a = Af = 0.4185 μm。
[0024]設(shè)計(jì)中用到的分束器是光子晶體中沿ΓΜ方向排列的線缺陷，光束自光子晶體左側(cè)入射，沿ΓΧ方向傳輸。分束器的缺陷柱半徑rd的變化范圍為[0，0.5a]。分束器中光束沿特定的Γ X方向傳輸。分束器中使用頻率為f = 0.27 (c/a)的TE偏振高斯光束。
[0025]上述分束器通過對坡印亭矢量進(jìn)行時(shí)間積分，可以得到分束器透射和反射光束功率的時(shí)間均值，該均值與入射光束的功率作比較，便可獲得透射率T和反射率R的值，該值隨著缺陷柱半徑的變化而變化。圖2給出了分束器透射率和反射率隨半徑rd的變化曲線。
[0026]當(dāng)光線通過分束器傳播時(shí)，反射光和透射光之間存在31 /2的相位差。如果線缺陷的柱半徑比宿主光子晶體的柱半徑小，則與入射光束相比，反射光束將產(chǎn)生Ji/2的相位滯后；相反，如果該線缺陷的柱半徑比宿主光子晶體的柱半徑大，則與入射光束相比，反射光束將產(chǎn)生η/2的相位滯后。
[0027]本發(fā)明利用時(shí)域有限差分(FDTD)法，設(shè)置完美匹配層(PML)邊界條件，模擬了通過裝置的光束的傳輸行為。
[0028]本發(fā)明的基于自準(zhǔn)直干涉效應(yīng)的二維光子晶體邏輯與門，如圖3所示。以硅為背景材料的二維空氣孔81a*85a正方光子晶體，柱半徑為r = 0.3a，背景材料硅的介電常數(shù)ε = 11.56，通信中使用的光波長是1.55μm，其中a是晶格常數(shù)，設(shè)定為a= λ f =
0.4185 μ m。七個(gè)分束器S2，S3，S4，MjP M 3是在光子晶體內(nèi)沿Γ M方向排列的線缺陷，其柱半徑 rsl= 0.427a，r S2= r S3= r S4= 0.421a，r M1= r M2= r M3= 0.39a。S !，S2，S3，S4是部分反射分束器，而MpM；；和Μ 3為全反射分束器。Δ 1:為光子晶體的底部到S沖心的距離，AlAsjljM^距離，A1$S#PM2之間的距離，Λ 14為光子晶體的左側(cè)到S#心之間的距離。當(dāng)rsl= 0.427a時(shí)，S ^勺功率透射率和反射率分別是T = 0.25394和R =
0.56303。當(dāng)rS2= r S3= r S4= 0.421a，功率透射率和反射率分別是Τ = 0.41699和R =
0.40831ο整個(gè)裝置結(jié)構(gòu)有Α和Β兩個(gè)入射端口，I為目標(biāo)輸出端口。
[0029]邏輯與門是指兩個(gè)輸入端口同時(shí)具有入射信號時(shí)，輸出口才有信號，如果只有一個(gè)輸入端口具有入射信號，不具有輸出信號。通過調(diào)節(jié)Δ。Δ12，Δ1#Ρ Δ14的值來改變輸出光束之間的相位差，可以實(shí)現(xiàn)干涉相長和干涉相消。當(dāng)設(shè)定A 1=108，Δ12= 25a,Al3= 37a，和Δ14= la，并且僅A或B具有入射光時(shí)，I是沒有信號的，只有當(dāng)A和B同時(shí)具有輸入光時(shí)，輸出端口才有信號，能夠?qū)崿F(xiàn)上述所述邏輯與門的功能。圖4、圖5和圖6分別為三種情況下的穩(wěn)態(tài)場分布。設(shè)定一判斷閾值，當(dāng)透射小于35%時(shí)，有效邏輯信號定義為邏輯0。在圖5中，在端口 I和B處放置兩個(gè)功率檢測器，檢測輸出端光束，測得光束的透射率是19.8%，所以圖5的結(jié)構(gòu)可以被認(rèn)為是邏輯0。圖4和圖6則可以被定義為邏輯0和邏輯1。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于自準(zhǔn)直干涉效應(yīng)的二維光子晶體邏輯與門，其特征是，包括一個(gè)正方晶格的光子晶體，該光子晶體具有自準(zhǔn)直干涉效應(yīng)；在光子晶體的內(nèi)部制作有七個(gè)沿自準(zhǔn)直光束傳播方向排列的線缺陷，作為七個(gè)分束器SpSpSpSpMpMjP M3，七個(gè)線缺陷的柱半徑分別為 rsl= 0.427a，r S2= r S3= r S4= 0.421a，r M1= r M2= r M3= 0.39a，S ” S2、S3和 S 4是部分反射分束器’MpMjPMs為全反射分束器；光子晶體的底部到Si中心的距離Δ11= 10a，Sjljl的距離Δ 1 2= 25a，SjPM2之間的距離Δ 1 3= 37a，光子晶體的左側(cè)到S 3中心之間的距離Δ14= la，其中a = 0.4185 μ m;光子晶體中設(shè)置有兩個(gè)入射端口和一個(gè)輸出端口。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于自準(zhǔn)直干涉效應(yīng)的二維光子晶體邏輯與門，其特征是，所述正方晶格的光子晶體是以硅為背景材料的二維空氣孔正方晶格的光子晶體，背景材料硅的介電常數(shù)ε = 11.56。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于自準(zhǔn)直干涉效應(yīng)的二維光子晶體邏輯與門，其特征是，所述光子晶體的大小為81a*85a，a = 0.4185 μ mD4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于自準(zhǔn)直干涉效應(yīng)的二維光子晶體邏輯與門，其特征是，所述光子晶體的柱半徑r = 0.3a，a = 0.4185 μπι。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于自準(zhǔn)直干涉效應(yīng)的二維光子晶體邏輯與門，其特征是，所述入射端口的輸入光束波長為1.55 μ m。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于自準(zhǔn)直干涉效應(yīng)的二維光子晶體邏輯與門，其特征是，當(dāng)rsl= 0.427a時(shí)，S ^勺功率透射率和反射率分別是T = 0.25394和R = 0.56303 ;當(dāng)r S2=rS3= rS4= 0.421a，功率透射率和反射率分別是T = 0.41699和R = 0.40831。
【專利摘要】一種基于自準(zhǔn)直干涉效應(yīng)的二維光子晶體邏輯與門，包括一個(gè)以硅為背景材料的二維空氣孔正方晶格的光子晶體，在光子晶體的內(nèi)部制作有七個(gè)沿自準(zhǔn)直光束傳播方向排列的線缺陷，作為七個(gè)分束器S1、S2、S3、S4、M1、M2和M3，七個(gè)線缺陷的柱半徑分別為rS1＝0.427a，rS2＝rS3＝rS4＝0.421a，rM1＝rM2＝rM3＝0.39a，S1、S2、S3和S4是部分反射分束器，M1、M2和M3為全反射分束器；光子晶體的底部到S1中心的距離Δl1＝10a，S1到M1的距離Δl2＝25a，S2和M2之間的距離Δl3＝37a，光子晶體的左側(cè)到S3中心之間的距離Δl4＝1a，其中a＝0.4185μm；光子晶體中設(shè)置有兩個(gè)入射端口和一個(gè)輸出端口。該邏輯與門不受到傳統(tǒng)波導(dǎo)中物理邊界的限制，具有更好的適應(yīng)性。
【IPC分類】G02F3/00
【公開號】CN105404074
【申請?zhí)枴緾N201510980396
【發(fā)明人】楊修倫, 孫曉雯, 范冉冉
【申請人】山東大學(xué)
【公開日】2016年3月16日
【申請日】2015年12月23日