专利摘要

专利摘要

本发明属于微纳光学及光计算机技术领域，公开了一种基于超表面的三值光计算机解码器及其设计方法，解码器包括基底、纳米砖阵列，纳米砖阵列沉积在基底上，纳米砖阵列包括多个尺寸一致的纳米砖，基底划分为多个尺寸一致的周期性单元结构，每个单元结构的工作面上设有一个纳米砖，基底和纳米砖阵列构成超表面，三值光信号入射至超表面，并经超表面后出射，获得具有第一光强的第一值信号、具有第二光强的第二值信号、具有第三光强的第三值信号，实现解码。本发明解决了现有技术中三值光计算机解码器的光路复杂、器件笨重，难以适应小型化微型化的发展趋势的问题，本发明无需复杂光路及多种光电器件、易于集成。

权利要求

1.一种基于超表面的三值光计算机解码器，其特征在于，包括：基底、纳米砖阵列，所述纳米砖阵列沉积在所述基底上；所述纳米砖阵列包括多个尺寸一致的纳米砖，所述基底划分为多个尺寸一致的周期性单元结构，每个所述单元结构的工作面上设有一个所述纳米砖；所述基底和所述纳米砖阵列构成超表面；

三值光信号入射至所述超表面，并经所述超表面后出射，获得具有第一光强的第一值信号、具有第二光强的第二值信号、具有第三光强的第三值信号，实现解码；

以所述单元结构的两边为x轴和y轴，所述纳米砖的长边为长轴、所述纳米砖的短边为短轴；所述纳米砖的长轴与x轴平行，所述纳米砖的短轴与y轴平行；

所述第一光强为0，所述第二光强为0.5，所述第三光强为1；所述第一值信号为零光强光，代表信号“0”；所述第二值信号为x方向偏振光，代表信号“1”；所述第三值信号为y方向偏振光，代表信号“2”。

2.根据权利要求1所述的基于超表面的三值光计算机解码器，其特征在于，所述单元结构的工作面为正方形，所述纳米砖为长方体形，所述基底和所述纳米砖的尺寸均为亚波长级。

3.根据权利要求1所述的基于超表面的三值光计算机解码器，其特征在于，所述基底采用熔融石英玻璃材料制成，所述纳米砖采用金属材料或电介质材料制成。

4.根据权利要求2所述的基于超表面的三值光计算机解码器，其特征在于，入射的所述三值光信号的工作波长为512nm，所述纳米砖的材料为晶体硅时，所述单元结构的工作面的边长为300nm，所述纳米砖的长度为120nm、宽度为50nm、高度为230nm。

5.一种如权利要求1所述的基于超表面的三值光计算机解码器的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

以所述单元结构的两边为x轴和y轴，建立xoy坐标系，以所述纳米砖的长边为长轴、所述纳米砖的短边为短轴，使所述纳米砖的长轴与x轴平行，所述纳米砖的短轴与y轴平行；

选取入射的所述三值光信号的工作波长、所述纳米砖的材料；

基于所述三值光信号的工作波长、所述纳米砖的材料，采用电磁仿真软件建模仿真，以偏振方向分别沿所述纳米砖的长轴和短轴的两束线偏光同时垂直于所述超表面入射，在所述工作波长下扫描所述单元结构、所述纳米砖的尺寸参数，以所述纳米砖的长轴透过率为第一预设值、短轴透过率为第二预设值作为优化对象，获得所述单元结构的尺寸参数、所述纳米砖的尺寸参数。

6.根据权利要求5所述的基于超表面的三值光计算机解码器的设计方法，其特征在于，所述第一预设值为0.5，所述第二预设值为1。

说明书

技术领域

本发明涉及微纳光学及光计算机技术领域，尤其涉及一种基于超表面的三值光计算机解码器及其设计方法。

背景技术

随着现代社会信息量的急剧增加，对信息传输及处理的速度要求越来越高，人们已经感觉到电子的物理本性将制约电子计算机的硬件发展。光计算机是一种由光信号进行数字运算、逻辑操作、信息存贮和处理的新型计算机。其以光子代替电子，光运算代替电运算，具有并行运算、功耗小、计算速度快等有点。与二进制计算机不同，三进制计算机是以三进制数字系统为基础而发展的计算机，其直接处理三值逻辑运算，拥有巨大的数据位数。

光的偏振特性可以很好的和三进制结合起来，以实现三值光计算机，即一束光有三个独立的状态：有光态时两个相互垂直的偏振方向和无光态。解码器作为三值计算机中的重要器件，用于读取光束状态所代表的具体信息。目前的三值光计算机中解码器需分光镜、多个检偏装置及探测器，光路复杂、器件笨重，难以适应小型化微型化的发展趋势。

发明内容

本申请实施例通过提供一种基于超表面的三值光计算机解码器及其设计方法，解决了现有技术中三值光计算机解码器的光路复杂、器件笨重，难以适应小型化微型化的发展趋势的问题。

本申请实施例提供一种基于超表面的三值光计算机解码器，包括：基底、纳米砖阵列，所述纳米砖阵列沉积在所述基底上；所述纳米砖阵列包括多个尺寸一致的纳米砖，所述基底划分为多个尺寸一致的周期性单元结构，每个所述单元结构的工作面上设有一个所述纳米砖；所述基底和所述纳米砖阵列构成超表面；

三值光信号入射至所述超表面，并经所述超表面后出射，获得具有第一光强的第一值信号、具有第二光强的第二值信号、具有第三光强的第三值信号，实现解码。

优选的，以所述单元结构的两边为x轴和y轴，所述纳米砖的长边为长轴、所述纳米砖的短边为短轴；所述纳米砖的长轴与x轴平行，所述纳米砖的短轴与y轴平行；

所述第一光强为0，所述第二光强为0.5，所述第三光强为1；所述第一值信号为零光强光，代表信号“0”；所述第二值信号为x方向偏振光，代表信号“1”；所述第三值信号为y方向偏振光，代表信号“2”。

优选的，所述单元结构的工作面为正方形，所述纳米砖为长方体形，所述基底和所述纳米砖的尺寸均为亚波长级。

优选的，所述基底采用熔融石英玻璃材料制成，所述纳米砖采用金属材料或电介质材料制成。

优选的，入射的所述三值光信号的工作波长为512nm，所述纳米砖的材料为晶体硅时，所述单元结构的工作面的边长为300nm，所述纳米砖的长度为120nm、宽度为50nm、高度为230nm。

另一方面，本申请实施例提供上述基于超表面的三值光计算机解码器的设计方法，包括以下步骤：

以所述单元结构的两边为x轴和y轴，建立xoy坐标系，以所述纳米砖的长边为长轴、所述纳米砖的短边为短轴，使所述纳米砖的长轴与x轴平行，所述纳米砖的短轴与y轴平行；

选取入射的所述三值光信号的工作波长、所述纳米砖的材料；

基于所述三值光信号的工作波长、所述纳米砖的材料，采用电磁仿真软件建模仿真，以偏振方向分别沿所述纳米砖的长轴和短轴的两束线偏光同时垂直于所述超表面入射，在所述工作波长下扫描所述单元结构、所述纳米砖的尺寸参数，以所述纳米砖的长轴透过率为第一预设值、短轴透过率为第二预设值作为优化对象，获得所述单元结构的尺寸参数、所述纳米砖的尺寸参数。

优选的，所述第一预设值为0.5，所述第二预设值为1。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

在本申请实施例中，提供的三值光计算机解码器是基于超表面实现的，基底和纳米砖阵列构成超表面，纳米砖阵列沉积在基底上，纳米砖阵列包括多个尺寸一致的纳米砖，基底划分为多个尺寸一致的周期性单元结构，每个单元结构的工作面上设有一个纳米砖；三值光信号入射至超表面，并经所述超表面后出射，获得具有第一光强的第一值信号、具有第二光强的第二值信号、具有第三光强的第三值信号，实现解码。即当三值光信号经过该解码器时，出射光强会发生变化，不同的出射光强即代表了不同值的信号，从而实现解码。本发明提供的三值光计算机解码器设计灵活，相较传统的三值光计算机解码器而言，无需复杂光路及多种光电器件、易于集成。本发明有望在未来三值光计算机中得到重要应用。

附图说明

为了更清楚地说明本实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种基于超表面的三值光计算机解码器的光路图；

图2为本发明实施例提供的一种基于超表面的三值光计算机解码器中纳米单元结构的示意图；

图3为本发明实施例提供的一种基于超表面的三值光计算机解码器中纳米单元结构的长短轴透过率图。

图4为本发明实施例提供的一种基于超表面的三值光计算机解码器中纳米砖阵列的俯视示意图。

具体实施方式

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

本实施例提供了一种基于超表面的三值光计算机解码器，包括：基底、纳米砖阵列，所述纳米砖阵列沉积在所述基底上；所述纳米砖阵列包括多个尺寸一致的纳米砖，所述基底划分为多个尺寸一致的周期性单元结构，每个所述单元结构的工作面为边长为C的正方形，每个所述单元结构的工作面上设有一个所述纳米砖；所述基底和所述纳米砖阵列构成超表面。

三值光信号入射至所述超表面，并经所述超表面后出射，获得具有第一光强的第一值信号、具有第二光强的第二值信号、具有第三光强的第三值信号，实现解码。

即当三值信号光经过该解码器时，出射光强会发生变化，不同的出射光强即代表了不同值的信号，从而实现解码，如图1所示。

具体的，以所述单元结构的两边为x轴和y轴，所述纳米砖的长边为长轴、所述纳米砖的短边为短轴；所述纳米砖的长轴与x轴平行，所述纳米砖的短轴与y轴平行。

所述第一光强为0，所述第二光强为0.5，所述第三光强为1；所述第一值信号为零光强光，代表信号“0”；所述第二值信号为x方向偏振光，代表信号“1”；所述第三值信号为y方向偏振光，代表信号“2”。

需要说明的是，在实际应用中，所述第二光强为0至1中的任意的值都可以，但是所述第二光强为0.5为较优实施方式，因为0.5和其它两种光强值的差别都比较均衡，解码效率较高。

所述纳米砖为长方体形，其结构尺寸长L、宽W和高H均为亚波长级，所述基底的尺寸也为亚波长级，上述尺寸都是是根据选定的入射的三值光信号的工作波长，通过电磁仿真优化得到。以所述单元结构的两个直角边为x轴和y轴建立xoy坐标系，所述纳米砖的长边为长轴、短边为短轴。所述纳米砖的长轴与x轴平行，短轴与y轴平行，如图2所示。所述基底采用熔融石英玻璃材料制成，所述基底为透明基底，所述纳米砖采用金属材料或电介质材料制成，具体如金、银、铝、硅、二氧化钛等。

以所述三值光信号的工作波长λ＝512nm为例，采用电磁仿真软件建模仿真，所述纳米砖的材料为晶体硅，以偏振方向分别沿所述纳米砖的长轴和短轴的两束线偏光同时垂直于工作面入射，在工作波长下扫描纳米单元结构(包括一个所述单元结构，及该单元结构的工作面上设有的一个所述纳米砖)的结构参数，包括L、W、H、C，以长轴透过率接近于0.5、短轴透过率接近于1为优化对象。优化得到所述纳米单元结构的结构参数为：L＝120nm，W＝50nm，H＝230nm，C＝300nm。优化后长、短轴透射系数如图3所示。

三值光计算机采用零光强、x方向偏振光、y方向偏振光分别表达三个不同值的信号“0”、“1”、“2”。具体的，信号“0”经过所述解码器时，由于入射光强为0，出射光强自然也为0；信号“1”经过所述解码器时，由于所述纳米砖的长轴透过率为0.5，故出射光强为0.5；信号“2”经过所述解码器时，由于所述纳米砖的短轴透过率为1，故出射光强为1。不同的出射光强即代表了不同值的信号，从而实现解码。

相应的，本发明还提供上述超表面的三值光计算机解码器的设计方法，包括以下步骤：

以所述单元结构的两边为x轴和y轴，建立xoy坐标系，以所述纳米砖的长边为长轴、所述纳米砖的短边为短轴，使所述纳米砖的长轴与x轴平行，所述纳米砖的短轴与y轴平行；

选取入射的所述三值光信号的工作波长、所述纳米砖的材料；

基于所述三值光信号的工作波长、所述纳米砖的材料，采用电磁仿真软件建模仿真，以偏振方向分别沿所述纳米砖的长轴和短轴的两束线偏光同时垂直于所述超表面入射，在所述工作波长下扫描所述单元结构、所述纳米砖的尺寸参数，以所述纳米砖的长轴透过率为第一预设值、短轴透过率为第二预设值作为优化对象，获得所述单元结构的尺寸参数、所述纳米砖的尺寸参数。

其中，所述纳米砖阵列的俯视示意图如图4所示。

一种具体的方案中，所述第一预设值为0.5，所述第二预设值为1。

综上，本发明提供的一种基于超表面的三值光计算机解码器结构简单、易集成，是一种实现三值光计算机解码的新的解决方案，具有广阔的应用前景。

本发明实施例提供的一种基于超表面的三值光计算机解码器及其设计方法至少包括如下技术效果：

(1)本发明所设计的三值光计算机解码器只需一个微纳结构即可实现解码，相较于现有的实现相同功能的解码器，光路复杂度大大降低。

(2)超表面纳米单元结构尺寸均为亚波长级，因此本发明所设计的基于超表面的三值光计算机解码器体积小、重量轻、可高度集成，适应于未来小型化、微型化的发展。

(3)由于该三值光计算机解码器的超表面为二台阶平面结构，因此在加工制造、批量生产等方面较为简单、节约成本。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

一种基于超表面的三值光计算机解码器及其设计方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。