專利名稱：基于四波混頻效應(yīng)的微環(huán)諧振腔結(jié)構(gòu)全光邏輯與門的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光子器件技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于四波混頻效應(yīng)來(lái)提高工作速率 的微環(huán)諧振腔結(jié)構(gòu)全光邏輯與門。
背景技術(shù)：
全光邏輯門是未來(lái)光計(jì)算中的基本邏輯單元，是關(guān)鍵的核心器件。類似于電子學(xué) 中的邏輯門，全光邏輯門是以波導(dǎo)中的光子作為信息的載體，通過(guò)控制泵浦光來(lái)調(diào)制信號(hào) 光的輸出。波導(dǎo)的各個(gè)輸入輸出端的對(duì)應(yīng)關(guān)系可以構(gòu)成一個(gè)真值表，其中邏輯狀態(tài)(“0” 或“1”)由端口的泵浦光和信號(hào)光的光功率決定高功率對(duì)應(yīng)邏輯值“1”，而低功率對(duì)應(yīng)邏 輯值“0”。而與邏輯的如下真值表所示當(dāng)控制信號(hào)A、B都為“1”時(shí)，對(duì)應(yīng)的信號(hào)C為“1”， 當(dāng)控制信號(hào)A，B至少一個(gè)不為“1”時(shí)，對(duì)應(yīng)的信號(hào)C為“0”。
權(quán)利要求
1.一種基于四波混頻效應(yīng)的微環(huán)諧振腔結(jié)構(gòu)全光邏輯與門，其光學(xué)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)包括納米 線波導(dǎo)(1)、微環(huán)諧振腔(2)和它們之間的間隙(3)，其特征在于，兩束泵浦光在微環(huán)諧振腔 (2)中發(fā)生四波混頻效應(yīng)，在其邊帶產(chǎn)生新波長(zhǎng)的衛(wèi)星光和共軛光，該衛(wèi)星波和共軛波從微 環(huán)諧振腔⑵中耦合到納米線波導(dǎo)(1)，并作為信號(hào)光在納米線波導(dǎo)⑴的輸出端被探測(cè) 到，利用泵浦光與衛(wèi)星光光強(qiáng)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系可得到相應(yīng)的邏輯關(guān)系工作時(shí)，泵浦光的波 長(zhǎng)調(diào)整為微環(huán)諧振腔( 的諧振波長(zhǎng)，并調(diào)制成為歸零信號(hào)，泵浦光通過(guò)納米線波導(dǎo)(1)耦 合進(jìn)微環(huán)諧振腔O)；當(dāng)兩束泵浦光功率同時(shí)較高，即邏輯值同時(shí)為“1”時(shí)，在微環(huán)諧振腔 (2)內(nèi)會(huì)發(fā)生四波混頻效應(yīng)，產(chǎn)生新波長(zhǎng)的衛(wèi)星光，并且衛(wèi)星光會(huì)部分耦合到納米線波導(dǎo) (1)，并且在輸出端被探測(cè)到，其對(duì)應(yīng)的邏輯值為“1”；當(dāng)兩束泵浦光功率不同時(shí)為高功率， 或者都為低功率時(shí)，其對(duì)應(yīng)的邏輯值為“ 1，，和“0”，及“0”和“0”，在微環(huán)諧振腔O)內(nèi)不會(huì) 發(fā)生四波混頻效應(yīng)，在納米線波導(dǎo)(1)的輸出端探測(cè)不到衛(wèi)星光，其對(duì)應(yīng)的邏輯值為“0”; 因此，泵浦光產(chǎn)生衛(wèi)星光的光功率與兩束泵浦光的光強(qiáng)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系可構(gòu)成相應(yīng)的“與” 邏輯對(duì)應(yīng)關(guān)系。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微環(huán)諧振腔結(jié)構(gòu)全光邏輯與門，其特征在于該微環(huán)諧振腔 結(jié)構(gòu)全光邏輯與門制作在絕緣體上的硅SOI或砷化鎵襯底上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微環(huán)諧振腔結(jié)構(gòu)全光邏輯與門，其特征在于該微環(huán)諧振腔 結(jié)構(gòu)全光邏輯與門的光學(xué)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)適用于滿足單模傳輸條件的脊型和條形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微環(huán)諧振腔結(jié)構(gòu)全光邏輯與門，其特征在于所述間隙(3) 是在納米線波導(dǎo)(1)與微環(huán)諧振腔( 之間刻蝕出的特定的間隙(3)，使微環(huán)諧振腔(2)滿 足臨界耦合條件，將處在諧振波長(zhǎng)的光波可完全耦合進(jìn)微環(huán)諧振腔(2)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微環(huán)諧振腔結(jié)構(gòu)全光邏輯與門，其特征在于兩束泵浦光在 微環(huán)諧振腔O)中會(huì)發(fā)生四波混頻效應(yīng)，在其邊帶會(huì)產(chǎn)生新波長(zhǎng)的衛(wèi)星光和共軛光，該衛(wèi) 星波和共軛波都可作為信號(hào)光通過(guò)納米線波導(dǎo)(1)輸出，并最終被探測(cè)，其中由于衛(wèi)星光 的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換效率較高，通常利用衛(wèi)星光作為信號(hào)光。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微環(huán)諧振腔結(jié)構(gòu)全光邏輯與門，其特征在于兩束泵浦光分 別經(jīng)過(guò)調(diào)制后耦合進(jìn)微環(huán)諧振腔( ，當(dāng)其功率均為高功率時(shí)，即對(duì)應(yīng)的邏輯值均為“1” 時(shí)，在微環(huán)諧振腔O)內(nèi)會(huì)發(fā)生四波混頻效應(yīng)，產(chǎn)生新波長(zhǎng)的衛(wèi)星光，并且部分衛(wèi)星光會(huì)耦 合到納米線波導(dǎo)(1)，并且在輸出端被探測(cè)到，其對(duì)應(yīng)的邏輯值為“1”。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微環(huán)諧振腔結(jié)構(gòu)全光邏輯與門，其特征在于兩束泵浦光分 別經(jīng)過(guò)調(diào)制后耦合進(jìn)微環(huán)諧振腔( ，當(dāng)其功率只有一個(gè)為高功率時(shí)，即對(duì)應(yīng)的邏輯值為 “ 1 ”和“0”或“0”和“ 1 ”，此時(shí)微環(huán)諧振腔O)內(nèi)不能發(fā)生四波混頻效應(yīng)，因此在納米線波 導(dǎo)(1)的輸出端探測(cè)不到衛(wèi)星光，其對(duì)應(yīng)的邏輯值為“0”。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微環(huán)諧振腔結(jié)構(gòu)全光邏輯與門，其特征在于兩束泵浦光分 別經(jīng)過(guò)調(diào)制后耦合進(jìn)微環(huán)諧振腔(2)，當(dāng)其功率均為低功率時(shí)，即對(duì)應(yīng)的邏輯值均為“0”， 在微環(huán)諧振腔( 內(nèi)不會(huì)發(fā)生四波混頻效應(yīng)，在納米線波導(dǎo)(1)的輸出端探測(cè)不到衛(wèi)星光， 其對(duì)應(yīng)的邏輯值為“0”。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微環(huán)諧振腔結(jié)構(gòu)全光邏輯與門，其特征在于該微環(huán)諧振腔 結(jié)構(gòu)全光邏輯與門采用微環(huán)諧振腔結(jié)構(gòu)，利用微環(huán)諧振腔的光強(qiáng)諧振增強(qiáng)效應(yīng)，能有效降 低泵浦光的工作光功率。
全文摘要
本發(fā)明涉及光子器件技術(shù)領(lǐng)域，公開(kāi)了一種基于四波混頻效應(yīng)來(lái)提高工作速率的微環(huán)諧振腔結(jié)構(gòu)全光邏輯與門。兩束經(jīng)過(guò)調(diào)制的泵浦光經(jīng)過(guò)納米線波導(dǎo)耦合進(jìn)微環(huán)諧振腔并發(fā)生四波混頻效應(yīng)，產(chǎn)生新波長(zhǎng)的衛(wèi)星光。通過(guò)對(duì)衛(wèi)星光的探測(cè)可以找出其與這兩束泵浦光光功率的對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而得到相應(yīng)的邏輯對(duì)應(yīng)關(guān)系，最終實(shí)現(xiàn)“與”邏輯運(yùn)算功能。利用本發(fā)明，克服了自由載流子壽命對(duì)器件工作速率的限制，提高了器件的工作速率。
文檔編號(hào)G02F1/355GK102053450SQ200910237088
公開(kāi)日2011年5月11日 申請(qǐng)日期2009年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月4日
發(fā)明者翟耀, 陳少武 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所