基于標準邏輯單元的全光可編程邏輯陣列.pdf

1、可編程邏輯陣列(PLA)是一種可以實現組合邏輯功能的可編程邏輯器件，其邏輯功能由用戶自定義，具有實現靈活、集成度高、處理速度快和可靠性強等特點，在電域中有非常廣泛的應用。而在光域，雖然基礎全光邏輯門已經發(fā)展的相對比較成熟，并在包頭檢測、光路由、光標簽交換等網絡節(jié)點信號處理中有著巨大的應用潛力，但對于更復雜的邏輯功能，還需找到簡單靈活的可重構方案，才能提高其在高性能計算和光網絡中利用的可能性。全光可編程邏輯陣列就是很好的解決方法。

2、　　本論文在詳細分析全光可編程邏輯陣列的研究現狀，以及光域中實現可編程邏輯陣列所面臨問題的基礎上，提出了一種以標準邏輯單元為基礎構建的全光可編程邏輯陣列(CLUs-PLA)。主要研究成果包括以下內容：
　　(1)詳細介紹了標準邏輯單元(CLUs)的特點和性質，提出了完備的標準邏輯單元可作為組合邏輯函數一組基的概念，利用這組基即可實現任意組合邏輯功能。對可編程邏輯陣列各部分的結構和功能進行了詳細介紹，并分析得出目前光域實現可編程邏輯

3、陣列面臨的最主要問題是或陣列難以實現。針對這一問題，結合CLUs特性，提出了利用CLUs構成全光可編程邏輯陣列的方案(CLUs-PLA)。相對于傳統PLA，CLUs-PLA的輸入光路僅需單個無源DI即可實現，與陣列由標準邏輯單元陣列取代，通過直接耦合的方式即可實現或操作。因此，如何用簡單的方法高效地實現標準邏輯單元陣列成為實現CLUs-PLA的關鍵。
　　(2)結合SOA中的XGM效應，利用SOA級聯濾波器結構，對實現標準邏輯單元

4、展開了研究。詳細介紹了研究中所用的SOA理論模型，該模型考慮了載流子加熱和光譜燒孔兩種帶內效應，更適合處理高速信號。同時，對SOA級聯濾波器的結構進行了數值分析，理論驗證了利用該方法實現標準邏輯單元的可行性。在此基礎上，實驗驗證了40Gb/s兩輸入和三輸入全套標準邏輯單元，最大項單元可由最小項單元得到。隨后，對方案進行了擴展，通過SOA級聯的方式成功實現了40Gb/s四輸入全套標準邏輯單元。該方案具有強大的可重構性和串行擴展性，根據邏輯

5、表達式的不同變換式，即可采用不同的級聯方式對方案進行擴展。
　　(3)采用SOA-Sagnac環(huán)結構和SOA中XPM效應實現了全套標準邏輯單元。對SOA-Sagnac環(huán)結構進行了等效和數值模擬，證明了該方案實現標準邏輯單元的可能性；基于數值模擬，實驗驗證了20Gb/s標準邏輯單元A+B，A+B+C和-A-B，-A-B-C；在此基礎上，將信號速率提高到了42Gb/s，并結合輸入光路，實驗驗證了三輸入全套標準邏輯單元，這也是首次基于S

6、OA-Sagnac環(huán)結構實現了多輸入高速信號的邏輯操作。該方案工作于并行模式，最小項單元和最大項單元可以在環(huán)的不同輸出端口同時得到，并且只需在控制光端口直接接入新的信號即可實現多輸入邏輯單元。
　　(4)利用HNLF中FWM效應，實現了全套同步多輸入標準邏輯單元。基于分步傅里葉變換的方法，模擬了HNLF中40Gb/s三路RZ信號的同步多輸入與門，同時在九個閑頻光信道實現了兩輸入和三輸入的與邏輯單元，理論驗證了同步多輸入邏輯單元的可

7、行性。結合輸入光路，實驗實現了40Gb/s同步多輸入標準邏輯單元，分別在五個閑頻光信道實現了兩輸入和三輸入的全套標準邏輯單元?；趯嶒灲Y果，提出了利用同步多輸入標準邏輯單元構建擴展型CLUs-PLA，并對CLUs-PLA的計算容量進行了定義。針對三輸入的情況，擴展型CLUs-PLA的計算容量是標準型CLUs-PLA的2.3倍，且當所有閑頻光的波長都相互獨立時，擴展型CLUs-PLA的計算容量將達到標準型CLUs-PLA計算容量的3.6倍