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《南京航空航天大学》 2017年
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基于光子晶体的全光器件设计与研究

姜宇驰  
【摘要】:目前,高科技的发展对信息的容量和传输速率提出了更高的要求,电子集成电路的弊端日益加重,其发展已经到了关键的瓶颈时期,这就迫切要求一种全新的集成化系统能够实现高容量信息的处理及传输。考虑到光波具有较短波长,可实现大容量的信息传输和信息处理能力,因此,实现光路集成化是未来信息高速化发展的必然趋势。作为未来集成光路的重要组成部分,对全光器件的设计和研究势在必行。目前,由于光子晶体的尺寸和波长在同一数量级,具有可集成化程度高,响应快等特点,基于光子晶体的全光器件得到国内外的广泛关注。因此,将其应用于全光网络的集成光路上成为下一代光通信的基本器件,这也是满足未来全光通信发展的必然趋势。本文旨在研究光子晶体的电磁特性,包括光子晶体波导的色散特性和慢光效应,分析电磁波在光子晶体波导中的传播特点,这为未来的基于光子晶体的集成光路中时间延迟效应提供了理论基础。另外,本文设计了集成光路中的全光逻辑器件,其中包括可重构逻辑门以及在此基础上的半加器、半减器等全光逻辑器件,最后,设计了空间分束角度高达180°的偏振分束器。由于基于光子晶体的全光器件结构紧凑,可集成化程度高,这为未来集成光路中设计新型的全光器件提供了重要的理论依据和现实指导意义。论文的主要研究工作和创新点包括:1、本文设计了一种基于光子晶体的可重构全光逻辑门模型,根据选择不同的输入端口和参考端口,来实现XOR,OR,XNOR,A(10)B,NOT等五种不同的逻辑门功能,并讨论了该可重构逻辑门对入射光频率范围的要求。可重构设计方案的提出,使一种结构能够实现多种逻辑功能。设计模型结构紧凑、便于集成,可应用于全光通信网络的光路集成。2、本文率先提出了基于二维光子晶体自准直效应的全光半减器以及三人表决器的实现方案,理论结果与计算结果能很好地吻合,计算结果表明,通过该设计方案可以在输出端得到较高的消光比,与常规电路中的半减器和表决器相比较,本文提出的模型不需要通过几种基本逻辑门组合来实现,结构紧凑,便于集成,为未来光路集成系统中全光器件的设计指明方向。3、设计了空间分束角为180°的偏振分束器,该模型利用不同结构参数的光子晶体自准直效应,控制不同光子晶体的结构参数,使入射光的归一化频率分别处于不同光子晶体TE波或TM等频线的自准直频率范围内,因此,入射光对不同结构参数光子晶体的TE波或TM波具有不同的传输特性,与一般的偏振分束器相比,本文提出的偏振分束器能实现180°的空间分束角,在光束空间分离方面有了极大的改善。
【学位授予单位】:南京航空航天大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TN256

【参考文献】
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