基于共振和kerr非线性效应全光逻辑门的研究

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1、硕士学位论文题目:基于共振和Kerr非线性效应全光逻辑门的研究研究生张真专业通信与信息系统指导教师李齐良教授完成日期2015年11月抗州电子科技大学学位论文原创性声巧和使用按权说明原创性声明■本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导巧的指导下，独立进行研巧工作巧取得的成果？除文中己经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究化出重要贡献的个人巧集体，均己在文中Ｗ明巧方式栋明。申请学位论文与资料若有不实么处，一切相关贵任本人承担．论文作者签名：狀真；

2、日斯切＾年／月／相学位论文使用授权说明，即本人完全了解杭州电子科技大学关于保留和使用学位论文的规定：研究生在校攻读学位期巧论文工作的知识产权单位属抗州电子科技大学。本人保证毕业离校后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位仍然为杭州电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，化许査阅和借巧论文；学校可レッ公布论文的全部或部分内容Ｉ可抖允许采用彭巧、缩印或其它复制手段保存论文。（保密论文在解密后连守此规度）曰期ｆ论文作者签名：张真；抑（年月／曰文指导教师签名日期ｆ；年月日杭州电子科技大学硕

3、士学位论文基于共振和Kerr非线性效应全光逻辑门的研究研究生：张真指导教师：李齐良教授2015年11月DissertationSubmittedtoHangzhouDianziUniversityfortheDegreeofMasterResearchofAll-opticalLogicGatesbasedonResonanceandKerrNonlinearEffectCandidate:ZhangZhenSupervisor:Prof.LiQiliangNovember，2015杭州电子科技大学硕士学位论文摘要第二代网络在

4、传送信息时存在电子瓶颈，而全光网络能克服这个问题，减少网络拥塞，具有传输信息容量大，质量高，传输速率透明，较高的灵活性和可靠性等特点。未来光纤通信技术发展的最高阶段无疑是全光网络。全光开关作为全光通信技术、全光计算、全光通信传输系统等的关键元器件，能在光域上实现各种逻辑操作，无需光电转换，成为近年来研究的热点。本文具体的研究成果和工作如下：1．本文介绍了光纤中光脉冲在其中传输时的非线性方程，并推导了光纤耦合器的耦合模方程。简单介绍了两芯耦合器的结构，讨论了其开关特性。当能量比较低的连续光入射到耦合器中时，可忽略其非线性，此时的

5、状态是线性的；当能量比较高的连续光入射时，耦合器的工作状态是非线性的，利用非线性耦合器可以做成全光开关。2．本文研究了在掺铒光纤耦合器中基于共振非线性效应的全光逻辑门，共振非线性来源于铒离子的能级跃迁，这与克尔非线性不同，克尔非线性效应来源于三阶极化率，共振非线性效应比克尔非线性效应更加显著。对于掺杂铒离子的光纤来说，当波长为980nm的44强泵浦光照射到上面时，泵浦光的光子就会被铒离子吸收，从I（基态）跃迁至I（亚15/213/2稳态），导致粒子数反转，波长为1550nm的信号光被放大，传播常数产生复数的变化，其实部与折射率

6、的变化成正比，虚部与增益的变化成正比，并且两者的变化都与泵浦的功率变化有关系。本文介绍了铒离子的三能级模型图，讨论了共振非线性效应产生的原理，并推导出基于共振非线性全光逻辑门的耦合模方程。在此基础上进行MATLAB仿真研究。当输入初始相位相同的信号光时，在掺铒光纤耦合器的纤芯中，信号光（波长为1550nm）与泵浦光（波长为980nm）通过波分复用器(WDM)同时入射进入其中，而在纤芯中只有信号光。由于泵浦光的波长明显不同于信号光的波长，泵浦光会保持在纤芯中，纤芯受泵浦光作用产生增益而纤芯不发生变化。由于共振非线性效应

7、，导致纤芯和中信号光相位发生改变，在输出端口C和D实现开关转换。通过改变泵浦光功率、输入信号的不同功率组合，可以实现不同的逻辑门。输入初始相位不同的信号光即让两个输入信号在开始入射时存在相位差，也可以实现开关功能。本文还仿真了泵浦光功率、信号光相位差和消光比三者之间的三维图。研究表明，基于共振非线性效应的全光逻辑门可以降低开关的阈值功率，所需泵浦光的功率可以下降到毫瓦量级，从而避免了对光纤造成损坏。3．本文研究了基于波长转换技术的全光逻辑门。介绍了多种波长转换技术的原理，并分析比较了它们的优缺点。本文研究的波长转换技术是基

8、于光纤交叉相位调制(XPM)，利用光Kerr效应实现的，并且为了降低所需泵浦光的功率，避免对光纤造成损坏，采用具有I杭州电子科技大学硕士学位论文高非线性的三氧化二铋光纤。被调制的泵浦光信号，经过功率放大后，与弱连续光一起入射到适当长度的光纤中。泵浦光与弱连续光会产生交叉相位调