一种基于时间透镜成像的全光异或光逻辑门运算系统的制作方法

本发明涉及一种基于时间透镜成像的全光异或光逻辑门运算系统

背景技术：

随着超高速非线性光信号处理技术的发展,传统的电信号处理技术已接近电子速率瓶颈,利用光逻辑门电路代替电逻辑门电路已经引起人们的广泛兴趣。全光通信将是未来的主要通信方式，而全光逻辑技术使得结构复杂的电/光和光/电转换系统已不需要，而会直接采用全光处理系统。全光逻辑异或光逻辑门运算系统是光逻辑运算的的一种重要的基本元件，是实现全光网络高速化的重要器件。

时间透镜是指能够对光信号产生二次时间相移的一种光器件，时间透镜的实现方式多种多样，但大致上可以归纳为4类：基于电光相位调制器(eopm)的时间透镜、基于交叉相位调制(xpm)的时间透镜、基于四波混频(fwm)的时间透镜以及基于非线性晶体中的时间透镜，但由于和、差频效应对材料的要求较高，使得这种时间透镜在实际中的应用较少，在光通信领域中对信号进行处理，首选利用四波混频(fwm)来实现时间透镜效应。电场幅度分别为es(t)和ep(t)的信号光与泵浦光发生fwm作用，产生的闲置波电场幅度闲置光eidler相对于输入的信号光es而言引入了二次相移，这是fwm产生时间透镜效应的基本原理。

由输入段光纤(二阶色散量为φ″1＝β2sls)、时间透镜(焦距色散为φ″f＝-φ″p/2＝-β2plp/2)、输出段光纤(二阶色散量为φ″2＝β2ili)三部分形成一个时间透镜成像系统。前后两段光纤的色散量分别为φ″1＝β2sls，φ″2＝β2ili，时间透镜的焦距色散完全由泵浦光所历经的色散来决定，φ″f＝-φ″p/2＝-β2plp/2，β2s、β2i分别为两段光纤的二阶色散系数，β2p是泵浦光传输光纤的二阶色散系数；ls、li分别为前后两段光纤的长度，lp是泵浦光历经色散展宽的光纤的长度。当两段光纤的二阶色散量φ″1、φ″2与时间透镜的焦距色散φ″f之间满足成像条件时，就可以实现对输入光信号的放大或压缩，其中放大倍数m＝φ″2/φ″1。

技术实现要素：

为了克服现有技术中通过半导体材料的增益饱和特性实现全光逻辑运算功能的工艺复杂、光逻辑门速率不高、整个系统庞杂繁琐的不足，本发明提供了一种基于时间透镜成像的全光异或光逻辑门运算系统，不仅可使整个系统大为简化，也使得运算速率得到大幅度提高。

为了解决上述技术问题本发明采用的技术方案是：

一种基于时间透镜成像的全光异或光逻辑门运算系统，包括扩码子系统、时间透镜成像反演子系统和缩码子系统，所述扩码子系统的输出端与时间透镜成像反演子系统的输入端连接，所述时间透镜成像反演子系统的输出端与所述缩码子系统的输入端连接，所述扩码子系统中，将单码转换为双码；所述时间透镜成像反演子系统中，通过m＝-1倍的放大倍数，在泵浦光信号“1”码时实现双脉冲信号的反转；在泵浦光信号为“0”码时不会实现双脉冲信号的反转；所述缩码子系统中，将双码重新恢复回单码；信号经过全光异或光逻辑门运算系统的三个部分的共同作用，能够实现泵浦光为“1”码且信号光为“1”码时输出信号光为“0”码、泵浦光为“1”码且信号光为“0”码时输出信号光为“1”码、泵浦光为“0”码且信号光为“1”码时输出信号光为“1”码、泵浦光为“0”码且信号光为“0”码时输出信号光为“0”码，即实现了逻辑异或运算。

进一步，所述时间透镜成像反演子系统由输入段光纤、时间透镜和输出段光纤三部分构成，所述输出段光纤的二阶色散量φ″2与输入段光纤的二阶色散量φ″1相反，即φ″2＝-φ″1；所述时间透镜成像子系统的放大倍数m＝φ″2/φ″1＝-1，在时间透镜成像子系统的泵浦光脉冲持续期间，可同时涵盖两个信号光脉冲，并通过m＝-1实现对这两个信号光脉冲的反转，即实现将“10”转换为“01”，将“01”转换为“10”。

再进一步，所述时间透镜成像反演子系统中，由信号光与泵浦光在高非线性介质中发生fwm来实现时间透镜效应。

优选的，控制泵浦光脉冲宽度，使一个泵浦光脉宽能够涵盖两个时长的信号光脉冲对，从而实现对双码的反转。

再进一步，所述扩码子系统中，将单码转换为双码，即将信号光“1”变换为“01”，将“0”变换为“10”；所述缩码子系统中，将双码重新变回单码，即将“01”恢复为“1”，“10”恢复为“0”。也可以采用其他的单码和双码的转换方式。

所述时间透镜成像反演子系统中，在泵浦信号为“1”码时实现双脉冲信号的反转，即“10”变换为“01”，“01”变换为“10”；所述时间透镜成像反演子系统中，在泵浦信号为“0”码时不实现双脉冲信号的反转，即“10”变换后仍为“10”，“01”变换后仍为“01”。也可以采用其他反转方式。

本发明的技术构思为：首先，所述扩码子系统进行扩码，将信号光“1”码转换为“01”，“0”码转换为“10”；在时间透镜成像反演子系统中，当φ″2＝-φ″1时，放大倍数m＝-1，让泵浦光脉宽可涵盖两个信号光脉宽，此时当泵浦光脉冲为“1”码时，双脉冲经过时间透镜成像系统之后实现了时间上的反演，即“10”变换为“01”，“01”变换为“10”；而当泵浦光脉冲为“0”码时，双脉冲经过时间透镜成像系统不会发生时间上的反演，即“10”变换后仍为“10”，“01”变换后仍为“01”；最后，通过缩码子系统实现双信号回归为单信号，即将“01”恢复为“1”码，将“10”恢复为“0”码。总之，经过整个系统转换之后，信号光和泵浦光之间具有相同的脉冲码时得到的输出信号为“0”码，信号光和泵浦光之间具有不相同的脉冲码时则得到的输出信号为“1”码，基于时间透镜成像系统的反演特性，以及扩码和缩码两个子系统，为实现全光异或光逻辑门运算系统提供一种全新的实现方案。

本发明的有益效果体现在：光信号经过扩码子系统、时间透镜成像反演子系统、缩码子系统之后，可实现对信号和泵浦光的逻辑异或运算，该系统的优势尤其体现在能够对超高速光信号进行逻辑运算。

附图说明

图1是本发明的系统构图，其中包括，扩码子系统，时间透镜成像反演子系统，缩码子系统。

图2是时间透镜反演的原理图，当放大倍数m＝-1时，一对光脉冲获得了时间上的反演。

图3是在泵浦光脉冲为“1”码时脉宽为4ps的一对光脉冲(01)经过时间透镜成像子系统发生反演的示意图，其中，(a)是输入信号脉冲“01”，(b)是输出信号脉冲“10”。

图4是在泵浦光脉冲为“1”码时脉宽为4ps的一对光脉冲(10)经过时间透镜成像子系统发生反演的示意图，其中，(a)是输入信号脉冲“10”，(b)是输出信号脉冲“01”。

图5是在泵浦光脉冲为“0”码时脉宽为4ps的一对光脉冲(01)经过时间透镜成像子系统发生反演的示意图，其中，(a)是输入信号脉冲“01”，(b)是输出信号脉冲“01”。

图6是在泵浦光脉冲为“0”码时脉宽为4ps的一对光脉冲(10)经过时间透镜成像子系统发生反演的示意图，其中，(a)是输入信号脉冲“10”，(b)是输出信号脉冲“10”。

具体实施方式

下面结合附图通过具体实施方式对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围并不限于此。

参照图1～图6，一种基于时间透镜成像的全光异或光逻辑门运算系统，包括扩码子系统、时间透镜成像反演子系统和缩码子系统；所述扩码子系统将信号光“1”变换为“01”，将信号光“0”变换为“10”，目前的信号处理及通信领域中该方法是非常普遍的，所以这里不再赘述其实施过程；所述时间透镜成像反演子系统由输入段光纤、时间透镜和输出段光纤构成，所述输出段光纤的二阶色散量φ″2与输入段光纤的二阶色散量φ″1相反，即φ″2＝-φ″1；所述时间透镜成像子系统的放大倍数m＝φ″2φ″1＝-1；控制泵浦光脉冲宽度，使其持续期间可涵盖两个信号光脉冲，从而保证在泵浦光信号为“1”码时能够将一对光脉冲“10”反演为“01”，将“01”则反演为“10”；在泵浦光信号为“0”码时不发生反演即一对光脉冲“10”变换后仍为“10”，“01”变换后仍为“01”；所述缩码子系统将双码恢复回单码，即将“01”恢复为“1”，将“10”恢复为“0”，与扩码类似，此处不赘述其实施过程。

所述时间透镜成像反演子系统中，由信号光与泵浦光在高非线性介质中发生fwm来实现时间透镜效应。优选的，控制泵浦光脉冲宽度，使一个泵浦光脉宽能够涵盖两个时长的信号光脉冲对，从而实现双码的反转。

参照图2，为满足的成像条件，两个时间透镜成像子系统的参数均选择为：β2s＝20ps²/km，ls＝1km，β2i＝-20ps²/km，li＝1km，β2p＝20ps²/km，lp＝1km。此时，φ″2＝-φ″1，m＝-1。

如上图1～图6，当信号光和泵浦光之间具有相同的脉冲码时得到的输出信号为“0”码，而当信号光和泵浦光之间具有不相同的脉冲码时得到的输出信号为“1”码，实现了逻辑异或运算操作。在上述实施例中，缩短光脉冲宽度，即提高信号处理速率，系统性能良好，即该系统可有效处理高速的光数字信号，实现逻辑异或运算。