TWM569975U

TWM569975U - 用於５ｇ通訊網路的光控邏輯閘

Info

Publication number: TWM569975U
Application number: TW107212096U
Authority: TW
Inventors: 李政哲; 李欣哲; 李欣容; 李偉裕; 李昆益; 林坤成; 朱麗玲; 朱淑美; 朱宜臻; 留雅凌; 留聯基; 莊為群; 張勤煜; 陳建君; 林晏瑞; 楊宜斌; 楊宜誠; 苗延浩; 吳家興; 詹凱全
Original assignee: 大正智財管理顧問股份有限公司; 大正龍鼎科技股份有限公司
Priority date: 2018-09-04
Filing date: 2018-09-04
Publication date: 2018-11-11

Abstract

一種用於5G通訊網路的光控邏輯閘，包括：一表面形成有光子晶體結構的矽基板，該光子晶體結構包含複數個以三角形晶格排列的第一柱狀物；一環狀共振器波導，形成於該基板上，並具有一輸出波導；一第一輸入埠波導及一第二輸入埠波導，形成於該基板上，並分別光學地連接該環狀共振器波導；一光控輸入波導，形成於該基板上，並連接該環狀共振器波導的該輸出波導；以及一輸出埠波導，形成於該基板上，並連接該光控輸入波導與該輸出波導的連接點；其中，該等波導係為將部分的該等第一柱狀物自該光子晶體結構中移除所形成之缺陷線段。

Description

用於5G通訊網路的光控邏輯閘

本創作係有關於一種用於5G通訊網路的邏輯閘裝置，特別是一種以光子晶體技術來實現的全光學式光控邏輯閘。

所謂的5G通訊泛指第5代行動通訊網路(5th Generation Mobile Networks)，係對下一代無線通訊網路的預期技術，希望能以10Gbps以上的資料傳輸率支援數以萬計的用戶，並能結合大規模配置的感測器網路。對於如此高速、高容量的無線通訊網路，現有以「電」進行資料處理或信號處理的方式已達其計算操作的瓶頸，未來勢必朝向以「光」為基礎的資料處理或信號處理，例如，光計算、光信號處理等，則全光學邏輯/編碼元件更顯其開發的必要性。

隨著奈米科技與日俱進，以光子晶體來實現光波導，進而設計製作全光學邏輯元件已在技術上是可行的。光子晶體具有許多獨特的物理特性，光子晶體波導亦隨而具有低損耗、可直角彎曲、無波導相交所致的串音干擾等優點，非常適於積體光路的連接應用，更可用以實現各種全光學式邏輯閘。因此，有必要發展光子晶體的光控邏輯閘技術，以期應用於5G通訊網路。

本創作提供一種用於5G通訊網路的光控邏輯閘，包括：一表面形成有光子晶體結構的矽基板，該光子晶體結構包含複數個以三角形晶格排列的第一柱狀物；一環狀共振器波導，形成於該基板上，並具有一輸出波導；一第一輸入埠波導及一第二輸入埠波導，形成於該基板上，並分別光學地連接該環狀共振器波導；一光控輸入波導，形成於該基板上，並連接該環狀共振器波導的該輸出波導；以及一輸出埠波導，形成於該基板上，並連接該光控輸入波導與該輸出波導的連接點；其中，該等波導係為將部分的該等第一柱狀物自該光子晶體結構中移除所形成之缺陷線段。

在一實施例中，該第一柱狀物為垂直於該基板的表面之一圓柱體。

在一實施例中，該光控邏輯閘更包括複數個第二柱狀物，其形成於該光子晶體結構中、該等第一柱狀物被移除的部分所形成之缺陷線段中，且該等第二柱狀物形成該等波導。

在一實施例中，該環狀共振器波導為六邊形，該第一輸入埠波導與該環狀共振器波導的第一邊平行，且至少一列的該等第一柱狀物介於該第一輸入埠波導與該第一邊之間，該第二輸入埠波導與該環狀共振器波導的第二邊平行，且至少一列的該等第一柱狀物介於該第二輸入埠波導與該第二邊之間。

在一實施例中，該第一輸入埠波導、該第二輸入埠波導、與該輸出埠波導彼此平行。

10‧‧‧第一輸入埠波導

20‧‧‧第二輸入埠波導

30‧‧‧光控輸入波導

40‧‧‧能量轉換單元

41‧‧‧第三邊

42‧‧‧第四邊

43‧‧‧第一邊

44‧‧‧第二邊

45‧‧‧第五邊

46‧‧‧第六邊

47‧‧‧輸出波導

60‧‧‧輸出埠波導

第1圖為根據本發明實施例之用於5G通訊網路的光控邏輯閘之結構上視圖。

為對本創作之特徵、目的及功能有更進一步的認知與瞭解，茲配合圖式詳細說明本創作之實施例如後。在所有的說明書及圖示中，將採用相同的元件編號以指定相同或類似的元件。

在各個實施例的說明中，當一元素被描述是在另一元素之「上方/上」或「下方/下」，係指直接地或間接地在該另一元素之上或之下的情況，其可能包含設置於其間的其他元素；所謂的「直接地」係指其間並未設置其他中介元素。「上方/上」或「下方/下」等的描述係以圖式為基準進行說明，但亦包含其他可能的方向轉變。所謂的「第一」、「第二」、及「第三」係用以描述不同的元素，這些元素並不因為此類謂辭而受到限制。為了說明上的便利和明確，圖式中各元素的厚度或尺寸，係以誇張或省略或概略的方式表示，且各元素的尺寸並未完全為其實際的尺寸。

第1圖為根據本發明實施例之用於5G通訊網路的光控邏輯閘之結構上視圖。該光控邏輯閘係製作於半導體基板(例如，矽基板)的表面，並藉由例如電子束蝕刻(Electronic beam lithography)等適當製程，在基板表面形成二維光子晶體結構，例如，以正方形或三角形晶格的形式排列的柱狀物(rod)陣列。在如第1圖所示的實施例中，該等柱狀物係為排列成三角形晶格並垂直於基板表面的圓柱體陣列。此類光子晶體的主要結構參數為晶格常數與圓柱體半徑，其尺寸通常為微米(μm)的數量級。該光控邏輯閘係由光子晶體結構的波導所組成，而該等波導是將部分的該等圓柱體自該圓柱體陣列中移除所形成之缺陷線段。如第1圖所示，該光控邏輯閘包含三個輸入埠波導(第一輸入埠波導10、第二輸入埠波導20及光控輸入波導30)、一個能量轉換單元40、以及一個輸出埠波導60；其中，該第一輸入埠波導10與該第二輸入埠波導20分別作為該光控邏輯閘的輸入埠A1、A2，該輸出波導60作為該光控邏輯閘的輸出埠Y，而該光控輸入波導30則作為該光控邏輯閘是否能正常操作的致動控制埠A3。

在本實施例中，該能量轉換單元40為六邊形輪廓的環狀共振器波導，其具有一輸出波導47，並包含一一接續的六個邊41/42/43/44/45/46而形成一環狀共振器、且其六個內角皆為120度。如第1圖所示，該能量轉換單元40的上側邊為第一邊43，其下側邊為第二邊44，其右側邊則有第三邊41及第四邊42，其左側邊則有第五邊45及第六邊46；該第一邊43與該第二邊44互相平行，該第三邊41與該第六邊46互相平行，該第四邊42與該第五邊45互相平行。該第一輸入埠波導10光學連接該環狀共振器波導的第一邊43，該第二輸入埠波導20光學連接該環狀共振器波導的第二邊44，且該輸出波導47直接連接該第五邊45及該第六邊46之連接點。此外，該輸出埠波導60直接連接該輸出波導47與該光控輸入波導30的連接點，而形成類似Y分支(Y-branch)的波導結構。該第一輸入埠波導10、該第二輸入埠波導20、與該輸出埠波導60彼此平行。

上述所謂「光學地連接」是使二相鄰波導排列成相互平行的方向耦合器(Directional Coupler)結構。在本實施例中，該第一輸入埠波導10與該環狀共振器的第一邊43平行，且至少一列的該等柱狀物介於該第一輸入埠波導10與該第一邊43的重疊部份之間；其中，該第一輸入埠波導10與該第一邊43的重疊部份之長度，將會影響到二波導所形成方向耦合器的能量轉換比例。同理，該第二輸入埠波導20與該環狀共振器波導的該第二邊44平行，且至少一列的該等柱狀物介於該第二輸入埠波導20與該第二邊44的重疊部份之間。

當光控輸入埠A3所輸入的光信號邏輯為「0」時，輸出埠Y不會輸出任何光信號，故輸出邏輯為「0」。當光控輸入埠A3所輸入的光信號邏輯為「1」時，倘若輸入埠A1、A2的輸入光信號邏輯為「0」、「0」時，輸出埠Y的輸出光信號邏輯為「1」；倘若輸入埠A1、A2的輸入光信號邏輯為「0」、「1」時，輸出埠Y的輸出光信號邏輯為「0」；倘若輸入埠A1、A2的輸入光信號邏輯為「1」、「0」時，輸出埠Y的輸出光信號邏輯為「0」；而倘若輸入埠A1、A2的輸入光信號邏輯為「1、「1」時，輸出埠Y的輸出光信號邏輯為「0」。因此，本實施例的光控邏輯閘確為能受光控輸入埠A3所輸入光信號的致動，而達成「非或(NOR)」邏輯閘的操作功能。此外，該光控邏輯閘亦可設計成「及(AND)」、「互斥或(XOR)」、或其他功能的邏輯閘，本發明對此不加以限制。如上所述，本實施例的光子晶體結構之光控邏輯閘可執行5G通訊網路所需的全光學式邏輯閘功能操作。這裡所謂的「全光學式」的元件操作，係指該元件的操作完全是以光能量或光信號來達成元件的驅動及其功能，不需要引入電能量或電信號。

在另一實施例中，我們亦可在上述的缺陷線段中設置另一種柱狀物(未圖示)，藉以形成該等波導10/20/30/40/60；其可以是圓形或等邊多邊形剖面的柱體，例如，圓柱體、方柱體或等邊六邊形柱體，而形成於上述缺陷線段原本的晶格位置上，其餘皆與第1圖實施例的描述相同，在此不再贅述。

唯以上所述者，僅為本創作之較佳實施例，當不能以之限制本創作的範圍。即大凡依本創作申請專利範圍所做之均等變化及修飾，仍將不失本創作之要義所在，亦不脫離本創作之精神和範圍，故都應視為本創作的進一步實施狀況。

Claims

一種用於5G通訊網路的光控邏輯閘，包括：一表面形成有光子晶體結構的矽基板，該光子晶體結構包含複數個以三角形晶格排列的第一柱狀物；一環狀共振器波導，形成於該基板上，並具有一輸出波導；一第一輸入埠波導及一第二輸入埠波導，形成於該基板上，並分別光學地連接該環狀共振器波導；一光控輸入波導，形成於該基板上，並連接該環狀共振器波導的該輸出波導；以及一輸出埠波導，形成於該基板上，並連接該光控輸入波導與該輸出波導的連接點；其中，該等波導係為將部分的該等第一柱狀物自該光子晶體結構中移除所形成之缺陷線段。
如申請專利範圍第1項所述之用於5G通訊網路的光控邏輯閘，其中，該第一柱狀物為垂直於該基板的表面之一圓柱體。
如申請專利範圍第1項所述之用於5G通訊網路的光控邏輯閘，更包括複數個第二柱狀物，其形成於該光子晶體結構中、該等第一柱狀物被移除的部分所形成之缺陷線段中，且該等第二柱狀物形成該等波導。
如申請專利範圍第1項所述之用於5G通訊網路的光控邏輯閘，其中，該環狀共振器波導為六邊形，該第一輸入埠波導與該環狀共振器波導的第一邊平行，且至少一列的該等第一柱狀物介於該第一輸入埠波導與該第一邊之間，該第二輸入埠波導與該環狀共振器波導的第二邊平行，且至少一列的該等第一柱狀物介於該第二輸入埠波導與該第二邊之間。
如申請專利範圍第4項所述之用於5G通訊網路的光控邏輯閘，其中，該第一輸入埠波導、該第二輸入埠波導、與該輸出埠波導彼此平行。