光子晶體全光多步延遲自與變換邏輯門的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種光子晶體全光多步延遲自與變換邏輯門，它由一個光子晶體結(jié)構(gòu)單元、一個光開關(guān)單元、一個存儲器或延遲器、一個吸波負(fù)載、一個非邏輯門和一個D觸發(fā)器單元組成；邏輯信號X與存儲器輸入端和光開關(guān)單元的邏輯信號輸入端連接；存儲器輸出端與光開關(guān)單元的延遲信號輸入端連接；光開關(guān)單元的兩個中間信號輸出端與光子晶體結(jié)構(gòu)單元的中間信號輸入端和吸波負(fù)載連接；時鐘控制信號CP與非邏輯門輸入端、光子晶體結(jié)構(gòu)單元的時鐘信號輸入端和光開關(guān)單元的時鐘信號CP輸入端連接；非邏輯門輸出端與觸發(fā)器單元的時鐘信號輸入端連接；光子晶體結(jié)構(gòu)單元的信號輸出端與觸發(fā)器單元的D信號輸入端連接；本發(fā)明易與其它光學(xué)邏輯元件集成。
【專利說明】光子晶體全光多步延遲自與變換邏輯門

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及二維光子晶體、光學(xué)與邏輯門

【背景技術(shù)】
[0002]1987年，美國8^11實驗室的￡.^10110^1^011在討論如何抑制自發(fā)輻射和大學(xué)的3.了￠)1111在討論光子區(qū)域各自獨立地提出了光子晶體(91101:0111(3
的概念。光子晶體是一種介電材料在空間中呈周期性排列的物質(zhì)結(jié)構(gòu)，通常由兩種或兩種以上具有不同介電常數(shù)材料構(gòu)成的人工晶體。
[0003]隨著光子晶體的提出和深入研宄，人們可以更靈活、更有效地控制光子在光子晶體材料中的運動。在與傳統(tǒng)半導(dǎo)體工藝和集成電路技術(shù)相結(jié)合下，人們通過設(shè)計與制造光子晶體及其器件不斷的往全光處理飛速邁進，光子晶體成為了光子集成的突破口。1999年12月，美國權(quán)威雜志《科學(xué)》將光子晶體評為1999年十大科學(xué)進展之一，也成為了當(dāng)今科學(xué)研宄領(lǐng)域的一個研宄熱點。
[0004]全光邏輯器件主要包括基于光放大器的邏輯器件、非線性環(huán)形鏡邏輯器件、薩格納克干涉式邏輯器件、環(huán)形腔邏輯器件、多模干涉邏輯器件、耦合光波導(dǎo)邏輯器件、光致異構(gòu)邏輯器件、偏振開關(guān)光邏輯器件、傳輸光柵光邏輯器件等。這些光邏輯器件對于發(fā)展大規(guī)模集成光路來說都有體積大的共同缺點。隨著近年來科學(xué)技術(shù)的提高，人們還發(fā)展研宄出了量子光邏輯器件、納米材料光邏輯器件和光子晶體光邏輯器件，這些邏輯器件都符合大規(guī)模光子集成光路的尺寸要求，但對于現(xiàn)代的制作工藝來說，量子光邏輯器件與納米材料光邏輯器件在制作上存在很大的困難，而光子晶體光邏輯器件則在制作工藝上具有競爭優(yōu)勢。
[0005]近年來，光子晶體邏輯器件是一個備受矚目的研宄熱點，它極有可能在不久將來取代目前正廣泛使用的電子邏輯器件。光子晶體邏輯器件可直接進行全光的“與”、“或”、“非”等邏輯功能，是實現(xiàn)全光計算的核心器件，在實現(xiàn)全光計算的進程中，基于“與”、“或”、“非”、“異或”等光子晶體邏輯功能器件已經(jīng)被成功設(shè)計研宄，而實現(xiàn)全光計算的目標(biāo)仍需要各種各樣復(fù)雜的邏輯元器件。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種結(jié)構(gòu)緊湊、抗干擾能力強，且易與其它光學(xué)邏輯元件實現(xiàn)集成的光子晶體全光多步延遲自與變換邏輯門。
[0007]本發(fā)明的目的通過下列技術(shù)方案予以實現(xiàn)。
[0008]本發(fā)明的光子晶體全光多步延遲自與變換邏輯門由一個光子晶體結(jié)構(gòu)單元、一個光開關(guān)單元、一個存儲器或延遲器、一個吸波負(fù)載、一個非邏輯門和一個0觸發(fā)器單元組成；邏輯信號X通過一個二分支波導(dǎo)的輸入端連接，所述的二分支波導(dǎo)輸出端分別與存儲器輸入端和光開關(guān)單元的邏輯信號輸入端連接；所述存儲器輸出端與光開關(guān)單元的延遲信號輸入端連接；所述光開關(guān)單元的兩個中間信號輸出端分別與光子晶體結(jié)構(gòu)單元的中間信號輸入端和吸波負(fù)載連接；時鐘控制信號⑶通過一個三分支波導(dǎo)的輸入端連接，所述的三分支波導(dǎo)輸出端分別與非邏輯門輸入端、光子晶體結(jié)構(gòu)單元的時鐘信號輸入端和光開關(guān)單元的時鐘信號⑶輸入端連接；所述非邏輯門輸出端與0觸發(fā)器單元的時鐘信號輸入端連接；所述光子晶體結(jié)構(gòu)單元的信號輸出端與0觸發(fā)器單元的0信號輸入端連接。
[0009]所述光子晶體結(jié)構(gòu)單元為一個二維光子晶體交叉波導(dǎo)非線性腔，它由高折射率介質(zhì)桿構(gòu)成二維的光子晶體“十”字交叉波導(dǎo)四端口網(wǎng)絡(luò)，所述四端口網(wǎng)絡(luò)的左端、下端、上端、右端分別設(shè)置有時鐘信號輸入端、中間信號輸入端、信號輸出端、閑置端；通過交叉叉波導(dǎo)中心沿兩波導(dǎo)方向放置兩相互正交的準(zhǔn)一維光子晶體結(jié)構(gòu)；在交叉波導(dǎo)的中部設(shè)置中間介質(zhì)柱，該中間介質(zhì)柱為非線性材料，所述中間介質(zhì)柱的橫截面為正方形、多邊形、圓形或者橢圓形；緊貼中心非線性桿且靠近信號輸出端的一根矩形線性桿的介電常數(shù)與中心非線性桿在弱光條件下的介電常數(shù)相等；所述的準(zhǔn)一維光子晶體結(jié)構(gòu)與中間介質(zhì)柱構(gòu)成波導(dǎo)缺陷腔。
[0010]所述光開關(guān)單兀為一個2X2光選通開關(guān)，它由一個時鐘信號⑶輸入端、一個延遲信號輸入端、一個邏輯信號輸入端和兩個中間信號輸出端組成；所述兩個中間信號輸出端分別為第一中間信號輸出端、第二中間信號輸出端。
[0011]所述的存儲器由一個輸入端和一個輸出端組成；所述存儲器的輸出信號為&步之前輸入存儲器的輸入信號；所述的延遲器由一個輸入端和一個輸出端組成；所述延遲器的輸出信號相對于延遲器的輸入信號存在&步延遲。
[0012]所述的存儲器或延遲器為&步延遲的存儲器或延遲器。
[0013]所述0觸發(fā)器單元由一個時鐘信號輸入端、一個0信號輸入端和一個系統(tǒng)輸出端組成；所述0觸發(fā)器單元的輸入信號0與光子晶體結(jié)構(gòu)單元輸出端的輸出信號相等。
[0014]所述二維光子晶體為(21^+1) X (21^+1)結(jié)構(gòu)，其中&為大于等于3的正整數(shù)。
[0015]所述二維光子晶體的高折射率介質(zhì)柱的橫截面為圓形、橢圓形、三角形或者多邊形。
[0016]所述二維光子晶體的背景填充材料為空氣或者折射率小于1.4的低折射率介質(zhì)。
[0017]所述交叉波導(dǎo)中的準(zhǔn)一維光子晶體中的介質(zhì)柱的折射率為3.4或者大于2的值，且所述準(zhǔn)一維光子晶體中的介質(zhì)柱的橫截面形狀為矩形、多邊形、圓形或者橢圓形。
[0018]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的積極有益效果是:
[0019]1.結(jié)構(gòu)緊湊，易于制作。
[0020]2.抗干擾能力強，易與其它光學(xué)邏輯元件集成。
[0021]3.具有高、低邏輯輸出對比度高，運算速度快。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明的光子晶體全光多步延遲自與變換邏輯門的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2為圖1所示光子晶體結(jié)構(gòu)單元在晶格常數(shù)(1 = 1 VIII，工作波長為2.976 V111的基本邏輯功能波形圖；
[0024]圖3為本發(fā)明的光子晶體全光多步延遲自與邏輯門在晶格常數(shù)(1 = 0.5208 V111，工作波長為1.55 的邏輯信號多步延遲自與變換邏輯功能的波形圖；
[0025]圖4為圖1所示二維光子晶體交叉波導(dǎo)非線性腔的邏輯功能真值表。
[0026]圖中:光子晶體結(jié)構(gòu)單元01時鐘信號輸入端11中間信號輸入端12閑置端13信號輸出端14圓形高折射率線性介質(zhì)桿15第一長方形高折射率線性介質(zhì)桿16第二長方形高折射率線性介質(zhì)桿17中心非線性介質(zhì)桿18時鐘控制信號⑶邏輯信號X光開關(guān)單元02延遲信號輸入端21邏輯信號輸入端22第一中間信號輸出端23第二中間信號輸出端24存儲器或延遲器03吸波負(fù)載040觸發(fā)器單元05時鐘信號輸入端510信號輸入端52系統(tǒng)信號輸出端53非邏輯門06

【具體實施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖與【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細(xì)描述:
[0028]如圖1所示，本發(fā)明的光子晶體全光多步延遲自與變換邏輯門由一個光子晶體結(jié)構(gòu)單元01、一個光開關(guān)單元02、一個存儲器或延遲器03、一個吸波負(fù)載04、一個0觸發(fā)器單元05和一個非邏輯門06組成；光子晶體結(jié)構(gòu)單元01為一個二維光子晶體交叉波導(dǎo)非線性腔，其設(shè)置在所述光開關(guān)單元的后端，二維光子晶體的背景填充材料為空氣或者為折射率小于1.4的低折射率介質(zhì)，二維光子晶體的高折射率介質(zhì)柱的橫截面為圓形、橢圓形、三角形或者多邊形，二維光子晶體交叉波導(dǎo)非線性腔由高折射率介質(zhì)桿構(gòu)成二維的光子晶體“十”字交叉波導(dǎo)四端口網(wǎng)絡(luò)，該四端口網(wǎng)絡(luò)具有一種四端口的光子晶體結(jié)構(gòu)，左端為第一中間信號輸入端、下端為第二中間信號輸入端、上端為信號輸出端、右端為閑置端；通過交叉波導(dǎo)中心沿兩波導(dǎo)方向放置兩相互正交的準(zhǔn)一維光子晶體結(jié)構(gòu)，準(zhǔn)一維光子晶體中的介質(zhì)柱的橫截面為矩形，也可以采用多邊形、圓形或者橢圓形，其折射率為3.4或者大于2的值，在交叉波導(dǎo)的中部設(shè)置中間介質(zhì)柱，中間介質(zhì)柱為非線性材料，中間介質(zhì)柱的橫截面為正方形，也可以采用多邊形、圓形或者橢圓形，準(zhǔn)一維光子晶體結(jié)構(gòu)與中間介質(zhì)柱構(gòu)成波導(dǎo)缺陷腔。二維光子晶體陣列晶格常數(shù)為山陣列數(shù)為11X11 ；圓形高折射率線性介質(zhì)桿25采用硅(31)材料，折射率為3.4，半徑為0.18(1 ；第一長方形高折射率線性介質(zhì)桿26，折射率為3.4，長邊為0.613(1,短邊為0.162(1 ；第二長方形高折射率線性介質(zhì)桿27，其介電常數(shù)與非線性介質(zhì)桿弱光條件下的介電常數(shù)一致，第二長方形高折射率線性介質(zhì)桿27的尺寸與第一長方形高折射率線性介質(zhì)桿26的尺寸相等；中心正方形非線性介質(zhì)桿28采用克爾型非線性材料，邊長為1.5山弱光條件下的介電常數(shù)為7.9，三階非線性系數(shù)為
1.3340—2 二維光子晶體交叉波導(dǎo)非線性腔中心由十二根長方形高線性介質(zhì)桿與一根正方形非線性介質(zhì)桿在縱、橫兩個波導(dǎo)方向呈準(zhǔn)一維光子晶體排列，中心非線性介質(zhì)桿與相鄰的四根長方形線性介質(zhì)桿相貼，距離為0，而兩兩相鄰的長方形線性介質(zhì)桿相距0.2668山緊貼中心非線性桿且靠近信號輸出端的一根矩形線性桿的介電常數(shù)與中心非線性桿在弱光條件下的介電常數(shù)相等。光開關(guān)單元02為一個由時鐘信號⑶控制的2X2光選通開關(guān)，該光選通開關(guān)用于控制選擇邏輯信號進行選擇輸出；光選通開關(guān)由一個時鐘信號輸入端、一個延遲信號輸入端、一個邏輯信號輸入端和兩個中間信號輸出端組成；存儲器由一個輸入端和一個輸出端組成，邏輯信號X通過一個二分支波導(dǎo)的輸入端輸入，二分支波導(dǎo)輸出的一端連接存儲器03，存儲器03將輸出的延遲信號X (11-10輸出至光選通開關(guān)的延遲信號輸入端21 ；延遲器由一個輸入端和一個輸出端組成，存儲器或延遲器為匕步延遲的存儲器或延遲器，其設(shè)置在系統(tǒng)的輸入端與光開關(guān)單元之間，存儲器存儲并輸出信號X在&步之前的輸入信號X (=-10 ；延遲器輸出信號相對于延遲器的輸入信號存在&步延遲；存儲器的另一端將邏輯信號X 00直接輸入至光選通開關(guān)的邏輯信號輸入端22，光選通開關(guān)的第一中間信號輸出端23連接光子晶體結(jié)構(gòu)單元01的中間信號輸入端12、光選通開關(guān)的第二中間信號輸出端24連接吸波負(fù)載04，該吸波負(fù)載用于吸收進入其內(nèi)的光波；時鐘控制信號⑶通過一個三分支波導(dǎo)的輸入端輸入，三分支波導(dǎo)的第一輸出端連接非邏輯門06的輸入端、第二輸出端連接光子晶體結(jié)構(gòu)單元01的時鐘信號輸入端11、第三輸出端連接光開關(guān)單元的時鐘信號⑶輸入端；非邏輯門06的輸出端連接0觸發(fā)器單元05的時鐘信號輸入端51 ；非邏輯門設(shè)置在時鐘信號⑶輸入端與0觸發(fā)器單元之間，該非邏輯門用于對輸入信號進行非邏輯運算，并投射至0觸發(fā)器單元05的時鐘信號輸入端51 ；0觸發(fā)器單元由一個時鐘信號輸入端、一個0信號輸入端和一個系統(tǒng)輸出端組成；光子晶體結(jié)構(gòu)單元01的信號輸出端14連接0觸發(fā)器單元05的0信號輸入端52，即0觸發(fā)器單元05的輸入信號0等于光子晶體結(jié)構(gòu)單元01輸出端14的輸出信號，0觸發(fā)器單元05的系統(tǒng)信號輸出端53即為本發(fā)明的光子晶體全光多步延遲自與變換邏輯門的系統(tǒng)輸出端。
[0029]本發(fā)明基于圖1所示二維光子晶體交叉波導(dǎo)非線性腔所具有的光子帶隙特性、準(zhǔn)一維光子晶體缺陷態(tài)、隧穿效應(yīng)及光克爾非線性效應(yīng)，通過光開關(guān)等單元器件的配合可實現(xiàn)多步延遲自與變換邏輯門功能。首先介紹本發(fā)明中光子晶體非線性腔的基本原理:二維光子晶體提供一個具有一定帶寬的光子帶隙，波長落在該帶隙內(nèi)的光波可在光子晶體內(nèi)所設(shè)計好的光路中傳播，因此將器件的工作波長設(shè)置為光子帶隙中的某一波長；交叉波導(dǎo)中心所設(shè)置的準(zhǔn)一維光子晶體結(jié)構(gòu)結(jié)合中心非線性介質(zhì)桿的非線性效應(yīng)提供了一個缺陷態(tài)模式，當(dāng)輸入光波滿足一定光強時，使得該缺陷態(tài)模式偏移至系統(tǒng)的工作頻率，結(jié)構(gòu)產(chǎn)生隧穿效應(yīng)，信號從輸出端14輸出。
[0030]當(dāng)晶格常數(shù)(1 = 1 V111，工作波長為2.976 V111，參照圖1中的光子晶體結(jié)構(gòu)單元01所示的二維光子晶體交叉波導(dǎo)非線性腔，時鐘信號輸入端11與中間信號輸入端12為信號輸入端，端口 11輸入信號八，端口 12輸入信號8。如圖2所示本發(fā)明的二維光子晶體交叉波導(dǎo)非線性腔的邏輯輸出波形圖，當(dāng)端口 11與端口 12分別輸入如圖2所示的波形信號可得出該圖下方的邏輯輸出波形。根據(jù)圖2所示的邏輯運算特性可得出圖4所示該結(jié)構(gòu)的邏輯運算真值表。圖4中為現(xiàn)態(tài)為光子晶體結(jié)構(gòu)單元01輸出端14的信號輸出，即次態(tài)①+1。根據(jù)該真值表可得出結(jié)構(gòu)的邏輯表達(dá)式:
[0031]I = ^8+80 (1)
[0032]即
[0033]『+1=48+8011 (2)
[0034]根據(jù)上述二維光子晶體交叉波導(dǎo)非線性腔自身的基本邏輯運算特性，以上一級的邏輯輸出作為邏輯輸入以實現(xiàn)既定的邏輯功能。
[0035]如圖1所示，當(dāng)⑶=1時，光選通開關(guān)選通延遲信號輸入端21的輸入信號^匕；)由光選通開關(guān)的第一中間信號輸出端23輸出，并投射到光子晶體結(jié)構(gòu)單元01的中間信號輸入端12，即光子晶體結(jié)單元01的中間信號輸入端12的輸入信號等于延遲信號輸入端21的輸入信號；同時，光選通開關(guān)選通邏輯信號輸入端22的邏輯信號乂匕)由光選通開關(guān)的第二中間信號輸出端24輸出，并投射至吸波負(fù)載04。
[0036]當(dāng)⑶=0時，光選通開關(guān)選通延遲邏輯信號輸入端21的輸入信號X由光選通開關(guān)的第二中間信號輸出端24輸出，并投射至吸波負(fù)載04 ；同時，光選通開關(guān)選通邏輯信號輸入端由光選通開關(guān)的第一中間信號輸出端23輸出，并投射到光子晶體結(jié)構(gòu)單元01的中間信號輸入端12，即光子晶體結(jié)構(gòu)單元01的中間信號輸入端12的輸入信號等于邏輯信號輸入端22的邏輯信號^01+1).
[0037]通過上述配合即可實現(xiàn)全光邏輯信號的多步延遲自與變換邏輯功能。
[0038]本發(fā)明器件的光子晶體結(jié)構(gòu)可以采用(21^+1) X (21.+1)的陣列結(jié)構(gòu)沽為大于等于3的整數(shù)。下面結(jié)合附圖給出的實施例，在實施例中以11X11陣列結(jié)構(gòu)，晶格常數(shù)以(1 =
0.5208 VIII為例給出設(shè)計和模擬結(jié)果。
[0039]通過時鐘信號⑶控制使其工作如下:
[0040]在、時刻，令⑶=1，光選通開關(guān)接通延遲信號輸入端21的延遲信號至第二中間信號輸出端23輸出，并投射到光子晶體結(jié)構(gòu)單元01的中間信號輸入端12；光選通開關(guān)接通邏輯信號輸入端22的信號乂匕)至第二中間輸出端24輸出，并投射到吸波負(fù)載04 ；同時，光子晶體結(jié)構(gòu)單元01的時鐘信號輸入端11的輸入信號與時鐘控制信號⑶同步，即八=⑶=1，由式子(2)可得出此時端口 14的輸出為
[0041]X(3)
[0042]在。時刻，令⑶=0，光選通開關(guān)接通延遲信號輸入端21的延遲信號至第二中間信號輸出端24輸出，并投射到吸波負(fù)載04 ；光選通開關(guān)接通邏輯信號輸入端22的信號1(=+1)至第一中間信號輸出端23輸出，并投射到光子晶體結(jié)構(gòu)單元01的中間信號輸入端12 ；同時，光子晶體結(jié)構(gòu)單元01的時鐘信號輸入端11與時鐘控制信號⑶同步，即八=⑶=0，由式子(2)可得出此時端口 14的輸出為
[0043]X (11+1)^(11-^) (4)
[0044]光子晶體結(jié)構(gòu)單元01的輸出端口 14的輸出等于0觸發(fā)器單元05的0信號輸入端52的輸入，由式式子⑶與式子⑷可得出0信號輸入端52的輸入信號在= 1時0=X ；0？ = 0 時 0 = X (11+1) X.
[0045]由于0觸發(fā)器單元05的時鐘信號輸入端51與非邏輯門06的輸出連接，因此0觸發(fā)器單元05在⑶=0時，系統(tǒng)輸出跟隨輸入信號0 = 1時，系統(tǒng)輸出保持上一時刻的輸入信號0。由此可得出本發(fā)明器件的系統(tǒng)輸出端口 53的輸出在⑶=0時，①+1: 0 =X (11+1)
[0046]X ；在下一時刻⑶=1時，系統(tǒng)輸出保持上一時刻的輸出，即在一個時鐘周期內(nèi)的系統(tǒng)輸出為
[0047]X (11+1)^(11-^) (5)
[0048]可見，本發(fā)明器件可實現(xiàn)邏輯信號的多步延遲自與變換邏輯功能；若將上述存儲器改為一個&步的延遲器可實現(xiàn)同樣功能。
[0049]當(dāng)器件工作波長為1.55 VIII，光子晶體結(jié)構(gòu)單元01的晶格常數(shù)(1為0.5208 V 0 ；圓形高折射率線性介質(zhì)桿15的半徑為0.093744 11111 ；第一長方形高折射率線性介質(zhì)桿16的長邊為0.3192504 V111，短邊為0.0843696 V111 ；第二長方形高折射率線性介質(zhì)桿17的尺寸與第一長方形高折射率線性介質(zhì)桿16的尺寸一致；中心正方形非線性介質(zhì)桿18的邊長為0.7812 三階非線性系數(shù)為1.33*10—2 ^！112八2；兩兩相鄰的長方形線性介質(zhì)桿相距0.13894944^.110在上述尺寸參數(shù)下，當(dāng)光選通開關(guān)的延遲信號輸入端21的延遲信號X與邏輯信號端的信號乂匕)如圖2所示的波形輸入，在時鐘信號⑶控制下，可得出該圖下方的系統(tǒng)輸出波形圖?？梢?，系統(tǒng)將邏輯輸入量^01+1)與上一時刻的邏輯輸入量X 作與邏輯運算。即實現(xiàn)了對邏輯信號的多步延遲自與變換邏輯功能。
[0050]結(jié)合圖3，本發(fā)明器件通過縮放，可在不同晶格常數(shù)及相應(yīng)工作波長下實現(xiàn)同樣的邏輯功能。
[0051]綜上可知，在所述非邏輯門和0觸發(fā)器單元的配合下，加入一個存儲器或延遲器、一個光開關(guān)單元和一個吸波負(fù)載，通過時鐘信號輸入端的時鐘信號⑶控制即可實現(xiàn)本發(fā)明全光邏輯信號的多步延遲自與變換邏輯門功能。
[0052]在集成光路的邏輯信號處理中，可定義一種單一邏輯信號的自卷積運算，而上述邏輯信號的自與邏輯運算即為邏輯信號自卷積運算的基本運算；本發(fā)明實現(xiàn)的邏輯信號自與變換邏輯功能對邏輯變量的自相關(guān)變換或自卷積運算的實現(xiàn)起著重要應(yīng)用。
[0053]以上所述本發(fā)明在【具體實施方式】及應(yīng)用范圍均有改進之處，不應(yīng)當(dāng)理解為對本發(fā)明限制。
【權(quán)利要求】
1.一種光子晶體全光多步延遲自與變換邏輯門，其特征在于:它由一個光子晶體結(jié)構(gòu)單元、一個光開關(guān)單元、一個存儲器或延遲器、一個吸波負(fù)載、一個非邏輯門和一個D觸發(fā)器單元組成；邏輯信號X通過一個二分支波導(dǎo)的輸入端連接，所述的二分支波導(dǎo)輸出端分別與存儲器輸入端和光開關(guān)單元的邏輯信號輸入端連接；所述存儲器輸出端與光開關(guān)單元的延遲信號輸入端連接；所述光開關(guān)單元的兩個中間信號輸出端分別與光子晶體結(jié)構(gòu)單元的中間信號輸入端和吸波負(fù)載連接；時鐘控制信號CP通過一個三分支波導(dǎo)的輸入端連接，所述的三分支波導(dǎo)輸出端分別與非邏輯門輸入端、光子晶體結(jié)構(gòu)單元的時鐘信號輸入端和光開關(guān)單元的時鐘信號CP輸入端連接；所述非邏輯門輸出端與D觸發(fā)器單元的時鐘信號輸入端連接；所述光子晶體結(jié)構(gòu)單元的信號輸出端與D觸發(fā)器單元的D信號輸入端連接。
2.按照權(quán)利要求1所述的光子晶體全光多步延遲自與變換邏輯門，其特征在于:所述光子晶體結(jié)構(gòu)單元為一個二維光子晶體交叉波導(dǎo)非線性腔，它由高折射率介質(zhì)桿構(gòu)成二維的光子晶體“十”字交叉波導(dǎo)四端口網(wǎng)絡(luò)，所述四端口網(wǎng)絡(luò)的左端、下端、上端、右端分別設(shè)置有時鐘信號輸入端、中間信號輸入端、信號輸出端、閑置端；通過交叉叉波導(dǎo)中心沿兩波導(dǎo)方向放置兩相互正交的準(zhǔn)一維光子晶體結(jié)構(gòu)；在交叉波導(dǎo)的中部設(shè)置中間介質(zhì)柱，該中間介質(zhì)柱為非線性材料，所述中間介質(zhì)柱的橫截面為正方形、多邊形、圓形或者橢圓形；緊貼中心非線性桿且靠近信號輸出端的一根矩形線性桿的介電常數(shù)與中心非線性桿在弱光條件下的介電常數(shù)相等；所述的準(zhǔn)一維光子晶體結(jié)構(gòu)與中間介質(zhì)柱構(gòu)成波導(dǎo)缺陷腔。
3.按照權(quán)利要求1所述的光子晶體全光多步延遲自與變換邏輯門，其特征在于:所述光開關(guān)單元為一個2X2光選通開關(guān)，它由一個時鐘信號CP輸入端、一個延遲信號輸入端、一個邏輯信號輸入端和兩個中間信號輸出端組成；所述兩個中間信號輸出端分別為第一中間信號輸出端、第二中間信號輸出端。
4.按照權(quán)利要求1所述的光子晶體全光多步延遲自與變換邏輯門，其特征在于:所述的存儲器由一個輸入端和一個輸出端組成；所述存儲器的輸出信號為k步之前輸入存儲器的輸入信號；所述的延遲器由一個輸入端和一個輸出端組成；所述延遲器的輸出信號相對于延遲器的輸入信號存在k步延遲。
5.按照權(quán)利要求5所述的光子晶體全光多步延遲自與變換邏輯門，其特征在于:所述的存儲器或延遲器為k步延遲的存儲器或延遲器。
6.按照權(quán)利要求1所述的光子晶體全光多步延遲自與變換邏輯門，其特征在于:所述D觸發(fā)器單元由一個時鐘信號輸入端、一個D信號輸入端和一個系統(tǒng)輸出端組成；所述D觸發(fā)器單元的輸入信號D與光子晶體結(jié)構(gòu)單元輸出端的輸出信號相等。
7.按照權(quán)利要求2所述的光子晶體全光多步延遲自與變換邏輯門，其特征在于:所述二維光子晶體為(2k+l) X (2k+l)結(jié)構(gòu)，其中k為大于等于3的正整數(shù)。
8.按照權(quán)利要求2所述的光子晶體全光多步延遲自與變換邏輯門，其特征在于:所述二維光子晶體的高折射率介質(zhì)柱的橫截面為圓形、橢圓形、三角形或者多邊形。
9.按照權(quán)利要求2所述的光子晶體全光多步延遲自與變換邏輯門，其特征在于:所述二維光子晶體的背景填充材料為空氣或者折射率小于1.4的低折射率介質(zhì)。
10.按照權(quán)利要求2所述的光子晶體全光多步延遲自與變換邏輯門，其特征在于:所述交叉波導(dǎo)中的準(zhǔn)一維光子晶體中的介質(zhì)柱的折射率為3.4或者大于2的值，且所述準(zhǔn)一維光子晶體中的介質(zhì)柱的橫截面形狀為矩形、多邊形、圓形或者橢圓形。
【文檔編號】G02F3/00GK104483801SQ201410796539
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月19日
【發(fā)明者】歐陽征標(biāo), 余銓強 申請人:歐陽征標(biāo), 深圳大學(xué)