基于線性光放大器xgm效應(yīng)的全光邏輯同或門的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及全光通信邏輯運(yùn)算技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于線性光放大器XGM 效應(yīng)的全光邏輯運(yùn)算器件。
【背景技術(shù)】
[0002] 相關(guān)現(xiàn)有技術(shù)包括：
[0003] -、全光邏輯門器件：全光信號處理技術(shù)在通信和計算領(lǐng)域，被廣泛地用作交換、 判決、再生以及一些基礎(chǔ)或復(fù)雜的光運(yùn)算，光運(yùn)算的關(guān)鍵在于全光邏輯門器件。當(dāng)前，研制 高速全光邏輯器件的首選是半導(dǎo)體光放大器（SOA)，具有體積小、易集成、工作波長范圍寬、 動態(tài)特性好等優(yōu)點(diǎn)。SOA型全光邏輯門有多種實(shí)現(xiàn)方案，主要是利用SOA的四種非線性效 應(yīng)，即交叉相位調(diào)制（XPM)、交叉增益調(diào)制（XGM)、交叉偏振調(diào)制和四波混頻。其中，基于XGM 的邏輯門結(jié)構(gòu)簡單，邏輯功能的實(shí)現(xiàn)僅依賴于光功率，而不需要精確地控制光的相位。
[0004] 二、交叉增益調(diào)制（XGM)效應(yīng)，其工作原理為：兩路信號光A和可調(diào)諧激光器提供 的連續(xù)光（探測光）送入L0A。在LOA中可以實(shí)現(xiàn)基于XGM效應(yīng)的波長轉(zhuǎn)換，信號光攜帶的 信息會轉(zhuǎn)換到探測光上，但輸出與原信號反相的信號，如圖1所示。
[0005] 三、線性光放大器（LOA):作為一種新型半導(dǎo)體光放大器，在光放大領(lǐng)域中獨(dú)顯魅 力，倍受人們關(guān)注。這種光放大器采用Cross CavityTM技術(shù)：使用內(nèi)置的激光器結(jié)構(gòu)，在行 波半導(dǎo)體光放大器利用有源區(qū)兩側(cè)的分布式布拉格反射鏡（DBR)建立垂直光場（VCL)來形 成增益鉗制，以增大增益線性范圍，減少信道間串?dāng)_。LOA在非線性領(lǐng)域中的應(yīng)用是當(dāng)前國 內(nèi)外研究的焦點(diǎn)，其方案在波長轉(zhuǎn)換、光信號再生、時鐘信號恢復(fù)等實(shí)驗(yàn)中獲得了比傳統(tǒng) SOA方案性能更加優(yōu)秀的信號。在國內(nèi)，已有利用LOA實(shí)現(xiàn)了全光邏輯異或門的研究，驗(yàn)證 了 LOA是一種有發(fā)展?jié)摿Φ娜庑盘柼幚砥骷肔OA實(shí)現(xiàn)同或門的研究還沒有相關(guān) 的報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 基于上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提出了一種基于線性光放大器XGM效應(yīng)的 全光邏輯同或門，利用線性光放大器LOA構(gòu)成了邏輯同或門電路，實(shí)現(xiàn)了光信號的同或邏 輯運(yùn)算。
[0007] 本發(fā)明公開了一種基于線性光放大器XGM效應(yīng)的全光邏輯同或門，該邏輯同或門 包括三個線性光放大器，即作為第一級輸出的第一線性光放大器、作為第二級輸出的第二 線性光放大器和第三線性光放大器；三個濾波器，即第一濾波器、第二濾波器和第三濾波 器，以及一個加法器；其中：所述第一線性光放大器的輸入信號分別包括作為探測光的連 續(xù)光CW和作為強(qiáng)抽運(yùn)光的第一信號光A，經(jīng)所述第一濾波器濾波處理，得到第一級輸出信 號光X ;所述第一級輸出信號光K作為探測光、第二信號光B作為強(qiáng)抽運(yùn)光一起輸入所述 第二級輸出的第二線性光放大器，經(jīng)所述第二濾波器濾波，得到第二級輸出信號光一石?§， 實(shí)現(xiàn)信號光A和g的邏輯"與"運(yùn)算；所述第一級輸出信號光A作為強(qiáng)抽運(yùn)光，信號光B作 為探測光一起輸入所述第二級輸出的第三線性光放大器，得到所述第二級輸出信號光二 A ? B，實(shí)現(xiàn)信號光A和B的邏輯"與"運(yùn)算；所述第二級輸出信號光一 X .§、所述第二級輸 出信號二A 分別經(jīng)所述第三濾波器、所述第三濾波器濾波處理，作為所述加法器的輸入， 所述加法器將所述第二級輸出信號一 和所述第二級輸出信號二相加，實(shí)現(xiàn)邏輯"或"運(yùn) 算，即得到H-A.B = A.:)B
[0008] 本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的邏輯門電路結(jié)構(gòu)簡單且兼具實(shí)用性。
【附圖說明】
[0009] 圖1為基于LOA-XGM波長轉(zhuǎn)換示意圖；
[0010] 圖2為全光邏輯同或運(yùn)算的理論模型圖；
[0011] 圖3為全光邏輯同或運(yùn)算結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0012] 下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)描述，這些實(shí)施方式若存在示 例性的內(nèi)容，不應(yīng)解釋成對本發(fā)明的限制。
[0013] 在前期對于基于LOA-XGM全光邏輯運(yùn)算研究的基礎(chǔ)上，提出了基于LOA-XGM原理 來實(shí)現(xiàn)全光邏輯同或門的方案，并從LOA有源區(qū)內(nèi)載流子密度、垂直光場光子密度速率方 程以及光功率傳輸方程出發(fā)，通過Simulink建模計算，實(shí)現(xiàn)了 LOA全光邏輯同或門的運(yùn)算。
[0014] 基于LOA-XGM原理的邏輯門工作原理簡單，易于實(shí)現(xiàn)，本發(fā)明提出了實(shí)現(xiàn)兩路信 號的全光邏輯同或運(yùn)算的方案。如圖2所示，利用Simulink建模，模擬了 LOA全光邏輯同 或門運(yùn)算的結(jié)果。該邏輯門包括3個L0A、3個濾波器和一個加法器，即：作為第一級輸出 的第一線性光放大器L0A1，作為第二級輸出的第二線性光放大器L0A2和第三線性光放大 器L0A3。所述第一線性光放大器LOAl的輸入信號分別包括作為探測光的連續(xù)光CW(波長 A1)和作為強(qiáng)抽運(yùn)光的信號光A (波長人2)，經(jīng)第一濾波器，得到第一級LOAl輸出乙當(dāng)?shù)?一級LOA1輸出信號光.A作為探測光，信號光B (波長A 3)作為強(qiáng)抽運(yùn)光一起輸入L0A2時， 第二級L0A2的輸出為X.J，即實(shí)現(xiàn)了信號光叉和1的邏輯"與"運(yùn)算；當(dāng)?shù)谝患塋OA1輸出 信號光:A.作為強(qiáng)抽運(yùn)光，信號光B (波長A 3)作為探測光一起輸入L0A3時，第二級L0A3的 輸出為I.B = A.即實(shí)現(xiàn)了信號光A和B的邏輯"與"運(yùn)算；最后將第二級L0A2和L0A3 的輸出結(jié)果相加即得到H + A.B = A@B邏輯"或"運(yùn)算結(jié)果。
[0015] 兩束進(jìn)入LOA的探測光和抽運(yùn)光的功率大小以及輸入光波長是影響邏輯運(yùn)算的 重要參數(shù)，選取最優(yōu)參數(shù)設(shè)置通過數(shù)值模擬實(shí)現(xiàn)了最優(yōu)的全光邏輯同或的運(yùn)算如圖3所 示。A和B兩路信號的邏輯同或運(yùn)算真值表如表1所示。
[0016] 表1、邏輯NXOR的真值表
[0017]
[0018] 當(dāng)信號光A和B為比特" 1"時，會消耗LOAl載流子密度，CW經(jīng)過LOAl被飽和吸 收，輸出為"〇" ；
[0019] 第一線性光放大器L0A1，連續(xù)光CW經(jīng)過LOAl后被飽和吸收，輸出為"0" ；只有當(dāng) 信號光A和B為比特"0"時，連續(xù)光CW才能經(jīng)過LOAl和L0A2得到放大，輸出為" 1"。
[0020] 本發(fā)明的最佳實(shí)施描述如下：
[0021] 利用三個L0A，基于交叉增益調(diào)制原理進(jìn)行邏輯同或運(yùn)算。每個LOA的工作電流為 100mA，周期信號光A和B的碼型為"101010101010"（周期為200ps)和"110011001100"（周 期為400ps)，選取探測光CW光功率P = 3mw，波長A >1530nm，信號光A和B的光功率P = l〇mw，波長A <1560nm時，輸出邏輯同或運(yùn)算結(jié)果有較大的失真；探測光CW功率P = 3mw， 波長X在1520nm-1540nm范圍，信號光A和B的功率P = 10mw，波長A在1560nm-1580nm 時，輸出邏輯同或運(yùn)算結(jié)果較優(yōu)；（例如，CW光功率為3mw時，通過LOA的分段模型進(jìn)行數(shù)值 模擬，探測光波長選取為1530nm，抽運(yùn)光波長選在1570nm，L0A的注入電流為IOOmA時能得 到較優(yōu)的運(yùn)算結(jié)果。）如果選取探測光CW光功率過大或過小，也會造成輸出邏輯同或運(yùn)算 結(jié)果有較大的失真。因此，探測光和信號光的功率和波長的選取是直接影響邏輯同或輸出 運(yùn)算結(jié)果的重要參數(shù)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于線性光放大器XGM效應(yīng)的全光邏輯同或門，其特征在于，該邏輯同或門包 括三個線性光放大器，即作為第一級輸出的第一線性光放大器、作為第二級輸出的第二線 性光放大器和第三線性光放大器；三個濾波器，即第一濾波器、第二濾波器和第三濾波器， 以及一個加法器；其中：所述第一線性光放大器的輸入信號分別包括作為探測光的連續(xù)光 CW和作為強(qiáng)抽運(yùn)光的第一信號光A，經(jīng)所述第一濾波器濾波處理，得到第一級輸出信號光 A ;所述第一級輸出信號光S作為探測光、第二信號光B作為強(qiáng)抽運(yùn)光一起輸入所述第二 級輸出的第二線性光放大器，經(jīng)所述第二濾波器濾波，得到第二級輸出信號光一 A.B，實(shí)現(xiàn) 信號光在和B的邏輯"與"運(yùn)算；所述第一級輸出信號光在作為強(qiáng)抽運(yùn)光，信號光B作為探 測光一起輸入所述第二級輸出的第三線性光放大器，得到所述第二級輸出信號光二A · B， 實(shí)現(xiàn)信號光A和B的邏輯"與"運(yùn)算；所述第二級輸出信號光一 A.g、所述第二級輸出信號 二A ·Β分別經(jīng)所述第三濾波器、所述第三濾波器濾波處理，作為所述加法器的輸入，所述加 法器將所述第二級輸出信號一和所述第二級輸出信號二相加，實(shí)現(xiàn)邏輯"或"運(yùn)算，即 得至IjX. B+A-B = Ac..:. R.2. 如權(quán)利要求1所述的基于線性光放大器XGM效應(yīng)的全光邏輯同或門，其特征在于，選 擇探測光波長在1530nm附近、抽運(yùn)光波長在1570nm附近、連續(xù)光CW的光功率為3mW、LOA 的注入電流為100mA、信號光A和B的功率P = 10mw，波長λ在1560nm-1580nm時，獲得最 佳的邏輯輸出結(jié)果。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于線性光放大器XGM效應(yīng)的全光邏輯同或門，包括三個第一線性光放大器、三個濾波器以及一個加法器；第一線性光放大器的輸入信號包括作為探測光的連續(xù)光CW和作為強(qiáng)抽運(yùn)光的第一信號光A，得到第一級輸出信號光；第一級輸出信號光作為探測光、第二信號光B作為強(qiáng)抽運(yùn)光一起輸入第二級輸出的第二線性光放大器，得到第二級輸出信號光一，實(shí)現(xiàn)信號光和的邏輯“與”運(yùn)算；第一級輸出信號光作為強(qiáng)抽運(yùn)光，信號光B作為探測光一起輸入第二級輸出的第三線性光放大器，得到第二級輸出信號光二A·B，實(shí)現(xiàn)信號光A和B的邏輯“與”運(yùn)算；將所述第二級輸出信號一和第二級輸出信號二相加，實(shí)現(xiàn)邏輯“或”運(yùn)算，即得到。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的邏輯門電路結(jié)構(gòu)簡單且兼具實(shí)用性。
【IPC分類】G02F3/00
【公開號】CN105068357
【申請?zhí)枴緾N201510485873
【發(fā)明人】李茜, 金杰, 張強(qiáng), 王冰
【申請人】天津大學(xué)
【公開日】2015年11月18日
【申請日】2015年8月7日