[发明专利]高频光学开关及其制造方法

说明书

本发明描述可用于太赫数据通信速率的光学开关及调制器装置。所述装置包括：光学透射衬底，其经配置以使电磁辐射传播通过；及超材料布置，其光学地耦合到所述衬底。所述超材料布置包括光学地耦合到所述光学透射衬底的至少某个部分的至少一个超材料颗粒层及由放置在所述至少一个超材料层的至少某个部分上方的至少一种导电材料制成的至少一个纳米网层。所述至少一个纳米网层经配置以响应于施加到所述超材料布置的电磁或电信号而将电子释放到所述至少一个超材料层中，且所述至少一个超材料层经配置以在接收所述经释放电子之后从光学不透明状态变成光学透明状态，以由此至少部分地改变穿过所述衬底的电磁辐射。

技术领域

本发明通常涉及可用于高频光学波调制的光学开关的领域。

背景技术

由于智能手机、社交媒体、视频流及大数据的广泛使用，为了满足快速增长的需要，对数据通信服务的带宽的需求持续增长。现今在数据中心广泛使用的10Gb/s技术已经成熟，且现需要更大数据通信管道来处理通过通信网络流动的大量数据。实际上，服务提供商(SP)正转向更高位速率设备，以将带宽增加到每个波长40Gb/s及100Gb/s范围。

国际电信联盟(ITU)将1530到1565nm的相关电磁微波频谱范围(其中光纤展示最低损耗，也被称为C带)划分成固定的50GHz频谱时隙。然而，这种信道间距方案可能不适用于大于100Gb/s的位速率。因此，在所属领域中需要一种能够满足未来带宽需求的需要的更灵活网格范例。

事实上，即使足够宽的频谱可用，高数据速率信号也越来越难以在长距离内按高频谱效率传输。因此，有益的是，使收发器适应网络的实际状况及每一给定流量需求的数据速率以便最大化频谱效率。除增强频谱效率的需要之外，大型内容提供商、新构建数据中心及提供商之间不断发展的对等关系正助推需求在整个网络中的不确定性及异构性。因此，需要一种灵活且自适应的网络，其配备有灵活收发器及网络元件，可适应实际持续增长的数据通信流量需求。

应认识到，快速切换及调制是在大于100Gb/s的位速率及太赫下增加带宽通信的主要障碍。超快通信的障碍及限制可归因于与现今使用的网络基础架构相关联的RF、光学、切换及太赫限制，如下文中所解释：

·RF限制(微波频谱)主要是由于制造经配置以在远远高于几百吉赫的频率范围内操作的电子装置的难度所致。这个困难部分地是由于在半导体作用区中的非常短载波传输时间的固有需要，且也是由装置产生的低功率的结果，所述装置必须具有小作用区以最小化其电容。

·由于带间二极管激光主要经设计以在可见光及近红外线频率下操作，因此会遇到光学限制。然而，似乎无法简单地将通过传导带电子与跨有源半导体材料的带隙的价带空穴的辐射复合的光信号生成扩展到中红外线或更长波长范围内，因为无合适窄带隙半导体可用。

·还遇到切换限制，因为例如用电场控制光透射通过材料不适于光谱的长波长(例如，在太赫区域附近或在太赫区域中)，这是因为固态电子设备可实现的开/关状态之间的切换对比太弱及太慢。

·太赫限制归因于缺乏具有良好分辨率的高能太赫频率源。

下文中简要地描述专利文献中所建议的一些解决方案。

第2,876,824号欧洲专利公开案描述一种用于使用太赫区中的至少一个载波传输数据的传输布置。传输布置包括发射器装置、接收部件及用于传输光束的光学传输系统。发射装置及接收部件适合通过在发射器的太赫范围内调制的载波无线地传送数据。载波是使用由一个或两个光源产生的两个光束的差频混合生成。

第8,111,722号美国专利中所描述的技术及装置基于由非线性光学材料及非线性波混频制成的光学谐振器来生成RF或微波振荡及光学梳状信号。

第8,159,736号美国专利描述在由电光材料形成的回音廊模式谐振器中基于可调谐单边带(SSB)调制以实现不同极化的回音廊模式之间的耦合的光子装置及技术。