專利名稱：：制造光電路的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及用作全光邏輯門的光學(xué)設(shè)備。更具體地，數(shù)字光信號(hào)被組合并被提供給非線性元件，如光學(xué)諧振器或諧振腔開關(guān)，它們的諧振頻率被調(diào)整為產(chǎn)生期望的邏輯輸出信號(hào)。
背景技術(shù)：
：在電子設(shè)備中，由晶體管構(gòu)成的邏輯門構(gòu)成數(shù)字電路的基本元件。所述門接il^于電壓的輸入，產(chǎn)生與期望的邏輯功能對(duì)應(yīng)的基于電壓的輸出信號(hào)。近年來，人們已開始對(duì)開發(fā)與電子邏輯門的特性類似的光學(xué)設(shè)備產(chǎn)生興趣。產(chǎn)生這種興趣的原因在于光信號(hào)在集成電路中可比電信號(hào)傳輸?shù)每欤驗(yàn)楣庑盘?hào)不受電容的制約，而電容使邏輯狀態(tài)之間的切換速度減慢。鑒于對(duì)更快切換速度的需求不斷增長(zhǎng)，因此預(yù)期在將來，如果在電子學(xué)方面缺乏顯著的技術(shù)進(jìn)步，則對(duì)數(shù)字光學(xué)設(shè)備的使用即使不是必須的也將會(huì)變得越來越令人期望。然而，使用光學(xué)設(shè)備形成集成邏輯電路存在特別的挑戰(zhàn)。由于光的特性，光進(jìn)行傳播但不能被存儲(chǔ)。在所期望的長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定地代表一個(gè)邏輯電平的能力成為一個(gè)問題。因此，期望提供可用于使用光信號(hào)穩(wěn)定地代表邏輯狀態(tài)的光邏輯門。再有，已經(jīng)建立了使用光部件的產(chǎn)業(yè)，這些光部件主務(wù)使用調(diào)幅光信號(hào)，其中光脈沖的振幅或強(qiáng)度代表數(shù)字邏輯狀態(tài)。任何能夠在光學(xué)上對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和處理的能力理想上也應(yīng)當(dāng)與現(xiàn)有的光通信1^設(shè)施兼容。5在一些光調(diào)制方案中，由多于兩個(gè)的波幅電平來代表數(shù)據(jù)。這種做法制。例如，在與(AND)門中，如果兩個(gè)脈沖都處于高或"1"邏輯電平，在本例中用為"r的振幅代表，那么輸出的振幅將是這兩個(gè)電平的線性和或"2"。然后，將"2"傳輸?shù)较乱患?jí)的邏輯門，該下一級(jí)必須被配置成將"2"解釋為代表高邏輯電平，而將"1"或"0"解釋為代表低邏輯電平。這樣，當(dāng)邏輯門被級(jí)聯(lián)時(shí)，兩個(gè)或更多個(gè)高電平相加的問題變得更加復(fù)雜。所以，人們希望提供能避免這一問題的光電路。當(dāng)信號(hào)穿過光學(xué)設(shè)備傳播時(shí)，傳播損失變成通常會(huì)阻止光學(xué)設(shè)備級(jí)聯(lián)的重要問題。再有，實(shí)現(xiàn)在密集集成的基片中向光信號(hào)提供增益在當(dāng)前有技術(shù)上的和實(shí)踐中的障礙。如果能以其他方式管理數(shù)字光信號(hào)的恢復(fù)，則對(duì)若干光邏輯門的級(jí)聯(lián)將是可能的。非線性光學(xué)諧振腔通常用于實(shí)現(xiàn)全光切換。術(shù)語(yǔ)"非線性"特指一種諧振器，構(gòu)成該諧振器的材料的折射率依賴于諧振器內(nèi)部的強(qiáng)度或功率。入射功率依賴于輸入信號(hào)的組合，而入射功率又決定諧振器內(nèi)部的折射率。諧振器的諧振頻率對(duì)其折射率的依賴關(guān)系如下f=qc/2nL，其中f是諧振器的諧振頻率，c是光速，L是諧振器的長(zhǎng)度，q是一個(gè)正整數(shù)，n是折射率。諧振器的無載折射率和長(zhǎng)度可被調(diào)整，使得諧振頻率與輸入載頻略有不同，由此使得只有具有足夠功率的光才能增大或減小諧振器的折射率達(dá)到足以使諧振器的諧振頻率移動(dòng)至等于輸入的栽頻。一旦輸入光在諧振器內(nèi)諧振，則光子有高得多的諧振器壽命，由此有更大比例的輸入被傳輸通過諧振器作為輸出。諧振器能根據(jù)所設(shè)計(jì)的輸入功率的量容易地從不透光狀態(tài)切換到透光狀態(tài)的能力是非線性諧振腔成為全光開關(guān)最常見的形式的原因。足夠的功率能使非線性諧振器切換到傳輸，然而，更大的輸入功率量將進(jìn)一步使諧振器的諧振頻率移動(dòng)，直至它不再與載頻匹配，從而切斷輸出。這種特性總被認(rèn)為是不希望有的，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的數(shù)字設(shè)計(jì)要求一旦達(dá)到閾值就有恒定的輸出電平，而不管輸入電平如何。在研究和產(chǎn)業(yè)界，當(dāng)前的思想和技術(shù)未能認(rèn)識(shí)到這一特性反而會(huì)通過以下方式而對(duì)設(shè)計(jì)者有好處實(shí)現(xiàn)全光邏輯將會(huì)比現(xiàn)在更加受歡迎地被考慮。通過使非線性諧振器的無載諧振頻率等于輸入載頻，所述非線性諧振6器還可起到與上述解諧諧振器相反的作用。具有相對(duì)較低功率的輸入將被傳輸，而具有相對(duì)較高功率的輸入將使諧振器移出諧振狀態(tài)從而切斷輸出。人們至今還沒有認(rèn)識(shí)到，如果與上述其他特性結(jié)合使用，那么非線性元件的這種相反功能是有用的。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明在各種實(shí)施例中公開的設(shè)備相應(yīng)地克服了一個(gè)或多個(gè)上述問題，并實(shí)現(xiàn)了下述進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明的邏輯門接收一個(gè)或多個(gè)數(shù)字調(diào)幅光輸入信號(hào)。在一些實(shí)施例中，所述光輸入信號(hào)之一是來自例如激光源的連續(xù)波(cw)光。所述邏輯門包括非線性元件，其接收光輸入信號(hào)或它們的組合得到的組^ff號(hào)，以及非線性地鑒別邏輯電平以產(chǎn)生具有二值邏輯電平的光輸出信號(hào)。所述非線性元件可包括光學(xué)諧振器或諧振腔，其被配置成相對(duì)于光輸入信號(hào)的載頻被調(diào)諧，以實(shí)現(xiàn)特定的邏輯操作。在一些實(shí)施例中，所述邏輯門包括組合介質(zhì)，用于接收和組合光輸入信號(hào)以產(chǎn)生組合信號(hào)，所述組合介質(zhì)將所述組合信號(hào)輸出到所述非線性元件用于邏輯電平鑒別。在另一些實(shí)施例中，這些光輸入信號(hào)^L提供給非線性元件，所述非線性元件有效地組合和鑒別它們的邏輯電平。在一些實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)波導(dǎo)被用于將光輸入信號(hào)引導(dǎo)至該組合^/h質(zhì)或非線性元件。在一些實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)波導(dǎo)可用于接收來自非線性元件的光輸出信號(hào)，并將其作為邏輯門的輸出提供給下游元件。邏輯門可被串聯(lián)地光學(xué)耦合在一起，以形成能實(shí)現(xiàn)幾乎任何邏輯功能的光電路。單個(gè)的或組合的邏輯門能實(shí)現(xiàn)與門(AND)、非門(NOT)、與非門(NAND)、或非門(NOR)、或門(OR)、異或門(XOR)、以及異或非門(XNOR)等邏輯操作。所述非線性元件用作響應(yīng)光輸入信號(hào)的邏輯電平的開關(guān)，并根據(jù)該非線性元件如何被調(diào)諧至輸入載頻或與輸入載頻失諧而將其輸出從"斷"切換到"通"或從"通"切換到"斷"。再有，通過改變失諧量，能改變切換所需的輸入功率量。通過適當(dāng)安排輸入的個(gè)數(shù)，并定制每個(gè)非線性元件的無載和有載的諧振頻率，無須4吏用任何電子器件便能以具有竟?fàn)幜Φ那袚Q速度實(shí)現(xiàn)選定的邏輯功能。再有，如果連續(xù)光也被耦合到非線性元件作為光輸入信號(hào)之一，則可在光電路的每一級(jí)恢復(fù)光強(qiáng)度(即邏輯電平)。如果這個(gè)連續(xù)光被用于使非線性元件保持在最大傳輸，則額外的數(shù)據(jù)脈沖將使該非線性元件移出諧振狀態(tài)，這將產(chǎn)生全光邏輯反轉(zhuǎn)。因?yàn)槿鈴?qiáng)度可恢復(fù)邏輯門是可能的，穩(wěn)定的全光存儲(chǔ)器是本發(fā)明的另一個(gè)可能的實(shí)施例。在一般性描述本發(fā)明之后，現(xiàn)在將參考附圖。這些圖并不一定是按比例繪出的，其中圖1是在輸入到非線性元件的光強(qiáng)度不足以驅(qū)動(dòng)其諧振頻率相對(duì)于輸入光頻率失諧的非線性元件i^諧振狀態(tài)的情況下，非線性元件(例如光學(xué)諧振器)傳輸百分比與輸入到非線性元件的光頻率之間的關(guān)系圖。圖2是非線性元件傳輸百分比與輸入到非線性元件的光頻率之間的關(guān)系圖，顯示當(dāng)輸入光足夠強(qiáng)時(shí)非線性元件轉(zhuǎn)入諧振和光傳輸。圖3是全光反相器(非(NOT)門)的平面圖，所述^^目器包括作為一個(gè)輸入光信號(hào)的連續(xù)波(CW)光，作為第二個(gè)光輸入信號(hào)的為零值的數(shù)據(jù)輸入，以及處于諧振或傳輸模式的非線性元件(例如光學(xué)諧振器)。在該非線性元件上方是元件傳輸與頻率的關(guān)系圖，垂直線代表光的栽頻。圖4是全i^相器(非(NOT)門)的平面圖，所述>^相器包括作為一個(gè)輸入光信號(hào)的連續(xù)波(CW)光，作為第二個(gè)光輸入信號(hào)的為"通"(即高振幅或邏輯電平)的數(shù)據(jù)輸入，以及處于非諧振或不透光模式的非線性元件。在該非線性元件上方是元件傳輸與頻率的關(guān)系圖，垂直線4戈表光的載頻。圖5是全光與(AND)門的平面圖，所述與門包括兩個(gè)光輸入信號(hào)，其數(shù)據(jù)為零振幅(即低振幅或邏輯電平)，以及處于非諧振或不透光模式的非線性元件。在該非線性元件上方是元件傳輸與頻率的關(guān)系圖，垂直線代表光的載頻。圖6是全光與(AND)門的平面圖，所述與門接收兩個(gè)為"通"的光輸入信號(hào)(即具有高振幅或邏輯電平的數(shù)據(jù))，以及處于諧振或傳輸模式的非線性元件。在該非線性元件上方是元件傳輸與頻率的關(guān)系圖，垂直線代表光的載頻。圖7是全光與非(NAND)門的平面圖，所述與非門接收具有均為1比特(即高振幅或邏輯電平)的數(shù)據(jù)的光輸入信號(hào)，并輸出具有0比特(即低振幅或邏輯電平)的數(shù)據(jù)的光輸出信號(hào)。圖8是全光或非(NOR)門的平面圖，所述或非門接收連續(xù)波(CW)光作為一個(gè)光輸入信號(hào)，另兩個(gè)具有各自的數(shù)據(jù)的光輸入信號(hào)，其中任意一個(gè)或兩個(gè)為"通"(即高振幅或邏輯電平)，且包括處于非諧振或不透光模式的非線性元件。在該非線性元件上方是元件傳輸與頻率的關(guān)系圖，垂直線代表光的載頻。圖9是具有邏輯電平恢復(fù)功能的全光或(OR)門的平面圖。所述或門接收兩個(gè)具有數(shù)據(jù)的光輸入信號(hào)，具有兩個(gè)串聯(lián)的反相器，所述反相器產(chǎn)生具有恢復(fù)的邏輯電平的光輸出信號(hào)。圖IO是全光異或(XOR)門的平面圖。所述異或門接收兩個(gè)具有各自數(shù)據(jù)的光輸入信號(hào)，且包含非線性元件，所述非線性元件失諧的程度為圖5所示的一半。在該非線性元件上方是元件傳輸與頻率的關(guān)系圖，垂直線代表光的載頻。圖ll是全光異或非(XNOR)門的平面圖。所述異或非門接收兩個(gè)具有各自數(shù)據(jù)的光輸入信號(hào)，以及包含非線性元件，非線性元件失諧的程度為圖5所示的一半，后面跟隨著如圖3和圖4所示的及j目器。在該非線性元件上方是元件傳輸與頻率的關(guān)系圖，垂直線4戈表光的載頻。圖12是全光與非(NAND)門鎖存器的平面圖。所述與非門鎖存器具有作為光輸入信號(hào)的兩個(gè)連續(xù)波(cw)光^r入，分別具有數(shù)據(jù)輸入"置(set)"和"復(fù)位(reset)"的另外兩個(gè)光輸入信號(hào)，4個(gè)非線性元件和兩個(gè)光輸出信號(hào)Q和Q。圖13是光邏輯門的透視圖，所述光邏輯門包括由橋結(jié)構(gòu)支持的光子晶體。圖14是圖13所示的光子邏輯門的一部分的詳細(xì)圖，顯示該光子邏輯門的輸入端的結(jié)構(gòu)，它逐漸變細(xì)以與從光纖纖芯傳播i^該邏輯門的光的模態(tài)分布相匹配。圖15是圖13的光子邏輯門的平面圖。圖16是圖13的光子邏輯門的截?cái)嗤敢晥D。圖17是全光邏輯門的一個(gè)實(shí)施例的平面圖，該實(shí)施例包括用于對(duì)光輸入信號(hào)進(jìn)行組合的組合介質(zhì)以及實(shí)現(xiàn)為環(huán)的非線性元件。圖18是使用環(huán)而沒有單獨(dú)的組合介質(zhì)的全光邏輯門的平面圖。圖19是使用光纖實(shí)現(xiàn)的全光邏輯門的平面圖。圖20是以鏡實(shí)現(xiàn)的全光邏輯門的平面圖，所述鏡限定該諧振器腔，該諧振器腔中有非線性材料。圖21是根據(jù)本發(fā)明的一般化的全光邏輯門的方框圖。圖22是制造光電路的一般化的方法的流程圖，所述光電路包括被配置成接收一個(gè)或多個(gè)具有二值邏輯電平的光輸入信號(hào)的一個(gè)或多個(gè)光邏輯門，以及具有一個(gè)或多個(gè)非線性元件，用于產(chǎn)生具有二值邏輯電平的一個(gè)或多個(gè)光輸出信號(hào)。圖23是邏輯門的操作方法流程圖，所述邏輯門根據(jù)具有二值邏輯電平的輸入信號(hào)，使用基于振幅的非線性鑒別來產(chǎn)生具有二值邏輯電平的光輸出信號(hào)。具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將參考附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明，在附圖中顯示了本發(fā)明的一些但不是全部實(shí)施例。實(shí)際上，這些發(fā)明可以通過多種不同的形式實(shí)現(xiàn)，而不應(yīng)認(rèn)為是局限于這里提出的那些實(shí)施例；相反，提供這些實(shí)施例是為了使本說明能滿足可適用的法律要求。下文中類似的數(shù)字代表類似的元件。定義"下游"是指沿光傳輸路徑相對(duì)于參考點(diǎn)更遠(yuǎn)的位置或元件。它還能用于指在光電路中光離開參考點(diǎn)的傳播方向。"斷"、"低"或"0"是指光信號(hào)具有較低的振幅或邏輯電平。"通"、"高"或"r是指光信號(hào)具有高的振幅或邏輯電平。"或"廣義上是指該詞之前或之后的任何一個(gè)、一些或全部事物，除非上下文另有指出。這樣，"A或B"在其含義內(nèi)包括單獨(dú)的"A"、單獨(dú)的"B"以及"A"和"B"兩者一起。'(s)，或'(ies)，表示一個(gè)或多個(gè)由在該措辭'(s)，之前緊挨的單詞表示的事物。由此，'signals'表示"一個(gè)多個(gè)信號(hào)"。"調(diào)諧"一般是指對(duì)非線性元件進(jìn)行配置，使得相對(duì)于一個(gè)或多個(gè)光輸入信號(hào)的頻率設(shè)置其諧振頻率。這里特別要提到的是，"調(diào)諧"還可以指對(duì)該非線性元件進(jìn)行配置使其諧振頻率被調(diào)諧至光輸入信號(hào)的頻率(例如栽頻)。"失諧"通常是指對(duì)非線性元件進(jìn)行配置，使得其諧振頻率被設(shè)置為不同于光輸入信號(hào)的頻率。"光學(xué)諧振器"或"光學(xué)諧振腔"被定義為一種結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)在有限的時(shí)段內(nèi)捕獲光，然后或者傳輸、或者反射、或者消減它。在光子晶體中的諧振器通過放置一個(gè)或多個(gè)光可存在的光路并使用將光局限于那些光路的周期性結(jié)構(gòu)包圍那些光路而被創(chuàng)建。在二維光子晶體的情況下，所述周期性結(jié)構(gòu)是在構(gòu)成光子晶體的介質(zhì)中限定的氣孔和/或半導(dǎo)體棒，而光路通常由介質(zhì)中如孔或棒之類的結(jié)構(gòu)的不存在(absence)來限定。諧振器還可包括由半導(dǎo)體材料或光纖做成的環(huán)狀波導(dǎo)。所述環(huán)與輸入和輸出端口耦合?；蛘?，諧振器還可包括由反射面包圍的介質(zhì)，這些反射面可以是交替的介電材料，或者具有不同反射系數(shù)的交替材料，或者結(jié)束于#<^射率的用于全內(nèi)反射的表面，或者金屬表面。諧振器還可包括重疊的光柵，排列它們的反射級(jí)(reflectiveorder),從而可選擇性地捕獲光。諧振器還可以包括非線性材料，其含有保持光的電磁感應(yīng)指數(shù)分布(例如孤立子或電壓感應(yīng)分布)。"基片"是工件或起始材料，在它上面形成邏輯門。所述基片可以是晶片，例如在半導(dǎo)體或微光刻法中使用的晶片。例如，基片可由一種或多種物質(zhì)構(gòu)成，包括半導(dǎo)體或絕緣體上硅(SOI)基片。可能的材料包括硅(Si)、二氧化硅(Si02)、砷化鎵(GaAs)、鎵(Ga)、硼(B)、磷(P)、磷化鎵(GaP)、氮化鎵(GaN)等。"上游"是指在光學(xué)門或電路中相對(duì)于參考點(diǎn)位置靠近光源的位置或元件。它還能用于指朝向光源的方向。"波導(dǎo)"是指能限定和引導(dǎo)光的任何結(jié)構(gòu)或介質(zhì)組合。例如，波導(dǎo)可以是光纖，其中的芯^L^射系數(shù)(RI)高于該芯的包層包圍，它具有將某一波長(zhǎng)內(nèi)的光限定在該芯內(nèi)的作用。還可在光子晶體中形成光導(dǎo)，在光子晶體中，光在光子晶體中限定的路徑中傳播要比在光子晶體中限定的結(jié)構(gòu)的區(qū)域中傳播更加容易。用于全光邏輯門的非線性元件圖1顯示針對(duì)非線性元件的作為輸入光強(qiáng)度百分比的光傳輸率與輸入光頻率的關(guān)系圖，在這一情況中，該非線性元件被實(shí)現(xiàn)為光學(xué)諧振器。所述輸入光具有為192.9THz(即波長(zhǎng)為1.55微米)的頻率1。該非線性元件具有193THz的諧振頻率2，從而與輸入光的頻率1失諧。在圖1中，輸入光的功率不足以使光學(xué)諧振腔轉(zhuǎn)入諧振。因此，在圖l所代表的情況中，傳輸穿過諧振腔的載頻光的百分比相對(duì)比較低，接近于零。圖2顯示穿過實(shí)現(xiàn)為光學(xué)諧振器的非線性元件的作為該非線性元件輸入光強(qiáng)度的百分比的傳輸率。在圖2代表的情況中，輸入光的功率足夠高，使得非線性元件轉(zhuǎn)入諧振。換言之，光功率足夠高而且頻率足夠接近，使得光在非線性元件中諧振且輸出相對(duì)大量的輸入光，幾乎是百分之百。如下面將清楚看到的那樣，非線性元件的這一選擇性諧振特性能被很好地利用到下文描述的邏輯門中。使用非線性元件的全光邏輯門圖3是全光邏輯反相器(非(NOT)門)10,它包括兩個(gè)單獨(dú)的輸入介質(zhì)3和4，它們可以是單獨(dú)的波導(dǎo)。輸入介質(zhì)3和4與組合介質(zhì)5對(duì)齊或結(jié)合，組合介質(zhì)5可以是例如單個(gè)波導(dǎo)或光子晶體。組合介質(zhì)5被配置成將各輸入^h質(zhì)3和4上的光輸入信號(hào)A和B引導(dǎo)到非線性元件6(例如光學(xué)諧振器)。在本實(shí)施例中的光輸入信號(hào)A是具有恒定功率的連續(xù)波(CW)光，它被引導(dǎo)^第一光學(xué)輸入介質(zhì)3，而光輸入信號(hào)B是調(diào)幅的光數(shù)據(jù)(例如數(shù)據(jù)流)，它被引導(dǎo)i^第二光學(xué)輸入介質(zhì)4。非線性元件6被精確地解諧，使得如果只有連續(xù)波光i^非線性元件，該非線性元件就轉(zhuǎn)入諧振，此時(shí)該元件的諧振頻率1與CW光的頻率2對(duì)齊，將光以光輸出信號(hào)的形式輸出到光學(xué)輸出介質(zhì)7上。在圖4中，第一光輸入信號(hào)A(例如CW光)與第二光輸入信號(hào)B(例如脈沖或數(shù)字比特)的頻率基本上相同。所述第一光輸入信號(hào)A和第二光輸入信號(hào)B在所述組合介質(zhì)5中組合并i^V所述非線性元件6。入射到非線性元件6上的光功率通it^目長(zhǎng)干涉或相消干涉而充分地增大或減小(取決于光輸入信號(hào)A的CW光與調(diào)幅光輸入信號(hào)B的相位差)，以使非線性元件移出諧振狀態(tài)，這使得波導(dǎo)7上的輸出切換到"斷"或低的振幅或邏輯電平。因?yàn)閳D3和圖4的設(shè)備輸出的是在第二輸入介質(zhì)4上所接收的調(diào)幅光輸入數(shù)據(jù)的邏輯電平(即波幅電平)的反相，所以它在效果上是光邏輯反相器。因?yàn)榉聪嗥?0的光功率輸出僅由輸入介質(zhì)3上的CW光的功率決定，而不是由介質(zhì)4上的調(diào)幅光輸入信號(hào)B的可能會(huì)消失的數(shù)據(jù)決定，因此，圖3和圖4的邏輯反相器以類似于連接到電壓源的電子反相器或晶體管可實(shí)現(xiàn)邏輯電平恢復(fù)的方式實(shí)現(xiàn)全光邏輯電平恢復(fù)。圖5是全光與(AND)門設(shè)備20，它包括兩個(gè)單獨(dú)的光學(xué)輸入介質(zhì)23和24，它們可能是與組合介質(zhì)25對(duì)齊或與之結(jié)合的波導(dǎo)，所述組合介質(zhì)25可以是例如單個(gè)波導(dǎo)或在光子晶體中限定的路徑。組合介質(zhì)25被配置成與非線性元件26對(duì)齊或與之光耦合。調(diào)幅光輸入信號(hào)A、B每個(gè)被相應(yīng)的數(shù)據(jù)調(diào)制，它們?cè)?非線性元件之前被分別引導(dǎo)1光學(xué)輸入介質(zhì)23和24并在組合介質(zhì)25中組合。如圖5中所示，如果光輸入信號(hào)A、B中的任何一個(gè)或它們兩個(gè)具有低的或"斷"邏輯電平，那么非線性元件26產(chǎn)生具有低的或"斷"邏輯電平的光輸出信號(hào)。非線性元件26充分地與光輸入信號(hào)A、B的載頻21失諧，使得只有當(dāng)兩個(gè)輸入同時(shí)為"通"時(shí)，非線性元件26在光學(xué)輸出介質(zhì)27上的輸出才切換為"通"，如圖6中所示。這一特性對(duì)應(yīng)于全光與門。在介質(zhì)27上的光功率輸出發(fā)出的功率是其任意一個(gè)輸入的功率的二倍，即光輸出信號(hào)的邏輯電平是光輸入信號(hào)A、B的邏輯電平相加。如果任何后續(xù)的設(shè)備被特別設(shè)計(jì)成接收典型的邏輯"1"比特的強(qiáng)度(即高的振幅或邏輯電平)，上述增加了的輸出功率會(huì)是有害的。在本實(shí)施例中對(duì)這一問題有兩個(gè)解決方案或者是通過^^續(xù)的任何接收非線性元件進(jìn)一步失諧，從而將后續(xù)邏輯門設(shè)計(jì)成適應(yīng)于來自與門的兩倍功率，或者將單個(gè)電平跟隨器(圖5和圖6的與門接收光輸入信號(hào)A、B之一中的CW光并接收另一個(gè)光輸入信號(hào)中的調(diào)幅數(shù)據(jù)，諧振頻率被充分解諧以當(dāng)兩個(gè)輸入均為高且只有在兩個(gè)信號(hào)相消干涉時(shí)輸出一半的功率，而如果任何一個(gè)均處于低邏輯電平則無功率輸出)或兩個(gè)反相器串g在與門之后，以恢復(fù)適當(dāng)?shù)妮敵龉β孰娖?。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，如圖7所示的全光與非門30是通過在圖5和圖6的與門后面放置反相器(如圖3和圖4的門10)得到的。更具體地，如果圖5和圖6的門20的輸出介質(zhì)27與圖3和圖4的門10的輸入介質(zhì)4對(duì)齊或光耦合，便得到了全光與非門30,其中，相對(duì)于輸入^h質(zhì)23、24上的光輸入信號(hào)A、B，其光輸出信號(hào)的數(shù)據(jù)遵從與非布爾邏輯。這樣，如果光輸入信號(hào)A、B二者都為低邏輯電平，那么由與非門30產(chǎn)生的光輸出信號(hào)具有"高"邏輯電平；如果光輸入信號(hào)A、B中的任何一個(gè)或二者具有"低"邏輯電平，那么由與非門30產(chǎn)生的光輸出信號(hào)具有"高，，邏輯電平。更具體地，非線性元件6相對(duì)于光輸入信號(hào)A、B的載頻1被調(diào)諧，使得只有當(dāng)光輸入信號(hào)A、B兩者都處于高邏輯電平時(shí)，在介質(zhì)27、4上的光信號(hào)的振幅在與光輸入信號(hào)C(CW光)組合之后有足夠的振幅以使非線性元件6的諧振頻率2移離光輸入信號(hào)A、B、C的載頻l,使得介質(zhì)7上的光輸出信號(hào)具有低邏輯電平。否則，如果光輸入信號(hào)A、B中的任何一個(gè)或二者具有低邏輯電平，那么介質(zhì)27、4上的光信號(hào)在與光輸入信號(hào)C組合后所具有的功率不足以使非線性元件6移出諧振狀態(tài)，由此，在這種情況下，在介質(zhì)7上的光輸出信號(hào)具有"高"邏輯電平。圖8是全光或非門50，它包括與或門40相結(jié)合的光反相器10?；蜷T40包括兩個(gè)單獨(dú)的輸入介質(zhì)41和42(例如光波導(dǎo)或通過光子晶體的路徑)，所述介質(zhì)與組合介質(zhì)43(例如單個(gè)光波導(dǎo)或光子晶體的一個(gè)區(qū)域)對(duì)齊或與之結(jié)合。如果在介質(zhì)41、42上的光輸入數(shù)據(jù)信號(hào)A、B中的任何一個(gè)或二者的振幅為高(即具有高的振幅或邏輯電平)，那么在介質(zhì)43上的光輸出信號(hào)上的數(shù)據(jù)為高(即高的振幅或邏輯電平)。反之，如果在介質(zhì)41、42上的光輸入數(shù)據(jù)信號(hào)都為低邏輯電平(即低的振幅或邏輯電平)，那么在介質(zhì)43上的光輸出數(shù)據(jù)信號(hào)也處于低邏輯電平(即低的振幅或邏輯電平)。組合介質(zhì)43與反相器10的輸入介質(zhì)4對(duì)齊或與之光連接，所述反相器10的構(gòu)成和功能可與之前參考圖3和圖4描述的設(shè)備類似。如果該設(shè)備的輸入介質(zhì)3、4上的光輸入信號(hào)A、B中的任何一個(gè)或二者含有足夠的功率(即處于具有相應(yīng)高波幅電平的"高"或"1"邏輯電平)，那么在反相器的輸出介質(zhì)7上的光輸出信號(hào)切斷(即具有低的振幅或邏輯電平)。否則，由>^相器10產(chǎn)生的光輸出信號(hào)保持"通"(即具有高的振幅或邏輯電平)。因?yàn)殚T50以反相器10終止，它還通過接收^h質(zhì)3上的輸入到反相器10的具有恒定連續(xù)波(CW)光的光輸入信號(hào)C來恢復(fù)減弱了的邏輯電平，該光輸入信號(hào)C具有足夠的功率來恢復(fù)邏輯電平。在圖9所示本發(fā)明的實(shí)施例中，全光或門55包括圖8中的或門40，它與圖3和圖4中所示的第一和第二反相器IO、IO，光對(duì)齊或耦合。雖然圖8的門40與該光邏輯門實(shí)現(xiàn)同樣的邏輯功能，但圖9的實(shí)施例允許邏輯電平恢復(fù)，而簡(jiǎn)單的無源波導(dǎo)則不允許。圖10是全光異或門60,它包含并入單個(gè)組合介質(zhì)55的兩個(gè)單獨(dú)的輸入介質(zhì)53和54。所述組合^h質(zhì)55與非線性元件56光對(duì)齊或光連接。非線性諧振器56的諧振頻率52與光輸入數(shù)據(jù)信號(hào)的載頻51失諧，失諧程度為圖5和圖6的光與門20的情況的一半，使得只有當(dāng)單個(gè)光輸入信號(hào)53、54為高(即具有高的振幅或邏輯電平)時(shí)，介質(zhì)57上的光輸出信號(hào)切換到"通"(即具有高的振幅或邏輯電平)。如果光輸入信號(hào)A、B二者都為"通"(即具有高的振幅或邏輯電平)，則非線性元件的諧振頻率14并且非線性元件56關(guān)閉介質(zhì)57上的光,使得光輸出信號(hào)具有低邏輯電平。如果光輸入信號(hào)A、B中任何一個(gè)都不為"通"，非線性元件56便沒有顯著的光輸出，于是光輸出信號(hào)具有低邏輯電平。如果單個(gè)光輸入信號(hào)A、B為"通"，門6(H更輸出具有高邏輯電平的光作為光輸出信號(hào)，所以不需要邏輯電平恢復(fù)來補(bǔ)償它的操作。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，圖11中所示的全光異或非門65包括異或門50(圖10)，后跟反相器10(圖3和圖4)。在本實(shí)施例中，如果光輸入信號(hào)A、B二者都具有高邏輯電平，那么由異或門50產(chǎn)生的光輸出信號(hào)具有低邏輯電平。異或門50在介質(zhì)57上輸出具有低邏輯電平的光輸出信號(hào)，該光輸出信號(hào)被輸入到介質(zhì)4上的反相器門IO作為一個(gè)光輸入信號(hào)。另一個(gè)光輸入信號(hào)C是輸入到光學(xué)輸入^h資3上的反相器門10的CW光。這些信號(hào)在介質(zhì)5中組合，結(jié)果得到的組^fl"號(hào)沒有足夠的功率將非線性元件6的諧振頻率2移出相對(duì)于光輸入信號(hào)的栽頻1的諧振狀態(tài)。相應(yīng)地，由反相器門IO產(chǎn)生的光輸出信號(hào)具有"高"邏輯電平。如果光輸入信號(hào)A、B二者都處于低邏輯電平，那么由非線性元件56產(chǎn)生的光輸出信號(hào)具有"低"邏輯電平。來自光學(xué)輸出介質(zhì)57上的異或門50的光輸出信號(hào)被輸入到光學(xué)輸入介質(zhì)4上的反相器門10,在與光輸入信號(hào)C組合后，它的電平不足以產(chǎn)生其振幅足夠驅(qū)動(dòng)非線性元件6失諧的組^ft號(hào)。于是，由反相器門IO產(chǎn)生的光輸出信號(hào)具有高邏輯電平。如果光輸入信號(hào)A、B中的任何一個(gè)但不是兩個(gè)具有低邏輯電平，那么非線性元件56被驅(qū)動(dòng)到諧振狀態(tài)，從而使來自異或門50的光輸出信號(hào)具有"高"邏輯電平。該"高，，邏輯電平被輸出到介質(zhì)57上，并經(jīng)由介質(zhì)4被接收作為到Jl相器門10的光輸入信號(hào)之一。該光輸入信號(hào)在介質(zhì)5中與光輸入信號(hào)C(CW光)組合，該得到的組合信號(hào)的振幅足以驅(qū)動(dòng)非線性元件6的諧振頻率2離開組合信號(hào)的載頻1(其與光輸入信號(hào)的載頻相同)，使得異或非邏輯門65產(chǎn)生的光輸出信號(hào)切換到"低"邏輯電平。這樣，門65對(duì)光輸入信號(hào)進(jìn)行異或非邏輯操作，以產(chǎn)生其光輸出信號(hào)。圖12是全光存儲(chǔ)鎖存器70，包含兩個(gè)光輸入信號(hào)R和S，它們光耦合于單獨(dú)的與非門30、30，(圖7)。與非門30、30，二者的光輸出Q和。與相應(yīng)的第二輸入介質(zhì)24、24，相連，作為相對(duì)的與非門30、30，的第二輸入。在本實(shí)施例中，介質(zhì)24、24，相交于交叉點(diǎn)73，由于光串?dāng)_濾波器74的作用，它們不會(huì)造成串?dāng)_。該設(shè)備的操作恰如基本的電子與非門鎖存器的操作，其中，實(shí)現(xiàn)下列邏輯表15<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>這樣，邏輯受控的全光存儲(chǔ)器是可能的，因?yàn)樵谳敵鼋橘|(zhì)7上的光輸出信號(hào)能被設(shè)置成所希望的值，然后根據(jù)光輸入信號(hào)S和R被存儲(chǔ)。因?yàn)檫@一設(shè)備的光輸出信號(hào)由>^相器10、l(N吏用連續(xù)波(CW)光有效地產(chǎn)生，它的邏輯電平能在每個(gè)切換周期被連續(xù)地恢復(fù)。所以，被存儲(chǔ)的信號(hào)能被無限地重復(fù)利用，這允許實(shí)現(xiàn)在電子存儲(chǔ)器門中已經(jīng)具有的全光存儲(chǔ)性能。本實(shí)施例中公開的全光鎖存器不是由邏輯門構(gòu)建存儲(chǔ)器的唯一方式，也不應(yīng)認(rèn)為是本發(fā)明如何能用作全光存儲(chǔ)器的唯一實(shí)例。為了具體描述鎖存器70的操作，如果光輸入信號(hào)S、R二者都有低邏輯電平，則非線性元件26、26，沒有接收具有足夠功率以驅(qū)動(dòng)非線性元件6、6，離開諧振的光輸入信號(hào)，于是，由于在介質(zhì)3、3，上輸入相應(yīng)的^W光的光輸入信號(hào)，使得光輸出信號(hào)Q、。二者都具有高邏輯電平。具有相同的邏輯電平的兩個(gè)光輸出信號(hào)Q、Q被認(rèn)為是鎖存器70的無效邏輯電平。如果光輸入信號(hào)S、R分別具有低和高邏輯電平，那么光輸入信號(hào)R的高邏輯電平迫使與非門30，的光輸出信號(hào)Q成為低邏輯電平，該低邏輯電平^L^饋到與非門30，迫4吏非線性元件6與輸入給它的CW光諧振，造成非線性元件6產(chǎn)生高邏輯電平用于光輸出信號(hào)Q。如果光輸入信號(hào)S、R分別具有高和低邏輯電平，那么光輸入信號(hào)S的高電平迫4吏與非門30產(chǎn)生的光輸出信號(hào)Q成為低邏輯電平。光輸出信號(hào)Q作為光輸入信號(hào)被^Jt到與非鎖存器30，這一事實(shí)確保了光輸出信號(hào)Q具有高邏輯電平。最后，如果光輸入信號(hào)R、S二者都具有高邏輯電平，那么與非門30、30，沒有一個(gè)切換其邏輯電平，光輸出信號(hào)Q、Q的邏輯電平不改變。制造全光邏輯門的方法示例在描述了根據(jù)本發(fā)明的全光邏輯門和電路的結(jié)構(gòu)和功能后，現(xiàn)在將描述制造全光邏輯門的方法示例。用氮?dú)馓幚斫^緣體上硅晶片基片80，以去除灰塵和碎屑。使用研磨機(jī)和粉末對(duì)基片80進(jìn)行拋光。使用分子束取向外延(MBE)工具，在硅基片80上生長(zhǎng)表面^^度小于5nm的厚度為200-400nm的硅層81。然后，將該晶片80放置在電子束光刻室內(nèi)。為了防止"鄰近效應(yīng)"，每個(gè)最小特征區(qū)域被順序地暴露于電子束光刻。每個(gè)這樣的"像素"被人工有選擇地暴露，而不使用外部軟件。該設(shè)備的特征被蝕刻出來，以限定孔82(圖13中只具體標(biāo)出它們當(dāng)中的少數(shù))，這些孔垂直地穿4片，直徑為231nm,且在同一行中相隔是420nm，在層81中限定相鄰行的孔，使得它們相對(duì)于例如第一行向左或向右移動(dòng)240nm，從而形成三角形光子晶體柵格。僅在設(shè)備10內(nèi)期望光傳播的地方不蝕刻孔，所述設(shè)備10在層81中形成。由于若干理由，光子晶體結(jié)構(gòu)用來形成邏輯門是有好處的。首先，可在光子晶體中限定亞微米路徑以迅速改變光傳播方向，以便引導(dǎo)光信號(hào)穿過限定邏輯電路的路徑。再有，光子晶體諧振腔在亞微米至微米的范圍可具有很高的Q因數(shù)，使得對(duì)實(shí)現(xiàn)邏輯切換的功率要求較低。非線性元件6是通過在要捕獲光的任一側(cè)上插入孔來形成的?？赏ㄟ^改變孔的直徑，通過增大或減小在每一側(cè)的孔之間的距離，通過增大或減小在一側(cè)或兩側(cè)的孔的數(shù)量，或通過這些技術(shù)的組合來使該非線性元件被調(diào)諧至輸入載頻或與輸入載頻失諧。通常，由于所期望的切換功率、壽命和帶寬，孔的數(shù)量和兩側(cè)之間的距離將保持固定。所以，在這一特定過程中，為了調(diào)諧諧振器以在所期望的波長(zhǎng)傳輸，僅改變最內(nèi)和最外的孔的直徑。在左、右邊緣處(外部光在所述左、右邊緣處ii/v或離開該i殳備)，基片被深度蝕刻，以增強(qiáng)在側(cè)面進(jìn)入該設(shè)備下方的絕緣體的能力。在整個(gè)區(qū)域M露以形成光邏輯門之后，該晶片被浸入氫氟酸中，直至直接在設(shè)備下面的絕緣層被洗掉，得到一個(gè)懸空的薄膜橋83，如圖13和圖15所示。在清潔晶片80后，邊^(qū)分離，得到光芯片84。光纖波導(dǎo)3a、4a被分離和拋光，折射率匹配的粘合劑3b、4b被應(yīng)用于光纖的末端以將其附接到突起3c、4c。可以用粘合劑或其它機(jī)械固定物86將光纖固定到芯片84內(nèi)的橋85上，使光纖相對(duì)于光邏輯門設(shè)備10的波導(dǎo)末端固定就位。光纖的相對(duì)端可在輸入側(cè)固定附接于CW激光源或上斧fl:號(hào)源，以適當(dāng)?shù)叵蜻壿嬮TIO提供光輸入信號(hào)A、B。然后，光輸入信號(hào)A、B經(jīng)由各自的光纖3a、4a、粘合劑3b、4b以及突起3c、4c被提供給設(shè)備10。光輸入信號(hào)A、B進(jìn)一步穿it^目應(yīng)的區(qū)域3d、4d,到達(dá)組合介質(zhì)5。由光輸入信號(hào)組合得到的光進(jìn)入諧振器6，在那里所述17光被捕獲。諧振器6向區(qū)域7d輸出光輸出信號(hào)，在那里光傳播到突起7c，ii^粘合劑7b,并最終到達(dá)光纖7a，在那里光行進(jìn)到光纖7a的輸出端，其可以作為后續(xù)邏輯門的輸入或者作為芯片84的最終輸出而終止。可以以上述類似的方式，或者使用本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的大量技術(shù)和設(shè)備，將光纖7a的輸出端拼接到另一根光纖或光電路(未示出)。如圖14中所示，光輸入和輸出介質(zhì)3、4、7可使用對(duì)接耦合技術(shù)與相應(yīng)的光纖耦合。在這種情況下，邏輯門10被限定為使得被限定的孔沿邏輯門10的輸入側(cè)的光輸入信號(hào)的傳播方向逐漸縮小3e、4e而更窄，以與光輸出信號(hào)的模態(tài)分布匹配。在輸出介質(zhì)7處，其配置*1轉(zhuǎn)，由基片81中的孔確定的錐形7e沿設(shè)備10的光輸出信號(hào)的傳播方向逐漸增大或變寬，從而使門10的輸出的模態(tài)分布與輸出介質(zhì)7a內(nèi)的模態(tài)分布匹配。耦合進(jìn)、出外部源的光的波導(dǎo)緩慢地逐漸變細(xì)，以與對(duì)接耦合的光纖模態(tài)分布匹配。圖15和圖16更詳細(xì)地顯示邏輯門10的光學(xué)諧振器6。顯然，在諧振器6的每一端最外面的孔小于最內(nèi)的孑L如果有其它孔要包括在諧振器6內(nèi)部，則它們將M在最外的孔和最內(nèi)的孔之間，并且大小與諧振器外部的光子晶體內(nèi)的其它地方使用的孔的大小相同。本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例是圖17的邏輯門設(shè)備卯。邏輯門卯使用半導(dǎo)體"連線"代替絕緣體上半導(dǎo)體(SOI)基片90上形成的光子晶體。使用上述同樣設(shè)備蝕刻光子連線93c、94c，然后它們直接地或^"逝地(evanescently)連接到用作非線性元件96的環(huán)或環(huán)線波導(dǎo)(在這種情況下;l循環(huán)器或諧振器)。通過限定非線性元件96的環(huán)的周長(zhǎng)，非線性元件96被調(diào)諧或解諧。后續(xù)的其他步驟與前述例子中的相同，但不構(gòu)成薄膜橋，而設(shè)備卯保持在絕緣基片卯上。在操作中，光輸入信號(hào)A、B在相應(yīng)的輸入介質(zhì)93a、94a上行進(jìn)到組合介質(zhì)95。更具體地，使光波導(dǎo)93a、94a與連線93c、94c對(duì)齊并使用粘合劑93b、94b使它們光耦合。這樣，在相應(yīng)波導(dǎo)93a、94a上的光輸入信號(hào)穿過粘合劑93b、94bii^光連接線93c、94c,所述光連接線并入介質(zhì)95中，在那里光輸入信號(hào)組合在一起。組合介質(zhì)95使光輸入信號(hào)與非線性元件96倏逝地耦合。依賴于介質(zhì)93、94上的光輸入信號(hào)的邏輯電平，非線性元件96通過倏逝耦合將光輸出信號(hào)輸出到光連接線97c，經(jīng)由粘合劑97b，i^v輸出光波導(dǎo)97a，這些構(gòu)成輸出介質(zhì)97。圖18的邏輯門100的實(shí)施例在很多方面類似于圖17的實(shí)施例，唯有在圖18中通過使光輸入信號(hào)經(jīng)it^目應(yīng)的介質(zhì)93、94直接耦合到非線性元件96從而省去了組合介質(zhì)95，在非線性元件處，這兩個(gè)信號(hào)組合并彼此干涉，從而在輸出介質(zhì)97上產(chǎn)生光輸出信號(hào)。圖19顯示本發(fā)明的邏輯門110的另一個(gè)實(shí)施例，它包括光纖103a、104a、106a、107a。典型的單模式光纖103a、104a被用作波導(dǎo)，然后它們與包括非線性材料的光纖106a相連。非線性光纖通常是由弱克爾(Kerr)材料(如二氧化硅)制成。然后通過將光纖106a的周期性部分暴露于強(qiáng)光(例如來自C02激光器)，在非線性光纖中以彼此隔開的位置形成布,光柵106b、106c。通過改變強(qiáng)光暴露的長(zhǎng)度和位置或者通過彎曲光纖來改變諧振器形狀，可對(duì)得到的非線性元件106進(jìn)行調(diào)諧。圖20顯示光邏輯門110的一個(gè)實(shí)施例，它具有包括非線性材料116a和鏡116b、U6c的非線性元件116。光邏輯門110還包括介質(zhì)113、114(在本例中被示為光纖)，用于將光輸入信號(hào)傳輸?shù)椒蔷€性材料116，以及輸出介質(zhì)117,用于輸出由非線性材料116產(chǎn)生的光輸出信號(hào)。更具體地，來自介質(zhì)U3、U4的光輸入信號(hào)行進(jìn)到并穿過單向鏡116b，在那里它們?cè)诮橘|(zhì)115中組合以產(chǎn)生組合信號(hào)，該組合信號(hào)進(jìn)入非線性材料116a。介質(zhì)115可以是非線性元件116外部或內(nèi)部的空氣或周圍環(huán)境，或者它可以是單獨(dú)的非線性材料116a或非線性材料116a與周圍環(huán)境的組合。取決于與光輸入信號(hào)頻率相關(guān)的非線性材料116的諧振頻率，所述組合信號(hào)或者被非線性材料116a消減或者被非線性材料116a傳輸。非線性材料U6a可由例如酯基染料構(gòu)成。穿過非線性材料U6a的任何組合信號(hào)傳輸?shù)讲⑼ㄟ^單向鏡116c繼續(xù)前進(jìn)到光介質(zhì)117上，從那里，所述信號(hào)從光邏輯門IIO輸出。通過改變鏡之間的距離或通過改變諧振器的幾何形狀，可以對(duì)諧振腔進(jìn)行調(diào)諧。圖21是根據(jù)本發(fā)明的一般化全光邏輯門200的方框圖。在圖21中，全光邏輯門200包括非線性元件206，所述非線性元件206包括由光子晶體形成的光學(xué)諧振器或光學(xué)諧振腔、非線性材料光纖中的布M光柵、循環(huán)器、分布式反饋(DFB)激光器、或其它非線性設(shè)備中的一個(gè)或多個(gè)。光輸入信號(hào)A，...，B(省略號(hào)"…"代表可能有不只兩個(gè)信號(hào)這樣的事實(shí))中的至少一個(gè)是調(diào)幅的，它們被直接提供給非線性元件206，非線性元件206被配置成組合光輸入信號(hào)A,...，B,鑒別所得到的組合信號(hào)的邏輯電平并根據(jù)非線性元件206被配置執(zhí)行的邏輯操作，例如通過與光輸入信號(hào)A，...，B的載頻相關(guān)地設(shè)置諧振頻率而在其輸出端產(chǎn)生二值邏輯電平?；蛘?，如圖21中的假想線所示，光輸入信號(hào)A，…，B被提供給組合介質(zhì)205，如波導(dǎo)或路徑，光輸入信號(hào)在這里組合。所得到的組^ft號(hào)行進(jìn)到非線性元件206，非線性元件206根據(jù)其被配置要進(jìn)行的操作來鑒別邏輯電平，并根據(jù)光輸入信號(hào)A，…，B的邏輯電平輸出調(diào)幅的光輸出信號(hào)。光輸入信號(hào)203可用于將來自源或上游邏輯門的光輸入信號(hào)A，...，B提供給非線性元件206，或提供給組合介質(zhì)205并從那里提供給非線性元件206。光學(xué)輸出介質(zhì)207可用于將光輸出信號(hào)輸出給光電路中的下一個(gè)邏輯門或另一個(gè)下游元件。在圖22中，制造包括一個(gè)或多個(gè)光邏輯門的光邏輯電路的方法在步驟220開始，在其中，選擇要執(zhí)行的邏輯操作。在步驟222，設(shè)計(jì)具有執(zhí)行選定的邏輯，作所需的一個(gè)或多個(gè)邏輯門以及光連接的光電路。在步驟諧為期望邏輯門根據(jù)光電路設(shè)計(jì)執(zhí)行的那部分邏輯操作。作為圖22的方法的一個(gè)舉例，假定要根據(jù)在步驟220中選擇的下列邏輯操作產(chǎn)生光輸出信號(hào)光輸出信號(hào)=(光輸入信號(hào)入*光輸入信號(hào)B)+光輸入信號(hào)C在步驟222中設(shè)計(jì)光電路。能實(shí)現(xiàn)選定邏輯操作的一種設(shè)計(jì)使用"與"邏輯門來鑒別光輸入信號(hào)A、B，所得到的輸出信號(hào)與光輸入信號(hào)C一起被輸入到"或"門以產(chǎn)生用于所述選定邏輯操作的光輸出信號(hào)。在步驟224,制造"與"邏輯門和"或"邏輯門，使得非線性元件的諧振頻率被適當(dāng)?shù)卣{(diào)諧至光輸入信號(hào)的頻率或與光輸入信號(hào)的頻率失諧，以產(chǎn)生希望的"與"邏輯門和"或"邏輯門。然后，所得到的光電iM^耦合，使得其輸入端從上游元件接收各光輸入信號(hào)A、B、C，且所述輸出端被耦合以向下游元件提供光輸出信號(hào)。在圖23中，邏輯門的操作方法在步驟230開始，其中，接收來自上游元件(如用于CW光的激光源、光調(diào)幅器或例如邏輯門的上游光電路元件)的光輸入信號(hào)。在步驟232，光輸入信號(hào)被引導(dǎo)?？捎晒鈱W(xué)輸入介質(zhì)針對(duì)相應(yīng)的光輸入信號(hào)來執(zhí)行步驟230和232。在步驟234，光輸入信號(hào)被組合以產(chǎn)生組合信號(hào)。該步驟可由組合介質(zhì)進(jìn)行。如圖23中的假想線所示，步驟232和234是可選的步驟。在步驟236，對(duì)由光輸入信號(hào)的組合得到的邏輯電平進(jìn)行鑒別以產(chǎn)生具有二值邏輯電平的光輸出信號(hào)，其低邏輯電平由低振幅代表，高電平由高振幅代表。步驟236可由邏輯門的20非線性元件執(zhí)行。最后，在步驟238，光輸出信號(hào)^L傳輸?shù)较掠卧?，例如在該光電路或另一個(gè)光學(xué)設(shè)備中的下一個(gè)門。設(shè)備的對(duì)應(yīng)在所附權(quán)利要求書中，"用于非線性地鑒別光輸入信號(hào)的邏輯電平以產(chǎn)生具有二值邏輯電平的光輸出信號(hào)的非線性元件"是指這里描述的任何非線性元件6、6，、26、26，、56、96、106、116、206或其等^t件。替換方案盡管"調(diào)諧"光學(xué)諧振器通常是指使諧振器的諧振頻率偏移，但本發(fā)明還認(rèn)為"調(diào)諧"還指改變諧振器傳輸特性的其它方法，作為實(shí)現(xiàn)所希望功能的可能手段。例如，可能通過改變品質(zhì)因數(shù)，或者通it^諧振器中增加額外的諧振峰，或者通過應(yīng)用應(yīng)力、電磁場(chǎng)或壓電場(chǎng)或者注入電荷載流子(如空穴或電子)、注入光或其它技術(shù)來改變其幾何形狀或折射系數(shù)，從而改變諧振器傳輸?shù)膸?、分布或中心。雖然結(jié)合當(dāng)前是光通信產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的1.55nm光信號(hào)進(jìn)行了描述，然而，應(yīng)該理解，本發(fā)明的原理可應(yīng)用來4吏用光信號(hào)的其它波長(zhǎng)或頻率獲得有利的結(jié)果。用于所〃>開的門和鎖存器的光信號(hào)不一定需要有相同的頻率。雖然這里公開的實(shí)施例是在"正邏輯"的上下文中描述的，其中具有相對(duì)較高振幅的光信號(hào)被認(rèn)為是高邏輯電平，而具有相對(duì)較低振幅的光信號(hào)被認(rèn)為是處在低邏輯電平，然而也可使用"負(fù)邏輯"，其中具有相對(duì)較高振幅的光信號(hào)被認(rèn)為是低邏輯電平，而具有相對(duì)較低振幅的光信號(hào)被認(rèn)為是處在高邏輯電平。雖然這里描述的結(jié)構(gòu)是二維結(jié)構(gòu)，然而，本領(lǐng)域4支術(shù)人員利用這里提供的教導(dǎo)容易看到，這里也可使用一維或三維結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)與前述類似功能的全光邏輯門。雖然這里對(duì)光子晶體進(jìn)行限定的結(jié)構(gòu)被描述為介質(zhì)中的圓形孔，但應(yīng)該理解，可進(jìn)行相反的做法來代替在介質(zhì)中造孔，例如通#基片上制作柱、欄、圓柱體、立方體、球體或其它結(jié)構(gòu)來限定光子晶體。再有，還可能與選擇性蝕刻相反，通過將材料選擇性地沉積在基片上來形成光子晶體，或者可使用這些技術(shù)的組合來形成光子晶體。在2004年5月21日提交的共同受讓的US2005/0259999中公開了其它可能的配置和功能，該申請(qǐng)以JohnLutherCovey作為唯一發(fā)明人，在21此通過引用將該申請(qǐng)結(jié)合于此，如同在本文中全文給出一樣。這里提出的本發(fā)明的許多修改和其它實(shí)施例將會(huì)被與本發(fā)明相關(guān)的領(lǐng)域的技術(shù)人員想到，具有在前文的描述和附圖中給出的講解的益處。因此應(yīng)該理解，本發(fā)明不限于所公開的具體實(shí)施例，而是各種修改和其它實(shí)施例應(yīng)該被包括在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。雖然這里使用了特定的術(shù)語(yǔ)，但它們只是在通用的和描述性的意義上^皮使用，并不用于限定的目的。權(quán)利要求1.一種方法，包括步驟a)選擇待由光電路執(zhí)行的邏輯操作；b)設(shè)計(jì)具有一個(gè)或多個(gè)全光邏輯門的所述光電路以執(zhí)行待由所述光電路執(zhí)行的邏輯操作；以及c)通過形成具有相應(yīng)非線性元件的所述全光邏輯門來制造所述光電路，所述非線性元件具有折射率依賴于強(qiáng)度的材料的被以諧振頻率進(jìn)行調(diào)諧的相應(yīng)的光學(xué)諧振器，以進(jìn)行相應(yīng)的邏輯操作，以基于光輸入信號(hào)產(chǎn)生具有相應(yīng)二進(jìn)制輸出電平的光輸出信號(hào)，所述邏輯門被配置有引導(dǎo)相應(yīng)光輸入信號(hào)的單獨(dú)的光學(xué)輸入介質(zhì)，以及接收和組合來自所述光學(xué)輸入介質(zhì)的相應(yīng)的光輸入信號(hào)以產(chǎn)生相應(yīng)組合信號(hào)的組合介質(zhì)，所述邏輯門被進(jìn)一步配置有所述非線性元件，所述非線性元件被定位為阻斷組合介質(zhì)的相應(yīng)輸出以及接收來自所述組合介質(zhì)的相應(yīng)組合信號(hào)，所述非線性元件被配置有相應(yīng)的單個(gè)輸入以接收相應(yīng)的組合信號(hào)，用于由相應(yīng)的非線性元件進(jìn)行隨后的非線性鑒別以產(chǎn)生相應(yīng)的光輸出信號(hào)，所述非線性元件被進(jìn)一步配置有相應(yīng)的單個(gè)輸出用于輸出相應(yīng)的光輸出信號(hào)，所述邏輯門進(jìn)一步形成有光學(xué)輸出介質(zhì)，所述光學(xué)輸出介質(zhì)被配置用于接收來自非線性元件的相應(yīng)的單個(gè)輸出的相應(yīng)光輸出信號(hào)以及將所述光輸出信號(hào)作為光輸入信號(hào)引導(dǎo)至一個(gè)或多個(gè)隨后的邏輯門或至光電路的輸出，其中，所述光電路的制造通過形成包括所述非線性元件的光子晶體來進(jìn)行。2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述光電路的制造進(jìn)一步通過形成包括組合介質(zhì)的光子晶體來進(jìn)行，所述組合介質(zhì)用于組合光輸入信號(hào)以產(chǎn)生提供給相應(yīng)的非線性元件用于進(jìn)行非線性鑒別的組^ff號(hào)。3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述光電路的制造進(jìn)一步通過形成包括光學(xué)輸入介質(zhì)的光子晶體來進(jìn)行，所述光學(xué)輸入介質(zhì)用于將相應(yīng)的光輸入信號(hào)引導(dǎo)至相應(yīng)的組合介質(zhì)。4.如權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述光電路的制造進(jìn)一步通過形成包括光學(xué)輸出介質(zhì)的光子晶體來進(jìn)行，所述光學(xué)輸出介質(zhì)用于接收并輸出來自相應(yīng)非線性元件的相應(yīng)光輸出信號(hào)。5.如權(quán)利要求l所述的方法，其中，在步驟(a)中，所述邏輯操作選自包括與、非、與非、或非、或、異或、異或非以及其組合的組。6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述光電路的制造通過選擇性地在基底上沉積材料以形成所述光電路來進(jìn)行。7.—種方法，包括步驟a)選擇待由光電路進(jìn)行的邏輯操作；b)設(shè)計(jì)具有一個(gè)或多個(gè)全光邏輯門的光電路以進(jìn)行待由所述光電路進(jìn)行的邏輯操作；以及c)通過形成具有相應(yīng)非線性元件的所述全光邏輯門來制造所述光電路，所述非線性元件具有折射率依賴于強(qiáng)度的材料的被以諧振頻率進(jìn)行調(diào)諧的相應(yīng)的光學(xué)諧振器，以進(jìn)行相應(yīng)的邏輯操作，以基于光輸入信號(hào)產(chǎn)生具有相應(yīng)二進(jìn)制輸出電平的光輸出信號(hào)，所述邏輯門被配置有用于引導(dǎo)相應(yīng)光輸入信號(hào)的單獨(dú)的光學(xué)輸入介質(zhì)，以及用于接收和組合來自光學(xué)輸入介質(zhì)的相應(yīng)光輸入信號(hào)以產(chǎn)生相應(yīng)組合信號(hào)的組合介質(zhì)，所述邏輯門進(jìn)一步被配置有所述非線性元件，所述非線性元件被定位為阻斷組合介質(zhì)的相應(yīng)輸出以及接收來自組合介質(zhì)的相應(yīng)組合信號(hào)，所述非線性元件被配置有相應(yīng)的單個(gè)輸入以接^bf目應(yīng)的組合fT號(hào)，用于由相應(yīng)的非線性元件進(jìn)行隨后的非線性鑒別，以產(chǎn)生相應(yīng)的光輸出信號(hào)，所述非線性元件進(jìn)一步配置有相應(yīng)的單個(gè)輸出，用于輸出湘應(yīng)的光輸出信號(hào)，所述邏輯門進(jìn)一步形成有光學(xué)輸出介質(zhì)，所述光學(xué)輸出介質(zhì)被配置為接收來自非線性元件的相應(yīng)的單個(gè)輸出的相應(yīng)光輸出信號(hào)，以及將所述光輸出信號(hào)作為光輸入信號(hào)引導(dǎo)至一個(gè)和多個(gè)l^的邏輯門或至光電路的輸出，其中，所述制造的進(jìn)行使得所述非線性元件中的至少一個(gè)包括在基底層上形成的環(huán)。8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，進(jìn)行所述制造以形成相應(yīng)的單獨(dú)的光學(xué)輸入介質(zhì)，所述光學(xué)輸入介質(zhì)合并在一起以形成光學(xué)耦合至所述環(huán)的相應(yīng)的組合介質(zhì)。9.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，進(jìn)行所述制造以形成相應(yīng)的光學(xué)輸出介質(zhì)，用于接收和輸出由所述環(huán)產(chǎn)生的光輸出信號(hào)。10.—種方法，包括步驟a)選擇待由光電路進(jìn)行的邏輯操作；b)設(shè)計(jì)具有一個(gè)或多個(gè)全光邏輯門的光電路，以進(jìn)行待由該光電路進(jìn)行的邏輯IMt;以及c)通過形成具有相應(yīng)非線性元件的所述全光邏輯門來制造該光電路，所述非線性元件具有折射率依賴于強(qiáng)度的材料的被以諧振頻率進(jìn)行調(diào)諧的相應(yīng)的光學(xué)諧振器，以進(jìn)行相應(yīng)的邏輯操作，以基于光輸入信號(hào)產(chǎn)生具有相應(yīng)二進(jìn)制輸出電平的光輸出信號(hào)，所述邏輯門配置有用于引入介;的相應(yīng)的光輸入信號(hào)以產(chǎn)生相應(yīng)的組^ft號(hào)的組合介質(zhì)，所述邏輯門孚皮進(jìn)一步配置有所述非線性元件，所述非線性元件凈皮定位為阻斷所述組合介質(zhì)的相應(yīng)的輸出，以及接收來自組合介質(zhì)的相應(yīng)的組合信號(hào)，所述非線性元件配置有相應(yīng)的單個(gè)輸入以接收相應(yīng)的組合信號(hào)用于由相應(yīng)的非線性元件進(jìn)行隨后的非線性鑒別以產(chǎn)生相應(yīng)的光輸出信號(hào)，所述非線性元件進(jìn)一步配置有相應(yīng)的單個(gè)輸出，用于輸出相應(yīng)的光輸出信號(hào)，所^JC輯門進(jìn)一步形成有光學(xué)輸出介質(zhì)，所述光學(xué)輸出介質(zhì)被配置用于接收來自非線性元件的相應(yīng)的單個(gè)輸出的相應(yīng)的光輸出信號(hào)，以及將光輸出信號(hào)作為光輸入信號(hào)引導(dǎo)至一個(gè)或多個(gè)^的邏輯門或至光電路的輸出，其中，所述制造的進(jìn)行使所述非線性元件中的至少一個(gè)被形成為包括由非線性材料構(gòu)成的光纖中的彼此隔開的布4i^光柵。11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述制造通過進(jìn)一步將包括號(hào)至相應(yīng)的組合介質(zhì)來進(jìn)行。12.如權(quán)利要求10所述的全光邏輯門，其中，所述制造通過進(jìn)一步將包括光纖的至少一個(gè)光學(xué)輸出介質(zhì)與至少一個(gè)相應(yīng)的非線性元件相結(jié)合以接收和輸出來自所述非線性元件的光輸出信號(hào)來進(jìn)行。13.如權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述非線性元件中的至少一個(gè)的光學(xué)諧振器通過將鏡設(shè)置為彼此相對(duì)且進(jìn)一步通過將非線性材料設(shè)置于所述鏡之間來形成。14.如權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述制造的進(jìn)行使得所述光電路具有至少第一和第二邏輯門，所述至少第一和第二邏輯門串聯(lián)連接在一起，使得來自第一邏輯門的光輸出信號(hào)為第二邏輯門的光輸入信號(hào)，由所述第一和第二邏輯門中的每一個(gè)產(chǎn)生的相應(yīng)的光輸出信號(hào)具有二進(jìn)制邏輯電平。15.如權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述光電路的制造通過選擇性地蝕刻基底層以形成光電路來進(jìn)行。全文摘要一種制造光電路的方法，包括步驟a)選擇待由光電路執(zhí)行的邏輯操作；b)設(shè)計(jì)具有一個(gè)或多個(gè)全光邏輯門的所述光電路以執(zhí)行待由所述光電路執(zhí)行的邏輯操作；以及c)通過形成具有相應(yīng)非線性元件的所述全光邏輯門來制造所述光電路，所述非線性元件具有折射率依賴于強(qiáng)度的材料的被以諧振頻率進(jìn)行調(diào)諧的相應(yīng)的光學(xué)諧振器，以進(jìn)行相應(yīng)的邏輯操作，以基于光輸入信號(hào)產(chǎn)生具有相應(yīng)二進(jìn)制輸出電平的光輸出信號(hào)。文檔編號(hào)G02F3/00GK101493629SQ20091012700公開日2009年7月29日申請(qǐng)日期2006年12月6日優(yōu)先權(quán)日2006年2月14日發(fā)明者約翰·盧瑟·科維申請(qǐng)人:科維特克有限公司