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磁光薄膜波导中,在外加磁场作用下,注入微带线的射频信号会激发出静磁波,与入射导波光作用引起导波光的Bragg衍射效应并导致导波光模式转换。利用这种效应可研制磁光Bragg组件,在光通信和光信号处理领域如频谱分析、磁光组播开关、光调制器等方面有着非常诱人的应用前景。相对于原理相似、应用较多的声光Bragg组件,磁光Bragg器件有着较大的优势,如可通过直流偏置磁场扩大载波频率范围(0.5G-40GHz);更大的磁光带宽；更高的调制/开关速度。因此,将基于静磁波的磁光效应即时引入光信号处理具有重要的现实意义。
随着电磁环境的日益复杂,现代的信号处理要求器件具有并行处理能力,因此并行处理也是磁光、声光Bragg器件的发展趋势。然而,目前的磁光作用理论只考虑了单频静磁波的情况,对多个频率的磁光作用研究涉及较少,只有少量的演示性实验。因此,有必要对多频磁光作用理论展开研究,为这类实验的展开和器件的应用提供理论指导。本文在传统的静磁波与导波光作用理论基础上,研究了同时激发的多个频率的静磁正向体波与导波光的相互作用,主要工作及创新点如下：
1.分析了多个频率的静磁正向体波对导波光的多级衍射过程,给出了三频情形下衍射光状态转移图,揭示了各个态的衍射光产生和转移规律。详细推导了三级磁光作用近似下的多频耦合模方程,给出了耦合模方程的小信号解析解。利用多频耦合模方程对两频磁光作用做了分析,同时施加7.302GHz和7.245GHz两个静磁波信号时计算得到的衍射效率分别为6.7％和6.2％,与实验结果一致。
2.研究了多频磁光作用过程中产生交叉调制、互调制、信号压缩等。根据信号压缩不超过1dB的条件,给出了小信号临界点的计算方法,此时对应的源消耗不超过40％；同时表明,小信号时只需考虑一级磁光作用,超出小信号范围需考虑二级磁光作用。参照声光多频作用中高阶量的计算方法,给出了相位匹配时二阶和三阶互调项的近似解析式,与严格的数值计算结果符合很好。
3.具体分析了多频磁光衍射在并行RF频谱分析和构建光组播开关方面的应用。在并行RF频谱分析方面,RF信号的频率可根据衍射光点在焦平面的位置得到,而相对强度大小则需要对检测到的衍射光强进行矫正,矫正量可以由等功率时的单频衍射频谱得到,利用该方法较好的还原了RF信号相对强度。对于光组播开关,可利用多个RF信号控制多束主衍射光的方向和强度,使衍射光偏转到有组播需求的端口,可实现动态光组播。