[发明专利]用于耗尽模式硅调制器的超敏感移相器

说明书

相关申请的交叉参考

本申请要求2013年5月14日提交的待审查的美国临时专利申请第61/823,344号的 优先权和权益，因此将该美国临时专利申请的全部内容以引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明一般而言涉及移相器，且具体涉及光学移相器。

背景技术

在过去的十年中，人们对于高性能计算和数据中心的通信带宽的需求已经迅速增 长(例如请参考G.T.Reed,G.Mashanovich,F.Y.Gardes,andD.J.Thomson,“Silicon opticalmodulators,”Nat.Photonics4(8),518-526(2010))。硅光子技术由于其与CMOS 技术的兼容性而在成为下一代互联技术的低成本和可靠解决方案方面表现出巨大潜力(例 如请参考Y.A.Vlasov,“SiliconCMOS-integratednano-photonicsforcomputerand datacommunicationsbeyond100G,”IEEECommun.Mag.50(2),67-72(2012))。然而，关于 要被广泛采用的硅光子技术，需要被解决的一个关键挑战是：在用掉最小量的晶粒面积 (diearea)的同时，实现硅中的高效和高速调制。为了使光学及电力消耗最小化，就期望该 硅调制器具有低的插入损耗和驱动电压、且同时以高的数据速率进行操作(例如请参考 Miller,D.“Devicerequirementsforopticalinterconnectstosiliconchips,” Proc.IEEE97,1166-1185(2009))。

现今，基于载流子耗尽机制的调制器由于相对简单的制造工艺和高的操作速度而 成为用于数据通信应用的最具竞争力手段之一。在这一手段中，通过注入而在脊形硅波导 (ribsiliconwaveguide)内形成了PN结。光学调制是借助于通过耗尽该PN结中的自由载 流子而实现的载流子色散效应(例如请参考R.A.SorefandB.R.Bennett, “Electroopticaleffectsinsilicon,”IEEEJ.QuantumElectron.23(1),123-129 (1987))来获得的。能够利用诸如马赫-曾德尔干涉仪(Mach-Zehnderinterferometer)和 环形谐振器等结构将光学相位调制转换成强度调制。基于这个想法，有几个研究组已经演 示了以25Gb/s以上的速率进行操作的硅调制器(例如请参考L.Liao,A.Liu,D.Rubin, J.Basak,Y.Chetrit,H.Nguyen,R.Cohen,N.Izhaky,andM.Paniccia,“40Gbit/ssilicon opticalmodulatorforhigh-speedapplications,”Electron.Lett.43(22),1196-1197 (2007)；T.Baehr-Jones,R.Ding,Y.Liu,A.Ayazi,T.Pinguet,N.C.Harris,M.Streshinsky, P.Lee,Y.Zhang,A.E.Lim,T.Y.Liow,S.H.Teo,G.Q.Lo,andM.Hochberg,“Ultralowdrive voltagesilicontraveling-wavemodulator,”Opt.Express20(11),12014-12020 (2012)；M.Ziebell,D.Marris-Morini,G.Rasigade,J.-M.Fédéli,P.Crozat,E.Cassan, D.Bouville,andL.Vivien,“40Gbit/slow-losssiliconopticalmodulatorbasedon apipindiode,”Opt.Express20(10),10591-10596(2012)；D.J.Thomson,F.Y.Gardes, Y.Hu,G.Mashanovich,M.Fournier,P.Grosse,J.-M.Fedeli,andG.T.Reed,“High contrast40Gbit/sopticalmodulationinsilicon,”Opt.Express19(12),11507- 11516(2011)；J.Ding,H.Chen,L.Yang,L.Zhang,R.Ji,Y.Tian,W.Zhu,Y.Lu,P.Zhou,R.Min, andM.Yu,“Ultra-low-powercarrier-depletionMach-Zehndersiliconoptical modulator,”Opt.Express20(7),7081-7087(2012)；LongChen,ChristopherR.Doerr,Po Dong,andYoung-kaiChen,“Monolithicsiliconchipwith10modulatorchannelsat 25Gbpsand100-GHzspacing,”Opt.Express19,B946-B951(2011)；J.C.Rosenberg, W.M.J.Green,S.Assefa,D.M.Gill,T.Barwicz,M.Yang,S.M.Shank,andY.A.Vlasov,“A 25Gbpssiliconmicroringmodulatorbasedonaninterleavedjunction,” Opt.Express20,26411-26423(2012)；XiXiao,HaoXu,XianyaoLi,YingtaoHu,Kang Xiong,ZhiyongLi,TaoChu,YudeYu,andJinzhongYu,“25Gbit/ssiliconmicroring modulatorbasedonmisalignment-tolerantinterleavedPNjunctions,” Opt.Express20,2507-2515(2012)；以及GuoliangLi,XuezheZheng,JinYao,Hiren Thacker,IvanShubin,YingLuo,KannanRaj,JohnE.Cunningham,andAshok V.Krishnamoorthy,“25Gb/s1V-drivingCMOSringmodulatorwithintegrated thermaltuning,”Opt.Express19,20435-20443(2011))。这些结果中的大部分基于在波 导内具有简单的PN结几何结构(其要么是横向的要么是竖向的)的移相器。