CN100422794C - 用于在具有光子晶体晶格的光学器件中调制光束的方法和装置 - Google Patents

用于在具有光子晶体晶格的光学器件中调制光束的方法和装置 Download PDF

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Abstract

用于通过调制光子晶体晶格的光子带隙来调制光束的装置和方法。在一个实施方案中，根据本发明的实施方案的装置包括第一半导体材料103中的光子晶体晶格。第一半导体材料103具有在第一半导体材料中被限定的多个孔107。所述多个孔以限定所述光子晶体晶格的孔节距和孔半径被周期性地排列在第一半导体材料103中。所述装置还包括第二半导体材料区域419和电荷调制区域，所述第二半导体材料区域419被设置为靠近在第一半导体材料103中被限定的多个孔107的各个内表面并且与其绝缘，所述电荷调制区域在第二半导体材料区域419中被调制。光束被引导通过光子晶体晶格，并且响应于光子晶体晶格的被调制的有效光子带隙而被调制。有效光子带隙响应于电荷调制区域而被调制。

Description

用于在具有光子晶体晶格的光学器件中调制光束的方法和装置
发明领域
本发明一般涉及光学装置，并且更具体地，本发明涉及调制光束。
背景技术
随着国际互联网数据业务增长率正在超过语音业务，推动了对光通信的需求，对快速并且高效的基于光学的技术的需求正日益增加。在密集波分复用(DWDM)系统以及吉比特(GB)以太网系统中，多个光学信道在同一光纤上的传输提供使用由光纤光学提供的史无前例的容量(信号带宽)的简单方法。在系统中一般使用的光学元件包括波分复用(WDM)发射器和接收器、例如衍射光栅的光学滤波器、薄膜滤波器、光纤布拉格(bragg)光栅、阵列波导光栅、光学分插复用器、激光器，以及光学开关。光学开关可以被用来对光束进行调制。两种常见类型的光学开关是机械开关器件和电-光开关器件。
机械开关器件一般包括放置在光纤之间的光路中的物理元件。移动这些元件以引起开关动作。近来微机电系统(MEMS)已经被用于小型机械开关。MEMS很流行，因为它们是基于硅的，并且使用相当常规的硅处理技术来处理。但是，因为MEMS技术一般依赖于物理部件或者元件的实际机械移动，所以MEMS一般局限于较低速度的光学应用，例如具有毫秒量级上的响应时间的应用。
在电-光开关器件中，电压被施加到器件被选择的部分，以在所述器件内产生电场。电场改变所述器件内被选择材料的光学性质，并且所述电-光效应导致开关动作。电-光器件通常利用将光学透明性(optical transparency)与电压可变光学行为组合的电-光材料。在电-光开关器件中使用的一种典型类型的单晶电-光材料是铌酸锂(LiNbO3)。
铌酸锂在从紫外到中红外的频率范围内是透明的材料，它显现出例如泡克尔斯效应(Pockels effect)的电-光性质。泡克尔斯效应是一种光学现象，在所述光学现象中，例如铌酸锂的介质的折射率随所施加的电场而变化。铌酸锂的变化的折射率可被用来提供开关。外部控制电路提供所施加的电场给当前的电-光开关。
尽管这些类型器件的开关速度非常快，例如在纳秒量级上，但当前的电-光开关器件的一个缺点是这些器件为了切换(switch)光束一般需要相对地高的电压。结果，用来控制当前的电-光开关的外部电路通常被专门制造以发生高电压，并且承受大量的功耗。另外，随着器件尺寸持续缩小以及电路密度持续增加，这些外部高电压控制电路与当前的电-光开关的集成正变成日益富有挑战性的任务。
附图简要说明
在附图中通过实施例而非限制来说明本发明。
图1是一般地图示依照本发明的教导的光学器件的一个实施方案的图，所述光学器件包括具有波导的半导体中的光子晶体晶格，光束通过所述波导被引导和调制。
图2A是一般地图示根据依照本发明的教导的光学器件的一个实施方案，被蚀刻到绝缘体上硅(SOI)晶片的外延层内的孔的平面图。
图2B是一般地图示根据依照本发明的教导的光学器件的一个实施方案，被蚀刻到SOI晶片的外延层内的孔的剖面图。
图3A是一般地图示根据依照本发明的教导的光学器件的一个实施方案，在孔之上形成的绝缘区域的平面图，所述孔已被蚀刻到SOI晶片的外延层内。
图3B是一般地图示根据依照本发明的教导的光学器件的一个实施方案，在孔之上形成的绝缘区域的剖面图，所述孔已被蚀刻到SOI晶片的外延层内。
图4A是一般地图示根据依照本发明的教导的光学器件的一个实施方案，在孔之上已形成的绝缘区域之上形成的第二半导体区域的平面图，所述孔已被蚀刻到SOI晶片的外延层内。
图4B是一般地图示根据依照本发明的教导的光学器件的一个实施方案，在孔之上已形成的绝缘区域之上形成的第二半导体区域的剖面图，所述孔已被蚀刻到SOI晶片的外延层内。
图5A是一般地图示根据依照本发明的教导的光学器件的一个实施方案的到SOI晶片的外延层的接触体和被引导通过生成的光波导的光束的平面图，所述光波导通过SOI晶片的外延层中的光子晶体晶格。
图5B是一般地图示根据依照本发明的教导的光学器件的一个实施方案的到SOI晶片的外延层的接触体和被引导通过生成的光波导的光束的剖面图，所述光波导通过SOI晶片的外延层中的光子晶体晶格。
图6A是一般地图示根据本发明的一个实施方案，电压信号被施加到光子晶体晶格，以依照本发明的教导对电荷调制区域中的电荷进行调制的图。
图6B是一般地图示根据本发明的一个实施方案，电流信号被注入到光子晶体晶格内，以依照本发明的教导对电荷调制区域中的电荷进行调制的图。
图6C是一般地更详细图示依照本发明的教导的电荷调制区域中的电荷的图。
图7A是一般地图示依照本发明的教导，具有多个波长的光束被引导通过光波导的图，所述光波导通过光子晶体晶格，其中施加“低”电压信号。
图7B是一般地图示依照本发明的教导，具有多个波长的光束被引导通过光波导的图，所述光波导通过光子晶体晶格，其中施加“高”电压信号。
图8是图示依照本发明教导的系统的一个实施方案的图，所述系统包括光发射器、光接收器和包括用于调制光束的光子晶体晶格的光学器件。
具体实施方式
公开了利用具有光子晶体晶格的光学器件调制光束的方法和装置。在以下描述中，阐述了很多具体的细节，以提供对本发明的完整理解。但是，本领域中的普通技术人员将会清楚，实现本发明无需采用这些具体细节。此外，没有详细地描述公知的材料或者方法以免模糊本发明。
在整个说明书中提及“一个实施方案”或“实施方案”意味着关于该实施方案描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施方案中。因此，“在一个实施方案中”或“在实施方案中”在整个说明书中不同地方的出现不一定全是指同一实施方案。而且，所述特定特征、结构或者特性可以在一个或更多个实施方案中以任何适当的方式组合。另外，要理解这里所提供的图是用于向本领域中的普通技术人员解释的目的，并且这些图不一定按比例绘制。
在本发明的一个实施方案中，以单个集成电路芯片上的全集成解决方案提供基于半导体的光学器件。当前所描述的光学器件的一个实施方案包括在半导体材料中被图形化的基于半导体的光子晶体晶格，光波导被引导通过所述光子晶体晶格。光学器件利用(exploit)光子晶体晶格的光子晶体中的光子带隙。光子晶体晶格的光子带隙将阻挡光束的一波长而允许所述光束的其他波长传播。
如将要讨论的那样，为了特定波长经历光子带隙，根据本发明的实施方案的光子晶体具有特定的孔半径、特定的孔节距，并且由具有特定折射率的材料制成。在一个实施方案中，通过对限定或围绕光子晶体晶格的孔的材料的折射率进行调制，调制光子晶体晶格的孔的有效孔半径。在一个实施方案中，依照本发明的教导，通过调制靠近光子晶体晶格的孔的电荷调制区域中的电荷，调制限定孔的材料的折射率。所公开的光学器件的实施方案可以在多种高带宽应用中使用，所述高带宽应用包括多处理器、电信、网络，以及例如光学开关、调制器的其他高速光学应用。
为了图示说明，图1是一般地图示依照本发明的教导的光学器件的一个实施方案的图，所述光学器件包括在半导体材料中制造并且具有可被调制的光子带隙的光子晶体晶格。如图1中所示，光学器件101包括半导体材料103，光子晶体晶格105被设置在所述半导体材料103中。在一个实施方案中，光波导被包括在半导体材料103中，并且如图1中所示，被引导通过光子晶体晶格105。多个孔107被周期性地排列在半导体材料103中，具有在半导体材料103中限定光子晶体晶格105的孔节距和孔半径。在一个实施方案中，孔节距为大约500纳米，以及孔半径为大约200纳米。当然，可以理解在依照本发明的教导的其他实施方案中可以利用其他的孔节距和孔半径尺寸。生成的光子晶体晶格105的光子带隙由光子晶体晶格105的孔节距和孔半径确定。
具有至少一个波长的光束111被引导通过光波导109，所述光波导109通过半导体材料103和光子晶格105。光子晶体晶格105的光子带隙导致光束111不能传播通过光子晶体晶格105的频率或波长的范围。结果，如果光束111的特定波长相应于光子晶体晶格105的光子带隙，则光束111的该特定波长被阻挡，而光束111中包括的其他波长，如果有的话，则被允许自由地传播通过光子晶体晶格105。
如将要讨论的那样，依照本发明的教导，在一个实施方案中，在光学器件101中包括靠近多个孔的电荷调制区域。在工作中，信号113被施加到光子晶体晶格105。依照本发明的教导，在一个实施方案中，信号113可以是电压信号，而在另一实施方案中，信号113可以是电流信号。响应于信号113，电荷调制区域中的自由电荷载流子的浓度被调制。由于这种电荷调制，靠近多个孔107的半导体材料的折射率被调制。由于靠近所述多个孔107的半导体材料的这种被调制的折射率，多个孔的有效孔直径被调制。由于多个孔107的这种被调制的孔直径，光子晶体晶格105的有效光子带隙被调制。因此，依照本发明的教导，包括相应于光子晶体晶格105的光子带隙的特定波长的光束111被调制。
在一个实施方案中，半导体材料103是绝缘体上硅(SOI)晶片的外延层。为了图示说明，图2A是SOI晶片的外延层的半导体材料103的平面图，一般地图示依照本发明的教导，光子晶体晶格105的多个孔107被蚀刻在半导体材料103中。另外，图2B是剖面图，一般地图示依照本发明的教导，多个孔107被蚀刻在SOI晶片的外延层的半导体材料103中。在一个实施方案中，半导体材料103具有特定的折射率，并且所述多个孔107以限定具有特定带隙的光子晶体晶格105的孔节距和孔被排列在半导体材料103中。如图2A和2B中所示，SOI晶片包括被设置在外延层的半导体材料103和掩埋的(buried)半导体层215之间的掩埋绝缘区域。在一个实施方案中，多个孔107在半导体材料103中被向下蚀刻到掩埋的绝缘层213。注意，在另一实施方案中，多个孔107可以被蚀刻成只部分地通过半导体材料103，而非向下到达掩埋的绝缘层213。
如图2A和2B中所示，在多个孔107被蚀刻在SOI晶片的外延层的半导体材料103中之后，图3A示出一个平面图，一般地图示根据本发明的一个实施方案，随后在半导体材料103之上形成的绝缘区域317，所述绝缘区域317包括光子晶体晶格105的多个孔107的内表面。图3B是一般地图示根据本发明的一个实施方案，在多个孔107之上形成的绝缘区域317的剖面图。在一个实施方案中，绝缘区域317包括氧化物，并且以大约120埃的厚度被形成。当然，要理解，在依照本发明的教导的其他实施方案中，可以利用其他的绝缘材料和其他的厚度。
如图3A和3B中所示，在半导体材料103之上形成绝缘区域317之后，图4A示出一个平面图，一般地图示根据本发明的实施方案，在绝缘区域317之上形成的第二半导体材料区域419。图4B是一般地图示根据本发明的实施方案，在绝缘区域317之上形成的第二半导体材料区域419的剖面图。如图4A和4B中所描绘的实施方案中所示，第二半导体区域419在绝缘区域317之上被图形化，包括靠近光子晶体晶格105的多个孔107的内表面的区域。在图4A中所图示的实施方案示出第二半导体材料区域419被图案化，以便每一个第二半导体材料区域419被耦合在一起。在一个实施方案中，包括例如接触体421和423的接触体，以提供到靠近光子晶体晶格105的多个孔107的内表面的第二半导体材料区域419的电气通道(electrical access)。可以理解，依照本发明的教导，利用绝缘区域317，第二半导体材料区域419在电气上与半导体材料103绝缘。因此，可以理解，依照本发明的教导，容性结构由利用绝缘区域317与第二半导体材料区域419绝缘的半导体材料103构成。
在如图4A和4B中所示，在第二半导体材料区域419在绝缘区域317之上被形成之后，图5A示出一个平面图，一般地图示根据本发明的实施方案的接触体525和527，所述接触体525和527被形成以提供到半导体材料103的电气耦合。图5B是一般地图示根据本发明的实施方案的接触体的剖面图，所述接触体被形成以提供到半导体材料103的电气耦合。在其中电气耦合并非必要的实施方案中，可以理解接触体525是可选的。图5A和5B还一般地图示光波导109，光波导109被包括在半导体材料103中，并且被布局成通过光子晶体晶格105。在图5A和5B中还示出光束111，依照本发明的教导，光束111被引导通过光波导109，所述光波导109通过光子晶体晶格105和半导体材料103。在所图示的实施方案中，光波导109作为带状波导被示出。可以理解，在依照本发明的教导的其他实施方案中，光波导109可以是例如脊形波导的另一种类型的波导。
在一个实施方案中，用针对半导体材料103和/或第二半导体材料区域419具有相对高的差异(high contrast)的材料填充多个孔107中的每一个。例如，在一个实施方案中，半导体材料103包括晶体硅而第二半导体材料区域419包括多晶硅。在一个实施方案中，晶体硅和多晶硅具有大约3.45的折射率。在一个实施方案中，用具有大约1.0的折射率的空气填充多个孔107中的每一个。这些示例性材料是为了解释的目的而被提供的，并且依照本发明的教导，其他适当的材料可以被采用。
图6A示出示例性实施方案，在所述实施方案中，信号113是电压信号。具体地说，在所描绘的实施方案中，信号113作为电压信号Vs被示出，在所图示的实施方案中，所述电压信号Vs被施加在接触体421和525之间以及接触体423和525之间。因此，信号113作为电压，通过接触体421和423相对于半导体材料103被施加到第二半导体区域419。
图6B示出示例性实施方案，在所述实施方案中，信号113是电流信号。具体地说，在所描绘的实施方案中，信号113作为电流信号Is被示出，在所图示的实施方案中，所述电流信号Is通过接触体421和423被注入。因此，信号113可以通过接触体421和423之间的第二半导体区域419作为电流被注入，以将电荷注入到第二半导体区域419内。
图6C是一般地更详细图示依照本发明的教导，随着响应于信号113电荷调制区域627被形成，在半导体材料103中被限定的多个孔107中的一个的图。因此，可以理解，电荷调制区域627被包括在容性结构中，所述容性结构由利用绝缘区域317与第二半导体材料区域419绝缘的半导体材料103构成。具体地说，图6C示出靠近在半导体材料103中被限定的孔107的内表面并与之绝缘的第二半导体材料区域419。绝缘区域317被设置在半导体材料103和第二半导体材料区域419之间，以使半导体材料103与第二半导体材料区域419绝缘。随着信号113被施加，电荷调制区域627中的电荷浓度被调制。如图6C中所描绘的实施方案中所示，电荷调制区域627包括半导体材料103和靠近绝缘区域317的第二半导体材料区域419中的自由电荷载流子，所述绝缘区域317靠近孔107的内表面。在一个实施方案中，电荷调制区域627中的自由电荷载流子可以包括例如电子、空穴或它们的组合。
为了解释的目的，在其中信号113是“低”的实施方案中，电荷调制区域627中的自由电荷载流子的浓度相对地低。继续所述实施例，当信号113是“高”时，电荷调制区域627中的自由电荷载流子的浓度相对地高。因此，信号113改变电荷调制区域627中的自由电荷载流子密度，这导致半导体材料的折射率的改变，在所述半导体材料中，电荷调制区域627位于靠近所述多个孔107的位置。依照本发明的教导，通过改变折射率，有效孔半径响应于信号113而被调制。依照本发明的教导，通过改变有效孔半径，光子晶体晶格105的光子带隙被相应地调制，该调制改变光束111被光子晶体晶格105阻挡的波长。
在一个实施方案中，其中电荷调制区域627是因等离子体光学效应而被调制的半导体材料的折射率。等离子体光学效应由于光电场矢量和可能沿着光束的光路存在的自由电荷载流子之间的交互而出现，所述光束例如光波导109中的光束111。光束111的电场极化自由电荷载流子，并且这有效地扰动介质的局部介电常数。这又导致光波传播速度，以及因此对光的折射率的扰动，因为折射率仅仅是真空中的光速和介质中的光速之比。因此，响应于电荷调制区域627中的自由电荷载流子的调制，靠近光子晶体晶格105中的所述多个孔107的光波导109中的折射率被调制。通过光子晶体晶格105的光波导109中的被调制的折射率相应地调制传播通过光子晶体晶格105的光束111的相位。另外，电荷调制区域627中的自由电荷载流子被场加速，并且在光能量用尽时导致光场吸收。一般折射率扰动是复数，其中实部是引起速度改变的部分，以及虚部涉及自由电荷载流子吸收。在硅中的等离子体光学效应的情况下，由电子(ΔNe)和空穴(ΔNh)浓度变化所产生的折射率变化Δn由下式给出：
Δn = - e 2 λ 2 8 π 2 c 2 ϵ 0 n 0 ( b e ( Δ N e ) 1.05 m e * + b h ( Δ N h ) 0.8 m h * ) (等式1)
其中，n0是针对硅的标称折射率，e是电子电荷，c是光速，ε0是自由空间介电率，me *和mh *分别是电子和空穴有效质量，be和bh是拟合参数。
往回参考图6C的示例性图示，利用信号113，可以跨过绝缘区域317将6伏的电荷施加在半导体材料103和半导体材料区域419之间，其中在一个实施方案中，所述绝缘区域317是大约120埃厚。依照本发明的教导，利用所施加的6伏电压，电荷调制区域627中的自由电荷载流子浓度被增加，这导致靠近孔107的半导体材料的大约0.01的折射率改变。这种折射率改变出现在大约10纳米之上，这导致孔107的有效孔径10％的变化。结果，依照本发明的教导，光子晶体晶格105的光子带隙被调制。
现在参考图7A和7B中所示的实施方案，光束111被图示，所述光束111被引导通过光波导109，所述光波导109通过半导体材料103，所述半导体材料103通过光子晶体晶格105。在所图示的实施方案中，光束111在被引导通过光子晶体晶格之前包括两个波长λ1和λ2。在一个实施方案中，波长λ1和λ2是接近例如大约1310纳米和1550纳米等的红外波长。在图7A中，信号113被图示为“低”电压信号Vs。在所图示的实施方案中，利用信号Vs“低”，光子晶体晶格105的光子带隙阻挡光束111的波长λ2，但是允许光束111的例如λ1的另一个波长传播通过光子晶体晶格105。在图7B中，现在信号113被图示为“高”电压信号Vs。利用信号Vs“高”，光子晶体晶格105的光子带隙现在被调制成阻挡光束111的波长λ1，但是现在允许光束111的例如λ2的另一个波长传播通过光子晶体晶格105。
图8是一般地图示依照本发明教导的系统的一个实施方案的图，所述系统包括光发射器、光接收器和包括用于调制或变换(modulate or switch)光束的光子晶体晶格的光学器件。具体地说，图8示出光学系统833，所述光学系统833包括光发射器829和光接收器831，光学器件101在光学上被耦合在光发射器829和光接收器831之间。如图8中所示，光发射器829发射由光学器件101接收的光束111。
在一个实施方案中，光学器件101包括例如先前所描述的用于响应于信号113调制或变换光束111或光束111的特定波长的光学器件的实施方案中的一个的器件。例如，根据本发明的实施方案，如果从光发射器829发射的光束111包括波长λ，则光学器件101接收光束111并且可以被用来调制光束111的波长λ以将信号113编码到光束111上。然后，光束111从光学器件101被引导并且被光接收器831接收，其中信号113被编码在光束111上。
在另一实施方案中，从光发射器829发射的光束111可以具有例如包括λ1和λ2的多个波长。响应于信号113，可以使用光学器件113选择性地阻挡或过滤掉波长λ1或λ2中的一个，而允许另一个波长传播通过。然后，光束111中包括的任何剩余波长从光学器件101被引导到光接收器831。在其他的实施方案中，可以理解，根据本发明的实施方案，多个光学器件101可以用作构建模块，并且以各种配置被排列或级联，以在光束111中可包括的多种波长上工作。
在前面的详细描述中，已经参考本发明具体的示例性实施方案描述了其方法和装置。然而，很明显将可以做出各种修改和改变而不会偏离本发明更宽的精神和范围。因此，本说明书和附图应该被视为说明性而非限制性的。

Claims (28)

1. 一种装置，包括：
第一半导体材料中的光子晶体晶格，所述第一半导体材料具有在所述第一半导体材料中被限定的多个孔，所述多个孔被周期性地排列在所述第一半导体材料中并具有用于限定所述光子晶体晶格的孔节距和孔半径；
第二半导体材料区域，所述第二半导体材料区域被设置为靠近在所述第一半导体材料中被限定的所述多个孔的各个内表面并且与所述各个内表面绝缘；
位于所述多个孔附近的电荷调制区域，所述电荷调制区域在所述第二半导体材料区域中被调制，其中被引导通过所述光子晶体晶格的光束响应于所述光子晶体晶格的被调制的有效光子带隙而被调制，所述有效光子带隙响应于所述电荷调制区域而被调制。
2. 如权利要求1所述的装置，其中所述光子晶体晶格的所述有效光子带隙响应于所述第二半导体材料中的折射率而被调制，所述折射率响应于所述电荷调制区域而被调制。
3. 如权利要求1所述的装置，其中所述光子晶体晶格的所述有效光子带隙响应于所述多个孔中的每一个的有效孔半径而被调制，所述有效孔半径响应于所述电荷调制区域而被调制。
4. 如权利要求1所述的装置，其中所述光束具有包括第一波长和第二波长的多个波长，其中响应于所述光子晶体晶格的所述被调制的有效光子带隙，每次选择性地允许所述光束的所述第一和第二波长中的一个传播通过所述光子晶体晶格。
5. 如权利要求1所述的装置，其中电压信号被耦合成相对于所述第一半导体材料被施加到所述第二半导体材料区域，以引起所述电荷调制区域调制所述光子晶体晶格的所述有效光子带隙。
6. 如权利要求1所述的装置，其中电流信号被耦合成通过所述第二半导体材料区域被注入，以引起所述电荷调制区域调制所述光子晶体晶格的所述有效光子带隙。
7. 如权利要求1所述的装置，还包括绝缘材料，所述绝缘材料被设置在所述第二半导体材料区域和所述第一半导体材料之间以使每个第二半导体材料区域与所述第一半导体材料绝缘。
8. 如权利要求1所述的装置，其中所述第一和第二半导体材料包括硅。
9. 如权利要求8所述的装置，其中所述第一半导体材料包括晶体硅，并且所述第二半导体材料包括多晶硅。
10. 如权利要求1所述的装置，其中所述多个孔中的每一个用具有显著不同于所述第一半导体材料的折射率的折射率的材料来填充。
11. 如权利要求1所述的装置，其中容性结构由与所述第二半导体材料绝缘的所述第一半导体材料区域限定。
12. 如权利要求1所述的装置，还包括在通过所述光子晶体晶格的所述第一半导体材料中所包括的光波导，所述光束被引导通过所述光波导并且通过所述光子晶体晶格。
13. 一种方法，包括：
引导光束通过第一半导体材料中的光子晶体晶格，所述第一半导体材料具有在所述第一半导体材料中被限定的多个孔，所述多个孔被周期性地排列在所述第一半导体材料中并具有用于限定所述光子晶体晶格的孔节距和孔半径；
调制第二半导体材料区域中的电荷调制区域中的电荷浓度，所述第二半导体材料区域被设置为靠近在所述第一半导体材料中被限定的所述多个孔的各个内表面并且与所述各个内表面绝缘；
响应于所述被调制的电荷浓度，调制所述光子晶体晶格的有效光子带隙；以及
响应于所述被调制的有效带隙，调制被引导通过所述光子晶体晶格的所述光束。
14. 如权利要求13所述的方法，还包括响应于调制所述第二半导体材料区域中的所述电荷调制区域中的所述电荷浓度的操作，调制所述第二半导体材料中的折射率。
15. 如权利要求13所述的方法，还包括响应于调制所述第二半导体材料区域中的所述电荷调制区域中的所述电荷浓度的操作，调制所述多个孔中的每一个的有效孔半径。
16. 如权利要求13所述的方法，其中调制被引导通过所述光子晶体晶格的所述光束的操作包括响应于所述光子晶体晶格的所述被调制的有效带隙，选择性地阻挡所述光束的一个波长传播通过所述光子晶体晶格。
17. 如权利要求16所述的方法，还包括在响应于所述光子晶体晶格的所述被调制的有效带隙的操作而选择性地阻挡所述光束的所述一个波长传播通过所述光子晶体晶格的同时，允许所述光束的另一波长传播通过所述光子晶体晶格。
18. 如权利要求13所述的方法，其中调制所述第二半导体材料区域中的所述电荷调制区域中的电荷浓度的操作包括调制电压信号，所述电压信号相对于所述第一半导体材料被施加到所述第二半导体材料区域。
19. 如权利要求13所述的方法，其中调制所述第二半导体材料区域中的所述电荷调制区域中的电荷浓度的操作包括调制通过所述第二半导体材料区域注入的电流信号。
20. 一种系统，包括：
光发射器，所述光发射器发射光束；
光接收器；以及
光学器件，所述光学器件以光学方式被耦合在所述光发射器和所述光接收器之间，所述光学器件包括：
第一半导体材料中的光子晶体晶格，所述第一半导体材料具有在所述第一半导体材料中被限定的多个孔，所述多个孔被周期性地排列在所述第一半导体材料中并具有用于限定所述光子晶体晶格的孔节距和孔半径；
第二半导体区域，所述第二半导体区域被设置为靠近在所述第一半导体材料中被限定的所述多个孔的各个内表面并且与所述各个内表面绝缘；以及
位于所述多个孔附近的电荷调制区域，所述电荷调制区域在所述第二半导体材料区域中被调制，所述光束接收自所述光发射器，并且被引导通过所述光子晶体晶格，所述光束响应于所述光子晶体晶格的被调制的有效光子带隙而被调制，所述有效光子带隙响应于所述电荷调制区域而被调制，其中所述被调制的光束被所述光接收器接收。
21. 如权利要求20所述的系统，其中所述光子晶体晶格的所述有效光子带隙响应于所述第二半导体材料中的折射率而被调制，所述折射率响应于所述电荷调制区域而被调制。
22. 如权利要求20所述的系统，其中所述光子晶体晶格的所述有效光子带隙响应于所述多个孔中的每一个的有效孔半径而被调制，所述有效孔半径响应于所述电荷调制区域而被调制。
23. 如权利要求20所述的系统，其中所述光束具有包括第一波长和第二波长的多个波长，其中响应所述光子晶体晶格的所述被调制的有效光子带隙，每次选择性地允许所述光束的所述第一和第二波长中的一个传播通过所述光子晶体晶格。
24. 如权利要求20所述的系统，其中所述光学器件被耦合成接收电压信号，所述电压信号相对于所述第一半导体材料被施加到所述第二半导体材料区域，以引起所述电荷调制区域调制所述光子晶体晶格的所述有效光子带隙。
25. 如权利要求20所述的系统，其中所述光学器件被耦合成接收电流信号，所述电流信号通过所述第二半导体材料区域被注入，以引起所述电荷调制区域调制所述光子晶体晶格的所述有效光子带隙。
26. 如权利要求20所述的系统，其中所述光子器件还包括绝缘材料，所述绝缘材料被设置在所述第二半导体材料区域和所述第一半导体材料之间以使每个第二半导体材料区域与所述第一半导体材料绝缘。
27. 如权利要求20所述的系统，其中用具有显著不同于所述第一半导体材料的折射率的折射率的材料填充所述多个孔中的每一个。
28. 如权利要求20所述的系统，其中容性结构由与所述第二半导体材料绝缘的所述第一半导体材料区域限定。
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