集成光电子器件lpl(第十一章逻辑门).ppt

全 光 逻 辑 门,第十一章,全光逻辑器件,在逻辑运算中，AND、OR、NOT是最基本的三种逻辑运算，反映了逻辑电路中最基本的逻辑关系，所有的逻辑运算都可以通过这三种基本运算来实现。但为了满足实用的要求，实际使用的逻辑门，除了三种基本逻辑门外，广泛采用一些复合逻辑门，如：XOR、XOR、NAND、半加器、半减器、比较器、译码器等。,全光逻辑门基本上都是利用某种光学介质的高速非线性效应来实现的，如XGM效应、XPM效应、FWM效应、交叉偏振调制（CPM）效应等。,11.1 XGM型全光逻辑器件,增益饱和：增益随输入光功率 增大而减小的现象。,SOA中的XGM效应：,1.SOA-XGM型全光逻辑NOR门,信号光要足够强，否则会出现台阶形。,2.SOA-XGM型全光逻辑OR门,信号光2要强,实现了速率为10Gb/s的全光逻辑OR门,利用SOA中XGM效应还可以实现AND门、NAND门。,效率高；工作波长范围宽；偏振无关。,SOA-XGM型全光逻辑门的优点：,信号的消光比恶化;工作速率低；码型效应。,SOA-XGM型全光逻辑门的缺点：,11.2 XPM型全光逻辑器件,1.SOA-XPM型全光逻辑XOR门,实现了速率为20Gb/s的全光逻辑XOR门,啁啾小；输出消光比高；偏振无关等。,缺点：,优点：,实现条件比较苛刻；采用分离元件很难实现。,利用 MZI结构还可以实现AND门。,2.SOA-XPM型全光多功能逻辑门,结构简单；适于高速逻辑运算。,缺点：,优点：,不同输入功率对应的 滤波器中心波长要改 变。,11.3 FWM型全光逻辑器件,SOA中的FWM效应：,1.SOA-FWM型全光逻辑AND门,转换速度快；结构简单。,缺点：,优点：,效率低；偏振相关；效率随两输入信号波长间隔的增大而降低。,2.基于SOA-FWM的多功能超快全光逻辑门,在本方案中：,所用信号光为二进制PolSK调制格式；利用的是SOA中FWM效应的偏振选择性。,二进制PolSK调制格式:即调制光的偏振态,使两个正交偏振态分别表示二进制中的逻辑“0”和“1”。,FWM效应的偏振选择性：,FWM效应的强弱与两输入光的偏振方向夹角的余弦函数成正比。平行（夹角为0）时，FWM效应最强；垂直（夹角为900）时，不发生FWM效应。,逻辑AND、NOR、XOR、XNOR的真值表,基于PolSK调制的FWM型超快全光逻辑门原理示意图,逻辑AND、NOR、XOR、XNOR、半加器、半减器、译码器和比较器的真值表,基于PolSK调制的多功能超快全光逻辑门的模拟结果：(a)和(b)分别为输入信号光1和2在一个偏振方向上的波形，(c)(h)分别为逻辑AND、NOR、XNOR、和XOR的输出波形,本方案的优点：,既可实现多种简单逻辑功能，又可实现多种复杂逻辑 功能；适于超快工作；消除了码型效应。,