طراحی و شبیه سازی گیت های منطقی تمام نوری

در این پایان نامه، ساختارهایی برای طراحی و پیاده سازی گیت های منطقی تمام نوری بر مبنای بلورهای فوتونی ارائه شده است. ساختار بلور فوتونی، از شبکه ی مربعی دوبعدی از میله های دی الکتریک در بستر هوا، تشکیل شده است. میله ها از دو ماده ی ایندیم فسفاید (inp) و ترکیب خاصی از شیشه های کالکوجناید (chalcogenide glasses) تشکیل شده است. این دو ماده، ضریب شکست یکسانی دارند، اما ضرایب اثر غیرخطی آن ها متفاوت است. چون در طراحی گیت های منطقی، از تشدیدگرهای حلقوی t– شکل استفاده شده است، ابتدا این حلقه ها مطالعه شده اند. با بررسی طیف انتقال این تشدیدگرها، فرکانس های تشدید به دست آمد. مقدار توان مرجع در ساختارهای گیت های منطقی مورد مطالعه، mw 200 درنظر گرفته شده است. با بررسی شدت توان در ساختار حلقه هایی که دارای اثر غیرخطی بیشتری هستند، توان آستانه لازم برای عمل سوییچ، mw 277 به دست آمد. سپس با استفاده از تشدیدگرهای حلقوی t– شکل، طرح هایی برای پیاده سازی گیت های منطقی تمام نوری or، and، xor، not و nor ارایه شده است. در طراحی گیت های or، not و nor از تشدیدگر حلقوی t – شکل با ماده ایندیم فسفاید، استفاده شده است. در حالی که گیت های and و xor با مواد کالکوجناید که ضریب غیرخطی بالاتری دارند، طراحی شده است. این دو گیت، همزمان و با یک ساختار ارایه شده اند که منجر به کاهش تعداد ساختارها و در نتیجه کاهش ابعاد شده است. از طرف دیگر، همین ساختار، عملکرد نیم جمع کننده را نیز دارد. در این ساختار، زمان سوییچ گیت های منطقی ارائه شده، بسیار کم و بیشترین مقدار آن 34/1 پیکوثانیه برای گیت xor به دست آمد. از سوی دیگر، سرعت عملکرد این طرح ها بسیار زیاد و کمترین مقدار آن هم برای همین گیت و برابر gb/s747 به دست آمد. به منظور آسانی مجتمع سازی ساختارهای ارایه شده، در تمام طرح ها طول موج ورودی ها یکسان و در پنجره سوم مخابراتی، برابر طول موج 55/1 میکرومتر است. از سوی دیگر در این طرح ها با تعریف توان مرجع p0، سطوح ”صفر“ و ”یک“ منطقی بر حسب آن، بیان شده و برای تمام ساختارها یکسان در نظر گرفته شده است. از دیگر مزیت های این ساختارها، یکسان بودن فرکانس ورودی برای هر گیت منطقی است.