光子晶体全光逻辑或非门和非门的设计优化
发布时间：2020-12-17 03:22
提出了一种二维三角晶格光子晶体"或非"和"非"全光逻辑门设计。该设计使用空气中的硅介质柱光子晶体材料,其主体为四根光子晶体波导组成的四端口结构。通过平面波展开法和有限时域差分法计算了其能带结构和光学传输特性,并对其逻辑功能进行了分析。结果显示,通过控制光相位,该结构能够实现"或非"和"非"逻辑功能,结构尺寸为9.675μm×7.820μm,响应周期为0.388ps。
【文章来源】：半导体光电. 2017年01期 北大核心
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
分布示意图图１逻辑门结构及其折射率分布示意图（ｂ）
效应相消，从而实现逻辑功能。本文中所有模拟仿真以端口Ａ和Ｂ输入光相位φ＝０°，端口Ｘ输入光相位φ＝１８０°为例，其他满足条件的组合具有同样功能。（ａ）逻辑门结构示意图（ｂ）折射率分布示意图图１逻辑门结构及其折射率分布示意图本设计采用二维三角晶格光子晶体结构，图１（ｂ）为其折射率分布图，柱使用硅材料，其折射率为３．５；底板为空气，其折射率为１。器件在ｘ轴方向长度为９．６７５μｍ，ｚ轴方向宽度为７．８２０μｍ。如图２所示，通过平面波展开法计算，硅柱的半径为０．２ａ时，光子晶体具有较好的光子带隙，其归一化频带为０．２７～０．４４，晶格常数ａ为０．６４５μｍ。如图３所示，ＴＥ模式下，光子晶体的带隙位于波长１．０５６８～１．７２２２μｍ范围内，可完全覆盖波长为１．５３０～１．５６０μｍ的Ｃ波段光。为了改变光子晶体波导在Ｃ波段的色散曲线［１３－１５］，提高器件消光比，在四根波导的交汇处加入中心柱，对器件性能进行优化。目前二维光子晶体多为在介质板上打孔的结构，但是，根据奇偶模的色散曲线，板上立柱的可用带宽值大于板上打孔［１４－１５］，因此本设计选用板上立柱结构。图２硅柱半径（Ｒ单位为晶格常数ａ）与ＴＥ模带隙分布关系示意图图３本结构光子晶体频带图（ａ／λ＝０．２７～０．４４）１．２结构优化为达到最佳传输效率，通过有限时域差分法对中心柱半径进行优化。图４表示透过率Ｐｏｕｔ／Ｐｉｎ随中心柱半径Ｒｓ的变化。其中，ＰＯＷ１曲线为单输入，即端口
（ａ）逻辑门结构示意图（ｂ）折射率分布示意图图１逻辑门结构及其折射率分布示意图本设计采用二维三角晶格光子晶体结构，图１（ｂ）为其折射率分布图，柱使用硅材料，其折射率为３．５；底板为空气，其折射率为１。器件在ｘ轴方向长度为９．６７５μｍ，ｚ轴方向宽度为７．８２０μｍ。如图２所示，通过平面波展开法计算，硅柱的半径为０．２ａ时，光子晶体具有较好的光子带隙，其归一化频带为０．２７～０．４４，晶格常数ａ为０．６４５μｍ。如图３所示，ＴＥ模式下，光子晶体的带隙位于波长１．０５６８～１．７２２２μｍ范围内，可完全覆盖波长为１．５３０～１．５６０μｍ的Ｃ波段光。为了改变光子晶体波导在Ｃ波段的色散曲线［１３－１５］，提高器件消光比，在四根波导的交汇处加入中心柱，对器件性能进行优化。目前二维光子晶体多为在介质板上打孔的结构，但是，根据奇偶模的色散曲线，板上立柱的可用带宽值大于板上打孔［１４－１５］，因此本设计选用板上立柱结构。图２硅柱半径（Ｒ单位为晶格常数ａ）与ＴＥ模带隙分布关系示意图图３本结构光子晶体频带图（ａ／λ＝０．２７～０．４４）１．２结构优化为达到最佳传输效率，通过有限时域差分法对中心柱半径进行优化。图４表示透过率Ｐｏｕｔ／Ｐｉｎ随中心柱半径Ｒｓ的变化。其中，ＰＯＷ１曲线为单输入，即端口Ｘ输入；ＰＯＷ２曲线为二输入，即端口Ｘ和Ａ输入；ＰＯＷ３曲线为三输入，即端口Ｘ、Ａ和Ｂ输入。可以明显看到，当Ｒｓ＝０．１０５ａ时，Ｐ
【参考文献】：
期刊论文
[1]平面波展开法在质量分数测量上的应用研究[J]. 阿不都热苏力·阿不都热西提,帕孜来提,帕尔哈提·米吉提. 激光技术. 2014(01)
[2]二维光子晶体的能带及慢光特性研究[J]. 李彩珊,娄淑琴. 光电技术应用. 2011(06)
博士论文
[1]基于AlGaAs光学非线性效应的全光信号处理研究[D]. 李林森.华中科技大学 2012
硕士论文
[1]基于光子晶体的全光逻辑门研究[D]. 保俊杰.电子科技大学 2015
[2]基于光子晶体的全光逻辑器件的性能分析与优化设计[D]. 唐春荣.大连理工大学 2014
[3]二维光子晶体导波特性及其应用研究[D]. 徐世磊.华中科技大学 2011
[4]基于FDTD模拟TM波传播的数值稳定性分析[D]. 苏绍卓.北京邮电大学 2009
本文编号：2921324
【文章来源】：半导体光电. 2017年01期 北大核心
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
分布示意图图１逻辑门结构及其折射率分布示意图（ｂ）
效应相消，从而实现逻辑功能。本文中所有模拟仿真以端口Ａ和Ｂ输入光相位φ＝０°，端口Ｘ输入光相位φ＝１８０°为例，其他满足条件的组合具有同样功能。（ａ）逻辑门结构示意图（ｂ）折射率分布示意图图１逻辑门结构及其折射率分布示意图本设计采用二维三角晶格光子晶体结构，图１（ｂ）为其折射率分布图，柱使用硅材料，其折射率为３．５；底板为空气，其折射率为１。器件在ｘ轴方向长度为９．６７５μｍ，ｚ轴方向宽度为７．８２０μｍ。如图２所示，通过平面波展开法计算，硅柱的半径为０．２ａ时，光子晶体具有较好的光子带隙，其归一化频带为０．２７～０．４４，晶格常数ａ为０．６４５μｍ。如图３所示，ＴＥ模式下，光子晶体的带隙位于波长１．０５６８～１．７２２２μｍ范围内，可完全覆盖波长为１．５３０～１．５６０μｍ的Ｃ波段光。为了改变光子晶体波导在Ｃ波段的色散曲线［１３－１５］，提高器件消光比，在四根波导的交汇处加入中心柱，对器件性能进行优化。目前二维光子晶体多为在介质板上打孔的结构，但是，根据奇偶模的色散曲线，板上立柱的可用带宽值大于板上打孔［１４－１５］，因此本设计选用板上立柱结构。图２硅柱半径（Ｒ单位为晶格常数ａ）与ＴＥ模带隙分布关系示意图图３本结构光子晶体频带图（ａ／λ＝０．２７～０．４４）１．２结构优化为达到最佳传输效率，通过有限时域差分法对中心柱半径进行优化。图４表示透过率Ｐｏｕｔ／Ｐｉｎ随中心柱半径Ｒｓ的变化。其中，ＰＯＷ１曲线为单输入，即端口
（ａ）逻辑门结构示意图（ｂ）折射率分布示意图图１逻辑门结构及其折射率分布示意图本设计采用二维三角晶格光子晶体结构，图１（ｂ）为其折射率分布图，柱使用硅材料，其折射率为３．５；底板为空气，其折射率为１。器件在ｘ轴方向长度为９．６７５μｍ，ｚ轴方向宽度为７．８２０μｍ。如图２所示，通过平面波展开法计算，硅柱的半径为０．２ａ时，光子晶体具有较好的光子带隙，其归一化频带为０．２７～０．４４，晶格常数ａ为０．６４５μｍ。如图３所示，ＴＥ模式下，光子晶体的带隙位于波长１．０５６８～１．７２２２μｍ范围内，可完全覆盖波长为１．５３０～１．５６０μｍ的Ｃ波段光。为了改变光子晶体波导在Ｃ波段的色散曲线［１３－１５］，提高器件消光比，在四根波导的交汇处加入中心柱，对器件性能进行优化。目前二维光子晶体多为在介质板上打孔的结构，但是，根据奇偶模的色散曲线，板上立柱的可用带宽值大于板上打孔［１４－１５］，因此本设计选用板上立柱结构。图２硅柱半径（Ｒ单位为晶格常数ａ）与ＴＥ模带隙分布关系示意图图３本结构光子晶体频带图（ａ／λ＝０．２７～０．４４）１．２结构优化为达到最佳传输效率，通过有限时域差分法对中心柱半径进行优化。图４表示透过率Ｐｏｕｔ／Ｐｉｎ随中心柱半径Ｒｓ的变化。其中，ＰＯＷ１曲线为单输入，即端口Ｘ输入；ＰＯＷ２曲线为二输入，即端口Ｘ和Ａ输入；ＰＯＷ３曲线为三输入，即端口Ｘ、Ａ和Ｂ输入。可以明显看到，当Ｒｓ＝０．１０５ａ时，Ｐ
【参考文献】：
期刊论文
[1]平面波展开法在质量分数测量上的应用研究[J]. 阿不都热苏力·阿不都热西提,帕孜来提,帕尔哈提·米吉提. 激光技术. 2014(01)
[2]二维光子晶体的能带及慢光特性研究[J]. 李彩珊,娄淑琴. 光电技术应用. 2011(06)
博士论文
[1]基于AlGaAs光学非线性效应的全光信号处理研究[D]. 李林森.华中科技大学 2012
硕士论文
[1]基于光子晶体的全光逻辑门研究[D]. 保俊杰.电子科技大学 2015
[2]基于光子晶体的全光逻辑器件的性能分析与优化设计[D]. 唐春荣.大连理工大学 2014
[3]二维光子晶体导波特性及其应用研究[D]. 徐世磊.华中科技大学 2011
[4]基于FDTD模拟TM波传播的数值稳定性分析[D]. 苏绍卓.北京邮电大学 2009
本文编号：2921324
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