一种基于模式复用的可重构导向逻辑器件
阅读：767发布：2020-05-08
专利汇可以提供一种基于模式复用的可重构导向逻辑器件专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供了一种基于模式复用的可重构导向逻辑器件，括依次相连接的解复用器、微环阵列和复用器；解复用器包括三个S型 波导 以及依次相连的四根直波导，相邻直波导通过绝热锥相连；微环阵列包括并排设置的宽度相同的四根直波导，每根直波导上均耦合有一组微环组，该微环组由间隔设置的第一微环和第二微环组成；复用器（3）包括三个S型波导以及依次相连的四根直波导；相邻直波导之间通过绝热锥相连。该逻辑器件既能解决普通导向逻辑器件只能实现单一逻辑运算的问题，又能解决基于波分复用的可重构导向逻辑器件的需要多个 激光器 的问题，可以实现任意的逻辑运算，从源头上极大的降低了成本，在光信息处理中有很好的应用前景。，下面是一种基于模式复用的可重构导向逻辑器件专利的具体信息内容。
1.一种基于模式复用的可重构导向逻辑器件，其特征在于，包括依次相连接的解复用器（1）、微环阵列（2）和复用器（3）；
所述的解复用器（1）包括第一S型波导（1-2）、第二S型波导（1-4）、第三S型波导（1-6）以及依次相连的第一直波导（1-1）、第二直波导（1-3）、第三直波导（1-5）和第四直波导（1-7），相邻两根直波导通过绝热锥相连；第一直波导（1-1）的宽度大于第二直波导（1-3）的宽度，第二直波导（1-3）的宽度大于第三直波导（1-5）的宽度，第三直波导（1-5）的宽度大于第四直波导（1-7）的宽度；
第一S型波导（1-2）、第二S型波导（1-4）、第三S型波导（1-6）和第四直波导（1-7）的宽度相同；
第一S型波导（1-2）的一端与第一直波导（1-1）耦合，第二S型波导（1-4）的一端与第二直波导（1-3）耦合，第三S型波导（1-6）的一端与第三直波导（1-5）耦合；第一S型波导（1-2）的另一端、第四直波导（1-7）的另一端、第二S型波导（1-4）的另一端以及第三S型波导（1-6）的另一端均与微环阵列（2）相连；
所述的微环阵列（2）包括并排设置的宽度相同的第五直波导（2-3）、第六直波导（2-4）、第七直波导（2-5）和第八直波导（2-6），第五直波导（2-3）的一端与第二S型波导（1-4）的另一端相连，第六直波导（2-4）的一端与第四直波导（1-7）的另一端相连，第七直波导（2-5）的一端与第三S型波导（1-6）的另一端相连，第八直波导（2-6）的一端与第一S型波导（1-2）的一端相连；第五直波导（2-3）的另一端、第六直波导（2-4）的另一端、第七直波导（2-5）的另一端和第八直波导（2-6）的另一端均与复用器（3）相连；
第五直波导（2-3）、第六直波导（2-4）、第七直波导（2-5）和第八直波导（2-6）上均耦合有一组微环组，该微环组由间隔设置的第一微环MRR（2-1）和第二微环MRR（2-2）组成；第一微环MRR（2-1）的尺寸和宽度与第二微环MRR（2-2）的尺寸和宽度相同，所有微环MRR与该微环MRR耦合的直波导之间的耦合间距均相同；
所述的复用器（3）包括第四S型波导（3-2）、第五S型波导（3-4）、第六S型波导（3-6）以及依次相连的第九直波导（3-1）、第十直波导（3-3）、第十一直波导（3-5）和第十二直波导（3-
7）；相邻两根直波导之间通过绝热锥相连；第四S型波导（3-2）的一端与第九直波导（3-1）耦合，第四S型波导（3-2）的另一端与第八直波导（2-6）的另一端相连，第五S型波导（3-4）的一端与第十直波导（3-3）耦合，第五S型波导（3-4）的另一端与第五直波导（2-3）的另一端相连，第六S型波导（3-6）的一端与第十一直波导（3-5）耦合，第六S型波导（3-6）的另一端与第七直波导（2-5）的另一端相连接，第十二直波导（3-7）的另一端与第六直波导（2-4）的另一端相连；第四S型波导（3-2）、第五S型波导（3-4）、第六S型波导（3-6）和第十二直波导（3-7）的宽度相同。
2.如权利要求1所述的基于模式复用的可重构导向逻辑器件，其特征在于，相邻的第一微环MRR（2-1）和第二微环MRR（2-2）之间设有可阻止该两个微环MRR间产生热串扰的间隔或绝缘物。
3.如权利要求1所述的基于模式复用的可重构导向逻辑器件，其特征在于，解复用器（1）和复用器（3）采用定向耦合器、微环谐振器、Y分支或光栅耦合器。
一种基于模式复用的可重构导向逻辑器件
技术领域
[0001] 本发明属于光信息处理技术领域，涉及一种基于模式复用的可重构导向逻辑器件。
背景技术
[0002] 从1947年第一个晶体管的诞生到21世纪初期人工智能的兴起，短短几十年的迅速发展壮大，微电子技术早已经渗入到我们生活的点点滴滴。然而近些年随着信息技术的发展，人们对于大容量、高速率通信的要求也越来越高。基于ARM架构的CPU核心数越来越多，单个核心上集成的晶体管数越来越多，晶体管尺寸越来越小，片上金属互连以及功耗和散热问题也变得越来越棘手，摩尔定律也越来越难以延续。种种迹象表明，利用以光子作为载体的信息技术代替电子信息技术已经迫在眉睫。用光代替电实现各种运算和器件的互连，由光纤与各种光学元件构成的集成光路，可以大大提高对数据运算和传输的能力。可重构的导向逻辑器件是光学信息处理的重要组成部分。相对于普通的逻辑器件，导向逻辑器件在结构上具有可扩展性，在功能上也更加完善。普通的导向逻辑器件只能实现单一的逻辑功能，并不具备普适性。
[0003] 目前人们研究的导向逻辑器件一般都是基于波分复用技术的。早在2011年，Q. Xu等人首先在著名期刊Optics Express上发表了文章“Reconfigurable optical directed-logic circuits using microresonator-based optical switches”(Optics Express, Vol. 19, Issue 6, pp. 5244-5259)。由于是首次提出可重构逻辑的概念，Q. Xu等人首先利用8位优先编码器验证了该思想，但是器件中需要使用光电转换器，使得器件较为繁琐而且增加成本，不利于大规模集成。此外，Y. Tian等人利用波分复用技术实现了能够产生任意逻辑组合的可重构导向逻辑器件，并发表科技论文“Experimental demonstration of a reconfigurable electro-optic directed logic circuit using cascaded carrier-injection micro-ring resonators”(Scientific Reports, Vol. 7, Issue 1, pp: 6410 (2017))等等。但是，基于波分复用的导向逻辑器件，需要多个激光光源，成本较高；再者，由于可利用的C波段的波长范围有限，造成波分复用可利用的通道也因此受限，波分复用技术也正遇到瓶颈。为了解决这一问题，人们提出了一种新的光信号复用方式，即模式复用。所谓模式复用技术，就是将光的不同模态复用到一根多模光纤或少模光纤上传输，并在接收端将不同的模态解复用成相应的信号的技术。
发明内容
[0004] 本发明的目的是提供一种基于模式复用的可重构导向逻辑器件，可以实现任意一个逻辑函数的运算，给实现各种复杂的逻辑运算带来了很大方便。
[0005] 为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于模式复用的可重构导向逻辑器件，包括依次相连接的解复用器、微环阵列和复用器；
[0006] 所述的解复用器包括第一S型波导、第二S型波导、第三S型波导以及依次相连的第一直波导、第二直波导、第三直波导和第四直波导，相邻两根直波导通过绝热锥相连；第一直波导的宽度大于第二直波导的宽度，第二直波导的宽度大于第三直波导的宽度，第三直波导的宽度大于第四直波导的宽度；
[0007] 第一S型波导、第二S型波导、第三S型波导和第四直波导的宽度相同；
[0008] 第一S型波导的一端与第一直波导耦合，第二S型波导的一端与第二直波导耦合，第三S型波导的一端与第四直波导耦合；第一S型波导的另一端、第三直波导的另一端、第二S型波导的另一端以及第三S型波导的另一端均与微环阵列相连；
[0009] 所述的微环阵列包括并排设置的宽度相同的第五直波导、第六直波导、第七直波导和第八直波导，第五直波导的一端与第二S型波导的另一端相连，第六直波导的一端与第四直波导的另一端相连，第七直波导的一端与第三S型波导的另一端相连，第八直波导的一端与第一S型波导的一端相连；第五直波导的另一端、第六直波导的另一端、第七直波导的另一端和第八直波导的另一端均与复用器相连；
[0010] 第五直波导、第六直波导、第七直波导和第八直波导上均耦合有一组微环组，该微环组由间隔设置的第一微环MRR和第二微环MRR组成；第一微环MRR的尺寸和宽度与第二微环MRR的尺寸和宽度相同，所有微环MRR与该微环MRR耦合的直波导之间的耦合间距均相同；
[0011] 所述的复用器包括第四S型波导、第五S型波导、第六S型波导以及依次相连的第九直波导、第十直波导、第十一直波导和第十二直波导；相邻两根直波导之间通过绝热锥相连；第四S型波导的一端与第九直波导耦合，第四S型波导的一端与第八直波导的另一端相连，第五S型波导的一端与第十直波导耦合，第五S型波导的另一端与第五直波导的另一端相连，第六S型波导的一端与第十一直波导耦合，第六S型波导的另一端与第七直波导的另一端相连接，第十二直波导的另一端与第六直波导的另一端相连。第四S型波导、第五S型波导、第六S型波导和第十二直波导的宽度相同
[0012] 本发明可重构导向逻辑器件具有如下优点：
[0013] 1、利用了光的自然特性，可以实现高速大容量的信息处理；利用了成熟的CMOS工艺技术，使得器件的集成度高、体积小，功耗低，扩展性好，便于与电学元件集成，大幅度的降低了器件制作成本，未来在光信息处理中发挥重要的作用。具有易于集成、低功耗、和CMOS工艺兼容的特点，从根源上解决现代集成电路发展遇到的信息容量的问题。
[0014] 2、可重构导向逻辑器件结构中每个基于微环谐振器的光开关都是独立的，且所有的开关都是同时并行工作，这就意味着每个开关的延时并不会积累，而且最终的结果是以光束的形式在光学输出端输出，故整个器件的处理速度相对与电学器件而言要快很多。
[0015] 3、既能解决普通导向逻辑器件只能实现单一逻辑运算的问题，又能解决基于波分复用的可重构导向逻辑器件的需要多个激光器的问题，可以实现任意的逻辑运算。因此未来在光信息处理中有很好的应用前景。
[0017] 图1是本发明可重构导向逻辑器件的示意图。
[0018] 图2是本发明可重构导向逻辑器件中解复用器的示意图。
[0019] 图3是本发明可重构导向逻辑器件中微环阵列的示意图。
[0020] 图4是本发明可重构导向逻辑器件中构成微环阵列的多环单波导结构的示意图。
[0021] 图5是本发明可重构导向逻辑器件中复用器的示意图。
[0023] 图7是硅基热光调制的微环谐振器或直波导的横截面结构示意图。
[0024] 图8是硅基电光调制的微环谐振器或直波导的横截面结构示意图。
[0025] 图9是说明本发明工作原理的具体实例。
[0027] 图11是本发明可重构导向逻辑器件的模块工作原理图。
[0028] 图中：1.解复用器，2.微环阵列，3.复用器，1-1.第一直波导，1-2.第一S型波导,1-3.第二直波导，1-4.第二S型波导，1-5.第三直波导，1-6.第三S型波导，1-7.第四直波导，2-
1.第一微环MRR，2-2.第二微环MRR，2-3.第五直波导，2-4.第六直波导，2-5.第七直波导，2-
6.第八直波导，3-1.第九直波导，3-2.第四S型波导，3-3.第十直波导，3-4.第五S型波导，3-
5.第十一直波导，3-6.第六S型波导，3-7.第十二直波导。
1.第一微环MRR，2-2.第二微环MRR，2-3.第五直波导，2-4.第六直波导，2-5.第七直波导，2-
6.第八直波导，3-1.第九直波导，3-2.第四S型波导，3-3.第十直波导，3-4.第五S型波导，3-
5.第十一直波导，3-6.第六S型波导，3-7.第十二直波导。
具体实施方式
[0029] 下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
[0030] 如图1所示，本发明可重构导向逻辑器件，包括依次相连接的解复用器1、微环阵列2和复用器3。
[0031] 如图2所示，本发明可重构导向逻辑器件中的解复用器1，包括第一S型波导1-2、第二S型波导1-4、第三S型波导1-6以及依次相连的第一直波导1-1、第二直波导1-3、第三直波导1-5和第四直波导1-7，相邻两根直波导通过绝热锥（Adiabatic Taper）相连；第一直波导1-1的宽度大于第二直波导1-3的宽度，第二直波导1-3的宽度大于第三直波导1-5的宽度，第三直波导1-5的宽度大于第四直波导1-7的宽度。
[0032] 第一S型波导1-2、第二S型波导1-4、第三S型波导1-6和第四直波导1-7的宽度相同。
[0033] 第一S型波导1-2的一端与第一直波导1-1耦合，第二S型波导1-4的一端与第二直波导1-3耦合，第三S型波导1-6的一端与第四直波导1-7耦合；第一S型波导1-2的另一端、第三直波导1-7的另一端、第二S型波导1-4的另一端以及第三S型波导1-6的另一端均与微环阵列2相连。
[0034] 如图3所示，本发明可重构导向逻辑器件中的微环阵列2，包括并排设置的宽度相同的第五直波导2-3、第六直波导2-4、第七直波导2-5和第八直波导2-6，第五直波导2-3的一端与第二S型波导1-4的另一端相连，第六直波导2-4的一端与第四直波导1-7的另一端相连，第七直波导2-5的一端与第三S型波导1-6的另一端相连，第八直波导2-6的一端与第一S型波导1-2的一端相连；第五直波导2-3的另一端、第六直波导2-4的另一端、第七直波导2-5的另一端和第八直波导2-6的另一端均与复用器3相连。
[0035] 相邻两个微环MRR间有可阻止该两微环MRR间产生热串扰的间隔或绝缘物。
[0036] 第五直波导2-3、第六直波导2-4、第七直波导2-5和第八直波导2-6上均耦合有一组微环组，该微环组由间隔设置的第一微环MRR2-1和第二微环MRR2-2组成；第一微环MRR2-1的尺寸和宽度与第二微环MRR2-2的尺寸和宽度相同，所有微环MRR与该微环MRR耦合的直波导之间的耦合间距均相同。一个微环组和与该微环组耦合的直波导构成图4所示的多环单波导结构，多个并联设置的多环单波导结构组成微环阵列2。
[0037] 如图5所示，本发明可重构导向逻辑器件中的复用器3，包括第四S型波导3-2、第五S型波导3-4、第六S型波导3-6以及依次相连的第九直波导3-1、第十直波导3-3、第十一直波导3-5和第十二直波导3-7；相邻两根直波导之间通过绝热锥相连。第四S型波导3-2的一端与第九直波导3-1耦合，第四S型波导3-2的一端与第八直波导2-6的另一端相连，第五S型波导3-4的一端与第十直波导3-3耦合，第五S型波导3-4的另一端与第五直波导2-3的另一端相连，第六S型波导3-6的一端与第十一直波导3-5耦合，第六S型波导3-6的另一端与第七直波导2-5的另一端相连接，第十二直波导3-7的另一端与第六直波导2-4的另一端相连。第四S型波导3-2、第五S型波导3-4、第六S型波导3-6和第十二直波导3-7的宽度相同。
[0038] 解复用器1和复用器3采用定向耦合器、微环谐振器、Y分支或光栅耦合器等结构实现。
[0039] 输入到第一直波导1-1的模式包括TEm···TE2,TE1,TE0模。第一直波导1-1中的TEm模式和第一S型波导1-2所支持的TE0模满足折射率匹配条件，因此TEm模式被耦合下载至第一S型波导1-2里，并被转换为基模TE0。除此之外，第一直波导1-1中若有部分未被完全耦合的TEm模，在继续向前传输经过绝热锥（Adiabatic Taper）时会被耗散掉，不会对下一阶的模式耦合产生任何干扰。同理，第二直波导1-3里的TE2模式和第二S型波导1-4所支持的TE0模式满足折射率匹配条件，因此TE2模被耦合下载至第二S型波导1-4里并被转化为TE0模。因此经过数次耦合之后，进入到模块二微环阵列2的直波导的都是基模TE0。
[0040] 微环阵列2是由m×n个微环以及m根直波导排列而成，微环与直波导的耦合间距都相同，其基本结构为基于MRR的光开关。其采取的工作方式有两种分别是bar/cross状态和cross/bar状态，如图6所示，表示微环加载高电平后光信号直通与加载高电平后光信号受阻状态。微环阵列2中的直波导包括第五直波导2-3、第六直波导2-4、第七直波导2-5和第八直波导2-6，这些直波导里面传输的都是基模TE0。通过利用电信号对各个微环MRR进行调制，包括通过产生热量或者改变材料中的载流子浓度来改变环形波导的群折射率从而改变微环MRR的谐振波长，经过微环阵列2后的每条直波导的输出所得到的逻辑运算都是，其中 和 表示加载在微环上的动态电压信号，称为待操作数，将直接参与逻辑操作，本提出结构中输入的是动态电信号，输出的是动态光信号。且 和 对应两种不同谐振状态的微环，前者表示bar/cross状态，后者表示cross/bar状态，即 为微环加载高电平时光信号直通状态，为加载低电平时光信号直通。由于所有微环都相同，本身具有相同的谐振波长，因此要得到两种不同谐振波长，需要在其中一种微环上加载预调制电压。
[0041] 微环阵列2输入到第四S型波导3-2、第五S型波导3-4、第六S型波导3-6和第十二直波导3-7的都是携带有“与”运算结果的基模TE0信号。在经过模式耦合后，第六S型波导3-6的基模TE0和第十一直波导3-5所支持的TE1满足折射率匹配条件，因此第六S型波导3-6的基模TE0被耦合下载至第十一直波导3-5并被转化为TE1模式。同理，第五S型波导3-4的TE0基模被耦合下载至第十直波导3-3里，并被转化为TE2模式。如此经过多次耦合下载，最后在总的输出端第九直波导3-1里完成“或”运算，得到的就是Y=y1+y2+···ym。
[0042] 解复用器1和复用器3中的窄波导和宽波导之间通过足够长的绝热锥（Adiabatic Taper）连接，绝热锥（Adiabatic Taper）的宽度从窄波导的宽度线性渐变为宽波导的宽度，并且绝热锥（Adiabatic Taper）足够长，这样绝热锥（Adiabatic Taper）波导侧边的扩展慢于光模式的衍射扩展，因此能确保基模在通过时不发生模式转换，减少了模式之间的串扰。
[0043] 本发明可重构导向逻辑器件的输入是待处理的电信号序列和一个多模式单波长的连续光信号，输出的是对电信号运算后的光信号，其中各微环MRR的基本单元为带热调制机构或电调制机构的微环谐振器MRR光开关，其处理的过程是：在可重构导向逻辑器件的一个光学端口输入多模式单波长的连续激光，包括TEm···TE2,TE2,TE0模，其解复用器过程为，第一直波导1-1中的TEm模与第一S型波导1-2所支持的TE0模满足折射率匹配条件（即有效折射率Neff1=Neff2，两波导对不同模式的光的有效折射率相匹配时，两波导中的光会发生有效耦合，否则不发生耦合），TEm模被下载到第一S型波导1-2里，并转换为基模TE0继续传输。同理，第二直波导1-3中的TE2模被下载到第二S型波导1-4里，并被转换为TE0继续传输。因此，输入到微环阵列2中的直波导里的模式都是基模TE0，到待运算的n位二进制电信号通过电压信号的形式作用于m×n个MRR，图3中第二微环MRR2-2表示当微环加载高电平时，微环在工作波长处谐振，加载低电平电平时，微环在工作波长处不谐振；第一微环MRR2-1表示当微环加载高电平时，微环在工作波长处不谐振，当加载低电平时，微环在工作波长处谐振，在微环阵列中每条直波导的另一端就以光逻辑的形式输出与n位输入的电信号的逻辑“与”运算结果，这些携带“与”运算结果的基模TE0再次传输至S型波导，满足折射率匹配条件的会被下载至对应的直波导里，完成“或”运算，最后在输出端输出TEm···TE2,TE1,TE0模，从而实现任意一个逻辑函数的运算。
[0044] 本发明的微环MRR结构，也可以采用SOI、SIN、Ⅲ-Ⅴ族材料实现。本发明优化的方案是基于SOI材料实现的，其突出的优点是；工艺利用现成的CMOS工艺技术，使得器件体积小，功耗低，扩展性好，便于与电学元件集成。
[0045] 本发明的性能优点与它所采用的材料属性及器件的结构关系密切。
[0046] 在材料方面：本发明采用的是绝缘衬底上的硅（Silicon-On-Insulator，SOI）材料。SOI 是指在SiO2绝缘层上生长一层具有一定厚度的单晶硅薄膜，其工艺与现在微电子领域广泛应用的CMOS工艺是兼容的。利用SOI材料制成的硅波导，其芯层是Si（折射率为3.45），包层是SiO2（折射率为1.44），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使得其弯曲半径可以很小。
[0047] 下面通过分析光信号在图4所示的微环MRR中的传输过程，简要说明其工作原理：
[0048] 根据布尔代数的德摩根定律： ,则任意一个逻辑函数都可以表示逻辑运算“与和”的形式，即为Y=y1+y2+···ym，其中 。也就是说，任何一个逻辑运算的表达式都可以化为Y=y1+y2+···ym的形式，其中ym表示微环阵列中每条直波导的输出结果，为n个操作数的‘与’运算（例如： ）。设计器件结构的原则是多路信号同时完成“与”运算的，然后实现“或”运算，从而就实现了任意逻辑函数的运算。
[0049] 以图6（载流子注入的电光调制）为例说明其调制原理：λ1，λ2分别表示未加任何电压时第一微环MRR2-1和第二微环MRR2-2的谐振波长所在位置，工作波长λw选在λ1处。以等离子色散效应的电光调制方案来说明其工作原理。经过解复用器1之后，输入到微环阵列2的光为波长是工作波长λ1的基模TE0信号，输入到图4的输入端。当第二微环MRR2-2在加高电平ΔV时其谐振波长从λ2移到λ（1 加高电平，载流子注入波导区，波导的折射率变小，谐振波长从长波向短波移动），通过这种定义，对第一微环MRR2-1而言，电信号为0时光信号为0，电信号为1时光信号为1，对第二微环MRR2-2而言，电信号为0时光信号为1，电信号为1时光信号为0。所以在直波导的输出端口可以得到逻辑运算 ，其中 表示加载在第一微环MRR2-1和第二微环MRR2-2上的待操作数。
[0050] 本发明可重构导向逻辑器件的调谐电极可以为热调制机构或电调制机构。硅基热光调制的微环谐振器或直波导的横截面结构如图7所示，包括衬底Si，衬底Si上设有SiO2层，SiO2层上设有Si波导芯区和调谐电极，波导和调谐电极周围均包围着SiO2。Si波导芯区的宽度为W，Si波导芯区的高度为H；Si波导芯区顶面与调谐电极底面之间的距离为dSiO2；硅基电光调制的微环谐振器或直波导的横截面结构如图8所示。
[0051] 本发明的带热调制机构或电调制机构的MRR，在信号传输速率（M量级以下）要求不高的情况下可以采用热调制，在高速（G量级）传输系统需要采用电调制。
[0052] 为了更加清晰明了的描述本发明可重构导向逻辑器件的工作原理，下面以产生逻辑函数为 的具体实例作为说明：
[0053] 易知要产生所求的逻辑信号，由三种不同的动态信号类型构成，因此需要输入三种不同的光模式，对应的微环阵列2也是3×3的微环开关阵列。如图9，在第二直波导1-3的输入端输入TE0，TE1和TE2三种模式，则经过解复用之后，输入到第五直波导2-3，第六直波导2-4和第七直波导2-5的都是基模TE0信号。在微环阵列中，对以下微环施加恒压信号A2=0,A3=1,B3=1，然后再对其他微环A1,B1,B2,C1,C2,C3施加动态电压调制信号a1,b1,b2,c1,c2,c3，经过复用器3之后，即可在第十直波导3-3得到携带有计算结果的TE0，TE1和TE2的多模信号。其对应的波形图如图10，输出端得到的即为逻辑函数 。
[0054] 本发明可重构导向逻辑器件的工作原理图如图11所示，图11中的模块一为解复用器1，模块二为微环阵列2，模块三为复用器3。解复用器1是基于定向耦合器的结构实现的。该可重构导向逻辑器件可以完成任意一个逻辑运算。输入是待运算的电信号和一个多模式的连续光信号，输出的是对电信号逻辑运算后的光信号，其中各微环谐振器MRR的基本单元为带热调制机构或电调制机构的微环谐振器MRR光开关，其运算的过程是：在器件的一个光学端口（主波导）输入多种模式的单波长连续激光，首先利用模式耦合的原理对主波导里的多种模式进行解复用，耦合到微环阵列波导处的模式将变成基模TE0，待运算的电信号分别根据1和0的状态以高低电平的形式加载在各个微环MRR上，在各个直波导末端口以光逻辑的形式输出基模TE0，完成“与”逻辑运算，最后再次利用模式耦合的原理，将这些模式复用到一根主波导上，完成“或”逻辑运算，从而完成任意一个逻辑函数的运算。
[0055] 本发明基于模式复用的可重构导向逻辑器件具有良好的可扩展性，只需要相应地增加模式复用/解复用器中定向耦合器的数量和微环阵列中光开关的数量，即可将导向逻辑运算的功能扩展为：实现在输入端输入TE0-TE（m 基模到任意高阶模），在输出端得到逻辑运算Y=y1+y2+···y（m ），即完成了任意的逻辑运算。
[0056] 本发明中，待运算的电信号序列（加在微环上的电信号）在时间上需要精确同步。在高速工作模式下，需要对电极进行特殊的设计及电磁兼容方面的分析与模拟。
[0057] 本发明中，光信号可以在光纤中传输直接进入下一级进行处理。
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