CN112702067A - 基于微环谐振器热非线性效应的全光奇偶校验器 - Google Patents

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李鹏飞
马会芳
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Abstract

本发明涉及全光奇偶校验产生器和检验器，具体是一种基于微环谐振器热非线性效应的全光奇偶校验器。基于微环谐振器热非线性效应的全光奇偶校验器，包括信号发生器、连续波激光器、调制器、时钟脉冲CLK、微环谐振器、光环形器和光示波器。本发明具有结构简单、功耗低、紧凑且易于集成的优点，且仅在加载时钟信号时状态才会发生改变，同时实现3位全光奇偶校验产生器和检验器。

Description

基于微环谐振器热非线性效应的全光奇偶校验器
技术领域
本发明涉及全光奇偶校验产生器和检验器，具体是一种包括信号发生器、连续波激光器、调制器、时钟脉冲CLK、微环谐振器、光环形器和光示波器的基于微环谐振器热非线性效应的全光奇偶校验器。
背景技术
光学存储设备是未来超高比特率光纤通信系统中必不可少的元素。在光分组交换网络中，光学存储元件保存光学处理器的结果并给光学开关提供控制信号。但是为了避免数据冲突，光学存储元件甚至需要缓冲整个数据包。在理想情况下，数据应该全光地进行存储，与光纤带宽兼容。脉冲模式存储已在各种光纤环路设备中得到应用。这些设备配置再生回路或锁模光纤环激光器，通过各种脉冲控制技术提供比特模式的定时稳定性。上述脉冲控制技术大多基于电光调制，其比特率小于100Gb/s。
全光顺序信号处理中，设备的数字输出不仅取决于输入信号还取决于对前一时刻信号的状态。由于在所有光分组交换机中出现，这个过程已被广泛研究。光分组交换机中，交换、数据格式转换、光信号的记忆、路由、数据包的缓冲和转发以及计数、时钟分割等核心功能直接在光域中进行。与电光电转换不同，这种产生一个少于10ps脉冲信号的过程可以实现大于40Gbits/s的高速重复全光顺序信号处理，既提高了光子集成电路和平面光波电路的工作能力，又显著降低了数字光网络设备的成本。
目前，偶校验产生器、奇校验产生器、偶校验检验器、奇校验检验器都是基于三个异或门的独立的逻辑门，其电脉冲电路切换时间长，不能同时实现3位全光奇偶校验产生器和检验器。因此，实现基于微环谐振器热非线性效应的全光奇偶校验器确有必要。
发明内容
本发明为了解决偶校验产生器、奇校验产生器、偶校验检验器、奇校验检验器电脉冲电路切换时间长，不能同时实现3位全光奇偶校验产生器和检验器的问题，提供了一种基于微环谐振器热非线性效应的全光奇偶校验器。
本发明是采用如下技术方案实现的：
基于微环谐振器热非线性效应的全光奇偶校验器，包括信号发生器、连续波激光器、调制器、时钟脉冲CLK、微环谐振器、光环形器和光示波器；信号发生器(1)产生的信号和连续波激光器(2)产生的载波，经调制器(3)调制生成输入信号D，第一时钟脉冲CLK(4a)、第二时钟脉冲CLK(4b)、第三时钟脉冲CLK(4c)、第四时钟脉冲CLK(4d)分别从第一微环谐振器(5a)、第二微环谐振器(5b)、第三微环谐振器(5c)、第四微环谐振器(5d)的顶部泵送入环，形成光开关，输入信号D分别通过光环形器(6a)、光环形器(6b)、光环形器(6c)传输，实现奇偶校验产生器和检验器。使用第一光示波器(7a)、第二光示波器(7b)分别记录偶校验产生器和检验器、奇校验产生器和检验器的波形。
基于上述技术方案，进一步的附加技术方案如下。
(1)所述信号发生器频率带宽为0-10GHz，输出功率为10-20dBm。
(2)所述调制器频率带宽为0-10GHz。
(3)所述第一时钟脉冲CLK、第二时钟脉冲CLK、第三时钟脉冲CLK、第四时钟脉冲CLK是波长都为532nm绿色激光的脉冲光束。
(4)所述第一微环谐振器、第二微环谐振器、第三微环谐振器、第四微环谐振器的微环半径d都为20μm，厚度都为250nm，横截面都为450×250nm2。
实现本发明上述所提供的一种基于微环谐振器热非线性效应的全光奇偶校验器的技术方案，与现有技术相比，本全光奇偶校验产生器和检验器具有结构简单、功耗低、紧凑且易于集成的优点，且仅在加载时钟信号时状态才会发生改变，同时实现3位全光奇偶校验产生器和检验器。
本发明结构合理、设计巧妙，有效解决了偶校验产生器、奇校验产生器、偶校验检验器、奇校验检验器电脉冲电路切换时间长，不能同时实现3位全光奇偶校验产生器和检验器的问题，提供了一种基于微环谐振器热非线性效应的全光奇偶校验器。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图中：1-信号发生器，2-连续波激光器，3-调制器，4a-第一时钟脉冲CLK，4b-第二时钟脉冲CLK，4c-第三时钟脉冲CLK，4d-第四时钟脉冲CLK，5a-第一微环谐振器，5b-第二微环谐振器，5c-第三微环谐振器，5d-第四微环谐振器，6a-第一光环形器，6b-第二光环形器，6c-第三光环形器，7a-第一光示波器，7b-第二光示波器。
表1是全光奇偶校验产生器运算真值表。
表2是全光奇偶校验检验器偶检验器运算真值表。
表3是全光奇偶校验检验器奇检验器运算真值表。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作出进一步的说明。
如附图所述，实施本发明上述所提供的一种基于微环谐振器热非线性效应的全光奇偶校验器，该全光奇偶校验产生器和检验器包括信号发生器1；连续波激光器2；调制器3；第一时钟脉冲CLK4a；第二时钟脉冲CLK4b；第三时钟脉冲CLK4c；第四时钟脉冲CLK4d；第一微环谐振器5a；第二微环谐振器5b；第三微环谐振器5c；第四微环谐振器5d；第一光环形器6a；第二光环形器6b；第三光环形器6c；第一光示波器7a；第二光示波器7b。
基于上述的构成要件，本发明的构成关系是：
信号发生器1产生的信号和连续波激光器2产生的载波，经调制器3调制生成输入信号D，第一时钟脉冲CLK4a、第二时钟脉冲CLK4b、第三时钟脉冲CLK4c、第四时钟脉冲CLK4d分别从第一微环谐振器5a、第二微环谐振器5b、第三微环谐振器5c、第四微环谐振器5d的顶部泵送入环，形成光开关，输入信号D分别通过第一光环形器6a、第二光环形器6b、第三光环形器6c传输，实现奇偶校验产生器和检验器。使用第一光示波器7a、第二光示波器7b分别记录偶校验产生器和检验器、奇校验产生器和检验器的波形。
拟议的方案是基于20μm半径的微环谐振器，仅在加载时钟信号时状态才会发生改变，实现奇偶校验产生器和检验器。现在需要调查的有：当控制泵梁A、B、C以逻辑“0”和“1”应用于三个微环谐振器时，控制泵梁D作为校验位，A、B、C、D所有可能的逻辑组合。
基于上述具体实施方式，本发明进一步的具体实施方案如下。
第一附加技术实施方案是：所述信号发生器频率带宽为0-10GHz，输出功率为10-20dBm。
第二附加技术实施方案是：所述调制器频率带宽为0-10GHz。
第三附加技术实施方案是：所述第一时钟脉冲CLK、第二时钟脉冲CLK、第三时钟脉冲CLK、第四时钟脉冲CLK是波长都为532nm绿色激光的脉冲光束。
第四附加技术实施方案是：所述第一微环谐振器、第二微环谐振器、第三微环谐振器、第四微环谐振器的微环半径d都为20μm，厚度都为250nm，横截面都为450×250nm2。
所采用的基于微环谐振器热非线性效应的全光奇偶校验产生器的工作原理：
三个数据位使用异或门相加，和位生成偶校验位、奇校验位。
偶校验产生器的表达式：
Figure BSA0000231219730000051
奇校验产生器的表达式：
Figure BSA0000231219730000052
实现3位奇偶校验产生器，一个电路组成只有三个微环谐振器。可设计为同时产生偶数校验位Pe和奇数校验位PO。现在为了使电路达到预期的目的，我们通过增加另一个环形谐振器来扩展它的结构。
具体地说，如果p′＝0，从等式(1)或等式(2)得出Pe或PO。此时，MRR4的输出是：
Figure BSA0000231219730000053
Figure BSA0000231219730000054
考虑到A、B、C所有可能的逻辑组合，全光奇偶校验产生器运算真值表如表1所示：
表1 全光奇偶校验产生器运算真值表
Figure BSA0000231219730000061
当采用偶校验时，被校验的数据A、B、C和校验位Pe满足偶数个1，组成4位偶校验码。因此，MRR4的下降端口起到了偶校验产生器的作用；当采用奇校验时，被校验的数据A、B、C和校验位PO满足奇数个1，组成4位奇校验码。因此，MRR4的通过端口起到了奇校验产生器的作用。
所以，p′＝0时，同时实现3位全光奇偶校验产生器。
当A＝[0 0 0 0 1 1 1 1]，B＝[0 0 1 1 0 0 1 1]，C＝[0 1 0 1 0 1 0 1]和p′＝0时，偶校验＝[0 1 1 0 1 0 0 1]，奇校验＝[1 0 0 1 0 1 1 0]。
所采用的基于微环谐振器热非线性效应的全光奇偶校验检验器的工作原理：
校验码被送到检验电路，该电路能够检验奇偶错。工作原理是校验码送到检验电路，发生一位错或奇数位错时，输出为1，否则为0。和产生器电路相同，只不过增加了1个输入端。实际应用中，检验器电路和产生器电路是同一电路。图1中的电路只需用奇偶性替换p′。根据式(3)或式(4)生成的位，即P′＝Pe或者PO。在这种情况下，修改后的输出是：
Figure BSA0000231219730000071
Figure BSA0000231219730000072
其中，Ce称为偶检测输出，在MRR4的直通端口生成；CO称为奇检测输出，在MRR4的通过端口生成。
当Ce＝0时，校验码无错，允许输出；
当Ce＝1时，校验码有错，禁止输出。
当CO＝0时，校验码无错，允许输出；
当CO＝1时，校验码有错，禁止输出。
表2 全光奇偶校验检验器偶检验器运算真值表
Figure BSA0000231219730000073
表3 全光奇偶校验检验器奇检验器运算真值表
Figure BSA0000231219730000081
上述基于微环谐振器热非线性效应的全光奇偶校验器，具有结构简单、功耗低、紧凑且易于集成的优点，且仅在加载时钟信号时状态才会发生改变，同时实现3位全光奇偶校验产生器和检验器。

Claims (5)

1.一种基于微环谐振器热非线性效应的全光奇偶校验器，包括信号发生器、连续波激光器、调制器、时钟脉冲CLK、微环谐振器、光环形器和光示波器；其特征在于：信号发生器(1)产生的信号和连续波激光器(2)产生的载波，经调制器(3)调制生成输入信号D，第一时钟脉冲CLK(4a)、第二时钟脉冲CLK(4b)、第三时钟脉冲CLK(4c)、第四时钟脉冲CLK(4d)分别从第一微环谐振器(5a)、第二微环谐振器(5b)、第三微环谐振器(5c)、第四微环谐振器(5d)的顶部泵送入环，形成光开关，输入信号D分别通过光环形器(6a)、光环形器(6b)、光环形器(6c)传输，实现奇偶校验产生器和检验器。使用第一光示波器(7a)、第二光示波器(7b)分别记录偶校验产生器和检验器、奇校验产生器和检验器的波形。
2.根据权利要求1所述的基于微环谐振器热非线性效应的全光奇偶校验器，其特征在于：所述信号发生器(1)频率带宽为0-10GHz，输出功率为10-20dBm。
3.根据权利要求1所述的基于微环谐振器热非线性效应的全光奇偶校验器，其特征在于：所述调制器(3)频率带宽为0-10GHz。
4.根据权利要求1所述的基于微环谐振器热非线性效应的全光奇偶校验器，其特征在于：所述第一时钟脉冲CLK(4a)、第二时钟脉冲CLK(4b)、第三时钟脉冲CLK(4c)、第四时钟脉冲CLK(4d)都是波长为532nm绿色激光的脉冲光束。
5.根据权利要求1所述的基于微环谐振器热非线性效应的全光奇偶校验器，其特征在于：所述第一微环谐振器(5a)、第二微环谐振器(5b)、第三微环谐振器(5c)、第四微环谐振器(5d)的微环半径d都为20μm，厚度都为250nm，横截面都为450×250nm2。
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