【摘 要】
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随着信息技术和通信技术的飞速发展,人们对于数据传输和处理的要求都在不断提高。现有的通信网络难以满足需求,因此迫切地需要发展具有超大容量和超高速率的全光通信网络。全光通信的发展离不开全光信号处理,而全光逻辑器件又是全光信号处理的重要组成部分,因此成为了当前的研究热点。光子晶体是一种新型的人工合成材料,因其特有的光子禁带和光子局域效应,已成为制作光子器件的重要材料之一,受到国内外研究学者的广泛关注。本
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随着信息技术和通信技术的飞速发展,人们对于数据传输和处理的要求都在不断提高。现有的通信网络难以满足需求,因此迫切地需要发展具有超大容量和超高速率的全光通信网络。全光通信的发展离不开全光信号处理,而全光逻辑器件又是全光信号处理的重要组成部分,因此成为了当前的研究热点。光子晶体是一种新型的人工合成材料,因其特有的光子禁带和光子局域效应,已成为制作光子器件的重要材料之一,受到国内外研究学者的广泛关注。本文利用光子晶体的禁带特性和线性干涉原理,提出了一种全光三输入逻辑与门和一种全光4-2编码器,并对它们进行了优化。具体工作如下:（1）基于光子晶体的波导耦合效应和线性干涉原理,提出了一种三输入全光逻辑与门。通过引入闲置波导和偏移介质柱,利用线性干涉的叠加原理,实现三输入逻辑与门的功能。利用平面波展开法和时域有限差分法对提出的三输入全光逻辑与门的归一化输出能量、对比度以及响应时间等性能进行了研究。仿真结果表明:提出的三输入与门的工作波长为1550～1554nm,对比度不小于3.5d B,响应时间达到亚皮秒量级,偏移介质柱可以横向偏移的范围为0.044～0.083μm。在提出的三输入与门的基础上,闲置端口引入控制光,利用控制光与信号光的干涉相消,优化提出的与门的对比度。仿真结果表明:优化的三输入与门的工作波长为1528～1573nm,对比度不小于5.6d B,响应时间为亚皮秒量级,偏移介质柱可以横向偏移的范围为0.359～0.547μm,控制光的相对输入能量可以变化的范围为0.49～1.20,控制光初始相位可以变化的范围为144～214°。（2）基于光子晶体的波导耦合效应,提出了一种基于二维光子晶体的4-2编码器。通过引入分束结构和耦合波导结构,实现全光4-2编码器的逻辑功能。利用平面波展开法和时域有限差分法对提出的4-2编码器的归一化输出能量、对比度以及响应时间等性能进行了研究。仿真结果表明:提出的全光4-2编码器的工作波长范围为1546～1551nm,对比度不低于10d B,响应时间不超过0.34ps。改变提出的4-2编码器的耦合波导结构和输出波导结构,对4-2编码器的性能进行优化。仿真结果表明:优化的全光4-2编码器的工作波长范围为1538～1666nm,对比度不低于17d B,响应时间不超过0.52ps,介质柱可以横向偏移的范围为440～584nm。提出的全光三输入逻辑与门和全光4-2编码器具有结构简单,易于集成,响应时间短和工作带宽宽等特点,符合现代光通信与光集成器件的要求,在全光信号处理系统和集成光路中具有很好的应用前景。
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