一种光控光子逻辑门的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种光子逻辑门，具体涉及一种基于单模激光器光控光子逻辑与非门 和或非门。
【背景技术】
[0002] 在现代激光技术中，具有外腔反馈的半导体激光器系统得到了广泛开发研究，它 采用具有不同周期结构的光纤光栅元件对从激光器辐射的激光模式进行选择反馈，被反馈 的激光模式将再次注入激光的激活区，如此反复，被反馈的激光模在整个反馈激光系统里 面被振荡放大，最后输出单模或多模激光。
[0003] 内置外腔型单模法布里-珀罗激光器是近年来所提出一种新型结构装置的半导体 单模激光系统，与传统单模激光器相比，它在模块尺寸和价格方面具有明显的优势，另外， 该单模激光器所具有高边模抑制比和可调谐范围大，使其在各个方面的应用更加出色。到 目前为止，该单模激光器已实现了高性能的波长转换、光逻辑门、光开关和光学记忆技术的 应用，但基于该单模激光器的光控逻辑门运算操作还未见报道，因此，本发明将利用内置外 腔单模法布里-珀罗激光器为核心控制单元来实现光控逻辑运算功能。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题就是提供一种光控光子逻辑门，它能将控制激光和信 号激光输入单模激光器，由单模激光器产生的新激光作为两个信号激光的逻辑与非和逻辑 或非运算。
[0005] 本发明所要解决的技术问题是通过这样的技术方案实现的，它包括有控制激光脉 冲I、第一信号激光脉冲A和第二信号激光脉冲B的三个输入波导，一个输出波导T，光耦合 器，环形器和单模激光器，三个输入波导通过光耦合器连接具有单向传输特性的环形器端 口一，环形器端口二连接单模激光器，环形器端口三连接输出波导T。
[0006] 本发明的工作原理:控制激光脉冲I、第一信号激光脉冲A和第二信号激光脉冲B为 具有TE偏振态的激光，它们的波长不相同。三束激光脉冲经过功率耦合比相同的光耦合器 进行合成后，经环形器注入进单模激光器中，在单模激光器中进行外部注入的三束激光与 单模激光器本身的辐射激光之间形成模式竞争，模式竞争的强弱将决定单模激光器是否发 生注入锁定效应，发生注入锁定，单模激光器本身的单模辐射被抑制，此时单模激光器无输 出激光，逻辑为"〇"，相反，单模激光器未发生注入锁定而产生激光，逻辑为"Γ。
[0007] 所以本发明的技术效果是:实现了两个信号激光的逻辑与非和逻辑或非运算。
【附图说明】
[0008] 本发明的【附图说明】如下： 图1为本发明的结构示意图； 图2为TE偏振态激光发生装置的结构示意图； 图3为本发明测试装置的结构示意图； 图4为本发明逻辑与非运算的光谱图； 图5为本发明逻辑或非运算的光谱图。
[0009]图中：1.光耦合器;2.环形器;3.单模激光器;4.激光器;5 .第一偏振控制器;6.调 制器;7.第二偏振控制器;8.附加光耦合器;9.光谱分析仪;10.脉冲分析仪。
【具体实施方式】
[0010]下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明： 如图1所示，本发明包括有控制激光脉冲I、第一信号激光脉冲A和第二信号激光脉冲B 的三个输入波导，一个输出波导T，光親合器1，环形器2和单模激光器3,三个输入波导通过 光耦合器1连接具有单向传输特性的环形器2端口一，环形器2端口二连接单模激光器3，环 形器2端口三连接输出波导T。
[0011] 上述单模激光器3选用内置外腔型单模法布里-珀罗激光器，它的边模抑制比高、 调谐范围大和价格便宜，增加了逻辑门的可调谐动态范围和稳定性，同时也降低了的成本， 具有较好的经济效益。
[0012] 在单模激光器3的注入锁定中需要TE偏振态的激光实现逻辑操作过程，利用偏振 控制器使通过偏振控制器的激光束具有TE偏振态，如图2所示，TE偏振态激光发生装置包括 有激光器4、第一偏振控制器5、调制器6和第二偏振控制器7,所述的激光器4、第一偏振控制 器5、调制器6和第二偏振控制器7依次连接。激光器4发出激光束，经过第一偏振控制器5进 行偏振态调节，调制器6的作用是对从第一偏振控制器5出来的连续激光进行脉冲码型调 制，然后得到强度随时间变化的二进制脉冲波形，再经过第二偏振控制器7调节激光束到TE 偏振态(因为经过调制器6后激光束偏振态有所变化）。
[0013]逻辑运算的测试 如图3所示，控制激光脉冲I、第一信号激光脉冲A和第二信号激光脉冲B三束光分别由 相应的三个TE偏振态激光发生装置提供，输入本发明的光控光子逻辑门后，从输出波导T获 得光信号输出。输出的激光经过50/50功率均分的附加光耦合器8进行分束，一半能量的输 出光束进入光谱分析仪9进行逻辑运算的光谱分析，另一半能量的输出光束达到脉冲分析 仪10进行逻辑运算波形的分析。本发明是利用注入锁定的过程与外部注入功率和注入波长 与所选择单模激光器边模之间的波长失谐(波长失谐=注入模的峰值波长-所选择邻近的激 光边模的峰值波长），密切依赖的关系来实现逻辑运算功能。当波长失谐固定时，仅需调谐 控制脉冲、第一信号激光脉冲和第二信号激光脉冲的总注入功率的强弱来控制注入锁定的 开关行为，注入功率太低，单模激光器不能实现注入锁定，相反，提高注入功率到一定值时， 单模激光器的辐射模被抑制，实现注入锁定。同理，如果固定总注入功率为一定值时，可通 过调谐波长失谐来实现注入锁定的开光状态，波长失谐越短，越容易实现注入锁定，为提高 注入锁定状态下的边模抑制比，调谐注入波长略大于所选择的单模激光器边模波长。
[0014]在本发明中，要实现与非运算，采用固定三束激光脉冲的波长失谐，控制激光脉冲 功率分别高于两束信号激光脉冲的功率，但是只有在三束激光脉冲同时为逻辑"Γ时，单模 激光器辐射模被抑制，实现逻辑"〇"输出，在其他情况下，单模激光器本身的辐射模均不能 被抑制，输出信号为逻辑"Γ，从而实现光控光子逻辑与非运算。在或非运算中，相对于前面 实现的逻辑与非运算而言，固定波长失谐不变，进一步提高控制激光脉冲和两束信号激光 脉冲的功率，使控制激光脉冲和其中任一束信号激光脉冲的总功率就可以使单模激光器辐 射模被抑制，实现逻辑"〇"输出，但是仅有两束信号激光脉冲的总功率却不能抑制单模激光 器的辐射模，因而实现了光控光子逻辑或非运算。
[0015] 1、与非门的逻辑运算 光谱分析仪所得的测试光谱图如图4所示。其真值表见表1: 表1.光控逻辑与非门(NAND)真值表
从表1中看出：只有当控制激光脉冲I为逻辑一信号时(真值表中前四组组合），第一信 号激光脉冲A和第二信号激光脉冲B与输出光之间满足逻辑与非的运算关系，当控制激光脉 冲I为逻辑零信号时(真值表中后四组组合），逻辑门不能进行有效的逻辑运算。
[0016] 图4(a)_(h)给出了真值表1中8组的实验光谱图。从图中可以看出，只有控制激光 脉冲I为逻辑一信号时，逻辑门才能实现光子逻辑与非运算，所以本发明的逻辑门受控制激 光脉冲I的控制。图中，单模激光器的辐射模就是逻辑运算的目标逻辑信号，由于模式竞争 和交叉增益调制导致图4(a)中三束光的强度有所差别，由于控制激光脉冲I为逻辑一信号， 因此在第一信号激光脉冲A和第二信号激光脉冲B同时为逻辑一信号时，单模激光器的辐 射模被抑制，目标信号的输出光此时为逻辑零信号。但是在图4(b)中，当第二信号激光脉冲 B为零信号，第一信号激光脉冲A和控制激光脉冲I均为逻辑一信号时，单模激光器的辐射模 并没有被抑制，此时输出为逻辑一信号，进一步从图4(c)和(d)中可以看出，本发明实现了 光控逻辑与非门运算操作。
[00Π ] 2、或非门的逻辑运算 光谱分析仪所得的测试光谱图如图5所示。其真值表见表2: 表2.光控逻辑或非门（NOR)真值表
从表2中看出：只有当控制激光脉冲I为逻辑一信号时(真值表中前四组组合），第一信 号激光脉冲A和第二信号激光脉冲B与输出光之间满足逻辑或非的运算关系，当控制激光脉 冲I为逻辑零信号时(真值表中后四组组合），逻辑门不能进行有效的逻辑运算。
[0018] 图5(a)-(h)给出了真值表2中8组的实验光谱图。从图中可以看出，只有当控制激 光I为逻辑一信号时，逻辑门才能实现光子逻辑或非运算，逻辑门受控制激光脉冲I的控制。
[0019] 在图1所示的本发明的结构图中，输出波导T输出的激光包含有输入的控制激光脉 冲I、第一信号激光脉冲A和第二信号激光脉冲B，如果为了仅保留单模激光器辐射模的输 出，可在输出波导T上安装光学滤波器来实现。
[0020] 本发明利用单模激光器实现了光控光子逻辑运算功能，通过第三方控制激光来灵 活有效地控制信号激光之间的光子逻辑运算，增加了逻辑门的安全性和逻辑性，由于单模 激光器的高边模抑制比、大的调谐范围和价格便宜的特点，又增加了逻辑门的可调谐动态 范围和稳定性，还降低了逻辑门的成本，带来较好的经济效益。本发明将促进光学计算特别 是光子计算机的发展与应用，在未来绿色光网络中起重要作用。
【主权项】
1. 一种光控光子逻辑门，其特征是:包括有控制激光脉冲I、第一信号激光脉冲A和第二 信号激光脉冲B的三个输入波导，一个输出波导T，光親合器（1)，环形器（2)和单模激光器 (3)，三个输入波导通过光耦合器（1)连接具有单向传输特性的环形器(2)端口一，环形器 (2)端口二连接单模激光器(3)，环形器(2)端口三连接输出波导T。2. 根据权利要求1所述的光控光子逻辑门，其特征是:所述的单模激光器(3)为内置外 腔型单模法布里-珀罗激光器。
【专利摘要】本发明公开了一种光控光子逻辑门，它包括有控制激光脉冲I、第一信号激光脉冲A和第二信号激光脉冲B的三个输入波导，一个输出波导T，光耦合器（1），环形器（2）和单模激光器（3），三个输入波导通过光耦合器（1）连接具有单向传输特性的环形器（2）端口一，环形器（2）端口二连接单模激光器（3），环形器（2）端口三连接输出波导T。本发明的技术效果是：实现了两个信号激光的逻辑与非和逻辑或非运算。
【IPC分类】H01S3/098
【公开号】CN105470797
【申请号】CN201510878692
【发明人】吴建伟
【申请人】重庆师范大学
【公开日】2016年4月6日
【申请日】2015年12月4日