基于邏輯最小項(xiàng)的高速全光數(shù)字邏輯運(yùn)算研究.pdf

1、由于全光交換可以避免光-電-光轉(zhuǎn)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(luò)中發(fā)揮重要作用。全光信號(hào)處理是實(shí)現(xiàn)全光交換的最重要技術(shù)之一,其中全光邏輯運(yùn)算技術(shù)在光交換中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用,比如信頭識(shí)別、信頭/載荷分離、載荷路由、信頭轉(zhuǎn)換等重要的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)功能都將依賴全光邏輯運(yùn)算技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。
　　由于半導(dǎo)體光放大器(SOA)具備非線性系數(shù)高、功耗低、轉(zhuǎn)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(shì),

2、在用于全光信號(hào)處理的光電子和光子器件中,SOA是非常具有競(jìng)爭(zhēng)力的候選者。本學(xué)位論文中設(shè)計(jì)了多種基于SOA,并適用于差分相移鍵控(DPSK)信號(hào)和開關(guān)鍵控(OOK)信號(hào)的全光邏輯運(yùn)算構(gòu)建單元,并利用40Gbit/s高速光纖通信測(cè)試平臺(tái)和超快非線性SOA等器件進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。概括全文的主要研究成果和貢獻(xiàn),有以下幾個(gè)方面:
　　(1)研究了基于延時(shí)干涉儀(DI)和SOA的邏輯運(yùn)算方案的理論。推導(dǎo)了DI的傳輸矩陣和傳輸函數(shù),模擬分析了DI

3、對(duì)DPSK信號(hào)進(jìn)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(dǎo)致的輸出解調(diào)信號(hào)劣化情況。利用SOA級(jí)聯(lián)失諧濾波器理論分析模型,模擬分析了適用于DPSK信號(hào)的可重構(gòu)全光邏輯運(yùn)算方案中輸入數(shù)據(jù)信號(hào)的功率、光學(xué)濾波器的帶寬和濾波器的失諧對(duì)輸出邏輯信號(hào)性能的影響。
　　(2)研究了基于DPSK信號(hào)的多路輸入可重構(gòu)全光邏輯最小項(xiàng)和最大項(xiàng)的產(chǎn)生,并分析了輸出性能與工作條件的關(guān)系。利用獲得的兩路輸入全光邏輯最小項(xiàng)和泵浦?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)耦

4、合產(chǎn)生了可重構(gòu)全光邏輯最大項(xiàng)。利用邏輯最小項(xiàng)與最大項(xiàng)之間的碼流互補(bǔ)特性,并結(jié)合SOA的交叉增益調(diào)制(XGM)效應(yīng)的NOT邏輯運(yùn)算功能,由獲得的三路和四路輸入的全光邏輯最小項(xiàng),產(chǎn)生了對(duì)應(yīng)的邏輯最大項(xiàng)。實(shí)驗(yàn)研究表明,所有輸出邏輯信號(hào)性能良好,有望進(jìn)一步用來構(gòu)建任意全光邏輯運(yùn)算。
　　(3)研究了基于DPSK信號(hào)的全光組合邏輯運(yùn)算單元。這些全光組合邏輯運(yùn)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(gòu)和可擴(kuò)展的全光邏輯運(yùn)算基本構(gòu)建單元。實(shí)驗(yàn)研究表明,這些適用于DPSK信號(hào)的組合邏輯運(yùn)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(hào)處理系統(tǒng)和光子計(jì)算機(jī)等方面獲得廣泛的應(yīng)用。
　　(4)設(shè)計(jì)并實(shí)驗(yàn)研究了基于SOA的四波混頻(FWM)效應(yīng)和XGM效應(yīng),并適用于OOK信號(hào)的組合邏輯運(yùn)算單元。這些全光組合邏輯運(yùn)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