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基于各种非线性效应的全光逻辑门研究

作　者: 王韧
导　师: 郭淑琴
学　校: 浙江工业大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 全光逻辑门半导体光放大器光纤交叉增益调制交叉相位调制四波混频
分类号: TN929.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 43次
引　用: 1次
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内容摘要

全光信号处理技术成为高速光通信网络和光计算的关键技术,全光逻辑门是全光信号处理技术的重要组成部分,对未来的光分组交换、全光波长变换、光计算等方面具有十分深远的影响。半导体光放大器(SOA)和光纤等非线性材料可产生多种非线性效应,如交叉增益调制(XGM)效应,交叉相位调制(XPM)效应和四波混频(FWM)等,可用来实现光逻辑功能。本文以分析SOA的理论模型为出发点,对SOA和光纤的各种非线性特性进行了理论分析,并应用SOA和光纤的非线性效应仿真实现了几种全光逻辑门,具体工作如下:(1)研究了半导体光放大器的交叉增益调制、交叉相位调制及四波混频几种非线性效应和应用。(2)从半导体光放大器的载流子速率方程和光功率的传输方程出发,采用SOA的分段模型,用数值方法模拟了SOA的非线性增益饱和特性,并对结果进行了分析。在对SOA-XGM理论分析的基础上,对光信号与SOA的相互作用进行了仿真。(3)研究了基于SOA的XGM效应的全光逻辑或非门的工作原理,仿真实现了10Gb/s信号的逻辑或非运算,通过分析仿真结果探讨了各种参数对逻辑门性能的影响。(4)研究了基于SOA的XGM和FWM效应的全光逻辑与门的工作原理,仿真实现了10Gb/s信号的逻辑与运算,通过分析仿真结果探讨了各种参数对逻辑门性能的影响。最后通过让SOA始终工作在饱和状态,提出了一种抑制基于SOA-FWM的逻辑与门码型效应的方法。(5)研究了基于非线性光纤的FWM和XPM效应的全光逻辑门的工作原理,分析了色散系数和光纤长度等因素对基于Fiber-FWM逻辑门的影响。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第1章绪论  10-14
  1.1 全光逻辑门的研究意义  10
  1.2 全光逻辑门的研究现状及实现方案  10-12
  1.3 本文的工作  12-14
第2章半导体光放大器的非线性效应  14-19
  2.1 交叉增益调制(XGM)效应  14-15
  2.2 交叉相位调制(XPM)效应  15-17
  2.3 四波混频(FWM)效应  17-19
第3章半导体光放大器理论模型  19-34
  3.1 半导体光放大器理论模型  19-22
    3.1.1 半导体光放大器的分段模型  19-21
    3.1.2 半导体光放大器的静态增益特性  21-22
    3.1.3 半导体光放大器的动态增益特性  22
  3.2 半导体光放大器增益特性的数值模拟  22-30
    3.2.1 输入光功率对SOA的输出特性的影响  23-26
    3.2.2 注入电流对SOA的输出特性的影响  26-28
    3.2.3 SOA总增益受光功率和注入电流的影响  28-30
  3.3 SOA-XGM效应的研究  30-33
  3.4 本章小结  33-34
第4章基于SOA的全光逻辑或非门  34-44
  4.1 实现原理  34-35
  4.2 仿真结果  35
  4.3 结果讨论  35-42
    4.3.1 信号光功率的影响  36-37
    4.3.2 连续光功率的影响  37-39
    4.3.3 SOA注入电流的影响  39-41
    4.3.4 SOA的内部结构参量对逻辑门性能的影响  41-42
  4.4 本章小结  42-44
第5章基于SOA的全光逻辑与门  44-57
  5.1 基于SOA-XGM的全光逻辑与门  44-48
    5.1.1 实现原理  44
    5.1.2 仿真结果  44-45
    5.1.3 结果讨论  45-48
  5.2 基于SOA-FWM的全光逻辑与门  48-55
    5.2.1 实现原理  48-49
    5.2.2 仿真结果  49-50
    5.2.3 改进方案  50-55
  5.3 本章小结  55-57
第6章基于非线性光纤的全光逻辑门  57-63
  6.1 基于FIBER-FWM的全光逻辑与门  57-60
    6.1.1 实现原理与仿真结果  57-59
    6.1.2 结果讨论  59-60
  6.2 基于FIBER-XPM的全光逻辑与门以及异或门  60-62
    6.2.1 实现原理  60-61
    6.2.2 仿真结果  61-62
  6.3 本章小结  62-63
第7章结论与展望  63-65
  7.1 总结  63-64
  7.2 展望  64-65
参考文献  65-68
致谢  68-69
攻读学位期间参加的科研项目和成果  69

基于各种非线性效应的全光逻辑门研究

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