基于光子晶体慢光的全光缓存性能和动态调制研究

来源 :北京邮电大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:blaze1982
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全光缓存器是全光网络的关键部件,网络节点的吞吐量、丢包率、通道竞争都需要用到光缓存器。要实现全光信息处理的全光路由器,彻底打破光纤通信系统的“电子瓶颈”,光缓存器必不可少。而现有的光缓存方案都很难在实际中得到应用,研究新型的全光缓存器具有十分重要的意义。利用光子晶体慢光来实现全光缓存器是一个很新颖的研究思路,具有其它技术无法比拟的优势。本文主要对基于光子晶体慢光的全光缓存性能和动态调制进行了研究,结论包括以下几个方面:首先,研究了光子晶体线缺陷平板波导的缓存性能分析及动态调制。仿真结果表明,通过调整光子晶体线缺陷平板波导相邻两行内层孔的半径,在c/38~c/105的范围内获得满足慢光缓存要求的2.8-13.8nm的常群速度低色散传输带宽。此外,导模零色散带宽对应的中心波长、延迟时间和缓存容量随调制电压的变化基本呈线性规律,调制灵敏度分别为0.386nm/V、0.8ps/V和0.37bit/V。这些动态调整特性可以用来控制导模传输的导通与截止,从而实现缓存数据的写入控制;在多波长系统中实现对慢光导模的选频与滤波;动态控制波导的延迟时间和缓存容量。其次,设计了三角晶格椭圆截面空气孔光子晶体线缺陷波导并在此基础上分析了色散对波导缓存性能的限制。仿真结果表明,调整椭圆长短半轴可以获得常群速度低色散传输带宽,而且群速度值和低色散带宽值可以通过改变第一行椭圆空气孔的位置和长短半轴进行平衡调整。通过色散管理得到的三种优化结构,常群速度范围为c/41~c/256,低色散带宽范围为1.23nm~8.1nm。其中长度为1mm的波导结构Ⅱ可以支持的最大缓存容量、最大数据速率和缓存时间分别为262bit、515Gbit/s和255.4ps。最后,研究了聚合物光子晶体耦合腔波导的缓存性能分析及动态调制。通过调整腔间距和微腔四周介质柱半径对波导慢光缓存性能进行优化,最终得到的优化结构群速度低于2.713×10-4c,相应的缓存时间、缓存容量和品质因数分别为12.286ns、68.5bit和3525。随着外加调制电压不断上升,波导的缓存容量和比特长度保持不变,而波导微腔的品质因子Q和缓存时间不断减小。导模移动和缓存时间随调制电压的变化基本呈线性规律,调制灵敏度分别为3.726nm/mV和0.875ns/mV,比光子晶体线缺陷平板波导的调制灵敏度要高。这些研究结果为光子晶体慢光缓存波导结构的设计和缓存性能的分析提供了新的思路,也为光子晶体线缺陷波导和耦合腔波导应用于全光缓存提供了重要的理论指导。
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