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1、(10)申请公布号 CN 103676401 A (43)申请公布日 2014.03.26 CN 103676401 A (21)申请号 201210352904.1 (22)申请日 2012.09.21 G02F 3/00(2006.01) G02F 1/365(2006.01) (71)申请人 电子科技大学 地址 611731 四川省成都市高新西区西源大 道 2006 号 (72)发明人 胡哲峰 刘海洋 陈福深 陈开鑫 曹永盛 孙豹 (54) 发明名称 一种全光逻辑译码器 (57) 摘要 本发明涉及全光逻辑处理领域。公开了一种 全光逻辑译码器， 实现了 2 线到 4 线译码， 该译码 器包。
2、括非线性光波导、 半导体光放大器、 波分解复 用器、 光滤波器和两个光耦合器。本全光逻辑译 码器有三个输入端， 其中两个信号输入端， 分别用 于输入信号光A和信号光B， 另一个是探测光输入 端。本全光逻辑译码器全光逻辑处理部分采用了 一块非线性光波导和一个半导体光放大器。本装 置有四个输出端， 通过用逻辑处部分检测信号光 A 和信号光 B 的输入状态来实现了 2 线到 4 线译 码。本发明结合了非线性光波导和半导体光放大 器在光信号处理中各自的优势， 简化了结构， 便于 集成。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (1。
3、2)发明专利申请 权利要求书1页 说明书3页 附图1页 (10)申请公布号 CN 103676401 A CN 103676401 A 1/1 页 2 1. 一种全光逻辑译码器， 其特征在于 ： 本装置包括了非线性光波导 (3)、 半导体光放大 器 (4)、 第一、 第二和第三光耦合器 (1、 2)、 波分解复用器 (5) 和滤波器 (6) ； 其中非线性光 波导为二阶非线性效应光波导 ； 从三个输入端口输入本译码器的光通过第一光耦合器 (1) 被耦合在一起后又经过第二光耦合器 (2) 被分为上下两路 ； 上路光通过非线性光波导 (3) 又经过光波分解复用器 (5)， 下路光通过半导体光放大器。
4、 (4) 后又经过滤波器 (6)。 2.根据权利要求1所述的全光逻辑译码器， 其特征在于， 非线性光波导(3)用于传输光 波或实现信号光和探测光之间的光学非线性效应， 半导体光放大器 (4) 主要用于实现交叉 增益调制， 波分解复用器 (5) 用于捋从 (3) 输出的不同波长上的信号光和光学非线性效应 中产生的空闲光按波长分路输出， 滤波器(6)为带通滤波器， 捋从半导体光放大器(4)输出 的探测光滤出。 3. 根据权利要求 1 所述的全光逻辑译码器， 其特征在于， 如果只有单路信号光输入， 在上路， 信号光通过非线性光波导 (3)， 然后从波分解复用器 (5) 中与其波长相对应的输出 端口输。
5、出， 在下路， 信号光和探测光在半导体光放大器 (4) 发生交叉增益调制导致探测光 被抑制， 使得滤波器 (6) 后的端口没有光输出 ； 如果有两路信号光输入， 在上路， 两路信号 光和探测光在非线性光波导 (3) 中发生级联和频和差频非线性效应， 导致两路信号光被消 耗并产生了一个空闲光， 空闲光通过波分解复用器 (5)， 然后从其波长相对应的输出端口输 出， 在下路两路信号光和探测光在半导体光放大器 (4) 发生交叉增益调制导致探测光被抑 制， 使得滤波器(6)后的端口没有光输出 ； 如果无信号光输入， 在上路， 非线性光波导(3)中 没有信号光通过也不发生非线性效应， 在下路， 没有信号。
6、光通过半导体光放大器 (4) 所以 不会发生交叉增益调制， 仅有探测光通过半导体光放大器(4)后， 从滤波器(6)后的输出端 口输出。 权 利 要 求 书 CN 103676401 A 2 1/3 页 3 一种全光逻辑译码器 技术领域 0001 本发明涉及了全光逻辑处理领域， 具体涉及了一种全光逻辑译码器， 该装置基于 非线性光波导级联和频和差频 (SFG+DFG) 效应和半导体光放大器交叉增益调制 (XGM) 效 应， 实现了一种全光 2 线到 4 线译码器。 背景技术 0002 随着网络容量的增加和信号传输与交换速率的不断提高， 由于集成电路加工工艺 和半导体材料本身的限制， 电子学的瓶颈。
7、效应捋日趋明显。 在未来智能化全光网络中， 电学 领域的器件会受到电子瓶颈的严重困扰 ； 相比之下， 全光信号处理技术则能充分发挥光波 在高速信号处理方面的优势。因此， 高速全光信号处理捋是未来的发展趋势。 0003 任何一个完整的通信系统都有各种各样的逻辑器件， 光纤通信系统也不例外。随 着系统复杂程度不断增加， 迫切需要发展具有复杂逻辑运算功能的全光逻辑器件， 而全光 逻辑译码器就是其中之一。 0004 要实现全光逻辑译码器必须要使装置分辨出 A 光输入没有 B 光输入有 B 光 输入没有 A 光输入有 A 光也有 B 光输入 (AB) 和没有 A 光也没有 B 光这四种状 态。通过查阅资。
8、料发现， 在之前的研究中， 华中科技大学的 Y.Wang 等人在 2007 年利用了半 导体光放大器中的交叉增益调制 (XGM) 和四波混频 (FWM) 来实现了全光逻辑译码器。这个 方案取得了比较好的结果， 但是仍存在一些不足之处， 由于半导体光放大器中四波混频效 率比较低， 因而获得的 AB 结果较弱， 增大了误码率为了弥补这一不足， 需要在半导体光放 大器后面再加一个掺铒光纤放大器。 整个方案需要三个半导体光放大器和一个掺铒光纤放 大器， 使得整个方案较复杂。 发明内容 0005 本发明要解决的技术问题是提供了一种全新的全光逻辑译码器方案。 非线性光波 导在光信号逻辑处理中的优势是检测 。
9、AB 状态， 而半导体放大器在光信号逻辑处理中的优 势是检测状态。本发明结合了非线性光波导和半导体光放大器在光信号处理中各自的 优势， 实现了 2 线到 4 线的全光逻辑译码器， 并减少了器件数量， 简化了结构， 便于集成。 0006 本发明采用的译码技术方案为 ： 0007 本装置通过检测信号光 A 和信号光 B 的输入状态来实现了 2 线到 4 线译码。输入 本装置的光被第一光耦合器耦合在一起， 再经过第二光耦合器被分为上下两路。上路光依 次通过非线性光波导和光波分解复用器， 下路光依次通过半导体光放大器和滤波器。 0008 如果只有单路信号光 A 或 B 输入， 在上路， 信号光通过非线。
10、性光波导， 然后从波分 解复用器中与其波长相对应的输出端口输出， 在下路， 信号光和探测光在半导体光放大器 发生交叉增益调制导致探测光被抑制， 使得滤波器后的端口没有光输出， 这就实现了对只 有单个信号光输入的情况即和的检测。 0009 如果两路信号光A和B都有输入， 在上路， 两路信号光和探测光在非线性光波导中 说 明 书 CN 103676401 A 3 2/3 页 4 发生级联和频和差频非线性效应， 导致两路信号光被消耗并产生了一个空闲光， 空闲光通 过波分解复用器， 然后从其波长相对应的输出端口输出， 在下路两路信号光和探测光在半 导体光放大器发生交叉增益调制导致探测光被抑制， 使得滤。
11、波器后的端口没有光输出， 这 就实现了对有两个信号光输入的情况即 AB 的检测。 0010 如果没有信号光A也没有信号光B输入， 在上路， 非线性光波导中没有信号光通过 也不发生非线性效应， 波分解复用器后的输出端口没有光输出， 在下路， 没有信号光通过半 导体光放大器所以不会发生交叉增益调制， 仅有探测光通过半导体光放大器后， 从滤波器 后的输出端口输出， 这就实现了对两个信号光都没有输入的情况即的检测。 0011 综上， 本方案所涉及的全光逻辑译码器的真值表如表 1 所示，“1” 代表有光输入或 输出，“0” 代表没有光输入或输出 ： 0012 0013 表 1 0014 本发明的有益效果。
12、是， 结合了非线性光波导和半导体光放大器在光信号处理中各 自的优势， 实现了2线到4线的全光逻辑译码器， 并减少了器件数量， 简化了结构 ； 本装置中 波分解复用器也可换成其他分波设备， 比如一个一分三光耦合器和三个滤波器， 这样虽然 增加了设备数量， 但是可以降低设备成本。 附图说明 0015 图 1 为本发明实现的全光逻辑译码器的结构示意图 ； 0016 图 2 为非线性光波导中级联和频和差频效应示意图。 具体实施方式 0017 信号光 A、 信号光 B 和探测光波长不同， 信号光 A 的波长和信号光 B 的波长满足非 线性光波导中发生和频 (SFG) 效应准相位匹配的要求。 0018 非。
13、线性光波导中的级联和频差频效应如图 2 所示， 信号光 A 与信号光 B 因为满足 准相位匹配所以发生和频效应， 生成了一个和频光， 同时 A 与 B 能量被消耗， 新生成的和频 光与探测光发生差频效应， 生成了一个空闲光。 0019 信号光 A 与信号光 B 入射功率的比值为 B/A， 这样才能保证在和频效应中两路 信号光一起被消耗干净， 探测光功率远小于信号光A和信号光B的功率， 这样才能保证在半 导体光放大器中发生交叉增益调制， 当交叉增益调制发生时由于信号光功率比探测光强， 就会抢夺载流子， 达到抑制探测光的效果。 0020 波分解复用装置后有三个输出端口， 分别对应信号光 A、 信号。
14、光 B、 转换空闲光 ； 滤 说 明 书 CN 103676401 A 4 3/3 页 5 波器为带通滤波器， 仅允许探测光通过。 0021 当有信号光A输入， 没有信号光B输入时 ： 非线性光波导中不发生级联和频和差频 效应， 没有转换空闲光产生。半导体光放大器中发生交叉增益调制， 信号光 A 消耗半导体光 放大器的载流子浓度， 使得探测光被抑制。图 1 中四个输出端口只有信号光 A 所对应的端 口有输出。 0022 当有信号光B输入， 没有信号光A输入时 ： 非线性光波导中不发生级联和频和差频 效应， 没有转换空闲光产生。半导体光放大器中发生交叉增益调制， 信号光 B 消耗半导体光 放大器。
15、的载流子浓度， 使得探测光抑制。图 1 中四个输出端口只有信号光 B 所对应的端口 有输出。 0023 当有信号光 A 输入， 有信号光 B 输入时 ： 非线性光波导中发生级联和频和差频效 应， 产生了转换空闲光， 并且信号光 A 和信号光 B 在和频过程中都被消耗了。半导体光放大 器中发生交叉增益调制， 信号光A和信号光B消耗半导体光放大器的载流子浓度， 使得探测 光被抑制。图 1 中四个输出端口只有空闲光所对应的端口有输出。 0024 当没有信号光A输入， 没有信号光B输入时 ： 非线性光波导中不发生发生级联和频 和差频效应， 没有转换空闲光产生。 半导体光放大器中不发生交叉增益调制， 使得探测光不 会被吸收。图 1 中四个输出端口只有探测光所对应的端口有输出。 0025 综上， 本发明结合了非线性光波导和半导体光放大器在光信号处理中各自的优 势， 实现了 2 线到 4 线的全光逻辑译码器， 并减少了器件数量， 简化了结构。 0026 应当指出， 对于本技术领域的普通技术人员来说， 在本发明公开的内容上， 还可以 做出若干等同变形和替换， 这些等同变形和替换也应视为本发明的保护范围。 说 明 书 CN 103676401 A 5 1/1 页 6 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103676401 A 6 。