2023年4月17日发(作者：选举制)
！
马赫-曾德尔干涉仪的设计
一、实验目的：
1．掌握MZI的干涉原理
2．掌握MZI干涉仪的基本结构和仿真方法
二、实验原理：
MZI干涉原理基于两个相干单色光经过不同的光程传输后的干涉理论。MZI主要由前
后两个3dB定向耦合器和一个可变移相器组成。最终使不同的两个波长分别沿两个不同
的端口输出。其结构示意图如下所示：
图1 MZI干涉原理简图
】
1、马赫－曾德干涉仪的分光原理：
设两耦合器的相位因子分别为,当干涉仪一输入端注入强度为 (以电场强度
12
,
I
0
马赫－曾德干涉结构可用做光调制器，也可用做光滤波器。
表示为)光波时，可以推出两个输出端的光场强度(以电场强度分别表示为)
EI,I
012
E,E
1
2
分别为：
22
IEEcos()sin(2)sin(2)sin(L/2)
1101212
22
22
IEEsin()sin(2)sin(2)cos(L/2)
2201212
22
式中，为传输常数；为干涉仪两臂的长度差，它在干涉仪两臂之间引入的相
LLL
12
位差：。（为光的频率；n为光纤纤心的折射率：C为真空中
L2nL/C2/F
的光速；为马赫一曾德干涉仪的自由程。
FC/nL
当构成干涉仪的两耦合器均为标准的3 dB耦合器(即分光比为1：1)时，两耦合器的
相位因子为，可以得到干涉仪输出端的强度传输系数分别如下：
45
0
E
I
1
T1cos(2/F)
1
1
1
2
I2
0
E
0
E
I
1
T1cos(2/F)
2
2
2
2
I2
0
E
0
2
2
图2给出了强度传输系数随输入光频率的变化曲线：
图2 马赫－曾德干涉仪强度传输系数随频率变化曲线
从图2可以看出，两个输出端的强度传输系数正好是反相的，也就是说，当在干涉
仪的一个输入端注入单一频率的光波时，调节干涉仪使一个输出端输出光强度达到最大
时，则另一输出端输出光强度将达到最小。另外，根据图2，还可以得到一个重要的结
论：当在干涉仪一个输入端同时注入两个频率分别为的光波时，如果二者的频差
12
,
21
与干涉仪自由程F满足关系式 ()，则可以实现两
(K1/2)FK0,1,2,
个频率不同的光波分别在不同的输出端输出，即实现不同频率光波的分离。
2、马赫－曾德干涉仪的滤波原理
马赫－曾德滤波器结构如图3所示：
图3 马赫－曾德干涉仪滤波器原理图
输入光功率经第一个3dB耦合器等分为和两部分，他们分别在长度为和
P
i
PP
i1i2
L
1
L
2
的光波导中传输后，经过第二个3dB耦合器合在一起。
）
设输入光功率，则输入光的电场强度可以表示为：
PE•E
iii
EAei
il
it
其中表示光的偏振方向上的单位矢量。经过第一个3dB耦合器将输入光分成两束，每
i
l
束光功率可表示为：
A
2
PP
i1i2
2
假设经过和的传输后，两束光的偏振方向保持不变，则他们的电场强度分别
L
1
L
2
为：
Eei; Eei
1l2l
AA
i(tL/v)i(tL/v)
12
22
式中v为波导中光的传播速度。经过第2个耦合器后，总电场强度为：
A
i(tL/v)i(tL/v)
12
EEE[ee]
12
2
A(LL)
2
12
PEE[1cos]Acos[(LL)]
o12
22
2vv
输出光功率：
三、实验内容：
利用设计已和MZI干涉仪，并分析仿真结果。
四、实验方法：
1、创建材料库：
Materials－Diffud：
】
Crystal name: Lithium_Niobate
Crystal cut :Z
Propagation direction:Y
Materials－Dielectric1：
Name: air
Refractive index：
Profiles－Diffusion-Ti:LiNbo3
Name: TiLiNbO3
|
Group I－lateral diffusion length :
Group I－Diffusion傅雷家书优美词语
leng开创的近义词
th in depth
2、晶体参数：
Waveguide Properties参数：
Wid求字成语
th：
Profile：TiLiNbO3
Wafer Dimensions参数：
Length: 33000
@
Width:100
2D Wafer Properties参数：
Material：Lithium_Niobate
3D Wafer Properties参数：
Cladding—Material: air
Cladding—Thickness: 2
Substrate—Material: Lithium_Niobate
Substrate—Thickness: 10
.
3、添加波导和输入平面：
所需波导参数如冰箱排行
下：
波导名称 Width
Start offt End offt
,
HorizontVertical Vertical
al
0 SbendSin1 -20 默认
5750 Linear1 9000
9000 SbendSin2 11500 -16 默认
。
Horizont
al
…
Linear2 -16 21500 -16 默认
SbendSin3 -16 默认 21500
Linear3 24000 27250
SbendSin4 -20 27250 33000 默认
SbendSin5 20 5750 默认
Linear4 默认 5750
SbendSin6 16 9000 11卡通人物怎么画
500
Linear5 16 16 11500 21500 默认
SbendSin7 16 24000 默认
Linear6 默认 24000
5750
{
&
默认
:
11500
$
24000
@
默认
{
0
"
9000
、
默认
21500
27250
<
SbendSin8 27250 33000 20
默认
在完成波导参数设置后需要分配监控路径，并且插入输入面。输入面的参数中将Z
position 的值设置为。
4、仿真：
仿真参数：
Global Data页面－
Reference I孕期见红怎么回事
ndex: Modal
Wavelength m:
2D页面－
Polarization: TM
Mesh—Number of points: 500
BPM solver: Paraxial
Engine: Finite Difference
Scheme Parameter:
Propagation Step:
Boundary Condition: TBC
在设置完仿真参数后运行仿真并观察仿真结果。
五、分析与问题
1、详细分析马赫－曾德干涉仪的相关原理；
1、分析两波导臂长度对移相器的影响。
