一種單模半微盤諧振腔的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種單模半微盤諧振腔，包括分別閉合的內(nèi)、外輪廓線，內(nèi)、外輪廓線之間為波導(dǎo)（3），所述內(nèi)輪廓線由用于電學(xué)連接或機(jī)械連接的扇形連接區(qū)域（2），以及實(shí)現(xiàn)波導(dǎo)寬度從窄到寬的漸變過渡曲線（1）組成，所述扇形連接區(qū)域（2）的角度小于或等于270度且大于0度。連接區(qū)域（2）最大允許270度范圍的連接結(jié)構(gòu)，從而連接電阻小，可實(shí)現(xiàn)高速響應(yīng)。過渡曲線（1）可以使諧振腔波導(dǎo)逐漸變寬的同時(shí)保證不激發(fā)高階模式和泄漏模式，降低腔損耗。本實(shí)用新型提出的半微盤諧振腔為單模工作，不會(huì)導(dǎo)致自由光譜范圍的減小，可以滿足濾波、調(diào)制等應(yīng)用對光場模式的嚴(yán)格要求，在集成領(lǐng)域有眾多潛在的用途，包括低能耗高速電光調(diào)制器、光學(xué)邏輯運(yùn)算器件、有源濾波器、加熱/調(diào)諧裝置、熱光開關(guān)、電/機(jī)械/光換能器等需要電學(xué)或機(jī)械連接的諧振腔結(jié)構(gòu)。
【專利說明】一種單模半微盤諧振腔
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及集成光電子【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種諧振腔。
【背景技術(shù)】
[0002]有源微環(huán)諧振腔是集成光電子學(xué)中的重要元件，具有非常廣泛的用途，涵蓋濾波、調(diào)制、邏輯運(yùn)算、傳感、熱光開關(guān)、調(diào)諧等，在集成光電子學(xué)走向商用化的過程中占據(jù)至關(guān)重要的地位。然而有源微環(huán)諧振腔的電學(xué)連接不易實(shí)現(xiàn)，因?yàn)橹負(fù)诫s的連接結(jié)構(gòu)會(huì)造成可觀的光場損失，大幅降低器件性能，這是阻礙有源微環(huán)諧振腔進(jìn)一步向小型化和高性能發(fā)展的主要困難之一。另一方面，部分諧振腔需要機(jī)械連接結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)光波與機(jī)械波的相互作用，這迫切需要能實(shí)現(xiàn)低損耗機(jī)械連接的新諧振腔器件。
[0003]近年國外有部分工作致力于解決這一問題。麻省理工學(xué)院提出“絕熱微環(huán)諧振腔”，它使用橢圓形內(nèi)腔，在波導(dǎo)變寬處可以允許小范圍的環(huán)內(nèi)電學(xué)連接，而不造成較大的光場泄漏。但這種結(jié)構(gòu)連接范圍太小，導(dǎo)致連接電阻偏大，而速度受RC常數(shù)制約，也即電阻、電容乘積，因此電阻較大的話，就難以實(shí)現(xiàn)高速響應(yīng)。該缺陷是受諧振腔結(jié)構(gòu)的制約，難以顯著改善。要實(shí)質(zhì)性地解決有源微環(huán)諧振腔電學(xué)連接的困難，需要實(shí)用新型新的諧振腔型。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004](一)要解決的技術(shù)問題
[0005]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題就是如何增大現(xiàn)有諧振腔結(jié)構(gòu)連接范圍，減小連接電阻，從而實(shí)現(xiàn)高速響應(yīng)。
[0006](二)技術(shù)方案
[0007]為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供了一種單模半微盤諧振腔，包括分別閉合的內(nèi)、外輪廓線，內(nèi)、外輪廓線之間為非良導(dǎo)體材料的波導(dǎo)，或非良導(dǎo)體材料與金屬結(jié)合的表面等離子體波導(dǎo)，其特征在于，所述內(nèi)輪廓線由用于電學(xué)連接或機(jī)械連接的扇形連接區(qū)域，以及實(shí)現(xiàn)波導(dǎo)寬度從窄到寬的漸變過渡曲線組成，所述扇形連接區(qū)域的角度小于或等于270度大于O度。
[0008]電學(xué)連接和機(jī)械連接制作在扇形連接區(qū)域內(nèi)，最大允許270度范圍的連接結(jié)構(gòu)。當(dāng)連接結(jié)構(gòu)和連接區(qū)域同樣大時(shí)，則連接結(jié)構(gòu)為充滿連接區(qū)域，形成實(shí)心狀，否則為空心狀。
[0009]所述過渡曲線的作用是實(shí)現(xiàn)波導(dǎo)寬度從窄到寬的漸變，以保證不激發(fā)高階模式和泄漏模式，實(shí)現(xiàn)單模運(yùn)行。所述過渡曲線是平滑連接的曲線，包括樣條曲線、插值曲線、最小變化曲線、歐拉螺線等。本實(shí)用新型在過渡曲線部分也可制作電學(xué)連接，但只能允許兩種，也即“平板波導(dǎo)連接”和“側(cè)壁光柵連接”，但是這種連接會(huì)造成損耗，而在連接區(qū)域2制作連接不會(huì)增大損耗。
[0010]所述非良導(dǎo)體材料包括介質(zhì)、有機(jī)物等。[0011]單模半微盤諧振腔采用倏逝場耦合方式輸入光。
[0012]所述外輪廓使用圓形或者過渡曲線形。
[0013]優(yōu)選地，所述的單模半微盤諧振腔的外輪廓線為圓形，外輪廓使用圓形的性能優(yōu)于過渡曲線形。
[0014]優(yōu)選地，所述連接區(qū)域?yàn)榘雸A形。
[0015](三)有益效果
[0016]本實(shí)用新型的單模半微盤諧振腔由于封閉的內(nèi)輪廓線由扇形連接區(qū)域以及過渡曲線組成，從而可以允許更大范圍的電學(xué)或機(jī)械連接，實(shí)現(xiàn)更高速率，或同樣大小的連接結(jié)構(gòu)情況下實(shí)現(xiàn)更低損耗。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0018]圖1為單模半微盤諧振腔的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2為單模半微盤諧振腔的光場分布示意圖；
[0020]圖3為單模半微盤諧振腔的內(nèi)輪廓線設(shè)計(jì)實(shí)例的示意圖；
[0021]圖4為在單模半微盤諧振腔基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)高速調(diào)制器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖中:1、過渡曲線；2、連接區(qū)域；3、波導(dǎo)；4、N型硅；5、P型硅；6、N+型硅；7、P+型娃；8、本征娃；9、金屬電極。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型的實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說明本實(shí)用新型，但不能用來限制本實(shí)用新型的范圍。
[0024]如圖1所示，本實(shí)施例的單模半微盤諧振腔包括分別閉合的內(nèi)、外輪廓線，內(nèi)、夕卜輪廓線之間為非良導(dǎo)體材料的波導(dǎo)3，或非良導(dǎo)體材料與金屬結(jié)合的表面等離子體波導(dǎo)3，其特征在于，所述內(nèi)輪廓線由用于電學(xué)連接或機(jī)械連接的扇形連接區(qū)域2，以及實(shí)現(xiàn)波導(dǎo)寬度從窄到寬的漸變過渡曲線I組成，所述扇形連接區(qū)域2的角度小于或等于270度且大于O度。過渡曲線I的作用是使諧振腔波導(dǎo)逐漸變寬的同時(shí)保證不激發(fā)高階模式和泄漏模式，降低腔損耗，過渡曲線I是半微盤諧振腔的關(guān)鍵組件，決定器件整體性能；連接區(qū)域2為扇形，可使用與波導(dǎo)3相同的材料或填充其他材料，電學(xué)連接或機(jī)械連接可以制作在這一區(qū)域。本實(shí)施例中耦合區(qū)在下部，連接區(qū)域2在上部，如圖1中所示。除此之外還可將連接區(qū)域2制作在諧振腔的左側(cè)或者右側(cè)，其余部分用過渡曲線I連接，使用單波導(dǎo)或兩根波導(dǎo)從上(下)部輸入/輸出，輸入方法為倏逝場耦合輸入，可以通過直波導(dǎo)實(shí)現(xiàn)。
[0025]圖1中所標(biāo)參數(shù)，R2為外圓半徑，R11為圓心到過渡曲線末端間的距離，R10為圓心到過渡曲線I起點(diǎn)間的距離，α為左/右側(cè)過渡曲線I對圓心所張的圓心角。本實(shí)用新型以半徑R2=SynuR11=IJym, α=90°為例，介紹【具體實(shí)施方式】:
[0026]本實(shí)施例中利用非線性方程組求解過渡曲線1，數(shù)學(xué)上可以證明滿足方程組條件的曲線的曲率變化最小。
[0027]考慮以(Rltl, O)為起點(diǎn)，以(R11Cosa，Rnsina)為終點(diǎn)的過渡曲線I (可經(jīng)平移、旋轉(zhuǎn)滿足不同起點(diǎn)的要求)，求解以下方程組:
[0028]
【權(quán)利要求】
1.一種單模半微盤諧振腔，包括分別閉合的內(nèi)、外輪廓線，內(nèi)、外輪廓線之間為非良導(dǎo)體材料的波導(dǎo)(3)，或非良導(dǎo)體材料與金屬結(jié)合的表面等離子體波導(dǎo)(3)，其特征在于，所述內(nèi)輪廓線由用于電學(xué)連接或機(jī)械連接的扇形連接區(qū)域(2)，以及實(shí)現(xiàn)波導(dǎo)寬度從窄到寬的漸變過渡曲線(I)組成，所述扇形連接區(qū)域(2)的角度小于或等于270度且大于O度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單模半微盤諧振腔，其特征在于，所述扇形連接區(qū)域(2)為半圓形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單模半微盤諧振腔，其特征在于，所述外輪廓線為圓形或過渡曲線形。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單模半微盤諧振腔，其特征在于，所述的過渡曲線(I)設(shè)有平板波導(dǎo)連接或者側(cè)壁光柵連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)所述的單模半微盤諧振腔，其特征在于所述過渡曲線(I)是用于平滑連接的曲線，包括樣條曲線、插值曲線、最小變化曲線、歐拉螺線。
6.一種高速調(diào)制器，其特征在于，包含權(quán)利要求1至5中任意一項(xiàng)所述的單模半微盤諧振腔，所述單模半微盤諧振腔的波導(dǎo)(3)上制作有PN結(jié)，上層為P型硅(5)，下層為N型硅(4)，在單模半微盤諧振腔的連接區(qū)域(2)連接有電學(xué)連接結(jié)構(gòu)，所述的電學(xué)連接結(jié)構(gòu)上層為P+型硅(7)，中層為本征硅(8)，下層為N+型硅(6)，在N+型硅(6)上表面以及P+型硅(7 )上表面連接有金屬電極(9 )。
7.一種高速調(diào)制器，其特征在于，包含權(quán)利要求1至5中任意一項(xiàng)所述的單模半微盤諧振腔，所述單模半微盤諧振腔的波導(dǎo)(3)上制作有PN結(jié)，下層為P型硅(5)，上層為N型硅(4)，在單模半微盤諧振腔的連接區(qū)域(2)連接有電學(xué)連接結(jié)構(gòu)，所述的電學(xué)連接結(jié)構(gòu)下層為P+型娃(7),中層為本征娃(8),上層為N+型娃(6),在N+型娃(6)上表面以及P+型娃(7 )上表面連接有金屬電極(9 )。
【文檔編號(hào)】H01S3/08GK203734125SQ201420043536
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年1月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月23日
【發(fā)明者】周治平, 李心白, 鄧清中 申請人:北京大學(xué)