基于光学单环镶嵌式谐振腔的2线-4线译码器制造技术

本发明专利技术提出了基于光学单环镶嵌式谐振腔的2线

【技术实现步骤摘要】
基于光学单环镶嵌式谐振腔的2线
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4线译码器


[0001]本专利技术涉及的是一种基于光学单环镶嵌式谐振腔的2线
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4线译码器，可对输入系统的信号进行编码处理，实现2线
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4线译码器功能，属于光电集成电路


技术介绍

[0002]进入二十一世纪以来，我们进入了全面信息时代。在信息高速发展的时代，人们对于信息处理的可靠性与有效性有了越来越高的要求。目前利用集成电子电路进行数据处理，由于受到量子隧穿效应的限制，导致其集成度很难按照摩尔定律继续提高，于是电子信息处理速率受到了物理特性的限制，与信息传输高速率要求的矛盾逐渐显现，光通信由于自身的显著优势被人们所关注。与电子电路相比，光计算网络以光速运行，具有器件延时小，计算效率高、抗电磁干扰、传输损耗低、功耗低等优势，因此光子计算相关器件发展迅速。在由电逻辑处理向光信息处理转变的过程中，依赖于各种光电子器件，光电子器件需要依靠各类逻辑器件来构成，2线
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4线译码器作为数字电路的基本逻辑部件，可以将具有特定含义的二进制编码进行辨别，并转换成控制信号。我们提出了一种基于光学单环镶嵌式谐振腔的2线
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4线译码器，可实现对输入的两路二进制码进行译码处理，对于译码器状态的改变采用的是应力调控的方式(即，应力光调制器)，可以减少系统的功耗；同时，采用了单环镶嵌式谐振腔构建了逻辑门，相比双环的逻辑门结构，其集成度更高，将逻辑运算结果以光的形式从特定的端口输出。此外，该结构可以利用微纳加工工艺制备，具有与CMOS工艺兼容、尺寸小巧、能耗低等优势，有助于提升光子器件的性能。

技术实现思路

[0003]本专利技术提出了一种基于光学单环镶嵌式谐振腔的2线
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4线译码器。有着体积小、集成度高、低损耗、低功耗、抗电磁干扰等优点。
[0004]基于光学单环镶嵌式谐振腔的2线
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4线译码器，包括：信号发生器、可调谐激光器、衰减器、偏振控制器、分束器、2线
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4线译码器单元、数据采集和处理系统。
[0005]所述的译码器单元由第一直流电压源、第二直流电压源、第三直流电压源、第一电压转换电路、第二电压转换电路、第一光学逻辑光学逻辑非门、第二光学逻辑光学逻辑非门、第一光学逻辑与非门、第二光学逻辑与非门、第三光学逻辑与非门、第四光学逻辑与非门、第一光电探测器、第二光电探测器、第三光电探测器、第四光电探测器、第五光电探测器、第六光电探测器构成。
[0006]所述光学逻辑门结构均相同，其中包括：第一2
×
2耦合器、第二2
×
2耦合器、第三2
×
2耦合器、第四2
×
2耦合器以及第一应力光调制器、第二应力光调制器、第三应力光调制器、第四应力光调制器，2
×
2耦合器之间用波导连接，形成单环镶嵌式谐振腔。其中，四个2
×
2耦合器的基本结构均为马赫
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曾德尔干涉仪，在干涉仪的一臂上附上一层由电压控制的PZT作为应力光调制器，通过施加电压信号令PZT发生形变，从而改变该臂的臂长、调制所在光路中光的相位，进而控制相应耦合器的耦合系数。第一2
×
2耦合器、第二2
×
2耦合器、第
三2
×
2耦合器、第四2
×
2耦合器的耦合系数分别由第一应力光调制器、第二应力光调制器、第三应力光调制器、第四应力光调制器控制。各光学逻辑门的不同之处在于通过对应力光调制器输入不同的电压信号改变其耦合系数以及输出端口的不同使得该结构实现不同的逻辑功能。
[0007]所述的信号发生器输出两路信号，一路送入可调谐激光器的电压调谐端口，用于扫描激光器的波长，另一路送入数据采集和处理系统。两路待运算电压信号分别在第一直流电压源、第二直流电压源的位置输入，第一直流电压源输出的一路电压信号经第一电压转换电路输出对应电压信号送入第一光学逻辑非门，另一路经第三电压转换电路输出对应电压信号送入第三光学逻辑与非门和第四光学逻辑与非门；第二直流电压源输出的一路电压信号经第二电压转换电路输出对应电压信号送入第二光学逻辑非门，另一路经第四电压转换电路输出对应电压信号送入第二光学逻辑与非门和第四光学逻辑与非门；第三直流电压源输出的一路电压信号作为固定电压信号送入第一光学逻辑非门和第二光学逻辑非门。
[0008]电压转换电路可首先检测数字系统中电压信号的电平高低，并将其转化为对应的电压信号值，不同转换电路转换的对应电压值不同。
[0009]例如，待运算电压值低于1.35V时为低电平，大于2V时为高电平。信号通过第一电压转换电路时，当输入低电平将其转换为2.7V电压，当输入高电平将其转换为13.0V电压；信号通过第二电压转换电路时，当输入低电平将其转换为2.7V电压，当输入高电平将其转换为13.0V电压；信号通过第三电压转换电路时，当输入低电平将其转换为13.0V电压，当输入高电平将其转换为8.3V电压，信号通过第四电压转换电路时，当输入低电平将其转换为4.6V电压，当输入高电平将其转换为11.1V电压。第一光学逻辑非门输出的光信号通过第一光电探测器转换为相应电压值送入第一光学逻辑与非门和第二光学逻辑与非门；第二光学逻辑非门输出的光信号通过第二光电探测器转换为相应电压值送入第一光学逻辑与非门和第三光学逻辑与非门，最终由四个光学逻辑与非门将运算结果输出。
[0010]可调谐激光器输出的光通过衰减器与偏振控制器，经由分束器将激光分成六束分别经由第一光学逻辑光学逻辑非门、第二光学逻辑光学逻辑非门、第一光学逻辑与非门、第二光学逻辑与非门、第三光学逻辑与非门、第四光学逻辑与非门的第一2
×
2耦合器传送入单环镶嵌式谐振腔，在腔内经过第二2
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2耦合器、第三2
×
2耦合器、第四2
×
2耦合器多次循环后，光学逻辑非门和光学逻辑与非门由单环镶嵌式谐振腔第一2
×
2耦合器的输出端输出逻辑门运算结果，第一光学逻辑非门输出结果送至第一光电探测器的接收端，第二光学逻辑非门输出结果送至第二光电探测器的接收端，第一光学逻辑与非门输出结果送至第三光电探测器的接收端，第二光学逻辑与非门输出结果送至第四光电探测器的接收端，第三光学逻辑与非门输出结果送至第五光电探测器的接收端，第四光学逻辑与非门输出结果送至第六光电探测器的接收端；第一光电探测器将第一光学逻辑非门的光输出转化为第一光学逻辑与非门和第二光学逻辑与非门逻辑运算系统可接受的电压信号，送入第一光学逻辑与非门和第二光学逻辑与非门的第一应力光调制器和第三应力光调制器，第二光电探测器将第二光学逻辑非门的光输出转化为第一光学逻辑与非门和第三光学逻辑与非门逻辑运算系统可接受的电压信号，送入第一光学逻辑与非门和第三光学逻辑与非门的第一应力光调制器和第三应力光调制器。第一光学逻辑与非门、第二光学逻辑与非门、第三光学本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于光学单环镶嵌式谐振腔的2线
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4线译码器，其特征在于：构建光学单环镶嵌式谐振腔的2线
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4线译码器的系统包括信号发生器、可调谐激光器、衰减器、偏振控制器、分束器、译码器单元、数据采集和处理系统；所述的译码器单元包括：第一直流电压源、第二直流电压源、第三直流电压源、第一电压转换电路、第二电压转换电路、第三电压转换电路、第四电压转换电路、第一光学逻辑非门、第二光学逻辑非门、第一光学逻辑与非门、第二光学逻辑与非门、第三光学逻辑与非门、第四光学逻辑与非门、第一光电探测器、第二光电探测器、第三光电探测器、第四光电探测器、第五光电探测器、第六光电探测器；所述的第一光学逻辑非门包括：第一2
×
2耦合器、第二2
×
2耦合器、第三2
×
2耦合器、第四2
×
2耦合器以及第一应力光调制器、第二应力光调制器、第三应力光调制器、第四应力光调制器；所述的第二光学逻辑非门包括：由第一2
×
2耦合器、第二2
×
2耦合器、第三2
×
2耦合器、第四2
×
2耦合器以及第一应力光调制器、第二应力光调制器、第三应力光调制器、第四应力光调制器构成；所述的第一光学逻辑与非门包括：由第一2
×
2耦合器、第二2
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2耦合器、第三2
×
2耦合器、第四2
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2耦合器以及第一应力光调制器、第二应力光调制器、第三应力光调制器、第四应力光调制器构成；所述的第二光学逻辑与非门包括：由第一2
×
2耦合器、第二2
×
2耦合器、第三2
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2耦合器、第四2
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2耦合器以及第一应力光调制器、第二应力光调制器、第三应力光调制器、第四应力光调制器构成；所述的第三光学逻辑与非门包括：由第一2
×
2耦合器、第二2
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2耦合器、第三2
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2耦合器、第四2
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2耦合器以及第一应力光调制器、第二应力光调制器、第三应力光调制器、第四应力光调制器构成；所述的第四光学逻辑与非门包括：由第一2
×
2耦合器、第二2
×
2耦合器、第三2
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2耦合器、第四2
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2耦合器以及第一应力光调制器、第二应力光调制器、第三应力光调制器、第四应力光调制器构成；所述的信号发生器输出两路信号，一路送入可调谐激光器的电压调谐端口，用于扫描激光器的波长，另一路送入数据采集和处理系统；2线
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4线译码器单元结构的第一路待运算电压信号在第一直流电压源的位置输入，经第一电压转换电路送入第一光学逻辑非门的第一应力光调制器和第三应力光调制器，经第三电压转换电路送入第三光学逻辑与非门的第一应力光调制器和第三应力光调制器以及第四光学逻辑与非门的第一应力光调制器和第三应力光调制器；第二路待运算电压信号在第二直流电压源的位置输入，经第二电压转换电路送入第二光学逻辑非门的第一应力光调制器和第三应力光调制器，经第四电压转换电路送入第二光学逻辑与非门的第二应力光调制器和第四应力光调制器以及第四光学逻辑与非门的第二应力光调制器和第四应力光调制器；第三路待运算电压信号在第三直流电压源的位置输入，作为固定电压信号送入第一光学逻辑非门的第二应力光调制器和第四应力光调制器和第二光学逻辑非门的第二应力光调制器和第四应力光调制器；电压转换电路可首先检测数字系统中电压信号的电平高低，并将其转化为对应的电压信号值，不同转换电路转换的对应电压值不同；
第一光学逻辑非门输出的光信号通过第一光电探测器转换为相应电压值送入第一光学逻辑与非门的第一应力光调制器和第三应力光调制器和第二光学逻辑与非门的第一应力光调制器和第三应力光调制器；第二光学逻辑非门输出的光信号通过第二光电探测器转换为相应电压值送入第一光学逻辑与非门的第二应力光调制器和第四应力光调制器和第三光学逻辑与非门的第二应力光调制器和第四应力光调制器，第一光学逻辑与非门、第二光学逻辑与非门、第三光学逻辑与非门、第四光学逻辑与非门输出光信号分别通过第一光电探测器、第二光电探测器、第三光电探测器、第四光电探测器转换为电信号，将运算结果输出到数据采集和处理系统显示计算结果。2.根据权利要求1所述的基于光学单环镶嵌式谐振腔的4线
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2线编码器，其特征在于：当第一直流电压源产生低电平时，信号通过第一电压转换电路将其转换为2.7V电压，第一光学逻辑非门的第一2
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2耦合器和第三2
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2耦合器的耦合系数r1为0.1，通过第三电压转换电路将其转换为13.0V电压，第三光学逻辑与非门的第一2
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2耦合器和第三2
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2耦合器的耦合系数r9为0.9，第四光学逻辑与非门的第一2
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2耦合器和第三2
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2耦合器的耦合系数r
11
为0.9；当第一直流电压源产生高电平时，信号通过第一电压转换电路将其转换为13.0V电压，第一光学逻辑非门的第一2
×
2耦合器和第三2
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2耦合器的耦合系数r1为0.9，通过第三电压转换电路将其转换为8.3V电压，第三光学逻辑与非门的第一2
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2耦合器和第三2
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2耦合器的耦合系数r9为0.6，第四光学逻辑与非门的第一2
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2耦合器和第三2
×
2耦合器的耦合系数r
11
为0.6；当第二直流电压源产生低电平时，信号通过第二电压转换电路将其转换为2.7V电压，第二光学逻辑非门的第一2
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【专利技术属性】
技术研发人员：于长秋，王晓旭，燕玉明，马世昌，陈志远，金蒙豪，周铁军，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：