基于线性光放大器xgm效应的全光逻辑同或门的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及全光通信逻辑运算技术领域，特别是涉及一种基于线性光放大器XGM 效应的全光逻辑运算器件。
【背景技术】
[0002] 相关现有技术包括：
[0003] -、全光逻辑门器件：全光信号处理技术在通信和计算领域，被广泛地用作交换、 判决、再生以及一些基础或复杂的光运算，光运算的关键在于全光逻辑门器件。当前，研制 高速全光逻辑器件的首选是半导体光放大器（SOA)，具有体积小、易集成、工作波长范围宽、 动态特性好等优点。SOA型全光逻辑门有多种实现方案，主要是利用SOA的四种非线性效 应，即交叉相位调制（XPM)、交叉增益调制（XGM)、交叉偏振调制和四波混频。其中，基于XGM 的逻辑门结构简单，逻辑功能的实现仅依赖于光功率，而不需要精确地控制光的相位。
[0004] 二、交叉增益调制（XGM)效应，其工作原理为：两路信号光A和可调谐激光器提供 的连续光（探测光）送入L0A。在LOA中可以实现基于XGM效应的波长转换，信号光携带的 信息会转换到探测光上，但输出与原信号反相的信号，如图1所示。
[0005] 三、线性光放大器（LOA):作为一种新型半导体光放大器，在光放大领域中独显魅 力，倍受人们关注。这种光放大器采用Cross CavityTM技术：使用内置的激光器结构，在行 波半导体光放大器利用有源区两侧的分布式布拉格反射镜（DBR)建立垂直光场（VCL)来形 成增益钳制，以增大增益线性范围，减少信道间串扰。LOA在非线性领域中的应用是当前国 内外研究的焦点，其方案在波长转换、光信号再生、时钟信号恢复等实验中获得了比传统 SOA方案性能更加优秀的信号。在国内，已有利用LOA实现了全光逻辑异或门的研究，验证 了 LOA是一种有发展潜力的全光信号处理器件，而利用LOA实现同或门的研究还没有相关 的报道。
【发明内容】
[0006] 基于上述现有技术存在的问题，本发明提出了一种基于线性光放大器XGM效应的 全光逻辑同或门，利用线性光放大器LOA构成了逻辑同或门电路，实现了光信号的同或逻 辑运算。
[0007] 本发明公开了一种基于线性光放大器XGM效应的全光逻辑同或门，该逻辑同或门 包括三个线性光放大器，即作为第一级输出的第一线性光放大器、作为第二级输出的第二 线性光放大器和第三线性光放大器；三个滤波器，即第一滤波器、第二滤波器和第三滤波 器，以及一个加法器；其中：所述第一线性光放大器的输入信号分别包括作为探测光的连 续光CW和作为强抽运光的第一信号光A，经所述第一滤波器滤波处理，得到第一级输出信 号光X ;所述第一级输出信号光K作为探测光、第二信号光B作为强抽运光一起输入所述 第二级输出的第二线性光放大器，经所述第二滤波器滤波，得到第二级输出信号光一石?§， 实现信号光A和g的逻辑"与"运算；所述第一级输出信号光A作为强抽运光，信号光B作 为探测光一起输入所述第二级输出的第三线性光放大器，得到所述第二级输出信号光二 A ? B，实现信号光A和B的逻辑"与"运算；所述第二级输出信号光一 X .§、所述第二级输 出信号二A 分别经所述第三滤波器、所述第三滤波器滤波处理，作为所述加法器的输入， 所述加法器将所述第二级输出信号一 和所述第二级输出信号二相加，实现逻辑"或"运 算，即得到H-A.B = A.:)B
[0008] 本发明实现的逻辑门电路结构简单且兼具实用性。
【附图说明】
[0009] 图1为基于LOA-XGM波长转换示意图；
[0010] 图2为全光逻辑同或运算的理论模型图；
[0011] 图3为全光逻辑同或运算结果。
【具体实施方式】
[0012] 下面将结合附图对本发明的【具体实施方式】进行详细描述，这些实施方式若存在示 例性的内容，不应解释成对本发明的限制。
[0013] 在前期对于基于LOA-XGM全光逻辑运算研究的基础上，提出了基于LOA-XGM原理 来实现全光逻辑同或门的方案，并从LOA有源区内载流子密度、垂直光场光子密度速率方 程以及光功率传输方程出发，通过Simulink建模计算，实现了 LOA全光逻辑同或门的运算。
[0014] 基于LOA-XGM原理的逻辑门工作原理简单，易于实现，本发明提出了实现两路信 号的全光逻辑同或运算的方案。如图2所示，利用Simulink建模，模拟了 LOA全光逻辑同 或门运算的结果。该逻辑门包括3个L0A、3个滤波器和一个加法器，即：作为第一级输出 的第一线性光放大器L0A1，作为第二级输出的第二线性光放大器L0A2和第三线性光放大 器L0A3。所述第一线性光放大器LOAl的输入信号分别包括作为探测光的连续光CW(波长 A1)和作为强抽运光的信号光A (波长人2)，经第一滤波器，得到第一级LOAl输出乙当第 一级LOA1输出信号光.A作为探测光，信号光B (波长A 3)作为强抽运光一起输入L0A2时， 第二级L0A2的输出为X.J，即实现了信号光叉和1的逻辑"与"运算；当第一级LOA1输出 信号光:A.作为强抽运光，信号光B (波长A 3)作为探测光一起输入L0A3时，第二级L0A3的 输出为I.B = A.即实现了信号光A和B的逻辑"与"运算；最后将第二级L0A2和L0A3 的输出结果相加即得到H + A.B = A@B逻辑"或"运算结果。
[0015] 两束进入LOA的探测光和抽运光的功率大小以及输入光波长是影响逻辑运算的 重要参数，选取最优参数设置通过数值模拟实现了最优的全光逻辑同或的运算如图3所 示。A和B两路信号的逻辑同或运算真值表如表1所示。
[0016] 表1、逻辑NXOR的真值表
[0017]
[0018] 当信号光A和B为比特" 1"时，会消耗LOAl载流子密度，CW经过LOAl被饱和吸 收，输出为"〇" ；
[0019] 第一线性光放大器L0A1，连续光CW经过LOAl后被饱和吸收，输出为"0" ；只有当 信号光A和B为比特"0"时，连续光CW才能经过LOAl和L0A2得到放大，输出为" 1"。
[0020] 本发明的最佳实施描述如下：
[0021] 利用三个L0A，基于交叉增益调制原理进行逻辑同或运算。每个LOA的工作电流为 100mA，周期信号光A和B的码型为"101010101010"（周期为200ps)和"110011001100"（周 期为400ps)，选取探测光CW光功率P = 3mw，波长A >1530nm，信号光A和B的光功率P = l〇mw，波长A <1560nm时，输出逻辑同或运算结果有较大的失真；探测光CW功率P = 3mw， 波长X在1520nm-1540nm范围，信号光A和B的功率P = 10mw，波长A在1560nm-1580nm 时，输出逻辑同或运算结果较优；（例如，CW光功率为3mw时，通过LOA的分段模型进行数值 模拟，探测光波长选取为1530nm，抽运光波长选在1570nm，L0A的注入电流为IOOmA时能得 到较优的运算结果。）如果选取探测光CW光功率过大或过小，也会造成输出逻辑同或运算 结果有较大的失真。因此，探测光和信号光的功率和波长的选取是直接影响逻辑同或输出 运算结果的重要参数。
【主权项】
1. 一种基于线性光放大器XGM效应的全光逻辑同或门，其特征在于，该逻辑同或门包 括三个线性光放大器，即作为第一级输出的第一线性光放大器、作为第二级输出的第二线 性光放大器和第三线性光放大器；三个滤波器，即第一滤波器、第二滤波器和第三滤波器， 以及一个加法器；其中：所述第一线性光放大器的输入信号分别包括作为探测光的连续光 CW和作为强抽运光的第一信号光A，经所述第一滤波器滤波处理，得到第一级输出信号光 A ;所述第一级输出信号光S作为探测光、第二信号光B作为强抽运光一起输入所述第二 级输出的第二线性光放大器，经所述第二滤波器滤波，得到第二级输出信号光一 A.B，实现 信号光在和B的逻辑"与"运算；所述第一级输出信号光在作为强抽运光，信号光B作为探 测光一起输入所述第二级输出的第三线性光放大器，得到所述第二级输出信号光二A · B， 实现信号光A和B的逻辑"与"运算；所述第二级输出信号光一 A.g、所述第二级输出信号 二A ·Β分别经所述第三滤波器、所述第三滤波器滤波处理，作为所述加法器的输入，所述加 法器将所述第二级输出信号一和所述第二级输出信号二相加，实现逻辑"或"运算，即 得至IjX. B+A-B = Ac..:. R.2. 如权利要求1所述的基于线性光放大器XGM效应的全光逻辑同或门，其特征在于，选 择探测光波长在1530nm附近、抽运光波长在1570nm附近、连续光CW的光功率为3mW、LOA 的注入电流为100mA、信号光A和B的功率P = 10mw，波长λ在1560nm-1580nm时，获得最 佳的逻辑输出结果。
【专利摘要】本发明公开了一种基于线性光放大器XGM效应的全光逻辑同或门，包括三个第一线性光放大器、三个滤波器以及一个加法器；第一线性光放大器的输入信号包括作为探测光的连续光CW和作为强抽运光的第一信号光A，得到第一级输出信号光；第一级输出信号光作为探测光、第二信号光B作为强抽运光一起输入第二级输出的第二线性光放大器，得到第二级输出信号光一，实现信号光和的逻辑“与”运算；第一级输出信号光作为强抽运光，信号光B作为探测光一起输入第二级输出的第三线性光放大器，得到第二级输出信号光二A·B，实现信号光A和B的逻辑“与”运算；将所述第二级输出信号一和第二级输出信号二相加，实现逻辑“或”运算，即得到。本发明实现的逻辑门电路结构简单且兼具实用性。
【IPC分类】G02F3/00
【公开号】CN105068357
【申请号】CN201510485873
【发明人】李茜, 金杰, 张强, 王冰
【申请人】天津大学
【公开日】2015年11月18日
【申请日】2015年8月7日