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文檔簡介
1、全光網(wǎng)絡相比于傳統(tǒng)的電子技術有著無法比擬的巨大優(yōu)勢,全光邏輯門作為超快信息處理和全光計算系統(tǒng)最重要的組成部分之一,近來備受關注。目前,已經(jīng)報道了很多基于不同方案實現(xiàn)的全光邏輯門,如采用介質(zhì)(或金屬)波導、半導體光放大器(SOA)和非線性光纖(NLF)等。然而,這些方案常常存在各自的局限性,比如基于NLF實現(xiàn)的邏輯門體積較大、結構復雜、功耗較高?;赟OA實現(xiàn)的邏輯門則容易受到自發(fā)輻射的噪聲影響。隨著對光子晶體的深入研究和制作工藝的進步,
2、基于光子晶體制備各種光子器件已經(jīng)不僅僅是一個夢想,利用光子晶體的特性實現(xiàn)的各種全光邏輯門也就應運而生。光子晶體全光邏輯門的實現(xiàn)主要利用到了光子晶體的多模干涉效應、三階非線性效應、自準直效應以及腔的諧振特性,而這些方案大多面臨裝置方案相對復雜和功耗相對較高的問題。在光子晶體中制作波導,利用光的線性干涉效應實現(xiàn)的邏輯門是一種結構簡單、功耗可以降到很低的實現(xiàn)方案,但由于入射信號光束在匯聚點處的相位差不能連續(xù)的改變,因此很難精確的控制入射信號光
3、束的相位差來控制發(fā)生相消干涉或相長干涉的程度,致使實現(xiàn)高對比度、多種邏輯功能的邏輯門就非常困難。
本文利用線性干涉效應基于二維光子晶體實現(xiàn)了結構緊湊的與(AND)、異或(XOR)和非(NOT)門的邏輯功能,提出的裝置具有對比度高、尺寸小、結構簡單、功耗低的優(yōu)點。本文主要研究內(nèi)容及成果如下:
1.利用光波的線性干涉效應基于二維光子晶體波導設計出性能優(yōu)異的全光邏輯門結構,采用平面波展開(PWE)法對光子晶體的帶隙特點和色
4、散關系進行了分析研究。采用二維三角晶格介質(zhì)柱光子晶體,材料為介質(zhì)硅柱內(nèi)嵌在二氧化硅板內(nèi),通過適當改變Y形波導中入射波導的長度來達到改變?nèi)肷涔庠趨R聚點處相位差的目的,設計出了AND、XOR和NOT邏輯門的結構方案。
2.為了盡可能的減小全光邏輯門的能量損耗,本文中的實現(xiàn)方案并沒有選用非線性材料,而是利用光波的線性干涉效應設計出了邏輯門的結構方案。文中分析了邏輯門的工作原理,并通過大量的實驗嘗試以獲得更好的干涉效果,實現(xiàn)高對比度的
5、全光邏輯門。
3.利用時域有限差分(FDTD)法對設計出的邏輯門進行模擬仿真和數(shù)值分析,計算出了光波在器件中的透射率和邏輯門的對比度,并且定義了高低電平的閾值。模擬光波在器件中的傳播進程,得到了邏輯門工作過程中的場分布圖,進而證明了所提出邏輯門的邏輯功能。
4.對實現(xiàn)的全光邏輯AND、XOR和NOT門的性能進行優(yōu)化。在出射波導的頭部引入兩個散射介質(zhì)柱,并計算和分析了散射柱尺寸對邏輯門性能的影響。通過對介質(zhì)柱尺寸的合理
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