專利名稱：具有馬赫－曾德干涉儀結(jié)構(gòu)的可集成光隔離器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及光隔離器，尤其但不專門涉及使用偏振移相器的可集成光隔離器。
背景技術(shù)：
光通信系統(tǒng)可用作以電子為基礎(chǔ)的處理系統(tǒng)之間的高帶寬互連。在發(fā)送器一端，電信號轉(zhuǎn)換為光信號，進(jìn)入傳輸介質(zhì)(例如，光纖)，然后在接收器一端轉(zhuǎn)換回電信號。
許多光子器件可在發(fā)送器側(cè)和接收器側(cè)之間與傳輸介質(zhì)耦合，用于以多種方式處理光信號，例如聚焦、中繼/放大、光路選擇、分離、編碼/加密等等。由于光波通過傳輸介質(zhì)或光子器件的傳播通常是雙向的(即，光波能夠以正向或反向傳播)，這些光子器件由于例如在這些光子器件分界面處的折射率失配而可能引起反向傳播反射。如果不阻止，這些反向傳播反射可能會干擾光通信系統(tǒng)的工作。進(jìn)入發(fā)送器側(cè)的激光源的反向傳播反射可能會干涉激光源諧振腔內(nèi)的激勵發(fā)射，并因此引起限制光通信系統(tǒng)運(yùn)行的干擾噪聲。
光隔離器通常同軸地插入在激光源和傳輸介質(zhì)之間，以阻止反向傳播反射進(jìn)入諧振腔。目前，光隔離器是經(jīng)由光纖與光源輸出端耦合的獨(dú)立器件。已知的獨(dú)立光隔離器包括分立的、非集成的元件，例如偏振器和雙折射晶體旋轉(zhuǎn)器。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，一種光隔離器，包括第一和第二光分離-組合器，設(shè)置在半導(dǎo)體電路芯片內(nèi)；第一和第二波導(dǎo)區(qū)，設(shè)置在半導(dǎo)體電路芯片內(nèi)，在干涉儀結(jié)構(gòu)內(nèi)與第一和第二光分離-組合器耦合；以及非互易光學(xué)相移元件，設(shè)置在半導(dǎo)體電路芯片內(nèi)，第一波導(dǎo)區(qū)通過非互易光學(xué)相移元件，其中正向傳輸波通過第二光分離-組合器相長的重新組合，而反向傳輸波通過第一光分離-組合器相消地重新組合。
根據(jù)本發(fā)明另一個方面，一種方法，包括將正向和反向傳輸光波分成第一和第二部分，該第一和第二部分沿著設(shè)置在半導(dǎo)體電路芯片內(nèi)的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的第一和第二波導(dǎo)區(qū)傳播；將具有相反自旋極化的第一和第二載流子注入第一波導(dǎo)區(qū)；相長的重新組合正向傳輸光波的第一和第二部分；以及相消的重新組合反向傳輸光波的第一和第二部分。
根據(jù)本發(fā)明又一個方面，一種系統(tǒng)，包括光源，被耦合而產(chǎn)生響應(yīng)電子處理器件的光信號；光纖；以及光隔離器，耦合在光源和光纖之間，該光隔離器包括第一和第二光分離-組合器，設(shè)置在半導(dǎo)體電路芯片內(nèi)；第一和第二波導(dǎo)區(qū)，具有不同的長度，設(shè)置在半導(dǎo)體電路芯片內(nèi)，在干涉儀結(jié)構(gòu)內(nèi)將第一和第二光分離-組合器耦合；以及非互易光學(xué)相移元件，設(shè)置在半導(dǎo)體電路芯片內(nèi)，第一波導(dǎo)區(qū)通過非互易光學(xué)相移元件，其中正向傳輸波通過第二光分離-組合器相長地重新組合，同時反向傳輸波通過第一光分離-組合器相消地重新組合。


參考下面的附圖描述了本發(fā)明的非限制性和非完全的實(shí)施例，其中在多個視圖中相同的參考數(shù)字表示相同的部件，除非另有規(guī)定。
圖1是一示意圖，根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，示出了光隔離器的平面圖。
圖2A根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，示出了一般非互易旋轉(zhuǎn)器的透視圖。
圖2B根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，示出了一般互易旋轉(zhuǎn)器的透視圖。
圖3A是一示意圖，根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，示出了配置為偏振器/檢偏器的瞬逝耦合器的平面圖。
圖3B是一示意圖，根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，示出了配置為偏振器/檢偏器的瞬逝耦合器的剖面圖。
圖3C是一示意圖，根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，示出了串聯(lián)耦合以提供更大偏振隔離的多個瞬逝耦合器的平面圖。
圖4根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，示出了非互易偏振旋轉(zhuǎn)器的透視圖。
圖5是一示意圖，根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，示出了配置為互易旋轉(zhuǎn)器的雙折射波導(dǎo)的正視圖。
圖6是一示意圖，根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，示出了光隔離器的平面圖。
圖7是一示意圖，根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，示出了光隔離器的平面圖。
圖8根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，示出了非互易光學(xué)相移元件的透視圖。
圖9是一原理框圖，根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，示出了用可集成光隔離器實(shí)現(xiàn)的示范性光通信系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式
于此描述可集成光隔離器的實(shí)施例。在下面的描述中，闡述了許多特定細(xì)節(jié)以便對實(shí)施例有透徹的理解。然而，相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識到，如果沒有一個或多個特定細(xì)節(jié)，或用其它方法、部件、材料等也能實(shí)施在此描述的技術(shù)。在其它例子中，公知的結(jié)構(gòu)、材料或操作未示出或詳細(xì)描述以避免模糊某些方面。
說明書通篇中提到的“一個實(shí)施例”或“一實(shí)施例”意味著與實(shí)施例有關(guān)的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性包括在本發(fā)明的至少一個實(shí)施例中。因此，在整個說明書各處出現(xiàn)的短語“在一個實(shí)施例中”或“在一實(shí)施例中”未必一定指相同的實(shí)施例。此外，這些特定的特征、結(jié)構(gòu)或特性可以任意適合的方式結(jié)合在一個或多個實(shí)施例中。
圖1是一示意圖，根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，示出了光隔離器100的平面圖。所示實(shí)施例的光隔離器100包括第一偏振器105、非互易旋轉(zhuǎn)器110、互易旋轉(zhuǎn)器115和第二偏振器120，全部集成在單個襯底125內(nèi)。在一個實(shí)施例中，襯底125是多層半導(dǎo)體電路芯片，其具有單片集成在其中的光隔離器100各組成部分。
圖1示出了從左至右的正傳播方向，偏振器105作為輸入偏振器，偏振器120作為輸出偏振器。按照慣例，輸出偏振器(例如，如所示的偏振器120)通常稱為“檢偏器”。然而，應(yīng)該理解，本發(fā)明的一些實(shí)施例包括結(jié)構(gòu)上難區(qū)別的偏振器105和120，并且此外，光隔離器100可配置為以從右至左為正的傳播方向來操作，結(jié)果偏振器120成為輸入偏振器而偏振器105成為檢偏器。
光隔離器100的各部件如下互連。偏振器105包括被耦合而接收正向傳輸波130的端口P1以及被耦合而輸出一部分正向傳輸波130的端口P2。端口P2耦合至非互易旋轉(zhuǎn)器110的第一側(cè)。非互易旋轉(zhuǎn)器110的第二側(cè)耦合至互易旋轉(zhuǎn)器115的第一側(cè)?；ヒ仔D(zhuǎn)器115的第二側(cè)耦合至偏振器120的端口P3。最后，偏振器120的端口P4被耦合而輸出正向傳輸玻130的一部分至基底125內(nèi)部集成的或是外部耦合的波導(dǎo)或是其它光學(xué)器件。
光隔離器100防止反向傳輸波135到達(dá)偏振器105的端口P1，從而在反向傳播方向提供光隔離器。實(shí)際上，光隔離器100是一單向光鏈路(one wayoptical link)。反向傳輸波135可由在光隔離器100下游耦合的光學(xué)系統(tǒng)中的噪聲產(chǎn)生。特別地，反向傳輸波135可由正向傳輸波130的反射引起。部分正向傳輸波130可由于各光子器件的耦合而反射至引導(dǎo)正向傳輸波130的下游光學(xué)介質(zhì)。各種光子器件的界面可引起通信介質(zhì)內(nèi)有效折射率的失配，這又會引起有害反射，例如反向傳輸波135。
光隔離器100的各部件如下工作。正向傳輸波130可包括具有電場(E場)的水平偏振面(Ex)和垂直偏振面(Ey)的部分。偏振器105的作用在于使基本上整個Ex部分通過端口P2，同時使整個Ey部分基本上導(dǎo)向端口P5。當(dāng)正向傳輸波130的Ex部分通過非互易旋轉(zhuǎn)器110時，正向傳輸波130的偏振相對于x軸旋轉(zhuǎn)+45度(參見正向傳播旋轉(zhuǎn)圖140。注意，由于圖1是光隔離器100在X-Z平面的二維視圖，因此不可能示出X-Y平面的偏振旋轉(zhuǎn)。從而，僅僅用于示例而將偏振面示出為在X-Z平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)，并不打算精確地描繪E場在X-Y平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn))。在正向傳輸波130通過互易旋轉(zhuǎn)器115傳播時，正向傳輸波130的E場相對于x軸旋轉(zhuǎn)-45度，以將偏振面返回至Ex面。結(jié)果，偏振器120配置為使在端口P3接收的具有Ex偏振面的入射波通過端口P4，正向傳輸波130在端口P4輸出。在偏振器120的端口P3接收的正向傳輸波130的任何剩余的Ey部分被導(dǎo)向端口P8，并因此與Ex部分分離。
盡管反向傳輸波135的大多數(shù)將會是正向傳輸波130的背反射，反向傳輸波135也可包括Ex和Ey兩部分，并因此具有Ex偏振面。在偏振器120的端口P4接收的反向傳輸波135偏振成兩部分。Ex部分基本上通過端口P3，同時Ey部分基本上通過端口P7。在反向傳輸波135的Ex部分通過互易旋轉(zhuǎn)器115時，E場的偏振面從x軸旋轉(zhuǎn)+45度(參見反向傳播旋轉(zhuǎn)圖145)。在反向傳輸波135通過非互易旋轉(zhuǎn)器110時，E場再次相對于x軸旋轉(zhuǎn)另一+45度，導(dǎo)致E場此刻在偏振垂直面或Ey內(nèi)偏振。結(jié)果，偏振器105將具有Ey偏振面的反向傳輸波135導(dǎo)向端口P6，使端口P1遠(yuǎn)離不利的反射或反向傳輸波135。
在另一個供選擇的實(shí)施例中，非互易旋轉(zhuǎn)器110和互易旋轉(zhuǎn)器115的位置可交換，以使互易旋轉(zhuǎn)器115耦合至偏振器105，而非互易旋轉(zhuǎn)器110耦合至偏振器120。此外，在另一個供選擇的實(shí)施例中，非互易旋轉(zhuǎn)器110可配置為將正向和反向傳輸波130和135都相對于x軸旋轉(zhuǎn)-45度，同時互易旋轉(zhuǎn)器115配置為將正向傳輸波130相對于x軸旋轉(zhuǎn)+45度，并將反向傳輸波135相對于x軸旋轉(zhuǎn)-45度。盡管光隔離器100被描述為有選擇地通過Ex偏振的正向傳輸波130，而阻止Ex偏振的反向傳輸波135，如下將討論的，光隔離器100也可改變?yōu)橛羞x擇地通過Ey正向傳輸波130，同時阻止Ey反向傳輸波135。
圖2A示出了一般非互易旋轉(zhuǎn)器205的透視圖，同時圖2B示出了一般互易旋轉(zhuǎn)器201的透視圖。盡管圖2A和2B僅示出了具有脊形波導(dǎo)的一般旋轉(zhuǎn)器205和210，但其它波導(dǎo)結(jié)構(gòu)(例如，平面、矩形、方形、圓形、橢圓形等等)和旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)都可用于實(shí)現(xiàn)一般非互易旋轉(zhuǎn)器205和一般互易旋轉(zhuǎn)器210。
如圖2A中所示，非互易旋轉(zhuǎn)器是這樣的一種旋轉(zhuǎn)器，即，在固定坐標(biāo)系統(tǒng)215中，其引起在傳播的兩個方向上E場的順時針旋轉(zhuǎn)(示出的)或在傳播的兩個方向上E場的逆時針旋轉(zhuǎn)(未示出)。例如，當(dāng)具有線性Ex偏振220的入射波沿著正的z軸方向傳播通過一般非互易旋轉(zhuǎn)器205時，相對于x軸旋轉(zhuǎn)-45度，產(chǎn)生線性混合的Ex+Ey偏振225。當(dāng)混合的Ex+Ey偏振225沿著負(fù)z軸向后傳播通過一般非互易旋轉(zhuǎn)器205時，在固定坐標(biāo)215內(nèi)，一般非互易旋轉(zhuǎn)器205再次相對于x軸將E場旋轉(zhuǎn)-45度(順時針方向)，產(chǎn)生線性Ey偏振230。因此，當(dāng)波以一個方向傳播并以其它方向返回時，一般非互易旋轉(zhuǎn)器205不以該波原始的偏振面將其返回。應(yīng)該理解，選擇向x軸下方旋轉(zhuǎn)45度(或關(guān)于z軸順時針方向旋轉(zhuǎn)π/4弧度)僅是用于示例，并且一般非互易旋轉(zhuǎn)器205也可結(jié)構(gòu)為引起順時針方向或逆時針方向的其它旋轉(zhuǎn)角度。
如圖213中所示，互易旋轉(zhuǎn)器是這樣的一種旋轉(zhuǎn)器，即，在固定坐標(biāo)系統(tǒng)215中，其引起在一個方向上E場的順時針旋轉(zhuǎn)而另一個方向上的逆時針旋轉(zhuǎn)。例如，當(dāng)具有線性Ex偏振240的入射波沿著正z軸傳播通過一般互易旋轉(zhuǎn)器210時，被相對于x軸旋轉(zhuǎn)+45度(逆時針方向)，產(chǎn)生線性混合的Ex+Ey偏振245。當(dāng)混合的Ex+Ey偏振245沿著負(fù)z軸方向返回通過一般互易旋轉(zhuǎn)器210時，在固定坐標(biāo)215內(nèi)，一般互易旋轉(zhuǎn)器210將E場相對于x軸旋轉(zhuǎn)-45度(順時針方向)，將E場返回線性Ex偏振250。因此，當(dāng)波以一個方向傳播并以其它方向返回時，一般非互易旋轉(zhuǎn)器205以該波原始的偏振面將其返回。應(yīng)該理解，可基于一般互易旋轉(zhuǎn)器210的幾何形狀來選取正向或反向傳播的旋轉(zhuǎn)方向或旋轉(zhuǎn)量。
圖3A是一示意圖，根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，示出了由偏振器(或檢偏器)105或120之一結(jié)構(gòu)的瞬逝耦合器300的平面圖。圖3B是一示意圖，示出了沿著圖3A中的剖面3B-3B的瞬逝耦合器300的剖面圖。圖3B是一示意圖，示出了沿圖3A中的橫截面3B-3B的瞬逝耦合器300的截面圖。所示出的瞬逝耦合器300的實(shí)施例包括第一波導(dǎo)區(qū)305和第二波導(dǎo)區(qū)310，它們的光路選擇為在總相互感應(yīng)長度LT上互相平行。
在光波通過波導(dǎo)區(qū)305和310之一傳播時，光波的E場瞬間在兩波導(dǎo)區(qū)之間往復(fù)耦合。從一個波導(dǎo)區(qū)將所有光能基本耦合至下一個波導(dǎo)區(qū)所需的相互作用長度，取決于光波的波長λ、間隔距離D以及E場的偏振定向。因此，光波，例如具有Ex和Ey偏振分量的正向傳輸波130，應(yīng)具有用于Ex偏振分量的耦合長度LX和用于Ey偏振分量的耦合長度LY。通過選擇性地將總相互感應(yīng)長度LT設(shè)置為LX的奇倍數(shù)，Ex分量將往復(fù)耦合奇數(shù)次，導(dǎo)致Ex分量的光路通至端口P2。通過選擇性地將總相互感應(yīng)長度LT設(shè)置為LY的偶倍數(shù)，Ey分量將往復(fù)耦合偶數(shù)次，導(dǎo)致Ey分量的光路通至端口P5。因此，在一個實(shí)施例中，LT、LX和LY可根據(jù)下面的關(guān)系式1相關(guān)聯(lián)。
LT＝3LX＝4LY(關(guān)系式1)在一個實(shí)施例中，λ＝1.55μm，D＝4.25μm以及LX＝2.5mm。應(yīng)該理解，通過將瞬逝耦合器300制造為LT基本上是LX的偶倍數(shù)和LY的奇倍數(shù)，該瞬逝耦合器300可被修改為使Ey分量通至端口P2以及Ex分量通至端口P5。
圖3C是一示意圖，根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，示出了串聯(lián)耦合以提供更大的隔離的多個瞬逝耦合器300的平面圖。通過串聯(lián)耦合多個瞬逝耦合器300，以使左瞬逝耦合器的端口P2耦合至右瞬逝耦合器的端口P1，Ex和Ey偏振面之間的分離程度增加。增加了的Ex和Ey的分離產(chǎn)生了對反向傳輸波135的更大抑制。
圖4根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，示出了偏振旋轉(zhuǎn)器400的透視圖。偏振旋轉(zhuǎn)器400是非互易旋轉(zhuǎn)器110的一個可能的實(shí)施例。偏振旋轉(zhuǎn)器400可與其它無源器件或有源器件或結(jié)構(gòu)一起集成在一襯底層402上，或者可以是分立器件。襯底層402可包括一片材料，例如一片硅或其它材料。襯底層402可以是一種物理結(jié)構(gòu)，一個作為通過多種工藝將其轉(zhuǎn)換和/或添加其它材料而成為所需微電子結(jié)構(gòu)的基本工件的層，或者一種或多種材料。襯底層402可包括導(dǎo)體層、絕緣體層、半導(dǎo)體層和其它多種材料或材料的組合。在一些實(shí)施例中，襯底層402可以是多層結(jié)構(gòu)(例如，襯底125)。
在襯底層402上可具有一鐵磁性半導(dǎo)體層404。該鐵磁性半導(dǎo)體層404可以是半導(dǎo)電材料層，該半導(dǎo)電材料在磁場存在時變?yōu)楸淮呕?，并且即使去掉該磁場也保持它的磁性。在第一?shí)施例中，鐵磁性半導(dǎo)體層404可包括錳、硅和鍺。在第二實(shí)施例中，鐵磁性半導(dǎo)體層404可包括錳、鎵和砷。在其它實(shí)施例中，鐵磁性半導(dǎo)體層404可包括其它材料。
在鐵磁性半導(dǎo)體層404上可具有第一摻雜半導(dǎo)體層406。在第一實(shí)施例中，第一摻雜層406可包括硅和鍺。在第二實(shí)施例中，第一摻雜層406可包括鋁、鎵和砷。在其它實(shí)施例中，第一摻雜層406可包括其它材料?？蓪⒌谝粨诫s層406摻雜為與鐵磁性半導(dǎo)體層404相一致的極性。例如，在一鐵磁性半導(dǎo)體層404包括錳、鎵和砷或者硅和鍺的實(shí)施例中，第一摻雜層406可以是p摻雜。在其它實(shí)施例中，第一摻雜層406可以是n摻雜。
在第一摻雜層406上可具有異質(zhì)結(jié)構(gòu)408。該異質(zhì)結(jié)構(gòu)408可包括幾種材料的多個交替薄層包括第一種材料或第一組材料的一層與包括第二種或第二組材料的一層交替。這種分層過程形成一個或多個異質(zhì)結(jié)。因此，異質(zhì)結(jié)構(gòu)408可形成量子阱或其它類型的異質(zhì)結(jié)構(gòu)408，其可限制圖4的垂直方向Y上的載流子。這個限制可增強(qiáng)該材料的偏振度，其影響光通過偏振旋轉(zhuǎn)器400在Z傳播方向上的行進(jìn)。(注意在此使用的術(shù)語“光”包括任何適合類型的電磁波，例如正向和反向傳輸波130和135。)在第一實(shí)施例中，異質(zhì)結(jié)構(gòu)408可包括與包含硅和鍺的一層或多層交替的包含硅的一層或多層。在第二實(shí)施例中，異質(zhì)結(jié)構(gòu)408可包括與包含鋁、氧、鎵和砷的一層或多層交替的包含鎵和砷的一層或多層。在其它實(shí)施例中，交替層可包括其它材料。
在異質(zhì)結(jié)構(gòu)208上可具有第二摻雜層410。在第一實(shí)施例中，第二摻雜層410可包括硅。在第二實(shí)施例中，第二摻雜層410可包括鋁、鎵和砷。在其它實(shí)施例中，第二摻雜層410可包括其它材料?？蓪⒌诙诫s層410摻雜到與第一摻雜層406相反的極性。例如，在一第一摻雜層406是p摻雜的實(shí)施例中，第二摻雜層410可以是n摻雜。在一第一摻雜層406是n摻雜的實(shí)施例中，第二摻雜層410可以是p摻雜。摻雜物極性的這種排列產(chǎn)生二極管結(jié)構(gòu)，可提高一旦施加有電壓后對偏振旋轉(zhuǎn)器的高效率載流子注入。
偏振旋轉(zhuǎn)器400可包括接觸墊412、414、416。在所示的實(shí)施例中，偏振旋轉(zhuǎn)器400包括第二摻雜層410上的第一接觸墊412、鄰近異質(zhì)結(jié)構(gòu)408的第一側(cè)(在圖4中的異質(zhì)結(jié)構(gòu)408的左側(cè))的第二接觸墊414以及鄰近異質(zhì)結(jié)構(gòu)408的第二側(cè)(在圖4中的異質(zhì)結(jié)構(gòu)408的右側(cè))的第三接觸墊416。雖然全部三個接觸墊412、414、416在圖4的實(shí)施例中示出，接觸墊414和416可執(zhí)行相似的功能。在可替換的實(shí)施例中，可出現(xiàn)接觸墊414和416中的任一個，而不是兩者都出現(xiàn)。這些接觸墊412、414、416可包含鐵磁性金屬，例如鐵、鈷、鎳或另一導(dǎo)電材料。
工作時，光可沿著z軸通過偏振旋轉(zhuǎn)器400傳輸。層406、408和410形成從鐵磁性半導(dǎo)體層404垂直延伸的垂直結(jié)構(gòu)。這樣的垂直結(jié)構(gòu)(例如，脊形波導(dǎo))可使光在其傳播方向被引導(dǎo)。這樣的垂直結(jié)構(gòu)也可使偏振旋轉(zhuǎn)器與形成在襯底層402內(nèi)的其它波導(dǎo)相兼容?？稍诘谝缓偷诙佑|墊412、414之間和/或第一和第三接觸墊412、416之間施加電壓。例如，在一實(shí)施例中，約0.5伏特和約5伏特之間的電壓可施加在第一和第二接觸墊412、414之間以及第一和第三接觸墊412、416之間。這可引起自旋極化載流子的注入，然后可將光的偏振旋轉(zhuǎn)。通過改變施加的電壓量，可改變偏振的旋轉(zhuǎn)量。
更詳細(xì)地說，偏振旋轉(zhuǎn)器400可利用半導(dǎo)電材料中光與自旋極化電子的相互作用。一種產(chǎn)生自旋極化電子的方法是通過將載流子從鐵磁性材料制成的接觸墊注入到半導(dǎo)電材料中。導(dǎo)帶中電子的狀態(tài)可具有自旋＝+1/2或-1/2的量子態(tài)。在價帶中可發(fā)生重空穴(自旋＝+3/2或-3/2)的量子態(tài)具有比輕空穴(自旋＝)低的能量。因此重空穴態(tài)的粒子數(shù)可增加得多于輕空穴態(tài)。在存在磁場的情況下，與自旋的+或-值有關(guān)的簡并可被消除，導(dǎo)致相應(yīng)能量的分裂重空穴自旋＝-3/2與自旋＝+3/2分裂，輕空穴自旋＝-與自旋＝+分裂。由于量子力學(xué)選擇定則Δm＝+/-1(角動量守恒)，僅允許由右旋偏振光(RCP)激發(fā)的電子-1/2到空穴-3/2的躍遷或由左旋偏振光(LCP)激發(fā)的電子+1/2到空穴+3/2的躍遷。當(dāng)自旋極化載流子被注入到這種系統(tǒng)時，+和-自旋態(tài)可呈現(xiàn)不同的粒子數(shù)。因此LCP和RCP光會經(jīng)歷不同的折射率。當(dāng)線性偏振光(RCP和LCP的組合)與這樣的系統(tǒng)相互作用時，其偏振會發(fā)生旋轉(zhuǎn)。這種現(xiàn)象一般稱作法拉第效應(yīng)。
在一個實(shí)施例中，第一接觸墊412可以是注入自旋極化電子的鐵磁性接觸墊自旋極化。一個或多個第二和第三接觸墊414、416可附著在鐵磁性半導(dǎo)體層404上，其中載流子可以是空穴?？裳刂▽?dǎo)方向(z軸)施加磁場以保持鐵磁性半導(dǎo)體404的磁化方向。在正確磁化方向的影響下，具有主要為+3/2的自旋的空穴可被注入異質(zhì)結(jié)構(gòu)408。這樣就可確保如前段所述的LCP和RCP的折射率不同。
偏振旋轉(zhuǎn)器400可利用下述的材料和方法來制造。在一個實(shí)施例中，襯底層402可以是在所示的絕緣體基硅(SOI)襯底層402，盡管在其它實(shí)施例中，襯底層402可以是不同類型。襯底層402可包括處理層、處理層上的絕緣體層和絕緣體層上的器件層。在一個實(shí)施例中，處理層可包括硅，絕緣體層可包括二氧化硅，器件層可包括硅。在其它實(shí)施例中，襯底層402可以是與用于襯底層402之上的層中的材料相一致的不同類型的埋置絕緣體襯底。例如，在上述的第二實(shí)施例中，襯底層402可以是基于砷化鎵的。在又一實(shí)施例中，可使用其它材料，并且襯底層402可以是沒有埋置絕緣體層的類型，例如半導(dǎo)電材料的單層。
在一些實(shí)施例中，鐵磁性半導(dǎo)體層404可包括錳、硅和鍺，或者錳、鎵和砷，盡管在其它實(shí)施例中可使用其它材料。在一個實(shí)施例中，鐵磁性半導(dǎo)體層404可包括Mn0.05Ga0.95As。在另一實(shí)施例中，鐵磁性半導(dǎo)體層404可包括Mn0.05S0.1Ge0.75。在一實(shí)施例中，鐵磁性半導(dǎo)體層404通過原子層外延處理形成在襯底層402上。在一些實(shí)施例中，這樣的處理在例如約400攝氏度的低溫下執(zhí)行，雖然也可使用其它溫度。在一些實(shí)施例中，鐵磁性半導(dǎo)體層404可具有約50納米和約300納米之間的厚度。在一個實(shí)施例中，鐵磁性半導(dǎo)體層404可具有約50納米和約150納米之間的厚度。在其它實(shí)施例中，鐵磁性半導(dǎo)體層404可具有不同的厚度。
在一些實(shí)施例中，第一摻雜層406可以是基于鐵磁性半導(dǎo)體層404的導(dǎo)電類型的摻雜類型。在其中的鐵磁性半導(dǎo)體層404包括MnSiGe的實(shí)施例中，第一摻雜層406可包括SiGe。在這種實(shí)施例中，第一摻雜層406可具有基于p型導(dǎo)電類型的MnSiGe鐵磁性半導(dǎo)體層404的p型摻雜。類似地，在其中的鐵磁性半導(dǎo)體層404包括MnGaAs的實(shí)施例中，第一摻雜層406可包括AlGaAs，具有p摻雜。在其它實(shí)施例中，第一摻雜層406可包括不同材料并被不同地?fù)诫s。在一些實(shí)施例中，第一摻雜層406可具有約50納米和約300納米之間的厚度。在一實(shí)施例中，第一摻雜層406可具有約50納米和約150納米之間的厚度。在一實(shí)施例中，第一摻雜層406可具有約50納米和約100納米之間的厚度。在其它實(shí)施例中，第一摻雜層406可具有不同的厚度。
如上討論，異質(zhì)結(jié)構(gòu)408可包括多種材料的多個交替薄層包括第一種材料或第一組材料的一層與包括第二種材料或第二組材料的一層交替。包括第一種材料或第一組材料的第一類型層與包括第二種材料或第二組材料的第二類型層交替。在一個實(shí)施例中，各例第一類型層基本上與其它的第一類型層相同。相似地，在一個實(shí)施例中，各例第二層類型基本上與其它的第二類型層相同。異質(zhì)結(jié)構(gòu)408可以少至兩層，其中一個是第一類型層，一個是第二類型層，或可具有二十至五十層，或者甚至更多。
在一個實(shí)施例中，異質(zhì)結(jié)構(gòu)408中的每一層可以很薄。在一個實(shí)施例中，每一層可具有約一納米的厚度。在一些實(shí)施例中，層可具有約0.5納米和約3納米之間的厚度，盡管可使用其它厚度。因此，在每一類型包括約二十五層的實(shí)施例中，異質(zhì)結(jié)構(gòu)408基于層數(shù)和每一層的厚度可具有約50納米至約100納米的厚度，雖然在其它實(shí)施例中異質(zhì)結(jié)構(gòu)408可具有不同的厚度。
在一個實(shí)施例中，第一類型層可包括硅和鍺而第二類型層可包括硅。在另一實(shí)施例中，第一類型層可包括鎵和砷而第二類型層可包括鋁、氧、鎵和砷。在其它實(shí)施例中，第一和第二類型層可包括其它材料。
在一些實(shí)施例中，第二摻雜層410可具有與第一摻雜層406的摻雜類型相反的摻雜類型。例如，在一個其中第一摻雜層406為p摻雜的實(shí)施例中，第二摻雜層410可以是n摻雜。在一些實(shí)施例中，第二摻雜層410可具有約50納米和約300納米之間的厚度。在一實(shí)施例中，第二摻雜層410可具有約50納米和約150納米之間的厚度。在一實(shí)施例中，第二摻雜層410可具有約50納米和約100納米之間的厚度。在其它實(shí)施例中，第二摻雜層410可具有不同的厚度。
在一個其中鐵磁性半導(dǎo)體層404包括MnSiGe而第一摻雜層406包括SiGe的實(shí)施例中，第二摻雜層410可包括的硅，具有n型摻雜。相似地，在一個其中鐵磁性半導(dǎo)體層404包括MnGaAs而第一摻雜層406包括AlGaAs的實(shí)施例中，第二摻雜層410可包括鋁、鎵和砷，具有n型摻雜。在一個實(shí)施例中，第二摻雜層410可包括Al0.3Ga0.7As。在另一實(shí)施例中，第二摻雜層410可包括Si0.6Ge0.4。在又一實(shí)施例中，第二摻雜層410可用磷摻雜。在其它實(shí)施例中，第二摻雜層410可包括不同材料并被不同地?fù)诫s。
如上所述，在所示的實(shí)施例中，偏振旋轉(zhuǎn)器400包括第二摻雜層410上的第一接觸墊412、鄰近異質(zhì)結(jié)構(gòu)408第一側(cè)(在圖4中的異質(zhì)結(jié)構(gòu)408左側(cè))的第二接觸墊414以及鄰近異質(zhì)結(jié)構(gòu)408第二側(cè)(在圖4中的異質(zhì)結(jié)構(gòu)208的右側(cè))的第三接觸墊416。在其它實(shí)施例中，可具有不同數(shù)目的接觸墊，并且將接觸墊可設(shè)在不同的位置。在一些實(shí)施例中，層406、408和410的寬度可以不同，以限定波導(dǎo)模內(nèi)不同的光強(qiáng)分布。接觸墊412、414、416可包括導(dǎo)電材料，例如鐵、鈷、鎳或另外的導(dǎo)電材料。
在一個實(shí)施例中，其它器件和/或結(jié)構(gòu)也可在襯底層402上形成。例如，一個或多個波導(dǎo)可在襯底層402上形成。在另一實(shí)施例中，例如微處理器的電路芯片可通過在襯底層402上制成器件和/或結(jié)構(gòu)而形成。這種電路芯片可具有許多互連層，其包括介質(zhì)材料層、跡線(traces)層以及通過介質(zhì)材料的通孔。當(dāng)介質(zhì)材料、跡線和通孔在形成微處理器的器件和/或結(jié)構(gòu)上形成時，一個或多個介質(zhì)材料層也被形成在偏振旋轉(zhuǎn)器400上。連接至接觸墊412、414、416的導(dǎo)電通孔可通過介質(zhì)材料形成以允許通過接觸墊412、414、416來施加電壓。因此，偏振旋轉(zhuǎn)器400可集成在具有一個或多個波導(dǎo)、無源和/或有源器件(包括在襯底層402上形成微處理器的器件或其它微電子器件)或其它結(jié)構(gòu)的單片襯底上。
圖5是一示意圖，根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，示出了配置為互易旋轉(zhuǎn)器的雙折射波導(dǎo)500的正視圖。雙折射波導(dǎo)500是圖1中的互易旋轉(zhuǎn)器115的一個可能的實(shí)施例。雙折射波導(dǎo)500是一具有脊形區(qū)505和平板區(qū)510的脊形波導(dǎo)。在一個實(shí)施例中，雙折射波導(dǎo)500由在二氧化硅層上形成的硅(絕緣體基硅層)制成。尺寸寬度W和高度H可選取為使得雙折射波導(dǎo)500表現(xiàn)出幾何異向性效應(yīng)。因而，沿著雙折射波導(dǎo)500傳播的電磁(“EM”)場515的模在偏振水平面和垂直面的情況下將經(jīng)歷不同的有效折射率。這些定向依賴折射率引起EM場515的線性偏振中的互易旋轉(zhuǎn)。在一個實(shí)施例中，寬度W是2μm，高度H是0.3μm，平板區(qū)510的厚度T是1.2μm。
圖6是一示意圖，根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，示出了光隔離器600的平面圖。光隔離器600的所示的實(shí)施例包括光分離-組合器605和610，波導(dǎo)區(qū)615和620以及非互易光學(xué)相移元件625(下文稱為非互易元件625)。在所示的實(shí)施例中，光分離-組合器605和610是Y分支波導(dǎo)；然而，也可由其它光分離/組合元件取代，包括瞬逝耦合器、光束分離器等等。
光隔離器600的各部件與馬赫-曾德干涉儀(“MZI”)結(jié)構(gòu)結(jié)合在一起。波導(dǎo)區(qū)615和620各自在正向/反向傳輸波中引起互易光學(xué)相移，同時非互易元件625在正向/反向傳輸波中引起非互易光學(xué)相移。由光隔離器600各部件一起引入的各種光學(xué)相移的增加，導(dǎo)致了正向傳播方向上的相長干涉，并允許正向傳輸波630通過光隔離器600。然而，給予反向傳輸波730(參見圖7)的各種光學(xué)相移的增加，導(dǎo)致了相消干擾并防止反向傳輸波730通過光隔離器600。
如圖所示，波導(dǎo)區(qū)615具有長度L1而波導(dǎo)區(qū)620具有長度L2。在示出的實(shí)施例中，L2比L1大一個長度ΔL，其中ΔL通過ΔL＝L2-L1(關(guān)系式2)ΔL=λvac4neff]]>(關(guān)系式3)給出。其中λvac是真空中正向/反向傳輸波的波長，neff是在波導(dǎo)區(qū)615和620中的波導(dǎo)模的有效折射率。通過制造，在波導(dǎo)區(qū)615和620之間包含遵循關(guān)系式3的長度差ΔL，在兩波導(dǎo)區(qū)615和620之間包含π/2或90度的互易光學(xué)相移差。非互易元件625配置為僅在波導(dǎo)區(qū)615中引起附加的π/2或90度的非互易光學(xué)相移。
圖6示出了正向傳輸波630通過光隔離器600的傳播。正向傳輸波630通過光分離-組合器605后分離成分量631和633，并具有基本上相等的E場幅值Eo。分量631和633分別通過波導(dǎo)區(qū)615和620傳播，導(dǎo)致分量631和633二者的正45度或π/4弧度的凈光學(xué)相移。分量631和633隨后被光分離-組合器610相長地組合。
方程式650(參見圖6)描述了由光隔離器600的各區(qū)對正向傳輸波630引起的光學(xué)相移。項(xiàng)1對應(yīng)于由波導(dǎo)區(qū)620引起的相移，同時項(xiàng)2和3分別對應(yīng)于由波導(dǎo)區(qū)615和非互易元件625引起的相移。
圖7示出了反向傳輸波730通過光隔離器600的傳播。反向傳輸波730通過光分離-組合器610后形成分量731和733，具有基本相等的E場幅值Eo。分量731和733分別通過波導(dǎo)區(qū)615和620傳播。波導(dǎo)620引起-45度或-π/4弧度的互易光學(xué)相移，如相圖760所示。然而，波導(dǎo)區(qū)615引起+45度或+π/4弧度的光學(xué)相移且非互易元件625相對于+135度或+3π/4弧度的凈光學(xué)相移(如相圖765所示)，引起+90度或+π/2弧度的光學(xué)相移。由于分量731和733是180度異相，光分離-組合器605為達(dá)到零凈電場而相消地重組分量731和733。
方程式750(參見圖7)描述了由光隔離器600的各區(qū)對反向傳輸波730引起光學(xué)相移。項(xiàng)4對應(yīng)于由波導(dǎo)區(qū)620引起的相移，而項(xiàng)5和6分別對應(yīng)于由波導(dǎo)區(qū)615和非互易元件625引起的相移。
如相圖760和765所示，分量731和733具有投影在x軸上的相等的，但相反的Ex分量。由于多數(shù)光源發(fā)射具有線性Ex偏振的光，光隔離器600基本防止所有反向傳輸波通過該器件。應(yīng)該注意，光隔離器600可修改為阻止Ey反向傳輸波，如下所述。此外，兩個光隔離器600可串聯(lián)耦合，以將Ex和Ey反向傳輸波都阻止，其中一個光隔離器用于阻止線性Ex偏振反向傳輸波而另一個用于阻止線性Ey偏振反向傳輸波。
在一個實(shí)施例中，光分離-組合器605和610以及波導(dǎo)區(qū)615和620是由硅(或其它光學(xué)透射材料)形成的脊形波導(dǎo)，該脊形波導(dǎo)與非互易元件625一起單片集成在一硅半導(dǎo)體電路芯片(或其它半導(dǎo)電材料電路芯片)上。與光隔離器100的情況一樣，光隔離器600與多種其它光子器件或電子器件一起集成在單片半導(dǎo)體電路芯片上。
圖8根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，示出了非互易光學(xué)相移元件800(后文稱作偏振相移器800)的透視圖。偏振相移器800是非互易元件600的一個可能的實(shí)施例。所示的偏振相移器800的實(shí)施例包括襯底802、鐵磁性半導(dǎo)體層804。第一摻雜半導(dǎo)體層806、異質(zhì)結(jié)構(gòu)808、第二摻雜層810、接觸墊812以及磁化的接觸墊814和816。
偏振相移器800的結(jié)構(gòu)類似于偏振旋轉(zhuǎn)器400的結(jié)構(gòu)，并能夠以相似的方式用相似的材料制造，但有以下的例外。磁化的接觸墊814和816沿著垂直于通過偏振相移器800的傳播方向的y軸磁化，而不是沿著z軸均勻磁化。在所示的實(shí)施例中，磁化的接觸墊814沿著+y軸磁化，同時磁化的接觸墊816沿著-y軸反向磁化。當(dāng)在接觸墊812和磁化接觸墊814和816之間施加電壓時，載流子通過與脊形波導(dǎo)類似的結(jié)構(gòu)注入光路。注入接近磁化接觸墊814側(cè)的載流子具有自旋極化自旋極化與由磁化接觸墊814產(chǎn)生的磁場M+Y一致的自旋極化。類似的，注入接近磁化接觸墊816側(cè)的載流子具有自旋極化自旋極化與由磁化接觸墊816產(chǎn)生的相反磁場M-Y一致的自旋極化。
在一個實(shí)施例中，自旋極化載流子是自旋極化空穴。由于通過偏振相移器800的光路的左側(cè)和右側(cè)具有相反的自旋極化的自由載流子的粒子束增加，因法拉第效應(yīng)而產(chǎn)生非互易光學(xué)相移。非互易光學(xué)相移是這樣一種感應(yīng)相移，即，它與通過器件或材料的傳播方向無關(guān)而具有一致的符號。換句話說，不論光波是否沿著+z軸或-z軸通過偏振相移器800傳播，相移或者都是正的，或者都是負(fù)的。相反，互易相移是取決于通過器件或材料的傳播方向來改變符號的感應(yīng)相移。
異質(zhì)結(jié)構(gòu)808之包含約束并集聚了通過偏振相移器800的光路內(nèi)的注入載流子。這種約束增加了材料的光學(xué)磁化率，并提高了器件的效率。在一個實(shí)施例中，偏振相移器800沿著z軸有約100m的長度，以引起90度的非互易相移。
磁化接觸墊814和816可用多步工序在制造期間磁化。首先，可在鐵磁性半導(dǎo)體層804上形成接觸墊814，并通過沿著+y軸施加外部磁場來磁化。其次，可設(shè)置在磁化接觸墊814的頂部設(shè)置抗鐵磁性層。磁化的鐵磁性層與抗鐵磁性層的密切接觸導(dǎo)致勢壘勢壘用于抵抗鐵磁性層的磁化改變的高能勢壘。鐵磁性層與抗鐵磁性層的接觸稱為“閉合(pinning)”。接著，可在鐵磁性半導(dǎo)體層804上形成接觸墊816，并通過沿-y軸施加外部磁場而磁化。設(shè)置在磁化接觸墊814上的抗鐵磁性層抵消在接觸墊816的磁化期間施加的外部磁場，由此防護(hù)進(jìn)入磁化接觸墊814的相反磁化感應(yīng)。
偏振相移器800的實(shí)施例配置為非互易相移Ex偏振波。然而，通過將偏振相移器800的結(jié)構(gòu)關(guān)于z軸旋轉(zhuǎn)90度，偏振相移器800可改變?yōu)橄嘁艵y偏振波。
圖9是一原理框圖，根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，示出了用可集成光隔離器實(shí)現(xiàn)的示范性光通信系統(tǒng)900。光通信系統(tǒng)900包括發(fā)送器側(cè)電子器件905、光發(fā)送器910、光隔離器915、波導(dǎo)920、光接收器925和接收器側(cè)電子器件930。如上所述，光隔離器915可用光隔離器100或光隔離器600的實(shí)施例實(shí)現(xiàn)。
電子器件905可包括各種處理部件，包括處理器、存儲器、各種邏輯單元等等。在工作中，電子器件905可產(chǎn)生一電信號，該電信號通過光發(fā)送器910轉(zhuǎn)換為光信號，例如激光。光發(fā)送器910耦合至光隔離器915從而使光信號通過光隔離器910發(fā)送，以防止背反射干擾光發(fā)送器910。光信號然后通過波導(dǎo)920傳播至光接收器925。光接收器925將光信號轉(zhuǎn)換回電信號，然后提供給電子器件930。
通信系統(tǒng)900的各部件可全部包括在單個器件940內(nèi)。例如，器件940可以是具有集成到單個半導(dǎo)體電路芯片上的通信系統(tǒng)900的集成電路?？蛇x擇地，器件900可以是其上安裝有通信系統(tǒng)900的各部件的電路板。在一個實(shí)施例中，器件950是電子器件905、光發(fā)送器910和光隔離器915的一些或全部單片地集成在其上的單個半導(dǎo)體電路芯片。通過將光隔離器915與電子器件905和/或光發(fā)送器910集成在一起，與先前的系統(tǒng)相比，器件950的總尺寸可大大減小和/或器件950的成本降低(盡管如果需要，一些實(shí)施例可能比一些先前的系統(tǒng)大)。在一個實(shí)施例中，波導(dǎo)920是將光隔離器915連接到光接收器925的光纖。
上面公開的器件可實(shí)施為含有硬件描述語言(“HDL”)的機(jī)器可讀數(shù)據(jù)介質(zhì)，該硬件描述語言描述光隔離器100和600的各子部件與其它電路元件的集成。例如，光隔離器100和600可包括在專用集成電路(“ASIC”)等等內(nèi)，由HDL描述，例如Verilog、VHDL(VHSIC(超高速集成電路)硬件描述語言)或其它HDL。電路描述可以包括性能級、寄存器轉(zhuǎn)移級、網(wǎng)表級和/或其它布局級的各種抽象級來描述。
本發(fā)明所示實(shí)施例的上述描述，包括摘要里所描述的，并不欲將本發(fā)明詳盡限制到所公開的確切形式。當(dāng)出于實(shí)例目的在此描述本發(fā)明的具體實(shí)施方式
以及實(shí)施例時，作為相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員將認(rèn)識到，在本發(fā)明的范圍內(nèi)可有各種等同的修改。
根據(jù)上面的詳細(xì)描述，可對本發(fā)明作出這些修改。在隨后的權(quán)利要求中使用的術(shù)語不應(yīng)解釋為將本發(fā)明的限制于說明書和權(quán)利要求書中公開的具體實(shí)施方式
。本發(fā)明的范圍完全由后附的權(quán)利要求書確定，根據(jù)權(quán)利要求闡述的既定原則作出解釋。
權(quán)利要求
1.一種光隔離器，包括第一和第二光分離-組合器，設(shè)置在半導(dǎo)體電路芯片內(nèi)；第一和第二波導(dǎo)區(qū)，設(shè)置在半導(dǎo)體電路芯片內(nèi)，在干涉儀結(jié)構(gòu)內(nèi)與第一和第二光分離-組合器耦合；以及非互易光學(xué)相移元件，設(shè)置在半導(dǎo)體電路芯片內(nèi)，第一波導(dǎo)區(qū)通過非互易光學(xué)相移元件，其中正向傳輸波通過第二光分離-組合器相長的重新組合，而反向傳輸波通過第一光分離-組合器相消地重新組合。
2.權(quán)利要求1的光隔離器，其中第二波導(dǎo)區(qū)比第一波導(dǎo)區(qū)長一個等于λ/4n的倍數(shù)的量，其中λ表示真空中正向和反向傳輸波的波長，n表示第一和第二波導(dǎo)區(qū)的有效折射率。
3.權(quán)利要求1的光隔離器，其中第一和第二光分離-組合器包括第一和第二Y分支波導(dǎo)。
4.權(quán)利要求1的光隔離器，其中非互易光學(xué)相移元件包括第一接觸墊，在鄰近第一波導(dǎo)區(qū)的第一側(cè)設(shè)置的第一方向上磁化，以將注入到第一波導(dǎo)區(qū)的第一載流子的自旋極化；以及第二接觸墊，在基本上與第一方向相反的鄰近第一波導(dǎo)區(qū)的第二側(cè)設(shè)置的第二方向上磁化，以將注入到第一波導(dǎo)區(qū)的第二載流子的自旋相反地偏振。
5.權(quán)利要求4的光隔離器，其中非互易光學(xué)相移元件包括鐵磁性半導(dǎo)體層；第一摻雜層，設(shè)置在鐵磁性半導(dǎo)體層之上；第二摻雜層，設(shè)置在第一摻雜層之上；以及第三接觸墊，設(shè)置在第二摻雜層之上，并且其中第一波導(dǎo)區(qū)通過第一和第二摻雜層至少之一。
6.權(quán)利要求4的光隔離器，其中第一和第二方向基本上垂直于正向和反向傳輸波在通過非互易延遲元件的光路上的傳播方向。
7.權(quán)利要求5的光隔離器，其中非互易光學(xué)相移元件還包括多層異質(zhì)結(jié)構(gòu)，其設(shè)置在第一摻雜層和第二摻雜層之間以約束載流子。
8.一種方法，包括將正向和反向傳輸光波分成第一和第二部分，該第一和第二部分沿著設(shè)置在半導(dǎo)體電路芯片內(nèi)的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的第一和第二波導(dǎo)區(qū)傳播；將具有相反自旋極化的第一和第二載流子注入第一波導(dǎo)區(qū)；相長的重新組合正向傳輸光波的第一和第二部分；以及相消的重新組合反向傳輸光波的第一和第二部分。
9.權(quán)利要求8的方法，其中注入第一和第二載流子之操作包括用非互易光學(xué)相移元件將第一和第二載流子注入，以使非互易光學(xué)相位移至第一波導(dǎo)區(qū)范圍內(nèi)的正向和反向傳輸光波的第一部分。
10.權(quán)利要求9的方法，還包括用第一和第二波導(dǎo)區(qū)將正向和反向傳輸光波的第一和第二部分互易地相移，其中由第一和第二波導(dǎo)區(qū)之一的互易相移比另一個的長。
11.權(quán)利要求10的方法，其中相長地重新組合正向傳輸光波的第一和第二部分之操作包括將正向傳輸光波的第一和第二部分相移基本上相等的量，并且其中相消地重新組合反向傳輸光波的第一和第二部分之操作包括將反向傳輸光波的第一和第二部分相移基本上相差π/2弧度的相位。
12.權(quán)利要求9的方法，其中用非互易光學(xué)相移元件將具有相反的自旋極化的第一和第二載流子注入第一波導(dǎo)區(qū)之操作還包括向第一波導(dǎo)區(qū)的第一側(cè)施加第一磁場；將第一載流子注入具有通過第一磁場排列好的自旋極化的第一波導(dǎo)區(qū)的第一側(cè)；向第一波導(dǎo)區(qū)的第二側(cè)施加與第一磁場相反方向的第二磁場；以及將第二載流子注入具有由第二磁場排列好的自旋極化的第一波導(dǎo)區(qū)的第二側(cè)。
13.權(quán)利要求12的方法，其中第一和第二磁場垂直于正向和反向傳輸光波通過非互易光學(xué)相移元件的傳播方向。
14.權(quán)利要求8的方法，其中波導(dǎo)結(jié)構(gòu)包括經(jīng)由干涉儀結(jié)構(gòu)在第一光分離-組合器和第二光分離-組合器之間耦合結(jié)構(gòu)的第一和第二波導(dǎo)區(qū)。
15.一種系統(tǒng)，包括光源，被耦合而產(chǎn)生響應(yīng)電子處理器件的光信號；光纖；以及光隔離器，耦合在光源和光纖之間，該光隔離器包括第一和第二光分離-組合器，設(shè)置在半導(dǎo)體電路芯片內(nèi)；第一和第二波導(dǎo)區(qū)，具有不同的長度，設(shè)置在半導(dǎo)體電路芯片內(nèi)，在干涉儀結(jié)構(gòu)內(nèi)將第一和第二光分離-組合器耦合；以及非互易光學(xué)相移元件，設(shè)置在半導(dǎo)體電路芯片內(nèi)，第一波導(dǎo)區(qū)通過非互易光學(xué)相移元件，其中正向傳輸波通過第二光分離-組合器相長地重新組合，同時反向傳輸波通過第一光分離-組合器相消地重新組合。
16.權(quán)利要求15的系統(tǒng)，其中第一波導(dǎo)區(qū)比第二波導(dǎo)區(qū)長一個等于λ/4n的倍數(shù)的量，其中λ表示真空中正向和反向傳輸波的波長，以及n表示第一和第二波導(dǎo)區(qū)的材料的有效折射率。
17.權(quán)利要求16的系統(tǒng)，其中非互易光學(xué)相移元件包括鐵磁性半導(dǎo)體層；第一摻雜層，設(shè)置在鐵磁性半導(dǎo)體層之上；第二摻雜層，設(shè)置在第一摻雜層之上；第一接觸墊，設(shè)置在第二摻雜層之上；在第一方向上磁化的第二接觸墊，設(shè)置在鄰近通過非互易光學(xué)相移元件的光路的第一側(cè)；以及在與第一方向相反的第二方向上磁化第三接觸墊，設(shè)置在鄰近該光路的第二側(cè)。
18.權(quán)利要求17的系統(tǒng)，其中第一和第二方向基本上垂直于正向和反向傳輸波通過非互易延遲元件的光路上的傳播方向。
19.權(quán)利要求18的系統(tǒng)，其中第二和第三接觸墊各自被磁化，以將注入到第一和第二摻雜層之間的光路的載流子的自旋相反地極化。
20.權(quán)利要求15的系統(tǒng)，其中光隔離器、光源和電子處理器件集成在同一半導(dǎo)體芯片上。
全文摘要
一種光隔離器，包括設(shè)置在半導(dǎo)體電路芯片內(nèi)的第一和第二光分離－組合器。光分離－組合器由同樣配置在該半導(dǎo)體電路芯片上的第一和第二波導(dǎo)區(qū)一起耦合成干涉儀結(jié)構(gòu)。非互易光學(xué)相移元件設(shè)置在該半導(dǎo)體電路芯片內(nèi)，并包含通過該非互易光學(xué)相移元件的第一波導(dǎo)區(qū)。該光隔離器配置成使得正向傳輸波通過第二光分離－組合器相長地重新組合，而反向傳輸波通過第二光分離－組合器相消地重新組合。
文檔編號G02F1/09GK1869748SQ20061008203
公開日2006年11月29日 申請日期2006年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月30日
發(fā)明者M·薩利布, D·尼科諾夫 申請人:英特爾公司