[发明专利]一种读写可控的硅基集成光缓存器

说明书

本发明公开一种读写可控的硅基集成光缓存器，包括左右依次设置的非互易硅基矩形波导和石墨烯层，所述石墨烯层集成在所述非互易硅基矩形波导的右侧输出端面形成读/写控制端面；所述读/写控制端面通过施加电压的方式调控石墨烯透射系数，决定进入所述非互易硅基矩形波导的单向传输信号光能否透过所述石墨烯层，实现对光缓存器读/写的控制。本发明的读写可控的硅基集成光缓存器能够实现方便可调、低损耗的信号光写入与读出光缓存器操作的效果。

技术领域

本发明涉及光电子集成技术领域，尤其涉及一种读写可控的硅基集成光缓存器。

背景技术

全光缓存技术的研究作为光量子计算机实现的一个重点问题也得到人们越来越多的关注。光量子计算技术中数据的调度与控制是光量子计算机的基础，无论在CPU中还是在整机中，各种各样用于存取数据的寄存器、存储器、缓存器充斥于其中。当芯片间采用光互连之后，数据的存储如果能够在光域中进行，而不需要进行多次的光电光转换，无论从提高速率、改善信号质量以及降低能耗等各个角度看都是有利的。对于全光网的节点设备而言，如全光交换路由器，它的节点量、吞吐量、丢包率等特性，都直接与它的存储器的容量、存取速度等特性有关，全光缓存技术既可以提供可调的缓存时间以便节点进行帧头处理，同时还可以解决同一端口的竞争问题，因此全光缓存技术是全光路由控制和解决通道竞争的一个关键技术，其好坏直接决定了光量子计算机信息处理及存储的性能。因此，全光缓存器的研究对于未来光量子计算机的发展有着重要的意义。

目前在所有研究中，各种结构的光缓存器具有其各自的优势与挑战：基于电诱导透明(EIT)慢光缓存器成本高，系统结构及制造工艺复杂，因此很难实现；基于光纤延迟线的光缓冲器虽可以提供较大的延迟，但其分辨率受到调谐步骤的限制，且其尺寸大，不容易集成到微系统中；基于光子晶体慢光效应的光缓存器，存在与受激布里渊散射(SBS)慢光效应的相同难题，其延迟时间动态范围小，总延迟时间不足纳秒量级；光微环谐振器是一种尺寸小、结构紧凑的光学器件，它与光子晶体结构的光缓存器具有可比性，但在其光学性能、可调性、灵活性和再现性上比光子晶体结构的光缓存器略逊一筹，并且不可能同时减小多环谐振光缓冲器的尺寸和色散。而采用光开关和波导延迟线多级级联的结构虽然实现光延迟量的大范围调节，但是从真正意义上来讲它并不是缓存，更准确地说法是暂存器。此外，这些类型的缓存器都受制于带宽与延迟时间的限制，即存储时间与系统带宽的乘积是固定的。在谐振腔内长时间存储大数据是不可能的。

国际上研究非互易性波导的研究单位虽然有一些，但他们的研究大都集中在利用非互易性波导实现光隔离器、光环形器等非互易器件，目前还没有将其应用于光缓存器的相关研究报道。此外，该项研究大都集中在太赫兹波段，并没有找到在光通信波段的相关研究报道，但太赫兹频域光谱有辐射功率低、频谱范围窄等缺陷，并且太赫兹器件的尺寸大都在数十微米到毫米量级，系统尺寸难以实现微型化。

评价光缓存器性能的一个很重要的方面是信号光“写入”与“读取”操作的难易程度。传统基于半导体SOA放大器的全光缓存器中，由于光信号需要反复通过光放大器，容易引起噪声的积累，而且控制技术相对复杂。

发明内容

本发明之目的在于提供一种读写可控的硅基集成光缓存器，其结构简单、便捷可控，还可以实现在光通信C波段信号光的缓存与读写控制。

为实现上述目的，本发明提供一种读写可控的硅基集成光缓存器，包括左右依次设置的非互易硅基矩形波导和石墨烯层，所述石墨烯层集成在所述非互易硅基矩形波导的右侧输出端面形成读/写控制端面；

所述读/写控制端面通过施加电压的方式调控石墨烯透射系数，决定进入所述非互易硅基矩形波导的单向传输信号光能否透过所述石墨烯层，实现对光缓存器读/写的控制。

优选地，对所述石墨烯层加载较低电压时，石墨烯透射系数较小，进入所述非互易硅基矩形波导的单向传输信号光在所述石墨烯层表面反射，进行振幅积累，对光缓存器实现写的控制；