具有改善的效率和啁啾控制的基於矽的光調製器的製作方法
2023-05-14 20:58:06 4
專利名稱：具有改善的效率和啁啾控制的基於矽的光調製器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種基於矽的光調製器，更具體地說，涉及在一種基於矽的調製器中通過分別地加偏壓於裝置的一個節點(例如，多晶矽區)來將調製器的電壓擺幅限制在該基於矽的裝置的累積區內以提供改善的調製效率和「啁啾(chirp) 」(例如，時變光學相位) 控制的功能。
背景技術：
多年來，光調製器都由電光材料製成，例如鈮酸鋰。光波導在電光材料內形成，且金屬接觸區域被設置在每一波導支路的表面上。連續波(CW)光信號被輸入到波導中，電數據信號輸入被施加作為金屬接觸區域的輸入。外加的電信號更改了接觸點下面的波導區的折射率，因而改變了沿著波導的傳播速度。通過施加在兩個支路之間產生η的相位移的電壓，形成了非線性(數字)馬氏調製器。儘管這種類型的外置調製器被證明為極其有用，但日益期望在基於矽的平臺上形成多種光學組件、子系統及系統。還期望將與這種系統相關聯的多種電子組件(例如，用於電光調製器的輸入電子數據驅動電路)與在同一矽襯底上的光學組件集成在一起。明顯地，基於鈮酸鋰的光學裝置在這種情況下的應用不是一種選擇。多種其他傳統的電光設備均由不能直接地與矽平臺相兼容的相似的材料(例如III-V族化合物)製成。在基於矽的平臺中提供光調製的功能方面已經具有重大進展，如於2005年1月18 日授予R. K. Montgomery等人的美國專利6，845，198中公開的內容，其已轉讓給本申請的受讓人，並在此通過引用將其併入。
圖1圖示了 Montgomery等人的專利中公開的基於矽的調製器裝置的示例性布置。在此實例中，基於矽的光調製器1包括摻雜的矽層2(通常地，多晶矽)，其與亞微米厚的矽表層3 (通常在本領域中稱為SOI層)的反向摻雜部分重疊布置。 SOI層3被示出為傳統的絕緣矽(silicon-on-insulator，SOI)結構4的表層，該SOI結構還包括矽襯底5和埋氧層6。重要地，相對較薄的電介質層7 (例如，二氧化矽，氮化矽，氧化鉀，三氧化二鉍，氧化鉿，或其他高介電常數的電絕緣材料)沿著SOI層3和摻雜的多晶矽層2之間的重疊區域設置。由多晶矽層2，電介質層7和SOI層3限定的重疊區域限定了光調製器1的「作用區」。在一種實施方式中，多晶矽層2可以是ρ-摻雜的，SOI層3可以是η-摻雜的；同樣可以使用互補的摻雜布置(例如，η-摻雜的多晶矽層2和ρ-摻雜的 SOI 層 3)。圖2是調製器1的作用區的放大視圖，其圖示了關於穿過該結構(沿垂直於紙張方向)傳播的信號的光強，還圖示了多晶矽層2和SOI層3之間重疊的寬度W。在操作中， 由於電壓施加到SOI層3和摻雜的多晶矽層2的作用，自由載流子將聚積並耗盡在電介質層7的兩側。自由載流子的濃度的調製導致作用區內有效折射率的變化，因而引入沿著由作用區限定的波導傳播的光信號的相位調製。在圖2所示的圖中，光信號將沿著垂直於紙張方向的Y軸傳播。在考慮鈮酸鋰調製器的當前水平的重大進展時，一般的基於矽的光調製器和尤其圖1中的示例性配置遭受著因固有的相位響應及調製器的兩個支路之間的光損失差異而產生的對啁啾的影響。啁啾是時變光學相位，其能夠在光信號傳播穿過彌散型纖維時不利於光信號的傳播行為。光調製器的啁啾行為通常使用「α參數」表徵，α參數被定義為歸一化到由調製器產生的強度調製量的相位調製量。α參數可以被定義為如下
權利要求
1.一種基於矽的光調製器，包括輸入光波導分路器，其響應於輸入的連續波光信號；一對光波導支路，每一波導支路耦合至所述輸入光波導分路器的分開的輸出，並且每一光波導支路包括基於矽的調製裝置，所述基於矽的調製裝置由具有第一導電類型摻雜物的第一矽區和具有第二導電類型摻雜物的第二矽區組成，電調製數據信號沿每一光波導支路施加到所述基於矽的調製裝置以產生調製的光信號；以及輸出光波導組合器，其耦合至所述一對光波導支路的輸出上以組合一對分開調製的光信號並產生光調製的輸出信號，其中所述調製裝置的所述第一矽區被耦合以接收所述電調製數據信號及其互補形式，以及所述基於矽的調製裝置的所述第二矽區保持在預定的偏壓，所述偏壓被選定用來提供所述基於矽的調製裝置在累積區內的操作。
2.如權利要求1所述的基於矽的光調製器，其中所述第二矽區保持在相同的預定的偏壓。
3.如權利要求2所述的基於矽的光調製器，其中所述預定的偏壓可調整以調節所述光調製的輸出信號中的啁啾的量。
4.如權利要求2所述的基於矽的光調製器，其中所述預定的偏壓可調整以調節所述光調製的輸出信號中的光調製幅度。
5.如權利要求2所述的基於矽的光調製器，其中所述預定的偏壓可調整以調節所述光調製的輸出信號中的消光比。
6.如權利要求2所述的基於矽的光調製器，其中所述調製器還包括旁路電容器，所述旁路電容器被設置在所述預定的偏壓和所述電調製數據信號之間以提供其間的去耦。
7.如權利要求1所述的基於矽的光調製器，其中所述第二矽區保持在不同的預定的偏壓。
8.如權利要求7所述的基於矽的光調製器，其中施加到所述第二矽區的所述不同的預定的偏壓是獨立地可調整的。
9.如權利要求1所述的基於矽的光調製器，其中每一基於矽的調製裝置包括基於絕緣矽(SOI)的調製器，所述基於絕緣矽的調製器包括設置在覆蓋矽襯底的絕緣層上的表面矽波導層(SOI)層、形成在所述SOI層的頂面上的薄的柵極電介質層，以及多晶矽層，該多晶矽層設置在所述薄的柵極電介質層的一部分上以和所述SOI層形成重疊區域，所述重疊區域限定了所述基於矽的調製裝置的作用區以支持對傳播的光信號的調製。
10.如權利要求9所述的基於矽的光調製器，其中每一調製裝置的多晶矽層被定義為所述第一矽區，以及每一調製裝置的SOI層被定義為所述第二矽區。
11.如權利要求9所述的基於矽的光調製器，其中每一調製裝置的SOI層被定義為所述第一矽區，以及每一調製裝置的多晶矽層被定義為所述第二矽區。
12.如權利要求9所述的基於矽的光調製器，其中所述薄的柵極電介質層包括選自由二氧化矽，氮化矽，氧化鉀，三氧化二鉍和氧化鉿組成的組的材料。
全文摘要
通過分別地加偏壓於調製裝置的所選定的第一區域(例如，多晶矽區域，其被定義為共同節點)，提供了一種表現出改善的調製效率和「線性調頻」(例如，時變光學相位)控制的基於矽的光調製器。具體地，該共同節點被偏置以將基於矽的光調製器的電壓擺幅轉移到其累積區內，這樣表現出作為外加電壓的函數的相位的較大改變(較大的OMA)和改善的消光比。在累積區中的響應也相對線性，這允許啁啾更加容易控制。電調製輸入信號(以及它的反相信號)作為分開的輸入被施加到調製器的每個支路的第二區域(例如，SOI區域)。
文檔編號G02B6/26GK102460252SQ201080026024
公開日2012年5月16日 申請日期2010年6月7日 優先權日2009年6月12日
發明者卡爾潘都·夏斯特裡, 拉塞爾·羅馬諾, 馬克·韋伯斯特 申請人:光導束公司