گيت‌ منطقي تمام نوري and 4 ورودي با استفاده از تشديدگر حلقوي غيرخطي

All-optical logic and gate with 4 input using nonlinear ring resonators

در اين مقاله با استفاده از بلور فوتوني دو بعدي با شبكه مربعي و ميله‌هاي سيليكوني در هوا، گيت 4 ورودي تمام نوري and با ساختار تشديدگر حلقوي و اثرغير خطي كر طراحي و شبيه سازي شده است. در ساختار تشديدگر حلقوي از نانو كريستال سيليكون (Si-NC) داراي اثر غير خطي كر، با ضريب غيرخطي استفاده شده است و پارامتر‌هايي نظير شعاع ميله‌ها، ضريب شكست، شعاع حلقه تشديدگر و ثابت شبكه را براي ساختار مربوطه طوري انتخاب نموده‌ايم كه تشديد در بازه پنجره فركانسي cدر مخابرات نوري ( nm 1550 ) رخ دهد و تزويج مناسب بين حلقه و موجبر ايجاد شود. شبيه سازي به روش تفاضل محدود در حوزه‌ي زمانFDTD) ( و بسط امواج تخت ((PWE در طول موج 1550 نانومتر انجام شده است. اﺛﺮ ﻏﻴﺮﺧﻄﻲ ﻛﺮ در ﻣﺸﺨﺼﻪﻫﺎي ﺧﺮوﺟﻲ باعث اﻳﺠﺎد ﺷﻴﻔﺖ در ﻓﺮﻛﺎﻧﺲتشديد مي‌شود. آﺳﺘﺎﻧﻪي ﺷﺪت ﻣﻮج ورودي ﻛﻪ گيت منطقي تغيير وضعيت مي‌دهد در حدود mW/µm150 و زمان پاسخ‌دهي حدود ps 0/85 به دست مي‌آيد. نتايج شبيه‌سازي نشان مي‌دهد نسبتاختلاف بين حالت 0 منطقي و 1 منطقي براي اين گيت به بيش از dB 28 رسيده است.

In this paper, it is designed and simulated a 4 input and all-optical gate based on Kerr-type nonlinear ring resonator using 2D-photonic crystal with silicon rods embedded into air as square lattice. It is utilized silicon Nano-crystal (Si-NC) with nonlinear Kerr coefficient in the ring resonator structure. The ring resonator parameters such as rod radius, refractive index, ring radius and lattice constant are selected in the proposed optical device to operate in c telecommunication window (1550 nm). Finite Difference Time Domain (FDTD) method and Plane Wave Expansion (PWE) method are used for simulations. The Kerr nonlinear effect causes to obtain resonance frequency shift in output characteristics. The input threshold for altering the gate logical state is around 150 mW/ µm and its time response is 0.85 ps. The simulation results show that the ratio contrast between the logical state 0 and 1 for the proposed and logical gate is more than 28 dB.