一種基于微環(huán)諧振器的三值光學(xué)可逆邏輯器件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光學(xué)邏輯計(jì)算領(lǐng)域，設(shè)及一種適用于光通信和光計(jì)算領(lǐng)域的基于微環(huán) 諧振器的=值光學(xué)可逆邏輯器件。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著科技的發(fā)展，人們?nèi)粘Ｉ钪兴媾R的待處理的信息量大大增加，如；視頻會(huì) 議、可視電話、智能家居、物聯(lián)網(wǎng)等。面對(duì)該種情況，傳統(tǒng)的電子學(xué)的信息處理與計(jì)算無(wú)論是 在功耗還是在速度方面都存在很大的弊端。光信息處理與光計(jì)算作為代替電信息處理與計(jì) 算的最有效的途徑之一，越來(lái)越受到科研人員的重視，而作為光信息處理與光計(jì)算的最基 本的構(gòu)造單元之一的光學(xué)邏輯口也正逐漸成為科研人員的研究熱點(diǎn)。
[0003] 歷史上曾經(jīng)有兩次大規(guī)模的光邏輯與光計(jì)算的研究熱潮。當(dāng)時(shí)集成光學(xué)還未得到 充分發(fā)展，體光學(xué)元件實(shí)現(xiàn)的光信息處理系統(tǒng)往往體積龐大而且可編程性極低，與集成度 高、可編程性能優(yōu)越的微電子技術(shù)相比優(yōu)勢(shì)非常少。時(shí)至今日，在光通信產(chǎn)業(yè)的推動(dòng)下，借 鑒微電子工藝實(shí)現(xiàn)的集成光學(xué)器件性能已經(jīng)有了長(zhǎng)足進(jìn)步，能實(shí)現(xiàn)的功能越來(lái)越豐富，工 作模式也越來(lái)越靈活?；谠撔┘晒鈱W(xué)器件的光信息處理研究重新獲得了重視。
[0004] 隨著信息技術(shù)的發(fā)展，巧片的集成度越來(lái)越高，單位面積中的器件數(shù)量不斷增多， 產(chǎn)生的熱量也會(huì)越來(lái)越多，最終將達(dá)到巧片所能承受的極限；同時(shí)巧片的功能也會(huì)受到量 子效應(yīng)的干擾，該些問(wèn)題將成為嚴(yán)重制約娃片發(fā)展的瓶頸。
[0005] 計(jì)算機(jī)運(yùn)算都是二進(jìn)制數(shù)計(jì)算，而現(xiàn)有的傳統(tǒng)不可逆邏輯器件，主要是二輸 入一輸出的非可逆邏輯n，輸入信息經(jīng)過(guò)該口就會(huì)丟失一個(gè)輸出信息位，早在1960年 RiLandauer就已經(jīng)證明了不可逆計(jì)算每一次運(yùn)算都會(huì)引起比特位的丟失，并且每丟失一 比特信息就會(huì)有kTln2熱能散發(fā)，室溫下雖然能量散失很少但對(duì)于低功耗器件設(shè)計(jì)不能忽 略。同時(shí)，能耗產(chǎn)生的熱量會(huì)極大地限制巧片的性能和計(jì)算速度。而可逆邏輯器件由于既 能傳遞邏輯口的輸出值，也能傳遞它的輸入值，該樣就不會(huì)有信息位丟失，因此沒(méi)有比特位 丟失，該樣可W很好的解決由比特位丟失引起的熱能散發(fā)問(wèn)題，從而大大降低計(jì)算機(jī)在邏 輯上的能耗，提高計(jì)算速度；但是現(xiàn)有的可逆邏輯器件需要強(qiáng)激光作為累浦光，不易操作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種基于微環(huán)諧振器的=值光學(xué)可逆邏輯器件，不需要使用 強(qiáng)激光作為累浦光，易于操作。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種基于微環(huán)諧振器的=值光學(xué) 可逆邏輯器件，由用絕緣體上的半導(dǎo)體材料制成的四個(gè)微環(huán)諧振器MRR和兩個(gè)Y分支禪合 器構(gòu)成。
[000引本發(fā)明=值光學(xué)可逆邏輯器件具有如下優(yōu)點(diǎn)： 1、利用光的自然特性實(shí)現(xiàn)的=值光學(xué)可逆邏輯器件代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電學(xué)邏輯器件，沒(méi)有傳 統(tǒng)電學(xué)器件的電磁效應(yīng)W及寄生電阻電容的影響，從而可W實(shí)現(xiàn)高速大容量的信息處理。
[0009] 2、利用光的自然特性實(shí)現(xiàn)的=值光學(xué)可逆邏輯器件代替?zhèn)鹘y(tǒng)的邏輯器件，可w實(shí) 現(xiàn)雙控制非口邏輯運(yùn)算，且沒(méi)有傳統(tǒng)邏輯器件比特位丟失引起的熱能散發(fā)，從而可W大大 降低計(jì)算機(jī)在邏輯上的能耗。
[0010] 3、采用的是絕緣襯底上的娃材料SOI，是指在Si〇2絕緣層上生長(zhǎng)一層具有一定厚 度的單晶娃薄膜，利用SOI材料制成的娃波導(dǎo)，其巧層是Si(折射率為3. 45)，包層是Si化 (折射率為1. 45)，該樣包層和巧層的折射率差很大，所W該波導(dǎo)對(duì)光場(chǎng)的限制能力很強(qiáng)使 得其彎曲半徑可W很小，利于大規(guī)模集成。
[0011] 4、僅由四個(gè)微環(huán)諧振器和兩個(gè)Y分支禪合器、四根直波導(dǎo)、兩根彎曲波導(dǎo)構(gòu)成，其 中沒(méi)有交叉，故整體器件損耗較小。
[0012] 5、采用現(xiàn)有的CMOS工藝制成，使得器件體積小，功耗低，擴(kuò)展性好，便于與其他元 件整合。
【附圖說(shuō)明】
[0013] 圖1是本發(fā)明=值光學(xué)可逆邏輯器件的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014] 圖2是本發(fā)明=值光學(xué)可逆邏輯器件中第一Y分支禪合器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015] 圖3是本發(fā)明=值光學(xué)可逆邏輯器件中第一微環(huán)諧振器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016] 圖4是本發(fā)明=值光學(xué)可逆邏輯器件中第二微環(huán)諧振器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017] 圖5是本發(fā)明=值光學(xué)可逆邏輯器件中第二Y分支禪合器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018] 圖6是本發(fā)明=值光學(xué)可逆邏輯器件中第=微環(huán)諧振器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019] 圖7是本發(fā)明=值光學(xué)可逆邏輯器件中第四微環(huán)諧振器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020] 圖8是本發(fā)明S值光學(xué)可逆邏輯器件中帶娃基熱光調(diào)制器的微環(huán)諧振器MRR的電 極的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021] 圖9是本發(fā)明S值光學(xué)可逆邏輯器件中帶娃基電光調(diào)制器的微環(huán)諧振器MRR的電 極的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022] 圖中；1.第一Y分支禪合器，2.第一微環(huán)諧振器，3.第二微環(huán)諧振器，4.第二Y分 支禪合器，5.第=微環(huán)諧振器，6.第四微環(huán)諧振器，7.Si襯底，8.Si02層，9.娃基光波導(dǎo)， 10.發(fā)熱電極； 11.第一輸入光波導(dǎo)，12.第一Y分支第一直通光波導(dǎo)，13.第一Y分支第二直通光 波導(dǎo)，21.第二輸入光波導(dǎo)，22.第一直通光波導(dǎo)，23.第二直通光波導(dǎo)，24.第=輸入光波 導(dǎo)，31.第四輸入光波導(dǎo)，32.第一輸出光波導(dǎo)，41.第五輸入光波導(dǎo)，42.第二輸出光波導(dǎo)， 43.第二Y分支直通光波導(dǎo)，51.第六輸入光波導(dǎo)，52.第=直通光波導(dǎo)，53.第一下載光波 導(dǎo)，61.第^;：輸入光波導(dǎo)，62.第四直通光波導(dǎo)，63.第立輸出光波導(dǎo)，64.第八輸入光波導(dǎo)， T.光卸載端口。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0024] 如圖1所示，本發(fā)明=值光學(xué)可逆邏輯器件，包括： 結(jié)構(gòu)如圖2所示的第一Y分支禪合器1，第一Y分支禪合器1包括第一直波導(dǎo)、第一分 支直波導(dǎo)和第二分支直波導(dǎo)，第一分支直波導(dǎo)的一端和第二分支直波導(dǎo)的一端均與第一直 波導(dǎo)的一端相連接，構(gòu)成Y形分支禪合器，第一直波導(dǎo)上設(shè)有第一輸入光波導(dǎo)11，第一分支 直波導(dǎo)上設(shè)有第一Y分支第一直通光波導(dǎo)12,第二分支直波導(dǎo)上設(shè)有第一Y分支第二直通 光波導(dǎo)13 ; 結(jié)構(gòu)如圖3所示的第一微環(huán)諧振器2,第一微環(huán)諧振器2包括第一娃基納米線微環(huán)R1、 第二直波導(dǎo)和第=直波導(dǎo)；第二直波導(dǎo)和第=直波導(dǎo)平行設(shè)置，第一娃基納米線微環(huán)R1位 于第二直波導(dǎo)和第S直波導(dǎo)之間，第二直波導(dǎo)與第二分支直波導(dǎo)相連接，該第二直波導(dǎo)上、 沿遠(yuǎn)離第二分支直波導(dǎo)的方向依次設(shè)有第二輸入光波導(dǎo)21和第一直通光波導(dǎo)22 ;第=直 波導(dǎo)上設(shè)有第二直通光波導(dǎo)23和第=輸入光波導(dǎo)24 ;第一微環(huán)諧振器2帶有娃基電光調(diào) 制器或娃基熱光調(diào)制器； 結(jié)構(gòu)如圖4所示的第二微環(huán)諧振器3,第二微環(huán)諧振器3包括第二娃基納米線微環(huán)R2 和第四直波導(dǎo)，第四直波導(dǎo)與第二直波導(dǎo)相平行，第四直波導(dǎo)與第一分支直波導(dǎo)相連接，第 二娃基納米線微環(huán)R2位于第四直波導(dǎo)和第二直波導(dǎo)之間；第四直波導(dǎo)上、沿遠(yuǎn)離第一分支 直波導(dǎo)的方向依次設(shè)有第四輸入光波導(dǎo)31和第一輸出光波導(dǎo)32 ;第二微環(huán)諧振器3帶有 娃基電光調(diào)制器或娃基熱光調(diào)制器； 結(jié)構(gòu)如圖5所示的第二Y分支禪合器4,第二Y分支禪合器4包括第五直波導(dǎo)、第=分 支直波導(dǎo)和第四分支直波導(dǎo)，第五直波導(dǎo)的一端與第二直波導(dǎo)的另一端相連接，第S分支 直波導(dǎo)的一端和第四分支直波導(dǎo)的一端均與第五直波導(dǎo)的另一端相連接；第五直波導(dǎo)上設(shè) 有第五輸入光波導(dǎo)41，第=分支直波導(dǎo)上設(shè)有第二輸出光波導(dǎo)42,第四分支直波導(dǎo)上設(shè)有 第二Y分支直通光波導(dǎo)43; 結(jié)構(gòu)如圖6所示的第=微環(huán)諧振器5,第=微環(huán)諧振器5包括第=娃基納米線微環(huán)R3、 第六直波導(dǎo)和第走直波導(dǎo)；第六直波導(dǎo)和第走直波導(dǎo)相平行，第=娃基納米線微環(huán)R3位于 第六直波導(dǎo)和第走直波導(dǎo)之間，第六直波導(dǎo)的一端與第四分支直波導(dǎo)的另一端相連接，第 六直波導(dǎo)上、沿遠(yuǎn)離第四分支直波導(dǎo)的方向依次設(shè)有第六輸入光波導(dǎo)51和第=直通光波 導(dǎo)52 ;第走直波導(dǎo)的一端與第=直波導(dǎo)的一端相連接，第走直波導(dǎo)上設(shè)有第一下載光波導(dǎo) 53 ;第S微環(huán)諧振