利用微光谐振器构建全光逻辑门。

研究

利用微光谐振器构建全光逻辑门。

理论分析和提出问题进行论证。

全光器件,如使用微型光学谐振器的逻辑门,由于其低功耗和信号复用等优点,有望实现,但复杂的光电路还没有得到证明。在这项研究中,提出了一个理想的全光逻辑门配置,以构建一个实际的系统,其中输入/输出波长匹配,所有谐振器的共振波长是共同的,并对其操作进行了数字演示。

所提出的余光逻辑门的基本元素是一个加减法微环谐振器,如图1所示。使用该元件的光开关原理如下。当没有光输入时,λ1偏离谐振器的波长,但当输入被打开时,由于光学克尔效应,谐振器的谐振波长与λ1相匹配,输入的λ1光在下降端输出(图1(左侧))。当只有λ2开启时,由于与谐振频率的间隔太大,光不会进入谐振器,而是原封不动地传送出去(图1(中心))。然而,当λ1和λ2都打开时,谐振频率首先与λ1匹配,结果λ2的光也进入谐振器,谐振频率被进一步调制以与λ2匹配,现在λ1的光被原样传输,而λ2的光被丢弃。

图1 基于微镜腔的凯尔交换器的工作原理

我们分析了一个由图1所示基本元素组成的NAND门。谐振器的设计都是一样的,构建逻辑门的唯一设计参数是谐振器的组合方式和谐振器波导之间的耦合。配置如图2(a)所示,操作验证结果如图2(b)所示,其中显示了电路的输入和输出,表明实现了预期的NAND操作。在这项研究中,所提出的电路中的制造误差的影响以及对输入功率波动的容忍度也得到了验证,这在世界范围内是第一次对这种光逻辑电路进行验证。这是第一次以演示实验的方式进行这样的设计,我们将继续寻找一个具有更高的波动容忍度的结构。

图2 (a) NAND门的光子电路设计。(b) 由CMT计算的输入和输出波形。

这项研究的结果发表在Optics Express 22, 4466-4479(2014)。