基于光子—液晶及混合等离子体波导的光信号处理技术研究

发布时间：2017-05-26 08:02

  本文关键词：基于光子—液晶及混合等离子体波导的光信号处理技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着社会的发展和进步,光纤通信技术日益得到发展与重视。为了在最大限度的传输容量、满足客户不同的带宽需求下能够实现最小成本,光纤通信系统正不断向超大容量、超高速、超带宽、超长距离、低成本的方向迈进。在光通信网络系统中,相关光学器件的作用至关重要,因为它是光信息处理的核心部分。而在对光信号进行处理过程中,多样性多功能性的集成光学器件占据着重要的地位。 本论文中,研究了光子-液晶波导与混合等离子体波导中的光信号处理的相关技术。以光子-液晶波导为基本结构,研究分析了相关器件的光束控制的机理与波长可调谐特性；以混合等离子体波导为基本结构,研究分析了相关波导器件中的全光波长转换与全光逻辑运算。主要的研究成果如下： 研究了一种新型结构的液晶光学相控阵,该结构特点在于将液晶作为平板光波导的上包层。根据Frank-Oseen液晶连续体弹性形变理论与光栅衍射理论,研究分析了基于这种新型结构下液晶光学相控阵的传输特性,输出衍射特性和其它性能特性。研究结果表明,器件的传输电控相位延迟可以实现更大的光程差,且可进行有效地光波束控制：器件的响应时间提高了一个数量级,且其色散性能获得改善。为以后研制新型液晶光学相控阵提供了理论基础与技术设计依据。 提出了一种基于光子-液晶狭缝波导结构的可调谐微环谐振器。该器件由SOI狭缝型微环和上包层向列型液晶组成,且设计特定电极结构并连接控制电压。有两个具体研究方案：第一,设计了一个的单狭缝光子-液晶波导的微环谐振器,它具有宽的波长调谐范围(～56.0nm)和较大自由光谱范围(～28.0nm),且驱动电压只有5V：第二,拓展研究了双狭缝光子-液晶波导的微环谐振器,该器件不仅拥有更宽的波长调谐范围(最大值为81.4nm),还有良好的工艺容忍度。即便是考虑到结构参数以及工艺误差所带来的影响,其波长调谐范围可以维持在60nm以上。 分析了一种对称型混合等离子体波导结构中的三阶非线性-四波混频(FWM)效应,该波导结构由五层Si/Si-nc/Ag/Si-nc/Si材料上下对称构成,且该混合等离子体波导可拥有极大的非线性参量值γ≥104m-1W-1和很长的有效传输距离Lp～1.5mm。同时,我们采用一种准相位匹配的FWM技术,将之应用于该混合等离子体波导光栅结构之中,可以实现C-band (1530～1565nm)和中红外波段(2118～2180nm)之间的高效率地波长转换。通过理论仿真实验,当波导光栅L=1000μm,λp=1800nm时,当信号波长为C-band或中红外波段时,FWM波长转换效率分别可以到达约-17dB和-22dB。 研究了一种新型的全光逻辑门器件,该器件由高非线性硅基混合等离子体微环构成,并基于偏振相关的四波混频原理。由于硅基混合等离子体波导的亚波长半径弯曲特性,基于该波导结构我们设计出了一个半径为1μm超微小型的硅基微环。利用控制泵浦光和信号光输入偏振态,基于FWM的全关逻辑操作(非门、或非门、与非门)可以实现。该微型的全光等离子体器件稳定、工艺简单且具备SOI兼容性,且更具备微型化与集成化的潜力优势。
【关键词】：液晶 表面等离子体 光学相控阵 狭缝结构 微环谐振器四波混频 全光波长转换 全光逻辑门
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN911.7;TN929.1
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-29
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 光子-液晶波导器件的研究进展11-18
• 1.3 混合等离子体波导器件的研究进展18-26
• 1.4 论文主要内容及创新点26-29
• 2 基于光子-液晶波导的光波束控制研究29-40
• 2.1 引言29
• 2.2 器件结构与工作原理29-31
• 2.3 液晶指向矢分布算法与光栅衍射理论31-32
• 2.4 液晶相控阵的传输与衍射特性32-37
• 2.5 液晶相控阵的关键性能分析37-39
• 2.6 本章小结39-40
• 3 基于光子-液晶狭缝波导e罂傻餍澄⒒沸痴衿餮芯，
  
  本文编号：396147
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