CN105659450B - 耦合调制光学谐振器 - Google Patents

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Abstract

光学谐振器的耦合调制采用可变模态指数以提供光信号耦合的调制。耦合调制光学谐振器包括：具有耦合部的光学谐振器以及具有与耦合部相邻且共同延伸并与耦合部隔开一间隔的调制部的总线波导。调制部用于根据总线波导调制部的模态指数与光学谐振器耦合部的模态指数之间的可变差值，来调制光学谐振器与总线波导之间的光信号的耦合。

Description

耦合调制光学谐振器
相关申请交叉引用
N/A
关于联邦赞助研发的声明
N/A
背景技术
光学谐振器以各种各样的方式用于光子系统，各种各样的方式包括但不限于，信号调制、信号检测、信号切换和路由(例如，开/关切换、上/下路(add/drop)切换等)，正如光源(例如，在激光腔中)。例如，耦合于总线波导的光学谐振器通常用于选择性地阻止具有特定波长的光信号的通过，而处于其他波长的光信号可基本上不受影响地穿过总线波导。具体地，具有与第一波长对应的谐振的光学谐振器可选择性地从总线波导耦合具有第一波长的光信号。例如，选择性耦合的光信号可被光学谐振器吸收，并且因此无法在总线波导中继续进行。然而，处于其他波长的光信号可不从总线波导耦合并且因此可基本上不受光学谐振器的影响。由于基本上不受光学谐振器的影响，其他光信号可继续沿总线波导传播。在另一示例，光学谐振器可将具有第一波长的光信号从第一耦合总线波导选择性地耦合至第二耦合总线波导中，而具有其他波长的其他光信号留在第一总线波导中。
在采用光学谐振器的多个光子电路中，光学谐振器调制通常对光子电路的性能有用甚至是重要的。具体地，光学谐振器的性能(例如，谐振波长)可在原位变化以控制采用光学谐振器的光子电路的输入/输出(I/O)特性。典型地，光学谐振器调制通过调制光学谐振器本身来提供。具体地，腔的长度，或等价地，光学谐振器的谐振波长，可被改变以提供调制。例如，环形谐振器的谐振波长可通过改变或变化组成环形谐振器的光波导的模态指数而被改变。例如，模态指数例如可通过将电场施加到环形谐振器光学谐振器的材料而被改变。然而，调制光学谐振器的谐振波长可能难以实现，可能涉及相对高的能耗，并且进一步可展现与调制带宽或调制速度相关联的根本性限制。
附图说明
根据本文所描述原理的示例的多种特征参考如下详细描述并结合附图可易于理解，其中相同引用数字指代相同的结构元素，并且其中：
图1A示出了根据符合本文所描述原理的示例的脊加载光波导的截面图。
图1B示出了根据符合本文所描述原理的示例的反向脊加载光波导的截面图。
图1C示出了根据符合本文所描述原理的示例的条形光波导的截面图。
图2示出了根据本文所描述原理的示例的耦合调制光学谐振器的框图。
图3A示出了根据符合本文所描述原理的示例的包括环形谐振器的耦合调制光学谐振器的俯视图。
图3B示出了根据符合本文所描述原理的示例的包括跑道型环形谐振器的耦合调制光学谐振器的俯视图。
图4示出了根据符合本文所描述原理的示例的将示例耦合调制光学谐振器中的光信号强度调制作为耦合长度的函数的图。
图5A示出了根据符合本文所描述原理的示例的耦合调制光学谐振器的一部分的截面图。
图5B示出了根据符合本文描述原理的另一示例的耦合调制光学谐振器的一部分的截面图。
图5C示出了根据符合本文描述原理的又一示例的耦合调制光学谐振器的一部分的截面图。
图6示出了根据符合本文所描述原理的示例的耦合调制光学谐振器系统的框图。
图7示出了根据符合本文所描述原理的示例的光学谐振器耦合调制方法的流程图。
特定示例具有其他特征，其作为以上参考的附图中所示出的特征的附加和替换之一。这些和其他特征参考以上提及的附图在下文详细描述。
具体实施方式
根据本文所描述原理的示例提供了光学谐振器的耦合调制。具体地，采用光学谐振器的光子系统的性能特性可利用耦合调制被调整、调谐或以其他方式改变。根据本文描述的原理，耦合调制改变耦合光学谐振器以内和以外之一或两者的光信号的量。根据符合本文描述的原理的多种示例，与调制光学谐振器相反，采用耦合调制例如可提供基于光学谐振器的系统的更低功耗、更高调制速度且更灵活和简便的布局、设计和制造。
如本文所使用的“光波导”按照定义是指代以下波导：该波导中，传播光信号被限定在板形，片形或条形材料内并在其中传播。因此，本文中按照定义，板形光波导或简称“板形波导”为支持在板形层中的传播光信号的板形材料或“板形层”。根据多种示例，耦合调制采用光波导并且在一些示例中采用板形光波导。具体地，光波导可包括但不限于，脊加载光波导、反转或反向脊加载光波导以及条形光波导。脊加载光波导和反向脊加载光波导均为板形波导，而条形波导被认为不是板形波导。
在一些示例中，光波导的横向尺寸(宽度)被选择以优先维持光信号的低阶传播模式。在一些示例中，仅单个传播模式被光波导所维持。例如，宽度可小于特定宽度，以使仅第一横向电模式(即TE10)可传播。特定宽度取决于光波导材料的折射率、光波导层的厚度以及光波导的特定物理特性(即，光波导类型)。本文中按照定义，特定传播模式所经历的有效折射率为“模态指数”。
在一些示例中，耦合调制光学谐振器可直接在半导体基底的表面层(例如，薄膜层)中制造。例如，耦合调制光学谐振器的总线波导部分可采用多种光波导。例如，光波导可作为耦合调制光学谐振器的输入和输出端口。类似地，光学谐振器还可采用光波导。光波导可在绝缘体上半导体(SOI)基底的薄膜半导体层(例如，绝缘体上硅基底的硅或多晶硅薄膜层)中制造。
图1A示出了根据符合本文所描述原理的示例的脊加载光波导10的截面图。脊加载光波导10有时还称为“脊加载波导”或简称“脊波导”。脊加载光波导10包括板形层12。板形层12是光信号通过其传播的材料或包括该材料并且在脊加载波导10中引导。具体地，根据多种示例，板形层12材料对光信号基本上透明，并且此外，基本上光信号的所有能量被限定在脊加载光波导10的板形层12内。在一些示例，板形层12可包括诸如半导体材料的材料，对于其在光波导中的使用而言基本上起到介电材料的作用。在其它示例中，板形层12可包括不同带隙和折射率的一个以上的半导体材料。
例如，板形层12可包括与光信号兼容的半导体材料，诸如但不限于，硅(Si)、砷化镓(GaAs)和铌酸锂(LiNbO3)。根据多种示例，半导体材料的任何单晶，多晶或非晶层可被采用。板形层材料的透明度通常影响脊加载波导的光损耗。例如，透明材料越少，光信号所经历的损耗越多。
在一些示例(例如，如所示出)中，板形层12由支撑层14支撑。支撑层14物理地支撑板形层12。在一些示例，支撑层14还促进板形层12中的光约束。具体地，支撑层14可包括与板形层12的材料不同的材料。在一些示例中，支撑层14可包括具有比板形层12的折射率小的折射率的材料。例如，支撑层14可为基于氧化物的绝缘体层(例如，硅SOI基底的硅氧化物)，板形层12可为硅。在一些示例中，支撑层14相对于板形层12的不同折射率用于将光信号基本上限制在板形层12(例如，通过全内反射)。
脊加载波导10进一步包括脊16。脊16位于板形层12的上表面上并延伸到该上表面上方。脊16用于直接“引导”板形层12中的光信号至脊16的下方。相对于在脊16处和脊16的附近的模态指数，脊16周围的区域(即，其限定脊16)中的较少材料的存在降低了周围区域中的光所经历的模态指数或模态指数。降低的模态指数使得在板形层12中传播的光信号由于脊16的存在而以更高模态指数被“引导”。具体地，基本上光信号的所有光能量趋于聚集在板形层12中的脊16的下方，但基本上与板形层12中的脊16相邻。例如，如图1A由虚线圆形所示出，脊加载波导10所引导的光信号可基本上聚集在脊16下方的大致圆形的区域中。根据多种示例，脊16可通过蚀刻工艺、选择性沉积工艺、印刷工艺及其组合、或其它工艺中的一个或多个来形成。脊16的特定宽度和高度通常为脊和下面的板形层12材料的折射率的函数。
图1B示出了根据符合本文所描述原理的示例的反向脊加载光波导20的截面图。反向脊加载光波导20有时也简称为“反向脊加载波导”或“反向脊波导”。如所示出，反向脊加载光波导20包括板形层22和支撑层24。支撑层24包括具有比板形层22折射率小的折射率的材料。例如，如上所述，板形层22可基本上类似于脊加载波导10的板形层12。此外，如上所述，支撑层24可基本上类似于脊加载波导10的支撑层14。
反向脊加载波导20进一步包括脊26。脊26从支撑层24与板形层22之间的交界面延伸至支撑层24。因此，反向脊加载波导20的脊26可称为“内埋(buried)”脊26。相对于板形层22的周围区域，内埋脊26在内埋脊26的附近和上方创建更高的模态指数。更高的模态指数趋于将光(例如，光信号)限制为与内埋脊26相邻。由此，正如上述脊加载波导10的脊16，反向脊加载波导20的内埋脊26用于引导板形层22内的光信号。在脊26上方但基本上与脊26相邻的示例虚线圆形示出了与在反向脊加载波导20中传播并由反向脊加载波导20引导的光信号相关联的光信号能量的近似程度。
图1C示出了根据符合本文所描述原理的示例的条形光波导30的截面图。条形光波导30，或简称“条形波导”，包括条形层32和支撑层34。根据多种示例，支撑层34的折射率低于条形层32的折射率。条形光波导30进一步包括形成在条形层32中或从条形层32形成的条形36。具体地，条形36可通过蚀刻通道38而形成于条形层32中以限定条形36。通道38光学地将条形36与条形层32剩余部分分离。在其它示例(未示出)中，条形36基本上为在制造之后保留的条形层的全部。例如，大多数原始条形层可在制造期间(例如，通过蚀刻)被移除，以仅留下保留在支撑层34上的条形36。因此，根据一些示例，通道并未形成或采用以光学地分离条形36。
通过条形36的侧壁39的存在以及在条形36下方的更低折射率支撑层34的存在，条形波导30内的光能量基本上限定于条形36或条形36内。具体地，材料边界存在于条形层32的材料和空气或例如通道38中与其相邻的另一介电材料之间的侧壁39处。类似地，另一材料边界存在于条形36的材料与更低折射率支撑层34之间。条形36周围的这些材料边界代表在条形36中传播的光信号所经历的折射率的变化(即，递减)。结果，根据多种示例，由于这些材料边界，光信号完紧紧束缚在条形36内(例如，由于其内的全内反射)。例如，条形36内的虚线圆形示出了与在条形波导30中传播的光信号相关联的光能量的近似程度。
本文中，“弯曲光波导”或简称“弯曲波导”被定义为在传播的平面中具有弯曲或曲率的光波导。具体地，弯曲可导致弯曲光波导在另一光元件(诸如但不限于光学谐振器)周围发生弯曲，。例如，总线波导可包括弯曲光波导，以在环形谐振器的一部分周围以与环形谐振器的外围基本上保角的方式进行弯曲。因此，弯曲光波导可具有与环形谐振器的曲率对应或基本上遵循环形谐振器的曲率的曲率。例如，弯曲光波导可实现利用环形谐振器增加耦合长度。
此外，如本文所使用，冠词“一个”在专利领域中意图具有其普通含义，即“一个或多个”。例如，“一个波导”意味着一个或多个波导，因此，本文中“该波导意味着“一个或多个波导”。此外，本文中对“上部”、“底部”、“上面”、“下面”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”的任何提及并非意图限制。本文中，术语“大约”当应用于值时通常意味着处于用于产生该值的装置的容差范围内，或在一些示例中，意味着加或减10％，或加或减5％，或加或减1％，除非另外明确指定。此外，如本文所使用的术语“基本上”在此意味着例如大多数、或几乎全部、或全部、或约51％至约100％的范围的量。此外，本文的示例意图仅为说明性的并且为了讨论的目的而并非以限制的方式被呈现。
图2示出了根据本文所描述原理的示例的耦合调制光学谐振器100的框图。根据多种示例，耦合调制光学谐振器100可用于实现光信号102的调制相位和调制振幅或强度中的一个或两者。具体地，光信号102的调制(即相位或强度)可针对例如耦合调制光学谐振器100内的光信号102的一部分和耦合调制光学谐振器100的输出处的输出光信号104中的一个或两者而实现。根据多种示例，光信号102的调制通过(例如，光信号102的)光信号耦合106的调制来提供。在图2中由一对交叉箭头示出光信号耦合106。根据多种示例，利用虚线示出该交叉箭头以代表光信号耦合106的调制。
如图2所示出，耦合调制光学谐振器100包括具有耦合部112的光学谐振器110。根据一些示例，光学谐振器110可为环形谐振器110。具体地，光学谐振器110可包括形成光腔的弯曲的(例如，圆形、椭圆形等)环形光波导。环形谐振器110的耦合部112例如可为环形光波导的区间或部分。环形谐振器110例如可为所谓“微环”谐振器。
图3A示出了根据符合本文所描述原理的示例的包括环形谐振器110的耦合调制光学谐振器100的俯视图。具体地，如图3A所示出，环形谐振器110为圆环形光波导114。例如，光波导可为脊光波导，反向脊光波导或提供于基底的表面的条形光波导。基底可为绝缘体上半导体(SOI)基底，并且光波导可例如提供于SOI表面的半导体层中。
图3A示出的环形谐振器110的耦合部112可包括环形光波导114的一部分并可通过所谓“扇出”角θ来特征化或描绘。如所示出，耦合部112的长度与扇出角θ成比例。根据多种示例，与耦合部112相关联的光耦合的量或等级由耦合部长度来确定。因此，特定扇出角θ的选择例如可用于确立由耦合部112提供的耦合的等级。
在一些示例中，扇出角θ可大于约5度。具体地，扇出角θ可在约5度与约180度之间。例如，扇出角θ可在约5度与约90度之间。在另一示例中，扇出角θ可在约10度与60度之间。在又一示例中，扇出角θ可在约20度与约70度之间。例如，扇出角θ可在从约20度至约40度的范围。
在其它示例中，光学谐振器110可为跑道型环形谐振器110。跑道型环形谐振器110不同于前述环形谐振器110(例如，如图3A所示出)，因为跑道型环形谐振器110包括由光波导的弯曲段连接以形成环的至少一个基本上直线的光波导段。具体地，本文中按照定义，跑道型环形谐振器110为包括弯曲光波导段和基本上直线的光波导段两者的环形谐振器，而环形谐振器仅包括弯曲段。典型地，跑道型环形谐振器110包括连接在一起的至少两个基本上平行且直线的光波导段以通过至少两个弯曲的(例如，半圆形的)光波导段形成环。在一些示例中，耦合部112是跑道型环形谐振器110的直线光波导段的一部分或包括该部分。例如，耦合部112可为直线光波导段中的一个的整个长度。
图3B示出了根据符合本文所描述原理的示例的包括跑道型环形谐振器110的耦合调制光学谐振器100的俯视图。具体地，如图3B所示出，跑道型环形谐振器110包括一对直线光波导段116。如所示出，直线光波导段116被相互连接以通过一对半圆形光波导段118形成环。进一步如所示出，直线光波导段116中的一个为耦合部112。在其它示例(未示出)中，跑道型环形谐振器110的耦合部112可以是半圆形段118的一部分或包括该部分。
在又一示例中，光学谐振器100可包括但不限于，磁盘谐振器、通过由多个全内反射(TIR)镜相互连接成环的直线光波导段形成的环形谐振器、以及法布里-珀罗光腔谐振器。当光学谐振器110为磁盘谐振器时，磁盘的与外部边缘相邻的区域可为耦合部112，而直线光波导段的一部分例如可为基于TIR镜的光学谐振器110或法布里-珀罗光腔谐振器中的耦合部112。
再次参见图2，根据多种示例，耦合调制光学谐振器100还包括具有调制部122的总线波导120。根据多种示例，总线波导120为光波导。例如，总线波导120可包括光波导，诸如，但不限于，条形波导、脊波导和反向脊波导。调制部122可为与光学谐振器110的耦合部112相邻并基本上共同延伸的光波导的一部分。此外，调制部122与耦合部112隔开一间隔。具体地，调制部122为总线波导120的光波导的一部分，其与光学谐振器耦合部112(例如，光学谐振器110的光波导)隔开一间隔，以促进光信号耦合。例如，调制部122的光波导可与光学谐振器耦合部112隔开一间隔，该间隙被配置为通过总线波导120的耦合部112与调制部122之间的倏逝耦合(evanescent coupling)来提供预定量的耦合。此外，根据多种示例，调制部122的长度基本上等于光学谐振器耦合部112的长度。
图3A和3B示出了具有与所示出的光学谐振器耦合部112相邻并共同延伸的调制部122的总线波导120。如图3A和3B所示出，调制部122通过沿耦合部112的长度基本上恒定宽度的间隙而与耦合部112隔开。在图3A中，调制部122的长度约等于环形谐振器110的耦合部112，(例如，由图3A中的扇出角θ所描绘的耦合部)。图3B示出了具有与图3B描述的跑道型环形谐振器110的相邻直线光波导段116的长度基本上相等的长度的调制部122。
图3A进一步示出了包括弯曲波导的总线波导120。具体地，图3A示出的调制部122为弯曲波导。调制部122的弯曲波导具有与耦合部112内的环形谐振器110的曲率对应的曲率。此外，如所示出，调制部122的弯曲波导位于环形谐振器110的外半径之外。例如，总线波导120和环形谐振器110可基本上共面，调制部122的弯曲波导可位于环形谐振器外半径之外，以沿长度提供间隙至耦合部112。在其它示例(未示出)，调制部的弯曲波导可在光学谐振器110(例如，环或磁盘光学谐振器)的耦合部112的上面或下面，弯曲波导的曲率可遵循或基本上符合光学谐振器110的(例如，外边缘的)曲线。在一些示例中，当与不使用弯曲波导相比较时，弯曲波导可增加耦合部112与调制部122之间的耦合长度。此外，由弯曲波导提供的增加的耦合长度可利用用于给定的耦合预定量的比不具有弯曲波导的情况更大的间隙实现。根据一些示例，与耦合到不具有弯曲波导的弯曲耦合部112的调制部122相比，更大的间隙可降低制造成本，提高产量等。
根据多种示例，总线波导120的调制部122被配置为调制光学谐振器110与总线波导120之间的光信号102的耦合。具体地，如上所述，调制光信号耦合106由图2中的虚线的交叉箭头示出。光耦合106可通过横跨调制部122与耦合部112之间的间隙的倏逝耦合而耦合光信号102。根据多种示例，根据总线波导调制部122的模态指数与光学谐振器耦合部112的模态指数(例如，提供耦合部112的光波导的模态指数)之间的可变差值来调制耦合。
具体地，当总线波导120的调制部122的模态指数nb基本上等于光学谐振器110的耦合部112的模态指数nr(例如，nr-nb≈0)时，光学谐振器110的总线波导调制部122与耦合部112(例如，倏逝耦合)之间的光信号的耦合可具有第一值、等级或强度。可选地，当调制部模态指数nb不等于耦合部模态指数nr(例如，nr-nb≠0)时，总线波导调制部分122与光学谐振器耦合部112之间的光信号耦合具有第二值、等级或强度。根据多种示例，光信号耦合的第一值和第二值可基本上相差在总线波导调制部122与光学谐振器耦合部112的模态指数之间的相对小的非零差值。具体地，光信号耦合的最大值可由近似等于零的模态指数差Δn(即，Δn＝nr-nb)来提供，而非零模态指数差值Δn可提供小于最大值并且在一些示例中远小于最大值的光信号耦合。例如，约0.001和0.1之间的模态指数差值Δn可提供足以为最大值以下的光信号耦合，以促进用于多种应用的耦合调制光学谐振器100的使用。通常，根据多种示例，大于0.1的模态指数差值Δn提供了光信号耦合的更大差值。
图4示出了根据符合本文所描述原理的示例的将示例耦合调制光学谐振器100中的光信号强度调制作为耦合长度的函数的图。具体地，图4示出了作为耦合长度(即，按微米(μm)的耦合部112的长度)的函数的依据按吸收单位(a.u.)的耦合功率的环形谐振器110与总线波导120之间的光信号耦合。如所示出，第一曲线410代表模态指数差Δn的耦合功率等于零(0)。图4示出的第二曲线420代表针对约0.1的模态指数差值Δn的作为耦合长度的函数的耦合功率。在图4中，光耦合的最大值(即，约0.95a.u.)在约11μm的耦合长度以及零(0)的模态指数差值Δn处实现。然而，如所示出，相同的环形谐振器110与总线波导120的模态指数差值0.1对相同的耦合长度(即约11μm)提供了仅为约2.5a.u.的耦合功率。因此，根据一些示例，光信号耦合(即，耦合功率)中的相对大的改变可被实现，用于模态指数差值Δn的相对小的改变。图4绘制的结果用于如图3A所示出的具有弯曲波导调制部122的环形谐振器110和总线波导120。
在一些示例中，可变模态指数差值由总线波导调制部122的可变模态指数提供。在其它示例中，可变模态指数差值由光学谐振器110的耦合部112的可变模态指数提供。在又一示例中，可变模态指数差值由光学谐振器耦合部112的可变模态指数和总线波导调制部122的可变模态指数两者提供。注意，本文中按照定义，当耦合部112的可变模态指数被采用以提供可变模态指数差值时，可变模态指数基本上仅仅限定于光学谐振器110的耦合部112。换言之，根据多种示例，仅耦合部112的模态指数被改变而不是耦合部以外的光学谐振器110的一部分或基本上所有部分模态指数。
在多种示例中，光学谐振器110的耦合部112的可变模态指数和总线波导120的调制部122中的一个或两者可利用多种效应提供，该多种效应包括但不限于，电光效应(例如，线性或Pockels电光效应、二次或Kerr/Franz-Keldish电光效应)、自由载流子等离子散布(例如，通过载流子注入、载流子损耗等)、加热和多种声学或机械手段。例如，加热器可被采用以选择性地对耦合部112或调制部122加热，以改变其模态指数并产生可变模态指数差值。在另一示例中，自由载流子可选择性地注入到或提取自耦合部112和调制部122中的一个或两者的光波导，以通过自由载流子等离子散布引起模态指数的变化。自由载流子例如可利用半导体结(例如，p-n结或p-i-n结)、量子阱，或由与光波导内的半导体(例如，金属氧化物半导体电容器或半导体氧化物半导体电容器)相邻的介电层形成的电容器而被选择性地注入或提取。在又一示例中，电场(例如，利用电极被施加)可用于根据Pockels电光效应和Kerr/Franz-Keldish电光效应中的一种或两者来引起耦合部112和调制部122中的一个或两者的模态指数的变化。
图5A示出了根据符合本文所描述原理的示例的耦合调制光学谐振器100的一部分的截面图。具体地，图5A示出了代表光学谐振器110的耦合部112和总线波导120的相邻调制部122的通过光波导的截面。如所示出，加热器130与调制部122相邻而提供，以选择性地加热调制部122的光波导。例如，加热可用于改变调制部122的可变模态指数的值。在一些示例中，加热器130可为电阻加热元件。加热器130的电阻加热元件可贴在与调制部122相邻的基底10(例如，如所示出)或调制部122的材料层的一部分(例如，靠近调制部122)。可选地(未示出)，加热器130例如可集成于基底10中或安装于调制部122的光波导的顶部。
图5B示出了根据符合本文描述的原理的另一示例的耦合调制光学谐振器100的一部分的截面图。如图5A，图5B示出了代表表示光学谐振器110的耦合部112和总线波导120的相邻调制部122的通过光波导的截面。图5B进一步示出了与调制部122连接的电极140，以用总线波导120的调制部122改变载流子(例如，自由载流子)的浓度。例如，调制部122的光波导可包括半导体材料，以提供自由载流子。根据多种示例，可变载流子浓度可由于自由载流子等离子散布而产生调制部122的可变模态指数。
具体地，如图5B所示出，调制部122的光波导包括量子阱122a。电极140为包括阳极142和阴极144的一对电极。例如，利用阳极142和阴极144的横跨量子阱122a的电压的施加可改变与量子阱122a相关联的自由载流子浓度，以利用自由载流子等离子散布来影响模态指数的变化。在另一示例(未示出)中，量子阱可由二极管结(例如，p-n结或p-i-n结)替换并且电极对140(即，阳极142和阴极144)可用于通过正向偏置或反向偏置改变二极管结处的载流子浓度，以影响基于自由载流子等离子散布的调制部122中的模态指数的变化。
图5C示出了根据本文描述的原理的又一示例的耦合调制光学谐振器100的一部分的截面图。具体地，图5C示出的总线波导120的调制部122包括夹在第一半导体层122c和第二半导体层122d之间的介电层122b以形成电容器。例如，电极140(例如，作为一对电极)可用于横跨电容器施加电场，以利用半导体层122c，122d中的载流子浓度的变化来改变模态指数。注意，基底在图5B和5C被省略是为了简单示出起见而非以限制的方式。具体地，SOI基底(未示出)可被采用以实现图5B和5C的光波导(例如，脊波导)。
图6示出了根据符合本文所描述原理的示例的耦合调制光学谐振器系统200的框图。如所示出，耦合调制光学谐振器系统200包括具有耦合部的光学谐振器210。根据一些示例，光学谐振器210和耦合部可基本上类似于关于耦合调制光学谐振器100的上述光学谐振器110和耦合部112。具体地，光学谐振器210可为环形谐振器，其中环形谐振器的弯曲或环形光波导的一部分对应于耦合部。在其它示例中，光学谐振器210可以是跑道型环形谐振器、磁盘谐振器、通过直线光波导段通过多个TIR镜相互连接成环而形成的环形谐振器以及法布里-珀罗光腔谐振器，或者包括这些谐振器，但不限于此。
耦合调制光学谐振器系统200还包括总线波导的调制部220。根据多种示例，总线波导调制部220与光学谐振器210的耦合部邻接，并且具有与耦合部共同延伸的长度。此外，总线波导调制部220通过空间或间隙与光学谐振器210的耦合部隔开。具体地，根据一些示例，如上所述，总线波导的调制部220可基本上类似于耦合调制光学谐振器100的总线波导120的调制部122。根据多种示例，该间隙为总线波导调制部220的光波导与光学谐振器210的耦合部之间的物理分离，以使耦合由倏逝耦合提供。具体地，在一些示例中，耦合专门由倏逝耦合提供。
在一些示例中，总线波导调制部220包括弯曲波导。例如，当光学谐振器210为环形谐振器时，总线波导调制部220可为具有与环形谐振器的曲率对应的曲率的弯曲波导。在多种示例中，总线波导的总线波导调制部220(甚至总线波导本身)可与光学谐振器210(例如，其光波导)基本上共面。在其它示例中，总线波导调制部220可处于包括光学谐振器210的层的上方或下方的层上。在该示例中，例如，总线波导调制部220可经过光学谐振器210的耦合部之上或之下。
耦合调制光学谐振器系统200还包括调制致动器230。根据多种示例，调制致动器230被配置为控制总线波导调制部220的模态指数。此外，所控制的模态指数被配置为调制光学谐振器210的耦合部和总线波导调制部220(图6中的交叉箭头)附近的光学谐振器与总线波导之间的光信号耦合。根据多种示例，调制致动器230可包括但不限于，加热器和电极。加热器和电极可分别基本上类似于关于耦合调制光学谐振器100的上述加热器130和电极140。例如，调制致动器230可包括电极，以利用自由载流子等离子散布或其它电光效应来控制总线波导调制部220的模态指数的值。
在一些示例中，总线波导调制部220可包括介电层，该介电层被夹在第一半导体层与第二半导体层之间以形成电容器。例如，调制致动器230的电极可被配置为利用施加的电场利用半导体层中的载流子浓度的变化来改变模态指数。在另一示例中，总线波导调制部220可包括半导体结，而总线波导调制致动器230的电极可用于改变半导体结处的载流子浓度。类似地，根据另一示例，如上所述，调制致动器230的电极可用于改变包括量子阱的总线波导调制部220的模态指数。
图7示出了根据符合本文所描述原理的示例的光学谐振器耦合调制的方法300的流程图。光学谐振器耦合调制的方法300包括将光信号施加至具有与光学谐振器的耦合部相邻并隔开一间隙的调制部的总线波导(310)。根据多种示例，调制部与光学谐振器耦合部之间的耦合由横跨间隙的倏逝耦合提供。如上所述，总线波导和调制部可基本上类似于耦合调制光学谐振器100的总线波导120和调制部122。例如，调制部可包括弯曲光波导。类似地，光学谐振器可基本上类似于关于耦合调制光学谐振器100的上述光学谐振器110和耦合部112。例如，光学谐振器可包括但不限于，环形谐振器、跑道型环形谐振器、盘形谐振器等。根据一些示例，调制部的弯曲光波导可具有与环形谐振器或盘形谐振器的耦合部的曲率对应的曲率。
光学谐振器耦合调制的方法300还包括改变光学谐振器的调制部和耦合部中的一个或两者的模态指数(320)。模态指数被改变以调制在总线波导与光学谐振器之间的所施加的光信号的耦合(320)。根据多种示例，改变调制部的模态指数(320)包括以下中的一个或多个：对调制部加热，改变调制部内的载流子浓度，以及采用调制部内的电光效应。改变光学谐振器的耦合部的模态指数(320)可包括以下中的一个或多个：对光学谐振器耦合部加热，改变光学谐振器耦合部内的载流子浓度，以及采用光学谐振器耦合部内的电光效应。
例如，调制部可包括二极管结和量子阱中的一个或两者，并且改变(320)可采用偏置以利用自由载流子等离子散布来改变模态指数。例如，与调制部相关联的电极例如可提供偏置。根据一些示例，电极可基本上类似于上述参考图5A和5B示出的示例耦合调制光学谐振器100的电极140。根据一些示例，可利用基本上类似于关于耦合调制光学谐振器100的上述加热器130的加热器来对调制部加热。类似地，光学谐振器的耦合部可包括二极管结和量子阱中的一个或两者，而改变(320)可采用偏置以利用自由载流子等离子散布来改变模态指数。电极可结合光学谐振器耦合部而被采用，以提供偏置。此外，加热器可用于对光学谐振器耦合部加热，以改变耦合部的模态指数(320)。
因此，已经描述了采用可变模态指数来提供光信号耦合的调制的耦合调制光学谐振器、耦合调制光学谐振器系统以及光学谐振器耦合调制的方法的示例。应当理解，上述示例仅仅说明代表本文描述的原理的多个特定示例中的一些。明显，本领域技术人员可容易想到多个其他布置而不偏离由权利要求所限定的范围。

Claims (13)

1.一种耦合调制光学谐振器，包括：
光学谐振器，具有耦合部；以及
总线波导，具有与所述光学谐振器的所述耦合部相邻且共同延伸并与所述耦合部隔开一间隙的调制部，所述调制部包括一对电极和量子阱，用于通过利用所述一对电极的阳极和阴极的横跨所述量子阱的电压的施加，来调制所述光学谐振器的所述耦合部与所述总线波导的所述调制部之间的光信号的耦合，以利用自由载流子等离子散布来影响可变模态指数的变化。
2.根据权利要求1的耦合调制光学谐振器，其中所述光学谐振器为环形谐振器并且所述总线波导为弯曲总线波导，所述弯曲总线波导在所述调制部内具有与所述耦合部内的环形谐振器的曲率对应的曲率。
3.根据权利要求2的耦合调制光学谐振器，其中所述弯曲总线波导的所述调制部和所述环形谐振器的所述耦合部共面，所述调制部位于所述环形谐振器的外半径以外，所述耦合部具有大于约5度的扇出角。
4.根据权利要求1的耦合调制光学谐振器，其中所述光学谐振器为跑道型环形谐振器，所述耦合部包括所述跑道型环形谐振器的直线部的一部分。
5.根据权利要求1的耦合调制光学谐振器，其中所述总线波导的所述调制部包括所述可变模态指数，所述可变模态指数用于提供所述总线波导的所述调制部的模态指数与所述光学谐振器的所述耦合部的模态指数之间的所述可变差值。
6.根据权利要求5的耦合调制光学谐振器，还包括加热器，所述加热器用于加热所述总线波导的所述调制部，所述加热用于改变所述可变模态指数的值。
7.根据权利要求5的耦合调制光学谐振器，还包括与所述总线波导的所述调制部连接的电极，以改变所述总线波导的所述调制部内的载流子的浓度，其中所述可变模态指数为由于可变载流子浓度而引起的自由载流子等离子散布的结果。
8.一种耦合调制光学谐振器系统，包括：
光学谐振器，具有耦合部；
总线波导的调制部，与所述光学谐振器的所述耦合部相邻、具有与所述耦合部共同延伸的长度并与所述耦合部隔开一间隙；以及
调制致动器，包括一对电极和量子阱，用于通过利用所述一对电极的阳极和阴极的横跨所述量子阱的电压的施加，控制所述调制部的模态指数，以利用自由载流子等离子散布来影响可变模态指数的变化，所控制的模态指数用于调制所述光学谐振器的所述耦合部和所述总线波导的所述调制部附近的所述耦合部与所述调制部之间的光信号耦合。
9.根据权利要求8的耦合调制光学谐振器系统，其中所述光学谐振器包括环形谐振器，并且其中所述调制部为弯曲波导，所述弯曲波导具有与所述环形谐振器的曲率对应的曲率。
10.根据权利要求8的耦合调制光学谐振器系统，其中所述调制部包括介电层，所述介电层夹在第一半导体层与第二半导体层之间以形成电容器，电极利用所述半导体层中的载流子浓度的变化来改变所述模态指数。
11.一种光学谐振器耦合调制的方法，所述方法包括：
将光信号施加至总线波导，所述总线波导具有与光学谐振器的耦合部相邻且共同延伸并与所述耦合部隔开一间隙的调制部；以及
改变所述总线波导的所述调制部和所述光学谐振器的所述耦合部中的一个或两者的模态指数，以通过利用一对电极的阳极和阴极的横跨量子阱的电压的施加来调制所述总线波导的所述调制部与所述光学谐振器的所述耦合部之间的所施加光信号的耦合，以利用自由载流子等离子散布来影响可变模态指数的变化，
其中所述总线波导与所述光学谐振器之间的所述耦合由横跨所述调制部与所述耦合部之间的间隙的倏逝耦合来提供。
12.根据权利要求11的光学谐振器耦合调制的方法，其中所述光学谐振器包括环形谐振器，并且所述调制部包括弯曲光波导，所述弯曲光波导具有与所述环形谐振器的曲率对应的曲率。
13.根据权利要求11的光学谐振器耦合调制的方法，其中改变所述调制部的所述模态指数包括以下中的一个或多个：对所述调制部加热，改变所述调制部内的载流子浓度，以及利用所述调制部内的电光效应。
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