[發明專利]高對比度光子晶體“或”、“非”、“異或”邏輯門

在審

• 申請號: 201410797514.4
• 申請日: 2014-12-19
• 公開（公告）號: CN104536234A
• 公開（公告）日: 2015-04-22
• 發明（設計）人: 歐陽征標;余銓強
• 申請（專利權）人: 歐陽征標;深圳大學
• 主分類號: G02F3/00
• 分類號: G02F3/00;G02F1/35
• 代理公司: 深圳市科吉華烽知識產權事務所(普通合伙) 44248
• 代理人: 胡吉科

技術領域

本發明涉及二維光子晶體、非線性光學、光學邏輯門。

背景技術

1987年，美國Bell實驗室的E.Yablonovitch在討論如何抑制自發輻射和Princeton大學的S.John在討論光子區域各自獨立地提出了光子晶體(Photonic?Crystal)的概念。光子晶體是一種介電材料在空間中呈周期性排列的物質結構，通常由兩種或兩種以上具有不同介電常數材料構成的人工晶體。

隨著光子晶體的提出和深入研究，人們可以更靈活、更有效地控制光子在光子晶體材料中的運動。在與傳統半導體工藝和集成電路技術相結合下，人們通過設計與制造光子晶體及其器件不斷的往全光處理飛速邁進，光子晶體成為了光子集成的突破口。1999年12月，美國權威雜志《科學》將光子晶體評為1999年十大科學進展之一，也成為了當今科學研究領域的一個研究熱點。

全光邏輯器件主要包括基于光放大器的邏輯器件、非線性環形鏡邏輯器件、薩格納克干涉式邏輯器件、環形腔邏輯器件、多模干涉邏輯器件、耦合光波導邏輯器件、光致異構邏輯器件、偏振開關光邏輯器件、傳輸光柵光邏輯器件等。這些光邏輯器件對于發展大規模集成光路來說都有體積大的共同缺點。隨著近年來科學技術的提高，人們?還發展研究出了量子光邏輯器件、納米材料光邏輯器件和光子晶體光邏輯器件，這些邏輯器件都符合大規模光子集成光路的尺寸要求，但對于現代的制作工藝來說，量子光邏輯器件與納米材料光邏輯器件在制作上存在很大的困難，而光子晶體光邏輯器件則在制作工藝上具有競爭優勢。

近年來，光子晶體邏輯器件是一個備受矚目的研究熱點，它極有可能在不久將來取代目前正廣泛使用的電子邏輯器件。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術中的不足，提供一種結構緊湊、高低邏輯輸出對比度高、易與其它光子晶體邏輯器件集成的高對比度光子晶體“或”、“非”、“異或”邏輯門。

為了解決上述存在的技術問題，本發明采用下列技術方案：

本發明的高對比度光子晶體“或”、“非”、“異或”邏輯門為一種六端口的二維光子晶體，包括一個非線性腔單元和一個“十”字波導邏輯門單元；所述的高對比度光子晶體“或”邏輯門由一個參考光輸入端、兩個閑置光輸出端、兩個系統信號輸入端和一個系統信號輸出端組成；所述的高對比度光子晶體“非”邏輯門由兩個參考光輸入端、兩個閑置光輸出端、一個系統信號輸入端和一個系統信號輸出端組成；所述的高對比度光子晶體“異或”邏輯門由一個參考光輸入端、兩個閑置光輸出端、兩個系統信號輸入端和一個系統信號輸出端組成；所述的“十”字波導邏輯門單元設置有不同的輸入或輸出端口；所述的非線性腔單元與所述的“十”字波導邏輯門單元耦合連接。

所述的非線性腔單元為一個二維光子晶體交叉波導非線性腔。

所述的非線性腔單元由一個參考光輸入端、一個中間信號輸入端、一個信號輸出端和一個閑置端口組成。

所述非線性腔單元的中間信號輸入端分別與所述“十”字波導邏輯門單元的“非”門、“異或”門的輸出端相連接。

所述非線性腔單元的中間信號輸入端與所述“十”字波導邏輯門單元的“或”門的輸出端相連接。

所述的非線性腔單元由高折射率線性介質柱構成二維的光子晶體“十”字交叉波導四端口網絡，所述四端口網絡的左端為參考光輸入端、下端為中間信號輸入端、上端為系統信號輸出端、右端為閑置端口；通過交叉波導中心沿兩波導方向放置兩相互正交的準一維光子晶體結構；在交叉波導的中部設置有介質柱，該介質柱為非線性材料，所述介質柱的橫截面為正方形、多邊形、圓形或者橢圓形；緊貼中心非線性桿且靠近信號輸出端的一根矩形線性桿的介電常數與中心非線性桿在弱光條件下的介電常數相等；所述準一維光子晶體結構與非線性介質柱構成波導缺陷腔。

所述非線性腔單元的交叉波導中的準一維光子晶體中的介質柱的折射率為3.4或者大于2的值，且所述準一維光子晶體中的介質柱的橫截面形狀為矩形。

所述的“十”字波導邏輯門單元為一個“十”字波導光子晶體“或”、“非”、“異或”邏輯門；該“十”字波導邏輯門單元由兩個輸入端、一個閑置端口和一個信號輸出端組成。

所述的“十”字波導邏輯門單元為一個四端口的波導網絡的光子晶體，所述四端口網絡的右端、下端分別為一個參考光輸入端和一個信號光輸入端或兩個信號輸入端，左端、上端分別為閑置端口或信號輸出端；所述四端口網絡的交叉中心設置有一根圓形介質柱。所述四端口網絡的右端、下端分別為一個參考光輸入端和一個信號光輸入端或兩個信號輸入端，左端、上端分別為閑置端口或信號輸出端；