[發(fā)明專利]單環(huán)有源的雙環(huán)耦合共振腔

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200610143429.1
• 申請(qǐng)日: 2006-10-27
• 公開（公告）號(hào): CN101169500A
• 公開（公告）日: 2008-04-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 段子剛;施煒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 深圳大學(xué)
• 主分類號(hào): G02B6/26
• 分類號(hào): G02B6/26;G02F1/01
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一.技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種單環(huán)有源的電控雙環(huán)耦合共振腔元器件；涉及一系列基于此種元器件的光電子器件；涉及利用外延、鍍膜、光刻、腐蝕、刻蝕等半導(dǎo)體工藝技術(shù)制作此種元器件并將其應(yīng)用于一系列基于此種元器件的方法。

二.技術(shù)背景

耦合環(huán)形共振腔，特別是尺寸達(dá)到100微米量級(jí)以下的耦合微環(huán)共振腔被認(rèn)為是未來光通信和光子器件的核心元器件。由于具有速度快、靈敏度高、體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，環(huán)形共振腔可以用以實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的窄帶濾波、上下路、雙穩(wěn)態(tài)、光開關(guān)、調(diào)制、共振放大、靈敏探測(cè)等功能，因此可以廣泛地應(yīng)用于濾波器、M-Z干涉儀、光交叉連接器、分叉復(fù)用器、多波長(zhǎng)同步調(diào)制器、激光器、生物光信號(hào)探測(cè)器等一系列光器件。

環(huán)形共振腔對(duì)光信號(hào)的響應(yīng)是通過改變波導(dǎo)材料折射率進(jìn)而改變光波相位進(jìn)行調(diào)節(jié)的。而波導(dǎo)材料折射率的改變可以通過光致折射率效應(yīng)、電注入載流子或者熱電效應(yīng)等機(jī)制來實(shí)現(xiàn)。環(huán)形共振腔的性能主要依賴于兩個(gè)參數(shù)：損耗(包括耦合器的插入損耗、材料的吸收損耗和由表面粗糙和側(cè)壁引起的散射損耗等)和耦合系數(shù)。由于損耗的存在和工藝誤差所引起的耦合系數(shù)的偏移會(huì)導(dǎo)致環(huán)形共振腔中心波長(zhǎng)的漂移和消光比的降低，并可能引起信號(hào)串繞。為了提高環(huán)形共振腔的性能，有必要引入增益和調(diào)節(jié)機(jī)制，以增加器件的靈活性和可控性，例如：對(duì)于光纖環(huán)腔引入摻鉺光纖放大器，而對(duì)于III-V族半導(dǎo)體材料引入有源層。

相對(duì)于其它材料，采用III-V族半導(dǎo)體材料制作環(huán)腔的優(yōu)勢(shì)有：1、可以實(shí)現(xiàn)環(huán)腔的微型化；2、可以方便地引入有源層補(bǔ)償損耗；3、工藝成熟；4、可以方便地通過各種方式改變材料折射率；4、可以與其它III-V族半導(dǎo)體器件集成。

對(duì)于有源耦合環(huán)形共振腔，通過載流子的電流注入既可以實(shí)現(xiàn)光波的相位調(diào)制，也可以進(jìn)行增益補(bǔ)償。然而，對(duì)于特定功能的實(shí)現(xiàn)，一個(gè)自變量(注入電流)的調(diào)節(jié)難以使得兩個(gè)獨(dú)立的參數(shù)(相位和損耗或者增益系數(shù))同時(shí)滿足要求。通過在環(huán)腔某一段加熱，利用熱光效應(yīng)可以獨(dú)立地調(diào)節(jié)光波相位，實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)校準(zhǔn)，但這嚴(yán)重限制了器件的速度。

三.發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種單環(huán)有源的電控雙環(huán)耦合共振腔元器件。該元器件保持了有源環(huán)形共振腔的優(yōu)點(diǎn)，并且可以對(duì)相位和損耗分別獨(dú)立地通過電流注入載流子進(jìn)行調(diào)節(jié)，有利于實(shí)現(xiàn)速度快、消光比高、波長(zhǎng)可以校準(zhǔn)的高性能光器件。

發(fā)明目的：實(shí)現(xiàn)環(huán)形耦合共振腔相位和損耗的獨(dú)立高速調(diào)制。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：

1.本器件由一個(gè)有源環(huán)形共振腔、一個(gè)無(wú)源環(huán)形共振腔、一個(gè)用于耦合兩個(gè)環(huán)形共振腔的耦合器(標(biāo)記為C₀)與另外若干個(gè)耦合器組成。

2.所謂環(huán)形共振腔包括圓環(huán)波導(dǎo)、跑道形波導(dǎo)、矩形波導(dǎo)或由直線、弧線等任意線形波導(dǎo)組成的周而復(fù)始的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。

3.有源環(huán)形共振腔和無(wú)源環(huán)形共振腔通過耦合器C₀相耦合。

4.兩環(huán)形共振腔上均制作電極，可以通過電流注入載流子。

5.雙環(huán)的任一位置均可以通過耦合器和另外的環(huán)形共振腔或者直波導(dǎo)或者其它任意形狀的波導(dǎo)耦合而構(gòu)成新的光器件。

6.光波通過耦合器耦合進(jìn)或者耦合出該元器件。

7.兩環(huán)形共振腔上均制作有電極，分別獨(dú)立地通過電流注入載流子對(duì)光波進(jìn)行調(diào)制。

8.有源環(huán)形共振腔對(duì)光波進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制的同時(shí)，也進(jìn)行相位調(diào)制。在有源環(huán)形共振腔中，通過載流子的電流注入可以引入增益，從而補(bǔ)償整個(gè)元器件的損耗；由于注入載流子對(duì)折射率的調(diào)制效應(yīng)，該元器件內(nèi)傳輸?shù)墓獠ㄏ辔灰矔?huì)改變。

9.無(wú)源環(huán)形共振腔僅對(duì)光波進(jìn)行相位調(diào)制。在無(wú)源環(huán)形共振腔中載流子的電流注入不改變損耗，僅改變波導(dǎo)的折射率，不但可以對(duì)該元器件內(nèi)傳輸?shù)墓獠ㄏ辔混`活地進(jìn)行調(diào)制，還可以改善由于工藝誤差、損耗和有源環(huán)形共振腔注入載流子所引起的相位漂移，實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)校準(zhǔn)。

10.雙環(huán)耦合器C₀的反射率越小，該元器件對(duì)光波的雙腔調(diào)制效應(yīng)就越小，對(duì)損耗和相位分離調(diào)節(jié)的效果就越好。當(dāng)雙環(huán)耦合器C₀的反射率為0時(shí)，該元器件的頻譜響應(yīng)與一個(gè)周長(zhǎng)等于該元器件中雙環(huán)周長(zhǎng)和的單環(huán)共振腔的頻譜響應(yīng)相同。

本發(fā)明的技術(shù)特點(diǎn)是：

1.增益和波導(dǎo)折射率分別獨(dú)立調(diào)制，提高了微環(huán)共振腔的可調(diào)性，使損耗和相位能夠同時(shí)滿足基于微環(huán)共振腔的光器件的要求。

2.相位和損耗的調(diào)節(jié)均通過電流注入載流子實(shí)現(xiàn)，調(diào)制速度可以達(dá)到納秒(ns)以下。

四.附圖表說明

圖1：該發(fā)明第一個(gè)實(shí)例的平面結(jié)構(gòu)示意圖

圖2：該發(fā)明有源環(huán)形共振腔的垂直結(jié)構(gòu)示意圖