[发明专利]一种基于微环谐振器的控制交换门光学逻辑器件

说明书

本发明提供了种基于微环谐振器的控制交换门光学逻辑器件，其特征在于，该控制交换门光学逻辑器件由用绝缘体上的半导体材料制成的四个微环谐振器MRR和5根Y分支耦合器构成，其中三个输入是待运算的电信号和一个处于工作波长处的连续光信号，输出的结果是对电学信号进行控制交换门计算后的光信号，该光信号可以在光纤中传输直接进入下一级进行光信息处理。该控制交换门光学逻辑器件有三个待计算的电脉冲序列输入，输出的是经过计算后的光脉冲序列，本发明控制交换门光学逻辑器件制作工艺与COMS工艺完全兼容，使得器件体积小、速度快、功耗低、便于集成，有望在光子计算机中发挥重要的作用。

技术领域

本发明属于光学逻辑计算领域，涉及一种适用于光通信和光计算领域的基于微环谐振器的控制交换门光学逻辑器件。

背景技术

现有的计算机由电子传递和处理信息。随着半导体工艺技术的进步，晶体管的尺寸越来越小，芯片上可集成的晶体管数目越来越多，在CPU获得更高主频的同时，功耗急剧上升，并且漏电与散热问题无法解决。从发展高速率计算机来说，采用电子做输运信息载体已不能满足人们对计算机更快的处理速度的要求，表明提高现有的计算机运算速度的能力有限。这也就是说用集成电路方式实现的微处理器的发展，已经难以继续沿着摩尔定律指出的路线走下去。

光子计算机用光互连代替导线互连，光硬件代替电子硬件，光运算代替电运算，以光子作为传递信息的载体，利用激光来传送信号，并由光导纤维与各种光学元件等构成集成光路进行数据运算、传输和存储，光子计算机表现出更优越的性能。在光子计算机中，用光学方式实现信息处理的最大优点是并行性高，数据吞吐量大——这是由光的物理属性决定的。光子计算机可以对复杂度高、计算量大的任务实现快速的并行处理。光子计算机将使运算速度在目前基础上呈指数上升。

计算机运算都是二进制数计算，而现有的传统不可逆逻辑器件，主要是二输入一输出的非可逆逻辑门，输入信息经过该门就会丢失一个输出信息位，早在1960年R.Landauer就已经证明了不可逆计算每一次运算都会引起比特位的丢失，并且每丢失一比特信息就会有kTln2热能散发，室温下虽然能量散失很少，但对于低功耗器件设计不能忽略。同时，能耗产生的热量会极大地限制芯片的性能和计算速度。而可逆逻辑器件由于既能传递逻辑门的输出值，也能传递它的输入值，不会有信息位丢失，因此没有比特位丢失，这样可以很好的解决由比特位丢失引起的热能散发问题，从而大大降低计算机在逻辑上的能耗，提高计算速度。

控制交换门的真值表输入与输出是一一对应的关系，给定输入可以确定其输出，同时给定输出可以找到唯一的输入与之对应，从而根据可逆逻辑的定义可以知道该门是可逆逻辑门。与此同时，控制交换门还是一个通用逻辑门，因为它可以模拟任意经典线路如：与、或、非等。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于微环谐振器的控制交换门光学逻辑器件，不需要使用强激光作为泵浦光，易于操作。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于微环谐振器的控制交换门光学逻辑器件，由用绝缘体上的半导体材料制成的四个微环谐振器MRR和5根Y分支耦合器构成，其中三个输入是待运算的电信号和一个处于工作波长处的连续光信号，输出的结果是对电学信号进行控制交换门计算后的光信号，该光信号可以在光纤中传输直接进入下一级进行光信息处理。

本发明控制交换门光学逻辑器件具有如下优点：

1、利用光的自然特性实现的控制交换门光学逻辑器件代替传统的电学逻辑器件，没有传统电学器件的电磁效应以及寄生电阻电容的影响，从而可以实现高速大容量的信息处理。

2、利用光的自然特性实现的控制交换门光学逻辑器件代替传统的逻辑器件，可以实现控制交换门逻辑运算，且没有传统逻辑器件比特位丢失引起的热能散发，从而可以大大降低计算机在逻辑上的能耗。