基于级联半导体光放大器实现全光逻辑与门的改进方案

基于级联半导体光放大器(SOA)实现全光逻辑与门的方案中,第一级输出信号质量直接影响逻辑与运算结果.采用载流子恢复较慢的体材料半导体光放大器用于第一级转换,在10 Gbit/s以上得不到理想的转换结果,限制了该方案实现逻辑与门的速率.利用光纤延时干涉仪(DI)和第一级半导体光放大器级联可以改善第一级输出信号质量,从而有效提高第二级全光逻辑与门的实现速率.阐述了改进方案中延时干涉仪的作用,并进行了数值模拟.根据实验结果,采用载流子恢复较慢的半导体光放大器级联延时干涉仪能够实现高速归零(RZ)信号和非归零(NRZ)信号的反码,从而得到较高速率的全光逻辑与门.实验实现了20 Gbit/s的伪随机归零和非归零信号的全光逻辑与门,对40 Gbit/s的结果进行了分析和讨论.     

输入信号消光比对光纤环形腔实现光信号复制的影响

首次从理论上推导利用光纤环形腔实现信号复制时输入信号消光比对环形腔输出信号消光比影响的定量关系,并在实验上观察到光信号中连续光基座引起复制信号消光比恶化的现象.实验测得了输入信号消光比对输出信号恶化程度的定量关系,与理论结果相符.通过减小连续光基座,实现了光纤环形腔对光信号的多次复制.利用掺铒光纤放大器(EDFA) 对环形腔进行功率补偿,及半导体光放大器(SOA)对输出信号进行功率均衡,实现了半功率复制10次以上.     

基于MZI结构和级联SOA的宽相位容限全光异或门

传统使用半导体光放大器(SOA)中交叉相位调制( XPM)效应构成全光逻辑异或(XOR)门的方案,由 于受到单个SOA中XPM效应自身原理的限制,需要精确的相位控制。本文提出了一种基于马赫 -增德尔干 涉仪(MZI)和级联SOA中XPM效应实现全光逻辑异或门的新方案。本文方案使用对称的MZI结构 ,在两臂 上分别放置两个级联的SOA,通过对时钟光的相位调制,达到对两级输入信号光进行XOR运算 的目的。在 40Gbit/s下的仿真结果表明,本方案易于调节,只需要两束输入信 号光以相反比例分光,即可对其进行异或 逻辑运算,在放宽了分光比取值范围的同时,也降低了对XPM效应中相位控制的要求,实现 了宽相位容 限的全光逻辑XOR门。研究了时钟光功率和输入信号分光比对逻辑运算结果的影响,发 现输入信号分 光比的不同步变化对输出信号质量的影响较为明显。对提高方案速率的方法进行了讨 论。     

波分复用-光时分复用波长转换信号的消光比研究

对基于半导体光放大器(SOA)交叉增益调制(XGM)效应的全光波分复用一光时分复用(WDM—OTDM)转换后的两路时分复用输出信号的消光比(ER)特性进行了分析。研究了两路波分复用的输入抽运光和探测光的功率、波长、抽运光的消光比、数据速率以及半导体光放大器的偏置电流、腔长和模场限制因子对转换信号消光比的影响。模拟结果表明，增大抽运光输入功率，选择长波长抽运光，可以增加转换光相应信道消光比，但减小了相邻信道的输出消光比；增加抽运光消光比，可以提高转换光消光比，但各个信道增长幅度不同；减小探测光输入功率，选取短波长探测光波长，增加半导体光放大器的腔长和模场限制因子以及大的偏置电流可提高转换光消光比；对于两路或多路波分复用信号转换时分复用信号的过程中，一定要考虑转换光每个信道消光比的均衡。     

SOA-XGM全光波长变换器的特性分析

对基于半导体光放大器交叉增益调制实现的全光波长变换器的工作特性进行了分析，归纳了要取得较好的变换效果，应在输入信号光功率、波长、偏置电流、放大器腔体长度等方面作合理的选择，使输出信号的消光比、信噪比等指标符合要求。     

基于量子点半导体光放大器的全光逻辑或门研究

利用量子点半导体光放大器的超快增益恢复特性和交叉增益调制效应,建立了基于量子点半导体光放大器的对称型马赫-曾德尔干涉仪模型,数值实现了对160Gb/s归零码信号的全光逻辑或门运算,并分析了多种系统参数对输出性能的影响。结果表明:一方面,增大注入电流、有源区长度和输入信号光功率均可以提高或门输出信号的Q因子;另一方面,载流子从润湿层到激发态的弛豫时间变短以及较小的线宽增强因子和限制因子也有利于获得较高的Q因子。此外,存在一个最佳的输入信号脉冲宽度使得Q因子的值最大。因此,通过合理优化这些参数值可以大大提高逻辑或门的性能。     

基于半导体光放大器的新型全光逻辑与门

为了实现基于半导体光放大器的全光逻辑与门,采用了在半导体光放大器构成的马赫-曾德尔干涉仪的基础上,注入外部连续光的方法.以半导体光放大器速率方程为基础,对设计方案进行了理论分析和仿真验证,取得了不同重复周期、不同脉冲宽度的光脉冲序列经过全光逻辑与门操作后的输出数据.结果表明,该方案能对传输速率为10Gbit/s或以下的信号进行正确与运算,同时,外光注入可以有效提高半导体光放大器信号处理速度.这一结果对基于半导体光放大器的全光逻辑的设计是有帮助的.     

基于半导体光放大器的新型全光逻辑与门

为了实现基于半导体光放大器的全光逻辑与门,采用了在半导体光放大器构成的马赫-曾德尔干涉仪的基础上,注入外部连续光的方法。以半导体光放大器速率方程为基础,对设计方案进行了理论分析和仿真验证,取得了不同重复周期、不同脉冲宽度的光脉冲序列经过全光逻辑与门操作后的输出数据。结果表明,该方案能对传输速率为10Gbit/s或以下的信号进行正确与运算,同时,外光注入可以有效提高半导体光放大器信号处理速度。这一结果对基于半导体光放大器的全光逻辑的设计是有帮助的。     

基于LOA-XGM全光逻辑与门的理论研究

提出了基于线性光放大器(LOA)的交叉增益调制(XGM)原理来实现全光逻辑与(AND)运算的理论模型,通过Simulink模块构建,使其更好地仿真出逻辑输出结果,并且分析不同参数对与输出结果的影响。结果表明:由于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很好的钳制,使其具有良好的线性增益特性,因而利用级联LOA实现逻辑门运算时所发生的畸变远比在SOA中小;适当地选择输入信号光的波长范围和光功率,会得到更优的逻辑与运算结果。     

基于单端SOA波长转换器的消光比特性分析

对一种基于单端半导体光放大器(SOA)的交叉增益调制型(XGM)全光波长转换器结构建立了动态理论模型,以这个模型为基础分析了抽运光功率、探测光功率、剩余反射率、转换波长转换间隔、注入电流对转换后探测光的输出消光比的影响.结果表明,利用单端SOA实现波长转换比普通SOA实现波长转换将获得更好的输出消光比特性.     

基于QD-SOA-XGM的全光逻辑或非门研究

为了改善基于交叉增益调制效应的量子点半导体光放大器全光逻辑或非门的性能,研究了QD-SOA-XGM全光逻辑门的码型效应特性,用两个连“1”脉冲和单个“1”脉冲的峰值功率来衡量,即P30/P20。研究结果表明:第一级输入电流越小,逻辑或非门的性能越好,而第二级输入电流对或非门性能影响很小;在一定范围内,输入连续光功率越大、有源区长度越长、有源区宽度越宽、最大模式增益越大、损耗系数越小,或非门输出效果越好。     

Experimental study on all-optical half-adder based on semiconductor optical amplifier

We demonstrate a novel all-optical haft-adder based on two semiconductor optical amplifiers （SOAs）. Two optical bandpass filters are used to select the two idlers generated by four-wave mixing （FWM） effect of the first SOA. Therefore, the AND gate and XNOR logic are realized simultaneously. The second SOA acts as a NOT gate, in which the NOR logic is achieved with the input of the logic XNOR. As a result, the output is the sum of the two input bits and the carry. In the experiment, all-optical haft-addition calculation is achieved between two 10 Gb/s signals.     

High-speed all-optical AND gate using nonlinear transmission ofelectroabsorption modulator

We investigated an all-optical logic AND operation at 10 Gb/s using nonlinear transmission of electroabsorption modulator pumped with two counterpropagating data streams. The transmitted pump itself was used as the output of the optical gate to obtain high extinction ratio, and high-output peak powers. The gate has been tested using 2³¹ -1 long pseudorandom bit sequence. The logical output of the gate has an extinction ratio of more than 10 dB with good eye opening. Our measurements of the gate transmission window show that all-optical logic operation up to 100 Gb/s is feasible     

利用光纤参量放大器构成全光与门

利用光纤参量放大器(FOPA)中的波长转换特性完成全光与逻辑运算。以波长转换的原理为基础, 从两路输入光波的四种码字组合的相位匹配关系入手, 证明了FOPA的闲散光输出与两路输入光波的逻辑关系符合与门的逻辑。通过龙格-库塔方法数值求解非线性耦合方程组, 仿真证实了FOPA的输出与输入光波满足全光与门的逻辑, 研究了此全光与逻辑门闲散光波的输出功率随光纤长度、输入光波的功率比值以及输入光波波长位置的变化关系, 为实际中优化设计全光与门提供了参考。并对100 Gb/s的全光与逻辑运算中所应选择的输入光波脉冲宽度的问题进行了讨论。     

All-optical analog-to-digital converters, hardlimiters, and logicgates

The authors propose and analyze the optical signal processing functionality of periodic structures consisting of alternating layers of materials possessing different Kerr nonlinearities. They explore structure-materials-performance relationships in all-optical analog-to-digital converters, hardlimiters, and AND and OR gates. They show that their proposed analog-to-digital converters can extract a binary word from multilevel optical signals in a single bit interval. They also propose a family of optical limiters whose output signal clamps to a set upper logic level for any input value exceeding a chosen threshold. They explore the performance of an all-optical logic gate whose forward-directed output implements a binary AND and whose backward-directed output implements an OR function     

基于PPLN波导的全光译码器的设计与研究

随着互联网的发展,网络数据流量极速增长,全光网(AON)概念的提出有利于解决可用带宽受限、信号传输速率较低等问题。其中,全光逻辑信号处理为AON的重要组成部分。根据周期性极化铌酸锂(PPLN)波导的二阶非线性效应原理,将产生的输出信号连续送入不同的PPLN波导进行叠加处理,设计出全光2线-4线译码器的波导级联结构,通过数值计算仿真得到了波形图和眼图,分析了全光2线-4线译码器输出信号的半高全宽(FWHM)、峰值功率、延迟时间和消光比。仿真结果表明:采用PPLN波导级联的方式实现了2线-4线译码器在光域中的逻辑功能,同时保证了光信号的传输质量,为PPLN波导的全光信号处理提供了新的器件类型。     

基于QD-SOA交叉相位调制全光逻辑或门啁啾特性的研究

利用马赫-曾德尔干涉仪(Mach-Zehnder Interferometer,MZI)结构实现了基于量子点半导体光放大器(Quantum-Dot Semiconductor Optical Amplifier,QD-SOA)交叉相位调制(Cross-Phase Modulation,XPM)全光逻辑或门。变换光啁啾在一定程度上影响系统的传输性能与输出波形,通过求解跃迁速率方程,建立QD-SOA仿真模型,研究全光逻辑或门的啁啾特性,并仿真分析了有源区长度、背景光功率、脉冲宽度以及注入电流对啁啾的影响。结果表明:有源区长度设置在1.0~2.0 mm、背景光功率设置在小于0 dBm、脉冲宽度设置在1.0 ps左右,QD-SOA-XPM全光逻辑或门的性能较好。     

基于PPLN波导的全光4线-2线优先编码器

全光网要在光域上实现信息的传输以及路由的交 换,需要依靠全光逻辑器件来完成。但是由于已实 现的全光逻辑器件功能较为单一,使得全光分组交换技术无法达到实用阶段。为开拓新的全 光逻辑运算功 能,在PPLN波导的和频+差频效应(SFG+DFG)基础上,提出了全光4线-2线优先编码器设计 方案。首 先根据PPLN波导的全光逻辑运算原理,分析4线-2线优先编码器的逻辑表达式,然后利用一 个PPLN波 导实现4线-2线优先编码器的高位输出,利用两个PPLN波导级联实现4线-2线优先编码器的 低位输出。 通过数值仿真得到信号波形和眼图,计算了消光比、脉冲宽度、半高全宽和峰值功率延迟时 间,分析结果 表明,本方案能在光域实现4线-2线优 先编码器的逻辑功能,且输出信号质量较好,扩展了 PPLN波导在全光逻辑信号处理方面的能力。