[发明专利]一种无源的全光逻辑门及偏振转换器

说明书

本发明提供了一种无源的全光逻辑门及偏振转换器，该全光逻辑门包括光纤环、偏振合束器、偏振分束器、耦合器、放大器，所述偏振合束器和所述偏振分束器安装在光纤环上，所述耦合器与所述光纤环相连，所述放大器与所述偏振合束器相连；设将初始相位为0的信号光从信号端输入经耦合器输出为初始功率相同的顺时针和逆时针光脉冲，控制光与顺时针光相互作用，调节控制光对顺时信号光的相位调制量，从而改变顺时信号光与逆时信号光的相位之差，从而控制耦合器从不同的端口输出。本发明的有益效果是：本发明适合超高速、超短脉冲的传输系统。在速率为160 Gb/s、脉冲宽度为fs量级的传输系统中实现了全光逻辑与、非、异或运算。

技术领域

本发明涉及光信号处理技术领域，尤其涉及一种无源的全光逻辑门及偏振转换器。

背景技术

全光逻辑门是一种多用途的光信号处理器件，可以不经过“光—电—光”的转换，直接在光域中进行各种数据处理、分组交换。可全光地在网络中进行包转发、标签\包头交换、时钟提取、有效位的划分，在数据处理中进行：判决、信号再生、基本和复杂的运算、伪随机码序列的生成、奇偶校验、解复用、位模式识别、数据加密/解密等等。在新一代的全光网络中，全光逻辑门作为其基本技术器件拥有巨大的应用潜力，并且随着光计算机的发展，全光逻辑门作为其中的核心器件必将发挥重要的作用。

目前研究的全光逻辑门按构成材料、工作原理主要可以分为以下几大类：基于SOA(半导体光放大器)型、基于光纤非线性效应型、基于光孤子型、基于光子晶体型等。

迄今为止，众多国内外学者对全光逻辑门进行了研究并取得了一些成果。基于SOA型全光逻辑门：2002年美国康涅狄格州的物理学院利用 SOA-MZI差分相位调制技术验证了速率为10Gbit/s全光逻辑异或门，该逻辑门的输出脉冲宽度跟输入脉冲宽度相当。2005年，美国的南加利福尼亚大学的S.Kumar和A.E.Willner在SOA中同时利用四波混频效应(FWM)和交叉增益调制(XGM)实现全光异或非门。2009年，贝尔实验室设计了一种以一对光子集成的SOA-MZI全光逻辑门，并以实验验证了该结构在86.4Gb/s的速率下实现逻辑异或(XOR)、逻辑异或非(NXOR)操作。 2013年，S.K.Chandra等利用SOA的FWM效应，实现XNOR门全光逻辑。2016年，由张国等人提出基于QD-SOA的全光逻辑或非门，当泵浦光的峰值功率为10dBm，探测光峰值功率为小于等于-20dBm时，能得到较好的输出逻辑门波形。

利用光纤非线性效应的全光逻辑门：1988年，日本横须贺电气通信实验室的Toshio Morioka和武藏野电子通信实验室的Masatoshi Saruwatari 研究利用光纤的光克尔效应来做全光逻辑门，并且用速率为1.97Gb/s、光脉冲宽度为30ps的实验系统。2005年，南加利福尼亚大学电子工程系统学院Changyuan Yu等人利用光脉冲在长度为2km的高非线性光纤中的克尔效应引起的偏振旋转原理设计了一种全光异或门，并且从理论上证明了该种逻辑门的速率原则上是可以达到100Gb/s以上的。2008年，华中科技大学的武汉国家光电实验室的王健利用HNLF中的四波混频效应，在 40Gb/s的NRZ-DPSK系统中实验证明了一种多信道的全光异或门，在该实验中可以同时接收到三个通道的输出。2007年，南开大学现代光学研究所将高非线性光子晶体光纤和EDFA放大器引入Sagnac干涉仪中，报道了在实验中得到开关功率约为40Gb/s，消光比为15.9dB,2009年，哈尔滨工业大学的王菲等实现了超低开关功率(<1mW)的开关操作。