波导调制器与相关的调制方法技术

本发明专利技术涉及一种调制器，其包括的有吸收性地传播给定波长（λ）的电磁波的波导（４）。例如电学结（１１）这样的装置允许改变电磁波在所述波导内的存在时间。也提出了相应的调制方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及包含波导的调制器，例如光学调制器，以及相关的调 制方法。调制器是用于控制波的传输，例如在光学调制器情况下控制光线 传输的装置。所述概念因此包括了能够以连续或不连续方式改变所传 输的波的强度，例如在波段转换开关情况下改变为"有"或者"无"，的 装置。如今，人们尽力以设计具有下述结构的调制器使其能够与在硅 模具中生产的部件相集成，以简化简化组件的制造、降低其尺寸。在这种背景下，已经提出通过注入或耗尽电荷载流子来改变材料 的折射率，例如如文献EP 140368所描述。上述指数的改变能引起波 导谐振的频镨移动或波的移相，人们常常用移相的波与未移相的波相 干扰(Mach-Zehnder (马赫-曾德尔)装置)。这样的Mach-Zehnder装置例如在专利申请US 2003/161565中有 描述，按照所述文献，在装置的一分支上改变群速度，以在所述分支 上获得的信号相对于装置另一分支上通过的信号发生相移。在上述两种情况下(谐振偏移或相移波干扰)，所获得的波，尤 其是其强度，根据电荷载流子的密度而变化，所述电荷载流子本身可 受电压控制。然而，由于所利用的物理现象的缘故，在所述装置内仅能在很窄 的频带上实现调制。此外，Mach-Zehnder装置的结构相对复杂，原 因是其使用两个分支，这两个分支还必须被进一步联结在电磁波的主 波导上。此外，还已经提出通过调节材料的吸收性从而直接调节穿过所述 材料的波的强度。这样的解决方案例如在下述文章中提出来1995年 5月8日的PPL.Phys Lett.66 (19)中的A.Fenigstein等人的文章"Current induced intersubband absorption in GaAs/GaAIAs quantum wells"以及Physica E16(2003)450/454中M.EIkurdi等人的"Electromodulation of the interband and intraband absorption of Ga/Si cells assembled islands"。然而，硅模具材料的低吸收性，不能够使用已知技术传输的波的 强度产生较强的调制效果，因此不可能实现高效而紧凑的调制器。尤其为了克服所述问题，本专利技术提出包括波导的调制器，所述波 导具有吸收性地传播给定波长的电磁波，其特征在于适于改变电磁波 在波导中存在的时间的装置。这样，即使波导材料的固有吸收相对较弱时，也可以通过增加所 述电磁波在波导内的存在时间而放大电磁波的吸收现象，因此获得相 对较大的吸收性。例如用给定波长的吸收材料来实现所述波导。波导还可以例如包括纳米结构，所述纳米结构可以为半导体材料 的量子盒或量子阱。所述两种可能兼容的技术可允许获得具有不可忽略的固有吸收 性的波导，然而所述吸收性也可能如上所述相对较微弱。波导可以具有电介质介电常数的周期性变化，这允许从散射结构 的物理特性，尤其是在布里渊区(zone de Brillouin)边界或中心的慢传播模式的存在中获得好处。按照一种可能的实施方式，波导为光子晶体波导。所述波导可以 例如通过硅模具工艺获得实现，这就使调制器与部件的集成获得简 化。还可以涉及边缘具有正弦波形状的脊形(rib或者ridge)波导。 所述用于改变存在时间的装置实践中可以包括用于改变电磁波 在波导中的折射率的装置。该解决方案允许通过改变所述折射率来降 低群速度，且在上面所提及的慢传播模式下使所述变化很大。按照一种可能的实施方式，用于改变折射率的装置可以包括电学 结。该解决方案在往部件中集成的方面也是有利的。本专利技术还提出一种电磁波调制方法，所述电磁波具有给定波长且 在具有有吸收性的波导内传播，其特征在于，所述方法包括改变电磁 波在波导内存在时间的步骤。改变存在时间的步骤例如通过改变电磁波在波导内的折射率来 获得。上述方法可以具有上面针对上述调制器已经提出的特征及优点。 本专利技术的其它特征与优点将在下面参考附图给出的描述中体现出来。图中附图说明图1示出了按照本专利技术说明实现的调制器；图2示出了图1的调制器的切面图3呈现了图解图1的装置的功能的色散曲线。图l所示调制器为光学调制器，其包括入口区2、波导(这里是光学波导)4以及出口区6。波导4形成在光子晶体8(例如由半导体材料内部周期孔形成)中且因此具有电介质介电常数的周期性变化。波导4包括纳米结构，例如硅上锗(Ge/Si)量子盒5(见图2)，其允许吸收要传输的电磁波。在实施变型中，所述吸收性可以通过选择实现波导的吸收性材料来获得。在硅技术中，材料的固有吸收通常为大约lcm"到lOcm-1。 光子晶体8被放在电学结11的内部，通过两个分别位于光子晶体8两侧的接头10、 12在电学结上施加电压。图2示出了刚被描述的调制器的切面图，其中清晰体现了电学结11的结构。电学结11例如被设置在衬底20上，中间夹有光学指数比电学结 材料更低的层，例如氧化物层22，尤其是硅氧化物。电学结包括由掺 杂半导体材料(这里是Si-p)实现且设置在所述氧化物层22上、与 接头12电接触的第一层18，以及用半导体材料(这里是Si)实现且 设置在第一层上但不与接头12接触的第二层16，以及设置在第二层 16之上，同样也不与接头12接触的掺杂半导体(这里是Si-n)的第三层14。相反，接头10直接设置在第三层14上，以使得按照图1所 示举例，把所述层接地。第二氧化物层24可以覆盖第三层14。如图2所示，第一层18、第二层16以及第三层14 (或可能第二 氧化物层24)被一些凹槽以规律的间隔所穿透，这些凹槽形成上面提 及的光子晶体8的孔。此外，在光学波导4的位置上，半导体材料的第二层16包括纳 米结构(这里是量子盒5)，其如上所述在波导内产生吸收性。具有波长k的准单色电磁波(例如光波)通过入口区2进入波导 4内，所述电磁波由带吸收性的波导4穿过光子晶体8传输，且通过 出口区6从光子晶体8中出射。电磁波在波导内向光子晶体4的传播的群速度由图3所示的色散 曲线上点的斜率所确定。图3示出了使用硅上锗量子井或盒的电荷栽流子相对较快的耗 尽(借助于电学结11所获得)的情况，其中，利用了凹形色散曲线 向下的一部分。然而，按照所使用的吸收材料与方法，可以使用凹形曲线向上的 一部分。光子晶体8为散射结构，波导4的色散曲线(其示出了按照传播 模式的波矢量变化的能量)不是直线，因此具有变化的斜率，所述斜 率在至少一点相互抵消，原因是光子晶体8的光学模式的存在，所述 光学模式通过光子晶体8的介电常数的周期性特征而成对存在(也就 是源于色散曲线的能带结构)。通过在电学结11内施加电压(通过图1示意性示出的接头10、 12)，可以令光子晶体8在电荷载流子方面的分布密度变化，因此在 能量上(也就是通过图3上的垂直偏移)移动波导4的色散曲线，例 如从图2所示的曲线C2移动到曲线C1。这样就改变了波导4内光学模式的折射率，这就等于改变了给定 波长的光线的传播速度。如图3所示，色散曲线的能量移动可以使所述曲线的斜率在对应 于所考虑的波长X的点上变为零或几乎为零，并且由于色散曲线较大 的曲率而无需施加较高的电压。所述现象允许能十分一贯地(以100划分)降低本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包括一波导（４）的调制器，所述波导有吸收性地传播给定波长（λ）的电磁波，其特征在于，所述装置（１１）适于改变电磁波在所述波导中存在的时间。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：塞尔万戴维，昂马吕埃阿吉，
申请(专利权)人：原子能委员会，
类型：发明
国别省市：FR[法国]