Estudo numérico de geração de portas lógicas ópticas com interferômetro de Mach-Zehnder, amplificador óptico semicondutor e controle de polarização

Abstract

As portas lógicas totalmente ópticas com alta eficiência desempenham um papel essencial no processamento de sinais de grande largura de banda e redes ópticas. Seu estudo e desenvolvimento vem atraindo considerável interesse nos últimos anos. Neste seguimento, este trabalho apresenta um estudo analítico e numérico da obtenção de portas lógicas ópticas por meio de uma configuração de interferômetro de Mach-Zehnder (MZI), com um amplificador óptico semicondutor (Semiconductor Optical Amplifier - SOA), controlador de polarização (CP) e polarizador linear (PL) como elementos desbalanceadores do interferômetro. Utilizamos as propriedades não lineares do SOA combinadas ao controle de polarização em uma estrutura MZI, a fim de se obter portas lógicas ópticas. O SOA opera na região de saturação do ganho, induzindo ao efeito não linear de automodulação de fase (Self-Phase Modulation - SPM). Foram analisados três distintos cenários de potência de entrada no regime CW (Continuous Wave), cada qual com 4 subcenários, com diferentes configurações de ângulos de polarização do CP. Já para o regime pulsado, com modulação On-Off, estudamos 4 cenários, cada qual com uma corrente específica de injeção do SOA. Analisamos ambos os regimes por meio de simulação com o software Optisystem(cid:13)R. Para o regime CW, obtivemos como resultado, as portas lógicas: OR, AND e NOR para todos os cenários estudados, além da XNOR, no cenário 3. No regime pulsado, obtivemos as portas AND, OR e XOR, a uma taxa de 10 Gbits/s. A qualidade dessas portas lógicas é verificada através das figuras de mérito razão de extinção, fator de qualidade (Fator Q) e taxa de erro de bit (Bit Error Rate - BER). Importante salientar que a configuração esquemática utilizada nas simulações para a obtenção das portas lógicas AND, OR, NOR, XOR e XNOR é de implementação significativamente mais simples do que as descritas na literatura para a obtenção das mesmas portas. É possível desta forma, através deste trabalho, identificar a combinação ideal dos parâmetros de: potência de entrada, corrente de injeção do SOA e ângulo de polarização linear do sinal, aplicados a uma estrutura interferométrica, que melhor possibilitam a obtenção de portas lógicas. Os resultados aqui obtidos são utéis para a aplicação em circuitos lógicos ópticos que se dispõem a otimizar os atuais sistemas de comunicação ópticos. Palavras-chaves: Portas lógicas ópticas; Interferômetro de Mach-Zehnder; Amplificador óptico semicondutor; Controle de pol