[发明专利]迈克耳孙结构的全光逻辑门

说明书

技术领域

迈克耳孙结构的全光逻辑门，可重用实现与门、或门、非门、与非门、或非门、异或门、同或门及它们的反相操作，其中还可以实现半加法器，属于光信息处理技术领域。

背景技术

在光信息处理技术领域，对光信号实行超决逻辑运算而不用将其转回电信号的能力一直是人们所期望的。

例如，宽带分组交换网为了执行高速路由功能，光数据分组的头部需要同步、帧识别和地址识别等较复杂的光信号处理，而全光逻辑门正是其中的关键器件。全光与门(AND)可在光开关节点用于识别帧头；全光异或门(XOR)在多协议标签交换(MPLS)网络节点用作对标签进行识别、修改、替换等。逻辑门在“开”和“关”状态间应具有高的对比度以容许级联能力并提供低比特误差率，逻辑门还应具有很快的响应时间以容许实时全光处理。

全光逻辑是光信号处理的核心技术，世界上主要发达国家都在进行这方面的研究，研究者主要利用半导体光放大器、非线性波导器件、微环谐振腔、非线性光纤等作为核心器件以完成光逻辑的实现。其中具有代表性的工作包括：日本NTT实验室T.Matsumoto研究小组利用保偏光纤Sagac环验证了部分逻辑门(M.Jinno and T.Matsumoto，Ultrafast all-optical logicOperations in a nonlinear Sagnac interferometer with two control beams，Opt.Lett.16，220，1991)；雅典大学D.Syvridis研究小组利用微环形谐振腔中的四波混频效应完成了40Gb/sRZ/NRZ码的全光“与”逻辑(S.Mikroulis，H.Simos，D.Syvridis，etal.40-gbs NRZ and RZ operation of an all-optical AND logic gate based on a passive InGaAsPInP microring resonator，J.Lightwave Technol.Vol.24，No.3，2006)；斯坦福大学的M.M.Fejer领导的小组利用周期性极化铌酸理晶体为核心器件，并结合半导体光放大器完成了全光5Gb/s的半加器(C.Langrock，S.Kumar，M.M.Fejer，etal.All-optical Sisnal processing using χ² nonlinearities in guided-wave devices，J.Lightwave Technol.Vol.24，No.7，2006)。

以上文献中介绍了几个运用非线性效应的全光逻辑门的例子：半导体的响应时间限制了最大的信号比特率；微环谐振腔由于是多光束前后干涉，其响应时间难以确定；基于波导设备的逻辑门在商用之前从技术和运算两方面看，仍处于发展及需要进一步研究的初级阶段。

石英光纤的非线性响应几乎是瞬时的(小于10fs)，利用非线性光纤元件设计全光逻辑操作常见报道，例如，R.Lebref，B.Landousies，T.Georges，J.Lightwave Tech.15，766(1997)；V.Petrov，W.Rudolph，Opt.Commun.76，53(1990)；中国发明专利申请号“200580020660.5”用两种结构实现了全部全光逻辑门，而且其中一种结构在实现或门时，当伪随机序列组成的两个控制信号具有相同”1”比特的情况下，功率减半，这在高速光信号处理中是难以控制的。

发明内容

本发明目的是利用迈克耳孙结构实现全部光逻辑，可重用实现与门、或门、非门、与非门、或非门、异或门、同或门及它们的反相操作，其中还可以实现半加法器功能。

本发明的目的可通过如下措施来实现：