微環(huán)諧振腔的傳輸及其開關(guān)特性研究.pdf

1、隨著信息量的不斷增加和人們對于通信要求的提高,現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)不能支撐人們?nèi)找嬖鲩L的各種全業(yè)務(wù)通信服務(wù),迫切需要一種新的網(wǎng)絡(luò)來解決現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的電子瓶頸問題。全光網(wǎng)絡(luò)就是當(dāng)前最好的選擇,它可以解決現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)中關(guān)鍵的帶寬限制問題,在光域上進行所有的信息交換和傳輸,不需要經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換。然而全光網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)需要依賴各種不同性能的光學(xué)器件。其中體積小,結(jié)構(gòu)簡單,性能穩(wěn)定的微環(huán)諧振腔引起了人們的廣泛研究。
　　本文具體的工作和研究成果如下:
　　

2、1.論文簡要介紹了光纖耦合器的基本原理;然后根據(jù)它的耦合模理論,推導(dǎo)光纖耦合器的的耦合矩陣。平板波導(dǎo)中的微腔與直波導(dǎo)的耦合與光纖耦合器的耦合機制類似,都遵循相同的耦合規(guī)則。接著利用光纖耦合器的耦合原理建立最基本的單環(huán)微諧振腔和直通/下路型微環(huán)諧振腔的理論模型,并介紹這兩種不同結(jié)構(gòu)的微環(huán)諧振腔系統(tǒng)的工作原理。另外,利用光纖耦合器的耦合矩陣分別推導(dǎo)單環(huán)微諧振腔系統(tǒng)和直通/下路型微環(huán)諧振腔系統(tǒng)輸出端的透射率表達式。并仿真透射率,透射信號的相移

3、,以及透射信號的時延分別跟歸一化頻率的關(guān)系曲線,分析兩種不同結(jié)構(gòu)的微環(huán)諧振腔系統(tǒng)的基本傳輸特性。
　　2.對于有源單環(huán)微諧振腔系統(tǒng),主要研究了耦合器的交叉耦合系數(shù)對系統(tǒng)輸出諧振曲線的影響。增大交叉耦合系數(shù),輸出信號的相移曲線在諧振處的斜率減小,同時,輸出信號的時延大小減小,帶寬變寬。當(dāng)微環(huán)諧振腔內(nèi)存在增益時,仿真分析增益和諧振腔系統(tǒng)輸出信號的時延大小的關(guān)系曲線。研究指出:輸出信號的時延隨增益距離積的增大而增大,此外時延的可調(diào)范圍與

4、系統(tǒng)的交叉耦合系數(shù)有關(guān)。在單環(huán)微諧振腔的基礎(chǔ)上再級聯(lián)一個微環(huán)建立雙環(huán)微諧振腔系統(tǒng)的理論模型。在介紹雙環(huán)微諧振腔系統(tǒng)的工作原理之后重點分析了它的傳輸特性。研究結(jié)果表明:雙環(huán)微諧振腔系統(tǒng)的諧振點個數(shù)與兩個微環(huán)之間的耦合器的交叉耦合系數(shù)有關(guān),系統(tǒng)的諧振點會隨交叉耦合系數(shù)的增大而發(fā)生裂變由開始的一個諧振點最后變成四個諧振點。另外,當(dāng)系統(tǒng)的兩個微環(huán)內(nèi)均存在增益時,隨著增益距離積的增大,透射端的輸出信號時延逐漸減小,而反射端的輸出信號時延逐漸增大。

5、由此可見,對于有源微環(huán)諧振腔系統(tǒng),微環(huán)內(nèi)的增益可以動態(tài)調(diào)整系統(tǒng)的群速度,這為光緩存器的發(fā)展奠定了理論基礎(chǔ)。
　　3.分析了在非線性情況下,直通/下路型微環(huán)諧振腔的傳輸特性。當(dāng)系統(tǒng)只輸入一路連續(xù)波時,由于光在傳輸過程中的自相位調(diào)制,系統(tǒng)的諧振頻率會發(fā)生偏移。利用這個特性,實現(xiàn)由輸入功率誘導(dǎo)直通/下路型微環(huán)諧振腔系統(tǒng)在不同頻率失諧量處的非線性開關(guān),頻率失諧量越小,實現(xiàn)非線性開關(guān)效應(yīng)所需的最小閾值功率越小,而且開關(guān)的陡峭性取決于系統(tǒng)的交

6、叉耦合系數(shù)。當(dāng)輸入功率不足以誘導(dǎo)系統(tǒng)的非線性開關(guān)時,通過對輸入光信號的頻率調(diào)制來誘導(dǎo)直通/下路型微環(huán)諧振腔系統(tǒng)的非線性開關(guān)。當(dāng)輸入功率較小時,需要較大的調(diào)制深度來開啟開關(guān)。另外,基于微環(huán)諧振腔系統(tǒng)的選頻濾波特性,論文提出了一種基于微環(huán)諧振腔系統(tǒng)的頻率可調(diào)濾波器。該頻率可調(diào)濾波器特點在于微環(huán)諧振腔的材料中引入了一種電光系數(shù)較高的電光聚合物材料,并且在微環(huán)的左右電極上接通電源,通過調(diào)整調(diào)制電壓的大小來動態(tài)控制微環(huán)諧振腔系統(tǒng)的輸出波長。研究指