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微光学元件在光交换中的应用研究

杨俊波  
【摘要】:微光学是光学、微电子学和微机械学互相渗透、相互交叉而形成的一门新的学科。在光纤通信和光信息处理中具有重要的作用,可以完成站点与站点、系统与系统、板与板、芯片与芯片以及各逻辑处理单元之间的光信号连接、多项式求值、排序、快速傅立叶变换、矩阵变换等功能。 本文将微电子学、微光学、二元光学、信息光学等理论和大规模集成电路(VLSI)、计算机辅助设计(CAD)等技术相结合,从理论上对深浮雕微闪耀光栅实现全混洗变换(Perfect Shuffle,PS)进行了研究。提出了一种新的微光学元件的集成功能模块,用于实现光交换和全光排序。 本文首先较为全面地分析了各种混洗的数学定义和矩阵描述,尤其是补充了对左逆混洗和右逆混洗变换特点的比较和分析;并对衍射光学元件的衍射特性进行理论分析,同时对用深浮雕微闪耀光栅实现PS变换进行深入的衍射理论研究;接着对微光学元件的制作参数进行设计和研究,建立了可直接用于指导任意信道数PS变换模块设计的理论公式;在此基础上,通过对各种光互连网络,Omega、Comega、Bens、Clos、Banyan、Butterfly、Crossover等的特点的分析和比较,提出用二元光学PS模块构建可重排无阻塞的双Omega网络的方案,可完成输入信号按任意序列的输出和排序。 本文工作的主要成果:(1)在理论上解决了利用深浮雕微闪耀光栅实现了PS变换的问题;(2)提出了利用深浮雕微闪耀光栅列阵实现光交换和全光排序的集成功能模块的方案,并完成了对这一集成功能模块的具体设计工作,给出了制作参数。 该集成模块可以实现自由空间的光交换和全光排序,在光纤通信和光信息处理具有一定的应用。


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