[发明专利]光子晶体全光可控式“与/或”逻辑门

说明书

本发明公开了一种光子晶体全光可控式“与/或”逻辑门，属于集成光学领域。所述光子晶体全光可控式“与/或”逻辑门，包括光子晶体结构，所述光子晶体结构由第一光子晶区、第二光子晶区、光信号输入端a和b、光信号输出端A和B组成；其中：所述光信号输入端a和b均位于光子晶体结构的一端，所述光信号输出端A和B对应的位于光信号输入端的对面。本发明光逻辑功能效果良好，不依赖外场，抗干扰能力强，易于其他光学逻辑元件进行集成，成本较低。

技术领域

本发明涉及集成光学领域领域，特别是指一种光子晶体全光可控式“与/或”逻辑门。

背景技术

全光逻辑门是未来光计算中的基本逻辑单元，是关键的核心器件。类似于电子学中的逻辑门，全光逻辑门是以波导中的光子作为信息的载体，通过控制泵浦光来调制信号光的输出。波导的各个输入输出端的对应关系可以构成一个真值表，其中逻辑状态(0或1)由端口的泵浦光和信号光的光功率决定。之所以称为全光逻辑门，是因为信号光由泵浦光调制，即用光来控制光。与电光调制方式相比，全光调制避免了信号在光-电-光之间的转换，从而可以获得更高的调制速率以及更低的功耗，并且基于半导体材料微纳波导的全光逻辑门可以在更高集成度的单芯片集成中扮演更重要的角色。除了可以实现上述的组合逻辑，全光逻辑门也可以实现时序逻辑，进行全光信号处理。例如,在高速大容量光通信网络中，全光逻辑门可以用来实现头信号提取和全光路由等功能。因此，全光逻辑门也是未来全光通信网络中的关键器件。

光子晶体是E.Yablonovitch与S.John于1987年在研究如何控制材料的自发辐射性质时分别提出的新概念和新材料。光子晶体之所以被称为“晶体”是因为，光子晶体是一种折射率周期性排布的介质结构，就像在固体中原子的排列一样，具有周期性。所谓光子晶体就是两种或两种以上介质在空间上的周期性排列组成的一种人工晶体而是其中的结构呈周期性规则排列，因而存在光子能带和光子能隙。正是因为光子晶体的结构与真正晶体具有相似性，所以光子晶体的光学特性有些类似于半导体的电学性质。与半导体晶格对电子波函数的调制相类似，光子带隙材料能够调制波长和其晶格常数可比拟的电磁波——当电磁波在光子带隙材料中传播时，由于存在布拉格散射而受到调制，电磁波能量形成能带结构。能带与能带之间出现带隙，即光子带隙。一定频率范围内的电磁波，如果正好位于光子带隙内，在光子晶体的特定方向上就会被强烈反射，不能通过，而其它频率的电磁波能够通过光子晶体。光子带隙是光子晶体最重要的特性，也是光子晶体受到科学家们青睐的重要原因。利用光子晶体具有光子带隙的重要特性，人们做出了各种光子晶体器件，包括光子晶体波导，光子晶体微腔，光子晶体滤波器，光子晶体分束器等等，这些器件在将来的光子集成回路中会起到重要作用。同时光子晶体还作为重要的载体在量子信息中应用。

随着光通信技术的进一步发展和光子晶体研究热潮的兴起,全光逻辑门是集成光学中非常重要的发展方向，是光计算的核心关键器件,同时也是全光通信网络中的关键器件。然而现今全光逻辑门普遍基于干涉效应或非线性效应，材料成本均较高，且不易集成，对入射信号的功率和相位有着严格的要求，因而一种更高速率、更低功耗、更高集成度的全光逻辑门结构就显得非常必要。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种不依赖外场，抗干扰能力强，易于其他光学逻辑元件进行集成，成本较低的光子晶体全光可控式“与/或”逻辑门。

为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：

一方面，提供一种光子晶体全光可控式“与/或”逻辑门，包括光子晶体结构，所述光子晶体结构由第一光子晶区、第二光子晶区、光信号输入端a和b、光信号输出端A和B组成；

其中：所述光信号输入端a和b均位于光子晶体结构的一端，所述信号输入端a与第一光子晶区连接；

所述光信号输入端b与第二光子晶区连接；

所述光信号输出端A和B对映的位于光信号输入端的另一端；

所述第一光子晶区与第二光子晶区沿45°方向斜边连接，形成微腔结构。