CN110231745B - 一种基于时间透镜成像的光逻辑“非”门运算系统 - Google Patents

一种基于时间透镜成像的光逻辑“非”门运算系统 Download PDF

Info

Publication number
CN110231745B
CN110231745B CN201910312115.7A CN201910312115A CN110231745B CN 110231745 B CN110231745 B CN 110231745B CN 201910312115 A CN201910312115 A CN 201910312115A CN 110231745 B CN110231745 B CN 110231745B
Authority
CN
China
Prior art keywords
subsystem
lens imaging
time lens
inversion
code
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910312115.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110231745A (zh
Inventor
郭淑琴
田寒波
任宏亮
李胜
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhejiang University of Technology ZJUT
Original Assignee
Zhejiang University of Technology ZJUT
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhejiang University of Technology ZJUT filed Critical Zhejiang University of Technology ZJUT
Priority to CN201910312115.7A priority Critical patent/CN110231745B/zh
Publication of CN110231745A publication Critical patent/CN110231745A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110231745B publication Critical patent/CN110231745B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F3/00—Optical logic elements; Optical bistable devices
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K19/00—Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits
    • H03K19/20—Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits characterised by logic function, e.g. AND, OR, NOR, NOT circuits

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)

Abstract

一种基于时间透镜成像的光逻辑“非”门运算系统，包括扩码子系统、时间透镜成像反演子系统和缩码子系统，所述扩码子系统实现将“1”变换为“10”，将“0”变换为“01”；所述时间透镜成像反演子系统实现脉冲对的反转，即实现将“10”反转为“01”，将“01”则反转为“10”；缩码子系统实现将“01恢复为“0”，将“10”恢复为“1”。经过系统三个部分的共同作用，实现“1”转换为“0”，“0”转换为“1”的逻辑“非”门运算。本发明不仅可使逻辑“非”运算系统大为简化，也使得运算速率得到大幅度提高。

Description

一种基于时间透镜成像的光逻辑“非”门运算系统
技术领域
本发明涉及一种基于时间透镜成像的光逻辑“非”门运算系统。
背景技术
目前光通信网络中的传输速率已经达到Tbit/s量级，但是在节点处的信号处理及交换则受限于光交换器件而使整个光网络受到一定程度的延缓。光逻辑“非”门是光逻辑器件的基本元件之一，它与逻辑“与”和逻辑“或”组合可以形成多种复杂的光逻辑运算功能，是实现全光网络高速化的重要器件。
时间透镜是指能够对光信号产生二次时间相移的一种光器件，光通信领域中的信号处理，首选利用四波混频(FWM)来实现时间透镜效应。电场幅度分别为Es(t)和Ep(t)的信号光与泵浦光发生FWM作用，产生的闲置波电场幅度闲置光Eidler相对于输入的信号光Es而言引入了二次相移，这是FWM产生时间透镜效应的基本原理。
由输入段光纤(二阶色散量为φ1″＝β2sLs)、时间透镜(焦距色散为φf″＝-φp″/2＝-β2pLp/2)、输出段光纤(二阶色散量为φ2″＝β2iLi)三部分形成一个时间透镜成像系统。前后两段光纤的色散量分别为φ1″＝β2sLs，φ2″＝β2iLi，时间透镜的焦距色散完全由泵浦光所历经的色散来决定，φf″＝-φp″/2＝-β2pLp/2，β2s、β2i分别为两段光纤的二阶色散系数，β2p是泵浦光传输光纤的二阶色散系数；Ls、Li分别为前后两段光纤的长度，Lp是泵浦光历经色散展宽的光纤的长度。当两段光纤的二阶色散量φ1″、φ2″与时间透镜的焦距色散φf″之间满足成像条件时，就可以实现对输入光信号的放大或压缩，其中放大倍数M＝φ2″/φ1″。
发明内容
为了克服现有技术中通过半导体材料的增益饱和特性实现光逻辑运算功能的工艺复杂、光逻辑门速率不高、整个系统庞杂繁琐的不足，本发明提供一种全新的基于时间透镜成像的光逻辑“非”门运算系统，不仅可使整个系统大为简化，也使得运算速率得到大幅度提高。
为了解决上述技术问题本发明采用的技术方案是：
一种基于时间透镜成像的光逻辑“非”门运算系统，包括扩码子系统、时间透镜成像反演子系统和缩码子系统，所述扩码子系统的输出端与时间透镜成像反演子系统的输入端连接，所述时间透镜成像反演子系统的输出端与所述缩码子系统的输入端连接，所述扩码子系统中，将单码转换为双码，即“1”变换为“10”，“0”变换为“01”；所述时间透镜成像反演子系统中，通过M＝-1倍的放大倍数，实现双脉冲信号的反转，即“10”变换为“01”，“01”变换为“10”；所述缩码子系统中，将双码重新变回单码，即将“01”变为“0”，“10”变为“1”；任意信号在上述系统的作用之下，可实现“1”码变换为“0”码，“0”码变换为“1”码，即实现了逻辑“非”运算。
进一步，所述时间透镜成像反演子系统由输入段光纤、时间透镜和输出段光纤三部分构成，所述输出段光纤的二阶色散量φ2″与输入段光纤的二阶色散量φ1″相反，即φ2″＝-φ1″；所述时间透镜成像子系统的放大倍数M＝φ2″/φ1″＝-1，在时间透镜成像子系统的泵浦光脉冲持续期间，可同时涵盖两个信号光脉冲，并通过M＝-1实现对这两个信号光脉冲的反转，即实现将“10”转换为“01”，将“01”转换为“10”。
再进一步，所述时间透镜成像反演子系统中，由信号光与泵浦光在高非线性光纤中发生FWM来实现时间透镜效应。
或者是：由信号光与泵浦光在高非线性介质中发生FWM来实现时间透镜效应。
优选的，控制泵浦光脉冲宽度，使一个泵浦光脉宽能够涵盖两个时长的信号光脉冲对，从而实现双码的反转。
本发明的技术构思为：首先，所述扩码子系统进行扩码，将“1”转换为“10”，“0”转换为“01”；在时间透镜成像反演子系统中，当φ2″＝-φ1″时，放大倍数M＝-1，让泵浦光脉宽可涵盖两个信号光脉宽，此时双脉冲经过时间透镜成像系统之后实现了时间上的反演，即“10”变换为“01”，“01”变换为“10”；最后，通过缩码子系统实现双信号回归为单信号，即将“01”恢复为“0”,将“10”恢复为“1”。总之，经过整个系统转换之后，“1”变为“0”，“0”变为“1”，基于时间透镜成像系统的反演特性，以及扩码和缩码两个子系统，为实现光逻辑“非”门提供一种全新的实现方案。
本发明的有益效果体现在：光信号经过扩码子系统、时间透镜成像反演系统、缩码子系统之后，可实现对信号的逻辑“非”运算，该系统的优势尤其体现在能够对超高速光信号进行逻辑运算。
附图说明
图1是本发明的系统构图，其中包括，扩码子系统，时间透镜成像反演子系统，缩码子系统。
图2是时间透镜反演的原理图，当放大倍数M＝-1时，一对光脉冲获得了时间上的反演。
图3是脉宽为5ps的一对光脉冲(10)经过时间透镜成像子系统发生反演的示意图，其中，(a)是输入信号(10)；(b)是输出信号(01)。
具体实施方式
下面结合附图通过具体实施方式对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围并不限于此。
参照图1～图3，一种基于时间透镜成像的光逻辑“非”门运算系统，包括扩码子系统、时间透镜成像反演子系统和缩码子系统；所述扩码子系统将1变换为10，将0变换为01，目前的信号处理及通信领域中该方法是非常普遍的，所以这里不再赘述其实施过程；所述时间透镜成像反演子系统由输入段光纤、时间透镜和输出段光纤构成，所述输出段光纤的二阶色散量φ2″与输入段光纤的二阶色散量φ1″相反，即φ2″＝-φ1″；所述时间透镜成像子系统的放大倍数M＝φ2″/φ1″＝-1；控制泵浦光脉冲宽度，使其持续期间可涵盖两个信号光脉冲，从而保证能够将一对光脉冲10反演为01，将01则反演为10；所述缩码子系统将双码变回单码，即将01变换为0，将10变换为1，与扩码类似，此处不赘述其实施过程。
所述时间透镜成像反演子系统中，由信号光与泵浦光在高非线性光纤中发生FWM来实现时间透镜效应。或者是：由信号光与泵浦光在高非线性介质中发生FWM来实现时间透镜效应。优选的，控制泵浦光脉冲宽度，使一个泵浦光脉宽能够涵盖两个时长的信号光脉冲对，从而实现双码的反转。
参照图2，为满足的成像条件，两个时间透镜成像子系统的参数均选择为：β2s＝20ps2/km，Ls＝1km，β2i＝-20ps2/km，Li＝1km，β2p＝20ps2/km，Lp＝1km。此时，φ2″＝-φ1″，M＝-1。
图3展示了脉宽为T0＝5ps一对光脉冲10(a)在经过时间透镜成像反演子系统之后变换为01(b)。
如上图1～图3，信号1/0经过系统变换之后，变成为0/1，实现了逻辑“非”操作。在上述实施例中，缩短光脉冲宽度，即提高信号处理速率，系统性能良好，即该系统可有效处理高速的光数字信号，实现逻辑“非”运算。

Claims (5)

1.一种基于时间透镜成像的光逻辑“非”门运算系统，其特征在于，包括扩码子系统、时间透镜成像反演子系统和缩码子系统，所述扩码子系统的输出端与时间透镜成像反演子系统的输入端连接，所述时间透镜成像反演子系统的输出端与所述缩码子系统的输入端连接，所述扩码子系统中，将单码转换为双码，即“1”变换为“10”，“0”变换为“01”；所述时间透镜成像反演子系统中，通过M＝-1倍的放大倍数，实现双脉冲信号的反转，即“10”变换为“01”，“01”变换为“10”；所述缩码子系统中，将双码重新变回单码，即将“01”变为“0”，“10”变为“1”；任意信号在上述系统的作用之下，实现“1”码变换为“0”码，“0”码变换为“1”码，即实现了逻辑“非”运算。
2.如权利要求1所述的一种基于时间透镜成像的光逻辑“非”门运算系统，其特征在于，所述时间透镜成像反演子系统由输入段光纤、时间透镜和输出段光纤三部分构成，所述输出段光纤的二阶色散量φ″2与输入段光纤的二阶色散量φ″1相反，即φ″2＝-φ″1；所述时间透镜成像反演子系统的放大倍数M＝φ″2/φ″1＝-1，在时间透镜成像反演子系统的泵浦光脉冲持续期间，同时涵盖两个信号光脉冲，并通过M＝-1实现对这两个信号光脉冲的反转，即实现将“10”转换为“01”，将“01”转换为“10”。
3.如权利要求1或2中所述的一种基于时间透镜成像的光逻辑“非”门运算系统，其特征在于：所述时间透镜成像反演子系统中，由信号光与泵浦光在高非线性光纤中发生FWM来实现时间透镜效应。
4.如权利要求1或2中所述的一种基于时间透镜成像的光逻辑“非”门运算系统，其特征在于：所述时间透镜成像反演子系统中，由信号光与泵浦光在高非线性介质中发生FWM来实现时间透镜效应。
5.如权利要求1中所述的一种基于时间透镜成像的光逻辑“非”门运算系统，其特征在于：所述时间透镜成像反演子系统中，控制泵浦光脉冲宽度，使一个泵浦光脉宽能够同时涵盖两个信号光宽度。
CN201910312115.7A 2019-04-18 2019-04-18 一种基于时间透镜成像的光逻辑“非”门运算系统 Active CN110231745B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910312115.7A CN110231745B (zh) 2019-04-18 2019-04-18 一种基于时间透镜成像的光逻辑“非”门运算系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910312115.7A CN110231745B (zh) 2019-04-18 2019-04-18 一种基于时间透镜成像的光逻辑“非”门运算系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110231745A CN110231745A (zh) 2019-09-13
CN110231745B true CN110231745B (zh) 2023-09-26

Family

ID=67860748

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910312115.7A Active CN110231745B (zh) 2019-04-18 2019-04-18 一种基于时间透镜成像的光逻辑“非”门运算系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110231745B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110677197B (zh) * 2019-09-25 2020-10-30 浙江工业大学 一种基于时间透镜的cdma编码系统
CN111474803A (zh) * 2020-04-03 2020-07-31 浙江工业大学 一种基于时间透镜成像的全光异或光逻辑门运算系统

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1363855A (zh) * 2002-01-30 2002-08-14 北京大学 光逻辑运算的非门和与门
CN101063787A (zh) * 2006-01-18 2007-10-31 邱富春 特定的二进制光信号及其基本逻辑门光路的实现
CA2829175A1 (en) * 2012-10-05 2014-04-05 Daisy Williams All-optical nand/not/and/or logic gates based on combined brillouin gain and loss in an optical fiber

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3640643B2 (ja) * 2002-01-18 2005-04-20 沖電気工業株式会社 べき数エンコーダ回路及びマスク回路
TWI447501B (zh) * 2011-07-14 2014-08-01 Univ Chung Hua 電磁感應透明材料與光子晶體材料配對式全光型邏輯閘
US20140052386A1 (en) * 2012-02-10 2014-02-20 Optopo Inc. D/B/A Centice Corporation Systems and Methods for Handheld Raman Spectroscopy
CN106209258B (zh) * 2016-07-01 2018-06-29 浙江工业大学 一种基于时间透镜成像的光信号加/解密系统

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1363855A (zh) * 2002-01-30 2002-08-14 北京大学 光逻辑运算的非门和与门
CN101063787A (zh) * 2006-01-18 2007-10-31 邱富春 特定的二进制光信号及其基本逻辑门光路的实现
CA2829175A1 (en) * 2012-10-05 2014-04-05 Daisy Williams All-optical nand/not/and/or logic gates based on combined brillouin gain and loss in an optical fiber

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
光纤色散在光信息处理中的应用;谭中伟;秦凤杰;任文华;刘艳;;激光与光电子学进展(08);全文 *
基于光纤中四波混频效应光逻辑门的信号同步提取与擦除;罗旋;江阳;于晋龙;胡林;吴波;文江洪;李玉金;;光学学报(09);全文 *
时间透镜成像在流密码技术中的应用与研究;郭淑琴;徐大财;刘儒林;蒋佩兰;;浙江工业大学学报(02);全文 *
时间透镜成像系统的数值分析;郭淑琴;俞梦杰;;浙江工业大学学报(01);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN110231745A (zh) 2019-09-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110231745B (zh) 一种基于时间透镜成像的光逻辑“非”门运算系统
JP2007264319A (ja) 光信号の波形を整形する装置
WO2010125657A1 (ja) 光信号処理装置
CN106972890A (zh) 一种光控光pam信号再生装置
CN115268162A (zh) 一种非线性光学器件
CN213240766U (zh) 一种基于时间透镜成像的全光异或光逻辑门运算系统
CN210109534U (zh) 一种基于时间透镜成像的2的n次幂倍光脉宽放大系统
CN1710839B (zh) 一种改进光纤型全光缓存器性能的方法
CN111474803A (zh) 一种基于时间透镜成像的全光异或光逻辑门运算系统
CN107786333B (zh) 一种基于时间透镜成像的光信号二维加/解密系统
CN109525320A (zh) 一种基于再生拉曼技术的全光中继装置
CN205680924U (zh) 一种基于自相位调制预补偿的单频脉冲全光纤激光器
CN210109533U (zh) 一种基于时间透镜成像系统实现光信号的“栈”系统
CN108398843B (zh) 一种时间透镜成像系统
CN112379556B (zh) 一种基于时间透镜的rz码占空比调节系统
Zhou et al. Optimized all-optical amplitude reshaping by exploiting nonlinear phase shift in fiber for degenerated FWM
Abdollahi et al. An optical hard-limiter for all-optical signal processing
CN206594426U (zh) 基于光纤非线性增益偏振相关性的光域偏振锁定装置
CN112034625A (zh) 一种基于时间透镜成像的光脉冲偏振复用压缩系统
CN1246759A (zh) 在线再生光孤子信号的再生设备及含有它的传输系统
Teimoori et al. All-optical packet-switching decoder design and demonstration at 10 Gb/s
CN208334858U (zh) 一种时间透镜成像系统
CN109407351A (zh) 时间透镜实现方法、装置及光子傅立叶变换系统
CN105974709B (zh) 全光无栅格频谱整合器
Hnaung et al. Design and Implementation of 10 Gbps All Optical 2R Regenerator

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant