论文总字数：19780字

摘 要

在科学技术高度发展的今天，光显然成为了一种更重要也更有发展意义的信息传递媒介。信息技术正在高速发展，随之而来的是信息的容量与密度的增加，人们和社会都要求有着更快速度，更大容量，更低损耗，更低成本的信号处理技术与硬件的诞生。其中，硅基集成光子器件以其紧凑的结构，优越的性能，较低的耗能和成本等优点成为了信息处理器件中的翘楚，而在技术层面也有波分复用技术，模分复用技术，偏振复用技术等应运而生。其中，模分复用技术将在本文着重讨论。

在绪论中，本文讨论了硅光子学的发展历史，介绍了如模式转换器的光子集成器件，并介绍了其现阶段的研究现状。

模分复用技术应用背景以及研究意义，模分复用以及解复用技术的原理将在第二部分部分做介绍，同时此部分也简要介绍了模分复用系统的主要组成及其各自的作用。

本文的第三部分介绍了模式转换器的发展历史、结构分类和原理等内容。原理内容包括了光波导的模式定义，以及模式正交的原理。

本文的第四部分包括了时域有限差分法（FDTD）的原理以及学习和应用过程。非对称定向耦合（ADC）模式转换器的设计思路，光谱特性及其优化设计也将在这部分做详细说明。

文章的第五部分为总结以及展望，包括了书写论文的收获以及遇到的困难和从中收获的经验教训。

关键字：模分复用技术 模式转换器 非对称定向耦合模式转换器

Research on Performance of Integrated Photonic Mode Converter

Abstract

Today, with the rapid development of science and technology, light has clearly become a more important and developmental information transmission medium. Information technology is developing at a high speed, with the increase of information capacity and density. People and society are demanding faster speed, larger capacity, lower loss, and lower cost of signal processing technology and hardware. Among them, the silicon-based integrated photonic device has become a leader in information processing devices due to its compact structure, superior performance, lower energy consumption and cost. At the technical level, there are also wavelength division multiplexing technology, modular division multiplexing Technology, polarization multiplexing technology came into being. Among them, the modular division multiplexing technology will focus on this article.

In the introduction, this article discusses the development history of silicon photonics, introduces photonic integrated devices such as mode converters, and introduces its current research status.

The application background and research significance of the module division multiplexing technology, the principle of the module division multiplexing and demultiplexing technology will be introduced in the second part, and this part also briefly introduces the main components of the module division multiplexing system and their respective effect.

The third part of this article introduces the development history, structural classification and principles of the mode converter. The principle content includes the mode definition of the optical waveguide and the principle of mode orthogonality.

The fourth part of this article includes the principle of the time-domain finite difference method (FDTD) and the learning and application process. The design ideas, spectral characteristics and optimized design of the asymmetric directional coupling (ADC) mode converter will also be explained in detail in this section.

The fifth part of the article is a summary and outlook, including the harvest of writing papers, the difficulties encountered and the lessons learned from them.

Key words: mode division multiplexing technology；mode converter；asymmetric directional coupler

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 硅光子学概论 1

1.2 常用硅基无源光子集成器件 1

1.3无源集成光子器件的性能参数 1

1.4硅基片上复用传输技术的进展 2

第二章 模分复用技术 3

2.1模分复用技术的研究背景和意义 3

2.2 模分复用技术的原理 3

2.3 模分复用/解复用器 3

2.4 模分复用系统 5

第三章 模式转换器 6

3.1 模式转换器的发展历史 6

3.2 模式转换器的结构分类 7

3.3 模式转换器的理论基础 9

第四章 非对称定向耦合模式转换器 11

4.1 非对称定向耦合模式转换器（ADC）的基础原理 11

4.2时域有限差分法（FDTD） 14

4.3 非对称定向耦合（ADC）模式转换器波导宽度的参数选择 15

4.4 非对称定向耦合（ADC）模式转换器TE1-TE0的光谱特性 16

4.5 非对称定向耦合（ADC）模式转换器TE2-TE0的光谱特性 19

4.6 非对称定向耦合（ADC）模式转换器的模式转化过程 21

4.7 本章小结 23

第五章 总结与展望 24

5.1 论文的总结 24

5.2 对后续工作研究的展望 24

5.3 在论文写作中遇到的问题及经验教训 25

参考文献 26

致谢 28

请支付后下载全文，论文总字数：19780字