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Patent Searching and Data


Title:
ALL-OPTICAL LOGIC GATE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2015/089812
Kind Code:
A1
Abstract:
An all-optical logic gate, which utilizes a beam combiner and a beam splitter for light, a light-controlled optical switch, the superpositionability of light, and the interference principle of light to implement logic operations and utilizes adjustments to the length of an optical waveguide to adjust the phase of a light wave, thus satisfying requirements of a computer and providing various all-optical logic gates. These all-optical logic gates allow for facilitated silicon integration and are easy to implement. The all-optical logic gates comprise: a NAND gate, an OR gate, a NOR gate, an XNOR gate, an AND gate, and a NOT gate. The all-optical logic gates are advantageous over electronic logic gates in terms of power consumption, speed, and area. Also, application of these all-optical logic gates allows for direct building of various arithmetic function blocks.

Inventors:
LUO DAXIN (CN)
HAO QINFEN (CN)
LIU YAODA (CN)
Application Number:
PCT/CN2013/090036
Publication Date:
June 25, 2015
Filing Date:
December 20, 2013
Export Citation:
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Assignee:
HUAWEI TECH CO LTD (CN)
International Classes:
G02F3/00
Foreign References:
CN101416107A2009-04-22
CN1363855A2002-08-14
CN101836145A2010-09-15
CN101866065A2010-10-20
CN101063787A2007-10-31
Attorney, Agent or Firm:
SHENPAT INTELLECTUAL PROPERTY AGENCY (CN)
深圳市深佳知识产权代理事务所(普通合伙) (CN)
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Claims:
权 利 要 求

1、 一种全光逻辑门, 其特征在于, 该全光逻辑门为与非门, 包括四个输 入光源、 三个分束器、 五个合束器和一个光控光开关; 所述光控光开关为高有 效;

所述四个输入光源分别为第一变量 A、 第二变量^ 光强与逻辑 1对应光 强相等的第一光信号和光强与逻辑 1对应光强的 1/2相等的第二光信号; 所述 第一光信号和第二光信号的初始相位相同; 所述四个输入光源的波长均相等; 所述 A和 B有光强时 ,对应的光强为 I, I对应逻辑 1; A和 B无光强时 , 对应的光强为 0, 对应逻辑 0;

所述 A输入第一分束器的输入端, 所述第一分束器的第一输出端连接所 述第一合束器的第一输入端;第一分束器的第一输出端和第一合束器的第一输 入端的距离为所述输入光源波长的整数倍;

所述第一光信号输入第二分束器的输入端,所述第二分束器的第一输出端 连接所述第一合束器的第二输入端,第二分束器的第一输出端和第一合束器的 第二输入端的距离为所述输入光源波长的整数倍;

所述第二分束器的第二输出端连接第二合束器的第一输入端,第二分束器 的第二输出端和第二合束器的第一输入端的距离为所述输入光源波长的整数 倍;

所述 B输入第三分束器的输入端, 所述第三分束器的第一输出端连接所 述第二合束器的第二输入端,第三分束器的第一输出端和第二合束器的第二输 入端的距离为所述输入光源波长的整数倍;

所述第三分束器的第二输出端连接第三合束器的第一输入端,第三分束器 的第二输出端和第三合束器的第一输入端的距离为所述输入光源波长的整数 倍;

所述第一分束器的第二输出端连接第三合束器的第二输入端,第一分束器 的第二输出端和第三合束器的第二输入端的距离为所述输入光源 1/2波长的奇 数倍;

所述第一合束器的输出端和第二合束器的输出端分别连接第四合束器的 两个输入端,第一合束器的输出端和第四合束器的输入端的距离为所述输入光 源波长的整数倍;第二合束器的输出端和第四合束器的输入端的距离为所述输 入光源波长的整数倍;

所述第三合束器的输出端连接所述光控光开关的控制端,所述光控光开关 的输入端连接所述第二光信号,所述第四合束器的输出端和所述光控光开关的 输出端连接第五合束器的两个输入端,第四合束器的输出端和第五合束器的输 入端的距离为所述输入光源波长的整数倍;所述光控光开关的输出端和第五合 束器的输入端的距离为所述输入光源波长的整数倍;第五合束器的输出端作为 该与非门的输出端。

2、 根据权利要求 1所述的全光逻辑门, 其特征在于, 所述输入光源为单 波长单模激光器发出的光束。

3、 一种全光逻辑门, 其特征在于, 该全光逻辑门为或门, 包括: 两个输 入光源, 一个合束器和一个光控光开关;

所述光控光开关为低有效;

所述两个输入光源分别为第一变量 A和第二变量 B; 所述 A和 B有光强 时, 对应的光强为 I, I对应逻辑 1 ; 所述 A和 B无光强时, 对应的光强为 0, 对应逻辑 0;

所述光控光开关的输入端连接所述 A;所述光控光开关的输出端连接所述 合束器的第一输入端;

所述光控光开关的控制端连接所述 B;

所述合束器的第二输入端连接所述 B;

所述合束器的输出端作为该或门的输出端。

4、 一种全光逻辑门, 其特征在于, 该全光逻辑门为或非门, 包括: 三个 输入光源、 一个合束器和一个光控光开关;

所述光控光开关为低有效;

所述三个输入光源分别为第一变量 A、 第二变量 B和光强与逻辑 1对应 光强相等的第一光信号;

所述 A和 B有光强时, 对应的光强为 I, I对应逻辑 1 ; 所述 A和 B无光 强时, 对应的光强为 0, 对应逻辑 0;

所述合束器的第一输入端连接所述 A,所述合束器的第二输入端连接所述 第一光信号; 所述 A和所述第一光信号的初始相位相反;

所述合束器的输出端连接所述光控光开关的输入端;

所述光控光开关的控制端连接所述 B;

所述光控光开关的输出端作为该或非门的输出端。

5、 一种全光逻辑门, 其特征在于, 该全光逻辑门为同或门, 包括: 三个 输入光源、 一个合束器和一个光控光开关;

所述光控光开关为低有效;

所述三个光源分别为第一变量 A、 第二变量 B和光强与逻辑 1对应光强 相等的第一光信号;

所述 A和 B有光强时, 对应的光强为 I, I对应逻辑 1 ; 所述 A和 B无光 强时, 对应的光强为 0, 对应逻辑 0;

所述 A和 B的初始相位相反;

所述合束器的两个输入端分别连接 A和 B;

所述合束器的输出端连接所述光控光开关的控制端;

所述光控光开关的输出端作为该同或门的输出端。

6、 一种全光逻辑门, 其特征在于, 该全光逻辑门为同或门, 包括: 四个 输入光源、 两个合束器和一个光控光开关;

所述光控光开关为高有效;

所述四个输入光源分别为第一变量 A、 第二变量^ 光强与逻辑 1对应光 强相等的第一光信号和第二光信号;

所述 A和 B有光强时, 对应的光强为 I, I对应逻辑 1 ; 所述 A和 B无光 强时, 对应的光强为 0, 对应逻辑 0;

所述 A和 B的初始相位相同, 所述第一光信号的初始相位和 A的初始相 位相反;

所述第一光信号和 A分别连接第一合束器的两个输入端;

第一合束器的输出端连接第二合束器的第一输入端, 所述 B 连接第二合 束器的第二输入端;

所述第二合束器的输出端连接所述光控光开关的控制端;

所述光控光开关的输入端连接所述第二光信号,所述光控光开关的输出端 作为该同或门的输出端。

7、 一种全光逻辑门, 其特征在于, 该全光逻辑门为与门, 包括: 两个输 入光源和一个光控光开关;

所述光控光开关为高有效;

所述两个输入光源分别为: 第一变量 A和第二变量 B;

所述 A和 B有光强时, 对应的光强为 I, I对应逻辑 1 ; 所述 A和 B无光 强时, 对应的光强为 0, 对应逻辑 0;

所述 A连接所述光控光开关的输入端;

所述 B连接所述光控光开关的控制端;

所述光控光开关的输出端作为该与门的输出端。

8、 一种全光逻辑门, 其特征在于, 该全光逻辑门为非门, 包括: 两个输 入光源和一个光控光开关;

所述光控光开关为低有效;

所述两个输入光源一个为第一变量 A,另一个为光强与逻辑 1对应光强相 等的第一光信号;

所述 A有光强时, 对应的光强为 I, I对应逻辑 1 ; 所述 A无光强时, 对 应的光强为 0, 对应逻辑 0;

所述 A连接所述光控光开关的控制端;

所述第一光信号连接所述光控光开关的输入端;

所述光控光开关的输出端为该非门的输出端。

Description:
一种全光逻辑门 技术领域 本申请涉及集成电路技术领域, 特别涉及一种全光逻辑门。

背景技术

在数字电路中,逻辑门是数字电路中最基本的 组成结构,有了各种逻辑门 便可以实现各种复杂的计算。 一般来说, 逻辑门包括与门、 或门、 非门、 与非 门、 或非门等多种。

传统中的逻辑门都是以电计算来实现的,传递 的是电信号。但是随着半导 体工艺水平的提高, 集成电路朝着集成度高、 功耗低以及速度快等方向发展, 目前为止, 集成电路依然遵循着摩尔定律的规律。 但是, 无论集成电路如何发 展, 电计算的速度不可能无限发展下去, 并且目前电计算的带宽依然无法满足 一些领域的要求, 集成电路的集成度也会在不久的将来达到极限 。 因此, 需要 提供一种新的计算方式, 来支持计算速度和带宽的进一步提高。

由于光在速度和宽度上都有优势, 因此, 光计算可以替代电计算以适应时 代的需要。

目前某些学者提出了用光学导向逻辑制作逻辑 门,但其大部分方案都不全 是由光信号来实现的, 实质上是电信号输入, 光信号输出的形式。 这种结构在 逻辑门的级联时, 需要在中间插入一级光电转换,使得上一级输 出的光信号转 换为电信号, 作为下一级的输入。 这样结构上比较复杂, 并且也不是全部由光 信号来实现。

因此,本领域技术人员需要提供一种光逻辑门 来代替现有技术中的电逻辑 门来提高计算的速度和带宽。

发明内容

为了解决上述技术问题, 本申请实施例提供了一种全光逻辑门, 以提高计 算的速度和带宽。

第一方面, 提供一种全光逻辑门, 该全光逻辑门为与非门, 包括四个输入 光源、三个分束器、五个合束器和一个光控光 开关;所述光控光开关为高有效; 所述四个输入光源分别为第一变量 A、 第二变量^ 光强与逻辑 1对应光 强相等的第一光信号和光强与逻辑 1对应光强的 1/2相等的第二光信号; 所述 第一光信号和第二光信号的初始相位相同; 所述四个输入光源的波长均相等; 所述 A和 B有光强时 ,对应的光强为 I, I对应逻辑 1; A和 B无光强时 , 对应的光强为 0, 对应逻辑 0;

所述 A输入第一分束器的输入端, 所述第一分束器的第一输出端连接所 述第一合束器的第一输入端;第一分束器的第 一输出端和第一合束器的第一输 入端的距离为所述输入光源波长的整数倍;

所述第一光信号输入第二分束器的输入端,所 述第二分束器的第一输出端 连接所述第一合束器的第二输入端,第二分束 器的第一输出端和第一合束器的 第二输入端的距离为所述输入光源波长的整数 倍;

所述第二分束器的第二输出端连接第二合束器 的第一输入端,第二分束器 的第二输出端和第二合束器的第一输入端的距 离为所述输入光源波长的整数 倍;

所述 B输入第三分束器的输入端, 所述第三分束器的第一输出端连接所 述第二合束器的第二输入端,第三分束器的第 一输出端和第二合束器的第二输 入端的距离为所述输入光源波长的整数倍;

所述第三分束器的第二输出端连接第三合束器 的第一输入端,第三分束器 的第二输出端和第三合束器的第一输入端的距 离为所述输入光源波长的整数 倍;

所述第一分束器的第二输出端连接第三合束器 的第二输入端,第一分束器 的第二输出端和第三合束器的第二输入端的距 离为所述输入光源 1/2波长的奇 数倍;

所述第一合束器的输出端和第二合束器的输出 端分别连接第四合束器的 两个输入端,第一合束器的输出端和第四合束 器的输入端的距离为所述输入光 源波长的整数倍;第二合束器的输出端和第四 合束器的输入端的距离为所述输 入光源波长的整数倍;

所述第三合束器的输出端连接所述光控光开关 的控制端,所述光控光开关 的输入端连接所述第二光信号,所述第四合束 器的输出端和所述光控光开关的 输出端连接第五合束器的两个输入端,第四合 束器的输出端和第五合束器的输 入端的距离为所述输入光源波长的整数倍;所 述光控光开关的输出端和第五合 束器的输入端的距离为所述输入光源波长的整 数倍;第五合束器的输出端作为 该与非门的输出端。

结合第一方面的第一种可能的实现方式,所述 输入光源为单波长单模激光 器发出的光束。

第二方面, 提供一种全光逻辑门, 该全光逻辑门为或门, 包括: 两个输入 光源, 一个合束器和一个光控光开关;

所述光控光开关为低有效;

所述两个输入光源分别为第一变量 A和第二变量 B; 所述 A和 B有光强 时, 对应的光强为 I, I对应逻辑 1 ; 所述 A和 B无光强时, 对应的光强为 0, 对应逻辑 0;

所述光控光开关的输入端连接所述 A;所述光控光开关的输出端连接所述 合束器的第一输入端;

所述光控光开关的控制端连接所述 B;

所述合束器的第二输入端连接所述 B;

所述合束器的输出端作为该或门的输出端。

第三方面, 提供一种全光逻辑门, 该全光逻辑门为或非门, 包括: 三个输 入光源、 一个合束器和一个光控光开关;

所述光控光开关为低有效;

所述三个输入光源分别为第一变量 A、 第二变量 B和光强与逻辑 1对应 光强相等的第一光信号;

所述 A和 B有光强时, 对应的光强为 I, I对应逻辑 1 ; 所述 A和 B无光 强时, 对应的光强为 0, 对应逻辑 0;

所述合束器的第一输入端连接所述 A,所述合束器的第二输入端连接所述 第一光信号; 所述 A和所述第一光信号的初始相位相反;

所述合束器的输出端连接所述光控光开关的输 入端;

所述光控光开关的控制端连接所述 B;

所述光控光开关的输出端作为该或非门的输出 端。

第三方面, 提供一种全光逻辑门, 该全光逻辑门为同或门, 包括: 三个输 入光源、 一个合束器和一个光控光开关;

所述光控光开关为低有效;

所述三个光源分别为第一变量 A、 第二变量 B和光强与逻辑 1对应光强 相等的第一光信号;

所述 A和 B有光强时, 对应的光强为 I, I对应逻辑 1 ; 所述 A和 B无光 强时, 对应的光强为 0, 对应逻辑 0;

所述 A和 B的初始相位相反;

所述合束器的两个输入端分别连接 A和 B;

所述合束器的输出端连接所述光控光开关的控 制端;

所述光控光开关的输出端作为该同或门的输出 端。

第四方面, 提供一种全光逻辑门, 该全光逻辑门为同或门, 包括: 四个输 入光源、 两个合束器和一个光控光开关;

所述光控光开关为高有效;

所述四个输入光源分别为第一变量 A、 第二变量^ 光强与逻辑 1对应光 强相等的第一光信号和第二光信号;

所述 A和 B有光强时, 对应的光强为 I, I对应逻辑 1 ; 所述 A和 B无光 强时, 对应的光强为 0, 对应逻辑 0;

所述 A和 B的初始相位相同, 所述第一光信号的初始相位和 A的初始相 位相反;

所述第一光信号和 A分别连接第一合束器的两个输入端;

第一合束器的输出端连接第二合束器的第一输 入端, 所述 B 连接第二合 束器的第二输入端;

所述第二合束器的输出端连接所述光控光开关 的控制端;

所述光控光开关的输入端连接所述第二光信号 ,所述光控光开关的输出端 作为该同或门的输出端。

第五方面, 提供一种全光逻辑门, 该全光逻辑门为与门, 包括: 两个输入 光源和一个光控光开关;

所述光控光开关为高有效;

所述两个输入光源分别为: 第一变量 A和第二变量 B; 所述 A和 B有光强时, 对应的光强为 I, I对应逻辑 1 ; 所述 A和 B无光 强时, 对应的光强为 0, 对应逻辑 0;

所述 A连接所述光控光开关的输入端;

所述 B连接所述光控光开关的控制端;

所述光控光开关的输出端作为该与门的输出端 。

第六方面, 提供一种全光逻辑门, 该全光逻辑门为非门, 包括: 两个输入 光源和一个光控光开关;

所述光控光开关为低有效;

所述两个输入光源一个为第一变量 A,另一个为光强与逻辑 1对应光强相 等的第一光信号;

所述 A有光强时, 对应的光强为 I, I对应逻辑 1 ; 所述 A无光强时, 对 应的光强为 0, 对应逻辑 0;

所述 A连接所述光控光开关的控制端;

所述第一光信号连接所述光控光开关的输入端 ;

所述光控光开关的输出端为该非门的输出端。

由上述实施例可以看出, 与现有技术相比, 本申请具有如下优点: 利用光的合束器、 分束器、 光控光开关以及光的可叠加性、 光的干涉原理 来实现逻辑运算, 并且利用调节光波导的长度(即距离)来调节 光波的相位, 从而满足计算的要求,提供了多种全光逻辑门 , 这些全光逻辑门可以有利于硅 基集成, 并且实现简单。 本申请提供的全光逻辑门包括: 与非门、 或门、 或非 门、 同或门、 与门、 非门; 光逻辑门在功耗、 速度和面积上比电逻辑门均有优 势, 并且应用这些全光逻辑门可以直接搭建各种计 算功能模块, 例如小的有加 法器, 大的有 CPU等。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中 的技术方案,下面将对实施 例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单 地介绍,对于本领域普通技术人 员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还 可以根据这些附图获得其他的附 图。

图 1是本申请提供的分束器示意图; 图 2是本申请提供的合束器的示意图;

图 3a是本申请提供的一种光控光开关的示意图;

图 3b是本申请提供的另一种光控光开关的示意图

图 4是本申请提供的全光逻辑门为与非门时的示 图

图 5a是图 4中当 A为 0, B为 0的对应图;

图 5b是图 4中当 A为 0, B为 1的对应图;

图 5c是图 4中当 A为 1 , B为 0的对应图;

图 5d是图 4中当 A为 1 , B为 1的对应图;

图 6是本申请提供的全光逻辑门为或门时的示意 ;

图 7是本申请提供的全光逻辑门为或非门的示意 ;

图 8a是本申请提供的全光逻辑门为同或门时一实 例示意图;

图 8b是本申请提供的全光逻辑门为同或门的另一 施例示意图; 图 9是本申请提供的全光逻辑门为与门时的示意 ;

图 10是本申请提供的全光逻辑门为非门时的示意 ;

图 11是本申请提供的光控光开关的示意图。

具体实施方式 为了使本领域技术人员能够更好地理解和实施 本发明的技术方案,下面首 先介绍本领域的几个基本概念。

参见图 1 , 该图为分束器示意图。

分束器的输入端的光信号为 A, 则输出端分为两个光信号, 分别为 A1和

A2, A1和 A2的光强分别是 A的 1/2, A1和 A2的相位与 A相同。

参见图 2, 该图为合束器示意图。

顾名思义,合束器与图 1所示的分束器是作用正好相反的器件, 两个输入 的光信号分别为 B1和 B2, 则输出端的信号合成为一个信号 B, B为 B1和 B2 两个光信号相干叠加。

参见图 3a和 3b, 该图为光控光开关示意图。

光控光开关是光路传输中的控制开关器件, 包括三个端, 分别为输入端, 输出端和控制端, 当控制端的信号为有效信号时, 输入端的光信号传送到输出 端输出;当控制端的信号为无效信号时,输入 端的光信号不会被传送到输出端。 光控光开关的控制端分为高有效和低有效, 图 3a所示的是高有效, 即控 制端的信号为 1时, 输入端的光信号被输出到输出端, 反之地有效, 指的是控 制端的信号是 0时, 输入端的光信号被输出到输出端, 这种如图 3b所示。

下面介绍本发明所应用的原理。

第一: 利用单波长单模激光器发出的光束, 有光强表示信号 1 , 无光强表 示信号 0。

第二: 假设输入的光信号的初始相位用箭头向上 ΐ表示, 由于光的波动传 输特性,输入的光信号的相位在前进方向上以 波长为周期变化, 当前进的距离 为一个波长的整数倍时,相位保持不变,当前 进的距离为半个波长的奇数倍时, 相位变为相反, 用箭头向下 i表示。 此处的相反指的是与初始相位相差 180 度, 可以理解的是也可以是相差 180度的奇数倍。

第三: 如果两束光的振幅相同, 且相位相反, 由于其波动性干涉相消, 叠 加后的光强为 0; 如果两束光的振幅相同, 当两束光的距离相差是波长的整数 倍时, 则出现相干增强, 振幅为单束光强的 2倍。 本申请实施例中利用光的合束器、分束器、光 控光开关以及光的可叠加性、 光的干涉原理来实现逻辑运算, 并且利用调节光波导的长度 (即距离 )来调节 光波的相位, 从而满足计算的要求, 提供了多种全光逻辑门, 这些全光逻辑门 可以有利于硅基集成, 并且实现简单。 在功耗、 速度和面积上比电逻辑门均有 优势, 并且应用这些全光逻辑门可以直接搭建各种计 算功能模块, 例如小的有 加法器, 大的有 CPU等。

下面结合附图及实施例, 对本申请实施例进行详细描述。 应当理解, 此处 所描述的具体实施例仅用以解释本申请, 并不用于限定本申请。

下面结合附图逐一对本申请实施例提供的各种 全光逻辑门进行介绍。需要 说明的是,以下实施例中的各个光逻辑门的输 入光源均是单波长单模激光器发 出的光束。 与非门实施例一:

参见图 4, 该图为本申请提供的全光逻辑门为与非门时的 示意图。 本实施例提供的全光逻辑门为与非门, 包括四个输入光源、 三个分束器、 五个合束器和一个光控光开关; 所述光控光开关为高有效;

所述四个输入光源分别为第一变量 A、 第二变量^ 光强与逻辑 1对应光 强相等的第一光信号和光强与逻辑 1对应光强的 1/2相等的第二光信号; 所述 第一光信号和第二光信号的初始相位相同; 所述四个输入光源的波长均相等; 如图所示, 第一光信号用 1 1来表示, 第二光信号用 1/2 1来表示; 第一 光信号和第二光信号的箭头均向下表示相同的 初始相位。

所述 A和 B有光强时, 对应的光强为 I, I对应逻辑 1 ; 所述 A和 B无光 强时, 对应的光强为 0, 对应逻辑 0;

需要说明的是, 光强 I可以根据具体需要来设置具体的强度, 在本申请的 各个实施例中不做具体限定。

所述 A输入第一分束器的输入端, 所述第一分束器的第一输出端连接所 述第一合束器的第一输入端;第一分束器的第 一输出端和第一合束器的第一输 入端的距离为所述输入光源波长的整数倍;

需要说明的是, 当光波导的距离为所述输入光源波长的整数倍 时, 不会改 变光源的相位, 即相位保持不变。

所述第一光信号输入第二分束器的输入端,所 述第二分束器的第一输出端 连接所述第一合束器的第二输入端,第二分束 器的第一输出端和第一合束器的 第二输入端的距离为所述输入光源波长的整数 倍;

所述第二分束器的第二输出端连接第二合束器 的第一输入端,第二分束器 的第二输出端和第二合束器的第一输入端的距 离为所述输入光源波长的整数 倍;

所述 B输入第三分束器的输入端, 所述第三分束器的第一输出端连接所 述第二合束器的第二输入端,第三分束器的第 一输出端和第二合束器的第二输 入端的距离为所述输入光源波长的整数倍;

所述第三分束器的第二输出端连接第三合束器 的第一输入端,第三分束器 的第二输出端和第三合束器的第一输入端的距 离为所述输入光源波长的整数 倍;

所述第一分束器的第二输出端连接第三合束器 的第二输入端,第一分束器 的第二输出端和第三合束器的第二输入端的距 离为所述输入光源 1/2波长的奇 数倍;

当光波导的距离为所述输入光源 1/2波长的奇数倍时, 将改变相位, 相位 变成完全相反, 即相差 180度。

所述第一合束器的输出端和第二合束器的输出 端分别连接第四合束器的 两个输入端,第一合束器的输出端和第四合束 器的输入端的距离为所述输入光 源波长的整数倍;第二合束器的输出端和第四 合束器的输入端的距离为所述输 入光源波长的整数倍;

所述第三合束器的输出端连接所述光控光开关 的控制端,所述光控光开关 的输入端连接所述第二光信号,所述第四合束 器的输出端和所述光控光开关的 输出端连接第五合束器的两个输入端,第四合 束器的输出端和第五合束器的输 入端的距离为所述输入光源波长的整数倍;所 述光控光开关的输出端和第五合 束器的输入端的距离为所述输入光源波长的整 数倍;第五合束器的输出端作为 该与非门的输出端。

下面结合真值表 1来分析图 4的工作原理。

表 1 输入 A 输出

0 0 1

0 1 1

1 0 1

1 1 0 参见图 5a, 该图为图 4中当 A为 0, B为 0的对应图。

从图 5a中可以看出, 当 A对应的逻辑为 0, B对应的逻辑也为 0时, 光 的路径在第一合束器、 第二分束器、 第四合束器和第五合束器上, 最终输出结 果的逻辑为 1。

参见图 5b, 该图为图 4中当 A为 0, B为 1的对应图。

从图 5b中可以看出, 当 A对应的逻辑为 0, B对应的逻辑为 1时, 光的 路径在第一合束器、 第二分束器、 第二合束器、 第三分束器、 第三合束器、 第 四合束器、 光控光开关和第五合束器上, 最终输出结果为逻辑 1。 参见图 5c, 该图为图 4中当 A为 1 , B为 0的对应图。

从图 5c中可以看出, 当 A对应的逻辑为 1 , B对应的逻辑为 0时, 光的 路径除了不在第三分束器上传播外, 其他器件上均有传播, 最终输出的结果为 逻辑 1。

参见图 5d, 该图为图 4中当 A为 1 , B为 1的对应图。

从图 5d中可以看出, 当 A对应的逻辑为 1 , B对应的逻辑为 1时, 光的 路径在第一分束器、 第一合束器、 第二分束器、 第二合束器、 第三分束器、 第 三合束器上, 最终输出的结果为逻辑 0。

以上实施例是本申请提供的与非门实施例,从 以上分析可知, 本申请中的 与非门全部是由光信号来实现的, 这样可以完成目前电系统中的与非门的功

•6匕

匕。 或门实施例一:

参见图 6, 该图为本申请提供的全光逻辑门为或门时的示 意图。

本实施例提供的全光逻辑门为或门; 包括: 两个输入光源, 一个合束器和 一个光控光开关;

所述光控光开关为低有效; 即光控光开关的控制端为 0时, 光控光开关的 输入信号被输出到输出端;

所述两个输入光源分别为第一变量 A和第二变量 B; 所述第一变量 A和 第二变量 B有光强时, 对应的光强为 I, I对应逻辑 1 ; 第一变量 A和第二变 量 B无光强时, 对应的光强为 0, 对应逻辑 0;

所述光控光开关的输入端连接所述 A;所述光控光开关的输出端连接所述 合束器的第一输入端;

所述光控光开关的控制端连接所述 B;

所述合束器的第二输入端连接所述 B;

所述合束器的输出端作为该或门的输出端。

参见表 2, 表 2为或门的真值表。

表 2 输入 A 輪入. B 输出

0 0 0

0 1 1

1 0 1

1 1 1 在图 6中并没有标明相位的信息, 没有任何箭头, 这样是说明对所有相位 都可以实现或门的功能。

下面结合图 6分析一种, 例如 A为 0, B为 1时, 由于光控光开关为低有 效, 因此 B为 1 时, 该光控光开关不会导通, 即光控光开关的输出端没有信 号, B为 1输入到合束器的一个输入端, 合束器的输出端输出为 1 , 从而实现 了或门的功能。 或非门实施例一:

参见图 7, 该图为本申请提供的全光逻辑门为或非门的示 意图。

本实施例提供的全光逻辑门为或非门, 包括: 三个输入光源、 一个合束器 和一个光控光开关;

所述光控光开关为低有效;

所述三个输入光源分别为第一变量 A、 第二变量 B和光强与逻辑 1对应 光强相等的第一光信号;

所述 A和 B有光强时, 对应的光强为 I, I对应逻辑 1 ; 所述 A和 B无光 强时, 对应的光强为 0, 对应逻辑 0; 所述合束器的第一输入端连接所述 A,所述合束器的第二输入端连接所述 第一光信号; 所述 A和所述第一光信号的初始相位相反;

所述合束器的输出端连接所述光控光开关的输 入端;

所述光控光开关的控制端连接所述 B;

所述光控光开关的输出端作为该或非门的输出 端。

参见表 3 , 表 3为或非门的真值表。

表 3

0 0 1

0 1 0

1 0 0

1 1 0 下面以 A为 1 , B为 0为例来说明图 7所示的或非门的工作原理。

由于合束器的一个输入信号 A为 1 , 另一个输入信号也为 1 , 并且两个输 入信号的相位相反, 这样互相抵消, 合束器输出的信号为 0。 当 B为 0时, 光 控光开关导通, 光控光开关的输入信号 0被输出到输出端, 因此最终输出的结 果为逻辑 0。 同或门实施例一:

参见图 8a, 该图为本申请提供的全光逻辑门为同或门时一 实施例示意图。 本实施例提供的全光逻辑门为同或门, 包括: 三个输入光源、 一个合束器 和一个光控光开关;

所述光控光开关为低有效;

所述三个光源分别为第一变量 A、 第二变量 B和光强与逻辑 1对应光强 相等的第一光信号;

所述 A和 B有光强时, 对应的光强为 I, I对应逻辑 1 ; 所述 A和 B无光 强时, 对应的光强为 0, 对应逻辑 0; 所述 A和 B的初始相位相反;

所述合束器的两个输入端分别连接 A和 B;

所述合束器的输出端连接所述光控光开关的控 制端;

所述光控光开关的输出端作为该同或门的输出 端。

参见表 4, 表 4为同或门的真值表。

表 4 物入 A !;: \B

0 0 1

0 1 0

1 0 0

1 1 1 下面以 A为 1 , B为 0为例介绍图 8a所示的同或门的工作原理。

合束器的一个输入信号为 A, 另一个输入信号为 B, 由于 B为 0, 所以合 束器的输出信号为 A, 由于 A为 1 , 而光控光开关为低有效, 因此, 光控光开 关不导通, 最终的输出结果为逻辑 0。 图 8a中对 A和 B的相位是有要求的, 要求这两个输入变量的初始相位相反。 同或门实施例二:

下面介绍本申请提供了另一种全光逻辑门实现 的同或门。

参见图 8b, 该图为本申请提供的全光逻辑门为同或门的另 一实施例示意 图。

本实施例提供的全光逻辑门为同或门, 包括: 四个输入光源、 两个合束器 和一个光控光开关;

所述光控光开关为高有效;

所述四个输入光源分别为第一变量 A、 第二变量^ 光强与逻辑 1对应光 强相等的第一光信号和第二光信号;

所述 A和 B有光强时, 对应的光强为 I, I对应逻辑 1 ; 所述 A和 B无光 强时, 对应的光强为 0, 对应逻辑 0; 所述 A和 B的初始相位相同, 所述第一光信号的初始相位和 A的初始相 位相反;

所述第一光信号和 A分别连接第一合束器的两个输入端;

第一合束器的输出端连接第二合束器的第一输 入端, 所述 B 连接第二合 束器的第二输入端;

所述第二合束器的输出端连接所述光控光开关 的控制端; 所述光控光开关的输入端连接所述第二光信号 ,所述光控光开关的输出端 作为该同或门的输出端。

真值表同样参见表 4, 下面以 A为 1 , B为 0说明图 8b所示的同或门的 工作原理。 由于 A为 1 , 所以第一合束器的两个输入端为 1 ΐ和 1 i , 这样两 个输入信号互相抵消, 第一合束器的输出为 0, 即第二合束器的一个输入为 0, 另一个输入信号 B为 0, 这样第二合束器的输出为 0, 由于光控光开关为高有 效, 因此, 最终的输出结果为逻辑 0, 与真值表的结果相符合。 与门实施例一:

参见图 9, 该图为本申请提供的全光逻辑门为与门时的示 意图。

本实施例提供的全光逻辑门为与门, 包括: 两个输入光源和一个光控光开 关;

所述光控光开关为高有效;

所述两个输入光源分别为: 第一变量 A和第二变量 B;

所述 A和 B有光强时, 对应的光强为 I, I对应逻辑 1 ; 所述 A和 B无光 强时, 对应的光强为 0, 对应逻辑 0;

所述 A连接所述光控光开关的输入端;

所述 B连接所述光控光开关的控制端;

所述光控光开关的输出端作为该与门的输出端 。

本实施例提供的与门很简单, 只需要利用一个光控光开关就可以实现, 并 且对于 A和 B也没有相位的要求。

参见表 5, 表 5为与门的真值表。

0 1 0

1 0 0

1 1 1 下面结合图 9以 A为 1 , B为 1为例介绍本申请提供的与门的工作原理。 由于该光控光开关为高有效, 因此, B为 1时, 该光控光开关导通, 即 A被 输出到输出端, 因此输出为 1 , 与真值表一致。 非门实施例一:

参见图 10, 该图为本申请提供的全光逻辑门为非门时的示 意图。

本实施例提供的全光逻辑门为非门, 包括: 两个输入光源和一个光控光开 关;

所述光控光开关为低有效;

所述两个输入光源一个为第一变量 A,另一个为光强与逻辑 1对应光强相 等的第一光信号;

所述 A有光强时, 对应的光强为 I, I对应逻辑 1 ; 所述 A无光强时, 对 应的光强为 0, 对应逻辑 0;

所述 A连接所述光控光开关的控制端;

所述第一光信号连接所述光控光开关的输入端 ;

所述光控光开关的输出端为该非门的输出端。

本实施例提供的非门仅用一个光控光开关就可 以实现, 并且对 A和 1和 没有相位的要求。

参见表 6, 表 6为本申请提供的非门的真值表。

表 6

0 1

1 0 下面结合图 10以 A为 1为例来介绍, 由于该实施例中光控光开关是低有 效, 因此, 当 A是 1时, 该光控光开关不导通, 因此输出为 0, 实现了非门的 功能, 与真值表一致。

以上实施例中提供的各种逻辑门均是全部由光 逻辑门来实现的,由于光信 号比电信号在计算速度和带宽上均有优势, 并且, 在功耗低、 面积小, 由以上 实施例提供的基本逻辑门可以实现数字电路中 的各种计算功能。 以上实施例中均是介绍本申请实施例提供的光 逻辑门,下面介绍光逻辑门 中应用的光控光开关的一种实现方式。

参见图 11 , 该图为本申请提供的光控光开关的示意图。

光控光开关 400的作用就是控制光路的通断,光控光开关 400的控制端与光 控制信号的相位无关。

光控光开关 400的输入端一般由两束光组成, 其中一束用于改变微腔的谐 振条件, 称为抽运光 1000; 另一束光载有信号, 称为探测光 2000。

光控光开关 400的输出光为 5000。

光控光开关 400的工作原理与电光开关类似, 但是不同的是, 光控光开关 400中的载流子的注入方式主要依赖于抽运光照 射硅波导时产生光生载流子。 载流子浓度变化所导致的材料折射率以及吸收 系数变化最终反映为微腔谐振 条件变化, 从而对特定波长的光实现开关。

以上对本发明所提供的一种全光逻辑门进行了 详细介绍,本文中应用了具 帮助理解本发明的方法及其核心思想; 同时, 对于本领域的一般技术人员, 依 据本发明的思想, 在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处 , 综上所述, 本说明书内容不应理解为对本发明的限制。