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基于光纤非线性效应的全光逻辑门的研究

作　者: 戴培
导　师: 曹文华
学　校: 五邑大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 全光逻辑门非线性效应掺铒光纤放大器光纤耦合器或门异或门
分类号: TN253
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

电中继的瓶颈效应严重影响光纤传输网络初期的大规模运用,但随着科技的发展,光纤传输网络从传统的光电光中继器升级到了全光放大中继,如最常见的掺铒光纤放大器。为了追求更快的通信速度时,人们把目光投向了全光切换,全光切换的理论响应速度量级为皮秒、飞秒量级,远远高于传统网络电切换的毫秒量级。因此在未来的超高速光纤系统、全光信息处理及光子计算机系统中,全光切换扮演着极其重要的作用,全光逻辑器件也将成为必不可少的基本单元。本文在绪论中首先综述了国内外在全光逻辑门领域的最新研究成果,并分别介绍了各种光逻辑门的原理、构造方法及其优缺点,特别是目前比较热门的基于半导体光放大器的研究动态,虽然基于半导体光放大器的全光逻辑门具有能够提供很高的非线性、易于集成等优点,但其非线性响应速度也仅为纳秒量级,远低于光纤非线性的飞秒量级。论文把焦点放在了基于光纤非线性的全光逻辑门上。第二章简单介绍了光纤中的各种非线性效应,如：自相位调制、交叉相位调制、受激拉曼散射、四波混频等。建立了研究基于光纤非线性全光逻辑门的基础概念和理论。并在随后的第三章介绍了基于光纤交叉相位调制非线性效应和基于掺铒光纤放大器的全光逻辑门。本文将研究的重点放在了第四、五章,通过光纤耦合器的耦合模理论结合MATLAB仿真软件借助计算机的数值计算,研究了普通光纤耦合器开关性能和高阶光纤非线性对其影响,并通过引申类比,成功模拟出了一种新颖的基于有源光纤耦合器的全光逻辑或门、异或门,有源光纤耦合器的两个输出端口可以分别执行或、异或运算。此种逻辑门不仅具有易于跟传统的光纤接口集成的优点,而且其开关的陡峭度远远高于普通的光开关,但构造此种逻辑门所需光纤的长度达到了175米,不利于实际运用,主要原因是光纤本身能够提供的非线性系数很低的缘故。最后本文总结了全光逻辑门研究领域的成果,并展望了未来全光逻辑门的发展趋势,光子晶体光纤由于具有超强的非线性系数,因而,可能成为构造全光逻辑门的主要器件。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章绪论  9-17
  1.1 课题来源及研究背景  9
  1.2 全光逻辑门的研究意义  9
  1.3 国内外研究发展及现状  9-16
    1.3.1 国外研究  9-15
    1.3.2 国内  15-16
  1.4 本文的工作  16-17
第二章光纤中的非线性效应  17-22
  2.1 自相位调制效应  17-18
  2.2 交叉相位调制效应  18-19
  2.3 受激拉曼散射  19-20
  2.4 受激布里渊散射  20
  2.5 四波混频  20-21
  2.6 本章小结  21-22
第三章基于掺铒光纤放大器的全光逻辑门  22-29
  3.1 EDFA特性  22-24
  3.2 基于EDFA的低速全关与门  24-26
  3.3 基于EDFA的快速全光与门  26-28
  3.4 本章小结  28-29
第四章普通光纤耦合器的性能及其研究  29-38
  4.1 普通光纤耦合器  29-33
    4.1.1 传输方程  29-30
    4.1.2 线性和非线性开关  30-33
  4.2 高阶非线性对耦合器性能影响  33-37
  4.3 本章小结  37-38
第五章基于有源光纤耦合器的全光逻辑门  38-50
  5.1 有源光纤耦合器模型  38-39
  5.2 有源光纤耦合器开关性能  39-44
  5.3 基于有源光纤耦合器的全光逻辑门  44-49
  5.4 本章小结  49-50
结论与展望  50-52
参考文献  52-56
攻读硕士期间发表论文  56-57
致谢  57-58
附录A 薛定谔方程的推导  58-63

基于光纤非线性效应的全光逻辑门的研究

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