[發(fā)明專利]一種能延時存儲的可重構(gòu)動態(tài)全光混沌邏輯門

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810734550.4
• 申請日: 2018-07-06
• 公開（公告）號: CN108919589B
• 公開（公告）日: 2021-04-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鐘東洲;肖珍珍;楊廣澤;許葛亮
• 申請（專利權(quán)）人: 五邑大學(xué)
• 主分類號: G02F3/00
• 分類號: G02F3/00
• 代理公司: 成都方圓聿聯(lián)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51241
• 代理人: 李鵬

本發(fā)明公開了一種能延時存儲的可重構(gòu)動態(tài)全光混沌邏輯門，包括垂直腔表面發(fā)射激光器、光分束器、光隔離器、偏振分束器、減法器、可變衰減器、半波片和周期性極化鈮酸鋰晶體。本發(fā)明實現(xiàn)了基本全光混沌邏輯門運算間的任意切換，并能進行有效的延時存儲，具體能夠?qū)崿F(xiàn)“與”門、“與非”門、“或”門、“或非”門、“異或”門、“同或”門運算間的任意切換以及延時存儲。能延時存儲的可重構(gòu)的動態(tài)全光混沌邏輯門可推廣應(yīng)用到全光數(shù)字混沌時序、組合邏輯運算設(shè)備。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及涉及光子設(shè)備，特別是涉及一種能延時存儲的可重構(gòu)動態(tài)全光混沌邏輯門。

背景技術(shù)

眾所周知混沌系統(tǒng)擁有豐富的動力學(xué)行為，它對微擾和初始條件很敏感。在最近幾年， 在混沌應(yīng)用方面有一個新的研究方向，那就是利用混沌系統(tǒng)固有的豐富模式來實現(xiàn)混沌計算。 混沌計算已經(jīng)吸引了專家們的密切關(guān)注，因為它提供一個新的可重構(gòu)的邏輯運算方案。在混 沌系統(tǒng)里，通過稍微地改變一些參數(shù)的取值，就能輕易地實現(xiàn)邏輯計算間的轉(zhuǎn)換。這為實現(xiàn) 動態(tài)邏輯計算體系提供了可行的方法。在邏輯計算過程中，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)本身動態(tài)地改變。因此， 混沌邏輯器件相對于傳統(tǒng)的邏輯器件有更多的優(yōu)勢，如安全性更高、靈活以及功耗更低。最 近，大部分基于混沌的基礎(chǔ)計算已經(jīng)在實驗和理論中被實現(xiàn)。例如，基于Logistic映射,或非 門的電路實現(xiàn)方案被提出；基于單一的離散時間混沌系統(tǒng)能構(gòu)造了動態(tài)邏輯門，并能實現(xiàn)用 于計算的所有邏輯門；基于Logistic映射，通過設(shè)計三個閾值，并對輸出信號采用了不同的 模擬-邏輯映射關(guān)系，可以構(gòu)造動態(tài)邏輯門；利用非線性電路的驅(qū)動-響應(yīng)混沌同步系統(tǒng)，混 沌邏輯計算的實現(xiàn)方案被執(zhí)行；同時也可通過使用遺傳算法，來實現(xiàn)混沌邏輯門。

半導(dǎo)體激光混沌邏輯計算相對于非線性電路混沌邏輯計算有更多的優(yōu)勢，例如帶寬更寬、 響應(yīng)速度更快、更高的安全性以及更低的功率代價。光混沌邏輯計算是未來光混沌網(wǎng)絡(luò)保密 通信最為關(guān)鍵的技術(shù)。然而，光混沌邏輯計算技術(shù)發(fā)展相對滯后，而且相關(guān)研究工作者對此 方向的研究關(guān)注較少，處于剛剛起步階段。對于大部分光混沌信號的邏輯處理，例如復(fù)用、 解復(fù)用、轉(zhuǎn)換、再生、存儲以及計算的必要條件是具備低功耗以及高速的全光數(shù)字混沌邏輯 器件和時序邏輯器件。垂直腔表面發(fā)射激光器作為一種微型半導(dǎo)體激光器，相比于邊緣發(fā)射 激光器，具有低閾值電流，單縱模工作，動態(tài)調(diào)制頻率高，低功耗以及易于實現(xiàn)二維陣列等 優(yōu)點。由于材料和腔的各向異性較弱，在自旋翻轉(zhuǎn)模式下，垂直腔表面發(fā)射激光器能激射出 兩個偏振分量。研究者們也已經(jīng)付出了很多努力，觀察受不同的偏振光反饋和注入電流掃描 速率的垂直腔表面發(fā)射激光器的偏振雙穩(wěn)態(tài)。偏振雙穩(wěn)態(tài)比吸收雙穩(wěn)態(tài)擁有更快的反應(yīng)時間。 引人注目的是通過利用光注入垂直腔表面發(fā)射激光器的偏振雙穩(wěn)態(tài)，低功耗以及高速的全光 混沌邏輯計算可以被實現(xiàn)。如基于混沌的多量子阱激光器的主從響應(yīng)混沌系統(tǒng)，能實現(xiàn)混沌 同或、或非，以及非邏輯門；利用三個混沌激光器的平行同步，能進一步實現(xiàn)了光電或非、 同或邏輯門；同時可采用不同的步驟利用光注入垂直腔表面發(fā)射激光器的偏振雙穩(wěn)態(tài)來執(zhí)行 不同類型的混沌邏輯門。

然而在上述的方法中，一些重要的參數(shù)(如泵浦電流，光注入能量和失諧的注入光)的 輕微變化會改變輸出偏振的狀態(tài)。同時，由于偏振轉(zhuǎn)換的不穩(wěn)定，導(dǎo)致了在上述方法中的邏 輯門有很差的穩(wěn)定性。另外，上述的激光混沌邏輯門的實現(xiàn)方案都是在靜態(tài)條件下實現(xiàn)的， 并沒有充分利用激光混沌豐富的模式來實現(xiàn)可重構(gòu)的動態(tài)混沌邏輯門。同時，上述的基本的 邏輯門運算只能應(yīng)用于組合邏輯光子設(shè)備，不能推廣應(yīng)用到全光數(shù)字混沌時序邏輯設(shè)備(如 全光觸發(fā)器、鎖存器等)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能延時存儲的可重構(gòu)動態(tài)全光混沌邏 輯門，能夠?qū)崿F(xiàn)不同邏輯門運算功能之間的切換和完全混沌同步理論下的延時存儲，穩(wěn)定性 好，并能夠應(yīng)用到全光數(shù)字混沌時序邏輯設(shè)備。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：一種能延時存儲的可重構(gòu)動態(tài)全光混沌邏 輯門，包括第一平面鏡、第二平面鏡、第三平面鏡、第四平面鏡、第五平面鏡、第六平面鏡、 第一法拉第旋轉(zhuǎn)器、第一半波片、第一周期性極化鈮酸鋰晶體、主垂直腔表面發(fā)射激光器、 第二周期性極化鈮酸鋰晶體和副垂直腔表面發(fā)射激光器；