[發(fā)明專利]一種二維光子晶體半加器

在審

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• 申請日: 2020-09-25
• 公開（公告）號: CN112114464A
• 公開（公告）日: 2020-12-22
• 發(fā)明（設計）人: 張巖;陳德媛;李夢凡;張志濤
• 申請（專利權(quán)）人: 南京郵電大學
• 主分類號: G02F3/00
• 分類號: G02F3/00
• 代理公司: 南京縱橫知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

本發(fā)明公開了一種二維光子晶體半加法器，它由兩個波導分束器，一個連接波導，一個基于二維光子晶體的光學XOR邏輯門和一個光學AND邏輯門組成。設計結(jié)構(gòu)在光程差引起的干涉效應下工作。輸入光通過環(huán)形耦合器分成兩束。光束之一用作XOR門，并產(chǎn)生輸出Sum（和）。另一束光用作與門，并產(chǎn)生輸出Carry（進位）。本發(fā)明提供一種提高器件對比度同時具有較低的響應時間和較小的尺寸的二維光子晶體半加器，該發(fā)明可應用于光子集成中的全光全加器、全光處理器、全光數(shù)字集成電路。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于二維光子晶體器件領(lǐng)域，具體的說是涉及一種二維光子晶體半加器。

背景技術(shù)

由于全光信號處理方案在高速光網(wǎng)絡和光計算中的應用，因此引起了越來越多的關(guān)注。與傳統(tǒng)的光-電-光(O-E-O)信號處理方案相比，這些方案可以將操作速度提高到兆位(Tbps)，并大大降低功耗。而且，它們可以處理大帶寬信號，大信息流，并且不需要O-E-O轉(zhuǎn)換。全光邏輯門在高速光通信和網(wǎng)絡領(lǐng)域中具有重要的意義。這些在光子晶體平臺上設計的邏輯門將增加更多優(yōu)勢，例如緊湊性，低功耗和高速。

光子晶體(PCs)是由周期性排列的不同折射率的介質(zhì)制造的規(guī)則光學結(jié)構(gòu)。這種材料因為具有光子帶隙而能夠阻斷特定頻率的光子，從而影響光子的運動。光子晶體完全依靠自身結(jié)構(gòu)就可實現(xiàn)帶阻濾波，且結(jié)構(gòu)比較簡單。按照光子晶體的光子禁帶在空間中所存在的維數(shù)，可以將其分為一維光子晶體、二維光子晶體和三維光子晶體。光子晶體的出現(xiàn)使信息處理技術(shù)的全光子化和光子技術(shù)的微型化與集成化成為可能。

設計在光子晶體上的半加器是一種組合邏輯門。與AND，OR，NOT，XOR，NAND和NOR這些單一門相比，組合邏輯門具有更復雜的結(jié)構(gòu)和功能。它們往往有多個輸入端口和輸出端口，并且在邏輯功能上可以通過多個單一門組合實現(xiàn)。組合邏輯門設計起來既要盡量優(yōu)化結(jié)構(gòu)和尺寸，又要提高器件性能，還要平衡各個端口之間的串擾，因此設計起來尤為困難。邏輯門性能優(yōu)劣主要有三方面的考量，一是器件的尺寸，尺寸越小集成度越高。二是結(jié)構(gòu)的響應時間，它與門的速度有關(guān)，并確定門中每單位時間可處理的位數(shù)，稱為比特率。三是開與關(guān)邏輯電平的對比度，此功能確定兩個狀態(tài)“0”和“1”邏輯之間的輸出電平差。近年來，不少半加器的設計方案被提了出來，但往往很難在尺寸，響應時間和對比度做到平衡。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種提高器件對比度同時具有較低的響應時間和較小的尺寸的二維光子晶體半加器。

為達到上述目的，本發(fā)明是采用下述技術(shù)方案實現(xiàn)的：本發(fā)明提供一種二維光子晶體半加器，包括：波導分束器、連通波導、光學XOR邏輯門和光學AND邏輯門。

進一步的，所述半加器由二維光子晶體構(gòu)成，所述二維光子晶體由三角晶格介質(zhì)柱陣列排列于空氣中構(gòu)成。

進一步的，所述三角晶格介質(zhì)柱陣列的介質(zhì)柱為圓柱形。

進一步的，所述三角晶格介質(zhì)柱陣列的介質(zhì)柱半徑r＝0.167a，a為光子晶體的晶格常數(shù)。

進一步的，所述波導分束器包括直波導、分束器點缺陷和環(huán)形耦合器。

進一步的，所述環(huán)形耦合器內(nèi)部為3×3二維光子晶體介質(zhì)柱。

進一步的，所述光學XOR邏輯門由XOR邏輯門點缺陷，兩個輸入端口，一個輸出端口和一個輸入輸出端口組成。

進一步的，所述光學AND邏輯門由AND邏輯門點缺陷，兩個輸入端口，一個輸出端口和一個輸入輸出端口組成。

進一步的，所述連通波導由連通波導點缺陷和彎曲波導組成。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所達到的有益效果：