本發(fā)明涉及光信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種無源的全光邏輯門及偏振轉(zhuǎn)換器。

背景技術(shù)：

全光邏輯門是一種多用途的光信號(hào)處理器件，可以不經(jīng)過“光—電—光”的轉(zhuǎn)換，直接在光域中進(jìn)行各種數(shù)據(jù)處理、分組交換?？扇獾卦诰W(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行包轉(zhuǎn)發(fā)、標(biāo)簽\包頭交換、時(shí)鐘提取、有效位的劃分，在數(shù)據(jù)處理中進(jìn)行：判決、信號(hào)再生、基本和復(fù)雜的運(yùn)算、偽隨機(jī)碼序列的生成、奇偶校驗(yàn)、解復(fù)用、位模式識(shí)別、數(shù)據(jù)加密/解密等等。在新一代的全光網(wǎng)絡(luò)中，全光邏輯門作為其基本技術(shù)器件擁有巨大的應(yīng)用潛力，并且隨著光計(jì)算機(jī)的發(fā)展，全光邏輯門作為其中的核心器件必將發(fā)揮重要的作用。

目前研究的全光邏輯門按構(gòu)成材料、工作原理主要可以分為以下幾大類：基于soa(半導(dǎo)體光放大器)型、基于光纖非線性效應(yīng)型、基于光孤子型、基于光子晶體型等。

迄今為止，眾多國內(nèi)外學(xué)者對(duì)全光邏輯門進(jìn)行了研究并取得了一些成果。基于soa型全光邏輯門：2002年美國康涅狄格州的物理學(xué)院利用soa-mzi差分相位調(diào)制技術(shù)驗(yàn)證了速率為10gbit/s全光邏輯異或門，該邏輯門的輸出脈沖寬度跟輸入脈沖寬度相當(dāng)。2005年，美國的南加利福尼亞大學(xué)的s.kumar和a.e.willner在soa中同時(shí)利用四波混頻效應(yīng)(fwm)和交叉增益調(diào)制(xgm)實(shí)現(xiàn)全光異或非門。2009年，貝爾實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)了一種以一對(duì)光子集成的soa-mzi全光邏輯門，并以實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該結(jié)構(gòu)在86.4gb/s的速率下實(shí)現(xiàn)邏輯異或(xor)、邏輯異或非(nxor)操作。2013年，s.k.chandra等利用soa的fwm效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)xnor門全光邏輯。2016年，由張國等人提出基于qd-soa的全光邏輯或非門，當(dāng)泵浦光的峰值功率為10dbm，探測光峰值功率為小于等于-20dbm時(shí)，能得到較好的輸出邏輯門波形。

利用光纖非線性效應(yīng)的全光邏輯門：1988年，日本橫須賀電氣通信實(shí)驗(yàn)室的toshiomorioka和武藏野電子通信實(shí)驗(yàn)室的masatoshisaruwatari研究利用光纖的光克爾效應(yīng)來做全光邏輯門，并且用速率為1.97gb/s、光脈沖寬度為30ps的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。2005年，南加利福尼亞大學(xué)電子工程系統(tǒng)學(xué)院changyuanyu等人利用光脈沖在長度為2km的高非線性光纖中的克爾效應(yīng)引起的偏振旋轉(zhuǎn)原理設(shè)計(jì)了一種全光異或門，并且從理論上證明了該種邏輯門的速率原則上是可以達(dá)到100gb/s以上的。2008年，華中科技大學(xué)的武漢國家光電實(shí)驗(yàn)室的王健利用hnlf中的四波混頻效應(yīng)，在40gb/s的nrz-dpsk系統(tǒng)中實(shí)驗(yàn)證明了一種多信道的全光異或門，在該實(shí)驗(yàn)中可以同時(shí)接收到三個(gè)通道的輸出。2007年，南開大學(xué)現(xiàn)代光學(xué)研究所將高非線性光子晶體光纖和edfa放大器引入sagnac干涉儀中，報(bào)道了在實(shí)驗(yàn)中得到開關(guān)功率約為40gb/s，消光比為15.9db,2009年，哈爾濱工業(yè)大學(xué)的王菲等實(shí)現(xiàn)了超低開關(guān)功率(<1mw)的開關(guān)操作。

基于孤子的邏輯門：在2007年，以色列理工學(xué)院電氣工程系的yuvalp.shapira等利用計(jì)算機(jī)仿真證明了一種基于fbgs中的光孤子之間的互作用的全光邏輯與門。2002年，marcopeccianti等利用在液晶中的空間孤子之間的碰撞可以成特定的角度輸出的原理，設(shè)計(jì)了與門跟或非門。2005年，jacobscheuer和meirorenstein研究利用多層不同的kerr介質(zhì)中多個(gè)空間孤子的無關(guān)聯(lián)的相互作用的全光邏輯門，并對(duì)或非門進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證和分析。2006年，svetlanav.serak等設(shè)計(jì)了基于空間孤子的全光邏輯門，得到了毫瓦量級(jí)的開關(guān)功率。2016年，amerkotbps模擬了基于孤子異或全光邏輯門，色散常數(shù)的0.5ps/(nm.km)，能實(shí)現(xiàn)速率80gb/s數(shù)據(jù)速率與邏輯正確性和高輸出品質(zhì)因數(shù)。

基于光子晶體型的邏輯門：2004年，t.a.ibrahim等利用諧振頻率相近的兩個(gè)微腔實(shí)現(xiàn)邏輯或非門。2009年p.andalib等通過級(jí)聯(lián)兩個(gè)具有kerr效應(yīng)的光子晶體環(huán)形諧振腔實(shí)現(xiàn)全光邏輯與門，傳速速率達(dá)到120gb/s，2009年，j.b.bai等利用線性干涉效應(yīng)在45°光子晶體諧振腔中實(shí)現(xiàn)了全光邏輯not和xor門的邏輯功能。2013年s.afzal等利用具有kerr效應(yīng)的納米腔實(shí)現(xiàn)了可調(diào)諧的全光邏輯異或門。

目前技術(shù)的缺陷是：

基于soa的全光邏輯門存在著自身的缺陷，如在以上所述的方案中，其邏輯運(yùn)算是在不同波長之間進(jìn)行的，功率要求比較高，且soa在工作過程中產(chǎn)生的自發(fā)輻射等，會(huì)對(duì)邏輯門引入額外的噪聲，并且沒有考慮到在超高速下走離效應(yīng)等問題。由于soa增益的恢復(fù)時(shí)間比較長，獲得超快速的信號(hào)比較困難，不能適用于超高速、超短脈沖傳輸系統(tǒng)。

基于光纖非線性效應(yīng)其一般需要比較長的光纖，開關(guān)功率比較高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜且體積比較龐大不利于集成，使其在光通信領(lǐng)域的應(yīng)用收到極大的限制。

基于孤子的邏輯門則需要比較高的開關(guān)功率。

基于光子晶體型邏輯門由于需要泵浦光對(duì)其進(jìn)行激勵(lì)，從而要求對(duì)泵浦光強(qiáng)度有一定的要求，也就造成了較高的能耗，而且制備工藝復(fù)雜，工藝難度大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種無源的全光邏輯門，包括光纖環(huán)、偏振合束器、偏振分束器、耦合器、放大器，所述偏振合束器和所述偏振分束器安裝在光纖環(huán)上，所述耦合器與所述光纖環(huán)相連，所述放大器與所述偏振合束器相連；設(shè)將初始相位為0的信號(hào)光從信號(hào)端輸入經(jīng)耦合器輸出為初始功率相同的順時(shí)針和逆時(shí)針光脈沖，控制光與順時(shí)針光相互作用，調(diào)節(jié)控制光對(duì)順時(shí)信號(hào)光的相位調(diào)制量，從而改變順時(shí)信號(hào)光與逆時(shí)信號(hào)光的相位之差，從而控制耦合器從不同的端口輸出。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，當(dāng)信號(hào)端和控制端的輸入為“11”時(shí)，信號(hào)光進(jìn)入耦合器時(shí)分為初始功率、相位相同的順時(shí)針信號(hào)scw和逆時(shí)針信號(hào)sccw兩路，控制光ccw通過偏振合束器中耦合進(jìn)入光纖環(huán)中與scw同向傳輸，經(jīng)過光纖環(huán)傳輸后scw和sccw在耦合器進(jìn)行作用，當(dāng)scw受到ccw的調(diào)制在光纖環(huán)中得到的相移與sccw得到的相移相差π時(shí)，耦合后的光脈沖從透射端輸出，即透射端的輸出為“1”；當(dāng)信號(hào)端和控制端的輸入為“00”或者“01”時(shí)，由于沒有信號(hào)的輸入，透射端輸出為“0”；當(dāng)信號(hào)端和控制端的輸入為“10”時(shí)，由于沒有控制光ccw的調(diào)制，scw和sccw在光纖環(huán)的傳輸后得到的相移相同，信號(hào)脈沖從反射端輸出，此時(shí)透射端的輸出均為“0”，所以，從透射端口可以得到信號(hào)端和控制端的邏輯“與”操作。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述耦合器的功分比為0.5。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，將全光邏輯與門的信號(hào)端改為時(shí)針信號(hào)、控制端改為信號(hào)輸入，時(shí)鐘信號(hào)即是全“1”序列，當(dāng)與時(shí)鐘端口序列對(duì)應(yīng)的信號(hào)脈沖的輸入位為‘1’時(shí)，時(shí)鐘光脈沖將從透射端口輸出，若其對(duì)應(yīng)的信號(hào)光脈沖為‘0’時(shí)，時(shí)鐘光脈沖將從反射端口輸出；觀察反射端口的輸出，當(dāng)信號(hào)為“1”時(shí)其輸出為“0”，當(dāng)信號(hào)為“0”時(shí)輸出“1”，這樣從反射端口可以得到輸入信號(hào)的邏輯“非”脈沖序列，從而構(gòu)成全光邏輯非門。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述偏振合束器為兩個(gè)，所述偏振分束器為兩個(gè)，信號(hào)光脈沖跟時(shí)鐘光脈沖均為偏振光且偏振方向相互正交，兩個(gè)輸入信號(hào)先經(jīng)過一個(gè)放大器的放大，再通過偏振合束器引入到光纖環(huán)中，經(jīng)過光纖傳輸后在到達(dá)耦合器之前通過偏振分束器分離出去，從而構(gòu)成全光邏輯異或門。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，時(shí)鐘光脈沖經(jīng)過耦合器c后分為順時(shí)針信號(hào)scw和逆時(shí)針信號(hào)sccw，若兩路信號(hào)的輸入均為0，則scw和sccw經(jīng)過光纖環(huán)的傳輸后返回耦合器時(shí)得到的相移相等，耦合后的光脈沖從反射端口輸出；若兩路信號(hào)為“10”時(shí)，則scw受到信號(hào)1的調(diào)制，scw和sccw在光纖環(huán)的傳輸?shù)膫鬏斶^程中得到的相移不等，有π的相差，經(jīng)過耦合器耦合后時(shí)鐘脈沖從透射端口輸出；若兩路信號(hào)為“01”時(shí)，則sccw受到信號(hào)2的調(diào)制，scw和sccw在光纖環(huán)的傳輸?shù)膫鬏斶^程中得到的相差π的相移，經(jīng)過耦合器耦合后時(shí)鐘脈沖從透射端口輸出；若兩路信號(hào)為“11”時(shí)，scw受到信號(hào)1的調(diào)制而sccw受到信號(hào)2的調(diào)制，它們?cè)趥鬏斶^程中得到的相移相等，經(jīng)過耦合器后從反射端輸出。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述放大器為edfa放大器，所述光纖環(huán)為光子晶體光纖。

本發(fā)明還提供了一種偏振轉(zhuǎn)換器，該偏振轉(zhuǎn)換器包括權(quán)利要求4至7任一項(xiàng)所述全光邏輯門，該偏振轉(zhuǎn)換器將全光邏輯非門的透射端口作為輸出端，時(shí)鐘信號(hào)即是全“1”序列，當(dāng)與時(shí)鐘端口序列對(duì)應(yīng)的信號(hào)脈沖的輸入位為‘1’時(shí)，時(shí)鐘脈沖將從透射端口輸出，若其對(duì)應(yīng)的信號(hào)光脈沖為‘0’時(shí)，時(shí)鐘光脈沖將從反射端口輸出；觀察透射射端口的輸出，當(dāng)信號(hào)為“1”時(shí)其輸出亦為“1”，只是信號(hào)的偏振方向發(fā)生了改變，脈沖功率也發(fā)生了改變；當(dāng)信號(hào)為“0”時(shí)輸出亦“0”，這樣，從透射端口可以得到經(jīng)過偏振轉(zhuǎn)換的輸入信號(hào)脈沖序列。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明適合超高速、超短脈沖的傳輸系統(tǒng)。在速率為160gb/s、脈沖寬度為fs量級(jí)的傳輸系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了全光邏輯與、非、異或運(yùn)算，且這種全光邏輯門可以進(jìn)行級(jí)聯(lián)，可作為偏振轉(zhuǎn)換器。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的全光邏輯門的基本結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是全光邏輯與門的信號(hào)脈沖的輸入“10010101”的模擬仿真圖。

圖3是全光邏輯與門的控制光脈沖的輸入“10101111”的模擬仿真圖。

圖4是全光邏輯與門的透射端的輸出“10000101”的模擬仿真圖。

圖5是全光邏輯與門的反射端的輸出的模擬仿真圖。

圖6是全光邏輯與門的輸出眼圖。

圖7是本發(fā)明的全光邏輯非門的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8是全光邏輯非門的信號(hào)脈沖的輸入“10101001”的模擬仿真圖。

圖9是全光邏輯非門的時(shí)鐘脈沖信號(hào)的模擬仿真圖。

圖10是全光邏輯非門的反射端的輸出“01010110”的模擬仿真圖。

圖11是全光邏輯非門的透射端的輸出的模擬仿真圖。

圖12是全光邏輯非門的輸出眼圖。

圖13是本發(fā)明的全光邏輯異或門的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖14是全光邏輯異或門的信號(hào)1的輸入“10010011”的模擬仿真圖。

圖15是全光邏輯異或門的信號(hào)2的輸入“01100110”的模擬仿真圖。

圖16是全光邏輯異或門的時(shí)鐘信號(hào)脈沖的模擬仿真圖。

圖17是全光邏輯異或門的透射端的輸出脈沖的模擬仿真圖。

圖18是全光邏輯異或門的反射端的輸出脈沖的模擬仿真圖。

圖19是全光邏輯異或門的輸出眼圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明公開了一種無源的全光邏輯門，下面進(jìn)行具體介紹：基于sagnac型全光邏輯門是利用非線性效應(yīng)原理，sagnac型光纖干涉儀采取雙臂平衡的干涉結(jié)構(gòu)，利用在構(gòu)成sagnac環(huán)的光纖中的各種不同的非線性效應(yīng)，可以有多種應(yīng)用如脈沖整形、脈沖產(chǎn)生、全光信號(hào)處理、信道解復(fù)用、參量放大等。該全光邏輯門的輸入采取同波長、偏振方向正交的光脈沖信號(hào)，在sagnac環(huán)中利用光纖拼接技術(shù)消除脈沖之間的走離效應(yīng)，使得該開關(guān)適合超高速、超短脈沖的傳輸系統(tǒng)。全光邏輯門的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

其原理是假設(shè)將初始相位為0的信號(hào)光從信號(hào)端輸入經(jīng)耦合器輸出為初始功率相同的順時(shí)針和逆時(shí)針光脈沖，控制光與順時(shí)針光相互作用，調(diào)節(jié)控制光對(duì)順時(shí)信號(hào)光的相位調(diào)制量，從而改變順時(shí)信號(hào)光與逆時(shí)信號(hào)光的相位之差，從而控制耦合器從不同的端口輸出。

一.全光邏輯與門：

全光邏輯與門結(jié)構(gòu)如圖1，當(dāng)信號(hào)端和控制端的輸入為“11”時(shí)，信號(hào)光進(jìn)入耦合器時(shí)分為初始功率、相位相同的順時(shí)針信號(hào)scw和逆時(shí)針信號(hào)sccw兩路(這里假設(shè)耦合器的功分比為0.5)，控制光ccw通過偏振合束器中耦合進(jìn)入光纖環(huán)中與scw同向傳輸。經(jīng)過光纖環(huán)傳輸后scw和sccw在耦合器進(jìn)行作用，當(dāng)scw受到ccw的調(diào)制在光纖環(huán)中得到的相移與sccw得到的相移相差π時(shí)，耦合后的光脈沖從透射端輸出，即透射端的輸出為“1”。當(dāng)信號(hào)端和控制端的輸入為“00”或者“01”時(shí)，由于沒有信號(hào)的輸入，透射端輸出為“0”。當(dāng)信號(hào)端和控制端的輸入為“10”時(shí)，由于沒有控制光ccw的調(diào)制，scw和sccw在光纖環(huán)的傳輸后得到的相移相同，信號(hào)脈沖從反射端輸出，此時(shí)透射端的輸出均為“0”。所以，從透射端口可以得到信號(hào)端和控制端的邏輯“與”(and)操作。下面研究使輸出光完全透射時(shí)控制光的功率要求：

假設(shè)信號(hào)光的入射功率為ps，pc為控制信號(hào)功率，根據(jù)耦合器的傳輸矩陣特性式經(jīng)過耦合器后兩路信號(hào)光振幅為ρ為耦合器功分比，這時(shí)逆時(shí)針信號(hào)引入π/2的相對(duì)相移，當(dāng)兩路信號(hào)再次回到耦合器光場時(shí)振幅分別為為在環(huán)形中傳輸時(shí)所引入的線性相移，為環(huán)形中傳輸時(shí)所引入的非線性相移。其中β為環(huán)內(nèi)的傳輸常數(shù)，l為環(huán)長。scw的非線性相移由其本身spm和控制信號(hào)xpm共同作用而產(chǎn)生，sccw的非線性相移只由其spm作用產(chǎn)生。故其中l(wèi)eff為光纖環(huán)的有效長度，leff＝1/α(1-exp(-αl))。α為光纖損耗系數(shù)，γ為光纖非線性系數(shù)，g為edfa的增益系數(shù)，ρ為耦合器功分比。scw與sccw經(jīng)過光纖環(huán)后進(jìn)入耦合器進(jìn)行干涉，利用光纖耦合器的傳輸矩陣可以得到反射光場和透射光場為：其中at、ar分別表示透射光場和反射光場的振幅。

然后利用環(huán)的透射率公式其中可得ts＝(1-4ρ(1-ρ)cos²((γ((2ρ-1)ps+2/3gpc)(1/α(1-exp(-αl))))/2))，在這里我們采用最佳功分比ρ＝0.5。顯然當(dāng)其中m＝1,2,3,…時(shí)，即scw與sccw的相移差等于π的奇數(shù)倍時(shí)，透射率最大，實(shí)現(xiàn)完全開關(guān)效應(yīng)。取m為1時(shí)可得到最小開關(guān)功率為:pcmin＝(3π)/(2gγleff)。

數(shù)值模擬的參數(shù)設(shè)置如下：光纖的衰減系數(shù)α＝0.2db/km，光源為高斯脈沖、系統(tǒng)的傳輸速率為160gbit/s(脈沖占空比為0.1)、脈沖寬度為(625fs)，edfa的增益(可根據(jù)需要改變，應(yīng)符合開關(guān)功率的要求)為g、所用的hn-pcf(高非線性光子晶體光纖)由丹麥crystalfiber公司生產(chǎn)的nl-1550-zero-1型高非線性pcf，長度為50m、零點(diǎn)色散波長1550nm、有效模場面積為aeff＝2.5μm²、hn-pcf的非線性折射率系數(shù)n2＝2.8×10^-20m²/w、載波使用的波長為1550nm、這時(shí)可以得到pcf的非線性系數(shù)為γ＝45.38/(w·km)，leff為49.9m。取g＝1000(30db的情況下)，代入可得pcmin為2.08016mw，信號(hào)輸入功率為0.05mw。模擬仿真結(jié)果如圖2-5所示。

圖6為利用(2⁷-1)的隨機(jī)歸零碼序列(rz碼)在系統(tǒng)的傳輸速率為160gbit/s、脈沖占空比為0.1、脈沖寬度為(625fs)、信號(hào)脈沖的功率為1mw下，邏輯“與”門的輸出眼圖，q因子的值為10.6725，最小誤碼率為5.78447e-27。所以，這種結(jié)構(gòu)的全光邏輯門的具有非常優(yōu)秀的性能，有非常好的應(yīng)用前景。

二.全光邏輯非門：

將與門的信號(hào)端改為時(shí)針信號(hào)、控制端改為信號(hào)輸入。時(shí)鐘信號(hào)即是全“1”序列，類似于全光邏輯與門的原理，當(dāng)與時(shí)鐘端口序列對(duì)應(yīng)的信號(hào)脈沖的輸入位為‘1’時(shí)，時(shí)鐘光脈沖將從透射端口輸出，若其對(duì)應(yīng)的信號(hào)光脈沖為‘0’時(shí)，時(shí)鐘光脈沖將從反射端口輸出。觀察反射端口的輸出，當(dāng)信號(hào)為“1”時(shí)其輸出為“0”，當(dāng)信號(hào)為“0”時(shí)輸出“1”，這樣從反射端口可以得到輸入信號(hào)的邏輯“非”脈沖序列。圖7為非門的結(jié)構(gòu)圖。

時(shí)鐘光脈沖和信號(hào)光脈沖的波長相同、偏振方向相互正交，由于在非門的設(shè)計(jì)中，信號(hào)脈沖需要比較強(qiáng)的功率，經(jīng)過邏輯“非”操作后，從邏輯門輸出波長相同、偏振方向與信號(hào)脈沖正交、低功率的光脈沖(時(shí)鐘脈沖)。

為消弱透射脈沖留下的基座，提高非門的消光比，這里使信號(hào)脈沖寬度為時(shí)鐘脈沖的3倍，邏輯門的消光比達(dá)到18.9db，圖12為輸出眼圖，選擇合適的信號(hào)脈沖跟時(shí)鐘脈沖的寬度比可得到良好性能的非門。

三.全光邏輯異或門：

全光邏輯異或門的基本結(jié)構(gòu)如圖13，該結(jié)構(gòu)在全光邏輯非門的基本結(jié)構(gòu)上增加了一路控制信號(hào)和該路控制信號(hào)輸出。信號(hào)光脈沖跟時(shí)鐘光脈沖均為偏振光且偏振方向相互正交，兩個(gè)輸入信號(hào)先經(jīng)過一個(gè)edfa放大器的放大，再通過偏振合束器引入到saganac光纖環(huán)中，經(jīng)過光纖傳輸后在到達(dá)耦合器c之前通過偏振分束器分離出去。

利用該結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)兩路信號(hào)的異或操作。時(shí)鐘光脈沖經(jīng)過耦合器c后分為順時(shí)針信號(hào)scw和逆時(shí)針信號(hào)sccw，若兩路信號(hào)的輸入均為0，則scw和sccw經(jīng)過光纖環(huán)的傳輸后返回耦合器時(shí)得到的相移相等，耦合后的光脈沖從saganac的反射端口輸出。若兩路信號(hào)為“10”時(shí)，則scw受到信號(hào)1的調(diào)制，scw和sccw在光纖環(huán)的傳輸?shù)膫鬏斶^程中得到的相移不等，有π的相差，經(jīng)過耦合器c耦合后時(shí)鐘脈沖從透射端口輸出。同樣，若兩路信號(hào)為“01”時(shí)，則sccw受到信號(hào)2的調(diào)制，scw和sccw在光纖環(huán)的傳輸?shù)膫鬏斶^程中得到的相差π的相移，經(jīng)過耦合器c耦合后時(shí)鐘脈沖從透射端口輸出。若兩路信號(hào)為“11”時(shí)，scw受到信號(hào)1的調(diào)制而sccw受到信號(hào)2的調(diào)制，它們?cè)趥鬏斶^程中得到的相移相等，經(jīng)過耦合器后從反射端輸出。所以，以saganac的透射端口作為邏輯門的輸出端口，可以得到兩路信號(hào)的邏輯異或操作。

由于時(shí)鐘光脈沖的功率比輸入信號(hào)的脈沖功率小，偏振方向正交于輸入信號(hào)，經(jīng)過此全光邏輯異或門后的輸出將是低功率、偏振方向與原信號(hào)正交的光脈沖信號(hào)(時(shí)鐘信號(hào)脈沖)。

數(shù)值模擬的參數(shù)設(shè)置同“與”門相同，兩個(gè)信號(hào)輸入功率均為閾值功率為2.08016mw，時(shí)鐘信號(hào)功率為0.05mw。信號(hào)1的輸入為“10010011”，信號(hào)2的輸入為“01100110”，根據(jù)信號(hào)1跟信號(hào)2的相異或的結(jié)果，透射端口的輸出結(jié)果應(yīng)該為“11110101”，模擬結(jié)果如圖14-18所示。

圖19為利用長度為(2⁷-1)的隨機(jī)歸零碼序列(rz碼)、系統(tǒng)的傳輸速率為160gbit/s，脈沖占空比為0.1，脈沖寬度約為(625fs)，時(shí)鐘脈沖的功率為1mw的仿真結(jié)果，q因子的值為10.6661，最小誤碼率為?？梢钥闯?，該邏輯門的具有非常優(yōu)秀的性能，將有良好的應(yīng)用潛力。

四.偏振轉(zhuǎn)換器：

在本全光邏輯門結(jié)構(gòu)中，其兩個(gè)輸入信號(hào)為相同波長偏振方向正交的光脈沖，輸出信號(hào)為其中一種偏振方向的光脈沖，另一種偏振方向的光脈沖作為控制端口輸入將利用偏振分束器分離出去。在邏輯門進(jìn)行級(jí)聯(lián)時(shí)，若兩種輸入信號(hào)偏振方向相同時(shí)則必須通過偏振轉(zhuǎn)換，將其中的一路轉(zhuǎn)換成偏振方向與原來正交的光信號(hào)，這樣轉(zhuǎn)換過的信號(hào)才能跟另一路信號(hào)作為輸入進(jìn)行邏輯運(yùn)算。目前，可以偏振轉(zhuǎn)換器的原理有多種(如利用克爾非線性效應(yīng))，本發(fā)明的全光邏輯門也可以用作偏振轉(zhuǎn)換器。

偏振轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)圖跟全光邏輯非門的相同，即將與門的信號(hào)端改為時(shí)鐘信號(hào)、控制端改為信號(hào)輸入，是以透射端口為輸出端(跟非門的區(qū)別在此)。時(shí)鐘信號(hào)即是全“1”序列，類似于全光邏輯與門的原理，當(dāng)與時(shí)鐘端口序列對(duì)應(yīng)的信號(hào)脈沖的輸入位為‘1’時(shí)，時(shí)鐘脈沖將從透射端口輸出，若其對(duì)應(yīng)的信號(hào)光脈沖為‘0’時(shí)，時(shí)鐘光脈沖將從反射端口輸出。觀察透射射端口的輸出，當(dāng)信號(hào)為“1”時(shí)其輸出亦為“1”，只是信號(hào)的偏振方向發(fā)生了改變，脈沖功率也發(fā)生了改變；當(dāng)信號(hào)為“0”時(shí)輸出亦“0”。這樣，從透射端口可以得到經(jīng)過偏振轉(zhuǎn)換的輸入信號(hào)脈沖序列。

本發(fā)明具有如下有益效果：

1.本發(fā)明的全光邏輯門的輸入信號(hào)采用同波長偏振方向正交的光脈沖，進(jìn)行邏輯運(yùn)算時(shí)無需進(jìn)行波長轉(zhuǎn)換，符合網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際需求，是一種基于sagnac型的無源全光邏輯門。

2.適合超高速、超短脈沖的傳輸系統(tǒng)。在速率為160gb/s、脈沖寬度為fs量級(jí)的傳輸系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了全光邏輯與、非、異或運(yùn)算，且這種全光邏輯門可以進(jìn)行級(jí)聯(lián)，可作為偏振轉(zhuǎn)換器；

3.利用光子晶體光纖的高非線性效應(yīng)和edfa放大器可以使邏輯門的開關(guān)功率降至mw量級(jí)(本發(fā)明采用的是2.08016mw)，且可以縮短環(huán)的光纖長度從而提高了器件的集成度。

以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。