X All-optical flip-flops based on semiconductor technologies

All-optical lip-lops based on semiconductor technologies

371

 

noise figure, followed by a VOA, a BPF and a photo-receiver, whose input power is kept 

constant (by means of the VOA) at -16.7dBm in order to avoid thermal noise. As shown in  

Right:, making a comparison with the back-to-back case, the maximum penalty at BER=10

-9

 

is  about  1dB,  making  the  switch  driven  by  the  ultra-fast  all-optical  flip-flop  suitable  for 

cascaded schemes. 

 

-10

-9

-8

-7

-6

-5

-4

-38

-37

-36

-35

-34

-33

-32

-31

B to B

OUT 1 CROSS

OUT 1 BAR

received power (dBm)

Lo

g

10

(B

E

R

)

-10

-9

-8

-7

-6

-5

-4

-38

-37

-36

-35

-34

-33

-32

-31

B to B

OUT 1 CROSS

OUT 1 BAR

received power (dBm)

Lo

g

10

(B

E

R

)

 

Fig. 29. Left: eye-diagrams of inputs 1 and 2 data frames (a)-(b) and output 1 in BAR (c) and 

CROSS  (d)  configurations  of  the  2×2  all-optical  switch.  Right:  BER  curves  in  the  back-to-

back (B to B) case and at switch output 1 in BAR and CROSS configurations. 

 

8. References 

 

Asakawa, K. (2007). PC-SMZ-Based All-Optical Flip-Flop Switch: PC-FF, Proceedings ICTON 

2007, paper Mo.C2.6. 

Barman,  A.D.;  Debnath,  S.;  Scaffardi,  M.;  Poti,  L.;  Bogoni,  A.  (2007),  Modelling  and 

implementation  of  photonic  digital  subsystem  for  bit  comparison,  Proceedings  of 

Photonics in Switching, USA, San Francisco, TuB2.4. 

Benner, A.F.; Bowman, J.; Erkkila, T. (1990). Digital optical counter using directional coupler 

switches, Applied Optics, vol. 30, n. 29, 4179-4189. 

Berrettini,  G.; Simi,  A.;  Malacarne,  A.;  Bogoni, A.;  Poti,  L.  (2006).  Ultrafast  Integrable  and 

Reconfigurable  XNOR,  AND,  NOR,  and  NOT  Photonic  Logic  Gate,  IEEE  Photon. 

Technol. Lett., vol. 18, no. 8, pp. 917-919. 

Berrettini, G.; Lauri, E.; Ghelfi, P.; Bogoni, A.; Potì L. (2006). Ultra-Fast Integrable 2x2 All-

Optical Switch, Proceedings of ECOC 2006, France, Cannes , We3.P.102. 

Bogoni, A.; Andriolli, N.; Scaffardi, M.; Berrettini, G.; Meloni, G.; Malacarne, A.; Porzi, C.; 

Castoldi,  P.;  Poti,  L.    (2007).  A  Synchronous  All-optical  160  Gb/s  Photonic 

Interconnection  Network,  Proceedings  of  Optical  Fiber  Communication  Conference, 

USA, Anaheim , March 25-29. 

Buczek, C.J.; Freiberg, R.J.; Skolnick, M.L. (1971). CO

2

 regenerative ring power amplifiers, J. 

Appl. Phys., vol. 42, pp. 3133–3137. 

Dorren, H.J.S.; Hill, M.T.; Liu, Y.; Calabretta, N.; Srivatsa, A.; Huijskens, F.M.; de Waardt, H.; 

Khoe  G.D.;  (2003).  Optical  packet  switching  and  buffering  by  using  all-optical 

signal processing methods, IEEE J. Lightwave Technol., vol. 21, n. 1, pp. 2-12. 

 

Feuerstein,  R.J.;  Soukup,  T.;  Heuring,  V.P.  (1991).  100-MHz  optical  counter  that  uses 

directional coupler switches, Optics Letters, vol. 16, n. 20, 1599-1601. 

Herrera,  J.;  Tangdiongga,  E.;  Liu,  Y.;  Hill,  M.T.;  McDougall,  R.;  Poustie,  A.;  Maxwell,  G.; 

Ramos,  F.;  Marti,  J.;  de  Waardt,  H.;  Khoe,  G.D.;  Koonen,  A.M.J.;  Dorren,  H.J.S. 

(2007).  160-Gb/s  All-Optical  Packet-Switching  With  In-Band  Filter-Based  Label 

Extraction  and  a  Hybrid-Integrated  Optical  Flip-Flop,  IEEE  Photon.  Technol.  Lett., 

vol. 19, no. 13, pp 990-992. 

Hill, M.T.; de Waardt, H.; Khoe, G.D.; Dorren,  H.J.S. (2001), All optical flip-flop based on 

coupled laser diodes, IEEE J. Quantum Electron., vol. 37, no. 3, pp. 405-413. 

Hill, M.Y.; Dorren, H.J.S; de Vries, T.; Leijtens, X.J.M; den Besten, J.H.; Smalbrugge, B.; Oei, 

Y.S.; Binsma, H.; Khoe, G.D.; Smit, M.K. (2004) A fast low-power optical memory 

based on coupled micro-ring lasers, Nature, vol. 432, pp. 206-208. 

Hill, M.T.; de Vries , T. ; Dorren, H.J.S. ; Leijtens, X.J.M.; van Zantvoort, J.H.C.; den Besten, 

J.H.;  Smalbrugge,  E.;  Oei,  Y.S.;  Binsma,  J.J.M.;  Khoe,  G.D.;  Smit,  M.K.  (2005). 

Integrated  Two-State  AWG-Based  Multiwavelength  Laser,  IEEE  Photon.  Technol. 

Lett., vol. 17, no. 5, pp. 956-958. 

Huybrechts,  K.;  Morthier,  G.;  Baets,  R.  (2008).  Fast  all-optical  flip-flop  based  on  a  single 

distributed feedback laser diode, Optics Express, v. 16, n. 15, pp. 11405-11410. 

Keyes, R.W. (2001). Fundamental limits of silicon technology, Proceedings of  IEEE, vol.89, n. 

3, pp. 227-239. 

Liu, Y.; Hill, M.T.; Calabretta, N.; de Waardt, H.; Khoe, G.D.; Dorren, H.J.S. (2003) Three-

State  All-Optical  Memory  Based  on  Coupled  Ring  Lasers,  IEEE  Photon.  Technol. 

Lett., vol. 15, no. 10, pp. 1461-1463. 

Liu,  Y.;  Tangdiongga,  E.;  Hill,  M.T.;  van  Zantvoort,  J.H.C.;  Smalbrugge,  E.;  de  Vries,  T.; 

Binsma, H.; Oei, Y.S.; Leijtens, Y.S.; Smit, M.K.; Khoe, M.K.; Dorren H.J.S. (2005). 

All-Optical  Switching  of  80  Gb/s  Data  Packets  using  a  Wavelength  Converter 

Controlled by a Monolithically Integrated Optical Flip-Flop”, Proceedings of ECOC 

2005, vol. 6, pp. 27-28, 25-29. 

Liu,  Y.;  McDougall,  R.;Hill,  M.T.;  Maxwell,  G.;  Zhang,  S.;  Harmon,  R.;  Huijskens,  F.M.; 

Rivers,  L.;  Dorren,  H.J.S.;  Poustie,  A.  (2006).  Packaged  and  hybrid  integrated  all-

optical flip-flop memory”, Electronics Letters, vol. 42, no. 24, 1399-1400. 

Malacarne,  A.;  Bogoni,  A.;  Potì,  L.  (2007).  Erbium–Ytterbium-Doped  Fiber-Based  Optical 

Flip-Flop”, IEEE Photon. Technol. Lett., vol. 19, no. 12, pp. 904-906. 

Malacarne, A.; Wang, J.; Zhang, Y.; Barman, A.D.; Berrettini, G.; Potì, L.; Bogoni, A. (2008). 

20 ps-Transition Time All-Optical SOA-based Flip-Flop used for Photonic 10 Gb/s 

Switching Operation without any Bit Loss, IEEE Photon. Technol. Lett., vol. 14, no. 3, 

pp. 803-815. 

Poustie, A.; Manning, R.J.; Kelly, A.E. (2000). All-optical binary counter, Optics Express, vol. 

6, n. 3, 69-74. 

Ramos, F.; Kehayas, E.; Martinez, J.M.; Clavero, R.; Marti, J.; Stampoulidis, L.; Tsiokos, D.; 

Avramopoulos,  H.;  Zhang,  J.;  Holm-Nielsen,  P.V.;  Chi,  N.;  Jeppesen,  P.;  Yan,  N.; 

Tafur  Monroy,  I.;  Koonen,  A.M.J.;  Hill,  M.T.;  Liu,  Y.;  Dorren,  H.J.S.;    Van 

Caenegem, R.;  Colle, D.; Pickavet, M.; Rip ti, B. (2005). IST-LASAGNE: towards all-

optical label swapping employing optical logic gates and optical flip-flops, IEEE J. 

Lightwave Technol., vol. 23, n. 10, pp. 2993-3011. 

www.intechopen.com

---

Semiconductor Technologies

372

 

Takenaka M., Nakano, Y. (2003). Multimode interference bistable laser diode, IEEE Photon. 

Technol. Lett., vol. 15, no. 8, pp. 1035–1037. 

Takenaka, M.; Raburn, M.; Nakano, Y. (2005). All-Optical Flip-Flop Multimode Interference 

Bistable Laser Diode, IEEE Photon. Technol. Lett., vol. 17, no. 5, pp. 968-970. 

Trita, A.; Latorre Vidal, M.J.; Zanola, M.; Javaloyes, J.; Mezosi, G.; Bragheri, F.; Cristiani, I.; 

Sorel,  M.;  Scirè,  A.;  Balle,  S.;  Giuliani,  G.  (2009).  Commutazione  tutto-ottica 

ultraveloce in un flip-flop set-reset monolitico basato su laser ad anello, Proceedings 

of Fotonica 2009, Pisa, paper B3_1. 

Van, V.; Ibrahim, T.A.; Absil, P.P.; Johnson, F.G.; Grover, R.; Ho, P.-T. (2002). Optical signal 

processing using nonlinear semiconductor microring resonators, IEEE J. Select. Top. 

Quant. Electron., vol. 8, n. 3, pp. 705-713. 

Wang, J.; Zhang, Y.; Malacarne, A.; Potì, L.; Bogoni, A. (2008). SOA Fiber Ring Laser-Based 

Three-State Optical Memory, IEEE Photon. Technol. Lett., vol. 20, n. 20, 1697-1699. 

Wang,  J.;  Berrettini,  G.;  Meloni,  G.; Potì,  L.; Bogoni,  A.  (2009).  All-Optical  clocked  D type 

flip-flop  exploiting  SOA-based  optical  SR  latch  and  logic  gates,  accepted  for 

publication at Photonics in Switching 2009, ThI 1-6, Pisa, Italy. 

Wang, J.; Meloni, G.; Berrettini, G.; Potì, L.; Bogoni, A. (2009). All-Optical Counter Based on 

Optical Flip-Flop and Optical AND Gate, accepted for publication at ECOC 2009. 

 

www.intechopen.com

---

Semiconductor Technologies

Edited by Jan Grym

ISBN 978-953-307-080-3

Hard cover, 462 pages

Publisher InTech

Published online 01, April, 2010

Published in print edition April, 2010

InTech Europe

University Campus STeP Ri 

Slavka Krautzeka 83/A 

51000 Rijeka, Croatia 

Phone: [phone] 

Fax: [phone]

www.intechopen.com

InTech China

Unit 405, Office Block, Hotel Equatorial Shanghai 

No.65, Yan An Road (West), Shanghai, 200040, China 

Phone: [phone] 

Fax: [phone]

Semiconductor technologies continue to evolve and amaze us. New materials, new structures, new

manufacturing tools, and new advancements in modelling and simulation form a breeding ground for novel

high performance electronic and photonic devices. This book covers all aspects of semiconductor technology

concerning materials, technological processes, and devices, including their modelling, design, integration, and

manufacturing.

How to reference

In order to correctly reference this scholarly work, feel free to copy and paste the following:

Antonella Bogoni, Gianluca Berrettini, Paolo Ghelfi, Antonio Malacarne, Gianluca Meloni, Luca Poti and Jing

Wang (2010). All-Optical Flip-Flops Based on Semiconductor Technologies, Semiconductor Technologies, Jan

Grym (Ed.), ISBN: 978-953-307-080-3, InTech, Available from:

http://www.intechopen.com/books/semiconductor-technologies/all-optical-flip-flops-based-on-semiconductor-

technologies