论文部分内容阅读
未来的通信网将朝着全光网络的目标发展。全光逻辑器件是用于全光寻址鉴别、光分组交换、光子运算等快速高容量全光信息处理中的重要组件。光子晶体器件的学术探索与运用为有朝一日实现大规模集成光路奠定了坚实的基础,光子晶体集成材料可以构建低功耗、强对比度、高传输率以及易于集成的全光逻辑器件。采用基于光相位调制的光信号可以提高光信道的波段利用率、延长传输距离。故而,对于光相位调制信号光子晶体全光逻辑器件的研究具有重要意义。本论文提出了多种适用于BPSK光信号的光子晶体全光逻辑器件结构,并对其进行了优化设计与性能分析。论文主要完成了以下工作。(1)光相位调制信号全光XOR/XNOR逻辑门的设计与遗传算法在全光XOR/XNOR逻辑门优化和性能分析中的应用。使用C++语言编程将遗传算法引入光相位调制信号三角晶格结构的二维光子晶体全光XOR/XNOR逻辑门的性能优化中,通过迭代优化得到该逻辑门多模波导区域两端介质柱的半径r1最优值；提出光相位调制信号正方形晶格结构的全光XOR/XNOR逻辑门,并对其进行综合优化设计；通过MEEP软件包计算得到该逻辑门在整个C-Band (1530-1565nm)波段内XOR/XNOR操作的逻辑对比率始终大于15dB。(2)光相位调制信号光子晶体全光AND、NOR、NOT逻辑门与半加器的设计优化与性能分析。利用光相位调制信号全光XOR/XNOR逻辑门,可以将相位信息转变为幅度信息的特性,将两个光相位调制信号全光XOR/XNOR逻辑门与一个光强度调制信号全光AND逻辑门级联组合,然后对该组合的结构进行优化设计与偏置信号变换,得到了适用于光相位调制信号的全光AND、NOR、NOT逻辑门及全光半加器。通过MEEP软件仿真得到的结果表明,在整个C-Band (1530-1565nm)波段内,光相位调制信号全光AND逻辑门、NOT逻辑门、NOR逻辑门和半加器的和数输出位S与进位输出位C,在执行相应逻辑操作时分别具有不低于22dB、11dB、17dB、10dB、13dB的逻辑对比率。