[发明专利]一种全光数值比较器

说明书

技术领域

本发明涉及了全光逻辑处理领域，具体涉及了一种全光数值比较器，该装置基于非线性光波导级联和频和差频(SFG+DFG)效应和半导体光放大器交叉增益调制(XGM)效应，实现了一种有两路输入信号的数值比较器。

背景技术

随着网络容量的增加和信号传输与交换速率的不断提高，由于集成电路加工工艺和半导体材料本身的限制，电子学的瓶颈效应捋日趋明显。在未来智能化全光网络中，电学领域的器件会受到电子瓶颈的严重困扰；相比之下，全光信号处理技术则能充分发挥光波在高速信号处理方面的优势。因此，高速全光信号处理捋是未来的发展趋势。

任何一个完整的通信系统都有各种各样的逻辑器件，光纤通信系统也不例外。随着系统复杂程度不断增加，迫切需要发展具有复杂逻辑运算功能的全光逻辑器件，而全光数值比较器就是其中之一。

要实现全光数值比较器必须要使装置分辨出A光输入没有B光输入有B光输入没有A光输入有A光也有B光输入或没有A光也没有B光这三种状态。通过查阅资料发现，在之前的研究中，华中科技大学的Y.Wang等人在2007年利用了半导体光放大器中的交叉增益调制(XGM)和四波混频(FWM)来实现了全光数值比较器。这个方案取得了比较好的结果，但是仍存在一些不足之处，由于半导体光放大器中四波混频效率比较低，因而获得的AB结果较弱，增大了误码率为了弥补这一不足，需要在半导体光放大器后面再加一个掺铒光纤放大器。整个方案需要三个半导体光放大器和一个掺铒光纤放大器，使得整个方案较复杂。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供了一种全新的全光数值比较器方案。非线性光波导在光信号逻辑处理中的优势是检测AB状态，而半导体放大器在光信号逻辑处理中的优势是检测状态。本发明结合了非线性光波导和半导体光放大器在光信号处理中各自的优势，实现了对两路输入信号的数值比较，并减少了器件数量，简化了结构，便于集成。

本发明采用的数值比较技术方案为：

本装置通过检测信号光A和信号光B的输入状态来实现了对两路输入信号的数值比较。输入本装置的光被第一光耦合器耦合在一起，再经过第二光耦合器被分为上下两路。上路光依次通过非线性光波导和光波分解复用器，下路光依次通过半导体光放大器和滤波器。

如果只有单路信号光A或B输入，在上路，信号光通过非线性光波导，然后从波分解复用器中与其波长相对应的输出端口输出，在下路，信号光和探测光在半导体光放大器发生交叉增益调制导致探测光被抑制，使得滤波器后的端口没有光输出，这就实现了对只有单个信号光输入的情况即和的检测，从而输出了“A＞B”或“A＜B”的比较结果。

如果两路信号光A和B都有输入，在上路，两路信号光和探测光在非线性光波导中发生级联和频和差频非线性效应，导致两路信号光被消耗并产生了一个空闲光，空闲光通过波分解复用器，然后经过第三光耦合器后的输出端口输出，在下路两路信号光和探测光在半导体光放大器发生交叉增益调制导致探测光被抑制，使得滤波器后的端口没有光输出，这就实现了对有两个信号光输入的情况即AB的检测。

如果没有信号光A也没有信号光B输入，在上路，非线性光波导中没有信号光通过也不发生非线性效应，波分解复用器后的输出端口没有光输出，在下路，没有信号光通过半导体光放大器所以不会发生交叉增益调制，仅有探测光通过半导体光放大器后，经过滤波器，然后经过第三光耦合器后的输出端口输出，这就实现了对两个信号光都没有输入的情况即的检测。

由于对AB和的检测结果都是经过第三光耦合器后的输出端口输出，所以这个端口的输出代表了“A＝B”时的比较结果

综上，本方案所涉及的全光数值比较器的真值表如表1所示，“1”代表有光输入或输出，“0”代表没有光输入或输出：

表1

本发明的有益效果是，结合了非线性光波导和半导体光放大器在光信号处理中各自的优势，实现对两路输入信号的数值比较，并减少了器件数量，简化了结构；本装置中波分解复用器也可换成其他分波设备，比如一个一分三光耦合器和三个滤波器，这样虽然增加了设备数量，但是可以降低设备成本。

附图说明

图1为本发明实现的全光数值比较器的结构示意图；

图2为非线性光波导中级联和频和差频效应示意图。

具体实施方式

信号光A、信号光B和探测光波长不同，信号光A的波长和信号光B的波长满足非线性光波导中发生和频(SFG)效应准相位匹配的要求。