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《北京邮电大学》 2012年
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光速调控机理与相关光子器件的研究

廖屏  
【摘要】:基于光分组交换的全光网络是未来高速光网络发展的必然趋势。它不仅可以克服通信网络中的电子瓶颈,而且具有高速、透明、灵活、容量大等优势。光缓存器和光开关是光分组交换网络的关键部件,决定了网络交换和路由的性能。光束调控技术不仅可以产生快慢光现象,还可以增强非线性效应,有望用于实现光缓存器、全光开关、光路由等光子器件。因此它在光通信网络、光计算、微波等领域中受到了广泛关注。论文针对基于光速调控的光子器件进行了深入研究,论文主要创新工作如下: 1)研究了在相干粒子数振荡和四波混频共同作用下的二能级系统中相位效应对群速度的影响。研究发现相位效应可以改变介质的吸收和色散特性,这是相干粒子数振荡和四波混频对极化率的贡献相互干涉的结果。此外,深入研究了相位效应对群速度的影响。研究表明通过改变光场的相位,可以实现光速的动态调控以及快慢光的相互切换。耦合光强度和传输距离也会造成群速度的改变。这种相位相关的快慢光现象为实现动态可调的光缓存器和全光开关提供了新思路。 2)提出了一种基于相干粒子数振荡的全光开关的理论模型和实现方案。通过透射率的解析表达式,发现控制光的初始相位能够增强或者消除相干粒子数振荡效应,使得探测光透射过去或者被介质吸收掉,从而控制探测光的“通”或“断”。通过数值仿真验证了方案的可行性并且定量地分析了光开关的性能。此外,研究了非均匀展宽对光开关的影响。结果表明非均匀展宽不会抹掉开关效应,因而可以在低维半导体材料中实现快速、高效、低开关功率的全光开关。最后给出了可行的实验方案。 3)提出了两种偏振选择性的电磁诱导光子晶体的理论模型。在第一个理论模型中利用外加磁场使得介质对左旋/右旋偏振光表现出较强的双折射现象。根据传输矩阵法和布洛赫定理,数值计算了布洛赫矢量、透射谱和反射谱。发现在电磁诱导透明和驻波型控制光的共同作用下,可以实现左旋/右旋偏振光相关的光子晶体。在第二个理论模型中原子被制备在由两个简并基态构成的叠加态上。利用原子相干性使得介质对两个相互垂直的线偏振分量表现出不同的光学响应,从而形成了线偏振光相关的光子晶体。这些光子晶体的禁带结构都是动态可调的,可以用于实现对偏振光的选择性路由、分束、信号提取等功能。 4)提出了基于相干粒子数囚禁的相位光栅的理论模型。原子的初态通过相干粒子数囚禁被制备在叠加态上。在原子相干性和量子干涉的作用下,可以获得无吸收高折射率以及暗态。在强度周期分布的控制光的作用下,介质的吸收被抑制而且折射率被周期调制,因而可以实现理想的相位光栅,衍射效率接近40%。此外,原子相干性还会引起增益效应。在增益区域可以形成混合型光栅,衍射效率可以显著地提高。这种由光场引起的衍射光栅结构简单、灵活可调且衍射效率高,在光通信中具有潜在的应用前景。
【学位授予单位】:北京邮电大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TN915.05

【共引文献】
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