光纤通信网络新型慢光缓存器的机理、器件及应用研究

基于全光分组交换技术的全光网络是海量通信网络发展的必然趋势，其中，作为全光分组交换网关键部件的光缓存器是全光网络的重要基础。如何实现小尺度、可集成、光学可控及室温工作的光缓存器是目前迫切需要解决的关键问题。根据上述重大应用需求，本项目将深入探索基于材料色散和波导结构色散两种机制的慢光产生、调控及光存储的物理机理，为基于慢光机制光缓存器的设计和研发提供理论指导和支持；通过理论建模、数值仿真、参数优化与实验验证相结合的方法，研发工作在通信波长、基于低维量子材料半导体光放大器和10-20微米量级的有源微环腔的慢光器件。结合上述在物理原理、材料生长及器件研发方面的进展和成果，进一步研制出粗调-微调相结合的灵活的光缓存器，并将其应用于实际光通信网络平台并开展演示验证实验。该课题的预期成果，对最终实现全光通信网光分组交换的重大应用需求，以及在更深层面了解光子操控的机理，都具有十分重大的意义。

本项目对慢光缓存器及其在光通信网络中的应用进行了理论与实验研究，在光缓存物理机理和控制手段、基于微环结构的光缓存器件以及光缓存在光网络中的应用等方面取得了进展，主要结果如下：.1. 提出了微波辅助相位控制的光速调控模型。通过微波场和光场的共同作用，可以利用相位控制灵活调控介质的快慢光学特性，同时，该模型对于材料具有一定的普适性，能够应用于多种介质材料中。.2. 研究了脉冲形状对时延大小的影响，提出了控制方案并进行了实验验证。结果表明，对于不同的应用场景，应根据实际要求选择不同的脉冲形状以获得最好的延迟效果。同时，课题组还给出了主要应用场景下的优化脉冲形式，并完成了实验验证。.3. 完成了有源微环群延迟特性的理论推导、器件制备和实验验证，实验测试表明，其群折射率达到200以上。完成了无源微环群延迟特性的理论推导、器件制备和实验验证，微环延时器件的时延可达100ps@5Gbps。.4. 基于微环延时器，提出了一种新型十进制光缓存结构。该缓存使用一个控制单元和3个环路，可以实现从1倍到999倍最小缓存单元的可调谐时延。这种大动态范围，精细粒度调谐的光缓存结构在光交换中非常具有应用价值。.5. 完成了具有光缓存器的分组交换光网络的仿真，并评估了缓存器的影响，提出了一种基于慢光缓存的光突发交换信道调度方案，可提高光缓存器的使用效率。.本项目执行期间，发表SCI论文79篇，包括Laser Phys. Lett. 2篇，Opt. Lett. 8篇，Opt. Express 4篇，IEEE Commun. Mag. 1篇，Phys. Rev. A/E 7篇，J. Lightwave Technol. 6篇，IEEE Photonics Technol. Lett. 8篇，IEEE J. Quantum Elect. 3篇，J. Phys. B 3篇，Opt. Commun. 14篇；申请发明专利2项 (受理中)。项目执行期间，培养了国家杰出青年科学基金项目负责人1人，国家863主题专家组组长1人，教育部新世纪优秀人才1人，国际无线电联盟青年科学家奖获得者1人，培养了博士6人，硕士13人。