全光逻辑门制造技术

全光逻辑门（１０），可重用实现与门、或门、非门、与非门、或非门、异或门、同或门及它们的反相操作，其中还可以实现半加法器。包括用于接收两控制光信号各自的光输入端口（２，３）和同步光时钟信号的光输入端口（１），和用于输出表示应用所逻辑结果的光输出端口（８）和反相操作的光输出端口（９），所述为全光逻辑门的特征在于包括：光联合装置（４），其用来联合两控制光信号以波分复用器或偏振合束器生成相应联合信号；非线性光学装置（７），其用来接受联合信号和同步光时钟信号并发射两路互为反相操作的光输出信号。全光逻辑功能取决于非线性光学装置的特性，其中所述特性被这样选择，使得输出信号的功率通过所选择的逻辑功能与时钟信号光功率重新分配相关联。

【技术实现步骤摘要】

全光逻辑门，可重用实现与门、或门、非门、与非门、或非门、异或门、同或门及它们 的反相操作，其中还可以实现半加法器，属于光电子

技术介绍
在光电子
，对光信号实行超决逻辑运算而不用将其转回电信号的能力一直是人 们所期望的。例如，宽带分组交换网为了执行高速路由功能，光数据分组的头部需要同步、帧识别和 地址识别等较复杂的光信号处理，而全光逻辑门正是其中的关键器件。全光与门(AND)可在 光开关节点用于识别帧头；全光异或门(XOR)在多协议标签交换(MPLS)网络节点用作对标签 进行识别、修改、替换等。逻辑门在"开"和"关"状态间应具有高的对比度以容许级联能 力并提供低比特误差率，逻辑门还应具有很快的响应时间以容许实时全光处理。全光逻辑是光信号处理的核心技术，世界上主要发达国家都在进行这方面的研究，研究 者主要利用半导体光放大器、非线性波导器件、微环谐振腔、非线性光纤等作为核心器件以 完成光逻辑的实现。其中具有代表性的工作包括日本NTT实验室T.Matsumoto研究小组利 用保偏光纤Sagac环验证了部分逻辑门(M.Jinno and T.Matsumoto,Ultrafast all-optical logic Operations in a nonlinear Sagnac interferometer with two control beams,Opt丄ett. 16,220,199l);雅 典大学D.Syvridis研究小组利用微环形谐振腔中的四波混频效应完成了 40Gb/sRZ/NRZ码的 全光"与"逻辑(S.Mikroulis,H.Simos, D.Syvridis ，etal. 40 -gbs NRZ and RZ operation of an all-optical AND logic gate based on a passive InGaAsPInP microring resonator,J丄ightwave Technol. Vol. 24,No.3,2006);斯坦福大学的M.M.Fejer领导的小组利用周期性极化铌酸理晶体为核心器 件，并结合半导体光放大器完成了全光5Gb/s的半加器(C丄angrock, S.Kumar, M.M.Fejer, etal.All-optical Sisnal processing using义2 nonlinearities in guided-wave devices, J丄ightwave Technol.Vol.24，No.7，2006)。以上文献中介绍了几个运用非线性效应的全光逻辑门的例子:半导体的响应时间限制了 最大的信号比特率；微环谐振腔由于是多光束前后干涉，其响应时间难以确定；基于波导设 备的逻辑门在商用之前从技术和运算两方面看，仍处于发展及需要进一步研究的初级阶段。石英光纤的非线性响应几乎是瞬时的(小于10fs)，利用非线性光纤元件设计全光逻辑操作 常见报道，例如，R丄ebref,B.Landousies,T.Georges,J丄ightwave Tech. 15,766(1997); V.Petrov, W.Rudolph,Opt.Commun.76,53(19卯);中国专利技术专利申请号"200580020660.5"用两种结构实现 了全部全光逻辑门，而且其中一种结构在实现或门时，当伪随机序列组成的两个控制信号具 有相同"l"比特的情况下，功率减半，这在高速光信号处理中是难以控制的。
技术实现思路
本专利技术利用一种非线性光纤元件结构实现全部光逻辑，可重用实现与门、或门、非门、 与非门、或非门、异或门、同或门及它们的反相操作，其中还可以实现半加法器功能。根据本专利技术，全光逻辑门包括用于接收两控制光信号各自的光输入端口和同步光时钟 信号的光输入端口，和用于输出表示应用所逻辑结果的光输出端口和反相操作的光输出端口， 所述为全光逻辑门的特征在于包括光联合装置，其用来联合两控制光信号以波分复用器或 偏振合束器生成相应联合信号；非线性光学装置，其用来接受联合信号和同步光时钟信号并 发射两路互为反相操作的光输出信号。全光逻辑功能取决于非线性光学装置的特性，其中所 述特性被这样选择，使得输出信号的功率通过所选择的逻辑功能与时钟信号光功率重新分配3相关联。有利地，光联合装置输出可以和光时钟信号以波分复用的方式一起通过非线性光学装置 的耦合器入射到非线性光学装置中，或者光联合装置输出独立地入射到非线性光学装置中， 非线性光学装置输出端口上设置时钟光信号的通带滤波器(BPF)，输出时钟信号是时钟信号自相位调制和两控制光信号交叉相位调制的结果，表示为相应的逻辑门关系。在特别优选实施例中，非线性光学装置包括萨格纳克干涉仪(Sagnac interferometer)。 Sagnac的特殊优点在于，由于它基于光纤，所以响应时间非常快以便能够实现320Gbit/s或 更高的比特率运算的逻辑门。在所有配置中，萨格纳克干涉仪是同时基于自相位调制(SPM) 和交叉相位调制(XPM)的类型，这样的配置使得能够只需低功率的输入光脉冲就能实现逻辑 功能。逻辑门还包括光消隐脉冲(Pedestal)抑制器，由SPM Sagnac环构成，其与通带滤波器 (BPF)的输出端口相连，可以串联数个光消隐脉冲抑制器，有利地，增加输出光脉冲的对比度， 以及萨格纳克干涉仪中偏振控制器，其用来改变萨格纳克干涉仪的特性满足最大的干涉比。为避免萨格纳克干涉仪的群速度色散(GVD)、四波混频(FWM)及走离现象(Walk Off)， 控制信号光波长和时钟信号光波长间隔小且位于光纤零色散波长附近的正常色散区，时钟信 号光波长位于两控制信号光波长之间；或优选地具有相同的控制信号光波波长。通常，非线性光学装置的特性取决于输入信号的峰值功率，有利地，非线性光学装置中 非对称地放置光放大器，优选为掺饵光纤放大器(EDFA)，进一步降低入射光功率或减少 Sagnac环长，而且有利于补偿由于色散降低、线路损耗的光功率幅度。附图说明为了更好地理解本专利技术，现参照附图仅借助实例阐述根据本专利技术的逻辑门。 其中，图1示出了本专利技术的逻辑门方框示意图； 图2示出了本专利技术的逻辑门结构示意图； 图3示出了光消隐脉冲(Pedestal)抑制器的结构示意图4示出了本专利技术的控制光信号和时钟光信号一起通过非线性光学装置的耦合器入射 到非线性光学装置中的结构示意图5示出了图4结构示意图中放大器设置在非线性光学装置的输入口的结构示意图； 图6示出了图2结构示意图中放大器设置在非线性光学装置的输入口的结构示意图； 表1表示了本专利技术半加法器的计算结果。图中标号说明如下l-时钟光输入口 2-控制光B输入口 3-控制光C输入口 4-光联合装置(波分复 用器或偏振合束器)5-波分复用器 6-光纤环行器7-非线性光学装置 8， 9-时 钟光输出端口 10-逻辑门 11-光放大器 12-光消隐脉冲抑制器 13-衰减器具体实施例方式参考图1，它示出了根据本专利技术原理的全光逻辑门IO的方框示意图。全光逻辑门10包 括用于接收两控制光信号各自的光输入端口 2,3和同步光时钟信号的光输入端口 1，和用于输 出表示应用所逻辑结果的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全光比较器（１０），包括用于接收两控制光信号各自的光输入端口（２，３）和同步光时钟信号的光输入端口（１），和用于输出表示应用所逻辑结果的光输出端口（８）和反相操作的光输出端口（９），所述为全光逻辑门的特征在于包括：光联合装置（４），其用来联合两控制光信号以波分复用器或偏振合束器生成相应联合信号；非线性光学装置（７），其用来接受联合信号和同步光时钟信号并发射两路互为反相操作的光输出信号。全光逻辑功能取决于非线性光学装置的特性，其中所述特性被这样选择，使得输出信号的功率通过所选择的逻辑功能与时钟信号光功率重新分配相关联。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张利勋，刘永智，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：90[中国|成都]