[發(fā)明專利]一種多功能等離子體邏輯器件及其邏輯狀態(tài)的操控方法

有效

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• 申請日: 2018-04-17
• 公開（公告）號: CN108519715B
• 公開（公告）日: 2020-03-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 解宜原;王云;葉逸琛;柴俊雄
• 申請（專利權(quán)）人: 西南大學(xué)
• 主分類號: G02F3/00
• 分類號: G02F3/00
• 代理公司: 西安智萃知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 61221
• 代理人: 趙雙

本發(fā)明具體涉及一種多功能等離子體邏輯器件及其邏輯狀態(tài)的操控方法，該多功能等離子體邏輯器件包括背景板、兩個相同內(nèi)部結(jié)構(gòu)的六邊形諧振腔和兩根相互平行的波導(dǎo)，六邊形諧振腔嵌套一個可旋轉(zhuǎn)的橢圓形柱體，背景板和橢圓形柱體的材料均為金屬材料，波導(dǎo)和六邊形諧振腔的材料為空氣。把六邊形諧振腔中的兩個橢圓形柱體作為輸入邏輯狀態(tài)控制器，兩個橢圓形柱體不同的旋轉(zhuǎn)角度代表不同的輸入邏輯狀態(tài)，通過控制橢圓形柱體的旋轉(zhuǎn)角度確定輸入邏輯狀態(tài)，在Through端口實現(xiàn)與門、或非門，在Drop端口實現(xiàn)非門、與非門，與門、與非門、或非門三種邏輯門被同時操控，具有操控容易、集成度高、響應(yīng)速度快等優(yōu)點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于等離子光子學(xué)領(lǐng)域，涉及納米級光邏輯器件領(lǐng)域，具體涉及一種多功能等離子體邏輯器件及其邏輯狀態(tài)的操控方法。

背景技術(shù)

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，許多研究、應(yīng)用領(lǐng)域?qū)χ悄芑⑽⑿突⒖焖倩雀咝阅艿淖非螅瑐鹘y(tǒng)的電通信的已經(jīng)不能滿足當(dāng)前的發(fā)展需求，相較于電通信而言，光通信具有極快的速度、極大的頻寬、以及極高的信息容量，能克服電通信技術(shù)上的缺陷，具有很廣闊的應(yīng)用前景。其中，光邏輯器件是實現(xiàn)高速光分組交換、全光地址識別、數(shù)據(jù)編碼、奇偶校驗、信號再生、光計算和未來高速大容量全光信號處理的關(guān)鍵器件，同時，光邏輯門的發(fā)展是實現(xiàn)電計算向光計算跨越的橋梁，可以突破“電子瓶頸”的限制，提高網(wǎng)絡(luò)容量，實現(xiàn)全光3R再生。作為實現(xiàn)光通信的核心技術(shù)，光邏輯器件受到業(yè)界廣泛的關(guān)注，是當(dāng)下的研究熱點之一。

實際上，從二十世紀(jì)初期，人們就開始利用半導(dǎo)體材料研究光邏輯器件，但是操作復(fù)雜，體系龐大，技術(shù)還不是很成熟。隨著研究的深入，人們又逐步轉(zhuǎn)向等離子體領(lǐng)域。迄今為止，許多基于表面等離子體的光邏輯門也已經(jīng)實現(xiàn)，而采用的結(jié)構(gòu)則以波導(dǎo)為主，邏輯運算取決于輸入信號的相對相位差。這是因為表面等離子體能克服衍射極限，并能在亞波長范圍內(nèi)進行光操控，同時波導(dǎo)具有結(jié)構(gòu)簡單，易于制造的優(yōu)點。

然而，由于在光相位差精準(zhǔn)控制技術(shù)上的難點，這種操控方法會造成一個固有的不穩(wěn)定性和較低的輸出電平對比率。此外，目前對光邏輯器件的研究基本上還處于一個結(jié)構(gòu)只能實現(xiàn)一種邏輯功能的狀態(tài)，對于邏輯器件小型化、集成化即在一種結(jié)構(gòu)上實現(xiàn)多種邏輯功能并且能同時操控等問題還需要進一步的研究，因此這些亟待解決的問題，也成為目前邏輯器件的研究重點。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的邏輯器件集成化差和操作不便的問題，本發(fā)明提供了一種多功能等離子體邏輯器件及其邏輯狀態(tài)的操控方法，具有操控容易、集成度高、響應(yīng)速度快且利于在芯片上使用的優(yōu)點。本發(fā)明要解決的技術(shù)問題通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種多功能等離子體邏輯器件，包括背景板、兩個相同內(nèi)部結(jié)構(gòu)的六邊形諧振腔和兩根相互平行的波導(dǎo)，所述六邊形諧振腔嵌套一個可旋轉(zhuǎn)的橢圓形柱體，所述背景板和橢圓形柱體的材料均為金屬材料，所述波導(dǎo)和六邊形諧振腔的材料為空氣。

進一步地，上述金屬材料選用銀。

進一步地，上述波導(dǎo)寬度w＝50nm、六邊形邊長a＝200nm、橢圓長軸R₁＝155nm、橢圓短軸R₂＝85nm、波導(dǎo)與六邊形之間的距離d＝20nm、兩個橢圓之間的圓心距L＝480nm。

上述的多功能等離子體邏輯器件邏輯狀態(tài)的操控方法，具體方法為：把六邊形諧振腔中的兩個橢圓形柱體作為輸入邏輯狀態(tài)控制器，兩個橢圓形柱體不同的旋轉(zhuǎn)角度代表不同的輸入邏輯狀態(tài)，通過控制橢圓形柱體的旋轉(zhuǎn)角度確定輸入邏輯狀態(tài)；在輸入端口持續(xù)通入一段波長信號，當(dāng)橢圓形柱體的旋轉(zhuǎn)角度為30°時，則表明此時輸入邏輯狀態(tài)為‘0’，當(dāng)橢圓的旋轉(zhuǎn)角度為60°時，則表明此時輸入邏輯狀態(tài)為‘1’；最終在Through端口實現(xiàn)與門、或非門，在Drop端口實現(xiàn)非門、與非門，與門、與非門、或非門三種邏輯門被同時操控。