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微环谐振腔全光开关及相关器件研究

发布时间:2018-11-10 17:35
【摘要】:随着科技和经济的不断发展,各种新型的通信业务不断涌现,特别是全球互联网快速的发展,造成通信容量的剧增。传统光网络中光-电-光转换的电子瓶颈问题使得通信网的容量受限,采用基于全光方式器件和信号处理的全光网络因有望解决这个问题,因而成为了光通信网络发展的趋势和未来的方向。全光网络的构建需要全光通信器件的支持,例如光开关,逻辑门,全加半加全减半减器,色散补偿,延时线等等。本文将针对以上几种器件作出研究。主要内容有: 首先对于微环谐振腔的理论做了详细的介绍,介绍了微环谐振腔的分类与基本结构,推导了微环中的光场传输方程以及相关的性能参数。同时,介绍了三阶非线性Kerr效应的产生机理,以及其对微环谐振腔内相移改变计算方法。 然后从理论计算与FDTD仿真的两个角度,对于有孔微环谐振腔光开关进行了设计,从相移,功率,透射率以及对比度的角度对于器件作出分析,,得到了集成度高,开关能耗小,速度快的光开关器件。同时对于光开关进行扩展,实现多功能全光逻辑门以及全加全减半加半减器件,并且进行了仿真模拟计算。 设计分析了新型的基于微环谐振腔结构的色散补偿器件以及延时线器件,使用耦合模式理论对波导的结构进行设计,所设计的器件的色散以及延时在一定范围内可调。无论是在带宽,还是色散补偿数值,延时数值,抖动等方面,均可以满足密集波分复用系统的要求,因而具有很好的应用前景。 我们的研究为光开关、逻辑门、全加全减半加半减器、色散补偿器以及延时线提供了解决方案,为非线性效应在微环谐振腔中的研究提供了支持,也为实现全光通信网络中的节点器件提供了参考。
[Abstract]:With the development of science, technology and economy, a variety of new communication services are emerging, especially the rapid development of the global Internet, resulting in a dramatic increase in communication capacity. The electronic bottleneck of optical-electric-optical conversion in traditional optical networks limits the capacity of communication networks, and the all-optical network based on all-optical devices and signal processing is expected to solve this problem. As a result, it has become the development trend and future direction of optical communication network. All optical networks require the support of all optical communication devices, such as optical switches, logic gates, full plus half demultiplexer, dispersion compensation, delay lines, and so on. In this paper, the above devices will be studied. The main contents are as follows: firstly, the theory of micro-ring resonator is introduced in detail, the classification and basic structure of micro-ring resonator are introduced, the optical field transmission equation and related performance parameters are derived. At the same time, the generation mechanism of the third order nonlinear Kerr effect and its calculation method for the phase shift change in the micro-ring resonator are introduced. Then, from the two angles of theoretical calculation and FDTD simulation, the optical switch with hole microring resonator is designed. The device is analyzed from the angles of phase shift, power, transmission and contrast. The results show that the integration is high and the switching energy consumption is low. A fast optical switch. At the same time, the optical switch is extended to realize the multifunction all-optical logic gate and the full half plus half subtraction device, and the simulation calculation is carried out. A novel dispersion compensation device and delay line device based on micro-ring resonator structure are designed and analyzed. The structure of waveguide is designed by coupling mode theory. The dispersion and delay of the device can be adjusted in a certain range. In terms of bandwidth, dispersion compensation, delay, jitter and so on, it can meet the requirements of dense wavelength division multiplexing (DWDM) system, so it has a good application prospect. Our research provides solutions for optical switches, logic gates, full half plus half demultiplexers, dispersion compensators and delay lines, and supports the study of nonlinear effects in microring resonators. It also provides a reference for the realization of node devices in all optical communication networks.
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:TN929.1

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本文编号:2323114

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