[發明專利]一種可降低功耗的硅基級聯諧振腔全光邏輯與門結構

無效

• 申請號: 201010157655.1
• 申請日: 2010-04-21
• 公開（公告）號: CN101840126A
• 公開（公告）日: 2010-09-22
• 發明（設計）人: 翟耀;陳少武
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: G02F3/00
• 分類號: G02F3/00;G02F1/365
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周國城

技術領域

本發明涉及光子器件技術領域，尤其涉及一種可降低功耗的硅基級聯諧振腔全光邏輯與門結構。

背景技術

全光邏輯門是未來光計算中的基本邏輯單元，是關鍵的核心器件。類似于電子學中的邏輯門，全光邏輯門是以波導中的光子作為信息的載體，通過控制泵浦光來調制信號光的輸出。波導的各個輸入輸出端的對應關系可以構成一個真值表，其中邏輯狀態(“0”或“1”)由端口的泵浦光和信號光的光功率決定：高功率對應邏輯值“1”，而低功率對應邏輯值“0”。而“與”邏輯的如下真值表所示：當控制信號A，B都為“1”時，對應的信號C為“1”；當控制信號A，B其中一個為“1”時，對應的信號C為“0”；當控制信號A，B都為“0”時，對應的信號C為“0”。

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本發明中涉及到脊型和條形兩種光學波導結構。其中脊型波導形狀如“凸”字形，中間突出的部分成為內脊區，兩邊的延伸部分成為平板區。在波導中傳播的光波主要限制在內脊區內。一方面脊型波導結構的內脊區和平板區的有效折射率差相對較小，因此放寬了波導的單模傳輸條件；另一方面脊型波導的平板區為有源器件提供了摻雜區，通常脊型波導主要應用在有源器件的設計和制作中。而條形波導的橫截面為矩形，由于波導區與周圍材料的折射率差比較大，因此可以做出更小尺寸的器件。

本發明中涉及到一維光子晶體光柵反射鏡以及由一維光子晶體光柵反射鏡構成的F-P諧振腔。光子晶體是由不同折射率的介質組成周期性排列而成的人工微結構。在這種微結構中不能傳播特定頻率的光波，因此我們可以利用光子晶體這個特性來制作我們需要的高反射率反射鏡，從而獲得F-P諧振腔。目前，利用SOI一維光子晶體做成的F-P諧振腔的Q值最高可以達到53000，這個Q值水平可以和其它諧振腔的Q值相比擬，例如微環諧振腔。由于F-P諧振腔的模場體積要遠遠小于微環諧振腔的模場體積，因此在F-P諧振腔中需要更低的光功率就可以產生雙光子吸收效應，從而可以降低器件的功耗。

在半導體材料中會發生很多非線性光學效應，如雙光子吸收效應等。我們可以利用這些非線性光學效應設計不同功能的全光邏輯門。雙光子吸收效應是指，半導體材料可以同時吸收兩個能量光子(1/2Eg＜光子能量＜Eg，Eg為半導體禁帶寬度)激發價帶電子形成電子空穴對。因為材料的折射率會隨著載流子濃度變化，因此我們在F-P諧振腔中可以利用光生載流子改變材料的折射率來調制信號光的強度，最終實現全光邏輯。