基于LOA-XGM的全光逻辑门研究

摘要

全光逻辑门是实现光分组交换、光计算和未来高速大容量光传输的关键器件，其发展对未来的光分组交换、光计算和光传输等方面具有十分深远的影响。交叉增益调制(XGM)型波长转换的技术具有输出信号啁啾(Chip)小、信噪比(SNR)高、消光比(ER)高、便于集成等优点，具有良好的商业化前景。目前主要对基于半导体光放大器(SOA)的XGM来实现逻辑门作了大量研究。然而，一种新的线性光放大器(LOA)因为其良好的线性增益特性，十分适合用作实现波长转换以及全光逻辑功能，比传统的SOA更能实现大容量、高速率的信息处理。 本文主要对基于LOA-XGM的一些基本特性以及作为全光逻辑门进行了研究。首先从速率方程出发，构建了LOA-XGM的基本理论模型，利用该模型对LOA的增益特性、消光比特性以及啁啾特性进行详细分析；然后，在XGM的基础上，利用Simulink对级联LOA建模，数值模拟实现了全光逻辑或非运算功能，分析了不同注入电流的组合对于逻辑输出结果的影响；最后，利用Simulink建模便于模块修改的优点，在逻辑或非门模型的基础上，搭建了逻辑与门的模型，分析了LOA每个子段的有源区内载流子浓度随时间的变化以及不同输入参数对于逻辑输出结果的影响，以达到优化设计的效果。 研究结果表明：(1)由于垂直光场的增益钳制作用，LOA的增益波动范围比SOA小、增益恢复时间短；减小探测光功率以及选择合适的波长间隔和注入电流都有利于获得较大的消光比。但是，在一定范围内减小探测光功率和增加抽运光功率也会造成啁啾的增大，因此合理的选择这些参数，能够达到消光比与啁啾之间的平衡。(2)LOA进行逻辑或非运算时，由于其线性增益特性，使得输出信号所产生的畸变比利用SOA进行逻辑运算时小；适当的选择级联LOA的工作电流组合，有利于改善最后的逻辑输出结果。(3)LOA进行逻辑与门运算时，适当的选择输入探测光波长和抽运光波长范围，以及适当的增加抽运光A的光功率，都有利于改善最后的逻辑输出结果；再与SOA的逻辑输出结果做了比较，进一步证明了LOA的性能优于SOA。

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文摘

英文文摘

论文说明：英文缩写词

声明

第1章绪论

1.1 课题的研究背景

1.1.1全光波长转换技术

1.1.2全光逻辑控制技术

1.2新型光放大器

1.3 本文的主要工作

第2章线性光放大器(LOA)交叉增益调制(XGM)的基本特性

2.1 引言

2.2 基于LOA中XGM的动态特性

2.2.1增益特性

2.2.2消光比特性

2.3 基于LOA-XGM波长变换的啁啾特性

2.4 本章小结

第3章基于LOA-XGM的全光逻辑或非门

3.1 引言

3.2 基于LOA-XGM的逻辑或非运算方案

3.3 逻辑或非运算结果

3.4 本章小结

第4章基于LOA-XGM的全光逻辑与门

4.1 引言

4.2 全光逻辑与门的原理

4.3.理论结果分析

4.3.1基于各级LOA载流子密度的变化

4.3.2输入信号光波长对与运算结果的影响

4.3.3信号A输入光功率与运算结果的影响

4.3.4 LOA和SOA与运算结果的比较

4.4 本章小结

结论

致 谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果