[发明专利]椭圆形谐振器装置

说明书

发明领域

本发明涉及纳米光子装置，更特别地，涉及一种光谐振器装置。

发明背景

在现有技术中已知存在包括圆形谐振器在内的光学椭圆谐振器。例如，题为“半导体微谐振器装置”、于1999年7月20日授予本发明人的美国专利No.5,926,496中披露了一种具有圆盘形状、环孔形状，或部分地保留圆形直径轮廓的变形盘形或环形的微谐振器装置。虽然该装置在与谐振器发生谐振的光信号的光传送方面非常有效，但是使用椭圆谐振器导致与相邻输入/输出波导中传输的光的相位失配。尤其是，参照从美国专利No.5,926,496的图8得到的图1。如图所示，在波导1050中传播的、与谐振器1052谐振的光，在波导1050的光程长度ΔS₂上与谐振器1052的光程长度ΔS₁相耦合。在弧度角θ上，由于光程长度差(ΔS₂-ΔS₁)被耦合的光可能会异相。美国专利No.5,926,496涉及到将相位失配限制在小于π/2。为了达到这个目的，指出耦合长度不能超过谐振器周长的大约1/10^th。正如已经知道的，在非圆形的椭圆谐振器中存在相同的相位失配问题，其中直线波导存在于椭圆谐振器装置中。

另外，对于椭圆谐振器装置间隙尺寸(谐振器与输入/输出波导之间的距离)通常非常小。小尺寸确保获得可接受的耦合效率(从输入耦合到谐振器与从谐振器耦合到输出的光能的百分比)。例如，如图1A所示，图1A来自美国专利No.5,926,496，披露了在谐振器1052与直线波导1050B之间0.1μm的示例性间隙宽度gw。由于谐振器与耦合的直线波导之间的短相互作用距离，耦合长度相当短。正如已经知道的，当使用圆形谐振器时相互作用距离保持最小。

从而，在本领域中存在对克服上述现有技术的缺点的光学装置的需要。

发明概述

通过包括一椭圆形谐振器，一输入波导和一输出波导的光学谐振器来实现上述目的。椭圆形谐振器用于将信号从输入波导传送到输出波导。如此处所使用的，术语“椭圆形”指具有两个弧形边和在两个弧形边之间延伸的两个直线边的连续形状。最好是椭圆形谐振器的直线边基本平行。

输入波导和输出波导中的每一个都分别具有一个输入端，一个输出端和一分别与椭圆形谐振器的直线边分隔开的部分，在隔开的部分与椭圆形的直线边之间限定间隙。如下面所表述的，该装置可用于多种应用中。

本发明的椭圆形谐振器克服了现有技术中存在的相位失配问题。尤其是，输入和输出波导最好具有与谐振器的直线边基本平行对准的部分，以便在波导与谐振器之间限定一个细长的且宽度恒定的输入与输出间隙。细长且恒定宽度的各个间隙限定了一个较长耦合长度，信号可以在该耦合长度上进行耦合。(耦合长度是发生耦合的光程的长度)。在现有技术椭圆形谐振器装置中，如前面所讨论的圆形谐振器，由于光程长度的差别难以确定耦合长度。对于椭圆形谐振器的直线边，在输入和输出波导中限定了与谐振器中相同长度的光程。结果，不仅更清楚地限定了耦合长度，而且增加了谐振器装置的效力。

椭圆形谐振器最好处于下面的尺寸参数范围之内：谐振器与输入波导和输出波导之间的间隙分别具有小于0.5μm的宽度；最好在谐振器中限定输入波导和输出波导具有小于1.0μm的宽度；最好使用小于10.0μm的耦合长度；并且波导芯与椭圆形谐振器的折射率与间隙中介质的折射率的比值最好大于1.5。

具有该特定参数的椭圆形谐振器最好工作在大约0.01-0.1的耦合系数下。耦合系数是在谐振器与相邻波导之间传送的信号光能的百分比的十进制表示。在输入波导中其波长与谐振器谐振的信号部分穿过谐振器到达输出波导，而输入波导中与谐振器失谐的信号部分绕过谐振器，并从输入波导发射。因此，椭圆谐振器起波长滤波器的作用，将谐振波长从剩余信号中分离出来。当谐振器的往返行程等于波导介质中光波长的整数倍时满足谐振条件。