本文關(guān)鍵詞：基于光子—液晶及混合等離子體波導(dǎo)的光信號處理技術(shù)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著社會的發(fā)展和進步,光纖通信技術(shù)日益得到發(fā)展與重視。為了在最大限度的傳輸容量、滿足客戶不同的帶寬需求下能夠?qū)崿F(xiàn)最小成本,光纖通信系統(tǒng)正不斷向超大容量、超高速、超帶寬、超長距離、低成本的方向邁進。在光通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中,相關(guān)光學(xué)器件的作用至關(guān)重要,因為它是光信息處理的核心部分。而在對光信號進行處理過程中,多樣性多功能性的集成光學(xué)器件占據(jù)著重要的地位。 本論文中,研究了光子-液晶波導(dǎo)與混合等離子體波導(dǎo)中的光信號處理的相關(guān)技術(shù)。以光子-液晶波導(dǎo)為基本結(jié)構(gòu),研究分析了相關(guān)器件的光束控制的機理與波長可調(diào)諧特性；以混合等離子體波導(dǎo)為基本結(jié)構(gòu),研究分析了相關(guān)波導(dǎo)器件中的全光波長轉(zhuǎn)換與全光邏輯運算。主要的研究成果如下： 研究了一種新型結(jié)構(gòu)的液晶光學(xué)相控陣,該結(jié)構(gòu)特點在于將液晶作為平板光波導(dǎo)的上包層。根據(jù)Frank-Oseen液晶連續(xù)體彈性形變理論與光柵衍射理論,研究分析了基于這種新型結(jié)構(gòu)下液晶光學(xué)相控陣的傳輸特性,輸出衍射特性和其它性能特性。研究結(jié)果表明,器件的傳輸電控相位延遲可以實現(xiàn)更大的光程差,且可進行有效地光波束控制：器件的響應(yīng)時間提高了一個數(shù)量級,且其色散性能獲得改善。為以后研制新型液晶光學(xué)相控陣提供了理論基礎(chǔ)與技術(shù)設(shè)計依據(jù)。 提出了一種基于光子-液晶狹縫波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的可調(diào)諧微環(huán)諧振器。該器件由SOI狹縫型微環(huán)和上包層向列型液晶組成,且設(shè)計特定電極結(jié)構(gòu)并連接控制電壓。有兩個具體研究方案：第一,設(shè)計了一個的單狹縫光子-液晶波導(dǎo)的微環(huán)諧振器,它具有寬的波長調(diào)諧范圍(～56.0nm)和較大自由光譜范圍(～28.0nm),且驅(qū)動電壓只有5V：第二,拓展研究了雙狹縫光子-液晶波導(dǎo)的微環(huán)諧振器,該器件不僅擁有更寬的波長調(diào)諧范圍(最大值為81.4nm),還有良好的工藝容忍度。即便是考慮到結(jié)構(gòu)參數(shù)以及工藝誤差所帶來的影響,其波長調(diào)諧范圍可以維持在60nm以上。 分析了一種對稱型混合等離子體波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中的三階非線性-四波混頻(FWM)效應(yīng),該波導(dǎo)結(jié)構(gòu)由五層Si/Si-nc/Ag/Si-nc/Si材料上下對稱構(gòu)成,且該混合等離子體波導(dǎo)可擁有極大的非線性參量值γ≥104m-1W-1和很長的有效傳輸距離Lp～1.5mm。同時,我們采用一種準相位匹配的FWM技術(shù),將之應(yīng)用于該混合等離子體波導(dǎo)光柵結(jié)構(gòu)之中,可以實現(xiàn)C-band (1530～1565nm)和中紅外波段(2118～2180nm)之間的高效率地波長轉(zhuǎn)換。通過理論仿真實驗,當波導(dǎo)光柵L=1000μm,λp=1800nm時,當信號波長為C-band或中紅外波段時,FWM波長轉(zhuǎn)換效率分別可以到達約-17dB和-22dB。 研究了一種新型的全光邏輯門器件,該器件由高非線性硅基混合等離子體微環(huán)構(gòu)成,并基于偏振相關(guān)的四波混頻原理。由于硅基混合等離子體波導(dǎo)的亞波長半徑彎曲特性,基于該波導(dǎo)結(jié)構(gòu)我們設(shè)計出了一個半徑為1μm超微小型的硅基微環(huán)。利用控制泵浦光和信號光輸入偏振態(tài),基于FWM的全關(guān)邏輯操作(非門、或非門、與非門)可以實現(xiàn)。該微型的全光等離子體器件穩(wěn)定、工藝簡單且具備SOI兼容性,且更具備微型化與集成化的潛力優(yōu)勢。
【關(guān)鍵詞】：液晶 表面等離子體 光學(xué)相控陣 狹縫結(jié)構(gòu) 微環(huán)諧振器四波混頻 全光波長轉(zhuǎn)換 全光邏輯門
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN911.7;TN929.1
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 緒論10-29
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 光子-液晶波導(dǎo)器件的研究進展11-18
• 1.3 混合等離子體波導(dǎo)器件的研究進展18-26
• 1.4 論文主要內(nèi)容及創(chuàng)新點26-29
• 2 基于光子-液晶波導(dǎo)的光波束控制研究29-40
• 2.1 引言29
• 2.2 器件結(jié)構(gòu)與工作原理29-31
• 2.3 液晶指向矢分布算法與光柵衍射理論31-32
• 2.4 液晶相控陣的傳輸與衍射特性32-37
• 2.5 液晶相控陣的關(guān)鍵性能分析37-39
• 2.6 本章小結(jié)39-40
• 3 基于光子-液晶狹縫波導(dǎo)e罌傻饜澄⒒沸癡衿餮芯，
  
  本文編號：396147
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