一种基于微环谐振器的三值光学可逆逻辑器件的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于光学逻辑计算领域，设及一种适用于光通信和光计算领域的基于微环 谐振器的=值光学可逆逻辑器件。
【背景技术】
[0002] 随着科技的发展，人们日常生活中所面临的待处理的信息量大大增加，如；视频会 议、可视电话、智能家居、物联网等。面对该种情况，传统的电子学的信息处理与计算无论是 在功耗还是在速度方面都存在很大的弊端。光信息处理与光计算作为代替电信息处理与计 算的最有效的途径之一，越来越受到科研人员的重视，而作为光信息处理与光计算的最基 本的构造单元之一的光学逻辑口也正逐渐成为科研人员的研究热点。
[0003] 历史上曾经有两次大规模的光逻辑与光计算的研究热潮。当时集成光学还未得到 充分发展，体光学元件实现的光信息处理系统往往体积庞大而且可编程性极低，与集成度 高、可编程性能优越的微电子技术相比优势非常少。时至今日，在光通信产业的推动下，借 鉴微电子工艺实现的集成光学器件性能已经有了长足进步，能实现的功能越来越丰富，工 作模式也越来越灵活。基于该些集成光学器件的光信息处理研究重新获得了重视。
[0004] 随着信息技术的发展，巧片的集成度越来越高，单位面积中的器件数量不断增多， 产生的热量也会越来越多，最终将达到巧片所能承受的极限；同时巧片的功能也会受到量 子效应的干扰，该些问题将成为严重制约娃片发展的瓶颈。
[0005] 计算机运算都是二进制数计算，而现有的传统不可逆逻辑器件，主要是二输 入一输出的非可逆逻辑n，输入信息经过该口就会丢失一个输出信息位，早在1960年 RiLandauer就已经证明了不可逆计算每一次运算都会引起比特位的丢失，并且每丢失一 比特信息就会有kTln2热能散发，室温下虽然能量散失很少但对于低功耗器件设计不能忽 略。同时，能耗产生的热量会极大地限制巧片的性能和计算速度。而可逆逻辑器件由于既 能传递逻辑口的输出值，也能传递它的输入值，该样就不会有信息位丢失，因此没有比特位 丢失，该样可W很好的解决由比特位丢失引起的热能散发问题，从而大大降低计算机在逻 辑上的能耗，提高计算速度；但是现有的可逆逻辑器件需要强激光作为累浦光，不易操作。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是提供一种基于微环谐振器的=值光学可逆逻辑器件，不需要使用 强激光作为累浦光，易于操作。
[0007] 为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于微环谐振器的=值光学 可逆逻辑器件，由用绝缘体上的半导体材料制成的四个微环谐振器MRR和两个Y分支禪合 器构成。
[000引本发明=值光学可逆逻辑器件具有如下优点： 1、利用光的自然特性实现的=值光学可逆逻辑器件代替传统的电学逻辑器件，没有传 统电学器件的电磁效应W及寄生电阻电容的影响，从而可W实现高速大容量的信息处理。
[0009] 2、利用光的自然特性实现的=值光学可逆逻辑器件代替传统的逻辑器件，可w实 现双控制非口逻辑运算，且没有传统逻辑器件比特位丢失引起的热能散发，从而可W大大 降低计算机在逻辑上的能耗。
[0010] 3、采用的是绝缘衬底上的娃材料SOI，是指在Si〇2绝缘层上生长一层具有一定厚 度的单晶娃薄膜，利用SOI材料制成的娃波导，其巧层是Si(折射率为3. 45)，包层是Si化 (折射率为1. 45)，该样包层和巧层的折射率差很大，所W该波导对光场的限制能力很强使 得其弯曲半径可W很小，利于大规模集成。
[0011] 4、仅由四个微环谐振器和两个Y分支禪合器、四根直波导、两根弯曲波导构成，其 中没有交叉，故整体器件损耗较小。
[0012] 5、采用现有的CMOS工艺制成，使得器件体积小，功耗低，扩展性好，便于与其他元 件整合。
【附图说明】
[0013] 图1是本发明=值光学可逆逻辑器件的结构示意图。
[0014] 图2是本发明=值光学可逆逻辑器件中第一Y分支禪合器的结构示意图。
[0015] 图3是本发明=值光学可逆逻辑器件中第一微环谐振器的结构示意图。
[0016] 图4是本发明=值光学可逆逻辑器件中第二微环谐振器的结构示意图。
[0017] 图5是本发明=值光学可逆逻辑器件中第二Y分支禪合器的结构示意图。
[0018] 图6是本发明=值光学可逆逻辑器件中第=微环谐振器的结构示意图。
[0019] 图7是本发明=值光学可逆逻辑器件中第四微环谐振器的结构示意图。
[0020] 图8是本发明S值光学可逆逻辑器件中带娃基热光调制器的微环谐振器MRR的电 极的结构示意图。
[0021] 图9是本发明S值光学可逆逻辑器件中带娃基电光调制器的微环谐振器MRR的电 极的结构示意图。
[0022] 图中；1.第一Y分支禪合器，2.第一微环谐振器，3.第二微环谐振器，4.第二Y分 支禪合器，5.第=微环谐振器，6.第四微环谐振器，7.Si衬底，8.Si02层，9.娃基光波导， 10.发热电极； 11.第一输入光波导，12.第一Y分支第一直通光波导，13.第一Y分支第二直通光 波导，21.第二输入光波导，22.第一直通光波导，23.第二直通光波导，24.第=输入光波 导，31.第四输入光波导，32.第一输出光波导，41.第五输入光波导，42.第二输出光波导， 43.第二Y分支直通光波导，51.第六输入光波导，52.第=直通光波导，53.第一下载光波 导，61.第^;：输入光波导，62.第四直通光波导，63.第立输出光波导，64.第八输入光波导， T.光卸载端口。
【具体实施方式】
[0023] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明做进一步说明。
[0024] 如图1所示，本发明=值光学可逆逻辑器件，包括： 结构如图2所示的第一Y分支禪合器1，第一Y分支禪合器1包括第一直波导、第一分 支直波导和第二分支直波导，第一分支直波导的一端和第二分支直波导的一端均与第一直 波导的一端相连接，构成Y形分支禪合器，第一直波导上设有第一输入光波导11，第一分支 直波导上设有第一Y分支第一直通光波导12,第二分支直波导上设有第一Y分支第二直通 光波导13 ; 结构如图3所示的第一微环谐振器2,第一微环谐振器2包括第一娃基纳米线微环R1、 第二直波导和第=直波导；第二直波导和第=直波导平行设置，第一娃基纳米线微环R1位 于第二直波导和第S直波导之间，第二直波导与第二分支直波导相连接，该第二直波导上、 沿远离第二分支直波导的方向依次设有第二输入光波导21和第一直通光波导22 ;第=直 波导上设有第二直通光波导23和第=输入光波导24 ;第一微环谐振器2带有娃基电光调 制器或娃基热光调制器； 结构如图4所示的第二微环谐振器3,第二微环谐振器3包括第二娃基纳米线微环R2 和第四直波导，第四直波导与第二直波导相平行，第四直波导与第一分支直波导相连接，第 二娃基纳米线微环R2位于第四直波导和第二直波导之间；第四直波导上、沿远离第一分支 直波导的方向依次设有第四输入光波导31和第一输出光波导32 ;第二微环谐振器3带有 娃基电光调制器或娃基热光调制器； 结构如图5所示的第二Y分支禪合器4,第二Y分支禪合器4包括第五直波导、第=分 支直波导和第四分支直波导，第五直波导的一端与第二直波导的另一端相连接，第S分支 直波导的一端和第四分支直波导的一端均与第五直波导的另一端相连接；第五直波导上设 有第五输入光波导41，第=分支直波导上设有第二输出光波导42,第四分支直波导上设有 第二Y分支直通光波导43; 结构如图6所示的第=微环谐振器5,第=微环谐振器5包括第=娃基纳米线微环R3、 第六直波导和第走直波导；第六直波导和第走直波导相平行，第=娃基纳米线微环R3位于 第六直波导和第走直波导之间，第六直波导的一端与第四分支直波导的另一端相连接，第 六直波导上、沿远离第四分支直波导的方向依次设有第六输入光波导51和第=直通光波 导52 ;第走直波导的一端与第=直波导的一端相连接，第走直波导上设有第一下载光波导 53 ;第S微环谐振