[实用新型]基于垂直耦合微环激光器光学双稳态的全光异或逻辑门

说明书

技术领域

本实用新型涉及全光逻辑运算器件领域，尤其涉及一种基于垂直耦合微环激光器光学双稳态的全光异或逻辑门。

背景技术

随着全球网络速度的飞速发展，对光通信的传输容量和信息处理能力提出了更高的要求。由于传统光通信系统存在着体积庞大、结构复杂、能耗高等难题，难以适应网络速度的飞速发展和绿色节能环保的要求，所以解决上述问题的根本方法之一就是构建光电子集成芯片，直接在光域内对信号进行处理和交换。

全光异或逻辑门作为光信息处理单元中最重要的逻辑功能之一，它是二进制半加器及相关逻辑运算单元的基本构件。因此，如何设计高速、低损耗的全光“异或”逻辑门，并实现它与其他逻辑功能单元的单片集成是光信息处理和全光通信领域的研究热点。

目前，已提出多种基于半导体光放大器(SOA)、光子晶体波导、微光机电系统(MOEMS)、微环谐振器和环形激光器等结构的全光“异或”逻辑门，并得到实验验证。与其它结构的逻辑门相比，基于环形激光器结构的全光“异或”逻辑门具有结构简单紧凑、开关能量低、输出消光比高、工作稳定、与半导体工艺兼容等优点。而且随着工作速度的提高，器件尺寸和功耗可进一步降低，因而比基于半导体光放大器(SOA)和微光机电系统(MOEMS)的全光逻辑门更适合大规模集成。

最近，余思远等人对侧向耦合结构的微环激光器进行了系统研究，阐述了其中的非线性光学效应和光学双稳态等基本物理现象的起源，并基于微环激光器的光学双稳态实现了全光异或逻辑门。然而，侧向耦合微环激光器的环形谐振腔和输入/输出波导处在同一平面，两者的材料结构完全相同，因而输入/输出波导的吸收损耗大。另外，为了实现波导与环形谐振腔之间的高效耦合，二者的耦合间距极小(0.1～0.3μm)，因而必须使用电子束曝光、感应耦合等离子体刻蚀等半导体工艺设备。这不仅使得器件制备成本昂贵，而且工艺精度也难以控制。

实用新型内容

本实用新型提供了一种基于垂直耦合微环激光器光学双稳态的全光异或逻辑门，本实用新型实现了工艺难度低、光损耗小、且与半导体制备工艺兼容的全光逻辑器件，详见下文描述：

一种基于垂直耦合微环激光器光学双稳态的全光异或逻辑门，包括：第一Y分支耦合器和第二Y分支耦合器，

所述第一Y分支耦合器的合束端接输入信号A，两个分支分别接第一衰减器和第三衰减器，所述第二Y分支耦合器的合束端接输入信号B，两个分支分别接第二衰减器和第四衰减器；

所述第一衰减器的另一端接第一纳米线波导的输入端，所述第二衰减器的另一端接第二纳米线波导的输入端，所述第三衰减器的另一端接第三纳米线波导的输入端，所述第四衰减器的另一端接第四纳米线波导的输入端；

所述第一纳米线波导和所述第二纳米线波导分别通过第一方向耦合器和第二方向耦合器将输入光信号耦合进第一微环谐振腔，并在其中进行相应的逻辑运算，所述第一微环谐振腔经过所述第一方向耦合器将运算所得的输出光信号耦合进所述第一纳米线波导；

所述第三纳米线波导和所述第四纳米线波导分别通过第三方向耦合器和第四方向耦合器将输入光信号耦合进第二微环谐振腔，并进行相应的逻辑运算，所述第二微环谐振腔经过所述第四方向耦合器将运算所得的输出光信号耦合进所述第四纳米线波导；

所述第一纳米线波导和所述第四纳米线波导的输出光信号经过第三Y分支耦合器合束后输出。

所述第一纳米线波导、所述第二纳米线波导、所述第三纳米线波导、所述第四纳米线波导、所述第一Y分支耦合器、所述第二Y分支耦合器及所述第三Y分支耦合器在同一平面内。

所述第一微环谐振腔在所述第一纳米线波导和所述第二纳米线波导下面的相邻平面内，且位于所述第一纳米线波导和所述第二纳米线波导之间；所述第二微环谐振腔在所述第三纳米线波导和所述第四纳米线波导下面的相邻平面内，且位于所述第三纳米线波导和所述第四纳米线波导之间。

所述第一纳米线波导、所述第二纳米线波导、所述第三纳米线波导、所述第四纳米线波导、所述第一微环谐振腔、所述第二微环谐振腔、所述第一Y分支耦合器、所述第二Y分支耦合器、所述第三Y分支耦合器和均采用条形或脊型波导结构。

每个微环形谐振腔上都制作有相应的P型电极和N型电极，第一微环谐振腔、相应的P型电极和N型电极构成第一微环激光器，第二微环谐振腔、相应的P型电极和N型电极构成第二微环激光器。

本实用新型提供的技术方案的有益效果是：

1、本实用新型利用微环激光器的光学双稳态特性，实现了全光异或的逻辑功能。