Construction de portes logiques tout-optiques utilisant des résonateurs micro-optiques.
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Construction de portes logiques tout-optiques utilisant des résonateurs micro-optiques.
Analyse théorique et présentation des enjeux de la démonstration.
Des dispositifs entièrement optiques, tels que des portes logiques utilisant des résonateurs micro-optiques, devraient être réalisés en raison de leurs avantages tels que la faible consommation d'énergie et le multiplexage des signaux, mais les circuits optiques complexes doivent encore être démontrés. Dans cette étude, une configuration idéale de porte logique tout-optique est proposée pour construire un système réel dans lequel les longueurs d'onde d'entrée/sortie correspondent et les longueurs d'onde de résonance de tous les résonateurs sont communes, et son fonctionnement est démontré numériquement.
L'élément de base de la porte logique à lumière résiduelle proposée est un micro-résonateur en anneau à insertion/extraction illustré à la figure 1. Le principe du commutateur optique utilisant cet élément est présenté ci-dessous. λ1 s'écarte de la longueur d'onde du résonateur lorsqu'il n'y a pas d'entrée de lumière, mais lorsque l'entrée est allumée, la longueur d'onde de résonance du résonateur correspond à λ1 en raison de l'effet Kerr optique et la lumière λ1 d'entrée est sortie du côté de la goutte (figure 1 (gauche)). Lorsque seul λ2 est allumé, la lumière n'entre pas dans le résonateur et est transmise telle quelle car la séparation avec la fréquence de résonance est trop importante (figure 1 (centre)). Cependant, lorsque les deux λ1 et λ2 sont allumés, la fréquence de résonance correspond d'abord à λ1, et par conséquent la lumière de λ2 entre également dans le résonateur, la fréquence de résonance est encore modulée pour correspondre à λ2, et maintenant la lumière de λ1 est transmise telle quelle et la lumière de λ2 est abandonnée.
Fig. 1. Principe de fonctionnement d'un swich Kerr basé sur une cavité de microring.
Nous avons analysé une porte NON-ET composée des éléments de base présentés à la figure 1. Les résonateurs sont tous de même conception, et les seuls paramètres de conception pour la construction de la porte logique sont la manière dont les résonateurs sont combinés et le couplage entre les guides d'ondes des résonateurs. La configuration est présentée à la Fig. 2(a) et les résultats de la vérification du fonctionnement sont présentés à la Fig. 2(b), où les entrées et les sorties du circuit sont présentées, ce qui indique que le fonctionnement NAND souhaité est atteint. Dans cette recherche, les effets des erreurs de fabrication dans le circuit proposé et la tolérance aux fluctuations de la puissance d'entrée ont également été vérifiés pour la première fois au monde pour un tel circuit logique optique. C'est la première fois qu'une telle conception a été réalisée en vue d'une expérience de démonstration, et nous continuerons à rechercher une structure présentant une tolérance aux fluctuations encore plus élevée.
Fig. 2 (a) Conception du circuit photonique d'une porte NAND.(b) Formes d'onde d'entrée et de sortie calculées par CMT.
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