[實用新型]一種基于垂直耦合微環激光器結構的全光與門和或門

有效

• 申請號: 201420666744.2
• 申請日: 2014-11-10
• 公開（公告）號: CN204129402U
• 公開（公告）日: 2015-01-28
• 發明（設計）人: 謝生;毛陸虹;郭婧;王浩
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G02F3/00
• 分類號: G02F3/00;H01S5/343
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 溫國林

技術領域

本實用新型涉及全光邏輯運算器件領域，尤其涉及一種基于垂直耦合微環激光器結構的全光與門和或門。

背景技術

隨著全球網絡速度的飛速發展，對光通信的傳輸容量和信息處理能力提出了更高的要求。傳統光通信系統存在著體積龐大、結構復雜、能耗高等難題，難以適應網絡速度的飛速發展和綠色節能環保的要求。解決上述問題的根本方法之一就是構建光電子集成芯片，直接在光域內對信號進行處理和交換。

全光邏輯門作為光信息處理的基本邏輯單元，是非常關鍵的核心器件。因此，如何設計高速、低損耗的全光邏輯單元，并實現這些功能單元的單片集成是光信息處理和全光通信領域的研究熱點。

目前，已提出多種基于半導體光放大器(SOA)、光子晶體波導、微光機電系統(MOEMS)、微環諧振器和環形激光器等結構的全光邏輯門，并得到實驗驗證。與其它結構的邏輯門相比，基于環形激光器結構的全光邏輯門具有結構簡單緊湊、開關能量低、輸出消光比高、工作穩定、與半導體工藝兼容等優點。而且隨著工作速度的提高，器件尺寸和功耗可進一步降低，因而比基于半導體光放大器(SOA)和微光機電系統(MOEMS)的全光邏輯門更適合大規模集成。

最近，余思遠等人對側向耦合結構的微環激光器進行了系統研究，闡述了其中非線性光學效應和光學雙穩態等基本物理現象的起源，并基于微環激光器的光學雙穩態實現了全光邏輯門。然而，側向耦合微環激光器的環形諧振腔和輸入/輸出波導處在同一平面，兩者的材料結構完全相同，因而輸入/輸出波導的吸收損耗大。另外，為了實現波導與環形諧振腔之間的高效耦合，二者的耦合間距極小(0.1～0.3μm)，因而必須使用電子束曝光、感應耦合等離子體刻蝕等半導體工藝設備。這不僅使得器件制備成本昂貴，而且工藝精度也難以控制。

實用新型內容

本實用新型提供了一種基于垂直耦合微環激光器結構的全光與門和或門，本實用新型實現了工藝難度低、光損耗小、且與半導體制備工藝兼容的全光邏輯器件，詳見下文描述：

一種基于垂直耦合微環激光器結構的全光與門和或門，包括：在同一平面內的第一納米線波導、第二納米線波導和Y分支耦合器，

所述第一納米線波導通過第一方向耦合器將輸入光信號耦合進微環諧振腔，所述微環諧振腔經過第二方向耦合器將輸出光信號耦合進所述第二納米線波導；所述第一納米線波導和所述第二納米線波導相互平行；所述微環諧振腔在所述第一納米線波導和所述第二納米線波導下面的相鄰平面內，且位于所述第一納米線波導和所述第二納米線波導之間。

其中，所述Y分支耦合器的兩個分支作為光信號的輸入端口，輸出端口與所述第一納米線波導相連。

所述微環諧振腔上制作有P型電極和N型電極。

進一步地，所述第一納米線波導、所述第二納米線波導、所述微環諧振腔和所述Y分支耦合器均采用條形或脊型波導結構。

本實用新型提供的技術方案的有益效果是：

1、本實用新型利用微環激光器的光學雙穩態特性，實現了全光“與”和“或”的邏輯功能。

2、采用垂直耦合微環激光器結構實現的全光邏輯門屬于三維集成器件，可有效縮減器件的橫向尺寸，有利于實現高密度的器件集成。

3、采用本技術方案實現的全光邏輯門具有工藝簡單、成本低、開關能量低及可靠性高等優點，有利于實際應用。

附圖說明

圖1為本實用新型提供的垂直耦合微環激光器結構全光邏輯門的結構示意圖；

圖2為本實用新型提供的垂直耦合微環激光器的三維結構圖；

圖3為制備完成的器件結構圖。

附圖中，各標號所代表的部件列表如下：

1：第一納米線波導；?????????????2：第二納米線波導；

3：微環諧振腔；?????????????????4：Y分支耦合器；

5：第一方向耦合器；?????????????6：第二方向耦合器；

7：N型InP襯底；?????????????????8：N型InP下包層；

9：AlGaInAs多量子阱有源層；?????10：P型InP上包層；

11：P型InGaAs接觸層；???????????12：聚合物介質；

13：P型電極；?????????????14：N型電極。

具體實施方式

為使本實用新型的目的、技術方案和優點更加清楚，下面對本實用新型實施方式作進一步地詳細描述。