CN113534566B - 一种光学可编程逻辑阵列器件 - Google Patents

Abstract

本申请适用于信号处理技术领域，提供了一种光学可编程逻辑阵列器件，包括：输入模块以及最小项产生模块，输入模块的第一输出端与最小项产生模块的第一端连接，输入模块的第二输出端与最小项产生模块的第二端连接，最小项产生模块包括一个非线性器件。本申请可以一定程度上解决目前的光学可编程逻辑阵列器件的结构非常复杂的问题。

Description

一种光学可编程逻辑阵列器件

技术领域

本申请属于信号处理技术领域，尤其涉及一种光学可编程逻辑阵列器件。

背景技术

在光学领域，全光信号处理技术由于其处理速率快，且可以减少由于光电转换导致的额外消耗，因此，被广泛应用于光传输中。其中，全光逻辑运算在全光信号处理技术中起着重要作用。目前，单一基础全光逻辑门已经发展地较为成熟，但对于复杂全光逻辑门还需要找到更加灵活的重构方案。

由于可编程逻辑阵列(Programmable Logic Array，PLA)的逻辑功能可以由用户自定义，灵活性较高，因此，将全光运算与可编程逻辑阵列进行结合，产生了光学可编程逻辑阵列器件，使得既可以提高处理效率，又可以灵活地实现全光逻辑门。

目前，光学可编程逻辑阵列产生最小项的方法主要有两种，一种是基于微环谐振器的电光效应，但在该方法中由于受限于微环调制器的调制速率，因此难以实现高速光逻辑运算。另一种是基于非线性器件中的非线性效应，由于该方法可以使得传播速率达到Tb/s量级以上，因此，被广泛应用。

当将m(m为整数，m≥2)路待运算信号输入至光学可编程逻辑阵列器件中时，可以得到2^m种不同类型的逻辑最小项。然而，在使用非线性器件产生最小项的方法中，一般需要多个非线性器件才能同时产生全部的最小项。比如，当输入三路信号时，需要8个非线性器件，才能同时得到8种不同类型的最小项(即全部的最小项)。

需要多个非线性器件才能得到全部的最小项，使得光学可编程逻辑阵列器件的结构非常复杂。

发明内容

本申请实施例提供了一种光学可编程逻辑阵列器件，可以一定程度上解决目前的光学可编程逻辑阵列的结构非常复杂的问题。

第一方面，本申请实施例提供了一种光学可编程逻辑阵列，包括：

输入模块以及最小项产生模块，上述输入模块的第一输出端与上述最小项产生模块的第一端连接，上述输入模块的第二输出端与上述最小项产生模块的第二端连接，上述最小项产生模块包括一个非线性器件；

上述输入模块用于：

获取m路待运算信号，并将上述m路待运算信号加载到n路不同波长的差分相移键控信号上，得到各路载波信号，m和n均为整数，n>m，m≥2；

对上述各路载波信号进行预编码，得到2n路编码信号；

上述最小项产生模块用于：

从上述第一端获取n路编码信号，并将上述n路编码信号输入至上述非线性器件中发生四波混频效应，得到2^m-1种不同类型的第一最小项；

从上述第二端获取另外n路编码信号，并将上述另外n路编码信号输入至上述非线性器件中发生四波混频效应，得到2^m-1种不同类型的第二最小项，上述第一最小项的类型和上述第二最小项的类型不相同。

可选地，上述输入模块，包括：

加载器、第一合束器、编码器、第一分束器以及第二分束器；

上述加载器的输出端与上述第一合束器的输入端连接，上述第一合束器的输出端与上述编码器的输入端连接；

上述编码器的第一输出端与上述第一分束器的输入端连接，上述编码器的第二输出端与上述第二分束器的输入端连接；

上述第一分束器的输出端与上述最小项产生模块的第一端连接，上述第二分束器的输出端与上述最小项产生模块的第二端连接。

可选地，上述输入模块还包括偏振控制器，上述偏振控制器的输入端分别与上述第一分束器的输出端和上述第二分束器的输出端连接，上述偏振控制器的输出端分别与上述最小项产生模块的第一端和第二端连接。

可选地，上述最小项产生模块，还包括：

第二合束器、第一光环形器、第二光环形器以及第三合束器；

上述第二合束器的输入端与上述输入模块的第一输出端连接，上述第二合束器的输出端与上述第一光环形器的第一端连接；

上述第一光环形器的第二端与上述非线性器件的第一端连接；

上述第三合束器的输入端与上述输入模块的第二输出端连接，上述第三合束器的输出端与上述第二光环形器的第一端连接；

上述第二光环形器的第二端与上述非线性器件的第二端连接。

可选地，上述最小项产生模块，还包括：

第三分束器和第四分束器；

上述第三分束器的输入端与上述第一光环形器的第三端连接，上述第四分束器的输入端与上述第二光环形器的第三端连接。

可选地，还包括：

耦合模块，上述耦合模块与上述最小项产生模块的第三端和第四端连接；

上述耦合模块用于将上述第一最小项和上述第二最小项进行组合，得到组合逻辑项。

可选地，上述输入模块还用于根据预设传输通道设置上述n路不同波长的差分相移键控信号的波长。

本申请实施例与现有技术相比存在的有益效果是：

本申请提供一种光学可编程逻辑阵列器件，在该光学可编程逻辑阵列器件中，由于不同波长的差分相移键控信号的路数n大于待运算信号的路数m，因此，该光学可编程逻辑阵列器件中的最小项产生模块在将从第一端获取到的n路编码信号输入至非线性器件中发生四波混频效应后，可以得到2^m-1种不同类型的第一最小项，在将从第二端获取到的另外n路编码信号输入至上述非线性器件中发生四波混频效应后，可以得到2^m-1种不同类型的第二最小项，并且第一最小项的类型和第二最小项的类型也不相同。因此，在本申请中，只通过一个非线性器件就可以同时得到2^m类型不同的最小项。由于只通过一个非线性器件可以同时得到2^m类型不同的最小项，因此，本申请的光学可编程逻辑阵列器件的结构较简单。相较于一个非线性器件只能得到一种类型的最小项的光学可编程逻辑阵列器件，本申请的只通过一个非线性器件可以同时得到2^m类型不同的最小项的光学可编程逻辑阵列器件的可扩展性较强。并且，由于四波混频效应具有速率透明的特性，因此，本申请的光学可编程逻辑阵列器件可以达到Tb/s量级的逻辑运算速度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请一实施例提供的光学可编程逻辑阵列器件的结构示意图；

图2是本申请一实施例提供的通信网络的结构示意图；

图3是本申请一实施例提供的二输入光学可编程逻辑阵列器件的结构示意图；

图4是本申请一实施例提供的三输入光学可编程逻辑阵列器件的结构示意图；

图5是本申请一实施例提供的预设传输通道的结构示意图；

图6是本申请一实施例提供的输入模块的结构示意图；

图7是本申请一实施例提供的使用延时干涉仪进行编码的结构示意图；

图8是本申请一实施例提供的另一种输入模块的结构示意图；

图9是本申请一实施例提供的最小项产生模块的结构示意图；

图10是本申请一实施例提供的另一种最小项产生模块的结构示意图；

图11是本申请一实施例提供的另一种最小项产生模块的结构示意图；

图12是本申请一实施例提供的进行实验的光学可编程逻辑阵列器件的具体结构示意图；

图13是本申请一实施例提供的光谱图；

图14是本申请一实施例提供的编码信号的时域波形和眼图；

图15是本申请一实施例提供的8种不同类型的最小项信号的时域波形和眼图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。

应当理解，当在本申请说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。

另外，在本申请说明书和所附权利要求书的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。

为了说明本申请所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

实施例一

下面对本申请提供的光学可编程逻辑阵列器件进行详细说明，为了便于说明，图1仅示出了与本申请实施例相关的部分。

在光纤传输信号的过程中，通信网络节点在对传输信号进行处理时存在光电转换，如图2中的201所示。光电转换导致消耗更多的能量和限制了光通信网络的容量。因此，为了解决该技术问题，在光纤传输信号的过程中，引入了全光信号处理技术，如图2中的202所示。

全光逻辑运算是全光信号处理中的关键技术，可以用于复用、解复用、地址识别以及全光采样等中。即基于全光逻辑运算的光学可编程逻辑阵列器件可以应用于复用、解复用、地址识别以及全光采样等中。

由电子技术中的布尔代数可知，任何一个逻辑函数都可以由若干个逻辑最小项的和表示。然而，由于目前一般需要多个非线性器件才能同时产生全部的最小项。比如，当输入三路信号时，需要8个非线性器件，才能同时得到8种不同类型的最小项(即全部的最小项)。因此，目前的光学可编程逻辑阵列器件中一般包括多个非线性器件。包括多个非线性器件，使得光学可编程逻辑阵列器件的结构非常复杂。

为了简化光学可编程逻辑阵列器件的结构，本申请提供了一种光学可编程逻辑阵列器件，该光学可编程逻辑阵列器件可以通过一个非线性器件同时得到全部的最小项。该光学可编程逻辑阵列器件包括：

输入模块以及最小项产生模块，输入模块的第一输出端与最小项产生模块的第一端连接，输入模块的第二输出端与最小项产生模块的第二端连接，最小项产生模块包括一个非线性器件；

输入模块用于：获取m路待运算信号，并将m路待运算信号加载到n路不同波长的差分相移键控信号上，得到各路载波信号，m和n均为整数，n>m，m≥2；对各路载波信号进行预编码，得到2n路编码信号；

最小项产生模块用于：从第一端获取n路编码信号，并将n路编码信号输入至非线性器件中发生四波混频效应，得到2^m-1种不同类型的第一最小项；从第二端获取另外n路编码信号，并将另外n路编码信号输入至非线性器件中发生四波混频效应，得到2^m-1种不同类型的第二最小项，第一最小项的类型和第二最小项的类型不相同。

在本实施例中，由于不同波长的差分相移键控信号(Differential phase shiftkeying，DPSK)的路数n大于待运算信号的路数m，因此，在将n路编码信号从最小项产生模块的第一端输入至非线性器件中发生四波混频效应(Four Wave Mixing，FWM)后，可以得到2^{m -1}种不同类型的第一最小项，在将另外n路编码信号从最小项产生模块的第二端输入至非线性器件中发生四波混频效应后，可以得到2^m-1种不同类型的第二最小项，并且第一最小项的类型和第二最小项的类型不相同。

比如，参照图3，当m取2，n取3时，即当将待运算信号A加载到波长为λ₁的差分相移键控信号上，将待运算信号B加载到波长分别为λ₂以及λ₃的差分相移键控信号上时，从输入模块的第一输出端可以得到的3路编码信号分别为编码信号A、加载到λ₂上的B和加载到λ₃上的

从输入模块的第二输出端可以得到的另外3路编码信号分别为

加载到λ₃上的B和加载到λ₂上的

然后将编码信号A、加载到λ₂上的B以及加载到λ₃上的

从最小项产生模块的第一端输入至非线性器件中发生四波混频效应，得到的第一最小项分别为AB和

将

加载到λ₃上的B、加载到λ₂上的

从最小项产生模块的第二端输入至非线性器件中发生四波混频效应，得到的第二最小项分别为

和

又比如，参照图4，当m取3，n取5时，即当将待运算信号C加载到波长为λ₁的差分相移键控信号上，将待运算信号A加载到波长分别为λ₂以及λ₄的差分相移键控信号上，以及将待运算信号B加载到波长分别为λ₃以及λ₅的差分相移键控信号上时，从输入模块的第一输出端可以得到的5路编码信号分别为编码信号C、加载到λ₂上的

加载到λ₃上的

加载到λ₄上的A和加载到λ₅上的B，从输入模块的第二输出端可以得到的另外5路编码信号分别为

加载到λ₂上的A、加载到λ₃上的B、加载到λ₄上的

和加载到λ₅上的

然后将编码信号C、加载到λ₂上的

加载到λ₃上的

加载到λ₄上的A和加载到λ₅上的B从最小项产生模块的第一端输入至非线性器件中发生四波混频效应。此时可以得到的第一最小项分别为

ABC、

以及

将

加载到λ₂上的A、加载到λ₃上的B、加载到λ₄上的

和加载到λ₅上的

从最小项产生模块的第二端输入至非线性器件中发生四波混频效应。此时可以得到的第二最小项分别

以及

为了提高四波混频效应中的光转换效率和降低通道之间的串扰，输入模块还用于根据预设传输通道设置n路不同波长的差分相移键控信号的波长。比如，参照图5(图中通道间的频率间隔相等)，当该光学可编程逻辑阵列器件为三输入的光学可编程逻辑阵列器件时，预设传输通道为通道1、通道2、通道6、通道13和通道16，将5路不同波长的差分相移键控信号的波长设置为通道1对应的传输波长λ₁、通道2对应的传输波长λ₂、通道6对应的传输波长λ₆、通道13对应的传输波长λ₁₃和通道16对应的传输波长λ₁₆，使得这5路不同波长的差分相移键控信号分别在通道1、通道2、通道6、通道13和通道16上传输，即使得得到的各路编码信号分别在通道1、通道2、通道6、通道13和通道16上传输。

此时，将各路编码信号输入至最小项产生模块中的非线性器件发生四波混频效应。在发生四波混频效应过程中产生携带各种最小项信息的转换光，各种转换光的波长的计算过程如下面所述。

在将输入模块的第一输出端输出的编码信号输入至非线性器件中后，当将编码信号

和编码信号C作为泵浦光、编码信号

作为信号光时，新产生的转换光的波长为编码信号

与编码信号C的波长之和减去编码信号

的波长后得到的差值，即新产生的转换光的波长λ₄为：

λ₄＝λ₁₆+λ₁-λ₁₃

此时，该转换光携带的第一最小项信息为

当将编码信号A和编码信号B作为泵浦光、编码信号C作为信号光时，新产生的转换光的波长为编码信号A与编码信号B的波长之和减去编码信号C的波长后得到的差值，即新产生的转换光的波长λ₇为：

λ₇＝λ₂+λ₆-λ₁

此时，该转换光携带的第一最小项信息为ABC。当编码信号

和编码信号C作为泵浦光、编码信号B作为信号光时，新产生的转换光的波长为编码信号

与编码信号C的波长之和减去编码信号B的波长后得到的差值，即新产生的转换光的波长λ₈为：

λ₈＝λ₁₃+λ₁-λ₆

此时，该转换光携带的第一最小项信息为

当编码信号

和编码信号C作为泵浦光、编码信号A作为信号光时，新产生的转换光的波长λ₁₅为：

λ₁₅＝λ₁₆+λ₁-λ₂

此时，该转换光携带的第一最小项信息为

因此，最终可以得到4种不同类型的第一最小项，且各种类型的第一最小项的传输通道分别为通道4、通道7、通道8以及通道15。

在将输入模块的第二输出端输出的编码信号输入至非线性器件中后，当将编码信号B和编码信号

作为泵浦光、编码信号作A为信号光时，新产生的转换光的波长为编码信号B与编码信号

波长之和减去编码信号A的波长后得到的差值，即新产生的转换光的波长λ₄为：

λ₄＝λ₁₆+λ₁-λ₁₃

此时，该转换光携带的第二最小项信息为

当编码信号

和编码信号

作为泵浦光、编码信号

作为信号光时，新产生的转换光的波长λ₇为：

λ₇＝λ₂+λ₆-λ₁

此时，该转换光携带的第二最小项信息为

当编码信号A和编码信号

作为泵浦光、编码信号

作为信号光时，新产生的转换光的波长λ₈为：

λ₈＝λ₁₃+λ₁-λ₆

此时，该转换光携带的第二最小项信息为

当编码信号B和编码信号

作为泵浦光、编码信号

作为信号光时，新产生的转换光的波长λ₁₅为：

λ₁₅＝λ₁₆+λ₁-λ₂

此时，该转换光携带的第二最小项信息为

因此，最终可以得到4种不同类型的第二最小项，且各种类型的第二最小项的传输通道分别为通道4、通道7、通道8以及通道15。

在本实施例中，将不同波长的差分相移键控信号分别设置在预设传输通道，从而提高四波混频效应中的光转换效率和降低通道之间的串扰。

在一些可能实现的方式中，输入模块包括：加载器、第一合束器、编码器、第一分束器以及第二分束器；加载器的输出端与第一合束器的输入端连接，第一合束器的输出端与编码器的输入端连接；编码器的第一输出端与第一分束器的输入端连接，编码器的第二输出端与第二分束器的输入端连接；第一分束器的输出端与最小项产生模块的第一端连接，第二分束器的输出端与最小项产生模块的第二端连接(参照图6)。

加载器用于将m路待运算信号加载到n路不同波长的差分相移键控信号上，得到各路载波信号。第一合束器用于将各路载波信号进行合束，并将合束后的载波信号输入至编码器中。编码器用于对各路载波信号进行预编码，得到各路编码信号。第一分束器用于对各路编码信号进行分束，得到n路编码信号。第二分束器用于对各路编码信号进行分束，得到另外n路编码信号。

对于加载器、第一合束器、编码器、第一分束器以及第二分束器的具体类型用户可以根据实际情况进行选择，比如，选择波导阵列光栅(Arrayed Waveguide Gratings，AWG)作为本实现方式中的第一合束器、第一分束器以及第二分束器，选择延时干涉仪(DelayedInterferometer，DI)作为本实现方式中的编码器。本申请在此不做具体限定。

当编码器为延时干涉仪时，对载波信号进行预编码的过程为(参照图7，图7以三输入待运算信号进行示例，τ表示延时差，φ表示相移)：延时干涉仪的传输谱是梳状谱，当将一路差分相移键控信号的波长对准延时干涉仪的传输谱的波峰或者波谷时，该路差分相移键控信号的相位信息会通过干涉转移到干涉后的信号的幅度信息上，最后在延时干涉仪的第一输出端和第二输出端可以分别输出一组互补码流。因此，当5路差分相移键控信号的波长分别对准DI的传输谱的波峰或者波谷时，可以同时解调出5组互补码流。

比如，先将待运算信号C加载到波长为λ₁的差分相移键控信号上，将待运算信号A加载到波长分别为λ₂以及λ₄的差分相移键控信号上，以及将待运算信号B加载到波长分别为λ₃以及λ₅的差分相移键控信号上。然后在延时干涉仪的第一输出端和第二输出端分别将λ₂和λ₄对准延时干涉仪的传输谱的波峰和波谷(比如，如图7所示，在延时干涉仪的第一输出端，将λ₂对准延时干涉仪的传输谱的波峰，将λ₄对准延时干涉仪的传输谱的波谷，在延时干涉仪的第二输出端，将λ₂对准延时干涉仪的传输谱的波谷，将λ₄对准延时干涉仪的传输谱的波峰)，即可以在延时干涉仪的第一输出端得到加载在λ₂的编码信号

和加载在λ₄的编码信号A，在延时干涉仪的第二输出端得到加载在λ₂的编码信号A和加载在λ₄的编码信号

即在延时干涉仪的第一输出端和第二输出端分别可以得到不同波长的码流互补的编码信号A和编码信号

同理，在将λ₃和λ₅分别对准延时干涉仪的传输谱的波峰和波谷后，在延时干涉仪的第一输出端和第二输出端分别可以得到不同波长的码流互补的编码信号B和编码信号

在延时干涉仪的第一输出端将λ₁对准延时干涉仪的传输谱的波峰，可以得到编码信号

在延时干涉仪的第二输出端将λ₁对准延时干涉仪的传输谱的波谷，可以得到编码信号C。因此，可以通过延时干涉仪对各路载波信号进行预编码。

需要说明的是，为了控制各路编码信号的偏振态，从而进一步提高四波混频效应中的光转换效率，该输入模块模块还可以包括2n个偏振控制器(Polarizationcontroller，PC)，偏振控制器的输入端分别与第一分束器的输出端和第二分束器的输出端连接，偏振控制器的输出端分别与最小项产生模块的第一端和第二端连接(参照图8)。

在另一些可能实现的方式中，最小项产生模块，还包括：第二合束器、第一光环形器、第二光环形器以及第三合束器；第二合束器的输入端与输入模块的第一输出端连接，第二合束器的输出端与第一光环形器的第一端连接；第一光环形器的第二端与非线性器件的第一端连接；第三合束器的输入端与输入模块的第二输出端连接，第三合束器的输出端与第二光环形器的第一端连接；第二光环形器的第二端与非线性器件的第二端连接(参照图9)。

第二合束器将输入模块的第一输出端输出的n路编码信号进行合束，然后将合束后的n路编码信号输入至第一光环形器的第一端，接着从第一光环形器的第二端输出合束后的n路编码信号，然后再将合束后的n路编码信号输入非线性器件中发生四波混频效应，得到第一最小项，最后将第一最小项输入至第二光环形器的第二端，从第二光环形器的第三端输出第一最小项。

第三合束器将输入模块的第二输出端输出的另外n路编码信号进行合束，将合束后的另外n路编码信号从第二光环形器的第一端输入端，从第二光环形器的第二端输出，接着进入非线性器件中发生四波混频效应。得到第二最小项，最后将第二最小项输入至第一光环形器的第二端，从第一光环形器的第三端输出第一最小项。

对第二合束器以及第三合束器的具体类型用户可以根据实际情况进行选择，比如，选择波导阵列光栅(Arrayed Waveguide Gratings，AWG)作为本实现方式中的第二合束器以及第三合束器。本申请在此不做具体限定。

由于从第一光环形器的第三端输出的信号和第二光环形器的第三端输出的信号不但包括最小项信号，还包括其他干扰信号，因此，在本实现方式中，最小项产生模块还包括第三分束器和第四分束器(参照图10)，第三分束器的输入端与第一光环形器的第三端连接，第四分束器的输入端与第二光环形器的第三端连接。第三分束器对第一光环形器的第三端输出的信号进行滤波，从而使得只得到2^m-1种不同类型的第一最小项，第四分束器对第二光环形器的第三端输出的信号进行滤波，从而使得只得到2^m-1种不同类型的第二最小项。

比如，参照图11(图中的数字1、2和3分别表光环形器的第一端、第二端和第三端)，以输入三路待运算信号A、B和C为示例，最终使得第三分束器只输出各种第一最小项

ABC、

以及

第四分束器只输出各种第二最小项

以及

在一些实施例中，该光学可编程逻辑阵列器件还包括耦合模块，耦合模块与最小项产生模块的第三端和第四端连接。耦合模块可以选择不同类型的第一最小项和第二最小项进行功率耦合，得到组合逻辑项。耦合模块可以为功率耦合器。

下面描述使用本申请的光学可编程逻辑阵列器件进行实验的过程。

参照图12，发射机产生5路速率为40Gb/s的差分相移键控信号，波长分别为1536.70nm、1538.11nm、1544.74nm、1555.77nm、1560.3nm。5路信号经由掺铒光纤放大器放大后进入延时干涉仪进行解调。延时干涉仪的自由光谱范围与差分相移键控信号的速率相等，即此时延时干涉仪的自由光谱范围是40GHz。光延时线(Optical delay line,ODL)用于对偏振控制器输出的信号进行解相干(由于在本实验中发射机只发射待运算信号C，因此，需要使用光延时线从待运算信号C中解出待运算信号A和待运算信号B)。非线性器件为高非线性光纤。

编码信号C、编码信号

编码信号

编码信号A和编码信号B进入高非线性光纤前的平均功率分别为13.4dBm、5.5dBm、16.4dBm、10.0dBm和10.2dBm，编码信号

编码信号

编码信号

编码信号A和编码信号B进入高非线性光纤前的平均功率分别为12.2dBm、14.0dBm、15.2dBm、10.8dBm和8.5dBm。高非线性光纤参数为：长度400m，非线性系数10.8W^-1*km^-1，零色散波长为1556nm，色散斜率为0.006ps/nm²/km。最小项产生模块产生的8个最小项分别为

ABC(m7)、

和

为了观察高非线性光纤中的四波混频效应的光转换效率，在高非线性器件的一端测量四波混频效应的光谱，由光谱仪测得的光谱如图13所示。从图13可以看出，携带4个最小项的转换光的波长分别为1541.1nm(m1对应的波长)、1546.15nm(m7对应的波长)、1547.7nm(m3对应的波长)和1559.0nm(m1对应的波长)。

从图13可以看出，还存在其他干扰信号，因此，我们选择波导阵列光栅进行滤波，得到各个最小项信号。最后将采用通道信号分析仪(Communication Signal Analyzer，CSA)对最小项信号进行观测。

通过通道信号分析仪检测到的编码信号的时域波形和眼图如图14所示。从图14可以看出，编码信号A的码流与编码信号

的码流互补，编码信号B的码流与编码信号

的码流互补，编码信号C的码流与编码信号

的码流互补，这表明了延时干涉仪良好的解调效果。

通过通道信号分析仪检测到的8种不同类型的最小项信号的时域波形和眼图如图15所示。从图15可以看出，8种不同类型的最小项信号的码流清晰、正确，波形干净，且眼图清晰，眼图张开的角度也较大。眼图清晰表明噪声较小，眼图张开的角度较大，表明码间串扰较小。因此，通过本申请的光学可编程逻辑阵列器件得到的8种不同类型的最小项信号的噪声较小，码间串扰较小。

综上所述，本申请提供一种光学可编程逻辑阵列器件，在该光学可编程逻辑阵列器件中，由于不同波长的差分相移键控信号的路数n大于待运算信号的路数m，因此，该光学可编程逻辑阵列器件中的最小项产生模块在将从第一端获取到的n路编码信号输入至非线性器件中发生四波混频效应后，可以得到2^m-1种不同类型的第一最小项，在将从第二端获取到的另外n路编码信号输入至上述非线性器件中发生四波混频效应后，可以得到2^m-1种不同类型的第二最小项，并且第一最小项的类型和第二最小项的类型也不相同。因此，在本申请中，只通过一个非线性器件就可以同时得到2^m类型不同的最小项。由于只通过一个非线性器件可以同时得到2^m类型不同的最小项，因此，本申请的光学可编程逻辑阵列器件的结构较简单。相较于一个非线性器件只能得到一种类型的最小项的光学可编程逻辑阵列器件，本申请的只通过一个非线性器件可以同时得到2^m类型不同的最小项的光学可编程逻辑阵列器件的可扩展性较强。并且，由于四波混频效应具有速率透明的特性，因此，本申请的光学可编程逻辑阵列器件可以达到Tb/s量级的逻辑运算速度。

Claims (7)

1.一种光学可编程逻辑阵列器件，其特征在于，包括：

输入模块以及最小项产生模块，所述输入模块的第一输出端与所述最小项产生模块的第一端连接，所述输入模块的第二输出端与所述最小项产生模块的第二端连接，所述最小项产生模块包括一个非线性器件；

所述输入模块用于：

获取m路待运算信号，并将所述m路待运算信号加载到n路不同波长的差分相移键控信号上，得到各路载波信号，m和n均为整数，n>m，m≥2；

对所述各路载波信号进行预编码，得到2n路编码信号；

所述最小项产生模块用于：

从所述第一端获取n路编码信号，并将所述n路编码信号输入至所述非线性器件中发生四波混频效应，得到2^m-1种不同类型的第一最小项；

从所述第二端获取另外n路编码信号，并将所述另外n路编码信号输入至所述非线性器件中发生四波混频效应，得到2^m-1种不同类型的第二最小项，所述第一最小项的类型和所述第二最小项的类型不相同。

2.如权利要求1所述的光学可编程逻辑阵列器件，其特征在于，所述输入模块，包括：

加载器、第一合束器、编码器、第一分束器以及第二分束器；

所述加载器的输出端与所述第一合束器的输入端连接，所述第一合束器的输出端与所述编码器的输入端连接；

所述编码器的第一输出端与所述第一分束器的输入端连接，所述编码器的第二输出端与所述第二分束器的输入端连接；

所述第一分束器的输出端与所述最小项产生模块的第一端连接，所述第二分束器的输出端与所述最小项产生模块的第二端连接。

3.如权利要求2所述的光学可编程逻辑阵列器件，其特征在于，所述输入模块还包括偏振控制器，所述偏振控制器的输入端分别与所述第一分束器的输出端和所述第二分束器的输出端连接，所述偏振控制器的输出端分别与所述最小项产生模块的第一端和第二端连接。

4.如权利要求1所述的光学可编程逻辑阵列器件，其特征在于，所述最小项产生模块，还包括：

第二合束器、第一光环形器、第二光环形器以及第三合束器；

所述第二合束器的输入端与所述输入模块的第一输出端连接，所述第二合束器的输出端与所述第一光环形器的第一端连接；

所述第一光环形器的第二端与所述非线性器件的第一端连接；

所述第三合束器的输入端与所述输入模块的第二输出端连接，所述第三合束器的输出端与所述第二光环形器的第一端连接；

所述第二光环形器的第二端与所述非线性器件的第二端连接。

5.如权利要求4所述的光学可编程逻辑阵列器件，其特征在于，所述最小项产生模块，还包括：

第三分束器和第四分束器；

所述第三分束器的输入端与所述第一光环形器的第三端连接，所述第四分束器的输入端与所述第二光环形器的第三端连接。

6.如权利要求1所述的光学可编程逻辑阵列器件，其特征在于，还包括：

耦合模块，所述耦合模块与所述最小项产生模块的第三端和第四端连接；

所述耦合模块用于将所述第一最小项和所述第二最小项进行组合，得到组合逻辑项。

7.如权利要求1所述的光学可编程逻辑阵列器件，其特征在于，所述输入模块还用于根据预设传输通道设置所述n路不同波长的差分相移键控信号的波长。

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