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二维光子晶体波导慢光及其动态调制研究

作　者: 王雪莹
导　师: 田慧平
学　校: 北京邮电大学
专　业: 电磁场与微波技术
关键词: 光子晶体慢光光缓存耦合腔阵列光波导动态调制聚合物光互连
分类号: O734
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 115次
引　用: 1次
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内容摘要

近年来,为了彻底打破光纤通信系统的“电子瓶颈”,实现全光的信息处理和全光交换路由,关于全光网络的研究已经变成了光纤通信领域研究的热点。实现全光网络,全光缓存是必不可少的关键器件之一,网络节点的吞吐量、丢包率、通道竞争都需要用到光缓存器。光子晶体概念的提出,为我们实现全光缓存提供了全新的更好的选择。光子晶体波导中,导模受到光子晶体的强结构色散,群速度会大幅度降低,形成光子晶体慢光效应。光子晶体与其他可实现慢光的介质相比,具有潜在的带宽大、结构设计灵活、体积小、便于与现有的光通信器件集成、易于控制等显著优势,因此用光子晶体慢光实现光缓存,可以获得更好的缓存性能。但是,就实际光缓存的应用而言,光缓存必须能够通过外部控制实现模式的开关、选频、滤波以及延迟时间的动态可调,由于缺乏合适的材料和制作工艺,慢光特性可调的光子晶体非常难以实现,所以对于慢光传输的动态调制具有非常重要的研究意义。本论文研究了光子晶体波导慢光的特性,并重点讨论了光子晶体慢光传输特性的外部动态调制。主要包括以下几部分内容：首先,概述了光子晶体的基本概念、基本特性、相关应用以及理论分析和研究的方法；然后,介绍了慢光的基本概念、光子晶体慢光的原理和实现慢光传输特性动态可调的方法。其次,介绍了光子晶体带隙计算的方法和波导慢光特性的仿真方法,并从慢光特性动态可调的角度出发,设计了两种新型的二维光子晶体波导结构,包括聚合物光子波导和耦合腔阵列光子晶体波导结构,并分别研究了其带隙特性、慢光特性,分析了其传输特性随着外加调制电压变化的规律。再次,研究了光子晶体慢光在未来光互连中的潜在应用,设计了一种尺寸很小,却能在低调制电压的条件下实现高带宽的马赫曾德尔电光调制器。给出了调制器的结构设计以及半波调制电压、调制带宽的理论分析方法,然后分析了单分支光子晶体结构的优化设计,并采用两种思路对其调制特性进行了数值分析,验证了所设计结构在参数上的改进和优化。最后,对所做的研究进行总结,并给出下一步工作的展望。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-8
目录  8-9
第一章绪论  9-15
  1.1 引言  9-10
  1.2 论文的选题背景和研究意义  10-11
  1.3 国内外研究进展  11-12
  1.4 论文的主要工作  12-15
第二章光子晶体及光子晶体波导慢光概述  15-28
  2.1 光子晶体概述  15-23
    2.1.1 光子晶体的基本概念  15-16
    2.1.2 光子晶体的基本特性  16-18
    2.1.3 光子晶体的应用研究  18-22
    2.1.4 光子晶体的理论分析方法  22-23
  2.2 光子晶体慢光概述  23-27
    2.2.1 慢光的概念  23-24
    2.2.2 光子晶体慢光的原理  24-25
    2.2.3 慢光的动态调制分析  25-27
  2.3 本章小结  27-28
第三章线缺陷光子晶体波导中慢光传输的动态调制  28-39
  3.1 光子晶体波导的理论分析方法  28-33
    3.1.1 光子晶体本征方程的求解  28-32
    3.1.2 平面波展开法中的超胞技术  32-33
  3.2 聚合物光子晶体波导传输特性分析  33-35
  3.3 慢光传输特性的动态调制的分析  35-38
  3.4 本章小结  38-39
第四章耦合腔阵列光子晶体波导中慢光传输的动态调制  39-45
  4.1 耦合腔阵列光子晶体波导传输特性分析  39-41
  4.2 慢光传输特性的动态调制  41-44
  4.3 本章小结  44-45
第五章二维光子晶体波导慢光应用于光互连的研究  45-51
  5.1 光子晶体波导马赫曾德尔电光调制器  45-47
  5.2 相位调制模块的色散管理  47-49
  5.3 调制器关键参数分析  49-50
  5.4 本章小结  50-51
第六章总结  51-53
参考文献  53-58
致谢  58-59
攻读硕士学位期间发表论文  59

二维光子晶体波导慢光及其动态调制研究

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