[发明专利]具有光子晶体的光学环形调制器

说明书

本公开涉及一种具有光子晶体的光学环形调制器。本公开的实施例提供了一种光学环形调制器。光学环形调制器包括波导，该波导包括具有第一掺杂类型的第一半导体材料、以及与第一半导体材料邻近并且具有第二掺杂类型的第二半导体材料。P‑N结位于第一半导体材料和第二半导体材料之间。多个光子晶体层具有与波导结构的上表面基本共面的上表面，其中每个光子晶体层嵌入在第一半导体材料或第二半导体材料内。

技术领域

本公开的实施例一般地涉及用于传播和处理光信号的结构。更具体地，本公开涉及内嵌光子晶体的光学环形调制器。

背景技术

具有到数据中心的链接诸如“物联网”(IoT)之类的网络器件的兴起伴随着集成电路(IC)中的大量信号处理元件。IC可以被修改、调整，以容纳将光从一个部件传输到另一部件所需的各种部件。形成为包括光子器件和微电路的各种IC被称为“光子集成电路”(PIC)。PIC管芯(die)通常包括位于PIC管芯表面或边缘的光学部件，以将光传输到其中的光学器件(例如，波导和光栅耦合器)或传输来自该光学器件的光。例如，光子波导、光子发射器和接收器等的各种光学部件可以通过光传输来中继信号。

从一个部件到另一部件的光子域中的信息的传播通常需要使用光调制器，例如环形(ring)调制器。环形调制器是一种光学环形谐振器，用于调谐光信号中的谐振波长。光学谐振器是指由形成为圆形并紧邻另一波导(总线)放置地光学波导所形成的部件。当光通过总线波导时，一小部分光功率(optical power)经由耦合机制耦合到环形波导结构。耦合功率可通过总线波导和环本身之间的距离来调节。光功率可以在环中积累到这样的水平：即使一小部分光被传输回到总线波导，也会破坏性地干扰在总线波导上传播的光。

可以通过在总线波导中嵌入P-N结来在PIC管芯内形成光调制器，以改变使光传播通过的材料的有效折射率。因此，光调制器改变了发生谐振的波长和有效光学长度。谐振波长根据施加到P-N结的偏压(bias voltage)而偏移(shift)，从而限定调制器的效率。更高的波长谐振偏移导致更高的消光比(ER)和更低的插入损耗(IL)。

发明内容

本公开的一些方面提供了一种光学环形调制器，其包括：波导结构，其包括：第一半导体材料，其具有第一掺杂类型，以及第二半导体材料，其与所述第一半导体材料邻近并且具有与所述第一掺杂类型相反的第二掺杂类型，所述第一半导体材料和所述第二半导体材料在所述波导结构内限定P-N结；以及多个光子晶体结构，每个光子晶体结构嵌入在所述波导结构的所述第一半导体材料或所述第二半导体材料内，并且具有与所述波导结构的上表面基本共面的上表面。

本公开的另外的方面提供了一种光学环形调制器，其包括：波导结构，其包括：波导结构，其包括：第一半导体材料，其具有第一掺杂类型，以及第二半导体材料，其与所述第一半导体材料邻近并且具有与所述第一掺杂类型相反的第二掺杂类型，所述第一半导体材料和所述第二半导体材料在所述波导结构内限定P-N结；第一光子晶体层，其位于所述第一半导体材料的上表面上；第一多个半导体柱，其具有所述第一掺杂类型，所述第一多个半导体柱中的每个半导体柱嵌入在所述第一光子晶体层内，并且具有与所述第一光子晶体层的顶表面基本共面的顶表面；第二光子晶体层，其位于所述第二半导体材料的上表面上；以及第二多个半导体柱，其具有所述第二掺杂类型，所述第一多个半导体柱中的每个半导体柱嵌入在所述第二光子晶体层内，并且具有与所述第二光子晶体层的顶表面基本共面的顶表面。