基于光子-液晶及混合等離子體波導(dǎo)的光信號(hào)處理技術(shù)研究.pdf

1、隨著社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步，光纖通信技術(shù)日益得到發(fā)展與重視。為了在最大限度的傳輸容量、滿(mǎn)足客戶(hù)不同的帶寬需求下能夠?qū)崿F(xiàn)最小成本，光纖通信系統(tǒng)正不斷向超大容量、超高速、超帶寬、超長(zhǎng)距離、低成本的方向邁進(jìn)。在光通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，相關(guān)光學(xué)器件的作用至關(guān)重要，因?yàn)樗枪庑畔⑻幚淼暮诵牟糠?。而在?duì)光信號(hào)進(jìn)行處理過(guò)程中，多樣性多功能性的集成光學(xué)器件占據(jù)著重要的地位。
　　本論文中，研究了光子-液晶波導(dǎo)與混合等離子體波導(dǎo)中的光信號(hào)處理的相關(guān)技術(shù)。以光子

2、-液晶波導(dǎo)為基本結(jié)構(gòu)，研究分析了相關(guān)器件的光束控制的機(jī)理與波長(zhǎng)可調(diào)諧特性；以混合等離子體波導(dǎo)為基本結(jié)構(gòu)，研究分析了相關(guān)波導(dǎo)器件中的全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換與全光邏輯運(yùn)算。主要的研究成果如下:
　　研究了一種新型結(jié)構(gòu)的液晶光學(xué)相控陣，該結(jié)構(gòu)特點(diǎn)在于將液晶作為平板光波導(dǎo)的上包層。根據(jù)Frank-Oseen液晶連續(xù)體彈性形變理論與光柵衍射理論，研究分析了基于這種新型結(jié)構(gòu)下液晶光學(xué)相控陣的傳輸特性，輸出衍射特性和其它性能特性。研究結(jié)果表明，器件的傳輸

3、電控相位延遲可以實(shí)現(xiàn)更大的光程差，且可進(jìn)行有效地光波束控制；器件的響應(yīng)時(shí)間提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)，且其色散性能獲得改善。為以后研制新型液晶光學(xué)相控陣提供了理論基礎(chǔ)與技術(shù)設(shè)計(jì)依據(jù)。
　　提出了一種基于光子-液晶狹縫波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的可調(diào)諧微環(huán)諧振器。該器件由 SOI狹縫型微環(huán)和上包層向列型液晶組成，且設(shè)計(jì)特定電極結(jié)構(gòu)并連接控制電壓。有兩個(gè)具體研究方案：第一，設(shè)計(jì)了一個(gè)的單狹縫光子-液晶波導(dǎo)的微環(huán)諧振器，它具有寬的波長(zhǎng)調(diào)諧范圍（～56.0 nm）和

4、較大自由光譜范圍（～28.0 nm），且驅(qū)動(dòng)電壓只有5V；第二，拓展研究了雙狹縫光子-液晶波導(dǎo)的微環(huán)諧振器，該器件不僅擁有更寬的波長(zhǎng)調(diào)諧范圍（最大值為81.4 nm），還有良好的工藝容忍度。即便是考慮到結(jié)構(gòu)參數(shù)以及工藝誤差所帶來(lái)的影響，其波長(zhǎng)調(diào)諧范圍可以維持在60 nm以上。
　　分析了一種對(duì)稱(chēng)型混合等離子體波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中的三階非線性-四波混頻(FWM)效應(yīng)，該波導(dǎo)結(jié)構(gòu)由五層Si/Si-nc/Ag/Si-nc/Si材料上下對(duì)稱(chēng)構(gòu)成，且

5、該混合等離子體波導(dǎo)可擁有極大的非線性參量值γ>104m-1W-1和很長(zhǎng)的有效傳輸距離Lp～1.5 mm。同時(shí)，我們采用一種準(zhǔn)相位匹配的FWM技術(shù)，將之應(yīng)用于該混合等離子體波導(dǎo)光柵結(jié)構(gòu)之中，可以實(shí)現(xiàn)C-band(1530～1565 nm)和中紅外波段(2118～2180 nm)之間的高效率地波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換。通過(guò)理論仿真實(shí)驗(yàn)，當(dāng)波導(dǎo)光柵L=1000μm，λp=1800 nm時(shí)，當(dāng)信號(hào)波長(zhǎng)為C-band或中紅外波段時(shí)，F(xiàn)WM波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換效率分別可以到達(dá)