技术摘要：
本发明提供了一种基于微环谐振器的硅基光学Peres门可逆逻辑器件，属于光学逻辑计算技术领域。该器件包括五个微环谐振器和两个Y分支耦合器。该光学Peres门可逆逻辑器件有三个待计算的电脉冲序列输入，输出的是经过计算后的光脉冲序列，本发明器件的制作工艺与COMS工艺完  全部
背景技术：
随着科技的发展，集成电路已经从最初的晶体管时代进入以高集成度、大规模及 超低功耗为特征的时代。迄今为止，集成电路的发展大体遵循摩尔于1965年总结的集成电 路发展规律，关于集成电路集成度和体积的发展关系做出了详细预言，即摩尔定律。但是随 着人们日常生活中所面临的待处理的信息量大大增加，如：视频会议、可视电话、智能家居、 物联网等。传统的电子学的信息处理与计算无论是在功耗还是在速度方面都存在很大的弊 端。光计算和光信息处理作为代替电计算和信息处理的最有效的实现途径之一，成为研究 的热门并受到科研人员的高度重视，作为光计算与光信息处理的最基本的构造单元之 一——光学逻辑门也正逐渐成为科研人员的研究热点。 历史上曾经有两次大规模的光逻辑与光计算的研究热潮。不幸的是，集成光学在 当时还没有得到充分发展，而基于体光学元件实现的光计算与信息处理系统由于其庞大的 体积以及极低的可编程性，使得与具备高度集成、优越可编程性能的微电子技术相比优势 非常少。二十一世纪以来，与CMOS工艺高度兼容的硅基光子学得到了长足的发展。时至今 日，在光通讯与光信息处理产业的推动下，集成光学器件性能已经有了极大地提升，工作模 式也越来越灵活，能够实现的功能越来越丰富。基于这些集成光学器件的光信息处理研究 重新获得了重视。 随着信息技术的发展，近几年不断有业内人士表示摩尔定律将在数年内失效，归 纳其原因主要有两点：（1）随着集成度的不断提高，晶体管的尺寸将达到原子级别，因而电 子的波粒二象性会显现出量子效应；（2）随着工作频率和集成度的提升，器件内部产生的热 量也会越来越多，最终将达到芯片所能承受的极限。这些问题将成为严重制约硅片发展的 瓶颈。 R .  Landauer最早提出了能耗的问题主要来源于计算的不可逆，并在1970年与同 事  R.  W.  Keyes已经证明了不可逆计算每一次运算都会引起比特位的丢失，并且每丢失一 比特信息就会有kTln2热能散发，这种热量的产生在一个庞大的系统中是不容忽略的。同 时，能耗产生的热量会极大地限制芯片的性能和计算速度。由此可见，要想杜绝热量的产生 就必须解决计算过程中信息位擦除和丢失的问题，也就是说保证在计算过程中不会有信息 丢失。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于微环谐振器的硅基光学Peres门可逆逻 辑器件，该器件在运算过程中就不会存在信息的丢失，能够避免由信息丢失所带来的能耗， 此外，该器件不需要使用强激光作为泵浦光，易于操作。 3 CN 111722451 A 说　明　书 2/9 页 为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是： 一种基于微环谐振器的硅基光学Peres门可逆逻辑器件，包括第一、第二Y分支耦合器 以及第一～第五微环谐振器，所述Y分支耦合器包括一根干路直波导以及从干路直波导的 一端延伸出的两根分支直波导，所述微环谐振器包括硅基纳米线微环、调制器，以及位于硅 基纳米线微环两侧的两根平行的直波导，硅基纳米线微环与两根平行的直波导构成谐振结 构； 第一Y分支耦合器的干路直波导作为输入端，第一Y分支耦合器的第一分支直波导连接 第一微环谐振器中第二直波导的一端，第一微环谐振器中第二直波导的另一端连接第二Y 分支耦合器的干路直波导，第二Y分支耦合器的第一分支直波导通过U型波导连接第二微环 谐振器中第二直波导的一端，第二微环谐振器中第二直波导的另一端作为光卸载端口，第 一微环谐振器中第一直波导的一端作为加载光波导，第一微环谐振器中第一直波导的另一 端通过U型波导连接第二微环谐振器中第一直波导的一端，第二微环谐振器中第一直波导 的另一端作为第二输出端口；第二Y分支耦合器的第二分支直波导作为第一输出端口； 第一Y分支耦合器的第二分支直波导连接第三微环谐振器中第一直波导的一端，第三 微环谐振器中第一直波导的另一端连接第四微环谐振器中第一直波导的一端，第四微环谐 振器中第一直波导的另一端通过U型波导连接第五微环谐振器中第一直波导的一端，第五 微环谐振器中第一直波导的另一端作为光卸载端口；第四微环谐振器中第二直波导的一端 作为加载光波导，第四微环谐振器中第二直波导的另一端连接第三微环谐振器中第二直波 导的一端，第三微环谐振器中第二直波导的另一端通过U型波导连接第五微环谐振器中第 二直波导的一端，第五微环谐振器中第二直波导的另一端作为第三输出端口。 进一步的，所述Y分支耦合器中的干路直波导和分支直波导、所述微环谐振器中的 直波导和硅基纳米线微环，以及所述U型波导均为硅基光波导。 进一步的，所述硅基纳米线微环为脊型硅基光波导。 进一步的，所述调制器为硅基电光调制器或硅基热光调制器。 进一步的，所述调制器为硅基电光调制器；所述硅基电光调制器包括设于硅基纳 米线微环中心的圆形的P掺杂区，以及设于硅基纳米线微环外部无直波导处的弧形的N掺杂 区，P掺杂区与硅基纳米线微环同心，N掺杂区的外圆也与硅基纳米线微环同心。 本发明所取得的有益效果在于： 1、本发明利用光的自然特性实现了光学Peres门可逆逻辑器件，代替了传统的电学逻 辑器件，没有传统电学器件的电磁效应以及寄生电阻电容的影响，从而可以实现高速大容 量的信息处理。 2、本发明利用光的自然特性实现的光学Peres门可逆逻辑器件，代替了传统的逻 辑器件，可以实现Peres门逻辑运算，且没有传统逻辑器件比特位丢失引起的热能散发，从 而可以大大降低计算机在逻辑上的能耗。 3、本发明中的硅基光波导可采用绝缘衬底上的硅材料SOI，该技术是在SiO2绝缘 层上生长一层具有一定厚度的单晶硅薄膜，利用SOI材料制成硅波导，其芯层是Si（折射率 为3.45），包层是SiO（2 折射率为1.45），这样包层和芯层的折射率差很大，所以该波导对光 场的限制能力很强，弯曲半径可以很小，有利于大规模集成。 4、本发明仅使用五个微环谐振器、两个Y分支耦合器和四根弯曲波导即可实现，其 4 CN 111722451 A 说　明　书 3/9 页 中没有交叉，故整体器件损耗较小。 5、本发明可采用现有的CMOS工艺制作，制成的器件体积小，功耗低，扩展性好，便 于与其他元件整合。 附图说明 图1是本发明实施例中光学Peres门可逆逻辑器件的结构示意图。 图2是图1中第一Y分支耦合器的结构示意图。 图3是图1第一微环谐振器的结构示意图。 图4是图1第二微环谐振器的结构示意图。 图5是图1第二Y分支耦合器的结构示意图。 图6是图1第三微环谐振器的结构示意图。 图7是图1第四微环谐振器的结构示意图。 图8是图1第五微环谐振器的结构示意图。 图9是本发明实施例中一种微环谐振器的结构示意图。 图10是本发明实施例中另一种微环谐振器的结构示意图。 图11是图10中硅基纳米线微环部分的剖视图。 图中：1、第一Y分支耦合器，2、第一微环谐振器，3、第二微环谐振器，4、第二Y分支 耦合器，5、第三微环谐振器，6、第四微环谐振器，7、第五微环谐振器，8、Si衬底，9、SiO2层， 10、硅基纳米线微环，101、发热电极，11、第一输入光波导，12、第一Y分支第一直通光波导， 13、第一Y分支第二直通光波导，21、第一下载光波导，22、第一加载光波导，23、第二输入光 波导，24、第一直通光波导，31、第三输入光波导，32、第二输出光波导，33、第二下载光波导， 34、第二加载光波导，41、第四输入光波导，42、第二Y分支直通光波导，43、第一输出光波导， 51、第五输入光波导，52、第三直通光波导，53、第三下载光波导，54、第三加载光波导，61、第 六输入光波导，62、第四直通光波导，63、第四下载光波导，64、第四加载光波导，71、第五直 通光波导，72、第七输入光波导，73、第五加载光波导，74、第三输出光波导，T1、T2光卸载端 口。