利用具有电荷调制区的环形谐振器调制光束的方法和装置制造方法及图纸

一种装置，包括：　　　　放置在半导体材料中的、具有谐振条件的环形谐振器；　　　　放置在所述半导体材料中的输入光波导，其光耦合到所述环形谐振器；　　　　放置在所述半导体材料中的输出光波导，其光耦合到所述环形谐振器；以及　　　　位于所述环形谐振器中的电荷调制区，所述电荷调制区适于被调制，以调整所述环形谐振器的谐振条件。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总地涉及光学，更具体地说，本专利技术涉及调制光束。
技术介绍
随着因特网数据流量的增长速度逐步赶上推动光通信需求的语音流量，日益需要快速有效的基于光学的技术。在密集波分复用(DWDM)系统和吉比特(gigabit)以太网系统中在同一光纤上传输多个光信道，这为利用光纤所提供的空前容量(信号带宽)提供了一种简单的方式。在系统中通常使用的光元件包括波分复用(WDM)发射器和接收器、诸如衍射光栅的光滤波器、薄膜滤波器、光纤布拉格(Bragg)光栅、阵列波导光栅、光插分(add/drop)复用器、激光器和光开关。光开关可被用来调制光束。两种常见类型的光开关是机械开关(switch)器件和电光开关器件。机械开关器件一般包括被放置在光纤之间的光路中的物理元件。移动这些元件以引发转换动作(switching action)。微机电系统(MEMS)最近已被用于微型机械开关。因为MEMS是基于硅的，并且可以使用某些传统的硅处理技术来处理，所以MEMS广为使用。然而，由于MEMS技术一般有赖于物理部件或元件的实际机械运动，所以MEMS通常受限于较低速的光学应用，例如具有毫秒量级响应时间的应用。在电光开关器件中，电压被施加到器件的选定部分，以建立该器件内的电场。电场改变所述器件内的选定材料的光学属性，并且电光效应导致转换动作。电光器件一般使用电光材料，这种材料将光学透明度与随电压变化的光学行为结合起来。使用在电光开关器件中的一种典型类型的单晶电光材料是铌酸锂(LiNbO3)。铌酸锂是一种透明的材料，呈现出Pockels效应一类的电光属性。Pockels效应是这样一种光现象，即诸如铌酸锂一类介质的折射率随施加的电场而变。铌酸锂的变化折射率可被用来提供转换。所施加的电场由外部控制电路提供给目前的电光开关。虽然这些类型器件的转换速度是非常快的，例如达到纳秒量级，但是目前的电光开关器件的一个缺点就是这些器件一般需要相对较高的电压，以转换光束。因此，通常专门制造用来控制目前电光开关的外部电路，以生成高压并且忍受大量的功耗。此外，随着器件尺寸持续变小并且电路密度持续增大，将外部高压控制电路与目前的电光开关集成在一起变得越来越困难。附图说明在附图中以示例而非限制的方式图示了本专利技术。图1是根据本专利技术的教导，示出在半导体材料中包括环形谐振器和多个波导的光器件的一个实施方案的图。图2是根据本专利技术教导的光器件中的环形谐振器的一个实施方案的横截面图示，其中所述环形谐振器包括放置在半导体中的、具有电荷调制区的脊状(rib)波导。图3是根据本专利技术的教导，图示了光通过量或传输功率相对于通过光器件的光束的相移或谐振条件的图。图4是根据本专利技术教导的光器件中的环形谐振器的另一个实施方案的横截面图示，其中所述环形谐振器包括放置在半导体中的、具有电荷调制区的脊状波导。图5是根据本专利技术教导的光器件中的环形谐振器的一个实施方案的横截面图示，其中所述环形谐振器包括放置在半导体中的、具有电荷调制区的带状(strip)波导。图6是图示了根据本专利技术的教导在半导体材料中包括多个环形谐振器和多个波导的光器件的一个实施方案的图。图7是具有根据本专利技术各实施方案的光器件的、包括光发射器和光接收器在内的系统的一个实施方案的框示，所述光器件调制从光发射器发往光接收器的光束。具体实施例方式公开了用于在光器件中调制光束的方法和装置。在以下描述中，阐述了很多具体的细节，以提供对本专利技术的完整理解。然而，本领域中的普通技术人员将会清楚，无需使用具体的细节来实现本专利技术。此外，没有详细地描述公知的材料或方法，以免模糊本专利技术。在整个说明书中提及“一个实施方案”或“实施方案”意味着关于该实施方案描述的具体特征、结构或特性被包括在本专利技术的至少一个实施方案中。因此，“在一个实施方案中”或“在实施方案中”在整篇说明书中不同地方的出现不一定全是指同一实施方案。此外，在一个或多个实施方案中可以将这些具体的特征、结构或特性以适当的方式组合起来。此外，可以理解的是，这里提供的附图对于本领域的普通技术人员而言是出于解释的目的，这些附图不一定是按比例绘制的。在本专利技术的一个实施方案中，以全集成方案在单个集成电路芯片上提供了基于半导体的光器件。这里描述的光器件的一个实施方案包括光耦合到环形谐振器的基于半导体的光波导。光束被引导通过第一波导。所述光束中与环形谐振器的谐振条件相匹配的某一波长被光耦合进入环形谐振器。然后，所述光束的这一波长被光耦合到第二波导，并从所述光器件中输出。在一个实施方案中，环形谐振器包括响应于某一信号进行调制的电荷区。例如，在一个实施方案中，环形谐振器包括电容类结构，其中对电荷进行调制以调整环形谐振器的谐振条件或光程长度。可以理解，根据本专利技术的教导也可以采用其他适当类型的结构，用以调制环形谐振器中的电荷区，所述结构例如是反偏压PN结构等，用于调制环形谐振器中的电荷，以调整谐振条件。其他实施方案例如可能包括电流注入结构或其他适当的结构，用于调制环形谐振器中的电荷，以调整谐振条件。根据本专利技术的教导，通过用电荷调制区来调整环形谐振器的谐振条件，响应于所述信号对光束进行调制，所述光束被耦合进第二波导并从光器件中输出。为说明起见，图1一般地图示了根据本专利技术教导的光器件101的一个实施方案的图。在一个实施方案中，光器件101包括具有某种谐振条件的环形谐振器波导107，其被放置在半导体材料103中。输入光波导105被放置在半导体材料103中并被光耦合到环形谐振器波导107。输出光波导109被放置在半导体材料103中并被光耦合到环形谐振器波导107。在一个实施方案中，电荷调制区121响应于信号113在环形谐振器波导107内被调制，这将导致环形谐振器波导107的谐振条件响应于信号115而被调整。下面是根据一个实施方案的操作。包括波长λR的光束115被导入光波导105的输入端口，如图1的左下角所示。光束115通过光波导105，一直到达环形谐振器波导107。如果环形谐振器波导107的谐振条件与波长λR匹配，则光束115中的波长λR部分以渐消波的方式(evanescently)耦合到环形谐振器波导107中。光束115中的波长λR部分通过环形谐振器波导107，并且以渐消波的方式耦合到波导109中。光束115中的波长λR部分然后通过波导109，并且离开波导109的返回端口，如图1的左上角所示。如果环形谐振器波导107没有和光束115的特定波长(例如λX或λZ)发生谐振，那么光束115的那些波长继续在波导105中通行，越过环形谐振器波导107并且离开波导109的输出端口，如图1的右下角所示。在本专利技术的一个实施方案中，通过调制环形谐振器波导107的谐振条件来调整环形谐振器波导107的光程长度。在一个实施方案中，通过响应于信号113来调制环形谐振器波导107内的电荷调制区121中的自由载荷子，从而改变谐振条件。通过改变环形谐振器波导107的谐振条件，根据本专利技术的教导对从波导109的返回端口输出的光束115中的波长λR部分进行调制。在一个实施方案中，设计环形谐振器波导107，使得电荷调制区121具有能够强有力地改变环形谐振器波导107的光程长度的能力。此外，环形谐振器波导107的一个实施方案具有相当大的谐振性或者说相当大本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔·莫尔斯，威廉·黑德利，马里奥·帕尼西亚，
申请(专利权)人：英特尔公司，
类型：发明
国别省市：