The novel design of an all-optical XOR gate by using cross-gain modulation of semiconductor optical amplifiers has been suggested and demonstrated successfully at 10 Gb/s. Boolean AB~ and A~B of the two input signals A and B have been obtained and combined to achieve the all-optical XOR gate. No additional input beam such as a clock signal or continuous wave light is used in this new design, which is required in other all-optical XOR gates.

Tungsten ditelluride (WTe2) is a layered material that exhibits excellent magnetoresistance and thermoelectric behaviors, which are deeply related with its distorted orthorhombic phase that may critically affect the lattice dynamics of this material. Here, we report comprehensive characterization of Raman spectra of WTe2 from bulk to monolayer using experimental and computational methods. We find that mono and bi-layer WTe2 are easily identified by Raman spectroscopy since two or one Raman modes that are observed in higher-layer WTe2 are greatly suppressed below the noise level in the mono- and bi-layer WTe2, respectively. In addition, the frequency of in-plane A1(7) mode of WTe2 remains almost constant as the layer number decreases, while all the other Raman modes consistently blueshift, which is completely different from the vibrational behavior of hexagonal metal dichalcogenides. First-principles calculation validates experimental results and reveals that anomalous lattice vibrations in WTe2 are attributed to the formation of tungsten chains that make WTe2 structurally one-dimensional.

An all-optical half adder using semiconductor optical amplifier based devices is suggested and demonstrated at 10 Gbit/s. Boolean AB and AB out of two semiconductor optical amplifiers have been obtained and combined to achieve an all-optical XOR gate, which is logic SUM. Also, an all-optical XPM wavelength converter has been utilized to obtain an all-optical AND gate, which is logic CARRY. Logic SUM and CARRY are simultaneously realized. No additional input beam such as clock signal or continuous wave light other than input signals A and B is used in this new design, which is required in many other all-optical logic gates.

By using the gain nonlinearity characteristics of semiconductor optical amplifier, an all-optical binary half adder at 10 Gbps is demonstrated. The half adder operates in a single mechanism, which is cross gain modulation. The half adder utilizes two logic functions of SUM and CARRY, which can be demonstrated by using XOR and AND gates, respectively. The extinction ratios of both XOR and AND gates are about 6.1 dB. By achieving this experiment, we also explored the possibilities for the enhanced complex logic operation and higher chances for multiple logic integration.

By using the cross-gain modulation of semiconductor optical amplifiers (SOAs), a novel all-optical AND gate has been successfully demonstrated at 10 Gb/s. Firstly, Boolean \overlineB was obtained using the first SOA with signal B and clock injection. Then, the all-optical AND gate is achieved by simultaneously injecting signal A and signal \overlineB out of the first SOA.

A semiconductor optical amplifier-based all-optical read-only memory (ROM) is successfully demonstrated through simulations using a one-level simplification method optimized for optical logic circuits. Design details are presented, and advantages are discussed in comparison with an all-optical ROM-employing decoder. We demonstrate that eight characters can be stored at each address in the American Standard Code for Information Interchange.

We propose a novel one-level simplification method for all-optical combinational logic circuits. With the proposed method, an all-optical gray code to binary coded decimal converter is successfully developed for the first time by using conventional semiconductor optical amplifiers as building elements. In comparison to the construction algorithm based on the conventional two-level simplification method, a significant improvement is observed in the Q -factor.

By using the cross gain modulation (XGM) characteristics of semiconductor optical amplifiers (SOAs), multi-functional all-optical logic gates including XOR, NOR, and NAND gates are successfully demonstrated at 10 Gbps in single format. Numerical simulation is also performed by using the transmission-line laser model (TLLM), which is confirmed by using three SOAs experimentally. These combined all-optical multi-functional logic gates will provide more complex and complicated all-optical logic operations.

We proposed an all-optical logic system constructed by combining cross-waveguide geometries including nonlinear cavity enabling all-kinds of logic gates. Proposed logic system is reconfigurable into any kinds of Boolean operations by appropriate placing of defect rods and adjusting its refractive index.

An all-optical AND gate is demonstrated for the first time by using the probe and pump signals as the multiple binary points in cross phase modulation (XPM). The probe signal as CW light with two distinctive intensities and the pump signal with maximum and minimum points of static transfer characteristics in XPM are utilized to perform the binary points of logic AND. Logic AND for return-to-zero signals at 20 Gbit/s is successfully demonstrated.