[发明专利]一种SOI基结构的电光逻辑门

说明书

本发明公开了一种SOI基结构的电光逻辑门，包括基于SOI材料制作的直波导和钩型波导，所述钩型波导包括端面对端面顺次连接的第一耦合区、第一半环波导、S‑Bend、第二偶合区和第二半环波导，S‑Bend为中心对称结构，第一耦合区和第二耦合区在一条直线上，第一半环波导和第二半环波导均为1/2圆环，且第一半环波导和第二半环波导的环口正对；钩型波导位于直波导的一侧，且钩型波导的第一耦合区和第二耦合区与直波导相平行。本发明提供的SOI基结构的电光逻辑门，在完成耦合的同时能够实现高速调制，快速完成模拟电信号到数字光信号的转换，实现超快电光逻辑门操作，可以在高速通信网络中获得应用。

技术领域

本发明涉及一种硅基光子学及芯片级光互联技术，尤其涉及一种新型SOI基结构的电光逻辑门。

背景技术

随着互联网的日益膨胀和信息技术的不断进步，对于信息处理速度的要求也在不断增长。尽管全光信息处理系统的运算速度要远远高于电子系统，但目前的数字通信系统还没有深入光学领域。但在现有基于电子技术的通信网中，网络的各个节点要完成光－电－光的转换，其中的电子器件受限于器件工作上限速率40Gb/s，在适应高速、大容量的需求上，存在着诸如带宽限制、时钟偏移、严重串话、高功耗等缺点，由此产生了通信网中的“电子瓶颈”现象，难以完成高速宽带综合业务的传送和交换处理。由于现阶段真正的全光网络尚无法实现，光电转换效率就成为了高速网络的关键。随着通信系统发展对于高速要求的不断提高，硅材料以其独特的含量高、易集成、可与CMOS兼容的优势受到了强烈的关注。光通信领域中可以利用硅材料的特点实现低损耗、高性能、高速的光连接用以克服微电子芯片集成过程中越来越多的电学连接所带来的限制：比如RC延迟，信号变形等问题。

光子的传播速度是3×10⁸米/秒，是电子传播速度的500倍，因而光子计算机具有超高的运算速度，使光子计算机的计算速度达10²³/秒，在技术上可实现10¹²～10¹⁵次/秒的计算速度和100Gb/s的传输能力。

受光网络发展需求的推动，SOI材料近年来在光电子领域中的应用发展极为迅速。基于SOI材料制作集成光波导器件具有基于其他传统光学材料的光子器件所无法比拟的技术优势，具体包括以下几点：1、与标准硅基CMOS(complementary metal-oxide-semiconductor)工艺完全兼容，制备工艺成熟、方便而且价格低廉；2、可以在SOI上同时制作有源器件和无源器件，便于实现单片光电混合集成(OEIC)；3、由于光波导芯层Si(n＝3.45)和包层Si0₂(n＝1.46)的折射率差很大，波导具有很强的光学限制作用，波导的尺寸和弯曲半径可以做得很小，因此基于SOI的光子集成芯片有很小的芯片尺寸和很高的集成度，而且能够实现三维的大规模集成；4、器件的损耗很小，模式特性和偏振特性很好，而且传输带宽很大；5、器件的导热性能好，高频特性明显优于Si02材料；6、用于全光互连的光子回路的运算速度将比目前的电子回路快约10⁴倍。

硅作为光学材料，具有很强的载流子色散效应，通过利用载流子色散效应，改变折射率分布和吸收系数，可以实现对光波的调制或切换，继而实现作为光通信系统和光网络中关键器件的光调制器和光开关等，进而实现逻辑门操作。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种新型SOI基结构的电光逻辑门，其具有耦合调制功能一体化、传输损耗低、响应速率快、低压等潜在的特性和优点，另外其制作工艺与COMS工艺兼容。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：