基于半导体光放大器的基本RS触发器.pdf
《基于半导体光放大器的基本RS触发器.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于半导体光放大器的基本RS触发器.pdf(6页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、第 卷第期 年月太 原 师 范 学 院 学 报(自然科学版)J OUR NA LO FT A I YUANNO RMA LUN I V E R S I T Y(N a t u r a lS c i e n c eE d i t i o n)V o l N o M a r 收稿日期:基金项目:山西省青年科技研究基金(D )作者简介:王姣(),女,山西忻州人,在读硕士研究生,主要从事光电信息处理与通信技术应用研究通信作者:韩丙辰,教授,E m a i l:h a n b c t y n u e d u c n 基于半导体光放大器的基本R S触发器王姣,王强,韩丙辰(太原师范学院 计算机科学与技术学
2、院,山西 晋中 ;太原师范学院 物理系,山西 晋中 )摘要在半导体光放大器(S O A)非线性效应的理论基础上,仿真实现了一种新型全光R S触发器设计基于S O A和光滤波器,实现了两路N R Z码信号的与(AN D)、与非(NAN D)逻辑运算,在全光与非门的基础上,构造实现全光学基本R S触发器,并通过软件仿真方式验证了其功能 关键词半导体光放大器;交叉增益调制;R S触发器;四波混频 文章编号 ()中图分类号T N 文献标识码A 引言全光通信网络的发展能够提高信息传输速率,提升系统传输容量全光信号处理是全光通信网络发展的基础,全光信号处理因其克服光电转换瓶颈、降低系统能耗而受到广泛关注其
3、中,全光逻辑门和全光触发器是实现光网络和光计算的关键器件 目前对于全光逻辑门和全光触发器的实现方法有很多,例如基于S OA和非线性光纤等其中,S OA因体积小、低功耗和高非线性,可以处理高速信号,便于系统简单化,也有利于降低系统成本,而且具有与其他光学器件单片集成的潜力,是实现全光信号处理的重要器件研究人员开展的相关研究有:基于S OA的非线性偏振旋转效应,设计实现了全光逻辑门,并进行了全光D、T、S R、J K触发器的仿真模拟;设计实现了基于高非线性光纤的四波混频效应的光逻辑门和基于正交、二进制相移键控的异或门方案;设计实现了基于偏振调制的更简化的可重构全光逻辑门;基于S OA的X GM效应
4、,理论与实验分析了全光波长转换和全光逻辑门的可行性;基于S OA和S a g n a干涉仪构建全光逻辑门,设计实现了全光异或门和全光或非门;基于半导体光放大器的非线性特性,设计并论证了全光学J K触发器;基于S OA MZ I方案,构建实现了全光逻辑比较器和全光D触发器等本文提出了一种基于S OA和高斯可调谐光带通滤波器的全光R S触发器的新方案在半导体光放大器的FWM和X GM这两种非线性效应的理论基础上,改变高斯可调谐光带通滤波器的中心波长,调整输入的信号光功率及其频率进行仿真,实现全光R S触发器的逻辑功能 非线性效应 交叉增益调制(X GM)的基本原理S OA的X GM效应:当两个不同
5、功率的连续光和脉冲光同时进入S OA中时,S OA内部的载流子浓度会随输入光强变化,高功率的脉冲光消耗大部分载流子获得增益,低功率的连续光受S OA增益饱和的影响,恰好载出与脉冲光相反的信号,此时S OA具有取非的功能 S OA中载流子的消耗数量与脉冲光的强度变化有关,具体来说,当连续光通过S OA时,在信号光波峰处,S OA内增益饱和,连续光不会获得增益;在信号光波谷处,S OA内增益未饱和,连续光可以获得增益,故输出的连续光会携带与信号光相反的信息 四波混频(FWM)的基本原理四波混频的产生来自于介质中的束缚电子随电磁场强弱而变化的一种非线性响应,感应极化强度中的 非线性部分是由非线性极化
6、率决定的非线性过程主要取决于二阶极化率和三阶极化率,而三阶极化率()是引起四波混频现象的原因,即PN L()E E E其中,PN L是非线性极化强度,为真空中的介电常数,E为电场强度四波混频现象是偏振相关的,假定四个光场偏振方向一致,设四个连续光的角频率分别为、和,总电场E为ExjEje x p(jzjt)cc其中jnjjc若把E代入PN L的表达式中,并化为相同的形式,即PN LxjPje x pjzjt()cc可以得出,Pj是由多个电场乘积项构成如P可表示为P()x x x x|E|E(|E)|E|E|)EEEEe x p(i)EEEe x p(i)式中,和定义为()z()t()z()t在
7、P的表达式中,除去自相位调制、交叉相位调制的产生项(含E的所有项),剩余项为四个连续波的频率组合在四波混频效应过程中起有效作用的项取决于相位失配量和只有当E和P之间的相位失配量几乎为零时,四波混频现象才会显著,即相位匹配条件k在项中,当满足相位匹配条件时,类似于发生能量转移,产生了两个新频率的光,其中若不等于,称为非简并四波混频,本文中的应用即为此类四波混频S OA中的FWM效应:当输入不同频率的两束光时,S OA内载流子浓度随光强发生变化,S OA内载流子响应速度的快慢决定是否能形成稳定的载流子光栅,两束光经内部光栅散射,分别形成另外两束新频率的光当频率为的信号光和频率为的泵浦光同时进入S
8、OA中,S OA内发生FWM效应,两侧分别形成频率为的变换光和角频率为的闲频光,即得到四个不同波长的光波,如图所示 两束输入光的频率间隙越小,四波混频效应越显著8.22图FWM效应下的频率分布图 仿真实验 基于S OA的全光与门的实现图为基于S OA设计的全光与门的结构框图,首先分别由两个连续波激光器(CW)产生两个不同波长的连续光,用来携带信息,再通过自定义位序列发生器设定两个输入信号的数据,经非归零(N R Z)脉冲发生器产生N R Z脉冲电信号,该电信号经马赫曾德尔调制器(MZM)调制到光载波上,最后得到不同波长的输入信号光A和输入信号光B输入信号光A、B经过耦合注入到S OA中,通过高
9、斯可调谐光带通滤波器滤出相应的闲频光,实现信号A与信号B的AN D运算此设计实现AN D运算的原理是:令信号光A、B的偏振态相同,当两路信号同时存在时(均显示为),S OA的FWM效应得以显现,即在频谱上,信号A、B的两侧会分别产生新频率的闲频光,此时若将闲频光滤出,即可得出逻辑与运算,因为只有当信号A与信号B同时为时闲频光才会出现,最后输出结果即为数第期王姣,等:基于半导体光放大器的基本R S触发器图全光与门结构框图据A与B的AN D运算在O p t i s y s t e m软件中,搭建如图所示的全光与门,并进行部分参数设置首先输入信号比特率均设置为 G b/s,再分别设置不同波长的信号光
10、,信号光A的波长设置为 n m,功率为d B m,信号光B的波长设置为 n m,功率为d B m,S OA的注入电流为 A,由于FWM效应,产生的闲频波于 n m处,故设置滤波器的中心波长为 n m,带宽为 GH z 按照与门的逻辑功能,只要有一个输入为,输出即为,输入信号均为时输出为 例如,当输入A为 ,B为 时,输出应为 ,仿真实验结果如图VVV18OOUTVVV18OOUT图信号光A、信号光B的波形图VVVOOOUT图全光与门运行结果 基于S OA的全光与非门的实现在上述全光与门的基础上,连接非门进行构建基于S OA的全光与非门,实现全光非门会运用到S OA的交叉增益调制效应将全光与门的
11、输出作为输入,与小功率的连续光一同注入S OA中,利用S OA的X GM效应,滤出对应波长的连续光,即将滤波器的中心波长调整至小功率连续光的波长处,此时输出信号即为与非逻辑结果图为基于S OA设计的全光与非门的结构框图采用O p t i s y s t e m软件仿真图搭建的全光与非门,前半部分的参数设定与全光与门的构建一致,AN D运算的输出再作为输入和CW 耦合,同时注入到S OA 中,探测光波长为 n m,功率为d B m,之后的 滤波器中心波长为 n m,从而得到信号A和信号B的N A N D运算结果太 原 师 范 学 院 学 报(自然科学版)第 卷7*7*/3;6*$8.;.4040
12、$.;.$8$8/3;6*图全光与非门结构框图NNNNNN1 8OOUT图全光与非门运行结果与非门的逻辑功能同与门相反,例如,当输入A为 ,B为 时,输出应为 ,仿真实验结果如图所示 基于S OA的全光基本R S触发器的实现全光基本R S触发器即在光域内实现R S触发器的逻辑功能,最后的输出状态由触发信号决定基本R S触发器是构成其他复杂触发器的基础,具有记忆和保持的功能,通常由两个与非门进行构建,全光R S触发器的设计也采用同样的形式,即基于两个全光与非门嵌套构建,如图所示基本R S触发器的逻辑运算结果如表所示:当R、S均为时,Q保持原状态不变;当S为,R为时,Q被置;当S为,R为时,Q被置
13、;当S、R均为时,Q状态不确定3422LKLK图全光R S触发器基本结构图表基本R S触发器真值表RSQ保持不确定本设计为采用两个全光与非门并行交错构建全光学基本R S触发器,如图所示当输入为S ,R 时,则Q ,仿真实验结果如图所示 结论在S OA非线性效应的理论基础上,本文提出了一种基于S OA和高斯可调谐光带通滤波器的全光R S触发器的新方案通过改变高斯可调谐光带通滤波器的中心波长,调整输入的信号光功率及其频率,可以获得全光逻辑AN D和NAN D功能,再由全光与非门构建全光R S触发器通过实验仿真,实现了两路 G b/s非归零码信号的AN D和NAN D逻辑,再将两个全光与非门并行构建
14、基本全光R S触发器,得到R S触发器的逻辑结果,证实了该方案的可行性该方案中主要运用了S OA的FWM效应进行功能上的实现,结构简单且系统低功耗,为进一步构成全光D触发器以及更复杂的逻辑结构奠定了基础第期王姣,等:基于半导体光放大器的基本R S触发器图全光R S触发器结构框图NNNNNNNNNNN1 81 8OOOOOOOOUTUT图全光R S触发器运行结果参考文献:王丽娜基于半导体光放大器的全光触发器研究D北京:北京邮电大学,吴植敏复杂调制光信号的逻辑门设计与应用研究D北京:北京邮电大学,方中勤全光逻辑门关键技术研究D北京:北京邮电大学,刘天玮基于S OA交叉增益调制效应的全光信号处理技术
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 半导体 放大器 基本 RS 触发器
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。