光波导结构的制作方法
【专利摘要】本发明的实施例描述了多段光波导，通过减小给定波导长度需要的器件长度，该多段光波导使得光调制器能够是低功率和无热的。本发明的实施例描述了在其自身上折叠并且从而包含至少两个部分的光波导。从而，如果对器件进行两重折叠，则本发明的实施例可以将调制器的器件尺寸减小至少大约一半（如果对调制器进行三重折叠、四重折叠、五重折叠等，则器件尺寸还可以减小）。本发明的实施例还使得为多段光波导创建期望的电光效应所要求的电极长度能够减小。在本发明的实施例中，某些电极可以“共用”于波导的不同段之中，由此减小了具有给定长度的波导的器件的功率需求和电容。
【专利说明】光波导结构
【技术领域】
[0001]本发明的实施例总体涉及光学器件，并且更具体地涉及光波导设计。
【背景技术】
[0002]经由光学系统的数据的传输通过以某种方式将信息赋予光学信号上来执行。光调制器可以用于将承载信息的电信号转换成光调制信号。当前，调制器要么是无热的(即，不受系统的操作温度的变化的影响，其可以包含调制器和/或光源)且消耗高功率，要么是高度温度依赖的(即，容易受到系统的操作温度的变化的影响)且消耗低功率。
[0003]图1是如现有技术中已知的马赫-曾德尔干涉仪(Mach-Zehnder (MZI))的图示。调制器100包含光波导分支器110、光波导复合器120、以及光波导分支130和140，每ー个分支包含光学有源材料。电极135和145分别与波导分支130和140相关联。
[0004]调制器100接收从光源(例如，激光器)至光波导分支器110的光，以使光沿着分支130和140行迸。重新结合的光束从光波导复合器120的末端处离开调制器。施加至电极135和145的电压提供传播通过分支130和140的光的相位变化(即，光学有源材料的折射率将基于施加至电极的电压变化)。
[0005]从而，当没有将调制电压施加至电极组中的任何一个电极吋，沿着分支130和140行进的光同相地到达复合器120。如果将电压施加至电极组中的一个电极，则由于电光效应，差分变化发生，并且信号异相地到达复合器120。通过控制至电极组中的ー个或两个电极的调制电压，可以操作MZIlOO以将连续波转换成高比特率的调制信号。
[0006]对于高频执行，调制器的电极需要短的器件长度，以由于总的器件电容而获得高速。如果电极不是足够短，则为了提高调制的效率，同时保持高的调制频率，则可以使光波和电信号(射频电磁波)在材料中共同传播。采用了光和电信号的共同传播的光电子器件属于称作行波器件的种类；然而，行波器件消耗更大的功率，并且其结构的复杂性对于批量生产不是理想的。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]下面的描述包含对具有通过本发明的实施例的实现的范例的方式给出的示例的图的讨论。图样应该理解为当作范例，而不当作限制。如于此所使用的，对ー个或多个“实施例”的提及应当理解为描述包含在本发明的至少ー个实现中的特定的特征、结构或特性。从而，于此出现的诸如“在一个实施例中”或“在替代实施例中”的短语描述了本发明的各个实施例和实现，而不必全部指相同的实施例。然而，它们也不必是互相排斥的。
[0008]图1是现有技术的马赫-曾德尔干涉仪的图示；
[0009]图2A和图2B是根据本发明的实施例的光波导的图示；
[0010]图3A是利用了本发明的实施例的马赫-曾德尔干涉仪的图示；
[0011]图3B是示例了相比于现有技术的本发明的实施例的电容特性的图示；
[0012]图4是可以利用本发明的实施例的光通信系统的框图；[0013]图5是可以利用本发明的实施例的计算系统的框图。
[0014]接下来是某些细节和实现的描述，包含图的说明，其可以描绘下面所描述的ー些或全部的实施例，也讨论于此所介绍的创新构思的其它潜在的实施例或实现。下面提供了本发明的实施例的概述，接着是參考图样的更详细的描述。
【具体实施方式】
[0015]本发明的实施例描述了多段光波导，通过减小给定波导长度需要的器件长度，该多段光波导使得光调制器能够是低功率的和无热的(即，不受系统的操作温度的变化的影响，该系统可以包含调制器和/或光源)。本发明的实施例描述了在其自身上折叠(fold)并且从而包含至少两个部分的光波导，该光波导包括本领域已知的任何光学有源材料。因此，如果器件两重折叠(twofold)布置，则本发明的实施例可以减小调制器的器件长度至少大约一半。鉴于下面讨论的范例实施例，将清楚的是，根据本发明的实施例的光波导可以布置为三重折叠、四重折叠、五重折叠等。
[0016]本发明的实施例还使得对多段光波导创建期望的电光效应所要求的电极长度能够减小。此外，鉴于下面讨论的范例实施例和图，将理解的是，电极可以“共用”于多段光波导的不同段之中，由此减小了具有给定长度的波导的器件的功率需求和电容。
[0017]图2A和图2B是根据本发明的实施例的光波导的图示。在此范例中，光学器件200包含多个电极，包含电极201、202以及203 (S卩，电极202是对电极201和203的补充(complementary))。在此实施例中，所述电极是彼此相对平行的。在其它的实施例中，所述电极可以以不平行的方式排列。波导的光学有源材料置于电极之间并且由电极控制。如上所述，可以使用本领域已知的任何光学有源材料——例如，电光聚合物(EOP)、铁电氧化物(例如，LiNb03)、压电材料(例如，PLTZ)、以及电吸收材料(II1-V族或锗量子阱器件，其中电信号控制光的吸收)。
[0018]应当理解的是，根据本发明的实施例的光波导由至少两种材料形成:芯和包覆材料(见，例如包覆层230)。芯和包覆材料中的每者可以包含波导的光学有源材料。例如，在一个实施例中，只有包覆材料是光学有源的(即，层230是电光材料)。在另ー个实施例中，波导芯和包覆层两者都由光学有源材料形成。在另ー个实施例中，只有波导芯是光学有源的。
[0019]光学器件200还包含多段光波导，该多段光波导包含经由弯曲部220连接的段211和212。所述弯曲部可以包括任何紧密限制的弯曲部，使得光不可以逃脱。在此实施例中，段211位于电极201和202之间，而段212位于电极202和203之间(在所述段和所述电极之间具有间隔或间隙，使得正在传播的光将不与电极本身相互作用);因此，段211和212是彼此相对平行的。
[0020]光学器件200可以包括，例如，执行相位移动调制的移相器。从而，当光传播通过光波导段211且将电差异(例如，电压)施加至电极201和202时,包括光波导段211的光学有源材料的折射率变化，导致传播通过所述段的光的相位变化。应当理解的是，可以将相同的电压经由电极202和203施加至波导段212，以产生相同的电光效应。还应当理解的是，在此实施例中，因为多个电极中没有任何电极与弯曲部220相连接，所以在多段波导的此部分中不产生电光效应。[0021]应当理解的是，如果每一个波导段具有L的长度，那么器件200的多段光波导具有大致2L的长度——即，两个波导段的长度。器件200的整体长度大致是L。此外，电极202 “共用”于光波导段211和212之间，由此减小了电容和由器件200消耗的功率。
[0022]器件250包含在其自身上折叠三次的多段光波导(即，除了其还包含波导段213、弯曲部225以及电极204外，该器件与器件200相似)。从而，器件250的多段光波导具有大致3L的长度，而器件250的整体长度大致是L。此外，器件250具有2L的有效电极长度(SP，器件250具有各个的总计长度为2L的补充(complimentary)电极)，由此与具有3L的波导长度(即，包含单段光波导的器件将类似地要求各个的总计长度为3L的补充电极)的现有技术移相器相比，具有减小了的电容和功率需求。
[0023]图3A是利用了本发明的实施例的马赫-曾德尔干涉仪(MZI)的图示。在此实施例中，与图1的现有技术MZI相似，MZI300包含光波导分支器310、光波导复合器320、以及两个波导“分支”330和340 ;然而，在此实施例中，每一个波导分支包括三重折叠的多段光波导，与图2的器件250的光波导类似(从而，多段光波导分支330包含光波导段331、332以及333，而多段光波导分支340包含光波导段341、342以及343)。
[0024]MZI300还包含电极351-357。应当理解的是，所述电极“共用”于光波导段之间，由此减小了有效电容和由MZI300消耗的功率(即，施加至电极351和352的电压改变了光波导段331的折射率；352/353改变了段332的折射率；353/354改变了段333的折射率；354/355改变了段341的折射率；355/356改变了段342的折射率；且356/357改变了段343的折射率)。
[0025]从而，在此实施例中，MZI300包含具有大致3L的长度的光波导分支，而具有大致L的器件长度。应当理解的是，在此实施例中，MZI300的电极的长度(即，L)短于电信号波长(即，3L);从而，电极351-357更可能起集总电极(lump electrode)的作用，而不是起行波电极的作用。还应当理解的是，器件中折叠的数目可以增大超过MZI300中描绘的折叠，使得电极充分短以起集总电极的作用。
[0026]图3B是示例了相比于现有技术的本发明的实施例的电容特性的图示。在此图示中，示出了 MZI300和MZI100 (即，现有技术)的表示。应当理解的是，调制器的功率需求随着电容的增大而线性地增大。从而，应当理解的是，由于折叠的多段光波导和共用的电极结构，本发明的实施例减小了给定长度的调制器的功率需求。
[0027]假定MZI300和MZI100都包括相同的波导长度(例如，3L)，如上所述以及如表390中所示出的，与现有技术MZI100 (3L)相比，MZI300将具有更短的器件长度(L)。此外，由于由折叠的多段光波导造成的减小了的电极长度，MZI300具有每波导段长度(D6C1+3C2的有效电容，而MZI100具有每波导长度(3U2C1+2C2的有效电容。因此，如表390中所示出的，MZI300的有效电容是6C1 (L)+3C2 (L)，而MZI100的有效电容是6C1 (L)+6C2 (L)，意味着MZI300的电容比MZI100的电容小3C2(L)。应当理解的是，与现有技术MZI在有效电容方面的差异在本发明的其它实施例中可以更大，该其它实施例中，所述光波导在其自身上折叠三次以上。电容C2是寄生电容，也能够通过本领域技术人员已知的各种技术来降低该寄生电容。可以预期，能够使C2显著地小于C1。
[0028]应当理解的是，由于其较短的电极长度，MZI300更可能不要求行波电极来进行高频执行。因为电极足够短于光波导(即，L相比于3L)，所述电极可以起集总元件的作用。应当理解的是，器件中折叠的数目可以增大超过MZI300中所描绘的折叠，使得电极充分短以起集总电极的作用。还应当理解的是，消除对行波电极的需要减小了器件的功率需求。当电极长度超出集总电极条件时，电极需要是行波类型的，其要求电阻端接(例如，50欧姆)，已知该电阻端接引发高功率损失(并且从而，本发明的实施例可以消除此功率损失)。还应当理解的是，本发明的实施例也可以减小器件的设计和工艺复杂性，使得所述器件更容易制造以及更适合于批量生产。
[0029]图4是利用了本发明的实施例的简化了的光学电信系统的框图。系统400包含发送电路410、光源420、检测器430以及接收电路440。光源420可以经由传输介质450将光学信号传输至检测器430，传输介质450可以包括本领域已知的任何功能的光学传输介质(例如，光纤介质)。
[0030]接收电路440可以包含具有根据以上所描述的任一实施例的多段光波导的任何调制器。所述调制器可以对从光源420所接收的光执行振幅(即，强度)或相位调制。
[0031]图5是可以利用本发明的实施例的系统的框图。系统500可以包含在例如台式电脑、膝上型电脑、平板电脑、上网本、笔记本电脑、个人数字助理(PDA)、服务器、工作站、蜂窝电话、移动计算器件、因特网器具(Internet appliance)或者任何其它类型的计算器件中。
[0032]系统500可以包含经由系统总线520与用户接口 560、系统存储器530、专用集成电路(ASIC) 540以及网络连接器550交换数据的处理器510。系统存储器530和ASIC540还可以利用光学的芯片至芯片(chip-to-chip)的连接590来交换数据，光学的芯片至芯片的连接590可以利用包含根据本发明的任何实施例的光波导的调制器。应当理解的是，将芯片至芯片的连接590示出于系统存储器530和ASIC540之间仅仅是作为范例，并且利用了根据本发明的实施例的光波导结构的芯片至芯片的连接可以由计算系统中的任何芯片使用。此外，计算系统可以在芯片至芯片的连接以外的光学数据传输中(例如，板至板的连接，系统数据输入/输出)利用本发明的实施例。
[0033]系统500还可以包含发送和接收由系统500的各个元件处理的信号的天线和RF电路570。以上所描述的天线可以是定向天线或者全向天线。如于此所使用的，术语全向天线指在至少一个平面内具有基本均勻的图案(pattern)的任何天线。例如,在一些实施例中，所述天线可以是诸如偶极天线或者四分之一波天线的全向天线。也例如，在一些实施例中，所述天线可以是诸如抛物面天线(parabolic dish antenna)、贴片天线或八木天线的定向天线。在一些实施例中，系统500可以包含多个物理天线。
[0034]虽然示出为和网络连接器550分离，但是应当理解的是，在其它的实施例中，天线和RF电路570可以包括根据但不限制于IEEE802.11标准及其相关家族、家庭电力线网络联盟(Home Plug AV (HPAV))、超宽带(Ultra Wide Band (UWB))、蓝牙、WiMax、或任何其它形式的无线通信协议来操作的无线接口。
[0035]于此所描述的以上被称为过程、服务器或工具的各个组成部分可以是用于执行所描述的功能的手段。于此所描述的每一个组成部分包含软件或硬件，或者其组合。全部的组成部分都可以实现为软件模块、硬件模块、特殊用途的硬件(例如，专用硬件、ASIC、DSP等)、嵌入式控制器、硬连线电路、硬件逻辑等。软件内容(例如，数据、指令、配置)可以经由包含了非暂时的、有形的计算机或机器可读存储介质的制造物品提供，其提供表示能够运行的指令的内容。该内容可以导致计算机执行于此所描述的各种功能/操作。[0036]应该指出的是，以上利用像“优选地”、“通常”以及“典型地”的术语不是来限制所要求保护的发明的范围或来暗示某些特征对于所要求保护的发明的结构或功能是关键的、必需的或者甚至重要的。更确切地，这些术语仅仅旨在强调可以或不可以在本发明的特定实施例中利用的替代的或附加的特征。
[0037]已经详细地并且参考本发明的具体实施例描述了本发明，明显地，进行修改和改变而不脱离所附权利要求中限定的本发明的范围是可能的。更具体地，尽管本发明的某些方面于此标识为是优选的或特别有利的，但是可以构想的是，本发明不必限制于本发明的这些优选的方面。可以做出许多修改，以使本发明的教导适应特定情况，而不脱离其范围。
【权利要求】
1.ー种装置，包括: 多个电极，所述多个电极包含:第一电极；第二电极，所述第二电极是对所述第一电极的补充；以及第三电极，所述第三电极是对所述第二电极的补充；所述多个电极中的每ー个电极彼此相对平行地排列；以及 多段光波导，所述多段光波导包含光学有源材料并且包括第一段和第二段，所述第一段位于所述第一电极和所述第二电极之间，所述第二段位于所述第二电极和所述第三电极之间； 所述第一段的所述光学有源材料的折射率基于施加至所述第一电极和所述第二电极的电差异而变化，并且所述第二段的所述光学有源材料的折射率基于施加至所述第二电极和所述第三电极的电差异而变化。
2.根据权利要求1所述的装置，所述多个电极还包括第四电极，所述第四电极是对所述第三电极的补充，所述多段光波导还包括第三段，所述第三段位于所述第三电极和所述第四电极之间，所述第三段的所述光学有源材料的折射率基于施加至所述第三电极和所述第四电极的电差异而变化。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述多个电极和所述多段光波导包括第一分支，所述装置还包括: 第二分支，所述第二分支包含第二多段光波导和第二多个电极，所述第二多段光波导包含位于所述第四电极的与所述多段光波导的所述第三段相反的一侧上的段； 输入光波导分支器，所述 输入光波导分支器稱合至所述第一分支和所述第二分支；以及 输出波导复合器，所述输出波导复合器I禹合至所述第一分支和所述第二分支。
4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述多个电极中的每ー个电极足够地短于所述第一多段光波导和所述第二多段光波导，以便起集总元件的作用。
5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述多段光波导的所述第一段和所述第二段中的每一段的所述光学有源材料包括n注入的Si区域和p注入的Si区域，并且施加至所述电极的所述电差异包括电压。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述多段光波导的所述光学有源材料包括电光聚合物(EOP)、铁电氧化物、压电材料、II1- V族电吸收材料、或锗电吸收材料。
7.一种系统,包括: 光源； 调制器，包含: 多个电极，包含:第一电极；第二电极，所述第二电极是对所述第一电极的补充；以及第三电极，所述第三电极是对所述第二电极的补充；所述多个电极中的每ー个电极彼此相对平行地排列；以及 多段光波导，所述多段光波导包含光学有源材料并且包括第一段和第二段，所述第一段位于所述第一电极和所述第二电极之间，所述第二段位于所述第二电极和所述第三电极之间，所述第一段的所述光学有源材料的折射率基于施加至所述第一电极和所述第二电极的电差异而变化，并且所述第二段的所述光学有源材料的折射率基于施加至所述第二电极和所述第三电极的电差异而变化；以及传输介质，所述光源经由所述传输介质将光传输至所述调制器。
8.根据权利要求7所述的系统，所述调制器的所述多个电极还包括第四电极，所述第四电极是对所述第三电极的补充，所述多段光波导还包括第三段，所述第三段位于所述第三电极和所述第四电极之间，所述第三段的所述光学有源材料的折射率基于施加至所述第三电极和所述第四电极的电差异而变化。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述调制器的所述多个电极和所述多段光波导包括第一分支，所述调制器还包括: 第二分支，所述第二分支包含第二多段光波导和第二多个电极，所述第二多段光波导包含位于所述第四电极的与所述多段光波导的所述第三段相反的一侧上的段； 输入光波导分支器，所述输入光波导分支器稱合至所述第一分支和所述第二分支；以及 输出波导复合器，所述输出波导复合器I禹合至所述第一分支和所述第二分支。
10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述调制器的所述多个电极中的每ー个电极足够地短于所述第一多段光波导和所述第二多段光波导，以便起集总元件的作用。
11.根据权利要求7所述的系统，其中，所述多段光波导的所述第一段和所述第二段中的每一段的所述光学有源材料包括n注入的Si区域和p注入的Si区域，并且施加至所述电极的所述电差异包括电压。
12.根据权利要求7所述的系统，其中，所述多段光波导的所述光学有源材料包括电光聚合物(EOP)、铁电氧化 物、压电材料、II1- V族电吸收材料、或锗电吸收材料。
13.—种系统,包括: 处理器； 存储器；以及 集成电路(1C)，所述IC与所述处理器和所述存储器中的至少之ー经由芯片至芯片的光学接ロ交换数据，所述芯片至芯片的光学接ロ包含调制器，所述调制器包括: 多个电极，所述多个电极包含第一电极；第二电极，所述第二电极是对所述第一电极的补充；以及第三电极，所述第三电极是对所述第二电极的补充；所述多个电极中的每ー个电极彼此相对平行地排列；以及 多段光波导，所述多段光波导包含光学有源材料并且包括第一段和第二段，所述第一段位于所述第一电极和所述第二电极之间，所述第二段位于所述第二电极和所述第三电极之间，所述第一段的所述光学有源材料的折射率基于施加至所述第一电极和所述第二电极的电差异而变化，并且所述第二段的所述光学有源材料的折射率基于施加至所述第二电极和所述第三电极的电差异而变化。
14.根据权利要求13所述的系统，所述调制器的所述多个电极还包括第四电极，所述第四电极是对所述第三电极的补充，所述多段光波导还包括第三段，所述第三段位于所述第三电极和所述第四电极之间，所述第三段的所述光学有源材料的折射率基于施加至所述第三电极和所述第四电极的电差异而变化。
15.根据权利要求14所述的系统，其中，所述调制器的所述多个电极和所述多段光波导包括第一分支，所述调制器还包括: 第二分支，所述第二分支包含第二多段光波导和第二多个电极，所述第二多段光波导包含位于所述第四电极的与所述多段光波导的所述第三段相反的一侧上的段； 输入光波导分支器，所述输入光波导分支器稱合至所述第一分支和所述第二分支；以及 输出波导复合器，所述输出波导复合器I禹合至所述第一分支和所述第二分支。
16.根据权利要求15所述的系统，其中，所述调制器的所述多个电极中的每ー个电极足够地短于所述第一多段光波导和所述第二多段光波导，以便起集总元件的作用。
17.根据权利要求13所述的系统，其中，所述多段光波导的所述第一段和所述第二段中的每一段的所述光学有源材料包括n注入的Si区域和p注入的Si区域，并且施加至所述电极的所述电差异包括电压。
18.根据权利要求13所述的系统，其中，所述多段波导的所述光学有源材料包括电光聚合物(EOP)、铁电氧化物、压电材料、II1- V族电吸收材料、或锗电吸收材料。
19.根据权利要求13所述的系统，还包括: 天线；以及 射频电路，所述射频电路耦合至所述天线，以接收信号数据，所述信号数据将被存储在所述存储器中。·
【文档编号】G02B6/122GK103597386SQ201280026104
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2012年3月29日 优先权日:2011年4月1日
【发明者】M·J·科布林斯基, B·A·布洛克, P·L·张 申请人:英特尔公司