[发明专利]一种基于横自旋结构光场的XNOR逻辑门

说明书

本发明提供了一种基于横自旋结构光场的XNOR逻辑门，首先定义了该XNOR逻辑门的结构，包括一个复合波导和两个结构完全相同的均匀实心金属纳米球，所述复合波导整体呈Y型结构，包括输出波导和与所述输出波导相连接两个输入波导臂，两个金属纳米球分别位于两个输入波导臂的前端；然后给出了该XNOR逻辑门的尺寸及制作该逻辑门的材料；并采用圆偏振光作为光源验证了该XNOR逻辑门的逻辑功能。本发明中提供的XNOR逻辑门结构新颖且易于制作、实现方式简单，并且逻辑门器件尺寸小、便于大规模集成，在全光通信技术上尤其是全光计算方面有巨大的应用前景。

技术领域

本发明涉及集成光学领域，特别涉及一种基于横自旋结构光场的XNOR逻辑门。

背景技术

为满足当今社会对信息传输容量和速度的要求，摆脱传统电子器件的限制，实现信号的超长距离、超大容量、超高速度传输，全光网络应运而生。全光逻辑门是大规模全光集成的基础器件，更是下一代全光通信网络的关键器件。

光的横自旋特性自从提出起就受到广大研究者的关注。基于光的横自旋波导结构研究有很多，但是还没有一项研究应用于具体的集成光学器件上，基于横自旋的有关逻辑门器件也未见报道。本发明在横自旋的理论基础上，将光的横自旋特性应用到逻辑操控上，实现了逻辑门的功能。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种基于横自旋结构光场的XNOR逻辑门，利用横自旋光在波导中传播的特性，来构建XNOR逻辑门。

本发明提出的一种基于横自旋结构光场的XNOR逻辑门，包括一个复合波导和两个结构完全相同的均匀实心金属纳米球；所述复合波导为实心结构，其整体呈Y型分支结构，包括输出波导和与所述输出波导相连接的第一输入波导臂和第二输入波导臂，光信号分别从所述第一输入波导臂和所述第二输入波导臂一端的两个光信号输入端输入，然后从所述输出波导一端的光信号输出端输出；所述两个金属纳米球用于激发所述光信号，且所述两个金属纳米球分别位于所述两个光信号输入端的前端；

其中，所述第一输入波导臂和所述第二输入波导臂分别包括依次连接的输入波导和弯折波导；所述输入波导和所述输出波导均为矩形波导，并且所有矩形波导的中心线均呈直线，所述第一输入波导臂和所述第二输入波导臂中的两个输入波导结构完全相同、两个弯折波导结构完全相同；

所述两个弯折波导远离对应的输入波导的一端均与所述输出波导的另一端连接，并形成Y型耦合器，用于将通过所述两个光信号输入端分别输入所述两个输入波导中的光信号耦合到所述输出波导一端的所述光信号输出端中，所述两个输入波导分别与所述输出波导平行，所述第一输入波导臂和所述第二输入波导臂以所述输出波导的中心线为对称轴呈对称分布；

所述两个金属纳米球的半径均为预设半径；所述两个输入波导的长度均为第一长度，所述输出波导的长度为第二长度；所述两个弯折波导均由两个结构完全相同的均匀实心圆环组成，所有圆环的横截面与所述两个输入波导和所述输出波导的横截面均相同，为矩形，且所有圆环中心线对应圆弧的圆心角均为90°，其中，所述两个弯折波导分别与所述输出波导连接的两个圆环的圆心均位于所述复合波导外部，所述两个弯折波导分别与所述输入波导连接的圆环的圆心位于所述复合波导内部，所有圆环的内径均为第一直径，外径均为第二直径；

所述两个输入波导、两个弯折波导和输出波导的宽度均为预设波导宽度，厚度均为预设波导厚度。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明提供的一种基于横自旋结构光场的XNOR逻辑门，采用普通圆偏振光作为光源，照射在XNOR逻辑门中的金属纳米球上后产生横自旋光，通过调节其圆偏振光的偏振态来决定产生的横自旋光的模式和传播状态，进而决定XNOR逻辑门的输入逻辑态，然后利用横自旋光的单向激发特性实现XNOR逻辑门的逻辑功能，产生相应的输出逻辑态。本发明中提供的XNOR逻辑门结构新颖且易于制作、实现方式简单，并且逻辑门器件尺寸小、便于大规模集成，在全光通信技术上尤其是全光计算方面有巨大的应用前景。