[发明专利]基于LOA-XGM的全光逻辑异或门

说明书

技术领域

本发明涉及全光通信逻辑运算技术领域。具体讲，涉及基于线性光放大器交叉增益调制LOA-XGM的全光逻辑异或门(XOR)。

背景技术

光计算是用光子代替电子进行大容量信息处理。由于光的并行性和高速性等物理性质，有可能开发远远超过电子技术的高性能信息处理系统。因此光计算已成为引人注目的研究领域。光计算将成为未来全光信息网络的支撑技术，使用全光信号处理技术的光网络将是未来网络的发展趋势。而全光逻辑门又是光计算的关键功能，它可以用于实现全光头信号提取、全光地址识别、标签交换、数据编码、奇偶效验、信号再生以及全光开关等。光计算所要解决的首要问题就是要在光域实现这些原来由电子技术完成的逻辑运算。学者们利用半导体光放大器和线性光放大器各种调制方式设计了多种逻辑门以满足全光通信的逻辑运算需求。

线性光放大器(linear optical amplifier/LOA)是一种新型的光放大器，因为其良好的线性增益特性，十分适合用作实现波长转换以及全光逻辑功能，比传统的SOA更能实现大容量、高速率的信息处理。由于传统的SOA在用于交叉增益调制(XGM)波长转换时，常工作在增益饱和区，在多信道情况下，可能出现严重的串扰。LOA利用有源区两侧的分布式布拉格反射镜(DBR)对入射光的增益形成了钳制，使LOA能更好地应用于多信道系统。Leuthold的实验进一步验证了LOA用于波长转换时，性能优于传统的。交叉增益调制(XGM)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LOA。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。

发明内容

为克服技术的不足，利用线性光放大器(LOA)的交叉增益调制(XGM)机制来实现全光逻辑异或门的运算。为此，本发明采取的技术方案是，基于LOA-XGM的全光逻辑异或门，由4个线性光放大器LOA1、LOA2、LOA3、LOA4，4个滤波器，加法器构成，波长为λ₁作为探测光的连续光CW₁和波长为λ₂作为强抽运光的信号光A一起注入线性光放大器LOA1，形成线性光放大器LOA1输出为波长为λ₁作为探测光的连续光CW和波长为λ₃作为强抽运光的信号光B一起注入线性光放大器LOA2，形成线性光放大器LOA2输出为线性光放大器LOA1输出信号光作为强抽运光，线性光放大器LOA2输出的作为探测光，一起注入线性光放大器LOA3，形成线性光放大器LOA3的输出为即实现了信号光A和的逻辑与运算；线性光放大器LOA1输出信号光作为探测光，线性光放大器LOA2输出的作为强抽运光，一起注入线性光放大器LOA4，形成线性光放大器LOA4的输出为即实现了信号光和B的逻辑与运算；将线性光放大器LOA3和LOA4输出到加法器后加法器输出结果A⊕B为；前述每个线性光放大器均通过对应的一个滤波器形成输出。

连续光CW功率P＝3mw，波长λ₁＝1530nm，信号光A和B的功率P＝10mw，

波长λ₂>1560nm，λ₃>1560nm。

与已有技术相比，本发明的技术特点与效果：

本文在发明人前期对于基于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异或门的方案，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全光逻辑异或门的运算；研究结果表明：适当选择输入探测光波长在1530nm，抽运光波长在大于1560nm范围内时，可以获得很好的逻辑输出结果；适当的选择连续光CW的光功率，也有利于改善最后的输出结果。

附图说明

图1基于LOA-XGM波长转换示意图；

图2全光逻辑异或运算的理论模型图；

图3全光逻辑异或运算的simulink建模图；

图4全光逻辑异或运算结果。

图中及下文：active medium：有源区激活介质

Highly reflecting DBR mirrors forming vertical cavity：高反射率分布布拉格反射镜形成的垂直腔

product：乘法器

scope：波形观测器

display：数据运行窗口。