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基于周期性极化铌酸锂电光效应的全光逻辑门

作　者: 张寅星
导　师: 陈玉萍
学　校: 上海交通大学
专　业: 光学
关键词: 周期性极化铌酸锂电光效应偏振编码全光逻辑门
分类号: O439
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 24次
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内容摘要

为了突破“电子瓶颈”的限制,全光技术作为未来全光通信网络的基础,正在受到越来越多的关注。而作为全光技术中的核心器件—全光逻辑门在实现光分组交换、光计算和光信号再生等领域有着广泛的应用。全光逻辑门的实现主要是利用高非线性材料的非线性光学性质,如非线性光纤材料、非线性光学晶体和半导体光放大器等。传统的全光逻辑门主要是基于强度编码的方案,即采用信号光的强度来表示数字信号的逻辑0和逻辑1。在逻辑信号的处理过程中,由于受到非线性光学效应转换效率的限制,信号光的强度将会不可避免地受到极大的衰减。因此,需要对光信号进行不断的再生放大,这大大增加了全光通信网的复杂程度和运行成本。本文基于周期性畴反转铁电材料铌酸锂的电光效应,提出一种利用电光Pockels效应调制偏振态的二进制全光逻辑处理方案并进行了实验验证。该方案基于偏振编码的方案,即采用信号光偏振方向相互正交的两种线偏振态来分别表示光信号1的逻辑0和逻辑1。当信号光经过周期性极化铌酸锂材料时,信号光的偏振方向在一定的外加电场作用下,将在偏振面内旋转90°,从而实现两种相互正交的偏振态即逻辑0和逻辑1之间的相互转换。在不施加外电场的情况下,信号光的偏振方向不产生明显变化,从而实现可控逻辑非的功能。当以外加电场的电平信号来表示电信号2的逻辑0和逻辑1时,还能实现光信号1和电信号2之间的异或和同或的逻辑功能。相比于强度编码的方案,该偏振编码的方案对于光信号的损耗很小,因此能够更方便地应用于多重级联系统,从而实现更复杂的逻辑功能。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-23
  1.1 全光逻辑门的应用背景  9-11
  1.2 基于强度编码的全光逻辑门  11-16
    1.2.1 基于半导体光放大器的全光逻辑门  11-13
    1.2.2 基于高非线性光纤的全光逻辑门  13-14
    1.2.3 基于周期性极化铌酸锂的全光逻辑门  14-16
  1.3 基于偏振编码的全光逻辑门  16-20
    1.3.1 基于铁电液晶材料的全光逻辑门  16-18
    1.3.2 基于硅基薄膜的全光逻辑门  18-20
  1.4 本文章节安排  20-21
  参考文献  21-23
第二章周期性畴反转铁电晶体  23-40
  2.1 典型的铁电晶体材料  23-24
  2.2 铁电晶体的周期性畴反转  24-38
    2.2.1 铁电晶晶体铁电畴的运动过程  26-29
    2.2.2 铌酸锂晶体周期性畴反转的实验制备  29-38
  2.3 本章小结  38
  参考文献  38-40
第三章电光效应  40-49
  3.1 横向电光效应  40-45
  3.2 偏振耦合理论  45-48
  3.3 本章小结  48
  参考文献  48-49
第四章基于偏振编码的全光逻辑门  49-60
  4.1 线偏振态的电光调制  49-50
  4.2 偏振编码方案及其实现  50-53
  4.3 全光逻辑门的实现  53-57
    4.3.1 可控的逻辑非门(controlled-NOT)  53-54
    4.3.2 逻辑异或门(XOR)和逻辑同或门(XNOR)  54-56
    4.3.3 逻辑与门(AND)和逻辑或门(OR)  56-57
  4.4 本章小结  57-58
  参考文献  58-60
第五章总结与展望  60-61
  5.1 本文工作总结  60
  5.2 未来工作展望  60-61
致谢  61-62
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文  62-64

基于周期性极化铌酸锂电光效应的全光逻辑门

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