[发明专利]一种通用线性光学全光逻辑门及其实现方法

说明书

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。

技术领域

本发明涉及线性光学技术，具体涉及一种通用线性光学全光逻辑门及其实现方法。

背景技术

逻辑门是现代信息技术的基础。然而，基于电子学技术的电子学逻辑门正在面临能耗、散热和响应速度的瓶颈。基于光子学技术的全光逻辑门由于其低能耗、低散热和快响应可能成为下一代信息技术的技术基础。目前，关于全光逻辑门的研究主要有两个方向：利用非线性光学效应和基于线性光学方法。由于自然材料的非线性光学系数都比较小，非线性光学效应需要高的工作光强来获得足够的非线性效应，这一点严重限制了这类技术的实用性。相反，线性光学技术原则上可以在任意低的光强下工作，因此更为实用。当前关于线性光学全光逻辑门的研究主要集中在哪些光学结构可以用来实现全光逻辑门，人们通过光子晶体、纳米线网络、缝隙波导、介质加载的表面等离激元波导等各种不同的样品结构实现了几种常用的逻辑门，如与逻辑门、或逻辑门、非逻辑门、异或逻辑门、同或逻辑门、与非逻辑门、或非逻辑门。但是，上述研究中缺乏系统的理论分析。因此，输出状态为逻辑“1”和逻辑“0”这两种状态的输出信号光强比并不是最优的。另外，对应于不同输入逻辑状态的相同输出逻辑状态，其输出信号光强并不相等，例如：与逻辑门通常利用两路输入信号光或者表面等离激元的相干相长来实现，当输入逻辑状态为(1,1)时，输出振幅为2，输出光强为振幅的平方，也就是4；而当输入逻辑状态为(0,0)和(1,0)时，输出光强分别为0和1，对于一个与逻辑门来说，必须将输出逻辑状态的阈值设在1和4之间，从而使0和1这两种不同的输出信号光强全部被视作输出逻辑状态“0”。这类对于相同输出逻辑状态的输出信号光强不一致，给逻辑门的实际应用和逻辑门的级联带来了很多困难。此外，每一种逻辑门都需要一种特定的样品结构来实现，效率比较低。

发明内容

针对以上现有技术中存在的问题，本发明提出了一种具有高输出信号光强比的通用线性光学全光逻辑门及其实现方法，在单一的样品结构上实现了以上七种不同的全光逻辑门，对于每种全光逻辑门，不同输入逻辑状态下得到的相同的输出逻辑状态具有相同的输出光强。这种具有高输出信号强度比的通用线性光学全光逻辑门有望在未来信息技术中获得广泛应用。

本发明的一个目的在于提出一种通用线性光学全光逻辑门。