一种表面等离激元全光逻辑器件制造技术

本发明专利技术公开了一种表面等离激元全光逻辑器件及使用方法，属于集成电路技术领域，利用金属钨的光折变效应，飞秒激光照射金属钨时，具有飞秒级别的响应时间，从而解决了电子逻辑门运算慢的缺点，提升了计算能力与传输信号能力。通过将金属钨引入波导两侧并利用金属钨的光折变效应创新点，全光逻辑器通过钨金属进行光学调制，利用表面等离激元可以突破衍射极限的特性，在纳米尺度上来实现对全光逻辑门的操作与集成，进一步降低全光全逻辑门的尺寸，并且响应时间都在150飞秒之内，大大提升了调制速度。能应用在光学计算、集成光学调控等领域。集成光学调控等领域。集成光学调控等领域。

【技术实现步骤摘要】
一种表面等离激元全光逻辑器件


[0001]本专利技术属于集成电路
，具体涉及一种表面等离激元全光逻辑器件。

技术介绍

[0002]随着互联网速度提升和计算机功能增强，传统电子集成线路的发热和速度严重限制了信息处理速度的提升。与传统电子集成线路相比，光子集成电路具有许多优势，包括以光速来传输信息，更宽的通信带宽，能携带更多的信息量，发热更少，信号屏蔽性好以及串扰更低等。因此，光子集成电路是人们对下一代计算系统的期望。光子集成电路由多种类型光子器件组成，通常包括激光器、波导、开关、调制器和检测器等器件。在全光网络中，实现全光信息处理的核心单元是光的传输、交换、计算。全光逻辑门是光交换系统的核心组件以及决定网络性能的关键因素，它是实现从电子计算到光计算、量子计算过程中的跨越桥梁。传统的全光逻辑门最早是建立在半导体材料上的，这种电子器件受到摩尔定律的限制，所以其大小无法降至微纳精度。利用表面等离激元可以突破衍射极限的特性，在纳米尺度上来实现对全光逻辑门的操作与集成，进一步降低全光全逻辑门的尺寸。

技术实现思路

[0003]为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种表面等离激元全光逻辑器件，以解决现有技术中建立在半导体材料上的全光逻辑门受到摩尔定律的限制，其大小无法降至微纳精度的技术问题。
[0004]为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0005]本专利技术公开了一种表面等离激元全光逻辑器件，包括：基底；基底上两端分别设置有光栅耦合器，在基底上光栅耦合器之间设置有狭缝波导，在基底上狭缝波导处还设置有用于对光进行调制的第一金属钨和第二金属钨，所述第一金属钨和第二金属钨分别设置在狭缝波导两侧或端头。
[0006]优选地，所述基底是由SiO2薄片构成，且SiO2薄片上表面附着有银。
[0007]优选地，所述SiO2薄片长为55～75um，宽为20～100um。
[0008]优选地，所述第一金属钨和第二金属钨通过金属钨的光折变效应对光进行调制。
[0009]优选地，所述狭缝波导为一条时，第一金属钨和第二金属钨分别设置在狭缝波导两侧并对光进行调制，形成全光与门。
[0010]优选地，所述狭缝波导为两条时，第一金属钨和第二金属钨分别设置在两条狭缝波导两侧并对光进行调制，形成全光或门。
[0011]优选地，所述狭缝波导为三条时，第一金属钨和第二金属钨分别设置在期中两条狭缝波导端头并对光进行调制，形成全光非门。
[0012]本专利技术还公开了一种表面等离激元全光逻辑器件的使用方法，包括：
[0013]S1：根据要实现功能选择相应的全光逻辑器件；
[0014]S2：采用飞秒激光脉冲作为控制信号，垂直入射在所选第一金属钨和第二金属钨
表面，改变其光学性质；
[0015]S3：采用信号光斜入射光栅耦合器，实现全光逻辑门的功能。
[0016]优选地，S2中飞秒激光脉冲波长1550nm，脉宽120fs。
[0017]优选地，S2中全光逻辑门的性能通过消光比ER控制，其中，
[0018][0019]T1是输出端输出逻辑为“1”时的透射率，T0是输出端输出逻辑为“0”时的透射率。
[0020]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0021]本专利技术公开的一种表面等离激元全光逻辑器件，利用金属钨光学效应，飞秒激光照射金属钨时，具有飞秒级别的响应时间，从而解决了电子逻辑门运算慢的缺点，提升了计算能力与传输信号能力。通过将金属钨引入波导两侧并利用金属钨的光折变效应创新点，全光逻辑器通过钨金属进行光学调制，利用表面等离激元可以突破衍射极限的特性，在纳米尺度上来实现对全光逻辑门的操作与集成，进一步降低全光全逻辑门的尺寸，大大提升了调制速度，对比度最大为15.95dB。能应用在光学计算、集成光学调控等领域。
附图说明
[0022]图1为表面等离激元全光与门器件图；
[0023]图2为表面等离激元全光或门器件图；
[0024]图3为表面等离激元全光与非门器件图；
[0025]图4为飞秒激光入射演示图；
[0026]图5为调制速度展示图。
[0027]其中：1
‑
基底；2
‑
光栅耦合器；3
‑
第一金属钨；4
‑
第二金属钨；5
‑
狭缝波导。
具体实施方式
[0028]为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。
[0029]需要说明的是，本专利技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本专利技术的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0030]下面结合附图对本专利技术做进一步详细描述：
[0031]目前逻辑门的标准主要有两个，分别是美国电子电机工程师学会(IEEE)标准和国际电工委员会(IEC)标准。根据这两个标准，基本的逻辑门有七种，包括与门(AND)、或门
(OR)、非门(NOT)、与非门(NAND)、或非门(NOR)、异或门(XOR)以及同或门(XNOR)。本专利技术基于表面等离激元的全光逻辑门进行研究，应用表面等离激元原理特性与钨金属光学特性设计不同结构的全光逻辑门。本专利技术以时域有限差分法为基本分析法，以表面等离激元的基本原理为理论支撑，通过仿真模拟不同逻辑门结构中的表面等离激元的传输特性，来分析所设计的逻辑门的性能。本专利技术分别对全光与门、全光或门、全光与非门进行设计与分析。
[0032]为了解决建立低损耗的微型全光逻辑门模型，实现超快、高稳定性的微纳神经网络信息处理能力，拓展全光逻辑器件在光子计算和光通讯领域中应用。拟构建含常开信号和控制信号的逻辑门结构模型。
[0033]本专利技术公开了一种表面等离激元全光逻辑器件，包括：基底1；基底1上两端分别设置有光栅耦合器2，在基底1上光栅耦合器2之间设置有狭缝波导5，在基底1上狭缝波导5处还设置有用于对光进行调制的第一金属钨3和第二金属钨4，所述第一金属钨3和第二金属钨4分别设置在狭缝波导5两侧或端头。
[0034]作为优选方案地，所述基底1是由SiO2薄片构成，且SiO2薄片上表面附着有银。
[0035]作为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种表面等离激元全光逻辑器件，其特征在于，包括：基底(1)；基底(1)上两端分别设置有光栅耦合器(2)，在基底(1)上光栅耦合器(2)之间设置有狭缝波导(5)，在基底(1)上狭缝波导(5)处还设置有用于对光进行调制的第一金属钨(3)和第二金属钨(4)，所述第一金属钨(3)和第二金属钨(4)分别设置在狭缝波导(5)两侧或端头。2.根据权利要求1所述的一种表面等离激元全光逻辑器件，其特征在于，所述基底(1)是由SiO2薄片构成，且SiO2薄片上表面附着有银。3.根据权利要求2所述的一种表面等离激元全光逻辑器件，其特征在于，所述SiO2薄片长为55～75um，宽为20～100um。4.根据权利要求1所述的一种表面等离激元全光逻辑器件，其特征在于，所述第一金属钨(3)和第二金属钨(4)通过金属钨的光折变效应对光进行调制。5.根据权利要求1所述的一种表面等离激元全光逻辑器件，其特征在于，所述狭缝波导(5)为一条时，第一金属钨(3)和第二金属钨(4)分别设置在狭缝波导(5)两侧并对光进行调制，形成全光与门。6.根据权利要求1所述的一种表面等离激元全光逻辑器件，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晨，李厚琰，杨立军，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：