[发明专利]一种基于模式复用的可重构导向逻辑器件

说明书

本发明提供了一种基于模式复用的可重构导向逻辑器件，括依次相连接的解复用器、微环阵列和复用器；解复用器包括三个S型波导以及依次相连的四根直波导，相邻直波导通过绝热锥相连；微环阵列包括并排设置的宽度相同的四根直波导，每根直波导上均耦合有一组微环组，该微环组由间隔设置的第一微环和第二微环组成；复用器（3）包括三个S型波导以及依次相连的四根直波导；相邻直波导之间通过绝热锥相连。该逻辑器件既能解决普通导向逻辑器件只能实现单一逻辑运算的问题，又能解决基于波分复用的可重构导向逻辑器件的需要多个激光器的问题，可以实现任意的逻辑运算，从源头上极大的降低了成本，在光信息处理中有很好的应用前景。

技术领域

本发明属于光信息处理技术领域，涉及一种基于模式复用的可重构导向逻辑器件。

背景技术

从1947年第一个晶体管的诞生到21世纪初期人工智能的兴起，短短几十年的迅速发展壮大，微电子技术早已经渗入到我们生活的点点滴滴。然而近些年随着信息技术的发展，人们对于大容量、高速率通信的要求也越来越高。基于ARM架构的CPU核心数越来越多，单个核心上集成的晶体管数越来越多，晶体管尺寸越来越小，片上金属互连以及功耗和散热问题也变得越来越棘手，摩尔定律也越来越难以延续。种种迹象表明，利用以光子作为载体的信息技术代替电子信息技术已经迫在眉睫。用光代替电实现各种运算和器件的互连，由光纤与各种光学元件构成的集成光路，可以大大提高对数据运算和传输的能力。可重构的导向逻辑器件是光学信息处理的重要组成部分。相对于普通的逻辑器件，导向逻辑器件在结构上具有可扩展性，在功能上也更加完善。普通的导向逻辑器件只能实现单一的逻辑功能，并不具备普适性。

目前人们研究的导向逻辑器件一般都是基于波分复用技术的。早在2011年，Q. Xu等人首先在著名期刊Optics Express上发表了文章“Reconfigurable optical directed-logic circuits using microresonator-based optical switches”(Optics Express,Vol. 19, Issue 6, pp. 5244-5259)。由于是首次提出可重构逻辑的概念，Q. Xu等人首先利用8位优先编码器验证了该思想，但是器件中需要使用光电转换器，使得器件较为繁琐而且增加成本，不利于大规模集成。此外，Y. Tian等人利用波分复用技术实现了能够产生任意逻辑组合的可重构导向逻辑器件，并发表科技论文“Experimental demonstration of areconfigurable electro-optic directed logic circuit using cascaded carrier-injection micro-ring resonators”(Scientific Reports, Vol. 7, Issue 1, pp:6410 (2017))等等。但是，基于波分复用的导向逻辑器件，需要多个激光光源，成本较高；再者，由于可利用的C波段的波长范围有限，造成波分复用可利用的通道也因此受限，波分复用技术也正遇到瓶颈。为了解决这一问题，人们提出了一种新的光信号复用方式，即模式复用。所谓模式复用技术，就是将光的不同模态复用到一根多模光纤或少模光纤上传输，并在接收端将不同的模态解复用成相应的信号的技术。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于模式复用的可重构导向逻辑器件，可以实现任意一个逻辑函数的运算，给实现各种复杂的逻辑运算带来了很大方便。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于模式复用的可重构导向逻辑器件，包括依次相连接的解复用器、微环阵列和复用器；

所述的解复用器包括第一S型波导、第二S型波导、第三S型波导以及依次相连的第一直波导、第二直波导、第三直波导和第四直波导，相邻两根直波导通过绝热锥相连；第一直波导的宽度大于第二直波导的宽度，第二直波导的宽度大于第三直波导的宽度，第三直波导的宽度大于第四直波导的宽度；

第一S型波导、第二S型波导、第三S型波导和第四直波导的宽度相同；