李开明-深圳大学电子科学与技术学院.doc

深圳大学
本科毕业论文(设计)
题目: D/A转换光路设计
姓名: 李开明
专业: 光信息科学与技术
学院: 电子科学与技术
学号: 2005111146
指导教师: 欧阳征标、许桂雯
职称: 教授、实验师


2009 年 05 月 17 日
深圳大学本科毕业论文(设计)诚信声明
本人郑重声明:所呈交的毕业论文(设计),题目《 D/A转换光路设计》是本人在指导教师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式注明。除此之外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。本人完全意识到本声明的法律结果。
毕业论文(设计)作者签名:
日期: 年月日
目录
摘要 4
第一章光子晶体与D/A转换 5
5
5
6
4. D/A转换原理和光子晶体D/A转换器 6
7
第二章计算模拟方法和工具 8
9
9
第三章模块中的导波分析 12
1. 直波导中慢变结构对光传输的影响 12
2. 波导中直角对光传输的影响 13
第四章十字结构下的非门和比较器 15
、参数和原理 15
16
18
第五章功率合成 20
20
第六章 D/A转换光路设计 25
25
26
第七章光路设计中的创新与特色总结 28
第八章设计中存在的问题与解决思想 28
参考文献 29
致 谢 30
Abstract. 31
D/A转换光路设计
电子科学与技术学院光信息科学与技术李开明
学号:2005111146
【摘要】
光子晶体D/A转换光路是未来信息处理、数字光信号输出、网络信号监测的关键技术。本论文论述了在光子晶体环境下,D/A转换的原理和设计方法。讨论了波导和光子晶体中慢变结构对电磁波传输的影响,研制了基于十字结构的比较器,还对功率合成方法进行了分析和讨论。并进行了基于光子晶体数模转换的实验研究和数据分析。
论文第二章介绍了光子晶体的基础理论和两种分析方法,并对Rsoft软件的使用进行了简要说明。
论文第四章阐述了比较器的原理,设计调试了基于十字结构的比较器。
论文第六章提出了两位、三位数模转换的光路结构,并对数据进行了分析和计算,实验显示现有条件下光子晶体数模转换的转换精度不够理想,光强合成部分是一个瓶颈需要研究解决。
【关键词】光学D/A变换器、光学比较器、光学逻辑、光子晶体、光学集成线路
前言
人类科技不断发展,集成电路应用到了生活的各个方面,电路的载流子是电子和空穴,由于它们有静止质量和相互之间的库仑力作用使得微电子技术的未来发展受到了限制。与电相比光速快、相互作用小、不发热,因此光作为信息的载体有着很大优越性。作为全光网络关键器件之一,全光逻辑门在寻址、光计算、时钟提取和信号再生中都有广泛应用。光子晶体材料由于可以产生光子禁带,所以可以利用禁带对光路进行约束构建光子晶体光路。本文介绍了一种基于光子晶体材料以实现数字光信号到模拟光信号的数模转换的光路结构。
1 光子晶体与D/A转换
什么是光子晶体
光子晶体是高介电常数介质与低介电常数介质在空间周期性排列的人造晶体,其晶格常数与工作波长在同一数量级。最早在1987年,,发现介电常数呈周期变化的结构会使材料中光子模的性质发生变化,从而提出了“光子晶体”的概念。在半导体材料中,电子传播时受到原子周期性排列所形成的周期性势场调制作用而产生能隙。类似的,电磁波在介电函数周期性变化的材料中传播时,由于空间周期性分布的介电常数对电磁波的调制作用同样会产生能隙。当电磁波频率落在光子晶体禁带中时,由于光子晶体的强烈布拉格散射使电磁波全部被反射而不能传播。光子晶体的禁带通常出现在布里渊区的边界上,它不仅与光子能量有关还与光子的传播方向有关。如果在空间的所有方向上都有带隙,并且相同方向上带隙互相重叠,则称为完全带隙。如果带隙并不完全重叠,或只在特定方向上才有带隙,则称为不完全带隙。在光子晶体中引入缺陷,会产生相应缺陷能级,并影响光子晶体的能带结构。1991年,Yablonovitch及其合作者研制出第一块光子晶体。他们所设计的结构被称为亚布隆挪威特结构。这种结构可以阻碍13~16GHz的无线电波通过。目前,光子晶体的工作波长已经推进到可见光波段。
光子晶体的性质
光子晶体最根本特征是具有禁带,光在禁带中是严格禁止传播