基于Ag/非线性材料的异或光逻辑门的制作方法

本实用新型属于光通信装置或设备技术领域，具体涉及到一种基于Ag/非线性材料的异或光逻辑门。

背景技术：

光学逻辑门是光信息处理与光计算中必不可少的元件。传统的电学逻辑门是由三极管级联而成，对于一个逻辑门需要驱动多个三极管，这样器件的功耗相对较高，而光学逻辑门工作时相当于一个选择开关，功耗相对较低。光学逻辑门所有的输入都是并行的，每一个输入元素相互独立的且最终运算的结果在光域中以光强的形式表示出来。作为实现全光集成光路的关键器件之一，全光逻辑门在光子集成器件微型化领域广泛应用，引起了越来越多人们的关注。到目前为止，已经有多种不同方法及材料用于实现全光逻辑门，包括光纤型、光子晶体及半导体放大器型等。但是这些实现方式都有一定的限制，如基于光纤非线性效应的全光逻辑门，其结构复杂，元器件很多，不利于微型化；而半导体光放大器的自发辐射噪音会对结果产生很大影响；光子晶体逻辑门也存在上述的不足，而且制造工艺复杂,不利于批量生产。

光纤型光逻辑门由于光纤本身具有损耗低、传输容量大等特点，被广泛应用于骨干网传输系统中。但现有的光通信网络是光电混合网络，在中间节点依旧存在着光/电/光转换。因此，通信系统受到电子瓶颈的约束，限制了传输速率。而且，由于光纤型光逻辑门线路复杂、电子元器件较多，不利于微型化和集成化。

现有技术公开了一种光子晶体光逻辑门，整个结构的介质柱以晶格结构排列，在周期性排列的晶格中，去掉一些晶格，整体结构为树状。其包含四路输入波导和一个输出波导，其中一个输入波导输入控制信号，一个输入波导为空闲波导，另外两个输入波导为信号输入波导。但由于该结构为微米量级，且结构复杂，对于纳米环境中的应用仍不满足，由于结构复杂，不利于微型化。

异或也叫半加运算，异或逻辑在计算机中普遍运用。其运算法则相当于不带进位的二进制加法：二进制下用1表示真，0表示假，则异或的运算法则为：0⊕0＝0，1⊕0＝1，0⊕1＝1，1⊕1＝0(同为0，异为1)，我们可以利用这个法则，将之应用到光逻辑方面。由于电子技术与计算机的发展，出现各种复杂的大系统，它们的变换规律也遵守布尔所揭示的规律。逻辑运算通常用来测试真假值，最常见到的逻辑运算就是循环的处理，用来判断是否该离开循环或继续执行循环内的指令。可使用于加密算法某一环节或更多环节，使算法更复杂，不易被破解，安全性更高。全光异或逻辑门可以在集成光学方面提供一种重要的光学逻辑器。

而本专利所提出的微结构全光异或逻辑门，结构简单，体积小，便与集成。而且采用一种新的控制方法——外加光强。通过控制环波导中的光强，进而改变材料的折射率，来实现逻辑门的原理。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于克服上述不足,提供一种结构简单、体积小、便与集成、采用控制外加光强的强度来实现逻辑转换的基于Ag/非线性材料的异或光逻辑门。

解决上述技术问题采用的技术方案是：在波导基体上沿着与水平中心轴平行的方向设置有光波入射通道、光波出射通道，波导基体上光波出射通道左侧放置有场强监视器，波导基体上光波入射通道和光波出射通道之间设置有左环形腔和右环形腔。

本实用新型的的波导基体的厚度为10～20nm。

本实用新型的左环形腔和右环形腔在光波入射通道和光波出射通道之间居中设置。

本实用新型的左环形腔和右环形腔的外径为200～400nm、内径为150～350nm；左环形腔和右环形腔的圆心距L为700～900nm；所述的右环形腔的圆心距光波入射通道的距离H为10～20nm。

本实用新型的的左环形腔和右环形腔内填充有非线性材料。

本实用新型的光波入射通道和光波出射通道的宽度为45～55nm。

由于本实用新型采用了在波导基体上加工有光波入射通道和光波出射通道，在光波入射通道和光波出射通道之间设置有两个环形腔，且在环形腔中填充有非线性材料，通过控制由光波入射通道输入的加强光的光强度，进而改变环形腔中非线性材料的折射率，实现“0”、“1”之间的转换，与现有技术相比，本实用新型结构简单、体积小、便于集成，采用控制外加强光的光强度改变非线性材料的折射率，进而实现逻辑转换，可推广应用到光通信装置或者设备技术领域。

附图说明

图1是本实用新型一个实施例的结构示意图。

图2是本实用新型为单环形腔结构时波长与场强监视器6处输出光强的示意图。

图3是左环形腔3和右环形腔5的折射率均为1.52时的输出示意图。

图4是左环形腔3折射率为1.52、右环形腔5折射率为1.57时的输出示意图。

图5是左环形腔3折射率为1.57、右环形腔5折射率为1.52时的输出示意图。

图6是左环形腔3和右环形腔5的折射率均为1.57时的输出示意图。

图中：1、波导基体；2、光波入射通道；3、左环形腔；4、光波出射通道；5、右环形腔；6、场强监视器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步详细说明，但本实用新型不限于这些实施例。

实施例1

在图1中，本实施例的基于Ag/非线性材料的异或光逻辑门，包括水平放置的波导基体1，本实施例的波导基体1采用Ag基质，波导基体1的厚度为15nm，在波导基体1上沿着与水平中心轴平行的方向上加工有宽度为50nm的光波入射通道2和光波出射通道4，在波导基体1上光波出射通道4左侧放置有场强监视器6，外加强光通过光波入射通道2输入、光波出射通道4输出，在波导基体1上光波入射通道2和光波出射通道4之间居中加工有左环形腔3和右环形腔5，本实施例的左环形腔3和右环形腔5的外径为300nm、内径为250nm；左环形腔3和右环形腔5的圆心距L为800nm；右环形腔3的圆心距光波入射通道的距离H为15nm，左环形腔3和右环形腔5中填充有非线性材料，通过调控光强度来实现材料的非线性特性的改变，进而实现共振波长的转移,优选地，该非线性材料为硅，非线性材料的折射率n满足n＝n₀+n₂I，其中，n₀为初始折射率的值，n₂为非线性折射率系数，n₂的取值为2.07*10^-9cm²/w，I为外加强光强度。由图2可知，在波导基体1上仅加工有左环形腔3时，当波长为795nm，左图强度分布接近波谷、右图强度分布达到波峰，因此，将波长为795nm作为骤变点，在相同的波长下，通过控制输入光强改变非线性材料的折射率，进而实现输出光强的调控，利用此光强差实现逻辑门的原理，由于电路和结构的不同，根据实际情况以及电路原理，当输出信号的值小于0.07时输出为0，当输出信号的值大于0.15时输出为1。

在图3中，当左环形腔3和右环形腔5的折射率均为1.52时，即输入信号为0/0时，根据输出的大小，可以看出输出信号为0。

在图4中，当左环形腔3的折射率为1.52、右环形腔5的折射率为1.57时，即输入信号为0/1时，根据输出的大小，可以看出输出信号为1。

在图5中，当左环形腔3的折射率为1.57、右环形腔5的折射率为1.52时，即输入信号为1/0时，根据输出的大小，可以看出输出的信号为1。

在图6中，当左环形腔3和右环形腔5的折射率为1.57时，即输入信号为1/1时，根据输出的大小，可以看出输出信号为0，根据干涉原理，当输入都为1时，输出为0，说明两列波在场强监视器6处干涉相消，导致输出信号为0。

实施例2

在实施例1中，本实施例的基于Ag/非线性材料的异或光逻辑门，波导基体1的厚度为10nm，在波导基体1上沿着与水平中心轴平行的方向上加工有宽度为45nm的光波入射通道2和光波出射通道4，本实施例的左环形腔3和右环形腔5的外径为200nm、内径为150nm；左环形腔3和右环形腔5的圆心距L为700nm；右环形腔3的圆心距光波入射通道的距离H为10nm，其余各零部件以及零部件的连接关系与实施例1完全相同。

实施例3

在实施例1中，本实施例的基于Ag/非线性材料的异或光逻辑门，波导基体1的厚度为20nm，在波导基体1上沿着与水平中心轴平行的方向上加工有宽度为55nm的光波入射通道2和光波出射通道4，本实施例的左环形腔3和右环形腔5的外径为400nm、内径为350nm；左环形腔3和右环形腔5的圆心距L为900nm；右环形腔3的圆心距光波入射通道的距离H为20nm，其余各零部件以及零部件的连接关系与实施例1完全相同。

上述实施例中波导基体1的厚度、光波入射通道2和光波出射通道4的宽度、左环形腔3和右环形腔5的内径和外径以及圆心距L、左环形腔3的圆心距光波入射通道的距离H根据实际应用情况具体确定，数据值的改变均在本实用新型的保护范围以内。