一种多逻辑功能的太赫兹微纳光学逻辑器件及其操作方法技术

本发明专利技术提供了一种多逻辑功能的太赫兹微纳光学逻辑器件及其操作方法。该方案包括非金属衬底、矩形谐振腔、受控端、第一输入端、第二输入端、输出端、信号光、输入信号、输出信号、器件本体；非金属衬底、矩形谐振腔、受控端、输入端和输出端都在器件本体的表面上，非金属衬底为石英基板，矩形谐振腔为第一石墨烯纳米线，矩形谐振腔在器件本体中央，输入端和受控端均为第二石墨烯纳米线，受控端在矩形谐振腔正上方，输入端位于矩形谐振腔的两侧，输出端在矩形谐振腔正下方，信号光为矩形谐振腔的谐振波长，信号光入射方向为器件本体正上方。该方案通过采用亚波长结构的微纳米光器件，利用受控端使光学逻辑器件对同一入射波长上实现多个逻辑操作。逻辑操作。逻辑操作。

【技术实现步骤摘要】
一种多逻辑功能的太赫兹微纳光学逻辑器件及其操作方法


[0001]本专利技术涉及光学器件
，更具体地，涉及一种多逻辑功能的太赫兹微纳光学逻辑器件及其操作方法。

技术介绍

[0002]电子逻辑器件作为电子集成电路的重要组成元件之一，在对信息的传输与数据的处理上扮演着非常重要的角色。在近几十年里，电子逻辑器件由于受到其自身固有的热损耗和延迟差等缺陷的影响，极大地限制了信息传输与数据处理技术在未来的发展。近年来，亚波长结构的微纳器件由于体型小、结构紧凑、低成本、高效率等特点，在微计算系统和高度集成化系统中具有重大的应用前景，引起了极大的关注，诸多基于石墨烯的光子微纳结构和器件被相继提出并广泛应用于各个领域之中。例如，运用于生物传感领域中的光学微纳传感器、运用于微成像领域中的光学微纳透镜、运用于光电集成一体化系统的光学开关、光学逻辑门、光学探测器等。
[0003]与电子逻辑器件相比，光学逻辑器件以其低损耗、低成本、超高速、超宽带等优点而受到了广泛的关注与研究，被认为是取代电子逻辑器件的候选器件，并有望成为大规模光子集成电路的重要板块之一，实现对信息以及数据的超高速、低损耗、大容量传输与处理。
[0004]在本专利技术技术之前，现有的技术多采用电子逻辑器件，导致成本高，速度慢。少部分方案采用了光逻辑器件，但是尚无法实现一个波长下多个逻辑功能操作，导致在进行多个逻辑操作时，需要反复的变换信号光的波长，操作过程复杂。

技术实现思路

[0005]鉴于上述问题，本专利技术提出了一种多逻辑功能的太赫兹微纳光学逻辑器件及其操作方法，该方案可通过采用亚波长结构的微纳米光器件，利用受控端使光学逻辑器件对同一入射波长上实现多个逻辑操作。
[0006]根据本专利技术实施例的第一方面，提供一种多逻辑功能的太赫兹微纳光学逻辑器件。
[0007]在一个或多个实施例中，优选地，所述的一种多逻辑功能的太赫兹微纳光学逻辑器件具体包括：非金属衬底、矩形谐振腔、受控端、第一输入端、第二输入端、输出端、信号光、输入信号、输出信号、器件本体；所述非金属衬底、所述矩形谐振腔、所述受控端、所述第一输入端、所述第二输入端和所述输出端都在所述器件本体的表面上，所述非金属衬底为石英基板，所述矩形谐振腔为第一石墨烯纳米线，所述矩形谐振腔位于所述器件本体中央，所述第一输入端、所述第二输入端和所述受控端均为第二石墨烯纳米线，所述受控端位于所述矩形谐振腔正上方，所述第一输入端和所述第二输入端位于所述矩形谐振腔的两侧，所述输出端位于所述矩形谐振腔正下方，所述信号光为所述矩形谐振腔的谐振波长，所述信号光的入射方向为所述器件本体正上方，所述第一输入端和所述第二输入端对应的所述
输入信号为电信号，所述器件本体对应的所述输出信号为透过器件下表面的光信号。
[0008]在一个或多个实施例中，优选地，所述非金属衬底的长度为800nm至1200nm，所述非金属衬底的宽度为1000nm至1500nm，所述非金属衬底的厚度为100nm至200nm。
[0009]在一个或多个实施例中，优选地，所述第一石墨烯纳米线的长度为100nm至660nm，所述第一石墨烯纳米线的宽度为100nm至500nm。
[0010]在一个或多个实施例中，优选地，所述受控端与所述矩形谐振腔的距离为50nm至100nm；所述第一输入端、所述第二输入端与所述矩形谐振腔的距离均为30nm至120nm；所述输出端与所述矩形谐振腔的距离为40nm至100nm。
[0011]在一个或多个实施例中，优选地，所述受控端与一个可调负载的第一电压源电连接，所述第一输入端、所述第二输入端分别与可调负载的第二电压源、第三电压源电连接。
[0012]根据本专利技术实施例的第二方面，提供一种多逻辑功能的太赫兹微纳光学逻辑器件的操作方法。
[0013]在一个或多个实施例中，优选地，所述的一种多逻辑功能的太赫兹微纳光学逻辑器件的操作方法具体包括：
[0014]通过负载电压控制受控端的费米能级；
[0015]获取所述受控端的当前状态，其中，所述当前状态包括模式一状态和模式二状态；
[0016]当所述受控端处于所述模式一状态时，通过负载电压控制第一输入端和第二输入端的费米能级，输入的信号光不能从所述受控端耦合进矩形谐振腔内，在器件本体下表面探测光信号；
[0017]当所述受控端处于所述模式二状态时，通过负载电压控制所述第一输入端和所述第二输入端的费米能级，输入的所述信号光从所述受控端耦合进所述矩形谐振腔内，在所述器件本体下表面探测光信号。
[0018]在一个或多个实施例中，优选地，当调节负载电压使得所述受控端处于所述模式一状态时，所述受控端的石墨烯纳米线的费米能级为第一费米能级；
[0019]当调节负载电压使得所述受控端处于所述模式二状态时，所述受控端的石墨烯纳米线的费米能级为第二费米能级。
[0020]在一个或多个实施例中，优选地，所述当所述受控端处于所述模式一状态时，通过负载电压控制第一输入端和第二输入端的费米能级，输入的信号光不能从所述受控端耦合进矩形谐振腔内，在器件本体下表面探测光信号，具体包括：
[0021]当调节负载电压使得所述受控端处于所述模式一状态时，所述信号光从器件正上方入射到器件表面；
[0022]通过调节所述第一输入端的负载电压使得所述第一输入端的为第一费米能级，通过调节所述第二输入端的负载电压使得所述第二输入端的为第一费米能级，所述第一输入端和所述第二输入端不满足光学谐振条件，在所述器件本体下表面探测光信号；
[0023]通过调节所述第一输入端的负载电压使得所述第一输入端的为第二费米能级，通过调节所述第二输入端的负载电压使得所述第二输入端的为第二费米能级，所述信号光耦合进所述矩形谐振腔内，在谐振腔内发生破坏性干涉，在所述器件本体下表面探测光信号；
[0024]通过调节所述第一输入端的负载电压使得所述第一输入端的为第一费米能级，通过调节所述第二输入端的负载电压使得所述第二输入端的为第二费米能级，在满足光学谐
振条件的前提下，输入端石墨烯纳米线耦合到所述矩形谐振腔，在所述器件本体下表面探测光信号；
[0025]通过调节所述第一输入端的负载电压使得所述第一输入端的为第二费米能级，通过调节所述第二输入端的负载电压使得所述第二输入端的为第一费米能级，在满足光学谐振条件的前提下，输入端石墨烯纳米线耦合到所述矩形谐振腔，在所述器件本体下表面探测光信号。
[0026]在一个或多个实施例中，优选地，所述当所述受控端处于所述模式二状态时，通过负载电压控制所述第一输入端和所述第二输入端的费米能级，输入的所述信号光从所述受控端耦合进所述矩形谐振腔内，在所述器件本体下表面探测光信号，具体包括：
[0027]当调节负载电压使得所述受控端处于所述模式二状态时，所述信号光从器件正上方入射到器件表面；
[0028]通过调节所述第一输入端的负载电压使得所述第一输入端的为第一费米能级，通过调节所述第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多逻辑功能的太赫兹微纳光学逻辑器件，其特征在于，包括：非金属衬底、矩形谐振腔、受控端、第一输入端、第二输入端、输出端、信号光、输入信号、输出信号、器件本体；所述非金属衬底、所述矩形谐振腔、所述受控端、所述第一输入端、所述第二输入端和所述输出端都在所述器件本体的表面上，所述非金属衬底为石英基板，所述矩形谐振腔为第一石墨烯纳米线，所述矩形谐振腔位于所述器件本体中央，所述第一输入端、所述第二输入端和所述受控端均为第二石墨烯纳米线，所述受控端位于所述矩形谐振腔正上方，所述第一输入端和所述第二输入端位于所述矩形谐振腔的两侧，所述输出端位于所述矩形谐振腔正下方，所述信号光为所述矩形谐振腔的谐振波长，所述信号光的入射方向为所述器件本体正上方，所述第一输入端和所述第二输入端对应的所述输入信号为电信号，所述器件本体对应的所述输出信号为透过器件下表面的光信号。2.如权利要求1所述的一种多逻辑功能的太赫兹微纳光学逻辑器件，其特征在于，所述非金属衬底的长度为800nm至1200nm，所述非金属衬底的宽度为1000nm至1500nm，所述非金属衬底的厚度为100nm至200nm。3.如权利要求1所述的一种多逻辑功能的太赫兹微纳光学逻辑器件，其特征在于，所述第一石墨烯纳米线的长度为100nm至660nm，所述第一石墨烯纳米线的宽度为100nm至500nm。4.如权利要求1所述的一种多逻辑功能的太赫兹微纳光学逻辑器件，其特征在于，所述受控端与所述矩形谐振腔的距离为50nm至100nm；所述第一输入端、所述第二输入端与所述矩形谐振腔的距离均为30nm至120nm；所述输出端与所述矩形谐振腔的距离为40nm至100nm。5.如权利要求1所述的一种多逻辑功能的太赫兹微纳光学逻辑器件，其特征在于，所述受控端与一个可调负载的第一电压源电连接，所述第一输入端、所述第二输入端分别与可调负载的第二电压源、第三电压源电连接。6.一种多逻辑功能的太赫兹微纳光学逻辑器件的操作方法，其特征在于，该方法包括：通过负载电压控制受控端的费米能级；获取所述受控端的当前状态，其中，所述当前状态包括模式一状态和模式二状态；当所述受控端处于所述模式一状态时，通过负载电压控制第一输入端和第二输入端的费米能级，输入的信号光不能从所述受控端耦合进矩形谐振腔内，在器件本体下表面探测光信号；当所述受控端处于所述模式二状态时，通过负载电压控制所述第一输入端和所述第二输入端的费米能级，输入的所述信号光从所述受控端耦合进所述矩形谐振腔内，在所述器件本体下表面探测光信号。7.如权利要求6所述的一种多逻辑功能的太赫兹微纳光学逻辑器件的操作方法，其特征在于，当调节负载电压使得所述受控端处于所述模式一状态时，所述受控端的石墨烯纳米线的费米能级为第一费米能级；当调节负载电压使得所述受控端处于所述模式二状态时，所述受控端的石墨烯纳米线的费米能级为第二费米能级。8.如权利要求6所述的一种多逻辑功能的太赫兹微纳光学逻辑器件的操作方法，其特征在于，所述当所述受控端处于所述模式一状态时，通过负载电压控制第一输入端和第二
输入端的费米能级，输入的信号光不能从所述受控端耦合进矩形谐振腔内，在器件本体下表面探测光信号，具体包括：当调节负载...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭健平，黄裕乐，魏正军，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：