CN104536234B - 高对比度光子晶体“或”、“非”、“异或”逻辑门 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高对比度光子晶体“或”、“非”、“异或”逻辑门为一种六端口的二维光子晶体，包括一个非线性腔单元和一个十字波导逻辑门单元；高对比度光子晶体“或”逻辑门由一个参考光输入端、两个闲置光输出端、两个系统信号输入端和一个系统信号输出端组成；高对比度光子晶体“非”逻辑门由两个参考光输入端、两个闲置光输出端、一个系统信号输入端和一个系统信号输出端组成；高对比度光子晶体“异或”逻辑门由一个参考光输入端、两个闲置光输出端、两个系统信号输入端和一个系统信号输出端组成；十字波导逻辑门单元设置有不同的输入或输出端口；非线性腔单元与十字波导逻辑门单元耦合连接。本发明结构易与其它光子晶体器件实现集成。

Description

高对比度光子晶体“或”、“非”、“异或”逻辑门
技术领域
本发明涉及二维光子晶体、非线性光学、光学逻辑门。
背景技术
1987年，美国Bell实验室的E.Yablonovitch在讨论如何抑制自发辐射和Princeton大学的S.John在讨论光子区域各自独立地提出了光子晶体(Photonic Crystal)的概念。光子晶体是一种介电材料在空间中呈周期性排列的物质结构，通常由两种或两种以上具有不同介电常数材料构成的人工晶体。
随着光子晶体的提出和深入研究，人们可以更灵活、更有效地控制光子在光子晶体材料中的运动。在与传统半导体工艺和集成电路技术相结合下，人们通过设计与制造光子晶体及其器件不断的往全光处理飞速迈进，光子晶体成为了光子集成的突破口。1999年12月，美国权威杂志《科学》将光子晶体评为1999年十大科学进展之一，也成为了当今科学研究领域的一个研究热点。
全光逻辑器件主要包括基于光放大器的逻辑器件、非线性环形镜逻辑器件、萨格纳克干涉式逻辑器件、环形腔逻辑器件、多模干涉逻辑器件、耦合光波导逻辑器件、光致异构逻辑器件、偏振开关光逻辑器件、传输光栅光逻辑器件等。这些光逻辑器件对于发展大规模集成光路来说都有体积大的共同缺点。随着近年来科学技术的提高，人们还发展研究出了量子光逻辑器件、纳米材料光逻辑器件和光子晶体光逻辑器件，这些逻辑器件都符合大规模光子集成光路的尺寸要求，但对于现代的制作工艺来说，量子光逻辑器件与纳米材料光逻辑器件在制作上存在很大的困难，而光子晶体光逻辑器件则在制作工艺上具有竞争优势。
近年来，光子晶体逻辑器件是一个备受瞩目的研究热点，它极有可能在不久将来取代目前正广泛使用的电子逻辑器件。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种结构紧凑、高低逻辑输出对比度高、易与其它光子晶体逻辑器件集成的高对比度光子晶体“或”、“非”、“异或”逻辑门。
为了解决上述存在的技术问题，本发明采用下列技术方案：
本发明的高对比度光子晶体“或”、“非”、“异或”逻辑门为一种六端口的二维光子晶体，包括一个非线性腔单元和一个“十”字波导逻辑门单元；所述的非线性腔单元为一个二维光子晶体交叉波导非线性腔，它由一个参考光输入端、一个中间信号输入端、一个系统信号输出端和一个闲置端口组成；所述的非线性腔单元由高折射率线性介质柱构成二维的光子晶体“十”字交叉波导四端口网络，所述四端口网络的左端为参考光输入端、下端为中间信号输入端、上端为系统信号输出端、右端为闲置端口，在交叉波导的中部设置有非线性介质柱；所述非线性介质柱的横截面为正方形，该介质柱为非线性材料；所述二维光子晶体交叉波导非线性腔中心由十二根长方形高折射率线性介质柱与一根正方形非线性介质柱在纵、横两个波导方向呈准一维光子晶体排列；所述的非线性腔单元与所述的“十”字波导逻辑门单元耦合连接；所述非线性腔单元的中间信号输入端分别与所述“十”字波导逻辑门单元的“或”逻辑门、“非”逻辑门、“异或”逻辑门的输出端相连接。
高对比度光子晶体“或”、“非”、“异或”逻辑门为一种六端口的二维光子晶体，还包括一个非线性腔单元和一个“十”字波导逻辑门单元；所述的“十”字波导逻辑门单元为一个四端口的波导网络的光子晶体，它由两个输入端、一个闲置端口和一个系统信号输出端组成，在四端口网络的交叉中心设置有一根圆形介质柱；所述四端口网络的右端和下端分别为一个参考光输入端和一个信号光输入端或两个信号输入端，左端和上端分别为闲置端口和系统信号输出端；所述“十”字波导逻辑门单元为一个“十”字波导光子晶体光学“或”、“非”、“异或”逻辑门，对输入信号作逻辑运算；所述的“十”字波导逻辑门单元设置不同的输入或输出端口分别进行“或”、“非”、“异或”逻辑运算；所述的“十”字波导逻辑门单元与所述的非线性腔单元耦合连接；所述“十”字波导逻辑门单元的“或”、“非”、“异或”逻辑门的系统信号输出端分别与所述非线性腔单元的中间信号输入端相连接；所述的高对比度光子晶体“或”逻辑门由一个参考光输入端、两个闲置光输出端、两个系统信号输入端和一个系统信号输出端组成；所述的高对比度光子晶体“非”逻辑门由两个参考光输入端、两个闲置光输出端、一个系统信号输入端和一个系统信号输出端组成；所述的高对比度光子晶体“异或”逻辑门由一个参考光输入端、两个闲置光输出端、两个系统信号输入端和一个系统信号输出端组成。
所述交叉波导中心沿两波导方向放置两相互正交的准一维光子晶体结构；紧贴正方形非线性介质柱且靠近信号输出端的一根长方形线性介质柱的介电常数与正方形非线性介质柱在弱光条件下的介电常数相等；所述准一维光子晶体结构与正方形非线性介质柱构成波导缺陷腔。
所述非线性腔单元的交叉波导中的准一维光子晶体中的线性介质柱的折射率为大于2的值。
所述非线性腔单元的交叉波导中的准一维光子晶体中的线性介质柱的折射率为3.4。
所述准一维光子晶体中的线性介质柱的横截面形状为长方形。
所述二维光子晶体的高折射率线性介质柱的横截面为圆形、椭圆形或者多边形。
所述二维光子晶体的高折射率线性介质柱的横截面为三角形。
所述二维光子晶体的背景填充材料为折射率低于1.4的低折射率介质。
所述二维光子晶体的背景填充材料为空气。
本发明的光子晶体逻辑器件通过对结构的缩放，可广泛应用于光通信波段。它与现有技术相比，有如下积极效果：
1.结构紧凑、易与其它光子晶体逻辑器件进行集成。
2.光子晶体逻辑器件可以直接进行全光的“与”、“或”、“非”等逻辑功能，是实现全光计算的核心器件。
3.本发明通过非线性腔的幅值变换特性不仅能够实现高对比度的光子晶体“或”、“非”、“异或”逻辑门功能，而且高、低逻辑输出对比度高。
4.抗干扰能力强、运算速度快。
附图说明
图1为本发明的高对比度光子晶体“非”门、“异或”门的结构图。
图中：非线性腔单元01“十”字波导逻辑门单元02高对比度光子晶体“非”门的参考光输入端1信号输入2闲置光输出端口3参考光输入端4系统信号输出端5闲置光输出端口6高对比度光子晶体“异或”门的信号输入端1信号输入端2闲置光输出端口3参考光输入端4系统信号输出端5闲置光输出端口6第一长方形高折射率线性介质柱11第二长方形高折射率线性介质柱12正方形非线性介质柱13圆形高折射率线性介质柱14圆形线性介质柱15
图2为本发明的高对比度光子晶体“或”门的结构图。
图中：非线性腔单元01“十”字波导逻辑门单元02信号输入端1信号输入端2闲置光输出端口3参考光输入端4系统信号输出端5闲置光输出端口6闲置光输出端口7第一长方形高折射率线性介质柱11第二长方形高折射率线性介质柱12正方形非线性介质柱13圆形高折射率线性介质柱14圆形线性介质柱15
图3为本发明的高对比度光子晶体“或”、“非”、“异或”逻辑门的两个单元结构图。
图3(a)：“十”字波导逻辑门单元“非”逻辑门的参考光输入端1信号光输入端2闲置端口3信号输出端7“十”字波导逻辑门单元02“异或”逻辑门的信号输入端1信号输入端2闲置端口3信号输出端7“十”字波导逻辑门单元02“或”逻辑门的信号输入端1信号输入端2信号输出端3闲置端口7
图3(b)：非线性腔单元01的参考光输入端4中间信号输入端8信号输出端5闲置光输出端6
图4为图3(b)所示非线性腔单元的信号输出端输出的基本逻辑功能波形图。
图5为图1所示的高对比度光子晶体“非”门实现的高对比度“非”逻辑运算功能波形图。
图6为图1所示的高对比度光子晶体“异或”门实现的高对比度“异或”逻辑运算功能波形图。
图7为图2所示的高对比度光子晶体“或”门实现的高对比度“或”逻辑运算功能波形图。
图8为图3(a)所示“十”字波导逻辑门单元的“非”逻辑门输入输出关系表。
图9为图3(a)所示“十”字波导逻辑门单元的“异或”逻辑门输入输出关系表。
图10为图3(a)所示“十”字波导逻辑门单元的“或”逻辑门输入输出关系表。
图11为图3(b)所示的非线性腔单元的逻辑功能真值表。
具体实施方式
本发明的高对比度光子晶体“或”、“非”、“异或”逻辑门为一种六端口的二维光子晶体，包括一个非线性腔单元01和一个“十”字波导逻辑门单元02；图1所示的高对比度光子晶体“非”、“异或”逻辑门，高对比度光子晶体“非”逻辑门由两个参考光输入端、两个闲置光输出端、一个系统信号输入端和一个系统信号输出端组成；高对比度光子晶体“异或”逻辑门由一个参考光输入端、两个闲置光输出端、两个系统信号输入端和一个系统信号输出端组成；图2所示的高对比度光子晶体“或”逻辑门由一个参考光输入端、两个闲置光输出端、两个系统信号输入端和一个系统信号输出端组成。
“十”字波导逻辑门单元02如图3(a)所示，为一个“十”字波导光子晶体光学“或”、“非”、“异或”逻辑门，可对输入信号进行逻辑运算，通过设置不同的输入或者输出端口能分别实现“或”、“非”、“异或”逻辑功能；“十”字波导逻辑门单元为一个四端口的波导网络的光子晶体，“十”字波导逻辑门单元由两个输入端、一个闲置端口和一个信号输出端构成；四端口网络的右端、下端分别为参考光输入端和信号光输入端或者两个信号输入端，左端、上端分别为闲置端口或者信号输出端；四端口网络的“十”字交叉波导中心附近设置了一根圆形介质柱，设“十”字交叉波导对称中心为原点(0，0)，则中心圆形介质柱圆心位置为(-0.188*d，-0.188*d)，半径为0.292*d。
如图3(a)所示，以端口1作为参考光输入端，输入参考光E(E＝P0)，端口2作为信号光输入端，端口7作为信号输出端，端口3为闲置端口，则该单元实现输入信号的“非”逻辑运算功能，如图8所示。
如图3(a)所示，以端口1及端口2作为信号输入端，端口7作为信号输出端，端口3为闲置端口，则该单元实现两个输入信号的“异或”逻辑运算功能，如图9所示。
如图3(a)所示，以端口1及端口2作为信号输入端，端口3作为信号输出端，端口7为闲置端口，则该单元实现两个输入信号的“或”逻辑运算功能，如图10所示。
可见，图3(a)所示的“十”字波导逻辑门单元实现逻辑输入信号的“非”、“异或”、“或”逻辑运算功能。
非线性腔单元01如图3(b)所示，为一个二维光子晶体交叉波导非线性腔，根据其自身的逻辑运算特性，以上一级的逻辑输出作为逻辑输入以实现既定的逻辑功能。非线性腔单元01由一个参考光输入端、一个中间信号输入端、一个信号输出端和一个闲置端口构成；非线性腔单元01由高折射率线性介质柱构成二维的光子晶体“十”字交叉波导四端口网络，四端口网络的左端为参考光输入端、下端为中间信号输入端、上端为系统信号输出端、右端为闲置端口；图中二维光子晶体列阵晶格常数为d，阵列数为11×11；如图1中所示的非线性腔单元01由高折射率线性介质柱构成二维的光子晶体“十”字交叉波导四端口网络，所述四端口网络的左端为参考光输入端、下端为中间信号输入端、上端为系统信号输出端、右端为闲置端口；通过交叉波导中心沿两波导方向放置两相互正交的准一维光子晶体结构；在交叉波导的中部设置有介质柱，该介质柱为非线性材料，所述介质柱的横截面为正方形、多边形、圆形或者椭圆形；紧贴中心非线性杆且靠近信号输出端的一根长方形线性介质柱的介电常数与正方形非线性杆在弱光条件下的介电常数相等；所述准一维光子晶体结构与正方形非线性介质柱构成波导缺陷腔；二维光子晶体交叉波导非线性腔中心由十二根长方形高折射率线性介质柱与一根正方形非线性介质柱在纵、横两个波导方向呈准一维光子晶体排列，正方形非线性介质柱与相邻的四根长方形线性介质柱相贴，距离为0，而两两相邻的长方形线性介质柱相距0.2668d；非线性腔单元01的第一长方形高折射率线性介质柱11的折射率为3.4，第二长方形高折射率线性介质柱12的介电常数为7.9，其介电常数与正方形非线性介质柱弱光条件下的介电常数一致；非线性腔单元01的正方形非线性介质柱13采用克尔型非线性材料，弱光条件下的介电常数为7.9；圆形高折射率线性介质柱14采用硅(Si)材料，折射率为3.4。
本发明基于图3(b)所示光子晶体非线性腔单元01所具有的光子带隙特性、准一维光子晶体缺陷态、隧穿效应及光克尔非线性效应，结合图3(a)所示的“十”字波导逻辑门单元02所具有的逻辑运算特性，实现高对比度的光子晶体“或”、“非”、“异或”逻辑门功能。
本发明中光子晶体非线性腔单元01的基本原理：如图3(b)所示的二维光子晶体提供一个具有一定带宽的光子带隙，波长落在该带隙内的光波可在光子晶体内所设计好的光路中传播，因此将器件的工作波长设置为光子带隙中的某一波长；交叉波导中心所设置的准一维光子晶体结构结合正方形非线性介质柱的非线性效应提供了一个缺陷态模式，当输入光波满足一定光强时，使得该缺陷态模式偏移至系统的工作频率，结构产生隧穿效应，信号从输出端5输出。
当晶格常数d＝1μm，工作波长为2.976μm，参照图3(b)所示的二维光子晶体交叉波导非线性腔单元01，端口4输入信号A，端口8输入信号B。如图4所示为本发明的二维光子晶体非线性腔单元01的信号输出端5输出的逻辑输出波形图，当端口4与端口8分别输入如图4所示的信号A与信号B波形信号，可得到该图下方的逻辑输出波形。根据图4所示的逻辑运算特性可得到图11所示该结构的逻辑运算真值表。图11中C为现态Qn，Y为非线性腔单元输出端5的信号输出，即次态Qn+1。根据该真值表可得到非线性腔单元的逻辑表达式：
Y＝AB+BC (1)
即
Qn+1＝AB+BQn (2)
图3(a)所示的“十”字波导逻辑门单元作为“非”逻辑门结构与图3(b)所示的非线性腔单元进行耦合连接时，图3(a)所示的“十”字波导“非”逻辑门的输出端7与图3(b)所示的非线性腔单元的输入端8(中间信号输入端)相连接，即“非”逻辑门的输出信号作为非线性腔单元输入端8的输入信号，如图1所示。图1中，当端口1与端口4分别输入参考光E1与E2(E1＝E2＝1)，端口2输入信号S1，则根据“十”字波导逻辑门单元02的“非”逻辑门的逻辑运算特性和非线性腔单元01的逻辑表达式(2)，可得到图1所示结构的输出端5的输出为：
其中，即为高对比度的“非”逻辑信号，图1所示结构可实现输入信号的“非”逻辑运算功能。
同理，图3(a)所示的“十”字波导逻辑门单元作为“异或”逻辑门结构与图3(b)所示的非线性腔单元进行耦合连接时，图3(a)所示的“十”字波导“异或”逻辑门的输出端7与图3(b)所示的非线性腔单元的输入端8(中间信号输入端)相连接，即“异或”逻辑门的输出信号作为非线性腔单元输入端8的输入信号，如图1所示。图1中，当端口4输入参考光E(E＝1)，端口1输入信号C1，端口2输入信号C2，则根据“十”字波导逻辑门单元02的“异或”逻辑门的逻辑运算特性和非线性腔单元01的逻辑表达式(2)，可得到图1所示结构的输出端5的输出为：
可见，图1所示结构可实现两个输入信号的“异或”逻辑运算功能。结合公式(3)与公式(4)可得到图1所示的同一结构设置不同的输入，可分别实现“非”逻辑运算功能和“异或”逻辑运算功能。
同理，图3(a)所示的“十”字波导逻辑门单元作为“或”逻辑门结构与图3(b)所示的非线性腔单元进行耦合连接时，图3(a)所示的“十”字波导“或”逻辑门的输出端3与图3(b)所示的非线性腔单元的输入端8(中间信号输入端)相连接，即“或”逻辑门的输出信号作为非线性腔单元输入端8的输入信号，如图2所示。图2中，当端口4输入参考光E(E＝1)，端口1输入信号D1，端口2输入信号D2，则根据“十”字波导逻辑门单元02的“或”逻辑门的逻辑运算特性和非线性腔单元01的逻辑表达式(2)，可得到图2所示结构的输出端5的输出为：
Qn+1＝D1+D2 (5)
可见，图2所示结构可实现两个输入信号的“或”逻辑运算功能。
本发明器件的光子晶体结构采用(2m+1)×(2n+1)的阵列结构，m为大于等于5的整数,n为大于等于8的整数。下面结合附图给出两个实施例，在实施例中以11×17阵列结构，二维光子晶体阵列的晶格常数d分别以1μm及0.5208μm为例给出设计和模拟结果。
实施例1
参照图1所示，晶格常数d＝1μm，工作波长为2.976μm，圆形高折射率线性介质柱14的半径为0.18μm；第一长方形高折射率线性介质柱11的长边为0.613μm，短边为0.162μm；第二长方形高折射率线性介质柱12的尺寸与第一长方形高折射率线性介质柱11的尺寸一致；正方形非线性介质柱13的边长为1.5μm，三阶非线性系数为1.33*10-2μm2/V2；两两相邻的长方形线性介质柱相距0.2668μm；圆形线性介质柱15的半径为0.292μm。
参照图1所示结构，端口1和端口4分别输入参考光E1和E2，其中E1＝E2＝1；端口2输入如图5所示Input Signal信号，可得到高对比度光子晶体“非”逻辑运算输出信号，如图5中Output 1所示，其输出信号的高低逻辑对比度大于10dB。
同理，参照图1所示，晶格常数d＝0.5208μm，工作波长为1.55μm，圆形高折射率线性介质柱14的半径为0.0937μm；第一长方形高折射率线性介质柱11的长边为0.3193μm，短边为0.0844μm；第二长方形高折射率线性介质柱12的尺寸与第一长方形高折射率线性介质柱11的尺寸一致；正方形非线性介质柱13的边长为0.7812μm，三阶非线性系数为1.33*10-2μm2/V2；两两相邻的长方形线性介质柱相距0.1389μm；圆形线性介质柱15的半径为0.0937μm。
参照图1所示结构，端口1和端口4分别输入参考光E1和E2，其中E1＝E2＝1；端口2输入如图5所示Input Signal信号，可得到高对比度光子晶体“非”逻辑运算输出信号，如图5中Output 2所示，其输出信号的高低逻辑对比度大于21dB。
可见，图1所示结构可实现高对比度的光子晶体“非”逻辑运算功能，且可通过缩放将工作波长调至光通信波段。
实施例2
参照图1所示，晶格常数d＝1μm，工作波长为2.976μm，圆形高折射率线性介质柱14的半径为0.18μm；第一长方形高折射率线性介质柱11的长边为0.613μm，短边为0.162μm；第二长方形高折射率线性介质柱12的尺寸与第一长方形高折射率线性介质柱11的尺寸一致；正方形非线性介质柱13的边长为1.5μm，三阶非线性系数为1.33*10-2μm2/V2；两两相邻的长方形线性介质柱相距0.2668μm；圆形线性介质柱15的半径为0.292μm。
参照图1所示结构，端口4输入参考光E,E＝1；端口1与端口2分别输入如图6所示Port1和Port2信号，可得到高对比度光子晶体“异或”逻辑运算输出信号，如图6中Output 1所示，其输出信号的高低逻辑对比度大于19dB。
同理，参照图1所示，晶格常数d＝0.5208μm，工作波长为1.55μm，圆形高折射率线性介质柱14的半径为0.0937μm；第一长方形高折射率线性介质柱11的长边为0.3193μm，短边为0.0844μm；第二长方形高折射率线性介质柱12的尺寸与第一长方形高折射率线性介质柱11的尺寸一致；正方形非线性介质柱13的边长为0.7812μm，三阶非线性系数为1.33*10-2μm2/V2；两两相邻的长方形线性介质柱相距0.1389μm；圆形线性介质柱15的半径为0.0937μm。
参照图1所示结构，端口4输入参考光E,E＝1；端口1与端口2分别输入如图6所示Port1和Port2信号，可得到高对比度光子晶体“异或”逻辑运算输出信号，如图6中Output 2所示，其输出信号的高低逻辑对比度大于23dB。
可见，图1所示结构可实现高对比度的光子晶体“异或”逻辑运算功能，且可通过缩放将工作波长调至光通信波段。
通过对比实施例1可得到，图1所示结构可通过对输入端的不同设置，可以分别实现高对比度的光子晶体“非”门和高对比度的光子晶体“异或”门。
实施例3
参照图2所示，晶格常数d＝1μm，工作波长为2.976μm，圆形高折射率线性介质柱14的半径为0.18μm；第一长方形高折射率线性介质柱11的长边为0.613μm，短边为0.162μm；第二长方形高折射率线性介质柱12的尺寸与第一长方形高折射率线性介质柱11的尺寸一致；正方形非线性介质柱13的边长为1.5μm，三阶非线性系数为1.33*10-2μm2/V2；两两相邻的长方形线性介质柱相距0.2668μm；圆形线性介质柱15的半径为0.292μm。
参照图2所示结构，端口4输入参考光E,E＝1；端口1与端口2分别输入如图7所示Port1和Port2信号，可得到高对比度光子晶体“或”逻辑运算输出信号，如图7中Output 1所示，其输出信号的高低逻辑对比度大于19dB。
同理，参照图1所示，晶格常数d＝0.5208μm，工作波长为1.55μm，圆形高折射率线性介质柱14的半径为0.0937μm；第一长方形高折射率线性介质柱11的长边为0.3193μm，短边为0.0844μm；第二长方形高折射率线性介质柱12的尺寸与第一长方形高折射率线性介质柱11的尺寸一致；正方形非线性介质柱13的边长为0.7812μm，三阶非线性系数为1.33*10-2μm2/V2；两两相邻的长方形线性介质柱相距0.1389μm；圆形线性介质柱15的半径为0.0937μm。
参照图2所示结构，端口4输入参考光E,E＝1；端口1与端口2分别输入如图7所示Port 1和Port 2信号，可得到高对比度光子晶体“或”逻辑运算输出信号，如图7中Output 2所示，其输出信号的高低逻辑对比度大于17dB。
可见，图2所示结构可实现高对比度的光子晶体“或”逻辑运算功能，且可通过缩放将工作波长调至光通信波段。
以上所述本发明在具体实施方式及应用范围均有改进之处，不应当理解为对本发明限制。

Claims (10)

1.一种高对比度光子晶体“或”、“非”、“异或”逻辑门，其特征在于：它为一种六端口的二维光子晶体，包括一个非线性腔单元和一个“十”字波导逻辑门单元；所述的非线性腔单元为一个二维光子晶体交叉波导非线性腔，它由一个参考光输入端、一个中间信号输入端、一个系统信号输出端和一个闲置端口组成；所述的非线性腔单元由高折射率线性介质柱构成二维的光子晶体“十”字交叉波导四端口网络，所述四端口网络的左端为参考光输入端、下端为中间信号输入端、上端为系统信号输出端、右端为闲置端口，在交叉波导的中部设置有非线性介质柱；所述非线性介质柱的横截面为正方形，该介质柱为非线性材料；所述二维光子晶体交叉波导非线性腔中心由十二根长方形高折射率线性介质柱与一根正方形非线性介质柱在纵、横两个波导方向呈准一维光子晶体排列；所述的非线性腔单元与所述的“十”字波导逻辑门单元耦合连接；所述非线性腔单元的中间信号输入端分别与所述“十”字波导逻辑门单元的“或”逻辑门、“非”逻辑门、“异或”逻辑门的输出端相连接。
2.一种高对比度光子晶体“或”、“非”、“异或”逻辑门，其特征在于：它为一种六端口的二维光子晶体，包括一个非线性腔单元和一个“十”字波导逻辑门单元；所述的“十”字波导逻辑门单元为一个四端口的波导网络的光子晶体，它由两个输入端、一个闲置端口和一个系统信号输出端组成，在四端口网络的交叉中心设置有一根圆形介质柱；所述四端口网络的右端和下端分别为一个参考光输入端和一个信号光输入端或两个信号输入端，左端和上端分别为闲置端口和系统信号输出端；所述“十”字波导逻辑门单元为一个“十”字波导光子晶体光学“或”、“非”、“异或”逻辑门，对输入信号作逻辑运算；所述的“十”字波导逻辑门单元设置不同的输入或输出端口分别进行“或”、“非”、“异或”逻辑运算；所述的“十”字波导逻辑门单元与所述的非线性腔单元耦合连接；所述“十”字波导逻辑门单元的“或”、“非”、“异或”逻辑门的系统信号输出端分别与所述非线性腔单元的中间信号输入端相连接；所述的高对比度光子晶体“或”逻辑门由一个参考光输入端、两个闲置光输出端、两个系统信号输入端和一个系统信号输出端组成；所述的高对比度光子晶体“非”逻辑门由两个参考光输入端、两个闲置光输出端、一个系统信号输入端和一个系统信号输出端组成；所述的高对比度光子晶体“异或”逻辑门由一个参考光输入端、两个闲置光输出端、两个系统信号输入端和一个系统信号输出端组成。
3.按照权利要求1所述的高对比度光子晶体“或”、“非”、“异或”逻辑门，其特征在于：所述交叉波导中心沿两波导方向放置两相互正交的准一维光子晶体结构；紧贴正方形非线性介质柱且靠近信号输出端的一根长方形线性介质柱的介电常数与正方形非线性介质柱在弱光条件下的介电常数相等；所述准一维光子晶体结构与正方形非线性介质柱构成波导缺陷腔。
4.按照权利要求3所述的高对比度光子晶体“或”、“非”、“异或”逻辑门，其特征在于：所述非线性腔单元的交叉波导中的准一维光子晶体中的线性介质柱的折射率为大于2的值。
5.按照权利要求 3所述的高对比度光子晶体“或”、“非”、“异或”逻辑门，其特征在于：所述非线性腔单元的交叉波导中的准一维光子晶体中的线性介质柱的折射率为3.4。
6.按照权利要求3所述的高对比度光子晶体“或”、“非”、“异或”逻辑门，其特征在于：所述准一维光子晶体中的线性介质柱的横截面形状为长方形。
7.按照权利要求1所述的高对比度光子晶体“或”、“非”、“异或”逻辑门，其特征在于：所述二维光子晶体的高折射率线性介质柱的横截面为圆形、椭圆形或者多边形。
8.按照权利要求1所述的高对比度光子晶体“或”、“非”、“异或”逻辑门，其特征在于：所述二维光子晶体的高折射率线性介质柱的横截面为三角形。
9.按照权利要求1或2所述的高对比度光子晶体“或”、“非”、“异或”逻辑门，其特征在于：所述二维光子晶体的背景填充材料为折射率低于1.4的低折射率介质。
10.按照权利要求1或2所述的高对比度光子晶体“或”、“非”、“异或”逻辑门，其特征在于：所述二维光子晶体的背景填充材料为空气。
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