All-Optical Flip-Flops Based on Semiconductor Technologies

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All-optical routing functionalities

Doutoramento em Engenharia EletrotécnicaAll-optical solutions for switching and routing packet-based traffic are crucial for realizing a truly transparent network. To meet the increasing requirements for higher bandwidth, such optical packet switched networks may require the implementation of digital functions in the physical layer. This scenario stimulated us to research and develop innovative high-speed all-optical storage memories, focusing mainly on bistables whose state switching is triggered by a pulsed clock signal. In clocked devices, a synchronization signal is responsible for controlling the enabling of the bistable. This thesis also presents novel solutions to implement optical logic gates, which are basic building blocks of any processing system and a fundamental element for the development of complex processing functionalities. Most of the proposed schemes developed in this work are based on SOA-MZI structures due to their inherent characteristics such as, high extinction ratio, high operation speed, high integration capability and compactness. We addressed the experimental implementation of an all-optical packet routing scheme, with contention resolution capability, using interconnected SOAMZIs. The impact on the system performance of the reminiscent power of the blocked packets, from the non ideal switching performed by the SOA-MZIs, was also assessed.As soluções totalmente óticas para a comutação e encaminhamento de pacotes de tráfego são cruciais para a realização de uma rede verdadeiramente transparente. Para atender às exigências crescentes de maior largura de banda, tais redes de comutação de pacotes óticos exigem a implementação de funções digitais na camada física. Este cenário estimulou-nos a investigar e a desenvolver memórias totalmente óticas, focando-nos principalmente na implementação de flip-flops óticos síncronos, cujo estado de comutação é accionado por um sinal de relógio. Esta tese também apresenta novas soluções para implementar portas lógicas óticas, visto estas serem um elemento fundamental para o desenvolvimento de funcionalidades complexas de processamento. A maioria dos esquemas propostos neste trabalho são baseados em estruturas interferométricas activas Mach-Zehnder (SOA-MZI) devido às suas características intrínsecas, nomeadamente, razão de extinção elevada bem como elevada capacidade de integração. A implementação experimental de um sistema de encaminhamento de pacotes totalmente ótico foi realizada usando cascatas de SOA-MZIs. O impacto da potência residual, devido à comutação não ideal dos SOA-MZIs, foi também analisado