新型全光逻辑与门的理论和实验研究

提出一种基于级联单端半导体光放大器（SOA）中交叉增益调制效应的新型全光逻辑与门， 建立了该方案的理论模型，数值模拟和实验实现了10Gb/s的全光逻辑与运算功能，分析了逻辑与运算结果与输入信号功率和消光比之间的关系，理论分析结果与实验结果相符合. 关键词： 半导体光放大器 交叉增益调制 全光逻辑与门     

基于一维光子晶体的全光逻辑门研究

考虑光场分布的影响,利用传输矩阵法研究了含有非线性缺陷的非对称一维光子晶体的透射特性,得到一种新的全光逻辑门的实现方法.由于光场在缺陷层中有着很强的局域,光子晶体的非线性效应得到增强.基于此,分析了场分布和缺陷层折射率的相互作用对光子晶体透射特性的影响,结果表明：通过合理设计,透射特性完全可以达到稳定状态.在此基础上设计了基于一维光子晶体的异或、与等全光逻辑门     

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。     

光致异构分子动态非线性吸收理论分析

理论描述了具有两种互变异构体的光致异构分子的非线性吸收动态行为,对影响动态非线性吸收特性的各种因素进行了分析讨论。 关键词：     

偶氮染料掺杂PVA的全光开关特性研究

光开关是光通信、光计算机、光信息处理等领域的重要光学元件。利用半导体激光(473nm)作为泵浦光,He-Ne激光(632.8nm)作为探测光,实验研究了偶氮染料掺杂PVA薄膜材料光致双折射效应信号的生长、擦除、衰减特性,分析了泵浦光偏振方向与探测光偏振方向夹角、泵浦光功率对光致双折射效应和全光开关特性的影响,探讨了该材料在光开关方面的应用前景。     

偶氮侧基聚合物光致异构动力学研究

本文对偶氮侧基聚合物相位共轭光时间特性进行了研究,得到了相位共扼光产生机制─光致异构过程的时间常数.在相位共轭光上升阶段,其时间常数在0.4～0.5s之间,在相让共轭光的衰减过程,衰减满足双指数关系,分段拟合得到较好的结果,且得到快过程的时间常数为0.27s,慢过程的时间常数为0.78s.     

一种全光逻辑或非门的理论和实验研究

基于单端半导体光放大器(SOA)中的交叉增益调制(XGM)效应实现了全光逻辑或非运算功能,建立了该方案的理论模型,进行了数值模拟.实验中实现了10 Gb/s的全光逻辑或非运算功能,并对理论模拟和实验结果进行了讨论和分析,指出了输出消光比与连续光功率及注入电流之间的关系.理论分析结果与实验结果相符合.     

光致异构聚合物中光学空间孤子的垂直全光调控

用数值方法研究了在具有光致异构非线性的聚合物中光学空间孤子的垂直全光调控.结果表明，对于调控光和信号光是相干的情况，被调控的信号光会产生散射甚至坍塌、微偏转等现象，其作用强弱依赖于两束光的初始相位之差、调控光光强、调控光入射位置等.这种垂直全光调控效应有望应用于全光开光、光集成等方面. 关键词： 光折变空间孤子 孤子相互作用 垂直调控 光致异构     

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.     

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.     

细菌视紫红质在全光逻辑器件中的研究与应用

介绍了细菌视紫红质在逻辑器件中的研究与应用,总结了利用细菌视紫红质研究逻辑器件的方法,明确进一步研究逻辑器件的发展方向是智能化器件的开发.     

Controllable all-optical stochastic logic gates and their delay storages based on the cascaded VCSELs with optical-injection

Using the dynamical properties of the polarization bistability that depends on the detuning of the injected light,we propose a novel approach to implement reliable all-optical stochastic logic gates in the cascaded vertical cavity surface emitting lasers(VCSELs) with optical-injection.Here,two logic inputs are encoded in the detuning of the injected light from a tunable CW laser.The logic outputs are decoded from the two orthogonal polarization lights emitted from the optically injected VCSELs.For the same logic inputs,under electro-optic modulation,we perform various digital signal processing(NOT,AND,NAND,XOR,XNOR,OR,NOR) in the all-optical domain by controlling the logic operation of the applied electric field.Also we explore their delay storages by using the mechanism of the generalized chaotic synchronization.To quantify the reliabilities of these logic gates,we further demonstrate their success probabilities.     

基于同一结构实现全光逻辑“与门”和“或非门”的研究

提出了一种基于同一结构实现全光逻辑“与门”和“或非门”的新型方案，其理论基础是级联单端半导体光放大器(SOA)的交叉增益调制效应.利用单端SOA的动态理论模型成功地模拟了输入信号光为20Gb/s固定格式非归零信号时，该方案分别得到逻辑“与”和逻辑“或非”两种不同的输出结果.最后进行了实验验证，模拟结果和实验结果基本相符. 关键词： 半导体光放大器 交叉增益调制 全光逻辑     

基于细菌视紫红质光子逻辑门的实验研究

研究了基于细菌视紫红质(简称BR或菌紫质)变种材料D96N的3种光逻辑操作.在633nm激发光照射下，菌紫质分子会被激发到M态，处于M态的菌紫质对412nm的紫光呈较大吸收，会抑制同时入射的紫光.选择合适的紫光强度，通过CCD观测被抑制的412nm检测光透射强度分布，模拟了“非”、“或非”、“与非”几种基本的光子逻辑操作. 关键词： 细菌视紫红质 光子逻辑门 互补抑制     

All-optical integrated logic gates based on intensity-dependent transverse modal coupling

We present a study of the spatial propagation of light in a third order planar step-index waveguide with a transverse parabolic width film. By using the Lagrangian formalism, the width and phase evolution of a Gaussian beam has been completely described showing both the refractive contributions of the lens-like waveguiding geometry and self-focusing nonlinearity. As a result of this study, we have proposed the design of a new kind of integrated all-optical devices which, by means of the spatial beam power modulation and its influence on the transverse modal coupling can operate as phase-insensitive AND, OR and XOR logic gates.     

基于半导体材料微纳波导全光逻辑门的研究进展

全光逻辑门是全光计算以及全光信号处理系统中关键的光子器件.随着互补金属氧化物半导体(COMS)工艺的发展,基于半导体材料微纳波导全光逻辑门已经成为集成光学领域中的重要方向;尤其是硅基光子集成器件在近些年成为了国际研究热点.文章主要对基于绝缘体上的硅(SOD)和Ⅲ-Ⅴ族化合物材料不同波导结构(马赫-曾德尔干涉仪(Mach-Zehnder interferometer)微环谐振腔和条形波导结构)的全光逻辑门的研究进展进行了介绍,并且在器件的工作速率和功耗方面,分别对上述基于SOI和Ⅲ-Ⅴ族化合物材料三种不同波导结构的全光逻辑门进行了分析和比较.     

基于半导体光纤环形腔激光器的新型全光AND门和NOR门

提出了一种新型的基于半导体光纤环形腔激光器(SFRL)中同时发生的四波混频效应和交叉增益调制效应同时实现全光AND门和NOR门方案，并建立了这种全光逻辑门完整的宽带理论模型.通过数值模拟的方法，研究了输入信号光峰值功率及SFRL中两个耦合器的耦合比对这种全光逻辑门输出特性的影响. 关键词： 半导体光纤环形腔激光器 全光逻辑门 四波混频 交叉增益调制     

基于半导体材料微纳波导全光逻辑门的研究进展

全光逻辑门是全光计算以及全光信号处理系统中关键的光子器件.随着互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺的发展,基于半导体材料微纳波导全光逻辑门已经成为集成光学领域中的重要方向;尤其是硅基光子集成器件在近些年成为了国际研究热点.文章主要对基于绝缘体上的硅(SOI)和Ⅲ-Ⅴ族化合物材料不同波导结构（马赫-曾德尔干涉仪(Mach-Zehnder interferometer)微环谐振腔和条形波导结构）的全光逻辑门的研究进展进行了介绍,并且在器件的工作速率和功耗方面,分别对上述基于SOI和Ⅲ-Ⅴ族化合物材料三种不同波导结构的全光逻辑门进行了分析和比较.     

Mach-Zehnder interferometer-based all-optical reversible logic gate

In recent years, reversible logic has emerged as a promising computing paradigm having application in low-power CMOS, quantum computing, nanotechnology and optical computing. Optical logic gates have the potential to work at macroscopic (light pulses carry information), or quantum (single photons carry information) levels with great efficiency. However, relatively little has been published on designing reversible logic circuits in all-optical domain. In this paper, we propose and design a novel scheme of Toffoli and Feynman gates in all-optical domain. We have described their principle of operations and used a theoretical model to assist this task, finally confirming through numerical simulations. Semiconductor optical amplifier (SOA)-based Mach-Zehnder interferometer (MZI) can play a significant role in this field of ultra-fast all-optical signal processing. The all-optical reversible circuits presented in this paper will be useful to perform different arithmetic (full adder, BCD adder) and logical (realization of Boolean function) operations in the domain of reversible logic-based information processing.