光子晶体光开关的发展与应用

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1、光子晶体光开关的发展与应用（暨南大学信息科技技术学院广州510630）摘要：光开关是未来全光通信网相关器件中的一个关键组成部分，研究光开关技术并使之小型化，对全光网来说是一个重要的挑战。光子晶体光开关完全利用光子与介质的相互作用，实现对光传输中“开”与“关”状态的控制。由于光子晶体在光学集成方面所具有的独特优势，与传统的全光开关相比，基于光子晶体的全光开关，有着多方面的应用价值。本文主要介绍了光子晶体光开关的发展和其各种实现方法。关键字：光开关；光子晶体；全光开关；Abstract:Opticalswitchisthefutureall-optical

2、networkakeycomponentpartoftherelateddevices,researchandminiaturizationofopticalswitchtechnology,isanimportantchallengeforall-opticalnetworks.Photoniccrystalopticalswitchcompletelyusingphotonsinteractwiththemedium,controltheOFForONstateoftheopticaltransmission.Becausethephotonicc

3、rystalshastheuniquesuperiorityinopticalintegration,all-opticalswitchbasedonphotoniccrystalshasvariousapplicationvaluecomparedtotraditionalopticalswitch.Thisarticlemainlyintroducedthedevelopmentandtherealizationmethodofthephotoniccrystalopticalswitch.Keyword:opticalswitch,photoni

4、ccrystal,all-opticalswitch1.引言全光开关技术有着多方面的应用价值。现有手段实现的全光开关体积较大，这样就不利于未来全光器件的集成，而且有些方法对实验条件的要求极其严格。然而基于光子晶体的全光开关，有着许多无法比拟的优势。当前光纤通信技术还必须采用光、电相结合的手段，全光传输现已在波分复用和放大技术中得到应用，而当光信息进行交换时，仍要采用电子学的方法来完成，这样就形成了网络传输和网络交换的极度不匹配，它一方面造成了资源的浪费，更为重要的是限制了通信效率的提高。为了突破这一所谓的“电子极限”，大力发展全光交换技术就变得十分必要

5、。光链路和光节点组成了全光通信网络，在网络中传输信息时主要有时分和波分复用两种形式在节点处进行信息交换。全光开关都是由这些节点器件组成，因此研究全光开关技术对于全光通信的实现是有巨大的意义。2.全光开关通常情况下光开关可以定义如下：在一定外部条件下，可以将光信号的某个参数快速、可逆、不连续地从一种状态转变为另外一种状态的过程。目前光开关的驱动有两种方式：电控和光控。电控开关较为简单，容易实现，目前已经市场化，但其需要经过光--电转换，因此工作效率较低。全光开关作为集成光子学器件，是一种“以光控光”的开关，不需要经过光--电转换。它完全利用了光子和介质之

6、间的相互作用来达到“开”或“关”的状态。全光开关一般有以下三个指标：较低的阈值功率、较高的消光比和较快的开关速度。这就要求光开关的制作材料必须有很高的非线性，对信号光有高透明度以及对控制光响应快。另外，为方便的未来光子集成，还要求开关结构相对简单、体积小、寿命长等优点[5]。全光开关是一种重要的集成电子学器件，完全利用光子与介质的相互作用来实现对光传输过程进行有效的“开”和“关”控制作用。现在各种类型的光控光开关已经可以用来实现多种复杂功能，如各种逻辑门、波长转换、解复用功能、信号再生、时钟提取、信号码型变换(如RZ和NRZ码的转换)以及信头识别和处理

7、等。传统的全光开关主要有Mach-Zender型光控光开关、平面反射型光开关[1]、克尔光开关[2]、非线性环路镜(NOLM)开关和频移型(XPM型)光开关等[4]。这几种结构的光控光开关各有优势，但都不是很成熟，都处在进一步研究和改善之中。1.光子晶体光控光开关的研究进展1994年，Scaloar科学家首次提出利用光子晶体来实现光控光开关的思想，并在理论和实验上进行了深入的研究和探索。光子晶体光控光开关的思想指出：开始时探测光能沿着线缺陷通过光子晶体，而当一束泵浦光作用于光子晶体时，探测光就被光子晶体全部反射回来而不能通过光子晶体，由此实现对探测光束

8、传输过程的开关控制作用。华中科技大学的罗朝明[6]提出了一种基于二维非线性光子晶体波导的光开关