[发明专利]一种能延时存储的可重构动态全光混沌逻辑门

说明书

本发明公开了一种能延时存储的可重构动态全光混沌逻辑门，包括垂直腔表面发射激光器、光分束器、光隔离器、偏振分束器、减法器、可变衰减器、半波片和周期性极化铌酸锂晶体。本发明实现了基本全光混沌逻辑门运算间的任意切换，并能进行有效的延时存储，具体能够实现“与”门、“与非”门、“或”门、“或非”门、“异或”门、“同或”门运算间的任意切换以及延时存储。能延时存储的可重构的动态全光混沌逻辑门可推广应用到全光数字混沌时序、组合逻辑运算设备。

技术领域

本发明涉及涉及光子设备，特别是涉及一种能延时存储的可重构动态全光混沌逻辑门。

背景技术

众所周知混沌系统拥有丰富的动力学行为，它对微扰和初始条件很敏感。在最近几年， 在混沌应用方面有一个新的研究方向，那就是利用混沌系统固有的丰富模式来实现混沌计算。 混沌计算已经吸引了专家们的密切关注，因为它提供一个新的可重构的逻辑运算方案。在混 沌系统里，通过稍微地改变一些参数的取值，就能轻易地实现逻辑计算间的转换。这为实现 动态逻辑计算体系提供了可行的方法。在逻辑计算过程中，系统结构本身动态地改变。因此， 混沌逻辑器件相对于传统的逻辑器件有更多的优势，如安全性更高、灵活以及功耗更低。最 近，大部分基于混沌的基础计算已经在实验和理论中被实现。例如，基于Logistic映射,或非 门的电路实现方案被提出；基于单一的离散时间混沌系统能构造了动态逻辑门，并能实现用 于计算的所有逻辑门；基于Logistic映射，通过设计三个阈值，并对输出信号采用了不同的 模拟-逻辑映射关系，可以构造动态逻辑门；利用非线性电路的驱动-响应混沌同步系统，混 沌逻辑计算的实现方案被执行；同时也可通过使用遗传算法，来实现混沌逻辑门。

半导体激光混沌逻辑计算相对于非线性电路混沌逻辑计算有更多的优势，例如带宽更宽、 响应速度更快、更高的安全性以及更低的功率代价。光混沌逻辑计算是未来光混沌网络保密 通信最为关键的技术。然而，光混沌逻辑计算技术发展相对滞后，而且相关研究工作者对此 方向的研究关注较少，处于刚刚起步阶段。对于大部分光混沌信号的逻辑处理，例如复用、 解复用、转换、再生、存储以及计算的必要条件是具备低功耗以及高速的全光数字混沌逻辑 器件和时序逻辑器件。垂直腔表面发射激光器作为一种微型半导体激光器，相比于边缘发射 激光器，具有低阈值电流，单纵模工作，动态调制频率高，低功耗以及易于实现二维阵列等 优点。由于材料和腔的各向异性较弱，在自旋翻转模式下，垂直腔表面发射激光器能激射出 两个偏振分量。研究者们也已经付出了很多努力，观察受不同的偏振光反馈和注入电流扫描 速率的垂直腔表面发射激光器的偏振双稳态。偏振双稳态比吸收双稳态拥有更快的反应时间。 引人注目的是通过利用光注入垂直腔表面发射激光器的偏振双稳态，低功耗以及高速的全光 混沌逻辑计算可以被实现。如基于混沌的多量子阱激光器的主从响应混沌系统，能实现混沌 同或、或非，以及非逻辑门；利用三个混沌激光器的平行同步，能进一步实现了光电或非、 同或逻辑门；同时可采用不同的步骤利用光注入垂直腔表面发射激光器的偏振双稳态来执行 不同类型的混沌逻辑门。

然而在上述的方法中，一些重要的参数(如泵浦电流，光注入能量和失谐的注入光)的 轻微变化会改变输出偏振的状态。同时，由于偏振转换的不稳定，导致了在上述方法中的逻 辑门有很差的稳定性。另外，上述的激光混沌逻辑门的实现方案都是在静态条件下实现的， 并没有充分利用激光混沌丰富的模式来实现可重构的动态混沌逻辑门。同时，上述的基本的 逻辑门运算只能应用于组合逻辑光子设备，不能推广应用到全光数字混沌时序逻辑设备(如 全光触发器、锁存器等)。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能延时存储的可重构动态全光混沌逻 辑门，能够实现不同逻辑门运算功能之间的切换和完全混沌同步理论下的延时存储，稳定性 好，并能够应用到全光数字混沌时序逻辑设备。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种能延时存储的可重构动态全光混沌逻 辑门，包括第一平面镜、第二平面镜、第三平面镜、第四平面镜、第五平面镜、第六平面镜、 第一法拉第旋转器、第一半波片、第一周期性极化铌酸锂晶体、主垂直腔表面发射激光器、 第二周期性极化铌酸锂晶体和副垂直腔表面发射激光器；