[發明專利]基于半導體光放大器非線性偏振旋轉的三值光學乘法器

有效

• 申請號: 201310301202.5
• 申請日: 2013-07-15
• 公開（公告）號: CN103412736A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發明（設計）人: 黃澤鋏;吳重慶
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: G06F7/523
• 分類號: G06F7/523;H01S5/50
• 代理公司: 北京市商泰律師事務所 11255
• 代理人: 毛燕生

技術領域

本發明涉及光學計算機技術領域，尤其涉及一種半導體光放大器非線性偏振旋轉的三值光乘法器。

背景技術

計算機將人類帶入了信息社會，但是傳統的電子計算機因為電本身的性質而受到限制，目前電子計算機的發展遇到了三個瓶頸，分別是速度瓶頸、尺度瓶頸和位數瓶頸。為了突破這三個瓶頸，研究人員提出了新一代高性能計算機，主要包括：量子計算機、DNA計算機以及光學計算機。量子計算機是一類遵循量子力學規律存儲量子信息、實現量子計算的裝置；目前仍處于理論和實驗研究階段。DNA計算機是通過DNA生物化學狀態的變換來實現的,擁有非常高的并行計算能力。但是，在相當長的時間內，對該DNA計算機實施計算的操作者只能是分子生物學專家，這意味著離可普遍使用的DNA計算機還很遙遠，尤其是與現有的計算機網絡無法連接，在云計算這樣的超級數據中心無法應用。相比之下，光學計算機充分利用了光的并行性和高速性的特點，具有計算容量大、速度高，易于與電子計算機聯網等優點，是克服當前電子計算機瓶頸的可選方案之一。

光學計算機的基本組成單元包括：全光邏輯門、光存儲器和光運算器。其中，全光邏輯門的發展較快，其計算速率已經達到幾十Gb/s。而全光緩存器作為一類重要的全光存儲器，雖然在實驗室取得一定進展，但與電子存儲器相比還相差幾個數量級。隨著光學技術的發展，如微型檢偏器、旋光器、光開關、光雙穩態器件、全光緩存器等，引發了國內外研究人員對光學計算機的研究熱潮，提出了多個光學計算機模型。其中，三值光學計算機系統被認為是目前最成功的實例。上海大學計算機工程與科學學院金翊等人研發的三值光學計算機開創了以計算機液晶的偏振特性為基礎的新研究方向；提出了采用2個正交的線偏振態和無光態表示基本數字、以控制光信號的偏振態的轉化實現的光電混合計算機系統，并實現了千位量級計算機實驗系統，通過換用像素數量更多的液晶屏便可獲得更多的數據位，發揮了光計算中數據位數眾多的優勢。然而，該光學計算機系統的運算速度受限于液晶較低的旋光速度,雖然理論上液晶的旋光速度有較大的提升空間，但目前暫時未有更高速度的液晶產品面世。

三值光乘法器是實現三值光計算的重要基礎器件之一，而實現三值光乘法器的關鍵在于光偏振態旋轉。目前，能實現光偏振態旋轉的器件并不多，包括Mach-Zehnder干涉儀、鈮酸鋰晶體、液晶和半導體光放大器（SOA）等。其中，Mach-Zehnder干涉儀是利用兩個臂的相位差來產生偏振旋轉雖然速度很快，但結構復雜，不利于集成，受外界干擾嚴重，調相較難穩定。雖然利用鈮酸鋰晶體的電光效應可實現高速偏振旋轉，目前已經達到200MHz,但其插入損耗嚴重，可達到6-8dB；液晶主要受限于較低的反應速度，現有的產品還無法滿足高速偏振態旋轉。而利用SOA可以實現高速非線性偏振旋轉，已經被大量實驗所證實，速度可達飛秒量級，是目前已知的最高速偏振旋轉的器件之一，被廣泛用于光開關、光邏輯、全光緩存等。目前，利用SOA構造的三值乘法器還未見報道。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：如何提高光學乘法器的速度和信號質量，使得計算速度達到1Gb/s以上。

為了解決現有技術問題，本發明實施例公開了一種基于半導體光放大器非線性偏振旋轉的三值光乘法器，包括偏振分束器、第一光電探測器、第二光電探測器、第一電流放大電路、第二電流放大電路、第一偏振控制器、半導體光放大器。偏振分束器將參與乘法運算的第一路光信號的兩個互相垂直的線偏振態分離，然后分別通過第一光電探測器、第二光電探測器，將光信號轉換為電信號并經由第一電流放大電路、第二電流放大電路放大為設定的驅動電流，然后接入到半導體光放大器電流輸入端；參與乘法運算的第二路光信號通過第一偏振控制器輸入到半導體光放大器光輸入端；在半導體光放大器中，第二路光在在第一路光轉換的驅動電流驅動下，完成偏振旋轉的操作，實現乘法運算。

進一步，作為優選，在第一電流放大電路、第二電流放大電路輸出端和半導體光放大器電流輸入端之間包括濾波電路，用于電流濾波。

進一步，作為優選，所述的三值邏輯采用平衡三進制，用+1，0，-1三個數字為計數的基本數字。

進一步，作為優選，所述三值邏輯以正交線偏振光作為平衡三進制數字的載體，并規定其中的一個線偏振態為數字+1，稱為+1態，規定與它垂直的另一個線偏振態為數字-1，稱為-1態，規定無光態為數字0。

進一步，作為優選，參與乘法運算的第二路光信號通過一個偏振控制器調整其偏振主軸，使其對準半導體光放大器偏振軸成45°。