利用具有電荷調製區的環形諧振器調製光束的方法和裝置的製作方法
2024-01-28 21:04:15 2
專利名稱：利用具有電荷調製區的環形諧振器調製光束的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明總地涉及光學，更具體地說，本發明涉及調製光束。
背景技術：
隨著網際網路數據流量的增長速度逐步趕上推動光通信需求的語音流量，日益需要快速有效的基於光學的技術。在密集波分復用(DWDM)系統和吉比特(gigabit)乙太網系統中在同一光纖上傳輸多個光信道，這為利用光纖所提供的空前容量(信號帶寬)提供了一種簡單的方式。在系統中通常使用的光元件包括波分復用(WDM)發射器和接收器、諸如衍射光柵的光濾波器、薄膜濾波器、光纖布拉格(Bragg)光柵、陣列波導光柵、光插分(add/drop)復用器、雷射器和光開關。光開關可被用來調製光束。兩種常見類型的光開關是機械開關(switch)器件和電光開關器件。
機械開關器件一般包括被放置在光纖之間的光路中的物理元件。移動這些元件以引發轉換動作(switching action)。微機電系統(MEMS)最近已被用於微型機械開關。因為MEMS是基於矽的，並且可以使用某些傳統的矽處理技術來處理，所以MEMS廣為使用。然而，由於MEMS技術一般有賴於物理部件或元件的實際機械運動，所以MEMS通常受限於較低速的光學應用，例如具有毫秒量級響應時間的應用。
在電光開關器件中，電壓被施加到器件的選定部分，以建立該器件內的電場。電場改變所述器件內的選定材料的光學屬性，並且電光效應導致轉換動作。電光器件一般使用電光材料，這種材料將光學透明度與隨電壓變化的光學行為結合起來。使用在電光開關器件中的一種典型類型的單晶電光材料是鈮酸鋰(LiNbO3)。
鈮酸鋰是一種透明的材料，呈現出Pockels效應一類的電光屬性。Pockels效應是這樣一種光現象，即諸如鈮酸鋰一類介質的折射率隨施加的電場而變。鈮酸鋰的變化折射率可被用來提供轉換。所施加的電場由外部控制電路提供給目前的電光開關。
雖然這些類型器件的轉換速度是非常快的，例如達到納秒量級，但是目前的電光開關器件的一個缺點就是這些器件一般需要相對較高的電壓，以轉換光束。因此，通常專門製造用來控制目前電光開關的外部電路，以生成高壓並且忍受大量的功耗。此外，隨著器件尺寸持續變小並且電路密度持續增大，將外部高壓控制電路與目前的電光開關集成在一起變得越來越困難。
在附圖中以示例而非限制的方式圖示了本發明。
圖1是根據本發明的教導，示出在半導體材料中包括環形諧振器和多個波導的光器件的一個實施方案的圖。
圖2是根據本發明教導的光器件中的環形諧振器的一個實施方案的橫截面圖示，其中所述環形諧振器包括放置在半導體中的、具有電荷調製區的脊狀(rib)波導。
圖3是根據本發明的教導，圖示了光通過量或傳輸功率相對於通過光器件的光束的相移或諧振條件的圖。
圖4是根據本發明教導的光器件中的環形諧振器的另一個實施方案的橫截面圖示，其中所述環形諧振器包括放置在半導體中的、具有電荷調製區的脊狀波導。
圖5是根據本發明教導的光器件中的環形諧振器的一個實施方案的橫截面圖示，其中所述環形諧振器包括放置在半導體中的、具有電荷調製區的帶狀(strip)波導。
圖6是圖示了根據本發明的教導在半導體材料中包括多個環形諧振器和多個波導的光器件的一個實施方案的圖。
圖7是具有根據本發明各實施方案的光器件的、包括光發射器和光接收器在內的系統的一個實施方案的框示，所述光器件調製從光發射器發往光接收器的光束。
具體實施例方式
公開了用於在光器件中調製光束的方法和裝置。在以下描述中，闡述了很多具體的細節，以提供對本發明的完整理解。然而，本領域中的普通技術人員將會清楚，無需使用具體的細節來實現本發明。此外，沒有詳細地描述公知的材料或方法，以免模糊本發明。
在整個說明書中提及「一個實施方案」或「實施方案」意味著關於該實施方案描述的具體特徵、結構或特性被包括在本發明的至少一個實施方案中。因此，「在一個實施方案中」或「在實施方案中」在整篇說明書中不同地方的出現不一定全是指同一實施方案。此外，在一個或多個實施方案中可以將這些具體的特徵、結構或特性以適當的方式組合起來。此外，可以理解的是，這裡提供的附圖對於本領域的普通技術人員而言是出於解釋的目的，這些附圖不一定是按比例繪製的。
在本發明的一個實施方案中，以全集成方案在單個集成電路晶片上提供了基於半導體的光器件。這裡描述的光器件的一個實施方案包括光耦合到環形諧振器的基於半導體的光波導。光束被引導通過第一波導。所述光束中與環形諧振器的諧振條件相匹配的某一波長被光耦合進入環形諧振器。然後，所述光束的這一波長被光耦合到第二波導，並從所述光器件中輸出。在一個實施方案中，環形諧振器包括響應於某一信號進行調製的電荷區。例如，在一個實施方案中，環形諧振器包括電容類結構，其中對電荷進行調製以調整環形諧振器的諧振條件或光程長度。可以理解，根據本發明的教導也可以採用其他適當類型的結構，用以調製環形諧振器中的電荷區，所述結構例如是反偏壓PN結構等，用於調製環形諧振器中的電荷，以調整諧振條件。其他實施方案例如可能包括電流注入結構或其他適當的結構，用於調製環形諧振器中的電荷，以調整諧振條件。根據本發明的教導，通過用電荷調製區來調整環形諧振器的諧振條件，響應於所述信號對光束進行調製，所述光束被耦合進第二波導並從光器件中輸出。
為說明起見，圖1一般地圖示了根據本發明教導的光器件101的一個實施方案的圖。在一個實施方案中，光器件101包括具有某種諧振條件的環形諧振器波導107，其被放置在半導體材料103中。輸入光波導105被放置在半導體材料103中並被光耦合到環形諧振器波導107。輸出光波導109被放置在半導體材料103中並被光耦合到環形諧振器波導107。在一個實施方案中，電荷調製區121響應於信號113在環形諧振器波導107內被調製，這將導致環形諧振器波導107的諧振條件響應於信號115而被調整。
下面是根據一個實施方案的操作。包括波長λR的光束115被導入光波導105的輸入埠，如圖1的左下角所示。光束115通過光波導105，一直到達環形諧振器波導107。如果環形諧振器波導107的諧振條件與波長λR匹配，則光束115中的波長λR部分以漸消波的方式(evanescently)耦合到環形諧振器波導107中。光束115中的波長λR部分通過環形諧振器波導107，並且以漸消波的方式耦合到波導109中。光束115中的波長λR部分然後通過波導109，並且離開波導109的返回埠，如圖1的左上角所示。如果環形諧振器波導107沒有和光束115的特定波長(例如λX或λZ)發生諧振，那麼光束115的那些波長繼續在波導105中通行，越過環形諧振器波導107並且離開波導109的輸出埠，如圖1的右下角所示。
在本發明的一個實施方案中，通過調製環形諧振器波導107的諧振條件來調整環形諧振器波導107的光程長度。在一個實施方案中，通過響應於信號113來調製環形諧振器波導107內的電荷調製區121中的自由載荷子，從而改變諧振條件。通過改變環形諧振器波導107的諧振條件，根據本發明的教導對從波導109的返回埠輸出的光束115中的波長λR部分進行調製。在一個實施方案中，設計環形諧振器波導107，使得電荷調製區121具有能夠強有力地改變環形諧振器波導107的光程長度的能力。此外，環形諧振器波導107的一個實施方案具有相當大的諧振性或者說相當大的Q因子，用以幫助提供相當有效的消光比(extinction ratio)。
在一個實施方案中，環形諧振器波導107是放置在半導體材料103中的多個環形諧振器波導之一，並且光耦合在波導105和109之間，用於調製光束115中的λR波長。對光束115中的同一λR波長具有一個以上的環形諧振器波導，這樣根據本發明的教導可以實現改進的Q因子和消光比。在這個實施方案中，半導體材料103中的每個環形諧振器波導都具有通過調製每個環形諧振器波導內的各自電荷調製區中的自由載荷子而進行調製的諧振條件。如果光耦合不夠理想，則折衷就是更清晰(sharper)的圖像與較低輸出功率的交換。
圖2是一個實施方案的環形諧振器波導207沿圖1中的虛線A-A』的橫截面的示圖。可以理解，環形諧振器波導207可以對應於圖1中的環形諧振器波導107。如圖2所示，環形諧振器波導207的一個實施方案是脊狀波導，其包括放置在兩層半導體材料203和204之間的絕緣體層223。
在圖示的實施方案中，信號213通過導體229作用於半導體材料層204。如圖2所示，在一個實施方案中，導體229在脊狀波導中位於光束215的光路徑之外的板狀區(slabregion)227的「上角」中與半導體材料層204相耦合。假設半導體材料層204包括p類摻雜物，半導體材料層203包括n類摻雜物，並且環形諧振器波導207運行於累加模式，那麼調製電荷區221的正載荷子和負載荷子都被衝刷到靠近絕緣體層223的區域中，如圖所示。
當然可以理解的是，根據本發明的教導，可以對半導體材料層203和204的摻雜極性和濃度進行修改或調整，並且/或者環形諧振器波導207可以運行於其他模式(例如反轉或耗盡模式)。此外，可以理解的是，根據本發明的教導，可以將變動範圍的電壓值用於通過導體229的信號213，從而實現靠近絕緣體層223的調製電荷區221。
圖2中的環形諧振器波導207的橫截面示出了光束215在通過環形諧振器波導207時的強度分布。在一個實施方案中，光束215包括波長中心在1310納米或1550納米等附近的紅外光或近紅外光。可以理解的是，根據本發明的教導，光束215可以包括電磁譜中的其他波長。
如上所述，環形諧振器波導207的一個實施方案是脊狀波導，其包括脊狀區225和板狀區227。在所描述的實施方案中，絕緣體層223被放置在環形諧振器波導207的板狀區27中。圖2的實施方案還示出光束215的強度分布是這樣的光束215的一部分朝著環形諧振器波導207的內部傳播經過一部分脊狀區225，光束215的另一部分朝著環形諧振器波導207的內部傳播經過一部分板狀區227。此外，光束215的傳播光模的強度在脊狀區225的「上角」處以及板狀區227的「側面(side)」處非常小，幾乎消失。
在一個實施方案中，半導體材料層203和204包括矽材料、多晶矽材料或者另一種適當的半導體材料，該材料對光束215至少部分是透明的。例如，可以理解，在其他實施方案中，半導體材料層203和204可以包括III-V半導體材料，例如GaAs等。在一個實施方案中，絕緣體層223包括氧化物材料，例如氧化矽或其他適當的材料。
在一個實施方案中，半導體材料層203和204中的每一層都響應於信號213電壓被偏置，以對調製電荷區221中的自由載荷子的濃度進行調製。如圖2所示，光束215被引導通過環形諧振器波導207，使得光束215被引導通過調製電荷區221。作為在調製電荷區221中調製電荷濃度的結果，響應於調製電荷區221和/或信號213，光束215的相位被調製。
在一個實施方案中，對半導體材料層203和204進行摻雜，以包括諸如電子、空穴或其組合的自由載荷子。在一個實施方案中，當光束215通過調製電荷區215時，自由載荷子衰減所述光束215。具體地說，調製電荷區215的自由載荷子通過將光束215的一部分能量轉換為自由載荷子的能量來衰減光束215。
在一個實施方案中，響應於信號213來調製通過調製電荷區215的光束215的相位。在一個實施方案中，通過調製電荷區215的自由載荷子的光束215的相位由於等離子光學效應而受到調製。等離子光學效應是因光電場矢量和可能沿光束215的光路徑存在的自由載荷子之間的交互作用而發生。光束215的電場將極化自由載荷子，這有效地擾動(perturb)了介質的局部介電常數。這又將導致光波傳播速度的擾動，因而擾動了光的折射率，這是因為折射率只是光在真空中的速度和在介質中的速度之比。因此，環形諧振器波導207中的折射率響應於調製電荷區215而受到調製。環形諧振器波導207中已調製的折射率相應地對傳播通過環形諧振器波導207的光束215的相位進行調製。此外，自由載荷子被場加速，並且隨著光能被用盡，導致光場的吸收。折射率擾動(perturbation)一般是一個複數，包括引起速度改變的實部以及與自由載荷子吸收有關的虛部。利用波長λ、折射率變化Δn和交互作用長度L，由下式給出相移φ的量φ＝(2π/λ)ΔnL (方程1)在矽中發生等離子光學效應的情形中，由下式給出因電子濃度變化(ΔNe)和空穴濃度變化(ΔNh)引起的折射率變化Δnn=-e2282c20n0(be(Ne)1.05me*+bh(Nh)0.8mh*)]]>(方程2)其中n0是矽的標稱折射率，e是電子電荷，c是光速，ε0是自由空間的介電常數，me*和mh*分別是電子和空穴的有效質量，be和bh是適配常數。引入到光束215的光路徑中的電荷量隨著環形諧振器波導207中所使用的半導體材料和絕緣材料的層數而增加。總電荷由下式給出Q＝σxS (方程3)其中Q是總電荷，σ是表面電荷密度，而S是光束215通過的所有調製電荷區215的總表面積。
因此，調製電荷區215中自由載荷子的調製改變了折射率，這一調製使光束215發生相移，從而改變了環形諧振器波導207的光程長度和諧振條件。在一個實施方案中，可以採用信號213來施加電壓，以使環形諧振器波導207與光束215中的λR波長發生諧振。在另一個實施方案中，可以採用信號213來施加電壓，以使環形諧振器波導207不再和光束215中的λR波長發生諧振。
可以理解，根據本發明的教導，通過對調製電荷區215中的自由載荷子進行調製，可以非常快地調製環形諧振器波導207的諧振條件。因此，基於根據本發明教導的實施方案的光轉換結構是非常快的，例如具有大於2.5Gbps量級的轉換速度的高速調製器。這和基於熱效應進行調整的慢轉換環形諧振器相比具有優越性。此外，由於可以使用與目前的互補金屬氧化物半導體(CMOS)兼容的製造技術來實現本發明的實施方案，所以與其他技術相比可以大為便宜地完成本發明的實施方案，並且這些實施方案可以與驅動電子電路非常緊密地集成在同一管芯(die)或晶片上。此外，由於本發明的實施方案的設計特性，具有這一特性的光器件與當今的光調製器技術相比，在尺寸上至少可以小兩個量級，所述當今的光調製器技術例如使用陣列波導光柵(AWG)結構等。
可以理解，圖2圖示了根據本發明的實施方案的實施例，其中電容類結構被用來調製環形諧振器波導207中的自由載荷子。在本發明的其他實施方案中，可以使用其他技術來調製環形諧振器波導207中的自由載荷子。例如，可以使用包括反向或前向偏置PN二極體結構的環形諧振器波導207來調製自由載荷子，從而調整諧振條件。其他適當的實施方案可以包括將電流或自由載荷子注入到光束215通過的環形諧振器波導207中。
圖3是根據本發明的教導，圖示了光通過量或傳輸功率相對於通過光器件的光束的相移或諧振條件的圖301。在一個實施方案中，圖301圖示了根據圖1的光器件101的光器件或者根據圖2的環形諧振器波導207。具體地說，圖301示出了特定波長λR的傳輸功率如何隨著環形諧振器的諧振條件的改變而改變。如圖所示，跡線(trace)303示出在沒有相移的情況下，傳輸功率的最小值大約發生6、13和19弧度處。然而，在根據光器件的一個實施方案具有附加相移的情況下，跡線305示出最小值大約發生在4、10和17弧度處。的確，根據本發明的教導，通過對調製電荷區中的自由載荷子進行調製而移動相位或者改變環形諧振器波導的諧振條件，這樣就調製了光束。
圖4是另一個實施方案的環形諧振器波導407沿圖1中的虛線A-A』的橫截面的示圖。可以理解，環形諧振器波導407也可以對應於圖1的環形諧振器波導的實施方案107，並且可用作圖2的環形諧振器波導207的可替換實施方案。在圖4中繪製的實施方案中，環形諧振器波導407是包括放置在兩層半導體材料403和404之間的絕緣體層423的脊狀波導。
在所描述的實施方案中，環形諧振器波導407與圖2的環形諧振器波導207相似，除了絕緣體層423位於環形諧振器波導407的脊狀區425中而不是板狀區427中之外。信號413通過導體429被施加到半導體材料層404。如圖4中所示，在一個實施方案中，導體429在脊狀波導中位於光束415的光路徑之外的脊狀區425的「上角」中與半導體材料層404相耦合。假設半導體材料層404包括p類摻雜物，半導體材料層403包括n類摻雜物，並且環形諧振器波導407運行於累加模式，那麼調製電荷區421的正載荷子和負載荷子都被衝刷到靠近絕緣體層423的區域中，如圖所示。
當然可以理解的是，根據本發明的教導，可以對半導體材料層403和404的摻雜極性和濃度進行修改或調整，並且/或者環形諧振器波導407可以運行於其他模式(例如反轉或耗盡模式)。此外，可以理解的是，根據本發明的教導，可以將變動範圍的電壓值用於通過導體429的信號413，從而實現靠近絕緣體層423的調製電荷區421。
在一個實施方案中，半導體材料層403和404中的每一層都響應於信號413電壓被偏置，以對調製電荷區421中的自由載荷子的濃度進行調製。如圖4所示，光束415被引導通過環形諧振器波導407，使得光束415被引導通過調製電荷區421。作為在調製電荷區421中調製電荷濃度的結果，響應於調製電荷區421和/或信號413，光束415的相位被調製。因此，調製電荷區415中自由載荷子的調製改變了折射率，這一調製使光束415發生相移，從而改變了環形諧振器波導407的光程長度和諧振條件。
圖5是另外一個實施方案的環形諧振器波導507沿著圖1中的虛線A-A』的橫截面圖示。可以理解，環形諧振器波導507也可以對應於圖1的環形諧振器波導的實施方案107，並且可用作圖2的環形諧振器波導207或者圖4的環形諧振器波導407的可替換實施方案。在圖5中繪製的實施方案中，環形諧振器波導507是包括放置在兩層半導體材料503和504之間的絕緣體層523的波導。
在所繪製的實施方案中，環形諧振器波導507與圖2的環形諧振器波導207或者圖4的環形諧振器波導407相似，除了環形諧振器波導507是帶狀波導而不是脊狀波導之外。信號513通過導體529被施加到半導體材料層504。如圖5中所示，在一個實施方案中，導體529在帶狀波導中位於光束515的光路徑之外的「上角」中與半導體材料層504相耦合。假設半導體材料層504包括p類摻雜物，半導體材料層503包括n類摻雜物，並且環形諧振器波導507運行於累加模式，那麼調製電荷區521的正載荷子和負載荷子都被衝刷到靠近絕緣體層523的區域中，如圖所示。
當然可以理解的是，根據本發明的教導，可以對半導體材料層503和504的摻雜物極性和濃度進行修改或調整，並且/或者環形諧振器波導507可以運行於其他模式(例如反轉或耗盡模式)。此外，可以理解的是，根據本發明的教導，可以將變動範圍的電壓值用於通過導體529的信號513，從而實現靠近絕緣體層523的調製電荷區521。
在一個實施方案中，半導體材料層503和504中的每一層都響應於信號513電壓被偏置，以對調製電荷區521中的自由載荷子的濃度進行調製。如圖5所示，光束515被引導通過環形諧振器波導507，使得光束515被引導通過調製電荷區521。作為在調製電荷區521中調製電荷濃度的結果，響應於調製電荷區521和/或信號513，光束515的相位被調製。因此，調製電荷區515中自由載荷子的調製改變了折射率，這一調製使光束515發生相移，從而改變了環形諧振器波導507的光程長度和諧振條件。
需要注意，出於解釋的目的，上面已經描述了具有用「水平」結構來調製的調製電荷區的環形諧振器波導實施方案。例如，在圖2、4和5中圖示的絕緣體層223、423和523相對於它們各自的波導具有「水平」方向。當然可以理解的是，在其他實施方案中，根據本發明的教導，可以利用其他結構來調製電荷調製區中的電荷。例如，在其他實施方案中，可以沿著環形諧振器放置「垂直」類型的結構，例如溝槽式電容類結構，以調製電荷調製區中的電荷，從而調整環形諧振器的諧振條件。在這種實施方案中，根據本發明的教導，可以在半導體材料中沿著環形諧振器放置單個長的溝槽式電容或者多個溝槽式電容類結構。
圖6是一般地圖示了根據本發明的教導在半導體材料中包括多個環形諧振器和多個波導的光器件601的一個實施方案的圖。在一個實施方案中，光器件601包括放置在半導體材料603中的多個環形諧振器波導607A、607B、607C和607D，其中每一個都具有各自的諧振條件。可以理解，雖然在圖6中光器件601被圖示為具有四個環形諧振器波導，但是光器件601可以包括根據本發明的教導可以使用的更多或更少數量的環形諧振器波導。
如所描述的實施方案所示，輸入光波導605被放置在半導體材料603中，並被光耦合到多個環形諧振器波導607A、607B、607C和607D中的每一個。在一個實施方案中，多個環形諧振器波導607A、607B、607C和607D中的每一個都被設計為具有不同的諧振條件，用於從光波導605接收特定的波長λ。同樣如所描述的實施方案所示，多個環形諧振器波導607A、607B、607C和607D中的每一個都被光耦合到放置在半導體材料603中的多個輸出光波導中的各自那一個光波導。例如，圖6示出輸出光波導609A、609B、609C和609D被放置在半導體材料603中，並且每一個都光耦合到各自的環形諧振器波導607A、607B、607C或607D。
在一個實施方案中，響應於各自的信號613A、613B、613C或613D，在各個環形諧振器波導607A、607B、607C或607D中調製各自的電荷調製區，這將導致各個環形諧振器波導607A、607B、607C或607D的諧振條件響應於信號613A、613B、613C或613D而受到調整。
在一個實施方案中，環形諧振器波導607A被設計為使其響應於信號A與波長λ1發生諧振或脫離諧振，環形諧振器波導607B被設計為使其響應於信號B與波長λ2發生諧振或脫離諧振，環形諧振器波導607C被設計為使其響應於信號C與波長λ3發生諧振或脫離諧振，環形諧振器波導607D被設計為響應於信號D與波長λ4發生諧振或脫離諧振。
下面描述根據一個實施方案的操作。包括多個波長(例如λ1、λ2、λ3和λ4)的光束615被導入光波導605的輸入埠，如圖6的左下角所示。可以理解，光束615因此可以是使用在WDM、DWDM系統等當中的通信光束，其中每個波長λ1、λ2、λ3和λ4對應於單獨的信道。光束615通過光波導605，一直到達環形諧振器波導607。
如果環形諧振器波導607A的諧振條件與波長λ1匹配，那麼光束615中的λ1波長部分以漸消波的方式耦合到環形諧振器波導607A中。光束615的剩餘波長或剩餘部分繼續通過光波導605。光束615的λ1波長部分通過環形諧振器波導607A，並且以漸消波的方式耦合到波導609A中。光束615的波長λ1部分然後通過波導609A，並且離開波導609A的返回埠，如圖6的右上角所示。
同樣，如果環形諧振器波導607B的諧振條件與波長λ2匹配，那麼光束615中的λ2波長部分以漸消波的方式耦合到環形諧振器波導607B中，這個λ2波長部分然後以漸消波的方式耦合到波導609B中，並被導出波導609B的返回埠。對于波長λ3和λ4發生同樣的操作。光束615的所有剩餘波長(例如λX和λY)通過環形諧振器波導607A、607B、607C和607D，並且從光波導603(605)的輸出埠中輸出，如圖6的右下角所示。
在一個實施方案中，信號A 613A因此可被用來獨立地調製λ1，信號B 613B因此可被用來獨立地調製λ2，信號C 613C因此可被用來獨立地調製λ3，並且信號D 613D因此可被用來獨立地調製λ4。光束615中經過調製的部分然後在609A、609B、609C和609D的返回埠被輸出，如圖6的右上角所示。在一個實施方案中，輸出光波導609A、609B、609C和609D的返回埠可選地可被重組或者復接到單個波導中，以將其中傳送的多個光束重組為單個光束。
圖7是具有根據本發明各實施方案的光器件的、包括光發射器和光接收器在內的系統的一個實施方案的框示，所述光器件調製從光發射器發往光接收器的光束。具體地說，圖7示出了包括光發射器703和光接收器707的光系統701。在一個實施方案中，光系統701還包括光器件705，其光耦合在光發射器703和光接收器707之間。如圖7所示，光發射器703發射的光束709被光器件705接收。在一個實施方案中，光器件705可以包括光調製器，其包括與本發明的教導一致的具有某種諧振條件的環形諧振器。例如，在一個實施方案中，光器件705可以包括參考圖1-6所描述的任何光器件，用於調製光束709。如所描述的實施方案所示，光器件705響應於信號713來調製光束709。如所描述的實施方案所示，經過調製的光束709然後從光器件705被引導到光接收器707。
在上述描述中，已參考特定的示例性實施方案描述了本發明的方法和裝置。然而將會清楚，在不偏離本發明的更廣泛精神和範圍的前提下可以對其作出各種修改和改變。因此應當將本說明書和附圖視作示例性的而非限制性的。
權利要求
1.一種裝置，包括放置在半導體材料中的、具有諧振條件的環形諧振器；放置在所述半導體材料中的輸入光波導，其光耦合到所述環形諧振器；放置在所述半導體材料中的輸出光波導，其光耦合到所述環形諧振器；以及位於所述環形諧振器中的電荷調製區，所述電荷調製區適於被調製，以調整所述環形諧振器的諧振條件。
2.如權利要求1所述的裝置，其中，光束中與所述環形諧振器的所述諧振條件基本上匹配的波長通過所述環形諧振器從所述輸入光波導被引導到所述輸出光波導。
3.如權利要求1所述的裝置，其中，所述電荷調製區適於被調製，以調整所述環形諧振器的折射率。
4.如權利要求1所述的裝置，其中，所述電荷調製區適於被調製，以改變被引導通過所述環形諧振器的光束的相位。
5.如權利要求1所述的裝置，其中，所述電荷調製區適於被調製，以調整所述環形諧振器的光程長度。
6.如權利要求1所述的裝置，其中，所述環形諧振器包括可變電容性結構，用於調製位於所述環形諧振器中的所述電荷調製區。
7.如權利要求6所述的裝置，其中所述可變電容性結構包括位於所述環形諧振器和傳導層之間的絕緣體，所述傳導層被耦合來接收調製信號，所述電荷調製區適於響應於所述調製信號而被調製。
8.如權利要求7所述的裝置，其中所述傳導層包括矽。
9.如權利要求7所述的裝置，其中所述絕緣體包括氧化物。
10.如權利要求1所述的裝置，其中所述環形諧振器包括放置在所述半導體材料中的PN二極體，用於調製位於所述環形諧振器中的所述電荷調製區。
11.如權利要求1所述的裝置，其中所述半導體材料包括矽。
12.如權利要求1所述的裝置，其中所述環形諧振器是放置在所述半導體材料中的多個環形諧振器之一，其中每一個環形諧振器都具有與被引導通過所述輸入光波導的光束的不同波長基本匹配的不同諧振條件，所述多個環形諧振器中的每一個都光耦合到所述輸入光波導。
13.如權利要求12所述的裝置，其中所述輸出光波導是放置在所述半導體材料中的多個輸出光波導之一，所述多個環形諧振器中的每一個都光耦合到所述多個輸出光波導中對應的一個輸出光波導。
14.如權利要求12所述的裝置，其中所述多個環形諧振器中的每一個都包括多個電荷調製區中對應的一個電荷調製區，所述多個電荷調製區中的每一個都適於被調製，以調整所述多個環形諧振器中每一個的不同諧振條件。
15.如權利要求1所述的裝置，其中所述環形諧振器是放置在所述半導體材料中的多個環形諧振器之一，所述多個環形諧振器光耦合在所述輸入光波導和輸出光波導之間。
16.如權利要求15所述的裝置，其中所述多個環形諧振器的諧振條件適於被調製為基本相同的諧振條件，使得光束中與所述多個環形諧振器的諧振條件基本匹配的波長通過所述多個環形諧振器從所述輸入光波導被引導到所述輸出光波導。
17.如權利要求16所述的裝置，其中響應於所述多個環形諧振器的經過調製的諧振條件，對所述光束中與所述多個環形諧振器的諧振條件基本匹配的所述波長進行調製。
18.一種方法，包括將光束導入放置在半導體材料中的輸入光波導；調製位於環形諧振器中的電荷調製區，以調整所述環形諧振器的諧振條件，所述環形諧振器被放置在所述半導體材料中靠近所述輸入光波導；光耦合所述環形諧振器，以從所述輸入光波導接收所述光束中與所述諧振條件基本匹配的波長；以及將所述光束中與所述諧振條件基本匹配的所述波長從所述環形諧振器引導到輸出光波導，所述輸出光波導被放置在所述半導體材料中靠近所述環形諧振器，其中響應於調製電荷區對所述光束中的所述波長進行調製。
19.如權利要求18所述的方法，其中調製所述電荷調製區的步驟包括利用調製信號使所述電荷調製區與所述光束的所述波長發生諧振。
20.如權利要求18所述的方法，其中調製所述電荷調製區的步驟包括利用調製信號使所述電荷調製區與所述光束的所述波長脫離諧振。
21.如權利要求18所述的方法，其中調製所述電荷調製區的步驟包括對包括在所述環形諧振器中的電容性結構的絕緣體附近的電荷進行調製。
22.如權利要求18所述的方法，其中調製所述電荷調製區的步驟包括反向偏置位於所述半導體材料中的PN二極體。
23.如權利要求18所述的方法，其中調製位於所述環形諧振器中的電荷調製區的步驟包括調製所述環形諧振器的折射率。
24.如權利要求18所述的方法，其中調製位於所述環形諧振器中的電荷調製區的步驟包括在所述環形諧振器中調製所述光束的所述波長的相位。
25.一種系統，包括光發射器，用於發射光束；以及光耦合到所述光發射器的光器件，用於接收所述光束，所述光器件包括放置在半導體材料中的輸入光波導，其被光耦合來接收所述光束；放置在所述半導體材料中的、具有諧振條件的環形諧振器，所述環形諧振器被光耦合到所述輸入光波導；放置在所述半導體材料中的輸出光波導，其光耦合到所述環形諧振器；以及位於所述環形諧振器中的電荷調製區，所述電荷調製區適於被調製，以調整所述環形諧振器的諧振條件，使得所述光束中與所述環形諧振器的諧振條件基本匹配的波長通過所述環形諧振器從所述輸入光波導被引導到所述輸出光波導。
26.如權利要求25所述的系統，還包括光接收器，其光耦合到所述輸出光波導，以接收所述光束中與所述環形諧振器的諧振條件基本匹配的所述波長，其中響應於所述電荷調製區對所述光束的所述波長進行調製。
27.如權利要求25所述的系統，其中所述電荷調製區適於被調製，以調整所述環形諧振器的折射率。
28.如權利要求25所述的系統，其中所述電荷調製區適於被調製，以改變所述光束的相位。
29.如權利要求25所述的系統，其中所述電荷調製區適於被調製，以調整所述環形諧振器的光程長度。
30.如權利要求25所述的系統，其中所述環形諧振器包括可變電容性結構，用於調製位於所述環形諧振器中的所述電荷調製區。
全文摘要
本發明公開了一種通過調製環形諧振器中的電荷以調製該環形諧振器的諧振條件，從而調製光束的裝置和方法。在一個實施方案中，根據本發明實施方案的裝置(101)包括放置在半導體材料中的、具有某種諧振條件的環形諧振器(107)。放置在半導體材料中的輸入光波導(105)被光耦合到所述環形諧振器。輸出光波導(109)被放置在所述半導體材料中，並且光耦合到所述環形諧振器。電荷調製區(121)位於所述環形諧振器中，並且該電荷調製區適於被調製，以調整所述環形諧振器的諧振條件。
文檔編號G02B6/12GK1708725SQ200380101962
公開日2005年12月14日 申請日期2003年10月20日 優先權日2002年10月25日
發明者麥可·莫爾斯, 威廉·黑德利, 馬裡奧·帕尼西亞 申請人:英特爾公司