Оптический микрорезонаторный переключатель

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт электроники Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Пилипович Владимир Антонович Есман Александр Константинович Гончаренко Игорь Андреевич Кулешов Владимир Константинович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт электроники Национальной академии наук Беларуси(57) Оптический микрорезонаторный переключатель, содержащий кольцевой микрорезонатор, оптически связанный с информационными входным, двумя выходными каналами и управляющим оптическим каналом, в котором входной и выходные информационные каналы выполнены в виде волноводов, а оптическая ось управляющего оптического канала размещена в направлении, перпендикулярном плоскости расположения микрорезонатора,входного и выходных волноводов, отличающийся тем, что содержит на участках кольцевого микрорезонатора, диаметрально противоположных по отношению к областям оптического взаимодействия его с входным и выходными волноводами, два металлических электрода, электрически связанных с блоком управления. 9483 1 2007.06.30 Изобретение относится к области оптической обработки информации и может использоваться в технике оптической связи, для разработки интернет-интерфейсов средств вычислительной техники. Известен оптический микрорезонаторный маршрутизатор 1, содержащий кольцевой микрорезонатор, оптически связанный с информационными входным, выходным, проходным портами и управляющим оптическим или электрическим каналом. Данное устройство не переключает более одного информационного канала. Наиболее близким по технической сущности является оптический микрорезонаторный переключатель 2, содержащий кольцевой микрорезонатор, оптически связанный с информационными входным, выходными и управляющим оптическим каналами, причем входной и выходные оптические каналы выполнены в виде волноводов, а оптическая ось управляющего оптического канала размещена в направлении, перпендикулярном плоскости расположения микрорезонатора и входных-выходных волноводов. Число информационных каналов переключения в данном устройстве определяется мощностью излучения в управляющем оптическом канале и не может превышать даже единиц десятков, в то время как современные информационные технологии требуют порядка 103 и более числа каналов при сохранении габаритов устройства и возможности его интегрального исполнения. Техническая задача - расширение функциональных возможностей за счет существенного увеличения количества коммутируемых информационных каналов потоков входных данных. Поставленная техническая задача решается тем, что оптический микрорезонаторный переключатель, содержащий кольцевой микрорезонатор, оптически связанный с информационными входным, двумя выходными каналами и управляющим оптическим каналом,в котором входной и выходные информационные каналы выполнены в виде волноводов, а оптическая ось управляющего оптического канала размещена в направлении, перпендикулярном плоскости расположения микрорезонатора, входного и выходных волноводов, содержит на участках кольцевого микрорезонатора, диаметрально противоположных по отношению к областям оптического взаимодействия его с входным и выходными волноводами, два металлических электрода, электрически связанных с блоком управления. Совокупность всех указанных признаков и связей позволяет при соответствующих комбинациях оптических и электронных сигналов управления устанавливать кольцевой микрорезонатор в состояние переключения для различных длин волн несущих частот и за счет этого увеличить количество коммутируемых каналов передачи информации. Сущность изобретения поясняется приведенной на фигуре функциональной схемой,где 1 - входной волновод, 2 - первый выходной волновод, 3, 7 - металлические электроды,4 - кольцевой микрорезонатор, 5 - второй выходной волновод, 6 - блок управления, 8 управляющий оптический канал. В оптическом микрорезонаторном переключателе входной волновод 1 оптически связан с первым выходным волноводом 2 и с кольцевым микрорезонатором 4, который оптически связан со вторым выходным волноводом 5 и управляющим оптическим каналом 8. Металлические электроды 3 и 7 соединены с блоком управления 6. В конкретном исполнении входной волновод 1 и выходные волноводы 2, 5 изготовлены в виде волноводов из узкозонного полупроводника(арсенид галлия) шириной 0,7 мкм и толщиной 0,5 мкм, выполненных на подложке изс буферным широкозонным полупроводниковым слоем(арсенида алюминия-галлия) толщиной 1,2 мкм, в котором часть атомов галлия замещена атомами алюминия. Для задания симметричного распределения поля на поверхности входного 1 и выходных волноводов 2, 5 выполнен буферный слойтолщиной 0,3 мкм. Металлические электроды 3, 7 - это металлические контакты, нанесенные на очищенные поверхности полупроводникового кристаллакольцевого микрорезонатора 4 тонкимслоем одного из металлов (А, 1, ,и 2 9483 1 2007.06.30 др.) методами вакуумного испарения, катодного распыления либо химического или электролитического осаждения. Кольцевой микрорезонатор 4 - это легированный слой узкозонного материалавысотой 1,2 мкм, в средней части которого выполнен волновод,как в 3. Блок управления 6 - это стабилизированный источник напряжения (например Б 5-46, включенный в режим стабилизации тока). Работает оптический микрорезонаторный переключатель следующим образом. В исходном состоянии, при отсутствии управляющих оптических и электрических сигналов,информационный поток входных данных на несущей длине волны 1 поступает по входному волноводу 1 в область оптического взаимодействия с кольцевым микрорезонатором 4. Резонансная частота микрорезонатора в исходном состоянии отличается от частоты несущей, поэтому информационный поток входных данных проходит дальше через первый выходной волновод 2. Для переключения этого информационного потока входных данных на второй выходной волновод 5 необходимо одновременно с поступлением информационного потока входных данных на кольцевой микрорезонатор 4 подать по управляющему оптическому каналу 8 сигнал, как показано на фигуре. В результате фотогенерации свободных носителей увеличивается их концентрация. Это приводит к изменению показателя преломления материала кольцевого микрорезонатора 4 и, тем самым, к смещению его резонансной частоты. Когда резонансная частота кольцевого микрорезонатора 4 сравнивается с несущей частотой информационного потока входных данных, то он проходит в кольцевой микрорезонатор 4 и через него попадает во второй выходной волновод 5. Переключение каналов информационных потоков входных данных на других несущих длинах волн в диапазоне от 1 доосуществляется аналогичным образом при изменении мощности сигнала в оптическом управляющем канале 8. Увеличение числа каналов переключения информационных потоков входных данных на несущих длинах волн от 1 доосуществляется путем дополнительной инжекции носителей заряда в кольцевой микрорезонатор 4. Как известно, непосредственный контакт полупроводник-металл является вентильным, если между металлом и полупроводником имеется туннельно-непрозрачный потенциальный барьер, и омическим, если потенциальный барьер отсутствует, либо он туннельно прозрачен 4. Изменение высоты потенциального барьера под действием внешнего напряжения приводит к изменению тока через такую структуру. Ток через контакт металл-полупроводник, в отличие от тока через электронно-дырочный переход, обусловлен только основными носителями заряда. Для переключения входного информационного потока данных на несущей частоте 1 необходимо при наличии управляющего оптического сигнала, соответствующего переключению информационного потока входных данных на длине волны несущей , подать из блока управления 6 внешнее напряжение на электроды 3 и 7, что приведет к дополнительному увеличению концентрации носителей заряда в кольцевом микрорезонаторе 4, тем самым к изменению его резонансной частоты. Это приведет к поступлению информационного потока входных данных на несущей частоте 1 и во второй выходной волновод 5. За счет изменения внешнего напряжения изменяется соответственно резонансная частота кольцевого микрорезонатора 4, и,тем самым, осуществляется переключение каналов информационных потоков входных данных на несущих частотах от 1 до . Отличительные особенности структуры металл-полупроводник возможность получать требуемую высоту потенциального барьера посредством выбора соответствующего металла значительная нелинейность вольт-амперной характеристики при малых прямых смещениях очень малая инерционность (до 10-11 сек) низкий уровень ВЧ шумов технологическая совместимость с интегральными схемами и простота изготовления. Таким образом, преимущества оптики и электроники в дополнении друг к другу позволили существенно расширить диапазон переключения информационных каналов потоков входных данных. 3 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4