一种含有两个半导体光放大器的逻辑运算器

技术领域

本发明属于信息技术逻辑器件技术领域，具体涉及一种含有两个半导体光放大器的逻辑运算器。

背景技术

全光通信与全光量子计算中，逻辑器是关键器件，与传统的电子通信系统相比较，全光器件的信号处理速度快、信息交换及时，不再受“电子瓶颈”的影响。

现有的逻辑运算器，与光网络兼容性不佳，且响应速度有待进一步改进。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种含有两个半导体光放大器的逻辑运算器。

为了达到上述发明目的，本发明采取以下技术方案：

一种含有两个半导体光放大器的逻辑运算器，包括依次连接的第一连续半导体激光器、第一强度调制器、第一掺铒光纤放大器、第一波分复用器、第一偏振控制器、第一半导体光放大器、第二偏振控制器、第二波分复用器；

还包括依次连接的第二连续半导体激光器、第二强度调制器、第二掺铒光纤放大器、第三波分复用器、第三偏振控制器、第二半导体光放大器、第四偏振控制器、第四波分复用器；

第一波分复用器与第四波分复用器通过第一环形器连接，第二波分复用器与第三波分复用器通过第二环形器连接；

第一环形器与第二环形器均与第一光定向耦合器连接，第一光定向耦合器还与第三环形器连接，第三环形器与第一锁模半导体激光器连接。

作为优选方案，所述第一锁模半导体激光器产生重复速率为10Gb/s的时钟信号，中心波长为1550nm，功率为2μW。

作为优选方案，所述第一连续半导体激光器产生连续信号的中心波长为1552nm，调制、放大后功率为40mW。

作为优选方案，所述第二连续半导体激光器产生连续信号的中心波长为1556nm，调制、放大后功率为40mW。

作为优选方案，所述第一光定向耦合器的功率分光比为0.5。

作为优选方案，所述第一半导体光放大器和第二半导体光放大器的微分增益系数均为0.93×10

本发明的特点是第一锁模半导体激光器产生重复速率为10Gb/s的时钟(CLK)信号A

第一连续半导体激光器产生连续的波信号，第二连续半导体激光器产生连续的波信号，分别被10Gb/s的速率2个不同的伪随机序列，并通过第一强度调制器、第二强度调制器进行强度调制；这2个经过调制的波经第一掺铒光纤放大器、第二掺铒光纤放大器、放大得到泵浦信号B

最后，被放大的信号A′

本发明利用在第一、第二半导体光放大器中，泵浦信号的功率很高即逻辑值为“1”时，大量的载流子将被耗尽，探测信号的增益很小；反之为“0”时，载流子将不会被消耗，它的受激辐射可以放大对应的探测信号，使探测信号获得高增益，从而实现交叉增益调制。这样泵浦信号B

相对于现有技术，本发明具有如下技术效果：

本发明采用含有半导体光放大器的逻辑运算器，利用两个不同泵浦波长的泵浦光对弱信号光的交叉增益调制效应，以及结合定向耦合器的开光特性，实现各种逻辑运算。该器件不仅与光网络兼容性好、灵敏度高，而且响应速度快。

附图说明

图1为本发明实施例的含有两个半导体光放大器的逻辑运算器的结构示意图；

图2(a)为锁模激光器输出的时钟信号；图2(b)为第一半导体光放大器输入的泵浦信号；图2(c)为第二半导体光放大器输入的泵浦信号；图2(d)为光定向耦合器透射端(T-Port)输出的逻辑信号；

图3(a)为锁模激光器输出的时钟信号；图3(b)为第一半导体光放大器输入的泵浦信号；图3(c)为第二半导体光放大器输入的泵浦信号；图3(d)为光定向耦合器反射端(R-Port)输出的逻辑信号；

明显地在透射端(T-Port)实现的逻辑功能是：A

图1中的标号为：

1-1.第一连续半导体激光器；1-2.第二连续半导体激光器；1-3.第一锁模半导体激光器；2-1.第一强度调制器；2-2.第二强度调制器；3-1.第一波分复用器，3-2.第二波分复用器；3-3.第三波分复用器；3-4.第四波分复用器；4-1第一半导体光放大器；4-2.第二半导体光放大器；5-1.第一环行器；5-2.第二环行器；5-3.第三环行器；6.第一光定向耦合器；7-1.第一偏振控制器；7-2.第二偏振控制器；7-3.第三偏振控制器；7-4.第四偏振控制器；8-1.第一掺铒光纤放大器；8-2.第二掺铒光纤放大器。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的技术方案作进一步解释说明。

如图1所示，本发明实施例的含有两个半导体光放大器的逻辑运算器包括第一连续半导体激光器1-1，第二连续半导体激光器1-2，第一锁模半导体激光器1-3，第一强度调制器2-1，第二强度调制器2-2，第一波分复用器3-1，第二波分复用器3-2，第三波分复用器3-3，第四波分复用器3-4，第一半导体光放大器4-1，第二半导体光放大器4-2，第一环行器5-1，第二环行器5-2，第三环行器5-3，第一光定向耦合器6，第一偏振控制器7-1，第二偏振控制器7-2，第三偏振控制器7-3，第四偏振控制器7-4，第一掺铒光纤放大器8-1，第二掺铒光纤放大器8-2。

第一连续半导体激光器1-1端口a1与第一强度调制器2-1端口b1相连，第一强度调制器2-1端口b2与第一掺铒光纤放大器8-1端口h1连接，第一掺铒光纤放大器8-1端口h2与第一波分复用器3-1端口c1相连，第一波分复用器3-1端口c3与第一偏振控制器7-1端口g1相连，第一偏振控制器7-1端口g2与第一半导体光放大器4-1端口d1相连，第一半导体光放大器4-1端口d2与第二偏振控制器7-2端口g3相连，第二偏振控制器7-2端口g4与第二波分复用器3-2端口c4相连，第二波分复用器3-2端口c5与第二环行器5-2端口e5相连，第二环行器5-2端口e6与第三波分复用器3-3端口c7相连。

第二连续半导体激光器1-2端口a2与第二强度调制器2-2端口b3相连，第二强度调制器2-2端口b4与第二掺铒光纤放大器8-2端口h3连接，第二掺铒光纤放大器8-2端口h4与第三波分复用器3-3端口c8相连，第三波分复用器3-3端口c9与第三偏振控制器7-3端口g5相连，第三偏振控制器7-3端口g6与第二半导体光放大器4-2端口d3相连，第二半导体光放大器4-2端口d4与第四偏振控制器7-4端口g7相连，第四偏振控制器7-4端口g8与第四波分复用器3-4端口c10相连，第四波分复用器3-4端口c11与第一环行器5-1端口e3相连，第一环行器另一个端口与第一波分复用器相连。

第一锁模半导体激光器1-3端口a3与第三环行器5-3端口e7相连，第三环行器5-3端口e9与第一光定向耦合器6端口f3相连，第一光定向耦合器6端口f1与第一环形器5-1端口e1连接，第一光定向耦合器6端口f2与第二环形器5-2端口e4连接。

其中，第一锁模半导体激光器产生重复速率为10Gb/s的时钟信号，中心波长为1550nm，功率为2μW。

第一连续半导体激光器产生连续信号的中心波长为1552nm，调制、放大后功率为40mW。

第二连续半导体激光器产生连续信号的中心波长为1556nm，调制、放大后功率为40mW。

第一光定向耦合器的功率分光比为0.5。

第一半导体光放大器和第二半导体光放大器的微分增益系数均为0.93×10

如图2和3所示，本发明通过下述过程实现逻辑运算：第一锁模激光器1-3产生重复速率为10Gb/s的时钟(CLK)信号A

第一连续半导体激光器1-1产生连续的波信号，第二连续半导体激1-2光器产生连续的波信号，通过第一强度调制器2-1、第二强度调制器2-2，分别被10Gb/s的速率2个不同的伪随机序列进行强度调制调制。这2个经过调制的波经第一掺铒光纤放大器8-1、第二掺铒光纤放大器8-2、放大得到峰值功率为60mW泵浦信号B

被放大的信号A′

本发明利用在第一半导体光放大器4-1、第二半导体光放大器4-2中，泵浦信号的功率很高即逻辑值为“1”时，大量的载流子将被耗尽，探测信号的增益很小；反之为“0”时，载流子将不会被消耗，它的受激辐射可以放大对应的探测信号，使探测信号获得高增益，从而实现交叉增益调制。这样泵浦信号B

表1T端和R端输出信号对应的逻辑运算表

本发明全光逻辑运算的实现过程：

1、锁模半导体激光器产生时钟信号作为探测波，利用光定向耦合器将其分成顺时针、逆时针信号。

2、两个连续激光器产生连续波。

3、两个连续波被两个不同的随机序列进行调制，放大后作为泵浦信号。

4、泵浦波、探测波，严格时钟同步。

5、利用两个半导体光放大器对顺时针、逆时针探测波进行交叉增益调制。

6、两个泵浦波的组合决定放大后顺时针、逆时针的组合。

7、根据光定向耦合器的开关特性对放大后顺时针、逆时针组合的开关进行控制，进一步实现逻辑运算功能。

以上对本发明的优选实施例及原理进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本发明提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本发明的保护范围。