基于非線性效應的全光邏輯器的研究.pdf

1、隨著社會物質(zhì)文明的高度發(fā)展以及人們對通信的需求量、信息的傳輸速度有了更高的要求。光學物理界為有效解決“電子瓶頸”這一問題，提出了一項重要任務，即研制出全光開關器件，全光開關作為全光通信系統(tǒng)和全光計算中的關鍵元器件，可以在全光領域中實現(xiàn)多種邏輯功能，而中間過程中不需要電的參與,因此大大節(jié)省了通信資源，提高了通信效率。另外，基于非線性效應的全光邏輯器也引起人們的廣泛關注。本文中重點討論兩種極具代表性的全光邏輯器--全光邏輯門和全光分組交換，

2、主要工作和主要研究結果如下：
　　首先，本文對光纖光柵、耦合器、微環(huán)諧振腔的工作原理分別進行了論述，給出了光纖光柵的一般結構、對其耦合模方程進行了討論，并且根據(jù)耦合模方程仿真出開關特性曲線，對光纖光柵的光譜進行了分析討論，對定向光耦合器的功能結構、耦合模方程進行了詳細的描述與分析、并且介紹了線性對稱耦合器的矩陣方程方法。同時簡單概述了微環(huán)諧振腔的理論模型，按照耦合模方程，分別對雙耦合器的單微環(huán)諧振腔和級聯(lián)微環(huán)諧振腔進行了分析，并且

3、分別對它們進行了理論分析。
　　其次，本文利用相移光柵中交叉相位調(diào)制效應，仿真出相移光柵的雙穩(wěn)特性，基于其這種非線性效應構造出各類全光邏輯門，并討論了其開關特性。研究中，采用摻鉺光纖構成非線性相移光纖光柵，因為光子自身不帶電，不能實現(xiàn)用一束光去控制另一束光的強度或者傳播方向，因此本文在非線性光學情況下，根據(jù)交叉相位調(diào)制效應，利用激光（泵浦光）引起介質(zhì)參量變化，改變另一束信號光的強度或方向，從而可以控制弱連續(xù)波的輸出切換，進而實現(xiàn)將

4、光信息從泵浦光轉(zhuǎn)移到連續(xù)光之上，接著，通過改變兩個泵浦光的功率組合，根據(jù)輸入功率大小和不同端口的輸出功率的大小，分別將各自的透射率和反射率推算出來，相應的消光比也可以根據(jù)公式求得，從而定義邏輯值，總結出相應的邏輯關系。在光纖光柵的相移量為0時，實現(xiàn)了與門(AND)和與非門(NAND)。而當光柵的相移量為時，可以實現(xiàn)與非門(NAND)和或門(OR)。最終研究得出結論：當相移光纖光柵的相移量不同時，可以根據(jù)其透射率與反射率得到的消光比曲線構

5、造多種不同的邏輯門，并且利用相移光纖光柵不同的相移量，可以有效地減少光開關的門限功率，從而在可以更加適用于實際的光通信網(wǎng)絡。
　　最后，本文給出了一種全光分組交換的設計，主要創(chuàng)新點在于利用級聯(lián)微環(huán)諧振腔的雙穩(wěn)特性實現(xiàn)對數(shù)據(jù)流的分組交換，并且分別利用數(shù)值法和解析法計算仿真出此雙穩(wěn)性，在設計中，先將一組偽隨機序列（Pseudo-random Binary Sequence，PRBS）調(diào)制到偏置信號上，通過一組設置信號和重置信號，使得已