新型电光逻辑门的设计及计算机图形光谱

光逻辑门是未来全光网络中光信息处理的核心元件,它可以实现高速光包交换,全光地址识别,数据编码,奇偶校验,信号再生等功能。采用微环谐振器设计了一种新型的电光逻辑门,结构通过三个非对称微环组成,分析耦合区的传输矩阵方程得出加载电压信号的变化能够实现微环折射率的变化,利用光强的逻辑开关特性可以实现光门逻辑。计算机仿真验证了工作波长1 600 nm时,实现的高电平50.7 V定义为逻辑1,低电平0 V定义为逻辑0,通过光强变化得出了6位逻辑运算;整个系统的响应时间理论上得到了1.8 ps,运算速率可达近200 Gbit/s。逻辑的双稳态分析中得出:微环发生最大谐振值时对应的控制波长等于微环未发生形变前的谐振波长和偏移量之和;调制可以通过微环谐振波长实现控制。这一研究对于未来全光通信的实现具有一定的意义。     

基于高非线性Sagnac干涉仪的超高速全光NOT门可级联性研究

在未来的通信领域中,全光逻辑门是全光计算机和全光网络的基本单元。目前已经提出了很多实现全光逻辑门的结构和方法,但是全光逻辑的技术瓶颈也出现了,就是怎样能够将单个的全光逻辑门级联起来实现更复杂的逻辑关系。现存的全光逻辑门结构一般不具有很好的可以实现多级连接的级联性,而且现有的对于级联性的分析大都停留在理论层面,而没有与实际情况相结合,所以对于实际应用来说意义很小。提出了一种新型的基于高非线性Sagnac 干涉仪的超高速全光NOT 门,建立了它的数学模型,采用了与实际情况更加接近的高斯脉冲模拟输入光,并且在仿真结果的基础上分析了系统的级联性,对级联性的分析考虑了光纤损耗和走离效应的影响。得到的基本结论表明,所提出的全光逻辑门的结构能够在实际情况下保持良好的级联性。     

基于电吸收调制器的全光开关门模型和实验研究

全光开关门是全光3R再生、全光解复用、全光逻辑门和全光波长变换的重要组成模块,而基于电吸收调制器(EAM)的全光开关门具有偏振无关和码型效应小等优点.依据光生载流子的输运方程,建立了体材料EAM中的交叉吸收调制(XAM)模型.通过该模型利用时域有限差分法,研究了EAM在高功率超短光脉冲抽运作用下形成的开关门特性,对不同EAM偏置电压、抽运光功率和脉冲宽度下的开关门进行了分析.同时.进行了开关门特性与偏置电压大小和抽运脉冲功率之间关系的实验研究.实验结果与理论预期相符合.EAM光开关用于光3R再生,使40 Gb/s残余色散或偏振模色散恶化信号得到再生.     

级联谐振微环慢光效应光学陀螺仪灵敏度分析

针对光学陀螺仪灵敏度的问题,设计并研究了一个基于慢光效应的光学陀螺仪。采用微环谐振器级联的结构,根据微环谐振腔工作在谐振波长点时,产生慢光效应,使其可以积累较大的相移,能够探测较低的旋转速度,从而提高陀螺仪灵敏度。实验表明光学陀螺仪灵敏度可以通过改变谐振器耦合系数和微环半径而改变,微环半径从0-90μm增加时,灵敏度随之增加。同样的,灵敏度也随着耦合系数的增加而增加,从而优化光学陀螺仪的灵敏度。     

一种基于多个级联微环的高速多功能电光逻辑门

设计了一种基于多个级联微环谐振器的多功能逻 辑门。通过选择不同的输入口和输出 口,可实现与门/非与门(AND/NOT)、或门/或非门(OR/NOR)和异或门/同或门(XOR/XNO R)6种不同的逻辑运算。每次改变输 入口,可同时在两个输出口得到两种不同的逻辑运算。利用电光效应良好的聚合物作为 微环材料,输入两组不同的电压信号,通过Simulink仿真得出不同输出口的输出光场,证 明了6种逻辑运算的可行性。与之前报道的微环逻辑门相比,本文设计的逻辑门可实现的 逻辑功能更多,响应时间更短,损耗更小,尺寸也更小。     

热透镜不灵敏长脉冲绿激光腔的设计与分析

为了有效缓解闪光灯抽运长脉冲绿激光器中的热透镜效应,采用矩阵光学理论,通过高斯光束的矩阵变换,分析了灯抽运长脉冲激光棒的热透镜效应,并设计了热透镜不灵敏的V型谐振腔,进行了理论分析和实验验证,取得了良好的实验结果.结果表明,通过高斯光束的矩阵变换及模拟分析选择的参量是合适的,这一结果对于缓解激光器热透镜效应、提高大能量...     

基于微环谐振腔产生光频梳的色散控制的研究进展

随着人们对通信容量的需求日益增大,基于微环谐振腔产生的光频梳,可以很好地满足通信系统的光源要求。光频梳具有光谱范围广、相干性高、集成化等特点,由于光频梳是基于四波混频效应产生的,因此对微环谐振腔的色散曲线要求比较严格。总结了目前几种控制微环谐振腔色散特性的最新研究,包括改变微环的宽度等,利用slot结构和微环结构相结合,采用光子晶体结构等方法,对这些结构的优缺点及性能作了比较分析。同时还对进一步优化微谐振腔的色散曲线提出了展望,利用微环和光子晶体结构的组合方法,有可能实现较小光谱范围内色散曲线的优化,提高四波混频的效率。     

Nd玻璃微球中观察到谐振腔的量子电动力学效应

谐振腔的量子电动力学效应(cavity QED)是目前国际上迅速发展起来的前沿研究领域。原子的自发辐射是由于它与真空场相互作用产生的,当激发原子处于谐振腔内时,由于谐振腔从根本上改变了腔内真空场的性质,因而可以改变原子的自发辐射性质,使其跃迁几率获得增强或受到抑制,这就是所谓的Cavity QED效应。 为了使原子的自发辐射获得有效的增强或抑制,要求:①采用微型谐振腔(即腔的尺寸与光波长同量级)并具确很高的腔模简并度。②谐振腔应具有高的Q值。直径为微米量级的球型谐振腔具备这两个条件。1990年5月,美国NRL研究小组观察到了微球染料(R6G)液滴具有明显的Cavity,QED增强效应,并观     

基于半导体光放大器的光单稳态触发器

为实现全光缓存中的光读写控制和光逻辑判断,提出并实验验证了一种基于半导体光放大器(SOA)双环结构的全光单稳态触发器。此触发器的稳态与非稳态激射不同的光波长,状态间静态消光比超过40 dB,切换时间仅仅为1-2个环腔周期,控制信号光波长范围大。通过减小环腔长度可进一步减小两状态之间切换时间,并可作为光缓存的控制单元。     

纵向抽运准三能级Yb:YAG激光器的理论模型及实验研究

在激光谐振腔中,边缘冷却的激光晶体中存在着温度梯度分布,从而使激光晶体等效为一个热透镜.热透镜效应对固体激光器的性能影响很大.由于热透镜效应,振荡光光斑半径会随抽运光功率及激光谐振腔腔型结构的变化而变化,这将影响输出光功率的大小.在考虑振荡光光斑半径随抽运光功率及谐振腔变化的情况下给出了速率方程的表达式,并采用数值方法求解.由理论分析可知,输出光功率与抽运光功率及谐振腔腔型结构有关.在相同的抽运功率下,腔型不同输出光功率不同.采用930 nm纵向抽运,发射光波长1030 nm的准三能级Yb∶YAG晶体在三种不同腔型结构下进行实验,实验结果表明腔型结构对激光输出功率影响很大.实验结果与模拟符合较好.     

全光逻辑异或门相位差特性研究

为了改善全光逻辑门的相位差特性,对全光逻辑异或门的相位差进行了研究。采用细化分段模型对量子点半导体光放大器的动态过程进行建模,利用牛顿法和4阶龙格-库塔法求解三能级跃迁速率方程以及光场传输方程,实现了基于量子点半导体光放大器马赫-曾德尔干涉仪结构的全光逻辑异或门;研究了有源区长度、最大模式增益、输入抽运光功率以及输入抽运光脉冲宽度对通过干涉仪两臂探测光相位差的影响,同时讨论了探测光的相位差与输出光功率的关系。结果表明,增大有源区长度、最大模式增益以及输入抽运光功率,均能使探测光相位差增大;随着抽运光脉冲宽度增大,探测光相位差先增大而后趋于平缓,之后不断减小;有源区长度为2.0mm、最大模式增益为3000m-1、输入抽运光功率为5dBm、抽运光脉冲宽度为1.0ps时,最大相位差增加至0.3277π;随着探测光相位差增大,输出光功率增大;通过优化参量可以增大探测光的相位差,而输出光功率会随着探测光相位差的增大而增大。该研究为提高转换信号质量提供了参考。     

光通信网络中的信号导向逻辑器件设计

基于"导向逻辑"设计了一种应用于光通信网络的新型光信息流导向器件。采用微环谐振器作为光波导元件,应用折射率调制机理,实现了基于聚合物基的多功能电光逻辑门。通过改变不同端口的逻辑输入分别实现了"与/非"、"或/或非"和"同或/异或"等多种状态的光开关逻辑运算。静态仿真确定了微环谐振器的工作波长,验证了器件具有高速率逻辑运算功能。该器件可用于大规模光学集成电路中,实现高速光信号的调制输出。     

基于半导体微环谐振器的光滤波器设计方法

提出了一种完整的基于微环谐振器的光学滤波器的系统设计方法。使用该方法可以从一定滤波特性参数出发,计算得到每个环之间的耦合系数,再根据耦合系数和器件尺寸的关系得到具体的器件尺寸,从而实现光学滤波器从性能特性到器件尺寸设计的一整套完整的解决方案。并在此基础上利用感应耦合等离子体(ICP)干法刻蚀技术和聚酰亚胺介质平坦化工艺制作了双环光滤波器,对该设计方法进行了初步的实验验证,使用扫描电子显微镜和原子力显微镜等多种测试方法证实,制作的光波导具有很好的性能,测试了其梳状滤波特性。     

用于传感的聚合物微谐振环的研制

对一种用于传感的聚合物微谐振环进行了研制.器件为多模耦合器结构,作为微谐振环的输入/输出耦合结构.微谐振环采用跑道形结构.首先分析了器件的原理,给出了器件的优化设计参数.采用紫外光敏材料SU-8和CYTOP作为波导芯层和下包层材料,制作了上述结构的微谐振环器件,并进行了测试.扫描电镜的结果显示,所制备器件的整体形貌比较清晰,波导结构均匀光滑,侧壁陡直度较高.采用截断法测得单模直波导的传输损耗约为2.2 dBcm.对多模耦合器(MMI)结构和弯曲波导的测试表明,MMI结构在较宽的波长范围内实现了接近50:50的功分比,且损耗较低,而纯弯曲波导结构的通光性能良好.测量得到的器件谐振输出光谱表明,器件在主谐振峰处的插入损耗约为38dB,自由光谱区(FSR)约为1.87nm.过数据处理分析得到弯曲波导的传输损耗约为5.2 dB/cm.提出了进一步降低器件损耗、改善器件性能的措施.     

Gain characteristics of coherent optical amplifiers using aMach-Zehnder interferometer with Kerr media

This paper investigates the gain characteristics of coherent optical amplifiers that amplify only one of two quadrature phase components in an input signal light according to the phase of pump light. It is constructed around a Mach-Zehnder interferometer with Kerr media. To heuristically obtain the design parameters of the coherent optical amplifier, small-signal analysis is adapted to the Mach-Zehnder interferometer with Kerr media. The theoretical results are then compared to experimental results and shown to agree well, which confirms the validity of this design approach. By utilizing low-loss and high-nonlinearity silica fiber as the Kerr medium and optimizing its length, a coherent optical amplifier is constructed that yields high-gain (up to 26 dB) operation     

A dynamic optical arbitrary waveform generator based on cross phase modulation

In this paper, a dynamic optical arbitrary waveform generator (OAWG) based on cross phase modulation (XPM) is proposed. According to the characteristics of XPM, the nonlinear phase shift of signal can be changed along with the pump power. The amplitude of signal can be changed by controlling the phase shift at one arm of a Mach-Zehnder interferometer (MZI) using XPM effect between signal and pump. Therefore, the phase and amplitude of the optical frequency comb (OFC) can be controlled by two pump arrays. As a result, different kinds of waveforms can be synthesized. Due to the ultrafast response of XPM, the generated waveform could be dynamically updated with an ultrafast frequency. The waveform fidelity is affected by the updating frequency.     

一种新颖的复合环形谐振腔的理论分析

文章基于环形谐振腔所具有的非线性相位传输特性,提出了一种新型的动态光谱滤波器结构,它将全通环形谐振腔调相器接入平衡马赫-曾德干涉仪,实现复合结构的动态滤波特性.与传统的马赫-曾德干涉仪相比,此复合滤波结构可利用远小于π的相移调整实现输入光信号的开关,因此,在提高开关速度、降低调相器功耗等方面具有重要的应用价值.     

Photonic radio frequency channelizers based on Kerr optical micro-combs

We review recent work on broadband RF channelizers based on integrated optical frequency Kerr micro-combs combined with passive micro-ring resonator filters,with microcombs having channel spacings of 200 and 49 GHz.This approach to realizing RF channelizers offers reduced complexity,size,and potential cost for a wide range of applications to microwave signal detection.     

基于微环延时的宽带相控阵天线系统

微环作为一种典型的平面光波导回路,具有结构紧凑、性能可靠等特点,而用其制成的波导延时芯片集成度高、体积小,与其他光延时器件相比,更适合于贴近阵面安装。因此提出了一种基于阵元级微环延时、子阵级光纤延时的宽带相控阵天线系统,并在均匀线阵的情况下,对所提天线系统进行了数学建模和性能仿真。由仿真结果可知,与一般的阵元级移相、子阵级光纤延时的相控阵系统相比,所提系统能够更有效地满足电子对抗宽带宽角扫描的需求。