基于非線性效應(yīng)的光學(xué)邏輯門研究
基于馬赫-曾德干涉儀(Mach-Zehnder Interfer-ometers,MZI)的全光邏輯門的原理如圖3所示,SOA1和SOA2對稱放置在干涉儀兩臂,連續(xù)的探測光通過一個(gè)耦合器分解成兩束,注入到干涉儀兩臂,波長為λ1的兩路強(qiáng)度調(diào)制的信號(hào)光分別注入其中,信號(hào)光的峰值功率高于SOA的最大線性輸入功率,當(dāng)輸入功率超過SOA的最大線性輸人功率時(shí),SOA的有源區(qū)內(nèi)載流子密度就會(huì)發(fā)生變化,使有源區(qū)內(nèi)的有效折射率發(fā)生改變,導(dǎo)致通過SOA的探測光的強(qiáng)度和相位發(fā)生變化,探測光經(jīng)過SOA就會(huì)攜帶上信號(hào)光的信息,兩路經(jīng)過相位調(diào)制的探測光在耦合器中發(fā)生干涉,將相位轉(zhuǎn)移成振幅調(diào)制,完成兩路信號(hào)的異或運(yùn)算。
2.4 基于超快非線性干涉儀的全光邏輯門
超快非線性干涉儀(Ultrafast Nonlinear Interferometers,UNI)的工作原理如圖4所示,信號(hào)光經(jīng)過起偏器保持一定方向的偏振態(tài),經(jīng)過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,然后控制脈沖通過耦合器1輸入到SOA,接著相互正交的后一脈沖再進(jìn)入SOA。由于前一脈沖強(qiáng)度小,SOA不會(huì)產(chǎn)生增益非線性,而后一脈沖將會(huì)遇到強(qiáng)的控制脈沖導(dǎo)致的SOA增益非線性,從而獲得一附加相移。
因此,當(dāng)兩個(gè)脈沖經(jīng)過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(dāng)它們通過45°檢偏器后將會(huì)產(chǎn)生干涉,從而有輸出;反之,如果沒有控制脈沖,則這兩個(gè)脈沖將會(huì)遇到相同的增益特性,沒有相差,在檢偏器中不能形成干涉,因而也就沒有輸出。當(dāng)利用超快非線性干涉儀作為邏輯門時(shí),時(shí)鐘信號(hào)作為信號(hào)光輸入超快非線性干涉儀,再利用耦合器2輸入A和B兩個(gè)邏輯控制信號(hào)代替超快非線性干涉儀原來的控制信號(hào),就可以獲得或門和異或門。
3 結(jié) 語
以上分析了幾種典型全光邏輯門的工作原理,其中,在利用半導(dǎo)體光放大器實(shí)現(xiàn)的全光邏輯門中,第二級(jí)半導(dǎo)體光放大器前置的摻鉺光纖放大器的輸入信號(hào)功率和消光比對邏輯與運(yùn)算的輸出性能起決定性作用,而利用太赫茲光非對稱解復(fù)用器實(shí)現(xiàn)全光邏輯門方案,具有結(jié)構(gòu)簡單、操作性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),在實(shí)現(xiàn)邏輯操作的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了波長轉(zhuǎn)換,最后探測光作為載波攜帶邏輯結(jié)果輸出,同時(shí),此方案還具有擴(kuò)展性,即能夠?qū)崿F(xiàn)多個(gè)具有不同波長的數(shù)據(jù)流的操作,如果改用偏振無關(guān)的半導(dǎo)體光放大器,可實(shí)現(xiàn)偏振無關(guān)的邏輯門。基于超快非線性干涉儀的全光邏輯門,利用反向控制光實(shí)現(xiàn)全光或門和異或門,同時(shí)信號(hào)光和控制光可實(shí)現(xiàn)單一波長工作,加之采用了半導(dǎo)體光放大器,使得結(jié)構(gòu)緊密,連同基于馬赫一曾德干涉儀的全光邏輯門,均具有便于集成的優(yōu)點(diǎn),用于未來的全光信號(hào)處理頗有前途。
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