用于在载体电磁波中编码数据的光子器件系统和方法技术方案

本发明专利技术的各实施例涉及可以用于在载体电磁波中编码数据，以及调节载体电磁波的传输的光子器件系统和方法。在本发明专利技术的一个实施例中，一种光子器件系统（１０００，１５００）包括第一波导（１００２），配置为传送多个电磁波。光子器件系统（１０００，１５００）包括光子晶体（１００４，１５０２），其具有谐振腔（１０１４，１５０４），并配置为选择性地并倏逝地将所述电磁波中的一个或多个从第一波导（１００２）耦合到谐振腔（１０１４，１５０４）中。光子器件系统（１０００，１５００）还包括第二波导（１００６），定位为通过倏逝耦合从所述谐振腔（１０１４，１５０４）中传送和提取一个或多个电磁波。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术的实施例涉及光子器件系统，特别涉及可以被配置为在载体 电磁波中编码数据的光子器件系统。
技术介绍
从1970年代末期开始，光子器件已经越来越多地替代传统电子器 件来传输数椐。除了在电信号中编码数据并通过信号线传输编码的数 据，数椐可以编码在电磁波中并通过光子器件传输，诸如光纤和光子晶 体波导。通过光子器件传输编码的电磁波相比于通过信号线传输编码的 电磁信号有很多优点。首先，对于通过光子器件传输的电磁波，信号退 化或损失比通过信号线传输的电信号小得多。其次，光子器件提供比信 号线高得多的带宽。例如，单个铜或铝导线只能传输单个电信号，而单 个光纤可以配置为传输约IOO个或更多的电磁波。最后，电磁波提供高得多的数据传输速率并消除了电磁干扰。最近，材料科学和半导体制造技术上的进展，使得能够制造将光子 器件与诸如存储器和处理器的电子器件集成的计算设备。特别是，光子 集成电路(PIC )是等价于电子集成电路的光子设备。PIC可以在半导体 材料的小晶片上实现，该晶片形成集成电路的基底，并可以包括多个波 导用于将编码在电磁波中的数据传输到多个集成光子和电子器件。不同 于硅是主要材料的电子集成电路，PIC可以由多种材料构成。例如，PIC 可以由一元半导体，诸如绝缘体上的硅，或者二元化合物半导体和三元 化合物半导体，诸如InP和AlxGa^As (其中x从0到1变化)构成。为了有效地实现PIC,需要多种无源和有源光子组件。波导和衰减二可;于引导电磁波在电子器件之间的传播:物理J家，工程师和计算机科学家已经意识到对于有源光子器件组件的需求，诸如调制器和开 关，其可在PIC中实现来在电磁波中编码数椐和调节电磁波的传输。
技术实现思路
曰A的谷狎工漲.伸J巧系统和方法。在本专利技术的一个实施例中，光子器件系统包括第一波导， 其配置为传输多个电磁波。该光子器件系统包括具有谐振腔的光子晶 体，并被配置为选择性地并且倏逝地将一个或多个电磁波从第一波导耦 合到谐振腔中。该光子器件系统还包括第二波导，其定位为通过倏逝耦 合从谐振腔传输和提取一个或多个电磁波。附图说明图1示出了一维光子晶体的示例。图2示出了二维光子晶体的示例。图3A-3B分别是第一一维光子晶体和第二一维光子晶体的频率对波 矢量z分量的假想图。图4-5示出了两个二维光子晶体的透视图。图6A-6B示出了横向电场和磁场模在图5所示的二维光子晶体中的 传播。图7示出了在图4所示的二维光子晶体中传播的横向电场和磁场模 的光子带结构。图8示出了具有两个谐振腔和一个波导的光子晶体的示例。图9是图8所示的光子晶体的波导的频率对波矢量幅度的假想图。图10示出了代表本专利技术一个实施例的第一光子器件系统的等轴视图。图1U示出了图10所示的第一光子器件系统的截面图，其中有代表本专利技术一实施例的单层半导体传输层。图IIB示出了图10所示的第一光子器件系统的截面图，其中有代表本专利技术 一 实施例的三层半导体传输层。图12示出了三种不同的示例谐振腔配置，每种谐振腔代表本专利技术 的一个实施例。, 图13示出了对于在图IO所示的代表本专利技术一个实施例的第一光子 器件系统的波导之间倐逝地传输的电磁波，标准化的传输对标准化的频 率的曲线图。图14示出了代表本专利技术一个实施例的图IO所示的光子器件系统的一种示例使用，来过滤电磁波。图15示出了代表本专利技术一个实施例的笫二光子器件系统的等轴视图。图16A示出了图15所示的第二光子器件系统的截面图，其中有代表本专利技术一实施例的单层半导体传输层。图16B示出了图15所示的笫二光子器件系统的截面图，其中有代表本专利技术一实施例的三层半导体传输层。图17示出了对于在图15所示的代表本专利技术一个实施例的第二光子 器件系统的波导之间倏逝地传输的电磁波，标准化的传输对标准化的频 率的曲线图。图18A-18B示出了图15所示的第二光子器件系统作为代表本专利技术 的 一 个实施例的电磁波调制器工作的示意性表示。图19A-19E示出了代表使用图15所示的代表本专利技术一个实施例的 第二光子器件系统，可以在载体电磁波中编码信息的三种方式的曲线 图。图20示出了代表本专利技术一个实施例的，包括四个图〗5所示的第二 光子器件系统来编码信息的第 一示例性光子集成电路。图21A-21B示出了代表本专利技术一个实施例的第一光子开关的操作。 图22A-22B示出了代表本专利技术一个实施例的光子开关的波导和储存 器的截面图。图23示出了代表本专利技术一个实施例的，包括四个图15所示的第二 光子器件系统的第二示例性光子集成电路。图24A-24B示出了代表本专利技术一个实施例的基于光子晶体的开关的操作。具体实施例方式本专利技术的各个实施例涉及可用于调节电磁波的传输，以及在电磁波 中编码数据的光子器件系统和方法。注意，用于描述本专利技术的各实施例 的术语"光子器件"是指可用于传输波长跨越电磁波谱的经典的电磁波 或量化电磁波的器件。换言之，用于描述本专利技术的各实施例的术语"光 子器件"不限于传输被称为"光子，，的电磁波量的器件。为了帮助读者 理解对本专利技术的各实施例的说明，在第一小节中提供了光子晶体，波导和谐振腔的概述。在第二小节中说明了本专利技术的各种系统和方法实施 例。光子晶体、波导和谐振腔的概述本专利技术的实施例使用了光子晶体、脊波导和其它光子器件中的概念。由Katsunari Okamoto著的由Elsevier Inc.公司在2005年出版 的"Fundamentals of Optical Waveguides"、 由Snyder和Love著的 由Chapman and Hall, London公司在1983年出版的"0ptical Waveguide Theory"、 由Jean—Michel Lourtioz著的由Springer-Verlag, Berlin 公司在2005年出版的"Photonic Crystals"教科书是本领域的出色的 引用书。在本小节中，说明了与本专利技术的实施例有关的光子晶体的主题。与本领域相关的许多其它教科书、论文和杂志文献中得到。光子晶体是由具有电介质特性的两种或更多种不同材料构成的光 子器件，所述材料在以规则的模式结合在一起时，能够修改电磁辐射 ("ER")的传播特性。图l和图2示出了具有不同介电特性的两种不 同材料能够结合形成光子晶体的多种不同的可能模式中的两种。光子晶 体一般由其中电介质模式为周期性的方向的数目来标示。例如，图l示 出了一维光子晶体的示例。在图l中，光子晶体100由7层在z方向上 周期交替的两种不同电介质构成。非阴影层101-104由具有介电常数 e,的第一电介质构成，标有斜线的层105-107由具有不同的介电常数 52的第二电介质构成。这些层以称为"晶格常数"的重复距离规则地 间隔，在图1所示的晶格常数的情形中，晶格常数为a。图2示出了二 维光子晶体的示例。二维光子晶体200包括两种不同电介质的交替层， 并在x方向和y方向上是以两个晶格常数a和b为周期性的。诸如区 201的非阴影区由具有介电常数^的第一电介质构成，诸如区202的标 有斜线的区由具有不同介电常数s 2的第二电介质构成。光子晶体还能 够以在三维中的重复模式构造。三维光子晶体可以使用嵌入在包括第二 电介质的厚片中的包括第一电介质的球体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光子器件系统（１０００，１５００），包括：　第一波导（１００２），配置为传送多个电磁波；　光子晶体（１００４，１５０２），包括谐振腔（１０１４，１５０４），并配置为选择性地并倏逝地将所述电磁波中的一个或多个从第一波导（１００ ２）耦合到谐振腔（１０１４，１５０４）中；以及　第二波导（１００６），定位为通过倏逝耦合从所述谐振腔中传送和提取一个或多个电磁波。

【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：M西加拉斯，S王，
申请(专利权)人：惠普开发有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]