一种实现控制交换门的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于光信号处理技术，涉及一种实现控制交换门的方法和装置。本发明专利技术利用两个具有三阶非线性效应的非线性光波导来实现，输入的信号光和控制光在非线性光波导内发生四波混频非线性相互作用，对非线性光波导输出的光波进行有选择性的组合以得到控制交换门的输出。相比于传统的控制交换门的实现方案，本发明专利技术采用两个非线性光波导来实现，方法和装置简单易实现，操作简便。本发明专利技术利用的三阶非线性效应具有飞秒（fs）超快响应时间，因此可以在高速情况下工作（如160Gbit/s及以上速率）。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光信号处理技术，涉及一种数据交换方式的实现，具体涉及一种控制交换逻辑门的实现方法和装置。
技术介绍
为了满足未来通信和计算领域的需要，全光信号处理技术越来越多的受到关注。光学非线性效应为实现各种各样的全光信号处理功能提供了一条有效途径。基于基本的逻辑门比如与门、或门、非门、异或门、同或门、与非门、或非门等，一些典型的先进逻辑操作越来越受到关注，包括半加器、半减器、数据选择器和控制交换门等。在大规模集成的大趋势下，期待可以利用简单的器件来实现这些功能。控制交换门是适用于可逆计算的一种计算门电路。控制交换门具有普适性，也就·意味着任何逻辑运算和算术运算均可以由控制交换门来实现。控制交换门提供实现可逆计算的逻辑操作，其有三个输入端口 Ain、Bin, Cin和三个输出端口 A。#、Bout> C。#输入端口 Ain和输入端口 Bin分别输入第一路信号光(携带信息A)和第二路信号光(携带信息B)，输入端口 Cin输入控制光(携带信息C)。当输入端口 Cin控制光为逻辑“0”时,输出端口 Atjut输出的光波携带输入端口 Ain信号光的信息，输出端口 Btjut输出的光波携带输入端口 Bin信号光的信息；当输入端口 Cin控制光为逻辑“I”时,输出端口 Arat输出的光波携带输入端口 Bin信号光的信息，输出端口 Brat输出的光波携带输入端口 Ain信号光的信息，即实现了可控制的交换；另外，输出端口 Cwt输出的为输入端口 Cin的控制光。传统用于实现控制交换门的方法实现起来较为复杂。如果可以找到一种实现控制交换门的方法和装置，使其具有简单易实现的特点，则对于推动未来通信和计算领域的发展将具有重要价值。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种实现控制交换门的方法和装置，本专利技术简单易实现，可以工作在高速情况下，同时具有良好的可扩展性。本专利技术提供的一种实现控制交换门的方法，其特征在于，利用两个具有三阶非线性效应的非线性光波导，实现适用于可逆计算的、具有三个输入端口和三个输出端口的控制交换逻辑门。作为上述技术方案的优选，该方法的过程为控制交换门的第一、第二和第三输入端口依次输入控制光、第一路信号光和第二路信号光，让第一路信号光和控制光进入第一非线性光波导中，让第二路信号光和所述控制光进入第二非线性光波导中，将第一非线性光波导输出的第一路信号光与第二非线性光波导输出的新生闲频光进行组合提供给控制交换门的第二输出端口输出，将第一非线性光波导输出的新生闲频光和第二非线性光波导输出的第二路信号光进行组合提供给控制交换门的第三输出端口输出，所述控制光提供给控制交换门的第一输出端口输出。本专利技术提供的实现控制交换门的装置，其特征在于该装置包括第一至第五耦合器，第一、第二非线性光波导，第一、第二波分解复用器，其中，第一、第二非线性光波导为具有三阶非线性效应的光波导；第一I禹合器的输入端口为控制交换门的第一输入端口 Cin,用于接收携带信息C的控制光，该控制光还提供给控制交换门的第一输出端口 Cwt，其输出信息C ' = C ; 第二耦合器的第一输入端口为控制交换门的第二输入端口 Ain，用于接收携带信息A的第一路信号光，第二稱合器的第二输入端口与第一稱合器的第一输出端口连接；第一非线性光波导的输入端口与第二耦合器的输出端口连接，第一非线性光波导的输出端口与第一波分解复用器的输入端口连接，第一波分解复用器的第一输出端口与第四率禹合器的第一输入端口连接，第一波分解复用器的第二输出端口与第五I禹合器的第一输入端口连接； 第三稱合器的第一输入端口与第一稱合器的第二输出端口连接，第三稱合器的第二输入端口为控制交换门的第三输入端口 Bin，用于接收携带信息B的第二路信号光；第二非线性光波导的输入端口与第三稱合器的输出端口连接，第二非线性光波导的输出端口与第二波分解复用器的输入端口连接，第二波分解复用器的第一输出端口与第四率禹合器的第二输入端口连接，第二波分解复用器的第二输出端口与第五I禹合器的第二输入端口连接；第一非线性光波导的输入端口用于接收第二耦合器的第一路信号光和控制光，第二非线性光波导的输入端口用于接收第三耦合器的第二路信号光和控制光；第四I禹合器的输出端口为控制交换门的第二输出端口 Arat,其输出信息Ar = A-C + B-C，其中G表不C的逻辑非；第五I禹合器的输出端口为控制交换门的第三输出端口 BQUt，其输出信息足=+作为上述技术方案的改进，第一、第二非线性光波导可以为狭缝光波导、条形光波导、脊型光波导或者高非线性光纤等具有三阶非线性效应的光波导。本专利技术是基于光波导器件的非线性效应来实现的控制交换门，要求光波导器件具有三阶非线性效应。具体而言，本专利技术具有如下有益效果I、相比于传统的控制交换门的实现方案，本专利技术采用两个非线性光波导来实现，方法和装置简单易实现，操作简便。2、本专利技术所述控制交换门的产生方法和装置，利用的三阶非线性效应具有飞秒(fs)超快响应时间，因此可以在高速情况下工作(如160Gbit/s及以上速率)。附图说明图I是本专利技术基于两个非线性光波导的控制交换门的实现原理图；图2是本专利技术控制交换门基于四波混频非线性效应的工作原理示意图；图3是具体实例中所用狭缝光波导的横截面示意图；图4是本专利技术模拟的160Gbit/s控制交换门的时域波形图；图5是本专利技术控制交换门的真值表。具体实施例方式本专利技术方法利用两个具有三阶非线性效应的非线性光波导，输入两路信号光分别在两个非线性光波导中与控制光发生四波混频非线性相互作用，通过对两个非线性光波导输出光波进行有选择性的组合以得到控制交换门的输出。下面通过借助实施例更加详细地说明本专利技术，但以下实施例仅是说明性的，本专利技术的保护范围并不受这些实施例的限制。本专利技术方法中，第一路信号光和控制光进入第一非线性光波导中，当第一路信号光和控制光同时存在时会发生四波混频非线性相互作用，使得两者可以被消耗掉并产生新生闲频光；当第一路信号光或者控制光为零时不会发生四波混频非线性相互作用，第一非线性光波导输出的结果仍然是输入端输入的光。第二路信号光和控制光进入第二非线性光波导中，当第二路信号光和控制光同时存在时也会发生四波混频非线性相互作用，使得两者可以被消耗掉并产生新生闲频光；当第二路信号光或者控制光为零时不会发生四波混频非线性相互作用，第二非线性光波导输出的结果仍然是输入端输入的光。将两个非线性光·波导输出端的输出光波进行有选择的组合即可实现控制交换门。如图I所示，本专利技术提供了基于第一非线性光波导和第二非线性光波导来实现控制交换门的方法和装置。第一非线性光波导和第二非线性光波导可以是单狭缝光波导、多狭缝光波导、条形光波导、脊型光波导等，实现的控制交换门主要是利用光波导的三阶非线性效应。因此，只要具备三阶非线性效应的光波导即可用于实现控制交换门。本专利技术提供一种实现控制交换门的方法，具体实施方式如下控制光、第一路信号光和第二路信号光分别由控制交换门第一输入端口 Cin、第二输入端口 Ain和第三输入端口 Bin输入。第一路信号光和控制光进入第一非线性光波导中，当输入第一路信号光和控制光同为逻辑“I”时(即第一路信号光和控制光同时存在)，第一路信号光和控制光将会发生四波混频非线性相互本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种实现控制交换门的方法，其特征在于，利用两个具有三阶非线性效应的非线性光波导，实现适用于可逆计算的、具有三个输入端口和三个输出端口的控制交换逻辑门。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王健，桂成程，刘勇豪，向超，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：