[發明專利]注入調制器

有效

• 申請號: 201580049944.0
• 申請日: 2015-09-21
• 公開（公告）號: CN106716239B
• 公開（公告）日: 2018-04-10
• 發明（設計）人: 斯特凡·梅斯特;奧斯·阿爾-薩阿迪;塞巴斯蒂安·庫皮賈伊;克里斯多佛·泰斯;李翰堯;拉爾斯·齊默爾曼;大衛·斯托拉雷克
• 申請（專利權）人: 柏林工業大學;斯科雅有限公司
• 主分類號: G02F1/225
• 分類號: G02F1/225;G02F1/025;H04B10/54;H01S5/026;H04B10/548
• 代理公司: 北京安信方達知識產權代理有限公司11262
• 代理人: 湯慧華,鄭霞

本發明涉及一種用于調制光輻射的注入調制器。

對于結合波導來對光信號進行的調制，存在許多應用領域，如例如，在通信技術、傳感器系統、圖像傳輸等中。具體整合到半導體材料(如例如，硅、InP、GaAs)中的電光調制器在此發揮著重要作用。基于硅波導的電光調制器由于構成用于光學帶寬傳輸以便進行所謂的片上通信、芯片到芯片通信、光纖通信等的關鍵部件而逐漸吸引興趣。相比迄今為止慣用的基于金屬的連接，使用光學連接有可能實現顯著更高的帶寬，具有適中的能耗。

已知用于這種傳輸鏈路的光調制器部件的各種設計。最有名的設計是馬赫-曾德調制器(Mach-Zehnder Modulator)(Optics Express(《光學快報》)，2007年第15期第660頁，劉等人)、，環形諧振器(《自然》(Nature)，2005年第435期第325頁，許等人)、以及法布里-珀羅諧振器(Fabry-Perot Resonator)(《光學快報》，2008年第16期第334頁，施密特等人)。

馬赫-曾德調制器通常用于高數據速率的消息傳輸。馬赫-曾德調制器的主要優點在于高光學帶寬，即，諧振器相對于待調制的光的波長變化的高公差以及(消光比的)可實現的高調制深度。

在基于波導的馬赫-曾德調制器(《光學快報》，2007年第15期第660頁，劉等人)中，光穿過調制器的至少一個臂中的電光材料。可以通過施加電壓來改變電光材料的折射率(或者吸收)。因此，光波在所述臂中經歷相移。如果相對于穿過調制器的另一個臂的光波的相移是π(或π的奇數整數倍)，則當兩個波疊加時，在馬赫-曾德調制器的輸出端處發生相消干涉。調制器可以在相長干涉狀態與相消干涉狀態之間進行操作，也被稱為振幅調制。此外，調制器結構在相同振幅但不同相位的狀態之間進行操作，也被稱為相位調制。同樣，還有可能在這些狀態的組合之間進行切換。這通常用于增大可使用符號來傳輸的位(而且，更高調制格式)。為了實現π的相移，光在電光材料中必須穿過路徑長度(通常在數毫米到數厘米的范圍內)。馬赫-曾德調制器的所述路徑長度和因此最小結構長度取決于電光效應的強度。

為了生成電光效應，在半導體材料中，在波導中或附近的區域被摻雜。在此方面，通過示例的方式，在絕緣體上硅(Silicon-on-Insulator，SOI)波導中，借助于摻雜來產生p-i-n或p-n二極管結構(Nature Photonics(《自然光子學》)，2010年第4期第518頁，里德等人)。使用這種二極管結構，可以采用有針對性的方式來改變波導中的電荷載流子濃度。作為所謂的自由載流子等離子體色散效應的結果，這導致波導中的折射率和吸收行為的變化(IEEE J.Quant.Electron.(《IEEE量子電子學雜志》)，2004年第23期第123頁，索里夫等人)。在這種情況下，通過在正向方向上向二極管施加電壓，有可能將電荷載流子注入到波導中(被稱為注入)，或者通過在相反方向上向二極管施加電壓，有可能從波導中抽取電荷載流子(被稱為耗盡)。

在根據“耗盡”原則的電光光調制器中，波導芯本身被p摻雜和/或n摻雜。通過減少光波導中的電荷載流子來調制光。已知的是，可以通過抽取耗盡調制器中的電荷載流子來實現非常高的調制速度。然而，對波導芯的摻雜導致高吸收并且因此導致高光損耗。

李Z.-Y.等人的出版物(《光學快報》，2009年第17期第15947頁)公開了耗盡調制器中的p-n二極管的可以用于相對于波導而延長p-n結中的“耗盡區域”的長度的交替p摻雜區域和n摻雜區域。因此，電光效應可能增大，并且調制器的結構大小可能由此減小。調制器的調制速度無法通過這種安排來增大。

從出版物“CMOS Compatible Fully Integrated Mach-Zehnder Interferometer inSOI Technology(SOI技術中的CMOS兼容的完全集成的馬赫-曾德干涉儀)”(IEEE Photonics Technology Letters(《IEEE光子技術快報》)，2000年6月第12卷第6期，P.戴恩斯等人)中已知具有根據專利權利要求1的前序部分所述的特征的注入調制器。

本發明基于對注入調制器進行說明的目的，在所述注入調制器中，有可能實現快速且大的調制效果以及同時相對低的光學衰減。

根據本發明借助于具有如專利權利要求1所述的特征的注入調制器來實現這種目的。在從屬權利要求中說明了根據本發明的調制器的有利構型。