微环共振器的制造方法
【专利摘要】一种微环共振器（200），包含总线光波导（210）和邻近于总线光波导（210）安置的圆光波导（206），以便在波导（206，210）之间提供光的消逝耦合。圆光波导（206）的包层包括电光聚合物（302），该电光聚合物（302）具有能够通过施加电场（312）而改变的折射率。
【专利说明】微环共振器
【背景技术】
[0001 ] 光子集成电路(circuit)是将多个光子组件集成到单个芯片上的设备。相对于电气组件，光子组件通过例如具有光波长的信号的光信号来操作。光波长典型地在从850纳米(nm)至1650nm的范围内。
[0002]包括光子电路的各个组件可以包含光波导、光放大器、激光器以及检测器。这些组件可以用于利用波分复用(Wavelength Division Multiplexing) (WDM)技术的光网络。WDM技术容许通过单个光纤传输数个波长的光。这提供跨该单光纤的数个通信通道，并且从而容许较大的带宽。带宽指在特定单位时间期间能够传递的数据量。
[0003]可以用于光子电路中的一种类型的光学组件是微环共振器。微环共振器是邻近于总线光波导(bus optical waveguide)放置的圆光波导。总线光波导可以传播多个波长的光。微环共振器能够用于去除或过滤掉传播通过诸如总线光波导的光波导的具体波长的光。这在多个波长的光传播通过波导的情况，如WDM系统的情况，下是有用的。在适当地放置圆光波导时，传播通过总线波导的特定波长的光将耦合至微环共振器中。从而，从总线光波导中过滤掉该波长的光。
【专利附图】
【附图说明】
[0004]附图示例了于此描述的原理的各个范例，并且是说明书的部分。图样仅仅是范例，而不限制权利要求的范围。
[0005]图1是根据于此描述的原理的一个范例的，示出了示例性的微环共振器的图示。
[0006]图2是根据于此描述的原理的一个范例的，示出了示例性的聚合物调制的微环共振器的图示。
[0007]图3是根据于此描述的原理的一个范例的，示出了聚合物调制的微环共振器的示例性的横截面视图的图示。
[0008]图4A和4B是根据于此描述的原理的一个范例的，示出了用于将电光聚合物放置到微环共振器上的示例性的工艺的图示。
[0009]图5是根据于此描述的原理的一个范例的，示出了用于微环共振器调制的示例性的方法的流程图。
[0010]遍及图样，相同的参考号标明相似的但不必然相同的组成部分。
【具体实施方式】
[0011]如以上所提及，可以用于光子电路中的一种类型的光学组件是由圆光波导形成的微环共振器，该圆光波导能够用于从在邻近的总线光波导中传播的光中去除特定波长的光。
[0012]包含微环共振器的光波导由被第二光学透明材料围绕的第一光学透明材料形成，第二光学透明材料比第一光学透明材料具有更低的折射率。外层材料被称为包层。
[0013]微环的各个特性将确定将从邻近的光学总线波导中过滤掉哪个波长的光。这些特性包含波导的周边的长度以及包括微环共振器的材料的折射率。
[0014]也能够控制微环共振器，使得微环共振器选择性地从邻近的总线光波导中提取或不提取特定波长的光。通过术语，在微环共振器是“开通”时，其将从邻近的总线光波导中去除适当波长的光。在微环共振器是“关闭”时，其将不再从邻近的总线光波导中去除该具体波长，并且该波长的光将继续在邻近的总线光波导中传播经过微环共振器，仿佛那里的共振器不在那里。
[0015]“开通”和“关闭”微环共振器的过程被称为调制。从而，微环共振器的调制容许从总线波导中选择性地过滤掉对应波长的光。例如，通常状态中，微环共振器可以从邻近的总线光波导中去除特定波长的光。与此波长相关联的光的频率被称为微环共振器的共振频率。以将被微环共振器过滤掉的频率传播通过邻近总线光波导的光据说与微环共振。然而，在某些状况下，可以调制微环共振器，使得其不再从邻近的总线光波导中去除该特定波长的光。此调制能够用于各种目的，该各种目的包含将数据编码到总线光波导中对应波长的光信号中。
[0016]当前说明书公开了一种用于调制微环共振器的方法。根据某些示例性的范例，可以通过以电光聚合物形成圆波导的包层来调制微环共振器。电光聚合物是响应特定电气状况而其光学性质呈现改变的材料。具体地说，通过施加电场，能够改变某些电光聚合物的折射率。从而，金属接触部能够放置于微环共振器的周围。当在那两个金属接触部之间施加电压时，电场将存在于金属接触部之间。此电场能够改变电光聚合物的折射率，并且因此能够改变微环共振器的有效折射率。这将使得通常将被接收至微环共振器中的特定波长的光不再与微环共振器共振。如果光不与微环共振器共振，那么该光将不会从总线波导耦合至微环共振器中。从而，该光将传播通过总线波导，仿佛微环共振器不存在。
[0017]通过使用体现了于此描述的原理的方法和系统，可以实现调制微环共振器的有效的方式。通过利用电场来调制共振器的有效折射率，最小电流将流动，并且从而消耗很小的功率。另外，电光聚合物的沉积与标准集成电路制造工艺相兼容，并且从而使得利用微环共振器的光子电路的生产成本较低。此外，硅微环具备小的覆盖区(footprint)和良好的光学模式限制。这导致较有效的调制和较高的集成密度。
[0018]在下面的描述中，为了解释的目的，阐述了许多具体的细节，以便提供对当前系统和方法的彻底理解。然而，明显地，对于本领域技术人员，当前装置、系统以及方法可以在没有这些具体细节的情况下得以实施。说明书中提到的“范例”或类似的语言意指结合该范例描述的特定的特点、结构或特性包含于如所描述的范例中，但是可以不包含在其它的范例中。
[0019]现在参考图，图1是示出了示例性的微环共振器(100)的图示。根据某些示例性的范例，微环共振器(102，104)放置为邻近于总线波导(108)。传播通过总线波导(108)的光能够基于微环共振器(102，104)的状态消逝耦合至微环共振器(102，104)。
[0020]如以上所提及，光波导是容许具有光学范围内的波长的电磁辐射的传播的结构。光波长范围从850nm至1650nm。光波导包含由具有较低折射率的第二透明材料围绕的透明材料。折射率是材料的特性，该特性指示光如何行进通过该材料。
[0021]行进通过一个光波导的光可以耦合至邻近的光波导中。此现象被称为消逝耦合
(106)。当光传播通过总线光波导(108)时，其将耦合至微环共振器中，该微环共振器是圆光波导。圆波导的长度将帮助确定哪个波长的光将耦合至该圆波导中，该圆波导的长度指光行进以围绕圆波导做一个完整的旋转的距离。此波长的光据说与微环共振。微环共振器的长度将是耦合至该微环中的光的共振波长的整数倍数。
[0022]在图1的一个范例中，三个波长的光传播通过总线光波导(108)。这些波长被称为波长1、波长2以及波长3。第一微环共振器(102)的长度是使得波长I将耦合至该微环
(102)中。从而，可以由第一微环共振器(102)阻止波长I传播通过总线波导。第二镜像共振器(104)的长度是使得波长2将耦合至微环(104)中。从而，可以由第二微环共振器
(104)阻止波长2传播通过总线波导。在此范例中，波长3将总是传播通过总线波导，因为不存在潜在地去除波长3的微环共振器。从而微环共振器(102，104)用作滤光器，以去除传播通过总线波导(108)的某些波长的光。
[0023]微环共振器能够用于光子电路，以容许某些波长的光表示逻辑“I”或逻辑“O”。例如，特定总线光波导可以传播四个波长的光，每一个波长表示不同的比特。四个微环共振器可以放置为邻近于该总线光波导，每一个微环共振器去除不同波长的光。那些微环共振器将确定哪个波长的光将表示逻辑“I”或逻辑“O”。如果微环共振器是“开通”，那么其将阻止传播通过总线波导的四个波长中其相应波长的传播。相反，如果微环共振器是“关闭”，那么其将容许其相应波长的光传播通过总线波导。
[0024]“开通”或“关闭”微环共振器的过程被称为调制。在其通常状态中，微环共振器是开通的，并且容许传播通过其圆波导的长度。然而，某些状况可以施加至微环共振器，使得光将不再被共振器捕获。这关闭微环共振器，并且从而其相应波长的光将畅通无阻地通过总线光波导(108)。
[0025]图2是示出了聚合物调制的微环共振器(200)的示例性的俯视图的图示。根据某些示例性的范例，微环共振器的圆波导的包层可以由电光聚合物(208)组成。如以上所提及，电光聚合物是响应电气状况而改变其光学性质的材料。能够通过施加电场(212)来改变某些类型的电光聚合物的折射率。
[0026]圆波导(206)的内部材料可以是诸如硅的材料。可以以容许某些波长的光的传播的精度来对硅进行构图。这些波长的光惯常用于光子电路中。在将硅微环形成到衬底上后，电光聚合物(208)可以放置于微环的顶部，以形成包层。以下将在伴随附图4A和4B的文本中描述关于制造聚合物调制的微环共振器的工艺的更多细节。
[0027]根据某些示例性的范例，第一金属接触部(202)形成于硅微环共振器的外周边的周围。第二金属接触部(204)放置为使得其从微环(206)的中心延伸至微环(206)的外周边。在一些情况下，第二金属接触部可以延伸经过总线波导(210)。金属接触部可以由任何适当的导电材料形成。当在两个金属接触部(202，204)之间施加电压时，则电场(212)将在两个金属接触部之间并跨围绕微环(206)的电光聚合物而形成。
[0028]施加跨电光聚合物(208 )的电场(212 )将充分改变聚合物(208 )的折射率，使得特定频率的光将不再被微环捕获。下面的等式描述了折射率以哪种方式受电场的影响。
[0029]dN=(l/2)*n3*reff*E (等式 I)
[0030]其中:
[0031]dN=电光聚合物的折射率的改变；
[0032]η=电光聚合物的折射率；[0033]reff=电光系数；以及
[0034]E=电场强度。
[0035]某些电光聚合物具有高的电光系数，并且从而较小的电场能够产生折射率的较大的改变。电场的强度取决于施加于两个金属接触部(202，204)之间的电压的强度。从而，电光系数可以使得与电子电路相关联的标准电压对于足够地改变折射率以适当调制微环是足够的。当适当调制微环后，具有期望的波长的光则不再能够传播通过微环，并且从而将不阻止针对该微环的相应波长的光传播通过总线波导(210)。
[0036]图3是示出了聚合物调制的微环共振器的示例性的横截面视图的图示。根据某些示例性的范例，微环(306)形成于衬底(304)上。衬底可以由诸如二氧化硅的介电材料组成。金属接触部(308，310)也形成于衬底(304)上。然后将电光聚合物(302)设置在微环和金属接触部的顶部。
[0037]电光聚合物不需要精确放置于微环内部材料的表面周围。相反，电光聚合物大体沉积在微环调制器的顶部。可以在标准集成电路制造工艺期间形成金属接触部和微环。在此工艺的后端沉积电光聚合物容许低成本的制造工艺。
[0038]如以上所提及，在第一金属接触部(308)和第二金属接触部(310)之间施加电压(312)创建跨电光聚合物(302)的电场(312)。电光聚合物(302)不是导电材料，并且从而存在很小的流过聚合物(302)的电流。因为存在很小的流动的电流，所以施加电压以创建电场消耗很小的功率。
[0039]图4A和图4B是示出了用于将电光聚合物放置到微环共振器上的示例性的工艺的图示。图4A示例了在沉积电光聚合物之前，光子电路的部分的俯视图。根据某些示例性的范例，若干微环(406)邻近于总线波导(408)放置于衬底(410)上。每一个微环(406)的长度可以稍有不同，使得每一个微环从总线波导(408)中过滤掉不同波长的光。
[0040]图4B示例了在微环(406)的顶部沉积了电光聚合物(412)之后，光子电路的俯视图。电光聚合物沉积可以足够大以覆盖微环(406)。如以上所提及，电光聚合物的沉积不必以使得其将仅仅围绕微环表面的精度放置。相反，电光聚合物(412)可以沉积为使得电光聚合物(412)覆盖金属接触部(402)的部分。金属接触部可以连接至将施加电压以创建电场的外部电路。替代地，金属接触部可以通过开关连接至衬底(410)内部的电路。当开关开通时，在金属接触部(402，404)之间供应电压。当开关关闭时，则没有电压施加于金属接触部(402，404)之间。
[0041]在一些情况下，由于制造工艺中的不规则，微环可能不以期望的频率共振。期望的频率是将传播通过总线光波导以用于调制的频率。例如，总线光波导可以传播四个不同的特定波长的光。从而，四个不同的微环共振器将用于过滤掉那些波长的光。精确地制造该小的环的工艺是困难的，并且从而环可能不总是以将穿过总线光波导的光的频率共振。
[0042]为了补偿这个，除了用于调制微环的电压之外，能够跨圆光波导施加电压。此电压将被称为偏移电压。偏移电压可以是直流(DC)电压。这将引起待跨电光聚合物施加的DC电场，从而改变包层的折射率。此改变能够使得其将共振频率偏移至传播通过总线波导的那些频率中的一个频率。于是在以高频率开通或关闭调制电压时，此偏移电压保持就位。
[0043]在一些情况下，偏移电压，就像芯片的部分一样，可以以某些频率开通或关闭。这些频率将一般小于IMHz，IMHz与用于调制微环的IGHz频率相比仍然相对低。另外，微环共振器的共振频率可以基于温度和其它的环境因素随时间漂移。可以相应地调整此DC电场以补偿该漂移。
[0044]用于保持DC电场的功率是相对低的。消耗的功率是电极之间的电容、施加于电极处的电压、以及用以切换电压的频率的函数。因为施加的DC电压具有比I兆赫(MHz)小得多的频率，所以消耗的功率保持小。
[0045]图5是示出了用于微环共振器调制的示例性的方法的流程图。根据某些示例性的范例，该方法包含:使光通过(框502)总线光波导；将光消逝耦合(框504)至邻近于总线光波导的圆光波导中，圆光波导的包层包括电光聚合物；以及施加(框506)跨电光聚合物的电场，以使电光聚合物的折射率变化。
[0046]总之，通过使用体现于此描述的原理的方法和系统，可以实现调制微环共振器的有效的方式。通过利用电场来调制共振器，没有电流将流动，并且从而消耗很小的功率。通过使用WDM技术来组合各以不同的波长操作的多个共振器，每通信带宽的能量消耗大大地降低。另外，电光聚合物的沉积与标准集成电路制造工艺相兼容，并且从而使得利用微环共振器的光子电路的生产成本较低。
[0047]仅仅为了示例和描述所描述的原理的范例而介绍了前面的描述。此描述不旨在是穷尽性的或将这些原理限制为所公开的任何精确形式。鉴于以上教导，许多修改和变动是可能的。
【权利要求】
1.一种微环共振器(200),包括: 总线光波导(210);以及 圆光波导(206)，所述圆光波导安置为邻近于所述总线光波导(210)，以便在所述波导(206,210)之间提供光的消逝耦合； 其中，所述圆光波导(206)的包层包括电光聚合物(302)，所述电光聚合物(302)具有能够通过施加电场(312)而改变的折射率。
2.根据权利要求1所述的共振器，还包括: 第一金属接触部(202)，所述第一金属接触部(202)安置在所述圆光波导(206)的外周边上；以及 第二金属接触部(204)，所述第二金属接触部(204)从所述圆光波导(206)的中心延伸至所述圆光波导(206)的所述外周边。
3.根据权利要求2所述的共振器，还包括电压供应部(314)，所述电压供应部(314)在所述第一金属接触部(202)和所述第二金属接触部(204)之间供应电压，所述电压引起跨所述电光聚合物(302)的电场(313),所述电光聚合物(302)围绕所述圆光波导(206)。
4.根据权利要求1所述的共振器，其中所述总线光波导(210)和所述圆光波导(206)被设置到衬底(304 )上，并且所述电光聚合物(302 )被设置在所述圆光波导(206 )的顶部。
5.根据权利要求1所述的共振器，还包括电压供应部(314)，所述电压供应部(314)施加偏移电压以使所述圆光波导(206 )的共振频率发生偏移。
6.根据权利要求5所述的共振器，其中所述圆光波导(206)的长度使得:除非跨围绕所述圆波导(206)的所述电光聚合物(302)施加电场(312),通过所述总线光波导(210)的光的波长将不会传播通过所述总线光波导(210)。
7.根据权利要求1所述的共振器，其中，所述圆光波导(206)包括硅。
8.一种用于调制微环共振器的方法，所述方法包括: 使光通过总线光波导(210); 将所述光消逝耦合至邻近于所述总线光波导(210)的圆光波导(206)中，所述圆光波导(206)的包层包括电光聚合物(302);以及 施加跨所述电光聚合物(302)的电场(312)，以使所述电光聚合物(302)的折射率变化。
9.根据权利要求8所述的方法，其中施加跨所述电光聚合物(302)的电场(312)包括: 在安置在所述圆光波导(206)的外周边上的第一金属接触部(202)和从所述圆光波导(206)的中心延伸至所述圆光波导(206)的所述外周边的第二金属接触部(204)之间施加电压(312)。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述电压具有足够的强度来引起所述电场(312)充分改变所述折射率，以不再容许通过所述总线光波导(210)的光传播通过所述圆光波导(206)。
11.根据权利要求8所述的方法，其中，所述总线光波导(210)和所述圆光波导(208)被设置到衬底(304)上，并且在制造工艺的后端期间设置所述电光聚合物(302)。
12.根据权利要求8所述的方法，其中所述圆光波导(206)的长度使得:不跨所述电光聚合物(302)施加所述电场(312)，传播通过所述总线光波导(210)的所述光的波长将不会传播通过所述总线光波导(210)。
13.根据权利要求8所述的方法，还包括将偏移电压施加至所述圆光波导(206)，以使所述圆光波导(206)的共振频率发生偏移。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括利用附加的圆波导来过滤掉光的所述附加的波长，所述附加的圆波导具有防止所述附加的波长传播通过所述总线光波导(210)的长度。
15.一种光子电路，包括: 总线光波导(408)； 多个圆光波导(406)，所述多个圆光波导(406)安置为邻近于所述总线光波导(408)，以便在所述总线光波导(406)和所述圆光波导(408)之间提供消逝耦合，所述圆光波导(406)的长度防止光的波长传播通过所述总线光波导(408)； 电光聚合物(412),所述电光聚合物(412)被设置到所述圆光波导(406)的周围上，以用作包层； 金属接触部(402，404)，所述金属接触部(402，404)围绕所述圆光波导(406);以及 电压供应部(314)，所述电压供应部将电压施加至所述金属接触部(402，404)，以形成跨所述电光聚合物(412 )的电场(312 )，所述电场(312 )具有足够的值来使所述电光聚合物(412)的折射率变化，使得使所述圆波导(406)脱离共振。
【文档编号】G02B6/28GK103649798SQ201180072291
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2011年6月15日 优先权日:2011年6月15日
【发明者】彭臻, R·G·博索莱伊 申请人:惠普发展公司，有限责任合伙企业