專利名稱：一種基于馬赫－澤德干涉儀的全光邏輯門器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種應(yīng)用于光網(wǎng)絡(luò)的全光邏輯門器件。
背景技術(shù)：
在高速全光網(wǎng)絡(luò)中全光邏輯器件是至關(guān)重要的基礎(chǔ)元件。尤其是布爾光邏輯門的運(yùn)轉(zhuǎn)對(duì)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能是不可缺少的，例如信頭識(shí)別，自路由，交換，信號(hào)再生和數(shù)據(jù)編碼譯碼。現(xiàn)有的全光與門的各種實(shí)施方案，有使用電吸收調(diào)制器的10Gb/s與門，還有在非線性光環(huán)路鏡中利用任意反射多色現(xiàn)象的2.5Gb/s與門。由于，基于半導(dǎo)體光放大器和馬赫-澤德干涉儀的器件在實(shí)用中有功耗低，延時(shí)短，高穩(wěn)定性和集成性好等優(yōu)點(diǎn)，因此這類器件的應(yīng)用前景更廣闊。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提出一種基于馬赫-澤德干涉儀結(jié)構(gòu)的緊湊型、易于集成的高速全光邏輯門器件，功耗低且邏輯運(yùn)算性能優(yōu)良。
本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是本實(shí)用新型依次包括包括分/合光元件(110)、非線性介質(zhì)(120)，非線性介質(zhì)(130)，分/合光元件(140)，其中分/合光元件(110)、分/合光元件(140)組成的一個(gè)馬赫-澤德干涉儀，非線性介質(zhì)(120)和(130)位于該馬赫-澤德干涉儀的兩個(gè)干涉臂上，非線性介質(zhì)(120)位于馬赫-澤德干涉儀的臂中心位置。其實(shí)現(xiàn)特征是輸入信號(hào)B經(jīng)過(guò)馬赫-澤德干涉儀時(shí)，作用到非線性介質(zhì)(120)和(130)，引起信號(hào)A的動(dòng)態(tài)增益及相位響應(yīng)發(fā)生改變。信號(hào)A的脈沖由分/合光元件140干涉輸出時(shí)與信號(hào)B的脈沖強(qiáng)度相關(guān)聯(lián)，也即輸出兩路輸入信號(hào)的邏輯運(yùn)算信號(hào)，實(shí)現(xiàn)全光邏輯門功能。
所述的分/合光元件(110)可以是一個(gè)1×2光纖耦合器，或者是一個(gè)2×2光纖耦合器，也可以是一個(gè)1×2波導(dǎo)分/合束器；分/合光元件(140)可以是一個(gè)2×2光纖耦合器，或者是一個(gè)2×2波導(dǎo)分/合束器。
所述的非線性介質(zhì)(120)和(130)可以是半導(dǎo)體光放大器，或者是非線性光纖。
本實(shí)用新型的有益效果是由于本實(shí)用新型采用兩個(gè)分/合光元件組成一個(gè)馬赫-澤德干涉儀，并在其中放置非線性介質(zhì)，有效實(shí)現(xiàn)了兩路輸入光信號(hào)的邏輯運(yùn)算功能，結(jié)構(gòu)緊湊，易于集成。


圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例一的光路結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例二的光路結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例一本實(shí)用新型依次包括分/合光元件(110)、非線性介質(zhì)(120)，非線性介質(zhì)(130)，分/合光元件(140)，其中分/合光元件(110)、分/合光元件(140)組成的一個(gè)馬赫-澤德干涉儀，非線性介質(zhì)(120)和(130)位于該馬赫-澤德干涉儀的兩個(gè)干涉臂上呈不對(duì)稱放置，其中非線性介質(zhì)(120)處于干涉臂中心位置。
本實(shí)用新型的工作原理如下所述輸入的兩路信號(hào)A和B是由窄脈沖調(diào)制而成的二進(jìn)制光脈沖信號(hào)，輸入信號(hào)A從端口1入射，與信號(hào)A在時(shí)間上同步的輸入信號(hào)B從端口4入射，信號(hào)A經(jīng)分/合光元件(110)分成兩路信號(hào)分別進(jìn)入非線性介質(zhì)(120)和(130)，而信號(hào)B經(jīng)過(guò)分/合光元件(140)后分成兩路信號(hào)分別進(jìn)入非線性介質(zhì)(120)和(130)。設(shè)計(jì)中，信號(hào)A的“1”信號(hào)脈沖功率幅度遠(yuǎn)小于信號(hào)B的脈沖功率幅度，因此，非線性介質(zhì)的動(dòng)態(tài)增益及相位響應(yīng)可認(rèn)為由輸入信號(hào)B決定。由于非線性介質(zhì)(120)和(130)在馬赫-澤德干涉儀的兩個(gè)干涉臂上不對(duì)稱分布，因此，只有當(dāng)非線性介質(zhì)(120)和(130)所經(jīng)過(guò)的脈沖強(qiáng)度不一致時(shí)，信號(hào)A的脈沖才能由分/合光元件140干涉輸出，其余情況則無(wú)脈沖輸出。當(dāng)信號(hào)A的脈沖為“0”時(shí)，無(wú)論信號(hào)B的脈沖為“0”或“1”，端口3都沒(méi)有信號(hào)輸出；當(dāng)信號(hào)A的脈沖為“1”而信號(hào)B的脈沖為“0”時(shí)，信號(hào)A經(jīng)過(guò)非線性介質(zhì)(120)和(130)的兩部分信號(hào)經(jīng)歷同樣的增益和相位變化，分/合光元件(140)干涉后在端口3也沒(méi)有信號(hào)輸出；當(dāng)信號(hào)A的脈沖為“1”且信號(hào)B的脈沖為“1”時(shí)，信號(hào)A經(jīng)過(guò)非線性介質(zhì)(120)和(130)的兩部分信號(hào)經(jīng)歷不同的增益和相位變化，因此經(jīng)分/合光元件(140)后端口3有干涉信號(hào)輸出。也即當(dāng)信號(hào)A、B的脈沖均為“1”時(shí)，端口3才有脈沖輸出，其余情況端口3都沒(méi)有干涉輸出信號(hào)，由此實(shí)現(xiàn)兩路輸入信號(hào)A、B的與邏輯運(yùn)算功能。在計(jì)算干涉輸出時(shí)根據(jù)公式P3(t)=14P1(t){G1(t)+G2(t)-2G1(t)G2(t)cos[ΔΦ1(t)-ΔΦ2(t)]}&CenterDot]]>其中P3(t)是t時(shí)刻端口3輸出的信號(hào)C的脈沖功率，P1(t)是t時(shí)刻端口1輸出的信號(hào)A的脈沖功率，G1(t)和G2(t)分別是t時(shí)刻脈沖在非線性介質(zhì)(120)和(130)處獲得的增益，Δφ1(t)和Δφ2(t)分別是t時(shí)刻信號(hào)A的脈沖在非線性介質(zhì)(120)和(130)處獲得的非線性相位改變，由上式可知，當(dāng)信號(hào)1和信號(hào)2的脈沖均為“1”時(shí)，由于非線性介質(zhì)(120)和(130)的不對(duì)稱放置，Δφ1(t)不等于Δφ2(t)，G1(t)不等于G2(t)，此時(shí)上式結(jié)果不為0，端口3有輸出脈沖。而對(duì)于其他情況而言，Δφ1(t)＝Δφ2(t)，G1(t)＝G2(t)，根據(jù)上式可知輸出的功率等于0，因而實(shí)現(xiàn)信號(hào)A和B的與邏輯運(yùn)算信號(hào)輸出。
在器件參數(shù)設(shè)置方面，分/合光件(110)、(140)的強(qiáng)度分光比均為50/50。
實(shí)施例二本實(shí)用新型依次包括分/合光元件(110)、非線性介質(zhì)(120)，非線性介質(zhì)(130)，分/合光元件(140)，其中分/合光元件(110)、分/合光元件(140)組成的一個(gè)馬赫-澤德干涉儀，非線性介質(zhì)(120)和(130)位于該馬赫-澤德干涉儀的兩個(gè)干涉臂上呈不對(duì)稱放置，其中非線性介質(zhì)(120)處于干涉臂中心位置。
本實(shí)用新型的工作原理如下所述輸入的兩路信號(hào)A和B是由窄脈沖調(diào)制而成的二進(jìn)制光脈沖信號(hào)，輸入信號(hào)A為時(shí)鐘信號(hào)，從端口1入射，與信號(hào)A在時(shí)間上同步的輸入信號(hào)B從端口3入射，信號(hào)A經(jīng)分/合光元件(110)分成兩路信號(hào)分別進(jìn)入非線性介質(zhì)(120)和(130)，而信號(hào)B經(jīng)過(guò)分/合光元件(140)后分成兩路信號(hào)分別進(jìn)入非線性介質(zhì)(120)和(130)。設(shè)計(jì)信號(hào)A的“1”信號(hào)脈沖功率幅度遠(yuǎn)小于信號(hào)B的脈沖功率幅度，因此，非線性介質(zhì)的動(dòng)態(tài)增益及相位響應(yīng)可認(rèn)為由輸入信號(hào)B決定。在計(jì)算端口4的干涉輸出時(shí)根據(jù)公式P4(t)=14P1(t){G1(t)+G2(t)+2G1(t)G2(t)cos[ΔΦ1(t)-ΔΦ2(t)]}]]>其中P4(t)是t時(shí)刻端口3輸出的信號(hào)C的脈沖功率，P1(t)是t時(shí)刻端口1輸出的信號(hào)A的脈沖功率，G1(t)和G2(t)分別是t時(shí)刻脈沖在非線性介質(zhì)(120)和(130)處獲得的增益，Δφ1(t)和Δφ2(t)分別是t時(shí)刻信號(hào)A的脈沖在非線性介質(zhì)(120)和(130)處獲得的非線性相位改變，由上式可知，當(dāng)信號(hào)1和信號(hào)2的脈沖均為“1”時(shí)，由于非線性介質(zhì)(120)和(130)所處放置不對(duì)稱，Δφ1(t)不等于Δφ2(t)，設(shè)計(jì)兩者差值為π的奇數(shù)倍，此時(shí)上式結(jié)果為0，端口4有輸出脈沖。而對(duì)于其他情況而言，Δφ1(t)＝Δφ2(t)，G1(t)＝G2(t)，根據(jù)上式可知輸出的功率不為0，因而實(shí)現(xiàn)信號(hào)B的非邏輯運(yùn)算信號(hào)輸出。
在器件參數(shù)設(shè)置方面，分/合光件(110)、(140)的強(qiáng)度分光比均為50/50。
權(quán)利要求1.一種全光邏輯門器件，包括分/合光元件(110)、非線性介質(zhì)(120)，非線性介質(zhì)(130)，分/合光元件(140)，其特征是分/合光元件(110)、分/合光元件(140)組成的一個(gè)馬赫-澤德干涉儀，非線性介質(zhì)(120)和(130)位于該馬赫-澤德干涉儀的兩個(gè)干涉臂上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全光邏輯門器件，其特征是分/合光元件(110)是一個(gè)1×2光纖耦合器，或者是一個(gè)1×2波導(dǎo)分/合束器；分/合光元件(140)是一個(gè)2×2光纖耦合器，或者是一個(gè)2×2波導(dǎo)分/合束器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全光邏輯門器件，其特征是非線性介質(zhì)(120)和(130)是半導(dǎo)體光放大器，或者是非線性光纖。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全光邏輯門器件，其特征是非線性介質(zhì)(120)位于馬赫-澤德干涉儀的臂中心位置。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種全光邏輯門器件，旨在提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且性能優(yōu)良的全光邏輯門設(shè)計(jì)。本實(shí)用新型包括分/合光元件(110)、非線性介質(zhì)(120)，非線性介質(zhì)(130)，分/合光元件(140)，其中分/合光元件(110)、分/合光元件(140)組成的一個(gè)馬赫－澤德干涉儀，非線性介質(zhì)(120)和(130)位于該馬赫－澤德干涉儀的兩個(gè)干涉臂上，其中非線性介質(zhì)(120)處于中心位置。本實(shí)用新型可應(yīng)用于光纖通信領(lǐng)域。
文檔編號(hào)G02F1/01GK2924584SQ20062011569
公開(kāi)日2007年7月18日 申請(qǐng)日期2006年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月29日
發(fā)明者葉小華, 張民, 葉培大 申請(qǐng)人:北京郵電大學(xué)