基于线偏振光的对准耦合及光电探测的磁光开关的研制

论文摘要

随着现代社会对信息传输容量和速度要求的不断提高,人们对现有的通信体系提出了更高的要求。光纤通信由于具有许多优点,如巨大的传输带宽、极低的传输损耗以及抗强电磁干扰等而得以快速发展。随着光纤通信技术的进步和密集波分复用(DWDM)系统的应用,全光交换已经成为当前全光网络的发展趋势,而光开关是全光网络的关键器件。光开关可以应用在全光网络的光插/分复用技术、光交叉连接技术和密集波分复用技术等方面,光开关的研制已经成为光通信领域研究的热点。本文主要依据磁光材料的法拉第效应设计了1×2磁光开关。其主要包括了线偏振光光路、电路和磁路及磁光开关时间测试等部分。本文的主要研究内容如下:(1)偏振光光路。磁光开关光路是全光纤磁光开关的核心部分,磁光开关的光路设计主要根据磁光材料的法拉第效应和线偏振光的性质。磁光开关的偏振光光路主要包括了偏振分束器、偏振合束器、YIG晶体等器件。本论文进行了对偏振分束器和合束器的方案选择,YIG磁光晶纤的后期处理,并针对线偏振光在光路中的耦合、偏振及损耗,做了理论分析和实验,对光路进行了对准耦合和测试。(2)电路和磁路。磁路设计是磁光开关时间的关键。通过电路触发产生的瞬时磁场改变线偏振光的状态,决定磁光开关的开和关。本论文设计了磁场结构一和二。磁场结构一依据磁光调制器的设计方案并结合课题所需要求进行优化,用本实验设计的纳秒脉冲进行触发。磁场结构二采用线圈型磁场结构,用AT89S52和MC33886芯片进行触发。本章主要焊接了单级和级联纳秒脉冲电路、磁场的模拟和触发信号的检测。(3)磁光开关时间测试。全光网络中光开关的开关时间是最重要指标之一。磁光开关时间可以通过光电探测器进行测试。本章通过实验测试磁光开关时间,并进行方案的优化,最后测试到切换时间为1.443微秒。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• CONTENTS
• 第一章 绪论
• 1.1 全光网络
• 1.2 光开关
• 1.2.1 光开关的应用范围
• 1.2.2 光开关的分类
• 1.3 磁光开关的国内外发展
• 1.4 本文研究主要内容
• 1.4.1 磁光开关整体结构
• 1.4.2 主要研究内容
• 1.5 本章小结
• 第二章 线偏振光光路
• 2.1 光线的传播
• 2.1.1 偏振光概述
• 2.1.2 光在电介质分界面上的折射和反射
• 2.1.3 光在晶体中的传播
• 2.1.4 晶体的各向异性和介电常量
• 2.1.5 单色平面波在晶体中的传播
• 2.2 偏振分束器PBS
• 2.2.1 棱镜型偏振分束器
• 2.2.2 光纤型偏振分束器
• 2.3 偏振合束器DPBC
• 2.4 磁光晶体
• 2.4.1 磁光晶纤
• 2.4.2 法拉第旋转器
• 2.5 光路耦合
• 2.5.1 高斯光束
• 2.5.2 光准直器
• 2.5.3 线偏振光对准耦合
• 2.6 本章小结
• 第三章 电路和磁路
• 3.1 法拉第效应
• 3.2 磁畴与磁化
• 3.3 磁场结构设计
• 3.3.1 磁场结构一
• 3.3.2 磁场结构二
• 3.4 本章小结
• 第四章 磁光开关时间测试
• 4.1 光电探测
• 4.1.1 光电探测器的分类
• 4.1.2 光电探测器的性能测试
• 4.1.3 磁光开关时间测试平台
• 4.2 磁光开关时间测试
• 4.3 方案优化
• 4.3.1 饱和磁场的测试
• 4.3.2 磁光开关时间影响因子
• 4.4 实验分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文、申请的专利和参与的项目
• 致谢
• 附录一 芯片的调制程序
• 附录二 实验设备和平台