基于半导体光放大器的全光逻辑运算

论文摘要

全光逻辑器件不仅是未来全光网络的关键器件,还是实现光子计算机的基础,因此近年来受到越来越广泛的关注。半导体光放大器（SOA）因其功耗低、尺寸小和响应时间短等优点,成为研制全光逻辑器件的首选。本文在国家高科技发展计划项目（批准号:2006AA03Z0414）、湖北省杰出青年人才基金（批准号:2006ABB017）和新世纪优秀人才支持项目（NCET-04-0715）的资助下,对基于SOA的全光逻辑门进行了理论分析和实验研究,取得了一定的研究成果。主要内容及研究成果如下:（1）在广泛查阅国内外文献的基础上,介绍了研究全光逻辑门的背景和意义,并综述了近年来基于SOA实现全光逻辑门的方案原理及研究现状。讨论了基于半导体光放大器实现全光逻辑门的发展趋势,提出了本文将基于单个半导体光放大器的交叉增益调制效应、瞬态交叉相位调制和四波混频效应实现多功能全光逻辑门。（2）分别介绍了基于SOA的交叉增益调制效应模型、瞬态交叉相位模型和四波混频模型。并分别用这几种模型模拟了基于SOA的波长转换功能。（3）研究了基于瞬态交叉相位调制实现全光逻辑门。提出了基于两个平行结构的半导体光放大器实现全套全光逻辑门的方法,分析了基于该方案可以实现多功能逻辑门的原因;提出了基于瞬态交叉相位调制效应的三路输入信号的逻辑门,并进行了理论模拟;提出了基于瞬态交叉相位调制的全光逻辑与门,进行了理论模拟,并分析了一些重要的参数对结果的影响。（4）提出了基于单个半导体光放大器的交叉增益调制效应、瞬态交叉相位调制和四波混频效应实现多功能全光逻辑门的方案。进行了实验验证。实验实现了多种速率:10Gb/s、20Gb/s、40Gb/s;两种码型:非归零信号NRZ、归零信号RZ的多功能全光逻辑门:或非门、非门、与门、同或门和或门。逻辑结果消光比高,眼图清晰。（5）提出了基于平行结构半导体光放大器的多功能全光逻辑器件。建立了多功能全光逻辑器件的理论模型,并在此基础上模拟了多种速率两种码型的全光逻辑器件的各输出端口。实验实现了20Gb/s RZ格式和NRZ格式的全光译码器和40Gb/s RZ格式的全光译码器和比较器。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 基于半导体光放大器实现全光逻辑门的基本原理
• 1.3 国内外研究进展
• 1.4 本文选取的方案
• 1.5 本文的工作
• 2 SOA 理论模型
• 2.1 引言
• 2.2 SOA 交叉增益调制效应模型
• 2.3 瞬态交叉相位调制模型
• 2.4 四波混频模型
• 2.5 交叉增益和四波混频模型
• 2.6 本章小结
• 3 瞬态交叉相位调制实现全光逻辑门
• 3.1 基于平行结构瞬态交叉相位调制实现全套全光逻辑门
• 3.2 基于瞬态交叉相位调制的三路输入信号的多功能逻辑门
• 3.3 基于单个半导体光放大器瞬态交叉相位调制的全光逻辑与门
• 3.4 本章小结
• 4 基于单个半导体光放大器的多种效应的多功能全光逻辑门
• 4.1 方案原理
• 4.2 实验结果
• 4.3 本章小结
• 5 基于平行结构SOA 的复杂逻辑运算功能
• 5.1 工作原理
• 5.2 全光逻辑器件的模拟和讨论
• 5.3 实验结果和讨论
• 5.4 本章小结
• 6 全文总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 1 攻读硕士学位期间发表论文目录