基于光子晶體的全光開(kāi)關(guān)理論與應(yīng)用研究.pdf

1、全光開(kāi)關(guān)技術(shù)有著多方面的應(yīng)用價(jià)值?，F(xiàn)有手段實(shí)現(xiàn)的全光開(kāi)關(guān)體積較大，這樣就不利于未來(lái)全光器件的集成，而且有些方法對(duì)實(shí)驗(yàn)條件的要求極其嚴(yán)格。然而基于光子晶體的全光開(kāi)關(guān)，有著許多無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。本學(xué)位論文針對(duì)光子晶體全光開(kāi)關(guān)特性展開(kāi)研究，提出了兩種基于非線(xiàn)性光子晶體的全光開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)方案，并且設(shè)計(jì)了一種基于環(huán)形腔和共振耦合腔的波分復(fù)用結(jié)構(gòu)與所設(shè)計(jì)的全光開(kāi)關(guān)集成。本文完成了以下三個(gè)方面的工作：
　　1)為獲得一個(gè)優(yōu)化的全光開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)，在光子晶體

2、的90度彎曲波導(dǎo)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步改進(jìn)光子晶體結(jié)構(gòu)，并在其中加入克爾型(Kerr)非線(xiàn)性介質(zhì)柱，得到了非線(xiàn)性光子晶體全光開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)。通過(guò)時(shí)域有限差分法(FDTD)數(shù)值分析表明，該開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)的帶寬大約為50 nm，消光比大于40 dB，閾值功率密度約為5.2 w/μm。同時(shí)，該結(jié)構(gòu)還可以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的邏輯功能。
　　2)研究了基于光子晶體環(huán)形腔和共振耦合微腔的波分復(fù)用特性，提出了一種可以與我們?cè)O(shè)計(jì)的光控光開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)集成的波分復(fù)用(WDM

3、)結(jié)構(gòu)。通過(guò)改變兩個(gè)共振耦合微腔中央介質(zhì)柱半徑的大小，實(shí)現(xiàn)了波長(zhǎng)1550nm和1600nm的波分復(fù)用。另外，通過(guò)增大輸出波導(dǎo)兩端的介質(zhì)柱半徑，可以使得波長(zhǎng)1550nm和1600nm的光透射率達(dá)到90％以上，實(shí)現(xiàn)了高效輸出，分別為93.2%和90.29%，同時(shí)也獲得了較窄的帶寬，分別為6.4nm和2.9nm。整個(gè)器件的尺寸大約為25μm×25μm。這為未來(lái)光子集成和全光通信提供了潛在應(yīng)用價(jià)值。
　　3)為了盡可能的減小開(kāi)關(guān)的閾值功率