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     

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SOA交叉增益调制效应的全光组合逻辑

基于半导体光放大器(SOA)的交叉增益调制效应(XGM),提出了几种由基本逻辑与门构成的全光组合逻辑,包括一位比较器、带控制端口的2线-1线优先编码器、2线-4线译码器、2选1选择器,介绍了它们的基本结构、工作原理和真值表.利用扩展端口可进行多个组合逻辑级联,从而实现多端口、多位全光组合逻辑,如两个2线-1线优先编码器级联可实现4线-2线信号编码.结果表明基于SOA的XGM实现全光组合逻辑,原理简单、响应速度快、易于实现,是未来光子集成的一个重要发展内容.     

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.     

基于半导体光放大器差分平衡控制的全光相位调制研究

不经过光电转换的全光相位调制是实现无电中继的相干通信的关键技术之一。半导体光放大器（Semiconductor Optical Amplifier,SOA）由于具有非线性系数高、体积小等优点成为全光相位调制系统的关键器件。但因SOA中交叉相位调制与交叉增益调制同时存在,使目前基于SOA的相位调制信号不可避免地产生功率起伏,影响了信号质量。为此,提出了一种利用差动平衡信号控制级联SOA的全光相位调制方案,分析了方案原理,并实验实现了全光相位调制,消除了相位调制过程中因SOA交叉增益调制效应产生的波形起伏,完成了原理验证。该调制方案对实现高阶编码格式的全光波长变换,提升网络的灵活性和扩展性具有重要意义。     

基于单个半导体光放大器的高速多功能逻辑门

采用半导体光放大器(SOA)中的非线性效应可以实现多种多样的高速全光信号处理. 利用SOA的非线性效应(包括四波混频、交叉增益调制、瞬态交叉相位调制等)实现了多种功能的逻辑运算,包括“与”、“或非”、“同或”、“或”和“非”. 由于SOA用于全光信号处理的调制速率受到增益恢复时间较慢的限制而无法实现高速的信号处理,在SOA后面级联一个带宽为0.32nm的失谐滤波器可以提高SOA的工作速率,仅用一个SOA实现了40Gbit/s的多功能逻辑门. 关键词： 半导体光放大器 全光逻辑门 瞬态交叉相位调制     

交叉增益调制的全光波长转换的消光比特性分析

建立了基于半导体光放大器交叉增益调制的波长转换理论模型,讨论了放大器的偏置电流、抽运光参数以及探测光参数对转换后信号消光比特性的影响,结果表明,大的抽运光功率小的探测光功率以及合适的转换波长间隔有利于获得大的消光比。     

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.     

基于折叠式超快非线性干涉仪的全光码型转换理论和实验研究

码型转换是实现非归零(NRZ)信号全光时钟恢复的关键技术.提出了一种基于折叠式超快非线性干涉仪的全光NRZ到伪归零(PRZ)信号转换的新型方案.基于半导体光放大器的分段模型和超快非线性干涉仪的传输函数，建立了该方案的理论分析模型，数值模拟了不同速率下的码型转换过程.实验实现了稳定的10，20和40 Gbit/s的NRZ到PRZ信号的码型转换，分析了影响码型转换输出特性的因素，理论分析结果与实验结果基本符合. 关键词： 超快非线性干涉仪 半导体光放大器 全光码型转换     

基于XGM的SOA波长变换器噪音特性分析及优化设计

利用动态载流子恢复时间可以精确模拟基于交叉增益调制的SOA全光波长变换器的饱和增益效应,本文将SOA分段ASE噪音功率和分段动态模型结合,得到沿长度分布的ASE噪音功率,并讨论了偏置电流、泵浦光和探测光的波长、功率、SOA长度对消光比和信噪比的影响理论计算结果表明,大的偏置电流有利于提高消光比和信噪比;对于一定的输入波长,相对较大的泵浦光和相对较小的探测光变换效果好;SOA的长度存在最佳值.     

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     

All-Optical Multifunctional Logic Gates for Image Information Using Photorefractive Two-Wave Mixing

In this paper, we propose all-optical multifunctional logic gates for image information using photorefractive (PR) two-wave mixing. The optical setup is simply configured compared with the other all-optical logic gates for image information. The XOR-, OR-, and AND-operation are all-optically performed in the same optical setup through the transitional response of the PR medium. One can switch these logic operations simply by means of the on-off control of the signal and the pump beam illumination. We analyze the spatial distribution of beam intensity in these logic gates using a finite-difference beam propagation method (FD-BPM) and the crosstalk between adjoining pixels is examined from the result. We also experimentally verify that the XOR-, OR-, and AND-gates are realized in the same optical setup.     

Theoretical and Experimental Study on all-optical Wavelength Converters Based on the Single-port-coupled SOA

We analyze the all-optical wavelength converter (AOWC)-based on cross-gain modulation (XGM) in a single-port-coupled (SPC) semiconductor optical amplifier (SOA). A comprehensive dynamic model is developed by considering longitudinal variations of the carrier density, the residual rear-facet reflectivity of the SOA and the wide-band spontaneous noise emission. The numerical simulations for the novel wavelength conversion at 10 Gbit/s are presented based on the model. The extinction ratio (ER), conversion efficiency and pattern effect of the SPC-SOA-based wavelength converters are investigated, respectively. Compared with the traditional scheme of the double-portcoupled (DPC) SOA, the SPC-SOA scheme has better performance. We have obtained that the ER is higher than 10 dB with the pump wavelength turned over 15nm from experiments. The experimental results are in agreement with the simulation results.     

10 GHz全光帧时钟提取的理论和实验研究

提出了一种新型的10 GHz全光帧时钟提取的提取方案。采用低精细度的法布里-珀罗(F-P)滤波器直接提出帧时钟,保证帧时钟的快速建立和快速消失。利用半导体光放大器(SOA)的自增益调制效应(SGM)对法布里-珀罗滤波器提取的帧时钟进行整形,降低帧时钟的幅度噪声。并推导了法布里-珀罗滤波器的精细度和半导体光放大器的自增益调制效应对帧时钟建立时间、消失时间的影响。通过理论分析表明,利用半导体光放大器的自增益调制效应可以降低帧时钟的幅度噪声并加快帧时钟建立速度。实验中,用上述方案对10.075 GHz的帧信号进行了全光帧时钟提取,得到了建立时间为8个信号周期,消失时间为22个信号周期,抖动为2.35 ps的帧时钟信号。     

全光波长变换器消光比特性的理论研究

半导体光放大器（SOA）是具有优良非线性效应的光子器件,在光开关、波长变换、光逻辑运算中有重要的应用。从SOA载流子的速率方程和耦合波方程出发,建立了基于SOA的交叉增益调制波长变换理论模型,并利用分段模型分析方法,对SOA的交叉增益调制波长变换的消光比特性进行了详细的研究。研究结果表明,适当增大信号光功率、减小探测光功率并选择合适的波长差和SOA长度,可以有效地提高传输信号的消光比。     

Multimode Interference All-Optical Logic Gates via Partially Nonlinear Propagation Region

We propose a new structure containing multimode interference waveguides with partial nonlinear Kerr-like material whose function is like a phase shifter for all-optical logic gates. It has the advantages of compactness and insensitivity to relative phase difference between the incident beams. In this paper, we analyze the structure by finite difference time domain method and demonstrate such logic gates as AND, NOT and XOR logics.     

基于掺锡As2S8条波导的全光逻辑门研究

实验研究了掺锡As2S8条波导的光阻断效应,提出一种新型的基于掺锡As2S8波导的全光逻辑门方案,并试制了掺锡As2S8条波导全光逻辑门,实验结果显示该逻辑门具有良好的波形特性,表明该材料适合做全光逻辑门,具有一定的应用潜力.     

Design of an ultrafast all-optical NOR logic gate based on Mach-Zehnder interferometer using quantum-dot SOA

This paper proposes a design for all-optical NOR logic gate, based on Mach-Zehnder interferometer (MZI) using quantum-dot semiconductor optical amplifier (QD-SOA). In this regard, a theoretical model for an ultrafast all-optical signal processor is developed using QD-SOA to achieve high bit rate operation. We have demonstrated the NOR gate operation in two cases of with and without an optical control pulse. Simulations have been carried out at data bit rates 160 Gb/s, 200 Gb/s, and 250 Gb/s for the case that control pulse is not applied, and also at data bit rates 1 Tb/s and 2 Tb/s in presence of control pulse which leads to improvement of gain recovery time and ultrafast NOR logic operation. In addition, quality factors of the output signals in presence and without the control pulse at different bit rates with different bias currents have been investigated for pseudo-random binary sequence (PRBS) of word length 2⁸–1.