Konstruktion von rein optischen Logikgattern mit mikrooptischen Resonatoren.
Forschung
Konstruktion von rein optischen Logikgattern mit mikrooptischen Resonatoren.
Theoretische Analyse und Präsentation von Themen zur Demonstration.
Es wird erwartet, dass rein optische Geräte wie logische Gatter mit optischen Mikroresonatoren aufgrund ihrer Vorteile wie geringer Stromverbrauch und Signalmultiplexing realisiert werden, aber komplexe optische Schaltungen müssen erst noch demonstriert werden. In dieser Studie wird eine ideale rein optische Logikgatterkonfiguration vorgeschlagen, um ein tatsächliches System zu konstruieren, bei dem die Eingangs-/Ausgangswellenlängen übereinstimmen und die Resonanzwellenlängen aller Resonatoren gemeinsam sind.
Das Grundelement des vorgeschlagenen Restlicht-Logikgatters ist ein Mikroringresonator des in Abb. 1 gezeigten Add-Drop-Systems. Das Prinzip des optischen Schalters, der dieses Element verwendet, wird im Folgenden dargestellt. λ1 weicht von der Resonatorwellenlänge ab, wenn kein Lichteingang vorhanden ist, aber wenn der Eingang eingeschaltet wird, stimmt die Resonanzwellenlänge des Resonators aufgrund des optischen Kerr-Effekts mit λ1 überein und das Eingangslicht λ1 wird auf der Tropfenseite ausgegeben (Abb. 1 (links)). Wenn nur λ2 eingeschaltet ist, dringt das Licht nicht in den Resonator ein und wird unverändert übertragen, da der Abstand zur Resonanzfrequenz zu groß ist (Abb. 1 (Mitte)). Wenn jedoch sowohl λ1 als auch λ2 eingeschaltet sind, stimmt die Resonanzfrequenz zunächst mit λ1 überein, was dazu führt, dass auch das Licht von λ2 in den Resonator eintritt, so dass die Resonanzfrequenz weiter moduliert wird, um mit λ2 übereinzustimmen, und nun das Licht von λ1 unverändert übertragen wird und das Licht von λ2 ausfällt.
Abb. 1 Funktionsprinzip eines Kerr-Schwingers auf der Basis eines Mikroring-Hohlraums
Wir haben ein NAND-Gatter analysiert, das aus den in Abb. 1 dargestellten Grundelementen besteht. Alle Resonatoren sind gleich aufgebaut, und die einzigen Entwurfsparameter für die Konstruktion des logischen Gatters sind die Art und Weise, wie die Resonatoren kombiniert werden, und die Kopplung zwischen den Wellenleitern der Resonatoren. Die Konfiguration ist in Abb. 2(a) dargestellt, und die Ergebnisse der Betriebsüberprüfung sind in Abb. 2(b) zu sehen, wo die Eingänge und Ausgänge der Schaltung gezeigt werden, was darauf hindeutet, dass die gewünschte NAND-Funktion erreicht wird. In dieser Forschungsarbeit wurden auch die Auswirkungen von Herstellungsfehlern in der vorgeschlagenen Schaltung und die Toleranz gegenüber Schwankungen der Eingangsleistung zum ersten Mal in der Welt für eine solche optische Logikschaltung überprüft. Dies ist das erste Mal, dass eine solche Konstruktion im Hinblick auf ein Demonstrationsexperiment durchgeführt wurde, und wir werden weiter nach einer Struktur mit noch höherer Schwankungstoleranz suchen.
Abb. 2 (a) Photonischer Schaltkreisentwurf eines NAND-Gatters.(b) Mit CMT berechnete Eingangs- und Ausgangswellenformen.
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