一種光控光子邏輯門的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種光子邏輯門，具體涉及一種基于單模激光器光控光子邏輯與非門 和或非門。
【背景技術】
[0002] 在現代激光技術中，具有外腔反饋的半導體激光器系統得到了廣泛開發研究，它 采用具有不同周期結構的光纖光柵元件對從激光器輻射的激光模式進行選擇反饋，被反饋 的激光模式將再次注入激光的激活區，如此反復，被反饋的激光模在整個反饋激光系統里 面被振蕩放大，最后輸出單模或多模激光。
[0003] 內置外腔型單模法布里-珀羅激光器是近年來所提出一種新型結構裝置的半導體 單模激光系統，與傳統單模激光器相比，它在模塊尺寸和價格方面具有明顯的優勢，另外， 該單模激光器所具有高邊模抑制比和可調諧范圍大，使其在各個方面的應用更加出色。到 目前為止，該單模激光器已實現了高性能的波長轉換、光邏輯門、光開關和光學記憶技術的 應用，但基于該單模激光器的光控邏輯門運算操作還未見報道，因此，本發明將利用內置外 腔單模法布里-珀羅激光器為核心控制單元來實現光控邏輯運算功能。
【發明內容】
[0004] 本發明所要解決的技術問題就是提供一種光控光子邏輯門，它能將控制激光和信 號激光輸入單模激光器，由單模激光器產生的新激光作為兩個信號激光的邏輯與非和邏輯 或非運算。
[0005] 本發明所要解決的技術問題是通過這樣的技術方案實現的，它包括有控制激光脈 沖I、第一信號激光脈沖A和第二信號激光脈沖B的三個輸入波導，一個輸出波導T，光耦合 器，環形器和單模激光器，三個輸入波導通過光耦合器連接具有單向傳輸特性的環形器端 口一，環形器端口二連接單模激光器，環形器端口三連接輸出波導T。
[0006] 本發明的工作原理:控制激光脈沖I、第一信號激光脈沖A和第二信號激光脈沖B為 具有TE偏振態的激光，它們的波長不相同。三束激光脈沖經過功率耦合比相同的光耦合器 進行合成后，經環形器注入進單模激光器中，在單模激光器中進行外部注入的三束激光與 單模激光器本身的輻射激光之間形成模式競爭，模式競爭的強弱將決定單模激光器是否發 生注入鎖定效應，發生注入鎖定，單模激光器本身的單模輻射被抑制，此時單模激光器無輸 出激光，邏輯為"〇"，相反，單模激光器未發生注入鎖定而產生激光，邏輯為"Γ。
[0007] 所以本發明的技術效果是:實現了兩個信號激光的邏輯與非和邏輯或非運算。
【附圖說明】
[0008] 本發明的【附圖說明】如下： 圖1為本發明的結構示意圖； 圖2為TE偏振態激光發生裝置的結構示意圖； 圖3為本發明測試裝置的結構示意圖； 圖4為本發明邏輯與非運算的光譜圖； 圖5為本發明邏輯或非運算的光譜圖。
[0009]圖中：1.光耦合器;2.環形器;3.單模激光器;4.激光器;5 .第一偏振控制器;6.調 制器;7.第二偏振控制器;8.附加光耦合器;9.光譜分析儀;10.脈沖分析儀。
【具體實施方式】
[0010]下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明： 如圖1所示，本發明包括有控制激光脈沖I、第一信號激光脈沖A和第二信號激光脈沖B 的三個輸入波導，一個輸出波導T，光親合器1，環形器2和單模激光器3,三個輸入波導通過 光耦合器1連接具有單向傳輸特性的環形器2端口一，環形器2端口二連接單模激光器3，環 形器2端口三連接輸出波導T。
[0011] 上述單模激光器3選用內置外腔型單模法布里-珀羅激光器，它的邊模抑制比高、 調諧范圍大和價格便宜，增加了邏輯門的可調諧動態范圍和穩定性，同時也降低了的成本， 具有較好的經濟效益。
[0012] 在單模激光器3的注入鎖定中需要TE偏振態的激光實現邏輯操作過程，利用偏振 控制器使通過偏振控制器的激光束具有TE偏振態，如圖2所示，TE偏振態激光發生裝置包括 有激光器4、第一偏振控制器5、調制器6和第二偏振控制器7,所述的激光器4、第一偏振控制 器5、調制器6和第二偏振控制器7依次連接。激光器4發出激光束，經過第一偏振控制器5進 行偏振態調節，調制器6的作用是對從第一偏振控制器5出來的連續激光進行脈沖碼型調 制，然后得到強度隨時間變化的二進制脈沖波形，再經過第二偏振控制器7調節激光束到TE 偏振態(因為經過調制器6后激光束偏振態有所變化）。
[0013]邏輯運算的測試 如圖3所示，控制激光脈沖I、第一信號激光脈沖A和第二信號激光脈沖B三束光分別由 相應的三個TE偏振態激光發生裝置提供，輸入本發明的光控光子邏輯門后，從輸出波導T獲 得光信號輸出。輸出的激光經過50/50功率均分的附加光耦合器8進行分束，一半能量的輸 出光束進入光譜分析儀9進行邏輯運算的光譜分析，另一半能量的輸出光束達到脈沖分析 儀10進行邏輯運算波形的分析。本發明是利用注入鎖定的過程與外部注入功率和注入波長 與所選擇單模激光器邊模之間的波長失諧(波長失諧=注入模的峰值波長-所選擇鄰近的激 光邊模的峰值波長），密切依賴的關系來實現邏輯運算功能。當波長失諧固定時，僅需調諧 控制脈沖、第一信號激光脈沖和第二信號激光脈沖的總注入功率的強弱來控制注入鎖定的 開關行為，注入功率太低，單模激光器不能實現注入鎖定，相反，提高注入功率到一定值時， 單模激光器的輻射模被抑制，實現注入鎖定。同理，如果固定總注入功率為一定值時，可通 過調諧波長失諧來實現注入鎖定的開光狀態，波長失諧越短，越容易實現注入鎖定，為提高 注入鎖定狀態下的邊模抑制比，調諧注入波長略大于所選擇的單模激光器邊模波長。
[0014]在本發明中，要實現與非運算，采用固定三束激光脈沖的波長失諧，控制激光脈沖 功率分別高于兩束信號激光脈沖的功率，但是只有在三束激光脈沖同時為邏輯"Γ時，單模 激光器輻射模被抑制，實現邏輯"〇"輸出，在其他情況下，單模激光器本身的輻射模均不能 被抑制，輸出信號為邏輯"Γ，從而實現光控光子邏輯與非運算。在或非運算中，相對于前面 實現的邏輯與非運算而言，固定波長失諧不變，進一步提高控制激光脈沖和兩束信號激光 脈沖的功率，使控制激光脈沖和其中任一束信號激光脈沖的總功率就可以使單模激光器輻 射模被抑制，實現邏輯"〇"輸出，但是僅有兩束信號激光脈沖的總功率卻不能抑制單模激光 器的輻射模，因而實現了光控光子邏輯或非運算。
[0015] 1、與非門的邏輯運算 光譜分析儀所得的測試光譜圖如圖4所示。其真值表見表1: 表1.光控邏輯與非門(NAND)真值表
從表1中看出：只有當控制激光脈沖I為邏輯一信號時(真值表中前四組組合），第一信 號激光脈沖A和第二信號激光脈沖B與輸出光之間滿足邏輯與非的運算關系，當控制激光脈 沖I為邏輯零信號時(真值表中后四組組合），邏輯門不能進行有效的邏輯運算。
[0016] 圖4(a)_(h)給出了真值表1中8組的實驗光譜圖。從圖中可以看出，只有控制激光 脈沖I為邏輯一信號時，邏輯門才能實現光子邏輯與非運算，所以本發明的邏輯門受控制激 光脈沖I的控制。圖中，單模激光器的輻射模就是邏輯運算的目標邏輯信號，由于模式競爭 和交叉增益調制導致圖4(a)中三束光的強度有所差別，由于控制激光脈沖I為邏輯一信號， 因此在第一信號激光脈沖A和第二信號激光脈沖B同時為邏輯一信號時，單模激光器的輻 射模被抑制，目標信號的輸出光此時為邏輯零信號。但是在圖4(b)中，當第二信號激光脈沖 B為零信號，第一信號激光脈沖A和控制激光脈沖I均為邏輯一信號時，單模激光器的輻射模 并沒有被抑制，此時輸出為邏輯一信號，進一步從圖4(c)和(d)中可以看出，本發明實現了 光控邏輯與非門運算操作。
[00Π ] 2、或非門的邏輯運算 光譜分析儀所得的測試光譜圖如圖5所示。其真值表見表2: 表2.光控邏輯或非門（NOR)真值表
從表2中看出：只有當控制激光脈沖I為邏輯一信號時(真值表中前四組組合），第一信 號激光脈沖A和第二信號激光脈沖B與輸出光之間滿足邏輯或非的運算關系，當控制激光脈 沖I為邏輯零信號時(真值表中后四組組合），邏輯門不能進行有效的邏輯運算。
[0018] 圖5(a)-(h)給出了真值表2中8組的實驗光譜圖。從圖中可以看出，只有當控制激 光I為邏輯一信號時，邏輯門才能實現光子邏輯或非運算，邏輯門受控制激光脈沖I的控制。
[0019] 在圖1所示的本發明的結構圖中，輸出波導T輸出的激光包含有輸入的控制激光脈 沖I、第一信號激光脈沖A和第二信號激光脈沖B，如果為了僅保留單模激光器輻射模的輸 出，可在輸出波導T上安裝光學濾波器來實現。
[0020] 本發明利用單模激光器實現了光控光子邏輯運算功能，通過第三方控制激光來靈 活有效地控制信號激光之間的光子邏輯運算，增加了邏輯門的安全性和邏輯性，由于單模 激光器的高邊模抑制比、大的調諧范圍和價格便宜的特點，又增加了邏輯門的可調諧動態 范圍和穩定性，還降低了邏輯門的成本，帶來較好的經濟效益。本發明將促進光學計算特別 是光子計算機的發展與應用，在未來綠色光網絡中起重要作用。
【主權項】
1. 一種光控光子邏輯門，其特征是:包括有控制激光脈沖I、第一信號激光脈沖A和第二 信號激光脈沖B的三個輸入波導，一個輸出波導T，光親合器（1)，環形器（2)和單模激光器 (3)，三個輸入波導通過光耦合器（1)連接具有單向傳輸特性的環形器(2)端口一，環形器 (2)端口二連接單模激光器(3)，環形器(2)端口三連接輸出波導T。2. 根據權利要求1所述的光控光子邏輯門，其特征是:所述的單模激光器(3)為內置外 腔型單模法布里-珀羅激光器。
【專利摘要】本發明公開了一種光控光子邏輯門，它包括有控制激光脈沖I、第一信號激光脈沖A和第二信號激光脈沖B的三個輸入波導，一個輸出波導T，光耦合器（1），環形器（2）和單模激光器（3），三個輸入波導通過光耦合器（1）連接具有單向傳輸特性的環形器（2）端口一，環形器（2）端口二連接單模激光器（3），環形器（2）端口三連接輸出波導T。本發明的技術效果是：實現了兩個信號激光的邏輯與非和邏輯或非運算。
【IPC分類】H01S3/098
【公開號】CN105470797
【申請號】CN201510878692
【發明人】吳建偉
【申請人】重慶師范大學
【公開日】2016年4月6日
【申請日】2015年12月4日