CN101589339B - 具有基于偏振的逻辑电平表示的光学逻辑器件及其设计方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种使用基于偏振的逻辑电平表示来实现逻辑操作的设备和方法。设备和方法将输入偏振光束分成第一光束和第二光束，其中第一光束和第二光束具有相同或接近相同的相对偏振角，该偏振角等于或接近等于输入偏振光束的相对偏振角。该设备和方法进一步在第一相对偏振角使第一光束偏振，并在第二相对偏振角使第二光束偏振。输入偏振光束的两个正交偏振分量的振幅比为1或接近1，且第一相对偏振角和第二相对偏振角之间的差为180度或接近180度。而且，输入偏振光束的相对偏振角等于或接近等于第一相对偏振角或第二相对偏振角。

Description

具有基于偏振的逻辑电平表示的光学逻辑器件及其设计方法
技术领域
本发明的实施方式通常涉及使用基于偏振的逻辑状态表示的二进制逻辑门(1ogic gate)。
背景技术
二进制逻辑门实现对逻辑输入的逻辑操作，以产生逻辑输出。每个逻辑输入和输出的逻辑电平(或状态)为0(即，低)或1(即，高)。在电子系统中，输入和输出的逻辑电平由其电压电平表示，其中一般低电压表示逻辑0，而高电压表示逻辑1。类似地，现有技术的光学系统根据输入/输出电磁波的强度表示逻辑电平。在现有技术中公开的唯一基于偏振的逻辑电平表示利用了具有零相对偏振角的平行/水平的偏振电磁波以及具有90°相对偏振角的正交/垂直的偏振电磁波来表示光学系统中的两个逻辑电平。
使用基于强度的逻辑电平表示来执行逻辑操作的光门(optical gate)要求在串联这些门之前重新产生输出电磁波。此外，现有的光门包括昂贵的部件，例如单轴晶体、非线性光学元件和半导体型光检测器。仍然进一步地，现有技术的光门效率低，因为它们实现复杂的并行程序，且未以最佳速度操作。
因此，存在对光门的需要，该光门根据电磁波的任何偏振角使用基于偏振的逻辑电平表示，来以有成本效益和计算简单的方式执行逻辑操作。
发明内容
提供了使用基于偏振的逻辑电平表示来实现逻辑操作的设备和方法。在一个实施方式中，提供了将输入偏振光束分成第一光束和第二光束的设备和方法，其中第一光束和第二光束具有相同或接近相同的相对偏振角，该偏振角等于或接近等于输入偏振光束的相对偏振角。该设备和方法进一步在第一相对偏振角使第一光束偏振，并在第二相对偏振角使第二光束偏振。输入偏振光束的两个正交偏振分量的振幅比为1或接近1，且第一相对偏振角和第二相对偏振角之间的差为180度或接近180度。而且，输入偏振光束的相对偏振角等于或接近等于第一相对偏振角或第二相对偏振角。
在另一实施方式中，提供了接收具有第一相对振幅和第一相对偏振角的输入偏振光束的设备和方法，其中输入偏振光束基于第一相对偏振角而表示第一逻辑状态或第二逻辑状态。
该设备和方法将输入偏振光束分成第一光束和第二光束，其中第一光束和第二光束相等或接近相等，并将相同的逻辑状态表示为输入偏振光束。如果第一光束的相对偏振角表示第二逻辑状态，则该设备和方法在光学上消除了第一光束；且如果第二光束的相对偏振角表示第一逻辑状态，则该设备和方法在光学上消除了第二光束。
虽然在上文的方法的背景中已描述，本发明的其它实施方式被体现为设备和/或计算机程序产品。在这方面，根据本发明的一个实施方式的设备包括用于将一般处理器设计成实现布尔功能的存储器、以及与存储器通信的配置成执行上面提出的功能的处理器。至于计算机程序产品，计算机程序产品包括至少一个计算机可读存储介质，其具有存储在其中的计算机可读程序代码部分，该计算机可读程序代码部分包括配置成执行上面提出的功能的可执行部分。
本发明的优点将在接下来的说明书中被部分地阐明，且根据说明书将部分地明显，或可通过本发明的实践被了解。本发明的优点将通过在所附权利要求中特别指出的元件和组合来实现和获得。
前面的一般描述和后面的详细描述都仅仅是示例性和解释性的，且不是本发明的限制，正如所要求的。
附图说明
图1示出示例性的一批光学器件，其包括串联成处理输入光束的一般双电子信号(TES)二进制门。
图2示出一般TES二进制门，其中输入和输出光束平行。
图3示出与附加的光学器件串联以产生共线输入和输出光束的一般TES二进制门。
图4示出复ρ平面。
图5示出与门实现的实施方式。
图6示出与非门实现的实施方式。
图7示出或门实现的实施方式。
图8示出或非门实现的实施方式。
图9示出异或门实现的实施方式。
图10示出异或非门实现的实施方式。
图11示出异或门实现的另一实施方式。
图12示出异或非门实现的另一实施方式。
图13示出与门实现的另一实施方式。
图14示出三输入与门实现的实施方式。
图15示出图14的三输入与门实现的简化版本的实施方式。
图16示出顺序布尔表达式ABC+D的示例性数字电路设计。
图17示出与本发明的原理一致的顺序布尔表达式ABC+D的实施方式。
图18示出非顺序布尔表达式AB+CD的示例性数字电路设计。
图19示出与本发明的原理一致的非顺序布尔表达式AB+CD的实施方式。
图20示出TES R门的复ρ平面表示。
图21示出TES S门的复ρ平面表示。
图22示出TES LPP门的复ρ平面表示。
图23示出单反射单电子信号(SRSES)R门结构的复ρ平面表示。
图24示出单反射单电子信号(SRSES)LPP门结构的复ρ平面表示。
图25示出R门和LPP门的复ρ平面表示。
具体实施方式
现在参考附图在下文中更充分地描述本发明，其中示出本发明的一些但不是所有的实施方式。实际上，这些发明可体现在很多不同的形式中，且不应被解释为限制于这里阐述的实施方式；更确切地，提供了这些实施方式，以便本公开满足可适用的法律要求。相似的数字始终指相似的元件。
图1示出一般双电子信号(TES)二进制门结构，其由串联在一起的一批光学器件构成。每个器件都是设计成采用两个位置的薄膜偏振器件或电光器件。
图1示出根据本发明原理的一般光学系统10，其可包括产生光束12例如电磁波12的光束生成器11、以及串联在一起以处理光束12并产生输出光束18的一批光学器件13、15、17。电磁波12可具有任何频率，例如光、微波、无线电波、X射线、γ射线。
一个或更多光学器件13、15、17可为例如一般偏振器件(GPD)，或具体地例如延迟器或起偏器。GPD可包括薄膜系统(TFS)例如膜衬底系统、无支撑薄膜(表膜)、或裸衬底、双折射晶体，或可为电光器件。一个或更多光学器件13、15、17也可设计成根据控制信号采用两个位置。光学器件的这两个位置可产生系统的两种逻辑状态，例如逻辑0(L0)和逻辑1(L1)。一对光学器件13、15可实现下面讨论的双电子信号(TES)结构二进制门19。
GPD可能在输入电磁波12、14、16的电矢量的两个正交分量之间引入相对振幅衰减tan ψ和相对相移Δ，这些电磁波平行于(p)和垂直于(s)入射平面(p分量和s分量)。延迟器和起偏器是GPD的特殊情况。延迟器调节输入光束的相对相移，同时保持其相对振幅(幅度)(即，tan ψ＝1)。起偏器产生线偏振的光束，其中p分量和s分量在时域内同相。
至于延迟器，一个或更多光学器件13、15、17可为薄膜反射延迟器、薄膜透射延迟器或非薄膜延迟器。
薄膜反射(TFR)延迟器是薄膜器件，其在以设计入射角反射在器件的表面时，对输入电磁波产生所需延迟角Δ。TFR延迟器可使用负和零膜衬底系统来实现。对于Δ＝0，TFR是保偏器件(PPD)，其产生与输入电磁波的偏振相同的输出电磁波偏振。表膜反射(PR)延迟器使用作为无支撑(嵌入式)薄膜的表膜，并在反射时产生所需延迟角Δ，而不引入任何相对振幅衰减。
薄膜透射(TFT)在以设计入射角通过器件透射时，对输入电磁波产生所需延迟角Δ。TFT延迟器可使用负、正和零膜衬底系统来设计。类似于TFR延迟器，对于Δ＝0，TFR为保偏器件(PPD)。表膜透射(PT)延迟器还使用表膜并且有Δ＝0的延迟角，这使它成为PPD。非薄膜(NTF)延迟器由双折射晶体制成，并根据输入光束在晶体内相对于其光轴传播的方向而产生延迟角。
至于起偏器，类似于延迟器，薄膜(TF)起偏器具有两种主要类型：反射和透射。每种类型由膜衬底系统或由表膜(无支撑膜)构成。p抑制起偏器(PSP)在与器件进行交互作用时消除了电磁波的p分量。s抑制起偏器(SSP)消除了电磁波的s分量。线性部分起偏器(LPP)除了0或180°的相对相移以外还产生对输入电磁波的相对振幅衰减。非薄膜(NTF)起偏器由双折射晶体制成。NTF起偏器只在其偏振方向上传递电磁波分量。例如，如果输入波垂直于起偏器的偏振方向而线偏振，则起偏器的输出为零，即，没有波出现。
图2示出门，其中输入光束21和输出光束25在与光学器件22、24交互作用时是平行的。如图3所示，如果输入光束31和输出光束27需要共线，则可增加第三光学器件36。光学器件36可设计成保持从光学器件34发出的光束的偏振特性，或可如光学器件34所需要的被共同设计和共同控制，以一起执行光学器件34的功能。
复ρ平面可用于表示电磁波和反射型光学器件的偏振态。复ρ平面由透射器件的复τ平面代替。在复ρ平面中，ρ矢量表示电磁波的电矢量的两个分量p和s的相对相差和相对振幅衰减。在来自薄膜系统(TFS)的反射或通过薄膜系统的折射的情况下，
ρ＝tan ψ exp(jΔ)                       (1)
参考图4，在复ρ平面中的每个点都表示电磁波的不同偏振态。正实轴41表示线偏振波，其中在波或光束的p和s分量之间的时域中有零相移。负实轴45表示线偏振波，其中在波或光束的p和s分量之间的时域中有180°相移。
在实轴41、45上的每个点都表示在光束的p和s分量之间有不同的相对振幅的光束。相对振幅确定在逆时针方向从坐标系统的x轴测量的光束的偏振角P。P在原点为零，在实轴41的正方向上在无限远处增加到+90°，并在实轴45的负方向上在负无限远处减小到-90°。注意，±90°表示相同的线偏振光。复ρ平面的虚轴42上的点表示在虚轴42的正部分上+90°时域和在负轴46的负部分上-90°时域中具有相差的椭圆偏振光。经过原点的任何直线表示在时域中相等相移的不同偏振态。因此，每个偏振都有不同的相对振幅。另一方面，中心在原点的任何圆表示具有不同的偏振态但相同的相对振幅以及相应地不同相移的波。点ρ＝(+1，0)47a表示P＝+45°的线偏振光，而点ρ＝(-1，0)47c表示P＝-45°的线偏振光。在单位圆48上的点表示具有不同延迟角的延迟器。点(0，+1)47b表示右旋圆偏振光，而点(0，-1)47d表示左旋圆偏振光。两对(+1，0)和(-1，0)以及(0，+1)和(0，-1)的两个分量中的每个都与另一个正交。
当且仅当两个偏振态满足下列条件时它们才被认为是正交的：
ρ1 *·ρ2＝0，                                         (2)
其中ρ1和ρ2是在复ρ平面内表示两个偏振态的两个ρ矢量。ρ1 *是ρ1的Hermitian伴随矩阵一转置复共轭。因此，在单位圆上的任何两个原点对称的点、由通过原点的直线连接的在单位圆上的两个点表示两个正交的状态。例如，两对(+1，0)和(-1，0)以及(0，+1)和(0，-1)的两个分量中的每个都与另一个正交。一般而言，在复ρ平面内的两个点如果由通过原点的直线连接且一个的幅度是另一个的倒数，则它们是正交的。
如以后将变得清楚的，在复ρ平面内的两个点可用于表示L0和L1。
偏振器件在复ρ平面内的无源器件表示是一个点，其表示器件的偏振态。例如，线性部分起偏器由在实轴上表示其相对振幅衰减的点表示，以及延迟器由在单位圆上表示其相对延迟角的点表示。在复ρ平面中，在运转中的器件的表示、有源器件表示反映了光束与器件的交互作用的效果。光束与薄膜器件的交互作用由表示光束和器件的两个ρ矢量的矢量积—点积的结果来表示。例如，如果线偏振光在+45°反射在Δ＝+90°的TFR延迟器(右旋圆延迟器)的表面上，则输出光束是右旋圆偏振光。另一方面，如果输入光束是右旋圆偏振的，则输入光束在-45°是线偏振的。同样，左旋圆偏振光束来自在+45°线偏振的Δ＝-90°的TFR延迟器(左旋圆延迟器)。光束与器件的交互作用由使用Jones或Stokes矩阵表示得到的ρ矢量来表示。对于任何两个正交的偏振，表示ρ矢量应满足方程(2)。
使用上述原理的逻辑门可设计成实现逻辑功能。为了简单起见，在+45°的线偏振光(即，在复ρ平面内的点(+1，0))用于表示L1，而在-45°偏振角的线偏振光(即，在复ρ平面内的点(-1，0))用于表示L0。
表1示出与门的真值表。A列可表示光输入，而B列可表示对与门的控制输入。
 
A B Z
0 0 0
0 1 0
1 0 0
1 1 1
表1
图5示出根据本发明原理的与门500的实施方式。光输入51可由起偏器产生，或光输入51可使用液晶通过偏振旋转产生，所述起偏器在表示L1的45°或表示L0的-45°处产生线偏振光。光输入51相应于表1的输入A。光输入51接着使用例如分束器(BS)被分成两个光束52a、52b。光束52a、52b优选地是相同的。
光束52a可由具有-45°偏振角的起偏器53处理，以产生光束56。光束52b可通过光学器件54例如反射镜经受处理，以产生光束52c，其优选地与光束52b相同。光束52b接着可由在45°角的起偏器55处理，以产生光束57。可选地，适当设计的掩模可用于产生光束56、57。
如果输入光束51是逻辑0(即，在-45°偏振)，则光束56具有表示L0的-45°偏振，且光束57将不存在，即，起偏器55将不产生输出光束。如果输入光束51是逻辑1(即，在-45°偏振)，则光束56将不存在，即，起偏器53将不产生输出光束，且光束57具有表示L1的45°偏振。因此，光束56或光束57中的任一个而不是两个将在某时刻存在。
光束57进一步由延迟器58处理，延迟器58由控制输入控制，该控制输入相应于表1中的输入B。如果控制输入为L0，则延迟器58使光束57相对偏振角旋转180°，且如果控制输入为L1则旋转0°。因为光束56或光束57中的任一个而不是两个将在某时刻存在，它们可由例如光学器件36(图3)指引(steer)到相同的输出(相应于表1的Z列)，而没有干扰。
器件500的操作和表1的比较揭示了器件500实现与逻辑操作。参考表1的第一行，当A＝0(即，输入光束51具有-45度偏振角)及B＝0时(即，延迟器58的控制输入为0)，Z＝0(光束56或光束59无论哪一个出现都为L0；在这种情况下，光束56出现且为L0)。参考表1的第二行，当A＝0及B＝1时(即，延迟器58的控制输入为1)，Z＝0(即，光束56或光束59无论哪一个出现都为L0；在这种情况下，光束56出现且为L0)。参考表1的第三行，当A＝1(即，输入光束51具有+45度偏振角)及B＝0时，Z＝0(即，光束56或光束59无论哪一个出现都为L0；在这种情况下，光束59出现且为L0)。最后，参考表1的第四行，当A＝1及B＝1时，Z＝1(即，光束56或光束59无论哪一个出现都为L1；在这种情况下，光束59出现且为L1)。
通过将在复ρ平面内引入180°角的非控制不运转的R增加到与门500的输出，根据与门500，可设计与非门。图6示出根据本发明原理的与非门60的可选实施方式。表2示出与非门的真值表。A列可表示光输入，而B列可表示对与非门的控制输入。
 
A B Z
0 0 1
0 1 1
1 0 1
1 1 0
表2
由图5的处理块50的部件产生的光束56和57，类似地在与非门60内产生。图6的光束56进一步由非控制/不运转的延迟器61处理，该延迟器61使光束56的相对偏振角旋转180°，以产生光束64。图6的光束57进一步由延迟器62处理，延迟器62由相应于表2中的输入B的控制输入控制。如果控制输入为L0，则延迟器62使光束57的相对偏振角旋转0°，而如果控制输入为L1则旋转180°，以产生光束63。如同与门500一样，因为光束63或光束64中的任一个而不是两个将在某时刻存在，它们可由例如光学器件36(图3)指引到相同的输出(相应于表2的Z列)，而没有干扰。
器件60的操作和表2的比较揭示了器件60实现与非逻辑操作。参考表2的第一行，当A＝0及B＝0时(即，延迟器62的控制输入为0)，Z＝1(光束64或光束63无论哪一个出现都为L0；在这种情况下，光束64出现且为L1)。参考表2的第二行，当A＝0及B＝1时(即，延迟器62的控制输入为1)，Z＝1(即，光束64或光束63无论哪一个出现都为L1；在这种情况下，光束64出现且为L1)。参考表2的第三行，当A＝1及B＝0时，Z＝1(即，光束64或光束63无论哪一个出现都为L0；在这种情况下，光束63出现且为L1)。最后，参考表2的第四行，当A＝1及B＝1时，Z＝1(即，光束64或光束63无论哪一个出现都为L0；在这种情况下，光束63出现且为L0)。
使用以前的门和倒相器或仅使用与非门，可设计或门。图7示出根据本发明原理的或门70的可选实施方式。表3示出或门的真值表。A列可表示光输入，而B列可表示对或门的控制输入。
 
A B Z
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 1
表3
由图5的处理块50的部件产生的光束56和57，类似地在或门70内产生。图7的光束56进一步由延迟器71处理，该延迟器71由相应于表3中的输入B的控制输入控制。如果控制输入为L0，则延迟器71使光束56的相对偏振角旋转0°，而如果控制输入为L1则旋转180°，以产生光束72。如同与门500一样，因为光束72或光束57中的任一个而不是两个将在某时刻存在，它们可由例如光学器件36(图3)指引到相同的输出(相应于表3的Z列)，而没有干扰。
器件70的操作和表3的比较揭示了器件70实现或逻辑操作。参考表3的第一行，当A＝0及B＝0时(即，延迟器71的控制输入为0)，Z＝0(光束72或光束57无论哪一个出现都为L0；在这种情况下，光束72出现且为L0)。参考表3的第二行，当A＝0及B＝1时(即，延迟器71的控制输入为1)，Z＝1(即，光束72或光束57无论哪一个出现都为L1；这种情况下，光束72出现且为L1)。参考表3的第三行，当A＝1及B＝0时，Z＝1(即，光束72或光束57无论哪一个出现都为L0；在这种情况下，光束57出现且为L1)。最后，参考表3的第四行，当A＝1及B＝1时，Z＝1(即，光束72或光束57无论哪一个出现都为L1；在这种情况下，光束57出现且为L1)。
根据或门70和倒相器或仅使用与非门60，可设计或非门。图8示出根据本发明原理的或非门80的可选实施方式。表4示出或非门的真值表。A列可表示光输入，而B列可表示对或门的控制输入。
 
A B Z
0 0 1
0 1 0
1 0 0
1 1 0
表4
由图5的处理块50的部件产生的光束56和57，类似地在或非门80内产生。图8的光束56进一步由延迟器81处理以产生光束82，该延迟器81由相应于表4中的输入B的控制输入控制。如果控制输入为L0，则延迟器81使光束56的相对偏振角旋转180°，而如果控制输入为L1则旋转0°。图6的光束57进一步由非控制/不运转的延迟器61处理，该延迟器61使光束56的相对偏振角旋转180°，以产生光束84。如同与门500一样，因为光束82或光束84中的任一个而不是两个将在某时刻存在，它们可由例如光学器件36(图3)指引到相同的输出(相应于表4的Z列)，而没有干扰。器件80的操作和表4的比较揭示了器件60实现或非逻辑操作。
根据与门500或者或门70以及倒相器，仅使用与非门60或仅使用或非门80，可设计异或门。图9示出根据本发明原理的异或门90的可选实施方式。表5示出异或门的真值表。A列可表示光输入，而B列可表示对异或门的控制输入。
 
A B Z
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 0
表5
由图5的处理块50的部件产生的光束56和57，类似地在异或门90内产生。图9的光束56进一步由延迟器91处理以产生光束92，该延迟器91由相应于表5中的输入B的控制输入控制。如果控制输入为L0，则延迟器91使光束56的相对偏振角旋转0°，而如果控制输入为L1则旋转180°。图9的光束57进一步由延迟器93处理以产生光束94，该延迟器93可由延迟器91的相同控制输入控制。如同与门500一样，因为光束92或光束94中的任一个而不是两个将在某时刻存在，它们可由例如光学器件36(图3)指引到相同的输出(相应于表5的Z列)，而没有干扰。器件90的操作和表5的比较揭示了器件90实现异或逻辑操作。
如图9所示，延迟器91和93相同，因此异或门可简化为如图11中示出的。
如同异或门一样，使用与门500或者或门72以及倒相器，仅使用与非门60或仅使用或非门80，可设计异或非门。图10示出根据本发明原理的异或非门100的可选实施方式。表6示出异或非门的真值表。A列可表示光输入，而B列可表示对异或门的控制输入。
 
A B Z
0 0 1
0 1 0
1 0 0
1 1 1
表6
由图5的处理块50的部件产生的光束56和57，类似地在异或非门100内产生。图10的光束56进一步由延迟器101处理以产生光束102，该延迟器101由相应于表6中的输入B的控制输入控制。如果控制输入为L0，则延迟器101使光束56的相对偏振角旋转180°，而如果控制输入为L1则旋转0°。图9的光束57进一步由延迟器103处理以产生光束104，该延迟器103可由延迟器101的相同控制输入控制。如同与门500一样，因为光束102或光束104中的任一个而不是两个将在某时刻存在，它们可由例如光学器件36(图3)指引到相同的输出(相应于表6的Z列)，而没有干扰。器件100的操作和表6的比较揭示了器件100实现异或逻辑操作。
如图10所示，延迟器101和103相同，因此异或非门可简化为如图12中示出的。
在图5-12中，以+45°偏振角的线偏振光用于表示L1，而以-45°偏振角的线偏振光用于表示L0。然而，由ρ矢量|ρ|
Figure G2007800180981D0012090618QIETU
表示的光束的任何一般偏振态可用于表示L1，且由具有180°相移的幅度1/|ρ|的矢量表示的光束的正交偏振态可用于表示L0。该一般逻辑电平表示可用于设计逻辑门，例如图5-12中的门。
图13示出使用一般逻辑电平表示的与门130的实施方式。与门130以和与门500类似的方式操作，除了图5的起偏器53、55分别以一般椭圆起偏器133、135代替以外，其中起偏器133和135是正交的。此外，图5的延迟器58以控制的椭圆起偏器138代替，这使光束137的相对振幅按1/|ρ|2的比例缩放，且如果控制输入为L0则使光137的相对偏振角旋转180°，而如果控制输入为L1则保持光束137的偏振。
使用在前面部分中讨论的门以及数字逻辑的充分确认的设计规则可设计和实现任何布尔表达式。此外，使用单个器件一般处理器，根据本发明的设计方法，可设计和实现任何布尔表达式，该布尔表达式可被编程到软件设计程序中以在任何通用计算机上运行。设计单个器件一般处理来实现布尔表达式。
1.以真值表开始并划分光输入列；即真值表的第一列A。
2.对真值表的上半部分，即0，进行操作。
3.划分第二列B的0和1。
4.对于转换(translation)，检查输出列。
5.如果转换存在，则B列没有作用。
6.如果转换不存在，则使光载波偏振在B＝1时反相，并添加新支路。对最后的输入不添加新支路。
7.对序列中的所有其它输入列，重复步骤3-6。
8.检查与输出列相同的最后一个光载波列；如果需要，使用R。
9.对真值表的下半部分，即1，重复步骤3-8。
B.三输入与门
三输入与门是应用设计算法的简单情况。我们以在表8中给定的真值表开始。
 
A B C Z
0 0 0 0
0 0 1 0
0 1 0 0
0 1 1 0
1 0 0 0
1 0 1 0
1 1 0 0
1 1 1 1
表8
我们通过在每个输入列之后添加新列来在光束通过POP传播时产生包括光载波、光束的状态的新真值表；表9中，在输入列A之后增加光载波列a、在输入列B之后增加光载波列b，等等。现在我们应用设计算法，始终参考表8和9以及图14。
Figure G2007800180981D00131
表9
设计
1.A.划分输入列A；即表9的水平连续线，BS1以及两个支路包括图14的两个起偏器LZB和LOB。
1.B.填充光载波列a；与输入列A相同。
2.关注真值表的上半部分，即0。
3.划分输入列B；即表9的上部分的水平虚线。
4.对于转换，检查输出列；它存在。
5.A.于是输入列B没有作用。
5.B.因此，载波光束无变化地传播。
5.C.填充光载波列b的上部分；与光载波列a相同。
6.不适用。
7.对于输入列C：它被划分列B的虚线分成两个四等份(quarter：Q)。每个等份被分开处理。
Q1：
3.划分Q1；表9的上半部分的水平点线。
4.对于转换，检查输出列；它存在。
5.A.于是输入列C没有作用。
5.B.因此，载波光束无变化地传播。(为了简单起见我们继续使用载波而不是光载波。)
C.填充载波列c的上部的Q，即Q1；与载波列b相同。
8.最后载波检查；载波列c和输出列相同。因此，不需要R。
Q2：对Q1的重复。结果是相同的。
9.对表9的下半部分，即1，重复3-8。
现在我们在应用于下半部分的步骤3开始。
3.划分输入列B；表9的下半部分的水平虚线。
4.对于转换，检查输出列；它存在。
5.不适用。
6.A.接着使载波偏振在B＝1时反相并添加新支路。
6.B.因此，填充载波列b的下部分；即，在表9，当B＝1时使载波列a的状态反相。
6.C.添加新支路，图10。
7.现在，对于输入列C，我们有两个支路LZB和LOB。首先，我们对LZB操作；即载波b的0，Q4(载波列b的最后两个状态)。
7.3.划分列；水平点线划分输入列C的最后两个状态，Q4。
7.4.对于转换，检查输出列；它不存在。
7.5.不适用。
7.6.A.接着使载波偏振在C＝1时反相，并添加新支路。
7.6.B.因此，填充载波列c的最后两个状态；即，在表9，当C＝1时使载波列a的状态反相。
7.6.C.不需要新支路，因为这是最后的输入。
8.最后一个载波检查；载波列c和输出列相同。因此，不需要R。其次，我们对LOB操作，即载波列b的1，Q3(载波列b的最后两个L1状态)。
8.3.划分列；水平点线划分输入列C的最后状态前的两个状态，Q3。
8.4.对于转换，检查输出列；它存在。
8.5.A.于是输入列C没有作用。
8.5.B.因此，载波光束无变化地传播。
8.5.C.填充载波列c的其余部分；与载波列b相同。
9.最后一个载波不检查，接着在图10中添加R。
正如从图14中可以明显看出的，在下支路中的R 145可与在BS2之前的在1(CPIB1)142反相的B载波偏振倒相盒合并，实际上其为受控的R，且都由B-CPIB0 151与增加的C-CPIB0 152代替。这需要移去C-CPIB1 141，如图15所示。
该设计简化可通过始终使用载波列A的上部分中的CPIB1—0以及下部分中的CPIB0—1来系统地获得。表10显示对那种情况的扩展的真值表的下部分。
当激光束通过门传播时，通过跟随激光束，容易理解图15的3输入与门设计的操作。首先，认识到此事实很重要：所有控制输入信号被同时应用，导致只有单个时间标签，即，只应用一个信号所采用的时间。当L0的载波信号应用于门时，它被BS1分成两束。进入LOB的下信号被起偏器阻挡，而进入LZB的上信号通过起偏器传递到未改变的输出L0中。注意，B和C信号不应用于该支路。那种情况表示真值表的前4行。另一方面，当L1的载波信号应用于门时，它被BS1分成两束。进入LZB的上信号被起偏器阻挡，而进入LOB的上信号通过起偏器传递，对于L1的B输入不被CPIB0影响，并接着由BS2分成两束。作为L1载波信号，它被上支路(LZB)的起偏器阻挡，并通过下支路LOB中的起偏器传递。对于L1的C信号，载波无变化地传递，表10的最后一行，而对于L0的C信号，载波状态改变为L0，表10的倒数第二行。
可以相同的方式理解输入信号的所有其它组合。
如果需要或在需要的场合，根据控制信号改变载波路径的过程类似于铁路(RR)转线轨，因而类似干铁路结构。在这种情况下的载波类似于以光速在RR系统上行进的高速火车，RR系统由控制信号的转线轨作用预先处理以确定其目的地，输出偏振态。
顺序布尔表达式在这里定义为由门表示的表达式，所述门都具有一个光输入和一个电输入，因此可顺次串联。作为例子，图16示出布尔表达式ABC+D的数字设计。该设计可使用上面讨论的全光学处理标准门来实现。它也可被实现为RR结构POP。表10a示出对该表达式的扩展的真值表，以及图17将简化的设计显示为RR结构POP。
Figure G2007800180981D00161
Figure G2007800180981D00171
表10a
注意，只使用了3个BS以及5个CPIB。所需要的CPIB的数量仅2个，其中通过将3个LZB的3个起偏器的输出借助于一个CPIB1引导到一起，3个上CPIB1被合并到一个中。因此，设计实际上主要由3个BS、2个CPIB0和1个CPIB1组成。始终记住，输出载波只是一个载波，以及所有的输出路径通过指引会聚成一条。
非顺序布尔表达式在这里定义为包括具有两个光输入的门的表达式。例如见图18，其表示布尔表达式AB+CD。只有当一个门输出变换(transform)成电输入时，这样的布尔表达式才可使用如上面讨论的全光学处理的门来实现为一个光输入的门。另一方面，它也可使用上面讨论的RR结构POP通过应用部分5.A的设计算法来实现，消除了将任何门输出变换成电输入的需要，因而是电消除。在表10b和图19中给出了结果。
Figure G2007800180981D00181
表10b
一如既往地，高速火车模拟使理解本设计的操作变得简单。这留给读者作为直截了当的练习，以限制文件的大小并避免重复。
图19的RR结构POP设计明确地鼓励消除和简化。很清楚，它简化为3-BS 3-CPIB设计。
为了进一步解释本发明的原理，使用复ρ平面和一对光学器件TFS1和TFS2例如分别为图2的元件22、24，来描述异或门和异或非门的常数Δ和常数ψ设计。
常数ψ设计可由延迟器(R)门表示。图20示出具有相对振幅角α的进入的激光(例如图1的12)，该激光由单位圆20a上点A(202)表示。第二步是在图2的两个膜层系统TFS1 22和TFS2 24中的每个之后确定表示激光23、25的两个偏振态，其分别由L11、Δ＝β的点B 204和L12、Δ＝γ的点C206表示。因此，L01≡β+180°，且L02≡γ+180°(Δ的值)；分别垂直于β和γ偏振态。那两个偏振态分别由点B′和C′表示。
第三步是确定表示在TFS1和TFS2本身处的两个反射中的每个反射的两个偏振态。这通过门的操作的活跃研究来获得。对于门的操作，激光的偏振态A首先通过分别在两个受控状态1或0的任一个中与TFS1进行交互作用，来变换成分别表示L11或L01的偏振态B或B′。从TFS1中发出的光束的偏振态在其两个受控状态1或0的任一个状态中与TFS2进行交互作用时改变。该交互作用导致C或C′的变换的偏振态，这取决于TFS2的控制状态。表1给出图4的R门类型的真值表，其很显然是异或门的。注意，在产生表1时，我们使用起始点作为点A，并使用我们刚刚讨论的相位信息来确定作为结果的变换。还要注意，矢量积简化为相位加法；两个矢量的量值都为单位1。表8示出所得到的TFS1和TFS2的相应设计参数(变换)。注意，该变换通过使用任何类型的延迟器来获得。
 
A TFS1 B TFS2 C
α β-α+180° β-180° γ-β γ+180° 0 0 0
α β-α+180° β+180° γ-β+180° γ 0 1 1
α β-α β γ-β γ 1 0 1
α β-α β γ-β+180° γ+180° 1 1 0
表10
 
L1 L0
TFS1 β-α (β-α)+180°
TFS2 (γ-β)+180° γ-β
表11
下面容易遵循逐步算法来完成如上讨论的设计。首先，用相应于门的真值表的0和1的、来自图20的信息填充列A、B和C。接着，通过找到差值B-A来填充列TFS1。然后，通过找到差值C-B来填充列TFS2。接着，识别相应于TFS1和TFS2的0和1；变换。最后，构造门设计表。
为了设计一般异或非R门，我们可完成三件事中的任一件。首先，我们可通过倒相器简单地使上面讨论的异或门的一个输入反相。其次，我们可通过倒相器使异或门的输出反相。对于那两种情况，倒相器仅仅是TFS，其产生180°的相对相移而不产生任何相对振幅衰减，仅仅是延迟器。上面两者情况相当于在输入、在输出、在中间有延迟器，或甚至相当于相对于表11的有关TFS延迟来切换(switch)两个电控制输入之一的相应的1和0。
第三，我们使用前面子部分的算法来设计门。表12和13分别是门设计表和门参数表。
 
A TFS1 B TFS2 C
α β-α+180° β+180° γ-β+180° γ 0 0 1
α β-α+180° β+180° γ-β γ+180° 0 1 0
α β-α β γ-β+180° γ+180° 1 0 0
α β-α β γ-β γ 1 1 1
表12
 
L1 L0
TFS1 β-α (β-α)+180°
TFS2 (γ-β) (γ-β)+180°
表13
为了将任何数量的R门串联在一起，L1和L0在门的输入和输出处是相同的。上面设计的一般门不满足这种条件。因此，我们对随后的(S)门有不同的设计—串联设计。对于该S门，输入的激光束是第一门或任何其它S门的输出。那是C或C′的偏振态。因此，门的TFS1应产生图2和20的-(γ-β)的非受控延迟。门的TFS2应产生γ-β的受控延迟，如以前一样。该S门设计可被无限地串联。对于S门，容易产生类似于表11-14的真值表和操作。它们没有在这里显示。
此外，如我们在上面讨论的，我们有两种主要的专门类型的TES门结构；常数Δ和常数ψ设计。在前面的部分中，我们讨论了最简单的常数ψ设计，其为R门。现在，我们讨论最简单的常数Δ设计，其为线性部分起偏器(LPP)门。
如我们在上面讨论的，任何一般逻辑门的设计都以表示进入的激光的偏振态的选择开始。对于LPP门，它在复ρ平面内由实轴上的一般点A表示，tan ψ＝α，其中在图5中α现在是离原点的距离0A。第二步是选择由L11≡β的一般点B和L12≡γ的一般点C表示的两个偏振态。类似地，β(γ)是距离0B(0C)。因此，L01≡0 B′且L02≡0 C′；分别垂直于β和γ偏振。那两个偏振态由点B′和C′表示，其中分别有0B′＝1/0B且0C′＝1/0C。
使用上面公开的算法并使用除法而不是减法，我们得到表15和16。
 
Figure G2007800180981D0021102539QIETU
表15
Figure G2007800180981D0021102641QIETU
 
表16
表16对TFS1和TFS2的每个的两种受控状态给出设计参数。注意，表15的变换将线偏振光变换成具有不同值P的线偏振光。这通过线性部分起偏器TFS或电光地使用液晶来实现。
通过仔细地检查表15，我们认识到此事实：TFS1设计在物理上正确；一些需要0而一些需要1。但对于TFS2，该设计在物理上不正确，因为它需要两个不同的0和两个不同的1。为了只有一个0(1)状态，我们使两者相等；
Figure G2007800180981D0021102701QIETU
。两者都导致γ＝β±1。因此，不管点A的位置如何，B＝C＝(+1，0)且B′＝C′＝(-1，0)，反之亦然。第二限制情况是两个点0和∞，其在下面讨论。
如以前，为了设计一般异或非LPP门，我们可完成三件事中的任一个。首先，我们可通过倒相器只使上面讨论的异或门的一个输入反相。其次，我们可通过倒相器使异或门的输出反相。对于那两种情况，倒相器仅仅是TFS，其产生γ+(1/γ)的相对振幅衰减而不产生任何相对相移，仅仅是LPP，其对于在前面子部分中讨论的限制情况实际上相当于180°相移；(+1，0)和(-1，0)。上面两者情况相当于在输入、在输出、在中间有LPP，或甚至相对于表6的有关TFS延迟来切换两个电控制输入之一的相应的1和0。类似于表5和6的表可使用上面讨论的相同算法类似地产生。
为了简明起见，我们不重复与R门的串联有关的讨论。类似的讨论对LPP门成立，适当地参考图21的点A、B和C。
将LPP门设计限制为完全相同的0和1导致B＝C的限制情况。我们可使用对0和1的不严格条件来完成设计，其中我们将0限定为
Figure G2007800180981D0022095744QIETU
的相位而没有对幅度的限制，且将1限定为
Figure G2007800180981D0022095813QIETU
的相位而没有对幅度的限制。这允许在设计过程中有更多的自由度，并提供使用幅度的机会以传送可用于测试、逻辑或可逆逻辑设计的独立信息。这将在单独的公布中讨论。
从上面讨论中，很明显，合并图20和21的点A和B来表示激光束的逻辑状态提供了精致的设计结构。在这种情况下，激光束在光学系统内传送信息，除了作为门的控制之一以外，还作为门的输出和输入。第二控制是电控制，因此是单电信号(SES)门结构。现在，在图22中，激光束逻辑状态1和0由偏振态B和B′表示，且这允许单个TFS由偏振态C和C′表示。很容易使用以前使用的相同算法获得SES门结构的真值表并认识到它是异或门的真值表。异或非门以与以前类似的方式获得，仅仅通过反向或重算。
门的串联在本结构中很明显。输出偏振态是C或C′，其中输入总是B或B′。因此，第二非受控TFS在门的输出或在输入引入，以使偏振态返回到B或B′，如我们在上面讨论的。
单反射单电信号(SRSES)门结构通过使点B和C因而B′和C′重合在一起来获得。以那种方法，输入和输出光束分别具有C和C′的相同的L1和L0偏振态表示。在这种情况下，使门串联不需要光束的任何额外操作，且我们对每种类型只有一种类别的门；不需要S门设计。这对两种门类型R和LPP成立。
对于R门，表17和18给出了门设计和操作表，以及TFS的延迟，参考图23。从表17中很清楚，该门是异或门。
 
LBI TFS LBO
γ+180° 0 γ+180° 0 0 0
γ+180° 180° γ 0 1 1
γ 0 γ 1 0 1
γ 180° γ+180° 1 1 0
表17
 
1 0
TFS 180° 0
表18
如我们以前讨论的，可容易地获得这种设计的异或非门。
对于SRSES结构LPP门，图24给出了门偏振态表示。表19和20给出了TFS的延迟以及门设计和操作。从表19中注意，TFS逻辑1或具有幅度γ2和相对相位角180°，或具有幅度1/γ2和相同的相对相位角。另一方面，对于产生该逻辑1操作的TFS，它需要γ＝1的条件，对该操作保持正确；SRSES结构。这意味着，C和C′都在单位圆上；分别为点(+1，0)和(-1，0)。特殊情况将在下面的子部分中讨论。从表19中很清楚，该门是异或门。
表19
表20
如我们以前讨论的，可容易地获得这种设计的异或非门。
满足γ条件的第二种情况是限制情况，其中γ＝0或∞。这导致p偏振波和s偏振波作为L1和L0的特殊情况，其是在文献中报道和讨论的唯一情况。这种情况也在下面的子部分中讨论。
图25示出C和C′分别与点(+1，0)和(-1，0)重合的特殊情况，其为R和LPP设计之间的交叉情况。点(+1，0)表示线偏振光在+45°的偏振态。同时，它表示产生1的相对振幅衰减和零相对相移的TFS—PPD器件。它是延迟器和LPP。另一方面，点(-1，0)表示线偏振光在-45°的偏振态。它也表示产生1的相对振幅衰减和±180°的相对相移的TFS。同样，它是延迟器和LPP。
表21和22给出门设计和操作，以及门的TFS功能。如我们可从这两个表中清楚地看到的，在这种情况下的门的真值表是异或门的真值表。如以前讨论的，可容易地获得异或非门。
 
LBI TFS LBO
180° 0° 180° 0 0 0
180° 180° 0° 0 1 1
0° 0° 0° 1 0 1
0° 180° 180° 1 1 0
表21
 
1 0
TFS 180° 0°
表22
在0和90°的线偏振光是LPP门的限制情况。两种偏振态分别由原点和无限远的点表示。可以直接推出，L1是s偏振光(90°偏振态)，以及L0是p偏振光(0偏振态)，反之亦然。受控信号的L1是90°的旋转，且L0状态是0°的旋转，没有操作或PPD。这给出异或门。如以上讨论的，简单地设计异或非门。
此外，这样的门的串联明显没有额外的要求。如以前提到的，那是关于以前在文献中报道的基于偏振的逻辑表示的唯一情况。
倒相器门的结构非常简单。在一般情况下，它是单TFS，其产生180°相对相移和偏振态tan ψ的倒数的相对振幅衰减。在R门和LPL45结构中，倒相器TFS只引入180°相对相移而没有相对振幅衰减。
认识到下面情况很重要：串联上面讨论的光门结构的任何一个在时间上不是顺序的。它是同时的串联。因此，所有电信号被同时输入，且激光输出-输入延迟由光速确定。以现今的制造能力以及步入到更成熟阶段的纳米技术，可获得在毫微微秒量级的延迟。这导致现今可能的几个数量级的带宽。
同样，注意到下面情况很重要：多输入结构从所讨论的2输入设计来看简单明了。没有在本文件中讨论它们以限制文件的大小。
此外，集成光学结构(IOA)涉及异或门、异或非门以及倒相器操作的任何数量的布尔语句。IOA可使用集成结构直接实现，该集成结构是单独公布的主题。例如，提及几个应用，IOA可设计成进行切换、多路信号分离或奇偶校验。
门可独立地或在内部串联。具有多于2个输入的门可通过为每个额外的输入增加额外的延迟器来设计。满足布尔功能A XOR B XOR C的门可由2个延迟器和1个起偏器来表示。起偏器在分别表示输入0和1的+45和-45处产生线偏振光，同时ρ1和ρ2逻辑1在复ρ平面内的0度角而逻辑0在180度角。另一方面，布尔表达式A XOR B XNOR C类似于后者，但它需要在第一延迟器的输出之后增加倒相器，且ρ2逻辑0和1必须互换。如所示，依赖于异或门、异或非门、倒相器或后者的任何组合的多输入布尔表达式可通过增加额外层或薄膜层而容易地串联。
在整个串联系统的末尾，或在每个门的末尾，可容易地识别输出并将其转变成电信号。对于设计成在+45和-45度产生线偏振输出的简单情况，基于系统的薄膜可设计成最大化一种情况的透射或反射，同时最小化另一种情况的透射或反射。结合简单光检测器的使用的后者允许光检测器产生表示逻辑1的高读数和表示0的低读数的电输出。后者允许新的光学二进制逻辑实现与基于当前半导体的二进制逻辑系统结合。在输入和输出处的这样的结合为新的光学器件提供了重要的通用性，并允许建立利用新系统的优点的混合技术，而没有改变当前设计。而且，在基于光学的器件和基于器件的半导体之间将面临任何复杂性。
如上面描述的且如本领域的技术人员将认识到的，本发明的实施方式可配置为方法或设备。因此，本发明的实施方式可由各种装置组成，包括全部硬件的、全部软件的、或软件和硬件的任何组合。而且，本发明的实施方式可在具有计算机可读程序指令(例如计算机软件)的计算机可读存储介质上采用计算机程序产品的形式，计算机可读程序指令包括在存储介质内。可利用任何适当的计算机可读存储介质，包括硬盘、CD-ROM、光存储设备或磁存储设备。
上面参考方法、设备和计算机程序产品的方框图和流程图说明描述了本发明的示例性实施方式。应理解，流程图说明和方框图的每个方框以及流程图说明和方框图中的方框的组合分别可由包括计算机程序指令的各种装置实现。这些计算机程序指令可加载到通用计算机、专用计算机或其它可编程的数据处理设备上以产生一种机构，使得在计算机或其它可编程数据处理设备上执行的指令创建一种用于实现在流程图方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可储存在计算机可读存储器中，该存储器可指导计算机或其它可编程数据处理设备以特定的方式运行，使得存储在计算机可读存储器中的指令产生制造条款，包括用于实现在流程图方框中指定的功能的计算机可读指令。计算机程序指令还可加载到计算机或其它可编程数据处理设备上，来引起将在计算机或其它可编程设备上执行的一系列操作步骤，以产生计算机实现的过程，以便在计算机或其它可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图方框中指定的功能的步骤。
因此，流程图说明和方框图的方框支持用于实现具体功能的装置的组合、用于执行具体功能的步骤的组合、以及用于执行具体功能的程序指令装置。还应理解，流程图说明和方框图的每个方框以及流程图说明和方框图中的方框的组合可由基于专用硬件的计算机系统实现，并执行具体的功能或步骤、或专用硬件和计算机指令的组合。
这里阐述的这些发明的所属领域的技术人员会想到这些发明的很多更改和其它实施方式，这些发明享有在前述说明和相关附图中呈现的教导的利益。例如，本发明的原理可用于为了任何目的以任何真值表而设计任何类型的任何逻辑门，包括还没有被设计的门。
因此，应理解，本发明不限于所公开的特定实施方式，且修改和其它实施方式意味着包括在所附权利要求的范围内。而且，应理解，在光学器件的实际实现中，可能出现导致误差的错误。例如，图5的光束52a、52b和52c可不相同，或作为额外的例子，当需要时可不完全消除光束56和57。然而，应理解，某个误差容限是可容忍的或可用附加的器件校正，以使器件如预期公开的操作。
虽然在这里使用了特定的术语，它们仅在一般和描述性的意义上使用，而不是为了限制的目的。
本申请要求2006年5月18日提交的美国临时申请No.60/747,656、2006年5月22日提交的美国临时申请号60/747,901以及2006年9月29日提交的美国临时申请No.60/827,630的优先权，其在这里通过引用被并入。

Claims (62)

1.一种光束处理方法，包括：
将输入偏振光束分成第一光束和第二光束，其中所述第一光束和所述第二光束具有相同的相对偏振角，所述相对偏振角等于所述输入偏振光束的相对偏振角；
在第一相对偏振角使所述第一光束偏振；以及
在第二相对偏振角使所述第二光束偏振；
其中所述输入偏振光束的两个正交偏振分量的振幅比为1；
其中所述第一相对偏振角和所述第二相对偏振角之间的差为180度；以及
其中所述输入偏振光束的相对偏振角等于所述第一相对偏振角或所述第二相对偏振角。
2.如权利要求1所述的方法，其中使所述第一光束偏振或使所述第二光束偏振的所述步骤不产生光束。
3.如权利要求1所述的方法，进一步包括：
根据控制输入，将使所述第二光束偏振而产生的任何因而形成的光束的两个正交偏振分量之间的相角移动0或180度。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述第一相对偏振角表示第一逻辑状态而所述第二相对偏振角表示第二逻辑状态，所述方法进一步包括当所述控制输入相应于所述第一逻辑状态时，将使所述第二光束偏振而产生的任何因而形成的光束的两个正交偏振分量之间的相角移动180度。
5.如权利要求4所述的方法，进一步包括：
将使所述第一光束偏振而产生的任何因而形成的光束以及使所述第二光束偏振并移动而产生的任何因而形成的光束指引到相同的点。
6.如权利要求3所述的方法，进一步包括：
将使所述第一光束偏振而产生的任何因而形成的光束的两个正交偏振分量之间的相角移动180度。
7.如权利要求6所述的方法，其中所述第一相对偏振角表示第一逻辑状态而所述第二相对偏振角表示第二逻辑状态，所述方法进一步包括：
当所述控制输入相应于所述第二逻辑状态时，将使所述第二光束偏振而产生的任何因而形成的光束的两个正交偏振分量之间的相角移动180度。
8.如权利要求7所述的方法，进一步包括：
将使所述第一光束偏振并移动而产生的任何因而形成的光束以及使所述第二光束偏振并移动而产生的任何因而形成的光束指引到相同的点。
9.如权利要求1所述的方法，进一步包括：
根据控制输入，将使所述第一光束偏振而产生的任何因而形成的光束的两个正交偏振分量之间的相角移动0或180度。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述第一相对偏振角表示第一逻辑状态而所述第二相对偏振角表示第二逻辑状态，所述方法进一步包括：
当所述控制输入相应于所述第二逻辑状态时，将使所述第一光束偏振而产生的任何因而形成的光束的两个正交偏振分量之间的相角移动180度。
11.如权利要求10所述的方法，进一步包括：
将使所述第一光束偏振并移动而产生的任何因而形成的光束以及使所述第二光束偏振并移动而产生的任何因而形成的光束指引到相同的点。
12.如权利要求9所述的方法，进一步包括：
将使所述第二光束偏振而产生的任何因而形成的光束的两个正交偏振分量之间的相角移动180度。
13.如权利要求12所述的方法，其中所述第一相对偏振角表示第一逻辑状态而所述第二相对偏振角表示第二逻辑状态，所述方法进一步包括：
当所述控制输入相应于所述第一逻辑状态时，将使所述第一光束偏振而产生的任何因而形成的光束的两个正交偏振分量之间的相角移动180度。
14.如权利要求13所述的方法，进一步包括：
将使所述第一光束偏振并移动而产生的任何因而形成的光束以及使所述第二光束偏振并移动而产生的任何因而形成的光束指引到相同的点。
15.如权利要求1所述的方法，进一步包括：
根据第一控制输入，将使所述第一光束偏振而产生的任何因而形成的光束的两个正交偏振分量之间的相角移动0或180度；以及
根据第二控制输入，将使所述第二光束偏振而产生的任何因而形成的光束的两个正交偏振分量之间的相角移动0或180度。
16.如权利要求15所述的方法，其中所述第一控制输入和所述第二控制输入是相同的。
17.如权利要求15所述的方法，其中所述第一相对偏振角表示第一逻辑状态而所述第二相对偏振角表示第二逻辑状态，所述方法进一步包括：
当所述第一控制输入相应于所述第二逻辑状态时，将使所述第一光束偏振而产生的任何因而形成的光束的两个正交偏振分量之间的相角移动180度；
当所述第二控制输入相应于所述第二逻辑状态时，将使所述第二光束偏振而产生的任何因而形成的光束的两个正交偏振分量之间的相角移动180度。
18.如权利要求15所述的方法，进一步包括：
将使所述第一光束偏振并移动而产生的任何因而形成的光束以及使所述第二光束偏振并移动而产生的任何因而形成的光束指引到相同的点。
19.如权利要求15所述的方法，其中所述第一相对偏振角表示第一逻辑状态而所述第二相对偏振角表示第二逻辑状态，所述方法进一步包括：
当所述第一控制输入相应于所述第一逻辑状态时，将使所述第一光束偏振而产生的任何因而形成的光束的两个正交偏振分量之间的相角移动180度；
当所述第二控制输入相应于所述第一逻辑状态时，将使所述第二光束偏振而产生的任何因而形成的光束的两个正交偏振分量之间的相角移动180度。
20.如权利要求19所述的方法，进一步包括：
将使所述第一光束偏振并移动而产生的任何因而形成的光束以及使所述第二光束偏振并移动而产生的任何因而形成的光束指引到相同的点。
21.一种光束处理方法，包括：
接收输入偏振光束，其中所述输入偏振光束的两个正交偏振分量的振幅比为1，且其中第一相对角表示第一逻辑状态而第二相对角表示第二逻辑状态，以及所述第一相对角和所述第二相对角之间的差为180度，且所述输入偏振光束的相对偏振角等于所述第一相对角或所述第二相对角；以及
根据控制输入，将所述输入偏振光束的两个正交偏振分量之间的相角移动0或180度。
22.如权利要求21所述的方法，进一步包括：
当所述控制输入相应于所述第一逻辑状态时，将所述输入偏振光束的两个正交偏振分量之间的相角移动0度；以及
当所述控制输入相应于所述第二逻辑状态时，将所述输入偏振光束的两个正交偏振分量之间的相角移动180度。
23.如权利要求21所述的方法，进一步包括：
当所述控制输入相应于所述第一逻辑状态时，将所述输入偏振光束的两个正交偏振分量之间的相角移动180度；以及
当所述控制输入相应于所述第二逻辑状态时，将所述输入偏振光束的两个正交偏振分量之间的相角移动0度。
24.一种光束处理方法，包括：
接收输入偏振光束，其中第一坐标相应于第一相对角和第一相对幅度以表示第一逻辑状态，而第二坐标相应于第二相对角和第二相对幅度以表示第二逻辑状态，以及所述第二相对幅度等于所述第一幅度的倒数，且所述第一相对角和所述第二相对角之间的差为180度，以及所述输入偏振光束的相对偏振角等于所述第一相对角或所述第二相对角；
将输入偏振光束分成第一光束和第二光束，其中所述第一光束和所述第二光束具有相同的相对偏振角，所述相对偏振角等于所述输入偏振光束的相对偏振角；
如果所述第一光束的相对偏振角等于所述第二相对角，则在光学上消除所述第一光束；以及
如果所述第二光束的相对偏振角等于所述第一相对角，则在光学上消除所述第二光束。
25.一种光束处理方法，包括：
接收具有第一相对幅度和第一相对偏振角的输入偏振光束，其中所述输入偏振光束根据所述第一相对偏振角和所述第一相对幅度表示第一逻辑状态或第二逻辑状态；
将所述输入偏振光束分成第一光束和第二光束，其中所述第一光束和所述第二光束相等，并表示与所述输入偏振光束相同的逻辑状态；
如果所述第一光束的相对偏振角表示所述第二逻辑状态，则在光学上消除所述第一光束；以及
如果所述第二光束的相对偏振角表示所述第一逻辑状态，则在光学上消除所述第二光束。
26.如权利要求25所述的方法，进一步包括：
根据控制输入，调节所述第二光束以产生第三光束，其中所述第三光束根据所述第三光束的相对偏振角表示所述第一逻辑状态，其中所述调节步骤包括当所述控制输入表示第一逻辑状态时，对所述第二光束的相对偏振角调节180度，并按所述第一相对振幅的平方的倒数调节所述第二光束的相对振幅。
27.如权利要求25所述的方法，进一步包括：
调节所述第一光束以产生第三光束，其中所述第三光束根据所述第三光束的相对偏振角表示所述第二逻辑状态，其中所述调节步骤包括对所述第一光束的相对偏振角调节180度，并按所述第一相对振幅的平方的倒数调节所述第一光束的相对振幅；以及
根据控制输入，调节所述第二光束以产生第四光束，其中所述第四光束根据所述第四光束的相对偏振角表示所述第一逻辑状态，其中所述调节步骤包括当所述控制输入表示第二逻辑状态时，对所述第二光束的相对偏振角调节180度，并按所述第一相对振幅的平方的倒数调节所述第二光束的相对振幅。
28.如权利要求25所述的方法，进一步包括：
根据控制输入，调节所述第一光束以产生第三光束，其中所述第三光束根据所述第三光束的相对偏振角表示所述第二逻辑状态，其中所述调节步骤包括当所述控制输入表示第一逻辑状态时，对所述第一光束的相对偏振角调节180度，并按所述第一相对振幅的平方的倒数调节所述第二光束的相对振幅。
29.如权利要求25所述的方法，进一步包括：
根据控制输入，调节所述第一光束以产生第三光束，其中所述第三光束根据所述第三光束的相对偏振角表示所述第二逻辑状态，其中所述调节步骤包括当所述控制输入表示第一逻辑状态时，对所述第一光束的相对偏振角调节180度，并按所述第一相对振幅的平方的倒数调节所述第一光束的相对振幅；
调节所述第二光束以产生第四光束，其中所述第四光束根据所述第四光束的相对偏振角表示第五逻辑状态，其中所述调节步骤包括对所述第二光束的相对偏振角调节180度，并按所述第一相对振幅的平方的倒数调节所述第二光束的相对振幅。
30.如权利要求25所述的方法，进一步包括：
根据第一控制输入，调节所述第一光束以产生第三光束，其中所述第三光束根据所述第三光束的相对偏振角表示所述第二逻辑状态，其中所述调节步骤包括当所述控制输入表示第二逻辑状态时，对所述第一光束的相对偏振角调节180度，并按所述第一相对振幅的平方的倒数调节所述第一光束的相对振幅；以及
根据第二控制输入，调节所述第二光束以产生第四光束，其中所述第四光束根据所述第四光束的相对偏振角表示所述第一逻辑状态，其中所述调节步骤包括当所述控制输入表示第二逻辑状态时，对所述第二光束的相对偏振角调节180度，并按所述第一相对振幅的平方的倒数调节所述第二光束的相对振幅。
31.如权利要求30所述的方法，其中所述第一控制输入和所述第二控制输入是相同的。
32.如权利要求25所述的方法，进一步包括：
根据第一控制输入，调节所述第一光束以产生第三光束，其中所述第三光束根据所述第三光束的相对偏振角表示所述第二逻辑状态，其中所述调节步骤包括当所述控制输入表示第一逻辑状态时，对所述第一光束的相对偏振角调节180度，并按所述第一相对振幅的平方的倒数调节所述第一光束的相对振幅；以及
根据第二控制输入，调节所述第二光束以产生第四光束，其中所述第四光束根据所述第四光束的相对偏振角表示所述第一逻辑状态，其中所述调节步骤包括当所述控制输入表示第一逻辑状态时，对所述第二光束的相对偏振角调节180度，并按所述第一相对振幅的平方的倒数调节所述第二光束的相对振幅。
33.如权利要求32所述的方法，其中所述第一控制输入和所述第二控制输入是相同的。
34.一种表示两个二进制逻辑状态的方法，包括：
用具有第一相对偏振角和第一相对幅度的光束表示第一逻辑状态；
用具有第二相对偏振角和第二相对幅度的光束表示第二逻辑状态；
其中所述第一相对偏振角和所述第二相对偏振角之间的差是180度；以及
其中所述第二相对幅度等于所述第一相对幅度的倒数。
35.一种光束处理方法，其用于根据预先选择的相对偏振角将输入偏振光束转换成表示两个二进制逻辑状态之一的光束，所述方法包括：
接收具有第一相对偏振角α的第一偏振光束，其中所述第一偏振光束的两个正交偏振分量的振幅比为1；以及
根据第一控制输入，将所述第一偏振光束的两个正交偏振分量之间的相角移动(β-α)+180°或(β-α)，以产生第二光束，其中β是预先选择的角，且(β-α)+180°表示第一逻辑状态，以及(β-α)表示第二逻辑状态。
36.如权利要求35所述的方法，进一步包括：
根据第二控制输入，移动所述第二光束，将所述第二偏振光束的两个正交偏振分量之间的相角移动(γ-β)+180°或(γ-β)，以产生第三光束，其中γ是预先选择的角，且(γ-β)+180°表示第一逻辑状态，以及(γ-β)表示第二逻辑状态。
37.如权利要求36所述的方法，其中执行所述移动步骤以实现逻辑操作，且其中所述第一控制输入和第二控制输入是对所述逻辑操作的逻辑输入，以及所述第三光束是所述逻辑操作的逻辑输出。
38.如权利要求37所述的方法，其中所述逻辑操作是异或逻辑操作。
39.如权利要求37所述的方法，其中所述逻辑操作是异或非逻辑操作。
40.如权利要求36所述的方法，进一步包括：
将所述第三光束移动-(γ-β)以产生第四光束；以及
根据第三控制输入，移动第四光束，将所述第二偏振光束的两个正交偏振分量之间的相角移动(γ-β)+180°或(γ-β)，以产生第五光束。
41.如权利要求40所述的方法，其中执行第二个所述移动步骤以实现逻辑操作，且其中所述第三光束和所述第三控制输入是对所述逻辑操作的逻辑输入，以及所述第五光束是所述逻辑操作的逻辑输出。
42.如权利要求41所述的方法，其中所述逻辑操作是异或逻辑操作。
43.如权利要求41所述的方法，其中所述逻辑操作是异或非逻辑操作。
44.一种光束处理方法，其用于根据相对偏振角将输入偏振光束转换成表示两个二进制逻辑状态之一的光束，所述方法包括：
接收具有第一相对偏振角α和第一相对振幅的第一偏振光束；以及
将所述第一偏振光束的相对振幅按1/α的比例缩放，并根据第一控制输入将所述第一偏振光束的两个正交偏振分量之间的相角移动0°或180°，以产生第二光束，其中0°表示第一逻辑状态，而180°表示第二逻辑状态。
45.如权利要求44所述的方法，进一步包括：
根据第二控制输入，移动所述第二光束，将所述第二光束的两个正交偏振分量之间的相角移动0°或180°，以产生第三光束。
46.如权利要求44所述的方法，其中执行所述移动步骤以实现逻辑操作，且其中所述第一控制输入和第二控制输入是对所述逻辑操作的逻辑输入，以及所述第三光束是所述逻辑操作的逻辑输出。
47.如权利要求46所述的方法，其中所述逻辑操作是异或逻辑操作。
48.如权利要求46所述的方法，其中所述逻辑操作是异或非逻辑操作。
49.一种光束处理方法，包括：
接收第一偏振光束，其中所述第一偏振光束的两个正交偏振分量的振幅比为1，且其中第一相对角表示第一逻辑状态而第二相对角表示第二逻辑状态，以及所述第一相对角和所述第二相对角之间的差为180度，且所述第一偏振光束的相对偏振角β等于所述第一相对角或所述第二相对角；
根据控制输入，移动所述第一偏振光束，将第一偏振光束的两个正交偏振分量之间的相角移动(γ-β)+180°或(γ-β)，以产生第二光束，其中γ是预先选择的角，且(γ-β)+180°表示第一逻辑状态，以及(γ-β)表示第二逻辑状态。
50.如权利要求49所述的方法，其中执行所述移动步骤以实现逻辑操作，且其中所述第一偏振光束和所述控制输入是对所述逻辑操作的逻辑输入，以及所述第二光束是所述逻辑操作的逻辑输出。
51.如权利要求50所述的方法，其中所述逻辑操作是异或逻辑操作。
52.如权利要求50所述的方法，其中所述逻辑操作是异或非逻辑操作。
53.一种光束处理方法，包括：
接收输入偏振光束，其中第一相对角和相对幅度表示第一逻辑状态，而第二相对角和相对幅度表示第二逻辑状态；
将输入偏振光束分成第一光束和第二光束，其中所述第一光束和所述第二光束具有相同的相对偏振角，所述相对偏振角等于所述输入偏振光束的相对偏振角；
如果所述第一光束的相对偏振角等于所述第二相对角，则在光学上消除所述第一光束；以及
如果所述第二光束的相对偏振角等于所述第一相对角，则在光学上消除所述第二光束。
54.一种光学设备，包括：
用于将所述输入偏振光束分成第一光束和第二光束的装置，其中所述第一光束和所述第二光束具有相同的相对偏振角，所述相对偏振角等于所述输入偏振光束的相对偏振角；
用于在第一相对偏振角使所述第一光束偏振的装置；以及
用于在第二相对偏振角使所述第二光束偏振的装置；
其中所述输入偏振光束的两个正交偏振分量的振幅比为1；
其中所述第一相对偏振角和所述第二相对偏振角之间的差为180度；以及
其中所述输入偏振光束的相对偏振角等于所述第一相对偏振角或所述第二相对偏振角。
55.一种光学设备，包括：
用于接收输入偏振光束的装置，其中所述输入偏振光束的两个正交偏振分量的振幅比为1，且其中第一相对角表示第一逻辑状态而第二相对角表示第二逻辑状态，以及所述第一相对角和所述第二相对角之间的差为180度，且所述输入偏振光束的相对偏振角等于所述第一相对角或所述第二相对角；以及
用于根据控制输入将所述输入偏振光束的两个正交偏振分量之间的相角移动0或180度的装置。
56.一种光学设备，包括：
用于接收输入偏振光束的装置，其中第一坐标相应于第一相对角和第一相对幅度以表示第一逻辑状态，而第二坐标相应于第二相对角和第二相对幅度以表示第二逻辑状态，以及所述第二相对幅度等于所述第一相对幅度的倒数，且所述第一相对角和所述第二相对角之间的差为180度，以及所述输入偏振光束的相对偏振角等于所述第一相对角或所述第二相对角；
用于将输入偏振光束分成第一光束和第二光束的装置，其中所述第一光束和所述第二光束具有相同的相对偏振角，所述相对偏振角等于所述输入偏振光束的相对偏振角；
用于当所述第一光束的相对偏振角等于所述第二相对角时在光学上消除所述第一光束的装置；以及
用于当所述第二光束的相对偏振角等于所述第一相对角时在光学上消除所述第二光束的装置。
57.一种光学设备，包括：
用于接收具有第一相对幅度和第一相对偏振角的输入偏振光束的装置，其中所述输入偏振光束根据所述第一相对偏振角和所述第一相对幅度表示第一逻辑状态或第二逻辑状态；
用于将所述输入偏振光束分成第一光束和第二光束的装置，其中所述第一光束和所述第二光束相等，并表示与所述输入偏振光束相同的逻辑状态；
用于当所述第一光束的相对偏振角表示所述第二逻辑状态时在光学上消除所述第一光束的装置；以及
用于当所述第二光束的相对偏振角表示所述第一逻辑状态时在光学上消除所述第二光束的装置。
58.一种光学设备，包括用于表示两个二进制逻辑状态，包括：
用于由具有第一相对偏振角和第一相对幅度的光束表示第一逻辑状态的装置；
用于由具有第二相对偏振角和第二相对幅度的光束表示第二逻辑状态的装置；
其中所述第一相对偏振角和所述第二相对偏振角之间的差是180度；以及
其中所述第二相对幅度等于所述第一相对幅度的倒数。
59.一种光学设备，其用于根据预先选择的相对偏振角将输入偏振光束转换成表示两个二进制逻辑状态之一的光束，所述设备包括：
用于接收具有第一相对偏振角α的第一偏振光束的装置，其中所述第一偏振光束的两个正交偏振分量的振幅比为1；以及
用于根据第一控制输入将所述第一偏振光束的两个正交偏振分量之间的相角移动(β-α)+180°或(β-α)以产生第二光束的装置，其中β是预先选择的角，且(β-α)+180°表示第一逻辑状态，以及(β-α)表示第二逻辑状态。
60.一种光学设备，其用于根据相对偏振角将输入偏振光束转换成表示两个二进制逻辑状态之一的光束，所述装置包括：
用于接收具有第一相对偏振角α和第一相对振幅的第一偏振光束的装置；以及
用于将所述第一偏振光束的相对振幅按1/α的比例缩放、并根据第一控制输入将所述第一偏振光束的两个正交偏振分量之间的相角移动0°或180°以产生第二光束的装置，其中0°表示第一逻辑状态，而180°表示第二逻辑状态。
61.一种光学设备，包括：
用于接收第一偏振光束的装置，其中所述第一偏振光束的两个正交偏振分量的振幅比为1，且其中第一相对角表示第一逻辑状态而第二相对角表示第二逻辑状态，以及所述第一相对角和所述第二相对角之间的差为180度，且所述第一偏振光束的相对偏振角β等于所述第一相对角或所述第二相对角；
用于根据控制输入、移动所述第一偏振光束、将所述第一偏振光束的两个正交偏振分量之间的相角移动(γ-β)+180°或(γ-β)以产生第二光束的装置，其中γ是预先选择的角，且(γ-β)+180°表示第一逻辑状态，以及(γ-β)表示第二逻辑状态。
62.一种光学设备，包括：
用于接收输入偏振光束的装置，其中第一相对角和相对幅度表示第一逻辑状态，而第二相对角和相对幅度表示第二逻辑状态；
用于将输入偏振光束分成第一光束和第二光束的装置，其中所述第一光束和所述第二光束具有相同的相对偏振角，所述相对偏振角等于所述输入偏振光束的相对偏振角；
用于当所述第一光束的相对偏振角等于所述第二相对角时在光学上消除所述第一光束的装置；以及
用于当如果所述第二光束的相对偏振角等于所述第一相对角时在光学上消除所述第二光束的装置。
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