基于邏輯最小項的高速全光數(shù)字邏輯運算研究.pdf

1、由于全光交換可以避免光-電-光轉換,隨著單信道比特率和傳輸信道的持續(xù)增加,全光交換將在下一代光通信網(wǎng)絡中發(fā)揮重要作用。全光信號處理是實現(xiàn)全光交換的最重要技術之一,其中全光邏輯運算技術在光交換中發(fā)揮著至關重要的作用,比如信頭識別、信頭/載荷分離、載荷路由、信頭轉換等重要的網(wǎng)絡節(jié)點功能都將依賴全光邏輯運算技術來實現(xiàn)。
　　由于半導體光放大器(SOA)具備非線性系數(shù)高、功耗低、轉換效率高、可靠性高、易于與其他光電子和光子器件集成等優(yōu)勢,

2、在用于全光信號處理的光電子和光子器件中,SOA是非常具有競爭力的候選者。本學位論文中設計了多種基于SOA,并適用于差分相移鍵控(DPSK)信號和開關鍵控(OOK)信號的全光邏輯運算構建單元,并利用40Gbit/s高速光纖通信測試平臺和超快非線性SOA等器件進行了實驗研究。概括全文的主要研究成果和貢獻,有以下幾個方面:
　　(1)研究了基于延時干涉儀(DI)和SOA的邏輯運算方案的理論。推導了DI的傳輸矩陣和傳輸函數(shù),模擬分析了DI

3、對DPSK信號進行解調(diào)產(chǎn)生原碼和反碼數(shù)據(jù)的過程,以及載波波長與DI傳輸譜失諧導致的輸出解調(diào)信號劣化情況。利用SOA級聯(lián)失諧濾波器理論分析模型,模擬分析了適用于DPSK信號的可重構全光邏輯運算方案中輸入數(shù)據(jù)信號的功率、光學濾波器的帶寬和濾波器的失諧對輸出邏輯信號性能的影響。
　　(2)研究了基于DPSK信號的多路輸入可重構全光邏輯最小項和最大項的產(chǎn)生,并分析了輸出性能與工作條件的關系。利用獲得的兩路輸入全光邏輯最小項和泵浦數(shù)據(jù)信號耦

4、合產(chǎn)生了可重構全光邏輯最大項。利用邏輯最小項與最大項之間的碼流互補特性,并結合SOA的交叉增益調(diào)制(XGM)效應的NOT邏輯運算功能,由獲得的三路和四路輸入的全光邏輯最小項,產(chǎn)生了對應的邏輯最大項。實驗研究表明,所有輸出邏輯信號性能良好,有望進一步用來構建任意全光邏輯運算。
　　(3)研究了基于DPSK信號的全光組合邏輯運算單元。這些全光組合邏輯運算單元包括1線到2線數(shù)據(jù)分配器、1線到4線數(shù)據(jù)分配器、2線到1線數(shù)據(jù)選擇器、共生的數(shù)

5、字比較器和雙向半減器、兩路輸入的全套全光邏輯門、可重構和可擴展的全光邏輯運算基本構建單元。實驗研究表明,這些適用于DPSK信號的組合邏輯運算單元具有良好的輸出性能,有望在未來的高速全光數(shù)字信號處理系統(tǒng)和光子計算機等方面獲得廣泛的應用。
　　(4)設計并實驗研究了基于SOA的四波混頻(FWM)效應和XGM效應,并適用于OOK信號的組合邏輯運算單元。這些全光組合邏輯運算單元包括1線到2線數(shù)據(jù)分配器、2線到1線數(shù)據(jù)選擇器、三路和四路輸入