基于光子晶體的全光邏輯器件的性能分析與優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、碩士學(xué)位論文基于光子晶體的全光邏輯器件的性能分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)PerformanceAnalysisandOptimizationDesignofAllopticalLogicGatesbasedonPhotonicCrystals學(xué)號(hào)：211Q魚QZZ完成日期：201459大連理工大學(xué)DalianUniversityofTechnology大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要全光邏輯門在全光信號(hào)處理、光子計(jì)算和全光網(wǎng)絡(luò)中具有廣闊的應(yīng)用前景。光子晶

2、體作為一種新型的具有光子帶隙特性的人工電磁材料，具有體積小、易于集成、抑制自發(fā)輻射噪聲等優(yōu)點(diǎn)。基于光子晶體的光子器件，尺寸可縮小至光波長量級，功耗低、且易于集成。因此，研究基于光子晶體的全光集成邏輯門的設(shè)計(jì)及其應(yīng)用具有重要意義。本文對基于光子晶體的全光邏輯器件的設(shè)計(jì)與性能優(yōu)化進(jìn)行了研究，主要完成如下工作。(1)研究了用于光強(qiáng)度信號(hào)的基于光子晶體的全光邏輯門的設(shè)計(jì)和性能優(yōu)化。通過在方形晶格的理想二維光子晶體中波導(dǎo)的拐角區(qū)域引入Kerr非線

3、性材料，基于光控光原理實(shí)現(xiàn)了一種適用于光強(qiáng)度信號(hào)的全光AND邏輯門，利用仿真軟件分析了不同工作頻率下的功率閾值，確定了全光AND邏輯門的器件閾值，得到了邏輯門在CBand(1530～1565nm)帶寬內(nèi)的性能。該全光AND邏輯門在整個(gè)CBand帶寬內(nèi)的邏輯1和邏輯0的輸出光功率對比率不低于20dB。進(jìn)而設(shè)計(jì)了兩個(gè)全光AND邏輯門的級聯(lián)結(jié)構(gòu)，并通過仿真確定了該器件的閾值，得到了較好的性能，從而證明了多個(gè)AND邏輯門進(jìn)行級聯(lián)的可行性。但仿真

4、結(jié)果也表明，全光AND邏輯門的級聯(lián)會(huì)帶來器件閾值上升、有效工作帶寬減小和邏輯級對比率降低，因此，實(shí)際中級聯(lián)級數(shù)不能太多。(2)研究了用于BPSK光信號(hào)的基于光子晶體的全光邏輯門的設(shè)計(jì)和性能優(yōu)化?；?dB耦合器的原理，采用平板型二維光子晶體設(shè)計(jì)了一種基于多模干涉(MMI)波導(dǎo)的緊湊型光子晶體全光XOR／XNOR邏輯門。在兩個(gè)輸入端口設(shè)計(jì)不同長度的波導(dǎo)，引入3rd2的相位差，使該器件可直接用于BPSK光信號(hào)的邏輯操作。設(shè)計(jì)的兩個(gè)全光XOR