光子晶体全光学抗干扰自锁触发开关的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及二维光子晶体、光学抗干扰自锁触发开关。
【背景技术】
[0002]1987年，美国Bell实验室的E.Yablonovitch在讨论如何抑制自发辐射和Princeton大学的S.John在讨论光子区域各自独立地提出了光子晶体(PhotonicCrystal)的概念。光子晶体是一种介电材料在空间中呈周期性排列的物质结构，通常由两种或两种以上具有不同介电常数材料构成的人工晶体。
[0003]随着光子晶体的提出和深入研宄，人们可以更灵活、更有效地控制光子在光子晶体材料中的运动。在与传统半导体工艺和集成电路技术相结合下，人们通过设计与制造光子晶体及其器件不断的往全光处理飞速迈进，光子晶体成为了光子集成的突破口。1999年12月，美国权威杂志《科学》将光子晶体评为1999年十大科学进展之一，也成为了当今科学研宄领域的一个研宄热点。
[0004]全光逻辑器件主要包括基于光放大器的逻辑器件、非线性环形镜逻辑器件、萨格纳克干涉式逻辑器件、环形腔逻辑器件、多模干涉逻辑器件、耦合光波导逻辑器件、光致异构逻辑器件、偏振开关光逻辑器件、传输光栅光逻辑器件等。这些光逻辑器件对于发展大规模集成光路来说都有体积大的共同缺点。随着近年来科学技术的提高，人们还发展研宄出了量子光逻辑器件、纳米材料光逻辑器件和光子晶体光逻辑器件，这些逻辑器件都符合大规模光子集成光路的尺寸要求，但对于现代的制作工艺来说，量子光逻辑器件与纳米材料光逻辑器件在制作上存在很大的困难，而光子晶体光逻辑器件则在制作工艺上具有竞争优势。
[0005]近年来，光子晶体逻辑器件是一个备受瞩目的研宄热点，它极有可能在不久将来取代目前正广泛使用的电子逻辑器件。
[0006]在全光计算的进程中，基于“与”、“或”、“非”、“异或”等光子晶体逻辑功能器件已经被成功设计研宄，而实现全光计算的目标仍需要各种各样复杂的逻辑元器件。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种结构简单，抗干扰能力强、易于与其他光学逻辑元件集成的全光学抗干扰自锁触发开关。
[0008]为了解决上述存在的技术问题，本发明通过下述技术方案:
[0009]本发明的光子晶体全光学抗干扰自锁触发开关包括一个光子晶体结构单元、一个光开关、一个内置或外置的吸波负载、一个内置或外置的参考光源；所述的光子晶体结构单元由两个信号输入端，一个信号输出端及一个闲置端口组成，该光子晶体结构单元的第一输入端与逻辑信号连接；光开关的输入端与参考光源连接；光开关的第一中间信号输出端与光子晶体结构单元的第二输入端连接；吸波负载与光开关的第二中间信号输出端连接。
[0010]所述的光子晶体结构单元为一个二维光子晶体交叉波导非线性腔，该二维光子晶体交叉波导非线性腔中心由十二根长方形高折射率线性介质杆与一根正方形非线性介质杆在纵、横两个波导方向呈准一维光子晶体排列，中心正方形非线性介质杆与相邻的四根长方形线性介质杆相贴，该中心正方形非线性介质杆为克尔型非线性材料，弱光条件下的介电常数为7.9，所述高折射率线性介质杆的介电常数与非线性介质杆弱光条件下的介电常数相等。
[0011]所述的高折射率线性介质杆由二维光子晶体“十”字交叉波导四端口网络构成，通过交叉波导中心沿两波导方向放置两相互正交的准一维光子晶体结构；在所述交叉波导的中部设置有中间介质柱，该中间介质柱为非线性材料；所述准一维光子晶体结构与中间介质柱构成波导缺陷腔。
[0012]所述光子晶体为(2k+l) X (2k+l)的阵列结构，k为大于等于3的整数。
[0013]所述的开关为1X2光选通开关，其包括一个参考光输入端，一个控制输入端，一个第一中间信号输出端及一个第二中间信号输出端。
[0014]所述二维光子晶体的高折射率线性介质杆的横截面为圆形、椭圆形、三角形或者多边形。
[0015]所述交叉波导的准一维光子晶体中的介质柱的折射率为3.4或者大于2的值。
[0016]所述中间介质柱的横截面为正方形、多边形、圆形或者椭圆形。
[0017]所述交叉波导的准一维光子晶体中的介质柱的横截面形状为矩形、多边形、圆形或者椭圆形。
[0018]所述二维光子晶体的背景填充材料包括空气和折射率小于1.4的低折射率介质。
[0019]本发明与现有技术相比的有益效果是:
[0020]1.光子晶体逻辑器件可直接进行全光的“与”、“或”、“非”等逻辑功能，是实现全光计算的核心器件，具有结构紧凑、运算速度快、高、低逻辑输出对比度高，响应速度快。
[0021]2.抗干扰能力强，易与其他光学逻辑元件集成。
[0022]3.本发明的光子晶体全光学逻辑器件具有自锁触发开关功能，并且可对干扰信号进行排除。
[0023]4.通过一个控制信号K，本发明器件均可实现全光学抗干扰自锁触发开关功能。
【附图说明】
[0024]图1示出本发明的全光学抗干扰自锁触发开关结构图。
[0025]图中:光子晶体结构单元01第一输入端11第二输入端12闲置端口 13输出端14圆形高折射率线性介质杆15第一长方形高折射率线性介质杆16第二长方形高折射率线性介质杆17中心非线性介质杆18光开关02吸波负载03参考光源04输出参考光E逻辑输入信号X控制信号K
[0026]图2为图1所示光子晶体结构单元在晶格常数d为I μ m，工作波长为2.976 μ m的基本逻辑功能波形图。
[0027]图3为本发明在晶格常数d为I μ m，工作波长为2.976 μ m的逻辑功能波形图。
[0028]图4为本发明在晶格常数d = 0.5208 μ m，工作波长为1.55 μ m的逻辑功能波形图。
[0029]图5为图1所示二维光子晶体交叉波导非线性腔的逻辑功能真值表。
【具体实施方式】
[0030]下面结合附图与【具体实施方式】对本发明作进一步详细描述:
[0031]参照图1所示，光子晶体全光学抗干扰自锁触发开关包括一个光子晶体结构单元
01、一个光开关02、一个内置或外置的吸波负载03、一个内置或外置的参考光源04，光子晶体结构单元01由第一信号输入端11、第二信号输入端12，一个信号输出端14及一个闲置端口 13组成，光子晶体结构单元01为一个二维光子晶体交叉波导非线性腔，二维光子晶体阵列晶格常数为d，阵列数为11 X 11 ;二维光子晶体交叉波导非线性腔的第一输入端11 ;二维光子晶体交叉波导非线性腔的第二输入端12 ;闲置端口 13 ;全光抗干扰自锁触发器的输出端14 ;圆形高折射率线性介质杆15采用硅(Si)材料，折射率为3.4，半径为0.18d ;第一长方形高折射率线性介质杆16，折射率为3.4，长边为0.613d，短边为0.162d ;第二长方形高折射率线性介质杆17，其介电常数与非线性介质杆弱光条件下的介电常数一致，第二长方形高折射率线性介质杆17的尺寸与第一长方形高折射率线性介质杆16的尺寸一致；中心正方形非线性介质杆18采用克尔型非线性材料，边长为1.5d，弱光条件下的介电常数为7.9，三阶非线性系数为1.33*10_2 ym2/V2; 二维光子晶体交叉波导非线性腔中心由十二根长方形高折射率线性介质杆与一根正方形非线性介质杆在纵、横两个波导方向呈准一维光子晶体排列，中心非线性介质杆与相邻的四根长方形线性介质杆相贴，距离为0，而两两相邻的长方形线性介质杆相距0.2668d，高折射率线性介质杆由二维光子晶体“十”字交叉波导四端口网络构成，通过交叉波导中心沿两波导方向放置两相互正交的准一维光子晶体结构；在交叉波导的中部设置有中间介质柱，该中间介质柱为非线性材料；准一维光子晶体结构与中间介质柱构成波导缺陷腔。
[0032]光开关02为1X2光选通开关，包括一个参考光输入端，一个控制输入端，一个第一中间信号输出端及一个第二中间信号输出端，光开关02的第一中间信号输出端与光子晶体结构单元01的第二输入端12相连接，光开关02的第二中间信号输出端与吸波负载03相连接，光开关的控制信号K用于控制参考光E于第一中间信号输出端或第二中间信号输出端输出；一个内置或外置吸波负载03，吸收进入其中的光波；一个内置或外置的参考光源04，参考光源04与光开关02的输入端相连接；逻辑信号X连接光子晶体结构单元01的第一输入端11 ;
[0033]本发明基于图1中01所示二维光子晶体交叉波导非线性腔所具有的光子带