[发明专利]一种基于光学模式的异或和同或逻辑运算单元

权利要求书

1.一种基于光学模式的异或和同或逻辑运算单元，其特征在于，包括一组支持多模式传输的输入波导和输出波导以及两组受操作数信号控制的动态模式变换器件；单一模式的输入光源作为载波，依次经过两组模式变换器件，通过每个操作数分别控制模式变换器件对输入模式是否发生转换为另一种模式，在输出波导处分别探测每种模式的分量，通过一次光的传播与收集，同时获得异或和同或的逻辑运算结果；

所述模式变换器件的设置：由底层硅波导和上层的相变材料构成的渐变相移结构构成；两层材料形状均为分段渐变结构，每段宽度均不同；设定该模式变换的区域在每种逻辑操作时的输出的模式的能量值为评价函数，在每段宽度的解空间里采用多参数优化算法调整每段宽度的数值，计算评价函数并通过结果作为反馈修改继续调整每段的宽度的数值，最终得到参数使得所设定的评价函数取得其极大值，从而得到该模式变换的区域的底层硅波导和上层相变材料的形状。

2.如权利要求1所述的基于光学模式的异或和同或逻辑运算单元，其特征在于，所述的逻辑运算单元由依次相连的多模输入波导（1）、第一光学模式变换器件（2）、第二光学模式变换器件（3）以及多模输出波导（4）组成；该逻辑运算单元基于硅-光学相变材料平台，整体结构构建在绝缘体上的硅衬底上，硅波导层为下层，包括依次相连的多模输入波导（1）、第一传输波导（101）、第二传输波导（301）和多模输出波导（4）；由光学相变材料构建相移的结构位于该硅波导层的上方，包括第一调相器（102）和第二调相器（302）。

3.如权利要求1所述的基于光学模式的异或和同或逻辑运算单元，其特征在于，所述的逻辑运算单元构建在绝缘体上的硅平台上，由依次相连的多模输入波导（1）、第三光学模式变换器件（5）、第四光学模式变换器件（6）以及多模输出波导（4）组成；第三光学模式变换器件（5）为Y分支，第三光学模式变换器件（5）的两个支臂均由依次相连的第一分支（501）、第一调制臂（502）和第二分支（503）组成，两个第一分支（501）的另一端均与多模输入波导（1）的输出端相连；两个第二分支（503）的另一端均与第四光学模式变换器件（6）相连；第四光学模式变换器件（6）也为Y分支，第四光学模式变换器件（6）的两个支臂均由依次相连的第三分支（601）、第二调制臂（602）和第四分支（603）组成，两个第三分支（601）的另一端均与两个第二分支（503）的另一端相连，两个第四分支（603）的另一端均与多模输出波导（4）相连。