基于高非线性光纤中非线性偏振旋转效应的全光逻辑门研究

提出了一种新型的基于高非线性光纤(HNLF)中非线性 偏振旋转(NPR)效应的全光逻辑门实现方案. 将两路非归零码数据信号A和B以及一路直流光同时注入HNLF, 光功率变化导致的非线性双折射在两个偏振分量上引入非线性相对相移, 从而导致光信号的偏振态旋转. 在HNLF输出端, 通过波分解复用器和偏振分束器同时滤出数据信号和直流光的正交偏振态, 从而同时实现多种基础组合逻辑, 并可以在同一段HNLF中实现较为复杂的半加器、半减器逻辑功能. 理论分析了信号光在HNLF中的偏振态演化, 以及利用HNLF中的NPR效应同时实现多种全光逻辑门的原理. 并在实验中得到了10 Gbit/s全光信号"与”、"非”、"或”、"同或”、"异或”、"A· B”、"A·B”、半加器、半减器等逻辑功能, 验证了方案的可行性.     

基于半导体光放大器中非线性偏振旋转效应单一光缓存环全光时隙交换处理能力研究

对基于半导体光放大器(SOA)中非线性偏振旋转效应(NPR)效应的单一光缓存环多数据包的全光时隙交换(TSI)处理能力进行了理论和实验研究,在使用归纳法导出单一缓存环实现多数据包全光时隙(TSI)必要条件的基础上,针对各种全光TSI操作要求得出了相应光数据包的调度方案,在实验上,以基于SOA中NPR效应的单一光缓存环实验系统,开展了多数据包全光TSI操作的实验研究,根据上述光数据包理论调度方案进行相应系统参数设定,进行了速率为10 Gb/s的3个和4个数据包的全光TSI实验,实验结果与理论预期相符合,研究成果为减少昂贵SOA元件的用量、简化基于光缓存环全光TSI系统的结构提供了可靠依据,对推进全光TSI技术的发展具有重要意义。     

基于PolSK调制的四波混频型超快全光译码器

提出了一种新型的基于半导体光放大器（semiconductor optical amplifier, SOA）中四波混频（four-wave mixing, FWM）效应的超快全光译码器方案,方案中采用了偏振移位键控（polarization-shift-keying, PolSK）信号光.考虑SOA的偏振相关性,建立了这种全光译码器完整的偏振相关宽带理论模型.通过数值模拟的方法,从理论上实现了超快全光译码器,并研究了两输入信号光功率、SOA注入电流和SOA的偏振相关性对全光译码器输出特性的影响. 关键词： 全光译码器 偏振移位键控 四波混频 半导体光放大器     

基于双半导体光放大器的读/写分别控制的新型全光缓存器

全光缓存器能够在光域内对数据包进行缓存,解决数据包在节点的冲突。提出了一种新型可擦写的全光缓存器,该缓存器以半导体光放大器(SOA)为非线性相移器件,利用信号光和控制光在半导体光放大器中的交叉相位调制实现信号在光域内的"写入"和"读出"。在注入信号峰值功率相同的条件下,双半导体光放大器结构的采用还可以对信号光实现功率补偿,比利用单个半导体光放大器进行"写入/读出"控制延长了缓存时间,并能有效克服在数据包"写入"缓存器时造成的输出端口处信号光的泄漏。该缓存器顺利实现了2.5 Gb/s数据包的多圈缓存。     

基于SOA全光偏振调制的双信道PolSK光传输系统

提出一个新颖的采用两个级联半导体光放大器(SOA)作为独立全光偏振调制器实现双信道偏振态位移键控(PolSK)光传输系统方案,并进行了实验验证.从发射机端输出的PolSK光信号具有四个偏振态,构成了两个独立的二进制数据信道.各信道数据可以采用不同的码制,码率以及不同的时钟信号.该系统方案,提高了通信系统的比特-符号比以及频谱利用率;又由于PolSK光信号功率恒定,减小了光纤链路中非线性效应对光信号的影响提高了通信系统长距离数据传输能力;在接收机端实现了光信号的直接偏振检测,简化了接收机的设计和成本;又由于采用了稳偏接收模块使接收系统能够实现稳定信号接收.构成了基于本方案的实验系统,进行了一系列基础实验和性能测试.分别进行了50 km,80 km以及100 km长距离光纤数据传输实验,实验结果表明所提出的系统方案是有效的.     

半导体光放大器引起的光控器件中的信号损伤分析

在双环耦合全光缓存器的基础上分析了全光分组交换网络中以半导体光放大器（SOA）为相移器件的反馈型全光缓存器输出的信号损伤,包括SOA的非线性及载流子恢复时间限制引起的脉冲畸变与连续码流中的图样失真和SOA的自发辐射噪声累积引起的信噪比恶化及缓存器结构引起的“漏光”问题.理论分析及实验结果表明,在采用反相控制并注入高功率控制光的情况下,脉冲畸变与图样失真被抑制,由信噪比恶化及漏光决定的光分组的缓存圈数被限制在20—30圈.得到的结果对基于SOA的光缓存器及逻辑器件同样具有借鉴作用. 关键词： 全光分组交换 全光缓存器 信号损伤 半导体光放大器的噪声分析     

利用半导体光放大器实现10 Gb/s全光半减器的组合逻辑实验研究

提出了一种新型全光半减器组合逻辑方案.该方案基于两个半导体光放大器(SOA)和窄带光滤波器(NOBPF).利用SOA的四波混频(FWM)和交叉增益调制(XGM)效应,通过调整NOBPF的中心波长,第一个SOA产生逻辑"A·B"门,提供半减器的"借位",同时该SOA产生"同或"逻辑;第二个SOA产生"非"逻辑,两个SOA级联后产生逻辑"异或"门,提供半减器的"差"位.实验中,实现了两路10 Gb/s伪随机归零(RZ)码信号间的全光半减逻辑运算.     

光纤延迟线型全光缓存器的研究

概括了本课题组在近十年中进行的光纤延迟线型全光缓存器的研究工作,介绍了基本的基于3×3平行排列耦合器的基本缓存单元——双环耦合全光缓存器(DLOB),并以此为基础,构建出缓存时间为1～9999 T(时间单位)的大动态范围、多波长等全光缓存器,速率都在2.5 Gb/s以上,并研制出基于偏振的全光缓存器.对这些缓存器的原理...     

基于非线性光纤环镜的40Gb/s可重构光逻辑门

提出了一种新型的基于非线性光纤环镜(NOLM)的可重构全光逻辑门实现方案。传统的基于NOLM的全光逻辑利用自相位调制效应或交叉相位调制效应,透射传输函数重构的自由度低,可实现的逻辑门种类较少。该方案在传统的结构基础上,分析了NOLM中探测光的偏振态的演化,以及输入光偏振态和环内偏振控制器对NOLM的传输特性的影响。理论分析和数值仿真结果表明在考虑NOLM中的非线性偏振旋转效应的情况下,可以更加自由地构建不同透射传输函数,从而利用单一NOLM结构,仅通过调节偏振控制器,即能够可重构地实现绝大部分基础组合逻辑。实验中,完成了两路40Gb/s的数据信号之间的"非"、"与"、"或"、"或非"、"同或"、"异或"等各种基础组合逻辑,验证了方案的可行性。     

第九讲光速减慢和光缓存技术

高速光信号的存储是光信息科学的重要分支,全光缓存器是当今高速光信号处理的瓶颈.本文介绍了全光缓存器的研究进展,着重介绍了光速减慢的原理、物理基础, 以及在半导体量子点中利用电磁诱导透明效应发展全光缓存器的思路.     

基于半导体光放大器的环路型全光缓存器中功率均衡的新方法

全光缓存器能够在光域内对数据包进行存储而不需经过光电光的变换,成为全光网的重要组成部分,其性能的优劣将直接影响到网络的丢包率等。但在半导体光放大器中交叉增益调制和交叉相位调制效应并存,导致基于半导体光放大器的环路型全光缓存器中缓存后输出的数据包与未缓存数据包的输出功率间存在不均衡,使得网络误码率增加。在详细分析全光缓存器工作原理的基础上,利用半导体光放大器中交叉增益调制和交叉相位调制并存的现象,巧妙地提出了将控制脉冲反相并配合电可调衰减器的新方法。该方法简单易行,有效解决了此类全光缓存器中数据包输出功率不均衡的难题,缓存器性能得到了极大改善。此方法适用于所有基于半导体光放大器的环路型全光缓存器。     

Polarization encoded all-optical quaternary successor with the help of SOA assisted Sagnac switch

The application of multi-valued (non-binary) signals can provide a considerable relief in transmission, storage and processing of large amount of information in digital signal processing. Optical multi-valued logical operation is an interesting challenge for future optical signal processing where we can expect much innovation. A novel all-optical quaternary successor (QSUC) circuit with the help of semiconductor optical amplifier (SOA)-assisted Sagnac switch is proposed and described. This circuit exploits the polarization properties of light. Different logical states are represented by different polarization state of light. Simulation result confirming described method is given in this paper. Proposed all-optical successor circuit can take an important and significant role in designing of all-optical quaternary universal inverter and modulo arithmetic unit (addition and multiplication).     

半导体光放大器中垂直双抽运四波混频效应的理论研究

建立了输入信号光偏振方向任意情况下的半导体光放大器(SOA)中 垂直双抽运四波混频(FWM)效应的完整宽带理论模型. 以基于SOA的垂直双抽运FWM型全光波长转换器为例, 通过数值模拟的方法, 理论研究了输入信号光与两抽运光功率、两抽运光与信号光之间的波长失 谐量和输入信号光偏振方向等工作参数对SOA的垂直双抽 运FWM效应及基于SOA的垂直双抽运FWM型波长转换器特性的影响.     

Ultra-high speed all-optical shift registers and their applications in OTDM networks

All-optical shift registers are basic building modules for the development of ultra-high speed optical time division multiplexing networks. In this paper, we review the progress that has been made in this cutting-edge technology, focusing on implementations that exploit the attractive features of semiconductor optical amplifier (SOA)-based interferometric configurations. We present regenerative storage performed with an all-optical recirculating shift register with an inverter at 10 Gb/s using a SOA-assisted Sagnac switch and a second SOA to provide feedback. We demonstrate also an all-optical memory based on the SOA-assisted Ultrafast Nonlinear Interferometer capable of reading/writing 20 Gb/s packets of variable length without data inversion. These registers can find application in the development of two nontrivial complex all-optical circuits of enhanced functionality. The first is an all-optical pseudorandom binary sequence generator for which we describe an efficient design algorithm and propose ways for monitoring and verification. The second is an all-optical error counter for which we address the error detection and evaluation issues using a novel sampling technique. These circuits are key elements for the implementation of a high-speed, all-optical bit error rate tester (BERT), which has the potential to outperform its electronic equivalent and constitute a possible new product for the telecommunications industry.     

基于SOA的环形腔激光器在全光信号处理中的应用

半导体光放大器（SOA）因其具有良好的光光互作用特性,包括交叉增益调制、交叉相位调制、交叉偏振调制以及四波混频等,在全光信号处理技术中已经获得了广泛的应用。利用SOA与光纤反馈可构成环形腔激光器S_FRL。在S—FRL中将SOA的光一光互作用特性与反馈条件相结合,可以改变孓FRI．的起振、抑制、选频等多种状态,从而构成不同功能的全光信号处理器件。在分析S—FRL激光振荡原理的基础上,提出了双环耦合的S-FRL,并以此为基础构成一种双环耦合的双稳态触发器,进而构成一种同步脉冲展宽器;还提出了一种级联的S-FRL,由此构成一种基于负逻辑的全光判决器。     

用于全光缓存的光阈值门理论和实验研究

提出了一种基于光阈值门的全光缓存方案,采用两个非对称的SOA环形腔激光器耦合构成光阈值门,其输出光可以在两种波长上切换,可控制波长转换器实现光包路由,从而将需缓存的数据包路由到缓存端口,避免了复杂的包头处理.建立了光阈值门的理论模型,对10 Gbit/s的光阈值门的动态特性进行了数值模拟和实验研究,实验结果和理论计算结果相符合,实验也表明光阈值门两种输出状态的消光比可达30dB.     

基于细菌视紫红质膜的全光逻辑门

基于在细菌视紫红质膜中的自衍射，我们提出了全光非、异或、半加器及同或门逻辑操作。利用衍射光与记录光偏振状态之间的关系，我们演示了非门和同或门逻辑操作。 通过衍射光，记录光和读出光之间的偏振状态的关系，我们实现了异或逻辑操作和具有三个输入端的半加器逻辑操作。所用方法简单实用。