[发明专利]延迟光逻辑门

说明书

技术领域

本发明涉及用于延迟光逻辑门的方法和装置，其中物理过程在于基于量子相干的慢光过程和增强的非简并四波混频处理。

背景技术

在电子晶体管中，开关时间由载波通过门电路的传输时间来确定，其中晶体管门电路的尺寸在最近三十年一直在减小。这被称为摩尔定律并已取得成功。当今的硅半导体技术正移植到光子学中，并且这种趋势被称为硅光子学。在光纤通信中，大多数光器件通过电流或电压来控制，其中控制电路是基于硅的电子器件。但是，电子器件比光学器件慢得多。这样，电光器件的速度约束在于电子器件。近来，引入了量子开关和光子逻辑门来克服交换技术中的这种限制：B.S.Ham，美国专利6628453(2003)；B.S.Ham，PCT专利，提交号PCT/KR2007/001130(2007)。

另一方面，在光纤通信中，光交换技术针对更快的交换部件而快速发展。在该光电子领域，电子对应部本身在速度上落后。这样，所有光交换器件的整体性能降低。显然，基于计算机的电光器件在电子器件上具有速度约束。

为了克服光学器件和电子器件的这种不平衡，引入了缓冲技术。该缓冲方法是：针对相对慢的电子部件，按需延迟快速光数据业务。因此期望可调整的缓冲存储器技术。遗憾的是，全光有源缓冲存储器还未实现。而提出的大部分想法、发明或器件是无源的，如使用硅波导上的环形谐振腔和光缆束。

众所周知，谐振两色电磁场可以引起由三个或更多能级构成的非线性光学介质中的折射率变化。在由两个紧密间隔的基态构成的三级光系统中折射率变化不仅可以导致线中心的吸收相消，还导致基级上的两光子相干激发。这种现象称为光密介质环境下的暗共振或电磁诱导透明(EIT)现象：S.E.Harris，Phys.Today，Vol.50(No.7)，p.36(1997)；Phys.Rev.Lett.Vol.62，pp.1033-1036(1989))。由于EIT修改了光介质的吸收光谱，所以还需要通过克拉默斯-克勒尼希关系来修改介质色散。修改后的色散分布直接影响移动光脉冲通过光介质的群速率。这就是所谓的慢光现象。近来，慢光现象已经在冷原子(Hau et al.，Nature Vol.397，pp.594-598(1999))、缺陷固体(B.S.Ham et al.Phys.Rev.Lett.Vol.88，p.236024(2002))、s光纤耦合谐振腔(Totsuka et al.，Phys.Rev.Lett.Vol.98，p.213904(2007))，以及半导体(Wang et al.，Opt.Lett.Vol.29，pp.2291-2293(2004))中被观察到。

光路由器是一种交换器件，用于基于或不基于相同频率将光信号转换成不同传播方向的另一个光信号。光路由器是光交换机的子范畴，通常用于将光信号分、插、复用或转换为另一个光信号。在光纤通信中，随着要求更多的数据业务，需要更大的信息带宽。在这种情况下，显然期望更宽带宽的光交换机。到目前为止，光交换的速度已经超过了60GHz，这比奔腾CPU快得多。这样，为了一些数据处理的目的，更经常地在光纤通信线路中的数据业务需要被暂时延迟。显然，光缓冲存储器变为光数据处理单元的基本部件。

已经提出了延迟光路由器。根据延迟光路由器，慢光被用于通过非简并四波混频处理来进行路由。这样，延迟光路由器能够将输入数据延迟至群延迟时间，该群延迟时间是可以通过调整图1中的耦合光强度C来控制的延迟时间：Ham et al.，Physical Review Letters，Vol.88，p.236024(2002)。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种用于延迟光逻辑门的方法和装置。该延迟光逻辑门的主要特征在于：逻辑运算基于慢光以及非简并四波混频处理，其中慢光在基态上激发量子相干，并且该量子相干通过波混频处理而被恢复成光子分量。这里，应该注意到，减速因素根本不会降低整体数据业务速率，因为在延迟光交换机/路由器两边的数据业务速率应该相同。这意味着在本发明中交换/路由带宽相对于减速因素来说是不变的。而且，慢群速率是由于EIT或相干布居振荡导致的介质的色散修改的直接结果(Boyd et al.，Science Vol.301，pp.200-202(2003))。因此，本发明的延迟光逻辑门的光延迟时间是可以主动控制的。实际上，这种减速功能是光缓冲存储器的主要功能。因此，本发明的延迟光逻辑门也包括光缓冲存储器的功能。