CN104166292A - 环中偏置放大器的Sagnac干涉仪全光逻辑器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了环中偏置光放大器的Sagnac干涉仪全光逻辑器，包括信号源，环形器，带通滤波器，耦合器,半导体光放大器，非线性光纤。信号光经过环形器，被耦合器分为相向传输的两束光；顺时针光依次通过带通滤波器、半导体光放大器、带通滤波器，然后又回到耦合器；逆时针光依次通过带通滤波器、半导体光放大器、带通滤波器，然后回到耦合器；两束光同时再次到达耦合器，经过耦合器后分成两束光从环形器输出。本发明全光逻辑器利用克尔效应，产生自相位和交叉相位调制，有输出逻辑值组合多，响应速度快，开光增益小等优点。

Description

环中偏置放大器的Sagnac干涉仪全光逻辑器

技术领域

本发明属于光信号处理技术领域，具体涉及一种环中偏置光放大器的Sagnac干涉仪全光逻辑器。

背景技术

全光逻辑器是全光信号处理包括判决、再生、计算等过程所需要的关键器件，也是实现光子计算机的基础，因此引起了广泛的关注。全光逻辑器是一种多输入输出端口器件，其本质是实现光信号从任意输入端到任意输出端之间的交换，从而完成一定的逻辑功能。半导体光放大器因其体积小，工作波长范围宽，响应时间短等优点，成为研究光逻辑操作器件的首选。Sagnac干涉仪能保证光信号经过共同的光通路，因此具有很好的互异性和抗干扰能力，具有广泛的应用。Sagnac环中相向传输的两束光的相位差决定信号从哪个端口输出。环中偏置光放大器的Sagnac干涉仪全光逻辑器通过调节放大器的增益或信号光的相位差在理论上实现了多种逻辑运算。

发明内容

针对其它全光逻辑器的缺点，本发明提供了一种环中偏置放大器的Sagnac干涉仪全光逻辑器，具有开光增益小，逻辑功能多，响应速度快等优点，适合应用于全光网络中。

本发明采取以下技术方案：

本发明包括信号源（1-1、1-2），环形器（2-1、2-2），带通滤波器（3-1、3-2），耦合器（4），半导体光放大器（5），非线性光纤（6-1、6-2、6-3、6-4）。环形器(2-1)的第一端口(a1)与信号源(1-1)连接，第二端口(a2)与耦合器(4)的第一端口(c1)连接，第三端口（a3）作为输出端A。环形器(2-2)的第一端口(b1)与信号源(1-2)连接，第二端口(b2)与耦合器(4)的第二端口(c2)连接，第三端口（b3）作为输出端B。用非线性光纤(6-3)将耦合器(4)的第三端口(c3)与带通滤波器(3-1)的第一端口(d1)连接，用非线性光纤(6-4)将耦合器(4)的第四端口(c4)与带通滤波器(3-2)的第一端口(e1)连接。用非线性光纤(6-2)将半导体光放大器(5)的第一端口（f1）与带通滤波器(3-1)的第二端口（d2）连接，用非线性光纤(6-1)将半导体光放大器(5)的第二端口（f2）与带通滤波器(3-2)的第二端口（e2）连接。

当只有耦合器和非线性光纤时，就构成Sagnac干涉仪，并称非线性光纤组成的环为Sagnac环，所以称本发明是在Sagnac环中偏置放大器。

优选的，信号源(1-1)、(1-2)产生的信号波长范围为1500nm-1600nm，功率为1 W。

优选的，耦合器（4）是 3 dB耦合器。

优选的，半导体光放大器（5）的饱和增益为 30 dB。

优选的，非线性光纤（6-1、6-2、6-3、6-4）是基于氧化铋材料的高非线性光纤，非线性系数高达1360 W^-1/km。

本发明的特点是输入信号光，将半导体光放大器非对称放置在Sagnac环中，利用克尔效应，在改变半导体光放大器的增益时可以改变Sagnac环中相向传输的两束光的相位差，从而实现信号光的逻辑转换功能。

本发明利用环中非对称放置的半导体光放大器，对相向传输的两束光产生不同的自相位调制和交叉相位调制感应的非线性相移，从而改变了两束光的相位差，实现逻辑器转换功能。

本发明全光逻辑器具有逻辑值组合多，开光增益小，响应速度快等优点，适合应用于全光网络中。

附图说明

图1为本发明环中偏置光放大器的Sagnac干涉仪全光逻辑器结构示意图。

图2为信号光初始相位差为0时，输出光功率随半导体光放大器增益变化的逻辑器输出特性曲线。左图输入功率为a1=1W,b1=0W,右图输入功率为a1=1W,b1=1W。

图3为半导体光放大器增益为5时，输出光功率随信号光初始相位差变化的逻辑器输出特性曲线。左图输入功率为a1=1W,b1=0W,右图输入功率为a1=1W,b1=1W。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，本实施例环中偏置光放大器的Sagnac干涉仪全光逻辑器包括信号源（1-1、1-2），环形器（2-1、2-2），带通滤波器（3-1、3-2），耦合器（4），半导体光放大器（5），非线性光纤（6-1、6-2、6-3、6-4）。信号源(1-1、1-2)所产生的泵浦波波长范围为1500nm-1600nm，功率为1 W。带通滤波器（2-1、2-2）可调带宽范围1500nm-1600nm。半导体光放大器（5）的饱和增益为 30 dB, 非线性光纤（6-1、6-2、6-3、6-4）的非线性系数为1360 W^-1/km。

环形器2-1的第一端口(a1)与信号源1-1连接，第二端口(a2)与耦合器4的第一端口(c1)连接，第三端口（a3）作为输出端A。环形器2-2的第一端口(b1)与信号源1-2连接，第二端口(b2)与耦合器4的第二端口(c2)连接，第三端口（b3）作为输出端B。用非线性光纤6-3将耦合器4的第三端口(c3)与带通滤波器3-1的第一端口(d1)连接，用非线性光纤6-4将耦合器4的第四端口(c4)与带通滤波器3-2的第一端口(e1)连接。用非线性光纤6-2将半导体光放大器5的第一端口（f1）与带通滤波器3-1的第二端口（d2）连接，用非线性光纤6-1将半导体光放大器5的第二端口（f2）与带通滤波器3-2的第二端口（e2）连接。

调节半导体光放大器的增益，计算Sagnac干涉仪两输出端口的不同输出功率，根据消光比判定逻辑器逻辑功能。

图2显示了：在给定信号光输入情况下，两输出端口的输出功率随半导体光放大器增益变化的逻辑器特性曲线。两曲线的交点意味着输出光信号的路径转变，此时的增益值称为开关增益。

图3显示了：在半导体光放大器增益为5时，输出光功率随信号光初始相位差变化的逻辑器输出特性曲线。右图两曲线的交点意味着输出光信号的路径转变。

表1为信号光初始相位差为0时,半导体光放大器增益为10 时，全光逻辑器真值表。

表1

表中a1，b1表示输入端，端口A，端口 B分别输出端，逻辑值“0”和“1”表示有无信号输入，X _ij 是消光比，用来判定输出逻辑值。

本发明全光逻辑器的实现过程：

1、根据逻辑器输出特性曲线，找出开光增益。

2、根据开关增益，选择不同的增益，同时结合不同的输入组合，实现不同的逻辑功能。

3、根据开关增益，确定合适的增益，在所确定的增益下选择合适输入光初始相位差，同时结合不同的输入组合，实现不同的逻辑功能。

Claims (5)

1. 环中偏置放大器的Sagnac干涉仪全光逻辑器，包括信号源，带通滤波器，环形器，耦合器，半导体光放大器，非线性光纤，其特征在于：

环形器(2-1)的第一端口(a1)与信号源(1-1)连接，第二端口(a2)与耦合器(4)的第一端口(c1)连接，第三端口（a3）作为输出端A；环形器(2-2)的第一端口(b1)与信号源(1-2)连接，第二端口(b2)与耦合器(4)的第二端口(c2)连接，第三端口(b3)作为输出端B；非线性光纤(6-3)将耦合器(4)的第三端口(c3)与带通滤波器(3-1)的第一端口(d1)连接，将耦合器(4)的第四端口(c4)与带通滤波器(3-2)的第一端口(e1)连接，将半导体光放大器(5)的第一端口(f1)与带通滤波器(3-1)的第二端口（d2）连接，将半导体光放大器(5)的第二端口（f2）与带通滤波器(3-2)的第二端口(e2)连接。

2.如权利要求1所述的Sagnac干涉仪全光逻辑器，其特征在于：信号源产生的信号波长范围为1500nm-1600nm，功率为1W。

3.如权利要求1所述的Sagnac干涉仪全光逻辑器，其特征在于：耦合器选用3 dB耦合器。

4.如权利要求1所述的Sagnac干涉仪全光逻辑器，其特征在于：半导体光放大器饱和增益为30 dB。

5.如权利要求1所述的Sagnac干涉仪全光逻辑器，其特征在于：非线性光纤的非线性系数高达1360 W^-1/km。