Inverse design of ultra-compact photonic gates for all-optical logic operations

和或反转 逻辑门 通流晶体管逻辑 异或门 与非门 非逻辑 逻辑族 与非门逻辑 计算机科学 或门 和大门 NOR门 逻辑综合 电子工程 数学 算法 工程类 电气工程 电子线路 数字电子学
作者
Berkay Neşeli,Yusuf Abdülaziz Yılmaz,Hamza Kurt,Mırbek Turduev
出处
期刊:Journal of Physics D [Institute of Physics]
卷期号:55 (21): 215107-215107 被引量:23
标识
DOI:10.1088/1361-6463/ac5660
摘要

Abstract Logic gates have great importance in realization of rapid data transmission as well as low loss transfers. In this paper, a multi-objective inverse-design approach is implemented by using objective-first algorithm to design optical AND, OR, NAND and NOT logic gates on Si-platform at the design wavelength of 1.30 μ m. For all gates, the design area is fixed to 2.24 μ m × 2.24 μ m. The optical logic ‘1’ output is accepted to be optical power values greater than 0.8 times of the input optical power. By implementing a Bias waveguide as well as two input ports, we made it possible to achieve logic ‘1’ output for logic operations having no inputs such as ‘0 NAND 0 = 1’ and ‘0 NOT = 1’. We binarized the proposed logic gates, and then numerically analyzed them by using finite-difference time-domain method. Proposed AND gate yields 1.20 times of input power for ‘1 AND 1 = 1’ logic operation and highest logic ‘0’ is obtained for logic operation of ‘1 AND 0 = 0’ as 0.40 times of the input power at the operating wavelength. It is also observed that proposed logic gates can operate not only at the design wavelength of 1.30 μ m but also at broad wavelength regions as well. Finally, we demonstrate that it is possible to carry out complex logic operations by combining the proposed logic AND, OR and NAND gates to construct an XOR gate in the same platform.
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