基于逻辑最小项的高速全光数字逻辑运算研究

发布时间：2025-01-14 04:50

　　由于全光交换可以避免光-电-光转换，随着单信道比特率和传输信道的持续增加，全光交换将在下一代光通信网络中发挥重要作用。全光信号处理是实现全光交换的最重要技术之一，其中全光逻辑运算技术在光交换中发挥着至关重要的作用，比如信头识别、信头/载荷分离、载荷路由、信头转换等重要的网络节点功能都将依赖全光逻辑运算技术来实现。 由于半导体光放大器（SOA）具备非线性系数高、功耗低、转换效率高、可靠性高、易于与其他光电子和光子器件集成等优势，在用于全光信号处理的光电子和光子器件中，SOA是非常具有竞争力的候选者。本学位论文中设计了多种基于SOA，并适用于差分相移键控（DPSK）信号和开关键控（OOK）信号的全光逻辑运算构建单元，并利用40Gbit/s高速光纤通信测试平台和超快非线性SOA等器件进行了实验研究。概括全文的主要研究成果和贡献，有以下几个方面： （1）研究了基于延时干涉仪（DI）和SOA的逻辑运算方案的理论。推导了DI的传输矩阵和传输函数，模拟分析了DI对DPSK信号进行解调产生原码和反码数据的过程，以及载波波长与DI传输谱失谐导致的输出解调信号劣化情况。利用SOA级联失谐滤波器理...

【文章页数】：140 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图3-1逻辑最小项A'B(m1)的构建原理示意图：(a)基于逻辑NOT门和AND门的最小项A'B(m1)

)的方案过程为例，分别介绍其构建过程。图3-1(a)是用一个逻辑NOT门和一个逻辑AND门构建两变量输入的逻辑最小项A'B(m1)的原理示意图。如图3-1(b)所示，利用SOA的XGM效应，一束信号光A作为泵浦光，另一束信号光B作为探测光，可以直接得到相同的全光逻辑最小项A'B....

图3-2逻辑最大项A+B'(M1)的构建原理示意图：(a)基于逻辑NOT门和OR门的最大项A+B'(M1)

作为探测光，两束光耦合后同时注入另一个SOA，如图3-2(b)所示。根据2.3节所述两路数据在SOA的XGM工作原理，那么在SOA之后，从SOA输出的转换信号通过一个中心波长在探测光波长上λClock的可调光学带通滤波器(TOBF)滤波即可提取出与全光逻辑最小项A'B(m1)互....

图3-8测得输出逻辑最大项M0^M3的时域波形（左）及眼图（右）42

得所有逻辑最小项和最大项的时域波形和眼图分别如图3-7和图3-8所示。值得注意的是，在实际系统中波长不易改变，对每一路输入DPSK信号分别用独立的DI差分解调是唯一的选择。表3-8实验参数表λA(nm)λB(nm)Φ(rad)泵浦功率(dBm)探测功率(dBm)泵浦数据....

图3-9可重构和可扩展的全光逻辑基本构建单元的原理示意图表3-10输入数据与各个输出点输出逻辑信号对应关系表输入数据信号各个输出点对应的输出逻辑信号

值得注意的是，该方案还可以继续扩展，一方面增加输入信号的信道数，实现更多信道的逻辑运算；另一方面，对物理连接稍加改变，即可输出不同的逻辑信号，比如在图3-9的阶段(II)中从SO1处断开连接，即在SO2处的输出信号为A或A'信号，A

本文编号：4026433