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为了加快信息处理的速度和带宽,信息技术领域正在酝酿着一场以光子数字信息处理技术取代电子数字信息处理技术的革命.在这场革命中起着关键作用的器件是以光控光的全光开关器件.
自从20世纪60年代激光发明之后,人们就开始研究全光开关,历时半个世纪,耗费大量经费,但是全光开关器件至今没有实用化.其原因是:基于非线性光学原理的全光开关,不能做到驱动开关的光功率低到相当光信号的功率,即毫瓦量级开关功率,更不能同时做到开关速度超过电子开关的速度,即皮秒量级开关速度.
已经研究过的全光开关的种类繁多,但是在宏观 条件下,毫瓦功率、皮秒速度、透明度高、体积小、结构简单的全光开关几乎做不出来.研究经验表明,只有在纳米器件尺寸和飞秒脉冲光源的条件下,即时间、 空间高度集中的情况下,才有可能产生实用的全光开关.具有微纳尺寸光栅常数的非线性光纤光栅全光开关,其实就是一种一维准光子晶体,它们不仅可能同时实现毫瓦开关功率和皮秒开关速度,而且还具有插入损耗低、可调谐、体积小、易于与光纤通信系统连接等优点.本文将重点介绍两种低功耗、有实用价值的非线性光纤光栅全光开关的基本原理。
常规光纤长周期光栅(LPFG)全光开关和非线性FBG全光开关的开关功率为什么具有相同数量级?因为LPFG的光栅常数比FBG的光栅常数大百倍, 对于相同的光功率引起光栅波长的移动大百倍;同时,LPFG的透射谱的半宽度比FBG的透射谱半宽度大百倍,要使光栅波长移动半个谱宽,需要较大的功率,两种因素相互抵消,使两种光开关的开关功率具有相同的数量级.可见以上两种单个的光栅全光开关都因为石英光纤的 非线性太低而不能实用.
在研制实用的光栅光开关器件时,除了要考虑器件的开关功率这一参量外,还应考虑器件的开关速度、插入损耗、工作波长等参量.而掺稀土的光纤材料往往响应速度较慢,吸收损耗较大,因此我们建议试用硫化物玻璃光纤,其非线性较高,开关速度较快,光学透明度也较好.
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