ЛОГИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА НА ОСНОВЕ ФОТОННЫХ КРИСТАЛЛОВ
LOGIC DEVICES BASED ON PHOTONIC CRYSTALS

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[001] Настоящее изобретение относится к фотонным кристаллам. В частности, оно относится к логическим устройствам на основе фотонных кристаллов.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[002] Увеличившаяся потребность в высокой пропускной способности привела к достижению предела скорости электронных устройств. В существующих системах обработки оптических сигналов используются цифровые вентили, которые обеспечивают реализацию логики. Цифровые вентили являются сложными и требуют громоздкого электрооптического преобразования, которые вводят временные задержки и ослабляют сигналы. Для усиления ослабленных сигналов в существующих решениях, помимо прочего, используются полупроводниковые оптические усилители. Полупроводниковые оптические усилители являются хорошими компонентами для передачи оптических сигналов с мультиплексированием с одновременной их модуляцией и усилением. Однако использование каскадов полупроводниковых оптических усилителей увеличивает искажения вследствие кросс-модуляции различных каналов. Полупроводниковые оптические усилители имеют высокий уровень шума, низкое усиление, умеренную поляризационную зависимость и высокую нелинейность с быстрым переходным временем, которые могут исказить сигналы. Эта нелинейность представляет собой наиболее серьезную проблему для систем, использующих оптическую связь. В связи с этим существует необходимость в усовершенствовании конструкции оптических логических устройств.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[003] Настоящее изобретение относится к способу, системе и устройству для логических устройств на основе фотонных кристаллов. В одном или более примерах способ работы оптического логического устройства включает излучение по меньшей мере одного сигнала по меньшей мере одним источником. Способ также включает отражение по меньшей мере одного сигнала от по меньшей мере одного фотонного кристалла, когда по меньшей мере один фотонный кристалл воспринимает физическое явление, имеющее пороговую величину. Способ также включает отсутствие отражения по меньшей мере одного сигнала от по меньшей мере одного фотонного кристалла, когда по меньшей мере один фотонный кристалл не воспринимает физическое явление, имеющее пороговую величину. Кроме того, способ включает обнаружение или отсутствие обнаружения по меньшей мере одного сигнала посредством по меньшей мере одного детектора.
[004] В одном или более примерах способ также включает выдачу посредством по меньшей мере одного детектора по меньшей мере одного отклика, обозначающего, что по меньшей мере один сигнал был обнаружен или не был обнаружен. По меньшей мере в одном примере способ также включает инвертирование по меньшей мере одного отклика по меньшей мере одним инвертором.
[005] По меньшей мере в одном примере по меньшей мере один детектор является детектором света и/или детектором лазерного излучения. В некоторых примерах по меньшей мере один сигнал является электромагнитным сигналом. В одном или более примерах по меньшей мере один источник является источником света и/или источником лазерного излучения. По меньшей мере в одном примере по меньшей мере один фотонный кристалл является одномерным (1D), двумерным (2D) и/или трехмерным (3D). В некоторых примерах физическим явлением является давление, температура, напряжение или вибрация.
[006] В одном или более примерах способ также включает в себя отключение по меньшей мере одного фотонного кристалла. В некоторых примерах по меньшей мере один источник, по меньшей мере один фотонный кристалл и по меньшей мере один детектор вместе размещены внутри по меньшей мере одного кристалла интегральной схемы.
[007] По меньшей мере в одном примере оптическое логическое устройство содержит по меньшей мере один источник для излучения по меньшей мере одного сигнала. В одном или более примерах по меньшей мере один сигнал отражен от по меньшей мере одного фотонного кристалла, когда по меньшей мере один фотонный кристалл воспринимает физическое явление, имеющее пороговую величину. В некоторых примерах по меньшей мере один сигнал не отражен от по меньшей мере одного фотонного кристалла, когда по меньшей мере один фотонный кристалл не воспринимает физическое явление, имеющее пороговую величину. Система также содержит по меньшей мере один детектор, выполненный с возможностью обнаружения или не обнаружения по меньшей мере одного сигнала.
[008] В одном или более примерах по меньшей мере один детектор также выполнен с возможностью выдачи по меньшей мере одного отклика, обозначающего, что по меньшей мере один сигнал был обнаружен или не был обнаружен. По меньшей мере в одном примере устройство также содержит по меньшей мере один инвертор для инвертирования по меньшей мере одного отклика. В некоторых примерах по меньшей мере один фотонный кристалл отключен.
[009] Указанные признаки, функции и преимущества могут быть получены независимо в различных примерах раскрытия настоящего изобретения или могут быть скомбинированы в других примерах.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0010] Эти и другие признаки, аспекты и преимущества раскрытия настоящего изобретения станут более понятными в связи с последующим описанием, прилагаемой формулой изобретения и сопроводительными фигурами чертежей, на которых:
[0011] На ФИГ. 1 схематически показано раскрытое логическое устройство на основе фотонных кристаллов (т.е. оптическое логическое устройство), в соответствии по меньшей мере с одним из примеров раскрытия настоящего изобретения.
[0012] На ФИГ. 2 схематически показано раскрытое логическое устройство на основе фотонных кристаллов, в котором каждый из фотонных кристаллов воспринимает отличающееся физическое явление, в соответствии по меньшей мере с одним из примеров раскрытия настоящего изобретения.
[0013] На ФИГ. 3А схематически представлено логическое устройство на основе фотонных кристаллов, имеющее логический вентиль И, в соответствии по меньшей мере с одним из примеров раскрытия настоящего изобретения.
[0014] На ФИГ. 3В приведена таблица, содержащая логический вентиль И, который соответствует логике логического устройства на основе фотонных кристаллов по ФИГ. 3А.
[0015] На ФИГ. 3С приведена схема обычного вентиля И.
[0016] На ФИГ. 4А схематически показано раскрытое логическое устройство на основе фотонных кристаллов, имеющее логический вентиль И-НЕ, в соответствии по меньшей мере с одним из примеров раскрытия настоящего изобретения.
[0017] На ФИГ. 4В приведена таблица, содержащая логический вентиль И-НЕ, который соответствует логике логического устройства на основе фотонных кристаллов по ФИГ. 4А.
[0018] На ФИГ. 4С приведена схема обычного вентиля И-НЕ.
[0019] На ФИГ. 5А схематически показано раскрытое логическое устройство на основе фотонных кристаллов, имеющее логический вентиль ИЛИ, в соответствии по меньшей мере с одним из примеров раскрытия настоящего изобретения.
[0020] На ФИГ. 5В приведена таблица, содержащая логический вентиль ИЛИ, который соответствует логике логического устройства на основе фотонных кристаллов по ФИГ. 5А.
[0021] На ФИГ. 5С приведена схема обычного вентиля ИЛИ.
[0022] На ФИГ. 6А схематически показано раскрытое логическое устройство на основе фотонных кристаллов, имеющее логический вентиль ИЛИ-НЕ, в соответствии по меньшей мере с одним из примеров раскрытия настоящего изобретения.
[0023] На ФИГ. 6В приведена таблица, содержащая логический вентиль ИЛИ-НЕ, который соответствует логике логического устройства на основе фотонных кристаллов по ФИГ. 6А.
[0024] На ФИГ. 6С приведена схема обычного вентиля ИЛИ-НЕ.
[0025] На ФИГ. 7 представлена схема раскрытого способа для работы логического устройства на основе фотонных кристаллов (т.е. оптического логического устройства), в соответствии по меньшей мере с одним из примеров раскрытия настоящего изобретения.
[0026] На ФИГ. 8А схематически проиллюстрирован отражательный компонент на основе фотонных кристаллов, который может быть использован раскрытым логическим устройством на основе фотонных кристаллов (т.е. оптического логического устройства), в соответствии по меньшей мере с одним из примеров раскрытия настоящего изобретения.
[0027] На ФИГ. 8В схематически показана внутренняя структура отражательного компонента на основе фотонных кристаллов по ФИГ. 8А, в соответствии по меньшей мере с одним из примеров раскрытия настоящего изобретения.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0028] Способы и устройства, раскрытые в настоящем документе, обеспечивают создание рабочей системы для логических устройств на основе фотонных кристаллов. Система согласно раскрытию настоящего изобретения обеспечивает полностью оптические вентили, построенные на нелинейной среде, содержащей зеркала на основе фотонных кристаллов, которые обеспечивают высокую пропускную способность с низким потреблением мощности. В частности, зеркала на основе фотонных кристаллов могут формировать логику посредством их активирования (т.е. отражения сигнала), когда зеркала на основе фотонных кристаллов воспринимают пороговую величину физического явления (например, давления, температуры, напряжения или вибрации), и посредством их не активирования (т.е. отсутствия отражения сигнала), когда зеркала на основе фотонных кристаллов не воспринимают пороговую величину физического явления.
[0029] Как ранее упоминалось выше, увеличившаяся потребность в высокой пропускной способности привела к достижению предела скорости электронных устройств. Полностью оптическая обработка сигналов с помощью полностью оптических логических вентилей, которые работают с высокой скоростью передачи, может удовлетворить эту потребность в пропускной способности. Для создания полностью оптических систем необходимо, чтобы все компоненты были оптическими элементами. Система согласно раскрытию настоящего изобретения делает это возможным за счет использования полностью оптических вентилей, которые являются ключевыми элементами для достижения полностью оптических функций.
[0030] Система согласно раскрытию настоящего изобретения может использовать интеграцию на уровне пластин для полностью оптических вентилей, чтобы способствовать повышению рабочих характеристик за счет улучшения энергетической эффективности и надежности, которые являются критическими при оптической связи. Использование фотонных кристаллов делает компоновку и сборку полностью оптических вентилей проще и надежнее, что представляет собой идеальные характеристики для работы в сложных аэрокосмических условиях.
[0031] Настоящее изобретение использует реализацию систем на кристалле для обеспечения компактных и экономически эффективных средств повышения производительности с большей эффективностью, более высокой надежностью и устойчивостью в работе. Следует отметить, что конструкция на основе одного кристалла имеет минимальные оптические интерфейсы, которые требуются работы в аэрокосмических условиях. Эта технология может быть использована в новаторских решениях для цифрового формирования луча, который может быть использован при работе, связанной с космосом.
[0032] В последующем описании для более полного раскрытия системы приведена разнообразная подробная информация. Однако специалистам в данной области техники будет очевидно, что раскрытая система может быть реализована на практике без этой конкретной подробной информации. В других случаях хорошо известные признаки не были описаны подробно с тем, чтобы излишне не усложнять раскрытие системы.
[0033] Примеры раскрытия настоящего изобретения могут быть описаны в настоящем документе в терминах функциональных и/или логических компонентов и различных этапов обработки. Следует отметить, что такие компоненты могут быть реализованы посредством любого количества аппаратных средств, программного обеспечения и/или прошивки, выполненных с возможностью реализации конкретных функций. Например, один из примеров раскрытия настоящего изобретения может использовать различные компоненты интегральных схем (например, элементы памяти, элементы цифровой обработки сигналов, логические элементы, таблицы соответствия или т.п.), которые могут выполнять различные функции под управлением одного или более процессоров, микропроцессоров или других управляющих устройств. Кроме того, специалистам в данной области техники будет очевидно, что примеры раскрытия настоящего изобретения могут быть реализованы на практике в сочетании с другими компонентами, и что система, раскрытая в настоящем документе, представляет собой только один пример раскрытия настоящего изобретения.
[0034] В целях краткости, в настоящем документе может быть опущено описание обычных технологий и компонентов, относящихся к системам связи и/или местоопределения, и других функциональных аспектов системы (и отдельных рабочих компонентов систем). Кроме того, соединительные линии, показанные на различных фигурах чертежей, содержащихся в настоящем документе, предназначены для представления примеров функциональных взаимосвязей и/или физических соединений между различными элементами. Следует отметить, что в примере раскрытия настоящего изобретения возможны многочисленные альтернативные или дополнительные функциональные взаимосвязи или физические соединения.
[0035] На ФИГ. 1 схематически показано раскрытое логическое устройство 100 на основе фотонных кристаллов (т.е. оптическое логическое устройство) в соответствии по меньшей мере с одним из примеров раскрытия настоящего изобретения. На этом чертеже показано, что оптическое логическое устройство 100 содержит источник 120, четыре фотонных кристалла 130 и детектор 140.
[0036] В одном или более примерах источник 120 может быть источником света или источником лазерного излучения. В некоторых примерах оптическое логическое устройство 100 может использовать более одного источника 120, как показано на ФИГ. 1. По меньшей мере в одном примере фотонные кристаллы 130 могут быть одномерными (1D) фотонными кристаллами, двумерными (2D) фотонными кристаллами или трехмерными (3D) фотонными кристаллами. В некоторых примерах оптическое логическое устройство 100 может использовать больше или меньше чем четыре фотонных кристалла 130, как показано на ФИГ. 1. В одном или более примерах детектор 140 может представлять собой детектор света или детектор лазерного излучения. В некоторых примерах оптическое логическое устройство 100 может использовать более одного детектора 140, как показано на ФИГ. 1.
[0037] Во время работы оптического логического устройства 100 источник 120 излучает по меньшей мере один сигнал 150 по направлению к фотонным кристаллам 130. В одном или более примерах сигнал 150 является электромагнитным сигналом, таким как оптический сигнал или свет. Если фотонные кристаллы 130 воспринимают пороговую величину физического явления (например, давления, температуры, напряжения или вибрации), связанного с каждым из фотонных кристаллов 130, фотонные кристаллы 130 активируются и, по существу, будут отражать сигнал 150. Однако если фотонные кристаллы 130 не воспринимают пороговую величину физического явления, связанного с каждым из фотонных кристаллов 130, фотонные кристаллы 130 не активируются и, по существу, не будут отражать сигнал 150.
[0038] Как показано на ФИГ. 1, все четыре фотонных кристалла 130 воспринимают пороговую величину соответствующего им физического явления и активируются для отражения сигнала 150. Затем сигнал 150 показан отраженным по направлению к детектору 140. После этого детектор 140 обнаруживает сигнал 150 и выдает отклик 160, обозначающий, что сигнал 150 был обнаружен.
[0039] Следует отметить, что если один или более фотонных кристаллов 130 не воспринимают пороговую величину соответствующего им физического явления, они не будут активироваться и не будут отражать сигнал 150. В этих случаях детектор 140 не будет обнаруживать сигнал 150. Детектор 140 выдаст отклик 160, обозначающий, что сигнал 150 не был обнаружен.
[0040] На ФИГ. 2 схематически показано раскрытое логическое устройство 200 на основе фотонных кристаллов (т.е. оптическое логическое устройство), в котором каждый из фотонных кристаллов 230А, 230В, 230С, 230D воспринимает отличающееся физическое явление в соответствии по меньшей мере с одним из примеров раскрытия настоящего изобретения. На этом чертеже показано, что оптическое логическое устройство 200 содержит источник 220, четыре фотонных кристалла 230А, 230В, 230С, 230D и детектор 240. В данном примере каждый из фотонных кристаллов 230А, 230В, 230С, 230D активируется отличающимся физическим явлением. Как показано на ФИГ. 2, фотонный кристалл 230А активируется пороговой величиной давления (например, конкретным значением в фунтах на квадратный дюйм), фотонный кристалл 230 В активируется пороговой величиной температуры (например, конкретным значением в градусах Кельвина (К)), фотонный кристалл 230С активируется пороговой величиной вибрации (например, конкретным значением спектральной плотности мощности (СПМ)), а фотонный кристалл 230D активируется пороговой величиной напряжения (например, конкретным значением в вольтах (В)).
[0041] Во время работы оптического логического устройства 200 источник 220 излучает по меньшей мере один сигнал 250 по направлению к фотонным кристаллам 230А, 230В, 230С, 230D. Если фотонные кристаллы 230 воспринимают пороговую величину физического явления (например, давления, температуры, напряжения или вибрации), связанного с каждым из фотонных кристаллов 230, фотонные кристаллы 230 активируются и, по существу, будут отражать сигнал 250. Однако если фотонные кристаллы 230 не воспринимают пороговую величину физического явления, связанного с каждым из фотонных кристаллов 230, фотонные кристаллы 230 не активируются и, по существу, не будут отражать сигнал 250. Например, если фотонный кристалл 230А воспринимает пороговую величину давления (например, конкретным значением в фунтах на квадратный дюйм), фотонный кристалл 230А будет активироваться и отражать сигнал 250, как показано на ФИГ. 2. Кроме того, если фотонный кристалл 230 В воспринимает пороговую величину температуры (например, конкретным значением в градусах Кельвина), фотонный кристалл 230 В будет активироваться и отражать сигнал 250, как показано на ФИГ. 2. Кроме того, если фотонный кристалл 230С воспринимает пороговую величину вибрации (например, конкретным значением спектральной плотности мощности), фотонный кристалл 230С будет активироваться и отражать сигнал 250, как показано на ФИГ. 2. Кроме того, если фотонный кристалл 230D воспринимает пороговую величину напряжения (например, конкретным значением в вольтах), фотонный кристалл 230D будет активироваться и отражать сигнал 250, как показано на ФИГ. 2.
[0042] По существу, как показано на ФИГ. 2, все четыре фотонных кристалла 230А, 230В, 230С, 230D воспринимают пороговую величину соответствующего им физического явления и активируются для отражения сигнала 250. Затем сигнал 250 показан отраженным по направлению к детектору 240. После этого детектор 240 обнаруживает сигнал 250 и выдает отклик 260, обозначающий, что сигнал 250 был обнаружен.
[0043] Следует отметить, что если один или более фотонных кристаллов 230А, 230В, 230С, 230D не воспринимают пороговую величину соответствующего им физического явления, они не будут активироваться, и не будут отражать сигнал 250. В этих случаях детектор 240 не будет обнаруживать сигнал 250. Детектор 240 выдаст отклик 260, обозначающий, что сигнал 250 не был обнаружен.
[0044] На ФИГ. 3А схематически представлено логическое устройство 300 на основе фотонных кристаллов (т.е. оптическое логическое устройство), имеющее логический вентиль И, в соответствии по меньшей мере с одним из примеров раскрытия настоящего изобретения. На этом чертеже показано, что оптическое логическое устройство 300 содержит источник 320, два фотонных кристалла 330А, 330В и детектор 340.
[0045] Во время работы оптического логического устройства 300 источник 320 излучает по меньшей мере один сигнал 350 по направлению к фотонным кристаллам 330А, 330В. Если фотонные кристаллы 330А, 330В воспринимают пороговую величину физического явления (например, давления, температуры, напряжения или вибрации), связанного с каждым из фотонных кристаллов 330А, 330В, фотонные кристаллы 330А, 330В активируются и, по существу, будут отражать сигнал 350. Однако если фотонные кристаллы 330А, 330В не воспринимают пороговую величину физического явления, связанного с каждым из фотонных кристаллов 330А, 330В, фотонные кристаллы 330А, 330В не активируются и, по существу, не будут отражать сигнал 350.
[0046] Как показано на ФИГ. 3А, оба фотонных кристалла 330А, 330В воспринимают пороговую величину соответствующего им физического явления и активируются для отражения сигнала 350. Затем сигнал 350 показан отраженным по направлению к детектору 340. После этого детектор 340 обнаруживает сигнал 350 и выдает отклик 360, обозначающий, что сигнал 350 был обнаружен.
[0047] Следует отметить, что если один или оба из фотонных кристалла 330А, 330В не воспринимают пороговую величину соответствующего им физического явления, они не будут активироваться и не будут отражать сигнал 350. В этих случаях детектор 340 не будет обнаруживать сигнал 350. Детектор 340 выдаст отклик 360, обозначающий, что сигнал 350 не был обнаружен.
[0048] На ФИГ. 3В приведена таблица 380, содержащая логический вентиль И, который соответствует логике логического устройства на основе фотонных кристаллов по ФИГ. 3А. В таблице 380, столбцы входа содержат "1", когда соответствующие фотонные кристаллы 330А, 330В активируются и отражают сигнал 350. При этом столбцы входа содержат "0", когда соответствующие фотонные кристаллы 330А, 330В не активируются и не отражают сигнал 350. Значения в столбце выхода обозначают данные, содержащиеся в сигнале 360 отклика. В этом случае, столбец выхода содержит "1", когда детектор 340 обнаруживает сигнал 350, а столбец выхода содержит "0", когда детектор 340 не обнаруживает сигнал 350.
[0049] На ФИГ. 3С приведена схема обычного вентиля И 390. На этом чертеже показано, что вентиль И 390 имеет два входа (А и В) и один выход (Q).
[0050] На ФИГ. 4А схематически показано раскрытое логическое устройство 400 на основе фотонных кристаллов (т.е. оптическое логическое устройство), имеющее логический вентиль И-НЕ, в соответствии по меньшей мере с одним из примеров раскрытия настоящего изобретения. На этом чертеже показано, что оптическое логическое устройство 400 содержит источник 420, два фотонных кристалла 430А, 430В, детектор 440 и инвертор 470.
[0051] Во время работы оптического логического устройства 400 источник 420 излучает по меньшей мере один сигнал 450 по направлению к фотонным кристаллам 430А, 430В. Если фотонные кристаллы 430А, 430В воспринимают пороговую величину физического явления (например, давления, температуры, напряжения или вибрации), связанного с каждым из фотонных кристаллов 430А, 430В, фотонные кристаллы 430А, 430В активируются и, по существу, будут отражать сигнал 450. Однако если фотонные кристаллы 430А, 430В не воспринимают пороговую величину физического явления, связанного с каждым из фотонных кристаллов 430А, 430В, фотонные кристаллы 430А, 430В не активируются и, по существу, не будут отражать сигнал 450.
[0052] Как показано на ФИГ. 4А, оба фотонных кристалла 430А, 430В воспринимают пороговую величину соответствующего им физического явления и активируются для отражения сигнала 450. Затем сигнал 450 показан отраженным по направлению к детектору 440. После этого детектор 440 обнаруживает сигнал 450 и выдает отклик 460, обозначающий, что сигнал 450 был обнаружен. Инвертор 470 принимает отклик 460 и вырабатывает инвертированный отклик 475.
[0053] Следует отметить, что если один или оба фотонных кристалла 430А, 430В не воспринимают пороговую величину соответствующего им физического явления, они не будут активироваться и не будут отражать сигнал 450. В этих случаях детектор 440 не будет обнаруживать сигнал 450. Детектор 440 выдаст отклик 460, обозначающий, что сигнал 450 не был обнаружен. Послед этого инвертор 470 принимает отклик 460 и вырабатывает инвертированный отклик 475.
[0054] На ФИГ. 4В приведена таблица 480, содержащая логический вентиль И-НЕ, который соответствует логике логического устройства на основе фотонных кристаллов по ФИГ. 4А. В таблице 480, столбцы входа содержат "1", когда соответствующие фотонные кристаллы 430А, 430 В активируются и отражают сигнал 450. При этом столбцы входа содержат "0", когда соответствующие фотонные кристаллы 430А, 430В не активируются и не отражают сигнал 450. Значения в столбце выхода обозначают данные, содержащиеся в сигнале 475 отклика. В этом случае, столбец выхода содержит "1", когда детектор 440 не обнаруживает сигнал 450, а столбец выхода содержит "0", когда детектор 440 обнаруживает сигнал 450.
[0055] На ФИГ. 4С приведена схема обычного вентиля И-НЕ 490. На этом чертеже показано, что вентиль И-НЕ 490 имеет два входа (А и В) и один выход (Q).
[0056] На ФИГ. 5А схематически показано раскрытое логическое устройство 500 на основе фотонных кристаллов (т.е. оптическое логическое устройство), имеющее логический вентиль ИЛИ, в соответствии по меньшей мере с одним из примеров раскрытия настоящего изобретения. На этом чертеже показано, что оптическое логическое устройство 500 содержит два источника 520, два фотонных кристалла 530А, 530В и детектор 540.
[0057] Во время работы оптического логического устройства 500, каждый из двух источников 520 излучает по меньшей мере один сигнал 550 по направлению к фотонным кристаллам 530А, 530В, соответственно. Если фотонные кристаллы 530А, 530В воспринимают пороговую величину физического явления (например, давления, температуры, напряжения или вибрации), связанного с каждым из фотонных кристаллов 530А, 530В, фотонные кристаллы 530А, 530В активируются и, по существу, отражают сигнал 550. Однако если фотонные кристаллы 530А, 530В не воспринимают пороговую величину физического явления, связанного с каждым из фотонных кристаллов 530А, 530В, фотонные кристаллы 530А, 530В не активируются и, по существу, не будут отражать сигнал 550.
[0058] Как показано на ФИГ. 5А, оба фотонных кристалла 530А, 530В воспринимают пороговую величину соответствующего им физического явления и активируются для отражения сигнала 550. Затем сигнал 550 показан отраженным по направлению к детектору 540. После этого детектор 540 обнаруживает сигнал 550 и выдает отклик 560, обозначающий, что сигнал 550 был обнаружен.
[0059] Следует отметить, что если оба из фотонных кристаллов 530А, 530В не воспринимают пороговую величину соответствующего им физического явления, они не будут активироваться и не будут отражать сигнал 550. В этих случаях детектор 540 не будет обнаруживать сигнал 550. Детектор 540 выдаст отклик 560, обозначающий, что сигнал 550 не был обнаружен.
[0060] На ФИГ. 5В приведена таблица 580, содержащая логический вентиль ИЛИ, который соответствует логике логического устройства на основе фотонных кристаллов по ФИГ. 5А. В таблице 580 столбцы входа содержат "1", когда соответствующие фотонные кристаллы 530А, 530В активируются и отражают сигнал 550. При этом столбцы входа содержат "0", когда соответствующие фотонные кристаллы 530А, 530В не активируются и не отражают сигнал 550. Значения в столбце выхода обозначают данные, содержащиеся в сигнале 560 отклика. В этом случае, столбец выхода содержит "1", когда детектор 540 обнаруживает сигнал 550, а столбец выхода содержит "0", когда детектор 540 не обнаруживает сигнал 550.
[0061] На ФИГ. 5С приведена схема обычного вентиля ИЛИ 590. На этом чертеже показано, что вентиль ИЛИ 590 имеет два входа (А и В) и один выход (Q).
[0062] На ФИГ. 6А схематически показано раскрытое логическое устройство 600 на основе фотонных кристаллов (т.е. оптическое логическое устройство), имеющее логический вентиль ИЛИ-НЕ, в соответствии по меньшей мере с одним из примеров раскрытия настоящего изобретения. На этом чертеже показано, что оптическое логическое устройство 600 содержит два источника 620, два фотонных кристалла 630А, 630В, детектор 540 и инвертор 670.
[0063] Во время работы оптического логического устройства 600 каждый из двух источников 620 излучает по меньшей мере один сигнал 650 по направлению к фотонным кристаллам 630А, 630В, соответственно. Если фотонные кристаллы 630А, 630В воспринимают пороговую величину физического явления (например, давления, температуры, напряжения или вибрации), связанного с каждым из фотонных кристаллов 630А, 630В, фотонные кристаллы 630А, 630В активируются и, по существу, будут отражать сигнал 650. Однако если фотонные кристаллы 630А, 630В не воспринимают пороговую величину физического явления, связанного с каждым из фотонных кристаллов 630А, 630В, фотонные кристаллы 630А, 630В не активируются и, по существу, не будут отражать сигнал 650.
[0064] Как показано на ФИГ. 6А, оба фотонных кристалла 630А, 630В воспринимают пороговую величину соответствующего им физического явления и активируются для отражения сигнала 650. Затем сигнал 650 показан отраженным по направлению к детектору 640. После этого детектор 640 обнаруживает сигнал 650 и выдает отклик 660, обозначающий, что сигнал 650 был обнаружен.
Инвертор 670 принимает отклик 660 и вырабатывает инвертированный отклик 675.
[0065] Следует отметить, что если оба из фотонных кристаллов 630А, 630В не воспринимают пороговую величину соответствующего им физического явления, они не будут активироваться и не будут отражать сигнал 650. В этих случаях детектор 640 не будет обнаруживать сигнал 650. Детектор 640 выдаст отклик 660, обозначающий, что сигнал 650 не был обнаружен. После этого инвертор 670 принимает отклик 660 и вырабатывает инвертированный отклик 675.
[0066] На ФИГ. 6В приведена таблица 680, содержащая логический вентиль ИЛИ-НЕ, который соответствует логике логического устройства на основе фотонных кристаллов по ФИГ. 6А. В таблице 680, столбцы входа содержат "1", когда соответствующие фотонные кристаллы 630А, 630В активируются и отражают сигнал 650. При этом столбцы входа содержат "0", когда соответствующие фотонные кристаллы 630А, 630В не активируются и не отражают сигнал 650. Значения в столбце выхода обозначают данные, содержащиеся в сигнале 675 отклика. В этом случае, столбец выхода содержит "1", когда детектор 640 не обнаруживает сигнал 650, а столбец выхода содержит "0", когда детектор 640 обнаруживает сигнал 650.
[0067] На ФИГ. 6С приведена схема обычного вентиля ИЛИ-НЕ 690. На этом чертеже показано, что вентиль ИЛИ-НЕ 690 имеет два входа (А и В) и один выход (Q).
[0068] На ФИГ. 7 представлена схема раскрытого способа 700 работы логического устройства на основе фотонных кристаллов (т.е. оптического логического устройства) в соответствии по меньшей мере с одним из примеров раскрытия настоящего изобретения. В начале 710 реализации способа по меньшей мере один источник излучает по меньшей мере один сигнал (720). После этого по меньшей мере один сигнал отражают по меньшей мере от одного фотонного кристалла, когда по меньшей мере один фотонный кристалл воспринимает физическое явление, имеющее пороговую величину (730). По меньшей мере один сигнал не отражают по меньшей мере от одного фотонного кристалла, когда по меньшей мере один фотонный кристалл не воспринимает физическое явление, имеющее пороговую величину (740). Затем по меньшей мере один детектор обнаруживает или не обнаруживает по меньшей мере один сигнал (750). После этого по меньшей мере один детектор выдает по меньшей мере один отклик, обозначающий, что по меньшей мере один сигнал был обнаружен или не был обнаружен (760). В некоторых случаях по меньшей мере один инвертор инвертирует по меньшей мере один отклик (770). После этого выполнение способа 700 завершают (780).
[0069] На ФИГ. 8А схематически показан отражательный компонент 800 на основе фотонных кристаллов, который может быть использован раскрытым логическим устройством на основе фотонных кристаллов (т.е. оптического логического устройства) в соответствии по меньшей мере с одним из примеров раскрытия настоящего изобретения.
[0070] Система согласно раскрытию настоящего изобретения может быть реализована по меньшей мере на одном раскрытом оптическом логическом устройстве (которое может использовать по меньшей мере один отражательный компонент 800 на основе фотонных кристаллов) в конструкции на основе одного кристалла. Для этой реализации все компоненты (т.е. источник(и), фотонный кристалл (фотонные кристаллы), детектор(ы) и используемый(ые) при необходимости инвертор(ы)) каждого из оптических логических устройств, размещают внутри одного кристалла интегральной схемы, такого как программируемая пользователем кристаллическая матрица.
[0071] Более сложная логика может быть реализована за счет использования множества оптических логических устройств (каждый из которых может использовать по крайней мере один отражательный компонент 800 на основе фотонных кристаллов), соединенных друг с другом внутри кристалла. В одном или более примерах логика может быть изменена отключением (например, пережиганием предохранителя и/или удалением по меньшей мере одного теплового и/или электрического контакта с использованием, например, переключения на основе микроэлектромеханических систем (МЭМС)), постоянного или непостоянного, по меньшей мере одного из фотонных кристаллов по меньшей мере одного из оптических логических устройств, размещенных внутри кристалла, с созданием, таким образом, программируемой пользователем кристаллической матрицы.
[0072] На этом чертеже показано, что отражательный компонент 800 на основе фотонных кристаллов включает в себя две внутренние пластины 810, 820. Каждая из пластин 810, 820 работает совместно в качестве единого оптического элемента, используемого как часть логического устройства на основе фотонных кристаллов.
[0073] На ФИГ. 8В схематически показана внутренняя структура отражательного компонента 800 на основе фотонных кристаллов по ФИГ. 8А в соответствии по меньшей мере с одним из примеров раскрытия настоящего изобретения. На этом чертеже подробно показаны две пластины 810, 820.
[0074] Хотя были показаны и описаны конкретные примеры, следует понимать, что приведенное выше описание не предназначено для ограничения объема этими примерами. Хотя в настоящем документе раскрыты и описаны примеры и варианты множества аспектов настоящего изобретения, такое раскрытие предоставлено в только целях объяснения и иллюстрации. Таким образом, могут быть выполнены различные изменения и модификации без отступления от объема формулы настоящего изобретения.
[0075] Хотя были показаны и описаны конкретные примеры, следует понимать, что приведенное выше описание не предназначено для ограничения объема этими примерами. Хотя в настоящем документе раскрыты и описаны примеры и варианты множества аспектов настоящего раскрытия, такое раскрытие предоставлено в только целях объяснения и иллюстрации. Таким образом, могут быть выполнены различные изменения и модификации без отступления от объема формулы настоящего изобретения.
[0076] Там, где способы, описанные выше, иллюстрируют конкретные события, происходящие в определенном порядке, специалистам в данной области техники, оценившим преимущества благодаря этому раскрытию, будет понятно, что порядок может быть изменен и что такие модификации находятся в соответствии с вариантами раскрытия настоящего изобретения. Кроме того, части способов могут быть выполнены одновременно в параллельном процессе там, где это возможно, а также могут быть выполнены последовательно. Кроме того, может быть выполнено больше частей или меньше частей раскрытых способов.
[0077] Соответственно, варианты реализации изобретения предназначены для иллюстрации альтернативных вариантов, модификаций и эквивалентов, которые могут подпадать под объем формулы изобретения.
[0078] Хотя в настоящем документе были раскрыты некоторые иллюстративные примеры и способы, из предшествующего описания специалистам в данной области техники может быть очевидно, что изменения и модификации таких примеров и способов могут быть выполнены без отступления от сущности и объема настоящего раскрытия. Существуют многие другие примеры раскрытого технического решения, каждый из которых отличается от других только некоторыми деталями. Соответственно, предполагается, что раскрытое техническое решение ограничено только в объеме, требуемом прилагаемой формулой изобретения и нормами и принципами применимого законодательства.
Кроме того, раскрытие изобретения содержит примеры согласно следующим пунктам:
Пункт 1. Способ работы оптического логического устройства (100), включающий:
излучение по меньшей мере одного сигнала по меньшей мере одним источником (120);
отражение указанного по меньшей мере одного сигнала от по меньшей мере одного фотонного кристалла (130), когда указанный по меньшей мере один фотонный кристалл (130) воспринимает физическое явление, имеющее пороговую величину;
отсутствие отражения указанного по меньшей мере одного сигнала от указанного по меньшей мере одного фотонного кристалла (130), когда указанный по меньшей мере один фотонный кристалл (130) не воспринимает физическое явление, имеющее пороговую величину; и
обнаружение или отсутствие обнаружения указанного по меньшей мере одного сигнала посредством по меньшей мере одного детектора (140).
Пункт 2. Способ по пункту 1, дополнительно включающий:
выдачу посредством указанного по меньшей мере одного детектора (140) по меньшей мере одного отклика, обозначающего, что указанный по меньшей мере один сигнал был обнаружен или не был обнаружен.
Пункт 3. Способ по пункту 2, дополнительно включающий:
инвертирование указанного по меньшей мере одного отклика по меньшей мере одним инвертором (470).
Пункт 4. Способ по пункту 1, согласно которому указанный по меньшей мере один детектор (140) является по меньшей мере одним из следующего: детектором света или детектором лазерного излучения.
Пункт 5. Способ по пункту 1, согласно которому указанный по меньшей мере один сигнал является электромагнитным сигналом.
Пункт 6. Способ по пункту 1, согласно которому указанный по меньшей мере один источник (120) является по меньшей мере одним из следующего: источником света или источником лазерного излучения.
Пункт 7. Способ по пункту 1, согласно которому указанный по меньшей мере один фотонный кристалл (130) является по меньшей мере одним из следующего: одномерным, двумерным или трехмерным.
Пункт 8. Способ по пункту 1, согласно которому физическим явлением является одно из таких явлений, как давление, температура, напряжение или вибрация.
Пункт 9. Способ по пункту 1, дополнительно включающий:
отключение по меньшей мере одного из указанного по меньшей мере одного фотонного кристалла (130).
Пункт 10. Способ по пункту 1, согласно которому указанные по меньшей мере один источник (120), по меньшей мере один фотонный кристалл (130) и по меньшей мере один детектор (140) размещены внутри по меньшей мере одного кристалла интегральной схемы.
Пункт 11. Оптическое логическое устройство (100), содержащее:
- по меньшей мере один источник (120) для излучения по меньшей мере одного сигнала, при этом
обеспечено отражение указанного по меньшей мере одного сигнала от по меньшей мере одного фотонного кристалла (130), когда указанный по меньшей мере один фотонный кристалл (130) воспринимает физическое явление, имеющее пороговую величину, и
обеспечено отсутствие отражения указанного по меньшей мере одного сигнала от указанного по меньшей мере одного фотонного кристалла (130), когда указанный по меньшей мере один фотонный кристалл (130) не воспринимает физическое явление, имеющее пороговую величину; и
- по меньшей мере один детектор (140), выполненный с возможностью обнаружения или не обнаружения указанного по меньшей мере одного сигнала.
Пункт 12. Устройство (100) по пункту 11, в котором указанный по меньшей мере один детектор (140) также выполнен с возможностью выдачи по меньшей мере одного отклика, обозначающего, что указанный по меньшей мере один сигнал был обнаружен или не был обнаружен.
Пункт 13. Устройство (100) по пункту 12, также содержащее:
по меньшей мере один инвертор (470) для инвертирования указанного по меньшей мере одного отклика.
Пункт 14. Устройство (100) по пункту 11, в котором указанный по меньшей мере один детектор (140) является по меньшей мере одним из следующего: детектором света или детектором лазерного излучения.
Пункт 15. Устройство (100) по пункту 11, в котором указанный по меньшей мере один сигнал является электромагнитным сигналом.
Пункт 16. Устройство (100) по пункту 11, в котором указанный по меньшей мере один источник (120) является по меньшей мере одним из следующего: источником света или источником лазерного излучения.
Пункт 17. Устройство (100) по пункту 11, в котором указанный по меньшей мере один фотонный кристалл (130) является по меньшей мере одним из следующего: одномерным, двумерным или трехмерным.
Пункт 18. Устройство (100) по пункту 11, в котором физическим явлением является одно из таких явлений, как давление, температура, напряжение или вибрация.
Пункт 19. Устройство (100) по пункту 11, в котором по меньшей мере один из указанного по меньшей мере одного фотонного кристалла (130) отключен.
Пункт 20. Устройство (100) по пункту 11, в котором указанные по меньшей мере один источник (120), по меньшей мере один фотонный кристалл (130) и по меньшей мере один детектор (140) размещены внутри по меньшей мере одного кристалла интегральной схемы.