[发明专利]一种通用线性光学全光逻辑门及其实现方法

摘要

本发明公开了一种通用线性光学全光逻辑门及其实现方法。本发明采用第一和第二逻辑输入端口以及不变量输入端口分别通过第一至第三分支波导连接至主波导，主波导连接至输出端口，从而形成全光逻辑门结构，分别调节第一至第三激发光的光强，并调节第一至第三激发光之间的相位差，控制第一和第二逻辑输入端口以及不变量输入端口对输出端口所贡献的光场的复振幅，从而在单一的全光逻辑门结构上实现了七种不同的线性光学全光逻辑门；对于或逻辑门、非逻辑门、异或逻辑门、同或逻辑门和与非逻辑门，基于线性光学的全光逻辑门其输出状态为逻辑“1”和逻辑“0”这两种状态下理论上最大的输出信号光强比是无穷大。

主权项

一种通用线性光学全光逻辑门，其特征在于，所述全光逻辑门包括：第一和第二逻辑输入端口、不变量输入端口、输出端口、第一至第三分支波导、主波导、激光光源、第一和第二分束器、第一至第三光强调节器以及相位调节器；其中，所述第一和第二逻辑输入端口以及不变量输入端口分别通过第一至第三分支波导连接至主波导，所述主波导连接至输出端口，从而形成全光逻辑门结构；所述激光光源发出的相干光经第一分束器分成两路，其中一路经过第二分束器再分成两路，从而形成三路相干的激发光；在第一至第三路激发光上分别设置第一至第三光强调节器，分别调节第一至第三激发光的光强，并且设置相位调节器调节第一至第三激发光之间的相位差；输出端口的光场的复振幅满足：S＝αA+βB+γ，其中，S为输出端口的光场的复振幅，α和β分别表示来自第一逻辑输入端口和第二逻辑输入端口的光场在相应输入逻辑状态为1时对输出端口所贡献的光场的复振幅，二元变量A和B分别表示第一逻辑输入端口和第二逻辑输入端口的输入逻辑状态，这两个变量的取值为1或0，1代表开状态，0代表关状态；γ表示不变量输入端口的光场对于输出端口所贡献的光场的复振幅，对于一个特定的逻辑门，参数γ是一个固定的常数；通过第一至第三光强调节器分别调节第一至第三激发光路的光强，以及通过相位调节器调节第一至第三激发光之间的相位差，控制第一和第二逻辑输入端口以及不变量输入端口对输出端口所贡献的光场的复振幅，即分别控制α、β和γ，从而实现七个逻辑门：当α＝1，β＝ei2π/3，γ＝0时，实现或逻辑门；当α＝2/3，β＝2/3，γ＝‑1/3时，实现与逻辑门；当α＝1，β＝0，γ＝‑1时，实现非逻辑门；当α＝1，β＝ei2π/3，γ＝e‑i2π/3时，实现与非逻辑门；α＝2/3，β＝2/3，γ＝‑1时，实现或非逻辑门；当α＝1，β＝‑1，γ＝0时，实现异或逻辑门；当α＝1，β＝1，γ＝‑1时，实现同或逻辑门；从而在单一的全光逻辑门结构上实现了七种不同的线性光学的全光逻辑门。