超高速全光信息处理

　　2.2 光逻辑

　　光逻辑门是采用光控制的方式来实现布尔运算，如与、或、异或等。P比特级交换网络中采用OTDM、DWDM等系统，光逻辑不仅可应用在再生、波长转换、全光解/复用等功能实现中，而且可用在光数据包交换中，如包头识别、全光路由、标记交换、数据编码/解码、检错/纠错等[13]。在光插分复用(OADM)和光分插复用(OXC)中也需要光逻辑运算，如设计"与"逻辑门工作在1比特时可以用来实现包头的识别和数据的检错/纠错中。如图2中用"与"门实现时间到波长转换的网络功能(TDM到WDM)，将时分复用信号转换到4个其他波长上[14]。

　　光逻辑门的实现主要利用各种非线性器件中的四波混频(FWM)效应以及半导体放大器(SOA)的组合干涉结构等，目前已经通过简并四波混频效应实现OOK信号多种逻辑门，通过非简并四波混频效应实现两路DPSK信号的逻辑门[15]。随着P比特级交换光网络的发展，节能、高度集成的特性越来越突出，迫切需求多种逻辑门功能综合和适合多种调制方式的光子集成逻辑器件。

　　 2.3 组播

　　组播是指一个信号输入后在输出端输出多路相同的信号。它在增大网络流量方面有着重要的作用，特别是高速视频信号流，因此也是光网络中必不可少的一种功能。在光网络中，根据泵浦光数量的不同，产生波长多点复制的原理也有所不同，如图3所示。

　　(1)最直接的方法如图3(a)所示。在简并四波混频中，输入信号作为泵浦光，信号光与探测光混合从而产生了一路闲频光，这样N个探测光输入便有N个信号光输出。

　　(2)利用低色散、高非线性材料作为非线性介质，信号光仍然作为泵浦，当泵浦功率足够大时，可以产生参量放大效应。这种放大效应使探测光受到调制，同时携带上要求的信息，这样只需要N/2个探测光即可得到N个通道的信号输出，如图3(b)。

　　(3)利用非简并四波混频效应，连续波作为泵浦，来产生多路闲频光。这种方法可以实现PSK信号的多点复制。如图3(c)所示，N/2个泵浦光可以实现N -1个信号光的复制。

　　(4)利用非线性介质中超连续谱的产生以及周期性滤波器来实现多点复制。这种方法在较低输入功率情况下，同样能够适用于PSK信号。

　　到目前为止，Bill P. P. Kuo等人在实验室中，利用双泵浦已经成功实现了1到60个波长信道的多点5输[16]；我们则利用单泵浦实现了1到11的多点复制[17]。图4描述了实验装置图以及主要的信道误码率(BER)。经过FWM后，得到了16个信道中的11个信道BER在10-9以下(图4b)，可以认为是无误码信道。图4(b)中1 540.79、1 542.50等数字表示不同波长。