基于非線(xiàn)性效應的光學(xué)邏輯門(mén)研究
基于馬赫-曾德干涉儀(Mach-Zehnder Interfer-ometers,MZI)的全光邏輯門(mén)的原理如圖3所示,SOA1和SOA2對稱(chēng)放置在干涉儀兩臂,連續的探測光通過(guò)一個(gè)耦合器分解成兩束,注入到干涉儀兩臂,波長(cháng)為λ1的兩路強度調制的信號光分別注入其中,信號光的峰值功率高于SOA的最大線(xiàn)性輸入功率,當輸入功率超過(guò)SOA的最大線(xiàn)性輸人功率時(shí),SOA的有源區內載流子密度就會(huì )發(fā)生變化,使有源區內的有效折射率發(fā)生改變,導致通過(guò)SOA的探測光的強度和相位發(fā)生變化,探測光經(jīng)過(guò)SOA就會(huì )攜帶上信號光的信息,兩路經(jīng)過(guò)相位調制的探測光在耦合器中發(fā)生干涉,將相位轉移成振幅調制,完成兩路信號的異或運算。

2.4 基于超快非線(xiàn)性干涉儀的全光邏輯門(mén)
超快非線(xiàn)性干涉儀(Ultrafast Nonlinear Interferometers,UNI)的工作原理如圖4所示,信號光經(jīng)過(guò)起偏器保持一定方向的偏振態(tài),經(jīng)過(guò)雙折射光纖后分離成具有不同偏振態(tài)相互正交且有一定延時(shí)的兩路脈沖,其中一個(gè)脈沖先進(jìn)入SOA,然后控制脈沖通過(guò)耦合器1輸入到SOA,接著(zhù)相互正交的后一脈沖再進(jìn)入SOA。由于前一脈沖強度小,SOA不會(huì )產(chǎn)生增益非線(xiàn)性,而后一脈沖將會(huì )遇到強的控制脈沖導致的SOA增益非線(xiàn)性,從而獲得一附加相移。

因此,當兩個(gè)脈沖經(jīng)過(guò)快慢軸與雙折射光纖BRF1正交的BRF2后,重新在時(shí)間上重疊。由于兩個(gè)脈沖有相位差,當它們通過(guò)45°檢偏器后將會(huì )產(chǎn)生干涉,從而有輸出;反之,如果沒(méi)有控制脈沖,則這兩個(gè)脈沖將會(huì )遇到相同的增益特性,沒(méi)有相差,在檢偏器中不能形成干涉,因而也就沒(méi)有輸出。當利用超快非線(xiàn)性干涉儀作為邏輯門(mén)時(shí),時(shí)鐘信號作為信號光輸入超快非線(xiàn)性干涉儀,再利用耦合器2輸入A和B兩個(gè)邏輯控制信號代替超快非線(xiàn)性干涉儀原來(lái)的控制信號,就可以獲得或門(mén)和異或門(mén)。
3 結 語(yǔ)
以上分析了幾種典型全光邏輯門(mén)的工作原理,其中,在利用半導體光放大器實(shí)現的全光邏輯門(mén)中,第二級半導體光放大器前置的摻鉺光纖放大器的輸入信號功率和消光比對邏輯與運算的輸出性能起決定性作用,而利用太赫茲光非對稱(chēng)解復用器實(shí)現全光邏輯門(mén)方案,具有結構簡(jiǎn)單、操作性強等優(yōu)點(diǎn),在實(shí)現邏輯操作的同時(shí)實(shí)現了波長(cháng)轉換,最后探測光作為載波攜帶邏輯結果輸出,同時(shí),此方案還具有擴展性,即能夠實(shí)現多個(gè)具有不同波長(cháng)的數據流的操作,如果改用偏振無(wú)關(guān)的半導體光放大器,可實(shí)現偏振無(wú)關(guān)的邏輯門(mén)。基于超快非線(xiàn)性干涉儀的全光邏輯門(mén),利用反向控制光實(shí)現全光或門(mén)和異或門(mén),同時(shí)信號光和控制光可實(shí)現單一波長(cháng)工作,加之采用了半導體光放大器,使得結構緊密,連同基于馬赫一曾德干涉儀的全光邏輯門(mén),均具有便于集成的優(yōu)點(diǎn),用于未來(lái)的全光信號處理頗有前途。
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