專利名稱：一種基于光波導(dǎo)微環(huán)諧振腔的全光邏輯門及其邏輯運(yùn)算方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及一種應(yīng)用于全光計(jì)算、全光通信、集成光路等領(lǐng)域的對(duì)光波信號(hào)實(shí)現(xiàn)全光邏輯運(yùn)算的光邏輯門運(yùn)算器件，特別是涉及基于微環(huán)諧振腔非線性效應(yīng)的全光邏輯門運(yùn)算器件及其邏輯運(yùn)算方法。
背景技術(shù)：
在高速光通信網(wǎng)絡(luò)中，光信號(hào)處理是必不可少的功能單元，而高速全光邏輯門是實(shí)現(xiàn)光信號(hào)處理的最基本功能組件，是關(guān)鍵的核心器件，因此在當(dāng)今對(duì)帶寬要求越來(lái)越高的情況下，如何實(shí)現(xiàn)更高速的全光邏輯門成為了光通信研究的熱點(diǎn)。全光邏輯門是以波導(dǎo)中的光子作為信息的載體，通過控制泵浦光來(lái)調(diào)制信號(hào)光的輸出。MOEMS光邏輯是微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)相結(jié)合的新型機(jī)械式光邏輯，具有較好的可集成性，并且它與光信號(hào)的格式、波長(zhǎng)、協(xié)議、調(diào)制方式和偏振等均無(wú)關(guān)，此外它在損耗和可擴(kuò)展性方面都要優(yōu)于其他類型的光邏輯，與未來(lái)的光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展所要求的透明性和可擴(kuò)展等趨勢(shì)相符合。但是其缺點(diǎn)仍然是運(yùn)算時(shí)間沒有得到改善、開關(guān)門限值比較高，和未來(lái)的告訴光通信技術(shù)不相匹配，也就限制了它在未來(lái)高速通信網(wǎng)中的應(yīng)用。近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的波導(dǎo)型全光邏輯門雖然在速度方面有所提高，但一般仍然是微秒數(shù)量級(jí)，最快的也不過只是達(dá)到納秒量級(jí)。對(duì)于當(dāng)今想要實(shí)現(xiàn)的高速通信還是顯得無(wú)能為力。近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的微環(huán)諧振腔，具有很高的品質(zhì)因數(shù)、極小的模式體積和較高的消光比，并且具有較強(qiáng)的非線性效應(yīng)。這些特點(diǎn)使得利用微環(huán)諧振腔來(lái)實(shí)現(xiàn)光邏輯門成為可能。另一方面，材料硅不僅在微電子領(lǐng)域中處于絕對(duì)的統(tǒng)治地位，而且硅以其自身的優(yōu)勢(shì)，在集成光學(xué)領(lǐng)域同樣占有舉足輕重的地位，擁有廣闊的發(fā)展前景。盡管硅的非線性光學(xué)性能較弱，但是SOI這種高折射率差的材料可以對(duì)光波有很強(qiáng)的限制作用，并且它與成熟的CMOS工藝相兼容，成本較低，因此可以作為理想的光波導(dǎo)材料。由于微腔的周期僅為幾個(gè)皮秒量級(jí)，所以其邏輯門響應(yīng)速度相應(yīng)地也為皮秒量級(jí)，很好地滿足了未來(lái)高速全光通信的要求。通過微環(huán)諧振器內(nèi)光場(chǎng)的增強(qiáng)，使得其開關(guān)門限值較低，對(duì)輸入功率的要求降低了幾個(gè)數(shù)量級(jí)。同時(shí)，它可以充分利用材料的非線性并且對(duì)目前光通信所采用的波長(zhǎng)透明。 另外，其尺寸微小可以方便地實(shí)現(xiàn)光學(xué)集成。鑒于其眾多優(yōu)越的性能，從而成為目前光通信領(lǐng)域研究的一個(gè)熱點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是在克服上述現(xiàn)有技術(shù)的光邏輯器件的缺點(diǎn)和不足的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)和提供一種能夠執(zhí)行光邏輯運(yùn)算并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、開關(guān)門限值低，功耗低、速度快、適用范圍更廣、能在半導(dǎo)體材料基片上采用集成制造工藝實(shí)現(xiàn)的光邏輯運(yùn)算器件，即利用微環(huán)共振非線性效應(yīng)實(shí)現(xiàn)邏輯門功能的全光邏輯門及其邏輯運(yùn)算方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的工作原理是主要是利用了波導(dǎo)中的非線性光學(xué)效應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)全光控制?；谖h(huán)諧振器結(jié)構(gòu)的全光邏輯門是利用微環(huán)諧振腔的諧振波長(zhǎng)對(duì)波導(dǎo)折射率的敏感性，通過改變諧振波長(zhǎng)調(diào)整其對(duì)信號(hào)光的耦合效率，從而達(dá)到全光邏輯的功能。本發(fā)明的基于光波導(dǎo)微環(huán)諧振腔的全光邏輯門，包括一個(gè)可輸入信號(hào)光脈沖和控制光脈沖的光波導(dǎo)(1)，一個(gè)光波導(dǎo)微環(huán)諧振腔O)，襯底(3)，緩沖層以及與所述光波導(dǎo)(1)相連的入射光纖( 及出射光纖(6)；其中所述光波導(dǎo)微環(huán)諧振腔( 處于光波導(dǎo)(1)的輸入端與輸出端的中間位置。優(yōu)選地，所述光波導(dǎo)微環(huán)諧振腔( 與所述光波導(dǎo)(1)之間存在0至1微米的距離，使所述光波導(dǎo)微環(huán)諧振腔( 與光波導(dǎo)(1)諧振波長(zhǎng)處的光相耦合。優(yōu)選地，所述光波導(dǎo)(1)、光波導(dǎo)微環(huán)諧振腔O)以及緩沖層(4)依次覆蓋在襯底 (3)上。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述光波導(dǎo)(1)、光波導(dǎo)微環(huán)諧振腔( 和襯底C3)均為硅材料，所述緩沖層(4)為二氧化硅材料。優(yōu)選地，所述光波導(dǎo)(1)是幾何形狀為為端面長(zhǎng)、寬各約lum、高為220nm的長(zhǎng)方體，且為單模波導(dǎo)；所述襯底C3)和緩沖層的幾何形狀為長(zhǎng)方體。優(yōu)選地，所述光波導(dǎo)微環(huán)諧振腔( 是刻蝕在緩沖層的上表面的平面環(huán)形微腔。優(yōu)選地，所述光波導(dǎo)(1)用于同時(shí)輸入三束脈沖光，其中一束光為信號(hào)脈沖光，另外兩束光均為控制脈沖光，并且所述微環(huán)諧振腔( 用于基于三束脈沖光的不同組合輸入狀態(tài)形成不同的諧振狀態(tài)，使波導(dǎo)輸出端通過檢測(cè)得到相應(yīng)的邏輯運(yùn)算功能。利用本發(fā)明的上述全光邏輯門，本發(fā)明還提供了一種通過基于光波導(dǎo)微環(huán)諧振腔的全光邏輯門實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算方法，其中所述全光邏輯門包括一個(gè)可輸入信號(hào)光脈沖和控制光脈沖的光波導(dǎo)(1)，一個(gè)光波導(dǎo)微環(huán)諧振腔O)，襯底(3)，緩沖層以及與所述光波導(dǎo)
(1)相連的入射光纖( 及出射光纖(6)；所述方法包括將一束控制光脈沖分直接輸入所述全光邏輯門，將另一束控制光脈沖與一束信號(hào)光脈沖融合到一起后經(jīng)過起偏器以另一個(gè)方向輸入所述全光邏輯門；通過所述微環(huán)諧振腔( 基于三束脈沖光的不同組合輸入狀態(tài)形成不同的諧振狀態(tài)，從而進(jìn)行光邏輯運(yùn)算；將輸出光中的信號(hào)光脈沖從控制光脈沖分離出來(lái)并輸入探測(cè)器和示波器進(jìn)行運(yùn)算結(jié)果的輸出。優(yōu)選地，在進(jìn)行與門光邏輯運(yùn)算時(shí)，將所述信號(hào)光脈沖調(diào)諧到所述微環(huán)諧振腔(2) 的諧振波長(zhǎng)上；當(dāng)進(jìn)行與非門光邏輯運(yùn)算時(shí)，將所述信號(hào)光脈沖調(diào)諧到所述微環(huán)諧振腔
(2)的偏移后的諧振波長(zhǎng)上。并且所述兩束控制光脈沖分別利用高光強(qiáng)與低光強(qiáng)對(duì)應(yīng)邏輯運(yùn)算的真值“0”和“ 1 ”，通過兩束控制光脈沖高、低光強(qiáng)的組合控制所述信號(hào)光脈沖與所述微環(huán)諧振腔( 形成不同的諧振狀態(tài)。本發(fā)明基于微環(huán)諧振腔的光邏輯器件是通過互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CM0Q加工工藝技術(shù)制成。本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，具有不同于其他光邏輯器件的優(yōu)點(diǎn)1、由于采用集成環(huán)形微腔和光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，微環(huán)諧振腔的尺寸很小，和以往的光邏輯器件相比，結(jié)構(gòu)精巧簡(jiǎn)單，可在同一個(gè)芯片上利用同一種微制作工藝技術(shù)實(shí)現(xiàn)單片集成和智能化集成，并且可以大大地提高集成度；2、由于微環(huán)諧振腔對(duì)特定波長(zhǎng)的光波相當(dāng)敏感，微環(huán)材料折射率很小的改變即可改變諧振波長(zhǎng)，因此基于微環(huán)諧振腔的全光邏輯門的響應(yīng)非?？欤⑶铱梢垣@得很高的調(diào)制深度，其邏輯門響應(yīng)速度可以達(dá)到皮秒量級(jí)，很好地滿足了未來(lái)高速全光通信的要求；3、由于采用微環(huán)諧振腔和光波導(dǎo)傳輸光路，可以克服以往光學(xué)邏輯器件的應(yīng)用限制，可以應(yīng)用在如電磁復(fù)雜和超高真空系統(tǒng)等非常嚴(yán)格的環(huán)境中；4、由于微環(huán)諧
4振腔對(duì)光可以產(chǎn)生諧振增強(qiáng)的效果，以及硅材料對(duì)光場(chǎng)的強(qiáng)限制性，與以往的光邏輯器件相比，大大地降低了器件的工作功率。本發(fā)明提供了一種方便實(shí)用的光脈沖控制全光邏輯門及其邏輯運(yùn)算方法，可廣泛應(yīng)用于全光計(jì)算、全光通信以及集成光路系統(tǒng)中。


圖1是本發(fā)明基于光波導(dǎo)微環(huán)諧振腔的全光邏輯門的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明利用基于光波導(dǎo)微環(huán)諧振腔的全光邏輯門實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算的工作光路圖。
具體實(shí)施例方式為詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容、構(gòu)造特征、所實(shí)現(xiàn)目的及效果，以下結(jié)合具體實(shí)施方式
并配合附圖詳予說明。本發(fā)明基于光波導(dǎo)微環(huán)諧振腔的全光邏輯門的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。基于光波導(dǎo)微環(huán)諧振腔的全光邏輯器件包括有一個(gè)可傳輸信號(hào)光脈沖和控制光脈沖的光波導(dǎo) 1、一個(gè)納米級(jí)光波導(dǎo)微環(huán)諧振腔2、襯底層3、緩沖層4、與光波導(dǎo)相連的入射光纖5和出射光纖6，其中所述光波導(dǎo)微環(huán)諧振腔2處于光波導(dǎo)1的輸入端與輸出端的中間位置。由光源發(fā)出的激光作為信號(hào)光脈沖或控制光脈沖，通過入射光纖5進(jìn)入光波導(dǎo)1，當(dāng)輸入光的波長(zhǎng)正好是微環(huán)諧振腔諧振波長(zhǎng)時(shí)，由于倏逝波效應(yīng)，光從光波導(dǎo)1耦合進(jìn)入微環(huán)諧振腔2，在微環(huán)諧振腔中發(fā)生共振后再通過與光波導(dǎo)輸出端相接的出射光纖6輸出。上述微環(huán)諧振腔2與光波導(dǎo)1諧振波長(zhǎng)處的光相耦合，微環(huán)諧振腔2與光波導(dǎo)1 之間存在有O 1微米的距離。上述微環(huán)諧振腔2放置在光波導(dǎo)1的輸入端與輸出端的中間位置，且上述光波導(dǎo)1為單模波導(dǎo)。上述基于微環(huán)諧振腔的光邏輯器件縱向由上到下由三層結(jié)構(gòu)構(gòu)成，包括有襯底3、緩沖層4以及光波導(dǎo)1和微環(huán)諧振腔2組成的光波導(dǎo)層，緩沖層4和光波導(dǎo)層依次覆蓋在襯底3上。微環(huán)諧振腔2是刻蝕在緩沖層4的上表面的平面環(huán)形微腔，光波導(dǎo)1是端面長(zhǎng)、寬各約lum、高為220nm的細(xì)長(zhǎng)方體，均采用對(duì)光有良好折射率的材料，一般采用硅材料。第二層結(jié)構(gòu)是緩沖層4，一般為二氧化硅材料，形狀為長(zhǎng)方體。 第三層結(jié)構(gòu)為襯底3，所述襯底的幾何形狀為長(zhǎng)方體，一般采用硅材料。上述結(jié)構(gòu)材料的制備方法很多，應(yīng)用較多的主要有鍵合法、注氧隔離法、智能剝離法、外延生長(zhǎng)法等。在進(jìn)行光邏輯運(yùn)算時(shí)，所述光波導(dǎo)1用于同時(shí)輸入三束脈沖光，其中一束光為信號(hào)脈沖光，另外兩束光均為控制脈沖光，并且所述微環(huán)諧振腔2用于基于三束脈沖光的不同組合輸入狀態(tài)形成不同的諧振狀態(tài)，使波導(dǎo)輸出端通過檢測(cè)得到相應(yīng)的邏輯運(yùn)算功能。 本發(fā)明實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算的具體的實(shí)現(xiàn)過程在下面詳細(xì)介紹。圖2是本發(fā)明利用基于光波導(dǎo)微環(huán)諧振腔的全光邏輯門實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算的工作光路圖。如圖2所示，本發(fā)明采用可調(diào)諧激光器光源7?？刂乒饷}沖與信號(hào)光脈沖分別采用環(huán)形諧振腔2相鄰諧振峰處的波長(zhǎng)。由激光器7發(fā)出的一路激光作為控制光，通過摻鉺光纖放大器9a之后，利用分光器10將控制光分為A、B兩束。為了避免兩束控制光的碼間干擾， 所以將兩束控制光A、B分別從構(gòu)成全光邏輯門的硅結(jié)構(gòu)芯片的光波導(dǎo)1的兩個(gè)方向輸入。 一束控制光A通過幅度調(diào)制器8、衰減器11和偏振控制器1 后從硅芯片的一端輸入構(gòu)成全光邏輯門的硅芯片；另一束控制光B通過另一個(gè)幅度調(diào)制器8、摻鉺光纖放大器9b和偏振控制器12b后與另一個(gè)激光器7發(fā)射的一束信號(hào)光脈沖C融合到一起，經(jīng)過起偏器13后從硅結(jié)構(gòu)芯片的另一端輸入構(gòu)成全光邏輯門的硅芯片Sichip ；在硅芯片內(nèi)三束光A、B、C進(jìn)行光邏輯運(yùn)算，運(yùn)算后利用一個(gè)循環(huán)器14和濾波器15將輸出光Y中的信號(hào)光脈沖從控制光脈沖中分離出來(lái)，最后輸入探測(cè)器16和示波器17將波形輸出，作為光邏輯運(yùn)算的結(jié)果。 硅結(jié)構(gòu)芯片構(gòu)成的全光邏輯門中的邏輯運(yùn)算如下一、與門光邏輯運(yùn)算與門是邏輯門中最基本的單元組件，可以應(yīng)用到時(shí)分多址或者碼分多址的地址識(shí)別，也可以應(yīng)用于分組頭的調(diào)整。與門的實(shí)現(xiàn)過程如下A光和B光分別表示兩束控制光，C光表示信號(hào)光。將信號(hào)光調(diào)諧到微環(huán)諧振腔2 的諧振波長(zhǎng)上。當(dāng)兩束控制光同時(shí)為高光強(qiáng)時(shí)，即真值對(duì)應(yīng)為“1”時(shí)，對(duì)應(yīng)于與門邏輯結(jié)構(gòu)可以在光波導(dǎo)輸出端通過探測(cè)器對(duì)信號(hào)光的響應(yīng)為“1”。但是，只要有其中任意一束輸入控制光功率降低，對(duì)應(yīng)的真值是“0”，那么此時(shí)的控制光總光強(qiáng)低于閾值條件則不能改變微環(huán)諧振腔的諧振波長(zhǎng)，信號(hào)光在諧振腔中諧振，從而光波導(dǎo)輸出端通過探測(cè)器對(duì)信號(hào)光的響應(yīng)為“0”。其具體內(nèi)容如下(1)將信號(hào)光C光調(diào)諧到微環(huán)諧振腔的諧振波長(zhǎng)上，并將C光連續(xù)輸出。將A光和B光的光功率都降低，即對(duì)應(yīng)的真值均為“0”，此時(shí)控制光總光強(qiáng)低于閾值條件，不能改變微環(huán)諧振腔的諧振波長(zhǎng)，C光在諧振腔中發(fā)生諧振，從而波導(dǎo)輸出端探測(cè)器對(duì)信號(hào)光的響應(yīng)為“0”。(2)將信號(hào)光C光調(diào)諧到微環(huán)諧振腔的諧振波長(zhǎng)上，并將C光連續(xù)輸出。將A光、B 光中任意一束控制為高光強(qiáng)，即真值對(duì)應(yīng)為“ 1”，另外一束控制光功率降低，即對(duì)應(yīng)的真值為“0”，此時(shí)的控制光總光強(qiáng)仍低于閾值條件，不能改變微環(huán)諧振腔的諧振波長(zhǎng)，C光在諧振腔中發(fā)生諧振，從而波導(dǎo)輸出端探測(cè)器對(duì)信號(hào)光的響應(yīng)為“0”。(3)將信號(hào)光C光調(diào)諧到微環(huán)諧振腔的諧振波長(zhǎng)上，并將C光連續(xù)輸出。將A光和 B光兩束控制光同時(shí)為高光強(qiáng)，即真值對(duì)應(yīng)為“1”，此時(shí)的強(qiáng)控制光使波導(dǎo)的折射率降低， 從而改變了諧振腔的諧振波長(zhǎng)，所以C光沒有在諧振腔中發(fā)生諧振而是直接從光波導(dǎo)的輸出端輸出。從而波導(dǎo)輸出端的探測(cè)器對(duì)信號(hào)光的響應(yīng)為“1”。二、與非門光邏輯運(yùn)算A光和B光分別表示兩束控制光，C光表示信號(hào)光。將信號(hào)光的波長(zhǎng)調(diào)諧到微環(huán)諧振腔藍(lán)移后的諧振波長(zhǎng)上。當(dāng)兩束控制光同時(shí)為高光強(qiáng)時(shí)，即真值對(duì)應(yīng)為“1”時(shí)，總光強(qiáng)超過閾值，產(chǎn)生的自由載流子足以使微環(huán)諧振腔的諧振波長(zhǎng)偏移，此時(shí)微環(huán)諧振腔對(duì)于信號(hào)光C有很強(qiáng)的吸收，從而光波導(dǎo)輸出端探測(cè)器對(duì)信號(hào)光的響應(yīng)為“0” ；當(dāng)有其中一束或兩束控制光較弱不足以使微環(huán)諧振腔諧振波長(zhǎng)藍(lán)移，此時(shí)微環(huán)諧振腔對(duì)信號(hào)光的吸收較弱，末端探測(cè)器對(duì)信號(hào)光的響應(yīng)為“1”，從而實(shí)現(xiàn)了與非門的邏輯功能。其具體內(nèi)容如下(1) C光波長(zhǎng)調(diào)諧到微環(huán)諧振偏移后的諧振波長(zhǎng)上，并連續(xù)輸出。A光與B光的光功率均降低，即真值對(duì)應(yīng)為“0”。由于沒有控制光，所以微環(huán)諧振腔諧振波長(zhǎng)不發(fā)生藍(lán)移，此時(shí)信號(hào)光不能與微環(huán)諧振腔發(fā)生諧振，從而光波導(dǎo)輸出端有信號(hào)光輸出，此時(shí)末端探測(cè)器對(duì)信號(hào)光的響應(yīng)為“1”。(2) C光波長(zhǎng)調(diào)諧到微環(huán)諧振偏移后的諧振波長(zhǎng)上，并連續(xù)輸出。A光與B光中任意一束光為高光強(qiáng)，即真值對(duì)應(yīng)為“1”，另外一束光功率降低，即對(duì)應(yīng)的真值為“0”。由于其控制光較弱不足以使微環(huán)諧振腔諧振波長(zhǎng)發(fā)生藍(lán)移，信號(hào)光與微環(huán)諧振腔不能發(fā)生諧振， 從而光波導(dǎo)輸出端有信號(hào)光輸出，此時(shí)末端探測(cè)器對(duì)信號(hào)光的響應(yīng)為“ 1”。(3) C光波長(zhǎng)調(diào)諧到微環(huán)諧振偏移后的諧振波長(zhǎng)上，并連續(xù)輸出。A光與B光均為高光強(qiáng)，即真值對(duì)應(yīng)為“ 1”時(shí)，總光強(qiáng)超過閾值，微環(huán)諧振腔的諧振波長(zhǎng)藍(lán)移，此時(shí)微環(huán)諧振腔對(duì)于信號(hào)光有很強(qiáng)的吸收，從而光波導(dǎo)輸出端沒有信號(hào)光輸出，此時(shí)末端探測(cè)器對(duì)信號(hào)光的響應(yīng)為“0”。綜上所述，本發(fā)明提供了一種通過基于光波導(dǎo)微環(huán)諧振腔的全光邏輯門和利用該全光邏輯門來(lái)實(shí)現(xiàn)的邏輯運(yùn)算方法。由于采取以上技術(shù)方案，具有不同于其他光邏輯器件的優(yōu)點(diǎn)1、由于采用集成環(huán)形微腔和光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，微環(huán)諧振腔的尺寸很小，和以往的光邏輯器件相比，結(jié)構(gòu)精巧簡(jiǎn)單，可在同一個(gè)芯片上利用同一種微制作工藝技術(shù)實(shí)現(xiàn)單片集成和智能化集成，并且可以大大地提高集成度；2、由于微環(huán)諧振腔對(duì)特定波長(zhǎng)的光波相當(dāng)敏感， 微環(huán)材料折射率很小的改變即可改變諧振波長(zhǎng)，因此基于微環(huán)諧振腔的全光邏輯門的響應(yīng)非?？?，并且可以獲得很高的調(diào)制深度，其邏輯門響應(yīng)速度可以達(dá)到皮秒量級(jí)，很好地滿足了未來(lái)高速全光通信的要求；3、由于采用微環(huán)諧振腔和光波導(dǎo)傳輸光路，可以克服以往光學(xué)邏輯器件的應(yīng)用限制，可以應(yīng)用在如電磁復(fù)雜和超高真空系統(tǒng)等非常嚴(yán)格的環(huán)境中；4、 由于微環(huán)諧振腔對(duì)光可以產(chǎn)生諧振增強(qiáng)的效果，以及硅材料對(duì)光場(chǎng)的強(qiáng)限制性，與以往的光邏輯器件相比，大大地降低了器件的工作功率。本發(fā)明提供了一種方便實(shí)用的光脈沖控制全光邏輯門及其邏輯運(yùn)算方法，可廣泛應(yīng)用于全光計(jì)算、全光通信以及集成光路系統(tǒng)中。
權(quán)利要求
1.一種基于光波導(dǎo)微環(huán)諧振腔的全光邏輯門，其特征在于，包括一個(gè)可輸入信號(hào)光脈沖和控制光脈沖的光波導(dǎo)(1)，一個(gè)光波導(dǎo)微環(huán)諧振腔O)，襯底(3)，緩沖層以及與所述光波導(dǎo)(1)相連的入射光纖( 及出射光纖(6)；其中所述光波導(dǎo)微環(huán)諧振腔(2)處于光波導(dǎo)(1)的輸入端與輸出端的中間位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全光邏輯門，其特征在于，所述光波導(dǎo)微環(huán)諧振腔( 與所述光波導(dǎo)(1)之間存在0至1微米的距離，使所述光波導(dǎo)微環(huán)諧振腔( 與光波導(dǎo)(1)諧振波長(zhǎng)處的光相耦合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全光邏輯門，其特征在于，所述光波導(dǎo)(1)、光波導(dǎo)微環(huán)諧振腔⑵以及緩沖層⑷依次覆蓋在襯底⑶上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的全光邏輯門，其特征在于，所述光波導(dǎo)(1)、光波導(dǎo)微環(huán)諧振腔( 和襯底( 均為硅材料，所述緩沖層(4)為二氧化硅材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全光邏輯門，其特征在于，所述光波導(dǎo)(1)是幾何形狀為端面長(zhǎng)、寬各約lum、高為220nm的長(zhǎng)方體，且為單模波導(dǎo)；所述襯底(3)和緩沖層(4)的幾何形狀為長(zhǎng)方體。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全光邏輯門，其特征在于，所述光波導(dǎo)微環(huán)諧振腔( 是刻蝕在緩沖層的上表面的平面環(huán)形微腔。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全光邏輯門，其特征在于，所述光波導(dǎo)(1)用于同時(shí)輸入三束脈沖光，其中一束光為信號(hào)脈沖光，另外兩束光均為控制脈沖光，并且所述微環(huán)諧振腔(2) 用于基于三束脈沖光的不同組合輸入狀態(tài)形成不同的諧振狀態(tài)，使波導(dǎo)輸出端通過檢測(cè)得到相應(yīng)的邏輯運(yùn)算功能。
8.—種通過基于光波導(dǎo)微環(huán)諧振腔的全光邏輯門實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算方法，其特征在于，其中所述全光邏輯門包括一個(gè)可輸入信號(hào)光脈沖和控制光脈沖的光波導(dǎo)(1)，一個(gè)光波導(dǎo)微環(huán)諧振腔O)，襯底(3)，緩沖層⑷以及與所述光波導(dǎo)⑴相連的入射光纖(5)及出射光纖(6)；所述方法包括將一束控制光脈沖分直接輸入所述全光邏輯門，將另一束控制光脈沖與一束信號(hào)光脈沖融合到一起后經(jīng)過起偏器以另一個(gè)方向輸入所述全光邏輯門；通過所述微環(huán)諧振腔( 基于三束脈沖光的不同組合輸入狀態(tài)形成不同的諧振狀態(tài)，從而進(jìn)行光邏輯運(yùn)算；將輸出光中的信號(hào)光脈沖從控制光脈沖分離出來(lái)并輸入探測(cè)器和示波器進(jìn)行運(yùn)算結(jié)果的輸出。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，在進(jìn)行與門光邏輯運(yùn)算時(shí)，將所述信號(hào)光脈沖調(diào)諧到所述微環(huán)諧振腔O)的諧振波長(zhǎng)上；當(dāng)進(jìn)行與非門光邏輯運(yùn)算時(shí)，將所述信號(hào)光脈沖調(diào)諧到所述微環(huán)諧振腔O)的偏移后的諧振波長(zhǎng)上。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述兩束控制光脈沖分別利用高光強(qiáng)與低光強(qiáng)對(duì)應(yīng)邏輯運(yùn)算的真值“0”和“ 1 ”，通過兩束控制光脈沖高、低光強(qiáng)的組合控制所述信號(hào)光脈沖與所述微環(huán)諧振腔( 形成不同的諧振狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種基于光波導(dǎo)微環(huán)諧振腔的全光邏輯門，包括一個(gè)可輸入信號(hào)光脈沖和控制光脈沖的光波導(dǎo)(1)，一個(gè)光波導(dǎo)微環(huán)諧振腔(2)，襯底(3)，緩沖層(4)以及與所述光波導(dǎo)(1)相連的入射光纖(5)及出射光纖(6)；其中所述光波導(dǎo)微環(huán)諧振腔(2)處于光波導(dǎo)(1)的輸入端與輸出端的中間位置。本發(fā)明還公開了利用該全光邏輯門實(shí)現(xiàn)光邏輯運(yùn)算的方法。本發(fā)明設(shè)計(jì)和提供了一種能夠執(zhí)行光邏輯運(yùn)算并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、開關(guān)門限值低，功耗低、速度快、適用范圍更廣、能在半導(dǎo)體材料基片上采用集成制造工藝實(shí)現(xiàn)的光邏輯運(yùn)算器件，相比現(xiàn)有的光學(xué)邏輯器件更加方便實(shí)用，可廣泛應(yīng)用于全光計(jì)算、全光通信以及集成光路系統(tǒng)中。
文檔編號(hào)G02B6/122GK102540626SQ20121001409
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月18日
發(fā)明者仝小剛, 崔丹鳳, 晉玉劍, 朱平, 王永華, 臧俊斌, 薛晨陽(yáng), 韋麗萍 申請(qǐng)人:中北大學(xué)