基于非線性效應(yīng)的全光邏輯器的研究.pdf

1、隨著社會(huì)物質(zhì)文明的高度發(fā)展以及人們對(duì)通信的需求量、信息的傳輸速度有了更高的要求。光學(xué)物理界為有效解決“電子瓶頸”這一問(wèn)題，提出了一項(xiàng)重要任務(wù)，即研制出全光開(kāi)關(guān)器件，全光開(kāi)關(guān)作為全光通信系統(tǒng)和全光計(jì)算中的關(guān)鍵元器件，可以在全光領(lǐng)域中實(shí)現(xiàn)多種邏輯功能，而中間過(guò)程中不需要電的參與,因此大大節(jié)省了通信資源，提高了通信效率。另外，基于非線性效應(yīng)的全光邏輯器也引起人們的廣泛關(guān)注。本文中重點(diǎn)討論兩種極具代表性的全光邏輯器--全光邏輯門和全光分組交換，

2、主要工作和主要研究結(jié)果如下：
　　首先，本文對(duì)光纖光柵、耦合器、微環(huán)諧振腔的工作原理分別進(jìn)行了論述，給出了光纖光柵的一般結(jié)構(gòu)、對(duì)其耦合模方程進(jìn)行了討論，并且根據(jù)耦合模方程仿真出開(kāi)關(guān)特性曲線，對(duì)光纖光柵的光譜進(jìn)行了分析討論，對(duì)定向光耦合器的功能結(jié)構(gòu)、耦合模方程進(jìn)行了詳細(xì)的描述與分析、并且介紹了線性對(duì)稱耦合器的矩陣方程方法。同時(shí)簡(jiǎn)單概述了微環(huán)諧振腔的理論模型，按照耦合模方程，分別對(duì)雙耦合器的單微環(huán)諧振腔和級(jí)聯(lián)微環(huán)諧振腔進(jìn)行了分析，并且

3、分別對(duì)它們進(jìn)行了理論分析。
　　其次，本文利用相移光柵中交叉相位調(diào)制效應(yīng)，仿真出相移光柵的雙穩(wěn)特性，基于其這種非線性效應(yīng)構(gòu)造出各類全光邏輯門，并討論了其開(kāi)關(guān)特性。研究中，采用摻鉺光纖構(gòu)成非線性相移光纖光柵，因?yàn)楣庾幼陨聿粠щ姡荒軐?shí)現(xiàn)用一束光去控制另一束光的強(qiáng)度或者傳播方向，因此本文在非線性光學(xué)情況下，根據(jù)交叉相位調(diào)制效應(yīng)，利用激光（泵浦光）引起介質(zhì)參量變化，改變另一束信號(hào)光的強(qiáng)度或方向，從而可以控制弱連續(xù)波的輸出切換，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)將

4、光信息從泵浦光轉(zhuǎn)移到連續(xù)光之上，接著，通過(guò)改變兩個(gè)泵浦光的功率組合，根據(jù)輸入功率大小和不同端口的輸出功率的大小，分別將各自的透射率和反射率推算出來(lái)，相應(yīng)的消光比也可以根據(jù)公式求得，從而定義邏輯值，總結(jié)出相應(yīng)的邏輯關(guān)系。在光纖光柵的相移量為0時(shí)，實(shí)現(xiàn)了與門(AND)和與非門(NAND)。而當(dāng)光柵的相移量為時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)與非門(NAND)和或門(OR)。最終研究得出結(jié)論：當(dāng)相移光纖光柵的相移量不同時(shí)，可以根據(jù)其透射率與反射率得到的消光比曲線構(gòu)

5、造多種不同的邏輯門，并且利用相移光纖光柵不同的相移量，可以有效地減少光開(kāi)關(guān)的門限功率，從而在可以更加適用于實(shí)際的光通信網(wǎng)絡(luò)。
　　最后，本文給出了一種全光分組交換的設(shè)計(jì)，主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)在于利用級(jí)聯(lián)微環(huán)諧振腔的雙穩(wěn)特性實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)流的分組交換，并且分別利用數(shù)值法和解析法計(jì)算仿真出此雙穩(wěn)性，在設(shè)計(jì)中，先將一組偽隨機(jī)序列（Pseudo-random Binary Sequence，PRBS）調(diào)制到偏置信號(hào)上，通過(guò)一組設(shè)置信號(hào)和重置信號(hào)，使得已