集成宽带无源光学非互易器件

摘要

随着通信和计算技术的高速发展，光通信光计算器件因其超大带宽、超高速率、抗干扰等优良的特性，得到了越来越广泛的应用。光学非互易器件，可用于制作光隔离器、光环形器、光二极管等基本元件，在光通信光计算领域起着重要作用。进入21世纪，随着光子集成概念的提出和发展，对光学非互易器件提出了新的要求。传统分立式的磁光非互易器件不再能满足要求，因而需要设计新型的集成无源光学非互易器件。本文的研究内容主要包括：
　　从洛伦兹互易定理出发，介绍了实现光学非互易传输的方法。接着介绍了现有的实现光学非互易三大类方案及其原理：基于磁光效应的方案，基于空间-时间折射率调制的方案和基于非线性效应的方案。随后，本文针对现有的集成无源非互易方案所存在的带宽过小的缺点，提出了两种新型非互易器件。
　　提出了一种基于非对称混合狭缝波导耦合结构的非互易器件。耦合器的两支为分别填充了不同材料的狭缝波导。耦合器的两支所具有的光学非线性系数差别很大，因而对正向输入的光和反向输入的光会有不同的透射率。此器件具有超大非互易带宽（66 nm），并能在连续光情况和超短脉冲光（200 fs）情况下工作。
　　提出了一种基于光梯度力效应的非互易器件。光力耦合器的一支采用了悬空的波导。由于光梯度力的作用，波导会发生弯曲并导致其折射率改变，即力学克尔效应。由于力学克尔效应远强于光学非线性效应，使得器件的工作功率得以降低。此器件具有非常低工作功率（390μW）和较大的非互易带宽（13.1 nm）。

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1 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究概况

1.3 论文的主要研究内容

2 光学非互易的实现方法

2.1 非互易传输原理

2.2 基于磁光效应的非互易器件

2.3 基于空间-时间折射率调制的非互易器件

2.4 基于非线性效应的非互易器件

2.5 基于其他原理的非互易器件

2.6 性能指标

2.7 本章小结

3 基于非对称混合狭缝波导耦合器的非互易器件

3.1 器件结构与设计原理

3.2 狭缝波导

3.3 材料性质

3.4 连续光情形

3.5 脉冲光情形

3.6 器件制备流程

3.7 本章小结

4 基于光力效应的非互易器件

4.1 器件结构和设计原理

4.2 光力学概述

4.3 光梯度力的计算

4.4 梁形变的计算

4.5 力学克尔效应

4.6 光力耦合模方程

4.7 计算结果与仿真

4.8 梁的本征机械频率

4.9 热噪声的计算

4.10 本章小结

5 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 课题展望

致谢

参考文献

附录 1 攻读硕士研究生期间研究成果

附录 2 文中专业术语和缩略词中英文对照表