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全光数值开关,光限幅和光学逻辑器件的研究

已有 4065 次阅读 2011-12-22 21:45 |系统分类:科研笔记| 光开关, 光限幅, 光逻辑

博士毕业之后,想换个研究方向。当时有一个师弟,在做孤子开关方面的研究。他主要是用数值差分法研究孤子的传播。他跟我讲,非线性耦合器比较有意思,并且给我看了一篇参考文献。我看过之后也觉得蛮有意思的,并且其中的数学是椭圆函数积分,这个我也比较熟悉。所以复印了几篇文章,就这样开始了我在非线性耦合方面的研究。当时孤子开关的研究还比较热,那时我对数值研究没有太大兴趣,所以没有研究孤子开关,而是研究连续波开关。首先我注意到非线性连续波开关有很长的动态开关区。显然,对开关而言,这是一个很大的缺陷。所以,一开始就集中于解决这一问题。为了解决这一问题,我考虑了级联结构。结果显示开关动态区可以被极大地压缩,不仅如此,开关输出也具有很好的限幅功能。这样,就得到了我们希望的数值光开关特性,这一结果发表在 IEEE/OSA Journal of lightwave Tech. Vol.17,pp292.1999。 根据这一结构的开关和限幅特性,我们尝试研究光学逻辑操作的可能性。发现在这一结构中居然可以实现光学“与”,“或”,“同或”,“异或”,“或非”和“与非”等六种基本逻辑操作。这应该是第一次发现六种光学逻辑操作可以在一种结构中实现。这一结果发表在 IEEE photonics Technology letter,vol.11, pp72-74,1999. 之后,我们对光学逻辑操作进行了比较详细的研究,结果发表在Applied Optics, Vol.39, pp4143-4152,2000. 上面的光开关,光限幅和光逻辑的研究都是基于连续波,如果结论只是适用于连续波,意义就不是太大了。后来,我们发现孤子耦合理论有严重缺陷,并推导出了一组新的耦合方程,它既可以描述连续波,又可以描述脉冲或孤子的耦合。根据这一理论,我们发现即使皮秒光脉冲,也可以符合连续波的耦合方程。这样,根据连续波理论得到的光数值开关,光限幅和光学逻辑也适合于超快光脉冲。实际上,早些年,除了大量的理论研究外,也有纳秒和皮秒的脉冲非线性开关实验的研究报道。纳秒的开关结果与连续波理论预期接近,人们还比较容易接受。但是,后来的皮秒光脉冲耦合结果也与连续波理论预期接近,而不接近孤子耦合理论。就比较不容易接受了。 不过,这些实验结果与近期我们发展的理论的结果是一致的。


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