基于微环谐振器的全光缓存技术的理论研究

论文摘要

全光分组交换网络能有效解决光通信网络中存在巨大的传输和交换带宽不匹配的问题,是未来光交换的发展方向。作为光分组交往网络节点处的关键处理器件,光缓存器是近年的研究热点。而基于微环谐振器（简称微环）的缓存器因为其与CMOS工艺兼容、延时可调、结构紧凑、成本小等优点更是备受人们的关注。本文对基于微环的全光缓存技术进行了理论分析和数值模拟,主要工作包括以下几个方面:（1）分析了微环的模拟和设计方法,包括有限时域差分法（FDTD）和传输矩阵法的基本原理和计算过程。基于上述方法,模拟并分析了上下载型微环和全通型微环输出光场的强度特性和相位特性,并给出了微环特征参数的定义和表达式。（2）基于传输矩阵法,推导了全通型微环输出光场的光强和延时的表达式,分析得到仅在微环的过耦合状态下才能获得慢光,计算指出延时带宽积的理论上限为2/π;讨论了微环对输入光信号作延时时,相邻比特之间串扰与信号延时量之间的关系。（3）提出了一种新颖的循环式双微环级联结构,并利用传输矩阵法建立了该结构的数学模型。分析得到:当双微环相同时,器件的几种典型谱线分别表现出类似电磁诱导透明的线型和双高Q值的透射峰;当双微环失谐时,器件则能大大增强失谐双微环中的慢光效应,且器件不需精细失谐而更适于实际制作。本文还详细分析了损耗及耦合系数对器件延时特性的影响。（4）提出了一种带反射镜的微环结构,利用传输矩阵法建立了该结构的数学模型。合理设计波导长度,该结构能表现出光学谐振诱导透明的谱线。首先在简单反射镜模型下,推导了谱线分裂与微环及反射镜参数的关系;然后基于布拉格光栅的多层介质膜理论,模拟并分析了布拉格光栅与微环级联后的延时特性;在此基础上,设计了光栅及微环的波导结构,并采用2D-FDTD法验证了结构的频谱响应。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 微环谐振器简介
• 1.3 基于微环的光缓存器研究进展
• 1.4 本文的工作
• 2 微环的模拟以及设计方法
• 2.1 时域有限差分法
• 2.2 传输矩阵法
• 2.3 微环的特征参数
• 2.4 本章小结
• 3 全通型微环的延时特性研究
• 3.1 全通型微环延时的原理
• 3.2 全通型微环中的延时带宽积
• 3.3 全通型微环对光信号的延时
• 3.4 本章小结
• 4 循环式双微环的慢光研究
• 4.1 CDRRs 的参量模型
• 4.2 双微环相同时模拟结果及分析
• 4.3 双微环半径失谐时模拟结果及分析
• 4.4 本章小结
• 5 带反射镜微环的慢光研究
• 5.1 RAMRR 的参量模型
• 5.2 反射镜为介质薄膜时模拟结果及分析
• 5.3 反射镜为布拉格光栅时模拟结果及分析
• 5.4 FDTD 法模拟结果
• 5.5 本章小结
• 6 总结
• 致谢
• 参考文献