[发明专利]基于相变材料的全光布尔逻辑器件及其二元逻辑实现方法

权利要求书

1.一种基于相变材料的全光布尔逻辑器件，其特征在于，包括：三个Y分支型波导和两个相变功能单元；

每个Y分支型波导包括两个Y分支和一个汇聚分支；三个Y分支型波导包括：第一Y分支型波导、第二Y分支型波导、第三Y分支型波导；所述第一Y分支型波导的汇聚分支和第二个Y分支型波导的汇聚分支上均具有一个突出的脊，两个相变功能单元分别覆盖于两个突出的脊上；所述第一Y分支型波导的汇聚分支和第二个Y分支型波导的汇聚分支作为第三个Y分支型波导的两个Y分支；

基于倏逝波耦合效应，在第一Y分支型波导和第二Y分支型波导中至少之一输入较大功率光脉冲信号，相变功能单元将吸收部分光功率并产生晶化或非晶化的相变，实现写入操作；利用相变功能单元在晶态或非晶态时对检测光信号的透过率不同，实现对其结晶状态的读取；

通过对相变功能单元的写入和读取操作，所述基于相变材料的全光布尔逻辑器件可实现全部16种二元布尔逻辑计算功能。

2.如权利要求1所述的全光布尔逻辑器件，其特征在于，所述相变功能单元的材料为在不同光脉冲作用下可产生晶化或非晶化可逆相变的硫系化合物。

3.如权利要求1所述的全光布尔逻辑器件，其特征在于，所述相变功能单元复折射率的实部大于Y分支型波导复折射率的实部，使得Y分支型波导中传播的光有一部分进入相变功能单元传播，之后再汇入Y分支型波导中继续传播；所述相变功能单元复折射率的虚部不为0，使得相变功能单元对其传播的光有吸收。

4.如权利要求1所述的全光布尔逻辑器件，其特征在于，所述16种二元布尔逻辑运算包括：逻辑真、逻辑假、P、Q、非P、非Q、P与Q、P与非Q、P或Q、P或非Q、P蕴涵Q、P蕴涵非Q、P逆蕴涵Q、P逆蕴涵非Q、P异或Q以及P同或Q逻辑运算。

5.如权利要求1所述的全光布尔逻辑器件，其特征在于，所述第一Y分支型波导的两个Y分支作为全光布尔逻辑器件的第一输入端和第二输入端，第二Y分支型波导的两个Y分支作为全光布尔逻辑器件的第三输入端和第四输入端，第三Y分支型波导的汇聚分支作为全光布尔逻辑器件的输出端；

向所述第一输入端、第二输入端、第三输入端以及第四输入端中至少一个输入端输入泵浦光脉冲，对应的相变功能单元按照其吸收的光功率情况进行升温，进而可以产生晶化或非晶化的相变，使得相变功能单元最终处于晶态或者非晶态，以对相变功能单元进行写入操作。

6.如权利要求5所述的全光布尔逻辑器件，其特征在于，向所述第一输入端和第二输入端中至少一个输入端输入检测信号，且向所述第三输入端和第四输入端中至少一个输入端输入检测信号，通过检测全光布尔逻辑器件的输出端输出光信号的强度，并与输入检测信号的强度对比，以确定两个相变功能单元的透过率，对相变功能单元进行读取操作；所述检测信号为功率较小的不会改变相变功能单元状态的光脉冲或连续光。

7.如权利要求1所述的全光布尔逻辑器件，其特征在于，每个相变功能单元由下至上包括：相变功能单元层和保护层；所述保护层用于防止相变功能单元被氧化。

8.如权利要求3所述的全光布尔逻辑器件，其特征在于，所述相变功能单元复折射率的实部大于Y分支型波导复折射率的实部以及所述相变功能单元复折射率的虚部不为0中所提到的复折射率，指的是相变功能单元和Y分支型波导在光脉冲信号和检测信号两种信号波长下的复折射率。

9.一种权利要求1至8任一项所述的全光布尔逻辑器件的二元逻辑实现方法，其特征在于，包括如下步骤：

预设当检测信号检测到两个相变功能单元均处于非晶态时，检测信号对两个相变功能单元读取后输出的逻辑值为1，其余情况输出的逻辑值均为0；

预设16种二元布尔逻辑运算的操作方式向所述第一输入端、第二输入端、第三输入端以及第四输入端分两步操作输入对应的写入信号；其中所述第二输入端和第四输入端的写入信号相对第一输入端和第三输入端有时延；

向第一输入端、第二输入端、第三输入端以及第四输入端输入对应的检测信号，以通过检测输出端输出的光信号强度，并与输入检测信号的强度对比，读取两个相变功能单元的状态，得到布尔逻辑运算之后的结果，实现16种二元布尔逻辑运算。