基于微环共振器的非线性效应及其在光通信中的应用研究

摘要

近年来提出了微环共振器结构，其可以实现对光波的微控制及一些原子系统中的量子效应，并且易于实现大规模集成的光学电路，因此在光通信领域中具有良好的发展前景和实际应用价值。适当确定微环共振器的共振参数，在非线性效应作用下能够改变输入光波长，在输出端得到共轭光波长。因此，在实现全光通信中的波长变换、光开关和逻辑门等功能方面，微环共振器有着潜在并且可行的优势。本论文在对微环共振器和非线性效应的基本理论进行详细介绍的基础上，分析了它的光开关特性和逻辑门性能。论文的主要内容和创新点如下： 1．介绍了微环共振器和非线性效应的基本知识，光开关和逻辑门的研究和发展状况。 2．介绍了级联微环共振器序列的知识，对其中出现的二次谐波和光孤子脉冲进行了研究。 3．用耦合矩阵理论分析了全通微环共振结构中的四波混频效应，运用微分方程知识求解出共轭波的转换效率，数值模拟出转换效率的曲线图并分析各共振器各个参数对转换效率的影响。 4．分析分插微环共振结构的开关特性，理论推导开关对输入功率的要求，分析不同参数对开关特性的影响5．分析全通微环共振结构的开关和逻辑门特性，理论推导其有效相移，通过数值模拟分析微环共振结构带来的良好性能。

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第一章绪论

1.1微腔共振器材料的发展历程

1.2微腔共振器的实验进展及其应用

1.3光开关与光逻辑门

1.3.1光开关的发展过程

1.3.2光逻辑门

1.4本论文研究的主要内容

第二章微环共振器和非线性效应的基本理论

2.1微环共振器的制作

2.2耦合矩阵方法

2.2.1耦合矩阵分析

2.2.2耦合矩阵方法的色散关系

2.3二次谐波的产生

2.4四波混频

2.5简并的四波混频

2.6克尔效应与自相位调制

第三章侧面耦合微环共振器系统与孤子脉冲

3.1紧束缚模型

3.1.1紧束缚分析

3.1.2紧束缚近似下SCISSOR中的色散关系

3.1.3群速度和群速度色散

3.2 SCISSOR与光孤子

第四章微环共振器中非线性的研究

4.1耦合微环共振器中的倍频效应的理论分析

4.2微环共振器中的四波混频效应

4.2.1全通结构微环共振器中四波混频的理论推导

4.2.2全通结构中四波混频的数值计算与结果分析

第五章微环共振器的开关和逻辑门特性

5.1分插微环结构中的光开关特性

5.1.1光开关特性中开关光功率的理论推导

5.1.2光开关特性中开关功率的数值模拟和讨论

5.2全通结构中的光开关特性

5.2.1全通结构中相位变化的理论推导

5.2.2全通结构中相位变化的数值计算与分析

5.2.3全通微环结构中的开关特性的数值分析

5.3全通结构中四波混频情况下的逻辑门特性

参考文献

发表论文和科研情况说明

致 谢