论文研究-一种基于对称SOA-MZI的全光或门的方案研究 .pdf
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2019-08-15
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一种基于对称 SOA-MZI 的全光或门的方案研究
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朱文安，张民，叶培大
北京邮电大学光通信与光波技术教育部重点实验室，北京（100876）
E-mail：bupt_zwa@sina.com
摘 要：提出了一种基于对称结构的半导体光放大器（SOA）及马赫-泽德尔干涉仪（MZI）
构造的全光或（OR）门方案，并通过理论分析和数值仿真，研究了方案在 40Gb/s 速率工作
时的性能，分析了 SOA 参数、光脉冲宽度等对或门性能的影响。仿真结果表明，该方案能
有效实现高质量的 OR 运算，为先进光交换网的逻辑器件提供了一种可选择方案。
关键词 半导体光放大器（SOA）；马赫泽德尔干涉仪（MZI）；逻辑门
1. 引言
由于存在电子瓶颈，下一代光网络中，往往需要采用全光信号处理技术。特别是在单信
道速率超过 40 Gb/s 的系统中，全光信号处理更是不可避免。
全光逻辑门是全光信号处理中不可或缺的器件，它可以实现交换、信号再生、高速伪随
机码的产生、信头与地址的识别、比较判决、加密与解密等操作。到目前为止，人们提出了
一些方案实现全光逻辑或门[1-3]，但这些方案有的速率不高，有的不利于集成。基于 SOA
和 MZI 的器件（SOA-MZI）具有功耗低、延时短、稳定性高和可集成性好等优点，使用类
似结构已实现了全光异或、与、非等逻辑门[4-8]，但使用这种方法实现全光或门的论文还很
少。本文介绍一种利用 SOA-MZI 结构实现全光逻辑或（OR）的方法，为先进光交换网的逻
辑器件提供了一种可选择方案。
2. 方案设计与工作原理
本文提出的基于对称 SOA-MZI 的全光或门方案如图 1 所示，由一个 1×2 的耦合器
（C1）、两个 2×2 的 3dB 耦合器（C2、C3）、一个波分复用器（WDM）、一个相位补偿
器（Phase shifter）、两个 SOA 和一个对称型 MZI 组成。其中两个 SOA 分别位于 MZI 两臂
的对称位置，相位补偿器用来平衡上臂波分复用器引入的相移。由端口 1 入射的数据信号 A
和由端口 2 入射的数据信号 B 经耦合器 C1 耦合通过 WDM 后进入 MZI 的上臂；在设计中，
两路数据信号的偏振方向、脉冲宽度和能量相同，时钟脉冲与数据信号同步且脉冲宽度和
平均功率相同。进入 WDM 的信号我们称之为 MZI 的控制信号。探测信号为连续光或者时
钟脉冲，在 MZI 的另一端入射，经过耦合器 C3 后被分成两路分别经过 SOA1 和 SOA2。
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本课题得到国家自然科学基金项目（NO.60507007）、教育部新世纪优秀人才支持计划（NCET-06-0094）、
国家 863 计划项目（No.2007AA01Z243）、高等学校学科创新引智计划资助(NO.B07005)和长江学者和创新
团队发展计划（No.IRT0609）的资助。
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