Modulador de portadora óptica mediante plasmones de superficie, a base de materiales semiconductores.

Modulador de portadora óptica mediante plasmones de superficie,

a base de materiales semiconductores, quecomprende:

- un conjunto de capas semiconductoras que comprende una estructura de guiado (21, 22, 23) para una onda óptica incidente introducida en dicha estructura de guiado, garantizando dicha estructura de guiado unconfinamiento asimétrico de dicha onda óptica;

- una capa metálica denominada superior que forma un contacto de tipo Schottky (26) con dicho conjunto decapas semiconductoras y destinada a recibir, en particular, dicha onda óptica guiada por dicho conjunto de capassemiconductoras de tal modo que permite la generación de una onda plasmónica de superficie en la interfazmetal/semiconductor; y

- unos medios adaptados para modular el índice óptico de dicho conjunto de capas semiconductoras en elcontacto eléctrico de tipo Schottky de tal modo que crea una modulación de la onda óptica reflejada en dichainterfaz.

Modulador de portadora óptica mediante plasmones de superficie, a base de materiales semiconductores El campo de la invención es el de los dispositivos de modulación de la luz ultrarrápidos e integrados que se pueden utilizar, en particular, para la realización de transmisiones ópticas de las señales analógicas microondas y/o las señales digitales a muy alta velocidad.

Estos dispositivos también se pueden utilizar para realizar funciones elementales como los mezcladores de microondas, los interruptores y los muestreadores de control óptico. Para que este tipo de dispositivos resulten realmente interesantes, es necesario optimizar sus rendimientos así como los de las transmisiones ópticas asociadas, y una posibilidad de integración incrementada.

Se resume a continuación el estado de la técnica de diferentes familias existentes de moduladores así como sus principales características.

Los moduladores de la familia electro-óptica del niobato llevan a cabo un tipo de modulación en amplitud y en fase. Permiten una integración en una amplia banda de frecuencias, pero tienen en particular como inconvenientes que precisan una gran longitud de interacción y presentan unas respuestas no lineales.

Los moduladores de la familia electro-óptica del polímero llevan a cabo un tipo de modulación en amplitud y en fase. Tienen como ventaja que utilizan materiales dieléctricos con una baja constante dieléctrica, por lo tanto con pocas pérdidas y que pueden funcionar en una muy amplia banda de frecuencia, pero presentan problemas en cuanto a la estabilidad del material y de la polarización.

Los moduladores de la familia opto-acústica llevan a cabo una modulación en amplitud y frecuencia. Tienen como ventaja que son robustos, pero tienen en particular como inconveniente que funcionan en una limitada banda de frecuencias.

Por último, los moduladores que funcionan por electro-absorción llevan a cabo una modulación en amplitud. Presentan una buena integración, pero una mediocre selectividad espectral y sus características de funcionamiento dependen de la temperatura.

Las técnicas de modulación óptica han sido objeto de numerosos estudios de laboratorio y un cierto número de esos estudios han conducido al desarrollo de productos comerciales que presentan unos rendimientos bien establecidos. Los dispositivos realizados buscan principalmente reducir la tensión de control y aumentar su ancho de banda. En este marco, las aplicaciones en las telecomunicaciones han permitido el desarrollo de componentes que presentan unas características bien establecidas.

En el campo de las opto-microondas que dirige señales analógicas de banda muy ancha sobre una portadora óptica, estas tecnologías se enfrentan a un cierto número de limitaciones importantes, en particular en lo que se refiere a:

- la tensión de control; -la linealidad con respecto a la profundidad de modulación; -la dinámica, reducción de las pérdidas de inserciones y del factor ruido; -el ancho de banda de modulación.

Un objeto de la invención es, en particular, resolver dichos inconvenientes proponiendo un modulador que presenta a la vez un volumen reducido y una mejor función de transferencia con respecto a los dispositivos conocidos.

Para este propósito, la invención tiene por objeto un modulador de portadora óptica mediante plasmones de superficie, que utiliza una tecnología integrada a base de materiales semiconductores, caracterizado porque comprende:

-un conjunto de capas semiconductoras que comprende una estructura de guiado para una onda óptica

incidente introducida en dicha estructura de guiado, garantizando dicha estructura de guiado un confinamiento asimétrico de dicha onda óptica; -una capa metálica denominada superior con un contacto Schottky destinada a recibir, en particular, dicha onda óptica permitiendo la generación de una onda plasmónica de superficie en la interfaz metal/semiconductor.

La señal eléctrica de control aplicada en este contacto modifica el índice de las capas semiconductoras que alteran la propagación de la onda plasmónica generada. -unos medios para modular el índice óptico en el contacto eléctrico de tipo Schottky de tal modo que se crea una modulación de la onda óptica reflejada en dicha interfaz.

De acuerdo con una variante de la invención, la interfaz necesaria para la generación de la onda plasmónica comprende al menos una capa metálica y una capa semiconductora, operando los medios para modular el índice óptico mediante un contacto de tipo Schottky sobre dicha capa semiconductora.

De acuerdo con una variante de la invención, la estructura de guiado comprende una primera estructura de

confinamiento óptico denominada inferior, un núcleo por el cual se puede propagar una onda óptica, y una segunda estructura de confinamiento óptico denominada superior, siendo dicha segunda estructura de confinamiento óptico de gradiente de índice, lo que permite conducir la onda óptica incidente a la interfaz metal /semiconductor.

De acuerdo con una variante de la invención, la segunda estructura de confinamiento comprende un apilamiento de capas semiconductoras que permiten realizar el gradiente de índice.

De acuerdo con una variante de la invención, el conjunto de capas semiconductoras que comprende una estructura de guiado para una onda óptica incidente comprende una alternancia de capas a base de InP y de capas a base de un material cuaternario de tipo GalnAsP.

De acuerdo con una variante de la invención, el conjunto de capas semiconductoras alternas con un índice óptico diferente comprende una estructura de guiado para una onda óptica incidente.

De acuerdo con una variante de la invención, el modulador de portadora óptica comprende un prisma realizado con un material con un índice óptico superior al del núcleo de la estructura de guiado. Esta variante está especialmente adaptada al caso en el que el ángulo de incidencia necesario para la generación de plasmones en la interfaz metal/semiconductor es importante.

Se mostrarán otras características y ventajas de la invención con la lectura de la descripción que viene a continuación, dada a título no limitativo, y a través de las figuras adjuntas en las que:

-la figura 1 ilustra una polarización en modo transversal TM de una onda óptica incidente que se propaga por un

medio dieléctrico hacia un medio metálico que se utiliza en un modulador de la invención y que permite la generación de una onda plasmónica de tipo evanescente, transmitida a la interfaz dieléctrico/metal; -la figura 2 ilustra la evolución de la resonancia plasmónica en función del ángulo de incidencia de una onda óptica sobre una interfaz metal/dieléctrico con y sin la acción de una excitación RF; -las figuras 3a y 3b ilustran un ejemplo de modulador de acuerdo con la invención en el cual se realiza un apilamiento de capas semiconductoras en la superficie de un sustrato de tipo InP mediante epitaxia con ajuste reticular sobre dicho sustrato; -la figura 4 ilustra la estructura de guiado que comprende una mesa del ejemplo de modulador que se ilustra en las figuras 3a y 3b; -la figura 5 ilustra una variante de la invención que integra un prisma.

El dispositivo de la presente invención es un dispositivo integrado de modulación ultrarrápida de la luz y, de manera más particular, un dispositivo que presenta unas zonas de interacción limitada o hiperlocalizada por efecto de generación de plasmones de superficie en una interfaz metal/semiconductor. La modulación de la luz se obtiene mediante el control de la amplitud de la onda plasmónica en la interfaz de una estructura que comprende un apilamiento de capas que contiene al menos un semiconductor lo que permite el guiado de la onda óptica incidente, y un metal depositado en su superficie.

Se trata de un modulador plasmónico de semiconductores con guías de ondas de ondas evanescentes, caracterizado por una curvatura del modo óptico ajustado al ángulo de resonancia plasmónica de la estructura completa semiconductor/metal para la generación de los plasmones en la superficie de esta interfaz.

El dispositivo de la presente invención utiliza el carácter semi-aislante de un material semiconductor con el fin de realizar la generación de plasmones de superficie en una interfaz metal/semiconductor. El carácter conductor del material semiconductor permite realizar una variación de índice de este material por efecto Schottky.

Los rendimientos alcanzados de este nuevo tipo de modulador de portadora óptica mediante plasmones de superficie permiten realizar una ruptura tecnológica en el campo de las transmisiones de señales analógicas de... [Seguir leyendo]

1. Modulador de portadora óptica mediante plasmones de superficie, a base de materiales semiconductores, que comprende:

-un conjunto de capas semiconductoras que comprende una estructura de guiado (21, 22, 23) para una onda

óptica incidente introducida en dicha estructura de guiado, garantizando dicha estructura de guiado un confinamiento asimétrico de dicha onda óptica; -una capa metálica denominada superior que forma un contacto de tipo Schottky (26) con dicho conjunto de capas semiconductoras y destinada a recibir, en particular, dicha onda óptica guiada por dicho conjunto de capas semiconductoras de tal modo que permite la generación de una onda plasmónica de superficie en la interfaz

metal/semiconductor; y -unos medios adaptados para modular el índice óptico de dicho conjunto de capas semiconductoras en el contacto eléctrico de tipo Schottky de tal modo que crea una modulación de la onda óptica reflejada en dicha interfaz.

2. Modulador de portadora óptica mediante plasmones de superficie de acuerdo con la reivindicación 1,

caracterizado porque el contacto de tipo Schottky comprende al menos una capa metálica y una capa semiconductora, correspondiendo los medios adaptados para modular el índice óptico de esta última al contacto de tipo Schottky.

3. Modulador de portadora óptica mediante plasmones de superficie de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque la estructura de guiado comprende una primera estructura de confinamiento óptico denominada inferior, un núcleo por el cual se puede propagar una onda óptica y una segunda estructura de confinamiento óptico denominada superior, siendo dicha segunda estructura de confinamiento óptico en gradiente de índice y siendo contigua a la interfaz metal/semiconductor, lo que permite conducir la onda óptica incidente a la interfaz metal /semiconductor.

4. Modulador de portadora óptica mediante plasmones de superficie de acuerdo con la reivindicación 3,

caracterizado porque la segunda estructura de confinamiento comprende un apilamiento de capas semiconductoras que permiten realizar el gradiente de índice.

5. Modulador de portadora óptica mediante plasmones de superficie de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque comprende un conjunto de capas (221, …, 22i, …, 22n) que garantiza la función de confinamiento superior asimétrico en gradiente de índice.

6. Modulador de portadora óptica mediante plasmones de superficie de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque comprende un prisma (Pr) realizado con un material con un índice óptico superior al del núcleo de la estructura de guiado.

7. Modulador de portadora óptica mediante plasmones de superficie de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el conjunto de capas semiconductoras que comprende una estructura de guiado para una onda óptica incidente comprende una alternancia de capas a base de InP y de capas a base de un material cuaternario de tipo GalnAsP.

8. Modulador de portadora óptica mediante plasmones de superficie de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el contacto de tipo Schottky entre la capa metálica y el conjunto de capas semiconductoras está adaptado para permitir la variación de índice óptico en la frecuencia de una señal de modulación aplicable en este contacto.

9. Modulador de portadora óptica mediante plasmones de superficie de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque comprende un contacto óhmico en la cara denominada posterior, que corresponde a una cara opuesta a la que comprende el contacto de tipo Schottky, lo que permite una puesta a tierra de la estructura completa.