提出了一種二維三角晶格光子晶體"或非"和"非"全光邏輯門設計。該設計使用空氣中的硅介質柱光子晶體材料,其主體為四根光子晶體波導組成的四端口結構。通過平面波展開法和有限時域差分法計算了其能帶結構和光學傳輸特性,并對其邏輯功能進行了分析。結果顯示,通過控制光相位,該結構能夠實現(xiàn)"或非"和"非"邏輯功能,結構尺寸為9.675μm×7.820μm,響應周期為0.388ps。 

【文章來源】：半導體光電. 2017年01期 北大核心

【文章頁數(shù)】：4 頁

【部分圖文】：

分布示意圖圖１邏輯門結構及其折射率分布示意圖（ｂ）

效應相消，從而實現(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）邏輯門結構示意圖（ｂ）折射率分布示意圖圖１邏輯門結構及其折射率分布示意圖本設計采用二維三角晶格光子晶體結構，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軸方向長度為９．６７５μｍ，ｚ軸方向寬度為７．８２０μｍ。如圖２所示，通過平面波展開法計算，硅柱的半徑為０．２ａ時，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１．０５６８～１．７２２２μｍ范圍內，可完全覆蓋波長為１．５３０～１．５６０μｍ的Ｃ波段光。為了改變光子晶體波導在Ｃ波段的色散曲線［１３－１５］，提高器件消光比，在四根波導的交匯處加入中心柱，對器件性能進行優(yōu)化。目前二維光子晶體多為在介質板上打孔的結構，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］，因此本設計選用板上立柱結構。圖２硅柱半徑（Ｒ單位為晶格常數(shù)ａ）與ＴＥ模帶隙分布關系示意圖圖３本結構光子晶體頻帶圖（ａ／λ＝０．２７～０．４４）１．２結構優(yōu)化為達到最佳傳輸效率，通過有限時域差分法對中心柱半徑進行優(yōu)化。圖４表示透過率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）邏輯門結構示意圖（ｂ）折射率分布示意圖圖１邏輯門結構及其折射率分布示意圖本設計采用二維三角晶格光子晶體結構，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軸方向長度為９．６７５μｍ，ｚ軸方向寬度為７．８２０μｍ。如圖２所示，通過平面波展開法計算，硅柱的半徑為０．２ａ時，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１．０５６８～１．７２２２μｍ范圍內，可完全覆蓋波長為１．５３０～１．５６０μｍ的Ｃ波段光。為了改變光子晶體波導在Ｃ波段的色散曲線［１３－１５］，提高器件消光比，在四根波導的交匯處加入中心柱，對器件性能進行優(yōu)化。目前二維光子晶體多為在介質板上打孔的結構，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］，因此本設計選用板上立柱結構。圖２硅柱半徑（Ｒ單位為晶格常數(shù)ａ）與ＴＥ模帶隙分布關系示意圖圖３本結構光子晶體頻帶圖（ａ／λ＝０．２７～０．４４）１．２結構優(yōu)化為達到最佳傳輸效率，通過有限時域差分法對中心柱半徑進行優(yōu)化。圖４表示透過率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Ｒｓ＝０．１０５ａ時，Ｐ

【參考文獻】：
期刊論文
[1]平面波展開法在質量分數(shù)測量上的應用研究[J]. 阿不都熱蘇力·阿不都熱西提,帕孜來提,帕爾哈提·米吉提.  激光技術. 2014(01)
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博士論文
[1]基于AlGaAs光學非線性效應的全光信號處理研究[D]. 李林森.華中科技大學 2012

碩士論文
[1]基于光子晶體的全光邏輯門研究[D]. �？〗�.電子科技大學 2015
[2]基于光子晶體的全光邏輯器件的性能分析與優(yōu)化設計[D]. 唐春榮.大連理工大學 2014
[3]二維光子晶體導波特性及其應用研究[D]. 徐世磊.華中科技大學 2011
[4]基于FDTD模擬TM波傳播的數(shù)值穩(wěn)定性分析[D]. 蘇紹卓.北京郵電大學 2009



本文編號：2921324