KR100523871B1 - Emboding Equipment and Its Method for an all-optical NOR gate using gain saturation of a semiconductor optical amplifier - Google Patents

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KR100523871B1 KR10-2003-0025361A KR20030025361A KR100523871B1 KR 100523871 B1 KR100523871 B1 KR 100523871B1 KR 20030025361 A KR20030025361 A KR 20030025361A KR 100523871 B1 KR100523871 B1 KR 100523871B1
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Abstract

본 발명은 반도체 광증폭기의 이득포화 특성을 이용한 전광 NOR 논리소자 구현장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 광컴퓨팅과 같은 광회로의 임의의 지점에서 전송되는 광신호를 펌프신호와 조사신호로 이용하여 논리소자 중에 특히 10Gbit/s 전광 NOR 논리소자를 구현하는 장치 및 그 구현방법에 관한 것이다.The present invention relates to an all-optical NOR logic device realization apparatus and method using the gain saturation characteristics of a semiconductor optical amplifier, and more particularly, to an optical signal transmitted from any point of the optical circuit, such as optical computing, pump signal and irradiation signal The present invention relates to a device for implementing a 10Gbit / s all-optical NOR logic device among logic devices and a method of implementing the same.

본 발명의 전광 NOR 논리소자 구현방법은, 1100의 입력신호 패턴 A와 0110의 입력신호 패턴 B의 입력신호 합인 A+B 신호를 펌프신호(1110)로 이용하고 상기 1100의 입력신호 패턴 A로 클락신호를 만들어 조사신호(1111)로 이용하여, 상기 조사신호와 펌프신호를 반도체 광증폭기(SOA)에 동시에 반대방향으로 입사시켜 불리언(Boolean) 논리식 를 얻음을 특징으로 한다.In the method of implementing the all-optical NOR logic device of the present invention, the A + B signal, which is the sum of the input signal pattern A of 1100 and the input signal pattern B of 0110, is used as the pump signal 1110 and is clocked into the input signal pattern A of 1100. A signal is generated and used as the irradiation signal 1111, and the irradiation signal and the pump signal are incident on the semiconductor optical amplifier (SOA) at the same time in the opposite direction to Boolean logic expression. It is characterized by obtaining.

본 발명에 따른 전광 NOR 논리소자는 반도체 광증폭기의 이득포화 특성을 이용하는 XGM(Cross Gain Modulation) 방법으로 구현되기 때문에 구조가 간단하며, 다른 기능의 전광 논리소자들이 동일한 방법으로 구성될 수 있으므로 전광회로 및 전광 시스템 구현에 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.The all-optical NOR logic device according to the present invention has a simple structure because it is implemented by the cross gain modulation (XGM) method using the gain saturation characteristics of the semiconductor optical amplifier, and the all-optical logic devices having different functions can be configured in the same way. And it is expected to play an important role in the implementation of the light system.

Description

반도체 광증폭기의 이득포화를 이용한 전광 NOR 논리소자 구현장치 및 그 방법 {Emboding Equipment and Its Method for an all-optical NOR gate using gain saturation of a semiconductor optical amplifier}Embodiment of an all-optical NOR logic device using gain saturation of semiconductor optical amplifier and its method {Emboding Equipment and Its Method for an all-optical NOR gate using gain saturation of a semiconductor optical amplifier}

본 발명은 반도체 광증폭기의 이득포화 특성을 이용한 전광 NOR 논리소자 구현장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 광컴퓨팅과 같은 광회로의 임의의 지점에서 전송되는 광신호를 펌프신호와 조사신호로 이용하여 전광 논리동작을 하는 논리소자 중에 특히 10Gbit/s 전광 NOR 논리소자를 구현하는 장치 및 그 구현방법에 관한 것이다.The present invention relates to an all-optical NOR logic device realization apparatus and method using the gain saturation characteristics of a semiconductor optical amplifier, and more particularly, to an optical signal transmitted from any point of the optical circuit, such as optical computing, pump signal and irradiation signal The present invention relates to a device for implementing a 10Gbit / s all-optical NOR logic device, and a method of implementing the same, among logic devices that perform all-optical logic operations.

최근의 경향을 보면 시스템의 고속화와 대용량화에 대한 요구가 기하급수적으로 증가하고 있다.Recent trends show that the demand for higher speed and higher capacity of systems is growing exponentially.

현재 많은 시스템들은 대부분 실리콘 물질, 즉 전기 신호에 기반을 두고 있어 속도와 정보처리 용량의 제한이란 큰 장벽이 예상되기 때문에 미래 의존성이 불투명하다.Many systems today are mostly based on silicon materials, or electrical signals, and the future dependence is uncertain because of the large barriers to speed and information processing limitations.

이에 반해 인듐인(Indium Phosphide: InP)에 기반을 둔 광소자를 이용한 시스템은 속도나 정보처리 용량 등 모든 면에서 위와 같은 문제를 충분히 해결할 것으로 예상된다.On the other hand, indium phosphide (InP) -based optical devices are expected to solve the above problems in all aspects of speed and information processing capacity.

일반적으로 시스템이 구성될 때는 단일 논리소자(AND, OR, XOR, NAND, NOR, NXOR)에 기반을 두어 집적시키는 방법을 쓰는데, 이는 광을 이용한 시스템에 있어서도 마찬가지다.In general, when a system is constructed, a method of integrating based on a single logic element (AND, OR, XOR, NAND, NOR, NXOR) is used, even in a system using light.

논리(logic) 0과 1이라 불리는 두 개의 안정된 상태를 갖는 논리소자들은 디지털 컴퓨터의 기본적인 구성품(building block)들이다.Logic elements with two stable states, called logic zeros and ones, are the basic building blocks of a digital computer.

컴퓨터들은 이 두 논리상태(bits)에 의해 모든 정보를 기호화한다.Computers symbolize all information by these two bits.

따라서 전광 논리소자들은 틀림없이 미래 정보기술을 위한 전광 시스템과 광-전 시스템들을 개발하는 데 있어 중요한 역할을 할 것이다.Therefore, all-optical logic devices will certainly play an important role in the development of all-optical systems and photo-electric systems for future information technology.

현재까지 초고속 광정보처리를 위한 전광 논리소자는 광의 비선형성을 이용하거나 파장변환 방식을 활용하여 이루어져 왔다.To date, all-optical logic devices for ultra-fast optical information processing have been made using nonlinearity of light or wavelength conversion.

특히, 반도체 광증폭기(Semiconductor Optical Amplifier; SOA)의 비선형 이득을 이용한 전광 NOR 논리소자들은,In particular, all-optical NOR logic devices utilizing the nonlinear gain of a semiconductor optical amplifier (SOA),

(1). 단일 광경로(arm) 초고속 비선형 간섭계(single-arm ultrafast nonlinear interferometer: UNI)를 이용한 NOR[N. S. Patel, K. L. Hall, and K. A. Rauschenbach, Opt. Lett., 21, 1466(1996)],(One). NOR using a single-arm ultrafast nonlinear interferometer (UN) [N. S. Patel, K. L. Hall, and K. A. Rauschenbach, Opt. Lett., 21, 1466 (1996)],

(2). 단일 파장의 두 펌프신호로 구현된 전광 NOR[A. Sharaiha, H. W. Li, F. Matchese and J, Le Bihan, Electron. Lett., 33, 323(1997)],(2). All-optical NOR [A. Sharaiha, H. W. Li, F. Matchese and J, Le Bihan, Electron. Lett., 33, 323 (1997)],

(3). 서로 다른 두 파장의 펌프신호를 이용한 전광 NOR[변영태, 김상혁, 김동환, 우덕하, 김선호, 새물리, 40, 560(2000); Young Tae Byun, Sang Hyuck Kim, Deok Ha Woo, Seok Lee, Dong Hwan Kim, Sun Ho Kim, "Apparatus ane Method for Realizing All-Optical NOR Logic Device", Patent No. (US 6,424,438 B1), Date of Patent (Jul. 23, 2002)],(3). All-optical NOR using Pump Signals with Two Different Wavelengths [Byun Young-tae, Kim Sang-hyuk, Kim Dong-hwan, Woo Deok-ha, Kim Sun-ho, Saephyl, 40, 560 (2000); Young Tae Byun, Sang Hyuck Kim, Deok Ha Woo, Seok Lee, Dong Hwan Kim, Sun Ho Kim, "Apparatus ane Method for Realizing All-Optical NOR Logic Device", Patent No. (US 6,424,438 B1), Date of Patent (Jul. 23, 2002)],

(4). 그리고 두개의 반도체 광증폭기를 연결하여 구현된 전광 NOR(Ali Hamie, Ammar Sharaiha, Mikael Guegan, and Benoit Pucel, IEEE Photon. Technol. Lett., 14, 1439(2002)]로 발전되어 왔다.(4). And all-optical NOR (Ali Hamie, Ammar Sharaiha, Mikael Guegan, and Benoit Pucel, IEEE Photon. Technol. Lett., 14, 1439 (2002)) implemented by connecting two semiconductor optical amplifiers.

상기 (1)에서와 같이 UNI를 이용한 전광 NOR 논리소자는 높은 동작속도의 장점이 있으나 핵심 구성요소들이 광섬유 소자로서 복잡하고, 다른 소자와 집적이 어려우므로 고집적화를 요구하는 광연산 시스템에 적용하기가 어렵다.As shown in (1), the all-optical NOR logic device using UNI has the advantage of high operating speed, but its core components are complicated as optical fiber devices and difficult to integrate with other devices, making it difficult to apply to optical operation systems requiring high integration. it's difficult.

반면에 단일 SOA를 이용한 전광 논리소자는 안정적이고 시스템의 규모가 작으며 다른 광소자와의 결합이 용이할 뿐만 아니라 편광과 파장에 의존하지 않는 장점들을 갖는다[T. Fjelde, D. Wolfson, A. Kloch, B. Dagens, A. Coquelin, I. Guillemot, F, Gaborit, F. Poingt, and M. Renaud, Electron. Lett., 36, 1863(2000)].On the other hand, all-optical logic devices using a single SOA have the advantages of being stable, small in size, easy to combine with other optical devices, and not dependent on polarization and wavelength [T. Fjelde, D. Wolfson, A. Kloch, B. Dagens, A. Coquelin, I. Guillemot, F, Gaborit, F. Poingt, and M. Renaud, Electron. Lett., 36, 1863 (2000)].

그러나 광섬유 간섭계없이 단일 SOA의 비선형 특성만을 이용하는 경우 전광 NOR 소자의 구조가 간단하고 다른 소자와의 집적이 가능하나 동작속도가 100 MHz 이하로 느리다.However, if only non-linear characteristics of a single SOA are used without an optical fiber interferometer, the structure of an all-optical NOR device is simple and can be integrated with other devices, but its operation speed is less than 100 MHz.

또한 (4)에서와 같이 두개의 SOA를 연결하여 구현된 전광 NOR 소자는 단일 SOA를 이용한 경우보다 넓은 파장에서 소광비(ON/OFF ratio)가 향상되는 특성을 갖지만 동작속도가 62.5 MHz로 낮은 단점이 있다.Also, as shown in (4), the all-optical NOR device implemented by connecting two SOAs has the characteristic of improving ON / OFF ratio at a wider wavelength than using a single SOA, but has a disadvantage of low operation speed of 62.5 MHz. have.

즉, 광섬유 간섭계를 이용하지 않는 기존의 전광 NOR 논리소자인 (2)-(4)에서, 펌프신호(pump signal)는 스퀘어(square)파를 이용하여 비제로복귀(NRZ: non-return to zero) 패턴으로 만들어지고, 조사신호(probe signal)는 연속파(CW)의 레이저 광이 이용된다.That is, in the conventional all-optical NOR logic elements (2)-(4) that do not use an optical fiber interferometer, the pump signal is a non-return to zero (NRZ) using a square wave. Pattern), and the probe signal is a continuous wave (CW) laser light is used.

이 경우 전광 NOR 논리소자의 동작속도는 NRZ 패턴과 연속파(CW)형 때문에 100 MHz 이하로 제한된다.In this case, the operating speed of the all-optical NOR logic device is limited to less than 100 MHz because of the NRZ pattern and continuous wave (CW) type.

따라서 구조가 간단하고, 다른 광소자와의 집적화가 가능할 뿐만 아니라 동작속도가 수 GHz - 수 십 GHz로 향상된 특성을 갖는 전광 NOR 논리소자의 개발이 절실히 요구된다.Therefore, there is an urgent need for the development of an all-optical NOR logic device having a simple structure, integration with other optical devices, and an operation speed of several GHz to several tens of GHz.

본 발명은 상술한 필요성에 의해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 반도체 광증폭기의 이득포화 특성을 이용하여 10 Gbit/s 전광 NOR 논리소자를 구현하는 기술을 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-described necessity, and an object of the present invention is to provide a technique for implementing a 10 Gbit / s all-optical NOR logic device using gain saturation characteristics of a semiconductor optical amplifier.

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 1100의 입력신호 패턴 A와 0110의 입력신호 패턴 B의 입력신호 합인 A+B 신호를 펌프신호(1110)로 이용하고 상기 1100의 입력신호 패턴 A로 클락신호를 만들어 조사신호(1111)로 이용하여, 상기 조사신호와 펌프신호를 반도체 광증폭기(SOA)에 동시에 반대방향으로 입사시켜 불리언(Boolean) 논리식 를 얻음을 특징으로 하는 반도체 광증폭기의 이득포화를 이용한 전광 NOR 논리소자 구현방법을 제공하고자 한다.In order to achieve the above object, the present invention uses the A + B signal, which is the sum of the input signal pattern A of 1100 and the input signal pattern B of 0110, as the pump signal 1110 and clocks the input signal pattern A of 1100. A signal is generated and used as the irradiation signal 1111, and the irradiation signal and the pump signal are incident on the semiconductor optical amplifier (SOA) at the same time in the opposite direction to Boolean logic expression. An object of the present invention is to provide a method for implementing an all-optical NOR logic device using gain saturation of a semiconductor optical amplifier.

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 1100의 입력신호 패턴 A와 0110의 입력신호 패턴 B를 이용하여 입력신호 합인 A+B 신호를 만들어 펌프신호(1110)로 이용하는 펌프신호 구현수단과;In order to achieve the above object, the present invention provides a pump signal realization means that uses the input signal pattern A of 1100 and the input signal pattern B of 0110 to generate an A + B signal that is the sum of input signals and uses the pump signal 1110 as the pump signal 1110;

상기 1100의 입력신호 패턴 A로 클락신호를 만들어 조사신호(1111)로 이용하는 조사신호 구현수단과;Irradiation signal realization means for generating a clock signal from the input signal pattern A of 1100 and using it as an irradiation signal 1111;

상기 조사신호와 펌프신호를 반도체 광증폭기(SOA)에 동시에 반대방향으로 입사시켜 불리언(Boolean) 논리식 를 얻는 NOR 구현수단을 포함하는 반도체 광증폭기의 이득포화를 이용한 전광 NOR 논리소자 구현장치를 제공하고자 한다.The irradiation signal and the pump signal are simultaneously incident to the semiconductor optical amplifier (SOA) in the opposite direction by a Boolean logic formula An object of the present invention is to provide an all-optical NOR logic device using a gain saturation of a semiconductor optical amplifier including a NOR implementation means.

이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참고로 그 구성 및 작용을 설명하기로 한다.Hereinafter, the configuration and operation of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 새로운 전광 NOR 논리소자의 동작원리를 개념적으로 보여준다.1 conceptually illustrates the operation principle of a new all-optical NOR logic device.

본 발명에서는 동작속도를 향상시키기 위해서 조사신호(probe signal)와 펌프신호(pump signal)가 모두 영복귀(RZ: return to zero) 패턴의 신호로 만들어진다.In the present invention, both the probe signal and the pump signal are made of a return to zero (RZ) pattern signal to improve the operation speed.

높은 광세기를 갖는 펌프신호가 SOA에 입사되면 SOA내에서 운반자 고갈(carrier depletion) 현상이 일어난다.When a pump signal having a high light intensity enters the SOA, carrier depletion occurs in the SOA.

따라서 일정한 주기의 펄스(pulse) 형태인 조사신호가 SOA내에 운반자 고갈에 의한 이득 변조(gain modulation)와 동일하게 변조되어 출력되므로 출력 신호는 펌프신호와 반대 논리를 갖게 된다.Therefore, the output signal has a logic opposite to that of the pump signal since the irradiation signal in the form of a pulse of a certain period is modulated and output in the SOA in the same manner as gain modulation due to carrier depletion.

그러나 펄스 신호가 사용될 때 펄스의 On-Off 차가 크므로 펄스 신호가 없을 때 출력되는 신호의 크기가 아주 작아 0으로 간주할 수 있다.However, when the pulse signal is used, the on-off difference of the pulse is so large that the output signal is very small in the absence of the pulse signal and can be regarded as 0.

따라서 조사신호의 펄스신호가 없을 때 출력 신호는 펌프신호와 관계없이 0이 된다.Therefore, when there is no pulse signal of the irradiation signal, the output signal becomes 0 regardless of the pump signal.

도 2a와 도 2b는 전광 NOR 논리소자의 기본 구성도와 NOR 논리표이다.2A and 2B are basic configuration diagrams and NOR logic tables of an all-optical NOR logic element.

도 2a에서 펄스가 있을 때 ON 상태이고, 펄스가 없을 때 OFF 상태로 가정하면, 펌프신호가 OFF 상태일 때 조사신호(clock signal)는 SOA를 통과하여 출력신호가 ON 상태로 된다.In FIG. 2A, it is assumed that the signal is turned ON when there is a pulse and OFF when there is no pulse. When the pump signal is turned OFF, the clock signal passes through the SOA and the output signal turns ON.

따라서 도 2a처럼 A 신호와 B 신호가 합쳐진 다음 클락신호와 함께 각각 반대방향으로 SOA에 주입되면 A와 B 신호의 NOR 값인 불리언(Boolean) 논리식 가 얻어진다.Therefore, as shown in FIG. 2A, when the A and B signals are combined and then injected into the SOA in the opposite direction together with the clock signal, a Boolean logic expression that is the NOR value of the A and B signals. Is obtained.

이는 도 2b에 나타낸 NOR 논리소자 진리표의 불리언(Boolean) 값과 일치하므로 전광 NOR 논리소자가 단일 SOA를 이용하여 구현될 수 있다는 것을 의미한다.This coincides with the Boolean value of the NOR logic element truth table shown in FIG. 2B, meaning that the all-optical NOR logic element can be implemented using a single SOA.

도 3은 전광 NOR 논리소자의 구현 장치도이다.3 is an implementation diagram of an all-optical NOR logic device.

전광 NOR 논리소자의 입력신호 패턴 A와 B는 파장이 1550 nm인 모드잠김 광섬유 레이저(mode-locked fiber lader; MLFL)로 만들어진다.The input signal patterns A and B of the all-optical NOR logic element are made of a mode-locked fiber laser (MLFL) with a wavelength of 1550 nm.

상기 모드잠김 광섬유 레이저(MLFL)는 펄스 발생기(Purlse Generator; PG)에 의해 400 ps의 주기를 가지는 2.5 GHz로 구동된다.The mode locked fiber laser (MLFL) is driven at 2.5 GHz with a period of 400 ps by a pulse generator (PG).

이때 생성되는 펄스의 폭은 대략 38 ps 정도이다.The width of the generated pulse is about 38 ps.

모드잠김 광섬유 레이저(MLFL)의 출력은 첫번째 50:50 광섬유 결합기(fiber coupler; FC1)에 의해 분리된 후 100 ps의 시간지연을 얻기 위해 지연수단인 가변 지연기(Variable Delay; VD1)와, 조절수단인 광감쇄기(Attenuator: ATTN1)와 편광 조절기(Polarization Controller: PC1)를 통과한 다음, 두번째 50:50 광섬유 결합기(FC2)에 합쳐짐으로서 10 Gbit/s로 동작되는 입력신호 패턴 A(1100)가 발생된다.The output of the mode locked fiber laser (MLFL) is controlled by a variable delay (VD1), which is a delay means to obtain a time delay of 100 ps after being separated by the first 50:50 fiber coupler (FC1). Input signal pattern A (1100) operated at 10 Gbit / s by passing through an attenuator (ATTN1) and a polarization controller (PC1), which are then means, and then combined with a second 50:50 fiber optic coupler (FC2) Is generated.

그리고 두번째 50:50 광섬유 결합기(FC2) 출력단의 위쪽 광섬유는 네번째 50:50 광섬유 결합기(FC4)에서 분리된다.The upper fiber at the output of the second 50:50 fiber coupler FC2 is separated from the fourth 50:50 fiber coupler FC4.

이중 위쪽 광섬유의 입사광(1100)은 100 ps의 시간 지연을 얻기 위해 지연수단인 가변 지연기(VD2)를 통과함으로써 입력신호 패턴 B(0110)가 만들어지고, 아래쪽 광섬유의 입사광(1100)은 조절수단인 편광 조절기(PC2)와 광감쇄기(ATTN2)를 통과한다.The incident light 1100 of the upper optical fiber passes through the variable delay unit VD2, which is a delaying means, to obtain a time delay of 100 ps, thereby making an input signal pattern B 0110, and the incident light 1100 of the lower optical fiber is adjusting means. It passes through the phosphor polarization controller PC2 and the optical attenuator ATTN2.

그리고 위쪽 광섬유의 출력광(B)과 아래쪽 광섬유의 출력광(A)이 다섯번째 50:50 광섬유 결합기(FC5)에서 합쳐짐으로서 입력신호 패턴 A와 B의 합, A+B(1110)이 생성된다.The output light B of the upper optical fiber and the output light A of the lower optical fiber are combined in the fifth 50:50 optical fiber combiner FC5 to generate the sum of the input signal patterns A and B and A + B 1110. do.

한편, 두번째 50:50 광섬유 결합기(FC2)의 아래쪽 광섬유에 결합된 입력신호 패턴 A(1100)는 여섯 번째 50: 50 광섬유 결합기(FC6)에서 분리된 후, 위쪽 광섬유의 입사광(1100)은 200 ps의 시간지연을 얻기 위해 지연수단인 가변 지연기(VD3)를 통과하고, 아래쪽 광섬유의 입사광(1100)은 조절수단인 편광 조절기(PC3)와 광감쇄기(ATTN3)를 통하여 일곱번째 광섬유 결합기(FC7)에서 합쳐짐으로서 클락신호 패턴(1111)이 만들어진다.On the other hand, after the input signal pattern A 1100 coupled to the lower optical fiber of the second 50:50 optical fiber coupler FC2 is separated from the sixth 50:50 optical fiber coupler FC6, the incident light 1100 of the upper optical fiber is 200 ps. Passing through the variable retarder (VD3) is a delay means to obtain a time delay of the incident light, the incident light 1100 of the lower optical fiber through the polarization controller PC3 and the optical attenuator (ATTN3) control means the seventh optical fiber coupler (FC7) By adding together, the clock signal pattern 1111 is made.

다섯번째 50:50 광섬유 결합기(FC5) 출력단의 위쪽 광섬유의 펌프신호 패턴 A+B(1110)는 어븀 첨가 광섬유 증폭기(EDFA)에서 증폭되어 광서큘레이터(C)를 통과한 후, 일곱번째 50:50 광섬유 결합기(FC7) 출력단의 위쪽 광섬유의 조사신호 패턴과 반대 방향으로 반도체 광증폭기(SOA)에 입사된다.The pump signal pattern A + B 1110 of the upper optical fiber of the fifth 50:50 optical fiber coupler (FC5) output stage is amplified by an erbium-doped optical fiber amplifier (EDFA) and passed through the optical circulator (C). 50 The optical fiber coupler FC7 is incident on the semiconductor optical amplifier SOA in a direction opposite to the irradiation signal pattern of the optical fiber above the output terminal.

파장이 다른 조사신호와 펌프신호가 같은 방향에서 반도체 광증폭기(SOA)에 입사되는 경우 조사신호를 분리하기 위해 광필터가 필요하다[Young Tae Byun, Jae Hun Kim, Young Min Jeon, Seok, Deok Ha Woo, and Sun Ho Kim, "An All-Optical OR Gate by using casacaded SOAs," 2002 International Topical meeting on Photonics in Switching, Hyatt Regency (Cheju Island, KOREA), 187 (2002).].An optical filter is required to separate the irradiation signal when the irradiation signal and the pump signal having different wavelengths are incident on the SOA in the same direction [Young Tae Byun, Jae Hun Kim, Young Min Jeon, Seok, Deok Ha Woo, and Sun Ho Kim, "An All-Optical OR Gate by using casacaded SOAs," 2002 International Topical meeting on Photonics in Switching, Hyatt Regency (Cheju Island, KOREA), 187 (2002).].

그러나 두 신호가 반대방향으로 반도체 광증폭기(SOA)에 입사되는 경우 광필터가 필요하지 않을 뿐만 아니라, 조사신호와 펌프신호의 파장이 같아도 된다.However, when the two signals are incident on the semiconductor optical amplifier (SOA) in the opposite direction, not only an optical filter is required but also the wavelength of the irradiation signal and the pump signal may be the same.

이때 상기 반도체 광증폭기(S0A)의 이득포화 특성에 의해 A+B 신호의 이득이 변조된 0001 패턴을 갖는 불리언(Boolean) 논리식 의 신호가 얻어진다.In this case, a Boolean logic expression having a 0001 pattern in which the gain of the A + B signal is modulated by the gain saturation characteristic of the semiconductor optical amplifier S0A. Signal is obtained.

본 발명에서 조사신호와 펌프신호의 파장이 같은 경우를 예로 들었지만, 파장이 다른 경우에도 전광 NOR 논리소자의 동작을 상기 방법으로 얻을 수 있다.In the present invention, the case where the wavelengths of the irradiation signal and the pump signal are the same is exemplified. However, even when the wavelengths are different, the operation of the all-optical NOR logic element can be obtained by the above method.

미설명 부호 ISO는 광단향관, PD는 광검출기, OSC는 신호 분석기인 오실로스코프이다.Unmarked Symbol ISO is an optical deflector, PD is a photodetector, and OSC is an oscilloscope.

도 4는 10 Gbit/s로 동작되는 전광 NOR 논리소자의 특성을 보여주고 있는 도면이다.4 is a diagram showing characteristics of an all-optical NOR logic device operated at 10 Gbit / s.

도 4a는 세번째 50:50 광섬유 결합기(FC3)에서 측정된 1100의 패턴을 갖는 입력신호 패턴 A이고, 도 4b는 다섯번째 50:50 광섬유 결합기(FC5) 전단에서 측정된 0110의 패턴을 갖는 입력신호 패턴 B이고, 도 4c는 상기 다섯번째 50:50 광섬유 결합기(FC5) 출력단의 아래쪽 광섬유에서 측정된 입력신호 패턴 A와 B의 합, A+B이고, 도 4d는 일곱번째 50:50 광섬유 결합기(FC7) 출력단의 아래쪽 광섬유에서 측정된 클락신호의 패턴이다.4A is an input signal pattern A having a pattern of 1100 measured at the third 50:50 fiber coupler FC3, and FIG. 4B is an input signal having a pattern of 0110 measured at the front end of the fifth 50:50 fiber coupler FC5. Pattern B, FIG. 4C is the sum of input signal patterns A and B measured at the lower optical fiber of the fifth 50:50 optical fiber coupler FC5, A + B, and FIG. 4D is a seventh 50:50 optical fiber coupler (FIG. FC7) This is the pattern of the clock signal measured on the optical fiber below the output.

도 4e는 두 입력신호 패턴 합인 A+B 패턴(1110)이 조사신호인 클락신호 패턴(1111)과 서로 반대 방향으로 반도체 광증폭기(SOA)를 통과할 때 만들어진 출력파형으로 논리 신호가 (1,0), (1,1), (0,1)일 때는 출력광이 없고, (0.0)일 때만 출력광이 존재한다.4E is an output waveform generated when the A + B pattern 1110, which is the sum of two input signal patterns, passes through the semiconductor optical amplifier SOA in a direction opposite to the clock signal pattern 1111 as the irradiation signal. 0), (1,1) and (0,1) do not have output light, and only (0.0) output light exists.

따라서 조사신호와 펌프신호의 광세기가 각각 0.3 dBm과 10.8 dBm일 때 전광 NOR 논리소자의 동작특성이 구현됨을 확인시켜 준다.Therefore, it is confirmed that the operating characteristics of the all-optical NOR logic element are realized when the light intensity of the irradiation signal and the pump signal is 0.3 dBm and 10.8 dBm, respectively.

상기 언급된 각각의 광신호는 45 GHz의 광검출기와 샘플링 오실로스코프를 사용하여 측정되었다.Each of the above mentioned optical signals was measured using a 45 GHz photodetector and sampling oscilloscope.

이상에서와 같이 본 발명에 의하면, 동일파장의 두 입력신호 패턴 A(1100)와 B(0110)에 의해 네개의 논리신호[(1,0), (1,1), (0,1), (0,0)]를 갖는 펌프신호 패턴 A+B 신호가 얻어지고, 입력신호 패턴 A(1100)가 분리된 후 한쪽 신호가 200 ps만큼 지연되어 다른 쪽 신호(A)와 합해짐으로서 조사신호인 클럭신호(1111)가 얻어진다.As described above, according to the present invention, four logic signals [(1,0), (1,1), (0,1), by two input signal patterns A (1100) and B (0110) of the same wavelength Pump signal pattern A + B signal having (0,0)] is obtained, and after the input signal pattern A (1100) is separated, one signal is delayed by 200 ps and summed with the other signal (A). The in clock signal 1111 is obtained.

그리고, 상기 펌프신호와 조사신호가 서로 반대 방향으로 반도체 광증폭기(SOA)를 지나 갈 때 SOA의 이득포화 특성에 의해 10 Gbit/s 전광 NOR 논리소자가 성공적으로 구현되었다.In addition, a 10 Gbit / s all-optical NOR logic device has been successfully implemented due to gain saturation characteristics of the SOA when the pump signal and the irradiation signal pass through the semiconductor optical amplifier (SOA) in opposite directions.

즉, 1100 패턴을 가지는 A 신호와 0110 패턴을 가지는 B 신호가 모두 논리 0일 때만 출력신호가 논리 1이고, 그 외에는 출력신호가 모두 논리 0을 가진다.That is, the output signal is logic 1 only when both the A signal having the 1100 pattern and the B signal having the 0110 pattern are logic 0, and all of the output signals have logic 0 except for the other.

이 결과는 도 2b의 불리언 NOR의 진리표와 일치하므로 전광 NOR 논리소자의 발명이 실험적으로 입증된다.This result is consistent with the truth table of the Boolean NOR in FIG. 2B, so the invention of the all-optical NOR logic device is experimentally demonstrated.

따라서 본 발명에 의하면 광컴퓨팅과 전광신호처리 시스템의 복잡한 광회로상에서 전광 논리동작이 쉽게 구현될 수 있다.Therefore, according to the present invention, an all-optical logic operation can be easily implemented on a complicated optical circuit of the optical computing and all-optical signal processing system.

전광 NOR 논리소자는 다른 단일 전광 논리소자들(OR, NAND, AND, XOR, NXOR)과 함께 광컴퓨팅이나 전광 신호처리 시스템을 구성할 때 빼놓을 수 없는 핵심 논리소자이다.All-optical NOR logic devices, along with other single all-optical logic elements (OR, NAND, AND, XOR, and NXOR), are essential logic components in optical computing or all-optical signal processing systems.

NOR는 모든 논리계산의 기본인 전가산기(full adder)의 핵심소자이며, 거의 모든 논리시스템에 적용된다.NOR is a key element of the full adder, the basis of all logic calculations, and applies to almost all logic systems.

특히, 본 발명에 따른 전광 NOR 논리소자는 반도체 광증폭기의 이득포화 특성을 이용하는 XGM(Cross Gain Modulation) 방법으로 구현되기 때문에 구조가 간단하며, 다른 기능의 전광 논리소자들이 동일한 방법으로 구성될 수 있으므로 전광회로 및 전광 시스템 구현에 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.In particular, since the all-optical NOR logic device according to the present invention is implemented by the cross gain modulation (XGM) method using the gain saturation characteristics of the semiconductor optical amplifier, the structure is simple, and the all-optical logic devices of other functions may be configured in the same way. It is expected to play an important role in the implementation of all-optical circuits and all-optical systems.

따라서 효율적인 전광 논리소자들의 집적기술이 개발되면 전기신호에 의존하지 않고 광신호만으로 모든 시스템의 제어가 가능하게 된다.Therefore, if the integrated technology of efficient all-optical logic devices is developed, it is possible to control all systems using only optical signals without relying on electrical signals.

도 1은 전광 NOR 논리소자의 동작원리를 나타내는 특성도이다.1 is a characteristic diagram showing an operation principle of an all-optical NOR logic element.

도 2a와 도 2b는 전광 NOR 논리소자의 기본 구성도와 진리표이다.2A and 2B are a basic diagram and a truth table of an all-optical NOR logic element.

도 3은 본 발명에 따른 전광 NOR 논리소자의 구현장치 구성도이다.3 is a block diagram of a device for implementing an all-optical NOR logic device according to the present invention.

도 4는 본 발명에 따라 10 Gbit/s로 동작하는 전광 NOR 논리소자의 특성도이다.4 is a characteristic diagram of an all-optical NOR logic device operating at 10 Gbit / s in accordance with the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

ATTN1,ATTN2,ATTN3 : 광감쇄기 C : 광서큘레이터ATTN1, ATTN2, ATTN3: Optical Attenuator C: Optical Circulator

EDFA : 어븀 첨가 광섬유 증폭기 FC1,…,FC7 : 광섬유 결합기EDFA: Erbium-doped fiber amplifier FC1,... , FC7: Fiber Optic Coupler

ISO : 광단향관 MLFL : 모드잠김 광섬유 레이저ISO: optically deflective tube MLFL: mode locked fiber laser

OTDM MUX : 광시간 분할 다중화기OTDM MUX: Optical Time Division Multiplexer

OSC : 오실로스코프 PC1,PC2,PC3 : 편광 조절기OSC: Oscilloscope PC1, PC2, PC3: Polarization Controller

PD : 광검출기 PG : 펄스 발생기PD: Photodetector PG: Pulse Generator

SOA : 반도체 광증폭기 VD1,VD2,VD3 : 가변 지연기SOA: Semiconductor Optical Amplifier VD1, VD2, VD3: Variable Delay

Claims (14)

광펄스의 유무를 1과 0으로 구분하여, 1100의 입력신호 패턴 A와 0110의 입력신호 패턴 B의 입력신호 합인 A+B 신호를 펌프신호(1110)로 이용하는 제 1단계와;A first step of dividing the presence or absence of an optical pulse into 1 and 0 and using the A + B signal, which is the sum of the input signals of the input signal pattern A of 1100 and the input signal pattern B of 0110, as the pump signal 1110; 상기 1100의 입력신호 패턴 A로 클락신호를 만들어 조사신호(1111)로 이용하는 제 2단계와;A second step of generating a clock signal using the input signal pattern A of 1100 and using it as an irradiation signal 1111; 상기 조사신호와 펌프신호를 반도체 광증폭기(SOA)에 동시에 반대방향으로 입사시키는 제 3단계; 및A third step of simultaneously injecting the irradiation signal and the pump signal into a semiconductor optical amplifier (SOA) in opposite directions; And 상기 입사 신호에 의해, NOR의 논리값인 불리언(Boolean) 논리식 가 얻어지는 제 4단계를 포함하는 반도체 광증폭기의 이득포화를 이용한 전광 NOR 논리소자 구현방법.Boolean logical expression that is a logical value of NOR by the incident signal A method for implementing an all-optical NOR logic device using gain saturation of a semiconductor optical amplifier comprising a fourth step of obtaining a. 청구항 1에 있어서, 상기 펌프신호는,The method of claim 1, wherein the pump signal, 모드잠김 광섬유 레이저의 변조파형을 다중화하여 1100의 입력신호 패턴 A를 만들고, 상기 1100의 입력신호를 시간지연시켜 0110의 입력신호 패턴 B를 만들어, 광섬유 결합기를 이용하여 얻은 두 입력신호의 합이 A+B 신호인 것을 특징으로 하는 반도체 광증폭기의 이득포화를 이용한 전광 NOR 논리소자 구현방법.The modulation waveform of the mode-locked fiber laser is multiplexed to form an input signal pattern A of 1100, and the input signal of 1100 is time-delayed to form an input signal pattern B of 0110, and the sum of the two input signals obtained using the fiber coupler is A. A method for implementing an all-optical NOR logic device using gain saturation of a semiconductor optical amplifier, characterized in that the + B signal. 청구항 2에 있어서, 상기 모드잠김 광섬유 레이저는 2.5 GHz로 동작하고 파장이 1550 nm이며 10 Gbit/s로 다중화함을 특징으로 하는 반도체 광증폭기의 이득포화를 이용한 전광 NOR 논리소자 구현방법.The method of claim 2, wherein the mode-locked fiber laser operates at 2.5 GHz, has a wavelength of 1550 nm, and multiplexes at 10 Gbit / s. 청구항 2에 있어서, 상기 1100 입력신호의 지연시간이 100 ps인 것을 특징으로 하는 반도체 광증폭기의 이득포화를 이용한 전광 NOR 논리소자 구현방법.The method according to claim 2, wherein the delay time of the 1100 input signal is 100 ps. 청구항 1에 있어서, 상기 조사신호는,The method according to claim 1, wherein the irradiation signal, 상기 1100 입력신호 패턴 A를 시간지연시킨 후, 지연되지 않은 입력신호 패턴 A와 다중화함으로써 얻은 클락신호인 것을 특징으로 하는 반도체 광증폭기의 이득포화를 이용한 전광 NOR 논리소자 구현방법.And a clock signal obtained by multiplexing the 1100 input signal pattern A and multiplexing the non-delayed input signal pattern A. The method of claim 1, wherein the gain saturation of the semiconductor optical amplifier is performed. 청구항 5에 있어서, 상기 1100 입력신호의 지연시간이 200 ps인 것을 특징으로 하는 반도체 광증폭기의 이득포화를 이용한 전광 NOR 논리소자 구현방법.The method of claim 5, wherein the delay time of the 1100 input signal is 200 ps. 청구항 1에 있어서, 상기 조사신호와 펌프신호가 모두 펄스 형태로 SOA에 입사됨으로서 XGM(Cross Gain Modulation) 방법으로 NOR 논리소자가 구현됨을 특징으로 하는 반도체 광증폭기의 이득포화를 이용한 전광 NOR 논리소자 구현방법.The all-optical NOR logic device using gain saturation of a semiconductor optical amplifier according to claim 1, wherein both the irradiation signal and the pump signal are incident on the SOA in the form of a pulse so that a NOR logic device is implemented by a cross gain modulation (XGM) method. Way. 청구항 1, 청구항 2, 청구항 5중 어느 한 항에서, 상기 조사신호와 펌프신호의 파장이 서로 다름을 특징으로 하는 반도체 광증폭기의 이득포화를 이용한 전광 NOR 논리소자 구현방법.The method according to any one of claims 1, 2, and 5, wherein wavelengths of the irradiation signal and the pump signal are different from each other. 광펄스의 유무를 1과 0으로 구분하여, 1100의 입력신호 패턴 A와 0110의 입력신호 패턴 B를 이용하여 입력신호 합인 A+B 신호를 만들어 펌프신호(1110)로 이용하는 펌프신호 구현수단과;A pump signal realization means for dividing the presence or absence of an optical pulse by 1 and 0, using the input signal pattern A of 1100 and the input signal pattern B of 0110 to make an A + B signal, which is a sum of input signals, to use as a pump signal 1110; 상기 1100의 입력신호 패턴 A로 클락신호를 만들어 조사신호(1111)로 이용하는 조사신호 구현수단과;Irradiation signal realization means for generating a clock signal from the input signal pattern A of 1100 and using it as an irradiation signal 1111; 상기 조사신호와 펌프신호를 반도체 광증폭기(SOA)에 동시에 반대방향으로 입사시켜 불리언(Boolean) 논리식 를 얻는 NOR 구현수단을 포함하는 반도체 광증폭기의 이득포화를 이용한 전광 NOR 논리소자 구현장치.The irradiation signal and the pump signal are simultaneously incident to the semiconductor optical amplifier (SOA) in the opposite direction by a Boolean logic formula An all-optical NOR logic device implementation using gain saturation of a semiconductor optical amplifier comprising a NOR implementation means to obtain. 청구항 9에 있어서, 상기 펌프신호 구현수단은,The method of claim 9, wherein the pump signal implementing means, 모드잠김 광섬유 레이저(MLFL)의 변조파형을 다중화하여 1100의 입력신호 패턴 A를 만드는 패턴 A구현수단과,Pattern A implementation means for multiplexing the modulated waveform of the mode locked fiber laser (MLFL) to form an input signal pattern A of 1100, 상기 1100의 입력신호를 시간지연시켜 0110의 입력신호 패턴 B를 만드는 패턴 B구현수단과,Pattern B implementation means for delaying the input signal of 1100 to form an input signal pattern B of 0110; 제5광섬유 결합기를 이용하여 얻은 두 입력신호의 합인 A+B 신호를 만드는 A+B 구현수단으로 구성됨을 특징으로 하는 반도체 광증폭기의 이득포화를 이용한 전광 NOR 논리소자 구현장치.An apparatus for implementing an all-optical NOR logic element using gain saturation of a semiconductor optical amplifier, comprising: A + B implementation means for generating an A + B signal which is a sum of two input signals obtained by using a fifth optical fiber coupler. 청구항 10에 있어서, 상기 패턴 A구현수단은,The method according to claim 10, wherein the pattern A implementation means, 펄스 발생기에 의해 구동되어 일정 파장의 광을 출력하는 모드잠김 광섬유 레이저와,A mode locked fiber laser driven by a pulse generator to output light of a predetermined wavelength; 상기 모드잠김 광섬유 레이저의 출력광을 분리하는 제1광섬유 결합기와,A first optical fiber combiner for separating output light of the mode locked fiber laser; 제1광섬유 결합기에 의해 분리된 일측의 출력광을 지연하는 제1가변 지연기와,A first variable retarder for delaying output light of one side separated by the first optical fiber coupler, 제1광섬유 결합기에 의해 분리된 타측의 출력광을 조절하는 제1광감쇄기 및 제1편광 조절기와,A first optical attenuator and a first polarization controller for controlling the output light of the other side separated by the first optical fiber coupler; 상기 지연된 출력광과 조절된 출력광을 합치는 제2광섬유 결합기로 구성됨을 특징으로 하는 반도체 광증폭기의 이득포화를 이용한 전광 NOR 논리소자 구현장치.And an optical fiber coupler configured to combine the delayed output light and the adjusted output light. 청구항 11에 있어서, 상기 패턴 B구현수단은,The method according to claim 11, wherein the pattern B implementation means, 상기 제2광섬유 결합기의 출력에 연결된 제3광섬유 결합기의 출력을 분리하는 제4광섬유 결합기와,A fourth optical fiber combiner for separating the output of the third optical fiber combiner connected to the output of the second optical fiber combiner; 상기 제4광섬유 결합기에 분리된 일측의 출력광을 지연하는 제2가변 지연기와,A second variable retarder delaying output light of one side separated from the fourth optical fiber coupler; 상기 제4광섬유 결합기에 분리된 타측의 출력광을 조절하는 제2광감쇄기 및 제2편광 조절기로 구성됨을 특징으로 하는 반도체 광증폭기의 이득포화를 이용한 전광 NOR 논리소자 구현장치.And a second optical attenuator for controlling the output light of the other side separated from the fourth optical fiber coupler, and a second polarization controller. 청구항 9에 있어서, 상기 조사신호 구현수단은,The method according to claim 9, The irradiation signal implementing means, 상기 1100의 입력신호 패턴 A의 출력을 분리하는 제6광섬유 결합기와,A sixth optical fiber coupler separating the output of the input signal pattern A of 1100; 제6광섬유 결합기에 의해 분리된 일측의 출력광을 지연하는 제3가변 지연기와,A third variable retarder for delaying output light of one side separated by a sixth optical fiber coupler, 제6광섬유 결합기에 의해 분리된 타측의 출력광을 조절하는 제3광감쇄기 및 제3편광 조절기와,A third optical attenuator and a third polarization controller for controlling the output light of the other side separated by the sixth optical fiber coupler; 상기 지연된 출력광과 조절된 출력광을 합치는 제7광섬유 결합기로 구성됨을 특징으로 하는 반도체 광증폭기의 이득포화를 이용한 전광 NOR 논리소자 구현장치.And a seventh optical fiber combiner for combining the delayed output light and the adjusted output light. 청구항 9에 있어서, 상기 NOR 구현수단은,The method according to claim 9, The NOR implementation means, 상기 펌프신호를 증폭하는 어븀첨가 광섬유 증폭기(EDFA)와,Erbium-doped fiber amplifier (EDFA) for amplifying the pump signal, 상기 증폭된 펌프신호를 반도체 광증폭기의 일측으로 입사시키는 광서큘레이터와,An optical circulator for incident the amplified pump signal to one side of a semiconductor optical amplifier; 상기 펌프신호가 일측으로 입사되고 조사신호가 타측으로 입사되는 경우 이득포화 특성에 의해 펌프신호의 이득이 변조된 0001 패턴을 갖는 불리언 논리식 를 얻는 반도체 광증폭기로 구성됨을 특징으로 하는 반도체 광증폭기의 이득포화를 이용한 전광 NOR 논리소자 구현장치.When the pump signal is incident on one side and the irradiation signal is incident on the other side, a Boolean logic expression having a 0001 pattern in which the gain of the pump signal is modulated by gain saturation characteristics. An all-optical NOR logic device implementation using gain saturation of a semiconductor optical amplifier, characterized in that consisting of a semiconductor optical amplifier.
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