多量子点缺陷层光子晶体全光开关研究

论文摘要

全光开关是全光通信网络中光交换的核心器件,是实现快速、透明和无阻塞光信息交换的关键,也是光计算和光互联的基础器件。全光开关具有高速的响应速率以及良好的光学性能,国内外学者因此对其进行了大量的研究。全光开关是完全利用光子与介质的相互作用来控制光的传输状态,而光子晶体是一种折射率在空间周期性变化的新型人造光子学材料,具有独特的光子禁带和光子局域特性,能够有效地控制光的传输状态,因此是实现全光开关的重要基础。在本论文中,我们提出了一种以InAs量子点层作为缺陷层的光子晶体结构光开关。这种开关基于近共振激发导致的光学斯塔克效应和室温下量子点材料良好的非线性效应驱动开关,控制载流子的驰豫时间并实现控制光光脉冲时间内的瞬间响应。由泵浦光引起的量子点层折射率的微小改变,就会引起此光子晶体缺陷态的变化,并导致光子晶体禁带中的透射峰发生较大漂移从而改变其传输特性,透射峰漂移在控制光脉冲结束后能够迅速恢复常态,响应恢复时间为ps量级。本文讨论了单量子点及量子点群的光学特性,利用传输矩阵法模拟了一维光子晶体的光子禁带,缺陷模,以及光开关的物理模型,讨论了这种光开关的工作性能,并分析了层数、泵浦光强、入射角等因素对其性能的影响。从理论上看,这种光开关具有很小的插入损耗、很好的对比度,以及ps量级的开关速度,并有望在室温下工作,显示了极大的优越性。最后我们阐述了以QD SOA-MZI为例的量子点在全光信号处理方面的应用。希望我们的理论研究以及计算结果对以后全光开关设计有参考意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 光开关
• 1.3 理论背景
• 1.4 本论文的工作及意义
• 2 一维光子晶体及缺陷膜的研究
• 2.1 一维光子晶体的传输特性推导
• 2.2 一维光子晶体的缺陷模
• 2.3 缺陷态迁移实现开关功能
• 2.4 本章总结
• 3 量子点材料光学特性分析
• 3.1 InAs/GaAs 量子点结构模型分析
• 3.2 InAs/GaAs 量子点的光学特性
• 3.3 InAs/GaAs 量子点层光学特性分析
• 3.4 InAs/GaAs 量子点群的光学斯塔克效应
• 3.5 本章小结
• 4 含量子点缺陷模的一维光子晶体全光开关研究
• 4.1 引言
• 4.2 含QDs 缺陷一维光子晶体全光开关工作原理
• 4.3 含QDs 缺陷层一维光子晶体的传输特性
• 4.4 超快全光开关的理论模型
• 4.5 开关工作特性分析
• 4.6 本章小结
• 5 量子点材料用于全光信号处理展望
• 5.1 引言
• 5.2 QD-SOA 结构
• 5.3 量子点SOA 中的XGM 和XPM
• 5.4 QD SOA-MZI 的全光信号处理
• 5.5 本章小结
• 6 总结
• 致谢
• 参考文献