论文部分内容阅读
适用于先进调制格式的高速全光数字逻辑运算是超高速大容量超长距离全光通信网络的关键技术。半导体光放大器（SOA）因为具备良好的非线性特性，并且具有可集成性，适合用来制作全光逻辑功能器件，从而得到了广泛的应用。本文在国家自然科学基金资助面上项目（60877056）、国家杰出青年科学基金资助项目（61125501）、国家重点基础研究发展计划（973计划）资助项目（2011CB301704）的支持下，依托实验室的40Gbit/s高速光通信平台和超快SOA对归零码差分相移键控信号（RZ-DPSK）的逻辑最小项、最大项等基本逻辑单元的构建以及全光可重构全加器和全减器进行了理论和实验研究，取得了一定的研究成果。主要内容及研究成果如下：(1)在广泛阅读国内外学术文献的基础上，介绍了全光数字逻辑运算的研究背景及意义，特别是研究先进调制格式全光逻辑的意义。总结概括了基于SOA中非线性效应的全光逻辑操作的国内外研究进展情况，从中选取了基于SOA交叉增益调制（XGM）和瞬态交叉相位调制（T-XPM）效应的SOA级联失谐滤波器结构，并结合延时干涉仪（DI）对DPSK信号的全光逻辑操作进行研究。(2)介绍了SOA超快动态模型和SOA级联失谐滤波器的理论模型；针对DPSK信号，分析了DI对其差分解调的功能。通过MATLAB软件对RZ-DPSK信号的解调及基于SOA级联失谐滤波器结构执行AB、NOR等逻辑操作进行了模拟分析。(3)介绍了逻辑最小项和最大项的概念、性质及研究意义，基于SOA级联失谐滤波器的原理，利用DI对DPSK信号差分解调同时输出原码和反码的性质，提出一种可以实现多路输入可重构、可扩展的全光逻辑运算构建单元的方案。实验研究了两路和三路40Gbit/s RZ-DPSK信号的全部逻辑最小项和最大项，并且对实验装置及结果进行了分析与讨论。结果表明，所有输出逻辑最小项和最大项均具有良好的性能，该方案可以进一步用来构建任意复杂的逻辑运算。(4)研究了两种全光可重构全加器和全减器的方案。利用SOA中的四波混频（FWM）效应执行三路DPSK信号的XOR操作实现全加器的和数和全减器的差值；分别通过逻辑最小项叠加和两级级联的逻辑运算得到全加器的进位数和全减器的借位值。在40Gbit/s RZ-DPSK信号输入的情况下，成功进行了实验验证。良好的输出信号质量表明逻辑最小项作为基本的逻辑单元可用于复杂逻辑运算的构建，SOA可用于级联的高速数字逻辑运算。