提出了一種二維三角晶格光子晶體"或非"和"非"全光邏輯門設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)使用空氣中的硅介質(zhì)柱光子晶體材料,其主體為四根光子晶體波導(dǎo)組成的四端口結(jié)構(gòu)。通過(guò)平面波展開法和有限時(shí)域差分法計(jì)算了其能帶結(jié)構(gòu)和光學(xué)傳輸特性,并對(duì)其邏輯功能進(jìn)行了分析。結(jié)果顯示,通過(guò)控制光相位,該結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)"或非"和"非"邏輯功能,結(jié)構(gòu)尺寸為9.675μm×7.820μm,響應(yīng)周期為0.388ps。 

【文章來(lái)源】：半導(dǎo)體光電. 2017年01期 北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：4 頁(yè)

【部分圖文】：

分布示意圖圖１邏輯門結(jié)構(gòu)及其折射率分布示意圖（ｂ）

效應(yīng)相消，從而實(shí)現(xiàn)邏輯功能。本文中所有模擬仿真以端口Ａ和Ｂ輸入光相位φ＝０°，端口Ｘ輸入光相位φ＝１８０°為例，其他滿足條件的組合具有同樣功能。（ａ）邏輯門結(jié)構(gòu)示意圖（ｂ）折射率分布示意圖圖１邏輯門結(jié)構(gòu)及其折射率分布示意圖本設(shè)計(jì)采用二維三角晶格光子晶體結(jié)構(gòu)，圖１（ｂ）為其折射率分布圖，柱使用硅材料，其折射率為３．５；底板為空氣，其折射率為１。器件在ｘ軸方向長(zhǎng)度為９．６７５μｍ，ｚ軸方向?qū)挾葹椋罚福玻唉蹋�。如圖２所示，通過(guò)平面波展開法計(jì)算，硅柱的半徑為０．２ａ時(shí)，光子晶體具有較好的光子帶隙，其歸一化頻帶為０．２７～０．４４，晶格常數(shù)ａ為０．６４５μｍ。如圖３所示，ＴＥ模式下，光子晶體的帶隙位于波長(zhǎng)１．０５６８～１．７２２２μｍ范圍內(nèi)，可完全覆蓋波長(zhǎng)為１．５３０～１．５６０μｍ的Ｃ波段光。為了改變光子晶體波導(dǎo)在Ｃ波段的色散曲線［１３－１５］，提高器件消光比，在四根波導(dǎo)的交匯處加入中心柱，對(duì)器件性能進(jìn)行優(yōu)化。目前二維光子晶體多為在介質(zhì)板上打孔的結(jié)構(gòu)，但是，根據(jù)奇偶模的色散曲線，板上立柱的可用帶寬值大于板上打孔［１４－１５］，因此本設(shè)計(jì)選用板上立柱結(jié)構(gòu)。圖２硅柱半徑（Ｒ單位為晶格常數(shù)ａ）與ＴＥ模帶隙分布關(guān)系示意圖圖３本結(jié)構(gòu)光子晶體頻帶圖（ａ／λ＝０．２７～０．４４）１．２結(jié)構(gòu)優(yōu)化為達(dá)到最佳傳輸效率，通過(guò)有限時(shí)域差分法對(duì)中心柱半徑進(jìn)行優(yōu)化。圖４表示透過(guò)率Ｐｏｕｔ／Ｐｉｎ隨中心柱半徑Ｒｓ的變化。其中，ＰＯＷ１曲線為單輸入，即端口

（ａ）邏輯門結(jié)構(gòu)示意圖（ｂ）折射率分布示意圖圖１邏輯門結(jié)構(gòu)及其折射率分布示意圖本設(shè)計(jì)采用二維三角晶格光子晶體結(jié)構(gòu)，圖１（ｂ）為其折射率分布圖，柱使用硅材料，其折射率為３．５；底板為空氣，其折射率為１。器件在ｘ軸方向長(zhǎng)度為９．６７５μｍ，ｚ軸方向?qū)挾葹椋罚福玻唉蹋�。如圖２所示，通過(guò)平面波展開法計(jì)算，硅柱的半徑為０．２ａ時(shí)，光子晶體具有較好的光子帶隙，其歸一化頻帶為０．２７～０．４４，晶格常數(shù)ａ為０．６４５μｍ。如圖３所示，ＴＥ模式下，光子晶體的帶隙位于波長(zhǎng)１．０５６８～１．７２２２μｍ范圍內(nèi)，可完全覆蓋波長(zhǎng)為１．５３０～１．５６０μｍ的Ｃ波段光。為了改變光子晶體波導(dǎo)在Ｃ波段的色散曲線［１３－１５］，提高器件消光比，在四根波導(dǎo)的交匯處加入中心柱，對(duì)器件性能進(jìn)行優(yōu)化。目前二維光子晶體多為在介質(zhì)板上打孔的結(jié)構(gòu)，但是，根據(jù)奇偶模的色散曲線，板上立柱的可用帶寬值大于板上打孔［１４－１５］，因此本設(shè)計(jì)選用板上立柱結(jié)構(gòu)。圖２硅柱半徑（Ｒ單位為晶格常數(shù)ａ）與ＴＥ模帶隙分布關(guān)系示意圖圖３本結(jié)構(gòu)光子晶體頻帶圖（ａ／λ＝０．２７～０．４４）１．２結(jié)構(gòu)優(yōu)化為達(dá)到最佳傳輸效率，通過(guò)有限時(shí)域差分法對(duì)中心柱半徑進(jìn)行優(yōu)化。圖４表示透過(guò)率Ｐｏｕｔ／Ｐｉｎ隨中心柱半徑Ｒｓ的變化。其中，ＰＯＷ１曲線為單輸入，即端口Ｘ輸入；ＰＯＷ２曲線為二輸入，即端口Ｘ和Ａ輸入；ＰＯＷ３曲線為三輸入，即端口Ｘ、Ａ和Ｂ輸入。可以明顯看到，當(dāng)Ｒｓ＝０．１０５ａ時(shí)，Ｐ

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號(hào)：2921324