my ¢= k ° Ë Ñ Ö « ×M ; c M m ù p § Á U Ø À X ØP } º ô p §ù p § T Ó Þ X ¢ 10 Gbit/s ¹ Å° Ë Ñ ¹ Å mM
_
@* å ?
∗· »< g Y @ · b 9 * å * > · T ) o · £% · »` 9 Ú
ô
Dz D G õ < Æl Õ ü t ½ ¨" é ¶, F g l Õ ü t ½ ¨G ' p' , " fÖ ¦ r 136-791 (2005¸ 7 Z 4 27{ 9 ~ à Î6 £ §)
F g í ß l ì ø Í ¸^ F g7 £ x; ¤ l \ l ì ø Í` ¦ é H 7 H o è [ þ t` ¦ s 6 x # % 6 £ § Ü ¼ Ð ] jî ß ÷ & ¦ { 9 7 £ x
÷
&% 3 . F g í ß l H RZ { 9 § 4 ñ[ þ t` ¦ s 6 x # 10 Gbit/s\ " f 1 l x ÷ &% 3 . F g í ß l _ SUM õ CARRY\ ¦ ½ ¨ & ³ l 0 AK " f 2> h_ F g XOR 7 H o è ü < 4> h_ F g NOR 7 H o è y y s
6 x ÷ &% 3 . SUMõ CARRY 1 l x r \ ½ ¨ & ³÷ &l M :ë H \ F g í ß l _ 1 l x : £ ¤$ í s 10 Gbit/s\
"
f $ í / B N& h Ü ¼ Ð 8 £ ¤& ñ ÷ &% 3 .
PACS numbers: 42
Keywords: F g íßl, F gXOR 7Hoè, F gNOR 7Hoè, ìø͸^F g7£x;¤l, Cross-gain modulation (XGM)
I. " e  ] Ø
þ
j H_ ; ¤µ 1 Ï& h ' Å Ã ºכ ¹_ 7 £ x Ð K @ /6 x| ¾ Ó _
F g: x x 9 F g& ñ Ð % o W 1à Ô0 >ß ¼\ ¦ ½ ¨» ¡ ¤ K ½ + É 9 כ ¹
$ í
s / å L5 Å q y @ /¿ º÷ & ¦ e . s Qô Ç כ ¹½ ¨ ½ Ó` ¦ ë ß 7 á ¤ r v
l 0 AK " f H F g W 1à Ô0 >ß ¼_ ½ ¨$ í s 9 Ã º& h s . & ³ F
_ F g: x É r 5 Å q ¸ ¾ Ó © x 9 & ñ Ð% o 6 x| ¾ Ó_ 7 £ x ÷ rë ß
m , ñ% o \ " f # Q t l 0 p x$ í ` ¦ כ ¹½ ¨ô Ç . & ³ F
F g: x _ ñ% o \ H { 9 ì ø Í& h Ü ¼ Ð é ß { 9 7 H o è
6 x ÷ & ¦ e . t ë ß é ß { 9 7 H o è ë ß Ü ¼ Ð H 7 £ x
H l 0 p x$ í õ ´ òÖ ¦$ í \ @ /ô Ç 6 ¤ ½ ¨\ ¦ Ø æ7 á ¤ r ~ ´ Ã º \ O l M : ë
H \ 3 l q& h l 0 p x` ¦ ° ú H F g 7 H o r Û ¼% 7 s כ ¹½ ¨ ) a .
#
Q t l 0 p x` ¦ ° ú H F g 7 H o r Û ¼% 7 _ \ V Ð H TO AD (terahertz optical asymmetric demultiplexer)\ ¦ s 6 x ô
Ç F g ì ø Íí ß l (all-optical half adder) [1], ì ø Í ¸^ F g 7
£
x; ¤ l (semiconductor optical amplifier: SOA)\ l ì ø Í
`
¦ é H 7 H o è [ þ t` ¦ s 6 xô Ç F g ì ø Íí ß l [2], Õ ªo ¦ TOAD\ ¦ s 6 xô Ç F g í ß l (all-optical full adder) [3] e . s ü @\ H ß ¼> · ú 9 \ O Ü ¼ 9 AND, OR, XOR, NOR 1 p x_ # Q t é ß { 9 7 H o è \ @ /K
"
fë ß ½ ¨ s À Ò# Q4 R M ® o . F g í ß l \ 6 x ÷ & H
F g XOR 7 H o è ü < F g NOR 7 H o è [ þ t É r Õ ª
^
ë ß Ü ¼ Ð ¸ J ( ¶ Û ¼0 Ag A (packet switching) [4], decision making ÷ rë ß m multiplexing, demultiplexing 1 p x õ
° ú
É r 8 A# Qè ß ½ ¨& h u e H Ù þ d è [ þ t s .
∗E-mail: [email protected]
þ
j H \ H TOAD\ ¦ s 6 xô Ç XOR [3], í ¦5 Å q q + þ A ç
ß [ O l (ultrafast nonlinear interferometer: UNI)\ ¦ s 6
xô Ç XOR [5], Sagnac Gate\ ¦ s 6 xô Ç XOR [6], Õ ªo
¦ IWC (interferometric wavelength converter)\ ¦ s 6 x ô
Ç XOR [7] 1 p x ´ ú § É r ½ ¨ õ [ þ t s µ 1 ϳ ð÷ &# Q M ® o . ô Ǽ #
F g NOR 7 H o è [ þ t É r SOA_ q + þ A s 1 p q(nonlinear gain) õ Ï ã J] X Ò ¦ o(refractive index change)\ ¦ s 6 x l
0 AK UNI\ ¦ s 6 xô Ç NOR [8], é ß { 9 © _ ¿ º * 3 á Ô
ñ Ð ½ ¨ & ³ ) a F g NOR [9], " f Ð É r ¿ º © _ * 3 á Ô
ñ\ ¦ s 6 xô Ç F g NOR [10], ¿ º> h_ ì ø Í ¸^ F g7 £ x; ¤ l \ ¦
# ½ ¨ & ³ ) a F g NOR [11], Õ ªo ¦ é ß { 9 SOA\ ¦ s 6
xô Ç ¦5 Å q NOR [12] Ð µ 1 Ï ÷ &# Q M ® o .
0 A\ " f / å L ) a TOAD\ ¦ s 6 xô Ç F g ì ø Íí ß l ü < F
g í ß l H 1 l x 5 Å q ¸ 1 Gb/s Ð Ö ¼o [1, 3]. Õ ª o
¦ Ù þ d ½ ¨$ í כ ¹ è F g$ 3 Ä » (optical fiber)s l M :ë H \ î
ß & ñ $ í s å Ô ¦ ½ ¨$ í s 4 ¤¸ ú 9 É r è ü < | 9 & h s
#
Q§ > . " f TOAD\ ¦ s 6 xô Ç F g í ß l H ¦| 9
&
h o x 9 ¦5 Å q o\ ¦ כ ¹½ ¨ H F g í ß r Û ¼% 7 \ & h 6 x ÷ &l
#
Q§ > . ì ø Í \ SOA\ l ì ø Í` ¦ é H F g 7 H o è [ þ t É r î ß
&
ñ & h s ¦ r Û ¼% 7 _ ½ © ¸ Ü ¼ 9 É r F g è ü <_
½ +
Ës 6 x s ½ + É ÷ rë ß m , ¼ # F g õ © _ Á º_ > r$ í s 0
p
x H [7] © & h [ þ t` ¦ ° ú ¦ e . ô Ç \ V Ð SOA\ l ì ø Í
`
¦ é H 7 H o è [ þ t` ¦ s 6 xô Ç F g ì ø Íí ß l H 10 Gbps \
"
f ½ ¨ & ³ ) a e [2]. " f : r 7 Hë H \ " f H SOA_
¦Ä »: £ ¤$ í s 1 p q í o (gain saturation) & ³ © ` ¦ s 6 x # 10 Gbps \ " f 1 l x ÷ & H F g í ß l % 6 £ § Ü ¼ Ð ½ ¨ & ³
) a .
-152-
Table 1. Truth table of full adder.
A B C SUM CARRY
0 0 0 0 0
0 0 1 1 0
0 1 0 1 0
0 1 1 0 1
1 0 0 1 0
1 0 1 0 1
1 1 0 0 1
1 1 1 1 1
F g í ß l \ ¦ ½ ¨$ í H Ù þ d & h F g 7 H o è [ þ t
É
r F g XOR 7 H o è ü < F g NOR 7 H o è [ þ t s .
t
F K t µ 1 ϳ ð ) a XOR 7 H o è [ þ t É r ¸¿ º 9 þ t| Ã Ì (clock) s
CW (continuous wave) ñ 1 p x_ Æ Ò& h ñ
9 כ ¹Ù þ ¡ . Õ ª Q : r 7 Hë H \ " f SOA_ XGM (cross- gain modulation) : £ ¤$ í ` ¦ s 6 x # ½ ¨ & ³ ) a XOR 7 H o è
H SOA_ { 9 § 4 ñ Aü < B ñ\ ë ß _ > r l M : ë
H \ Æ Ò& h ñ 9 כ ¹ \ O # Q é ß { 9 © \ " f 1 l x s
0 p x . ¢ ¸ô Ç é ß ô Ç > h_ SOA Ð ½ ¨ & ³ ) a F g NOR 7 H o
è H ½ ¨ ¸ ç ß é ß ¦ 1 l x 5 Å q ¸ 10 Gbps Ð Z } .
s
¿ º 7 á x À Ó_ 7 H o è \ ¦ s 6 x # : r 7 Hë H \ " f H [ j > h _ { 9 § 4 ñë ß Ü ¼ Ð 1 l x ÷ &l M :ë H \ Æ Ò& h F g " é ¶ s
9
כ ¹ \ O ¦ é ß { 9 © \ " f 1 l x s 0 p xô Ç F g í ß l
l > r_ ~ ½ ÓZ O citeR3õ ) É r D h Ðî r ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð 10 Gbps \ " f ½ ¨ & ³÷ &% 3 .
II. ¹ Å° Ë Ñ ¹ Å mM 8 ý Ò ÞX c l Ì ¦ RP
: r ½ ¨\ " f H SOA \ l ì ø Í` ¦ é H F g XOR õ NOR
7 H o è [ þ t` ¦ s 6 x # F g í ß l (all-optical full adder) % 6 £ § Ü ¼ Ð ½ ¨ & ³÷ &% 3 . Table 1 É r í ß l _
o ³ ð\ ¦ Ð# ï r . í ß l H { 9 § 4 ñ Ð A( 8K t H Ã
º), B( 8 H Ã º), C( Ï ? @ o \ " f_ o ` ¦a Ë >)_ 3 q à
Ô\ ¦ ~ Ã Î [ þ t # 3> h_ { 9 § 4 ñ_ ½ + Ë (SUM)õ À » o Ð
`
¦ ° ú o ` ¦a Ë >(CARRY)` ¦ y y 1 q à Ôm Ø ¦§ 4 ô Ç .
o ³ ð\ ´ ú Æ Ò# Q Ð F g í ß l H Fig. 1 õ ° ú s ß
¼> ¿ º t 1 l x Ü ¼ Ð ½ ¨Z > ÷ & H X < Õ ª_ 1 l x [ þ t × æ
H » ! l r` ¦ 0 Aô Ç SUMs ¦, É r H » ! l r` ¦ ½ + É M : o
à º ` ¦a Ë >` ¦ 0 Aô Ç CARRYs . Fig. 1 РÒ' F g
í ß l _ SUM É r SOA_ XGM : £ ¤$ í ` ¦ s 6 xô Ç 2> h_ F
g XOR 7 H o è citeR13\ _ K ½ ¨ & ³| ¨ c à º e . F g XOR 7 H o è _ 1 l x " é ¶ o H à Р¦ë H ³ 13\ " f © [ j
>
[ O " î ÷ &# Q e . Fig. 2 H F g í ß l _ SUM ½ ¨ & ³
Fig. 1. Basic structure of the full adder consisted of two XOR and four NOR logic gates.
Fig. 2. Scheme of all-optical SUM. (Please note that AB + AB = A ⊕ B.)
`
¦ 0 Aô Ç © [ jô Ç ½ ¨$ í ¸ s . $ A ñü < B ñ y y
¸ ñ (probe signal)ü < * 3 á Ô ñ (pump signal) Ð SOA-1 \ Å Ò{ 9 ÷ & Boolean AB % 3 # Q citeR13. ¢ ¸ B ñü < A ñ y y ¸ ñü < * 3 á Ô ñ Ð SOA- 2 \ Å Ò{ 9 ÷ & Boolean AB % 3 # Q . Õ ªo ¦ Fig. 2_ ý
a8 £ ¤ \ " f Ðs H כ õ ° ú s Ø ¦§ 4 ñ ABü < AB ½ + Ë 5
gt AB + AB, 7 £ ¤ A ⊕ B_ 7 H o ° ú כ` ¦ t H F g XOR 7 H o è _ 1 l x : £ ¤$ í s % 3 # Q . " f ¿ º > h_ { 9
§ 4 ñ Aü < B\ _ K é ß { 9 © Ü ¼ Ð 1 l x ÷ & H F g XOR-1 7 H o è ½ ¨ & ³ ) a . Õ ªo ¦ F g XOR-1 7 H o
è _ Ø ¦§ 4 ñ(AB + AB) H C ñü < < Êa XOR- 2_ ¿ º { 9 § 4 ñ Ð s 6 x ) a . 7 £ ¤, C ñü < AB + AB
ñ y y ¸ ñü < * 3 á Ô ñ Ð SOA-3\ Å Ò{ 9 ÷ & Boolean C(AB + AB) % 3 # Qt ¦, AB + AB ñü < C
ñ y y ¸ ñü < * 3 á Ô ñ Ð SOA-4\ Å Ò{ 9 ÷ & Boolean (AB + AB)C % 3 # Q . Õ ªo ¦ Fig. 2_ Ä º8 £ ¤
\
" f Ðs H כ õ ° ú s ¿ º > h_ Ø ¦§ 4 ñ C(AB + AB)ü <
(AB + AB)C s þ j7 á x& h Ü ¼ Ð ½ + Ë5 gt Table 1_ SUMõ
°
ú s A⊕B ⊕C_ 7 H o ° ú כ` ¦ ° ú H F g í ß l _ SUM
ñ % 3 # Q . Õ ª QÙ ¼ Ð F g í ß l _ SUM ñ
H 2 > h_ F g XOR 7 H o è \ _ K ½ ¨ & ³| ¨ c à º e .
ô
Ǽ # CARRY H SOA_ XGM : £ ¤$ í ` ¦ s 6 xô Ç 4> h_
F g NOR 7 H o è \ _ K ½ ¨ & ³ ) a . F g NOR 7 H o
è _ 1 l x " é ¶ o H à Р¦ë H ³ 12\ " f © [ j > [ O " î
÷
&# Q e . Fig. 3 É r CARRY\ ¦ ½ ¨ & ³ l 0 Aô Ç l : r ½ ¨
Fig. 3. Scheme of all-optical CARRY.
Fig. 4. Experimental setup of all-optical full adder: (a) setup for signal generation (b) experimental setup for all-optical SUM and CARRY.
$ í
¸s . Aü < B ñ ½ + Ë5 g A+B ñü < clock
ñ y y * 3 á Ô ñü < ¸ ñ Ð SOA-5\ Å Ò{ 9 ÷ & A+B ñ_ NOR ° ú כ Boolean A + B % 3 # Q .
1
l x{ 9 ô Ç ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð Bü < C ñ_ ½ + Ëõ clock ñ y y
SOA-6 Ð Å Ò{ 9 ÷ &# Q Boolean B + C % 3 # Qt ¦, Cü <
A ñ_ ½ + Ëõ clock ñ y y SOA-7Ü ¼ Ð Å Ò{ 9 ÷ &# Q Boolean C + A % 3 # Q . 6 £ § É r SOA-5, SOA-6, Õ ª o
¦ SOA-7Ü ¼ РÒ' % 3 # Q Ø ¦§ 4 ñ[ þ t s ½ + Ë5 g ñ ü
< clock ñ y y * 3 á Ô ñü < ¸ ñ Ð SOA-8 Ð Å
Ò{ 9 ÷ & A + B + B + C + C + A_ NOR 7 H o ° ú כ Boolean AB + BC + CA % 3 # Q . " f Table 1\ e
H CARRY_ o ° ú כõ ° ú É r í ß l _ CARRY
ñ % 3 # Q . Õ ª QÙ ¼ Ð F g í ß l _ CARRY
ñ H 4 > h_ F g NOR 7 H o è \ ¦ ¸½ + Ë # ½ ¨ & ³| ¨ c à º e
.
III. ÷ m Ç] M ö õ m Í À X Ø8 ý
Fig. 4 H F g í ß l \ ¦ ½ ¨ & ³ l 0 Aô Ç z ´+ « > © u
¸s . $ ¸× ¼ ^ F g$ 3 Ä » a AY Us $ (mode-locked fiber ring laser) ü < ` O Û ¼ Ò q t$ í l (pulse generator)\ ¦ s
Fig. 5. Combination of input signals.
6
x # 400 ps (2.5 GHz)_ Å Òl \ ¦ ° ú H ` O Û ¼ ñ
ë
ß [ þ t # Q& . # l " f ¸× ¼ ^ F g$ 3 Ä » a AY Us $ H íé ß
` O
Û ¼(ultrashort pulse) ñ\ ¦ ë ß [ þ t l 0 AK 6 x ÷ &% 3 .
s
M : Ò q t$ í ) a ` O Û ¼_ ; ¤ É r 30 ps & ñ ¸% i Ü ¼ 9 1 l x © É r 1550 nm% i . s X O > ë ß [ þ t # Q ` O Û ¼ ñ H 50 : 50 F g
$
3 Ä » ½ + Ël (fiber coupler)\ " f ì r o ) a Ê ê, ô Ç A á ¤ F g$ 3 Ä
»\ ¦ ' H ` O Û ¼ ñ H 100 ps ë ß p u r ç ß t (delay)
÷
&% 3 . Õ ªo ¦ r ç ß t s Å Ò# Q ñü < Õ ªX O t · ú § É r
ñ ° ú s ½ + ËK 4 R" f 1100 J ` ¦ t H 10 Gb/s_ A
ñ ë ß [ þ t # Q& .
ô
Ǽ # 1100 J ` ¦ t H A ñ 100 ps ë ß p u r ç ß t
÷ &# Q 0110 J ` ¦ t H B ü < C ñ ë ß [ þ t # Q&
. Õ ªo ¦ 9 þ t| Ã Ì(CLOCK) ñ H 1100 J ` ¦ ° ú H A
ñü < A ñ 200 ps ë ß p u t ÷ &# Q ë ß [ þ t # Q D h Ð î
r 0011 ñ J s F g$ 3 Ä » ½ + Ël \ " f ½ + Ë5 gf Ü ¼ Ð" f 1111_ J Ü ¼ Ð ë ß [ þ t # Q & .
` O
Û ¼_ ß ¼l ü < ñ_ 5 Å q ¸\ ¦ ¦ 9 # : r õ ` O Û ¼ _ Ã º H ñ_ ô Ç Å Òl 5 Å q \ 4> h Ð ] jô Ç ) a . ¢ ¸ô Ç F g
í ß l _ SUMõ CARRY H A, B, C [ j ñ\ ¦ ½ + ËÙ þ ¡
`
¦ M : ½ + Ë(A+B+C)\ e H 1_ > hà º\ _ > rô Ç . Table 1 РÒ' SUM ñ_ â Ä º, A, B, C ñ[ þ t_ ½ + Ë\ e
H 1_ > hà º f . Ë Ã º (1, 3) { 9 M : H Ø ¦§ 4 ° ú כs 7 H o 1s ¦,
à º (0, 2) { 9 M : H Ø ¦§ 4 ° ú כs 7 H o 0` ¦ . Õ ªo ¦ CARRY ñ_ â Ä º, [ j ñ[ þ t_ ½ + Ë\ e H 1_ > hà º
2 ¢ ¸ H 3{ 9 M : Ø ¦§ 4 ° ú כs 7 H o 1s ¦, 0 ¢ ¸ H 1{ 9 M : Ø
¦§ 4 ° ú כs 7 H o 0s ) a . " f s Qô Ç ½ + Ës ¸¿ º Ð
÷
& ¸2 ¤ à º_ ¸½ + Ë` ¦ ¦ 9 # { 9 § 4 ñ[ þ t s ë ß [ þ t # Q&
. { 9 § 4 ñ_ ¸½ + Ë É r Fig. 5 ü < ° ú . s ü < ° ú É r ñ
Fig. 6. Performance of all-optical SUM at 10 Gbit/s.
6 x ÷ &% 3 ` ¦ M : ½ + Ë_ ¸½ + Ë É r 1 s 0> h{ 9 M :, 1s 1> h{ 9 M :, 1 s 2> h{ 9 M :, Õ ªo ¦ 1s 3> h{ 9 M :\ ¦ ¸¿ º ë ß 7 á ¤ô Ç .
F g í ß l \ " f SUM_ % i ½ + É` ¦ H F g XOR 7 H o
è H 6 £ § õ ° ú É r ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð ½ ¨ & ³÷ &% 3 . SOA-1\
"
f H A ñ ¸ ñs ¦ B ñ * 3 á Ô ñ_ % i
½ +
É` ¦ 9, SOA-2\ " f H A ñ * 3 á Ô ñs ¦ B
ñ ¸ ñ_ % i ½ + É` ¦ ô Ç . $ SOA-1\ " f Boolean AB ë ß [ þ t # Qt ¦ SOA-2\ " f Boolean AB ë ß [ þ t # Q Ê
ê ¿ º ñ 8K 4 R" f AB + AB % 3 # Q citeR13.
6 £ § É r XOR-1_ Ø ¦§ 4 ñü < C ñ y y * 3 á Ô
ñü < ¸ ñ Ð 6 x ÷ &# Q SOA-3Ü ¼ Ð Å Ò{ 9 ) a . ¢ ¸ô Ç XOR-1 \ " f ¸ H Ø ¦§ 4 ñü < C ñ H y y ¸
ñ x 9 * 3 á Ô ñ Ð 6 x ÷ &# Q SOA-4 Ð Å Ò{ 9 ) a . Õ ª õ SOA-3 \ " f Boolean C(AB + AB) % 3 # Qt ¦ SOA-4\
"
f C(AB +AB) % 3 # Q . s X O > % 3 # Q y y _ Ø ¦§ 4
ñ H " f Ð 8K 4 R" f (A ⊕ B)C +(A⊕B)C = A⊕B⊕C
ñ % 3 # Q . s SUM ñ H 20 Gb/s_ F g Ø ¦ l (photodetector) \ ) a 20 Gb/s_ ¸z ´ ÐÛ ¼ ïá Ô (os- cilloscope)\ ¦ s 6 x # 8 £ ¤& ñ ÷ &% 3 . Fig. 6 É r XOR-1 õ XOR-2\ ¦ s 6 x # ë ß H AB + AB ü < SUM ñ[ þ t s .
Fig. 6 \ " f Ð H ü < ° ú s 1100_ J ` ¦ t H A
ñü < 0110 J ` ¦ t H B ñ, Õ ªo ¦ 0110 J ` ¦
t H C ñ SUM ½ ¨ & ³l (Fig. 4(b))\ Å Ò{ 9 ÷ &% 3 ` ¦ M
: 1100_ J ` ¦ t H Ø ¦§ 4 ñ, 7 £ ¤ SUM s 8 £ ¤& ñ ÷ &% 3
. Ø ¦§ 4 ñ\ " fü < ° ú s { 9 § 4 ñ_ ½ + Ë\ " f 1_ > hà º
1 õ 3, 7 £ ¤ f . Ë Ã º{ 9 M : Ø ¦§ 4 ñ H 7 H o 1` ¦ t 9, { 9 § 4
ñ_ ½ + Ë\ " f 1_ > hà º 0õ 2, 7 £ ¤ à º{ 9 M : Ø ¦§ 4 ñ
H 7 H o 0` ¦ . s ü < ° ú É r õ H Table 1_ SUM õ
{ 9 u Ù ¼ Ð F g í ß l _ SUM 1 l x : £ ¤$ í s z ´+ « >
&
h Ü ¼ Ð { 9 7 £ x ÷ &% 3 .
6 £ § É r F g í ß l \ " f CARRY_ % i ½ + É` ¦ H F
g NOR 7 H o è _ ½ ¨ & ³ ~ ½ ÓZ O s © [ j > l Õ ü t ) a .
Fig. 7. Performance of all-optical CARRY at 10 Gbit/s.
Fig. 8. Performance of all-optical full adder at 10 Gbit/s.
$ Fig. 4(a)\ " f 1100 J _ A ñ 1 : 2 F g ì
r o l \ ¦ s 6 x K " f ¾ º# Q 6 £ § ô Ç A á ¤ F g$ 3 Ä »\ ¦ '
H A ñ 200 ps ë ß p u t (delay) ) a Ê ê t ÷ &
t
· ú § ¦ É r A á ¤ F g$ 3 Ä »\ ¦ t : r A ñü < r ½ + Ë5 g f
Ü ¼ Ð" f 1111 J _ 9 þ t| Ã Ì ñ ë ß [ þ t # Q & . Aü <
B ½ + ËK ñ A+B H * 3 á Ô ñ Ð 6 x ÷ & ¦, 9 þ t
|
Ã Ì ñ H ¸ ñ Ð s 6 x ÷ &# Q SOA-5\ Å Ò{ 9 ÷ &% 3 .
SOA-5 \ " f Ø ¦§ 4 ÷ & H ñ H A ü < B_ NOR, 7 £ ¤ A + B s
citeR12. Õ ªo ¦ Bü < C ½ + ËK ñ B+Cü < 9 þ t
|
Ã Ì ñ y y * 3 á Ô ñü < ¸ ñ Ð s 6 x ÷ &# Q SOA- 6 Ü ¼ Ð Å Ò{ 9 ÷ &% 3 . s M : SOA-6\ " f Ø ¦§ 4 ÷ & H ñ H B ü
< C_ NOR, 7 £ ¤ B + C s . t } Ü ¼ Ð Cü < A ½ + ËK
ñ C+Aü < 9 þ t| Ã Ì ñ y y * 3 á Ô ñü < ¸
ñ Ð 6 x ÷ &# Q SOA-7 Ð Å Ò{ 9 ÷ &% 3 ` ¦ M : Ø ¦§ 4 ÷ & H ñ
H C ü < A_ NOR, 7 £ ¤ C + A s . 6 £ § É r SOA-5, SOA- 6, SOA-7 \ " f Ø ¦§ 4 ÷ & H ñ[ þ t s ¸¿ º ½ + ËK 6 £ § * 3 á
Ô ñ Ð 6 x ÷ &# Q ¸ ñ 9 þ t| Ã Ì ñü < < Êa SOA- 8 Ð Å Ò{ 9 ÷ &% 3 . Õ ª õ SOA-8\ " f Ø ¦§ 4 ÷ & H ñ H A + B + B + C + C + A_ NOR ° ú כ AB + BC + CA, 7
£
¤ F g í ß l _ CARRY s . Fig. 4(b)\ " f ¿ º > h
_ ñ[ þ t s ½ + Ë5 gt l \ s 6 x ) a delay line[ þ t É r ¿ º
ñ[ þ t_ F g â Ð & ñ S X > { 9 u t · ú §l M :ë H \ F g â
Ð\ ¦ { 9 u r v l 0 AK 6 x ÷ &% 3 .
ô
Ǽ # Boolean AB + BC + CA_ 7 H o d s é ß í H o÷ &
Boolean (A+B)(B+C)(C+A) ÷ &l M :ë H \ 3> h_ OR 7 H o è ü < 1> h_ AND 7 H o è \ ¦ s 6 x H â Ä º
\
¸ CARRY ½ ¨ & ³| ¨ c à º e . Õ ª Q SOA_ XGM :
£
¤$ í ` ¦ s 6 x # 10 Gbps\ " f 1 l x ÷ & H AND 7 H o è
H 2 > h_ SOA Ð ½ ¨$ í ÷ & ¦, þ j H \ µ 1 ϳ ð ) a 10 Gbps OR
7 H o è H 1 > h_ SOA Ð ½ ¨$ í ) a [14,15]. " f 4> h _
NOR 7 H o è \ ¦ s 6 x # ½ ¨ & ³ ) a CARRY 3> h_ OR õ 1> h_ AND 7 H o è \ ¦ s 6 x H â Ä º Ð 9 כ ¹ ô
Ç SOA ô Ç > h l M :ë H \ q 6 x(cost)` ¦ ¦ 9½ + É M : Ä » o
¦ ½ ¨ ¸ ç ß é ß K t H © & h s e .
Fig. 7 É r 1100_ J ` ¦ t H A ñü < 0110 J
`
¦ t H B ñ, Õ ªo ¦ 0110 J ` ¦ t H C ñ
CARRY ½ ¨ & ³l (Fig. 4(b))\ Å Ò{ 9 ÷ &% 3 ` ¦ M : 8 £ ¤& ñ ) a 0110_ J ` ¦ t H Ø ¦§ 4 ñ, 7 £ ¤ CARRY\ ¦ Ð# ï r
. Fig. 7 ÐÂ Ò' { 9 § 4 ñ_ ½ + Ë (A+B+C)\ " f 1_ > h Ã
º 2 ¢ ¸ H 3, 7 £ ¤ 2 s © { 9 M : Ø ¦§ 4 ñ H 7 H o 1` ¦ t 9, { 9 § 4 ñ_ ½ + Ë\ " f 1_ > hà º 0 ¢ ¸ H 1, 7 £ ¤ 2 p ë ß { 9 M
: Ø ¦§ 4 ñ 7 H o 0` ¦ ° ú H כ ` ¦ · ú à º e . s ü < ° ú
É
r õ H Table 1 \ " f CARRY_ o ° ú כõ { 9 u Ù ¼ Ð
F g í ß l _ CARRY 1 l x : £ ¤$ í s z ´+ « >& h Ü ¼ Ð { 9 7 £ x
÷ &% 3 . Fig. 8 É r 10 Gbit/s \ " f 1 l x r \ ½ ¨ & ³ ) a F g
í ß l _ { 9 § 4 ñ A, B, Cü < Ø ¦§ 4 ñ SUMõ CARRY s
. F g í ß l \ " f 8 £ ¤& ñ ) a SUM õ CARRY_ 7 H o
° ú כ É r ¸¿ º F g í ß l _ o ³ ð Table 1õ { 9 u ô
Ç . " f 2> h_ XOR 7 H o è SUMÜ ¼ Ð 1 l x ÷ &
¦, 4> h_ F g NOR 7 H o è CARRY Ð 1 l x | ¨ c à º e
6 £ § s z ´+ « >& h Ü ¼ Ð 7 £ xH d Ü ¼ Ð" f 10 Gbit/s Ð 1 l x ÷ & H
F g í ß l SOA_ XGM : £ ¤$ í ` ¦ s 6 x # % 6 £ § Ü ¼
Ð ½ ¨ & ³÷ &% 3 .
IV. + s Ç Â ] Ø
: r 7 Hë H \ " f H % 6 £ § Ü ¼ Ð ì ø Í ¸^ F g7 £ x; ¤ l (SOA)\ ¦ s
6 xô Ç F g í ß l ½ ¨ & ³÷ &% 3 . F g í ß l _
1 l x 5 Å q ¸ H 10 Gbit/s% i Ü ¼ 9 ` O Û ¼ ñ H RZ + þ A d
(format)Ü ¼ Ð ½ ¨ & ³÷ &% 3 . SUMõ CARRY\ ¦ ½ ¨ & ³ l
0 AK " f 2> h_ F g XOR 7 H o è ü < 4> h_ F g NOR
7 H o è y y s 6 x ÷ &% 3 . F g XOR õ NOR 7 H o è
_ 1 l x : £ ¤$ í ` ¦ % 3 l 0 AK " f SOA_ s 1 p q í o & ³ © s s
6 x ÷ &% 3 . F g í ß l _ SUMõ CARRY 1 l x r \
½
¨ & ³÷ &# Q F g í ß l z ´ & ³÷ &% 3 l M :ë H \ s \ ¦ 6 £ x 6
x½ + É Ã º e H 4 ¤¸ ú ô Ç í ß x 9 ñ% o à º' s 0 p x .
s
ü < ° ú É r õ H F g á Ô Ð[ j" fü < ° ú É r è x 9 Â Ò¾ ¡ § 1 p x _ l 0 p x ¾ Ó © ` ¦ 4 R` ¦ כ Ü ¼ Ð l @ / ) a .
Y c
p w à U Ø ô
[1] A. J. Poustie, K. J. Blow, A. E. Kelly and R. J.
Manning, Opt. Commun. 156, 22 (1998).
[2] J. H. Kim, Y. T. Byun, Y. M. Jhon, S. Lee, D. H.
Woo and S. H. Kim, Opt. Commun. 218, 345 (2003).
[3] A. J. Poustie, K. J. Blow, A. E. Kelly and R. J.
Manning, Opt. Commun. 168, 89 (1999).
[4] T. Fjelde, A. Kloch, D. Wolfson, B. Dagens, A. Co- quelin, I. Guillemot, F. Gaborit, F. Poingt and M.
Renaud, IEEE Photonics Tech. Lett. 13, 750 (2001).
[5] C. Bintjas, M. Kalyvas, G. Theophilopoulos, T.
Stathopoulos, H. Avramopoulos, L. Occhi, L.
Schares, G. Guekos, S. Hansmann and R. Dall’Ara, IEEE Photonics Tech. Lett. 12, 834 (2000).
[6] T. Houbavlis, K. Zoiros, A. Hatziefremidis, H.
Avramopoulos, L. Occhi, G. Guekos, S. Hansmann, H. Burkhard and R. Dall’Ara, Electron. Lett. 35, 1650 (1999).
[7] T. Fjelde, D. Wolfson, A. Kloch, B. Dagens, A. Co- quelin, I. Guillemot, F. Gaborit, F. Poingt and M.
Renaud, Electron. Lett. 36, 1863 (2000).
[8] N. S. Patel, K. L. Hall and K. A. Rauschenbach, Opt. Lett. 21, 1466 (1996).
[9] A. Sharaiha, H. W. Li, F. Marchese and J. Le Bihan, Electron. Lett. 33, 323 (1997).
[10] Young Tae Byun, Sang Hyuck Kim, Dong Hwan Kim, Deok Ha Woo and Sun Ho Kim, SAEMULLI 40, 560 (2000).
[11] A. Hamie, A. Sharaiha, M. Guegan and B. Pucel, IEEE Photonics Tech. Lett. 14, 1439 (2002).
[12] Young Tae Byun, Jae Hun Kim, Young Min Jhon, Seok Lee, Deok Ha Woo and Sun Ho Kim, in Pro- ceedings of CLEO/Europe-EQEC Conference (ICM Munich, 2003), p. CJ3M.
[13] J. H. Kim, Y. M. Jhon, Y. T. Byun, S. Lee, D. H.
Woo and S. H. Kim, IEEE Photonics Tech. Lett. 14,
1436 (2002).
[14] Jae Hun Kim, Byung Chae Kim, Young Tae Byun, Young Min Jhon, Seok Lee, Deok Ha Woo and Sun Ho Kim, Jpn. J. Appl. Phys. 43, 608 (2004).
[15] Young Tae Byun, Kyoung Sun Choi, Young Min
Jhon, Deok Ha Woo, Seok Lee, Sun Ho Kim and Jin Woo Park, in Proceedings of CLEO/Europe-EQEC Conference (ICM Munich, 2005), p. CI-4-5-MON.
10-Gbit/s All-Optical Full Adder with Semiconductor Optical Amplifier Based Logic Gates
Young Tae Byun,
∗Jae Hun Kim, Young Min Jhon, Seok Lee, Deok Ha Woo and Sun Ho Kim Photonics Research Center, Korea Institute of Science and Technolog, Seoul 136-791
(Received 27 July 2005)
An all-optical full adder was proposed and demonstrated for the first time by using semiconductor optical-amplifier-based logic gates. The all-optical full adder was opterated at 10 Gbit/s by using RZ input signals. Two all-optical XOR and four all-optical NOR gates were utilized to realize SUM and CARRY of the all-optical full adder, respectively. Since SUM and CARRY were simultaneously realized, the operation characteristics of the all-optical full adder were successfully measured at 10 Gbit/s.
PACS numbers: 42
Keywords: All-optical full adder, All-optical XOR logic gate, All-optical NOR logic gate, Semiconductor optical amplifier (SOA), Cross-gain modulation (XGM)
∗E-mail: [email protected]
