【摘要】：當今時代是一個信息大爆炸的時代,時代主題之一就是“信息”,所以人們對信息的傳輸速率、通信容量有著越來越高的要求。光通信就是在這樣的大背景下誕生的,經(jīng)過多年的發(fā)展,光通信傳輸速率越來越快、通信容量越來越大,但是損耗和色散仍然是制約光通信發(fā)展的難題。相位敏感光參量放大器(Phase-sensitive amplifier,PSA)可以直接對信號中同相的分量進行放大而衰減其正交分量,解決了光通信中的能量損耗問題,并能夠?qū)ι⑦M行補償,有效地提高了光信號的傳輸距離。PSA依據(jù)其物理過程的不同,可以分為基于三波混頻(Three-Wavemixing,TWM)的PSA和基于四波混頻(Four-Wave mixing,FWM)的PSA。在其中,基于FWM的PSA由于具有多種變化形式且在大多數(shù)介質(zhì)都易于觀測,被廣泛的研究和應用,同時促進了光通信的發(fā)展。硅基波導具有良好的模場限制功能、極高的非線性折射率和極低的傳輸損耗,并且具有很強的兼容性,能與各種新型材料組合,是組建PSA時最常用的材料。本文的主要研究工作是設(shè)計了一個具有高非線性、低雙光子吸收的波導結(jié)構(gòu),在該結(jié)構(gòu)中引入了石墨烯,通過改變石墨烯的化學勢來調(diào)節(jié)該波導的色散特性。同時基于該波導設(shè)計了一個雙泵浦簡并PSA,對不同的泵浦功率下PSA的特性進行了探究。本文的主要內(nèi)容如下:1.綜述了光通信的發(fā)展歷史和PSA對光通信發(fā)展的促進作用,介紹了相位敏感放大的不同種類,分析了 PSA在光孤子通信和高級調(diào)制信號相位再生中發(fā)揮的作用。2.介紹了硅基波導的性質(zhì)和幾種常見的衍生結(jié)構(gòu),簡要分析了相位匹配對PSA的影響,介紹了幾種基于三階非線性極化率的非線性效應,推導了波導中的光波的傳輸方程。3.介紹了波導中材料色散與結(jié)構(gòu)色散的管理方法,并給出了幾種常用材料的色散方程。對硅基波導的模場和色散進行分析和計算,并探究了 SOI(Silicon-On-Insulator)波導的相位敏感放大性能和相位再生能力。4.設(shè)計了一種含有石墨烯、硅、二氧化硅和對甲苯磺酸鹽(para-toluene sulfonate,PTS)的有機混合波導。計算了不同化學勢下石墨烯折射率隨波長變化的趨勢,探究了不同化學勢下石墨烯的折射率的變化對該波導色散特性的影響。探究不同的結(jié)構(gòu)參數(shù)對該有機混合波導色散性能的影響。5.基于上一章的波導結(jié)構(gòu)設(shè)計PSA,將計算得到的各項參數(shù)代入修正后的非線性薛定諤方程中,探究該結(jié)構(gòu)的相位敏感放大性能。在不同傳輸長度下,探究波導中的信號和泵浦之間的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系,得到波導相位匹配的相干長度。在不同泵浦功率下,探究信號的增益和輸出相位隨輸入相位變化的趨勢,分析該PSA的增益特性和相位再生性能。然后,分別針對大信號模型和小信號模型對該PSA的增益和相位再生性能進行探究。
【學位授予單位】：陜西師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TN722
【圖文】：

鍵控（Ｂｉｎａｒｙｐｈａｓｅｓｈｉｆｔｋｅｙｉｎｇ，ＢＰＳＫ）和差分相移鍵控信號（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｐｈａｓｅ逡逑ｉｆｔ邋ｋｅｙｉｎｇ，ＤＰＳＫ），多級相位調(diào)制信號有正交相移監(jiān)控（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ邋ｐｈａｓｅ邋ｓｈｉｆｔ逡逑ｅｙｉｎｇ，ＱＰＳＫ）和８級相移鍵控（８－ＰＳＫ）等。這樣的調(diào)制格式同時使用光載波的逡逑幅和相位來實現(xiàn)更高的頻譜效率，從而提高整體數(shù)據(jù)容量［｜（）］。然而這種方法需逡逑非常復雜的發(fā)送器和接收器，制約下一代通信系統(tǒng)發(fā)展的主要限制變成復雜系逡逑帶來的非線性相位噪聲［１｜］。因此，研制一種可以實現(xiàn)相位再生的裝置具有重大的逡逑用價值。使用ＰＳＡｓ的相位壓縮能力［１２］可以用來實現(xiàn)相位再生，并且在飽和狀態(tài)逡逑操作放大器［１３］，可以同時執(zhí)行幅度再生。在ＰＩＡ如ＥＤＦＡ中，同相和正交的信逡逑分量經(jīng)歷相同的增益，信號被放大但是相位不發(fā)生變化。但是，在ＰＳＡ中，信逡逑的兩個正交分量的放大方式不同，與泵浦同相的分量被放大，而正交分量被衰減。逡逑出信號的相位更接近泵浦的相位。輸入信號的不同，導致輸出信號具有０或７Ｔ的逡逑位，這種被稱為“相位壓縮”的效應適用于二進制相位編碼信號的再生。２０１０年，逡逑ａｄａｎＳｌａｖｉｋ等人基于上述原理設(shè)計了適用于下一代電信系統(tǒng)的全光相位和幅度再逡逑器【１４］。逡逑ｆ邋．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．逡逑：邐ｌｉＯＭ邐＞邋：邐：逡逑

基于ＦＷＭ的ＰＳＡ，依賴于介質(zhì)的三階非線性極化。根據(jù)信號、空閑和泵浦的逡逑頻率關(guān)系，可以分為不同的類型。第一類ＰＳＡ中，四束光波的頻率滿足關(guān)系逡逑＝ｔｙ／ｏＶｅｒ邋＝邋１邋／２邋（吟 ／邋＋邋ｆｔ；；？—２邋），如圖１邋－４⑷所不，四束光頻率相等，圖１邋－４邋（ｂ）屬于逡逑第一類ＰＳＡ，信號是簡并的，兩個泵浦位于信號兩側(cè)，這一類ＰＳＡ可以稱為簡并逡逑ＰＳＡ。依據(jù)不同的頻率關(guān)系，第二類ＰＳＡ可以分為相位共軛型＋邐＝逡逑⑴／ｗ／ｗｐ／邋＋邐）、調(diào)制不彳急疋型（＋邋ｃｙｗ／ｅｒ＿邐，即兩束栗？甫頻率相問）和逡逑布拉格散射型（隊＿／＋０＾—２邋＝邋６；／？１—／＋（＾秦），分別如圖１－４（（：）、（（１）、（６）所不。逡逑另夕卜，根據(jù)輸入信號不同的偏振態(tài)，ＰＳＡ還可以分為標量ＰＳＡ和矢量ＰＳＡ。以相逡逑位共軛型ＰＳＡ為例，它的標量形式下，四束光的偏振狀態(tài)完全相同；而它的矢量逡逑形式下，波矢需要Ｗ足＋邋Ａｙ？／，—〗－Ａ／Ｖ／／ｅｒ邋－心／纟ｍｉ／邋＝邋0。圖１邋＿４邋（ｆ）給出一＊種間逡逑并矢量ＰＳＡ在ｘ－ｙ－ｃｏ坐標系上的表現(xiàn)

邐＼￣＞逡逑ＵＪ邋尸邋Ｕ）２＝Ｕ）邐０Ｊ１＝０）２＝ＵＪ邐0Ｊ３＝２0Ｊ逡逑圖１－３邋ＴＷＭ的不同過程，（ａ）差頻效應，（ｂ）和頻效應，（ｃ）倍頻效應。逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－３邋Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ邋ｏｆ邋ｔｈｒｅｅ－ｗａｖｅ邋ｍｉｘｉｎｇ，邋（ａ）邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ邋ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ邋ｅｆｆｅｃｔ，邋（ｂ）邋ｓｕｍ逡逑ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ邋ｅｆｆｅｃｔ，邋（ｃ）邋ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ邋ｄｏｕｂｌｉｎｇ邋ｅｆｆｅｃｔ．逡逑１．２．２邋基于邋ＦＷＭ邋的邋ＰＳＡ逡逑基于ＦＷＭ的ＰＳＡ，依賴于介質(zhì)的三階非線性極化。根據(jù)信號、空閑和泵浦的逡逑頻率關(guān)系，可以分為不同的類型。第一類ＰＳＡ中，四束光波的頻率滿足關(guān)系逡逑＝ｔｙ／ｏＶｅｒ邋＝邋１邋／２邋（吟 ／邋＋邋ｆｔ；；？—２邋），如圖１邋－４⑷所不，四束光頻率相等，圖１邋－４邋（ｂ）屬于逡逑第一類ＰＳＡ，信號是簡并的，兩個泵浦位于信號兩側(cè)，這一類ＰＳＡ可以稱為簡并逡逑ＰＳＡ。依據(jù)不同的頻率關(guān)系，第二類ＰＳＡ可以分為相位共軛型＋邐＝逡逑⑴／ｗ／ｗｐ／邋＋邐）、調(diào)制不彳急疋型（＋邋ｃｙｗ／ｅｒ＿邐

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 葉琳;;石墨烯產(chǎn)業(yè)前沿技術(shù)發(fā)展方向研究[J];新材料產(chǎn)業(yè);2019年09期

2 趙慧江;;改性石墨烯增強丁腈橡膠性能研究現(xiàn)狀及展望[J];中國設(shè)備工程;2019年20期

3 彭鵬;劉洪濤;武斌;湯慶鑫;劉云圻;;氮摻雜石墨烯的p型場效應及其精細調(diào)控（英文）[J];物理化學學報;2019年11期

4 林玲;王威;唐正霞;劉季錦花;趙婷婷;張昕曜;;退火溫度對溶膠-凝膠法制備的TiO_2/石墨烯復合材料性能影響[J];電子器件;2019年05期

5 吳穎;郭昱良;章澤飛;桂馨;;石墨烯量子點的光熱和光動力效應在殺菌中的應用[J];上海大學學報(自然科學版);2019年05期

6 趙競;史群;陳客舉;王德財;尹冬松;;多層石墨烯增強鋁基復合材料微觀組織研究[J];科技風;2019年32期

7 吾化信;;石墨烯具有驅(qū)蚊功效[J];人造纖維;2019年05期

8 丁海濤;黃文濤;鄧呈遜;;氧化石墨烯材料在廢水處理中的應用進展[J];安徽農(nóng)學通報;2019年21期

9 劉巍;呂婷;陶美娟;;微波消解-電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定石墨烯材料中11種微量元素[J];理化檢驗(化學分冊);2019年10期

10 慈海娜;孫靖宇;;基于化學氣相沉積技術(shù)的粉體石墨烯的制備及能源領(lǐng)域應用[J];科學通報;2019年32期

相關(guān)會議論文 前10條

1 靳磊;于慶河;劉皓;張銘;劉凱歌;李凱;;石墨烯分散及其對防腐性能影響規(guī)律研究[A];第十屆全國腐蝕大會摘要集[C];2019年

2 王慶國;張煒;王凱;王莎莎;;石墨烯在汽車領(lǐng)域的應用展望[A];第十八屆中國科協(xié)年會——分2 中國新能源汽車產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展論壇論文集[C];2016年

3 劉東;李麗波;由天艷;;電化學制備氮摻雜石墨烯及其在催化氧氣還原反應中的應用[A];第十三屆全國電分析化學學術(shù)會議會議論文摘要集[C];2017年

4 王瑩;劉子順;;通過缺陷設(shè)計實現(xiàn)石墨烯的自發(fā)卷起和組裝[A];2018年全國固體力學學術(shù)會議摘要集（上）[C];2018年

5 鄭龍;許宗超;張立群;溫世鵬;劉力;;石墨烯/橡膠納米復合材料的基礎(chǔ)研究以及工業(yè)化應用[A];第十四屆中國橡膠基礎(chǔ)研究研討會會議摘要集[C];2018年

6 邢瑞光;李亞男;張邦文;;功能化石墨烯/聚甲基丙烯酸甲酯復合材料的制備及介電性能研究[A];2019年第四屆全國新能源與化工新材料學術(shù)會議暨全國能量轉(zhuǎn)換與存儲材料學術(shù)研討會摘要集[C];2019年

7 高超;方波;;石墨烯宏觀組裝及多功能復合材料[A];中國化學會2017全國高分子學術(shù)論文報告會摘要集——主題M：高分子共混與復合體系[C];2017年

8 李永軍;楊陽;戴靜;黃曉宇;;功能化石墨烯、氟化石墨烯及石墨烷的制備[A];中國化學會2017全國高分子學術(shù)論文報告會摘要集——主題O：共價骨架高分子與二維高分子[C];2017年

9 梁秀敏;江雷;程群峰;;仿生石墨烯纖維研究進展[A];中國化學會2017全國高分子學術(shù)論文報告會摘要集——主題M：高分子共混與復合體系[C];2017年

10 方浩明;白樹林;;三維石墨烯填充高導熱彈性體[A];中國化學會2017全國高分子學術(shù)論文報告會摘要集——主題M：高分子共混與復合體系[C];2017年

相關(guān)重要報紙文章 前10條

1 重慶商報-上游新聞記者 嚴薇;諾獎得主科斯提亞·諾沃肖洛夫：重慶石墨烯產(chǎn)業(yè)大有可為[N];重慶商報;2019年

2 本報記者 樊小帥;石墨烯引領(lǐng)采暖新風尚[N];延安日報;2019年

3 宗華;科學家發(fā)明石墨烯染發(fā)劑[N];中國科學報;2018年

4 沈春蕾 劉言;金屬所氧化石墨烯實現(xiàn)綠色制備[N];中國科學報;2018年

5 記者 秦志偉;規(guī)模制備石墨烯技術(shù)取得新進展[N];中國科學報;2017年

6 記者 趙嬋莉;寧夏漢堯入選工信部石墨烯“一條龍”應用計劃[N];華興時報;2019年

7 范凌志;石墨烯電池，讓手機告別“每日一充”？[N];環(huán)球時報;2019年

8 記者 袁靜嫻;打造石墨烯產(chǎn)業(yè)的華為[N];深圳商報;2019年

9 艾班;石墨烯生物材料制備成功[N];中國化工報;2014年

10 柯偉;石墨烯基礎(chǔ)應用研究獲新進展[N];科學時報;2011年

相關(guān)博士學位論文 前10條

1 馮曉冬;電子注激勵石墨烯產(chǎn)生太赫茲輻射的研究[D];電子科技大學;2019年

2 曾省忠;基于AFM的石墨烯表面納米摩擦研究[D];東華大學;2019年

3 楊寧;石墨烯—碳納米管三維復合物的甲烷吸附行為機理與機械電子性能研究[D];桂林電子科技大學;2018年

4 秦凱強;三維納米多孔石墨烯基復合材料的可控合成及其超電容性能研究[D];天津大學;2017年

5 王文潔;Dirac材料-拓撲絕緣體和石墨烯薄膜的電輸運性質(zhì)研究[D];天津大學;2017年

6 Fakhr E Alam;通過形成三維石墨烯微觀網(wǎng)路結(jié)構(gòu)增強聚合物基復合材料導熱/導電性能的研究[D];中國科學院大學(中國科學院寧波材料技術(shù)與工程研究所);2018年

7 何東旭;石墨烯基復合材料的制備及電化學性能研究[D];電子科技大學;2019年

8 王學軍;基于二維納米材料生物傳感及光電探測技術(shù)的研究[D];華東理工大學;2018年

9 鄭賢宏;高性能石墨烯纖維及其柔性超級電容器研究[D];東華大學;2019年

10 邢睿;基于石墨烯的新型波導和可調(diào)微納光器件的研究[D];北京交通大學;2019年

相關(guān)碩士學位論文 前10條

1 趙海玲;石墨烯量子點的制備及其應用研究[D];廈門大學;2018年

2 張森;多晶銅-石墨烯層狀復合材料的剪切力學行為[D];中國工程物理研究院;2019年

3 吳永強;錳氧化物/石墨烯水凝膠制備及其電化學性能研究[D];杭州電子科技大學;2019年

4 王延偉;不同尺寸單晶石墨烯的制備及表面等離激元成像檢測研究[D];北京交通大學;2019年

5 湯文帥;石墨烯基復合材料的制備及其電鍍重金屬廢水資源化利用研究[D];合肥工業(yè)大學;2019年

6 劉佛送;MOF衍生物與石墨烯復合材料的制備及其電化學性能的研究[D];合肥工業(yè)大學;2019年

7 劉明輝;石墨烯材料在空氣源熱泵除霜技術(shù)中的應用研究[D];華北水利水電大學;2019年

8 趙欣悅;雙頻天線及石墨烯可重構(gòu)天線的研究[D];合肥工業(yè)大學;2019年

9 張茵;基于金納米顆粒/石墨烯修飾的電化學生物傳感器的研究和應用[D];華中師范大學;2016年

10 劉汗清;石墨烯功能化及其水性聚氨酯復合體系的研究[D];合肥工業(yè)大學;2019年

本文編號：2779566