CN2924584Y - 一种基于马赫－泽德干涉仪的全光逻辑门器件 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种全光逻辑门器件，旨在提供一种结构简单且性能优良的全光逻辑门设计。本实用新型包括分/合光元件(110)、非线性介质(120)，非线性介质(130)，分/合光元件(140)，其中分/合光元件(110)、分/合光元件(140)组成的一个马赫－泽德干涉仪，非线性介质(120)和(130)位于该马赫－泽德干涉仪的两个干涉臂上，其中非线性介质(120)处于中心位置。本实用新型可应用于光纤通信领域。

Description

一种基于马赫-泽德干涉仪的全光逻辑门器件

                                技术领域

本实用新型涉及一种应用于光网络的全光逻辑门器件。

                                背景技术

在高速全光网络中全光逻辑器件是至关重要的基础元件。尤其是布尔光逻辑门的运转对实现网络功能是不可缺少的，例如信头识别，自路由，交换，信号再生和数据编码译码。现有的全光与门的各种实施方案，有使用电吸收调制器的10Gb/s与门，还有在非线性光环路镜中利用任意反射多色现象的2.5Gb/s与门。由于，基于半导体光放大器和马赫-泽德干涉仪的器件在实用中有功耗低，延时短，高稳定性和集成性好等优点，因此这类器件的应用前景更广阔。

                              实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提出一种基于马赫-泽德干涉仪结构的紧凑型、易于集成的高速全光逻辑门器件，功耗低且逻辑运算性能优良。

本实用新型所采用的技术方案是：本实用新型依次包括包括分/合光元件(110)、非线性介质(120)，非线性介质(130)，分/合光元件(140)，其中分/合光元件(110)、分/合光元件(140)组成的一个马赫-泽德干涉仪，非线性介质(120)和(130)位于该马赫-泽德干涉仪的两个干涉臂上，非线性介质(120)位于马赫-泽德干涉仪的臂中心位置。其实现特征是：输入信号B经过马赫-泽德干涉仪时，作用到非线性介质(120)和(130)，引起信号A的动态增益及相位响应发生改变。信号A的脉冲由分/合光元件140干涉输出时与信号B的脉冲强度相关联，也即输出两路输入信号的逻辑运算信号，实现全光逻辑门功能。

所述的分/合光元件(110)可以是一个1×2光纤耦合器，或者是一个2×2光纤耦合器，也可以是一个1×2波导分/合束器；分/合光元件(140)可以是一个2×2光纤耦合器，或者是一个2×2波导分/合束器。

所述的非线性介质(120)和(130)可以是半导体光放大器，或者是非线性光纤。

本实用新型的有益效果是：由于本实用新型采用两个分/合光元件组成一个马赫-泽德干涉仪，并在其中放置非线性介质，有效实现了两路输入光信号的逻辑运算功能，结构紧凑，易于集成。

                                附图说明

图1是本实用新型实施例一的光路结构示意图；

图2是本实用新型实施例二的光路结构示意图。

                                具体实施方式

实施例一

本实用新型依次包括分/合光元件(110)、非线性介质(120)，非线性介质(130)，分/合光元件(140)，其中分/合光元件(110)、分/合光元件(140)组成的一个马赫-泽德干涉仪，非线性介质(120)和(130)位于该马赫-泽德干涉仪的两个干涉臂上呈不对称放置，其中非线性介质(120)处于干涉臂中心位置。

本实用新型的工作原理如下所述：

输入的两路信号A和B是由窄脉冲调制而成的二进制光脉冲信号，输入信号A从端口1入射，与信号A在时间上同步的输入信号B从端口4入射，信号A经分/合光元件(110)分成两路信号分别进入非线性介质(120)和(130)，而信号B经过分/合光元件(140)后分成两路信号分别进入非线性介质(120)和(130)。设计中，信号A的“1”信号脉冲功率幅度远小于信号B的脉冲功率幅度，因此，非线性介质的动态增益及相位响应可认为由输入信号B决定。由于非线性介质(120)和(130)在马赫-泽德干涉仪的两个干涉臂上不对称分布，因此，只有当非线性介质(120)和(130)所经过的脉冲强度不一致时，信号A的脉冲才能由分/合光元件140干涉输出，其余情况则无脉冲输出。当信号A的脉冲为“0”时，无论信号B的脉冲为“0”或“1”，端口3都没有信号输出；当信号A的脉冲为“1”而信号B的脉冲为“0”时，信号A经过非线性介质(120)和(130)的两部分信号经历同样的增益和相位变化，分/合光元件(140)干涉后在端口3也没有信号输出；当信号A的脉冲为“1”且信号B的脉冲为“1”时，信号A经过非线性介质(120)和(130)的两部分信号经历不同的增益和相位变化，因此经分/合光元件(140)后端口3有干涉信号输出。也即当信号A、B的脉冲均为“1”时，端口3才有脉冲输出，其余情况端口3都没有干涉输出信号，由此实现两路输入信号A、B的与逻辑运算功能。在计算干涉输出时根据公式

$P_3\left(t\right)=\frac{1}{4}{P}_1\left(t\right)\{G_1\left(t\right)+G_2\left(t\right)-2\sqrt{G_1\left(t\right)G_2\left(t\right)}\cos [\mathrm{\Δ}{\mathrm{\Φ}}_1\left(t\right)-\mathrm{\Δ}{\mathrm{\Φ}}_2\left(t\right)\left]\right\}\&CenterDot$

其中P₃(t)是t时刻端口3输出的信号C的脉冲功率，P₁(t)是t时刻端口1输出的信号A的脉冲功率，G₁(t)和G₂(t)分别是t时刻脉冲在非线性介质(120)和(130)处获得的增益，Δφ₁(t)和Δφ₂(t)分别是t时刻信号A的脉冲在非线性介质(120)和(130)处获得的非线性相位改变，由上式可知，当信号1和信号2的脉冲均为“1”时，由于非线性介质(120)和(130)的不对称放置，Δφ₁(t)不等于Δφ₂(t)，G₁(t)不等于G₂(t)，此时上式结果不为0，端口3有输出脉冲。而对于其他情况而言，Δφ₁(t)＝Δφ₂(t)，G₁(t)＝G₂(t)，根据上式可知输出的功率等于0，因而实现信号A和B的与逻辑运算信号输出。

在器件参数设置方面，分/合光件(110)、(140)的强度分光比均为50/50。

实施例二

本实用新型依次包括分/合光元件(110)、非线性介质(120)，非线性介质(130)，分/合光元件(140)，其中分/合光元件(110)、分/合光元件(140)组成的一个马赫-泽德干涉仪，非线性介质(120)和(130)位于该马赫-泽德干涉仪的两个干涉臂上呈不对称放置，其中非线性介质(120)处于干涉臂中心位置。

本实用新型的工作原理如下所述：

输入的两路信号A和B是由窄脉冲调制而成的二进制光脉冲信号，输入信号A为时钟信号，从端口1入射，与信号A在时间上同步的输入信号B从端口3入射，信号A经分/合光元件(110)分成两路信号分别进入非线性介质(120)和(130)，而信号B经过分/合光元件(140)后分成两路信号分别进入非线性介质(120)和(130)。设计信号A的“1”信号脉冲功率幅度远小于信号B的脉冲功率幅度，因此，非线性介质的动态增益及相位响应可认为由输入信号B决定。在计算端口4的干涉输出时根据公式

$P_4\left(t\right)=\frac{1}{4}{P}_1\left(t\right)\{G_1\left(t\right)+G_2\left(t\right)+2\sqrt{G_1\left(t\right)G_2\left(t\right)}\cos [\mathrm{\Δ}{\mathrm{\Φ}}_1\left(t\right)-\mathrm{\Δ}{\mathrm{\Φ}}_2\left(t\right)\left]\right\}$

其中P₄(t)是t时刻端口3输出的信号C的脉冲功率，P₁(t)是t时刻端口1输出的信号A的脉冲功率，G₁(t)和G₂(t)分别是t时刻脉冲在非线性介质(120)和(130)处获得的增益，Δφ₁(t)和Δφ₂(t)分别是t时刻信号A的脉冲在非线性介质(120)和(130)处获得的非线性相位改变，由上式可知，当信号1和信号2的脉冲均为“1”时，由于非线性介质(120)和(130)所处放置不对称，Δφ₁(t)不等于Δφ₂(t)，设计两者差值为π的奇数倍，此时上式结果为0，端口4有输出脉冲。而对于其他情况而言，Δφ₁(t)＝Δφ₂(t)，G₁(t)＝G₂(t)，根据上式可知输出的功率不为0，因而实现信号B的非逻辑运算信号输出。

在器件参数设置方面，分/合光件(110)、(140)的强度分光比均为50/50。

Claims (4)

1.一种全光逻辑门器件，包括分/合光元件(110)、非线性介质(120)，非线性介质(130)，分/合光元件(140)，其特征是：分/合光元件(110)、分/合光元件(140)组成的一个马赫-泽德干涉仪，非线性介质(120)和(130)位于该马赫-泽德干涉仪的两个干涉臂上。

2.根据权利要求1所述的全光逻辑门器件，其特征是：分/合光元件(110)是一个1×2光纤耦合器，或者是一个1×2波导分/合束器；分/合光元件(140)是一个2×2光纤耦合器，或者是一个2×2波导分/合束器。

3.根据权利要求1所述的全光逻辑门器件，其特征是：非线性介质(120)和(130)是半导体光放大器，或者是非线性光纤。

4.根据权利要求1所述的全光逻辑门器件，其特征是：非线性介质(120)位于马赫-泽德干涉仪的臂中心位置。

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