使用非线性元件的全光逻辑门制造技术

一种全光逻辑门，包括非线性元件，例如光学谐振器，其被配置成接收光输入信号，这些信号中的至少一个被调幅以包括数据。相对于光输入信号的载频对所述非线性元件进行配置，以基于与所述载频的谐振频率相关联的非线性元件谐振频率进行逻辑操作。所述非线性元件基于所述光输入信号产生具有二值逻辑电平的光输出信号。可使用组合介质来组合这些光输入信号供非线性元件进行鉴别，以产生所述光输出信号。各种实施例包括全光与门（ＡＮＤ）、非门（ＮＯＴ）、与非门（ＮＡＮＤ）、或非门（ＮＯＲ）、或门（ＯＲ）、异或门（ＸＯＲ）、异或非门（ＸＮＯＲ）以及存储锁存器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用作全光逻辑门的光学设备。更具体地，数字光信号被组 合并被提供给非线性元件，如光学谐振器或谐振腔开关，它们的谐振频率 被调整为产生期望的逻辑输出信号。
技术介绍
在电子设备中，由晶体管构成的逻辑门构成数字电路的基本元件。所 述门接^于电压的输入，产生与期望的逻辑功能对应的基于电压的输出 信号。近年来，人们已开始对开发与电子逻辑门的特性类似的光学设备产生 兴趣。产生这种兴趣的原因在于光信号在集成电路中可比电信号传输得 快，因为光信号不受电容的制约，而电容使逻辑状态之间的切换速度减慢。鉴于对更快切换itJL的需求不断增长，因此预期在将来，如果在电子学方 面缺乏显著的技术进步，则对数字光学设备的使用即使不是必须的也将会 变得越来越令人期望。然而，使用光学设备形成集成逻辑电路存在特别的挑战。由于光的特 性，光进行传播但不能被存储。在所期望的长的时间内稳定地代表一个逻 辑电平的能力成为一个问题。因此，期望提供可用于使用光信号稳定地代 表逻辑状态的光逻辑门。再有，已经建立了使用光部件的产业，这些光部件主要使用调幅光信 号，其中光脉冲的振幅或强度代表数字逻辑状态。任何能够在光学上对数 据进行存储和处理的能力理想上也应当与现有的光通信Mi更施兼容。在一些光调制方案中，由多于两个的波幅电平来代表数据。这种做法制。例如，在与(AND)门中，如果两个脉冲都处于高或"1"逻辑电平， 在本例中用为"1"的振幅代表，那么输出的振幅将是这两个电平的线性 和或"2"。然后，将"2"传输到下一级的逻辑门，该下一级必须被配置成将"2"解释为代表高逻辑电平，而将"1"或"0"解释为代表低逻辑 电平。这样，当逻辑门被级联时，两个或更多个高电平相加的问题变得更 加复杂。所以，人们希望提供能避免这一问题的光电路。当信号穿过光学设备传播时，传播损失变成通常会阻止光学设备级联 的重要问题。再有，实现在密集集成的基片中向光信号提供增益在当前有 技术上的和实践中的障碍。如果能以其他方式管理数字光信号的恢复，则 对若干光逻辑门的级联将是可能的。非线性光学谐振腔通常用于实现全光切换。术语"非线性"特指一种 谐振器，构成该谐振器的材料的折射率依赖于谐振器内部的强度或功率。 入射功率依赖于输入信号的组合，而入射功率又决定谐振器内部的折射 率。谐振器的谐振频率对其折射率的依赖关系如下f=qc/2nL,其中f是谐振器的谐振频率，c是光速，L是谐振器的长度，q是一个正 整数，ii是折射率。谐振器的无栽折射率和长度可被调整，使得谐振频率 与输入载频略有不同，由此使得只有具有足够功率的光才能增大或减小谐 振器的折射率达到足以使谐振器的谐振频率移动至等于输入的栽频。一旦 输入光在谐振器内谐振，则光子有高得多的谐振器寿命，由此有更大比例 的输入被传输通，谐振器作为输出,。谐振器能根据所设计的，入功率的量关最常见的形式的原因。足够的功率能使非线性谐振器切换到传输，然而，更大的输入功率量 将进一步使谐振器的谐振频率移动，直至它不再与载频匹配，从而切断输 出。这种特性总被认为是不希望有的，因为传统的数字设计要求一旦达到 阈值就有恒定的输出电平，而不管输入电平如何。在研究和产业界，当前 的思想和技术未能认识到这一特性反而会通过以下方式而对设计者有好 处实现全光逻辑将会比现在更加受欢^fc被考虑。通过使非线性谐振器的无载谐振频率等于输入载频，所述非线性谐振 器还可起到与上述解谐谐振器相反的作用。具有相对较低功率的输入将被 传输，而具有相对较高功率的输入将使谐振器移出谐振状态从而切断输 出。人们至今还没有认识到，如果与上述其他特性结合使用，那么非线性 元件的这种相反功能是有用的。
技术实现思路
本专利技术在各种实施例中公开的设备相应地克服了 一个或多个上述问 题，并实现了下述进一步的优点。根据本专利技术的逻辑门接收一个或多个数字调幅光输入信号。在一些实施例中，所述光输入信号之一是来自例如激光源的连续波(cw)光。所述逻辑门包括非线性元件，其接收光输入信号或它们的组合得到的组^ft 号，以及非线性地鉴别逻辑电平以产生具有二值逻辑电平的光输出信号。 所述非线性元件可包括光学谐振器或谐振腔，其被配置成相对于光输入信 号的载频被调谐，以实现特定的逻辑操作。在一些实施例中，所述逻辑门 包括组合介质，用于接收和组合光输入信号以产生组合信号，所述组合介 质将所述组合信号输出到所述非线性元件用于逻辑电平鉴别。在另 一些实 施例中，这些光输入信号被提供给非线性元件，所述非线性元件有效地组 合和鉴别它们的逻辑电平。在一些实施例中， 一个或多个波导被用于将光 输入信号引导至该组合介质或非线性元件。在一些实施例中， 一个或多个 波导可用于接收来自非线性元件的光输出信号，并将其作为逻辑门的输出 提供给下游元件。逻辑门可被串联地光学耦合在一起，以形成能实现几乎任何逻辑功能的光电路。单个的或组合的逻辑门能实现与门(AND)、非 门(NOT )、与非门(NAND )、或非门(NOR )、或门(OR )、异或门(XOR )、 以及异或非门(XNOR)等逻辑^Mt。所述非线性元件用作响应光输入信号的逻辑电平的开关，并根据该非 线性元件如何被调谐至输入载频或与输入载频失谐而将其输出从"断"切 换到"通，，或从"通"切换到"断"。再有，通过改变失谐量，能改变切 换所需的输入功率量。通过适当安排输入的个数，并定制每个非线性元件 的无载和有载的谐振频率，无须使用任何电子器件便能以具有竟争力的切 换速度实现选定的逻辑功能。再有，如果连续光也被耦合到非线性元件作 为光输入信号之一，则可在光电路的每一级恢复光强度(即逻辑电平)。 如果这个连续光被用于4吏非线性元件保持在最大传输，则额外的数据脉冲 将使该非线性元件移出谐振状态，这将产生全光逻辑反转。因为全光强度 可恢复逻辑门是可能的，稳定的全光存储器是本专利技术的另一个可能的实施 例。附图说明在一般性描述本专利技术之后，现在将参考附图。这些图并不一定^1按比例绘出的，其中图1是在输入到非线性元件的光强度不足以驱动其谐振频率相对于 输入光频率失谐的非线性元件1谐振状态的情况下，非线性元件(例如 光学谐振器)传输百分比与输入到非线性元件的光频率之间的关系图。图2是非线性元件传输百分比与输入到非线性元件的光频率之间的 关系图，显示当输入M够强时非线性元件转入谐振和光传输。图3是全光>^相器(非(NOT)门)的平面图，所述>^相器包括作 为一个输入光信号的连续波(CW)光，作为第二个光输入信号的为零值 的数据输入，以及处于谐振或传输模式的非线性元件(例如光学谐振器)。 在该非线性元件上方是元件传输与频率的关系图，垂直线^表光的载频。图4是全光反相器(非(NOT)门)的平面图，所述>11相器包括作 为一个输入光信号的连续波(CW)光，作为第二个光输入信号的为"通" (即高振幅或逻辑电平)的数据输入，以及处于非谐振或不透;5^式的非 线性元件。在该非线性元件上方是元件传输与频率的关系图，垂直线代表 光的载频。图5是全光与(AND)门的平面图，所述与门包括两个光输入信号， 其数据为零振幅(即低振幅或逻辑电平)，以及处于非谐振或不透光模式 的非线性元件。在该非线性元件上方是元件本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种接收光输入信号的全光逻辑门，所述全光逻辑门包括：　非线性元件，被配置成具有相对于光输入信号频率中的至少一个限定的谐振频率，使得所述非线性元件根据光输入信号的二值逻辑电平进行逻辑操作，以产生具有振幅的光输出信号，所述光输出信号的振幅具有二值逻辑电平。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：约翰卢瑟科维，
申请(专利权)人：科维特克有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]