WO2021032446A1 - Device and method for processing optical signals - Google Patents

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WO2021032446A1
WO2021032446A1 PCT/EP2020/071695 EP2020071695W WO2021032446A1 WO 2021032446 A1 WO2021032446 A1 WO 2021032446A1 EP 2020071695 W EP2020071695 W EP 2020071695W WO 2021032446 A1 WO2021032446 A1 WO 2021032446A1
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WO
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optical
input
optical signal
output
light
Prior art date
Application number
PCT/EP2020/071695
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German (de)
French (fr)
Inventor
Zacharias Ceranski
Original Assignee
Zacharias Ceranski
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
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Application filed by Zacharias Ceranski filed Critical Zacharias Ceranski
Publication of WO2021032446A1 publication Critical patent/WO2021032446A1/en

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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06E—OPTICAL COMPUTING DEVICES; COMPUTING DEVICES USING OTHER RADIATIONS WITH SIMILAR PROPERTIES
    • G06E3/00—Devices not provided for in group G06E1/00, e.g. for processing analogue or hybrid data
    • G06E3/001—Analogue devices in which mathematical operations are carried out with the aid of optical or electro-optical elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F3/00—Optical logic elements; Optical bistable devices

Definitions

  • the invention is based on a device and a method for processing optical signals.
  • Optical signals are used to transport large volumes of data. This leads to an increasing spread of fiber optic internet.
  • non-linear effects and interference can also be used for computing devices.
  • optical signals are particularly advantageous because non-linear effects occur virtually and interference occurs completely without a time delay.
  • the device described below is able to reliably perform its circuits at clock frequencies of gigahertz.
  • the intensity is determined in that the signal is divided and brought to destructive interference with itself after one half has harvested a fixed amplification power.
  • this device can be operated passively, i.e. without effectively applying power. This possibility is limited only by absorption in the optical conductors and potential losses due to the coupling out of the radiation from the optical waveguides.
  • a device for processing optical signals provides that the device comprises a first optical input for a first optical signal and a second optical input for a second optical signal, the device comprising an optical splitter which is designed to split the first optical signal into several parts, the device comprising an amplifier which is designed to output an amplified optical signal as a function of one of the parts, the device comprising an optical signal mixer which is designed as a function of the amplified optical signal and output an optically interfered signal as a function of another of the parts, the device comprising an optical signal mixer which is designed to output a resulting optical output signal for an optical signal output of the device as a function of the optically interfered signal and as a function of the second optical signal.
  • a first optical output of the optical splitter is preferably connected to a first input of the first optical signal mixer, a second optical output of the optical splitter being connected to a first input of the optical amplifier, the optical amplifier being formed at the first input of the optical amplifier to amplify incoming light with respect to an intensity of the light in particular parametrically and to output a resulting amplified optical signal at an optical output of the optical amplifier, the optical output of the optical amplifier being connected to a second input of the first optical signal mixer, the first optical signal mixer for destructive interference of light at the first input and light at the second input of the first optical signal mixer, an output of the The first optical signal mixer is connected to a first input of the second optical signal mixer, the second optical input being connected to a second input of the second optical signal mixer, the second optical signal mixer being designed to output a resulting optical output signal for an optical signal output by destructive interference . This is a particularly efficient and space-saving solution.
  • phase shift of 180 ° between the amplified optical signal and the other part of the first optical signal for the destructive interference is brought about in the amplifier, for example, in that the paths of the signals are different in length by half a wavelength.
  • the device comprises one
  • Energy recovery device which is designed to obtain energy from the amplified optical signal or the resulting optical output signal and to use it to generate pump radiation for the amplifier. This means that part of the unused pump radiation or of the signal with idler frequency that occurs during amplification can be recovered.
  • the device has the first optical input for a first optical signal with light of a first polarization and the second optical input for a second optical signal with light of a second polarization polarization different from the first polarization and a third optical input for a third optical signal with light of the second polarization, a first optical output of the optical splitter being connected to a first input of a first optical signal mixer, a second optical output of the optical splitter is connected to a first input of the optical amplifier, wherein the second optical input is connected to a second input of the optical amplifier, the optical amplifier being designed to receive light arriving at the first input of the first optical amplifier and light arriving at the second input of the optical amplifier to amplify with respect to an intensity of the light in particular by means of an optically excitable medium and to output an amplified optical signal resulting therefrom at an optical output of the optical amplifier, the optical output of the optical amplifier kers is connected to a second input of the first optical signal mixer, wherein an output of the first optical signal mixer is connected to
  • a third polarization filter is arranged at the first optical input, the third polarization filter being designed to be transparent only to light of the first polarization. This also enables signal processing for light that is not already appropriately polarized at the first optical input, provided that an input signal for the first optical input comprises light of the first polarization.
  • Polarization filter is arranged at the second optical input, the fourth polarization filter being designed to be transparent only to light of the second polarization. This also enables signal processing for light that is not already correspondingly polarized at the second optical input, provided that an input signal for the second optical input comprises light of the second polarization. It is also advantageous if a fifth polarization filter is arranged at the third optical input, the fifth polarization filter being designed to be transparent only for light of the second polarization or only for light of the third polarization. This also enables signal processing for light that is not already appropriately polarized at the third optical input, provided that an input signal for the third optical input comprises light of the corresponding polarization.
  • the planes of polarization of the first polarization and the second polarization preferably intersect at an angle of 90 °.
  • the polarization filters are designed accordingly in this aspect. This enables an optical NOT unit with a polarization filter for light of different polarization to be displayed.
  • the planes of polarization of the first polarization and the third polarization intersect at an angle of 90 °.
  • the polarization filters are designed accordingly in this aspect. An optical NOT unit with a polarization filter can thus be displayed.
  • the device can comprise at least one second optical signal mixer which is designed to combine light from a plurality of optical conductors to generate the first optical signal. This extends the Area of application such that the device can process light from different signal sources. This enables a NOR element to be implemented.
  • the device can comprise a third optical signal mixer which is designed to combine light from a plurality of devices in order to generate an optical signal to be output. This makes it possible to additionally expand the area of application for several optical signal inputs. This enables a NAND element to be implemented.
  • the device is preferably connected to an input of a second optical splitter having a plurality of outputs. This makes it possible to provide the result of the calculation multiple times.
  • a computing device has a multiplicity of such devices and a control device, the control device being designed for clocked or synchronized control of optical inputs of the devices for performing at least one computing operation, in particular for computing a computation result depending on at least one input signal.
  • At least one of the optical inputs for performing at least one arithmetic operation for calculating a calculation result is dependent on at least one of the input signals controlled clocked or synchronized.
  • FIG. 1 schematically shows a device for processing optical signals according to a first embodiment
  • FIG. 3 schematically shows further aspects of the devices
  • FIG. 4 schematically shows a first circuit with a plurality of the devices for processing optical signals according to a third embodiment
  • FIG. 6 shows a computing device comprising a plurality of
  • FIG. 7 schematically shows a device for processing optical signals according to a fourth embodiment
  • Devices for processing optical signals are described below, each having a first optical input for a first optical signal and a comprise second optical input for a second optical signal.
  • the device comprises a first optical input for a first optical signal and a second optical input for a second optical signal.
  • the device comprises an optical splitter which is designed to split the first optical signal into several parts. A division of the intensity for two equally large parts in a ratio of 50:50 is preferably provided.
  • the device comprises an amplifier which is designed to output an amplified optical signal as a function of one of the parts. The amplifier is described in more detail below.
  • the device comprises an optical signal mixer which is designed to output an optically interfered signal as a function of the amplified optical signal and as a function of another of the parts. The optical interference enables complete destruction of the interfering signals.
  • the device comprises an optical signal mixer which is designed to output a resulting optical output signal for an optical signal output of the device as a function of the optically interfered signal and as a function of the second optical signal.
  • a device 100 for processing optical signals comprises a first optical input 102 for a first optical signal and a second optical input 104 for a second optical signal.
  • the first optical input 102 is connected to an optical splitter 108.
  • a first optical output 110 of the optical splitter 108 is connected to a first input 112 of a first optical signal mixer 114.
  • a second optical output 116 of the optical splitter 108 is connected to a first input 118 of an in particular parametric optical amplifier 120.
  • the optical amplifier 120 is designed to amplify the light arriving at the first input 118 of the optical amplifier 120 with respect to an intensity of the light and to output an amplified optical signal resulting therefrom at an optical output 124 of the optical amplifier 120.
  • a gain of the optical amplifier 120 is specified or set such that an intensity of the part of the first optical signal that is amplified there is quadrupled.
  • the optical output 124 of the optical amplifier 120 is connected to a second input 126 of the first optical signal mixer 114.
  • the optical signal mixer 114 is designed for destructive interference of light at the first input 112 and light at the second input 126 of the first optical signal mixer 114.
  • To set a phase shift of 180 ° necessary for the destructive interference in the example in the amplifier it is realized that the paths of the signals, i.e., for example, the respective optical conductors, are different by half a wavelength, so that the phase shift of 180 ° for the interference is brought about.
  • An output 128 of the first optical signal mixer 114 is connected to a first input 132 of a second optical signal mixer 134.
  • the second optical input 104 is connected to a second input 136 of the second optical signal mixer 134.
  • the second optical signal mixer 134 is designed to output a resulting optical output signal for an optical signal output 142.
  • the intensity of the second optical signal is preferably selected or set such that it is equal to the intensity of the first optical signal.
  • the phase shift between the first optical signal and the second optical signal is preferably selected or set so that the phase shift is 180 °.
  • complete destructive interference between the second optical signal and the resulting optical output signal is achieved if the latter is not already canceled itself by destructive interference in the first optical signal mixer 114.
  • the device 100 can comprise a signal source or, during operation, be connected to a signal source which is designed to output the second optical signal constantly.
  • the first optical input 102 serves as a signal input for the first optical signal.
  • an incoming signal at the signal input is negated. This creates an optical NOT unit.
  • the optical splitter 108, the optical amplifier 120 and the optical signal mixer 114 represent an optical inverter, the output signal of which in the second optical signal mixer 134 is either completely canceled or not by destructive interference with the second optical signal.
  • the first optical input 102 is connected to the optical splitter 108 via a first optical conductor 144a.
  • the first optical output 110 of the optical splitter 108 is connected to the first input 112 of the first optical signal mixer 114 via a second optical conductor 146a.
  • the second optical output 116 of the optical splitter 108 is connected to the first input 118 of the optical amplifier 120 via a third optical conductor 148a.
  • the optical output 124 of the optical amplifier 120 is connected to the second input 126 of the first optical signal mixer 114 via a fourth optical conductor 150a.
  • the output 128 of the first optical signal mixer 114 is connected to the first via a fifth optical conductor 152a Input 132 of the second optical signal mixer 134 connected.
  • the second optical input 104 is connected to the second input 136 of the second optical signal mixer 134 via a sixth optical conductor 154a.
  • the device comprises a
  • Energy recovery device 200 This can be arranged at any point after the in particular parametric amplifier 120 or on one of the signal mixers.
  • the energy recovery device 200 is arranged immediately after the amplifier 120.
  • the amplifier 120 is a parametric amplifier, the remaining pump radiation of the
  • Energy recovery device 120 is decoupled.
  • the energy recovery device 120 comprises means for decoupling, for example prisms, through which dispersion is used.
  • amplifier 120 uses pump radiation
  • recovered light can be used directly as pump radiation.
  • the amplifier 120 includes, for example, a nonlinear crystal. If this is irradiated with pump radiation, the part of the first optical signal can be amplified.
  • the pump radiation is converted into an amplified signal with the frequency of the first optical signal and idler light of a different frequency. This results in a parametric amplification in the optical frequency range.
  • the optical parametric amplifier is implemented, for example, as a single-pass amplifier with a non-linear crystal, e.g. erbium.
  • the idler frequency like the pump radiation, can be separated from the amplified signal by dispersion.
  • FIG. 2 schematically shows the device 100 for processing optical signals according to a second embodiment.
  • Optical signals are implemented, for example, by light with a wavelength of 1.5 pm. Other wavelengths are also possible.
  • the device 100 comprises a first optical input 102 for a first optical signal with light of a first polarization.
  • the device 100 comprises a second optical input 104 for a second optical signal with light of a second polarization different from the first polarization.
  • the device 100 comprises a third optical input 106.
  • the second optical input 104 is designed in one aspect for a second optical signal with light of the second polarization.
  • the third optical input 106 also has the second polarization.
  • the first optical input 102 is connected to an optical splitter 108.
  • a first optical output 110 of the optical splitter 108 is connected to a first input 112 of a first optical signal mixer 114.
  • a second optical output 116 of the optical splitter 108 is connected to a first input 118 of an optical amplifier 120.
  • the third optical input 106 is connected to a second input 122 of the optical amplifier 120.
  • the optical splitter 108 is designed to emit half of the incoming light to each of its outputs.
  • the optical amplifier 120 is designed to amplify light arriving at the first input 118 of the optical amplifier 120 and light arriving at the second input 122 of the first optical amplifier 120.
  • the optical amplifier 120 is designed to amplify the incoming light with respect to an intensity of the light, in particular by means of an optically excitable medium. Light arriving at the two inputs competes for the amplification power. As a result, a signal at one of the inputs that is weak in terms of intensity is essentially not amplified compared to a signal that is stronger in terms of intensity at the other of the inputs.
  • the optically excitable medium is, for example, a crystal doped in particular with erbium or titanium.
  • the optical amplifier 120 is formed from one of the To output amplification resulting amplified optical signal at an optical output 124 of the optical amplifier 120.
  • the part of the resulting signal that dominates due to the amplification has the polarization of that of the signals arriving at the input that has the higher intensity. If, for example, an input signal of the same intensity is present at the same time at the first optical input 102 and the third optical input 106, the light from the third optical input 106 is essentially amplified.
  • the resulting signal in this case has a higher intensity with respect to light with the second polarization.
  • the optical output 124 of the optical amplifier 120 is connected to a second input 126 of the first optical
  • the beam combination can result in different output signals from the optical amplifier 120. If the portion of the first optical signal that reaches the optical amplifier 120 has a higher intensity than the second optical signal, the first optical signal is essentially amplified by the optical amplifier 120. In this case, the first optical signal mixer 114 combines a first part of the first optical signal separated at the first optical splitter 108 with a first part of the optical signal
  • Splitter 108 separated and in the optical amplifier 120 amplified second part of the first optical signal. Otherwise, the first part of the separated at the first optical splitter 108 is used in the first optical signal mixer 114 first optical signal combined with the second optical signal amplified in optical amplifier 120.
  • An output 128 of the first optical signal mixer 114 is connected to a first polarization filter 130 which is designed to be impermeable to light of the polarization of the second optical signal. This removes all components of the second optical signal. At the output of the first polarization filter 130, it is thus possible to control, by means of the corresponding intensity of the second optical signal, whether the first optical signal is output with high intensity or, in contrast, with low intensity.
  • the first polarization filter 130 is connected to a first input 132 of a second optical signal mixer 134.
  • the second optical input 104 is connected to a second input 136 of the second optical signal mixer 134.
  • the second optical signal mixer 134 is designed to amplify light arriving at the first input 132 of the second optical signal mixer 134 and light arriving at the second input 136 of the second optical signal mixer 134 with regard to an intensity of the light. This amplification takes place as described above for the first optical signal mixer 114, for example by means of the same optically excitable medium.
  • the second optical signal mixer 134 is designed to output an optical output signal resulting therefrom at an optical output 138 of the second optical signal mixer 134.
  • the second optical signal mixer 134 is designed to output the resulting optical output signal to a second polarization filter 140 for an optical signal output 142.
  • the second polarization filter 140 is designed to be impermeable to light of the polarization of the third optical signal.
  • the optical signal output is adjustable as a function of the second optical input 104 and as a function of the output signal of the first polarization filter 130. If the output signal of the first polarization filter 130 has a higher intensity than the third optical signal, the optical signal output is defined by this output signal. If the output signal of the first polarization filter 130 has a lower intensity than the third optical signal, no light emerges at the optical signal output, since the second polarization filter 140 is impermeable to the amplified third optical signal.
  • the first optical input 102 is via a first optical conductor 144b with the optical splitter 108 connected.
  • the first optical output 110 of the optical splitter 108 is connected to the first input 112 of the first optical signal mixer 114 via a second optical conductor 146b.
  • the second optical output 116 of the optical splitter 108 is connected to the first input 118 of the optical amplifier 120 via a third optical conductor 148b.
  • the third optical input 106 is connected to the second input 122 of the optical amplifier 120 via a fourth optical conductor 150b.
  • the optical output 124 of the optical amplifier 120 is connected to the second input 126 of the first optical signal mixer 114 via a fifth optical conductor 152b.
  • the output 128 of the first optical signal mixer 114 is connected to the first polarization filter 130 via a sixth optical conductor 154b.
  • the first polarization filter 130 is connected to the first input 132 of the second optical signal mixer 134 via a seventh optical conductor 156b.
  • the second optical input 104 is connected to the second input 136 of the second optical signal mixer 134 via an eighth optical conductor 158b.
  • the optical output 138 of the second optical signal mixer 134 is connected to the second polarization filter 140 via a ninth optical conductor 160b.
  • this device 100 can be used without further ado if appropriately polarized light is already being used.
  • corresponding light sources can be provided which are remote from the device 100 arranged and connected to this via optical conductors.
  • FIG. 2 shows another aspect, according to which a third polarization filter 162 is arranged at the first optical input 102.
  • the third polarization filter 162 is designed to be transparent only to light of the first polarization.
  • a fourth polarization filter 164 is arranged at the third optical input 106, the fourth polarization filter 164 being designed to be transparent only to light of the second polarization.
  • a fifth polarization filter 166 is also arranged at the second optical input 104, the fifth polarization filter 166 being designed to be transparent only for light of the second polarization or only for light of the third polarization. Only the first and the second, only the second and the third or only the first and the third polarization filter can also be provided.
  • the planes of polarization of the first polarization and the second polarization intersect at an angle of 90 °.
  • the device 100 can also comprise a third optical signal mixer 168 which is designed to combine light from a plurality of optical conductors 170 in order to generate the first optical signal.
  • the remaining elements of the device 100 shown in FIG. 3 are denoted by the same reference symbols and have the same function as described above. This realizes a Boolean NOR function.
  • a further optical signal mixer can be provided which is designed to combine light from a plurality of optical conductors 170 to generate the second optical signal, or which is designed to combine light from a plurality of optical conductors 170 to generate the third optical signal. This can be arranged as part of the device.
  • Polarization filter 162 connected to splitter 108.
  • the third optical signal mixer 168 can be connected to the optical amplifier 120 via the fourth polarization filter 124.
  • the third optical signal mixer 168 can be connected to the second optical signal mixer 134 via the fifth polarization filter 162.
  • the device can also comprise a plurality of the devices 100 described above and a third optical signal mixer 172.
  • the third optical signal mixer is designed to receive light from a plurality of devices 100, i.e. from a plurality of optical ones
  • Signal outputs 142 to combine to generate the optical signal to be output. This realizes a Boolean NAND function.
  • the device 100 can be connected to an input 174 of a further optical splitter 176 having a plurality of outputs 178.
  • a computing device 500 is shown in FIG.
  • the computing device has a multiplicity of devices 100 and a control device 502.
  • the control device 502 is designed to control the optical inputs 504 of the devices 100 in order to carry out at least one arithmetic operation.
  • a calculation result 506 By clocked or synchronized control, it is possible to calculate a calculation result 506 as a function of at least one input signal.
  • activation refers, for example, to the switching on and off of a respective light source or the opening or closing of an additionally arranged diaphragm which is not shown in the figures.
  • FIG. 7 schematically shows a device for processing optical signals according to a fourth embodiment.
  • This realizes a Boolean XOR function.
  • two of the devices 100 described in FIG. 1 are provided which have been modified in that they have a common second optical signal mixer 134 and in each case their second optical input 104 is replaced by the sixth optical conductor 154a of the respective other of the devices 100 .
  • the sixth optical conductor 154a of a first of the devices is arranged at the first input 132 of the common second optical signal mixer 134.
  • the sixth optical conductor 154a of a second of the devices is arranged at the second input 136 of the common second optical signal mixer 134.
  • the other elements are designed as described for FIG.
  • a method for controlling a large number of such devices 100 is shown in FIG. After the start, in a step 802 at least one of the optical inputs is clocked or controlled in a synchronized manner to carry out at least one arithmetic operation.
  • a step 804 at least one optical output signal is used to calculate 804 a
  • Calculation result 806 output as a function of at least one of the input signals.
  • optical guides mentioned are implemented, for example, as optical waveguides or integrated with the other optical elements mentioned.

Abstract

The invention relates to a device (100) and to a method for processing optical signals, the device (100) comprising a first optical input (102) for a first optical signal and a second optical input (104) for a second optical signal, the device (100) comprising an optical splitter (108), which is designed to split the first optical signal in a plurality of parts, the device (100) comprising an amplifier (120), which is designed to output an amplified optical signal according to one of the parts, the device (100) comprising a first optical signal mixer (114), which is designed to output an optical interference signal according to the amplified optical signal and according to one other of the parts, the device comprising a second optical signal mixer (134), which is designed to output, according to the optical interference signal and according to the second optical signal, a resulting optical output signal for an optical signal output (142) of the device (100).

Description

Titel : Vorrichtung und Verfahren zur Verarbeitung optischer Signale Title: Device and method for processing optical signals
Beschreibung description
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung und einem Verfahren zur Verarbeitung optischer Signale. The invention is based on a device and a method for processing optical signals.
Die Nachfrage nach immer schnellerer Rechenleistung ist im Hinblick auf Künstliche Intelligenz, Raytracing, Kryptowährungen oder nationale Sicherheit groß. Gleichzeitig ist die Phase des extremen Aufschwungs der Rechenleistung zumindest was sequenzielle Rechenleistung nach dem „Moorschen Gesetz" betrifft für Halbleiterrechner am Abflauen, da Quantentunneleffekte verhindern, dass Transistoren noch deutlich kleiner und damit schneller werden können als sie bereits sind. The demand for ever faster computing power is great with regard to artificial intelligence, ray tracing, crypto currencies or national security. At the same time, the phase of the extreme upturn in computing power, at least in terms of sequential computing power according to "Moore's Law", is on the wane for semiconductor computers, since quantum tunnel effects prevent that Transistors can become significantly smaller and therefore faster than they already are.
Optische Signale werden zum Transport großer Datenvolumen eingesetzt. Dies führt zu einer zunehmenden Verbreitung von Glasfaserinternet. Nichtlineare Effekte und Interferenz können in diesem Zusammenhang auch für Rechenvorrichtungen genutzt werden. Optical signals are used to transport large volumes of data. This leads to an increasing spread of fiber optic internet. In this context, non-linear effects and interference can also be used for computing devices.
Vorteilhaft ist die Verwendung optischer Signale dafür insbesondere, weil nichtlineare Effekte quasi und Interferenz komplett ohne Zeitverzögerung auftreten. The use of optical signals is particularly advantageous because non-linear effects occur virtually and interference occurs completely without a time delay.
Aspekte derartiger Vorrichtungen und Verfahren sind aus der US 4,262,992 der US 6,424,438 und der US 8,180,186 bekannt. Aspects of such devices and methods are known from US 4,262,992, US 6,424,438 and US 8,180,186.
In diesen und in zahlreichen anderen Patentanmeldungen wurde versucht, eine Lösung zu finden, mit Licht zu rechnen . In these and numerous other patent applications, attempts have been made to find a solution for calculating with light.
Es fehlt jedoch an einer energieeffizienten, leistungsstarken und kompakten Lösung, die in Konkurrenz zu halbleiterbasierten Rechnern treten könnte. However, there is no energy-efficient, powerful and compact solution that could compete with semiconductor-based computers.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Dies wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. In US 4,262,992 wurde 1979 ein Lösungsvorschlag beschrieben, der auf Interferenz basiert. Jedoch bringt rein auf Interferenz zwischen mehreren Signalen basiertes Rechnen zahlreiche Probleme mit sich: So müssen die eingehenden Signale exakt eine bestimmte Intensität haben, weil sie sich sonst bei destruktiver Interferenz nicht vollständig auslöschen und so Fehler produzieren. Genau das ist aber sehr schwierig sicherzustellen, einerseits, weil Verstärker rauschen und andererseits, weil ein Output einer Einheit als Input vieler Einheiten dienen können muss und ein Input einer Einheit die Outputs mehrerer anderer Einheiten empfangen können muss, um logische Schaltkreise zu formen. This is solved by the subject matter of the independent claims. In US 4,262,992 a proposed solution was described in 1979, which is based on interference. However, computing based purely on interference between several signals brings with it numerous problems: For example, the incoming signals must have exactly a certain intensity, because otherwise they will not be completely canceled out in the event of destructive interference and thus produce errors. This is exactly what is very difficult to ensure, on the one hand because amplifiers are noisy and on the other hand because an output from one unit must be able to serve as an input for many units and an input from one unit must be able to receive the outputs of several other units in order to form logic circuits.
Die hier vorgestellte Erfindung löst diese Probleme. The invention presented here solves these problems.
Eingehende Signale werden mit sich selbst zu destruktiver Interferenz gebracht, nachdem eine Hälfte des Signals eine feste Menge an Verstärkerleistung aufgenommen hat. Die dafür benötigten 50:50 Signalsplitter sind heutzutage weitverbreitet und werden beispielsweise auch in der in US 6,424,438 von 2000 vorgestellten Vorrichtung verwendet. Der in der US 6,424,438 beschriebene Aufbau ist jedoch im Vergleich zu wenige Nanometer großen elektronischen Chips kompliziert und ausladend. Incoming signals are brought into destructive interference with themselves after one half of the signal has absorbed a fixed amount of amplifier power. The 50:50 signal splitters required for this are widespread nowadays and are also used, for example, in the device presented in US Pat. No. 6,424,438 of 2000. However, the structure described in US Pat. No. 6,424,438 is complicated and expansive compared to electronic chips that are a few nanometers in size.
Andere Herangehensweisen wie die in US 8,180,186 von 2008 vorgestellte Methode, die den Piezoelektrischen Effekt ausnutzten, sind zwar kompakt und nach einer gewissen Schwelle unabhängig von der Intensität des Inputs, jedoch nicht für optische Schaltkreise geeignet, da die Reaktionszeiten viel zu lang sind. Optische logische Einheiten müssen einige Milliarden Schaltungen pro Sekunde durchzuführen in der Lage sein, wenn sie gegen elektrische Herangehensweisen antreten wollen. Other approaches, such as the method presented in US Pat. No. 8,180,186 of 2008, which use the piezoelectric effect, are compact and, after a certain threshold, independent of the intensity of the input, however not suitable for optical circuits as the response times are far too long. Optical logic units must be able to perform several billion switches per second if they are to compete against electrical approaches.
Die im Folgenden beschriebene Vorrichtung ist in der Lage, bei Taktfrequenzen von Gigahertz ihre Schaltungen zuverlässig durchzuführen. The device described below is able to reliably perform its circuits at clock frequencies of gigahertz.
Die Intensität wird im Unterschied zu den eingangs erwähnten anderen Lösungen festgelegt, indem das Signal geteilt zu destruktiver Interferenz mit sich selbst gebracht wird, nachdem eine Hälfte eine festgesetzte Verstärkungsleistung abgeerntet hat. In contrast to the other solutions mentioned at the beginning, the intensity is determined in that the signal is divided and brought to destructive interference with itself after one half has harvested a fixed amplification power.
Da alle Prozesse parametrisch sind und auch die Interferenz die Energie lediglich räumlich umverteilt, wird in dem gesamten beschriebenen Prozess nicht notwendigerweise Entropie erzeugt. Daher kann diese Vorrichtung passiv betrieben werden, d.h. ohne effektiv Energie zuzuführen. Limitiert wird diese Möglichkeit nur durch Absorption in den optischen Leitern und potentielle Verluste durch Auskupplung der Strahlung aus den Lichtwellenleitern. Since all processes are parametric and the interference only redistributes the energy spatially, entropy is not necessarily generated in the entire process described. Therefore, this device can be operated passively, i.e. without effectively applying power. This possibility is limited only by absorption in the optical conductors and potential losses due to the coupling out of the radiation from the optical waveguides.
Eine Vorrichtung zur Verarbeitung optischer Signale, sieht vor, dass die Vorrichtung einen ersten optischen Eingang für ein erstes optisches Signal und einen zweiten optischen Eingang für ein zweites optisches Signal umfasst, wobei die Vorrichtung einen optischen Splitter umfasst, der ausgebildet ist, das erste optische Signal in mehrere Teile aufzuteilen, wobei die Vorrichtung einen Verstärker umfasst, der ausgebildet ist abhängig von einem der Teile ein verstärktes optisches Signal auszugeben, wobei die Vorrichtung einen optischen Signalmischer umfasst, der ausgebildet ist, abhängig vom verstärkten optischen Signal und abhängig von einem anderen der Teile ein optisch interferiertes Signal auszugeben, wobei die Vorrichtung einen optischen Signalmischer umfasst, der ausgebildet ist, abhängig vom optisch interferierten Signal und abhängig vom zweiten optischen Signal ein resultierendes optisches Ausgangssignal für einen optischen Signalausgang der Vorrichtung auszugeben. A device for processing optical signals provides that the device comprises a first optical input for a first optical signal and a second optical input for a second optical signal, the device comprising an optical splitter which is designed to split the first optical signal into several parts, the device comprising an amplifier which is designed to output an amplified optical signal as a function of one of the parts, the device comprising an optical signal mixer which is designed as a function of the amplified optical signal and output an optically interfered signal as a function of another of the parts, the device comprising an optical signal mixer which is designed to output a resulting optical output signal for an optical signal output of the device as a function of the optically interfered signal and as a function of the second optical signal.
Vorzugsweise ist ein erster optischer Ausgang des optischen Splitters mit einem ersten Eingang des ersten optischen Signalmischers verbunden, wobei ein zweiter optischer Ausgang des optischen Splitters mit einem ersten Eingang des optischen Verstärkers verbunden ist, wobei der optische Verstärker ausgebildet ist, am ersten Eingang des optische Verstärkers eintreffendes Licht bezüglich einer Intensität des Lichts insbesondere parametrisch zu verstärken und ein daraus resultierendes verstärktes optisches Signal an einem optischen Ausgang des optische Verstärkers auszugeben, wobei der optische Ausgang des optische Verstärkers mit einem zweiten Eingang des ersten optischen Signalmischers verbunden ist, wobei der erste optische Signalmischer für eine destruktive Interferenz von Licht am ersten Eingang und Licht am zweiten Eingang des ersten optischen Signalmischers ausgebildet ist, wobei ein Ausgang des ersten optischen Signalmischers mit einem ersten Eingang des zweiten optischen Signalmischers verbunden ist, wobei der zweite optische Eingang mit einem zweiten Eingang des zweiten optischen Signalmischers verbunden ist, wobei der zweite optische Signalmischer ausgebildet ist, durch destruktive Interferenz ein resultierendes optisches Ausgangssignal für einen optischen Signalausgang auszugeben. Dies stellt eine besonders effiziente und platzsparende Lösung dar. A first optical output of the optical splitter is preferably connected to a first input of the first optical signal mixer, a second optical output of the optical splitter being connected to a first input of the optical amplifier, the optical amplifier being formed at the first input of the optical amplifier to amplify incoming light with respect to an intensity of the light in particular parametrically and to output a resulting amplified optical signal at an optical output of the optical amplifier, the optical output of the optical amplifier being connected to a second input of the first optical signal mixer, the first optical signal mixer for destructive interference of light at the first input and light at the second input of the first optical signal mixer, an output of the The first optical signal mixer is connected to a first input of the second optical signal mixer, the second optical input being connected to a second input of the second optical signal mixer, the second optical signal mixer being designed to output a resulting optical output signal for an optical signal output by destructive interference . This is a particularly efficient and space-saving solution.
Die Phasenverschiebung von 180° zwischen dem verstärkten optischen Signal und dem anderen Teil des ersten optischen Signals für die destruktive Interferenz wird beispielsweise im Verstärker dadurch herbeigeführt, dass die Wege der Signale um eine halbe Wellenlänge unterschiedlich lang sind. The phase shift of 180 ° between the amplified optical signal and the other part of the first optical signal for the destructive interference is brought about in the amplifier, for example, in that the paths of the signals are different in length by half a wavelength.
Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung einePreferably the device comprises one
Energierückgewinnungseinrichtung, die ausgebildet ist, aus dem verstärkten optischen Signal oder dem resultierenden optischen Ausgangssignal Energie zu gewinnen und für die Erzeugung einer Pumpstrahlung für den Verstärker einzusetzen. Damit kann ein Teil der nicht verbrauchten Pumpstrahlung oder des bei der Verstärkung anfallenden Signals mit Idler-Frequenz rückgewonnen werden. Energy recovery device which is designed to obtain energy from the amplified optical signal or the resulting optical output signal and to use it to generate pump radiation for the amplifier. This means that part of the unused pump radiation or of the signal with idler frequency that occurs during amplification can be recovered.
Es kann vorgesehen sein dass die Vorrichtung den ersten optischen Eingang für ein erstes optisches Signal mit Licht einer ersten Polarisierung, den zweiten optischen Eingang für ein zweites optisches Signal mit Licht einer zweiten von der ersten Polarisierung verschiedenen Polarisierung und einen dritten optischen Eingang für ein drittes optisches Signal mit Licht der zweiten Polarisierung umfasst, wobei ein erster optischer Ausgang des optischen Splitters mit einem ersten Eingang eines ersten optischen Signalmischers verbunden ist, wobei ein zweiter optischer Ausgang des optischen Splitters mit einem ersten Eingang des optischen Verstärkers verbunden ist, wobei der zweite optische Eingang mit einem zweiten Eingang des optischen Verstärkers verbunden ist, wobei der optische Verstärker ausgebildet ist, am ersten Eingang des ersten optischen Verstärkers eintreffendes Licht und am zweiten Eingang des optischen Verstärkers eintreffendes Licht bezüglich einer Intensität des Lichts insbesondere mittels eines optisch anregbaren Mediums zu verstärken und ein daraus resultierendes verstärktes optisches Signal an einem optischen Ausgang des optischen Verstärkers auszugeben, wobei der optische Ausgang des optischen Verstärkers mit einem zweiten Eingang des ersten optischen Signalmischers verbunden ist, wobei ein Ausgang des ersten optischen Signalmischers mit einem ersten Polarisationsfilter verbunden ist, der für Licht der Polarisation des zweiten optischen Signals undurchlässig ausgebildet ist, wobei der erste Polarisationsfilter mit einem ersten Eingang des zweiten optischen Signalmischers verbunden ist, wobei der zweite optische Eingang mit einem zweiten Eingang des zweiten optischen Signalmischers verbunden ist, wobei der zweite optische Signalmischer ausgebildet ist, am ersten Eingang des zweiten optischen Signalmischers eintreffendes Licht und am zweiten Eingang des zweiten optischen Signalmischers eintreffendes Licht bezüglich einer Intensität des Lichts zu verstärken insbesondere mittels eines optisch anregbaren Mediums und an einem optischen Ausgang des zweiten optischen Signalmischers ein daraus resultierendes optisches Ausgangssignal an einen zweiten Polarisationsfilter für einen optischen Signalausgang auszugeben, wobei der zweite Polarisationsfilter für Licht der Polarisation des dritten optischen Signals undurchlässig ausgebildet ist. Dies stellt eine rein optische NOT Einheit dar. Dadurch ist eine rein optische Signalverarbeitung mit bereits entsprechend polarisiertem Licht möglich. It can be provided that the device has the first optical input for a first optical signal with light of a first polarization and the second optical input for a second optical signal with light of a second polarization polarization different from the first polarization and a third optical input for a third optical signal with light of the second polarization, a first optical output of the optical splitter being connected to a first input of a first optical signal mixer, a second optical output of the optical splitter is connected to a first input of the optical amplifier, wherein the second optical input is connected to a second input of the optical amplifier, the optical amplifier being designed to receive light arriving at the first input of the first optical amplifier and light arriving at the second input of the optical amplifier to amplify with respect to an intensity of the light in particular by means of an optically excitable medium and to output an amplified optical signal resulting therefrom at an optical output of the optical amplifier, the optical output of the optical amplifier kers is connected to a second input of the first optical signal mixer, wherein an output of the first optical signal mixer is connected to a first polarization filter which is impermeable to light of the polarization of the second optical signal, the first polarization filter having a first input of the second optical Signal mixer is connected, wherein the second optical input is connected to a second input of the second optical signal mixer, wherein the second optical signal mixer is formed, at the first input of the second optical signal mixer incoming light and at the second input of the second optical Signal mixer to amplify incoming light with regard to an intensity of the light, in particular by means of an optically excitable medium and to output an optical output signal resulting therefrom to a second polarization filter for an optical signal output at an optical output of the second optical signal mixer, the second polarization filter for light of the polarization of the third optical signal is impermeable. This represents a purely optical NOT unit. This enables purely optical signal processing with light that is already appropriately polarized.
Es ist vorteilhaft, wenn am ersten optischen Eingang ein dritter Polarisationsfilter angeordnet ist, wobei der dritte Polarisationsfilter nur für Licht der ersten Polarisation durchlässig ausgebildet ist. Dies ermöglicht die Signalverarbeitung auch für nicht bereits entsprechend polarisiertes Licht am ersten optischen Eingang, sofern ein Eingangssignal für den ersten optischen Eingang Licht der ersten Polarisation umfasst. It is advantageous if a third polarization filter is arranged at the first optical input, the third polarization filter being designed to be transparent only to light of the first polarization. This also enables signal processing for light that is not already appropriately polarized at the first optical input, provided that an input signal for the first optical input comprises light of the first polarization.
Es ist auch vorteilhaft, wenn ein vierterIt is also beneficial if a fourth
Polarisationsfilter am zweiten optischen Eingang angeordnet ist, wobei der vierte Polarisationsfilter nur für Licht der zweiten Polarisation durchlässig ausgebildet ist. Dies ermöglicht die Signalverarbeitung auch für nicht bereits entsprechend polarisiertes Licht am zweiten optischen Eingang, sofern ein Eingangssignal für den zweiten optischen Eingang Licht der zweiten Polarisation umfasst. Vorteilhaft ist auch, wenn ein fünfter Polarisationsfilter am dritten optischen Eingang angeordnet ist, wobei der fünfte Polarisationsfilter nur für Licht der zweiten Polarisation oder nur für Licht der dritten Polarisation durchlässig ausgebildet ist. Dies ermöglicht die Signalverarbeitung auch für nicht bereits entsprechend polarisiertes Licht am dritten optischen Eingang, sofern ein Eingangssignal für den dritten optischen Eingang Licht der entsprechenden Polarisation umfasst. Polarization filter is arranged at the second optical input, the fourth polarization filter being designed to be transparent only to light of the second polarization. This also enables signal processing for light that is not already correspondingly polarized at the second optical input, provided that an input signal for the second optical input comprises light of the second polarization. It is also advantageous if a fifth polarization filter is arranged at the third optical input, the fifth polarization filter being designed to be transparent only for light of the second polarization or only for light of the third polarization. This also enables signal processing for light that is not already appropriately polarized at the third optical input, provided that an input signal for the third optical input comprises light of the corresponding polarization.
Vorzugsweise schneiden sich in einem Aspekt die Polarisationsebenen der ersten Polarisation und der zweiten Polarisation in einem Winkel von 90°. Die Polarisationsfilter sind in diesem Aspekt entsprechend ausgebildet. Damit ist eine optischen NOT Einheit mit Polarisationsfilter für Licht verschiedener Polarisation darstellbar . In one aspect, the planes of polarization of the first polarization and the second polarization preferably intersect at an angle of 90 °. The polarization filters are designed accordingly in this aspect. This enables an optical NOT unit with a polarization filter for light of different polarization to be displayed.
Vorzugsweise ist in einem anderen Aspekt vorgesehen, dass sich die Polarisationsebenen der ersten Polarisation und der dritten Polarisation in einem Winkel von 90° schneiden. Die Polarisationsfilter sind in diesem Aspekt entsprechend ausgebildet. Damit ist eine optischen NOT Einheit mit Polarisationsfilter darstellbar. In another aspect it is preferably provided that the planes of polarization of the first polarization and the third polarization intersect at an angle of 90 °. The polarization filters are designed accordingly in this aspect. An optical NOT unit with a polarization filter can thus be displayed.
Die Vorrichtung kann wenigstens einen zweiten optischen Signalmischer umfassen, der ausgebildet ist, Licht aus mehreren optischen Leitern zur Erzeugung des ersten optischen Signals zu kombinieren. Dies erweitert den Einsatzbereich derart, dass die Vorrichtung Licht unterschiedlicher Signalquellen verarbeiten kann. Dadurch ist ein NOR Element realisierbar. The device can comprise at least one second optical signal mixer which is designed to combine light from a plurality of optical conductors to generate the first optical signal. This extends the Area of application such that the device can process light from different signal sources. This enables a NOR element to be implemented.
Die Vorrichtung kann einen dritten optischen Signalmischer umfassen, der ausgebildet ist, Licht aus mehreren Vorrichtungen zur Erzeugung eines auszugebenden optischen Signals zu kombinieren. Dies ermöglicht es, den Einsatzbereich für mehrere optische Signaleingänge zusätzlich zu erweitern. Dadurch ist ein NAND Element realisierbar . The device can comprise a third optical signal mixer which is designed to combine light from a plurality of devices in order to generate an optical signal to be output. This makes it possible to additionally expand the area of application for several optical signal inputs. This enables a NAND element to be implemented.
Vorzugsweise ist die Vorrichtung mit einem Eingang eines zweiten optischen Splitters mit einer Mehrzahl Ausgängen verbunden. Die ermöglicht es, das Ergebnis der Berechnung mehrfach bereitzustellen. The device is preferably connected to an input of a second optical splitter having a plurality of outputs. This makes it possible to provide the result of the calculation multiple times.
Eine Recheneinrichtung weist eine Vielzahl derartiger Vorrichtungen und eine Steuereinrichtung auf, wobei die Steuereinrichtung zum getakteten oder synchronisierten Ansteuern optischer Eingänge der Vorrichtungen zur Ausführung wenigstens einer Rechenoperation ausgebildet ist, insbesondere zur Berechnung eines Rechenergebnisses abhängig von wenigstens einem Eingangssignal. A computing device has a multiplicity of such devices and a control device, the control device being designed for clocked or synchronized control of optical inputs of the devices for performing at least one computing operation, in particular for computing a computation result depending on at least one input signal.
In einem Verfahren zum Ansteuern einer Vielzahl derartiger Vorrichtungen wird wenigstens einer der optischen Eingänge zur Ausführung wenigstens einer Rechenoperation zur Berechnung eines Rechenergebnisses abhängig von wenigstens einem der Eingangssignale getaktet oder synchronisiert angesteuert . In a method for controlling a plurality of such devices, at least one of the optical inputs for performing at least one arithmetic operation for calculating a calculation result is dependent on at least one of the input signals controlled clocked or synchronized.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt Further advantageous refinements emerge from the following description and the drawing. In the drawing shows
Fig. 1 schematisch eine Vorrichtung zur Verarbeitung optischer Signale gemäß einer ersten Ausführung, 1 schematically shows a device for processing optical signals according to a first embodiment,
Fig. 2 schematisch die Vorrichtung zur Verarbeitung optischer Signale gemäß einer zweiten Ausführung, 2 schematically shows the device for processing optical signals according to a second embodiment,
Fig. 3 schematisch weitere Aspekte der Vorrichtungen, Fig. 4 schematisch eine erste Schaltung mit einer Vielzahl der Vorrichtungen, zur Verarbeitung optischer Signale gemäß einer dritten Ausführung, 3 schematically shows further aspects of the devices, FIG. 4 schematically shows a first circuit with a plurality of the devices for processing optical signals according to a third embodiment,
Fig. 5 schematisch eine zweite Schaltung mit einer Vielzahl der Vorrichtungen, 5 schematically shows a second circuit with a plurality of the devices,
Fig. 6 eine Recheneinrichtung umfassend eine Vielzahl der 6 shows a computing device comprising a plurality of
Vorrichtungen, Devices,
Fig. 7 schematisch eine Vorrichtung zur Verarbeitung optischer Signale gemäß einer vierten Ausführung, 7 schematically shows a device for processing optical signals according to a fourth embodiment,
Fig. 8 ein Verfahren zur Ansteuerung. 8 shows a method for control.
Im Folgenden werden Vorrichtungen zur Verarbeitung optischer Signale beschrieben, die je einen ersten optischen Eingang für ein erstes optisches Signal und einen zweiten optischen Eingang für ein zweites optisches Signal umfassen. Die Vorrichtung umfasst einen ersten optischen Eingang für ein erstes optisches Signal und einen zweiten optischen Eingang für ein zweites optisches Signal. Devices for processing optical signals are described below, each having a first optical input for a first optical signal and a comprise second optical input for a second optical signal. The device comprises a first optical input for a first optical signal and a second optical input for a second optical signal.
Die Vorrichtung umfasst einen optischen Splitter, der ausgebildet ist, das erste optische Signal in mehrere Teile aufzuteilen. Vorzugsweise ist eine Aufteilung der Intensität für zwei gleich große Teile im Verhältnis 50:50 vorgesehen. Die Vorrichtung umfasst einen Verstärker, der ausgebildet ist abhängig von einem der Teile ein verstärktes optisches Signal auszugeben. Der Verstärker wird im Folgenden genauer beschrieben. Die Vorrichtung umfasst einen optischen Signalmischer, der ausgebildet ist, abhängig vom verstärkten optischen Signal und abhängig von einem anderen der Teile ein optisch interferiertes Signal auszugeben. Die optische Interferenz ermöglicht eine vollständige Destruktion der interferierenden Signale. Die Vorrichtung umfasst einen optischen Signalmischer, der ausgebildet ist, abhängig vom optisch interferierten Signal und abhängig vom zweiten optischen Signal ein resultierendes optisches Ausgangssignal für einen optischen Signalausgang der Vorrichtung auszugeben. The device comprises an optical splitter which is designed to split the first optical signal into several parts. A division of the intensity for two equally large parts in a ratio of 50:50 is preferably provided. The device comprises an amplifier which is designed to output an amplified optical signal as a function of one of the parts. The amplifier is described in more detail below. The device comprises an optical signal mixer which is designed to output an optically interfered signal as a function of the amplified optical signal and as a function of another of the parts. The optical interference enables complete destruction of the interfering signals. The device comprises an optical signal mixer which is designed to output a resulting optical output signal for an optical signal output of the device as a function of the optically interfered signal and as a function of the second optical signal.
In einem ersten Beispiel, das anhand der Figur 1 beschrieben wird, umfasst eine Vorrichtung 100 zur Verarbeitung optischer Signale gemäß einer ersten Ausführung einen ersten optischen Eingang 102 für ein erstes optisches Signal und einen zweiten optischen Eingang 104 für ein zweites optisches Signal. Der erste optische Eingang 102 ist mit einem optischen Splitter 108 verbunden. In a first example, which is described with reference to FIG. 1, a device 100 for processing optical signals according to a first embodiment comprises a first optical input 102 for a first optical signal and a second optical input 104 for a second optical signal. The first optical input 102 is connected to an optical splitter 108.
Ein erster optischer Ausgang 110 des optischen Splitters 108 ist mit einem ersten Eingang 112 eines ersten optischen Signalmischers 114 verbunden. A first optical output 110 of the optical splitter 108 is connected to a first input 112 of a first optical signal mixer 114.
Ein zweiter optischer Ausgang 116 des optischen Splitters 108 ist mit einem ersten Eingang 118 eines insbesondere parametrischen optischen Verstärkers 120 verbunden. A second optical output 116 of the optical splitter 108 is connected to a first input 118 of an in particular parametric optical amplifier 120.
Der optische Verstärker 120 ist ausgebildet, am ersten Eingang 118 des optische Verstärkers 120 eintreffendes Licht bezüglich einer Intensität des Lichts zu verstärken und ein daraus resultierendes verstärktes optisches Signal an einem optischen Ausgang 124 des optische Verstärkers 120 auszugeben. Für eine vollständige destruktive Interferenz wird eine Verstärkung des optischen Verstärkers 120 so vorgegeben oder so eingestellt, dass eine Intensität des dort verstärkten Teils des ersten optischen Signals vervierfacht wird. The optical amplifier 120 is designed to amplify the light arriving at the first input 118 of the optical amplifier 120 with respect to an intensity of the light and to output an amplified optical signal resulting therefrom at an optical output 124 of the optical amplifier 120. For a complete destructive interference, a gain of the optical amplifier 120 is specified or set such that an intensity of the part of the first optical signal that is amplified there is quadrupled.
Der optische Ausgang 124 des optische Verstärkers 120 ist mit einem zweiten Eingang 126 des ersten optischen Signalmischers 114 verbunden. Der optische Signalmischer 114 ist für eine destruktive Interferenz von Licht am ersten Eingang 112 und Licht am zweiten Eingang 126 des ersten optischen Signalmischers 114 ausgebildet. Zum Einstellen einer für die destruktive Interferenz notwendige Phasenverschiebung von 180° ist im Beispiel im Verstärker dadurch realisiert, dass die Wege der Signale, d.h. beispielswiese die jeweiligen optischen Leiter, um eine halbe Wellenlänge unterschiedlich sind, so dass die Phasenverschiebung von 180° für die Interferenz herbeigeführt wird. The optical output 124 of the optical amplifier 120 is connected to a second input 126 of the first optical signal mixer 114. The optical signal mixer 114 is designed for destructive interference of light at the first input 112 and light at the second input 126 of the first optical signal mixer 114. To set a phase shift of 180 ° necessary for the destructive interference, in the example in the amplifier it is realized that the paths of the signals, i.e., for example, the respective optical conductors, are different by half a wavelength, so that the phase shift of 180 ° for the interference is brought about.
Ein Ausgang 128 des ersten optischen Signalmischers 114 ist mit einem ersten Eingang 132 eines zweiten optischen Signalmischers 134 verbunden. An output 128 of the first optical signal mixer 114 is connected to a first input 132 of a second optical signal mixer 134.
Der zweite optische Eingang 104 ist mit einem zweiten Eingang 136 des zweiten optischen Signalmischers 134 verbunden . The second optical input 104 is connected to a second input 136 of the second optical signal mixer 134.
Der zweite optische Signalmischer 134 ist ausgebildet, ein resultierendes optisches Ausgangssignal für einen optischen Signalausgang 142 auszugeben. Die Intensität des zweiten optischen Signals wird vorzugsweise so gewählt oder eingestellt, dass sie gleich der Intensität des ersten optischen Signals ist. Die Phasenverschiebung zwischen dem ersten optischen Signal und dem zweiten optischen Signal wird vorzugsweise so gewählt oder eingestellt, dass die Phasenverschiebung 180° beträgt. Dadurch wird eine vollständige destruktive Interferenz zwischen dem zweiten optischen Signal und dem resultierenden optischen Ausgangssignal erreicht, wenn letzterer nicht bereits selbst durch destruktive Interferenz im ersten optischen Signalmischer 114 ausgelöscht wird. Die Vorrichtung 100 kann eine Signalquelle umfassen oder im Betrieb mit einer Signalquelle verbunden sein, die ausgebildet ist, das zweite optische Signal konstant auszugeben. Der ersten optische Eingang 102 dient in diesem Fall als Signalinput für das erste optische Signal. In diesem Beispiel wird ein am Signalinput eingehendes Signal negiert. Dadurch wird eine optischen NOT Einheit realisiert . The second optical signal mixer 134 is designed to output a resulting optical output signal for an optical signal output 142. The intensity of the second optical signal is preferably selected or set such that it is equal to the intensity of the first optical signal. The phase shift between the first optical signal and the second optical signal is preferably selected or set so that the phase shift is 180 °. As a result, complete destructive interference between the second optical signal and the resulting optical output signal is achieved if the latter is not already canceled itself by destructive interference in the first optical signal mixer 114. The device 100 can comprise a signal source or, during operation, be connected to a signal source which is designed to output the second optical signal constantly. In this case, the first optical input 102 serves as a signal input for the first optical signal. In this example, an incoming signal at the signal input is negated. This creates an optical NOT unit.
In diesem Beispiel stellen der optische Splitter 108, der optische Verstärker 120 und der optische Signalmischer 114 einen optischen Inverter dar, dessen Ausgangssignal im zweiten optischen Signalmischer 134 entweder durch destruktive Interferenz mit dem zweiten optischen Signal vollständig ausgelöscht wird, oder nicht. In this example, the optical splitter 108, the optical amplifier 120 and the optical signal mixer 114 represent an optical inverter, the output signal of which in the second optical signal mixer 134 is either completely canceled or not by destructive interference with the second optical signal.
Wie in Figur 1 dargestellt, ist der erste optische Eingang 102 über einen ersten optischen Leiter 144a mit dem optischen Splitter 108 verbunden. Der erste optische Ausgang 110 des optischen Splitters 108 ist über einen zweiten optischen Leiter 146a mit dem ersten Eingang 112 des ersten optischen Signalmischers 114 verbunden. Der zweite optische Ausgang 116 des optischen Splitters 108 ist über einen dritten optischen Leiter 148a mit dem ersten Eingang 118 des optischen Verstärkers 120 verbunden. Der optische Ausgang 124 des optischen Verstärkers 120 ist über einen vierten optischen Leiter 150a mit dem zweiten Eingang 126 des ersten optischen Signalmischers 114 verbunden. Der Ausgang 128 des ersten optischen Signalmischers 114 ist über einen fünften optischen Leiter 152a mit dem ersten Eingang 132 des zweiten optischen Signalmischers 134 verbunden. Der zweite optische Eingang 104 ist über einen sechsten optischen Leiter 154a mit dem zweiten Eingang 136 des zweiten optischen Signalmischers 134 verbunden. As shown in FIG. 1, the first optical input 102 is connected to the optical splitter 108 via a first optical conductor 144a. The first optical output 110 of the optical splitter 108 is connected to the first input 112 of the first optical signal mixer 114 via a second optical conductor 146a. The second optical output 116 of the optical splitter 108 is connected to the first input 118 of the optical amplifier 120 via a third optical conductor 148a. The optical output 124 of the optical amplifier 120 is connected to the second input 126 of the first optical signal mixer 114 via a fourth optical conductor 150a. The output 128 of the first optical signal mixer 114 is connected to the first via a fifth optical conductor 152a Input 132 of the second optical signal mixer 134 connected. The second optical input 104 is connected to the second input 136 of the second optical signal mixer 134 via a sixth optical conductor 154a.
Im Beispiel umfasst die Vorrichtung eineIn the example, the device comprises a
Energierückgewinnungseinrichtung 200. Diese kann an einem beliebigen Punkt nach dem insbesondere parametrischen Verstärker 120 oder an einem der Signalmischer angeordnet sein. Energy recovery device 200. This can be arranged at any point after the in particular parametric amplifier 120 or on one of the signal mixers.
Im Beispiel ist die Energierückgewinnungseinrichtung 200 unmittelbar nach dem Verstärker 120 angeordnet. Im Beispiel ist der Verstärker 120 ein parametrischer Verstärker, dessen restliche Pumpstrahlung von derIn the example, the energy recovery device 200 is arranged immediately after the amplifier 120. In the example, the amplifier 120 is a parametric amplifier, the remaining pump radiation of the
Energierückgewinnungseinrichtung 120 ausgekoppelt wird. Die Energierückgewinnungseinrichtung 120 umfasst im Beispiel Mittel zur Auskopplung, beispielsweise Prismen, durch die Dispersion ausgenutzt wird. Energy recovery device 120 is decoupled. In the example, the energy recovery device 120 comprises means for decoupling, for example prisms, through which dispersion is used.
Es kann auch vorgesehen sein, die Energie rückzugewinnen, indem durch einen oder beide Mischer durch Interferenz die Energie umverteilt wird auf Raumwinkel, die nicht mehr der Totalreflexion entsprechen. Dadurch kann Licht austreten und Rückgewonnen werden. Provision can also be made for the energy to be recovered by redistributing the energy through interference by one or both mixers to solid angles which no longer correspond to total reflection. This allows light to escape and be recovered.
Im Falle, dass der Verstärker 120 Pumpstrahlung verwendet, kann rückgewonnenes Licht direkt als Pumpstrahlung verwendet werden. Der Verstärker 120 umfasst beispielsweise einen nichtlinearen Kristall. Wird dieser mit Pumpstrahlung bestrahlt, kann der Teil des ersten optischen Signals verstärkt werden. Die Pumpstrahlung wird dabei in ein verstärktes Signal mit der Frequenz des ersten optischen Signals und Idler-Licht einer anderen Frequenz umgewandelt. Dadurch erfolgt eine parametrische Verstärkung im optischen Frequenzbereich. Realisiert wird der optisch-parametrische Verstärker z.B. als Single-Pass-Verstärker mit einem nicht linearen Kristall z.B. Erbium. Durch Dispersion kann die Idler-Frequenz genau wie die Pumpstrahlung vom verstärkten Signal getrennt werden. In the event that amplifier 120 uses pump radiation, recovered light can be used directly as pump radiation. The amplifier 120 includes, for example, a nonlinear crystal. If this is irradiated with pump radiation, the part of the first optical signal can be amplified. The pump radiation is converted into an amplified signal with the frequency of the first optical signal and idler light of a different frequency. This results in a parametric amplification in the optical frequency range. The optical parametric amplifier is implemented, for example, as a single-pass amplifier with a non-linear crystal, e.g. erbium. The idler frequency, like the pump radiation, can be separated from the amplified signal by dispersion.
Figur 2 zeigt schematisch die Vorrichtung 100 zur Verarbeitung optischer Signale gemäß einer zweiten Ausführung. Optische Signale werden beispielsweise durch Licht mit einer Wellenlänge von l,5pm realisiert. Andere Wellenlängen sind ebenfalls möglich. FIG. 2 schematically shows the device 100 for processing optical signals according to a second embodiment. Optical signals are implemented, for example, by light with a wavelength of 1.5 pm. Other wavelengths are also possible.
Die Vorrichtung 100 umfasst einen ersten optischen Eingang 102 für ein erstes optisches Signal mit Licht einer ersten Polarisierung. Die Vorrichtung 100 umfasst einen zweiten optischen Eingang 104 für ein zweites optisches Signal mit Licht einer zweiten von der ersten Polarisierung verschiedenen Polarisierung. Die Vorrichtung 100 umfasst einen dritten optischen Eingang 106. Der zweite optische Eingang 104 ist in einem Aspekt für ein zweites optisches Signal mit Licht der zweiten Polarisierung ausgebildet.The device 100 comprises a first optical input 102 for a first optical signal with light of a first polarization. The device 100 comprises a second optical input 104 for a second optical signal with light of a second polarization different from the first polarization. The device 100 comprises a third optical input 106. The second optical input 104 is designed in one aspect for a second optical signal with light of the second polarization.
Der dritte optische Eingang 106 besitzt ebenfalls die zweite Polarisierung. Der erste optische Eingang 102 ist mit einem optischen Splitter 108 verbunden. Ein erster optischer Ausgang 110 des optischen Splitters 108 ist mit einem ersten Eingang 112 eines ersten optischen Signalmischers 114 verbunden.The third optical input 106 also has the second polarization. The first optical input 102 is connected to an optical splitter 108. A first optical output 110 of the optical splitter 108 is connected to a first input 112 of a first optical signal mixer 114.
Ein zweiter optischer Ausgang 116 des optischen Splitters 108 ist mit einem ersten Eingang 118 eines optischen Verstärkers 120 verbunden. Der dritte optische Eingang 106 ist mit einem zweiten Eingang 122 des optischen Verstärkers 120 verbunden. Der optische Splitter 108 ist im Beispiel ausgebildet, eintreffendes Licht je zur Hälfte an jeden seiner Ausgänge auszugeben. A second optical output 116 of the optical splitter 108 is connected to a first input 118 of an optical amplifier 120. The third optical input 106 is connected to a second input 122 of the optical amplifier 120. In the example, the optical splitter 108 is designed to emit half of the incoming light to each of its outputs.
Der optische Verstärker 120 ist ausgebildet, am ersten Eingang 118 des optischen Verstärkers 120 eintreffendes Licht und am zweiten Eingang 122 des ersten optischen Verstärkers 120 eintreffendes Licht zu verstärken. Der optische Verstärker 120 ist im Beispiel ausgebildet, das eintreffende Licht bezüglich einer Intensität des Lichts insbesondere mittels eines optisch anregbaren Mediums zu verstärken. Dabei konkurriert an den beiden Eingängen eintreffende Licht um die Verstärkungsleistung. Dadurch wird ein bezüglich der Intensität schwaches Signal an einem der Eingänge gegenüber einem bezüglich der Intensität demgegenüber stärkeren Signal an dem anderen der Eingänge im Wesentlichen nicht verstärkt. The optical amplifier 120 is designed to amplify light arriving at the first input 118 of the optical amplifier 120 and light arriving at the second input 122 of the first optical amplifier 120. In the example, the optical amplifier 120 is designed to amplify the incoming light with respect to an intensity of the light, in particular by means of an optically excitable medium. Light arriving at the two inputs competes for the amplification power. As a result, a signal at one of the inputs that is weak in terms of intensity is essentially not amplified compared to a signal that is stronger in terms of intensity at the other of the inputs.
Das optisch anregbare Medium ist beispielsweise ein insbesondere mit Erbium oder Titan dotierter Kristall. Der optische Verstärker 120 ist ausgebildet, ein aus der Verstärkung resultierendes verstärktes optisches Signal an einem optischen Ausgang 124 des optischen Verstärkers 120 auszugeben. Der durch die Verstärkung dominierende Anteil des resultierenden Signals hat die Polarisierung desjenigen der am Eingang eintreffenden Signale das die höhere Intensität aufweist. Wenn beispielsweise am ersten optischen Eingang 102 und am dritten optischen Eingang 106 zeitgleich ein Eingangssignal derselben Intensität anliegt, wird im Wesentlichen das Licht vom dritten optischen Eingang 106 verstärkt. Das resultierende Signal hat in diesem Fall höhere Intensität bezüglich Lichts mit der zweiten Polarisierung. The optically excitable medium is, for example, a crystal doped in particular with erbium or titanium. The optical amplifier 120 is formed from one of the To output amplification resulting amplified optical signal at an optical output 124 of the optical amplifier 120. The part of the resulting signal that dominates due to the amplification has the polarization of that of the signals arriving at the input that has the higher intensity. If, for example, an input signal of the same intensity is present at the same time at the first optical input 102 and the third optical input 106, the light from the third optical input 106 is essentially amplified. The resulting signal in this case has a higher intensity with respect to light with the second polarization.
Der optische Ausgang 124 des optischen Verstärkers 120 ist mit einem zweiten Eingang 126 des ersten optischenThe optical output 124 of the optical amplifier 120 is connected to a second input 126 of the first optical
Signalmischers 114 verbunden. Die Strahlvereinigung kann zu unterschiedlichen Ausgangssignalen des optischen Verstärkers 120 führen. Wenn der Teil des ersten optischen Signals, der zum optischen Verstärker 120 gelangt, eine höhere Intensität als das zweite optische Signal aufweist, wird im Wesentlichen das erste optische Signal vom optischen Verstärker 120 verstärkt. In diesem Fall vereinigt der erste optische Signalmischer 114 einen am ersten optischen Splitter 108 abgetrennten ersten Teil des ersten optischen Signals mit einem am ersten optischenSignal mixer 114 connected. The beam combination can result in different output signals from the optical amplifier 120. If the portion of the first optical signal that reaches the optical amplifier 120 has a higher intensity than the second optical signal, the first optical signal is essentially amplified by the optical amplifier 120. In this case, the first optical signal mixer 114 combines a first part of the first optical signal separated at the first optical splitter 108 with a first part of the optical signal
Splitter 108 abgetrennten und im optischen Verstärker 120 verstärkten zweiten Teil des ersten optischen Signals. Anderenfalls wird im ersten optische Signalmischer 114 der am ersten optischen Splitter 108 abgetrennte erste Teil des ersten optischen Signals mit dem im optischen Verstärker 120 verstärkten zweiten optischen Signal vereinigt. Splitter 108 separated and in the optical amplifier 120 amplified second part of the first optical signal. Otherwise, the first part of the separated at the first optical splitter 108 is used in the first optical signal mixer 114 first optical signal combined with the second optical signal amplified in optical amplifier 120.
Ein Ausgang 128 des ersten optischen Signalmischers 114 ist mit einem ersten Polarisationsfilter 130 verbunden, der für Licht der Polarisation des zweiten optischen Signals undurchlässig ausgebildet ist. Damit werden alle Anteile des zweiten optischen Signals entfernt. Am Ausgang des ersten Polarisationsfilters 130 ist damit durch entsprechende Intensität des zweiten optischen Signals steuerbar, ob das erste optische Signal mit großer Intensität oder demgegenüber geringer Intensität ausgegeben wird. An output 128 of the first optical signal mixer 114 is connected to a first polarization filter 130 which is designed to be impermeable to light of the polarization of the second optical signal. This removes all components of the second optical signal. At the output of the first polarization filter 130, it is thus possible to control, by means of the corresponding intensity of the second optical signal, whether the first optical signal is output with high intensity or, in contrast, with low intensity.
Der erste Polarisationsfilter 130 ist mit einem ersten Eingang 132 eines zweiten optischen Signalmischers 134 verbunden. The first polarization filter 130 is connected to a first input 132 of a second optical signal mixer 134.
Der zweite optische Eingang 104 ist mit einem zweiten Eingang 136 des zweiten optischen Signalmischers 134 verbunden. The second optical input 104 is connected to a second input 136 of the second optical signal mixer 134.
Der zweite optische Signalmischer 134 ist ausgebildet, am ersten Eingang 132 des zweiten optischen Signalmischers 134 eintreffendes Licht und am zweiten Eingang 136 des zweiten optischen Signalmischers 134 eintreffendes Licht bezüglich einer Intensität des Lichts zu verstärken. Diese Verstärkung erfolgt wie zuvor für den ersten optischen Signalmischer 114 beschrieben beispielsweise mittels des gleichen optisch anregbaren Mediums. Der zweite optische Signalmischer 134 ist ausgebildet, an einem optischen Ausgang 138 des zweiten optischen Signalmischers 134 ein daraus resultierendes optisches Ausgangssignal auszugeben. Der zweite optische Signalmischer 134 ist ausgebildet, das daraus resultierendes optisches Ausgangssignal an einen zweiten Polarisationsfilter 140 für einen optischen Signalausgang 142 auszugeben. Der zweite Polarisationsfilter 140 ist für Licht der Polarisation des dritten optischen Signals undurchlässig ausgebildet. The second optical signal mixer 134 is designed to amplify light arriving at the first input 132 of the second optical signal mixer 134 and light arriving at the second input 136 of the second optical signal mixer 134 with regard to an intensity of the light. This amplification takes place as described above for the first optical signal mixer 114, for example by means of the same optically excitable medium. The second optical signal mixer 134 is designed to output an optical output signal resulting therefrom at an optical output 138 of the second optical signal mixer 134. The second optical signal mixer 134 is designed to output the resulting optical output signal to a second polarization filter 140 for an optical signal output 142. The second polarization filter 140 is designed to be impermeable to light of the polarization of the third optical signal.
Der optische Signalausgang ist abhängig vom zweiten optischen Eingang 104 und abhängig vom Ausgangssignal des ersten Polarisationsfilters 130 einstellbar. Wenn das Ausgangssignal des ersten Polarisationsfilters 130 eine höhere Intensität als das dritte optische Signal aufweist, wird der optische Signalausgang durch dieses Ausgangssignal definiert. Wenn das Ausgangssignal des ersten Polarisationsfilters 130 eine geringere Intensität als das dritte optische Signal aufweist, tritt am optischen Signalausgang kein Licht aus, da der zweite Polarisationsfilter 140 für das verstärkte dritte optische Signal undurchlässig ist. The optical signal output is adjustable as a function of the second optical input 104 and as a function of the output signal of the first polarization filter 130. If the output signal of the first polarization filter 130 has a higher intensity than the third optical signal, the optical signal output is defined by this output signal. If the output signal of the first polarization filter 130 has a lower intensity than the third optical signal, no light emerges at the optical signal output, since the second polarization filter 140 is impermeable to the amplified third optical signal.
Damit wird eine rein optische logische NOT Einheit realisiert . This creates a purely optical, logical NOT unit.
Wie in Figur 2 dargestellt, ist der erste optische Eingang 102 über einen ersten optischen Leiter 144b mit dem optischen Splitter 108 verbunden. Der erste optische Ausgang 110 des optischen Splitters 108 ist über einen zweiten optischen Leiter 146b mit dem ersten Eingang 112 des ersten optischen Signalmischers 114 verbunden. Der zweite optische Ausgang 116 des optischen Splitters 108 ist über einen dritten optischen Leiter 148b mit dem ersten Eingang 118 des optischen Verstärkers 120 verbunden. Der dritte optische Eingang 106 ist über einen vierten optischen Leiter 150b mit dem zweiten Eingang 122 des optischen Verstärkers 120 verbunden. Der optische Ausgang 124 des optischen Verstärkers 120 ist über einen fünften optischen Leiter 152b mit dem zweiten Eingang 126 des ersten optischen Signalmischers 114 verbunden. Der Ausgang 128 des ersten optischen Signalmischers 114 ist über einen sechsten optischen Leiter 154b mit dem ersten Polarisationsfilter 130 verbunden. Der erste Polarisationsfilter 130 ist über einen siebten optischen Leiter 156b mit dem ersten Eingang 132 des zweiten optischen Signalmischers 134 verbunden. Der zweite optische Eingang 104 ist über einen achten optischen Leiter 158b mit dem zweiten Eingang 136 des zweiten optischen Signalmischers 134 verbunden. Der optische Ausgang 138 des zweiten optischen Signalmischers 134 ist über einen neunten optischen Leiter 160b mit dem zweiten Polarisationsfilter 140 verbunden. As shown in Figure 2, the first optical input 102 is via a first optical conductor 144b with the optical splitter 108 connected. The first optical output 110 of the optical splitter 108 is connected to the first input 112 of the first optical signal mixer 114 via a second optical conductor 146b. The second optical output 116 of the optical splitter 108 is connected to the first input 118 of the optical amplifier 120 via a third optical conductor 148b. The third optical input 106 is connected to the second input 122 of the optical amplifier 120 via a fourth optical conductor 150b. The optical output 124 of the optical amplifier 120 is connected to the second input 126 of the first optical signal mixer 114 via a fifth optical conductor 152b. The output 128 of the first optical signal mixer 114 is connected to the first polarization filter 130 via a sixth optical conductor 154b. The first polarization filter 130 is connected to the first input 132 of the second optical signal mixer 134 via a seventh optical conductor 156b. The second optical input 104 is connected to the second input 136 of the second optical signal mixer 134 via an eighth optical conductor 158b. The optical output 138 of the second optical signal mixer 134 is connected to the second polarization filter 140 via a ninth optical conductor 160b.
Diese Vorrichtung 100 ist in einem Aspekt ohne weiteres einsetzbar, wenn bereits entsprechend polarisiertes Licht verwendet wird. Dazu können entsprechende Lichtquellen vorgesehen sein, die entfernt von der Vorrichtung 100 angeordnet und über optische Leiter mit dieser verbunden sind. In one aspect, this device 100 can be used without further ado if appropriately polarized light is already being used. For this purpose, corresponding light sources can be provided which are remote from the device 100 arranged and connected to this via optical conductors.
In Figur 2 ist ein anderer Aspekt dargestellt, gemäß dem am ersten optischen Eingang 102 ein dritter Polarisationsfilter 162 angeordnet ist. Der dritte Polarisationsfilter 162 ist nur für Licht der ersten Polarisation durchlässig ausgebildet. Gemäß diesem Aspekt ist am dritten optischen Eingang 106 ein vierter Polarisationsfilter 164 angeordnet, wobei der vierte Polarisationsfilter 164 nur für Licht der zweiten Polarisation durchlässig ausgebildet ist. Gemäß diesem Aspekt ist auch am zweiten optischen Eingang 104 ein fünfter Polarisationsfilter 166 angeordnet, wobei der fünfte Polarisationsfilter 166 nur für Licht der zweiten Polarisation oder nur für Licht der dritten Polarisation durchlässig ausgebildet ist. Es können auch nur der erste und der zweite, nur der zweite und der dritte oder nur der erste und der dritte Polarisationsfilter vorgesehen sein. FIG. 2 shows another aspect, according to which a third polarization filter 162 is arranged at the first optical input 102. The third polarization filter 162 is designed to be transparent only to light of the first polarization. According to this aspect, a fourth polarization filter 164 is arranged at the third optical input 106, the fourth polarization filter 164 being designed to be transparent only to light of the second polarization. According to this aspect, a fifth polarization filter 166 is also arranged at the second optical input 104, the fifth polarization filter 166 being designed to be transparent only for light of the second polarization or only for light of the third polarization. Only the first and the second, only the second and the third or only the first and the third polarization filter can also be provided.
In einem Aspekt schneiden sich die Polarisationsebenen der ersten Polarisation und der zweiten Polarisation in einem Winkel von 90°. In one aspect, the planes of polarization of the first polarization and the second polarization intersect at an angle of 90 °.
Die Vorrichtung 100 kann zudem, wie in Figur 3 dargestellt, einen dritten optischen Signalmischer 168 umfassen, der ausgebildet ist, Licht aus mehreren optischen Leitern 170 zur Erzeugung des ersten optischen Signals zu kombinieren. Die übrigen Elemente der in Figur 3 dargestellten Vorrichtung 100 sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und weisen die gleiche Funktion wie zuvor beschrieben auf. Dadurch wird eine boolesche NOR Funktion realisiert. As shown in FIG. 3, the device 100 can also comprise a third optical signal mixer 168 which is designed to combine light from a plurality of optical conductors 170 in order to generate the first optical signal. The remaining elements of the device 100 shown in FIG. 3 are denoted by the same reference symbols and have the same function as described above. This realizes a Boolean NOR function.
In einem weiteren Aspekt kann ein weiterer optischer Signalmischer vorgesehen sein, der ausgebildet ist Licht aus mehreren optischen Leitern 170 zur Erzeugung des zweiten optischen Signals zu kombinieren, oder der ausgebildet ist Licht aus mehreren optischen Leitern 170 zur Erzeugung des dritten optischen Signals zu kombinieren. Dieser kann als Teil der Vorrichtung angeordnet sein. In a further aspect, a further optical signal mixer can be provided which is designed to combine light from a plurality of optical conductors 170 to generate the second optical signal, or which is designed to combine light from a plurality of optical conductors 170 to generate the third optical signal. This can be arranged as part of the device.
In der in Figur 3 dargestellten Anordnung ist der dritte optische Signalmischer 168 über den drittenIn the arrangement shown in Figure 3, the third optical signal mixer 168 is above the third
Polarisationsfilter 162 mit dem Splitter 108 verbunden. Der dritte optische Signalmischer 168 kann über den vierten Polarisationsfilter 124 mit dem optischen Verstärker 120 verbunden sein. Der dritte optische Signalmischer 168 kann über den fünften Polarisationsfilter 162 mit dem zweiten optischen Signalmischer 134 verbunden sein. Polarization filter 162 connected to splitter 108. The third optical signal mixer 168 can be connected to the optical amplifier 120 via the fourth polarization filter 124. The third optical signal mixer 168 can be connected to the second optical signal mixer 134 via the fifth polarization filter 162.
Die Vorrichtung kann auch wie in Figur 4 dargestellt mehrere der zuvor beschriebenen Vorrichtungen 100 und einen dritten optischen Signalmischer 172 umfassen. Der dritte optische Signalmischer ist ausgebildet, Licht aus mehreren Vorrichtungen 100, d.h. aus mehreren optischenAs shown in FIG. 4, the device can also comprise a plurality of the devices 100 described above and a third optical signal mixer 172. The third optical signal mixer is designed to receive light from a plurality of devices 100, i.e. from a plurality of optical ones
Signalausgängen 142, zur Erzeugung des auszugebenden optischen Signals zu kombinieren. Dadurch wird eine boolesche NAND Funktion realisiert. Die Vorrichtung 100 kann, wie in Figur 5 dargestellt, mit einem Eingang 174 eines weiteren optischen Splitters 176 mit einer Mehrzahl Ausgängen 178 verbunden sein. Signal outputs 142 to combine to generate the optical signal to be output. This realizes a Boolean NAND function. As shown in FIG. 5, the device 100 can be connected to an input 174 of a further optical splitter 176 having a plurality of outputs 178.
In Figur 6 ist eine Recheneinrichtung 500 dargestellt. Die Recheneinrichtung weist eine Vielzahl der Vorrichtungen 100 und eine Steuereinrichtung 502 auf. Die Steuereinrichtung 502 ist dazu ausgebildet die optischen Eingänge 504 der Vorrichtungen 100 zur Ausführung wenigstens einer Rechenoperation anzusteuern. Durch getaktetes oder synchronisiertes Ansteuern ist die Berechnung eines Rechenergebnisses 506 abhängig von wenigstens einem Eingangssignal möglich. Ansteuern bezieht sich hierbei beispielsweise auf das ein und ausschalten einer jeweiligen Lichtquelle oder das öffnen oder schließen einer zusätzlich angeordneten und nicht in den Figuren dargestellten Blende beziehen . A computing device 500 is shown in FIG. The computing device has a multiplicity of devices 100 and a control device 502. The control device 502 is designed to control the optical inputs 504 of the devices 100 in order to carry out at least one arithmetic operation. By clocked or synchronized control, it is possible to calculate a calculation result 506 as a function of at least one input signal. In this context, activation refers, for example, to the switching on and off of a respective light source or the opening or closing of an additionally arranged diaphragm which is not shown in the figures.
Figur 7 stellt schematisch eine Vorrichtung zur Verarbeitung optischer Signale gemäß einer vierten Ausführung dar. Durch diese wird eine boolesche XOR Funktion realisiert. In dieser vierten Ausführung sind zwei der in Figur 1 beschriebenen Vorrichtungen 100 vorgesehen, die dadurch modifiziert wurden, dass sie einen gemeinsamen zweiten optischen Signalmischer 134 aufweisen und jeweils ihr zweiter optischer Eingang 104 durch den sechsten optischen Leiter 154a der jeweils anderen der Vorrichtungen 100 ersetzt ist. Der sechste optische Leiter 154a einer ersten der Vorrichtungen ist am ersten Eingang 132 des gemeinsamen zweiten optischen Signalmischer 134 angeordnet. Der sechste optische Leiter 154a einer zweiten der Vorrichtungen ist am zweiten Eingang 136 des gemeinsamen zweiten optischen Signalmischers 134 angeordnet. Die übrigen Elemente sind wie für Figur 1 beschrieben ausgebildet. FIG. 7 schematically shows a device for processing optical signals according to a fourth embodiment. This realizes a Boolean XOR function. In this fourth embodiment, two of the devices 100 described in FIG. 1 are provided which have been modified in that they have a common second optical signal mixer 134 and in each case their second optical input 104 is replaced by the sixth optical conductor 154a of the respective other of the devices 100 . The sixth optical conductor 154a of a first of the devices is arranged at the first input 132 of the common second optical signal mixer 134. The sixth optical conductor 154a of a second of the devices is arranged at the second input 136 of the common second optical signal mixer 134. The other elements are designed as described for FIG.
Ein Verfahren zum Ansteuern einer Vielzahl derartiger Vorrichtungen 100 ist in Figur 8 dargestellt. Nach dem Start wird in einem Schritt 802 wenigstens einer der optischen Eingänge zur Ausführung wenigstens einer Rechenoperation getaktet oder synchronisiert angesteuert. A method for controlling a large number of such devices 100 is shown in FIG. After the start, in a step 802 at least one of the optical inputs is clocked or controlled in a synchronized manner to carry out at least one arithmetic operation.
Anschließend wird in einem Schritt 804 wenigstens ein optisches Ausgangssignal zur Berechnung 804 einesSubsequently, in a step 804, at least one optical output signal is used to calculate 804 a
Rechenergebnisses 806 abhängig von wenigstens einem der Eingangssignale ausgegeben. Calculation result 806 output as a function of at least one of the input signals.
Die erwähnten optischen Leiter sind beispielsweise als Lichtwellenleiter oder integriert mit den erwähnten anderen optischen Elementen realisiert. The optical guides mentioned are implemented, for example, as optical waveguides or integrated with the other optical elements mentioned.

Claims

Patentansprüche Claims
1. Vorrichtung (100) zur Verarbeitung optischer Signale, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (100) einen ersten optischen Eingang (102) für ein erstes optisches Signal und einen zweiten optischen Eingang (104) für ein zweites optisches Signal umfasst, wobei die Vorrichtung (100) einen optischen Splitter (108) umfasst, der ausgebildet ist, das erste optische Signal in mehrere Teile aufzuteilen, wobei die Vorrichtung (100) einen Verstärker (120) umfasst, der ausgebildet ist abhängig von einem der Teile ein verstärktes optisches Signal auszugeben, wobei die Vorrichtung (100) einen ersten optischen Signalmischer1. Device (100) for processing optical signals, characterized in that the device (100) comprises a first optical input (102) for a first optical signal and a second optical input (104) for a second optical signal, the device (100) comprises an optical splitter (108) which is designed to split the first optical signal into several parts, the device (100) comprising an amplifier (120) which is designed to output an amplified optical signal depending on one of the parts , wherein the apparatus (100) comprises a first optical signal mixer
(114) umfasst, der ausgebildet ist, abhängig vom verstärkten optischen Signal und abhängig von einem anderen der Teile ein optisch interferiertes Signal auszugeben, wobei die Vorrichtung einen zweiten optischen Signalmischer (134) umfasst, der ausgebildet ist, abhängig vom optisch interferierten Signal und abhängig vom zweiten optischen Signal ein resultierendes optisches Ausgangssignal für einen optischen Signalausgang (142) der Vorrichtung (100) auszugeben. (114) which is designed to output an optically interfered signal as a function of the amplified optical signal and as a function of another of the parts, wherein the device comprises a second optical signal mixer (134) which is designed as a function of the optically interfered signal and as a function to output a resulting optical output signal from the second optical signal for an optical signal output (142) of the device (100).
2. Vorrichtung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster optischer Ausgang (110) des optischen Splitters (108) mit einem ersten Eingang (112) des ersten optischen Signalmischers (114) verbunden ist, wobei ein zweiter optischer Ausgang (116) des optischen Splitters (108) mit einem ersten Eingang (118) des optischen Verstärkers (120) verbunden ist, wobei der optische Verstärker (120) ausgebildet ist, am ersten Eingang (118) des optische Verstärkers (120) eintreffendes Licht bezüglich einer Intensität des Lichts insbesondere parametrisch zu verstärken und ein daraus resultierendes verstärktes optisches Signal an einem optischen Ausgang (124) des optische Verstärkers (120) auszugeben, wobei der optische Ausgang (124) des optische Verstärkers (120) mit einem zweiten Eingang (126) des ersten optischen Signalmischers (114) verbunden ist, wobei der erste optische Signalmischer (114) für eine destruktive Interferenz von Licht am ersten Eingang (112) und Licht am zweiten Eingang (126) des ersten optischen Signalmischers (114) ausgebildet ist, wobei ein Ausgang (128) des ersten optischen Signalmischers (114) mit einem ersten Eingang (132) des zweiten optischen Signalmischers (134) verbunden ist, wobei der zweite optische Eingang (104) mit einem zweiten Eingang (136) des zweiten optischen Signalmischers (134) verbunden ist, wobei der zweite optische Signalmischer (134) ausgebildet ist, durch destruktive Interferenz ein resultierendes optisches Ausgangssignal für einen optischen Signalausgang (142) auszugeben. 2. Device (100) according to claim 1, characterized in that a first optical output (110) of the optical splitter (108) with a first input (112) of the first optical signal mixer (114), wherein a second optical output (116) of the optical splitter (108) is connected to a first input (118) of the optical amplifier (120), the optical amplifier (120) being formed at the first input ( 118) of the optical amplifier (120) to amplify incoming light with regard to an intensity of the light, in particular parametrically, and to output a resulting amplified optical signal at an optical output (124) of the optical amplifier (120), the optical output (124) of the optical Amplifier (120) is connected to a second input (126) of the first optical signal mixer (114), the first optical signal mixer (114) for destructive interference of light at the first input (112) and light at the second input (126) of the first optical signal mixer (114) is formed, wherein an output (128) of the first optical signal mixer (114) with a first input (132) of the second optical signal mixer hers (134), the second optical input (104) being connected to a second input (136) of the second optical signal mixer (134), the second optical signal mixer (134) being designed to produce a resulting optical output signal by destructive interference for an optical signal output (142).
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (100) eine Energierückgewinnungseinrichtung (200) umfasst, die ausgebildet ist, aus dem verstärkten optischen Signal oder dem resultierenden optischen Ausgangssignal Energie zu gewinnen und für die Erzeugung einer Pumpstrahlung für den Verstärker (120) einzusetzen.3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the device (100) a Energy recovery device (200) which is designed to obtain energy from the amplified optical signal or the resulting optical output signal and to use it to generate pump radiation for the amplifier (120).
4. Vorrichtung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (100) den ersten optischen Eingang (102) für ein erstes optisches Signal mit Licht einer ersten Polarisierung, den zweiten optischen Eingang (104) für ein zweites optisches Signal mit Licht einer zweiten von der ersten Polarisierung verschiedenen Polarisierung und einen dritten optischen Eingang (106) für ein drittes optisches Signal mit Licht der zweiten Polarisierung umfasst, wobei ein erster optischer Ausgang (110) des optischen Splitters (108) mit einem ersten Eingang (112) eines ersten optischen Signalmischers (114) verbunden ist, wobei ein zweiter optischer Ausgang (116) des optischen Splitters (108) mit einem ersten Eingang (118) des optischen Verstärkers (120) verbunden ist, wobei der zweite optische Eingang (104) mit einem zweiten Eingang (122) des optischen Verstärkers (120) verbunden ist, wobei der optische Verstärker (120) ausgebildet ist, am ersten Eingang (118) des ersten optischen Verstärkers (120) eintreffendes Licht und am zweiten Eingang (122) des optischen Verstärkers (120) eintreffendes Licht bezüglich einer Intensität des Lichts insbesondere mittels eines optisch anregbaren Mediums zu verstärken und ein daraus resultierendes verstärktes optisches Signal an einem optischen Ausgang (124) des optischen Verstärkers (120) auszugeben, wobei der optische Ausgang (124) des optischen Verstärkers (120) mit einem zweiten Eingang (126) des ersten optischen Signalmischers (114) verbunden ist, wobei ein Ausgang (128) des ersten optischen Signalmischers (114) mit einem ersten Polarisationsfilter (130) verbunden ist, der für Licht der Polarisation des zweiten optischen Signals undurchlässig ausgebildet ist, wobei der erste Polarisationsfilter (130) mit einem ersten Eingang (132) des zweiten optischen Signalmischers (134) verbunden ist, wobei der zweite optische Eingang (104) mit einem zweiten Eingang (136) des zweiten optischen Signalmischers (134) verbunden ist, wobei der zweite optische Signalmischer (134) ausgebildet ist, am ersten Eingang (132) des zweiten optischen Signalmischers (134) eintreffendes Licht und am zweiten Eingang (136) des zweiten optischen Signalmischers (134) eintreffendes Licht bezüglich einer Intensität des Lichts zu verstärken insbesondere mittels eines optisch anregbaren Mediums und an einem optischen Ausgang (138) des zweiten optischen Signalmischers (134) ein daraus resultierendes optisches Ausgangssignal an einen zweiten Polarisationsfilter (140) für einen optischen Signalausgang (142) auszugeben, wobei der zweite Polarisationsfilter (140) für Licht der Polarisation des dritten optischen Signals undurchlässig ausgebildet ist. 5. Vorrichtung (100) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass am ersten optischen Eingang (102) ein dritter Polarisationsfilter (162) angeordnet ist, wobei der dritte Polarisationsfilter (162) nur für Licht der ersten Polarisation durchlässig ausgebildet ist. 4. The device (100) according to claim 1, characterized in that the device (100) has the first optical input (102) for a first optical signal with light of a first polarization and the second optical input (104) for a second optical signal Light of a second polarization different from the first polarization and a third optical input (106) for a third optical signal with light of the second polarization, wherein a first optical output (110) of the optical splitter (108) with a first input (112) a first optical signal mixer (114), a second optical output (116) of the optical splitter (108) being connected to a first input (118) of the optical amplifier (120), the second optical input (104) being connected to a second input (122) of the optical amplifier (120) is connected, wherein the optical amplifier (120) is formed at the first input (118) of the first optical amplifier ers (120) incident light and at the second input (122) of the optical amplifier (120) to amplify incident light with respect to an intensity of the light, in particular by means of an optically excitable medium and to output an amplified optical signal resulting therefrom at an optical output (124) of the optical amplifier (120), the optical output (124) of the optical amplifier (120) being connected to a second input (126) of the first optical signal mixer (114) wherein an output (128) of the first optical signal mixer (114) is connected to a first polarization filter (130) which is impermeable to light of the polarization of the second optical signal, the first polarization filter (130) having a first input ( 132) of the second optical signal mixer (134), the second optical input (104) being connected to a second input (136) of the second optical signal mixer (134), the second optical signal mixer (134) being formed on the first Light arriving at the input (132) of the second optical signal mixer (134) and arriving at the second input (136) of the second optical signal mixer (134) to amplify light with respect to an intensity of the light, in particular by means of an optically excitable medium and to output an optical output signal resulting therefrom to a second polarization filter (140) for an optical signal output (142) at an optical output (138) of the second optical signal mixer (134) wherein the second polarization filter (140) is designed to be impermeable to light of the polarization of the third optical signal. 5. The device (100) according to claim 4, characterized in that a third polarization filter (162) is arranged at the first optical input (102), the third polarization filter (162) being designed to be transparent only to light of the first polarization.
6. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass am zweiten optischen Eingang (104) ein vierter Polarisationsfilter (164) angeordnet ist, wobei der vierte Polarisationsfilter (164) nur für Licht der zweiten Polarisation durchlässig ausgebildet ist. 6. Device (100) according to one of claims 4 or 5, characterized in that a fourth polarization filter (164) is arranged at the second optical input (104), the fourth polarization filter (164) being designed to be transparent only to light of the second polarization .
7. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass am dritten optischen Eingang (106) ein fünfter Polarisationsfilter (166) angeordnet ist, wobei der fünfte Polarisationsfilter (166) nur für Licht der zweiten Polarisation oder nur für Licht der dritten Polarisation durchlässig ausgebildet ist. 7. Device (100) according to one of claims 4 to 6, characterized in that a fifth polarization filter (166) is arranged at the third optical input (106), the fifth polarization filter (166) only for light of the second polarization or only for Light of the third polarization is made transparent.
8. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Polarisationsebenen der ersten Polarisation und der zweiten Polarisation in einem Winkel von 90° schneiden. 8. Device (100) according to one of claims 4 to 7, characterized in that the planes of polarization of the first polarization and the second polarization intersect at an angle of 90 °.
9. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Polarisationsebenen der ersten Polarisation und der dritten Polarisation in einem Winkel von 90° schneiden. 9. Device (100) according to one of claims 4 to 8, characterized in that the polarization planes of the first polarization and the cut third polarization at an angle of 90 °.
10. Vorrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung wenigstens einen weiteren optischen Signalmischer (168) umfasst, der ausgebildet ist, Licht aus mehreren optischen Leitern (170) zur Erzeugung des ersten optischen Signals zu kombinieren, und/oder der ausgebildet ist Licht aus mehreren optischen Leitern (170) zur Erzeugung des zweiten optischen Signals zu kombinieren, und/oder der ausgebildet ist Licht aus mehreren optischen Leitern (170) zur Erzeugung des dritten optischen Signals zu kombinieren. 10. Device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the device comprises at least one further optical signal mixer (168) which is designed to combine light from a plurality of optical conductors (170) to generate the first optical signal, and / or which is designed to combine light from a plurality of optical conductors (170) to generate the second optical signal, and / or which is designed to combine light from a plurality of optical conductors (170) to generate the third optical signal.
11. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen weiteren optischen Signalmischer (172) umfasst, der ausgebildet ist, Licht aus mehreren Vorrichtungen (100) zur Erzeugung eines auszugebenden optischen Signals zu kombinieren. 11. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the device comprises a further optical signal mixer (172) which is designed to combine light from several devices (100) to generate an optical signal to be output.
12. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (100) mit einem Eingang (174) eines weiteren optischen Splitters (176) mit einer Mehrzahl Ausgängen (178) verbunden ist. 12. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the device (100) is connected to an input (174) of a further optical splitter (176) with a plurality of outputs (178).
13. Recheneinrichtung (500), dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinrichtung eine Vielzahl Vorrichtungen (100) nach einem der vorherigen Ansprüche und eine Steuereinrichtung (502) aufweist, wobei die Steuereinrichtung (502) zum getakteten oder synchronisierten Ansteuern optischer Eingänge (504) der Vorrichtungen (100) zur Ausführung wenigstens einer Rechenoperation ausgebildet ist, insbesondere zur Berechnung eines Rechenergebnisses (506) abhängig von wenigstens einem Eingangssignal. 13. Computing device (500), characterized in that the computing device has a plurality of devices (100) according to one of the preceding claims and a Control device (502), wherein the control device (502) is designed for clocked or synchronized control of optical inputs (504) of the devices (100) for performing at least one arithmetic operation, in particular for calculating a calculation result (506) depending on at least one input signal.
14. Verfahren zum Ansteuern einer Vielzahl Vorrichtungen (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der optischen Eingänge zur Ausführung wenigstens einer Rechenoperation zur Berechnung (604) eines14. The method for controlling a plurality of devices (100) according to one of claims 1 to 12, characterized in that at least one of the optical inputs for performing at least one arithmetic operation for calculation (604) one
Rechenergebnisses (506) abhängig von wenigstens einem der Eingangssignale getaktet oder synchronisiert angesteuert wird (602). Calculation result (506) is controlled clocked or synchronized depending on at least one of the input signals (602).
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