基于硅基微环谐振器的光学导向逻辑器件

光学导向逻辑器件是采用光开关网络执行逻辑运算的典型应用,光学网络中每一个开关的状态由施加到该开关的电学布尔信号决定。网络中每一个光开关的操作都是独立于其他光开关的操作,并且操作运算结果以光速在网络中传播。因此,光学导向逻辑器件具有非常高的运行速度,且总延迟非常小。硅基微环谐振器由于其尺寸小、功耗低、与CMOS工艺兼容等特性成为构建光学导向逻辑器件的理想单元器件。基于硅基微环谐振器的光学导向逻辑器件很容易实现大规模集成和低成本制备,已经提出并实现的基于硅基微环谐振器的光学导向逻辑器件包括"或/或非"、"与/与非"、"异或/同或"、编码器、译码器和半加器等。回顾了本课题组基于硅基微环谐振器实现的光学导向逻辑器件的研究成果和该领域的最新发展。     

新型电光逻辑门的设计及计算机图形光谱

光逻辑门是未来全光网络中光信息处理的核心元件,它可以实现高速光包交换,全光地址识别,数据编码,奇偶校验,信号再生等功能。采用微环谐振器设计了一种新型的电光逻辑门,结构通过三个非对称微环组成,分析耦合区的传输矩阵方程得出加载电压信号的变化能够实现微环折射率的变化,利用光强的逻辑开关特性可以实现光门逻辑。计算机仿真验证了工作波长1 600 nm时,实现的高电平50.7 V定义为逻辑1,低电平0 V定义为逻辑0,通过光强变化得出了6位逻辑运算;整个系统的响应时间理论上得到了1.8 ps,运算速率可达近200 Gbit/s。逻辑的双稳态分析中得出:微环发生最大谐振值时对应的控制波长等于微环未发生形变前的谐振波长和偏移量之和;调制可以通过微环谐振波长实现控制。这一研究对于未来全光通信的实现具有一定的意义。     

基于两个级联微环谐振器的电光导向光学译码器

实现了一种基于两个级联微环谐振器的导向光学译码器,器件利用等离子色散效应调制微环谐振器。制作工艺误差引起的两个微环谐振器谐振波长不一致可以通过微环谐振器上热极进行补偿。码型发生器产生的两个电学信号驱动微环谐振器的PIN结,由四个输出端口的光学信号给出译码结果。通过对器件的静态光谱分析得到工作波长和驱动电压。最终实现了100Mbps的动态译码结果。     

基于微环谐振器的光学数模转换器

提出并实现了一种基于微环谐振器的2位光学数模转换器,该器件由2个微环谐振器和2个1×2光学分束器构成,该结构可以将一个2位电学数字信号转换成一个光学模拟信号。在SOI晶圆上制备出该光学数模转换器,采用热光效应调制微环谐振器。在输出端口得到光学模拟信号。通过静态光谱测试,确定微环谐振器的驱动电压和工作波长,最终展示了50ksamples/s的动态数模转换结果。     

一种基于多个级联微环的高速多功能电光逻辑门

设计了一种基于多个级联微环谐振器的多功能逻 辑门。通过选择不同的输入口和输出 口,可实现与门/非与门(AND/NOT)、或门/或非门(OR/NOR)和异或门/同或门(XOR/XNO R)6种不同的逻辑运算。每次改变输 入口,可同时在两个输出口得到两种不同的逻辑运算。利用电光效应良好的聚合物作为 微环材料,输入两组不同的电压信号,通过Simulink仿真得出不同输出口的输出光场,证 明了6种逻辑运算的可行性。与之前报道的微环逻辑门相比,本文设计的逻辑门可实现的 逻辑功能更多,响应时间更短,损耗更小,尺寸也更小。     

光学逻辑器件和光学逻辑（Ⅰ）

文章综述了数字光计算研究中常常涉及到的光学逻辑器件以及光学逻辑运算。     

一种全光型光逻辑器件的理论研究

本文首次了光线性传输网络可实现非线性光逻辑功能的概念，从理论上分析了这种逻辑器件的实现原理和性能，并利用Ｙ波导及Ｍａｒｃｈ－Ｚｈｅｎｄｅｒ干涉仪的组合所构成的线性传输网络，实现了ＸＯＲ（异或门）和ＯＲ（或门）的逻辑运算。     

一种全光型光逻辑器件的理论研究

本文提出了光线性传输网络可实现非线性光逻辑功能的概念，从理论上分析了这种逻辑器件的实现原理和性能，并利用Ｙ波层及Ｍａｒｃｈ－Ｚｈｅｎｄｅｒ干涉仪的组合所构成的线性传输网络，实现了ＸＯＲ（异或门）和ＯＲ（或门）的逻辑运算。     

一种全光型光逻辑器件的理论研究

本文提出了光线性传输网络可实现非线性光逻辑功能的概念，从理论上分析了这种逻辑器件的实现原理和性能，并利用Ｙ波导及Ｍａｒｃｈ－Ｚｈｅｎｄｅｒ干涉仪的组合所构成的线性传输网络，实现了ＸＯＲ（异或门）和ＯＲ（或门）的逻辑运算。     

RST"与"逻辑发光器件探索研究

RST(实空间电荷转移)逻辑器件已能够实现"异或"、"或"以及"与非"功能.文中在分析RST器件、LD器件基本结构与工作原理的基础上,提出了一种新的器件结构,该器件结构将光发射器件和"与"逻辑器件纵向集成在一起,实现了"与"逻辑光发射功能.     

基于Mach-Zehnder结构微环谐振腔全光逻辑门的研究

为了解决全光逻辑门结构所需抽运能量过大的问题,提出了一种基于Mach-Zehnder结构微环谐振腔的全光控制逻辑门结构。通过在微环波导上加入空气孔加强对光的限制,增强了带边附近的3阶非线性效应,从而减小达到所需相移的抽运能量。将微环谐振腔与Mach-Zehnder结构结合,采用光学Kerr效应控制不同微环内相移的改变,从而实现不同逻辑门功能。同时进行了理论分析与仿真验证,计算了不同尺寸空气孔对于结构的影响,并对于不同逻辑功能的控制方法,验证了结构的可行性。结果表明,这种逻辑门结构所需抽运能量不超过10dBm,延迟处于皮秒量级,速度快,器件的尺寸处于微米量级,该结构可以同时实现不同的逻辑门状态,对于全光网络的研究有指导意义。     

光通信高速率调制系统设计及性能仿真测试

为了奠定未来光通信高效实行的基础,需要研究高速高质量的激光调制系统。本文在一般调制系统设计原则基础之上,从核心器件入手,选定了以DFB激光器、EAM为主的调制整体框架;之后进行了激光器周边辅助电路、调制器驱动电路以及调制器自身结构的精细化设计,形成了高速调制系统设计框图;利用光通信仿真平台Optisystem在临界调制速率1.12 Gbits、高速5 Gbits、超高速10 Gbits三种梯度下进行了该系统的性能测试。结果显示:1.12 Gbits到5 Gbits测试性能优异且稳步提升,表明该系统能够满足现阶段一般条件下的光通信高速调制需求;但10 Gbits下系统表现不够稳定,说明适应超高速条件下的调制系统还需进一步深入研究。该调制系统的设计和仿真对后续实测工作的开展具有重要指导意义。     

共振隧穿二极管型光探测器和光调制器

将共振隧穿二极管(RTD)的核心结构——双势垒系统与光探测器和调制器的原理相结合可构成共振隧穿光探测器和共振隧穿光调制器。这些器件既保持了RTD高频、高速的特点,同时又具备了光探测器和光调制器原有的功能,可用于光电集成电路。介绍了这种具有代表性的RTD型光电器件的工作原理、器件结构、制造工艺、器件参数测试等,为此类器件在国内的设计和研制奠定基础。     

利用单个电子捕获器件光学实现并行模糊逻辑

提出利用单个电子捕获 (ET)器件及对输入模糊逻辑变量进行面积编码的方法实现光学并行模糊逻辑操作。本方案采用单行编码方式 ,所以输出图像的像素行间没有间隙 ,图像依然是完整的。基于电子捕获器件的存储和擦除特性 ,两个模糊图像间的所有模糊逻辑函数都可以通过对输入编程来实现。此系统不需要取阈装置、透镜阵列和解码板 ,因而具有高速和大信息量的特点 ,且可紧凑化。最后给出实验结果     

一种基于压电控制FBG的改进型快速调谐OADM

在光纤通信系统中,OADM是实现波分复用技术的重要器件之一,其信道间隔、带宽及选频速度等参数决定了系统的性能。OADM的核心器件是光滤波器,为了提高其带宽及速度,提出了一种基于压电控制FBG的快速调谐OADM,设计了基于PZT快速控制应变场实现波长选通的调谐结构。系统调制电压范围为0~160 V,实现了对1548.325~1553.248 nm范围内的扫频。通过Matlab仿真分析获得了FBG有效长度、调制深度与反射光峰值反射率和反射带宽的函数关系,并依据此确定了系统参数。实验利用PZT对FBG进行波长选通控制,结果显示,加载曲线与卸载曲线基本相符、线性度好,能够实现快速窄带带通控制。并对1548.325 nm信号光的上、下载及直通进行了测试,结果符合设计要求。该新型OADM具有控制速度快、线性度高等优点,在光纤通信中具有一定的应用价值。     

微环共振器光开关在高速互连中的应用

在高性能计算机系统中, 极低延迟高吞吐量的光交换网络具有很多优势, 而光开关作为全光交换网络中的关键器件, 它的性能直接影响到光交换网络的交换能力, 是近年光通信领域的研究热点。半导体微环共振器作为近年提出的一种新的光开关解决方案, 在功耗、延迟、体积等方面具有优势, 目前吸引了越来越多研究机构的注意, 并先后提出了一些比较有价值的微环共振器光开关设计方案。结合目前国内外微环共振器光开关的最新进展, 分析了微环共振器光开关在高性能计算机和光交换网络中的应用, 需要进一步改进的研究重点, 以及微环共振器作为低延迟光开关的发展前景。     

Low-voltage MOBILE logic module based on Si/SiGe interbandtunnelling diodes

Si/SiGe interband tunnelling diodes have been grown by MBE on high resistivity (n^-) silicon substrates. The device enables a very low voltage, high-speed logic on a silicon substrate. A novel self-aligned diode is processed using optical lithography and dopant-selective wet chemical etching. A maximum speed index for a 60 μm² anode area device is evaluated to 2.2 ns/V resulting in a switching speed of 0.5 ns. A logic latch built of two series connected diodes (MOBILE principle) is demonstrated, showing very robust logic operation at a supply voltage as low as 0.3 V. The used technology may be employed for a co-integration with both SiGe heterostructure bipolar- and field-effect transistor technology and may contribute to future low-voltage high speed logic on Si substrates     

可编程光纤传输实验系统的设计

设计了一套以光收发模块为核心的数字信号光纤传输实验系统.数字信号处理部分选用了复杂可编程逻辑器件EPM7128SLC84-15,通过拨码开关可以产生伪随机序列并作为输入信号进入EPM7128输入端,对其进行任意编码后,信号进入光纤传输.接收端再进行解码处理,并用LED或示波器显示结果.实验系统工作可靠稳定,其不仅可用于数字信号光纤传输实验教学,而且在较短距离、较大容量的局域网信号传输中具有实用价值.     

Fast Resonance Frequency Optical Modulation in Superconducting Stripline Resonator

Fast resonance frequency optical modulation of a superconducting stripline resonator is investigated. The experiments are performed using a novel device which integrates a hot electron detector (HED) into a superconducting stripline ring resonator. Frequency modulation is demonstrated by both applying dc current or voltage to the HED, and by applying optical illumination, with modulation frequencies of up to 4.2 GHz. Potential applications for such a device are in telecommunication, quantum cryptography, and biofluorescence.