[发明专利]光子晶体全光自或变换逻辑门

说明书

本发明公开了一种光子晶体全光自或变换逻辑门，它由一个光开关单元、一个光子晶体结构单元、一个参考光源、一个延迟器或存储器和一个D触发器单元组成；延迟器的输入端与逻辑信号X连接，其输出端与光开关单元的逻辑信号输入端连接；参考光源输出的参考光E与光开关单元的参考光输入端连接；光开关单元的两个中间信号输出端分别与光子晶体结构单元的两个中间信号输入端连接；时钟控制信号CP通过一个二分支波导的输入端分别与光开关单元的时钟信号CP输入端和D触发器单元的时钟信号输入端连接；光子晶体结构单元的输出端与D触发器单元的D信号输入端连接。本发明不仅具有结构紧凑、抗干扰能力强、而且易于与其它光学逻辑元件集成。

技术领域

本发明涉及二维光子晶体、光学或逻辑门

背景技术

1987年，美国Bell实验室的E.Yablonovitch在讨论如何抑制自发辐射和Princeton大学的S.John在讨论光子区域各自独立地提出了光子晶体(Photonic Crystal)的概念。光子晶体是一种介电材料在空间中呈周期性排列的物质结构，通常由两种或两种以上具有不同介电常数材料构成的人工晶体。

随着光子晶体的提出和深入研究，人们可以更灵活、更有效地控制光子在光子晶体材料中的运动。在与传统半导体工艺和集成电路技术相结合下，人们通过设计与制造光子晶体及其器件不断的往全光处理飞速迈进，光子晶体成为了光子集成的突破口。1999年12月，美国权威杂志《科学》将光子晶体评为1999年十大科学进展之一，也成为了当今科学研究领域的一个研究热点。

全光逻辑器件主要包括基于光放大器的逻辑器件、非线性环形镜逻辑器件、萨格纳克干涉式逻辑器件、环形腔逻辑器件、多模干涉逻辑器件、耦合光波导逻辑器件、光致异构逻辑器件、偏振开关光逻辑器件、传输光栅光逻辑器件等。这些光逻辑器件对于发展大规模集成光路来说都有体积大的共同缺点。随着近年来科学技术的提高，人们还发展研究出了量子光逻辑器件、纳米材料光逻辑器件和光子晶体光逻辑器件，这些逻辑器件都符合大规模光子集成光路的尺寸要求，但对于现代的制作工艺来说，量子光逻辑器件与纳米材料光逻辑器件在制作上存在很大的困难，而光子晶体光逻辑器件则在制作工艺上具有竞争优势。

近年来，光子晶体逻辑器件是一个备受瞩目的研究热点，它极有可能在不久将来取代目前正广泛使用的电子逻辑器件。光子晶体逻辑器件可直接进行全光的“与”、“或”、“非”等逻辑功能，是实现全光计算的核心器件，在全光计算的进程中，基于“与”、“或”、“非”、“异或”等光子晶体逻辑功能器件已经被成功设计研究，而实现全光计算的目标仍需要各种各样复杂的逻辑元器件。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种结构紧凑、抗干扰能力强，且易与其它光学逻辑元件实现集成的光子晶体全光自或变换逻辑门。

本发明的目的通过下列技术方案予以实现。

本发明的光子晶体全光自或变换逻辑门由一个光开关单元、一个光子晶体结构单元、一个参考光源、一个延迟器或存储器和一个D触发器单元组成；所述延迟器的输入端与逻辑信号X连接，其输出端与光开关单元的逻辑信号输入端连接；所述参考光源输出的参考光E与光开关单元的参考光输入端连接；所述光开关单元的两个中间信号输出端分别与光子晶体结构单元的两个中间信号输入端连接；时钟控制信号CP通过一个二分支波导的输入端分别与光开关单元的时钟信号CP输入端和D触发器单元的时钟信号输入端连接；所述光子晶体结构单元的输出端与D触发器单元的D信号输入端连接。

所述的光开关单元为2×2光选通开关，它由一个时钟信号CP输入端、逻辑信号输入端、参考光输入端、两个中间信号输出端组成；所述两个中间信号输出端分别为第一中间信号输出端、第二中间信号输出端。