专利名称：利用具有电荷调制区的环形谐振器调制光束的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明总地涉及光学，更具体地说，本发明涉及调制光束。
背景技术：
随着因特网数据流量的增长速度逐步赶上推动光通信需求的语音流量，日益需要快速有效的基于光学的技术。在密集波分复用(DWDM)系统和吉比特(gigabit)以太网系统中在同一光纤上传输多个光信道，这为利用光纤所提供的空前容量(信号带宽)提供了一种简单的方式。在系统中通常使用的光元件包括波分复用(WDM)发射器和接收器、诸如衍射光栅的光滤波器、薄膜滤波器、光纤布拉格(Bragg)光栅、阵列波导光栅、光插分(add/drop)复用器、激光器和光开关。光开关可被用来调制光束。两种常见类型的光开关是机械开关(switch)器件和电光开关器件。
机械开关器件一般包括被放置在光纤之间的光路中的物理元件。移动这些元件以引发转换动作(switching action)。微机电系统(MEMS)最近已被用于微型机械开关。因为MEMS是基于硅的，并且可以使用某些传统的硅处理技术来处理，所以MEMS广为使用。然而，由于MEMS技术一般有赖于物理部件或元件的实际机械运动，所以MEMS通常受限于较低速的光学应用，例如具有毫秒量级响应时间的应用。
在电光开关器件中，电压被施加到器件的选定部分，以建立该器件内的电场。电场改变所述器件内的选定材料的光学属性，并且电光效应导致转换动作。电光器件一般使用电光材料，这种材料将光学透明度与随电压变化的光学行为结合起来。使用在电光开关器件中的一种典型类型的单晶电光材料是铌酸锂(LiNbO3)。
铌酸锂是一种透明的材料，呈现出Pockels效应一类的电光属性。Pockels效应是这样一种光现象，即诸如铌酸锂一类介质的折射率随施加的电场而变。铌酸锂的变化折射率可被用来提供转换。所施加的电场由外部控制电路提供给目前的电光开关。
虽然这些类型器件的转换速度是非常快的，例如达到纳秒量级，但是目前的电光开关器件的一个缺点就是这些器件一般需要相对较高的电压，以转换光束。因此，通常专门制造用来控制目前电光开关的外部电路，以生成高压并且忍受大量的功耗。此外，随着器件尺寸持续变小并且电路密度持续增大，将外部高压控制电路与目前的电光开关集成在一起变得越来越困难。
在附图中以示例而非限制的方式图示了本发明。
图1是根据本发明的教导，示出在半导体材料中包括环形谐振器和多个波导的光器件的一个实施方案的图。
图2是根据本发明教导的光器件中的环形谐振器的一个实施方案的横截面图示，其中所述环形谐振器包括放置在半导体中的、具有电荷调制区的脊状(rib)波导。
图3是根据本发明的教导，图示了光通过量或传输功率相对于通过光器件的光束的相移或谐振条件的图。
图4是根据本发明教导的光器件中的环形谐振器的另一个实施方案的横截面图示，其中所述环形谐振器包括放置在半导体中的、具有电荷调制区的脊状波导。
图5是根据本发明教导的光器件中的环形谐振器的一个实施方案的横截面图示，其中所述环形谐振器包括放置在半导体中的、具有电荷调制区的带状(strip)波导。
图6是图示了根据本发明的教导在半导体材料中包括多个环形谐振器和多个波导的光器件的一个实施方案的图。
图7是具有根据本发明各实施方案的光器件的、包括光发射器和光接收器在内的系统的一个实施方案的框示，所述光器件调制从光发射器发往光接收器的光束。
具体实施例方式
公开了用于在光器件中调制光束的方法和装置。在以下描述中，阐述了很多具体的细节，以提供对本发明的完整理解。然而，本领域中的普通技术人员将会清楚，无需使用具体的细节来实现本发明。此外，没有详细地描述公知的材料或方法，以免模糊本发明。
在整个说明书中提及“一个实施方案”或“实施方案”意味着关于该实施方案描述的具体特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施方案中。因此，“在一个实施方案中”或“在实施方案中”在整篇说明书中不同地方的出现不一定全是指同一实施方案。此外，在一个或多个实施方案中可以将这些具体的特征、结构或特性以适当的方式组合起来。此外，可以理解的是，这里提供的附图对于本领域的普通技术人员而言是出于解释的目的，这些附图不一定是按比例绘制的。
在本发明的一个实施方案中，以全集成方案在单个集成电路芯片上提供了基于半导体的光器件。这里描述的光器件的一个实施方案包括光耦合到环形谐振器的基于半导体的光波导。光束被引导通过第一波导。所述光束中与环形谐振器的谐振条件相匹配的某一波长被光耦合进入环形谐振器。然后，所述光束的这一波长被光耦合到第二波导，并从所述光器件中输出。在一个实施方案中，环形谐振器包括响应于某一信号进行调制的电荷区。例如，在一个实施方案中，环形谐振器包括电容类结构，其中对电荷进行调制以调整环形谐振器的谐振条件或光程长度。可以理解，根据本发明的教导也可以采用其他适当类型的结构，用以调制环形谐振器中的电荷区，所述结构例如是反偏压PN结构等，用于调制环形谐振器中的电荷，以调整谐振条件。其他实施方案例如可能包括电流注入结构或其他适当的结构，用于调制环形谐振器中的电荷，以调整谐振条件。根据本发明的教导，通过用电荷调制区来调整环形谐振器的谐振条件，响应于所述信号对光束进行调制，所述光束被耦合进第二波导并从光器件中输出。
为说明起见，图1一般地图示了根据本发明教导的光器件101的一个实施方案的图。在一个实施方案中，光器件101包括具有某种谐振条件的环形谐振器波导107，其被放置在半导体材料103中。输入光波导105被放置在半导体材料103中并被光耦合到环形谐振器波导107。输出光波导109被放置在半导体材料103中并被光耦合到环形谐振器波导107。在一个实施方案中，电荷调制区121响应于信号113在环形谐振器波导107内被调制，这将导致环形谐振器波导107的谐振条件响应于信号115而被调整。
下面是根据一个实施方案的操作。包括波长λR的光束115被导入光波导105的输入端口，如图1的左下角所示。光束115通过光波导105，一直到达环形谐振器波导107。如果环形谐振器波导107的谐振条件与波长λR匹配，则光束115中的波长λR部分以渐消波的方式(evanescently)耦合到环形谐振器波导107中。光束115中的波长λR部分通过环形谐振器波导107，并且以渐消波的方式耦合到波导109中。光束115中的波长λR部分然后通过波导109，并且离开波导109的返回端口，如图1的左上角所示。如果环形谐振器波导107没有和光束115的特定波长(例如λX或λZ)发生谐振，那么光束115的那些波长继续在波导105中通行，越过环形谐振器波导107并且离开波导109的输出端口，如图1的右下角所示。
在本发明的一个实施方案中，通过调制环形谐振器波导107的谐振条件来调整环形谐振器波导107的光程长度。在一个实施方案中，通过响应于信号113来调制环形谐振器波导107内的电荷调制区121中的自由载荷子，从而改变谐振条件。通过改变环形谐振器波导107的谐振条件，根据本发明的教导对从波导109的返回端口输出的光束115中的波长λR部分进行调制。在一个实施方案中，设计环形谐振器波导107，使得电荷调制区121具有能够强有力地改变环形谐振器波导107的光程长度的能力。此外，环形谐振器波导107的一个实施方案具有相当大的谐振性或者说相当大的Q因子，用以帮助提供相当有效的消光比(extinction ratio)。
在一个实施方案中，环形谐振器波导107是放置在半导体材料103中的多个环形谐振器波导之一，并且光耦合在波导105和109之间，用于调制光束115中的λR波长。对光束115中的同一λR波长具有一个以上的环形谐振器波导，这样根据本发明的教导可以实现改进的Q因子和消光比。在这个实施方案中，半导体材料103中的每个环形谐振器波导都具有通过调制每个环形谐振器波导内的各自电荷调制区中的自由载荷子而进行调制的谐振条件。如果光耦合不够理想，则折衷就是更清晰(sharper)的图像与较低输出功率的交换。
图2是一个实施方案的环形谐振器波导207沿图1中的虚线A-A’的横截面的示图。可以理解，环形谐振器波导207可以对应于图1中的环形谐振器波导107。如图2所示，环形谐振器波导207的一个实施方案是脊状波导，其包括放置在两层半导体材料203和204之间的绝缘体层223。
在图示的实施方案中，信号213通过导体229作用于半导体材料层204。如图2所示，在一个实施方案中，导体229在脊状波导中位于光束215的光路径之外的板状区(slabregion)227的“上角”中与半导体材料层204相耦合。假设半导体材料层204包括p类掺杂物，半导体材料层203包括n类掺杂物，并且环形谐振器波导207运行于累加模式，那么调制电荷区221的正载荷子和负载荷子都被冲刷到靠近绝缘体层223的区域中，如图所示。
当然可以理解的是，根据本发明的教导，可以对半导体材料层203和204的掺杂极性和浓度进行修改或调整，并且/或者环形谐振器波导207可以运行于其他模式(例如反转或耗尽模式)。此外，可以理解的是，根据本发明的教导，可以将变动范围的电压值用于通过导体229的信号213，从而实现靠近绝缘体层223的调制电荷区221。
图2中的环形谐振器波导207的横截面示出了光束215在通过环形谐振器波导207时的强度分布。在一个实施方案中，光束215包括波长中心在1310纳米或1550纳米等附近的红外光或近红外光。可以理解的是，根据本发明的教导，光束215可以包括电磁谱中的其他波长。
如上所述，环形谐振器波导207的一个实施方案是脊状波导，其包括脊状区225和板状区227。在所描述的实施方案中，绝缘体层223被放置在环形谐振器波导207的板状区27中。图2的实施方案还示出光束215的强度分布是这样的光束215的一部分朝着环形谐振器波导207的内部传播经过一部分脊状区225，光束215的另一部分朝着环形谐振器波导207的内部传播经过一部分板状区227。此外，光束215的传播光模的强度在脊状区225的“上角”处以及板状区227的“侧面(side)”处非常小，几乎消失。
在一个实施方案中，半导体材料层203和204包括硅材料、多晶硅材料或者另一种适当的半导体材料，该材料对光束215至少部分是透明的。例如，可以理解，在其他实施方案中，半导体材料层203和204可以包括III-V半导体材料，例如GaAs等。在一个实施方案中，绝缘体层223包括氧化物材料，例如氧化硅或其他适当的材料。
在一个实施方案中，半导体材料层203和204中的每一层都响应于信号213电压被偏置，以对调制电荷区221中的自由载荷子的浓度进行调制。如图2所示，光束215被引导通过环形谐振器波导207，使得光束215被引导通过调制电荷区221。作为在调制电荷区221中调制电荷浓度的结果，响应于调制电荷区221和/或信号213，光束215的相位被调制。
在一个实施方案中，对半导体材料层203和204进行掺杂，以包括诸如电子、空穴或其组合的自由载荷子。在一个实施方案中，当光束215通过调制电荷区215时，自由载荷子衰减所述光束215。具体地说，调制电荷区215的自由载荷子通过将光束215的一部分能量转换为自由载荷子的能量来衰减光束215。
在一个实施方案中，响应于信号213来调制通过调制电荷区215的光束215的相位。在一个实施方案中，通过调制电荷区215的自由载荷子的光束215的相位由于等离子光学效应而受到调制。等离子光学效应是因光电场矢量和可能沿光束215的光路径存在的自由载荷子之间的交互作用而发生。光束215的电场将极化自由载荷子，这有效地扰动(perturb)了介质的局部介电常数。这又将导致光波传播速度的扰动，因而扰动了光的折射率，这是因为折射率只是光在真空中的速度和在介质中的速度之比。因此，环形谐振器波导207中的折射率响应于调制电荷区215而受到调制。环形谐振器波导207中已调制的折射率相应地对传播通过环形谐振器波导207的光束215的相位进行调制。此外，自由载荷子被场加速，并且随着光能被用尽，导致光场的吸收。折射率扰动(perturbation)一般是一个复数，包括引起速度改变的实部以及与自由载荷子吸收有关的虚部。利用波长λ、折射率变化Δn和交互作用长度L，由下式给出相移φ的量φ＝(2π/λ)ΔnL (方程1)在硅中发生等离子光学效应的情形中，由下式给出因电子浓度变化(ΔNe)和空穴浓度变化(ΔNh)引起的折射率变化ΔnΔn=-e2λ28π2c2ϵ0n0(be(ΔNe)1.05me*+bh(ΔNh)0.8mh*)]]>(方程2)其中n0是硅的标称折射率，e是电子电荷，c是光速，ε0是自由空间的介电常数，me*和mh*分别是电子和空穴的有效质量，be和bh是适配常数。引入到光束215的光路径中的电荷量随着环形谐振器波导207中所使用的半导体材料和绝缘材料的层数而增加。总电荷由下式给出Q＝σxS (方程3)其中Q是总电荷，σ是表面电荷密度，而S是光束215通过的所有调制电荷区215的总表面积。
因此，调制电荷区215中自由载荷子的调制改变了折射率，这一调制使光束215发生相移，从而改变了环形谐振器波导207的光程长度和谐振条件。在一个实施方案中，可以采用信号213来施加电压，以使环形谐振器波导207与光束215中的λR波长发生谐振。在另一个实施方案中，可以采用信号213来施加电压，以使环形谐振器波导207不再和光束215中的λR波长发生谐振。
可以理解，根据本发明的教导，通过对调制电荷区215中的自由载荷子进行调制，可以非常快地调制环形谐振器波导207的谐振条件。因此，基于根据本发明教导的实施方案的光转换结构是非常快的，例如具有大于2.5Gbps量级的转换速度的高速调制器。这和基于热效应进行调整的慢转换环形谐振器相比具有优越性。此外，由于可以使用与目前的互补金属氧化物半导体(CMOS)兼容的制造技术来实现本发明的实施方案，所以与其他技术相比可以大为便宜地完成本发明的实施方案，并且这些实施方案可以与驱动电子电路非常紧密地集成在同一管芯(die)或芯片上。此外，由于本发明的实施方案的设计特性，具有这一特性的光器件与当今的光调制器技术相比，在尺寸上至少可以小两个量级，所述当今的光调制器技术例如使用阵列波导光栅(AWG)结构等。
可以理解，图2图示了根据本发明的实施方案的实施例，其中电容类结构被用来调制环形谐振器波导207中的自由载荷子。在本发明的其他实施方案中，可以使用其他技术来调制环形谐振器波导207中的自由载荷子。例如，可以使用包括反向或前向偏置PN二极管结构的环形谐振器波导207来调制自由载荷子，从而调整谐振条件。其他适当的实施方案可以包括将电流或自由载荷子注入到光束215通过的环形谐振器波导207中。
图3是根据本发明的教导，图示了光通过量或传输功率相对于通过光器件的光束的相移或谐振条件的图301。在一个实施方案中，图301图示了根据图1的光器件101的光器件或者根据图2的环形谐振器波导207。具体地说，图301示出了特定波长λR的传输功率如何随着环形谐振器的谐振条件的改变而改变。如图所示，迹线(trace)303示出在没有相移的情况下，传输功率的最小值大约发生6、13和19弧度处。然而，在根据光器件的一个实施方案具有附加相移的情况下，迹线305示出最小值大约发生在4、10和17弧度处。的确，根据本发明的教导，通过对调制电荷区中的自由载荷子进行调制而移动相位或者改变环形谐振器波导的谐振条件，这样就调制了光束。
图4是另一个实施方案的环形谐振器波导407沿图1中的虚线A-A’的横截面的示图。可以理解，环形谐振器波导407也可以对应于图1的环形谐振器波导的实施方案107，并且可用作图2的环形谐振器波导207的可替换实施方案。在图4中绘制的实施方案中，环形谐振器波导407是包括放置在两层半导体材料403和404之间的绝缘体层423的脊状波导。
在所描述的实施方案中，环形谐振器波导407与图2的环形谐振器波导207相似，除了绝缘体层423位于环形谐振器波导407的脊状区425中而不是板状区427中之外。信号413通过导体429被施加到半导体材料层404。如图4中所示，在一个实施方案中，导体429在脊状波导中位于光束415的光路径之外的脊状区425的“上角”中与半导体材料层404相耦合。假设半导体材料层404包括p类掺杂物，半导体材料层403包括n类掺杂物，并且环形谐振器波导407运行于累加模式，那么调制电荷区421的正载荷子和负载荷子都被冲刷到靠近绝缘体层423的区域中，如图所示。
当然可以理解的是，根据本发明的教导，可以对半导体材料层403和404的掺杂极性和浓度进行修改或调整，并且/或者环形谐振器波导407可以运行于其他模式(例如反转或耗尽模式)。此外，可以理解的是，根据本发明的教导，可以将变动范围的电压值用于通过导体429的信号413，从而实现靠近绝缘体层423的调制电荷区421。
在一个实施方案中，半导体材料层403和404中的每一层都响应于信号413电压被偏置，以对调制电荷区421中的自由载荷子的浓度进行调制。如图4所示，光束415被引导通过环形谐振器波导407，使得光束415被引导通过调制电荷区421。作为在调制电荷区421中调制电荷浓度的结果，响应于调制电荷区421和/或信号413，光束415的相位被调制。因此，调制电荷区415中自由载荷子的调制改变了折射率，这一调制使光束415发生相移，从而改变了环形谐振器波导407的光程长度和谐振条件。
图5是另外一个实施方案的环形谐振器波导507沿着图1中的虚线A-A’的横截面图示。可以理解，环形谐振器波导507也可以对应于图1的环形谐振器波导的实施方案107，并且可用作图2的环形谐振器波导207或者图4的环形谐振器波导407的可替换实施方案。在图5中绘制的实施方案中，环形谐振器波导507是包括放置在两层半导体材料503和504之间的绝缘体层523的波导。
在所绘制的实施方案中，环形谐振器波导507与图2的环形谐振器波导207或者图4的环形谐振器波导407相似，除了环形谐振器波导507是带状波导而不是脊状波导之外。信号513通过导体529被施加到半导体材料层504。如图5中所示，在一个实施方案中，导体529在带状波导中位于光束515的光路径之外的“上角”中与半导体材料层504相耦合。假设半导体材料层504包括p类掺杂物，半导体材料层503包括n类掺杂物，并且环形谐振器波导507运行于累加模式，那么调制电荷区521的正载荷子和负载荷子都被冲刷到靠近绝缘体层523的区域中，如图所示。
当然可以理解的是，根据本发明的教导，可以对半导体材料层503和504的掺杂物极性和浓度进行修改或调整，并且/或者环形谐振器波导507可以运行于其他模式(例如反转或耗尽模式)。此外，可以理解的是，根据本发明的教导，可以将变动范围的电压值用于通过导体529的信号513，从而实现靠近绝缘体层523的调制电荷区521。
在一个实施方案中，半导体材料层503和504中的每一层都响应于信号513电压被偏置，以对调制电荷区521中的自由载荷子的浓度进行调制。如图5所示，光束515被引导通过环形谐振器波导507，使得光束515被引导通过调制电荷区521。作为在调制电荷区521中调制电荷浓度的结果，响应于调制电荷区521和/或信号513，光束515的相位被调制。因此，调制电荷区515中自由载荷子的调制改变了折射率，这一调制使光束515发生相移，从而改变了环形谐振器波导507的光程长度和谐振条件。
需要注意，出于解释的目的，上面已经描述了具有用“水平”结构来调制的调制电荷区的环形谐振器波导实施方案。例如，在图2、4和5中图示的绝缘体层223、423和523相对于它们各自的波导具有“水平”方向。当然可以理解的是，在其他实施方案中，根据本发明的教导，可以利用其他结构来调制电荷调制区中的电荷。例如，在其他实施方案中，可以沿着环形谐振器放置“垂直”类型的结构，例如沟槽式电容类结构，以调制电荷调制区中的电荷，从而调整环形谐振器的谐振条件。在这种实施方案中，根据本发明的教导，可以在半导体材料中沿着环形谐振器放置单个长的沟槽式电容或者多个沟槽式电容类结构。
图6是一般地图示了根据本发明的教导在半导体材料中包括多个环形谐振器和多个波导的光器件601的一个实施方案的图。在一个实施方案中，光器件601包括放置在半导体材料603中的多个环形谐振器波导607A、607B、607C和607D，其中每一个都具有各自的谐振条件。可以理解，虽然在图6中光器件601被图示为具有四个环形谐振器波导，但是光器件601可以包括根据本发明的教导可以使用的更多或更少数量的环形谐振器波导。
如所描述的实施方案所示，输入光波导605被放置在半导体材料603中，并被光耦合到多个环形谐振器波导607A、607B、607C和607D中的每一个。在一个实施方案中，多个环形谐振器波导607A、607B、607C和607D中的每一个都被设计为具有不同的谐振条件，用于从光波导605接收特定的波长λ。同样如所描述的实施方案所示，多个环形谐振器波导607A、607B、607C和607D中的每一个都被光耦合到放置在半导体材料603中的多个输出光波导中的各自那一个光波导。例如，图6示出输出光波导609A、609B、609C和609D被放置在半导体材料603中，并且每一个都光耦合到各自的环形谐振器波导607A、607B、607C或607D。
在一个实施方案中，响应于各自的信号613A、613B、613C或613D，在各个环形谐振器波导607A、607B、607C或607D中调制各自的电荷调制区，这将导致各个环形谐振器波导607A、607B、607C或607D的谐振条件响应于信号613A、613B、613C或613D而受到调整。
在一个实施方案中，环形谐振器波导607A被设计为使其响应于信号A与波长λ1发生谐振或脱离谐振，环形谐振器波导607B被设计为使其响应于信号B与波长λ2发生谐振或脱离谐振，环形谐振器波导607C被设计为使其响应于信号C与波长λ3发生谐振或脱离谐振，环形谐振器波导607D被设计为响应于信号D与波长λ4发生谐振或脱离谐振。
下面描述根据一个实施方案的操作。包括多个波长(例如λ1、λ2、λ3和λ4)的光束615被导入光波导605的输入端口，如图6的左下角所示。可以理解，光束615因此可以是使用在WDM、DWDM系统等当中的通信光束，其中每个波长λ1、λ2、λ3和λ4对应于单独的信道。光束615通过光波导605，一直到达环形谐振器波导607。
如果环形谐振器波导607A的谐振条件与波长λ1匹配，那么光束615中的λ1波长部分以渐消波的方式耦合到环形谐振器波导607A中。光束615的剩余波长或剩余部分继续通过光波导605。光束615的λ1波长部分通过环形谐振器波导607A，并且以渐消波的方式耦合到波导609A中。光束615的波长λ1部分然后通过波导609A，并且离开波导609A的返回端口，如图6的右上角所示。
同样，如果环形谐振器波导607B的谐振条件与波长λ2匹配，那么光束615中的λ2波长部分以渐消波的方式耦合到环形谐振器波导607B中，这个λ2波长部分然后以渐消波的方式耦合到波导609B中，并被导出波导609B的返回端口。对于波长λ3和λ4发生同样的操作。光束615的所有剩余波长(例如λX和λY)通过环形谐振器波导607A、607B、607C和607D，并且从光波导603(605)的输出端口中输出，如图6的右下角所示。
在一个实施方案中，信号A 613A因此可被用来独立地调制λ1，信号B 613B因此可被用来独立地调制λ2，信号C 613C因此可被用来独立地调制λ3，并且信号D 613D因此可被用来独立地调制λ4。光束615中经过调制的部分然后在609A、609B、609C和609D的返回端口被输出，如图6的右上角所示。在一个实施方案中，输出光波导609A、609B、609C和609D的返回端口可选地可被重组或者复接到单个波导中，以将其中传送的多个光束重组为单个光束。
图7是具有根据本发明各实施方案的光器件的、包括光发射器和光接收器在内的系统的一个实施方案的框示，所述光器件调制从光发射器发往光接收器的光束。具体地说，图7示出了包括光发射器703和光接收器707的光系统701。在一个实施方案中，光系统701还包括光器件705，其光耦合在光发射器703和光接收器707之间。如图7所示，光发射器703发射的光束709被光器件705接收。在一个实施方案中，光器件705可以包括光调制器，其包括与本发明的教导一致的具有某种谐振条件的环形谐振器。例如，在一个实施方案中，光器件705可以包括参考图1-6所描述的任何光器件，用于调制光束709。如所描述的实施方案所示，光器件705响应于信号713来调制光束709。如所描述的实施方案所示，经过调制的光束709然后从光器件705被引导到光接收器707。
在上述描述中，已参考特定的示例性实施方案描述了本发明的方法和装置。然而将会清楚，在不偏离本发明的更广泛精神和范围的前提下可以对其作出各种修改和改变。因此应当将本说明书和附图视作示例性的而非限制性的。
权利要求
1.一种装置，包括放置在半导体材料中的、具有谐振条件的环形谐振器；放置在所述半导体材料中的输入光波导，其光耦合到所述环形谐振器；放置在所述半导体材料中的输出光波导，其光耦合到所述环形谐振器；以及位于所述环形谐振器中的电荷调制区，所述电荷调制区适于被调制，以调整所述环形谐振器的谐振条件。
2.如权利要求1所述的装置，其中，光束中与所述环形谐振器的所述谐振条件基本上匹配的波长通过所述环形谐振器从所述输入光波导被引导到所述输出光波导。
3.如权利要求1所述的装置，其中，所述电荷调制区适于被调制，以调整所述环形谐振器的折射率。
4.如权利要求1所述的装置，其中，所述电荷调制区适于被调制，以改变被引导通过所述环形谐振器的光束的相位。
5.如权利要求1所述的装置，其中，所述电荷调制区适于被调制，以调整所述环形谐振器的光程长度。
6.如权利要求1所述的装置，其中，所述环形谐振器包括可变电容性结构，用于调制位于所述环形谐振器中的所述电荷调制区。
7.如权利要求6所述的装置，其中所述可变电容性结构包括位于所述环形谐振器和传导层之间的绝缘体，所述传导层被耦合来接收调制信号，所述电荷调制区适于响应于所述调制信号而被调制。
8.如权利要求7所述的装置，其中所述传导层包括硅。
9.如权利要求7所述的装置，其中所述绝缘体包括氧化物。
10.如权利要求1所述的装置，其中所述环形谐振器包括放置在所述半导体材料中的PN二极管，用于调制位于所述环形谐振器中的所述电荷调制区。
11.如权利要求1所述的装置，其中所述半导体材料包括硅。
12.如权利要求1所述的装置，其中所述环形谐振器是放置在所述半导体材料中的多个环形谐振器之一，其中每一个环形谐振器都具有与被引导通过所述输入光波导的光束的不同波长基本匹配的不同谐振条件，所述多个环形谐振器中的每一个都光耦合到所述输入光波导。
13.如权利要求12所述的装置，其中所述输出光波导是放置在所述半导体材料中的多个输出光波导之一，所述多个环形谐振器中的每一个都光耦合到所述多个输出光波导中对应的一个输出光波导。
14.如权利要求12所述的装置，其中所述多个环形谐振器中的每一个都包括多个电荷调制区中对应的一个电荷调制区，所述多个电荷调制区中的每一个都适于被调制，以调整所述多个环形谐振器中每一个的不同谐振条件。
15.如权利要求1所述的装置，其中所述环形谐振器是放置在所述半导体材料中的多个环形谐振器之一，所述多个环形谐振器光耦合在所述输入光波导和输出光波导之间。
16.如权利要求15所述的装置，其中所述多个环形谐振器的谐振条件适于被调制为基本相同的谐振条件，使得光束中与所述多个环形谐振器的谐振条件基本匹配的波长通过所述多个环形谐振器从所述输入光波导被引导到所述输出光波导。
17.如权利要求16所述的装置，其中响应于所述多个环形谐振器的经过调制的谐振条件，对所述光束中与所述多个环形谐振器的谐振条件基本匹配的所述波长进行调制。
18.一种方法，包括将光束导入放置在半导体材料中的输入光波导；调制位于环形谐振器中的电荷调制区，以调整所述环形谐振器的谐振条件，所述环形谐振器被放置在所述半导体材料中靠近所述输入光波导；光耦合所述环形谐振器，以从所述输入光波导接收所述光束中与所述谐振条件基本匹配的波长；以及将所述光束中与所述谐振条件基本匹配的所述波长从所述环形谐振器引导到输出光波导，所述输出光波导被放置在所述半导体材料中靠近所述环形谐振器，其中响应于调制电荷区对所述光束中的所述波长进行调制。
19.如权利要求18所述的方法，其中调制所述电荷调制区的步骤包括利用调制信号使所述电荷调制区与所述光束的所述波长发生谐振。
20.如权利要求18所述的方法，其中调制所述电荷调制区的步骤包括利用调制信号使所述电荷调制区与所述光束的所述波长脱离谐振。
21.如权利要求18所述的方法，其中调制所述电荷调制区的步骤包括对包括在所述环形谐振器中的电容性结构的绝缘体附近的电荷进行调制。
22.如权利要求18所述的方法，其中调制所述电荷调制区的步骤包括反向偏置位于所述半导体材料中的PN二极管。
23.如权利要求18所述的方法，其中调制位于所述环形谐振器中的电荷调制区的步骤包括调制所述环形谐振器的折射率。
24.如权利要求18所述的方法，其中调制位于所述环形谐振器中的电荷调制区的步骤包括在所述环形谐振器中调制所述光束的所述波长的相位。
25.一种系统，包括光发射器，用于发射光束；以及光耦合到所述光发射器的光器件，用于接收所述光束，所述光器件包括放置在半导体材料中的输入光波导，其被光耦合来接收所述光束；放置在所述半导体材料中的、具有谐振条件的环形谐振器，所述环形谐振器被光耦合到所述输入光波导；放置在所述半导体材料中的输出光波导，其光耦合到所述环形谐振器；以及位于所述环形谐振器中的电荷调制区，所述电荷调制区适于被调制，以调整所述环形谐振器的谐振条件，使得所述光束中与所述环形谐振器的谐振条件基本匹配的波长通过所述环形谐振器从所述输入光波导被引导到所述输出光波导。
26.如权利要求25所述的系统，还包括光接收器，其光耦合到所述输出光波导，以接收所述光束中与所述环形谐振器的谐振条件基本匹配的所述波长，其中响应于所述电荷调制区对所述光束的所述波长进行调制。
27.如权利要求25所述的系统，其中所述电荷调制区适于被调制，以调整所述环形谐振器的折射率。
28.如权利要求25所述的系统，其中所述电荷调制区适于被调制，以改变所述光束的相位。
29.如权利要求25所述的系统，其中所述电荷调制区适于被调制，以调整所述环形谐振器的光程长度。
30.如权利要求25所述的系统，其中所述环形谐振器包括可变电容性结构，用于调制位于所述环形谐振器中的所述电荷调制区。
全文摘要
本发明公开了一种通过调制环形谐振器中的电荷以调制该环形谐振器的谐振条件，从而调制光束的装置和方法。在一个实施方案中，根据本发明实施方案的装置(101)包括放置在半导体材料中的、具有某种谐振条件的环形谐振器(107)。放置在半导体材料中的输入光波导(105)被光耦合到所述环形谐振器。输出光波导(109)被放置在所述半导体材料中，并且光耦合到所述环形谐振器。电荷调制区(121)位于所述环形谐振器中，并且该电荷调制区适于被调制，以调整所述环形谐振器的谐振条件。
文档编号G02B6/12GK1708725SQ200380101962
公开日2005年12月14日 申请日期2003年10月20日 优先权日2002年10月25日
发明者迈克尔·莫尔斯, 威廉·黑德利, 马里奥·帕尼西亚 申请人:英特尔公司