基于光子晶體的全光邏輯器件的性能分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)
發(fā)布時(shí)間：2021-06-08 20:11
全光邏輯門在全光信號(hào)處理、光子計(jì)算和全光網(wǎng)絡(luò)中具有廣闊的應(yīng)用前景。光子晶體作為一種新型的具有光子帶隙特性的人工電磁材料,具有體積小、易于集成、抑制自發(fā)輻射噪聲等優(yōu)點(diǎn)。基于光子晶體的光子器件,尺寸可縮小至光波長量級(jí),功耗低、且易于集成。因此,研究基于光子晶體的全光集成邏輯門的設(shè)計(jì)及其應(yīng)用具有重要意義。本文對(duì)基于光子晶體的全光邏輯器件的設(shè)計(jì)與性能優(yōu)化進(jìn)行了研究,主要完成如下工作。（1）研究了用于光強(qiáng)度信號(hào)的基于光子晶體的全光邏輯門的設(shè)計(jì)和性能優(yōu)化。通過在方形晶格的理想二維光子晶體中波導(dǎo)的拐角區(qū)域引入Kerr非線性材料,基于光控光原理實(shí)現(xiàn)了一種適用于光強(qiáng)度信號(hào)的全光AND邏輯門,利用仿真軟件分析了不同工作頻率下的功率閾值,確定了全光AND邏輯門的器件閾值,得到了邏輯門在C-Band（1530-1565nm）帶寬內(nèi)的性能。該全光AND邏輯門在整個(gè)C-Band帶寬內(nèi)的邏輯1和邏輯0的輸出光功率對(duì)比率不低于20dB。進(jìn)而設(shè)計(jì)了兩個(gè)全光AND邏輯門的級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu),并通過仿真確定了該器件的閾值,得到了較好的性能,從而證明了多個(gè)AND邏輯門進(jìn)行級(jí)聯(lián)的可行性。但仿真結(jié)果也表明,全光AND邏輯門的級(jí)聯(lián)會(huì)帶來器件...
【文章來源】：大連理工大學(xué)遼寧省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：66 頁
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
光子晶體結(jié)構(gòu)的模型示意圖
2. 2.1光子帶隙光子帶隙，又稱光子禁帶，是光子晶體最基本的特征。圖2-2是光子帶隙的示意圖。光子晶體在光子帶隙內(nèi)沒有光子態(tài)存在，因此頻率落在光子帶隙中的光波被禁止在光子晶體中傳播。光子能帶則是光波在光子晶體中傳播時(shí)受到調(diào)制而產(chǎn)生的能帶結(jié)構(gòu)。圖2-2中的一條條曲線就是一種理想二維光子晶體的光子能帶。在二維光子晶體中，光子晶體的能帶曲線分為TE光子能帶和TM光子能帶兩種，分別對(duì)應(yīng)于TE模式和TM模式的光波。同理，光子帶隙也分為TE光子帶隙和TM光子帶隙兩種，圖2-2中的光子帶隙-5 -
處的光則被局域在缺陷位置，使得光子帶隙中產(chǎn)生導(dǎo)模，這就是光子局域化現(xiàn)象。光子晶體中的缺陷按照特性和形狀的不同可分為點(diǎn)缺陷、線缺陷兩種，如圖2-3所示。OOOOCOOOOOOOOO 00000000000000OOOQOGOOOOQOO 0000000000000OOOOCOOOOOOOOO OOOOOOOOOCOOOOOOCOOOOOOOOOO 0000000000000OOOOOOOOOOOOOC OOOOOOOOQOOOOO0000000000000 0000000000000OOOOOOCJ^OOOOOO O O O O (3 O O 0 C B o o eOOOOOC 蠡 OOOOOO 秦 ^ 鋒’?翁撃 # 'IOOOQOO^OOOOOOO OO0QQOBOQQQOO<^ooooooooooooo oooooooooooooOOOOOOOOOCOOOO ooooooooooooooooooooooooooo ooooooooooooooooooooooooooo ooooooooooooooooooooooooooo oooooooooooooOOOOOOOOOOOOOC oooooooooooooo(a)點(diǎn)缺陷 （b)線缺陷圖2-3光子晶體中的光子局域示意圖Fig. 2.3 Photon localization in photonic crystals點(diǎn)缺陷可以將特定頻率的光子局域在缺陷位置，使得光不能從任何一個(gè)方向上向外傳播，此時(shí)，點(diǎn)缺陷就相當(dāng)于微腔，如圖2-3(a)所示。光子晶體微腔的用途很多，可用于設(shè)計(jì)諧振腔、光開關(guān)、濾波器等。圖2-3(b)中所示為光子晶體的線缺陷結(jié)構(gòu)，光子晶體中的線缺陷能夠使得特定頻率范圍內(nèi)的光局域在線缺陷的位置，從而只能沿著線缺陷的方向傳播。通常，光子晶體的線缺陷被用來制作成各種光子晶體波導(dǎo)。與基于全內(nèi)反射機(jī)制傳輸光波的傳統(tǒng)波導(dǎo)相比，光子晶體對(duì)光子的局域化作用對(duì)控制光的傳輸更加有效、靈活
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]用特征矩陣法計(jì)算光子晶體的帶隙結(jié)構(gòu)[J]. 王輝,李永平. 物理學(xué)報(bào). 2001(11)
本文編號(hào)：3219123
【文章來源】：大連理工大學(xué)遼寧省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：66 頁
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
光子晶體結(jié)構(gòu)的模型示意圖
2. 2.1光子帶隙光子帶隙，又稱光子禁帶，是光子晶體最基本的特征。圖2-2是光子帶隙的示意圖。光子晶體在光子帶隙內(nèi)沒有光子態(tài)存在，因此頻率落在光子帶隙中的光波被禁止在光子晶體中傳播。光子能帶則是光波在光子晶體中傳播時(shí)受到調(diào)制而產(chǎn)生的能帶結(jié)構(gòu)。圖2-2中的一條條曲線就是一種理想二維光子晶體的光子能帶。在二維光子晶體中，光子晶體的能帶曲線分為TE光子能帶和TM光子能帶兩種，分別對(duì)應(yīng)于TE模式和TM模式的光波。同理，光子帶隙也分為TE光子帶隙和TM光子帶隙兩種，圖2-2中的光子帶隙-5 -
處的光則被局域在缺陷位置，使得光子帶隙中產(chǎn)生導(dǎo)模，這就是光子局域化現(xiàn)象。光子晶體中的缺陷按照特性和形狀的不同可分為點(diǎn)缺陷、線缺陷兩種，如圖2-3所示。OOOOCOOOOOOOOO 00000000000000OOOQOGOOOOQOO 0000000000000OOOOCOOOOOOOOO OOOOOOOOOCOOOOOOCOOOOOOOOOO 0000000000000OOOOOOOOOOOOOC OOOOOOOOQOOOOO0000000000000 0000000000000OOOOOOCJ^OOOOOO O O O O (3 O O 0 C B o o eOOOOOC 蠡 OOOOOO 秦 ^ 鋒’?翁撃 # 'IOOOQOO^OOOOOOO OO0QQOBOQQQOO<^ooooooooooooo oooooooooooooOOOOOOOOOCOOOO ooooooooooooooooooooooooooo ooooooooooooooooooooooooooo ooooooooooooooooooooooooooo oooooooooooooOOOOOOOOOOOOOC oooooooooooooo(a)點(diǎn)缺陷 （b)線缺陷圖2-3光子晶體中的光子局域示意圖Fig. 2.3 Photon localization in photonic crystals點(diǎn)缺陷可以將特定頻率的光子局域在缺陷位置，使得光不能從任何一個(gè)方向上向外傳播，此時(shí)，點(diǎn)缺陷就相當(dāng)于微腔，如圖2-3(a)所示。光子晶體微腔的用途很多，可用于設(shè)計(jì)諧振腔、光開關(guān)、濾波器等。圖2-3(b)中所示為光子晶體的線缺陷結(jié)構(gòu)，光子晶體中的線缺陷能夠使得特定頻率范圍內(nèi)的光局域在線缺陷的位置，從而只能沿著線缺陷的方向傳播。通常，光子晶體的線缺陷被用來制作成各種光子晶體波導(dǎo)。與基于全內(nèi)反射機(jī)制傳輸光波的傳統(tǒng)波導(dǎo)相比，光子晶體對(duì)光子的局域化作用對(duì)控制光的傳輸更加有效、靈活
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]用特征矩陣法計(jì)算光子晶體的帶隙結(jié)構(gòu)[J]. 王輝,李永平. 物理學(xué)報(bào). 2001(11)
本文編號(hào)：3219123
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