基于PPLN波导的全光逻辑器件的设计与研究
发布时间：2020-07-22 12:01
【摘要】：近年来,随着通信业务的迅猛发展,人们逐渐发现现有光网络的交换能力与传输能力并不匹配,而建立全光网是解决该问题的一种有效途径。全光网具有传统通信网络不可比拟的优点,它能够实现信息的全光交换与传输,这无疑需要依靠全光逻辑器件的突破。PPLN波导是一种响应快、噪声低、体积小的非线性光学材料。基于准相位匹配技术和二阶非线性效应的PPLN波导非常适用于全光逻辑信号处理技术。在准相位匹配条件下,本文首先对PPLN波导的二阶非线性特性进行了研究,包括倍频效应、和频效应、差频效应,以及它们之间的级联;其次将Maxwell波动方程进行振幅慢变近似处理,并忽略波导内的光波传输损耗,推导出PPLN波导内的耦合波方程组,给出相应的求解方法;然后分析了基于PPLN波导的光与门、或门、异或门以及全光半加器、全光半减器的基本原理;最终本文取得的研究成果如下:(1)基于单个PPLN波导的全光逻辑信号处理理论,在准相位匹配条件下,采用波导级联的方式设计并实现了全光数值比较器,并对PPLN波导级联的基本原理以及应用条件进行了详细说明。结果表明,采用波导级联的方法对光信号进行处理,不仅可以完成数值比较器的逻辑功能,而且可以保证输出信号光的质量,拓展了PPLN波导在全光逻辑信号处理方面的能力。(2)基于PPLN波导的和频+差频效应,分别设计并实现了基于差频光波与和频剩余光波的全光2选1数据选择器。通过数值计算和仿真得到了全光数据选择器的波形图和眼图,并对其性能进行分析。采用理论分析与数值仿真相结合的方式,对这两种方案进行了对比分析。(3)通过对数字电路中优先编码器的分析,本文提出了准相位匹配条件下基于PPLN波导的全光4线-2线优先编码器的设计方案,数值仿真结果与理论推导相吻合。通过消光比、脉冲宽度以及峰值功率延迟时间等参数分析了优先编码器的性能。结果表明,该方案在实现优先编码器逻辑功能的同时,能够保证信号光的编码质量。
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN791
【图文】：
OA: Semiconductor Optical Amplifier）、周期性极化铌酸锂波导[16lly Poled Lithium Niobate）、法布里-珀罗激光二极管（FPLD: Fabry-电吸收调制器（EAM: Electro-Absorption Modulator）等。下面主要OA 和 PPLN 波导的非线性效应实现的全光逻辑器件，并对它们的特于 HNLF 的全光逻辑器件LF 具有较高的非线性系数，且其群速度色散非常小，因此基于 HN光逻辑器件具有效率高、损耗小、所需输入功率低、响应速度快等领域有着极大的应用前景。3 年，Du Y 等人设计并实现了基于 HNLF 的交叉相位调制（XPM: Con）效应的全光二选一数据选择器[18]，原理如图 1.1 所示。当控制光输出信号光 A 的逻辑序列；当控制光信号 S=1 时，选择输出信号光此输出光的逻辑表达式为 SA SB。
沈阳工业大学硕士学位论文SOA1 为例，两路信号光 A、B 接入光耦合器后直接传输到 SOA为λA、λB，其中功率较低的 A 为探测光，功率较高的 B 为泵浦果探测光 A 和泵浦光 B 均为逻辑 1，那么功率高的 B 会获得 S子，此时 A 则被饱和吸收，在输出端经带通滤波器（中心波长为逻辑 0。只有在 A 为逻辑 1 且 B 为逻辑 0 的时隙中，A 才会逻辑 1。因此在 SOA1 的输出端获取的波长为λA的光波为 A B。，波长为λB。然后将 A B和 AB 耦合到一起，便可以得到 A B SOA2 中信号光 A、B 通过 FWM 效应可以产生波长为FWMAλ 2λ时隙中，只有当 A、B 均有光功率存在时，FWM 现象才会发生M的输出光在数字逻辑的角度可以认为是 AB。
号的光与门[25][26]，以及 40Gbit/s 的 CSRZ-DPSK 脉冲信号的光异或门[23 所示。在 PPLN 波导中，通过信号光 A、B 发生的 SFG 过程，产生波光，与此同时和频光与泵浦光（Pump）发生 DFG 过程，生成波长为λ。只有在信号光 A、B 均为逻辑 1 的时隙中，波导中的 SFG+DFG 过程才和频光与差频光才会有光功率产生，所以波长为λSF和λC的光波在数字逻了信号光 A、B 的逻辑与。除此之外，在输出端经带通滤波器作用可得B 的和频剩余光波。当 SFG+DFG 过程发生时，两路信号光的功率被消光功率可以忽略，即逻辑 0；当 SFG+DFG 过程没有发生时，两路信号光消耗，在波导的输出端它们的剩余光波的逻辑不会发生改变。因此，在度，信号光 A、B 的剩余光波分别为 A B、 AB 。在图 1.3 中，VOA 为可用于调节两路光波功率的均衡；TDL（Tunable Delay Line） 为可调谐光整两路信号光的同步；TF（Tunable Filter）为可调谐滤光器，用于隔离
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN791
【图文】：
OA: Semiconductor Optical Amplifier）、周期性极化铌酸锂波导[16lly Poled Lithium Niobate）、法布里-珀罗激光二极管（FPLD: Fabry-电吸收调制器（EAM: Electro-Absorption Modulator）等。下面主要OA 和 PPLN 波导的非线性效应实现的全光逻辑器件，并对它们的特于 HNLF 的全光逻辑器件LF 具有较高的非线性系数，且其群速度色散非常小，因此基于 HN光逻辑器件具有效率高、损耗小、所需输入功率低、响应速度快等领域有着极大的应用前景。3 年，Du Y 等人设计并实现了基于 HNLF 的交叉相位调制（XPM: Con）效应的全光二选一数据选择器[18]，原理如图 1.1 所示。当控制光输出信号光 A 的逻辑序列；当控制光信号 S=1 时，选择输出信号光此输出光的逻辑表达式为 SA SB。
沈阳工业大学硕士学位论文SOA1 为例，两路信号光 A、B 接入光耦合器后直接传输到 SOA为λA、λB，其中功率较低的 A 为探测光，功率较高的 B 为泵浦果探测光 A 和泵浦光 B 均为逻辑 1，那么功率高的 B 会获得 S子，此时 A 则被饱和吸收，在输出端经带通滤波器（中心波长为逻辑 0。只有在 A 为逻辑 1 且 B 为逻辑 0 的时隙中，A 才会逻辑 1。因此在 SOA1 的输出端获取的波长为λA的光波为 A B。，波长为λB。然后将 A B和 AB 耦合到一起，便可以得到 A B SOA2 中信号光 A、B 通过 FWM 效应可以产生波长为FWMAλ 2λ时隙中，只有当 A、B 均有光功率存在时，FWM 现象才会发生M的输出光在数字逻辑的角度可以认为是 AB。
号的光与门[25][26]，以及 40Gbit/s 的 CSRZ-DPSK 脉冲信号的光异或门[23 所示。在 PPLN 波导中，通过信号光 A、B 发生的 SFG 过程，产生波光，与此同时和频光与泵浦光（Pump）发生 DFG 过程，生成波长为λ。只有在信号光 A、B 均为逻辑 1 的时隙中，波导中的 SFG+DFG 过程才和频光与差频光才会有光功率产生，所以波长为λSF和λC的光波在数字逻了信号光 A、B 的逻辑与。除此之外，在输出端经带通滤波器作用可得B 的和频剩余光波。当 SFG+DFG 过程发生时，两路信号光的功率被消光功率可以忽略，即逻辑 0；当 SFG+DFG 过程没有发生时，两路信号光消耗，在波导的输出端它们的剩余光波的逻辑不会发生改变。因此，在度，信号光 A、B 的剩余光波分别为 A B、 AB 。在图 1.3 中，VOA 为可用于调节两路光波功率的均衡；TDL（Tunable Delay Line） 为可调谐光整两路信号光的同步；TF（Tunable Filter）为可调谐滤光器，用于隔离
【参考文献】
相关期刊论文 前10条
1 曹颖超;王根义;;编码器设计与应用的优化[J];电子设计工程;2014年22期
2 刘涛;崔洁;张珂;卢春林;朱凯;;阶梯分段准相位匹配结构的平坦宽带波长转换[J];光子学报;2014年10期
3 唐喻斌;陈玉萍;蒋m衔
本文编号：2765786
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/2765786.html
