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全光逻辑门在全光信号处理、光子计算和全光网络中具有广阔的应用前景。光子晶体作为一种新型的具有光子带隙特性的人工电磁材料,具有体积小、易于集成、抑制自发辐射噪声等优点。基于光子晶体的光子器件,尺寸可缩小至光波长量级,功耗低、且易于集成。因此,研究基于光子晶体的全光集成逻辑门的设计及其应用具有重要意义。本文对基于光子晶体的全光逻辑器件的设计与性能优化进行了研究,主要完成如下工作。(1)研究了用于光强度信号的基于光子晶体的全光逻辑门的设计和性能优化。通过在方形晶格的理想二维光子晶体中波导的拐角区域引入Kerr非线性材料,基于光控光原理实现了一种适用于光强度信号的全光AND逻辑门,利用仿真软件分析了不同工作频率下的功率阈值,确定了全光AND逻辑门的器件阈值,得到了逻辑门在C-Band(1530-1565nm)带宽内的性能。该全光AND逻辑门在整个C-Band带宽内的逻辑1和逻辑0的输出光功率对比率不低于20dB。进而设计了两个全光AND逻辑门的级联结构,并通过仿真确定了该器件的阈值,得到了较好的性能,从而证明了多个AND逻辑门进行级联的可行性。但仿真结果也表明,全光AND逻辑门的级联会带来器件阈值上升、有效工作带宽减小和逻辑级对比率降低,因此,实际中级联级数不能太多。(2)研究了用于BPSK光信号的基于光子晶体的全光逻辑门的设计和性能优化。基于3dB耦合器的原理,采用平板型二维光子晶体设计了一种基于多模干涉(MMI)波导的紧凑型光子晶体全光XOR/XNOR逻辑门。在两个输入端口设计不同长度的波导,引入37r/2的相位差,使该器件可直接用于BPSK光信号的逻辑操作。设计的两个全光XOR/XNOR逻辑门,其中一个未采用弯曲波导,另一个有弯曲波导。仿真结果表明,在整个C-Band(1530～1565nm)带宽内,XOR操作的逻辑1和逻辑0的输出光功率对比率大于21dB,XNOR操作的对比率则大于17dB。通过两个有弯曲波导的XOR/XNOR逻(?)辑门并行结合,实现了OR, NAND等逻辑操作。在整个C-Band带宽内,OR和NAND逻辑操作的对比率不低于13dB。