半导体所硅基集成光学导向逻辑器件研究获重要进展

2010-12-29 14:01 来源: 中国科学院
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硅基集成光学导向逻辑器件实现或/或非、与/与非、同或/异或操作的波形图

  在中国科学院“百人计划”项目的支持下,半导体研究所光电系统实验室在国际上率先实现光学导向逻辑器件的原理验证。

  自2007年美国科学家Hardy和以色列科学家Shamir共同提出光学导向逻辑的概念以来,光学导向逻辑便引起了人们的广泛关注。与传统逻辑不同,光学导向逻辑的实现依赖于光开关网络,每个开关单元相对独立,其状态改变不依赖于其他单元,因此,所有光开关单元可同时完成开关操作。而且,上一级单元的计算结果通过光速向下一级单元传递,信息传输的延时几乎可以忽略不计。因此,由光学导向逻辑器件构成的逻辑回路可瞬间完成回路中的所有逻辑操作,因而计算的速度大大加快。光学导向逻辑器件的功能实现依赖于光开关单元,光开光单元的两个输出端口可同时完成互逆的两个运算,因此,由光学导向逻辑器件构成的回路可同时实现多种复杂的计算。相对于传统光学逻辑器件,光学导向逻辑器件不需要利用光学非线性效应,因而不需要强光,易于实现器件的级联从而构成复杂的逻辑回路。光学导向逻辑器件因其本征的高速和低损耗特性,有望在雷达信号处理等对计算速度要求很高的领域获得应用。

  半导体研究所光电系统实验室的科研人员于2009年独立提出基于光学导向逻辑原理的异或/同或逻辑器件(事先未发现hardy和Shamir关于导向逻辑原理的论文),并于2010年初在国际上率先实现了器件的原理验证(Optics Letters, 35 (2010) 1620),相关工作获得第三届国际光子与光电子学会议最佳学生论文奖。随后,科研人员再接再厉,不仅完成了基于光学导向逻辑原理的非、与/与非、或/或非逻辑器件的构建,而且于近期完成了相关器件的原理验证。

  半导体研究所率先在国际上实现非、与/与非、或/或非、同或/异或七个光学导向逻辑器件的原理验证,使我国在光学导向逻辑器件的实验研究方面处于国际领先地位。目前,科研人员正致力于提高器件速度以及器件功能集成的研究。