[發明專利]具有有源光電波導結構的光電裝置

有效

• 申請號: 202010977787.2
• 申請日: 2020-09-17
• 公開（公告）號: CN112540490B
• 公開（公告）日: 2022-09-23
• 發明（設計）人: K·F·S·埃爾茨;D·烏爾邦納斯
• 申請（專利權）人: 國際商業機器公司
• 主分類號: G02F1/35
• 分類號: G02F1/35;G02F1/365
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 于靜;楊曉光

本發明的實施例針對一種電光裝置，其包括基板、波導結構和兩個接觸層部分。接觸層部分沿著平行于基板的光傳播方向并排延伸。波導結構可以沿著所述光傳播方向引導光。波導結構包括光學非線性材料和叉指式橫檔。橫檔從所述兩個接觸層部分的每一個平行于基板延伸并且橫向延伸到這樣的部分。光學非線性材料與叉指式橫檔的至少一部分接觸。所述橫檔彼此不直接接觸，從而形成了復合波導芯，其沿著所述傳播方向包括不同材料的交替序列。不同的材料包括所述半導體材料和至少一種附加材料，由此復合波導芯具有有效折射率。

技術領域

本發明總體上涉及電光裝置和光子開關的領域，并且尤其涉及具有有效折射率波導的裝置，即，波導結構，其包括具有交替序列的不同材料的復合波導芯。

背景技術

用于高階調制格式的集成電光(EO)調制器可能受益于光學非線性材料(例如Pockels材料)與半導體材料(例如硅)的集成。可以設計波導結構以增強EO重疊，這可能潛在地導致提高調制效率并減少覆蓋區和/或能量消耗。

當前的解決方案通常依賴于縫隙波導或橫向電極。縫隙波導通常具有很高的傳播損耗，并且需要高電阻的薄硅平板用于電接觸。橫向電極導致光學非線性材料的場強低。

發明內容

根據至少一個方面，本發明體現為一種電光設備。該裝置包括基板以及波導結構和兩個接觸層部分，每個接觸層部分均由基板支撐。接觸層部分沿著平行于基板的光傳播方向并排延伸。波導結構通常被設計用于沿著所述光傳播方向引導光。詳細地，波導結構包括光學非線性材料以及半導體材料的叉指式橫檔(interdigitated crosspieces)。橫檔從兩個接觸層部分的每一個平行于基板延伸，并橫向延伸到這樣的部分。光學非線性材料與叉指式橫檔的至少一部分接觸。然而，所述橫檔彼此不直接接觸，從而形成沿著所述傳播方向具有交替的不同材料序列的復合波導芯。不同的材料包括半導體材料和至少一種附加材料，由此復合波導芯具有有效折射率。

在實施例中，光學非線性材料被構造為在橫檔之間具有部分，由此交替序列的所述至少一種附加材料包括所述光學非線性材料。優選地，光學非線性材料的所述部分完全填充橫檔之間的空間，由此交替序列的所述不同材料由所述半導體材料和所述非線性材料組成。光學非線性材料可以例如覆蓋(clad)橫檔，使得非線性材料的所述部分插入在橫檔之間。在變型中，非線性材料可以例如涂覆(coat)橫檔，而電介質材料的部分布置在被涂覆的橫檔之間。該電介質材料可以有利地是高κ電介質材料。在其他變型中，非線性材料形成為在基板的頂部上延伸的層，并且叉指式橫檔在光學非線性材料的層的頂部上延伸，從而與其接觸。

根據另一個但相關的方面，本發明體現為一種光子開關，其包括如上所述的電光裝置。

現在將通過非限制性示例并參考附圖來描述體現本發明的設備。

附圖說明

通過下面結合附圖對示例性實施例的詳細描述，本發明的這些和其他目的、特征和優點將變得顯而易見。附圖的各種特征未按比例繪制，因為圖示是為了清楚起見，以幫助本領域技術人員結合詳細描述來理解本發明。除非另有說明，否則圖中相似或功能相似的元件已分配了相同的附圖標記。在附圖中：

圖1是示例性有效折射率波導結構的3D視圖；

圖2是根據實施例的電光裝置的3D視圖；

圖3-圖9示出了如圖2所示的裝置的2D截面圖或其變型，圖3C是圖2的裝置的俯視圖。圖3A，4A和5A是局部橫截面。圖3A，圖4A和圖5A的視圖在其上的平面對應于在圖2中定向為P1的平面截取，圖3B，圖4B，圖5B，圖6和圖7的縱剖面圖取對應于圖2中的P2的平面中截取。圖8和圖9是在對應于圖2中的P3的平面中的完整橫截面；以及

圖10示意性地示出了量子計算機，該量子計算機包括具有諸如圖2-圖9所示的裝置的光子開關，如本發明的實施例中那樣。

具體實施方式