[實用新型]瞬態交叉相位調制型全光半加器

無效

• 申請號: 200620157575.5
• 申請日: 2006-11-24
• 公開（公告）號: CN201017151Y
• 公開（公告）日: 2008-02-06
• 發明（設計）人: 張新亮;董建績;徐競;黃德修
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G02F1/39
• 分類號: G02F1/39;G02F1/35;H01S5/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心
• 代理人: 朱仁玲

技術領域

本實用新型屬于光電子材料及器件技術領域，具體涉及一種半導體光放大器的瞬態交叉相位調制效應的全光加法器。

背景技術

隨著網絡容量的增加和信號傳輸與交換速率的不斷提高，由于集成電路加工工藝和半導體材料本身的限制，電子學的瓶頸效應將日趨明顯。在未來智能化全光網絡中，電學領域的器件會受到電子瓶頸的嚴重困擾；相比之下，全光信號處理技術則能充分發揮光波在高速信號處理方面的優勢。因此，高速全光信號處理是最終實現智能化全光網絡的關鍵核心技術。

一般來講，一個完整的通信系統由不同的基本邏輯門集成后組成，如：與門、或門、異或門、與非門、或非門和同或門，那么對于由光器件組成的通信系統也不例外。隨著通信系統的復雜程度不斷增加，單個邏輯運算單元的信號處理能力畢竟有限，為了進一步提高網絡的可承載信息容量，迫切需要發展具有復雜邏輯運算功能的全光邏輯運算電路，而全光半加器是基本的全光邏輯運算電路，它是構成許多復雜邏輯運算電路的基礎。

全光半加器可用一個異或門和一個與門實現，其中異或門對應全光半加器的求和位，與門對應全光半加器的進位位。近年來，半導體光放大器作為全光信號處理技術的一種功能性器件以其小體積、低功耗和易集成等優點得到學界廣泛的關注，所以全光半加器的實現方案主要是利用半導體光放大器的非線性效應實現的，例如交叉增益調制效應(Sang?Hun?Kim，JaeHun?Kim，Jae?Won?Choi，et?al.“All-optical?half?adder?using?single?mechanismof?XGM?in?semiconductor?optical?amplifiers，”Proc.SPIE?Int.Soc.Opt.Eng.，5628，94，2005)、超快非線性干涉儀(D.Tsiokos，E.Kehayas，K.Vyrsokinos，etal.“10-Gb/s?all-optical?half-adder?with?interferometric?SOA?gates，”IEEEPhoton.Technol.Lett.，vol.16，pp.284-286，2004)等等。

韓國科學技術學院的光子研究中心利用半導體光放大器的交叉增益調制效應成功實現了與門和異或門，然后將兩個邏輯門組合起來實現了全光半加器，該方案一共使用了四個半導體光放大器。利用交叉增益調制效應實現邏輯門的的優點是輸出功率只取決于輸入光的功率，無需精確的相位調節。缺點是結構太復雜而不利于集成，輸出的消光較低而影響輸出質量，而且工作速率受到半導體光放大器的載流子恢復時間的限制而不可能達到很高。

雅典國家技術大學的電子與計算機系用兩級超快非線性干涉儀的級聯實現了全光半加器，其中第一級配置為2×2的交叉連接開關。該方案的第一級可同時輸出“與”、“或”邏輯，第二級在此基礎上得到“求和”信號、“進位”信號，從而實現全光半加器。該方案的優點是不需另加探測光，能夠獲得較高的工作速率，但是時鐘信號和數據信號要求嚴格同步，因為使用兩級級聯，所以結構復雜，且具有偏振相關性，因此該方案的實現條件十分苛刻。

以上全光半加器的實現方案都不可避免地涉及到邏輯門的級聯問題，“異或”運算和“與”運算分別用不同的器件實現，而邏輯門的級聯一方面給精確控制操作帶來難度，另一方面還會導致消光比退化積累，可能導致邏輯輸出特性進一步惡化。

發明內容

本實用新型的目的在于克服上述現有技術的不足之處，公開一種瞬態交叉相位調制型全光半加器，它是基于半導體光放大器的瞬態交叉相位調制(T-XPM)效應，在僅使用一個半導體光放大器作為非線性器件的情況下，同時輸出“與”運算結果和“異或”運算結果。

為實現上述目的，本實用新型采用的技術方案是，一種瞬態交叉相位調制型全光半加器，其特征在于：第一超短脈沖光源經第一調制器調制輸出歸零碼，作為一路數據信號，第二超短脈沖光源經第二調制器調制輸出歸零碼，作為另一路數據信號，兩路數據信號經第一耦合器耦合后，再和激光器輸出的連續光經第二耦合器耦合注入半導體光放大器中，第三耦合器將半導體光放大器的輸出功率分成兩路，一路由第一光纖放大器放大，再通過第一光帶通濾波器進行光學濾波，濾波輸出獲得光邏輯“與”運算，第一光接收機用來探測“與”運算的光信號，另一路由第二光纖放大器放大，再通過第二光帶通濾波器進行光學濾波，濾波輸出獲得光邏輯“異或”運算，第二光接收機用來探測“異或”運算的光信號。

本實用新型相比現有技術，具有如下優點：