專利名稱：基于光吸收的漂白效應(yīng)實(shí)現(xiàn)全光邏輯與運(yùn)算的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光信息處理與半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于光吸收的漂白效應(yīng)實(shí)現(xiàn)全光邏輯與運(yùn)算的方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)今世界隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，任何一種技術(shù)的發(fā)展都會受到自身固有的物理特性限制，電子計(jì)算機(jī)也不例外。電子計(jì)算的速度有限，且隨著超大規(guī)模集成電路工藝的日漸成熟，集成度幾近飽和，所以集成電路電子計(jì)算機(jī)的潛力幾乎已被挖盡。光速比電子飽和漂移速度大三個(gè)數(shù)量級，因此理論上全光計(jì)算速度比基于電子器件的運(yùn)算快1000倍以上，而且光束的交叉不會影響信號的傳輸，所以其傳輸路徑可以交叉，沒有電子電路多層集成的困擾。光子計(jì)算機(jī)善于進(jìn)行單指令多數(shù)據(jù)流(SingleInstruction Multiple Data, SIMD)的并行運(yùn)算,所以能高效的直接處理圖像、語音等信肩、O全光邏輯門的實(shí)現(xiàn)是全光計(jì)算機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)之一。目前廣泛用于光通信網(wǎng)絡(luò)的全光邏輯與門，主要是采用半導(dǎo)體光放大器(S0A)非線性光環(huán)鏡、交叉偏振和四波混頻等效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)的。這種方案的問題是偏振和相位的隨機(jī)變化對輸出結(jié)果影響較大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜難以集成。其它已公開的全光邏輯門技術(shù)，因依賴于諧振、偏振、干涉、光子晶體或光纖非線性效應(yīng)等機(jī)制，所以存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、響應(yīng)速度慢、穩(wěn)定性差或數(shù)據(jù)并行計(jì)算集成度低等問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于光吸收的漂白效應(yīng)實(shí)現(xiàn)全光邏輯與運(yùn)算的方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的系統(tǒng)復(fù)雜、響應(yīng)速度慢、穩(wěn)定性差和集成度低的問題。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種基于光吸收的漂白效應(yīng)實(shí)現(xiàn)全光邏輯與運(yùn)算的方法，其特征在于，該方法按照以下步驟實(shí)施:將入射的光束A和光束B分別作為光邏輯與運(yùn)算的輸入信號照射到半導(dǎo)體晶體，將在半導(dǎo)體晶體另一側(cè)出現(xiàn)的透射光C作為輸出信號，當(dāng)且僅當(dāng)光束A和光束B均照射在半導(dǎo)體晶體上的同一位置時(shí)，透射光C大于布爾邏輯的光強(qiáng)閾值，輸出的邏輯信號為“真”；當(dāng)沒有任何入射光束，或者僅有一束入射光束時(shí)，貝1J透射光C小于光強(qiáng)閾值,即輸出的邏輯信號為“假”，各種情況下的全光邏輯與運(yùn)算關(guān)系參照下表I所示，

表I光束A、光束B和透射光C之間的邏輯關(guān)系表
權(quán)利要求
1.一種基于光吸收的漂白效應(yīng)實(shí)現(xiàn)全光邏輯與運(yùn)算的方法，其特征在于，該方法按照以下步驟實(shí)施: 將入射的光束A和光束B分別作為光邏輯與運(yùn)算的輸入信號照射到半導(dǎo)體晶體，將在半導(dǎo)體晶體另一側(cè)出現(xiàn)的透射光C作為輸出信號， 當(dāng)且僅當(dāng)光束A和光束B均照射在半導(dǎo)體晶體上的同一區(qū)域時(shí)，透射光C大于布爾邏輯的光強(qiáng)閾值，輸出的邏輯信號為“真”； 當(dāng)沒有任何入射光束，或者僅有一束入射光束時(shí)，透射光C小于光強(qiáng)閾值，即輸出的邏輯信號為“假”，各種情況下的全光邏輯與運(yùn)算關(guān)系參照下表I所示， 表I光束A、光束B和透射光C之間的邏輯關(guān)系表
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光吸收的漂白效應(yīng)實(shí)現(xiàn)全光邏輯與運(yùn)算的方法，其特征在于:所述的光束B的入射光斑應(yīng)小于光束A的入射光斑，且光束B需經(jīng)100 IOOOfs的延時(shí)處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光吸收的漂白效應(yīng)實(shí)現(xiàn)全光邏輯與運(yùn)算的方法，其特征在于:所述的光束A和光束B的波長相同，且波長應(yīng)小于半導(dǎo)體晶體的本征吸收限波長。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光吸收的漂白效應(yīng)實(shí)現(xiàn)全光邏輯與運(yùn)算的方法，其特征在于:所述的光束A和光束B的脈寬均為飛秒量級。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光吸收的漂白效應(yīng)實(shí)現(xiàn)全光邏輯與運(yùn)算的方法，其特征在于:所述的半導(dǎo)體晶體為直接帶隙半導(dǎo)體晶體。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光吸收的漂白效應(yīng)實(shí)現(xiàn)全光邏輯與運(yùn)算的方法，其特征在于:所述的工作環(huán)境應(yīng)設(shè)置為小于50K的低溫條件。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光吸收的漂白效應(yīng)實(shí)現(xiàn)全光邏輯與運(yùn)算的方法，其特征在于:當(dāng)僅有一束入射光時(shí)，“與”邏輯后的運(yùn)算結(jié)果應(yīng)該為邏輯“假”，即透過半導(dǎo)體薄層的光強(qiáng)必須低于布爾邏輯的光強(qiáng)閾值，半導(dǎo)體薄層厚度D應(yīng)為光吸收深度d的2 4倍，且全光邏輯與門的布爾邏輯光強(qiáng)閾值應(yīng)設(shè)定為單束入射光光強(qiáng)的1.2exp(-D/d)倍 3exp(-D/d)倍。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光吸收的漂白效應(yīng)實(shí)現(xiàn)全光邏輯與運(yùn)算的方法，其特征在于:所述的半導(dǎo)體晶體都有衛(wèi)星能谷，設(shè)其與主能谷的能級差為Ek，則入射光束脈沖的光子能量應(yīng)大于半導(dǎo)體禁帶寬度Eg但小于Eg+Ek。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于光吸收的漂白效應(yīng)實(shí)現(xiàn)全光邏輯與運(yùn)算的方法，步驟包括利用入射的光束A和光束B分別作為光邏輯與運(yùn)算的輸入信號照射到半導(dǎo)體晶體，在半導(dǎo)體晶體出射方向設(shè)置有接收器，透射光C作為輸出信號被接收器探測得到，如果僅有光束B，沒有光束A引發(fā)“漂白”效應(yīng)，接收器上接收到的透射光C則小于邏輯“真”的光強(qiáng)閾值；當(dāng)且僅當(dāng)光束A和光束B均照射在同一區(qū)域時(shí)，基于“漂白”效應(yīng)，接收器上接收到的透射光C則大于邏輯“真”的光強(qiáng)閾值。本發(fā)明的方法，不依賴于諧振、偏振、干涉、光子晶體或光纖非線性效應(yīng)等機(jī)制，系統(tǒng)簡單、穩(wěn)定性好、集成度高。
文檔編號G02F1/35GK103091936SQ20131002496
公開日2013年5月8日 申請日期2013年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月23日
發(fā)明者王馨梅, 閆延輝, 紀(jì)衛(wèi)莉, 張琳, 張苗苗 申請人:西安理工大學(xué)