Полностью оптические вентили ИЛИ-НЕ на основе пересекающихся структур в двумерных фотонных кристаллах, использующие логические вентили НЕ и ИЛИ

Rani Deeksha, Kaler Rajinder Singh, Painam Balveer

Полный текст на elibrary.ru

Публикация в Journal of Optical Technology

Ссылка для цитирования:

Deeksha Rani, Rajinder Singh Kaler, Balveer Painam All optical NOR gate based on cross structures in 2D photonic crystal using logic NOT and OR gate (Полностью оптические вентили ИЛИ-НЕ на основе пересекающихся структур в двумерных фотонных кристаллах, использующие логические вентили НЕ и ИЛИ) [на англ. яз.] // Оптический журнал. 2017. Т. 84. № 12. С. 72–79.

Deeksha Rani, Rajinder Singh Kaler, Balveer Painam All optical NOR gate based on cross structures in 2D photonic crystal using logic NOT and OR gate (Полностью оптические вентили ИЛИ-НЕ на основе пересекающихся структур в двумерных фотонных кристаллах, использующие логические вентили НЕ и ИЛИ) [in English] // Opticheskii Zhurnal. 2017. V. 84. № 12. P. 72–79.

Ссылка на англоязычную версию:

Deeksha Rani, Rajinder Singh Kaler, and Balveer Painam, "All-optical NOR gate based on cross structures in 2D photonic crystal using logic NOT and OR gates," Journal of Optical Technology. 84(12), 851-857 (2017). https://doi.org/10.1364/JOT.84.000851

Аннотация:

Рассмотрен оптический вентиль ИЛИ-НЕ, основанный на двух различных пересекающихся волноводных структурах в двумерном фотонном кристалле. Два отдельных пересекающихся волновода представляют собою логические вентили НЕ и ИЛИ. Схемы логических устройств НЕ и ИЛИ индивидуально промоделированы и проанализированы с использованием метода конечных разностей во временной области (FDTD). Структуры были оптимизированы посредством итерационного процесса. Контрастное отношение логического вентиля НЕ составило 11.605 дБ, а вентиля ИЛИ — 22.113 дБ. Размеры структур НЕ и ИЛИ составляли 10×10 мкм. После оптимизации параметров оба вентиля комбинировались без использования каких-либо внешних устройств, образуя ячейку ИЛИ-НЕ. Работа вентиля ИЛИ-НЕ численно моделировалась, используя ту же методику FDTD. Контрастное отношение для ячейки ИЛИ-НЕ составило 15.97 дБ. Поскольку устройство не использует нелинейных материалов, энергопотребление его уменьшено. Рассмотренная структура ИЛИ-НЕ обладает рабочей шириной спектральной области, равной 40 нм. Таким образом, устройство является перспективным для использования в оптических системах передачи информации и обработки сигналов.

Ключевые слова:

фотонные кристаллы, фотонно-кристаллические световоды, материалы с фотонной запрещенной зоной, оптические логические устройства

Коды OCIS: 160.5298; 130.5296; 160.5293; 250.3750

Список источников:

1. Mehra R., Jaiswal S., Dixit H.K.R. Optical computing with semiconductor optical amplifiers // Optical Engineering. 2012. V. 51. № 8. P. 080901-1–080901-7.
2. Sugimoto Y., Ikeda N., Ozaki N., Watanabe Y., Ohkouchi S., Kuroda T., Sakoda K. Advanced quantum dot and photonic crystal technologies for integrated nanophotonic circuits // Microelectronics Journal. 2009. V. 40. № 5. P. 736–740.
3. Roy J.N., Maiti A.K., Samanta D., Mukhopadhyay S. Tree-net architecture for integrated all optical arithmetic operations and data comparison scheme with optical nonlinear material // Optical Switch Network. 2007. V. 4. № 29. P. 231–237.
4. Abdeldayem H., Frazier D.O. Optical computing: Need and challenge // Communications of the ACM. 2007. V. 50. № 9. P. 60–62.
5. BaoJ., Xiao J., Fan L., Li X., Hai Y., Zhang T., Yang C. All-optical NOR and NAND gates based on photonic crystal ring resonator // Optical Communication. 2014. V. 329. № 15. P. 109–112.
6. Wu Y.D., Shih T.T., Chen M.H. New all-optical logic gates based on the local nonlinear Mach–Zehnder interferometer // Optics Express. 2008. V. 16. № 1. P. 248–257.

7. Choi K.S., Byun Y.T., Lee S., Jhon Y.M. All-optical OR/NOR Bi-functional logic gate by using cross-gain modulation in semiconductor optical amplifiers // Journal of the Korean Physical Society. 2010. V. 56. № 4. P. 1093–1096.
8. Menezes J.W.M., De Fraga W.B., Ferreira A.C., Saboia K.D.A., Guimarães G.F., Sousa J.R.R., Sombra A.S.B. Logic gates based in two- and three-modes nonlinear optical fiber couplers // Optical and Quantum Electronics. 2007. V. 39. № 14. P. 1191–1206.
9. Cuesta-Soto F., Martinez A., Garcia J., Ramos F., Sanchis P., Blasco J., Marti J. All-optical switching structure based on a photonic crystal directional coupler // Optics Express. 2004. V. 12. № 1. P. 161–167.
10. Armenise M.N., Campanella C.E., Ciminelli C., Dell’Olio F. Passaro V.M. Phononic and photonic bandgap structures: modelling and applications // Physics Procedia. 2010. V. 3. № 1. P. 357–364.
11. Sedghi A.A., Kalafi M., Soltani Vala A., Rezaei B. The influence of shape and orientation of scatterers on the photonic bandgap in 2D metallic photonic crystals // Optics Communications. 2010. V. 283. № 11. P. 2356–2362.
12. Leung K.M., Liu Y.F. Photon band structures: The plane-wave method // Physical Review B. 1990. V. 41. № 14. P. 10188–10190.
13. Andalib P., Granpayeh N. All-optical ultra-compact photonic crystal AND gate based on nonlinear ring resonators // Journal Optical Society of America. B. 2009. V. 26. № 1. P. 10–16.
14. Zhang Y.L., Zhang Y., Li B.J. Optical switches and logic gates based on self-collimated beams in two-dimensional photonic crystals // Optical Express. 2010. V. 15. № 15. P. 9287–9292.
15. Kim H.S., Lee T.K., Oh G.Y., Kim D.G., Choi Y.W. Analysis of all optical logic gate based on photonic crystals multimode interference // Proceedings of SPIE. 2010. V. 7606. № 5. P. 76061F–76061F.
16. Wu C.J., Liu C.P., Ouyang Z. Compact and low-power optical logic NOT gate based on photonic crystal waveguides without optical amplifiers and nonlinear materials // Applied Optics. 2012. V. 51. № 5. P. 680–685.
17. Bai J., Wang J., Jiang J., Chen X., Li H., Qiu Y., Qiang Z. Photonic Not and Nor gates based on a single compact photonic crystal ring resonator // Applied Optics. 2009. V. 48. № 36. P. 6923–6927.
18. Tang C., Dou X., Lin Y., Yin H., Wu B., Zhao Q. Design of all-optical logic gates avoiding external phase shifters in a two-dimensional photonic crystal based on multi-modeinterference for BPSK signals // Optics Communications. 2014. V. 316. № 8. P. 49–55.
19. Chu S.T., Chaudhuri S.K. A finite-difference time-domain method for the design and analysis of guided-wave optical structures // Journal of Lightwave Technology. 1989. V. 7. № 12. P. 2033–2038.
20. Taflove A., Hagness S.C. Computational electrodynamics: the finite-difference time-domain method. Second edition. Chapter 4. Boston: Arthech House Publisher, 2000. P. 163–177.