光子晶体全光自与变换逻辑门制造技术

本发明专利技术公开了一种光子晶体全光自与变换逻辑门，它由一个光子晶体结构单元、一个非逻辑门和一个D触发器单元组成；时钟控制信号CP通过一个二分支波导的输入端连接，其两个输出端分别与非逻辑门的输入端和光子晶体结构单元的时钟信号输入端连接；所述非逻辑门的输出端与D触发器单元的时钟信号输入端连接；所述光子晶体结构单元的信号输出端与D触发器单元的D信号输入端连接；逻辑输入信号X与光子晶体结构单元的逻辑信号输入端连接。本发明专利技术不仅具有结构紧凑、运算速度快、抗干扰能力强、而且易与其它光学逻辑元件实现集成。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种光子晶体全光自与变换逻辑门，它由一个光子晶体结构单元、一个非逻辑门和一个D触发器单元组成；时钟控制信号CP通过一个二分支波导的输入端连接，其两个输出端分别与非逻辑门的输入端和光子晶体结构单元的时钟信号输入端连接；所述非逻辑门的输出端与D触发器单元的时钟信号输入端连接；所述光子晶体结构单元的信号输出端与D触发器单元的D信号输入端连接；逻辑输入信号X与光子晶体结构单元的逻辑信号输入端连接。本专利技术不仅具有结构紧凑、运算速度快、抗干扰能力强、而且易与其它光学逻辑元件实现集成。【专利说明】光子晶体全光自与变换逻辑门
本专利技术涉及二维光子晶体、光学与逻辑门
技术介绍
1987年，美国8^11实验室的￡.^10110^1^011在讨论如何抑制自发辐射和大学的3.了￠)1111在讨论光子区域各自独立地提出了光子晶体(91101:0111(3 的概念。光子晶体是一种介电材料在空间中呈周期性排列的物质结构，通常由两种或两种以上具有不同介电常数材料构成的人工晶体。 随着光子晶体的提出和深入研宄，人们可以更灵活、更有效地控制光子在光子晶体材料中的运动。在与传统半导体工艺和集成电路技术相结合下，人们通过设计与制造光子晶体及其器件不断的往全光处理飞速迈进，光子晶体成为了光子集成的突破口。1999年12月，美国权威杂志《科学》将光子晶体评为1999年十大科学进展之一，也成为了当今科学研宄领域的一个研宄热点。 全光逻辑器件主要包括基于光放大器的逻辑器件、非线性环形镜逻辑器件、萨格纳克干涉式逻辑器件、环形腔逻辑器件、多模干涉逻辑器件、耦合光波导逻辑器件、光致异构逻辑器件、偏振开关光逻辑器件、传输光栅光逻辑器件等。这些光逻辑器件对于发展大规模集成光路来说都有体积大的共同缺点。随着近年来科学技术的提高，人们还发展研宄出了量子光逻辑器件、纳米材料光逻辑器件和光子晶体光逻辑器件，这些逻辑器件都符合大规模光子集成光路的尺寸要求，但对于现代的制作工艺来说，量子光逻辑器件与纳米材料光逻辑器件在制作上存在很大的困难，而光子晶体光逻辑器件则在制作工艺上具有竞争优势。 近年来，光子晶体逻辑器件是一个备受瞩目的研宄热点，它极有可能在不久将来取代目前正广泛使用的电子逻辑器件。光子晶体逻辑器件可直接进行全光的“与”、“或”、“非”等逻辑功能，是实现全光计算的核心器件，在全光计算的进程中，基于“与”、“或”、“非”、“异或”等光子晶体逻辑功能器件已经被成功设计研宄，而实现全光计算的目标仍需要各种各样复杂的逻辑元器件。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术中的不足，提供一种结构紧凑、抗干扰能力强，且易与其它光学逻辑元件实现集成的光子晶体全光自与变换逻辑门。 本专利技术的目的通过下列技术方案予以实现。 本专利技术的光子晶体全光自与变换逻辑门由一个光子晶体结构单元、一个非逻辑门和一个0触发器单元组成；时钟控制信号⑶通过一个二分支波导的输入端连接，其两个输出端分别与非逻辑门的输入端和光子晶体结构单元的时钟信号输入端连接；所述非逻辑门的输出端与0触发器单元的时钟信号输入端连接；所述光子晶体结构单元的信号输出端与0触发器单元的0信号输入端连接；逻辑输入信号X与光子晶体结构单元的逻辑信号输入端连接。 所述光子晶体结构单元为一个二维光子晶体交叉波导非线性腔，它由高折射率介质杆构成二维的光子晶体“十”字交叉波导四端口网络，所述四端口网络的左端、下端、上端、右端分别为时钟信号输入端、逻辑信号输入端、信号输出端、闲置端；通过交叉叉波导中心沿两波导方向放置两相互正交的准一维光子晶体结构；在交叉波导的中部设置中间介质柱，该中间介质柱为非线性材料，所述中间介质柱的横截面为正方形、多边形、圆形或者椭圆形；紧贴中心非线性杆且靠近信号输出端的一根矩形线性杆的介电常数与中心非线性杆在弱光条件下的介电常数相等；所述的准一维光子晶体结构与中间介质柱构成波导缺陷腔。 所述0触发器单元由一个时钟信号输入端、一个0信号输入端和一个系统输出端组成；所述0信号输入端的输入信号与光子晶体结构单元输出端的输出信号相等。 所述二维光子晶体为(21^+1) X (21^+1)结构，其中&为大于等于3的正整数。 所述二维光子晶体的高折射率介质柱的横截面为圆形、椭圆形、三角形或者多边形。 所述二维光子晶体的背景填充材料为空气或者折射率小于1.4的低折射率介质。 所述交叉波导中的准一维光子晶体中的介质柱的折射率为3.4或者大于2的值，且所述准一维光子晶体中的介质柱的横截面形状为矩形、多边形、圆形或者椭圆形。 本专利技术与现有技术相比的积极有益效果是: 1.结构紧凑，易于制作； 2.抗干扰能力强，易与其它光学逻辑元件集成； 3.具有高、低逻辑输出对比度高，运算速度快。 【专利附图】【附图说明】 图1为本专利技术的光子晶体全光自与变换逻辑门的结构图。 图2为图1所示光子晶体结构单元在晶格常数(1 = 1 VIII，工作波长为2.976 V111的基本逻辑功能波形图。 图3为本专利技术的光子晶体全光自与变换逻辑门在晶格常数(1= 1 VIII，工作波长为2.976 的逻辑信号自与变换的逻辑功能波形图。 图4为图1所示二维光子晶体交叉波导非线性腔的逻辑功能真值表。 图中:光子晶体结构单元01时钟信号输入端11逻辑信号输入端12闲置端13信号输出端14圆形高折射率线性介质杆15第一长方形高折射率线性介质杆16第二长方形高折射率线性介质杆17中心非线性介质杆18逻辑输入信号X时钟控制信号⑶非逻辑门020触发器单元03时钟信号输入端310信号输入端32系统信号输出端33 【具体实施方式】 下面结合附图与【具体实施方式】对本专利技术作进一步详细描述: 如图1所示，本专利技术的光子晶体全光自与变换逻辑门由一个光子晶体结构单元 01、一个非逻辑门02和一个0触发器单元03组成；光子晶体结构单元01为一个二维光子晶体交叉波导非线性腔，其设置在所述光开关单元的后端，二维光子晶体的背景填充材料为空气，也可以采用折射率小于1.4的低折射率介质，二维光子晶体的高折射率介质柱的横截面为圆形，也可以采用椭圆形、三角形或者多边形，二维光子晶体交叉波导非线性腔由高折射率介质杆构成二维的光子晶体“十”字交叉波导四端口网络，该四端口网络具有一种四端口的光子晶体结构，左端为时钟信号输入端、下端为逻辑信号输入端、上端为信号输出端、右端为闲置端；通过交叉波导中心沿两波导方向放置两相互正交的准一维光子晶体结构，所述准一维光子晶体中的介质柱的横截面为矩形，也可以采用多边形、圆形或者椭圆形，其折射率为3.4，也可以为大于2的值，在交叉波导的中部设置中间介质柱，中间介质柱为非线性材料，该中间介质柱的横截面为正方形，也可以采用多边形、圆形或者椭圆形，准一维光子晶体结构与中间介质柱构成波导缺陷腔。二维光子晶体阵列晶格常数为山阵列数为11X11 ；圆形高折射率线性介质杆15采用硅(31)材料，折射率为3.4，半径为0.18(1 ；第一长方形高折射率线性介质杆16，折射率为3.4，长边为0.613(1,短边为0.162(1 ；第二长方形高折射率线性介质杆17，其介电常数与非线性介质本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光子晶体全光自与变换逻辑门，其特征在于：它由一个光子晶体结构单元、一个非逻辑门和一个D触发器单元组成；时钟控制信号CP通过一个二分支波导的输入端连接，其两个输出端分别与非逻辑门的输入端和光子晶体结构单元的时钟信号输入端连接；所述非逻辑门的输出端与D触发器单元的时钟信号输入端连接；所述光子晶体结构单元的信号输出端与D触发器单元的D信号输入端连接；逻辑输入信号X与光子晶体结构单元的逻辑信号输入端连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：欧阳征标，余铨强，
申请(专利权)人：欧阳征标，深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东;44