微環(huán)諧振腔快慢光特性與非線性開關(guān)效應(yīng)的研究.pdf

1、隨著通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展，人類社會的物質(zhì)文明和精神文明得到高度提高，對現(xiàn)有的信息需求量、傳輸速度有了更高的要求。全光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展勢在必行，全光網(wǎng)絡(luò)不需要經(jīng)過光-電-光的轉(zhuǎn)換，所有信息的交換與傳輸均是在光域中進行，傳輸效率得到極大的提高，現(xiàn)存的電子瓶頸問題得以解決。微環(huán)諧振腔憑借其體積小、構(gòu)造簡單、性能穩(wěn)定等一系列特點，作為構(gòu)造全光網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)元件。微環(huán)諧振腔具有廣泛的應(yīng)用，比如全光開關(guān)、濾波器、緩存器、光纖傳感等領(lǐng)域，微環(huán)諧振腔已成為當下

2、光學領(lǐng)域熱門的研究對象。本文主要對基于光柵的單環(huán)與雙環(huán)諧振腔兩種結(jié)構(gòu)的快慢光特性和非線性開關(guān)效應(yīng)進行了研究，具體的工作和主要的研究結(jié)果如下：
　　首先，論文對光纖耦合器的工作原理進行了詳細闡述。原理部分的介紹包括耦合模理論，以及由此推導得出了傳輸矩陣。耦合器作為微環(huán)諧振腔中的重要組成部分，本文接著介紹了微環(huán)諧振腔的結(jié)構(gòu)及其工作原理，重點討論了單環(huán)諧振腔與級聯(lián)雙環(huán)諧振腔兩種基礎(chǔ)模型。根據(jù)耦合器的理論基礎(chǔ)及推導得到的傳輸矩陣方程，本文

3、分析了信號光通過兩種微環(huán)諧振腔結(jié)構(gòu)中的輸出特性。利用理論公式進行推導計算并仿真，分別研究了單環(huán)諧振腔與級聯(lián)雙環(huán)諧振腔系統(tǒng)的輸出信號時延特性、相移特性、透射系數(shù)特性。通過兩個微環(huán)諧振腔系統(tǒng)的輸出特性對比，還研究了微環(huán)個數(shù)的改變對輸出特性的影響。
　　其次，在微環(huán)諧振腔的理論基礎(chǔ)下，本文研究了基于光柵的單環(huán)諧振腔的輸出特性與基于光柵的級聯(lián)雙環(huán)諧振腔的輸出特性，其輸出特性主要從時延特性、相移特性、透射系數(shù)特性三個方面進行分析。在無光柵引

4、入下的單環(huán)諧振腔，信號光從直波導的一端加入，輸出端口有兩個，在諧振點處各個端口有慢光的產(chǎn)生。隨著光柵的引入，單環(huán)諧振腔系統(tǒng)輸出端口的個數(shù)增加，諧振點的位置發(fā)生改變，以及輸入信號所在的直波導的輸出端(直通端)會出現(xiàn)快慢光共存的現(xiàn)象，并且慢光的延時量會變小。由于光柵的透射與反射特性，單環(huán)諧振腔系統(tǒng)由原來的兩個輸出端口增加到各個端口均會有光輸出，且所增加端口的輸出光表現(xiàn)為慢光。光柵的引入會改變各個輸出端口的延時量，相位的變化幅度也會變大?；?/p>

5、光柵的級聯(lián)雙環(huán)諧振腔系統(tǒng)的理論模型是在基于光柵的單環(huán)諧振腔基礎(chǔ)上，在微環(huán)上級聯(lián)一個相同微環(huán)構(gòu)成的。引入光柵后的雙環(huán)諧振腔，相比于無光柵下的級聯(lián)雙環(huán)諧振腔系統(tǒng)，在輸入信號所在的直波導的輸出端同樣會出現(xiàn)輸出快慢光共存的現(xiàn)象，并且慢光的延時量變小。光柵的引入同樣也使得其他所有端口均有光輸出，增加的輸出端口的輸出光表現(xiàn)為慢光。通過光柵的引入，級聯(lián)雙環(huán)諧振腔系統(tǒng)的輸出端口延時量發(fā)生了改變，且各個輸出端口相位變化幅度變小。之后，本文還分析了交叉耦合

6、系數(shù)的變化對級聯(lián)雙環(huán)諧振腔系統(tǒng)傳輸特性的影響，我們得出：交叉耦合系數(shù)的增加，使得引入光柵下的級聯(lián)雙環(huán)諧振腔系統(tǒng)的直通端輸出光的延時量增大，而另外兩個下載端的延時量會變小；各個輸出端口的透射系數(shù)隨交叉耦合系數(shù)變化如下：在交叉耦合系數(shù)變大的情況下，直通端的透射系數(shù)減小，兩個下載端的透射系數(shù)卻增大。同時還發(fā)現(xiàn)，交叉耦合系數(shù)的改變對輸出信號相位的影響可忽略不計。
　　最后，本文介紹了基于單環(huán)諧振腔系統(tǒng)的光調(diào)制器模型和基于雙耦合器微環(huán)諧振腔

7、系統(tǒng)的光開關(guān)模型。對于弱信號光，在單環(huán)諧振腔系統(tǒng)上下兩個耦合器耦合系數(shù)相同情況下，無泵浦光加入下，信號光從下載端輸出；在泵浦光加入后，使得直通端也會產(chǎn)生輸出。下載端的透射功率與透射系數(shù)會隨著加入的泵浦光功率的增大而減小，反之，直通端的透射功率和透射系數(shù)會隨著加入泵浦光功率的增大而增大。通過改變泵浦光功率實現(xiàn)下載端與直通端之間功率的轉(zhuǎn)移，實現(xiàn)一種光調(diào)制器結(jié)構(gòu)的設(shè)計。同時，隨著耦合系數(shù)的改變，輸出端口的臨界功率也發(fā)生了改變。接著我們分析了基