[发明专利]一种基于超表面的光学逻辑门

说明书

本发明属于微纳光学及偏振光学技术领域，公开了一种基于超表面的光学逻辑门，包括起偏器、超表面、检偏器；入射光依次经过起偏器、超表面、检偏器后出射，起偏器的起偏方向和检偏器的检偏方向作为逻辑门的输入，出射光的光强作为逻辑门的输出。本发明解决了现有技术中光学逻辑门结构复杂、难以集成的问题，本发明提供的光学逻辑门设计灵活、易于集成，有望实现大规模并行计算，在全光网络、光学计算等方面具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及微纳光学及偏振光学技术领域，尤其涉及一种基于超表面的光学逻辑门。

背景技术

逻辑门作为电路中的概念，是数字逻辑电路的基本单元，被广泛用于电子信息领域。其能执行“与”、“或”、“同或”、“异或”等多种逻辑运算，任何复杂的数字逻辑电路都可由这些逻辑门组成。随着现代社会信息量的急剧增加，对信息传输及处理的速度要求越来越高，传统的电学逻辑门难以克服电子技术本身存在的“电子瓶颈”，因此亟待新的技术上的突破。

全光网络中从源节点传输到目的节点的数据均以光的形式进行，其有效避免了“电子瓶颈”，有望从根本上解决高速信息传输及处理所面临的问题。光学逻辑门器件是全光网络中的核心器件之一，目前已经出现了不少的实现方案，例如光纤马赫曾德干涉仪、超快非线性干涉仪等。这些方法利用半导体或者光纤的非线性效应来实现逻辑运算，数据处理速度快，然而这些光学逻辑门结构复杂，难以集成。

发明内容

本申请实施例通过提供一种基于超表面的光学逻辑门，解决了现有技术中光学逻辑门结构复杂、难以集成的问题。

本申请实施例提供一种基于超表面的光学逻辑门，包括：起偏器、超表面、检偏器；入射光依次经过所述起偏器、所述超表面、所述检偏器后出射，所述起偏器的起偏方向和所述检偏器的检偏方向作为逻辑门的输入，出射光的光强作为逻辑门的输出。

优选的，所述超表面包括：基底、纳米砖阵列；

所述纳米砖阵列沉积在所述基底上，所述基底划分为多个单元结构，每个所述单元结构上设有一个纳米砖。

优选的，所述单元结构的工作面为正方形，所述纳米砖的尺寸为亚波长级。

优选的，根据所述入射光的工作波长、所述纳米砖的材料，采用电磁仿真软件建模仿真获得所述单元结构的尺寸参数、所述纳米砖的尺寸参数。

优选的，所述基底采用熔融石英玻璃制成，所述纳米砖采用金属材料或电介质材料制成。

优选的，以所述单元结构的两个直角边分别为x轴和y轴建立xoy坐标系，所述纳米砖的长边为长轴，所述纳米砖的短边为短轴，所述纳米砖的长轴与x轴的夹角为纳米砖的转向角θ；

所述纳米砖的长轴、短轴的透射系数分别为A和B，转向角为θ的纳米砖的琼斯矩阵表示为：

所述起偏器的起偏方向与x轴的夹角为第一夹角α₁，所述检偏器的检偏方向与x轴的夹角为第二夹角α₂，所述出射光的琼斯矩阵表示为：

根据(2)式得到归一化后出射光的光强为：

式中，I₁表示出射光的光强。

优选的，所述第一夹角α₁等于0度为状态“0”，所述第一夹角α₁等于90度为状态“1”；所述第二夹角α₂等于0度为状态“0”，所述第二夹角α₂等于90度为状态“1”；所述出射光的光强小于设定的阈值时为状态“0”，所述出射光的光强大于所设定的阈值时为状态“1”。