專利名稱:共面波導(dǎo)硅基電光調(diào)制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及光器件制備領(lǐng)域,尤其是共面波導(dǎo)硅基電光調(diào)制器。
背景技術(shù):
硅基光調(diào)制器是硅基光互連及光通信系統(tǒng)中的重要器件,其作用是將電信號(hào)轉(zhuǎn)變成光信號(hào),利用光信號(hào)傳輸?shù)木薮髢?yōu)勢(shì),實(shí)現(xiàn)更高速的數(shù)據(jù)通信。改變硅的折射率的最有效的方法是利用自由載流子等離子色散效應(yīng)。硅的等離子色散效應(yīng)反應(yīng)了硅的折射率和吸收系數(shù)隨自由載流子濃度的變化關(guān)系。要改變硅的折射率,等離子色散效應(yīng)比熱光效應(yīng)要快一個(gè)數(shù)量級(jí)。因此利用等離子色散效應(yīng)實(shí)現(xiàn)硅中的高速光信號(hào)調(diào)制是最有效方式。利用 p-i-n結(jié)構(gòu),反向pn結(jié)構(gòu)及MOS電容結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)載流子的注入或者抽取是硅基電光調(diào)制器研究中所普遍采用的電學(xué)結(jié)構(gòu)。同時(shí),馬赫-曾德干涉儀結(jié)構(gòu)和微環(huán)諧振腔結(jié)構(gòu)是硅基電光調(diào)制器研究中所普遍采用的光學(xué)結(jié)構(gòu)。微環(huán)諧振腔結(jié)構(gòu)調(diào)制速度快,但是工作帶寬以及對(duì)波長(zhǎng)和溫度敏感的特性使其應(yīng)用受到限制。而馬赫-曾德干涉儀結(jié)構(gòu)對(duì)溫度和波長(zhǎng)不敏感,工藝容差大,被英特爾和IBM等硅基電光調(diào)制器研究的先行者所看好。然而,馬赫-曾德干涉儀結(jié)構(gòu)的電光調(diào)制器也面臨著一個(gè)調(diào)制效率不高的問(wèn)題,使其尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于微環(huán)諧振腔結(jié)構(gòu)的電光調(diào)制器,不利于器件的制備以及與電子學(xué)器件的集成。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出共面波導(dǎo)硅基電光調(diào)制器,解決硅基電光調(diào)制器研究中目前所面臨的調(diào)制效率不高,尺寸大,對(duì)波長(zhǎng)及溫度敏感等問(wèn)題,具有調(diào)制效率高,功耗低,可以與硅基電光調(diào)制器采用相同的工藝一次性制備等優(yōu)點(diǎn)。一種共面波導(dǎo)硅基電光調(diào)制器,包括一輸入波導(dǎo);一第一分束器,該第一分束器的輸入端與輸入波導(dǎo)相連接;—第一調(diào)制臂,該第一調(diào)制臂的一端與第一分束器輸出端連接;一第二調(diào)制臂,該第二調(diào)制臂的一端與第一分束器輸出端連接;一硅基光延遲線器件,該硅基光延遲線器件與第一調(diào)制臂或第二調(diào)制臂耦合;一第二分束器,該第二分束器的輸入端與第一調(diào)制臂及第二調(diào)制臂的另一端連接;一輸出波導(dǎo),該輸出波導(dǎo)的一端與第二分束器的輸出端連接。其中所述的第一分束器和第二分束器是多模干涉耦合器、Y分支分束器或直接耦合分束器。其中所述的硅基光延遲線器件是硅基微環(huán)諧振腔光延遲線器件。其中所述的硅基光延遲線器件是硅基級(jí)聯(lián)微環(huán)諧振腔光延遲線器件。其中所述的硅基光延遲線器件是硅基微盤諧振腔光延遲線器件。其中所述的硅基光延遲線器件是硅基級(jí)聯(lián)微盤諧振腔光延遲線器件。
其中所述的硅基光延遲線器件是硅基光子晶體諧振腔光延遲線器件。其中所述的硅基光延遲線器件是硅基法布里-珀羅諧振光延遲線器件。
為進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的內(nèi)容及特點(diǎn),以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作一詳細(xì)的描述,其中圖1是本發(fā)明共面波導(dǎo)硅基電光調(diào)制器的方框圖。圖2是本發(fā)明利用微環(huán)諧振腔光延遲線器件構(gòu)建共面波導(dǎo)硅基電光調(diào)制器的實(shí)施例。圖3a至圖3c是本發(fā)明本發(fā)明利用級(jí)聯(lián)微環(huán)諧振腔光延遲線器件構(gòu)建共面波導(dǎo)硅基電光調(diào)制器的三個(gè)實(shí)施例。圖4是本發(fā)明本發(fā)明本發(fā)明利用光子晶體光延遲線器件構(gòu)建共面波導(dǎo)硅基電光調(diào)制器的實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式從圖1可見,本發(fā)明高效率共面波導(dǎo)硅基電光調(diào)制器,包括包括一輸入波導(dǎo)1 ;一第一分束器2,該第一分束器2的輸入端與輸入波導(dǎo)1相連接,第一分束器2可以是多模干涉耦合器、Y分支分束器或直接耦合分束器;一第一調(diào)制臂3,該第一調(diào)制臂3的一端與第一分束器2輸出端連接;一第二調(diào)制臂4,該第二調(diào)制臂4的一端與第一分束器2輸出端連接;一硅基光延遲線器件31,該硅基光延遲線器件31與第一調(diào)制臂3或第二調(diào)制臂4耦合, 硅基光延遲線器件31是硅基微環(huán)諧振腔光延遲線器件,或硅基級(jí)聯(lián)微環(huán)諧振腔光延遲線器件,或是硅基微盤諧振腔光延遲線器件,或是硅基級(jí)聯(lián)微盤諧振腔光延遲線器件,或是硅基光子晶體諧振腔光延遲線器件,或是硅基法布里-珀羅諧振光延遲線器件;一第二分束器5,該第二分束器5的輸入端與第一調(diào)制臂3及第二調(diào)制臂4的另一端連接,第二分束器 5可以是多模干涉耦合器、Y分支分束器或直接耦合分束器;一輸出波導(dǎo)6,該輸出波導(dǎo)6的一端與第二分束器5的輸出端連接。從輸入波導(dǎo)1輸入的光,在第一分束器2被分為強(qiáng)度、 相位相等的兩束,分別進(jìn)入調(diào)制臂3與調(diào)制臂4,光延遲線器件31與調(diào)制臂3相耦合,進(jìn)入調(diào)制臂3的光將被耦合入光延遲線器件31,另一束進(jìn)入調(diào)制臂4的光則繼續(xù)保持原狀態(tài)在調(diào)制臂4中傳輸,當(dāng)對(duì)光延遲線器件31施加調(diào)制信號(hào),注入載流子時(shí),由于光延遲線器件31 的光延遲作用,使得光群速度降低,從而使得與單位載流子相互作用的光子數(shù)增加,也就是說(shuō),使得通過(guò)調(diào)制臂3的光相位改變?chǔ)兴璧妮d流子數(shù)目減少,調(diào)制效率提高。當(dāng)調(diào)制臂3 輸出的光與調(diào)制臂4輸出的光的相位差為π時(shí),第二分束器5的輸出端產(chǎn)生干涉相消,輸出波導(dǎo)6中輸出光信號(hào)為低,當(dāng)調(diào)制臂3輸出的光與調(diào)制臂4輸出的等相位時(shí),第二分束器 5的輸出端產(chǎn)生干涉相長(zhǎng),輸出波導(dǎo)6中輸出光信號(hào)為高。圖2是本發(fā)明高效率共面波導(dǎo)硅基電光調(diào)制器的一實(shí)施例。硅基光延遲線器件31 與共面波導(dǎo)硅基電光調(diào)制器的調(diào)制臂3相耦合。本實(shí)施例中,硅基光延遲線器件31為硅基微環(huán)諧振腔。從輸入波導(dǎo)1輸入的光,在第一分束器2被分為強(qiáng)度、相位相等的兩束,分別進(jìn)入調(diào)制臂3與調(diào)制臂4,當(dāng)硅基微環(huán)諧振腔處于過(guò)耦合狀態(tài)時(shí),耦合進(jìn)微環(huán)諧振腔延遲線器件31中的光的群速度變慢。此時(shí),在微環(huán)諧振腔中注入載流子,由于光的群速度變慢,光子在耦合出微環(huán)諧振腔繼續(xù)傳輸之前,將有更多的機(jī)會(huì)與注入的載流子相互作用,從而使得微環(huán)諧振腔中的光相位與普通硅基光波導(dǎo)中的光相位相比,變化量更大,從而使得在調(diào)制臂3中輸出的光與調(diào)制臂4中輸出的光的相位差更有效地達(dá)到強(qiáng)度調(diào)制所需的π相位。 當(dāng)調(diào)制臂3輸出的光與調(diào)制臂4輸出的光的相位差為π時(shí),第二分束器5的輸出端產(chǎn)生干涉相消,輸出波導(dǎo)6中輸出光信號(hào)為低,當(dāng)調(diào)制臂3輸出的光與調(diào)制臂4輸出的等相位時(shí), 第二分束器5的輸出端產(chǎn)生干涉相長(zhǎng),輸出波導(dǎo)6中輸出光信號(hào)為高。圖2只是實(shí)施例的一個(gè)示意性表述,光延遲線器件31同樣也可以與調(diào)制臂4耦合,或者調(diào)制臂3與調(diào)制臂4 各有一個(gè)光延遲線器件與其耦合。圖3是本發(fā)明高效率共面波導(dǎo)硅基電光調(diào)制器的一實(shí)施例。硅基光延遲線器件31 由級(jí)聯(lián)微環(huán)諧振腔構(gòu)成,與共面波導(dǎo)硅基電光調(diào)制器的調(diào)制臂3相耦合。與圖2中所述的單個(gè)微環(huán)諧振腔相比,級(jí)聯(lián)微環(huán)諧振腔具有更高的帶寬和更大的光延遲,從而可以更有效地促進(jìn)光子與注入的載流子相互作用。圖3a為光延遲線器件31為全通濾波器型級(jí)聯(lián)微環(huán)諧振腔結(jié)構(gòu)的共面波導(dǎo)硅基電光調(diào)制器,圖北為光延遲線器件31為耦合諧振腔光波導(dǎo)型級(jí)聯(lián)微環(huán)諧振腔結(jié)構(gòu)的共面波導(dǎo)硅基電光調(diào)制器,圖3c為光延遲線器件31為全通濾波器型耦合諧振腔光波導(dǎo)型級(jí)聯(lián)微環(huán)諧振腔結(jié)構(gòu)的共面波導(dǎo)硅基電光調(diào)制器。級(jí)聯(lián)微環(huán)諧振腔結(jié)構(gòu)的光延遲線器件還有一個(gè)優(yōu)勢(shì),可以分別在每個(gè)微環(huán)諧振腔上注入載流子,最終輸出的疊加相位差達(dá)到強(qiáng)度調(diào)制所需的η相位即可,而不需直接利用一個(gè)微環(huán)諧振腔就調(diào)節(jié)到η相位差,在提高硅基電光調(diào)制器效率的同時(shí),還可以有效降低調(diào)制器功耗。當(dāng)調(diào)制臂 3輸出的光與調(diào)制臂4輸出的光的相位差為π時(shí),第二分束器5的輸出端產(chǎn)生干涉相消, 輸出波導(dǎo)6中輸出光信號(hào)為低,當(dāng)調(diào)制臂3輸出的光與調(diào)制臂4輸出的等相位時(shí),第二分束器5的輸出端產(chǎn)生干涉相長(zhǎng),輸出波導(dǎo)6中輸出光信號(hào)為高。圖3只是實(shí)施例的一個(gè)示意性表述,光延遲線器件31同樣也可以與調(diào)制臂4耦合,或者調(diào)制臂3與調(diào)制臂4各有一個(gè)光延遲線器件與其耦合。圖4是本發(fā)明高效率共面波導(dǎo)硅基電光調(diào)制器的一實(shí)施例。硅基光子光延遲線器件31為光子晶體光延遲線構(gòu)成,與共面波導(dǎo)硅基電光調(diào)制器的調(diào)制臂3相耦合。光子晶體光延遲線由于對(duì)光的強(qiáng)限制,可以使得器件尺寸更小。當(dāng)調(diào)制臂3輸出的光與調(diào)制臂4輸出的光的相位差為η時(shí),第二分束器5的輸出端產(chǎn)生干涉相消,輸出波導(dǎo)6中輸出光信號(hào)為低,當(dāng)調(diào)制臂3輸出的光與調(diào)制臂4輸出的等相位時(shí),第二分束器5的輸出端產(chǎn)生干涉相長(zhǎng),輸出波導(dǎo)6中輸出光信號(hào)為高。圖4只是實(shí)施例的一個(gè)示意性表述,光延遲線器件31 同樣也可以與調(diào)制臂4耦合,或者調(diào)制臂3與調(diào)制臂4各有一個(gè)光延遲線器件與其耦合。綜上所述,本發(fā)明高效率共面波導(dǎo)硅基電光調(diào)制器至少具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明高效率共面波導(dǎo)硅基電光調(diào)制器調(diào)制效率高,結(jié)構(gòu)緊湊,尺寸小。本發(fā)明高效率共面波導(dǎo)硅基電光調(diào)制器均可以與馬赫-曾德調(diào)制器結(jié)構(gòu)中同一材料,同一工藝下制備,不需任何額外工藝。以上所述,僅是本發(fā)明的實(shí)施例而已,并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的的限制,凡是依據(jù)本發(fā)明技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾,均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案范圍之內(nèi),因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)以權(quán)利要求書為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種共面波導(dǎo)硅基電光調(diào)制器,包括一輸入波導(dǎo);一第一分束器,該第一分束器的輸入端與輸入波導(dǎo)相連接;一第一調(diào)制臂,該第一調(diào)制臂的一端與第一分束器輸出端連接;一第二調(diào)制臂,該第二調(diào)制臂的一端與第一分束器輸出端連接;一硅基光延遲線器件,該硅基光延遲線器件與第一調(diào)制臂或第二調(diào)制臂耦合;一第二分束器,該第二分束器的輸入端與第一調(diào)制臂及第二調(diào)制臂的另一端連接;一輸出波導(dǎo),該輸出波導(dǎo)的一端與第二分束器的輸出端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的共面波導(dǎo)硅基電光調(diào)制器,其中所述的第一分束器和第二分束器是多模干涉耦合器、Y分支分束器或直接耦合分束器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的共面波導(dǎo)硅基電光調(diào)制器,其中所述的硅基光延遲線器件是硅基微環(huán)諧振腔光延遲線器件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的共面波導(dǎo)硅基電光調(diào)制器,其中所述的硅基光延遲線器件是硅基級(jí)聯(lián)微環(huán)諧振腔光延遲線器件。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的共面波導(dǎo)硅基電光調(diào)制器,其中所述的硅基光延遲線器件是硅基微盤諧振腔光延遲線器件。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的共面波導(dǎo)硅基電光調(diào)制器,其中所述的硅基光延遲線器件是硅基級(jí)聯(lián)微盤諧振腔光延遲線器件。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的共面波導(dǎo)硅基電光調(diào)制器,其中所述的硅基光延遲線器件是硅基光子晶體諧振腔光延遲線器件。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的共面波導(dǎo)硅基電光調(diào)制器,其中所述的硅基光延遲線器件是硅基法布里-珀羅諧振光延遲線器件。
全文摘要
一種共面波導(dǎo)硅基電光調(diào)制器,包括一輸入波導(dǎo);一第一分束器,該第一分束器的輸入端與輸入波導(dǎo)相連接;一第一調(diào)制臂,該第一調(diào)制臂的一端與第一分束器輸出端連接;一第二調(diào)制臂,該第二調(diào)制臂的一端與第一分束器輸出端連接;一硅基光延遲線器件,該硅基光延遲線器件與第一調(diào)制臂或第二調(diào)制臂耦合;一第二分束器,該第二分束器的輸入端與第一調(diào)制臂及第二調(diào)制臂的另一端連接;一輸出波導(dǎo),該輸出波導(dǎo)的一端與第二分束器的輸出端連接。
文檔編號(hào)G02F1/025GK102393572SQ20111036491
公開日2012年3月28日 申請(qǐng)日期2011年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月17日
發(fā)明者余金中, 俞育德, 李運(yùn)濤 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所