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基于光子晶体自准直效应偏振无关光子器件的研究

【摘要】:随着计算机技术和光通信技术的高速发展,网络数据流量呈现爆炸式的增长。然而,当前可用的带宽已经远远不能满足用户需求,因此迫切需要发展能实现大容量、高速率和长距离传输的全光通信网络。全光通信网络的发展离不开光信号处理器件,光开关和全光逻辑门作为光信号处理器件的重要组成部分,成为当前研究的重点。光子晶体是一种人工周期介质结构,因其具有独特的光子禁带、光子局域和自准直效应等特性,受到了国内外研究者的广泛关注。本文利用光子晶体的自准直效应,提出了一种偏振无关1×2选路开关和一种偏振无关逻辑与门,并进行了详细地研究,具体工作如下:(1)基于光子晶体的自准直效应和线性干涉效应,提出了一种光子晶体1×2偏振无关选路开关。通过调整信号光和控制光之间的相位差,使两束光之间发生干涉相长或干涉相消,从而实现偏振无关选路开关的功能。利用平面波展开法和时域有限差分法对其进行了仿真研究,研究结果表明:设计的光开关在0.16~0.181a/λ频率范围内,可实现1×2偏振无关选路开关的功能,TE和TM模式的选路开关消光比分别高于7.2d B和9.4d B,响应时间均低于1ps。(2)基于光子晶体的自准直效应、线性干涉效应和非线性效应,提出了一种偏振无关逻辑与门。在自准直光子晶体结构中引入一排由缺陷空气孔构成的线缺陷和一排由填充非线性聚合物材料的点缺陷构成的线缺陷。通过调整两束信号光之间的相位差,使两束光之间在第一排线缺陷处发生干涉相长,然后经过第二排线缺陷,非线性聚合物材料发生克尔效应,折射率随光功率的大小发生变化,光的透射率也随之发生变化,从而实现与门的逻辑功能。研究结果表明:设计的与门在0.16~0.180a/λ频率范围内,可实现偏振无关逻辑与门的功能,TE和TM模式的与门消光比分别高于6.48d B和6.86d B,响应时间均低于1ps。

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