DE102005029675B4

DE102005029675B4 - Vorrichtung und Verfahren zur Implementierung eines volloptischen ODER-Gatters, das einen einzelnen SOA (Halbleiterlichtverstärker) nutzt

Info

Publication number: DE102005029675B4
Application number: DE102005029675A
Authority: DE
Inventors: Young Tae Guri-si Byun; Young Min Gangnam Jhon; Seok Seocho Lee; Deok Ha Seodaemun Woo; Sun Ho Jongro KIM
Original assignee: Korea Advanced Institute of Science and Technology KAIST; Korea Institute of Science and Technology KIST
Current assignee: Intellectual Discovery Co Ltd
Priority date: 2004-10-29
Filing date: 2005-06-20
Publication date: 2007-08-02
Anticipated expiration: 2025-06-21
Also published as: KR20060037925A; US7248400B2; US20060092501A1; JP4112575B2; KR100695674B1; JP2006126785A; DE102005029675A1

Abstract

Vorrichtung zur Implementierung eines volloptischen logischen ODER-Gatters umfassend
einen optischen Impulsgenerator zum Erzeugen eines optischen Impulssignals,
einen phasengekoppelten Faserlaser (MLFL) zum Erzeugen von ersten und zweiten Eingabesignalmustern durch Betreiben des optischen Impulsgenerators,
einen ersten optischen Splitter zum Aufteilen des Lichts, das von dem MLFL ausgegeben wird, in einem Verhältnis von 50 zu 50,
erste optische Verzögerungsstreckenmittel zum Erzeugen einer Zeitverzögerung der Lichtausgabe des ersten optischen Splitters,
optische Steuerungsmittel zum Steuern der Intensität und Polarisation des Lichts, das von dem ersten optischen Splitter ausgesandt wird,
einen ersten optischen Koppler zum Koppeln des Lichts, das von den ersten Verzögerungsmitteln abgegeben wird, mit Licht, das von den optischen Steuerungsmitteln abgegeben wird, und zum Erzeugen des ersten Eingabesignalmusters als Messsondensignal,
einen zweiten optischen Splitter zum Aufteilen des Lichts, das von dem ersten optischen Koppler ausgesandt wird, in einem Verhältnis von 50 zu 50,
zweite optische...

Description

1. Anwendungsgebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Implementierung eines volloptischen logischen ODER-Gatters, das die Verstärkungssättigungseigenschaft eines einzelnen Halbleiterlichtverstärkers nutzt, und insbesondere betrifft sie die Technologie zur Implementierung eines neuen volloptischen logischen ODER-Gatters, das eine volloptische logische Operation unter Verwendung eines optischen Signals, das von einem bestimmten Punkt eines optischen Schaltkreises, beispielsweise eines optischen Rechenschaltkreises, als ein Pumpsignal und ein Messsondensignal abgegeben wird, ausführt.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Entsprechend neuer Trends steigt die Nachfrage für Systeme mit hoher Geschwindigkeit und hoher Kapazität stark an. Die Informationsverarbeitungskapazität eines Hauptnetzes steigt von mehreren Hundert Gbit/s auf mehrere Tbit/s an, da es der Zweck eines künftigen Informations-/Kommunikationsnetzwerks ist, Multimediadienste (Multimediaservice) bereitzustellen, die Sprachsignale, Standbilder und Bewegtbilder umfassen. Um eine große Menge an Daten mit hoher Geschwindigkeit zu übermitteln, zu verarbeiten und auszutauschen, wird entsprechend die volloptische Signalverarbeitungstechnologie zur Schlüsseltechnologie. Insbesondere ist eine volloptische logische Operation, die eine mühsame elektro-optische Konvertierung verhindert, eine Schlüsseltechnologie für ein volloptisches Signalverarbeitungssystem. Die Entwicklung eines volloptischen logischen Gatters, das für die nächste Generation von optischen Rechenverarbeitungsfeldern und volloptischen Signalverarbeitungsfeldern wichtig ist, wird dementsprechend aktiv verfolgt.

Bisher nutzte ein volloptisches logisches Gatter für eine sehr schnelle optische Informationsverarbeitung die nicht lineare Eigenschaft eines Halbleiterlichtverstärkers (SOA). Insbesondere wurden volloptische logische Gatter durch ein extrem schnelles, nicht lineares Interferometer (UNI) [N. S. Patel, K. L. Hall und K.A. Rauschenbach, Opt. Lett., Vol. 21, 1466 (1996)], das die nicht lineare Eigenschaft und Brechungsindexvariation eines SOAs, ein Michelson Interferometer [T. Fjelde, D. Wolfson, A. Kloch, C. Janz, A. Coquelin, I. Guillemot, F. Gabortit, F. Poingt, B. Dagens und M. Renauo, Electron. Lett., Vol. 36, 813 (2000)], in das SOAs integriert sind, und durch zwei SOAs mit Querverstärkungsmodulation (XGM) [Koreanisches Patent KR 10 2003 00 28 674 mit dem Titel „Vorrichtung zum Implementieren eines volloptischen logischen ODER-Gatters, das einen Halbleiterlichtverstärker verwendet", erteilt für Byun Young-Tea, Jun Young-Min, Kim Jae-Hun, Lee seok, Woo duck-Hwa, Kim Sun-Ho und Kang Kwang-Nam am 04. Oktober 2004] (Nachfolgend „Dokument 1"), die die Verstärkungssättigungs- und Wellenlängenkonvertierungseigenschaften der zwei SOAs verwendet, darstellt.

Bei dem oben beschriebenen volloptischen logischen ODER-Gatter, das SOAs mit XGM verwendet, werden ein Messsondensignal und ein Pumpsignal durch zwei SOAs geleitet. Hierbei steigt die Breite eines Impulssignals an, da die Verstärkungsrückgewinnungszeit länger als die Verstärkungssättigungszeit ist, so dass die Betriebsgeschwindigkeit auf einen Wert unterhalb 2,5 Gbit/s begrenzt ist. Das logische Gatter verwendet ferner zwei SOAs und der Aufbau des logischen Gatters ist daher sehr kompliziert. Dementsprechend, um die zwei oben beschriebenen Nachteile zu beheben, implementiert die vorliegende Erfindung ein volloptisches logisches ODER-Gatter, das nicht nur eine Betriebsgeschwindigkeit oberhalb von 2,5 Gbit/s, sondern auch einen vereinfachten Aufbau, der die Verstärkungssättigungseigenschaft eines einzelnen SOAs nutzt, aufweist.

Die vorliegende Erfindung kann ferner oberhalb von 10 Gbit/s betrieben werden, wobei sie SOAs mit XGM nutzt, das Betriebsprinzip identisch zu dem eines volloptischen logischen UND-Gatters [Koreanische Offenlegungsschrift 10 2005 00 28 412 A mit dem Titel „Volloptisches UND-Gatter, das die Verstärkungssättigung eines SOAs nutzt", die von Kim Jae-Hun, Kim Byoung-Chae, Byun Young-Tea, Jun Young-Min, Lee seok, Woo duck-Hwa, Kim Sun-Ho und Lee Jong-Chang am 18. September 2003 eingereicht wurde], eines volloptischen logischen NAND-Gatters [Koreanische Offenlegungsschrift 10 2001 01 03 086 A mit dem Titel „Technologie zur Implementierung eines volloptischen logischen NAND-Gatters, das einen SOA nutzt", die von Kim Jae-Hun, Byun Young-Tea, Jun Young-Min, Lee seok, Woo duck-Hwa, Kim Sun-Ho und Kang Kwang-Nam am 20. September 2001 eingereicht wurde], eines volloptischen logischen NOR-Gatters [Koreanische Offenlegungsschrift 10 2004 00 91 797 A mit dem Titel „Vorrichtung und Verfahren zur Implementierung eines volloptischen logischen NOR-Gatters, das die Verstärkungssättigung eines SOAs nutzt", die von Byun Young-Tea, Kim Jae-Hyun, Jun Young-Min, Lee seok, Woo duck-Hwa, Kim Sun-Ho und Lee Jong-Chang am 22. April 2003 eingereicht wurde) (die nachfolgend „Dokument 2" genannt) wird und eines volloptischen logischen XOR-Gatters [Koreanisches Patent 10-0418654 B1 mit dem Titel „Verfahren zur Implementierung eines volloptischen logischen XOR-Gatters, das einen Halbleiterlichtverstärker verwendet", die von Kim Jae-Hun, Byun Young-Tea, Jun Young-Min, Lee seok, Woo duck-Hwa, Kim Sun-Ho und Kang Kwang-Nam am 02. Februar 2004 erteilt wurde] aufweist. Die vorliegende Erfindung kann dementsprechend zur Implementierung komplizierter volloptischer Schaltkreise für optische Rechen- und volloptische Signalverarbeitungssysteme verwendet werden.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung wurde dementsprechend unter Berücksichtigung der oben genannten Probleme, die bei dem Stand der Technik auftreten, gemacht und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein neues volloptisches logisches ODER-Gatter bereitzustellen, das die Verstärkungssättigungseigenschaft eines einzelnen. SOAs nutzt und nicht nur eine Betriebsgeschwindigkeit oberhalb von 2,5 Gbit/s, sondern auch einen vereinfachten Aufbau aufweist.

Um die oben beschriebene Aufgabe zu lösen, sieht die vorliegende Erfindung einen Weg vor, bei dem das Pumpsignal und das Messsondensignal Impulsmuster sind. Die Signale unterscheiden sich deutlich von denen des oben beschriebenen Dokuments 1, dadurch, dass das Pumpsignal und das Messsondensignal nach dem oben beschriebenen Dokument 1 eine Impulsform oder eine kontinuierliche Wellenform (CW) aufweisen.

Bei dem Stand der Technik steigt insbesondere die Impulsbreite eines konvertierten Signals an, wenn das Pumpsignal durch einen SOA geleitet wird. Das Pumpsignal wird wiederholt durch zwei SOAs geleitet, um eine volloptische logische ODER-Operation zu erzielen, so dass die Impulsbreite eines Ausgabesignals wesentlich breiter als die des Pumpsignals wird. Bei dem Stand der Technik ist dementsprechend die Arbeitsgeschwindigkeit eines volloptischen logischen ODER-Gatters auf einen Wert unterhalb 2,5 Gbit/s begrenzt.

Solch ein Problem kann überwunden werden, wenn das Pumpsignal und das Messsondensignal Impulsmuster sind und ein einzelner SOA verwendet wird. Bei der vorliegenden Erfindung ist es ferner vorteilhaft, dass der Aufbau eines volloptischen logischen ODER-Gatters vereinfacht ist, da ein einzelner SOA verwendet wird.

Die vorliegende Erfindung sieht eine Vorrichtung zur Implementierung eines volloptischen logischen ODER-Gatters vor umfassend
einen optischen Impulsgenerator zum Erzeugen eines optischen Impulssignals,
einen phasengekoppelten Faserlaser (MLFL) zum Erzeugen von ersten und zweiten Eingabesignalmustern durch Betreiben des optischen Impulsgenerators,
einen ersten optischen Splitter zum Aufteilen des Lichts, das von dem MLFL ausgegeben wird, in einem Verhältnis von 50 zu 50,
erste optische Verzögerungsstreckenmittel zum Erzeugen einer Zeitverzögerung der Lichtausgabe des ersten optischen Splitters,
optische Steuerungsmittel zum Steuern der Intensität und Polarisation des Lichts, das von dem ersten optischen Splitter ausgesandt wird,
einen ersten optischen Koppler zum Koppeln des Lichts, das von den ersten Verzögerungsmitteln abgegeben wird, mit Licht, das von den optischen Steuerungsmitteln abgegeben wird, und zum Erzeugen des ersten Eingabesignalmusters als Messsondensignal,
einen zweiten optischen Splitter zum Aufteilen des Lichts, das von dem ersten optischen Koppler ausgesandt wird, in einem Verhältnis von 50 zu 50,
zweite optische Verzögerungsstreckenmittel zum Verzögern der Ausgabe des Lichts, das von dem zweiten optischen Splitter abgegeben wird, und Erzeugen des zweiten Eingabesignalmusters,
einen dritten optischen Splitter zum Aufteilen des zweiten Eingabesignalmusters in einem Verhältnis von 50 zu 50,
einen mit Erbium dotierten Faserverstärker (EDFA) zum Verstärken eines abgeteilten Teils des zweiten Eingabesignalmusters, das durch den dritten optischen Splitter erhalten wird, als Pumpsignal,
einen Halbleiterlichtverstärker (SOA) zum Einkoppeln des Pumpsignals in das Messsondensignal in entgegengesetzten Richtungen, um die volloptische logische ODER-Operation auszuführen,
einen zweiten optischen Koppler zum Einkoppeln eines Signals, das von dem SOA abgegeben wird, in das zweite Eingabesignalmuster, und
einen optischen Analysator zum Bestimmen und Analysieren des Lichts, das von dem zweiten optischen Koppler abgegeben wird.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Die oben genannte und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen offensichtlicher, wobei

1 eine Ansicht ist, die eine Verstärkungssättigungskennlinie darstellt, die erzeugt wird, wenn ein Messsondensignal und ein Pumpsignal, die beide eine Impulsform aufweisen, in einen Halbleiterlichtverstärker (SOA) gemäß der vorliegenden Erfindung eintreten,

2 ein Diagramm ist, das ein konvertiertes Signal darstellt, das durch eine Verstärkungssättigungseigenschaft erzeugt wird, wenn das Messsondensignal und das Pumpsignal, die eine Impulsform aufweisen, in den SOA gemäß der vorliegenden Erfindung eingeleitet werden,

3 eine Darstellung ist, die ein ODER-Gatter und eine ODER-Wahrheitstabelle zum Ausführen einer volloptischen logischen ODER-Operation gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt,

4 ein Diagramm ist, das eine Vorrichtung zur Implementierung eines volloptischen logischen ODER-Gatters gemäß der Erfindung darstellt,

5 ein Wellenformdiagramm ist, das ein Messsondensignalmuster A von 1100 und ein Pumpsignalmuster B von 0110, das logische Signalmuster AB des SOAs und ein volloptisches logisches ODER-Signalmuster AB + B, die für das volloptische logische ODER-Gatter gemäß der vorliegenden Erfindung benötigt werden, darstellt und

6 ein Diagramm ist, das die Eigenschaft des volloptischen logischen ODER-Gatters darstellt, das durch ein Messsondensignalmuster A und ein Pumpsignalmuster B ausgelöst wird, die in der Form eines willkürlichen Impulsmusters gebildet werden.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Das technische Merkmal der vorliegenden Erfindung basiert auf der Verwendung eines volloptischen logischen ODER-Gatters, das nicht nur eine Betriebsgeschwindigkeit von mehr als 2,5 Gbit/s, sondern auch einen vereinfachten Aufbau aufweist, und das eines der logischen Gatter zum Ausführen einer volloptischen logischen Operation, die ein optisches Signal nutzt, das von einem bestimmten Punkt eines optischen Schaltkreises, beispielsweise eines optischen Rechenschaltkreises, als ein Pumpsignal oder ein Messsondensignal abgegeben wird, ist.
Bei dem bestehenden volloptischen logischen ODER-Gatter (siehe oben genanntes Dokument 1), das in das XGM-Verfahren implementiert ist, das sowohl eine Verstärkungssättigungseigenschaft als auch eine Wellenlängenkonvertierungseigenschaft eines SOA verwendet, werden ein Impulsmuster und ein Licht mit kontinuierlicher Wellenform (CW) für das Pumpsignal und das Messsondensignal jeweils verwendet. Hierbei beträgt die Betriebsgeschwindigkeit des volloptischen logischen ODER-Gatters weniger als 2,5 Gbit/s, da die Impulsbreite eines Ausgabesignals, das durch die zwei SOAs geleitet wird, breiter als die des Pumpsignals wird. Die vorliegende Erfindung ist jedoch vorteilhaft, da die Begrenzung der Betriebsgeschwindigkeit aufgehoben ist und der Aufbau des volloptischen logischen ODER-Gatters vereinfacht ist, da das Pumpsignal und das Messsondensignal eine Impulsform aufweisen und das volloptische logische ODER-Gatter einen einzelnen SOA verwendet.
Der Aufbau und Wirkungsweise einer Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen im Detail beschrieben.
1 ist eine Ansicht, die eine Verstärkungssättigungseigenschaft darstellt, die erzeugt wird, wenn ein Messsondensignal und ein Pumpsignal, die beide eine Impulsform aufweisen, in einen SOA gemäß der vorliegenden Erfindung eintreten.
Gemäß 1 werden das Messsondensignal und das Pumpsignal durch Verwenden von Mustersignalen mit Rückkehr nach Null (RZ) derart erzeugt, dass die Betriebsgeschwindigkeit erhöht wird. Wenn das Pumpsignal, das eine starke optische Intensität aufweist, in einen SOA eingeleitet wird, tritt ein Ladungsträgerverarmungsphänomen im SOA auf. Dementsprechend wird das Messsondensignal, das eine Impulsform mit einem konstanten Intervall aufweist, in der gleichen Weise wie die Verstärkungsmodulation, die aus der Ladungsträgerverarmung in dem SOA resultiert, moduliert und dann abgegeben, so dass ein Ausgabesignal einen logischen Zustand aufweist, der dem des Pumpsignals entgegengesetzt ist.
Ferner wird, wenn das Messsondensignal und das Pumpsignal in einer Impulsform in den SOA von entgegengesetzten Richtungen eingeleitet werden, ein konvertiertes Signal nur ausgesandt, wenn das Pumpsignal nicht existiert. 2 ist ein Diagramm, das ein konvertiertes Signal darstellt, das durch eine Verstärkungssättigungseigenschaft erzeugt wird, wenn das Messsondensignal und das Pumpsignal in Impulsform in den SOA gemäß der vorliegenden Erfindung eingeleitet werden.
3 ist eine Darstellung, die ein ODER-Gatter und eine ODER-Wahrheitstabelle zum Ausführen einer volloptischen logischen ODER-Operation gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt. In 3 wird angenommen, dass der Zustand, bei dem ein Impuls erzeugt wird, als ein „AN"-Zustand und der Zustand, bei dem kein Impuls erzeugt wird, als „AUS"-Zustand festgelegt sind. Hierbei wird, wenn ein Pumpsignal B sich in dem „AUS"-Zustand befindet, ein Messsondensignal A durch den SOA geleitet und das Ausgabesignal befindet sich in dem „AN"-Zustand. Wenn die Signale A und B, wie in 3 gezeigt, in den SOA eintreten wird das Boolesche AB der Signale A und B erhalten. Danach wird das Boolesche AB mit dem B Signal kombiniert, so dass das Boolesche AB +B, d.h. ein logischer Wert der Signale A und B, erzielt wird. Das Boolesche AB + B entspricht den logischen Werten in der Wahrheitstabelle des volloptischen logischen ODER-Gatters und das volloptische logische ODER-Gatter wird daher durch Verwenden eines einzelnen SOAs implementiert.
4 ist ein Diagramm, das eine Vorrichtung zur Implementierung eines volloptischen logischen ODER-Gatters gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt. Eingabesignalmuster A und B werden durch einen phasengekoppelten Faserlaser (MLFL) erzeugt, der eine Wellenlänge von 1550 nm aufweist, um die volloptische logische ODER-Operation zu überprüfen. Der MLFL 102 arbeitet bei einer Frequenz von 2,5 GHz mit einem Impulsintervall von 400 ps.
Die Lichtausgabe des MLFLs 102 passiert ein erstes Trennelement 104 und wird in einem Verhältnis von 50 zu 50 aufgeteilt. Das aufgeteilte Licht wird durch ein Verzögerungsmittel, d.h. eine erste optische Verzögerungsstrecke 112, und ein Steuermittel, d.h. jeweils ein Dämpfungselement 108 und eine Polarisationssteuerung 110 geleitet und werden dann durch den ersten 50:50 Faserkoppler 114 wieder kombiniert, so dass ein Eingabesignalmuster A von 1100 erzeugt wird. Das Signalmuster A von 1100 wird dann in einem Verhältnis von 50 zu 50 durch einen zweiten optischen Splitter 116 aufgeteilt und das Licht, das das Signalmuster A von 1100 aufweist und in eine obere optische Faser eintritt, wird durch einen zweite Polarisationssteuerung 122 geleitet und dann durch ein Verzögerungsmittel zum Erzeugen einer Zeitverzögerung von 100 ps, d.h. eine zweite Verzögerung 124 geleitet, so dass ein Eingabesignalmuster B von 0110 erzeugt wird. Das Signalmuster B von 0110 wird in einem Verhältnis von 50 zu 50 durch einen dritten optischen Splitter 126 aufgeteilt. Ein Signal B, das ein aufgeteiltes Muster aufweist, wird durch einen mit Erbium dotierten Faserverstärker (EDFA) 128 verstärkt und wird dann durch ein drittes optisches Trennelement 130 geleitet und tritt dann in die linke Seite eines SOAs 120 ein. Dieses Signalmuster B wird als Pumpsignal verwendet.
Währenddessen wird das Signalmuster A von 1100, das in eine untere optische Faser eintritt, durch ein zweites Trennelement 118 geleitet und tritt dann in die rechte Seite des SOAs 120 ein. Dieses Signalmuster A wird als Messsondensignal verwendet. Ein Ausgabesignal, das durch den SOA 120 aufgrund der Verstärkungssättigung konvertiert wird, resultiert in dem Booleschen AB der Signalmuster A und B. Dann wird das Boolesche AB mit dem B Signal kombiniert und das Boolesche AB + B wird daher erzielt. Das resultierende Signalmuster wird durch einen optischen Signalanalysator 134, der ein Ausgabelicht erkennt und analysiert, bewertet. Das Impulsmuster des Ausgabesignals AB + B wird daher zu 1110 und entspricht den logischen Werten der Wahrheitstabelle des volloptischen logischen ODER-Gatters, so dass ein volloptisches logisches ODER-Gatter implementiert wird, das einen einzelnen SOA verwendet.
Obwohl bei der vorliegenden Erfindung die Wellenlängen des Messsondensignals und des Pumpsignals gleich sind, kann die Operation des volloptischen logischen ODER-Gatters durch das oben beschriebene Verfahren ausgeführt werden, sogar wenn die Wellenlängen unterschiedlich sind. Hierzu wird eine andere Lichtquelle, die eine andere Wellenlänge aufweist, benötigt.
5 ist ein Diagramm der Wellenform, die die Operationseigenschaft des volloptischen logischen ODER-Gatters und das Messsondensignalmuster A von 1100 und das Pumpsignalmuster B von 0110 darstellt. Ferner zeigt 5 das Ausgabesignalmuster AB des SOAs 120 und ein Ausgabe-ODER-Signalmuster AB + B, bei dem das Ausgabesignalmuster AB des SOAs 120 mit dem Pumpsignalmuster B von 0110 kombiniert ist. Das Ausgabelicht existiert, wenn das Ausgabe-ODER-Signalmuster AB + B (1,0), (1,1) oder (0,1) ist, das Ausgabelicht existiert jedoch nicht, wenn das Ausgabe-ODER-Signalmuster AB + B (0,0) ist. Diese logischen Signale entsprechen daher logischen Werten in der Wahrheitstabelle des volloptischen logischen ODER-Gatters, so dass bestätigt werden kann, dass die Operationseigenschaft des volloptischen logischen ODER-Gatters implementiert wurde.
Gemäß 5 werden die Signalmuster A und B in der Form spezifischer Muster, beispielsweise als 11001100..... und 01100110..... erzeugt. Das volloptische logische ODER-Gatter muss in Verbindung mit einem Impulssignal eines willkürlichen Musters betrieben werden. 6 stellt ein Beispiel des Arbeitens des volloptischen logischen ODER-Gatters in Verbindung mit zwei Signalmustern A und B dar, die so erzeugt werden, dass sie willkürliche Impulsmuster aufweisen. Das Ausgabesignal AB + B beträgt nur „0", wenn beide Signalmuster A und B „0" betragen, so dass eine volloptische logische ODER-Operation erzielt wird.
Die vorliegende Erfindung unterscheidet sich stark von dem oben beschriebenen Dokument 1, dadurch, dass sowohl das Pumpsignal und das Messsondensignal, Impulsmuster darstellen und ein einzelner SOA verwendet wird. Bei dem oben zitierten Dokument 1 wird die Impulsbreite eines Signals, das durch einen SOA konvertiert wird, breiter als die eines Pumpsignals, das in den SOA eintritt, da das Pumpsignal eine Impulsform aufweist und das Messsondensignal ein Signal mit kontinuierlicher Wellenform (CW) ist. Ferner werden zwei SOAs verwendet, um eine volloptische logische ODER-Operation zu erzielen, so dass die Impulsbreite, verglichen mit der eines einzelnen SOAs, verdoppelt ist. Die Betriebsgeschwindigkeit ist daher auf einen Wert unterhalb 2,5 Gbit/s begrenzt, da volloptische logische ODER-Signalimpulse sich überlappen, wenn die Betriebsgeschwindigkeit höher als 2,5 Gbit/s ist.
Gemäß 4 ist, wenn sowohl das Messsondensignal als auch das Pumpsignal, die in einen einzelnen SOA eintreten, eine Impulsform aufweisen, die Breite eines Impulssignalausgabe des SOA ungefähr gleich der Breite des Impulssignals, das in diesen eintritt, und die Impulsbreite wird daher nicht vergrößert. Bei dem oben zitierten Dokument 2 beträgt die Betriebsgeschwindigkeit eines volloptischen logischen NOR-Gatters 10 Gbps. Bei der vorliegenden Erfindung weisen in ähnlicher Weise sowohl das Messsondensignal als auch das Pumpsignal eine Impulsform auf und es wird nur ein einzelner SOA verwendet, so dass die Grenzen der Betriebsgeschwindigkeit des bekannten volloptischen logischen ODER-Gatters überwunden werden können.
Wie oben beschrieben, kann die vorliegende Erfindung ein volloptisches logisches ODER-Gatter implementieren, das nicht nur eine Betriebsgeschwindigkeit oberhalb von 2,5 Gbit/s, sondern auch einen vereinfachten Aufbau durch Verwenden eines optischen Signals aufweist, das von einem bestimmten Punkt eines optischen Schaltkreises, beispielsweise eines optischen Rechenschaltkreises, als Pumpsignal oder Messsondensignal, abgegeben wird. Dies ist eine Schlüsseltechnologie, die hauptsächlich benötigt wird, wenn optische Rechen- oder volloptische Signalverarbeitungssysteme zusammen mit einigen logischen Gattern (UND, ODER, XOR, NOR und NAND) implementiert werden, die mit dem gleichen Arbeitsprinzip wie das existierende volloptische logische ODER-Gatter, das SOAs mit Querverstärkungsmodulation (XGM) verwendet, arbeiten. Die Entwicklung der integrierten Technologie für effektive volloptische logische Gatter ermöglicht dementsprechend die Steuerung volloptischer Schaltkreise und Systeme, die nur optische Signale, ohne von elektrischen Signalen abhängig zu sein, nutzen.
Obwohl die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beispielhaft beschrieben wurde, ist es für den Fachmann offensichtlich, dass verschiedene Abänderungen, Ergänzungen und ein Austausch möglich sind, ohne von dem Schutzumfang und Erfindungsgedanken in den begleitenden Ansprüchen offenbarten Erfindung abzuweichen.

Claims

Vorrichtung zur Implementierung eines volloptischen logischen ODER-Gatters umfassend einen optischen Impulsgenerator zum Erzeugen eines optischen Impulssignals, einen phasengekoppelten Faserlaser (MLFL) zum Erzeugen von ersten und zweiten Eingabesignalmustern durch Betreiben des optischen Impulsgenerators, einen ersten optischen Splitter zum Aufteilen des Lichts, das von dem MLFL ausgegeben wird, in einem Verhältnis von 50 zu 50, erste optische Verzögerungsstreckenmittel zum Erzeugen einer Zeitverzögerung der Lichtausgabe des ersten optischen Splitters, optische Steuerungsmittel zum Steuern der Intensität und Polarisation des Lichts, das von dem ersten optischen Splitter ausgesandt wird, einen ersten optischen Koppler zum Koppeln des Lichts, das von den ersten Verzögerungsmitteln abgegeben wird, mit Licht, das von den optischen Steuerungsmitteln abgegeben wird, und zum Erzeugen des ersten Eingabesignalmusters als Messsondensignal, einen zweiten optischen Splitter zum Aufteilen des Lichts, das von dem ersten optischen Koppler ausgesandt wird, in einem Verhältnis von 50 zu 50, zweite optische Verzögerungsstreckenmittel zum Verzögern der Ausgabe des Lichts, das von dem zweiten optischen Splitter abgegeben wird, und Erzeugen des zweiten Eingabesignalmusters, einen dritten optischen Splitter zum Aufteilen des zweiten Eingabesignalmusters in einem Verhältnis von 50 zu 50, einen mit Erbium dotierten Faserverstärker (EDFA) zum Verstärken eines abgeteilten Teils des zweiten Eingabesignalmusters, das durch den dritten optischen Splitter erzielt wird, als Pumpsignal, einen Halbleiterlichtverstärker (SOA) zum Einkoppeln des Pumpsignals in das Messsondensignal in entgegengesetzten Richtungen, um die volloptische logische ODER-Operation auszuführen, einen zweiten optischen Koppler zum Einkoppeln eines Signals, das von dem SOA abgegeben wird, in das zweite Eingabesignalmuster, und einen optischen Analysator zum Bestimmen und Analysieren des Lichts, das von dem zweiten optischen Koppler abgegeben wird.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei das volloptische logische ODER-Gatter, unabhängig davon, ob die Wellenlängen des Messsondensignals und des Pumpsignals gleich sind oder nicht, betrieben wird.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der SOA das Pumpsignal und das Messsondensignal empfängt, die in entgegengesetzten Richtungen in diesen eintreten, so dass ein Boolesches AB erzielt wird.
Vorrichtung gemäß Anspruch 3, wobei das Messsondensignal und das Pumpsignal in den SOA in Impulsform mit willkürlichem Muster eintreten.
Vorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei das Messsondensignal und das Pumpsignal mit einer Geschwindigkeit von mehr als 2,5 Gbit/s betrieben werden, wenn sowohl das Messsondensignal als auch das Pumpsignal in den SOA in Impulsform eintreten.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 3, wobei das Boolesche AB durch den zweiten optischen Koppler mit dem zweiten Eingabesignalmuster kombiniert wird, so dass ein Boolesches AB + B erzielt wird, wodurch die volloptische logische ODER-Operation implementiert wird.
Verfahren zum Implementieren eines volloptischen logischen ODER-Gatters, welches die Vorrichtung zur Implementierung eines volloptischen logischen ODER-Gatters nach einem der Ansprüche 1 bis 6 benutzt, folgende Schritte umfassend Implementieren eines ersten Eingabesignalmusters von 1100 bei 10 Gbit/s durch Übertragen von Daten modulierter Wellenformen eines MLFL, der mit 2,5 GHz betrieben wird und eine Wellenlänge von 1550 nm aufweist, und Implementieren eines zweiten Eingabesignalmusters von 0110 durch Verzögern eines Eingabesignalmusters von 1100 um 100 ps.