CN110995356A - 基于soa非线性效应同时实现全光比较器和编码器的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于全光比较器和编码器技术领域,具体涉及一种基于SOA非线性效应同时实现全光比较器和编码器的装置,包括激光二极管、信号发生器、RZ脉冲发生器、调制器、光耦合器、半导体光放大器、高斯可调谐光带通滤波器、可变光衰减器和光示波器。本发明体积小、紧凑且易于集成、成本低,容易实现规模生产,并且与偏振无关,能够处理相同或不同波长的输入信号,可以在输出端观察到清晰的眼图模式和逻辑序列,且输出信号的消光比大于9dB,同时在A<B输出端实现了全光编码器的逻辑功能。本发明用于不同波长信号的全光比较和全光编码。

Description

基于SOA非线性效应同时实现全光比较器和编码器的装置
技术领域
本发明属于全光比较器和编码器技术领域,具体涉及一种基于SOA非线性效应同时实现全光比较器和编码器的装置。
背景技术
高速数字处理可以满足未来光网络对数据通信快速发展的需求。光层中的光子学信号处理有助于执行各种计算功能,如分组缓冲、比特长度转换、报头处理、切换、重新定时、整形、模式匹配以及所有速度电子限制的克服。光学计算为实现超高速和超宽带信息处理提供了可能。集成全光逻辑比较器是光计算系统中必不可少的核心部件之一。全光光子数字电路能够对两个布尔数进行比较,它需要在光分组交换网络的节点中进行开关控制和管理。
到目前为止,实现全光比较器报道非常多。例如基于BER干涉仪的光学克尔效应通过模式匹配确定两个布尔数是否相等或不通过由非线性光学环路径实现的异或门来实现,它的全光比较器存在BER长度短、光功率低的问题;基于量子点半导体光放大器的8位全光比较器通过1个马赫-曾德干涉仪构成的逻辑非门和8个马赫-曾德干涉仪构成的逻辑异或门进行高速信号处理。这些方案不能同时实现全光比较器和全光编码器,因此,设计基于SOA非线性效应同时实现全光比较器和编码器确有必要。
发明内容
针对上述不能同时实现全光比较器和全光编码器的技术问题,本发明提供了一种体积小、易于集成、成本低的基于SOA非线性效应同时实现全光比较器和编码器的装置。
为了解决上述技术问题,本发明采用的技术方案为:
基于SOA非线性效应同时实现全光比较器和编码器的装置,包括激光二极管、信号发生器、RZ脉冲发生器、调制器、光耦合器、半导体光放大器、高斯可调谐光带通滤波器、可变光衰减器和光示波器;
所述激光二极管包括第一激光二极管、第二激光二极管、第三激光二极管、第四激光二极管;
所述信号发生器包括第一信号发生器、第二信号发生器;
所述RZ脉冲发生器包括第一RZ脉冲发生器、第二RZ脉冲发生器;
所述调制器包括第一调制器、第二调制器;
所述第一信号发生器、第二信号发生器分别与第一RZ脉冲发生器、第二RZ脉冲发生器连接,所述第一激光二极管和第一RZ脉冲发生器均连接在第一调制器上,所述第三激光二极管和第二RZ脉冲发生器均连接有第二调制器;
所述光耦合器包括第一光耦合器、第二光耦合器、第三光耦合器、第四光耦合器、第五光耦合器、第六光耦合器、第七光耦合器、第八光耦合器、第九光耦合器;
所述半导体光放大器包括第一半导体光放大器、第二半导体光放大器、第三半导体光放大器、第四半导体光放大器、第五半导体光放大器、第六半导体光放大器、第七半导体光放大器;
所述第二激光二极管连接有第一光耦合器,所述第一光耦合器、第一调制器、第二调制器均分别连接有第二光耦合器、第三光耦合器,所述第二光耦合器与第一半导体光放大器连接,所述第三光耦合器与第二半导体光放大器连接,所述第一半导体光放大器、第二半导体光放大器均连接有第四光耦合器;
所述高斯可调谐光带通滤波器包括第一高斯可调谐光带通滤波器、第二高斯可调谐光带通滤波器、第三高斯可调谐光带通滤波器、第四高斯可调谐光带通滤波器、第五高斯可调谐光带通滤波器、第六高斯可调谐光带通滤波器;
所述光示波器包括第一光示波器、第二光示波器、第三光示波器;
所述第四光耦合器通过第一高斯可调谐光带通滤波器连接有可变光衰减器,所述可变光衰减器通过第五光耦合器分别连接有第四激光二极管和第三半导体光放大器,所述第三半导体光放大器通过第二高斯可调谐光带通滤波器连接有第一光示波器;
所述第一调制器和第二激光二极管均连接有第六光耦合器,所述第六光耦合器通过第四半导体光放大器连接有第三高斯可调谐光带通滤波器,所述第三高斯可调谐光带通滤波器通过第七光耦合器分别连接有第二调制器和第五半导体光放大器,所述第五半导体光放大器通过第四高斯可调谐光带通滤波器7d连接有第二光示波器;
所述第二调制器和第二激光二极管均连接有第八光耦合器,所述第八光耦合器通过第六半导体光放大器连接有第五高斯可调谐光带通滤波器,所述第五高斯可调谐光带通滤波器通过第九光耦合器分别连接有第一调制器和第七半导体光放大器,所述第七半导体光放大器通过第六高斯可调谐光带通滤波器连接有第三光示波器。
所述第一激光二极管的波长为1552.52nm,所述第二激光二极管的波长为1553.32nm,所述第三激光二极管1c的波长为1552.52nm,所述第四激光二极管的波长为1551.72nm。
所述第一信号发生器、第二信号发生器的频率带宽均为0~10GHz、输出功率均为10~20dBm。
所述第一RZ脉冲发生器、第二RZ脉冲发生器的RZ调制信号均为10Gb/s。
所述第一调制器、第二调制器的频率带宽均为0~10GHz。
所述光耦合器的插入损耗均为3dB。
所述导体光放大器的长度均为900μm、偏置电压均为300mA。
所述高斯可调谐光带通滤波器的带宽均为0.32 nm。
所述可变光衰减器的可调范围为0~20dB。
本发明与现有技术相比,具有的有益效果是:
本发明体积小、紧凑且易于集成、成本低,容易实现规模生产,并且与偏振无关,能够处理相同或不同波长的输入信号,可以在输出端观察到清晰的眼图模式和逻辑序列,且输出信号的消光比大于9dB,同时在A<B输出端实现了全光编码器的逻辑功能。
附图说明
图1为本发明的结构示意图;
图2为本发明的逻辑运算真值图;
其中:1a为第一激光二极管,1b为第二激光二极管,1c为第三激光二极管,1d为第四激光二极管,2a为第一信号发生器,2b为第二信号发生器,3a为第一RZ脉冲发生器,3b为第二RZ脉冲发生器,4a为第一调制器,4b为第二调制器,5a为第一光耦合器,5b为第二光耦合器,5c为第三光耦合器,5d为第四光耦合器,5e为第五光耦合器,5f为第六光耦合器,5g为第七光耦合器,5h为第八光耦合器,5i为第九光耦合器,6a为第一半导体光放大器,6b为第二半导体光放大器,6c为第三半导体光放大器,6d为第四半导体光放大器,6e为第五半导体光放大器,6f为第六半导体光放大器,6g为第七半导体光放大器,7a为第一高斯可调谐光带通滤波器,7b为第二高斯可调谐光带通滤波器,7c为第三高斯可调谐光带通滤波器,7d为第四高斯可调谐光带通滤波器,7e为第五高斯可调谐光带通滤波器,7f为第六高斯可调谐光带通滤波器,8为可变光衰减器,9a为第一光示波器,9b为第二光示波器,9c为第三光示波器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
基于SOA非线性效应同时实现全光比较器和编码器的装置,如图1所示,包括激光二极管、信号发生器、RZ脉冲发生器、调制器、光耦合器、半导体光放大器、高斯可调谐光带通滤波器、可变光衰减器8和光示波器。
激光二极管包括第一激光二极管1a、第二激光二极管1b、第三激光二极管1c、第四激光二极管1d。
信号发生器包括第一信号发生器2a、第二信号发生器2b。
RZ脉冲发生器包括第一RZ脉冲发生器3a、第二RZ脉冲发生器3b。
调制器包括第一调制器4a、第二调制器4b。
第一信号发生器2a、第二信号发生器2b分别与第一RZ脉冲发生器3a、第二RZ脉冲发生器3b连接,第一激光二极管1a和第一RZ脉冲发生器3a均连接在第一调制器4a上,第三激光二极管1c和第二RZ脉冲发生器3b均连接有第二调制器4b,第一激光二极管1a、第三激光二极管1c产生连续波光束作为载波,第一信号发生器2a、第二信号发生器2b产生的数据信号A、数据信号B经第一RZ脉冲发生器3a、第二RZ脉冲发生器3b与载波共同注入第一调制器4a、第二调制器4b。
光耦合器包括第一光耦合器5a、第二光耦合器5b、第三光耦合器5c、第四光耦合器5d、第五光耦合器5e、第六光耦合器5f、第七光耦合器5g、第八光耦合器5h、第九光耦合器5i。
半导体光放大器包括第一半导体光放大器6a、第二半导体光放大器6b、第三半导体光放大器6c、第四半导体光放大器6d、第五半导体光放大器6e、第六半导体光放大器6f、第七半导体光放大器6g。
第二激光二极管1b连接有第一光耦合器5a,第一光耦合器5a、第一调制器4a、第二调制器4b均分别连接有第二光耦合器5b、第三光耦合器5c,第二光耦合器5b与第一半导体光放大器6a连接,第三光耦合器5c与第二半导体光放大器6b连接,第一半导体光放大器6a、第二半导体光放大器6b均连接有第四光耦合器5d,调制完成后注入第二光耦合器5b、第三光耦合器5c。第二激光二极管1b产生连续波光束注入第一光耦合器5a,与数据信号A、数据信号B被施加到第一半导体光放大器6a、第二半导体光放大器6b作为输入信号。
高斯可调谐光带通滤波器包括第一高斯可调谐光带通滤波器7a、第二高斯可调谐光带通滤波器7b、第三高斯可调谐光带通滤波器7c、第四高斯可调谐光带通滤波器7d、第五高斯可调谐光带通滤波器7e、第六高斯可调谐光带通滤波器7f。
光示波器包括第一光示波器9a、第二光示波器9b、第三光示波器9c。
第四光耦合器5d通过第一高斯可调谐光带通滤波器7a连接有可变光衰减器8,可变光衰减器8通过第五光耦合器5e分别连接有第四激光二极管1d和第三半导体光放大器6c,第三半导体光放大器6c通过第二高斯可调谐光带通滤波器7b连接有第一光示波器9a,输入信号依次注入第四光耦合器5d、第一高斯可调谐光带通滤波器7a、可变光衰减器8,经第五光耦合器5e与第四激光二极管1d产生的连续波光束耦合后,再注入第三半导体光放大器6c、第二高斯可调谐光带通滤波器7b,使用第一光示波器9a观察输出信号的波形和眼图。
第一调制器4a和第二激光二极管1b均连接有第六光耦合器5f,第六光耦合器5f通过第四半导体光放大器6d连接有第三高斯可调谐光带通滤波器7c,第三高斯可调谐光带通滤波器7c通过第七光耦合器5g分别连接有第二调制器4b和第五半导体光放大器6e,第五半导体光放大器6e通过第四高斯可调谐光带通滤波器7d连接有第二光示波器9b,通过第一调制器4a的数据信号A与第二激光二极管1b产生的连续波光束依次注入第六光耦合器5f、第四半导体光放大器6d、第三高斯可调谐光带通滤波器7c,经第七光耦合器5g与第二通过调制器4b的数据信号B耦合,再注入第五半导体光放大器6e、第四高斯可调谐光带通滤波器7d,使用第二光示波器9b观察输出信号的波形和眼图。
第二调制器4b和第二激光二极管1b均连接有第八光耦合器5h,第八光耦合器5h通过第六半导体光放大器6f连接有第五高斯可调谐光带通滤波器7e,第五高斯可调谐光带通滤波器7e通过第九光耦合器5i分别连接有第一调制器4a和第七半导体光放大器6g,第七半导体光放大器6g通过第六高斯可调谐光带通滤波器7f连接有第三光示波器9c,通过第二调制器4b的数据信号B与第二激光二极管1b产生的连续波光束依次注入第八光耦合器5h、第六半导体光放大器6f、第五高斯可调谐光带通滤波器7e,经第九光耦合器5i与通过第一调制器4a的数据信号A耦合,再注入第七半导体光放大器6g、第六高斯可调谐光带通滤波器7f,使用第三光示波器9c观察输出信号的波形和眼图。
进一步,优选的,第一激光二极管1a的波长为1552.52nm ,第二激光二极管1b的波长为1553.32nm,第三激光二极管1c的波长为1552.52nm,第四激光二极管1d的波长为1551.72nm。
进一步,优选的,第一信号发生器2a、第二信号发生器2b的频率带宽均为0~10GHz、输出功率均为10~20dBm。
进一步,优选的,第一RZ脉冲发生器3a、第二RZ脉冲发生器3b的RZ调制信号均为10Gb/s。
进一步,优选的,第一调制器4a、第二调制器4b的频率带宽均为0~10GHz。
进一步,优选的,光耦合器的插入损耗均为3dB。
进一步,优选的,导体光放大器的长度均为900μm、偏置电压均为300mA。
进一步,优选的,高斯可调谐光带通滤波器的带宽均为0.32 nm。
进一步,优选的,可变光衰减器8的可调范围为0~20dB。
本发明的工作流程为:第一激光二极管1a、第三激光二极管1c产生连续波光束作为载波,第一信号发生器2a、第二信号发生器2b产生的数据信号A、数据信号B经第一RZ脉冲发生器3a、第二RZ脉冲发生器3b与载波共同注入第一调制器4a、第二调制器4b,调制完成后注入第二光耦合器5b、第三光耦合器5c。第二激光二极管1b产生连续波光束注入第一光耦合器5a,与数据信号A、数据信号B被施加到第一半导体光放大器6a、第二半导体光放大器6b作为输入信号。输入信号依次注入第四光耦合器5d、第一高斯可调谐光带通滤波器7a、可变光衰减器8,经第五光耦合器5e与第四激光二极管1d产生的连续波光束耦合后,再注入第三半导体光放大器6c、第二高斯可调谐光带通滤波器7b,使用第一光示波器9a观察输出信号的波形和眼图;通过第一调制器4a的数据信号A与第二激光二极管1b产生的连续波光束依次注入第六光耦合器5f、第四半导体光放大器6d、第三高斯可调谐光带通滤波器7c,经第七光耦合器5g与第二通过调制器4b的数据信号B耦合,再注入第五半导体光放大器6e、第四高斯可调谐光带通滤波器7d,使用第二光示波器9b观察输出信号的波形和眼图;通过第二调制器4b的数据信号B与第二激光二极管1b产生的连续波光束依次注入第八光耦合器5h、第六半导体光放大器6f、第五高斯可调谐光带通滤波器7e,经第九光耦合器5i与通过第一调制器4a的数据信号A耦合,再注入第七半导体光放大器6g、第六高斯可调谐光带通滤波器7f,使用第三光示波器9c观察输出信号的波形和眼图。
实施例
本发明利用三个非门、两个和门和一个异或门来获得三个输出。激光二极管分别在1552.52 nm(K1)、1553.32 nm(K2)和1551.72 nm(K3)的波长处产生连续波光束。
波长均为1552.52nm(K1)的数据信号A、数据信号B和波长为1553.32nm(K2)的连续波控制信号被施加到XOR的输入。A XOR B信号在异或门的输出处产生,波长为1553.32nm(K2)。利用0.4 nm带宽的第一高斯可调谐光带通滤波器对A XOR B信号进行滤波处理。在第六半导体光放大器、第四半导体光放大器。第三半导体光放大器中分别采用交叉增益调制效应实现非门Ⅲ、非门Ⅱ和非门Ⅰ。波长为1551.72nm(K3)的连续波控制信号和异或门的输出信号作为非门Ⅰ的输入信号。非门Ⅰ产生A XNOR B。在波长为1551.72nm(K3)的情况下产生全光比较器的A=B输出,利用第二高斯可调谐光带通滤波器对其进行滤波处理。由第四半导体光放大器构成的非门Ⅱ和由第六半导体光放大器构成的非门Ⅲ分别产生输入数据信号A、数据信号B的补码。利用第三高斯可调谐光带通滤波器和第五高斯可调谐光带通滤波器进行滤波处理,实现非逻辑,并在波长为1553.32nm(K2)的情况下产生输出。
由第五半导体光放大器构成的与门Ⅰ和由第七半导体光放大器构成的与门Ⅱ被用于在1551.72nm(K3)的波长下产生
Figure DEST_PATH_IMAGE002
Figure DEST_PATH_IMAGE004
信号。这两个信号分别代表全光比较器的A<B和A>B输出。数据信号B[1552.52nm(K1)]和非门Ⅱ[1553.32nm(K2)]的输出被施加到与门Ⅰ。类似地,数据信号A[1552.52 nm(K1)]和非门Ⅲ的输出[(1553.32 nm(K2)],作为对与门Ⅱ的输入,通过在第五半导体光放大器和第七半导体光放大器中分别使用四波混频效应实现了这两个门。当两个输入信号处于不同波长时,由于四波混频效应,在第五半导体光放大器、第七半导体光放大器的输出处出现共轭光。利用第四高斯可调谐光带通滤波器、第六高斯可调谐光带通滤波器进行滤波处理,实现与逻辑。可变光衰减器和光学放大器被用于调节信号在不同阶段的功率电平。
综上所述,在A<B输出端,通过非门Ⅱ、与门Ⅰ的逻辑运算,得出其逻辑式为
Figure DEST_PATH_IMAGE002A
,输入与输出的的对应关系由图2给出,符合编码器的真值关系,实现了编码器的逻辑功能。
在全光学比较器的输出端测量的消光比和开眼因子。所有消光比大于9dB,眼图系数超过0.9。
上面仅对本发明的较佳实施例作了详细说明,但是本发明并不限于上述实施例,在本领域普通技术人员所具备的知识范围内,还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化,各种变化均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.基于SOA非线性效应同时实现全光比较器和编码器的装置,其特征在于:包括激光二极管、信号发生器、RZ脉冲发生器、调制器、光耦合器、半导体光放大器、高斯可调谐光带通滤波器、可变光衰减器(8)和光示波器;
所述激光二极管包括第一激光二极管(1a)、第二激光二极管(1b)、第三激光二极管(1c)、第四激光二极管(1d);
所述信号发生器包括第一信号发生器(2a)、第二信号发生器(2b);
所述RZ脉冲发生器包括第一RZ脉冲发生器(3a)、第二RZ脉冲发生器(3b);
所述调制器包括第一调制器(4a)、第二调制器(4b);
所述第一信号发生器(2a)、第二信号发生器(2b)分别与第一RZ脉冲发生器(3a)、第二RZ脉冲发生器(3b)连接,所述第一激光二极管(1a)和第一RZ脉冲发生器(3a)均连接在第一调制器(4a)上,所述第三激光二极管(1c)和第二RZ脉冲发生器(3b)均连接有第二调制器(4b);
所述光耦合器包括第一光耦合器(5a)、第二光耦合器(5b)、第三光耦合器(5c)、第四光耦合器(5d)、第五光耦合器(5e)、第六光耦合器(5f)、第七光耦合器(5g)、第八光耦合器(5h)、第九光耦合器(5i);
所述半导体光放大器包括第一半导体光放大器(6a)、第二半导体光放大器(6b)、第三半导体光放大器(6c)、第四半导体光放大器(6d)、第五半导体光放大器(6e)、第六半导体光放大器(6f)、第七半导体光放大器(6g);
所述第二激光二极管(1b)连接有第一光耦合器(5a),所述第一光耦合器(5a)、第一调制器(4a)、第二调制器(4b)均分别连接有第二光耦合器(5b)、第三光耦合器(5c),所述第二光耦合器(5b)与第一半导体光放大器(6a)连接,所述第三光耦合器(5c)与第二半导体光放大器(6b)连接,所述第一半导体光放大器(6a)、第二半导体光放大器(6b)均连接有第四光耦合器(5d);
所述高斯可调谐光带通滤波器包括第一高斯可调谐光带通滤波器(7a)、第二高斯可调谐光带通滤波器(7b)、第三高斯可调谐光带通滤波器(7c)、第四高斯可调谐光带通滤波器(7d)、第五高斯可调谐光带通滤波器(7e)、第六高斯可调谐光带通滤波器(7f);
所述光示波器包括第一光示波器(9a)、第二光示波器(9b)、第三光示波器(9c);
所述第四光耦合器(5d)通过第一高斯可调谐光带通滤波器(7a)连接有可变光衰减器(8),所述可变光衰减器(8)通过第五光耦合器(5e)分别连接有第四激光二极管(1d)和第三半导体光放大器(6c),所述第三半导体光放大器(6c)通过第二高斯可调谐光带通滤波器(7b)连接有第一光示波器(9a);
所述第一调制器(4a)和第二激光二极管(1b)均连接有第六光耦合器(5f),所述第六光耦合器(5f)通过第四半导体光放大器(6d)连接有第三高斯可调谐光带通滤波器(7c),所述第三高斯可调谐光带通滤波器(7c)通过第七光耦合器(5g)分别连接有第二调制器(4b)和第五半导体光放大器(6e),所述第五半导体光放大器(6e)通过第四高斯可调谐光带通滤波器(7d)连接有第二光示波器(9b);
所述第二调制器(4b)和第二激光二极管(1b)均连接有第八光耦合器(5h),所述第八光耦合器(5h)通过第六半导体光放大器(6f)连接有第五高斯可调谐光带通滤波器(7e),所述第五高斯可调谐光带通滤波器(7e)通过第九光耦合器(5i)分别连接有第一调制器(4a)和第七半导体光放大器(6g),所述第七半导体光放大器(6g)通过第六高斯可调谐光带通滤波器(7f)连接有第三光示波器(9c)。
2.根据权利要求1所述的基于SOA非线性效应同时实现全光比较器和编码器的装置,其特征在于:所述第一激光二极管(1a)的波长为1552.52nm ,所述第二激光二极管(1b)的波长为1553.32nm,所述第三激光二极管(1c)的波长为1552.52nm,所述第四激光二极管(1d)的波长为1551.72nm。
3.根据权利要求1所述的基于SOA非线性效应同时实现全光比较器和编码器的装置,其特征在于:所述第一信号发生器(2a)、第二信号发生器(2b)的频率带宽均为0~10GHz、输出功率均为10~20dBm。
4.根据权利要求1所述的基于SOA非线性效应同时实现全光比较器和编码器的装置,其特征在于:所述第一RZ脉冲发生器(3a)、第二RZ脉冲发生器(3b)的RZ调制信号均为10Gb/s。
5.根据权利要求1所述的基于SOA非线性效应同时实现全光比较器和编码器的装置,其特征在于:所述第一调制器(4a)、第二调制器(4b)的频率带宽均为0~10GHz。
6.根据权利要求1所述的基于SOA非线性效应同时实现全光比较器和编码器的装置,其特征在于:所述光耦合器的插入损耗均为3dB。
7.根据权利要求1所述的基于SOA非线性效应同时实现全光比较器和编码器的装置,其特征在于:所述导体光放大器的长度均为900μm、偏置电压均为300mA。
8.根据权利要求1所述的基于SOA非线性效应同时实现全光比较器和编码器的装置,其特征在于:所述高斯可调谐光带通滤波器的带宽均为0.32 nm。
9.根据权利要求1所述的基于SOA非线性效应同时实现全光比较器和编码器的装置,其特征在于:所述可变光衰减器(8)的可调范围为0~20dB。
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