All-optical logic circuits based on the polarization properties of non-degenerate four-wave mixing

This thesis investigates a new class of all-optical logic circuits that are based on the polarization properties of non-degenerate Four-Wave Mixing. Such circuits would be used in conjunction with a data modulation format where the information is coded on the states of polarization of the electric field. Schemes to perform multiple triple-product logic functions are discussed and it is shown that higher-level Boolean operations involving several bits can be implemented without resorting to the standard 2-input gates that are based on some form of switching. Instead, an entire hierarchy of more complex Boolean functions can be derived based on the selection rules of multi-photon scattering processes that can form a new class of primitive building blocks for digital circuits. Possible applications of these circuits could involve some front-end signal processing to be performed all-optically in shared computer back-planes. As a simple illustration of this idea, a circuit performing error correction on a (3,1) Hamming Code is demonstrated. Error-free performance (Bit Error Rate of < 10^-9) at 2.5 Gbit/s is achieved after single-error correction on the Hamming word with 50 percent errors. The bit-rate is only limited by the bandwidth of available resources. Since Four-Wave Mixing is an ultrafast nonlinearity, these circuits offer the potential of computing at several terabits per second. Furthermore, it is shown that several Boolean functions can be performed in parallel in the same set of devices using different multi-photon scattering processes. The main objective of this thesis is to motivate a new paradigm of thought in digital circuit design. Challenges pertaining to the feasibility of these ideas are discusse

Photonic logic-gates: boosting all-optical header processing in future packet-switched networks

Las redes ópticas de paquetes se han convertido en los últimos años en uno de los temas de vanguardia en el campo de las tecnologías de comunicaciones. El procesado de cabeceras es una de las funciones más importantes que se llevan a cabo en nodos intermedios, donde un paquete debe ser encaminado a su destino correspondiente. El uso de tecnología completamente óptica para las funciones de encaminamiento y reconocimiento de cabeceras reduce el retardo de procesado respecto al procesado eléctrico, disminuyendo de ese modo la latencia en el enlace de comunicaciones. Existen diferentes métodos de procesado de datos para implementar el reconocimiento de cabeceras. El objetivo de este trabajo es la propuesta de una nueva arquitectura para el procesado de cabeceras basado en el uso de puertas lógicas completamente ópticas. Estas arquitecturas tienen como elemento clave el interferómetro Mach-Zehnder basado en el amplificador óptico de semiconductor (SOA-MZI), y utilizan el efecto no lineal de modulación cruzada de fase (XPM) en los SOAs para realizar dicha funcionalidad. La estructura SOA-MZI con XPM es una de las alternativas más atractivas debido a las numerosas ventajas que presenta, como por ejemplo los requisitos de baja energía para las señales de entrada, su diseño compacto, una elevada relación de extinción (ER), regeneración de la señal y el bajo nivel de chirp que introducen. Este trabajo se ha centrado en la implementación de la funcionalidad lógica XOR. Mediante esta función se pueden realizar diversas funcionalidades en las redes ópticas. Se proponen dos esquemas para el reconocimiento de cabeceras basados en el uso de la puerta XOR. El primer esquema utiliza puertas en cascada. El segundo esquema presenta una arquitectura muy escalable, y se basa en el uso de un bucle de realimentación implementado a la salida de la puerta. Asimismo, también se presentan algunas aplicaciones del procesado de cabeceras para el encaminamiento de paquetes basadas en el uso dMartínez Canet, JM. (2006). Photonic logic-gates: boosting all-optical header processing in future packet-switched networks [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/1874Palanci

ALL-OPTICAL FREQUENCY ENCODED DIBIT-BASED PARITY GENERATOR USING REFLECTIVE SEMICONDUCTOR OPTICAL AMPLIFIER WITH SIMULATIVE VERIFICATION

High-speed signal computation and communication are an essential part of modern communication that increases optical necessity. Therefore, researchers developed different types of digital devices in the all-optical domain. Due to the versatile gain medium of reflective semiconductor optical amplifiers (RSOAs), it has various important applications in passive optical networks. In comparison with semiconductor optical amplifier (SOA), RSOAs exhibit better gain performance because of their double pass property. Therefore, RSOA shows better switching properties. In this communication, co-propagation scheme of RSOA is used to design and analyze a frequency encoded dibit-based parity generator. Taking the advantages of RSOA like high switching speed, low noise, high gain, and low power consumption, the proposed design achieves these qualities. This design simulated in MATLAB and simulated outputs accurately verify the truth table