100Gb/s高速光逻辑门及可重构光逻辑门芯片研究

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
61275032
项目类别：
面上项目
资助金额：
85.0万
负责人：
霍力
依托单位：
清华大学
学科分类：
F0502.光子与光电子器件
结题年份：
2016
批准年份：
2012
项目状态：
已结题
起止时间：
2013-01-01 至2016-12-31

项目参与者：
娄采云；王强；余文科；吴远鹏；尚怀赢；陈新；李洪峰；庄亮；
关键词：
半导体光放大器光逻辑门混合集成电吸收调制器

项目摘要

In this proposal, we study the physical factors which could potentially limit the performance of semiconductor based optical logic gate when the operating speed is beyond 100 Gb/s. 100-Gb/s logic operation will be demonstrated. A reconfigurable optical logic gate is proposed with AND, OR, NOT logic operations based on the cross absorption modulation (XAM) effect in an electroabsorption modulator (EAM) and self phase modulation (SPM) effect in a semiconductor optical amplifier (SOA). A corresponding optical logic gate chip will be implemented with optical hybrid integration method. We also advocate the concept of high-speed reconfigurable optical all-logic gate which is capable of every possible binary logics. The logic reconfiguration speed can be made as high as the logic operation itself. A realization of the high-speed reconfigurable optical all-logic gate will be demonstrated by utilizing the cross gain modulation (XGM) effect in SOAs and XAM effect in an EAM. We anticipate pushing forward the basic research as well as real applications of optical logic gates with the combined effects in the integration, reconfigurable design and high speed operation studies.

本申请研究基于半导体的光逻辑门在运算速率突破100Gb/s时潜在的物理限制性因素，并实现100Gb/s速率下的逻辑操作。提出一种基于电吸收调制(EAM)中交叉吸收调制(XAM)效应以及半导体光放大器（SOA）中自相位调制（SPM）原理的可重构光逻辑门，可以实现AND、OR、NOT逻辑运算，将利用半导体混合集成的工艺将其制作成通用光逻辑门芯片。本申请还提出了高速可重构光全逻辑门概念，不仅可以实现任意二元逻辑运算，而且逻辑功能转换可以达到与逻辑运算本身相同的速率。将利用SOA中的交叉增益调制（XGM）效应以及EAM中的XAM效应实现这种光逻辑门。通过对光逻辑门高速化、芯片化、可重构化方向上的一系列研究工作，推动光逻辑门的基础研究和实际应用。

结项摘要

高速光逻辑门是未来全光网络的基础智能构成单元。项目以实现高速光逻辑门的高速化、集成化和可重构化为方向，探索基于半导体光放大器（SOA）的高速光逻辑门。项目首次实验实现了基于SOA和滤波器级联结构的100-Gb/s光逻辑门，通过改变滤波参数，可以实现NOR、OR、AND的无误码逻辑运算。我们指出，有效提取和利用SOA中带内载流子效应对应的啁啾分量是实现100-Gb/s逻辑运算的物理基础。通过采用长度较大的SOA以及选择合适的滤波器器参数，可以在技术上有效保证超高速逻辑运算。项目还实现了基于SOA的100GHz时钟提取以及100Gb/s 2R/3R全光再生实验，全面实现了基于SOA的100Gb/s全光信号处理。项目提出了一种利用特殊形状滤波器同时高效提取交叉增益调制中高速红移和蓝移分量的方法，获得了性能提升的光信号处理能力。项目展示了基于SOA和PLC滤波器混合集成的光逻辑门芯片，可实现20Gb/s的逻辑运算速度。提出了一种统一构架的高速可重构光逻辑门实现方法，全部16种二元逻辑运算中，有12种可达到100-Gb/s，2种可达到40-Gb/s。此外项目还提出并展示了一系列新结构的超短脉冲光源以及光时分复用系统接收端装置，丰富了这超高速光信号处理领域中的技术手段。