具有正向和反向偏置二极管的光子调制器制造技术

本发明专利技术涉及一种具有正向和反向偏置二极管的光子调制器，所述调制器包括：正向偏置二极管，其针对功率和面积而优化以执行调谐功能；以及反向偏置二极管，其针对速度而优化以执行调制功能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般地涉及光子调幅器，具体地说，涉及具有用于调谐和调制功能的单独二极管的光子调制器。
技术介绍
基于干涉测量或谐振波导结构的光子调幅器通过改变有效折射率来调制光，所述改变在通过调制器的光波中提供光相移。通常通过跨波导实施移相器二极管并在正向偏置或反向偏置条件下使二极管工作来实现此折射率变化。在正向偏置条件下，二极管以低电压注入相对大量的电流，从而针对给定长度的波导引起较大的折射率变化。这意味着可以使用相对较短长度的波导制造移相器二极管。但是，二极管中固有的较大电荷密度导致较低的速度性能。备选地，在反向偏置状态下，只有少量泄漏电流流过二极管，并且电场主要引起折射率变化。因此，在该状态下，二极管的工作可以快得多，但因为每单位波导长度的折射率变化小于正向偏置区域，所以需要更长的波导或大得多的电压来产生所需的相移。在实践中，与正向偏置二极管相比，对反向偏置二极管施加更长的波导和大得多的电压。因此，当选择正向偏置或反向偏置二极管设计时，在功率、速度和面积之间存在权衡。可以针对面积优化正向偏置二极管，为此使波导较短并以增加的电压和电流值运行二极管，以便每单位波导长度产生更大的折射率变化。备选地，可以针对功率优化正向偏置二极管，为此使波导略长并以减小的电压和电流值运行二极管，从而每单位波导长度产生更小的折射率变化，这在更长长度的波导上累积。最后，正向偏置二极管可以被设计为在功率和面积之间实现折衷，为此在功率优化和面积优化后的设计点之间的某处选择波导长度。通常使用马赫-策德尔干涉仪（MZI）调制光波以便传输数据。马赫-策德尔干涉仪使用干涉将上述调相转换为调幅。通常马赫-策德尔干涉仪的两臂具有相同的长度，以便通过改变一个臂的折射率，可以在输出中对光进行调幅。因为在两臂之间使波导进行精确长度匹配（对应于光的一个波长的适当部分）极具挑战性，并且通常对温度变化敏感，所以通常在马赫-策德尔干涉仪的一个臂中需要低速相位调谐元件，从而提供静态折射率调整以便调谐调制器的偏置点。除了其它方式之外，可以通过使用上述移相器二极管执行这种调谐，为此先后向二极管施加适当的调谐电压和AC调制电压。因为半导体的热响应时间比其电响应时间慢几个数量级，所以基本上可以使用DC电压执行调谐，其中使用来自调制器的光输出的反馈来控制该DC调谐电压的振幅。通常，在马赫-策德尔干涉仪的一个臂中具有二极管，并且该二极管将接收包含DC和AC分量两者的电压信号。DC分量执行调谐，为此将它所在的臂的相位设置为与另一个臂的相位相同或相差一个常量偏移。AC分量在调制器的输出中提供对应于光调制的折射率扰动。如图1中所示，通常使用单个二极管1执行调谐和调制功能两者。这需要使用集成偏置器元件将DC调谐组件（例如低速调谐电路2）与AC调制组件（例如高速数据源3）相组合。但是，给定在选择二极管工作区域时在前面讨论的固有权衡，除了高速调制以外，使用针对高速调制优化的反向偏置二极管来执行低速调谐操作可能在功率、面积或这两方面导致低效率。
技术实现思路
鉴于传统系统的上述以及其它示例性问题、缺点和劣势，本专利技术的一个示例性特性是提供一种光子调制器，其包括针对功率、面积或这两者的组合而优化以执行调谐功能的二极管，以及针对速度而优化以执行调制功能的二极管。本专利技术的一个示例性方面体现为一种调幅器，其包括针对功率和面积而优化以执行调谐功能的正向偏置二极管，以及针对速度而优化以执行调制功能的反向偏置二极管。本专利技术的另一个示例性方面体现为一种调幅器，其包括针对功率和面积而优化以执行调谐功能的第一臂，以及针对速度而优化以执行调制功能的第二臂。一种示例性光子调制方法包括：使信号通过光子调制器，所述调制器包括正向偏置二极管和反向偏置二极管；向所述正向偏置二极管施加低速调谐信号；并向所述反向偏置二极管施加高速数据源。本专利技术的上述示例性实施例可以提供一种具有改进的空间、功率效率和性能特性的调制器。附图说明从以下参考附图的对本专利技术示例性实施例的详细描述，将更好地理解上述和其它目的、方面和优点，这些附图是：图1示出传统光子调制器；图2示出示例性调制器，其包括针对功率和面积而优化以执行调谐功能的正向偏置二极管以及针对速度而优化以执行调制功能的反向偏置二极管；图3示出使用马赫-策德尔干涉仪调制器的示例性实施例；图4示出示例性推挽式调制器；以及图5示出包括反向偏置二极管和正向偏置二极管的示例性谐振器。具体实施方式现在参考附图，更具体地说参考图2-5，它们示出根据本专利技术的方法和结构的示例性实施例。本专利技术的示例性实施例可以应用于使用垂直或水平结二极管的基于干涉测量和谐振的光子调制器设备。如图2中所示，本专利技术的一个示例性实施例在同一调制器4中包括针对功率、面积或这两者的组合优化以执行调谐功能的正向偏置二极管5，以及在速度性能方面突出以执行调制功能的反向偏置二极管6。在图2的实施例中，可以为光子调制器4提供AC调制信号7和DC调谐信号8两者，为此将AC调制信号7定向到反向偏置二极管6并将DC调谐信号8定向到正向偏置二极管5。由于在提供给定光相移时，反向偏置二极管的功率和面积效率可能低于正向偏置二极管，因此所述示例性调制器可以在功率、面积或这两方面更高效，因为它使用更高效的正向偏置二极管产生必需相移的不需要以高速工作的部分。此外，所述示例性调制器可能不需要在电气上将DC信号与AC调制信号相组合，因为在单独的二极管中执行调谐。该特性明显降低将AC调制信号从数据源定向到反向偏置二极管所需的设计复杂性。在本专利技术的一个示例性实施例中，从诸如硅、绝缘体上硅或磷化铟之类的集成光子平台中的光子波导来构造马赫-策德尔干涉仪（MZI）。波导可以是脊形波导、通道波导、带波导或各种其它类型的波导。图3示出使用MZI调制器的本专利技术的一个示例性实施例。如可以容易地看到的那样，在所述示例性实施例中，MZI的两臂的长度可以明显不同。在示例性MZI的一个臂（通常为较长的臂）中，制造反向偏置p-n或p-i-n二极管6。对于p-n二极管，二极管的结与光波导10重叠。同样，对于p-i-n二极管，二极管的本征区域与波导10重叠。可以使用各种二极管几何形状，包括但不限于使用浅蚀刻注入区域的水平结p-n二极管和垂直结p-i-n二极管。在MZI的第二个臂（通常为较短的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
2012.08.17 US 13/588,8711.一种调制器，包括：
正向偏置二极管，其被配置为执行调谐功能；以及
反向偏置二极管，其被配置为执行调制功能。
2.根据权利要求1的调制器，还包括：
第一臂，其包括所述反向偏置二极管；以及
第二臂，其包括所述正向偏置二极管。
3.根据权利要求2的调制器，其中所述反向偏置二极管包括反向偏置
p-n二极管和反向偏置p-i-n二极管中的至少一个，以及
其中所述正向偏置二极管包括正向偏置p-n二极管和正向偏置p-i-n二
极管中的至少一个。
4.根据权利要求3的调制器，其中所述反向偏置p-n二极管和所述正
向偏置p-n二极管中的至少一个的结与波导重叠。
5.根据权利要求3的调制器，其中所述反向偏置p-i-n二极管和所述
正向偏置p-i-n二极管中的至少一个的本征区域与波导重叠。
6.根据权利要求2的调制器，其中所述第一臂和所述第二臂包括在集
成光子平台中的光子波导，所述集成光子平台包括硅、绝缘体上硅和磷化
铟中的至少一个。
7.根据权利要求6的调制器，其中所述波导包括脊形波导、通道波导
和带波导中的至少一个。
8.根据权利要求2的调制器，其中所述第一臂包括的长度大于所述第
二臂的长度。
9.根据权利要求2的调制器，其中所述第一臂包括正向偏置二极管，
并且所述第二臂包括反向偏置二极管。
10.根据权利要求2的调制器，其中所述第一臂和所述第二臂集成在
光子平台中。
11.根据权利要求1的调制器，其中所述反向偏置二极管和所述正向

\t偏置二极管均布置在谐振器中。

【专利技术属性】
技术研发人员：B·G·李，J·A·卡沙，A·V·雷利亚科夫，C·L·朔，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：