集成光波导光力效应及其在光信号处理中的应用研究

摘要

随着信息高速时代的到来，光通信网络快速发展，一方面网络链路的信息传输容量不断得到提升，另一方面网络节点处的信息处理也呈现出高速大容量、可调谐、可重构、灵活多功能以及集成小型化的趋势。光力效应以光场形式与物体相互作用并交换动量，利用光机械可以间接实现光控制光，从而为实现光控可调光信号处理提供了可能。集成光波导光力效应在集成、可调、可重构、多功能光信号处理方面具有很大潜力。
　　本文开展了集成光波导光力效应及其在光信号处理中的应用基础研究，包括集成光波导光力效应的基础理论、基于集成光波导光力效应的光开关、基于集成光波导光力效应的可重构可调解调器，具体内容如下：
　　(1)分析研究了光力效应（光梯度力、光散射力）以及集成光波导光力效应的基础理论及特性，讨论了集成光波导光力效应的在光信号处理中的潜在应用。
　　(2)提出并设计了基于光力效应的光控光开关，利用集成光波导光力效应使得光波导产生形变位移，对应改变光波导整体有效折射率，进而改变光波导间的耦合长度实现信号光输出路径的可调控。仿真研究了基于集成光波导光力效应的光开关。同时，提出并仿真研究了基于石墨烯的光开关。
　　(3)提出并设计了一种基于光力效应的差分正交相移键控（Differential Quadrature Phase Shift Keying，DQPSK）信号解调器，分析研究了解调器的模场特性及DQPSK解调性能，讨论了解调器波导制备方法，对比研究了双臂固定纳米线（double-clamped nanostring）和单悬臂纳米线（cantilever nanostring）两种结构解调器性能。进一步引入光力效应光开关结构，提出并设计了波特率可重构 DQPSK信号解调器，研究了10-Gbaud、20-Gbaud和40-Gbaud波特率可重构DQPSK信号解调并分析了解调性能。

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1 绪论

1.1 集成光波导光力效应的研究意义及特点

1.2 与课题相关研究的国内外发展情况与趋势

1.3 本论文的主要工作和篇章结构

1.4 课题的来源

2 集成光波导光力效应的基础理论

2.1 光力效应的基本原理

2.2 集成光波导光力效应及光信号处理

3 基于集成光波导光力效应的光开关

3.1 集成光波导光力效应光开关设计思路

3.2 集成光波导光力效应光开关结构及模场性质

3.3 集成光波导光力效应光开关仿真结果分析

3.4 基于石墨烯的光开关

3.5 本章小结

4 基于集成光波导光力效应的可重构可调解调器

4.1 集成光波导光力效应可调解调器设计思路及结构

4.2 集成光波导光力效应可调解调器仿真结果分析

4.3 基于集成光波导光力效应波特率可重构可调解调器研究

4.4 光力效应集成光波导制备工艺

4.5 本章小结

5 总结与展望

致谢

参考文献

附录 １ 攻读硕士学位期间发表论文目录