非线性光子晶体全光开关及其在光逻辑运算中的应用
随着人们对信息量需求的急剧增加，网络通信和信息计算面临着新的挑战，从某种程度上推动了光波技术的发展。以光子作为计算对象的光信息处理技术，其中包括光学图像处理、光学信息存储、光学计算等的研究在不断深化。其中全光开关作为光信息处理的基本元件，已经成为当前光网络交换和数字光计算的关键性器件。由于光子晶体具有极强的控光能力，它已被认为是未来的半导体，可以用它来制作出全新原理的或者以前所不能制作的高性能全光开关器件，对光子晶体光开关的研究将能进一步推动光子晶体产业在全光集成、光通信和光信息处理等方面的发展。
本文首先从光子晶体的缺陷结构出发，采用时域有限差分法进行仿真，研究了几种点线混合缺陷的光子晶体透射谱和缺陷模分布，得出了适合于制作高性能全光开关的缺陷结构。在此基础上，引入了三阶非线性光学材料构成非线性光子晶体，分析了非线性光子晶体全光开关的缺陷模迁移原理，最后设计出了一种信号光波长和控制光波长均在1550nm处的新型非线性光子晶体全光开关。通过仿真计算，分析了该光开关的透射谱、消光比、开关阈值和响应时间，并比较了引入牵引区和无牵引区的光开关的开关性能。分析结果表明，引入牵引区后的全光开关性能得到大大改善。通光时的透射率很高，约为0.95，断光时的透射率很低，约为4×10-4；光开关消光比大，约为34dB；开关阈值低：响应时间快，接近35皮秒。由于控制光和信号光的波长一致性，该非线性光子晶体全光开关对于大规模光路的集成化具有重要学术意义。探讨了这种新型的全光开关在现代光计算中的应用。利用该全光开关实现了光学逻辑运算功能，分别设计了全光学逻辑与、逻辑或、逻辑非门光路。这些光学逻辑运算将能够为未来的高速全光交换网以及数字光计算机提供关键性技术。
光子晶体;全光开关;光逻辑运算;集成光学
南京邮电大学
硕士
光学工程
陈鹤鸣
2009
中文
TN252;TN256
66
2010-05-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）