[发明专利]基于微环谐振器结构的全光逻辑异或非门结构

权利要求书

1.一种基于微环谐振器结构的全光逻辑异或非门结构，其特征在于， 该结构包括第一纳米线波导(1)、第二纳米线波导(2)和微环谐振腔(3)， 其中第一纳米线波导(1)与第二纳米线波导(2)互相平行，微环谐振腔 (3)位于第一纳米线波导(1)与第二纳米线波导(2)之间，且微环谐 振腔(3)与第一纳米线波导(1)之间以及微环谐振腔(3)与第二纳米 线波导(2)之间均有一定的间隙，该间隙使得微环谐振腔(3)满足临界 耦合条件，使得满足微环谐振腔(3)谐振波长的光波能经过第一纳米线 波导(1)或第二纳米线波导(2)完全耦合进微环谐振腔(3)内，在第 一纳米线波导(1)或第二纳米线波导(2)的输出端实现消光。

2.根据权利要求1所述的基于微环谐振器结构的全光逻辑异或非门 结构，其特征在于，所述第一纳米线波导(1)的输入端为一Y型合束器， 该Y型合束器的合束端与第一纳米线波导(1)的本体相连，两个分支分 别作为泵浦光和信号光的输入端口。

3.根据权利要求1所述的基于微环谐振器结构的全光逻辑异或非门 结构，其特征在于，所述第一纳米线波导(1)和第二纳米线波导(2)中 传输有泵浦光，该泵浦光在高功率时在微环谐振腔(3)中发生双光子吸 收效应，产生自由载流子，此时，微环谐振腔(3)的折射率会发生变化， 并且微环谐振腔(3)的谐振波长会蓝移，导致第一纳米线波导(1)中的 信号光在微环谐振腔(3)与第一纳米线波导(1)间耦合区的透射率发生 变化，通过观察信号光在第一纳米线波导(1)输出端强度随泵浦光强度 的变化关系，可得到相应的异或非逻辑关系。

4.根据权利要求1所述的基于微环谐振器结构的全光逻辑异或非门 结构，其特征在于，该结构在工作时，将信号光波长调整为微环谐振腔(3) 谐振波长蓝移后的谐振波长，将泵浦光的波长调整为微环谐振腔(3)的 谐振波长，并调制成为归零信号，同时也将信号光调制为相同比特率的脉 冲信号序列；

两束泵浦光分别通过第一纳米线波导(1)和第二纳米线波导(2)耦 合进入微环谐振腔(3)，当两束泵浦光功率同时较低，即逻辑值同时为“0” 时，微环谐振腔(3)的谐振波长不发生变化；信号光偏离微环谐振腔(3) 的谐振波长，其在耦合区的透射率较高，在第一纳米线波导(1)输出端 的输出功率较高，此时对应的逻辑值为“1”；

当两束泵浦光功率不同时为高功率时，其逻辑值为“0”和“1”或“1”和 “0”时，耦合进微环谐振腔(3)中的泵浦光会发生双光子吸收效应，产生 自由载流子；此时微环谐振腔(3)的折射率发生变化，其谐振波长蓝移， 并且与信号光波长相同；此时信号光在第一纳米线波导(1)输出端出现 消光，其输出功率很低，对应的逻辑值为“0”；

当两束泵浦光功率同时较高，即逻辑值同时为“1 ”时，耦合进微环谐 振腔(3)中的两束泵浦光都会发生双光子吸收效应，产生自由载流子， 导致微环谐振腔(3)的折射率发生变化，谐振波长蓝移；此时，产生的 自由载流子浓度更多，微环谐振腔(3)的折射率变化更大，从而导致微 环谐振腔(3)的谐振波长蓝移量更大；蓝移后的谐振波长在信号光波长 的蓝边，与信号光波长偏离较远，此时信号光在耦合区的透射率较高，因 此其在第一纳米线波导(1)输出端的输出功率较高，对应的逻辑值为“1”；

因此，泵浦光功率与信号光的输出功率之间的对应关系可以构成相应 的“异或非”逻辑对应关系。

5.根据权利要求1所述的基于微环谐振器结构的全光逻辑异或非门 结构，其特征在于，所述第一纳米线波导(1)、第二纳米线波导(2)和 微环谐振腔(3)均由绝缘体上硅的顶层硅制作而成。

6.根据权利要求1所述的基于微环谐振器结构的全光逻辑异或非门 结构，其特征在于，所述第一纳米线波导(1)、第二纳米线波导(2)和 微环谐振腔(3)制作在砷化镓材料衬底上。

7.根据权利要求1所述的基于微环谐振器结构的全光逻辑异或非门 结构，其特征在于，所述第一纳米线波导(1)、第二纳米线波导(2)和 微环谐振腔(3)均是脊型波导结构。

8.根据权利要求1所述的基于微环谐振器结构的全光逻辑异或非门 结构，其特征在于，该结构适用于满足单模传输条件的脊型或条形波导结 构。