基于Sagnac干涉儀的光邏輯門研究.pdf

1、隨著密集波分復(fù)用技術(shù)的不斷發(fā)展，光纖傳輸系統(tǒng)的容量迅速增長，電子交換系統(tǒng)的壓力越來越大，促使人們開始對光交換系統(tǒng)進行研究，以真正實現(xiàn)全光網(wǎng)絡(luò)。全光邏輯器作為實現(xiàn)全光交換和全光計算的重要元件引起人們的廣泛關(guān)注，國內(nèi)外學(xué)者提出了大量可行的實施方案，然而現(xiàn)今的光邏輯器件尚不具備復(fù)雜的處理能力且價格昂貴，各項參數(shù)還不達標，要想完全取代電控邏輯門實現(xiàn)商用化仍需大量的努力。因此，論文也對其進行了研究，本文主要利用電光效應(yīng)和克爾效應(yīng)，對環(huán)中放置電光波

2、導(dǎo)的Sagnac干涉儀光邏輯門和環(huán)中偏置摻鉺光纖放大器的Sagnac干涉儀全光邏輯門進行了研究，具體的工作和主要研究結(jié)果如下：
　　首先，論文通過耦合模理論推導(dǎo)出線性對稱耦合器的耦合矩陣，并利用該矩陣對其傳輸特性做了簡單分析。同時還介紹了Sagnac干涉儀的結(jié)構(gòu)和工作原理，根據(jù)耦合矩陣得到對稱和非對稱Sagnac干涉儀的傳輸方程，分別對其開關(guān)特性和邏輯功能進行了分析，結(jié)果表明如果能在構(gòu)成Sagnac干涉儀的波導(dǎo)環(huán)或耦合器上實現(xiàn)非對

3、稱，那么就可以利用該模型同時完成光開關(guān)和光邏輯運算。
　　其次，論文設(shè)計了基于電光（Pockel）效應(yīng)的Sagnac干涉儀光邏輯器，用環(huán)形器將在環(huán)中相向傳輸?shù)膬墒夥珠_，使它們分別沿兩根參數(shù)相同但外加反向直流電壓的鈮酸鋰電光波導(dǎo)傳輸，即依據(jù)電光效應(yīng)在環(huán)中構(gòu)造非對稱。利用耦合矩陣得到該系統(tǒng)的傳輸方程，在輸入信號的初始相位相同和不同的情況下，通過仿真輸出透射率和消光比曲線，討論了各自的開關(guān)特性和邏輯功能。當輸入信號的初始相位相同時，分

4、析了透射率和消光比隨電壓變化的情況，結(jié)果表明：通過改變外加直流電壓的值，信號可以在兩輸出端之間周期性的切換，選取合適的電壓值可以實現(xiàn)開關(guān)功能和或門、異或門等多種邏輯運算。當輸入信號的初始相位不同時，分析了透射率和消光比隨電壓和信號相位差變化的三維曲線圖，結(jié)果表明：一個信號輸入時其相位對輸出沒有影響，而兩個信號輸入時信號的相位差也可以實現(xiàn)開關(guān)效應(yīng)，且相位差使得消光比的變化范圍更大，這樣選取合適的相位差和電壓值能得到性能更好的邏輯運算。由此

5、可見，論文可以通過改變電壓或相位差的值來實現(xiàn)光開關(guān)和光邏輯運算，而且該結(jié)構(gòu)使光信號一直保持在光域上，直流電壓只是改變光的折射率而并沒有引起光與電的轉(zhuǎn)換，所以也算得上是全光器件。
　　最后，主要介紹了環(huán)中偏置摻鉺光纖放大器（EFDA）的Sagnac干涉儀全光邏輯器，將EDFA偏置在高非線性環(huán)中，由于克爾（Kerr）效應(yīng)的存在會出現(xiàn)自相位調(diào)制（SPM）和交叉相位調(diào)制（XPM），這樣環(huán)中相向傳輸?shù)膬陕沸盘柧蜁a(chǎn)生不一樣的非線性相移，同樣

6、可以在環(huán)中實現(xiàn)非對稱。通過研究不同耦合系數(shù)下歸一化透射率和相對透射率及消光比的變化情況，得出其開關(guān)特性和邏輯功能。結(jié)果表明：加到EDFA中的泵浦光的功率與輸入光的相位差都可以實現(xiàn)開關(guān)功能；當信號初始相位一樣時，直通耦合系數(shù)越小，閾值開光功率越大，兩輸出端功率相等時所需的放大倍數(shù)越大，且并非放大倍數(shù)越大輸出端的輸出功率就越大，而耦合系數(shù)對消光比的影響主要體現(xiàn)在變化范圍、變化斜率和極值點上，且影響不是很明顯；當把信號初始相位差也考慮在內(nèi)時消