燕山大学里仁学 基于光子晶体光学特性的光开关系统设计开题报告.docVIP

燕 山 大 学 本科毕业设计（论文）开题报告 课题名称：基于光子晶体光学特性的光开关系统设计 学院（系）：里仁学院电气工程系 年级专业：10级测控技术与仪器 学生姓名： 指导教师： 完成日期：2014-3-21 一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义 1、选题的依据和意义 近年来，由于3G 建设、宽带提速、行业信息化的拉动，光网络正在快速发展，光通讯技术也在各接入网发挥着核心作用,作为光信息处理技术中十分关键的器件，光开关是利用光子与物质的相互作用来实现对光的传输进行开”与“关”的控制作用。光开关已经被人们研究30多年，一直是科学家关注的焦点，但是目前的光开关在通信领域已经不能满足人们的需求。 随着密集波分复用和时分复用技术的发展，在网络节点上高速有效的处理海量信号已经成为了一个通信领域非常关键的问题。就目前的光开关发展现状而言，按照光束在开关中传输的媒质来分类，可分为自由空间型和波导型光开关。根据光传送网中各种不同交换原理和实现技术，可分为机械光开关、MEMS 光开关、热光开关、液晶光开关、电光开关等。自由空间型光开关主要是利用各种透射镜、反射镜和棱镜等折射镜的移动或旋转来进行开关动作。波导型光开关主要是利用波导的热光、电光或磁光等效应来改变波导的性质，从而实现其开关功能。 上述几种传统结构的光开关因涉及热、声、机械等因素的影响，热光、声光、机械开关只能工作在ms量级，电光开关也只能工作在ns量级。就目前光通信发展的要求，传统光开关通过其他方面的性能优化尚可满足要求，但是对下一代网络中光分组交换的各项技术要求却无法达到；各种新型全光开关例如半导体光放大器开关、非线性级联定向耦合器光开关、非线性光纤环路镜光开关等，虽然理论和材料都有了极大突破，但也因为各种原因距离大规模商用存在很大距离。因此研究新的工作机理的高速光开关显得尤为重要。相比其他形式的光开关，光子晶体光开关作为新型的光开关器件，在光波在开和关两个状态下的透射率相差级别、工作窗口的可控性、超快响应时间、能量损耗低、安全性等具有非常大的优势[1]。 2、国内外研究动态 1）国外研究现状 奥地利维也纳理工大学科学家只用一个铷原子，实现了光在两根玻璃纤维光缆之间的开关互换。这种单原子开关有望将量子现象用于信息与通讯技术。研究小组利用了一种“瓶子共振器”，瓶子凸出的玻璃表面可以捕获光，使光在其中循环传播[2]。 光传输系统供应商MRV基于一定标准的定时和同步能力，通过增加先进的的特性更新了其光开关Carrier Ethernet 2.0能够让光开关在基3G的 Carrier Etherne和4G/LTE移动回程应用中有更好的服务分配。尤其是光开关的OS940-MBH和OS906G-M-MBH模型，如今能够支持精密时间协议(PTP) IEEE 1588v2和同步以太网(SyncE)。这些新的特性让光开头使用者在提供移动回程时，使用针对1-Gbps和10-Gbps Layer 2 Carrier Ethernet 2.0和IP服务聚合的确保的服务水平协议(SLA)。MRV称，新的特点能让光开关服务支持全封装和混合芯片封装回程应用。使用新的光开关，用户将从3GPP 的LTE和LTE-A慢慢发展，同步也就变得更具挑战性了。新的光开关模型能支持-40°C到 +65°C的温度下在不受控制的温度环境下或者偏远信号塔下进行操作[3]。 EXFOInc宣布与DiCon推出联合开发的MXS-9100矩阵光开关，该产品由EXFO独家供应。DiConFiberoptics的MXS-9100MEMSMxN矩阵光开关针对EXFO的系统和软件控件进行了优化，可让任何M输入光纤完全无障碍地与任何N输出光纤相连[4]。 荷兰特温特大学和法国纳米科学与低温工程研究所的科学家开发出了一种半导体平面微腔开关，实现了14THz的重复率开启和关闭操作，速率提高了350倍，研究人员在砷化镓和砷化铝层中构造了空腔，并使用1284.1 nm的探测光测量其谐振频率。实验中，研究小组使用两个由近红外钛宝石激光抽运的光参量放大器，将探测光束和触发光束射入微腔中。触发光束产生电克尔效应，在亚皮秒时间尺度上，改变了空腔材料的折射率。研究人员将触发光束的波长延长到2400nm，以减少空腔内的双光子吸收。据估计，空腔只吸收了百万分之一的入射光。空腔存储时间大约为300fs，决定了开关速率的基本“速率限制”，这种现象不依赖于微腔的几何结构。除了超快片上光子调制，这种新型开关可能会应用于空腔量子电动力学的基础研究，并且，有可能大大提高未来通信系统甚至量子计算机的运行速率[5]。 2012年,Fei等在填充了聚苯乙烯的半导体介质柱光子晶体中利用光子晶体波导与微腔的边耦合实现了全光开关,在80