基于光非线性器件的全光逻辑门研究.pdfVIP

杭州电子科技大学硕士学位论文

摘要

如今，通信为人们带来了便利，通信中信息传输的容量和速率更是万物互联基础。与传

统的电子通信系统相比较，全光通信网络信号处理速度快、信息交换及时不再受“电子瓶颈”

的影响。作为全光通信网络的关键器件，全光逻辑门已广泛引起国内外学者的关注。本文利

用半导体光放大器（SemiconductorOpticalAmplifier，SOA）、Sagnac干涉仪（Sagnac

Interferometer，SI）、非线性双芯光纤耦合器等光器件的非线性效应对全光逻辑门展开了理

论研究和仿真分析，具体的研究内容和主要成果如下：

（1）设计了基于半导体光放大器和Sagnac干涉仪（SOA-SI）的全光逻辑门系统。将泵

浦信号作为控制信号，分析泵浦功率对SOA的载波数和增益的影响，当输入的两个泵浦信号

波长相同都是1555nm、分光比为0.5、速度为10Gb/s时，利用SOA-SI方案来实现异或门、

或非门。仿真实验中，T端口和R端口的消光比分别为14.47dB和5.12dB、Q因子分别为8.79dB

和7.92dB，比特误码率分别低至1.82×10-14和2.80×10-10，眼图良好的张开度表明在T和R

端口的输出信号均具有较高的逻辑正确性和品质。

（2）针对SOA-SI系统，当输入的两个泵浦信号波长分别为1549nm和1556nm且分光

比为0.85时，实现了ABB新型逻辑运算和全光逻辑或非门，仿真实验中，T端口和R端

212

口的消光比分别为6.57dB和5.07dB、Q因子分别为8.02dB和7.66dB，比特误码率分别低至

1.15×10-10和2.69×10-10，通过对比发现，输入泵浦信号波长不同时获得或非门的优劣评估系

数与输入波长相同时获得或非门相比，消光比减少了0.5dB，品质因子减少了0.26dB，比特

误码率却高出0.11×10-10，所以实现全光或非门时，选择输入波长相同时的方案更佳。

（3）设计了基于非线性双芯光纤耦合器全光逻辑门系统，并对该系统进行了理论分析和

实验仿真，仿真中选择耦合系数k50m-1，令非线性系数的值为1001/m.W，设耦合长度

Pu-3

L/2k0.03m，泵浦功率范围从0到10W，探测光为1.00×10mW的连续信号。

10

绘制透射系数与泵浦信号的曲线图，获得阈值功率值为0.40W，由此为临界点改变两个输入

端的泵浦信号的功率并通过消光比分析输出信号的逻辑值。实验结果表明，基于非线性双芯

光纤耦合器全光逻辑门系统能够实现全光逻辑异或门和同或门。

关键词：半导体光放大器，Sagnac干涉仪，双芯耦合器，非线性效应，全光逻辑操作

I

杭州电子科技大学硕士学位论文

ABSTRACT

Nowadays,communicationhasbroughtconveniencetopeople.Thecapacityandspeedof

informationtransmissionincommunicationarethefoundationoftheInternetofeverything.

Comparedwiththetraditionalelectroniccommunicationsystem,theall-opticalcommunication

networkisnolonger