光學(xué)時(shí)鐘發(fā)生器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及二維光子晶體、非線性光學(xué)、光學(xué)時(shí)鐘發(fā)生器。
【背景技術(shù)】
[0002] 1987年，美國Bell實(shí)驗(yàn)室的E.Yablonovitch在討論如何抑制自發(fā)輻射 和Princeton大學(xué)的S.John在討論光子區(qū)域各自獨(dú)立地提出了光子晶體（Photonic Crystal)的概念。光子晶體是一種介電材料在空間中呈周期性排列的物質(zhì)結(jié)構(gòu)，通常由兩 種或兩種以上具有不同介電常數(shù)材料構(gòu)成的人工晶體。
[0003] 隨著光子晶體的提出和深入研宄，人們可以更靈活、更有效地控制光子在光子晶 體材料中的運(yùn)動(dòng)。在與傳統(tǒng)半導(dǎo)體工藝和集成電路技術(shù)相結(jié)合下，人們通過設(shè)計(jì)與制造光 子晶體及其器件不斷的往全光處理飛速邁進(jìn)，光子晶體成為了光子集成的突破口。1999年 12月，美國權(quán)威雜志《科學(xué)》將光子晶體評為1999年十大科學(xué)進(jìn)展之一，也成為了當(dāng)今科學(xué) 研宄領(lǐng)域的一個(gè)研宄熱點(diǎn)。
[0004] 全光邏輯器件主要包括基于光放大器的邏輯器件、非線性環(huán)形鏡邏輯器件、薩格 納克干涉式邏輯器件、環(huán)形腔邏輯器件、多模干涉邏輯器件、耦合光波導(dǎo)邏輯器件、光致異 構(gòu)邏輯器件、偏振開關(guān)光邏輯器件、傳輸光柵光邏輯器件等。這些光邏輯器件對于發(fā)展大規(guī) 模集成光路來說都具有體積大的共同缺點(diǎn)。隨著近年來科學(xué)技術(shù)的提高，人們還發(fā)展研宄 出了量子光邏輯器件、納米材料光邏輯器件和光子晶體光邏輯器件，這些邏輯器件都符合 大規(guī)模光子集成光路的尺寸要求，但對于現(xiàn)代的制作工藝來說，量子光邏輯器件與納米材 料光邏輯器件在制作上存在很大的困難，而光子晶體光邏輯器件則在制作工藝上具有競爭 優(yōu)勢。
[0005] 近年來，光子晶體邏輯器件是一個(gè)備受矚目的研宄熱點(diǎn)，它極有可能在不久將來 取代目前正廣泛使用的電子邏輯器件。光子晶體邏輯器件可直接進(jìn)行全光的"與"、"或"、 "非"等邏輯功能，是實(shí)現(xiàn)全光計(jì)算的核心器件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種結(jié)構(gòu)緊湊、抗干擾能力強(qiáng)，且易于與其 它光學(xué)邏輯元件進(jìn)行集成的光學(xué)時(shí)鐘發(fā)生器。
[0007] 為了解決上述存在的問題，本發(fā)明采用下列技術(shù)方案：
[0008] 本發(fā)明的光學(xué)時(shí)鐘發(fā)生器包括一個(gè)非線性腔單元、一個(gè)"十"字波導(dǎo)邏輯門單元及 一個(gè)延時(shí)器單元，所述光學(xué)時(shí)鐘發(fā)生器為一種六端口的光子晶體結(jié)構(gòu)，它由兩個(gè)參考光信 號輸入端、一個(gè)反饋信號輸入端、一個(gè)系統(tǒng)信號及反饋信號輸出端及兩個(gè)閑置端口組成；所 述"十"字波導(dǎo)邏輯門單元的輸出端與所述非線性腔單元的輸入端相連接，所述非線性腔單 元的系統(tǒng)信號輸出端與所述延時(shí)器單元的輸入端相連接；所述延時(shí)器單元的輸出端與"十" 字波導(dǎo)邏輯門單元的輸入端相連接。所述信號輸出端5與一個(gè)二分支波導(dǎo)連接，該二分支 波導(dǎo)一端作為系統(tǒng)輸出端口，另一端作為反饋信號輸出端口連接至延時(shí)器單元的輸入端， 所述延時(shí)器單元3對輸入信號進(jìn)行時(shí)間延時(shí)并輸出至反饋信號輸入端2。
[0009] 所述非線性腔單元的中間信號輸入端與所述"十"字波導(dǎo)邏輯門單元的中間信號 輸出纟而相連接。
[0010] 所述的非線性腔單元為一個(gè)二維光子晶體交叉波導(dǎo)非線性腔，它由高折射率介質(zhì) 柱構(gòu)成二維的光子晶體"十"字交叉波導(dǎo)四端口網(wǎng)絡(luò)，所述四端口網(wǎng)絡(luò)的左端為參考光輸入 端、下端為中間信號輸入端、上端為系統(tǒng)信號輸出端、右端為閑置端口；通過交叉波導(dǎo)中心 沿兩波導(dǎo)方向放置兩相互正交的準(zhǔn)一維光子晶體結(jié)構(gòu)；在交叉波導(dǎo)的中部設(shè)置有中間介質(zhì) 柱，所述中間介質(zhì)柱為非線性材料，該中間介質(zhì)柱的橫截面為正方形、多邊形、圓形或者橢 圓形；緊貼中心非線性桿且靠近信號輸出端的一根矩形線性桿的介電常數(shù)與中心非線性桿 在弱光條件下的介電常數(shù)相等；所述準(zhǔn)一維光子晶體結(jié)構(gòu)與中間介質(zhì)柱構(gòu)成波導(dǎo)缺陷腔。
[0011] 所述的"十"字波導(dǎo)邏輯門單元為一個(gè)"十"字波導(dǎo)光子晶體光學(xué)"或"、"非"、"異 或"邏輯門。
[0012] 所述的"十"字波導(dǎo)邏輯門單元為一個(gè)四端口的波導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)的光子晶體結(jié)構(gòu)，所述四 端口網(wǎng)絡(luò)的右端為參考光輸入端1、下端為信號光輸入端、上端為中間信號輸出端7、左端 為閑置端口；所述四端口網(wǎng)絡(luò)的交叉中心設(shè)有一根高折射率介質(zhì)柱，通過設(shè)置不同的輸入 端口，進(jìn)行全光信號的"非"邏輯。
[0013] 所述交叉波導(dǎo)中的準(zhǔn)一維光子晶體中的介質(zhì)柱的折射率為3. 4或者大于2的值， 橫截面形狀為矩形、圓形或者多邊形。
[0014] 所述二維光子晶體的高折射率介質(zhì)柱的橫截面形狀為圓形、橢圓形、三角形或者 多邊形。
[0015] 組成二維光子晶體的背景填充材料為空氣或者折射率低于1. 4的低折射率介質(zhì)。
[0016] 所述二維光子晶體為（2m+l)X(2n+l)的陣列結(jié)構(gòu)，m為大于等于5的整數(shù)，n為 大于等于8。
[0017] 本發(fā)明的時(shí)鐘信號發(fā)生器可廣泛應(yīng)用于光通信波段。它與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如 下積極效果。
[0018] 1.通過對延時(shí)器單元的延時(shí)時(shí)間的調(diào)節(jié)，進(jìn)而得到不同時(shí)鐘周期的全光時(shí)鐘信 號，從而實(shí)現(xiàn)全光學(xué)的光學(xué)時(shí)鐘信號發(fā)生器。
[0019] 2.具有結(jié)構(gòu)緊湊，高、低邏輯輸出對比度高，運(yùn)算速度快，抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，且 易于與其它光學(xué)邏輯元件進(jìn)行集成。
[0020] 3.通過對本發(fā)明結(jié)構(gòu)的縮放，光學(xué)時(shí)鐘發(fā)生器的工作波段可調(diào)至光通訊波段。
【附圖說明】
[0021] 圖1為本發(fā)明的光學(xué)時(shí)鐘發(fā)生器結(jié)構(gòu)圖。
[0022] 圖中:非線性腔單元01 "十"字波導(dǎo)邏輯門單元02延時(shí)器單元03參考光輸入端 1反饋信號輸入端2閑置光輸出端口 3參考光輸入端4信號輸出端口 5閑置光輸出端6長 方形高折射率線性介質(zhì)柱11長方形高折射率線性介質(zhì)柱12正方形非線性介質(zhì)柱13圓形 高折射率線性介質(zhì)柱14圓形線性介質(zhì)柱15
[0023] 圖2(a)為"十"字波導(dǎo)邏輯門單元結(jié)構(gòu)圖。
[0024] 圖中:參考光輸入端1信號光輸入端2閑置端3中間信號輸出端7
[0025] 圖2 (b)為非線性腔單元結(jié)構(gòu)圖。
[0026] 圖中:參考光輸入端4信號輸出端5閑置端6中間信號輸入端8
[0027] 圖3為圖2(b)所示非線性腔單元的基本邏輯功能波形圖。
[0028] 圖4為本發(fā)明的光學(xué)時(shí)鐘發(fā)生器不同周期的光學(xué)時(shí)鐘信號波形圖。
[0029] 圖5為圖2(a)所示"十"字波導(dǎo)邏輯門單元的"非"邏輯門輸入輸出關(guān)系表。
[0030] 圖6為圖2 (b)所示非線性腔單元的邏輯功能真值表。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 參照圖1，本發(fā)明的光學(xué)時(shí)鐘發(fā)生器包括一個(gè)非線性腔單元01、一個(gè)"十"字波導(dǎo) 邏輯門單元02及一個(gè)延時(shí)器單元03,光學(xué)時(shí)鐘發(fā)生器為一種六端口的光子晶體結(jié)構(gòu)，它由 兩個(gè)參考光信號輸入端、一個(gè)反饋信號輸入端、一個(gè)系統(tǒng)信號及反饋信號輸出端及和兩個(gè) 閑置端口組成；"十"字波導(dǎo)邏輯門單元的輸出端與非線性腔單元的輸入端相連接，非線性 腔單元的的系統(tǒng)信號輸出端與延時(shí)器單元的輸入端相連接；延時(shí)器單元的輸出端與"十"字 波導(dǎo)邏輯門單元的輸入端相連接；如圖1中所示的非線性腔單元01為一個(gè)二維光子晶體交 叉波導(dǎo)非線性腔，非線性腔單元為一個(gè)二維光子晶體交叉波導(dǎo)非線性腔，它由高折射率介 質(zhì)柱構(gòu)成二維的光子晶體"十"字交叉波導(dǎo)四端口網(wǎng)絡(luò)，所述四端口網(wǎng)絡(luò)的左端為參考光輸 入端、下端為中間信號輸入端、上端為系統(tǒng)信號輸出端、右端為閑置端口；通過交叉波導(dǎo)中 心沿兩波導(dǎo)方向放置兩個(gè)相互正交的準(zhǔn)一維光子晶體結(jié)構(gòu)；在交叉波導(dǎo)的中部設(shè)置有中間 介質(zhì)柱，所述中間介質(zhì)柱為非線性材料，