All-Optical Phase Memory Circuit Based on Two Coupled Lasers and External Optical Injection

计算机科学 半导体激光器理论 双稳态 激光器 电子线路 光子学 光开关 光学双稳态 电气元件 实现(概率) 光电子学 物理 电子工程 光学 非线性光学 工程类 统计 量子力学 数学
作者
Tuomo von Lerber,Vladimir S. Lyubopytov,Lauri Ylinen,Matti Lassas,Franko Küppers
出处
期刊:IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics [IEEE Photonics Society]
卷期号:29 (2: Optical Computing): 1-11 被引量:1
标识
DOI:10.1109/jstqe.2023.3239167
摘要

We propose a volatile static all-optical memory capable of storing phase information of a slowly-varying electric field. The scheme and its realization (a memory circuit) are based on two mutually coupled lasers subject to external optical injection. The proposed circuit has a single optical input for write and hold operations and two opposite-sign outputs for reading the memory. The proposed circuit operates with a single wavelength of light, a single direction of propagation, and without a need to switch the state of polarization. We prove mathematically that the proposed arrangement has equilibrium points that may discreetly quantify and store the phase in a bistable manner. The circuit is studied numerically for solid-state and semiconductor lasers with zero and non-zero linewidth enhancement factors, respectively. Simulations based on a rate equation system confirm the essential findings. Using typical parameters of a semiconductor laser and optimizing for a possibly wide range of operation, the write-read operations were simulated using PRBS-9 at the rate of 1 Gb/s with negligible errors. The proposed circuit will enable integrated memory implementations for future all-optical signal processing and computing systems.
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