基于反向准位相匹配的纳米谐振腔光学器件研究

摘要

本文研究了非线性机制中的反向准位相匹配理论，探究了掺镁铌酸锂波导（MgO:PPLN）中光波与物质作用的反向准位相匹配耦合波方程，及其光波传输特性。结合反向频率准位相匹配的特点，设计出两种新型光学器件方案，一种是对通信 c波段和可见红光都适用的双向可调光开关方案，另一种是通讯 c波段适用的多平顶带通光滤波器方案。文章中提出纳米振子的概念，其为器件组成的关键，对其光学传输性能进行了模拟计算和分析，得到了这两种器件相关的性能参数，为全光网络器件的设计应用提出了新的思路、意义和价值。
　　新型全光可调光开关的主要材料为掺镁铌酸锂波导（MgO:PPLN），以中心信号波长设置在1550 nm为例，对应闲置光波长为730 nm，纳米振子的非线性系数周期为数百纳米。无论对信号光还是对闲置光，其输出光谱中均会形成两个平顶双峰，通过控制光功率的改变引起光谱中的双峰变化，透射率急剧变化的窗口为实现开关功能提供了条件。以3.64 cm的波导长度为例，对应波长1549 nm和1551 nm的信号光，其光开关效应的消光比达到8 dB。
　　新型多平顶带通滤波器同样利用了掺镁铌酸锂纳米振子波导，其信号光输出光谱上会形成三个平顶峰，根据控制光功率的不同，平顶峰的带宽范围发生变化，对信号光的选择产生影响。该多平顶光谱还与波导结构的长短，以及波导内纳米振子的数量有关。以3.64 cm的波导长度为例，带通滤波器的透射带宽度在1.3 nm至1.1 nm的区间内变化，而禁带宽度在0.1 nm至0.4 nm的区间内变化。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 准位相匹配基础

1.3 光开关

1.4 光滤波器

1.5 本文主要贡献

1.6 参考文献

第二章 反向频率准位相匹配

2.1 引言

2.2半导体材料中的反向准位相匹配

2.3掺镁铌酸锂晶体中的反向准位相匹配

2.4 本章小结

2.5 参考文献

第三章 基于多纳米谐振腔的双向可调全光光开关

3.1 引言

3.2 多纳米谐振腔结构设计

3.3 双向可调全光光开关

3.4 本章小结

3.5 参考文献

第四章 基于多纳米谐振腔的多平顶带通光滤波器

4.1 引言

4.2多平顶带通光滤波器设计

4.3多平顶带通光滤波器特性分析

4.4 本章小结

4.5参考文献

第五章 总结

5.1本文工作总结

5.2今后工作展望

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文

声明