一种全光逻辑门的制作方法

本发明属于光信息技术领域，特别是一种基于sagnac干涉仪和半导体光放大器交叉增益调制的全光逻辑门。

背景技术：

现代通信网络是在光纤环路上连接开关和路由等电子器件所构成的电光网络，这种电光网络所固有的“电子瓶颈”大大限制了网络的吞吐量。为此，全光网络应运而生。全光网络中信息的传输和交换全部使用光信号，不再需要中间的光——电和电——光转换过程，是下一代网络的理想选择。

全光开关器件是全光网络的基石，是实现全光交换的核心器件。利用半导体光放大器的非线性效应中的交叉增益调制以及1:1耦合器的交叉相位调制去控制和调节光波，实现相应的逻辑运算。现在基于半导体光放大器的全光逻辑门存在结构复杂、运行不稳定、跟偏振有关、运行速度慢等缺点。

技术实现要素：

本发明提供了一种结构简单、运行稳定、偏振无关、运行速度快、综合电位高的基于sagnac干涉仪和半导体光放大器交叉增益调制的全光逻辑门。

本发明采用的技术方案是：

一种全光逻辑门，其基于sagnac干涉仪和半导体光放大器交叉增益调制，其特征在于：包括sagnac干涉仪、两路泵浦信号以及一路探测信号，所述sagnac干涉仪中放置有第一半导体光放大器、第二半导体光放大器、第一波分复用器、第二波分复用器，所述探测信号进入sagnac干涉仪后分成两路方向相反的探测信号并分别进入第一半导体光放大器和第二半导体光放大器进行增益，所述泵浦信号也分别进入第一半导体光放大器和第二半导体光放大器进行增益大小调整，所述第一波分复用器设于第一半导体光放大器的出口端将第一半导体光放大器输出的探测信号和泵浦信号分离引出泵浦信号，所述第二波分复用器设于第二半导体光放大器的出口端将第二半导体光放大器输出的探测信号和泵浦信号分离引出泵浦信号，所述第一波分复用器分离后的探测信号和所述第二波分复用器分离后的探测信号在sagnac干涉仪环绕一周后从sagnac干涉仪结合输出。

进一步，所述sagnac干涉仪由长光纤和1:1的光纤耦合器构成，所述光纤耦合器具有端口c1、c2、c3、c4，端口c1与探测信号连接，端口c2为探测信号输出端，端口c3、端口c4分别与长光纤的两端连接，所述第一半导体光放大器、第二半导体光放大器、第一波分复用器、第二波分复用器均设于长光纤。

进一步，所述光纤耦合器的长度为1cm。

进一步，所述探测信号由第一连续波激光器产生。

进一步，所述第一连续波激光器的输出端连接有将弱探测信号输出至sagnac干涉仪的环形器。

进一步，进入所述第一半导体光放大器的泵浦信号由第二连续波激光器产生。

进一步，所述第二连续波激光器的输出端与第一调制器的输入端连接，所述第一调制器具有电信号输入，所述第一调制器的输出端与第一掺饵光纤放大器的输入端连接，所述第一掺饵光纤放大器的输出端与所述第一半导体光放大器的输入端连接。

进一步，进入所述第二半导体光放大器的泵浦信号由第三连续波激光器产生。

进一步，所述第三连续波激光器的输出端与第二调制器的输入端连接，所述第二调制器具有电信号输入，所述第二调制器的输出端与第二掺饵光纤放大器的输入端连接，所述第二掺饵光纤放大器的输出端与所述第二半导体光放大器的输入端连接。

进一步，所述第一半导体光放大器和第二半导体光放大器的外部注入电流为0.65a，微分增益系数为1×10^-20m²。

本发明的有益效果：结构简单、运行稳定、偏振无关、运行速度快、综合电位高

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为不同泵浦信号影响透射端的输出形成的异或门，只有当两个泵浦信号都有强的输入或都没有输入时，输出才为0。

具体实施方式

下面结合具体实施例来对本发明进行进一步说明，但并不将本发明局限于这些具体实施方式。本领域技术人员应该认识到，本发明涵盖了权利要求书范围内所可能包括的所有备选方案、改进方案和等效方案。

专业术语解释：

sagnac干涉仪：塞格纳克干涉仪，是利用塞格纳克效应构成的。激光经分束器分为反射和透射两部分。这两束光均由反射镜反射形成传播方向相反的闭合光路，并在分束器上会合，送入光探测器，同时也有一部分返回到激光器。在这种干涉仪中，两光束的光程长度相等。根据双束光干涉原理，在光电探测器上探测不到干涉光强的变化。

参见图1，本实施例提供了一种全光逻辑门，其基于sagnac干涉仪和半导体光放大器交叉增益调制，包括sagnac干涉仪3、两路泵浦信号b1、b2以及一路探测信号a1，所述sagnac干涉仪3中放置有第一半导体光放大器6-1、第二半导体光放大器6-2、第一波分复用器7-1、第二波分复用器7-2，所述探测信号a1进入sagnac干涉仪3后分成两路方向相反的探测信号af和ab并分别进入第一半导体光放大器6-1和第二半导体光放大器6-2进行增益输出探测信号af＇和ab＇，所述泵浦信号b1、b2也分别进入第一半导体光放大器6-1和第二半导体光放大器6-2进行增益大小调整，所述第一波分复用器7-1设于第一半导体光放大器6-1的出口端f2将第一半导体光放大器6-1输出的探测信号af＇和泵浦信号b1分离引出泵浦信号b1，所述第二波分复用器7-2设于第二半导体光放大器6-2的出口端f4将第二半导体光放大器6-2输出的探测信号ab＇和泵浦信号b2分离引出泵浦信号b2，所述第一波分复用器7-1分离后的探测信号af＇和所述第二波分复用器7-2分离后的探测信号ab＇在sagnac干涉仪环3绕一周后从sagnac干涉仪3结合成探测信号a2＇输出。

具体的，所述sagnac干涉仪3由长光纤和1:1的光纤耦合器构成，所述光纤耦合器具有端口c1、c2、c3、c4，端口c1与探测信号a1连接，端口c2为探测信号输出端，端口c3、端口c4分别与长光纤的两端连接，所述第一半导体光放大器6-1、第二半导体光放大器6-2、第一波分复用器7-1、第二波分复用器7-2均设于长光纤。本实施例所述光纤耦合器的长度为1cm。

本实施例所述探测信号a1由第一连续波激光器1-1产生。所述第一连续波激光器1-1的输出端a连接有将弱探测信号输出至sagnac干涉仪3的环形器2。环形器2的输出端b2与sagnac干涉仪3的端口c1连接。

本实施例进入所述第一半导体光放大器6-1的泵浦信号b1由第二连续波激光器1-2产生。所述第二连续波激光器1-2的输出端d1与第一调制器4-1的输入端e1连接，所述第一调制器4-1具有电信号m1(t)输入，所述第一调制器4-1的输出端e2与第一掺饵光纤放大器5-1的输入端h1连接，所述第一掺饵光纤放大器5-1的输出端h2与所述第一半导体光放大器6-1的输入端f1连接。

本实施例进入所述第二半导体光放大器6-2的泵浦信号b2由第三连续波激光器1-3产生。所述第三连续波激光器1-3的输出端d2与第二调制器4-2的输入端e3连接，所述第二调制器4-2具有电信号m2(t)输入，所述第二调制器4-2的输出端e4与第二掺饵光纤放大器5-2的输入端h3连接，所述第二掺饵光纤放大器5-2的输出端h4与所述第二半导体光放大器6-2的输入端f3连接。

本实施例所述第一半导体光放大器6-1和第二半导体光放大器6-2的外部注入电流为0.65a，微分增益系数为1×10^-20m²。连续激光器产生的泵浦信号经调制后最大功率达0.015×10^-3w。

本发明利用第一连续波激光器1-1产生弱信号的探测光，利用环形器2控制信号方向，通过优化，利用连续激光器产生泵浦信号经调制器放大后，达到最佳的逻辑运算效果，利用波分复用器引出原有的泵浦信号，利用1:1耦合器将探测光分成方向相反的两部分，利用半导体光放大器对输入的信号进行放大，输入强泵浦光时载流子被消耗，探测光实现低增益，输入弱泵浦光时，探测光实现高增益的特点实现逻辑关系。

第一连续波激光器1-1产生连续的探测信号a1后，经过环形2到达1:1耦合器耦合后生成顺时针与逆时针两种探测信号af和ab进入sagnac环中，连续激光器产生泵浦信号经过调制器时，利用数字信号对泵浦波进行调制，通过掺铒光纤放大器再放大得到b1和b2两个泵浦信号，半导体光放大器中，如果泵浦光强于连续探测光，会使大部分反转的载流子从高能态跃迁至低能态，消耗了载流子，从而使探测光放大需要的载流子减少。如果泵浦光很弱，甚至为0，那么，反转的载流子全部用于放大连续探测光，使探测光实现高增益，利用sagnac的干涉特性最终实现逻辑运算。

实现光信息逻辑运算的过程如下：

1、首先利用第一连续波激光器1-1产生低功率的连续信号，即为探测信号a1。

2、利用耦合器，由交叉相位调制，使探测光变成顺时针与逆时针的两束光信号ab、af。

3、利用连续激光器产生泵浦信号，利用调制器，数字信号a(t)对泵浦光进行调制，并利用掺铒光纤放大器进行放大，产生脉冲序列b1、b2。利用波分复用器引出泵浦信号，避免泵浦光对输出的影响。

4、向半导体光发大器中输入探测信号和泵浦信号，泵浦信号强弱时，影响半导体光放大器的增益是否达到饱和，从而改变相应的探测信号增益大小。此时的半导体光放大器对弱连续光进行交叉增益调制。

5、信号af、ab绕sagnac环一周后应再次到达耦合器，最终利用利用增益和干涉特性，实现异或门的逻辑运算。其中不同泵浦信号影响透射端的输出形成的异或门见图2所示，只有当两个泵浦信号都有强的输入或都没有输入时，输出才为0。