構。四、使用一種佈局來設計AWG。五、使用SU-8 這種材料在自己佈局上的設計探討。六、具備在Solidwoks建立模型轉出到Matlab與 TracePro上的能力。七設計出可適用於850 nm波段之AWG ,進而使用VCSEL雷射降低成本。


    Now, AWG is one of the popular components in optical fiber transmission due to the utilization of optical fiber to transmit data with more bandwidth and massive data. We would like to research and understand the design skill, characteristics and production technology of AWG in order to be able to have the ability to design our own arrayed waveguide grating.
    The most difficult part while design AWG is the photomask layout, the calculation of the optical path difference and obtainment of the design parameters. In this thesis, in order to design an ideal AWG component, we use Solidworks to create a model as a main data construction and input the completed model and parameters into TracePro and Maltab for the optical simulation and data analysis, respectively.
    First of all, we referred prior thesis which established AWG in 1550nm wavelength, and change the material from Si to SU-8 to simulate the applicability in the wavelength 1550nm and 850nm and to research the effectiveness of the multi-molecular structure material in abovementioned wavelengths of AWG. The result will prove the feasibility and expansibility of the materials used in AWG.
    The main contributions in this thesis are: 1. To discuss the function of each section in AWG. 2. To propose and explain the demultiplexer geometric principles of AWG. 3. To propose the theoretical framework of optical path difference formula. 4. To design an AWG by a layout. 5. To design and investigate by using SU-8 in layout. 6. To possess the ability of establish patterns in Solidworks and further transfer to Matlab and TracePro. 7. To design a suitable AWG for use in 850nm wavelength in order to reduce the cost by using VCSEL laser.

    致謝 I 摘要 II Abstract III 目錄 V 圖目錄 VII 表目錄 X 第一章 序論 1 1.1簡介 1 1.2研究目的 1 1.3本文架構 2 第二章 基本理論 3 2.1陣列波導光柵的工作原理 3 2.2 陣列波導光柵原件介紹 3 2.3 陣列波導光柵的設計類型 4 2.4 元件名詞與基本定理介紹 5 2.4 解釋為何不設計Si 材料850 nm原因 7 第三章 Si用於鏡射型陣列波導光柵波長1550 nm之設計 9 3.1基本模型設計 9 3.2 TracePro光學模擬軟體介紹 13 3.3 Raytracing模擬 14 3.4數值模擬 23 第四章 SU-8用於鏡射型陣列波導光柵波長1550 nm之設計 31 4.1基本模型設計 31 4.2模型參數設定 31 4.3 Raytracing模擬 33 4.4數值模擬 39 第五章 SU-8用於鏡射型陣列波導光柵波長850 nm 之設計 43 5.1模型設計 43 5.2模型參數設定 43 5.3 Raytracing模擬 45 5.4數值模擬 52 第六章 實驗結果探討與結論 55 6.1實驗結論 55 第七章 未來展望 59 7.1未來展望 59

    [1] Kemiao Jia, Wenhui Wang, Yanzhe Tang, Yirong Yang, Jianyi Yang, ''Silicon-on-Insulator-Based Optical Demultiplexer Employing Turning-Mirror-Integrated Arrayed-Waveguide Grating," IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, VOL. 17, NO. 2, PP.378-380 (2005).
    [2] AAM Kok, "Completely Multimode Arrayed Waveguide Grating-based Wavelength Demultiplexer", EUROCON 2003. Computer as a Tool. The IEEE Region 8, Vol.2, PP.422 - 426 (2003).
    [3] SHI SHUN XIANG,物理光學與應用光學 ,西安電子科技大學出版社 (2008)。
    [4] Joseph C. Palais著,董德國、陳萬清譯,光纖通訊,東華書局出版(2003)。
    [5] "Monte Carlo method",https://en.wikipedia.org/wiki/Monte_Carlo_method.
    [6] " Vertical-cavity surface-emitting laser ",http://en.wikipedia.org/wiki/Vertical-cavity_surface-emitting_laser.
    [7] "Arrayed-Waveguide-Grating",http://de.wikipedia.org/wiki/ Arrayed_waveguide_grating .
    [8] "SU-8 optical constant", http://www.microchem.com/.
    [9] "ITU Grid Channels", http://telecomengineering.com/.
    [10] "Silicon optical properties", http://www.ioffe.ru/SVA/NSM/Semicond/Si/optic.html.

    無法下載圖示 全文公開日期 2018/07/10 (校內網路)
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