光子晶體全光自或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自或變換邏輯門，它由一個光開關(guān)單元、一個光子晶體結(jié)構(gòu)單元、一個參考光源、一個延遲器或存儲器和一個D觸發(fā)器單元組成；延遲器的輸入端與邏輯信號X連接，其輸出端與光開關(guān)單元的邏輯信號輸入端連接；參考光源輸出的參考光E與光開關(guān)單元的參考光輸入端連接；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)單元的兩個中間信號輸入端連接；時鐘控制信號CP通過一個二分支波導(dǎo)的輸入端分別與光開關(guān)單元的時鐘信號CP輸入端和D觸發(fā)器單元的時鐘信號輸入端連接；光子晶體結(jié)構(gòu)單元的輸出端與D觸發(fā)器單元的D信號輸入端連接。本發(fā)明不僅具有結(jié)構(gòu)緊湊、抗干擾能力強、而且易于與其它光學(xué)邏輯元件集成。
【專利說明】光子晶體全光自或變換邏輯門

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

【背景技術(shù)】
[0002]1987年，美國Bell實驗室的E.Yablonovitch在討論如何抑制自發(fā)輻射和Princeton大學(xué)的S.John在討論光子區(qū)域各自獨立地提出了光子晶體(PhotonicCrystal)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自或變換邏輯門。
[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)明的光子晶體全光自或變換邏輯門由一個光開關(guān)單元、一個光子晶體結(jié)構(gòu)單元、一個參考光源、一個延遲器或存儲器和一個D觸發(fā)器單元組成；所述延遲器的輸入端與邏輯信號X連接，其輸出端與光開關(guān)單元的邏輯信號輸入端連接；所述參考光源輸出的參考光E與光開關(guān)單元的參考光輸入端連接；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)單元的兩個中間信號輸入端連接；時鐘控制信號CP通過一個二分支波導(dǎo)的輸入端分別與光開關(guān)單元的時鐘信號CP輸入端和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)單元的輸出端與D觸發(fā)器單元的D信號輸入端連接。
[0009]所述的光開關(guān)單元為2X2光選通開關(guān)，它由一個時鐘信號CP輸入端、邏輯信號輸入端、參考光輸入端、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。
[0010]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、右端分別為第一中間信號輸入端、第二中間信號輸入端、信號輸出端、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)；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。
[0011]所述的延遲器或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T/2步延遲，T為一個時鐘周期。
[0012]所述的延遲器或存儲器為T/2延遲的延遲器或存儲器。
[0013]所述的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D信號輸入端的輸入信號與光子晶體結(jié)構(gòu)單元輸出端的輸出信號相等。
[0014]所述的二維光子晶體為(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，易于與其它光學(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)明的光子晶體全光自或變換邏輯門結(jié)構(gòu)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)d = I μ m，工作波長為2.976 μ m情況下實現(xiàn)的基本邏輯功能波形圖。
[0024]圖3為本發(fā)明的光子晶體全光自或變換邏輯門在晶格常數(shù)d= I μπι，工作波長為2.976 μm的邏輯信號自或變換的邏輯功能波形圖。
[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:光開關(guān)單元01邏輯信號輸入端11參考光輸入端12第一中間信號輸出端13第二中間信號輸出端14光子晶體結(jié)構(gòu)單元02第一中間信號輸入端21第二中間信號輸入端22閑置端口 23信號輸出端24圓形高折射率線性介質(zhì)桿25第一長方形高折射率線性介質(zhì)桿26第二長方形高折射率線性介質(zhì)桿27中心非線性介質(zhì)桿28參考光源03參考光E延遲器或存儲器04邏輯信號X時鐘控制信號CP D觸發(fā)器單元05時鐘信號輸入端51D信號輸入端52系統(tǒng)輸出端53

【具體實施方式】
[0027]如圖1所示，本發(fā)明的光子晶體全光自或變換邏輯門由一個光開關(guān)單元01、一個光子晶體結(jié)構(gòu)單元02、一個參考光源03、一個延遲器或存儲器04和一個D觸發(fā)器單元05組成；光開關(guān)單元01為一個由時鐘信號CP控制的2X2光選通開關(guān)，用于控制選擇邏輯信號進行輸出，以作為下一級光子晶體結(jié)構(gòu)單元的輸入；光開關(guān)單元01由一個時鐘信號CP輸入端、邏輯信號輸入端、參考光輸入端和兩個中間信號輸出端組成，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。延遲器或延遲器由一個輸入端和一個輸出端組成，延遲器或存儲器為T/2延遲的延遲器或存儲器；邏輯信號X由延遲器04的輸入端輸入，延遲器的輸出端輸出T/2延遲的延遲信號X(t-T/2)，并與光開關(guān)單元01的邏輯信號輸入端11相連接；延遲器或存儲器設(shè)置在系統(tǒng)的輸入端與光開關(guān)單元之間，延遲器用于對輸入信號進行延遲，其輸出信號相對于輸入信號存在T/2的延遲，T為一個時鐘周期；參考光源03輸出參考光E，E = I，并投射到光選通開關(guān)的參考光輸入端12 ;光子晶體結(jié)構(gòu)單元02的第一中間信號輸入端21連接光選通開關(guān)的第一中間信號輸出端13，其第二中間信號輸入端22連接光選通開關(guān)的第二中間信號輸出端14 ;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；時鐘控制信號CP通過一個二分支波導(dǎo)的輸入端輸入，其一端連接光選通開關(guān)的時鐘信號CP輸入端，另一端連接D觸發(fā)器單元05的時鐘信號輸入端51 ;光子晶體結(jié)構(gòu)單元02的信號輸出端24與D觸發(fā)器單元的D信號輸入端52連接，即D觸發(fā)器單元05的D信號輸入端的輸入信號52等于光子晶體結(jié)構(gòu)單元02輸出端24的輸出信號；D觸發(fā)器單元05的輸出端53即為本發(fā)明的光子晶體全光自或變換邏輯門的系統(tǒng)輸出端。光子晶體結(jié)構(gòu)單元02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，也可以采用折射率小于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，也可以采用橢圓形、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)，所述準(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，也可以為大于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，該中間介質(zhì)柱的橫截面為正方形，也可以多邊形、圓形或者橢圓形，準(zhǔn)一維光子晶體結(jié)構(gòu)與中央介質(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(Si)材料，折射率為3.4，半徑為0.18d ;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0.613d，短邊為0.162d ;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為克爾型非線性材料，邊長為1.5d，弱光條件下的介電常數(shù)為7.9，三階非線性系數(shù)為1.33*1(T2 ym2/V2。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O，而兩兩相鄰的長方形線性介質(zhì)桿相距0.2668d，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。
[0028]本發(fā)明基于圖1中光子晶體結(jié)構(gòu)單元02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)全光邏輯信號的自或變換邏輯門和多步延遲自或變換邏輯門功能。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24輸出。
[0029]當(dāng)晶格常數(shù)d = I μ m，工作波長為2.976 μ m，參照圖1中02所示的二維光子晶體交叉波導(dǎo)非線性腔，以第一中間輸入端21與第二中間信號輸入端22為信號輸入端，端口 21輸入信號A，端口 22輸入信輸入信號B。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 21與端口 22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C為現(xiàn)態(tài)Qn，Y為輸出端24的信號輸出，即次態(tài)Qn+1。根據(jù)該真值表可得結(jié)構(gòu)的邏輯表達(dá)式:
[0030]Y = AB+BC (I)
[0031]即
[0032]Qn+1=AB+BQn (2)
[0033]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。
[0034]如圖1所示，當(dāng)CP = O時，光選通開關(guān)選通邏輯信號輸入端11的T/2延遲的輸入信號X(t-T/2)由光選通開關(guān)的第二中間信號輸出端14輸出，并投射到光子晶體結(jié)構(gòu)單元02的第二中間信號輸入端22，因此，光子晶體結(jié)構(gòu)單元02的第二中間信號輸入端22的輸入信號等于輸入端11的輸入信號X(t-T/2);同時，光選通開關(guān)選通參考光輸入端12的參考光E由光開關(guān)的第一中間信號輸出端13輸出，并投射到光子晶體結(jié)構(gòu)單元02的第一中間信號輸入端21，因此，光子晶體結(jié)構(gòu)單元02的第一中間信號輸入端21的輸入信號等于參考光輸入端12的參考光E。
[0035]當(dāng)CP = I時，光選通開關(guān)選通邏輯信號輸入端11的輸入信號X(t-T/2+l)由光選通開關(guān)的第一中間信號輸出端13輸出，并投射到光子晶體結(jié)構(gòu)單元02的第一中間信號輸入端21，因此，光子晶體結(jié)構(gòu)單元02的第一中間信號輸入端21的輸入信號等于邏輯信號輸入端11的輸入信號X(t-T/2+l);同時，光選通開關(guān)選通參考光輸入端12的參考光E由光選通開關(guān)的第二中間信號輸出端14輸出，并投射到光子晶體結(jié)構(gòu)單元02的第二中間輸入端口 22，因此，光子晶體結(jié)構(gòu)單元02的第二中間輸入端口 22的輸入信號等于參考光輸入端12的參考光E。
[0036]本發(fā)明器件的光子晶體結(jié)構(gòu)可以采用(2k+l) X (2k+l)的陣列結(jié)構(gòu)，k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IlX 11陣列結(jié)構(gòu)，晶格常數(shù)d = Iym為例給出設(shè)計和模擬結(jié)果。
[0037]在式⑵中令A(yù)= I有
[0038]Qn+1= B (3)
[0039]在式⑵中令B = I有
[0040]Qn+1=A+Qn (4)
[0041]可見，在tn時刻將信號X輸入到光子晶體結(jié)構(gòu)單元02的第二中間信號輸入端22，即B = X(tn);同時，令21端口的輸入信號A= 1，則、時刻的邏輯輸入信號X(tn)將被存儲在光路中；然后，在tn+1時刻，將信號X(tn+1)輸入到光子晶體結(jié)構(gòu)單元02的第一中間信號輸入端21，即此時第一中間信號輸入端21的邏輯輸入信號A = X(tn+1)，同時令第二中間信號輸入端22的邏輯輸入信號B = 1，由式(2)可得出
[0042]Qn+1= X(tn+1)+X(tn) (5)
[0043]為此，需要在系統(tǒng)中引入一個CP控制信號、一個光開關(guān)和一個參考光源，當(dāng)CP =O時，光開關(guān)01將X信號投射到第二中間信號輸入端22，同時，將I信號投射到第一中間信號輸入端21 ；^CP = I時，光開關(guān)01將X信號投射到第一中間信號輸入端21，同時將I信號投射到第二中間信號輸入端22。由于邏輯信號在一個時鐘周期內(nèi)的輸入量是不變的，因此需要在系統(tǒng)信號輸入端引入一個T/2延遲的延遲器，以實現(xiàn)相鄰時鐘周期邏輯信號的或變換功能。
[0044]通過時鐘信號CP控制使其工作如下:
[0045]在、時刻，令CP = 0，光選通開關(guān)接通邏輯信號輸入端11的信號X(tn_T/2)至第二中間信號輸出端14輸出，并投射到光子晶體結(jié)構(gòu)單元02的第二中間信號輸入端22 ;同時，光選通開關(guān)接通參考光輸入端12的參考光E至第一中間信號輸出端口 13輸出，并投射到光子晶體結(jié)構(gòu)單元02的第一中間信號輸入端21，由式子(2)可得出此時端口 24的輸出為
[0046]Qn+1= X(t n-T/2) (6)在tn+1時刻，令CP = I，光選通開關(guān)接通邏輯信號輸入端11的信號X(tn+1_T/2)至第一中間信號輸出端13輸出，并投射到光子晶體結(jié)構(gòu)單元02的第一中間信號輸入端21 ;同時，光選通開關(guān)接通參考光輸入端12的參考光E至第二中間信號輸出端口 14輸出，并投射到光子晶體結(jié)構(gòu)單元02的第二中間信號輸入端22，由式子(2)可得出此時端口 24的輸出為
[0047]Qn+1 = X (t n+1-T/2) +X (tn-T/2) = X (tn+1) +X (tn) (7)
[0048]光子晶體結(jié)構(gòu)單元02的輸出，即端口 24的輸出等于D觸發(fā)器單元D信號輸入端52的輸入，由式子(6)與式子(7)可得出D信號輸入端52的輸入信號在CP = O時，D =X(tn-T/2) ;CP = I 時，D = X(tn+1)+X(tn).
[0049]由D觸發(fā)器的邏輯特性可知，CP = I時，系統(tǒng)輸出跟隨輸入信號D ;CP = O時，系統(tǒng)輸出保持上一時刻的輸入信號D。由此可得出本發(fā)明器件的系統(tǒng)輸出端口 53的輸出在CP = I時，Qn+1= X(t n+1)+X(tn);在下一時刻CP = O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
[0050]Qn+1= X(tn+1)+X(tn) (8)
[0051 ] 可見，本發(fā)明器件可實現(xiàn)全光邏輯信號的自或變換邏輯功能。若將上述延遲器改為一個T/2步的存儲器可實現(xiàn)同樣功能。
[0052]當(dāng)器件工作波長為2.976 μm，光子晶體結(jié)構(gòu)單元02的晶格常數(shù)d為I μπι ;圓形高折射率線性介質(zhì)桿25的半徑為0.18 μπι ;第一長方形高折射率線性介質(zhì)桿26的長邊為0.613 μ m，短邊為0.162 μ m ;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的尺寸一致；中心正方形非線性介質(zhì)桿28的邊長為1.5 μ m，三階非線性系數(shù)為1.33*10_2 ym2/V2;兩兩相鄰的長方形線性介質(zhì)桿相距0.2668 μ mo在上述尺寸參數(shù)下，當(dāng)邏輯信號X(t-T/2)如圖3所示波形輸入，在時鐘信號CP控制下，可得出該圖下方的系統(tǒng)輸出波形圖。可見，系統(tǒng)將邏輯輸入量X(tn+1)與上一時刻的邏輯輸入量X(tn)作或邏輯運算。即實現(xiàn)了對邏輯信號的自或變換邏輯功能。
[0053]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。
[0054]綜上可知，將所述光子晶體結(jié)構(gòu)單元與一個2X2光選通開關(guān)、一個延遲器或存儲器、一個參考光源和一個D觸發(fā)器配合可實現(xiàn)全光邏輯信號的自或變換邏輯功能。
[0055]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或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)的邏輯信號自或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。
[0056]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自或變換邏輯門，其特征在于:它由一個光開關(guān)單元、一個光子晶體結(jié)構(gòu)單元、一個參考光源、一個延遲器或存儲器和一個D觸發(fā)器單元組成；所述延遲器的輸入端與邏輯信號X連接，其輸出端與光開關(guān)單元的邏輯信號輸入端連接；所述參考光源輸出的參考光E與光開關(guān)單元的參考光輸入端連接；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)單元的兩個中間信號輸入端連接；時鐘控制信號CP通過一個二分支波導(dǎo)的輸入端分別與光開關(guān)單元的時鐘信號CP輸入端和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自或變換邏輯門，其特征在于:所述的光開關(guān)單元為2X2光選通開關(guān)，它由一個時鐘信號CP輸入端、邏輯信號輸入端、參考光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。
3.按照權(quán)利要求1所述的光子晶體全光自或變換邏輯門，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、右端分別為第一中間信號輸入端、第二中間信號輸入端、信號輸出端、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)；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。
4.按照權(quán)利要求1所述的光子晶體全光自或變換邏輯門，其特征在于:所述的延遲器或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T/2步延遲，T為一個時鐘周期。
5.按照權(quán)利要求1所述的光子晶體全光自或變換邏輯門，其特征在于:所述的延遲器或存儲器為T/2延遲的延遲器或存儲器。
6.按照權(quán)利要求1所述的光子晶體全光自或變換邏輯門，其特征在于:所述的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D信號輸入端的輸入信號與光子晶體結(jié)構(gòu)單元輸出端的輸出信號相等。
7.按照權(quán)利要求3所述的光子晶體全光自或變換邏輯門，其特征在于:所述的二維光子晶體為(2k+l) X (2k+l)結(jié)構(gòu)，其中k為大于等于3的整數(shù)。
8.按照權(quán)利要求3所述的光子晶體全光自或變換邏輯門，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3所述的光子晶體全光自或變換邏輯門和多步延遲自或變換邏輯門，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3所述的光子晶體全光自或變換邏輯門，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】G02B6/122GK104483803SQ201410799695
【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)