论文题目: 基于磁光光纤和高速磁场的全光纤磁光开关研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 测试计量技术及仪器
作者: 翁梓华
导师: 杨国光,黄元庆
关键词: 法拉第效应,磁光开关,纳秒脉冲,磁光晶体光纤,磁光玻璃光纤,高速磁场,偏振分束器,偏振合束器,光路设计,全光网络
文献来源: 浙江大学
发表年度: 2005
论文摘要: 本文研制一种利用法拉第效应、光纤型偏振分/合束器、磁光晶体/磁光玻璃光纤、纳秒脉冲发生器和高速磁场控制技术的全光纤磁光开关。这种微型的全光开关具有结构简单、开关速度快和可高度集成等特点。 本论文的研究主要包括以下几个方面: 1) 全光纤型磁光开关的研究重点。全光纤磁光开关是指其所采用的磁光材料和偏振分/合束器均制作成光纤形状的磁光开关。全光纤磁光开关的研究重点和关键主要是在磁光材料光纤、光纤型偏振分/合束器、法拉第旋转器和规模化集成等方面的研究。全光纤磁光开关的磁光材料光纤是近年来才成功制作出的,目前性能较好的磁光晶体光纤直径为300～500微米,但性能还不尽人意。 2) 磁光晶体光纤型全光纤磁光开关的设计与分析。采用磁光晶体光纤、高速法拉第旋转器和光纤型偏振分/合束器等元器件设计了磁光晶体光纤型全光纤磁光开关。该设计方案采用磁光晶体光纤代替块状磁光晶体。其光路设计方案包括了磁光晶体光纤的直线式布局、光纤型偏振分/合束器中偏振光的光路设计、法拉第旋转器上的直线式螺线管的磁路设计与分析,以及结构简单性和通用性的分析等。该设计方案具有结构简单、偏振无关性、器件体积小、柔韧可弯曲和易于集成等特点。 3) 磁光玻璃光纤的全光纤型磁光开关的设计与分析。设计了采用磁光玻璃光纤、高速法拉第旋转器和光纤型偏振分/合束器等元器件的磁光玻璃光纤型全光纤磁光开关。该设计方案采用磁光玻璃光纤代替磁光晶体光纤。其光路设计方案包括了磁光玻璃光纤的缠绕式布局、光纤型偏振分/合束器中偏振光的光路设计、法拉第旋转器上的环绕式螺线管的磁路设计与分析,以及结构简单性和通用性的分析等。该方案中的磁光玻璃光纤可以缠绕多圈,以减小体积,提高法第旋转角度和测量精度,降低驱动电压和减小耗能。 4) 纳秒脉冲发生器的制作与测试。设计和制作了能够产生纳秒级脉冲电流的纳秒脉冲发生器。全光纤磁光开关的高速控制技术主要依赖于纳秒级脉冲发生器的性能。开关时间的长短是磁光开关的一个重要性能参数。用于全光通信的全光纤磁光开关的关键之一是响应时间短和电路响应时间保持在纳秒级。纳秒脉冲发生器利用2N5551等普通高频小功率三极管的雪崩效应产生纳秒级脉冲,用于驱动高速磁场。测试结果表明,线路简单和成本低廉的纳秒脉冲发生器具有稳定性好、纳秒级上升沿时间和幅值大等特性,可以输出宽度10～100纳秒和幅度10～90伏特的纳秒脉冲。
论文目录:
中文摘要
英文摘要
第一章 绪论
§1.1 全光网络的关键技术
§1.2 光开关
§1.2.1 光开关的重要性
§1.2.2 光开关的发展现状
§1.3 磁光开关的研究进展
§1.4 本文的主要研究内容
§1.4.1 磁光开关的总体设计
§1.4.2 主要研究内容
§1.5 本章小结
参考文献
第二章 法拉第效应与磁光开关理论
§2.1 法拉第效应
§2.1.1 法拉第磁光效应
§2.1.2 费尔德常数
§2.2 已有的光路设计方案
§2.2.1 块状磁光晶体方案
§2.2.2 膜状磁光晶体方案
§2.3 新设计的光路方案
§2.3.1 常规磁光晶体方案
§2.3.2 光纤状磁光晶体方案
§2.4 本章小结
参考文献
第三章 全光纤型磁光开关的设计与分析
§3.1 磁光材料
§3.1.1 磁光玻璃
§3.1.2 磁光晶体
§3.1.3 磁光材料光纤
§3.2 偏振分束器
§3.2.1 薄膜型偏振分束器
§3.2.2 光纤型偏振分束器
§3.3 磁光晶体光纤型磁光开关设计
§3.3.1 全光纤磁光开关
§3.3.2 光路设计
§3.3.3 主要优缺点
§3.4 磁光玻璃光纤型磁光开关设计
§3.5 全光纤磁光开关集成
§3.6 本章小结
参考文献
第四章 纳秒脉冲发生器的研制
§4.1 纳秒脉冲电路设计与分析
§4.1.1 雪崩晶体三极管特性
§4.1.2 雪崩管的基本电路及其仿真
§4.1.3 雪崩管的级联电路及其仿真
§4.2 控制电路设计
§4.2.1 光电转换电路
§4.2.2 串行通信电路
§4.3 直流开关电源的研制
§4.3.1 开关稳压电源的发展概况
§4.3.2 直流开关变换器
§4.3.3 新型多倍压开关稳压电源
§4.4 实验结果测试
§4.5 本章小结
参考文献
第五章 高速法拉第旋转器的研制
§5.1 电磁场的有限元分析
§5.1.1 有限元法
§5.1.2 电磁场有限元分析
§5.2 高速法拉第旋转器的设计与分析
§5.2.1 已有的法拉第旋转器模型
§5.2.2 新设计的法拉第旋转器模型
§5.3 高速法拉第旋转器的有限元分析
§5.3.1 高速法拉第旋转器的有限元模型
§5.3.2 长度变化对高速磁场的影响
§5.3.3 直径变化对高速磁场的影响
§5.4 本章小结
参考文献
第六章 结论与展望
攻读博士学位期间发表的论文和申请的专利
致谢
发布时间: 2005-07-27
参考文献
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