逻辑门是执行“或”、“与”、“非”、“或非”、“与非”等逻辑运算的电路，任何复杂的逻辑电路都可由这些逻辑门组成。未来的通信网将朝着全光网络的目标发展。全光逻辑门器件是用于全光寻址鉴别、光分组交换、光子运算等快速高容量全光信息处理中的重要组件。目前全光逻辑门主要采用波导光纤制作，难以集成在小型集成芯片上。光子晶体中的缺陷波导具有尺寸小、控光能力强的特性，使其成为设计小型化光逻辑门的关键方法。到目前为止，全光逻辑门大多是在硅基光子晶体材料上设计和集成的。然而，硅的双光子吸收和三阶非线性会引起非线性损耗和信号串扰，导致硅逻辑门的消光比较低。铌酸锂具有独特的电光、声光、压电等物理特性，是未来开发集成光路的理想材料。基于铌酸锂光学平台开发全光逻辑门对集成光学和全光网络具有重要意义。

图：基于全光逻辑门的铌酸锂薄膜光子晶体半加器的概念图

我们基于柱形二维铌酸锂光子晶体，研究了铌酸锂光子晶体W1 缺陷波导的双光干涉过程和铌酸锂光子晶体L2缺陷微腔对波导导光的影响。提出了一种结合了二维光子晶体缺陷波导和光子晶体缺陷微腔的全光逻辑门的新型设计。这是在已有的基于双光干涉的硅基光子晶体全光逻辑门的基础上，利用铌酸锂材料在光子集成设计上的优势，结合微腔结构，设计的一种新型全光逻辑门。其发挥了光子晶体缺陷波导导光能力强的特点，并利用光子晶体缺陷微腔来提高不同逻辑输出信号对应的消光比。设计的全光逻辑门的消光比最高能达到23dB。然后根据新型基础逻辑门器件，设计了全光半加器的结构，成功实现了逻辑运算的基本功能。

今后的研究工作将会在薄膜光子晶体的设计上进行延伸，将来有望在铌酸锂薄膜光子晶体上实现新型全光逻辑门和逻辑运算。

文章：Chenghao Lu, Bing Zhu, Chuanyi Zhu, Licheng Ge, Yi’an Liu, Yuping Chen* and Xianfeng Chen. All-optical logic gates and a half-adder based on lithium niobite photonic crystal micro-cavities. Chinese Optics Letters. 17(7), 072301(2019) （Cover Paper）

Link：https://www.osapublishing.org/col/abstract.cfm?uri=col-17-7-072301