[发明专利]基于二元相移键控的涡旋光编码全光逻辑门及其实现方法

说明书

本发明提供的是一种基于二元相移键控的涡旋光编码全光逻辑门及其实现方法。其特征是：基于二元相移键控的涡旋光编码全光逻辑门结构包括衬底1，纳米金属膜2、环形纳米槽2‑1以及输出端口3。输出端口3位于环形纳米槽2‑1的中心位置。具体实现方法是从衬底1下表面输入两束正交的涡旋光作为输入信号，通过调控输入信号的相移来定义输入逻辑态的“1”“0”。涡旋光在环形纳米槽2‑1激发表面等离子体(SPP_S)，SPPs沿纳米金属膜2的表面传输并在输出端口3处汇聚。输出端口3处不同的SPPs强度值分别定义为不同的输出逻辑态。调节输入信号的相对相位差可在单一的结构上实现七种基本逻辑门功能。

(一)技术领域

本发明涉及的是全光计算、全光信息处理领域，尤其适用于制造高集成化的全光逻辑器件。

(二)背景技术

大数据时代，只有实现超高速的网络数据交换以及信息处理才能匹配大容量的数据传输需求。然而，传统电学信息处理设备由于电学响应时间的限制已达到速度瓶颈，全光信息处理是解决这一瓶颈问题的有效方法，被认为是下一代信息处理技术的有力候选者。全光逻辑门是实现全光信息处理的关键元器件，因而是近年来人们广泛研究的前沿热点【Journal ofoptics 47.3(2018): 365-376.】

涡旋光束是近年来备受关注的一种新型光场。由于具有不同拓扑荷的涡旋光彼此正交，涡旋光可以在经典和量子物理中实现高维信息编码和高维并行信息传输，可极大地提高计算速度和通信容量。这使得人们普遍认为涡旋光必将在下一代全光信息处理中发挥至关重要的作用。截至目前，为了发展基于涡旋光束的信息处理技术，人们已开展了大量的相关研究，包括开发集成式涡旋光产生器【Science 338.6105(2012):363-366；NaturalCommunications 5.1 (2014):4856.】以及用于大容量数据传输的轨道角动量(OAM)复用【Natural Photonics 6.7(2012):488-496；Science 340.6140(2013):1545-1548；NaturalCommunications 5.1(2014):1-9.】和解复用技术【Physics Review Letters 120.19(2018):193904.】等。因此，开发涡旋光束编码的全光逻辑门必然极具研究价值，有望在未来基于涡旋光的全光信息处理和全光计算中发挥重要应用。