[发明专利]一种多功能等离子体逻辑器件及其逻辑状态的操控方法

说明书

本发明具体涉及一种多功能等离子体逻辑器件及其逻辑状态的操控方法，该多功能等离子体逻辑器件包括背景板、两个相同内部结构的六边形谐振腔和两根相互平行的波导，六边形谐振腔嵌套一个可旋转的椭圆形柱体，背景板和椭圆形柱体的材料均为金属材料，波导和六边形谐振腔的材料为空气。把六边形谐振腔中的两个椭圆形柱体作为输入逻辑状态控制器，两个椭圆形柱体不同的旋转角度代表不同的输入逻辑状态，通过控制椭圆形柱体的旋转角度确定输入逻辑状态，在Through端口实现与门、或非门，在Drop端口实现非门、与非门，与门、与非门、或非门三种逻辑门被同时操控，具有操控容易、集成度高、响应速度快等优点。

技术领域

本发明属于等离子光子学领域，涉及纳米级光逻辑器件领域，具体涉及一种多功能等离子体逻辑器件及其逻辑状态的操控方法。

背景技术

随着现代科学技术的飞速发展，许多研究、应用领域对智能化、微型化、快速化等高性能的追求，传统的电通信的已经不能满足当前的发展需求，相较于电通信而言，光通信具有极快的速度、极大的频宽、以及极高的信息容量，能克服电通信技术上的缺陷，具有很广阔的应用前景。其中，光逻辑器件是实现高速光分组交换、全光地址识别、数据编码、奇偶校验、信号再生、光计算和未来高速大容量全光信号处理的关键器件，同时，光逻辑门的发展是实现电计算向光计算跨越的桥梁，可以突破“电子瓶颈”的限制，提高网络容量，实现全光3R再生。作为实现光通信的核心技术，光逻辑器件受到业界广泛的关注，是当下的研究热点之一。

实际上，从二十世纪初期，人们就开始利用半导体材料研究光逻辑器件，但是操作复杂，体系庞大，技术还不是很成熟。随着研究的深入，人们又逐步转向等离子体领域。迄今为止，许多基于表面等离子体的光逻辑门也已经实现，而采用的结构则以波导为主，逻辑运算取决于输入信号的相对相位差。这是因为表面等离子体能克服衍射极限，并能在亚波长范围内进行光操控，同时波导具有结构简单，易于制造的优点。

然而，由于在光相位差精准控制技术上的难点，这种操控方法会造成一个固有的不稳定性和较低的输出电平对比率。此外，目前对光逻辑器件的研究基本上还处于一个结构只能实现一种逻辑功能的状态，对于逻辑器件小型化、集成化即在一种结构上实现多种逻辑功能并且能同时操控等问题还需要进一步的研究，因此这些亟待解决的问题，也成为目前逻辑器件的研究重点。

发明内容

为了解决现有技术中存在的逻辑器件集成化差和操作不便的问题，本发明提供了一种多功能等离子体逻辑器件及其逻辑状态的操控方法，具有操控容易、集成度高、响应速度快且利于在芯片上使用的优点。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

一种多功能等离子体逻辑器件，包括背景板、两个相同内部结构的六边形谐振腔和两根相互平行的波导，所述六边形谐振腔嵌套一个可旋转的椭圆形柱体，所述背景板和椭圆形柱体的材料均为金属材料，所述波导和六边形谐振腔的材料为空气。

进一步地，上述金属材料选用银。

进一步地，上述波导宽度w＝50nm、六边形边长a＝200nm、椭圆长轴R₁＝155nm、椭圆短轴R₂＝85nm、波导与六边形之间的距离d＝20nm、两个椭圆之间的圆心距L＝480nm。

上述的多功能等离子体逻辑器件逻辑状态的操控方法，具体方法为：把六边形谐振腔中的两个椭圆形柱体作为输入逻辑状态控制器，两个椭圆形柱体不同的旋转角度代表不同的输入逻辑状态，通过控制椭圆形柱体的旋转角度确定输入逻辑状态；在输入端口持续通入一段波长信号，当椭圆形柱体的旋转角度为30°时，则表明此时输入逻辑状态为‘0’，当椭圆的旋转角度为60°时，则表明此时输入逻辑状态为‘1’；最终在Through端口实现与门、或非门，在Drop端口实现非门、与非门，与门、与非门、或非门三种逻辑门被同时操控。