一种全光开关及任意比能量输出光分束器的设计

基于光子晶体非线性Kerr效应设计了一种结构简单的任意比能量输出光分束器, 通过控制抽运光的强度来控制端口能量输出比. 该结构还可以实现控制光传输的动态开关作用, 并且具有插入损耗低、无串扰、信号光的开/关两个状态下的透射率相差非常大的特点, 因此该光开关具有很高的开关比. 关键词： 全光开关 光分束器 非线性Kerr效应 光子晶体     

一维非线性光子晶体全光开关的数值研究

在光子晶体的缺陷层内掺入Kerr介质,基于Kerr非线性效应导致的缺陷态迁移原理,设计了两种一维光子晶体全光开关结构.应用时域有限差分（FD-TD）法,编制Matlab计算程序,对全光开关进行数值特性分析.讨论频率混合效应对全光开关的影响.观察光子局域效应增强光子晶体非线性的现象,验证了光子局域效应与光子晶体完整周期结构的层数有关,层数太少光子局域效应不明显.     

一维非线性光子晶体全光开关的数值研究

在光子晶体的缺陷层内掺入Kerr介质,基于Kerr非线性效应导致的缺陷态迁移原理,设计了两种一维光子晶体全光开关结构.应用时域有限差分(FD-TD)法,编制Matlab计算程序,对全光开关进行数值特性分析.讨论频率混合效应对全光开关的影响.观察光子局域效应增强光子晶体非线性的现象,验证了光子局域效应与光子晶体完整周期结构的层数有关,层数太少光子局域效应不明显.     

基于自相位调制和交叉相位调制的全光开关特性研究

提出一种优化含有掺铒光纤放大器的非线性Sagnac干涉仪全光开关的新方法,建立了基于自相位调制和交叉相位调制两种解析模型,讨论了掺铒光纤放大器的小信号增益和饱和输出功率对开关性能的影响.分析表明掺铒光纤放大器的性能参量对开关所需要的Sagnac环中光子晶体光纤长度产生限制.当采用相同长度的光子晶体光纤时,基于交叉相位调制方式的全光开关与基于自相位调制方式的全光开关相比能够显著降低开关功率.采用分布傅里叶法数值求解非线性薛定谔方程,优化了开关结构,讨论了重复频率为40 GHz脉宽为5 ps的高斯型信号脉冲在开关时沿Sagnac环的传输特性.模拟结果表明,通过合理选择高非线性光子晶体光纤长度和掺铒光纤放大器的性能参量能够实现超低开关功率（＜1 mW）的开关操作.     

一种新型缺陷模迁移光子晶体全光开关设计

提出了一种新型缺陷位移光子晶体全光开关.基质光子晶体通过在硅介质上构造三角形周期排列的空气孔形成,同时引入线缺陷和点缺陷,获得了一种具有高品质缺陷模的光子晶体点、线混合缺陷结构.在此基础上,通过点缺陷处填充克尔型非线性光学介质-有机聚合物含对甲苯磺酸取代基的聚二乙炔(PDA-PTS),调节控制光使缺陷模发生动态迁移,从...     

基于高非线性光子晶体光纤Sagnac环形镜的全光开关

设计了一种新颖的、低开关功率的全光开关. 将高非线性光子晶体光纤和双向抽运掺饵光纤放大器引入Sagnac环形镜内，破坏了环形镜的对称性，利用交叉相位调制作用使反向传输的两路信号光产生非线性相移，从而实现开关效应. 理论分析表明：开关功率与放大器的增益倍数和光子晶体光纤非线性系数的积成反比，在实验中所得开关功率约40 mW，消光比约为15.9 dB，并且信号光透过率随脉冲控制光峰值功率呈余弦变化，实验结果与理论分析相吻合. 关键词： 全光开关 高非线性光子晶体光纤 环形镜 交叉相位调制     

基于带隙可调的二维光子晶体全光开关

提出了一种新颖的制作二维光子晶体全光开关的方法。光子晶体波导通过往二维六角形分布的光子晶体的空气孔中填充偶氮苯掺杂液晶得到。数值模拟结果表明,通过外界光场控制空气孔中所填充的向列液晶的方向可以对光子晶体的方向能隙进行调节,这种可调节性可用于制作全光开关。与电场调制方法相比,该光控液晶取向技术具有响应速度快、结构简单的优点。     

一种基于二阶非线性级联的新颖全光开关

利用光子流概念研究了三波混频中本征模状态的相位和光子流的变化,以及该状态对光波的初始相位和初始光子流的要求,研究了三波混频中只有光子流的交换却没有相位变化的特殊状态,提出了本征模状态推拉式非线性光环镜的全光开关,并数值计算了这种全光开关的性能,数值结果表明,该光开关的性能稳定性好,并且易于实现和控制输出信号光的光强及相位. 关键词： 二阶非线性 级联 全光开关 光子流 三波混频 非线性光环镜     

光梯度力驱动的纳米硅基光开关

通过一道光改变另一道光的传输路线是光子集成网络中重要而长远的目标, 然而, 由于硅材料的光学非线性较弱, 在硅材料上实现开关的全光控制难以实现. 因此本文提出了一种由光梯度力驱动的纳米硅基光开关, 实现了硅基光开关的全光控制. 该光开关由一个部分悬空的微环谐振器和一个交叉波导结构构成, 当通入一道控制光时, 悬空的微环谐振器在光梯度力的作用下发生弯曲, 微环谐振器的谐振波长随之发生变化, 从而实现光信号的传输路线发生改变. 该光开关利用纳米光子制造技术在标准绝缘体上硅晶圆上制造, 实验数据得出其最小消光比为10.67 dB, 最大串扰为 -11.01 dB, 开关时间分别为180 ns和170 ns. 该光开关具有尺寸小, 响应速度快, 低损耗和可拓展等优点, 在片上集成光路、高速信号处理以及下一代光纤通信网络中具有潜在应用.     

InGaAsP有源光子带隙超快全光开关的研究

本刊讯 武汉光电国家实验室光电子器件与集成研究部王涛教授对基于InGaAsP／InP共振光子晶体的全光偏振开关进行了研究。由于这种材料能够应用于通信波段，并且为了避免载流子累积效应而采用近共振激发，这时光学斯塔克效应成为驱动光开关的最主要的非线性机制。当量子阱周期满足布拉格条件且布拉格频率等于重空穴激子共振频率时，在其附近的光子能带结构形成一个光子禁带，当线宽较窄的控制光也落在禁带中时光开关具有很大的非线性以及ps的恢复时间。     

与偏振无关的双向3×3光开关结构设计

利用传统成熟的偏振控制技术,设计了一种由偏振光分束器、相位型空间光调制器、反射镜和四分之一波片构成的3×3光开关。该光开关具有结构紧凑规整、功能的实现与信号光的偏振态无关以及可以完成双向交换等特点。根据其路由控制表对该3×3光开关交换模块功能的实现进行了分析,结果表明,通过对各相位型空间光调制器状态的调整,控制通过其信号光的偏振态,完成信号光的路由,该交换模块可以完成输入信号光的全排列无阻塞输出与交换。同时,该交换模块具有一定的扩容和重构能力,对于构建大规模的交换矩阵具有一定的作用。     

具有单一复合调制区的多模干涉效应耦合器1×3光开关的分析

基于多模干涉自映像原理，分析了一种仅含一个复合调制区的1×3光开关。该开关处于不同工作状态时，调制臂上所加相位调制量之间存在倍数关系，于是可将调制臂上的相移器组合成一个复合调制区，通过连续改变复合调制区的折射率变化量，因此可以将来自任一输入端的光场轮流切换到任意输出端口。以Al0.07，Ga0.93As／GaAs脊形波导结构为例，采用BEAMPROP软件，对该开关进行了优化和理论验证。消光比高达30．3dB；相邻通道之间的串扰低于-29．8dB；在1．31μm工作波长处约50nin的波谱范围内，串扰低于-20dB。该结构可简化传统多通道开关的调制方法，降低外加控制方法的复杂程度。     

MEMS与MEMS光开关

微机电系统(MEMS)技术是一种新型制造技术,在光通信的发展中得到广泛的应用,有极大的市场价值.在整个光通信中,光开关是较为重要的光无源器件,在光网络系统中可对光信号进行选择性操作.随着光通信的日益发展,对光开关的技术要求也日益提高,利用MEMS技术制作的新型光开关具有体积小、重量轻、能耗低、集成化程度高等特点,从而日益成为研究的热点.本文简单介绍了MEMS技术和其主要特点,并较详细地阐述了MEMS技术在光通信中的应用,以及MEMS光开关的结构、发展趋势和目前存在的主要问题.     

Design of Two-Dimensional Optimized Banyan Networks

A smart two-dimensional optical Banyan network is proposed. Polarization switching logic of light is applied for the design of this network. The main element for the connections of the network is an optical crossbar switch that is composed of a half-wave plate, a programmable polarization switch, and a couple of birefringent plates. By the proposed optical crossbar switches, all permutations of the link patterns required in the network are generated due to the optimized design of the switching logic. As a result, complicated routing control of ordinary Banyan networks is much reduced and a simple two-dimensional optical Banyan network with straight interconnections between successive stages of the networks can be realized.     

一种低驱动电压的电光开关设计

介绍了一种基于法布里-珀罗标准具的电光开关,对开关的工作原理进行了分析,并对开关的结构进行了设计。以铌酸锂晶体为例,计算了开关透过特性随驱动电压、激光波长的变化规律。结果表明,在晶体参数相同的情况下,这种法布里-珀罗标准具开关与采用正交偏振片的电光开关相比,可以大幅降低电光晶体的驱动电压,同时还具有较好的选模能力。     

新型SOI基3×3多模干涉波导光开关的优化设计

提出了一种基于SOI材料的新型3×3多模干涉(MMI)波导光开关,在开关的多模波导中引入折射率调制区,利用硅的等离子色散效应改变多模波导局部区域的折射率,使得光场在传输过程中的相位发生变化,进而确定输出光场位置,实现开关功能。采用有限差分光束传播法(FD-BPM)方法对开关的各个状态进行了模拟和分析,并对器件的结构参量进行了优化设计,采用优化后的结构参量,开关可实现的最大消光比达到-17.27 dB。     

与偏振无关双向2×2和4×4自由空间光开关

利用成熟的偏振控制技术，设计了一种由偏振光分束器、相位型空间光调制器和反射镜构成的2×2光开关，该光开关所用器件少，具有结构简单紧凑、控制灵活方便、功能实现与信号光的偏振态无关以及可以双向交换等特点；在此基础上通过2×2光开关的串连，设计了一种与偏振无关的双向4×4光开关的实验模块，根据其路由选择与控制方法，得到了4×4光开关实现信号光全排列无阻塞输出与交换对应的路由状态表，并对该实验模块的功能实现进行了详细的分析与讨论。     

4×4自由空间光开关结构及其矩阵分析

光开关是全光通信网络中的一种重要的光无源器件。提出了一种4×4自由空间光开关的结构设计方法,并进行了矩阵理论分析。该4×4光开关具有新颖的光模块化结构,该光开关结构仅由偏振分束组合棱镜,λ／4波片,λ／2波片,直角棱镜,全反镜和偏振光调制器组成,对光开关的控制与输入光束的偏振态无关。所有的输出端口可以和输入端口无阻塞地互连交换。这种新型的光开关结构具有光学元件少,结构紧凑,模块化,与偏振无关的特点。基于4×4光开关的矩阵分析得到了路由控制表,为4×4光开关从任意输人端口到任意输出端口的路由控制状态提供了理论分析手段,从而可以方便地实现无阻塞地光交换开关矩阵的路由控制功能。     

光子晶体异质结耦合波导光开关

以二维三角晶格光子晶体为研究对象,在该光子晶体中引入两行平行的单模线缺陷波导,以一行耦合介质柱为间距,通过调节部分耦合介质柱的折射率,构筑了光子晶体异质结耦合波导光开关结构。利用平面波展开法和定向耦合原理计算了在不同入射光频率下,缺陷波导间耦合介质柱的折射率不同时的耦合长度,确定了合适的光子晶体异质结耦合波导光开关的结构参数。利用时域有限差分法研究了该光开关中耦合介质柱的折射率变化及异质结构介质柱的位置分布对光信号输出路径的影响。结果表明,通过改变该结构中耦合介质柱的折射率可以改变光的输出路径,可实现光的开关行为。并且异质结构介质柱位置的随机分布对该光开关的影响不大,有助于光子晶体新型滤波器、定向耦合器、波分复用器以及光开关等光子器件的研究。     

SOI波导反射模式的古斯-汉欣空间位移效应及其数字式热光开关

借助波导转角镜结构,利用古斯-汉欣空间位移和热光效应折射率调制的有效组合,提出了波导反射模式数字式热光开关结构。在给定入射角的条件下优化了空间古斯-汉欣位移,在具有古斯-汉欣效应的本征态下,反射光束出现了较大的跳跃。在1.0μm厚硅膜的绝缘体上硅平台上,单模输入波导和多模干涉波导结构之间的导模本征态匹配,验证了1×3数字式光开关功能。实验中,器件结构引起的光损耗为0.3 dB,开关功率为130~150 mW,开关时间约为50μs,相邻输出端之间隔离度为15 dB。与马赫-曾德尔干涉仪型的2×2热光开关和等离子体效应热光开关的最新结果进行比较证明了该数字式热光开关的先进性。