CN108919589B - 一种能延时存储的可重构动态全光混沌逻辑门 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能延时存储的可重构动态全光混沌逻辑门，包括垂直腔表面发射激光器、光分束器、光隔离器、偏振分束器、减法器、可变衰减器、半波片和周期性极化铌酸锂晶体。本发明实现了基本全光混沌逻辑门运算间的任意切换，并能进行有效的延时存储，具体能够实现“与”门、“与非”门、“或”门、“或非”门、“异或”门、“同或”门运算间的任意切换以及延时存储。能延时存储的可重构的动态全光混沌逻辑门可推广应用到全光数字混沌时序、组合逻辑运算设备。

Description

一种能延时存储的可重构动态全光混沌逻辑门

技术领域

本发明涉及涉及光子设备，特别是涉及一种能延时存储的可重构动态全光混沌逻辑门。

背景技术

众所周知混沌系统拥有丰富的动力学行为，它对微扰和初始条件很敏感。在最近几年， 在混沌应用方面有一个新的研究方向，那就是利用混沌系统固有的丰富模式来实现混沌计算。 混沌计算已经吸引了专家们的密切关注，因为它提供一个新的可重构的逻辑运算方案。在混 沌系统里，通过稍微地改变一些参数的取值，就能轻易地实现逻辑计算间的转换。这为实现 动态逻辑计算体系提供了可行的方法。在逻辑计算过程中，系统结构本身动态地改变。因此， 混沌逻辑器件相对于传统的逻辑器件有更多的优势，如安全性更高、灵活以及功耗更低。最 近，大部分基于混沌的基础计算已经在实验和理论中被实现。例如，基于Logistic映射,或非 门的电路实现方案被提出；基于单一的离散时间混沌系统能构造了动态逻辑门，并能实现用 于计算的所有逻辑门；基于Logistic映射，通过设计三个阈值，并对输出信号采用了不同的 模拟-逻辑映射关系，可以构造动态逻辑门；利用非线性电路的驱动-响应混沌同步系统，混 沌逻辑计算的实现方案被执行；同时也可通过使用遗传算法，来实现混沌逻辑门。

半导体激光混沌逻辑计算相对于非线性电路混沌逻辑计算有更多的优势，例如带宽更宽、 响应速度更快、更高的安全性以及更低的功率代价。光混沌逻辑计算是未来光混沌网络保密 通信最为关键的技术。然而，光混沌逻辑计算技术发展相对滞后，而且相关研究工作者对此 方向的研究关注较少，处于刚刚起步阶段。对于大部分光混沌信号的逻辑处理，例如复用、 解复用、转换、再生、存储以及计算的必要条件是具备低功耗以及高速的全光数字混沌逻辑 器件和时序逻辑器件。垂直腔表面发射激光器作为一种微型半导体激光器，相比于边缘发射 激光器，具有低阈值电流，单纵模工作，动态调制频率高，低功耗以及易于实现二维阵列等 优点。由于材料和腔的各向异性较弱，在自旋翻转模式下，垂直腔表面发射激光器能激射出 两个偏振分量。研究者们也已经付出了很多努力，观察受不同的偏振光反馈和注入电流扫描 速率的垂直腔表面发射激光器的偏振双稳态。偏振双稳态比吸收双稳态拥有更快的反应时间。 引人注目的是通过利用光注入垂直腔表面发射激光器的偏振双稳态，低功耗以及高速的全光 混沌逻辑计算可以被实现。如基于混沌的多量子阱激光器的主从响应混沌系统，能实现混沌 同或、或非，以及非逻辑门；利用三个混沌激光器的平行同步，能进一步实现了光电或非、 同或逻辑门；同时可采用不同的步骤利用光注入垂直腔表面发射激光器的偏振双稳态来执行 不同类型的混沌逻辑门。

然而在上述的方法中，一些重要的参数(如泵浦电流，光注入能量和失谐的注入光)的 轻微变化会改变输出偏振的状态。同时，由于偏振转换的不稳定，导致了在上述方法中的逻 辑门有很差的稳定性。另外，上述的激光混沌逻辑门的实现方案都是在静态条件下实现的， 并没有充分利用激光混沌丰富的模式来实现可重构的动态混沌逻辑门。同时，上述的基本的 逻辑门运算只能应用于组合逻辑光子设备，不能推广应用到全光数字混沌时序逻辑设备(如 全光触发器、锁存器等)。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能延时存储的可重构动态全光混沌逻 辑门，能够实现不同逻辑门运算功能之间的切换和完全混沌同步理论下的延时存储，稳定性 好，并能够应用到全光数字混沌时序逻辑设备。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种能延时存储的可重构动态全光混沌逻 辑门，包括第一平面镜、第二平面镜、第三平面镜、第四平面镜、第五平面镜、第六平面镜、 第一法拉第旋转器、第一半波片、第一周期性极化铌酸锂晶体、主垂直腔表面发射激光器、 第二周期性极化铌酸锂晶体和副垂直腔表面发射激光器；

所述第一周期性极化铌酸锂晶体和主垂直腔表面发射激光器之间设置有第一光隔离器、 第三光分束器、第一可变衰减器和第二可变衰减器；所述主垂直腔表面发射激光器和第二周 期性极化铌酸锂晶体间有第二光隔离器、第一偏振分束器、第一减法器、第一光分束器、第 二光分束器、第二法拉第旋转器、第二半波片；

所述第二周期性极化铌酸锂晶体和副垂直腔表面发射激光器间依次设置有第三光隔离 器、第三可变衰减器、第二偏振分束器；副垂直腔表面发射激光器后还依次设置有第四光隔 离器、第三偏振分束器和第二减法器。

进一步地，所述第一光隔离器设置于第一周期性极化铌酸锂晶体和第三光分束器的输入 端之间；所述第一可变衰减器设置于第三光分束器的一路输出端与主垂直腔表面发射激光器 之间，所述第二可变衰减器设置于第三光分束器的另一路输出端与主垂直腔表面发射激光器 之间。

进一步地，所述第二光隔离器设置于主垂直腔表面发射激光器与第一偏振分束器的输入 端之间；所述第一减法器、第一光分束器设置于第一偏振分束器的x偏振输出端与第二周期 性极化铌酸锂晶体之间；所述第二光分束器、第二法拉第旋转器、第二半波片(23)设置于第 一偏振分束器的y偏振输出端与第二周期性极化铌酸锂晶体之间。

所述第一减法器设置于第一偏振分束器的x偏振输出端与第一光分束器的输入端之间， 所述第一光分束器的一路输出端输出光束至第二周期性极化铌酸锂晶体，第一光分束器的另 一路输出端依次通过第二平面镜、第一平面镜、第六平面镜输出光束至第一周期性极化铌酸 锂晶体。

所述第二光分束器的输入端接收来自第一偏振分束器y偏振输出端的光束，第二光分束 器的一路输出端依次通过第二法拉第旋转器、第二半波片输出光束至第二周期性极化铌酸锂 晶体；第二光分束器的另一路输出端依次通过第三平面镜、第四平面镜、第五平面镜、第一 法拉第旋转器、第一半波片输出光束至第一周期性极化铌酸锂晶体。

进一步地，所述第二偏振分束器的x、y两路偏振输出端均输出光束至副垂直腔表面发射 激光器。

本发明的有益效果是：本发明实现了基本全光混沌逻辑门运算间的任意切换，并能进行 有效的延时存储，具体能够实现“与”门、“与非”门、“或”门、“或非”门、“异或”门、“同或”门运算间的任意切换以及延时存储。能延时存储的可重构的动态全光混沌逻辑门可推广应用到全光数字混沌时序、组合逻辑运算设备(全光混沌加法器，锁存器等)。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为实施例在不同外加电场下主、从垂直腔表面发射激光器输出的x偏振分量的同步 系数；

图3为实施例逻辑“与”门、“与非”门运算中，外加电场和从主、副垂直腔表面发射激 光器输出x偏振光幅度的时间变化轨迹；

图4为实施例逻辑“或”门、“或非”门、“同或”门和“异或”门运算中，外加电场和 从主、副垂直腔表面发射激光器输出x偏振光幅度的时间变化轨迹；

图5为实施例动态的“与”门、“与非”门、“或”门、“或非”门、“同或”门和“异或” 门运算中，外加电场和从主、副垂直腔表面发射激光器输出x偏振光幅度的时间变化轨迹。

图中，1-第一平面镜，2-第二平面镜，3-第三平面镜，4-第四平面镜，5-第五平面镜， 6-第六平面镜，7-第一法拉第旋转器，8-第一半波片，9-第一周期性极化铌酸锂晶体，10- 主垂直腔表面发射激光器，11-第二周期性极化铌酸锂晶体，12-副垂直腔表面发射激光器， 13-第一光隔离器，14-第三光分束器，15-第一可变衰减器，16-第二可变衰减器，17-第二光 隔离器，18-第一偏振分束器，19-第一减法器，20-第一光分束器，21-第二光分束器，22- 第二法拉第旋转器，23-第二半波片，24-第三光隔离器，25-第三可变衰减器，26-第二偏振 分束器，27-第四光隔离器，28-第三偏振分束器，29-第二减法器。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所 述。

如图1所示，一种能延时存储的可重构动态全光混沌逻辑门，包括第一平面镜1、第二 平面镜2、第三平面镜3、第四平面镜4、第五平面镜5、第六平面镜6、第一法拉第旋转器7、第一半波片8、第一周期性极化铌酸锂晶体9、主垂直腔表面发射激光器10、第二周期性极化铌酸锂晶体11和副垂直腔表面发射激光器12；

所述第一周期性极化铌酸锂晶体9和主垂直腔表面发射激光器10之间设置有第一光隔离 器13、第三光分束器14、第一可变衰减器15和第二可变衰减器16；所述主垂直腔表面发射 激光器10和第二周期性极化铌酸锂晶体11间有第二光隔离器17、第一偏振分束器18、第一 减法器19、第一光分束器20、第二光分束器21、第二法拉第旋转器22、第二半波片23；

所述第二周期性极化铌酸锂晶体11和副垂直腔表面发射激光器12间依次设置有第三光 隔离器24、第三可变衰减器25、第二偏振分束器26；副垂直腔表面发射激光器12后还依次 设置有第四光隔离器27、第三偏振分束器28和第二减法器29。

进一步地，所述第一光隔离器13设置于第一周期性极化铌酸锂晶体9和第三光分束器 14的输入端之间；所述第一可变衰减器15设置于第三光分束器14的一路输出端与主垂直腔 表面发射激光器10之间，所述第二可变衰减器16设置于第三光分束器14的另一路输出端与 主垂直腔表面发射激光器10之间。

进一步地，所述第二光隔离器17设置于主垂直腔表面发射激光器10与第一偏振分束器 18的输入端之间；所述第一减法器19、第一光分束器20设置于第一偏振分束器18的x偏振 输出端与第二周期性极化铌酸锂晶体11之间；所述第二光分束器21、第二法拉第旋转器22、 第二半波片23设置于第一偏振分束器18的y偏振输出端与第二周期性极化铌酸锂晶体11之 间。

所述第一减法器19设置于第一偏振分束器18的x偏振输出端与第一光分束器20的输入 端之间，所述第一光分束器20的一路输出端输出光束至第二周期性极化铌酸锂晶体11，第 一光分束器20的另一路输出端依次通过第二平面镜2、第一平面镜1、第六平面镜6输出光 束至第一周期性极化铌酸锂晶体9。

所述第二光分束器21的输入端接收来自第一偏振分束器18y偏振输出端的光束，第二光 分束器21的一路输出端依次通过第二法拉第旋转器22、第二半波片(23)输出光束至第二周 期性极化铌酸锂晶体11；第二光分束器21的另一路输出端依次通过第三平面镜3、第四平面 镜4、第五平面镜5、第一法拉第旋转器7、第一半波片(8)输出光束至第一周期性极化铌酸 锂晶体9。

进一步地，所述第二偏振分束器26的x、y两路偏振输出端均输出光束至副垂直腔表面 发射激光器12。

本发明的工作原理如下：第一光隔离器13和第三光隔离器24的作用分别是防止来自第 三光分束器14和第二偏振分束器26的光反馈到第一周期性极化铌酸锂晶体9和第二周期性 极化铌酸锂晶体11，第二光隔离器17和第四光隔离器27的作用分别是防止来自第一偏振分 束器18和第三偏振分束器28的光反馈到主垂直腔表面发射激光器10和副垂直腔表面发射激 光器12。第一可变衰减器15和第二可变衰减器16分别用来控制光反馈系数k_f1和k_f2，且k_f＝ k_f1+k_f2；k_f1和k_f2分别用来调制两个逻辑输入I₁和I₂。第三可变衰减器25用来控制光注入系 数k_inj，且k_inj＝k_f。主垂直腔表面发射激光器10激射出的x，y偏振光被第一偏振分束器18分 离，x偏振光被第一光分束器20分成两束，其中一束被第二平面镜2，第一平面镜1，第六 平面镜6反馈到第一周期性极化铌酸锂晶体9，作为其o光的初始输入，另一束光直接注入 到第二周期性极化铌酸锂晶体11中；y偏振光被第二光分束器21分成两束，一束光经过第 一法拉第旋转器7、第一半波片8，反馈注入到第一周期性极化铌酸锂晶体9，作为其e光的 初始输入，另一束经过第二法拉第旋转器22、第二半波片23直接注入到第二周期性极化铌 酸锂晶体11中。注入到第一周期性极化铌酸锂晶体9和第二周期性极化铌酸锂晶体11中的 x，y偏振光均受到电光幅度调制。来自第一周期性极化铌酸锂晶体9的光被第三光分束器14 分成两束，经过第一可变衰减器15和第二可变衰减器16，再被注入到主垂直腔表面发射激 光器10，且光在外部腔循环一次所经历的时间为τ。来自第二周期性极化铌酸锂晶体11的光 经过第三可变衰减器25、第二偏振分束器26，最后被注入到副垂直腔表面发射激光器12， 且延迟时间为τ_c。主垂直腔表面发射激光器10输出的x偏振分量为数字混沌波形，被设置为 逻辑输出X₁；同理，副垂直腔表面发射激光器12输出的x偏振分量被设置为逻辑输出X₂。 通过控制施加在第一周期性极化铌酸锂晶体9和第二周期性极化铌酸锂晶体11上的外加电场 (E₂＝E₁)与两个逻辑输入的逻辑运算，逻辑输出X₁就能在基本的混沌逻辑计算，如AND、 NAND、OR、NOR、XOR、XNOR等间进行切换。基于完全混沌同步理论，副垂直腔表面发 射激光器12的逻辑输出X₂可与逻辑输出X₁达到同步，实现了上述混沌逻辑门运算的延时存 储。

这里，我们假定注入光反馈系数k_f等于两个方波之和，k_f＝k_f1+k_f2,它用来编译两个逻辑 输入。这里，光反馈系数k_f的逻辑符号定义为I，输入k_f1的逻辑被定义为I₁，k_f2的逻辑被定 义为I₂，此时有I＝I₁+I₂。在这个条件下，四个逻辑输入序列有：(0,0)，(0,1)，(1,0)和(1,1)。 我们用三个标准信号(k_fI，k_fП，k_fШ)来编译四个逻辑输入。其中，用同样的光反馈系数k_fП 用来编译子集(0，1)和(1，0)，用光反馈系数k_fI编译子集(0，0)，用光反馈系数k_fШ编 译子集(1，1)。三个标准信号用来改变k_f，在一个比特位持续时间T内，它是常数。假定当k_f1＝k_f2＝0.8ns^-1时，I₁＝I₂＝0；k_f1＝k_f2＝0.9ns^-1时，I₁＝I₂＝1。另外，外加电场(E₂＝E₁)作为控制逻 辑信号C，两个逻辑输出X₁和X₂分别用输出的x偏振分量的均方差与它们各自的门限阈值之 差来译码。

这里，主垂直腔表面发射激光器10受到自身光反馈的注入，且光在外部腔循环一次所经 历的时间为τ；同时，副垂直腔表面发射激光器12受到主垂直腔表面发射激光器10输出光的 延时注入，且延时为τ_c，因此，可以推导出它们的自选反转模型如下所示：

式中，下标x指代x偏振分量，y表示y偏振分量；下标M和S分别表示主垂直腔表面发射 激光器10和副垂直腔表面发射激光器12；E表示光场复振幅；N表示反转载流子总数；n为上、下旋辐射载流子数差；k＝1/(2τ_P)，τ_P为载流子寿命；γ_e为N的损耗速率；a为线宽增 强因子；γ_s为光子自旋速率；γ_a和γ_p分别表示各向异性损耗速率和线性双折射效应；τ为主垂直腔表面发射激光器10输出的偏振光在外部循环腔中经历一次反馈所用的时间；τ_c为光由 主垂直腔表面发射激光器10到副垂直腔表面发射激光器12的时延；μ_M和μ_S是归一化偏置电流；k_f是光反馈系数；L为第一周期性极化铌酸锂晶体9和第二周期性极化铌酸锂晶体11的长度；k_inj为光注入系数；ω₀为激光器中心频率；噪声强度参数D定义为

其中β_sp是自发辐射因子；ζ_x和ζ_y是两个独立的高斯白噪声，其均值为0，方差为1，它们的相关系 数是

由于这些噪声对激光器的两偏振分量之间的偏振转换的影响很小，为简化计算，可以将其忽略。E_Mx(t-τ)和E_My(t-τ)为x偏振分量和y偏振分量经电光调 制后的复振幅，E_px(t-τ_c)和E_py(t-τ_c)分别是来自于主垂直腔表面发射激光器10输出的两偏振分量在第二周期性极化铌酸锂晶体11中电光调制后的复振幅。

经过时延后，由主垂直腔表面发射激光器10输出的两个偏振(x和y)分量其偏振方向 分别沿第一周期性极化铌酸锂晶体9和第二周期性极化铌酸锂晶体11坐标轴的x和z方向， 即，o光和e光的初始输入。两偏振分量的复振幅与两晶体的初始振幅满足如下关系：

并且，

式中，

为普朗克常量；S_A表示光斑的有效面积；V是垂直腔表面发射激光器的有源层体积； T_L＝2n_gv_c/L_v指的是光在激光腔的循环时间，v_c是真空中的光速；L_v是激光腔长；n_g为有源层 的有效折射率；ω₀表示垂直腔表面发射激光器所激射脉冲的中心频率；n₁和n₂分别为x和y 偏振光的未扰动折射率。在相位失配和较弱的二阶非线性效应条件下，周期性极化铌酸锂晶 体中的两个偏振分量的线性电光效应耦合波方程解析解被写为：

U_x,y(L,t-t₀)＝ρ_x,y(L,t-t₀)exp(iβ₀L)exp[iφ_x,y(L,t-t₀)] (9)

其中t₀＝τ或τ_c，而其他相关参量如下：

其中，

这里，L是晶体长度；波矢量失配Δk＝k_x-k_y+K₁，K₁＝2π/Λ是晶体的第一阶倒格矢，Λ是 极化周期，k_x＝2πn₁v_c/ω₀和k_y＝2πn₂v_c/ω₀分别表示o光和e光在ω₀处的波矢量。由激光器 所激射的光其在真空中的波矢可用k₀表征。

这里，我们考虑K₁接近波矢失配，k_x-k_y，由于相位失配，忽略对电光效应的很小作用的 倒格矢分量。而方程(15)-(18)中有效电光系数为：

这里，

和

代表PPLN的对角化电介质张量元；r_ijk为晶体电光张量元；a、b分 别为o和e单位矢量；c是外加电场E的单位矢量；j,k,l＝1,2,3，如下相同。假如外加电 场与晶体的y轴方向一致，则c＝(0,1,0)。PPLN是单轴晶体，有

和

其中，θ为极化角，

表示方位角。晶体的结构函数的傅 里叶级数展开后的零阶系数为f₀＝2R-1；正、负一阶傅里叶系数用 f_±1＝[1-cos(±2πR)+isin(±2πR)]/(±iπ)指代；占空比为R＝ι⁺/(ι⁺+ι^-)，ι⁺和ι^-分别表示晶体 的正和负畴长度。

当带有时延τ或τ_c的两个偏振分量注入到主垂直腔表面发射激光器或副垂直腔表面发射 激光器前，在周期极化铌酸锂晶体1或周期极化铌酸锂晶体2中经历电光调制。则有，

在本发明中，能否实现混沌逻辑门运算的延时存储取决于系统的同步性能。这里用相关系数 来衡量同步质量的高低：

这里，我们用ρ的具体数值来评判同步的好坏，且0≤ρ≤1。另外，基于完全混沌同步，驱动 -响应系统输出的两偏振分量的光强存在如下关系：

I_Sx(t)＝I_Mx(t-τ_T) (25)

I_Sy(t)＝I_My(t-τ_T) (26)

式中，I_Mx,My＝|E_Mx,My|²，I_Sx,Sy＝|E_Sx,Sy|²；符号<>表示取平均值；τ_T＝τ_c-τ。

为了能选取用来编码逻辑输入的光反馈系数的最优取值，在外加电场分别为E₁＝0.3kV/mm，E₁＝0.44kV/mm，我们给出了同步系数随k_f变化的演变曲线，如图2所示。从图 中可以得到，当k_f取值在区间1.5ns^-1-2ns^-1时，ρ_x等于1，表明达到完全混沌同步；而k_f取值 在上述范围之外时，无法取得较好同步。

通过阈值机制来获取逻辑输出。即根据给定的阈值σ_Mx ^*，σ_Sx ^*，如果

且σ_Sx-σ_Sx ^*≤0，则X₁＝0，X₂＝0；σ_Mx-σ_Mx ^*＞0且σ_Sx-σ_Sx ^*＞0，则X₁＝1，X₂＝1。

为了找到合适的阈值来判断逻辑输出，这里，把外加电场视为控制逻辑信号C。假设当 E₁＝0.44kV/mm时，C＝1；E₁＝0.3kV/mm时，C＝0。设计C与I₁，I₂执行如下运算，如 AND、NAND、OR、NOR、XOR和XNOR。针对上述每种逻辑运算，我们分别计算出了当C＝0 时E_Mx(t)最大均方差，C＝1时E_Mx(t)最小均方差，具体如表1所示。

这里E_Mx(t)均方差的最大值分别定义为σ_Mxmax，相应地，均方差的最小值定义为σ_Mxmin。 设阈值σ_Mx ^*＝M，如果σ_Mx-σ_Mx ^*≤0则X₁＝0；σ_Mx-σ_Mx ^*＞0，则X₁＝1。针对每种逻辑运算，我们发现阈值需要满足如下条件：(σ_Mxmax)_max<M<(σ_Mxmin)_min。从表1可以得到，(σ_Mxmin)_min＝0.040，(σ_Mxmax)_max＝1.17×10^-4，因此我们把M设定为0.01。所以可以得出结论：如果σ_Mxmax不大于M，则X₁＝0；如果σ_Mxmin大于M，则X₁＝1。

表2给出了逻辑“与”运算的输入与输出的逻辑关系，以及外加电场与逻辑输入的逻辑 关系。逻辑输入用三个标准光反馈系数(k_fⅠ，k_fⅡ，k_fⅢ)来编译，逻辑输出X₁用输出的x偏振 分量的均方差与它的门限阈值之差来译码。由表2可知：若C＝I₁·I₂，则X₁＝I₁·I₂，由于主垂 直腔表面发射激光器输出的x偏振光与副垂直腔表面发射激光器输出的x偏振光完全混沌同 步(见图2)，所以X₂＝I₁·I₂。

表3给出了逻辑“与非”运算的输入与输出的逻辑关系。由表3可知：当

时，

图3显示了逻辑“与”、“与非”门运算。外加电场和从主、副垂直腔表面发射激光器输 出的x偏振光幅度的时间变化轨迹。点线：外加电场E₁；虚线：三个标准注入光强(k_fⅠ，k_fⅡ，k_fⅢ)；实线：主垂直腔表面发射激光器输出的x偏振光的振幅(E_Mx)和副垂直腔表面发射激光器输出的x偏振光的振幅(E_Sx)。

表4给出了逻辑“或”运算输入与输出的逻辑关系，从表4可得：有当C＝I₁+I₂时，X_1,2＝I₁+I₂

表5给出了逻辑“或非”运算输入与输出的逻辑关系，由表5可得：当

时，

表6给出了逻辑“异或”运算输入与输出的逻辑关系，由表6可得：若

表7给出了逻辑“同或”运算入与输出的逻辑关系，由表7可得；若

有：

图4显示了逻辑“或”，“或非”，“异或”，以及“同或”运算。外加电场和从主、副垂直腔表面发射激光器输出的x偏振光幅度的时间变化轨迹。点线：外加电场E₁；虚线：三个标准注入光强(k_fⅠ，k_fⅡ，k_fⅢ)；实线：主垂直腔表面发射激光器输出的x偏振光的振幅(E_Mx) 和副垂直腔表面发射激光器输出的x偏振光的振幅(E_Sx)。

图5显示了动态的逻辑“与”、“与非”、“或”、“或非”、“异或”、“同或”运算。外加电场和从主、副垂直腔表面发射激光器输出的x偏振光幅度的时间变化轨迹。图中，点线：外加电场E₁；虚线：三个标准注入光强(k_fⅠ，k_fⅡ，k_fⅢ)；实线：主垂直腔表面发射激光器输出 的x偏振光的振幅(E_Mx)和副垂直腔表面发射激光器输出的x偏振光的振幅(E_Sx)。在时间 t介于100ns至200ns之间时，使控制逻辑信号与两个逻辑输入满足如下关系：C＝I₁·I₂，可以 得到逻辑“与”运算，即X_1,2＝I₁·I₂；在200ns到300ns范围内，当

时，

NAND运算被执行；在时间区间300ns至400ns，如果C＝I₁+I₂时，则X_1,2＝I₁·I₂，实现OR 运算；在时间范围400ns到500ns，使

则

在500ns到600ns范围内， 当

可得

最后，在600ns＜t＜700ns，由于C＝I₁⊙I₂，逻辑输出转换 为XNOR运算。

最后应当说明的是，以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普 通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和 润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种能延时存储的可重构动态全光混沌逻辑门，其特征在于：包括第一平面镜(1)、第二平面镜(2)、第三平面镜(3)、第四平面镜(4)、第五平面镜(5)、第六平面镜(6)、第一法拉第旋转器(7)、第一半波片(8)、第一周期性极化铌酸锂晶体(9)、主垂直腔表面发射激光器(10)、第二周期性极化铌酸锂晶体(11)和副垂直腔表面发射激光器(12)；

所述第一周期性极化铌酸锂晶体(9)和主垂直腔表面发射激光器(10)之间设置有第一光隔离器(13)、第三光分束器(14)、第一可变衰减器(15)和第二可变衰减器(16)；所述主垂直腔表面发射激光器(10)和第二周期性极化铌酸锂晶体(11)间有第二光隔离器(17)、第一偏振分束器(18)、第一减法器(19)、第一光分束器(20)、第二光分束器(21)、第二法拉第旋转器(22)、第二半波片(23)；

所述第二周期性极化铌酸锂晶体(11)和副垂直腔表面发射激光器(12)间依次设置有第三光隔离器(24)、第三可变衰减器(25)、第二偏振分束器(26)；副垂直腔表面发射激光器(12)后还依次设置有第四光隔离器(27)、第三偏振分束器(28)和第二减法器(29)；

所述第一光隔离器(13)设置于第一周期性极化铌酸锂晶体(9)和第三光分束器(14)的输入端之间；所述第一可变衰减器(15)设置于第三光分束器(14)的一路输出端与主垂直腔表面发射激光器(10)之间，所述第二可变衰减器(16)设置于第三光分束器(14)的另一路输出端与主垂直腔表面发射激光器(10)之间；

所述第二光隔离器(17)设置于主垂直腔表面发射激光器(10)与第一偏振分束器(18)的输入端之间；所述第一减法器(19)、第一光分束器(20)设置于第一偏振分束器(18)的x偏振输出端与第二周期性极化铌酸锂晶体(11)之间；所述第二光分束器(21)、第二法拉第旋转器(22)、第二半波片(23)设置于第一偏振分束器(18)的y偏振输出端与第二周期性极化铌酸锂晶体(11)之间；

所述第一减法器(19)设置于第一偏振分束器(18)的x偏振输出端与第一光分束器(20)的输入端之间，所述第一光分束器(20)的一路输出端输出光束至第二周期性极化铌酸锂晶体(11)，第一光分束器(20)的另一路输出端依次通过第二平面镜(2)、第一平面镜(1)、第六平面镜(6)输出光束至第一周期性极化铌酸锂晶体(9)；

所述第二光分束器(21)的输入端接收来自第一偏振分束器(18)y偏振输出端的光束，第二光分束器(21)的一路输出端依次通过第二法拉第旋转器(22)、第二半波片(23)输出光束至第二周期性极化铌酸锂晶体(11)；第二光分束器(21)的另一路输出端依次通过第三平面镜(3)、第四平面镜(4)、第五平面镜(5)、第一法拉第旋转器(7)、第一半波片(8)输出光束至第一周期性极化铌酸锂晶体(9)；

所述第二偏振分束器(26)的x、y两路偏振输出端均输出光束至副垂直腔表面发射激光器(12)；所述第三偏振分束器(28)的x路偏振输出端输出光束至第二减法器(29)。

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