Temporal analog optical computing using an on-chip fully reconfigurable photonic signal processor

Abstract

This paper introduces the concept of on-chip temporal optical computing, based on dispersive Fourier transform and suitably designed modulation module, to perform mathematical operations of interest, such as differentiation, integration, or convolution in time domain. The desired mathematical operation is performed as signal propagates through a fully reconfigurable on-chip photonic signal processor. Although a few number of photonic temporal signal processors have been introduced recently, they are usually bulky or they suffer from limited reconfigurability which is of great importance to implement large-scale general-purpose photonic signal processors. To address these limitations, this paper demonstrates a fully reconfigurable photonic integrated signal processing system. As the key point, the reconfigurability is achieved by taking advantages of dispersive Fourier transformation, linearly chirp modulation using four wave mixing, and applying the desired arbitrary transfer function through a cascaded Mach-Zehnder modulator and phase modulator. Our demonstration reveals an operation time of 200 ps with high resolution of 300 f s. To have an on-chip photonic signal processor, a broadband photonic crystal waveguide with an extremely large group-velocity dispersion of 2.81 × 10 6 ps 2 km is utilized. Numerical simulations of the proposed structure reveal a great potential for chip-scale fully reconfigurable all-optical signal processing through a bandwidth of 400 GHz.

Silicon-based optoelectronics for general-purpose matrix computation: a review

“…68 Figure 7(d) is a potentially 400-GHz bandwidth temporal MAC operation operated by a hydex spiral waveguide with linear group dispersion; with a dispersive photonic waveguide, temporal CONV can be realized with 200-ps operating time and 300-fs resolution. 69 3 Discussions and Perspectives…”

Przestrzenna modulacja fazy jako nastawny mechanizm transferu informacji między światłem, a pamięcią kwantową

“…Rysunek 5.1: Istniej ące schematy obrazowania w domenie czasowej scharakteryzowane przez rozdzielczość spektraln ą δ ω oraz dostępne pasmo pomiarowe B = 1/δ t . Wiele implementacji bazuj ących na ciele stałym (EOM -modulator elektrooptyczny [107,[125][126][127], FWM -mieszanie czterech fal [106,128], SFGgeneracja sumy częstości [102,129], XPM -skrośna modulacja fazy [130]) jest dobrze dopasowanych do impulsów piko-a nawet femtosekundowych o szerokim widmie, osi ągaj ąc rozdzielczość nie lepsz ą ni ż 1 GHz z ilości ą niezale żnych punktów pomiarowychB/δ ω na poziomie 2π • 2000. Nasz system (GEM & SSM) osi ąga rozdzielczość δ ω ∼ 2π × 20 KHz, czyli 6 rzędów wielkości lepsz ą, przy wci ą ż dobrym B/δ ω .…”

“…Odpowiada to liniowej w czasie zmianie częstości nośnej ω(t) = ω 0 + αt, gdzie α = −ω 0 / f t . Mo żna tego dokonać w łatwy sposób, u żywaj ąc modulatora akusto lub elektrooptycznego [107,[125][126][127]. Z perspektywy oddziaływania atomów ze światłem (równanie 2.6), zakładaj ąc że αt ∆ w trakcie trwania całego impulsu, istotne jest jedynie odstrojenie dwufotonowe δ. Sprawia to, że soczewka czasowa mo że zostać zrealizowana równie ż bezpośrednio w trakcie zapisu w pamięci GEM.…”

Performance Analysis and Evaluation of Ternary Optical Computer Based on a Queueing System With Synchronous Multi-Vacations

“…For instance, Zangeneh-Nejad et al designed a reconfigurable and highly miniaturized differentiator to perform analog optical differentiation by using a halfwavelength plasmonic graphene film [1]. Babashah et al proposed a fully reconfigurable on-chip photonic signal processor with a bandwidth of 400 GHz based on dispersive Fourier transform to perform differentiation, integration and convolution in the time domain [2]. Yue et al proposed an optical computation framework to remove non-uniform blur caused by camera shaking by using…”