基于非線性效應的光學邏輯門研究
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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)的探測光通過一個耦合器分解成兩束，注入到干涉儀兩臂，波長為λ1的兩路強度調(diào)制的信號光分別注入其中，信號光的峰值功率高于SOA的最大線性輸入功率，當輸入功率超過SOA的最大線性輸人功率時，SOA的有源區(qū)內(nèi)載流子密度就會發(fā)生變化，使有源區(qū)內(nèi)的有效折射率發(fā)生改變，導致通過SOA的探測光的強度和相位發(fā)生變化，探測光經(jīng)過SOA就會攜帶上信號光的信息，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，完成兩路信號的異或運算。
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的兩路脈沖，其中一個脈沖先進入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入SOA。由于前一脈沖強度小，SOA不會產(chǎn)生增益非線性，而后一脈沖將會遇到強的控制脈沖導致的SOA增益非線性，從而獲得一附加相移。
因此，當兩個脈沖經(jīng)過快慢軸與雙折射光纖BRF1正交的BRF2后，重新在時間上重疊。由于兩個脈沖有相位差，當它們通過45°檢偏器后將會產(chǎn)生干涉，從而有輸出；反之，如果沒有控制脈沖，則這兩個脈沖將會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。當利用超快非線性干涉儀作為邏輯門時，時鐘信號作為信號光輸入超快非線性干涉儀，再利用耦合器2輸入A和B兩個邏輯控制信號代替超快非線性干涉儀原來的控制信號，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，在利用半導體光放大器實現(xiàn)的全光邏輯門中，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解復用器實現(xiàn)全光邏輯門方案，具有結(jié)構(gòu)簡單、操作性強等優(yōu)點，在實現(xiàn)邏輯操作的同時實現(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，此方案還具有擴展性，即能夠?qū)崿F(xiàn)多個具有不同波長的數(shù)據(jù)流的操作，如果改用偏振無關的半導體光放大器，可實現(xiàn)偏振無關的邏輯門。基于超快非線性干涉儀的全光邏輯門，利用反向控制光實現(xiàn)全光或門和異或門，同時信號光和控制光可實現(xiàn)單一波長工作，加之采用了半導體光放大器，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，用于未來的全光信號處理頗有前途。
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