[發明專利]一種微腔結構多比特輸入的光學邏輯器件及方法

在審

• 申請號: 201810509985.9
• 申請日: 2018-05-24
• 公開（公告）號: CN108519716A
• 公開（公告）日: 2018-09-11
• 發明（設計）人: 郭健平;劉子驊;丁禮鄭;易家譜
• 申請（專利權）人: 華南師范大學
• 主分類號: G02F3/00
• 分類號: G02F3/00
• 代理公司: 廣州容大專利代理事務所(普通合伙) 44326
• 代理人: 劉新年

本發明公開一種微腔結構多比特輸入的光學邏輯器件及方法，涉及光子芯片技術領域，包括金屬襯底、金屬?介質?金屬波導和多個微環諧振器，所述的金屬襯底具有上表面，在上表面刻蝕有金屬?介質?金屬波導，金屬?介質?金屬波導兩側分別刻蝕有微環諧振器；所述的金屬?介質?金屬波導與微環諧振器具有同等高度，且最高處高于或等于金屬襯底表面；本發明采用了微環諧振器耦合MIM波導結構，可完美支持SPPs波傳導，具有較強的耦合諧振效應，適應于高性能光邏輯處理；將微環諧振器作為輸入端口只需多增加微環諧振器的數量便實現多bit信號輸入控制；對諧振器折射率有較強敏感度，從而實現在輸出端口上的高低狀態有很大的對比度，降低邏輯操作誤碼率。

技術領域

本發明涉及光子芯片技術領域，尤其涉及一種微腔結構多比特輸入的光學邏輯器件及方法。

背景技術

光子集成電路(Photonic Integrated Circuit，簡稱PIC)較傳統的電子集成電路具有實現功能多，扛干擾能力強，沒有溫度漂移，傳輸速度更快，沒有量子效應的限制等優點，有望成為下一代高速計算機的主要組成原件。近些年來同時集成了有源和無源器件的大規模PIC器件已經可以被制造出。在過去的研究中提出了多種已經被研究成熟的基礎光路器件，諸如基于平面波導的光開關，光濾波器，光調制器，光復用/解復用器，激光器，各種光探測器等。然而如今在通信和計算機領域仍然主要使用全電子或者光電結合的邏輯操作器件，這些器件往往需要龐大的光電轉換模塊，這大大增加了通信的延遲和誤碼率，限制了通信技術的上限傳輸頻率，而且由于量子效應，電子芯片的微型化和集成化越來越受到了限制，全光學邏輯PIC便被視為最有望取代如今電子計算機和通信的技術，也成為了近些年來的熱點研究對象。

表面等離子體激元(Surface Plasmon Polarions，簡稱SPPs)是一種可以由激光激發，在金屬和電介質界面傳播的特殊電磁波。因為其可以突破衍射極限，并且有很強的局域增強效應，可以實現納米尺度的光信息傳輸，這些特點使其能夠很好的運用在光納米集成電路中充當傳輸介質的作用，被視為實現PIC的關鍵技術之一。除此之外還廣泛應用于各種探測器，傳感器和新型光源。

表面等離子體誘導透明(Plasmon Induced Transparency，簡稱PIT)，是一種類似于電磁誘導透明(Electromagnetically Induced Transparency，簡稱EIT)的現象，由于不同能級間的相干相消作用而產生，具體表現在原本不透射的波段經過調節之后產生透明窗。

平板基底上制作金屬-介質(空氣)-金屬(MIM)波導和微環諧振腔，可利用現已成熟的光刻蝕，電子束刻蝕，離子束刻蝕等技術低成本實現。諧振腔可作為對波導透射控制的開關，增加諧振腔的個數便可實現多比特的輸入控制，克服了傳統光邏輯器件只能實現2bit輸入的缺陷。同時具有小型化、緊湊化、集成化、穩定性較好等優點得到廣泛應用。

傳統的PIT邏輯門器件通過調節結構參數進行調控，現有技術難以實現，且很少具有較高的輸出高低信號對比度。所以可以設計出既能利用PIT的性能，又靈活便于調控的設備使至關重要的。而現今研究發現PIT效應可依賴于介質折射率不同而產生的去諧效應，多種技術可實現介質折射率的調控，如利用液晶折射率的各向異性外加場電壓調控、利用磁流體對磁場或者溫度等的敏感性進行調控、光子晶體折射率調控技術、膠體微流腔調控折射率技術等。

發明內容

本發明針對背景技術的問題提供一種微腔結構多比特輸入的光學邏輯器件及方法，具有結構簡單，二維方向高度集成，多端口輸入，高輸出對比度的優點，可廣泛應用在光計算和光信息處理領域。

為了實現上述目的，本發明提出一種微腔結構多比特輸入的光學邏輯器件，包括金屬襯底、金屬-介質-金屬波導和多個微環諧振器，所述的金屬襯底具有上表面，在上表面刻蝕有金屬-介質-金屬波導，金屬-介質-金屬波導兩側分別刻蝕有微環諧振器；所述的金屬-介質-金屬波導與微環諧振器具有同等高度，且最高處高于或等于金屬襯底表面。