可控的全光随机逻辑门制造技术

本发明专利技术涉及光子设备，具体为可控的全光随机逻辑门，包括可调谐连续激光器、第一光隔离器、光学衰减器、分束器、主垂直腔表面发射激光器、第二光隔离器、第一偏振分束器、周期性极铌酸锂晶体、第三光隔离器、第二偏振分束器、第三偏振分束器、光学放大器、从垂直腔表面发射激光器、第四偏振分束器；分束器和主垂直腔表面发射激光器之间还并联有第一平面镜、第一半波片和第二半波片；第一偏振分束器与周期性极铌酸锂晶体之间还并联有第二平面镜、第一法拉第旋转器、第三半波片；第二偏振分束器与第三偏振分束器之间还并联有第四半波片、第二法拉第旋转器；周期性极铌酸锂晶体上加有横向电场E0。该逻辑门实现了全光随机逻辑门运算及其延时存储。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光子设备，具体为可控的全光随机逻辑门。
技术介绍
由于垂直腔半导体激光器(VCSEL)的有源腔为对称的圆柱形，它比较容易激射两个线性偏振光。当光的偏振方向沿有源腔的坐标轴的X轴方向时称为X偏振光，偏振方向沿Y轴的光Y轴称为Y偏振光，且X偏振光与Y偏振光相互垂直。改变泵浦电流、注入能量，或者改变失谐的注入光能导致偏振转换和偏振双稳态的产生。在最近相关的报道中，使用光注入激光器中的偏振转换和偏振双稳态，不同类型的光电逻辑门以及全光逻辑门运算可以被获得。例如，在自由运行的VCSEL系统中，逻辑输入通过泵浦电流来编译，逻辑输出通过VCSEL发射的两线性偏振光来解码，可以得到随机逻辑“或”门，“或非”门以及“与非”门；在相干光注入VCSEL中，逻辑输入通过注入光强来编译，逻辑输出通过VCSEL发射的两线性偏振光来解码，可以获得逻辑“与”门和“或”门；在可调谐光注入VCSEL中，逻辑输入通过外部光频率失谐来编译，逻辑输出通过激光器输出的两线性偏振光来解码，可以实现全光随机逻辑“或”门。然而，在上述的方法中，一些重要的参数(如泵浦电流，光注入能量和失谐的注入光)的轻微变化会改变输出偏振的状态。同时，由于偏振转换的不稳定，导致了在上述方法中的逻辑门有很差的稳定性。另外，由于全光数字逻辑信号在延时存储方面存在一定的技术困难，因此，上述的基本的逻辑门运算只能应用于组合逻辑光子设备，但是不能推广应用于时序逻辑光子设备。
技术实现思路
针对上述技术问题，本专利技术提供一种可控的全光随机逻辑门，通过控制外加电场与两逻辑输入的逻辑关系，可以实现可控的不全光随机逻辑门，如“非”门、“与”门、“与非”门、“或”门、“异或”门、“或非”门、“异或非”门运算及其延时存储。本专利技术通过如下技术方案实现：可控的全光随机逻辑门，依次包括：可调谐连续激光器、第一光隔离器、光学衰减器、分束器、主垂直腔表面发射激光器、第二光隔离器、第一偏振分束器、周期性极铌酸锂晶体、第三光隔离器、第二偏振分束器、第三偏振分束器、光学放大器、从垂直腔表面发射激光器、第四偏振分束器；所述的分束器和主垂直腔表面发射激光器之间还并联有第一平面镜、第一半波片和第二半波片；所述的第一偏振分束器与周期性极铌酸锂晶体之间还并联有第二平面镜、第一法拉第旋转器、第三半波片；所述的第二偏振分束器与第三偏振分束器之间还并联有第四半波片、第二法拉第旋转器；周期性极铌酸锂晶体上加有横向电场E0。本专利技术提供的可控的全光随机逻辑门，实现了全光随机逻辑门运算及其延时存储，具体能够实现“非”门、“与”门、“与非”门、“或”门、“异或”门、“或非”门、“异或非”门运算及其延时存储。该可控的全光随机逻辑门的运算速度比电光逻辑门的运算速度要快，而且这些装置可以推广应用于时序光子逻辑设备。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2为实施例在不同外加电场的作用下偏振双稳态滞后回归线；图3为实施例逻辑“非”门、“异或”门、“异或非”门运算及其延时存储；图4为实施例罗辑“与”门、“与非”门、“或”门和“或非”门运算及其延时存储。具体实施方式以下结合附图对本
技术实现思路
做进一步说明：如图1所示，可控的全光随机逻辑门，依次包括：可调谐连续激光器1、第一光隔离器2、光学衰减器3、分束器4、主垂直腔表面发射激光器5、第二光隔离器6、第一偏振分束器7、周期性极铌酸锂晶体8、第三光隔离器9、第二偏振分束器10、第三偏振分束器11、光学放大器12、从垂直腔表面发射激光器13、第四偏振分束器14；所述的分束器4和主垂直腔表面发射激光器5之间还并联有第一平面镜15、第一半波片16和第二半波片17；所述的第一偏振分束器7与周期性极铌酸锂晶体8之间还并联有第二平面镜18、第一法拉第旋转器19、第三半波片20；所述的第二偏振分束器10与第三偏振分束器11之间还并联有第四半波片21、第二法拉第旋转器22；周期性极铌酸锂晶体8上加有横向电场E023。工作原理：主垂直腔表面发射激光器5和从垂直腔表面发射激光器13的工作波长均为850nm，阈值电流为6.8mA，其温度精确控制在±0.01℃。第一光隔离器2的作用是确保可调谐连续激光器1发出的光单向注入主垂直腔表面发射激光器5。第二光隔离器6的作用是避免从第一偏振分束器7的光反馈注入到主垂直腔表面发射激光器5。第三光隔离器9保证从周期性极铌酸锂晶体8输出的光单向注入到从垂直腔表面发射激光器13。放置在可调谐连续激光器1右边的光学衰减器3用来调谐光注入的能量。放在从垂直腔表面发射激光器13的左边光学放大器12是增强从垂直腔表面发射激光器13的注入光强。外加的横向电场E023沿着周期性极铌酸锂晶体8坐标系的x轴方向。可调谐连续激光器1发出x偏振光，其被分离成两束光，一束直接注入到主垂直腔表面发射激光器5中，另一束被第一半波片16和第二半波片17转化成e偏振光，再注入到主垂直腔表面发射激光器5中。固定一定的泵浦电流，主垂直腔表面发射激光器5激射x偏振光和y偏振光，它们被第一偏振分束器7分离。从第一偏振分束器7分离的x偏振光被认为是周期性极铌酸锂晶体8中0光的初始输入，因为它是沿着0光的偏振方向。当通过第一法拉第旋转器19和第三半波片20，使从第一偏振分束器7分离的y偏振光与e光的偏振方向平行时，它考虑为周期性极铌酸锂晶体8中e光的初始输入。在外加横向电场E023的作用下，x和y偏振光在周期性极铌酸锂晶体8中经历电光幅度调制。从周期性极铌酸锂晶体8输出0光，在延迟时间T后，作为x偏振光，通过第三偏振分束器11和光学放大器12后，注入到从垂直腔表面发射激光器13。并且它被考虑为逻辑输出X1。输出e光，首先通过延时T后，再通过第四半波片21和第二法拉第旋转器22。这时，它的偏振方向沿着y偏振方向。在这种条件下，它作为y偏振光，通过第三偏振分束器11和光学放大器12后，注入到从垂直腔表面发射激光器13。另外，它被定义为逻辑输出Y1。从垂直腔表面发射激光器13输出的x偏振光和y偏振光分别考虑为逻辑输出X2和Y2。激光器的一些重要参数如下：主垂直腔表面发射激光器5与从垂直腔表面发射激光器13有相同的泵浦电流，即μM＝μS＝1.2；主垂直腔表面发射激光器5的X偏振和Y偏振的注入光强度：KMx＝KMy＝10ns-1；从激光器的X偏振和Y偏振的注入光强度：KSx＝KSy＝5KMx；外部光振幅：Ein本文档来自技高网...

【技术保护点】
可控的全光随机逻辑门,其特征在于：依次包括：可调谐连续激光器(1)、第一光隔离器(2)、光学衰减器(3)、分束器(4)、主垂直腔表面发射激光器(5)、第二光隔离器(6)、第一偏振分束器(7)、周期性极铌酸锂晶体(8)、第三光隔离器(9)、第二偏振分束器(10)、第三偏振分束器(11)、光学放大器(12)、从垂直腔表面发射激光器(13)、第四偏振分束器(14)；所述的分束器(4)和主垂直腔表面发射激光器(5)之间还并联有第一平面镜(15)、第一半波片(16)和第二半波片(17)；所述的第一偏振分束器(7)与周期性极铌酸锂晶体(8)之间还并联有第二平面镜(18)、第一法拉第旋转器(19)、第三半波片(20)；所述的第二偏振分束器(10)与第三偏振分束器(11)之间还并联有第四半波片(21)、第二法拉第旋转器(22)；周期性极铌酸锂晶体(8)上加有横向电场E0(23)。

【技术特征摘要】
1.可控的全光随机逻辑门,其特征在于：依次包括：可调谐连续激光器(1)、
第一光隔离器(2)、光学衰减器(3)、分束器(4)、主垂直腔表面发射激光器
(5)、第二光隔离器(6)、第一偏振分束器(7)、周期性极铌酸锂晶体(8)、
第三光隔离器(9)、第二偏振分束器(10)、第三偏振分束器(11)、光学放
大器(12)、从垂直腔表面发射激光器(13)、第四偏振分束器(14)；
所述的分束器(4)和主垂直腔表...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟东洲，许葛亮，罗伟，
申请(专利权)人：五邑大学，
类型：发明
国别省市：广东;44