為了解決人們對高速大容量信息處理的迫切需求與當前傳統(tǒng)集成電路發(fā)展所遇到瓶頸之間的矛盾,國內(nèi)外越來越多的研究者把目光投往以光代替電作為信息載體的光信息處理技術(shù)�；诠杌h(huán)諧振器的光學(xué)導(dǎo)向邏輯器件是片上光信息處理技術(shù)的重要組成部分之一,它綜合了電子易于控制、光子速度快的特點,具有低信號延遲、大帶寬、易于控制、能與電學(xué)元件大規(guī)模集成等一系列優(yōu)點而被認為是解決目前摩爾定律“電子瓶頸”的有效方案之一。目前國內(nèi)外報道的光學(xué)導(dǎo)向邏輯器件絕大部分只能實現(xiàn)一種或幾種邏輯運算,少數(shù)幾個能實現(xiàn)任意邏輯運算的器件都是基于多波長的波分復(fù)用技術(shù)來完成的,在器件的實用性和制造成本上有較大限制。本論文所研究的基于微環(huán)諧振器的新型可重構(gòu)光學(xué)導(dǎo)向邏輯器件,首次提出利用光的模式復(fù)用技術(shù),結(jié)合可調(diào)諧的微環(huán)諧振器來完成可重構(gòu)光學(xué)導(dǎo)向邏輯運算,不但能根據(jù)實際需求實現(xiàn)任意的邏輯函數(shù)還能避免波分復(fù)用帶來的片上多波長問題,使得器件具有良好的可重構(gòu)、可拓展的能力,充分提升器件的靈活性、實用性。器件的核心構(gòu)成部分為微環(huán)諧振器和模式復(fù)用器/解復(fù)用器,因此本文首先對光波導(dǎo)以及微環(huán)諧振器相關(guān)理論進行了介紹。在光波導(dǎo)相關(guān)理論方面,本文主要探討波... 

【文章來源】：蘭州大學(xué)甘肅省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：77 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

信息處理系統(tǒng)與光學(xué)導(dǎo)向邏輯器件的關(guān)系結(jié)構(gòu)示意圖[24]

蘭州大學(xué)碩士學(xué)位論文基于微環(huán)諧振器的新型可重構(gòu)光學(xué)導(dǎo)向邏輯器件的研究3狀態(tài)是互不影響的，每個邏輯操作數(shù)的作用可以同時進行，因此具有一定的并行特性。此外，光學(xué)導(dǎo)向邏輯器件還具有低信號延遲、帶寬大、易于控制、能與電學(xué)元件大規(guī)模集成等優(yōu)點，能大幅度地降低器件制作成本，未來有望在大規(guī)模光電混合集成電路中發(fā)揮重要的作用，為研發(fā)突破馮·諾依曼計算結(jié)構(gòu)的新型信息處理技術(shù)提供了重要參考。圖1.2幾種比較典型的光學(xué)導(dǎo)向邏輯器件：（a）為基于并聯(lián)微環(huán)結(jié)構(gòu)的與/與非邏輯器件[31]，（b）為基于并聯(lián)微環(huán)結(jié)構(gòu)的或/或非邏輯器件[32]，（c）為基于電光調(diào)制方案的異或/同或邏輯器件[33]，（d）為基于硅基微盤諧振器的電光邏輯全加器[34]早在2007年，以色列科學(xué)家JamesHardly等人就提出了光學(xué)導(dǎo)向邏輯的概念[30]。在隨后幾年的時間里，有關(guān)光學(xué)導(dǎo)向邏輯器件的研究在國內(nèi)外眾多院所和企業(yè)中迅速開展了起來[31-40]。圖1.2所示的是近幾年國內(nèi)外研究者報道的幾種常見光學(xué)導(dǎo)向邏輯器件。這些導(dǎo)向邏輯器件都是利用微環(huán)/微盤諧振器的可調(diào)諧性質(zhì)，通過加載電信號操作數(shù)的形式改變微環(huán)的折射率，進而改變光開關(guān)網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)，達到完成某種特定的邏輯函數(shù)運算的目的，一定程度上推動了光學(xué)導(dǎo)向邏輯器件方面的研究。微環(huán)諧振器也因為具有功耗低、結(jié)構(gòu)緊湊、良好的濾波特性、易于調(diào)制等眾多獨特優(yōu)勢成為光學(xué)導(dǎo)向邏輯器件的重要組成部分。然而上述的這些光學(xué)導(dǎo)向邏輯器件大多針對系統(tǒng)的要求只能實現(xiàn)某種特定的邏輯運算功能，無

蘭州大學(xué)碩士學(xué)位論文基于微環(huán)諧振器的新型可重構(gòu)光學(xué)導(dǎo)向邏輯器件的研究4法滿足功能日益龐大、日益復(fù)雜的光電混合集成系統(tǒng)海量信息處理的需求而輸出任意的邏輯函數(shù)，這顯然是不夠靈活的。圖1.3兩種典型的可重構(gòu)光學(xué)導(dǎo)向邏輯器件：（a）為基于微環(huán)諧振器陣列的可重構(gòu)光學(xué)導(dǎo)向邏輯芯片[41]，（b）為基于單波導(dǎo)級聯(lián)多微環(huán)結(jié)構(gòu)的可重構(gòu)光學(xué)導(dǎo)向邏輯器件[42]為了適應(yīng)需求，國內(nèi)外的研究者們致力于研究出一種能產(chǎn)生任意邏輯函數(shù)的可重構(gòu)光學(xué)導(dǎo)向邏輯器件。我們知道，對于邏輯運算而言，最基本的邏輯操作就是“與”、“或”、“非”三種，通過對這三種邏輯運算進行任意形式的組合，可以獲得所有的邏輯函數(shù)。2011年相關(guān)研究團隊報道了利用光的波長特性來實現(xiàn)一種具有可重構(gòu)特性的光學(xué)導(dǎo)向邏輯芯片，并通過實現(xiàn)8位優(yōu)先編碼器、比較器等五種邏輯功能來驗證器件的可重構(gòu)特性[41]。如圖1.3（a）所示為器件的結(jié)構(gòu)示意圖，該器件從功能上來說可以按照系統(tǒng)需求獲得任意邏輯函數(shù)。但是該器件在工作時需要使用光電轉(zhuǎn)換器，使得器件較為繁瑣而且增加成本，不利于大規(guī)模集成。而且對于同一列的微環(huán)，不具備獨立調(diào)諧的能力。此外，本課題組于2016年提出利用波分復(fù)用技術(shù)來實現(xiàn)能夠產(chǎn)生任意邏輯組合的可重構(gòu)光學(xué)導(dǎo)向邏輯器件[42]。如圖1.3（b）所示，該器件利用一根“S”形波導(dǎo)串起多個與之耦合的微環(huán)諧振器，利用微環(huán)諧振器對光信號的開關(guān)作用，就可以實現(xiàn)輸出光信號相對于操作電壓的邏輯運算，在輸入端輸入多個工作波長，每個波長對應(yīng)一組微環(huán)的諧振波長，通過改變微環(huán)開關(guān)陣列的狀態(tài)即可在輸出端獲得想要的任意邏輯組合。上述幾個可重構(gòu)光學(xué)導(dǎo)向邏輯器件雖然能根據(jù)實際需求產(chǎn)生任意邏輯運算，但卻需要依靠多個波長的激光協(xié)同作用才能完成，這就意味著需要

【參考文獻】：
期刊論文
[1]On-chip silicon photonic 2 × 2 mode-and polarization-selective switch with low inter-modal crosstalk[J]. YONG ZHANG,YU HE,QINGMING ZHU,CIYUAN QIU,YIKAI SU.  Photonics Research. 2017(05)
[2]Tunable optical filter using second-order micro-ring resonator[J]. 鄧林,李德釗,劉子龍,孟英昊,郭小男,田永輝.  Chinese Physics B. 2017(02)
[3]基于光學(xué)向量矩陣乘法器的光學(xué)信息處理系統(tǒng)研究[J]. 盧洋洋,周平,朱巍巍,張磊,楊林.  光電子.激光. 2013(09)



本文編號：3020857