光子晶體光開關的發(fā)展與應用

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1、光子晶體光開關的發(fā)展與應用（暨南大學信息科技技術學院廣州510630）摘要：光開關是未來全光通信網(wǎng)相關器件中的一個關鍵組成部分，研究光開關技術并使之小型化，對全光網(wǎng)來說是一個重要的挑戰(zhàn)。光子晶體光開關完全利用光子與介質(zhì)的相互作用，實現(xiàn)對光傳輸中“開”與“關”狀態(tài)的控制。由于光子晶體在光學集成方面所具有的獨特優(yōu)勢，與傳統(tǒng)的全光開關相比，基于光子晶體的全光開關，有著多方面的應用價值。本文主要介紹了光子晶體光開關的發(fā)展和其各種實現(xiàn)方法。關鍵字：光開關；光子晶體；全光開關；Abstract:Opticalswitchisthefutureall-optical

2、networkakeycomponentpartoftherelateddevices,researchandminiaturizationofopticalswitchtechnology,isanimportantchallengeforall-opticalnetworks.Photoniccrystalopticalswitchcompletelyusingphotonsinteractwiththemedium,controltheOFForONstateoftheopticaltransmission.Becausethephotonicc

3、rystalshastheuniquesuperiorityinopticalintegration,all-opticalswitchbasedonphotoniccrystalshasvariousapplicationvaluecomparedtotraditionalopticalswitch.Thisarticlemainlyintroducedthedevelopmentandtherealizationmethodofthephotoniccrystalopticalswitch.Keyword:opticalswitch,photoni

4、ccrystal,all-opticalswitch1.引言全光開關技術有著多方面的應用價值?，F(xiàn)有手段實現(xiàn)的全光開關體積較大，這樣就不利于未來全光器件的集成，而且有些方法對實驗條件的要求極其嚴格。然而基于光子晶體的全光開關，有著許多無法比擬的優(yōu)勢。當前光纖通信技術還必須采用光、電相結(jié)合的手段，全光傳輸現(xiàn)已在波分復用和放大技術中得到應用，而當光信息進行交換時，仍要采用電子學的方法來完成，這樣就形成了網(wǎng)絡傳輸和網(wǎng)絡交換的極度不匹配，它一方面造成了資源的浪費，更為重要的是限制了通信效率的提高。為了突破這一所謂的“電子極限”，大力發(fā)展全光交換技術就變得十分必要

5、。光鏈路和光節(jié)點組成了全光通信網(wǎng)絡，在網(wǎng)絡中傳輸信息時主要有時分和波分復用兩種形式在節(jié)點處進行信息交換。全光開關都是由這些節(jié)點器件組成，因此研究全光開關技術對于全光通信的實現(xiàn)是有巨大的意義。2.全光開關通常情況下光開關可以定義如下：在一定外部條件下，可以將光信號的某個參數(shù)快速、可逆、不連續(xù)地從一種狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硗庖环N狀態(tài)的過程。目前光開關的驅(qū)動有兩種方式：電控和光控。電控開關較為簡單，容易實現(xiàn)，目前已經(jīng)市場化，但其需要經(jīng)過光--電轉(zhuǎn)換，因此工作效率較低。全光開關作為集成光子學器件，是一種“以光控光”的開關，不需要經(jīng)過光--電轉(zhuǎn)換。它完全利用了光子和介質(zhì)之

6、間的相互作用來達到“開”或“關”的狀態(tài)。全光開關一般有以下三個指標：較低的閾值功率、較高的消光比和較快的開關速度。這就要求光開關的制作材料必須有很高的非線性，對信號光有高透明度以及對控制光響應快。另外，為方便的未來光子集成，還要求開關結(jié)構相對簡單、體積小、壽命長等優(yōu)點[5]。全光開關是一種重要的集成電子學器件，完全利用光子與介質(zhì)的相互作用來實現(xiàn)對光傳輸過程進行有效的“開”和“關”控制作用?，F(xiàn)在各種類型的光控光開關已經(jīng)可以用來實現(xiàn)多種復雜功能，如各種邏輯門、波長轉(zhuǎn)換、解復用功能、信號再生、時鐘提取、信號碼型變換(如RZ和NRZ碼的轉(zhuǎn)換)以及信頭識別和處理

7、等。傳統(tǒng)的全光開關主要有Mach-Zender型光控光開關、平面反射型光開關[1]、克爾光開關[2]、非線性環(huán)路鏡(NOLM)開關和頻移型(XPM型)光開關等[4]。這幾種結(jié)構的光控光開關各有優(yōu)勢，但都不是很成熟，都處在進一步研究和改善之中。1.光子晶體光控光開關的研究進展1994年，Scaloar科學家首次提出利用光子晶體來實現(xiàn)光控光開關的思想，并在理論和實驗上進行了深入的研究和探索。光子晶體光控光開關的思想指出：開始時探測光能沿著線缺陷通過光子晶體，而當一束泵浦光作用于光子晶體時，探測光就被光子晶體全部反射回來而不能通過光子晶體，由此實現(xiàn)對探測光束

8、傳輸過程的開關控制作用。華中科技大學的羅朝明[6]提出了一種基于二維非線性光子晶體波導的光開關