專利名稱：橢圓形諧振器裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及納米光子裝置，更特別地，涉及一種光諧振器裝置。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中已知存在包括圓形諧振器在內(nèi)的光學(xué)橢圓諧振器。例如，題為“半導(dǎo)體微諧振器裝置”、于1999年7月20日授予本發(fā)明人的美國(guó)專利No.5,926,496中披露了一種具有圓盤形狀、環(huán)孔形狀，或部分地保留圓形直徑輪廓的變形盤形或環(huán)形的微諧振器裝置。雖然該裝置在與諧振器發(fā)生諧振的光信號(hào)的光傳送方面非常有效，但是使用橢圓諧振器導(dǎo)致與相鄰輸入/輸出波導(dǎo)中傳輸?shù)墓獾南辔皇?。尤其是，參照從美?guó)專利No.5,926,496的圖8得到的

圖1。如圖所示，在波導(dǎo)1050中傳播的、與諧振器1052諧振的光，在波導(dǎo)1050的光程長(zhǎng)度ΔS2上與諧振器1052的光程長(zhǎng)度ΔS1相耦合。在弧度角θ上，由于光程長(zhǎng)度差(ΔS2-ΔS1)被耦合的光可能會(huì)異相。美國(guó)專利No.5,926,496涉及到將相位失配限制在小于π/2。為了達(dá)到這個(gè)目的，指出耦合長(zhǎng)度不能超過(guò)諧振器周長(zhǎng)的大約1/10th。正如已經(jīng)知道的，在非圓形的橢圓諧振器中存在相同的相位失配問(wèn)題，其中直線波導(dǎo)存在于橢圓諧振器裝置中。
另外，對(duì)于橢圓諧振器裝置間隙尺寸(諧振器與輸入/輸出波導(dǎo)之間的距離)通常非常小。小尺寸確保獲得可接受的耦合效率(從輸入耦合到諧振器與從諧振器耦合到輸出的光能的百分比)。例如，如圖1A所示，圖1A來(lái)自美國(guó)專利No.5,926,496，披露了在諧振器1052與直線波導(dǎo)1050B之間0.1μm的示例性間隙寬度gw。由于諧振器與耦合的直線波導(dǎo)之間的短相互作用距離，耦合長(zhǎng)度相當(dāng)短。正如已經(jīng)知道的，當(dāng)使用圓形諧振器時(shí)相互作用距離保持最小。
從而，在本領(lǐng)域中存在對(duì)克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)的光學(xué)裝置的需要。
發(fā)明概述通過(guò)包括一橢圓形諧振器，一輸入波導(dǎo)和一輸出波導(dǎo)的光學(xué)諧振器來(lái)實(shí)現(xiàn)上述目的。橢圓形諧振器用于將信號(hào)從輸入波導(dǎo)傳送到輸出波導(dǎo)。如此處所使用的，術(shù)語(yǔ)“橢圓形”指具有兩個(gè)弧形邊和在兩個(gè)弧形邊之間延伸的兩個(gè)直線邊的連續(xù)形狀。最好是橢圓形諧振器的直線邊基本平行。
輸入波導(dǎo)和輸出波導(dǎo)中的每一個(gè)都分別具有一個(gè)輸入端，一個(gè)輸出端和一分別與橢圓形諧振器的直線邊分隔開的部分，在隔開的部分與橢圓形的直線邊之間限定間隙。如下面所表述的，該裝置可用于多種應(yīng)用中。
本發(fā)明的橢圓形諧振器克服了現(xiàn)有技術(shù)中存在的相位失配問(wèn)題。尤其是，輸入和輸出波導(dǎo)最好具有與諧振器的直線邊基本平行對(duì)準(zhǔn)的部分，以便在波導(dǎo)與諧振器之間限定一個(gè)細(xì)長(zhǎng)的且寬度恒定的輸入與輸出間隙。細(xì)長(zhǎng)且恒定寬度的各個(gè)間隙限定了一個(gè)較長(zhǎng)耦合長(zhǎng)度，信號(hào)可以在該耦合長(zhǎng)度上進(jìn)行耦合。(耦合長(zhǎng)度是發(fā)生耦合的光程的長(zhǎng)度)。在現(xiàn)有技術(shù)橢圓形諧振器裝置中，如前面所討論的圓形諧振器，由于光程長(zhǎng)度的差別難以確定耦合長(zhǎng)度。對(duì)于橢圓形諧振器的直線邊，在輸入和輸出波導(dǎo)中限定了與諧振器中相同長(zhǎng)度的光程。結(jié)果，不僅更清楚地限定了耦合長(zhǎng)度，而且增加了諧振器裝置的效力。
橢圓形諧振器最好處于下面的尺寸參數(shù)范圍之內(nèi)諧振器與輸入波導(dǎo)和輸出波導(dǎo)之間的間隙分別具有小于0.5μm的寬度；最好在諧振器中限定輸入波導(dǎo)和輸出波導(dǎo)具有小于1.0μm的寬度；最好使用小于10.0μm的耦合長(zhǎng)度；并且波導(dǎo)芯與橢圓形諧振器的折射率與間隙中介質(zhì)的折射率的比值最好大于1.5。
具有該特定參數(shù)的橢圓形諧振器最好工作在大約0.01-0.1的耦合系數(shù)下。耦合系數(shù)是在諧振器與相鄰波導(dǎo)之間傳送的信號(hào)光能的百分比的十進(jìn)制表示。在輸入波導(dǎo)中其波長(zhǎng)與諧振器諧振的信號(hào)部分穿過(guò)諧振器到達(dá)輸出波導(dǎo)，而輸入波導(dǎo)中與諧振器失諧的信號(hào)部分繞過(guò)諧振器，并從輸入波導(dǎo)發(fā)射。因此，橢圓諧振器起波長(zhǎng)濾波器的作用，將諧振波長(zhǎng)從剩余信號(hào)中分離出來(lái)。當(dāng)諧振器的往返行程等于波導(dǎo)介質(zhì)中光波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)滿足諧振條件。
耦合系數(shù)依賴于多種因素，包括間隙寬度、耦合長(zhǎng)度、波導(dǎo)寬度、折射率、被傳輸光的偏振態(tài)和光波長(zhǎng)。對(duì)于本發(fā)明，可以使間隙寬度大于現(xiàn)有技術(shù)中圓形諧振器的間隙寬度，使用更長(zhǎng)的耦合長(zhǎng)度以獲得與圓形諧振器裝置相同的耦合系數(shù)。間隙寬度的增加導(dǎo)致耦合系數(shù)的減小，而耦合長(zhǎng)度的增加導(dǎo)致耦合系數(shù)的增加。對(duì)于本發(fā)明，通過(guò)增加耦合長(zhǎng)度獲得耦合系數(shù)的增加，該耦合系數(shù)的增加至少與間隙寬度增加所導(dǎo)致的耦合系數(shù)的減小量相當(dāng)。最終結(jié)果是制造出易于制造的諧振器設(shè)備，因?yàn)榕c現(xiàn)有技術(shù)相比具有更大的間隙寬度，而不損失任何性能。另外，在諧振器裝置中可以很容易地改變耦合長(zhǎng)度，由于可以按需要增加邊部分的長(zhǎng)度以便獲得所需的耦合系數(shù)，而不需要改變弧形端。用這種方法，具有基本上(與直線部分中所測(cè)量的)相同總寬度的橢圓形諧振器可以工作于不同耦合系數(shù)下。相反，現(xiàn)有技術(shù)中包括圓形諧振器在內(nèi)的橢圓形諧振器，需要改變曲率，間隙寬度等以獲得耦合系數(shù)的改變—這是難于實(shí)現(xiàn)的。
最好由一單個(gè)的、不間斷波導(dǎo)元件來(lái)限定橢圓形諧振器，所形成的波導(dǎo)元件定義為橢圓形狀。最好是橢圓形諧振器具有對(duì)稱性。特別地，最好是同樣地或基本同樣地形成輸入波導(dǎo)，輸出波導(dǎo)和諧振器的波導(dǎo)元件(材料；尺寸)，以便能夠有效地傳輸光信號(hào)。波導(dǎo)和波導(dǎo)元件可以是光子線波導(dǎo)(photonic wire waveguide)，如美國(guó)專利No.5,878,070中所披露的，或者為光子阱波導(dǎo)(photonic wellwaveguide)，如美國(guó)專利No.5,790,583中所披露的。最好是本發(fā)明中使用光子阱波導(dǎo)。如果使用光子線波導(dǎo)，除了相同寬度以外，最好使用芯具有相同高度的波導(dǎo)和波導(dǎo)元件，以便能夠有效地傳輸光信號(hào)。另外，最好是芯子的高度和寬度尺寸等于美國(guó)專利No.5,790,583和5,878,070中所披露的尺寸，這兩篇專利在此共同引做參考。
橢圓形諧振器可以用于形成多種裝置，包括但不限于信道去除濾波器，開關(guān)，可調(diào)諧濾波器，調(diào)相器和1×N多路復(fù)用器/解復(fù)用器。另外，可以將多個(gè)橢圓形諧振器設(shè)置成一個(gè)陣列，或者平行或者串聯(lián)，來(lái)控制輸出信號(hào)的頻譜。
從而本發(fā)明包括結(jié)構(gòu)特征，元件的組合和各部分的設(shè)置，將在此處所披露的內(nèi)容中舉例說(shuō)明，本發(fā)明的范圍表示在權(quán)利要求中。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明在附圖中，沒(méi)有按比例繪制，僅僅是示意性的，其中在多個(gè)附圖中相同參數(shù)表示相同元件圖1為現(xiàn)有技術(shù)圓形諧振器裝置的平面俯視圖；圖1A為具有直線波導(dǎo)的現(xiàn)有技術(shù)圓形諧振器裝置的平面俯視圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明所形成的橢圓形諧振器的平面俯視圖；圖3為沿圖2的3-3線作出的局部截面圖；圖4為根據(jù)本發(fā)明所形成的信道去除濾波器的平面俯視圖；圖5為表示圖4中所示信道去除濾波器的輸入波導(dǎo)的輸出的曲線(反射)；圖6為表示圖4中所示信道去除濾波器的輸出波導(dǎo)的輸出的曲線(透射)；圖7為根據(jù)本發(fā)明所形成的1×4多路復(fù)用器/解復(fù)用器的平面俯視圖；圖8為具有設(shè)置成并行的橢圓形諧振器級(jí)聯(lián)陣列的裝置的平面俯視圖；圖9為具有設(shè)置成串聯(lián)的橢圓形諧振器級(jí)聯(lián)陣列的裝置的平面俯視圖；圖10為根據(jù)本發(fā)明所形成的調(diào)相器裝置的平面俯視圖。
最佳實(shí)施例的詳細(xì)描述參照?qǐng)D2，描述了一種橢圓形諧振器裝置，通常用參數(shù)10表示。該裝置10包括一橢圓形諧振器20，一輸入波導(dǎo)30和一輸出波導(dǎo)40。
橢圓形諧振器20最好由單個(gè)、不間斷的波導(dǎo)元件22確定。該元件22具有兩個(gè)通常為直線的部分第一直線部分24和第二直線部分26。并且兩個(gè)弧形端28在直線部分24與26之間延伸，并將直線部分24與26連接起來(lái)。最好是橢圓形諧振器20外形具有對(duì)稱性，其直線部分24與26基本上平行并通常具有相同長(zhǎng)度L。并且，弧形端28最好形成相同程度的曲率。例如，弧形端28可能由中心C和半徑R定義。中心C最好與直線部分24、26的端部對(duì)齊(成一條直線)，使得每個(gè)弧形端28為半圓形。
輸入波導(dǎo)30具有一輸入端32，一輸出端34和在輸入端與輸出端之間延伸的信號(hào)傳播部分36。信號(hào)傳播部分36的線段38設(shè)置在第一直線部分24附近，以便在其間限定寬度為g1的間隙A。最好是線段38基本平行于直線部分24，使得沿第一直線部分24的整個(gè)長(zhǎng)度L限定一個(gè)基本恒定的間隙寬度g1。
輸出波導(dǎo)40具有一輸入端42，一輸出端44和在輸入端與輸出端之間延伸的信號(hào)傳播部分46。信號(hào)傳播部分46的線段48設(shè)置在第二直線部分26附近，以便在其間限定寬度為g2的間隙B。最好是線段48基本平行于第二直線部分26，使得沿第二直線部分26的整個(gè)長(zhǎng)度限定一基本恒定的間隙寬度g2。并且最好寬度g1等于寬度g2。
對(duì)于被調(diào)節(jié)到預(yù)定諧振頻率的橢圓形諧振器20，從輸入波導(dǎo)30的輸入端32朝著輸出端34傳播的與橢圓形諧振器20諧振的信號(hào)部分，相長(zhǎng)干涉，諧振并穿過(guò)橢圓形諧振器20，到達(dá)輸出波導(dǎo)40，而與橢圓形諧振器20失諧的信號(hào)部分繼續(xù)傳播到輸出端34并作為反射信號(hào)被發(fā)射出去。諧振的信號(hào)穿過(guò)輸出波導(dǎo)40。由于橢圓形諧振器20的形狀，諧振的信號(hào)將以與輸入波導(dǎo)30中傳播的信號(hào)相反的方向穿過(guò)輸出波導(dǎo)40，如箭頭所示。特別地，諧振的信號(hào)將朝著輸出端44的方向在輸出波導(dǎo)40中傳播，并作為透過(guò)信號(hào)從輸出端44發(fā)射。為了將輸出波導(dǎo)40中的諧振信號(hào)引導(dǎo)成與輸入波導(dǎo)20中傳播的信號(hào)具有相同方向，可以彎曲輸出波導(dǎo)40，如圖4所示，具有一個(gè)最好為180°的弧形彎曲50。了解到此處提及的“輸入”和“輸出”僅為了方便的目的；可以使用在波導(dǎo)中其信號(hào)沿與此處所披露一致的任何方向傳播的橢圓形諧振器裝置10。
最好是橢圓形諧振器裝置10具有對(duì)稱性。特別地，最好是同樣或基本相同地形成輸入波導(dǎo)30，輸出波導(dǎo)40和橢圓形諧振器20的波導(dǎo)元件22(材料；尺寸)，以便有效地傳播光信號(hào)。波導(dǎo)30、40和波導(dǎo)元件22可以是從襯底52延伸的光子線(photonic wire)波導(dǎo)或光子阱(photonic well)波導(dǎo)?？梢允褂帽绢I(lǐng)域公知的蝕刻技術(shù)來(lái)形成波導(dǎo)30、40和波導(dǎo)元件22。本發(fā)明最好使用光子阱波導(dǎo)。
圖3描述了典型的輸入波導(dǎo)30以及波導(dǎo)元件22的截面圖。輸出波導(dǎo)40最好具有與所示相同的截面。如圖所示，包層56環(huán)繞在芯54周圍。芯54是有源(active)載光介質(zhì)，并且波導(dǎo)30、40和波導(dǎo)元件22中每一個(gè)的芯54最好形成為寬度w。如果使用光子線波導(dǎo)，除了具有相同寬度w以外，最好每個(gè)芯54具有相同高度h，以便能夠有效地傳播光信號(hào)。另外，最好是芯54的高度h與寬度w尺寸相等。
圖5和6描述了圖4中所示橢圓形諧振器裝置10的性能特性。圖5為表示從輸入波導(dǎo)30的輸出端34發(fā)出的反射信號(hào)的強(qiáng)度曲線，而圖6表示從輸出波導(dǎo)40的輸出端44發(fā)射出的透射信號(hào)的強(qiáng)度。圖5中曲線的最小值分別相當(dāng)于大約1522.5nm和1542.5nm波長(zhǎng)。結(jié)果，圖6中曲線的最大值也分別相當(dāng)于1522.5nm和1542.5nm。該曲線表示大約1542.5nm的與在該波長(zhǎng)處從輸入波導(dǎo)30傳播到輸出波導(dǎo)40的信號(hào)部分發(fā)生諧振的光譜。不發(fā)生諧振的信號(hào)部分繞過(guò)橢圓形諧振器20，并作為透射信號(hào)從輸入波導(dǎo)30的輸出端34發(fā)射出去?？梢允褂帽绢I(lǐng)域技術(shù)人員已知的技術(shù)調(diào)節(jié)橢圓形諧振器20設(shè)置為諧振的波長(zhǎng)，這些技術(shù)如向諧振器施加不同的電壓。
設(shè)計(jì)參數(shù)最好是在一定參數(shù)范圍內(nèi)形成橢圓形諧振器裝置10。首先，寬度g1和g2最好小于0.5μm。更特別地，最好是選擇寬度g1和g2，使得滿足下面的關(guān)系， 其中λ為真空中信號(hào)的波長(zhǎng)；nwg為波導(dǎo)的芯內(nèi)部折射率；ng為設(shè)置在各個(gè)間隙中的介質(zhì)的折射率。
第二，最好是波導(dǎo)30、40和波導(dǎo)元件22均形成為具有小于0.5μm的寬度。最佳寬度w使波導(dǎo)30、40和波導(dǎo)元件22能夠滿足單模要求(即各個(gè)波導(dǎo)/波導(dǎo)元件僅支持一個(gè)基頻橫向電場(chǎng)(TE)和一個(gè)基頻橫向磁場(chǎng)(TM)模式。)
第三，最好是直線部分24和26的長(zhǎng)度L均小于10μm。如下面所描述的，長(zhǎng)度L受橢圓形諧振器20的往返行程長(zhǎng)度限制。
第四，最好是波導(dǎo)的芯內(nèi)部折射率nwg與各個(gè)間隙中介質(zhì)的折射率ng的比值大于1.5。用數(shù)學(xué)方式表示為，nwg/ng＞1.5 公式(2)第五，必須考慮往返行程損失。對(duì)于特定參數(shù)，橢圓形諧振器裝置10最好工作在大約0.01-0.1的耦合系數(shù)下。耦合系數(shù)是間隙寬度(g1，g2)，耦合長(zhǎng)度(L)，折射率(nwg，ng)，被傳播的光的偏振態(tài)和光波長(zhǎng)(λ)的函數(shù)。在最佳范圍內(nèi)，可以使間隙寬度g1，g2大于現(xiàn)有技術(shù)中所披露的橢圓形和圓形諧振器裝置的間隙寬度。為了補(bǔ)償由于間隙寬度增加所導(dǎo)致的耦合系數(shù)的損失，增加耦合長(zhǎng)度L，以便獲得至少與圓形諧振器裝置相同的耦合系數(shù)。
如同所有密閉環(huán)形裝置那樣，橢圓形諧振器裝置10易于受到“往返行程損失”的影響，其中在橢圓形諧振器20上傳播時(shí)損失一定部分的信號(hào)。最好是橢圓形諧振器裝置10的耦合系數(shù)大于往返行程損失，更佳地是，比往返行程損失大幾倍。在一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)于0.03(即3％)的往返行程損失，耦合系數(shù)可以為0.13(即13％)，即比往返行程損失大4倍多。用這種方式，可以將往返行程損失的不利影響保持最小。毫無(wú)疑問(wèn)，0.13的耦合系數(shù)超出了0.01-0.1的最佳范圍。當(dāng)存在極小往返行程損失時(shí)，0.01-0.1的范圍更為適用。
在橢圓形諧振器裝置10的設(shè)計(jì)中需要考慮的第六個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)是諧振波長(zhǎng)和自由光譜區(qū)(FSR)。諧振波長(zhǎng)周期性地出現(xiàn)，并且具有均勻間隔。諧振波長(zhǎng)(λm)由下式給出mλm＝neffL 公式(3)其中m為整數(shù)。
“m”項(xiàng)被稱為諧振級(jí)，“neff”為諧振器的有效折射率，“neffL”為諧振器的光程。相繼諧振之間的間距被稱為自由光譜區(qū)(FSR)。從而，可以看出諧振器越小，F(xiàn)SR越大。
有利地是，橢圓形諧振器裝置10可以用于多種裝置和結(jié)構(gòu)中?？梢酝ㄟ^(guò)調(diào)節(jié)諧振器的有效折射率來(lái)調(diào)諧或調(diào)節(jié)由諧振器的光程確定的諧振器的諧振波長(zhǎng)?？梢允褂冒ú▽?dǎo)的半導(dǎo)體材料中的電光效應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)諧振波長(zhǎng)的調(diào)節(jié)，從而直接將電場(chǎng)(或電壓)施加給諧振器，來(lái)改變其中的材料的折射率。例如，圖4描述了一種信道去除濾波器或光開關(guān)。作為信道去除濾波器，該裝置簡(jiǎn)單地從輸入信號(hào)中去除相當(dāng)于諧振器諧振波長(zhǎng)的特定波長(zhǎng)(或信道)。作為波長(zhǎng)開關(guān)，該裝置作為可調(diào)節(jié)濾波器，對(duì)于特定波長(zhǎng)能夠在諧振與失諧之間進(jìn)行切換。
另外，裝置10可以用于1×N多路復(fù)用器/解復(fù)用器裝置中，如圖7所示的1×4多路復(fù)用器/解復(fù)用器裝置。此處，沿共同的輸入波導(dǎo)130設(shè)置四個(gè)橢圓形諧振器120A，120B，120C和120D，不過(guò)在與裝置相連時(shí)可以使用任何數(shù)量的橢圓形諧振器。調(diào)節(jié)每個(gè)橢圓形諧振器120A-120D在不同波長(zhǎng)下發(fā)生諧振，以便通過(guò)多個(gè)橢圓形諧振器120A-120D導(dǎo)致在輸入波導(dǎo)130中傳播的信號(hào)的不同部分諧振，從而去多路復(fù)用信號(hào)。該裝置100還可以被“反向”使用，用于復(fù)用輸出波導(dǎo)140A-D中傳播的多路信號(hào)，從而在輸入波導(dǎo)130中產(chǎn)生合成信號(hào)。
另外，裝置10可以用于級(jí)聯(lián)陣列中，如圖8和9所示的陣列，以便得到所需頻譜。在許多應(yīng)用中要求濾波器的光譜特性在響應(yīng)峰值處表現(xiàn)為平坦頂面形狀，以便適應(yīng)溫度或源波長(zhǎng)波動(dòng)所導(dǎo)致的源波長(zhǎng)的漂移，如圖6所示。在圖8中描述了通過(guò)相互耦合的理想諧振器的平行陣列來(lái)實(shí)現(xiàn)這種所需結(jié)果。通過(guò)審慎選擇單個(gè)諧振器之間以及諧振器與平行直線波導(dǎo)之間的耦合系數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)具有任意特性的濾波器。在最簡(jiǎn)單的情形中，可以假設(shè)這些耦合系數(shù)相等。在這種情形中，濾波器的綜合性能是各個(gè)諧振器的諧振波長(zhǎng)被分成等于諧振器數(shù)量的多個(gè)諧振。諧振器之間耦合系數(shù)的強(qiáng)度決定了諧振之間的間隔(耦合越強(qiáng)，諧振之間的間隔越大)。從而，通過(guò)慎重選擇耦合系數(shù)，可以有利地使諧振移動(dòng)到足夠近，使得各個(gè)諧振基本上合并成一個(gè)具有平坦頂面的單一諧振。
圖8具體描述了包括在輸入波導(dǎo)230與輸出波導(dǎo)240之間彼此耦合的多個(gè)橢圓形諧振器220A、220B和220C的平行陣列。作為非限制性例子，三個(gè)橢圓形諧振器220A-C表示在圖8中，可以使用任意數(shù)量的諧振器。橢圓形諧振器220A被耦合到輸入波導(dǎo)230和橢圓形諧振器220B，而橢圓形諧振器220C被耦合到輸出波導(dǎo)240和橢圓形諧振器220B。因而，這種設(shè)置在傳送到輸出波導(dǎo)240的輸出信號(hào)中產(chǎn)生以單個(gè)諧振波長(zhǎng)為中心的頻率響應(yīng)。
濾波器響應(yīng)的另一個(gè)所需要的特性是響應(yīng)下降地足夠快，從而使一個(gè)信道與其他所有信道之間的串?dāng)_最小(如圖6所示)。單個(gè)諧振器是具有Lorentzian響應(yīng)的頻率響應(yīng)下降緩慢的有效的第一級(jí)法布里—珀羅(Fabry-Perot)濾波器。為了改善頻率響應(yīng)的下降，可以以串聯(lián)方式級(jí)聯(lián)多個(gè)相同諧振器，以便通過(guò)定義更快下降速度實(shí)現(xiàn)更高級(jí)次濾波器。圖9中描述了該目的的實(shí)現(xiàn)。必須按它們的諧振頻率將諧振器排列起來(lái)，否則輸出信號(hào)將會(huì)具有展寬的頻譜。圖9描述了一個(gè)串聯(lián)陣列300，包括多個(gè)均與輸入波導(dǎo)330和輸出波導(dǎo)340耦合、但彼此并不耦合的橢圓形諧振器320A，320B和320C。再次重申，可以使用任意數(shù)量的橢圓形諧振器。結(jié)果，在輸出波導(dǎo)340中產(chǎn)生具有更寬頻譜的輸出信號(hào)，與根據(jù)本發(fā)明所形成的單個(gè)橢圓形諧振器相比產(chǎn)生更加“陡峭”的邊坡特性。
作為另一種應(yīng)用，本發(fā)明的橢圓形諧振器可以與單個(gè)波導(dǎo)一起使用，如圖10所示。此處，表示出可以被用做調(diào)相器的全通濾波器400。全通濾波器400包括一個(gè)鄰近輸入波導(dǎo)420設(shè)置的橢圓形諧振器410。橢圓形諧振器410“反射”穿過(guò)輸入波導(dǎo)420的具有相位響應(yīng)的所有頻率的光，取決于橢圓形諧振器410與輸入波導(dǎo)420之間的耦合強(qiáng)度。從而，穿過(guò)該濾波器的光其幅值不發(fā)生改變而相位發(fā)生變化?？梢詫?duì)這種相移進(jìn)行調(diào)制，仍然使用施加給諧振器的電光效應(yīng)進(jìn)行相移調(diào)制。這種調(diào)相器可以用于馬赫—曾德(Mach-Zehnder)干涉儀中實(shí)現(xiàn)調(diào)幅。這種調(diào)相器的優(yōu)點(diǎn)在于對(duì)于給定相移(假設(shè)π)，所需的調(diào)制電壓可以非常小，因?yàn)橹C振器的諧振效應(yīng)有效地增加了該裝置的光程。或者，對(duì)于給定調(diào)制電壓，調(diào)相器可以非常小，并且仍然可以獲得π相移。通過(guò)將電壓施加給橢圓形諧振器410并改變所施加的電壓，可以改變光的相位。與現(xiàn)有技術(shù)中的調(diào)相器相比，本發(fā)明的全通濾波器400相當(dāng)小。
因此，已經(jīng)示出、描述并指出了當(dāng)應(yīng)用于最佳實(shí)施例時(shí)本發(fā)明的主要新穎特性，應(yīng)該理解本領(lǐng)域技術(shù)人員在不偏離本發(fā)明精神的條件下可以對(duì)所披露的發(fā)明的形式和細(xì)節(jié)進(jìn)行多種刪除、取代和改變。從而本發(fā)明僅由所附權(quán)利要求的范圍限定。
權(quán)利要求
1.一種諧振器裝置，包括一能夠使預(yù)定波長(zhǎng)的光發(fā)生諧振的橢圓形諧振器，所述橢圓形諧振器具有兩個(gè)弧形端和在其間延伸的通常為直線的第一和第二邊部分；一用于在其中傳播光的輸入波導(dǎo)，所述輸入波導(dǎo)具有一輸入端和一輸出端，所述輸入波導(dǎo)的一部分設(shè)置在所述橢圓形諧振器的所述第一邊部分附近；以及一用于在其中傳播光的輸出波導(dǎo)，所述輸出波導(dǎo)具有一輸出端，所述輸出波導(dǎo)的一部分被設(shè)置在所述橢圓形諧振器的所述第二邊部分的附近，其中在所述輸入波導(dǎo)中傳播的其波長(zhǎng)與所述橢圓形諧振器失諧的光從所述輸入波導(dǎo)的所述輸出端輸出，在所述輸入波導(dǎo)中傳播的具有與所述橢圓形諧振器諧振的波長(zhǎng)的光被耦合到所述橢圓形諧振器，并從所述橢圓形諧振器耦合到所述輸出波導(dǎo)，從所述輸出波導(dǎo)的輸出端輸出。
2.如權(quán)利要求1所述的諧振器裝置，其中所述輸入波導(dǎo)通過(guò)第一間隙與所述第一邊部分分開，所述第一間隙小于0.5μm。
3.如權(quán)利要求2所述的諧振器裝置，其中所述輸出波導(dǎo)通過(guò)第二間隙與所述第二邊部分分開，所述第二間隙小于0.5μm。
4.如權(quán)利要求1所述的諧振器裝置，其中所述第一邊部分具有小于10.0μm的長(zhǎng)度。
5.如權(quán)利要求4所述的諧振器裝置，其中所述第二邊部分具有小于10.0μm的長(zhǎng)度。
6.如權(quán)利要求1所述的諧振器裝置，其中所述輸入波導(dǎo)在鄰近所述橢圓形諧振器的所述第一邊部分設(shè)置的所述部分中限定一寬度，相對(duì)所述輸入波導(dǎo)的縱軸橫向測(cè)量所述寬度，所述寬度小于1.0μm。
7.如權(quán)利要求6所述的諧振器裝置，其中所述輸出波導(dǎo)在鄰近所述橢圓形諧振器的所述第二邊部分設(shè)置的所述部分中限定一寬度，相對(duì)所述輸出波導(dǎo)的縱軸橫向測(cè)量所述寬度，所述寬度小于1.0μm。
8.如權(quán)利要求1所述的諧振器裝置，其中所述輸入波導(dǎo)構(gòu)成有對(duì)光進(jìn)行傳播的第一芯，所述第一芯具有第一內(nèi)部折射率，并且其中所述輸入波導(dǎo)通過(guò)第一間隙與所述第一邊部分分開，第一介質(zhì)設(shè)置在所述第一間隙中，所述第一介質(zhì)具有第一外部折射率，所述第一內(nèi)部折射率與所述第一外部折射率的比值大于1.5。
9.如權(quán)利要求8所述的諧振器裝置，其中所述輸出波導(dǎo)構(gòu)成有對(duì)光進(jìn)行傳播的第二芯，所述第二芯具有第二內(nèi)部折射率，并且其中所述輸出波導(dǎo)通過(guò)第二間隔與所述第二邊部分分開，第二介質(zhì)設(shè)置在所述第二間隔中，所述第二介質(zhì)具有第二外部折射率，所述第二內(nèi)部折射率與所述第二外部折射率的比值大于1.5。
10.如權(quán)利要求1所述的諧振器裝置，其中所述第一邊部分與所述第二邊部分基本平行。
11.如權(quán)利要求1所述的諧振器裝置，其中設(shè)置在所述橢圓形諧振器所述第一邊部分附近的所述第一波導(dǎo)的所述部分，與所述第一邊部分基本平行。
12.如權(quán)利要求11所述的諧振器裝置，其中設(shè)置在所述橢圓形諧振器所述第二部分附近的所述第二波導(dǎo)的所述部分，與所述第二部分附近基本平行。
13.如權(quán)利要求1所述的諧振器裝置，其中所述橢圓形諧振器由單個(gè)、非間斷波導(dǎo)元件構(gòu)成。
14.如權(quán)利要求13所述的諧振器裝置，其中所述波導(dǎo)元件具有小于1.0μm的寬度。
15.如權(quán)利要求1所述的諧振器裝置，其中所述輸入波導(dǎo)與所述橢圓形諧振器之間的耦合系數(shù)在0.01至0.1范圍內(nèi)。
16.如權(quán)利要求1所述的諧振器裝置，其中所述輸入波導(dǎo)與所述橢圓形諧振器之間的耦合系數(shù)比所述橢圓形諧振器中往返行程損失大幾倍。
17.如權(quán)利要求1所述的諧振器裝置，其中在所述輸入和輸出波導(dǎo)之間設(shè)置多個(gè)橢圓形諧振器。
18.如權(quán)利要求17所述的諧振器裝置，其中每個(gè)所述橢圓形諧振器被耦合到至少一個(gè)其他的橢圓形諧振器。
19.如權(quán)利要求17所述的諧振器裝置，其中每個(gè)所述橢圓形諧振器被耦合到所述輸入波導(dǎo)和所述輸出波導(dǎo)。
20.一種用于對(duì)預(yù)定波長(zhǎng)的光進(jìn)行諧振的橢圓形諧振器，所述橢圓形諧振器包括兩個(gè)弧形端和在兩個(gè)弧形端之間延伸的通常為直線的第一和第二邊部分。
21.如權(quán)利要求20所的橢圓形諧振器，其中所述第一和第二邊部分基本平行。
22.如權(quán)利要求20所的橢圓形諧振器，其中所述弧形端均通常為半圓形形狀。
23.如權(quán)利要求20所述的橢圓形諧振器，其中所述第一邊部分具有小于10.0μm的長(zhǎng)度。
24.如權(quán)利要求23所述的橢圓形諧振器，其中所述第二邊部分具有小于10.0μm的長(zhǎng)度。
25.如權(quán)利要求20所述的橢圓形諧振器，其中所述橢圓形諧振器由單個(gè)、非間隔波導(dǎo)元件構(gòu)成。
26.如權(quán)利要求25所述的橢圓形諧振器，其中所述波導(dǎo)元件具有小于1.0μm的寬度。
27.一種諧振器裝置，包括一種能夠使預(yù)定波長(zhǎng)的光發(fā)生諧振的橢圓形諧振器，所述橢圓形諧振器具有兩個(gè)弧形端和在兩個(gè)弧形端之間延伸的通常為直線的第一和第二邊部分；以及，一個(gè)用于在其中傳播光的輸入波導(dǎo)，所述輸入波導(dǎo)具有一輸入端和一輸出端，并且所述輸入波導(dǎo)的一部分設(shè)置在所述橢圓形諧振器的所述第一邊部分附近。
28.如權(quán)利要求27所述的諧振器裝置，其中所述輸入波導(dǎo)與所述橢圓形諧振器之間的耦合系數(shù)在0.01至0.1范圍內(nèi)。
29.如權(quán)利要求27所述的諧振器裝置，其中所述輸入波導(dǎo)與所述橢圓形諧振器之間的耦合系數(shù)大于所述橢圓形諧振器中表現(xiàn)出的往返行程損失。
全文摘要
提供了一種橢圓形諧振器裝置(10),包括一橢圓形諧振器(20),該橢圓形諧振器具有用于從外部光源耦合信號(hào)的直線部分。橢圓形諧振器(20)的直線部分使耦合信號(hào)的相位失配最小。橢圓形諧振器裝置(10)可以用在多種裝置中,包括信道去除濾波器、開關(guān)、可調(diào)諧濾波器,調(diào)相器和1×N多路復(fù)用器/解復(fù)用器。
文檔編號(hào)G02B26/08GK1361875SQ00810613
公開日2002年7月31日 申請(qǐng)日期2000年5月19日 優(yōu)先權(quán)日1999年5月21日
發(fā)明者M·K·陳, S·T·何 申請(qǐng)人:內(nèi)諾維什技術(shù)公司, 西北大學(xué)