一种能延时存储的可重构动态全光混沌逻辑门制造技术

本发明专利技术公开了一种能延时存储的可重构动态全光混沌逻辑门，包括垂直腔表面发射激光器、光分束器、光隔离器、偏振分束器、减法器、可变衰减器、半波片和周期性极化铌酸锂晶体。本发明专利技术实现了基本全光混沌逻辑门运算间的任意切换，并能进行有效的延时存储，具体能够实现“与”门、“与非”门、“或”门、“或非”门、“异或”门、“同或”门运算间的任意切换以及延时存储。能延时存储的可重构的动态全光混沌逻辑门可推广应用到全光数字混沌时序、组合逻辑运算设备。

A Reconfigurable Dynamic All-Optical Chaotic Logic Gate with Delayed Storage

The invention discloses a reconfigurable dynamic all-optical chaotic logic gate capable of delay storage, including a vertical cavity surface emitting laser, a beam splitter, an optical isolator, a polarization splitter, a subtractor, a variable attenuator, a half-wave plate and periodically polarized lithium niobate crystal. The invention realizes arbitrary switching between operations of basic all-optical chaotic logic gates, and can carry out effective delayed storage. It can specifically realize arbitrary switching and delayed storage between operations of AND gates, AND gates, AND gates, OR gates, OR gates, XOR gates, AND gates. The reconfigurable dynamic all-optical chaotic logic gates with delay storage can be extended to all-optical digital chaotic sequential and combinational logic computing devices.

【技术实现步骤摘要】
一种能延时存储的可重构动态全光混沌逻辑门
本专利技术涉及涉及光子设备，特别是涉及一种能延时存储的可重构动态全光混沌逻辑门。
技术介绍
众所周知混沌系统拥有丰富的动力学行为，它对微扰和初始条件很敏感。在最近几年，在混沌应用方面有一个新的研究方向，那就是利用混沌系统固有的丰富模式来实现混沌计算。混沌计算已经吸引了专家们的密切关注，因为它提供一个新的可重构的逻辑运算方案。在混沌系统里，通过稍微地改变一些参数的取值，就能轻易地实现逻辑计算间的转换。这为实现动态逻辑计算体系提供了可行的方法。在逻辑计算过程中，系统结构本身动态地改变。因此，混沌逻辑器件相对于传统的逻辑器件有更多的优势，如安全性更高、灵活以及功耗更低。最近，大部分基于混沌的基础计算已经在实验和理论中被实现。例如，基于Logistic映射,或非门的电路实现方案被提出；基于单一的离散时间混沌系统能构造了动态逻辑门，并能实现用于计算的所有逻辑门；基于Logistic映射，通过设计三个阈值，并对输出信号采用了不同的模拟-逻辑映射关系，可以构造动态逻辑门；利用非线性电路的驱动-响应混沌同步系统，混沌逻辑计算的实现方案被执行；同时也可通过使用遗传算法，来实现混沌逻辑门。半导体激光混沌逻辑计算相对于非线性电路混沌逻辑计算有更多的优势，例如带宽更宽、响应速度更快、更高的安全性以及更低的功率代价。光混沌逻辑计算是未来光混沌网络保密通信最为关键的技术。然而，光混沌逻辑计算技术发展相对滞后，而且相关研究工作者对此方向的研究关注较少，处于刚刚起步阶段。对于大部分光混沌信号的逻辑处理，例如复用、解复用、转换、再生、存储以及计算的必要条件是具备低功耗以及高速的全光数字混沌逻辑器件和时序逻辑器件。垂直腔表面发射激光器作为一种微型半导体激光器，相比于边缘发射激光器，具有低阈值电流，单纵模工作，动态调制频率高，低功耗以及易于实现二维阵列等优点。由于材料和腔的各向异性较弱，在自旋翻转模式下，垂直腔表面发射激光器能激射出两个偏振分量。研究者们也已经付出了很多努力，观察受不同的偏振光反馈和注入电流扫描速率的垂直腔表面发射激光器的偏振双稳态。偏振双稳态比吸收双稳态拥有更快的反应时间。引人注目的是通过利用光注入垂直腔表面发射激光器的偏振双稳态，低功耗以及高速的全光混沌逻辑计算可以被实现。如基于混沌的多量子阱激光器的主从响应混沌系统，能实现混沌同或、或非，以及非逻辑门；利用三个混沌激光器的平行同步，能进一步实现了光电或非、同或逻辑门；同时可采用不同的步骤利用光注入垂直腔表面发射激光器的偏振双稳态来执行不同类型的混沌逻辑门。然而在上述的方法中，一些重要的参数(如泵浦电流，光注入能量和失谐的注入光)的轻微变化会改变输出偏振的状态。同时，由于偏振转换的不稳定，导致了在上述方法中的逻辑门有很差的稳定性。另外，上述的激光混沌逻辑门的实现方案都是在静态条件下实现的，并没有充分利用激光混沌丰富的模式来实现可重构的动态混沌逻辑门。同时，上述的基本的逻辑门运算只能应用于组合逻辑光子设备，不能推广应用到全光数字混沌时序逻辑设备(如全光触发器、锁存器等)。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能延时存储的可重构动态全光混沌逻辑门，能够实现不同逻辑门运算功能之间的切换和完全混沌同步理论下的延时存储，稳定性好，并能够应用到全光数字混沌时序逻辑设备。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种能延时存储的可重构动态全光混沌逻辑门，包括第一平面镜、第二平面镜、第三平面镜、第四平面镜、第五平面镜、第六平面镜、第一法拉第旋转器、第一半波片、第一周期性极化铌酸锂晶体、主垂直腔表面发射激光器、第二周期性极化铌酸锂晶体和副垂直腔表面发射激光器；所述第一周期性极化铌酸锂晶体和主垂直腔表面发射激光器之间设置有第一光隔离器、第三光分束器、第一可变衰减器和第二可变衰减器；所述主垂直腔表面发射激光器和第二周期性极化铌酸锂晶体间有第二光隔离器、第一偏振分束器、第一减法器、第一光分束器、第二光分束器、第二法拉第旋转器、第二半波片；所述第二周期性极化铌酸锂晶体和副垂直腔表面发射激光器间依次设置有第三光隔离器、第三可变衰减器、第二偏振分束器；副垂直腔表面发射激光器后还依次设置有第四光隔离器、第三偏振分束器和第二减法器。进一步地，所述第一光隔离器设置于第一周期性极化铌酸锂晶体和第三光分束器的输入端之间；所述第一可变衰减器设置于第三光分束器的一路输出端与主垂直腔表面发射激光器之间，所述第二可变衰减器设置于第三光分束器的另一路输出端与主垂直腔表面发射激光器之间。进一步地，所述第二光隔离器设置于主垂直腔表面发射激光器与第一偏振分束器的输入端之间；所述第一减法器、第一光分束器设置于第一偏振分束器的x偏振输出端与第二周期性极化铌酸锂晶体之间；所述第二光分束器、第二法拉第旋转器、第二半波片(23)设置于第一偏振分束器的y偏振输出端与第二周期性极化铌酸锂晶体之间。所述第一减法器设置于第一偏振分束器的x偏振输出端与第一光分束器的输入端之间，所述第一光分束器的一路输出端输出光束至第二周期性极化铌酸锂晶体，第一光分束器的另一路输出端依次通过第二平面镜、第一平面镜、第六平面镜输出光束至第一周期性极化铌酸锂晶体。所述第二光分束器的输入端接收来自第一偏振分束器y偏振输出端的光束，第二光分束器的一路输出端依次通过第二法拉第旋转器、第二半波片输出光束至第二周期性极化铌酸锂晶体；第二光分束器的另一路输出端依次通过第三平面镜、第四平面镜、第五平面镜、第一法拉第旋转器、第一半波片输出光束至第一周期性极化铌酸锂晶体。进一步地，所述第二偏振分束器的x、y两路偏振输出端均输出光束至副垂直腔表面发射激光器。本专利技术的有益效果是：本专利技术实现了基本全光混沌逻辑门运算间的任意切换，并能进行有效的延时存储，具体能够实现“与”门、“与非”门、“或”门、“或非”门、“异或”门、“同或”门运算间的任意切换以及延时存储。能延时存储的可重构的动态全光混沌逻辑门可推广应用到全光数字混沌时序、组合逻辑运算设备(全光混沌加法器，锁存器等)。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2为实施例在不同外加电场下主、从垂直腔表面发射激光器输出的x偏振分量的同步系数；图3为实施例逻辑“与”门、“与非”门运算中，外加电场和从主、副垂直腔表面发射激光器输出x偏振光幅度的时间变化轨迹；图4为实施例逻辑“或”门、“或非”门、“同或”门和“异或”门运算中，外加电场和从主、副垂直腔表面发射激光器输出x偏振光幅度的时间变化轨迹；图5为实施例动态的“与”门、“与非”门、“或”门、“或非”门、“同或”门和“异或”门运算中，外加电场和从主、副垂直腔表面发射激光器输出x偏振光幅度的时间变化轨迹。图中，1-第一平面镜，2-第二平面镜，3-第三平面镜，4-第四平面镜，5-第五平面镜，6-第六平面镜，7-第一法拉第旋转器，8-第一半波片，9-第一周期性极化铌酸锂晶体，10-主垂直腔表面发射激光器，11-第二周期性极化铌酸锂晶体，12-副垂直腔表面发射激光器，13-第一光隔离器，14-第三光分束器，15-第一可变衰减器，16-第二可变衰减器，17-第二光隔离器，18-第一偏振分束器，19-第一减法器，20-第一光分束器，21-第二光分束本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种能延时存储的可重构动态全光混沌逻辑门，其特征在于：包括第一平面镜(1)、第二平面镜(2)、第三平面镜(3)、第四平面镜(4)、第五平面镜(5)、第六平面镜(6)、第一法拉第旋转器(7)、第一半波片(8)、第一周期性极化铌酸锂晶体(9)、主垂直腔表面发射激光器(10)、第二周期性极化铌酸锂晶体(11)和副垂直腔表面发射激光器(12)；所述第一周期性极化铌酸锂晶体(9)和主垂直腔表面发射激光器(10)之间设置有第一光隔离器(13)、第三光分束器(14)、第一可变衰减器(15)和第二可变衰减器(16)；所述主垂直腔表面发射激光器(10)和第二周期性极化铌酸锂晶体(11)间有第二光隔离器(17)、第一偏振分束器(18)、第一减法器(19)、第一光分束器(20)、第二光分束器(21)、第二法拉第旋转器(22)、第二半波片(23)；所述第二周期性极化铌酸锂晶体(11)和副垂直腔表面发射激光器(12)间依次设置有第三光隔离器(24)、第三可变衰减器(25)、第二偏振分束器(26)；副垂直腔表面发射激光器(12)后还依次设置有第四光隔离器(27)、第三偏振分束器(28)和第二减法器(29)。

【技术特征摘要】
1.一种能延时存储的可重构动态全光混沌逻辑门，其特征在于：包括第一平面镜(1)、第二平面镜(2)、第三平面镜(3)、第四平面镜(4)、第五平面镜(5)、第六平面镜(6)、第一法拉第旋转器(7)、第一半波片(8)、第一周期性极化铌酸锂晶体(9)、主垂直腔表面发射激光器(10)、第二周期性极化铌酸锂晶体(11)和副垂直腔表面发射激光器(12)；所述第一周期性极化铌酸锂晶体(9)和主垂直腔表面发射激光器(10)之间设置有第一光隔离器(13)、第三光分束器(14)、第一可变衰减器(15)和第二可变衰减器(16)；所述主垂直腔表面发射激光器(10)和第二周期性极化铌酸锂晶体(11)间有第二光隔离器(17)、第一偏振分束器(18)、第一减法器(19)、第一光分束器(20)、第二光分束器(21)、第二法拉第旋转器(22)、第二半波片(23)；所述第二周期性极化铌酸锂晶体(11)和副垂直腔表面发射激光器(12)间依次设置有第三光隔离器(24)、第三可变衰减器(25)、第二偏振分束器(26)；副垂直腔表面发射激光器(12)后还依次设置有第四光隔离器(27)、第三偏振分束器(28)和第二减法器(29)。2.根据权利要求1所述的一种能延时存储的可重构动态全光混沌逻辑门，其特征在于：所述第一光隔离器(13)设置于第一周期性极化铌酸锂晶体(9)和第三光分束器(14)的输入端之间；所述第一可变衰减器(15)设置于第三光分束器(14)的一路输出端与主垂直腔表面发射激光器(10)之间，所述第二可变衰减器(16)设置于第三光分束器(14)的另一路输出端与主垂...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟东洲，肖珍珍，杨广泽，许葛亮，
申请(专利权)人：五邑大学，
类型：发明
国别省市：广东,44