CN101142505B - 绝缘体上硅(soi)结构中的光的主动操控装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于在两维主动控制SOI基光学结构内的光的操控的装置，其使用在硅-绝缘体-硅电容(SISCAP)结构的SOI层和多晶硅层内形成的掺杂区域。所述区域被对应掺杂以形成有源器件，其中电势在所述对应掺杂区域间的施加用于改变受影响区的反射指数，以及改变通过所述区域传播的光信号的特性。可有利地形成所述掺杂区域，以显示任何期望的“形状”(例如透镜、棱镜、布拉格光栅等)，以操控传播的束，所述传播的束随这些器件的已知特性而变化。在SISCAP形成的SOI基光学元件(例如马赫曾德尔干涉仪、环形谐振器、光开关等)内可包括本发明的一个或更多有源器件，以形成有源的可调谐元件。

Description

绝缘体上硅(SOI)结构中的光的主动操控装置
相关申请的相互参照
本申请要求已于2004年2月26日提交的美国临时申请No.60/547,991的优先权。
技术领域
本发明涉及绝缘体上硅(SOI)结构中的光的主动操控，更具体地讲，涉及一种硅-绝缘体-硅电容(SISCAP)结构，其在所选区域被掺杂，以提供对通过SOI结构传播的一或更多光束的期望控制。
发明背景
平面光波导线路(PLC)是电子芯片的光学等同物，其操控和处理光信号而非电子信号。在大多数情况下，PLC以在半导体衬底上形成相对薄的玻璃、聚合体或导体层形成。光波导线路本身由一或更多由光波导管互连接的光学器件组成，光波导管用于将自一光学器件的光引导到另一光学器件，因此被认为是电子芯片中金属互连接的光学等同物。光学器件可包括无源光学器件或有源电光学器件，其执行下列功能，包括例如反射、聚焦、准直、束分裂、波长多路复用/多路分解、开关调制和检测等。
目前，在绝缘体上硅(SOI)结构中形成的普通的平面光学器件使用相对厚(＞3-4μm)硅表面波导层(以下称为“SOI层”)，以允许通过例如边缘照明的方法光信号到SOI层的相对容易的输入/输出连接。然而，对于边缘照明连接的需要要求使用芯片的边缘，以及具有高表面质量的边缘的形成(以防止在连结界面上的反射和背向散射)。此外，认为，在相对厚的SOI层上高明晰度结构的制造(例如对波导管、环、镜等形成“光滑的”垂直侧壁)被认为是相当困难的。硅的厚度还阻止用于同时形成电子和光学部件的传统CMOS制造工艺的使用。另外，在这样相对厚的层上形成的光学结构有助于支持多光模的传播，而使提供仅基谐模(thefundamental mode)通过该结构透射的能力变得复杂。此外，SOI层的相对大的厚度还限制了电子器件的速度。
一旦SOI层的厚度限制到不到1微米，上述的大部分问题即使没有被完全消除也会显著降低。然而，为了在亚微米厚的SOI层中形成可用的光子线路(photonic circuit)，需要能够主动操控SOI层内的光。更具体地讲，需要执行多种光学功能，例如调谐、聚焦、调制、衰减、偏转、转换和选择性地色散通过亚微米厚的SOI层传播的光，优选地使用传统的CMOS兼容电压电平来实现主动操控，从而公共电源可用于控制在公共硅衬底上形成的光学和电部件。
发明内容
现有技术保留的需要由本发明来解决，本发明涉及绝缘体上硅(SOI)结构中的光的主动操控，更具体地讲，涉及一种硅-绝缘体-硅电容(SISCAP)结构，其在所选区域被掺杂，以提供对通过所述SOI结构传播的一或更多光束的期望控制。
根据本发明，所述SISCAP结构包括SOI结构的相对薄的(即，亚微米)硅表面层(以下称为“SOI层”)，其与相对薄的介电层(在本领域中称为“栅氧化层”)和叠置的硅层(通常包括多晶硅形式)组合，所述多晶硅层和SOI层被处理以在接近所述栅氧化层处形成期望形状的互补掺杂区域，从而形成有源器件区域.在没有电偏置电压施加的情况下，掺杂的SISCAP结构用作传统的SOI基波导装置.在电偏压在所述多晶硅和SOI间施加的情况下，所述掺杂区域的反射指数改变，这依赖于所述掺杂区的形状，传播的光束被以期望的方式操控.
本发明的一方面在于，所述SOI层和多晶硅层内的一掺杂区(若干掺杂区)可显示不同的形状，且可偏置到不同的电压电平。实际上，使用传统的CMOS处理/掺杂技术允许多掺杂区域在所述SOI层和/或所述多晶硅层中形成，从而可形成光学元件例如光栅(和菲涅耳透镜)。
通过控制施加到本发明的结构的电压，可形成和控制光学器件例如开关、偏振合并器、滤波器、环形谐振器、布拉格光栅、马赫曾德尔干涉仪等。实际上，在光输出和电偏压输入间可包括反馈路径以执行光控制功能。
在下面的描述过程中且通过参照附图，本发明的其他和另外的方面和特征将变得明显。
附图说明
现在参照附图，
图1包括根据本发明的示例性SOI基的SISCAP器件的等距图，其包括主动操控光波信号的传播的能力；
图2为图1的装置的剖开的侧视图；
图3(a)-(C)示出了根据本发明形成的示例性束整形有源器件，其中图3(a)示出没有应用任何电信号的器件，图3(b)示出与跨越该器件的第一示例性电压电势的应用有关的聚焦特性，以及图3(c)示出与跨越该器件的第二示例性电压电势的应用有关的聚焦特性。
图4(a)-(C)示出了根据本发明形成的示例性束控制有源器件(beamsteering active device)，其使用SOI结构中的一对棱镜成形掺杂质区，其中图4(a)示出没有应用任何电信号的器件，图4(b)示出与跨越该器件的第一示例性电压电势的应用有关的束控制特性，以及图4(c)示出与跨越该器件的第二示例性电压电势的应用有关的束控制特性。
图5在等距图中示出了根据本发明形成的示例性平板基有源布拉格光栅结构。
图6在等距图中示出了根据本发明形成的示例性肋基布拉格光栅结构；
图7(a)和(b)包括根据本发明形成的示例性有源可调谐马赫曾德尔干涉仪的视图，图7(a)包括俯视图，以及图7(b)包括等距图；
图8示出了根据本发明形成的示例性有源光开关；
图9示出了根据本发明形成的有源光开关的可替代的布置；
图10包括根据本发明形成的示例性增/减环谐振器(add/drop ringresonator)结构的视图；
图11示出根据本发明形成的示例性片上(on-chip)有源偏振控制器。
图12在等距图中示出了根据本发明形成的有源法布里-珀罗器件；以及
图13包括根据本发明形成的示例性阵列波导管(AWG)结构的俯视图。
具体实施方式
未变形的纯硅显示出没有任何电光(泡克耳斯(Pockels))效应，且非线性效应例如夫兰兹-凯耳什和柯尔效应在纯硅中是很弱的。对于柯尔效应，105V/cm范围的施加场产生仅约10-8到10-5级的折射指数的改变。改变硅中光的折射指数/光学吸收的最有效机制为自由载流子效应(Δn～10-3)和热光效应(Δn～10-4)。热光效应定义为由于硅的温度改变而导致的折射指数的改变。热光效应是相当慢的(＜1Mhz级)，且在今天的高速通信应用中具有有限的应用。
本发明基于在薄SOI(亚微米)波导管几何结构中的自由载流子的使用。更具体地讲，波导管几何结构使用SISCAP结构，其包括在表面(亚微米)SOI层之上布置地相对薄的氧化层，硅层(通常包括多晶硅形式)在该薄氧化层之上形成，其形式为产生与SOI层的一部分的重叠，以及形成有源器件区。图1包括等距图，以及图2为这样的一器件的剖开的侧视图。如所示，该器件在SOI结构10内形成，其包括硅衬底12、绝缘层14和亚微米厚底硅表面层(SOI层)16。相对薄的氧化层(栅氧化层)18在SOI层16的表面一部分之上形成，且多晶硅层20在栅氧化层18和SOI层16之上形成，以形成所示的重叠结构。绝缘层26邻近SOI层16布置以对传播的光模提供侧向限制。有利地，用于在公共衬底上形成用于CMOS电器件的“栅氧化层”的相同介电层可用于形成下述的多种有源光器件的栅氧化层18。通过使用用于CMOS电子器件的相似的光栅电介质(根据材料选择和厚度“相似”)，相似的电压电平(例如±3.5V)可用于提供有源光学器件操作必要的自由载流子运动。在整个下面的描述中，层20称作为包括“多晶硅层”。应该理解，多种类型的硅/多晶硅可用于形成此层，其包括(但并不局限于)非晶硅、晶粒大小的增强的多晶硅、晶界钝化多晶硅、晶界对准多晶硅、单晶硅、基本单晶硅、和锗掺杂硅。
如上所述通过自由载流子调制方法产生本发明的有源开关和调谐功能。这样的光学调制的关键在于，有关的电子控制器件与相同SOI结构10中的光学器件集成，以改变SOI结构10的有源区29的自由载流子的指标特性。实现这的一方式为在光波导管(例如“肋”或有效的指数肋(index rib))周围构造电子器件。电子器件的操作改变了影响光模的波导管的光学性能(折射指数的实部和虚部)。该器件的亚微米尺寸和光的严格限制(在大多数情况下，支持光波信号中仅基谐模的传播)使自由载流子的有效使用能够实现。使用指数的实部(Δn)的改变导致的光的相位改变，和由于指数的虚部(Δk)导致的衰减可充分利用自由载流子效应，以提供在任何耗尽模、累积模、或倒置模的自由载流子调制。具体地，通过下面的公式，折射指数的实部与相移有关，该公式为：
Δφ = ( 2 πΔnL λ )
其中L为该系数已经改变的波导管的光程长度，以及λ为在波导管中传播的光的波长。吸收系数的改变按下面所示与虚指数有关：
Δα = ( 4 πΔk λ )
根据以上，通过适当地掺杂由SOI层16、栅氧化层18和多晶硅层20的重叠部分形成的波导结构的所选部分(即，使用掺杂，因此形成有源区29)，以及放置与每一掺杂部分有关的电极(示出了与SOI层16有关的第一电极22和与多晶硅层20有关的第二电极24)，可实现有源功能.通过在电极22和24施加确定的电压，二维电子(空穴)气(2DEG)在有源区29内、在栅氧化层18的两侧形成.本发明的优点在于，在高光电场存在的情况下，在栅氧化层18的两侧可实现大的自由载流子浓度的改变(即，如图1和2所示的光模O的中心).
在图1和图2所示的具体器件布置中，示出准直束O通过在SOI结构中形成的平板波导。如所示，在栅氧化层18附近的SOI层16和多晶硅层20中形成三角形掺杂区。更具体地，第一掺杂区17在直接在栅氧化层18下的区域、在SOI层16中形成，以及第二掺杂区21在直接在栅氧化层18之上的区域、在多晶硅层20中形成，其中形成区17和21用于显示互补的掺杂类型(一般，SOI层16为p型掺杂，以及多晶硅层20为n型掺杂，但也可使用相反的类型)。应该理解，可使用传统的CMOS工艺技术来顺序地掩模和植入SOI层16和多晶硅层20以在掺杂区形成期望的图案，同时还提供在掺杂区17和21间、垂直方向上的必要的掺杂分布和重叠。
在本发明的优选实施例中，电极22和24位于自有源区29-光学信号传播和操控区预定的距离处，以最小化光学损失。如图1和图2所示，一对重掺杂区23和25分别与电极22和24相关联形成以提供到SOI层16和多晶硅层20的必要的电触点，其中这些区还与掺杂区17和21相接触以形成需要的电信号通道。尽管相对于光信号通道，电极22和24的远距离位置会降低损失，然而必须的间隔导致限制了有源器件的操作速度。因此，在大多数情况下，在损失和速度间确定折衷方案，以及根据情况，电触点位于“最佳”位置。即，在速度是重要的情况(例如光学调制)下，可容许附加的光学损失量，以及相对接近有源区定位该触点。相反地，在最大信号吞吐量是重要的情况下，例如当将束聚焦到单模波导区时，操作速度的降低是容许的。
如上所述，可调整掺杂区的形状，从而在沿波导管传播的光信号内实现特定的光学传递函数(“OTF”)(即，“光的主动操控”)。下面联系多种有源光学器件的描述来讨论多种这样的形状。应该理解，下面讨论的有源器件仅是本发明原理的示例；实际上，可在SOI基SISCAP结构重使用任何可能的形状/掺杂分布，以形成本发明的有源光学器件。实际上，在共同转让的美国专利No.6,845,198中可找到多种SISCAP结构和掺杂变化的完整论述，其在此引入以作参考。
图3(a)-(C)(在俯视图中)示出了本发明的有源SISCAP光学器件30的三种不同激活情况。在此情况下，有源SISCAP器件30包括：第一掺杂区32，其成形以用作透镜；和第二透镜成形掺杂区34，其通过预定的隔离间隙g与第一透镜区32分开。类似于图1和图2的一般结构，第一掺杂透镜区32包括在SOI层16中形成的n型掺杂区31，和在多晶硅层20中形成的p型掺杂区33(或如上所述，互补掺杂)，其中每一区31、33被适当的成形(使用传统的CMOS掩模和掺杂质植入工艺)以提供期望的透镜功能。类似地，第二掺杂透镜区34包括在SOI层16中形成的n型掺杂区35，和在多晶硅层20中形成的p型掺杂区37，其组合来形成预定的透镜形状。第一对电极36、38用于分别接触在第一透镜区32的掺杂区31和掺杂区33。第二对电极40、42用于分别接触在第二透镜区34的掺杂区35和掺杂区37)。尽管在图3(或在其余的附图中)没有具体示出，然而应该理解，直接在每一电极下，在硅材料中形成重掺杂区，从而形成高传导性连接。
根据本发明，通过控制施加到每一电极36-42的电压，可控制第一透镜32和第二透镜34的聚焦特性。在图3(a)所示的附图中，当没有电压施加到任何电极时，透镜结构相当于无缘光学波导器件，这是因为背对背透镜结构抵消了彼此的色散。当适当的电压施加给电极时，掺杂区的指数会改变，导致光模的相前形成和实现聚焦功能。具体地，在图3(b)的图示中，第一组电压(示出为V+和V-)施加给电触点40和42，这降低了第二透镜34内的有效指数，从而传播的束聚焦在点A。通过调整相应的电压电平(在图3中示出为V+和V-)，如所示，焦点可移动到点B。电压施加到第一透镜32会导致不同类型的束成形。通常，根据本发明，任何透镜组可用于提供期望的光束成形，其包括束扩展以及束聚焦。根据本发明，动态调整波导透镜的聚焦特性的能力允许传播的光波聚焦到相对窄(亚微米)单模波导，这在将来的SOI基光电系统中是重要的需要。此外，主动改变透镜布置的焦点的能力允许按处理变化、外部稳定变化、老化变化等所需要的进行调整。
代替主动调整传播的束的焦点，一组不同成形的掺杂区可在SOI基SISCAP结构中形成以提供光学信号的受控偏转(即，束控制)。图4(a)-(C)示出了根据本发明形成的一这样的束偏转器。在这种情况下，一对棱镜成形掺杂区52和54在SOI层16、栅氧化层18(如图1和图2所示)和多晶硅层20的重叠部分、在有源波导区29内形成。如图中所示，该棱镜被定向，从而第一棱镜成形区52的倾斜面56邻近第二棱镜成形区54的倾斜面58(其间具有必要的隔离间隙g)。如上所述，通过适当的掩模和植入SOI层16和多晶硅层20的预定的区域，产生掺杂区。在一实施例中，在与栅氧化层18接近的有源区29的一部分中，SOI层16可被植入有n型掺杂质，以形成第一掺杂区61。在有源区29的一部分中，多晶硅层20可被植入有p型掺杂质，以形成第二掺杂区63(相反的布置是可能的，SOI层16被处理以包括p型区，以及多晶硅层20包括n型区)。示出第一对电极60、62与第一棱镜区52有关，电极60被布置成改变SOI层16的掺杂区61内的指数，以及电极62被布置成改变多晶硅层20掺杂区63内的指数。第二对电极64、66与第二棱镜区54有关，电极64被布置成控制SOI层16的掺杂区65内的指数，以及电极66被布置成控制多晶硅层20掺杂区67内的指数。应该理解，在形成此器件结构的过程中，在相同的处理步骤期间，形成在每一层内的所有期望的掺杂区。
参照4(a)-(C)，根据偏转光束L的操控被示出受在与每一棱镜区有关的电极间所施加的电压的控制。在图(a)的特定示出中，没有电压施加给任何电极，以及棱镜结构相当于无源光学波导器件，在通过掺杂的棱镜区52和54传播的光束L中，传播的光模没有任何改变，这是因为背对背棱镜结构抵消了彼此的色散。当适当的电压施加给电极60-66时，各掺杂区61、63、65和67的指数改变，导致光模的偏转。参照图4(b)，通过给电极60-66施加第一组电压电平，传播的模式被示出向上偏转(在该图的平面内)。通过对电极60-66施加第二组电压，如图4(c)所示，传播的模式可改变为“向下”的方向。因此，通过改变施加到电极60-66的电压，提供光开关结构，其不需要任何的移动部分。实际上，尽管图4的实施例示出了偏转发生在光学波导的平面内，然而可使用一系列适当定向的棱镜结构以使束在光学波导的平面中向上和向下偏转。如上所述，电极60-66相对于器件50的有源区29的位置确定开关速度和光学损失间的折衷方案。
布拉格光栅是公知的光学结构，其用于执行多种光学功能，例如光学滤波、群速度色散控制、衰减等.布拉格光栅的基本原理为，由在波导中布置的光栅结构引起波导的指数(模指数)或传播常数的较小的周期变化，这然后导致用于某些波长衍射的共振条件.通过改变光栅的周期可选择不同的波长.在透射类型的布拉格光栅中，选择出所关心的波长以通过光栅结构，其余的波长沿波导反射回.在反射类型的布拉格光栅中，不同的波长被选择出以衍射“离开”光栅(一般在垂直于光栅的方向上，但可选择任何其他的角度)，因此形成波长选择器件.
根据本发明，通过包括上述的在SISCAP结构中的SOI层16和多晶硅层20内的适当掺杂的光栅元件，可形成布拉格光栅。图5示出了根据本发明形成的示例性透射布拉格光栅结构。示出布拉格光栅70包括沿波导区74的长度布置的多个掺杂光栅元件72，其在通过SOI层16、栅氧化层18和多晶硅层20的重叠部分的SISCAP结构的有源区29中形成，上面已述。示出第一多个电极76与在SOI层16内的相同的多个掺杂区联系，分离的单独的电极76-i用于控制每一掺杂区77-i。示出第二多个电极78与在多晶硅层20内的相同的多个掺杂区79联系，从而掺杂区77与掺杂区79的组合形成期望的光栅元件72。
通过控制哪些电极被赋能(以及施加给每一电极的信号强度)，根据本发明可改变布拉格光栅70的光栅周期，以提供传播的光束的主动操控。例如，如图5所示，通过在第一和第二多个电极76和78中每隔一个电极赋能，实现第一布拉格光栅周期Λ1。然后，此特定的周期允许相关的波长λ1沿波导74透射，所有剩余的波长被发射。通过改变赋能模式，例如通过赋能所有的电极，产生不同的布拉格光栅共振波长。在这种情况下，如图5中所示，布拉格光栅70显示Λ2的光栅周期，这允许不同的相关的波长λ2被透射。
因此，根据本发明，通过调整加到每一分离的单独的光栅元件76和78的电压可形成有源布拉格光栅结构70，其中电压调整改变有关光栅元件的指数，以及形成期望的布拉格结构。此外，由于布拉格光栅是谐振器件，因此“调谐”根据本发明的布拉格光栅70的能力允许用未知“波长”的信号使用光栅，因此调整共振腔的长度。实际上，信号波长的变化为例如温度或处理变化的函数，通过在光栅的输入和输出使用检测器来测量输入/输出功率比和根据此测量结果来调谐谐振器，可补偿其。
尽管未在此视图中示出，然而检测器可布置在布拉格光栅70的输入和输出，以确定由给定结构透射的特定波长。通过结合检测器和用于各电极的电压源间的反馈通路，可“调谐”和监视布拉格光栅，从而产生期望波长的光波信号。由于制造过程的变化可改变与给定布拉格光栅有关的波长，因此“调谐”该结构的能力被认为是本发明的重要方面。另外，光栅结构本身可以是“啁啾的(chirped)”(即相邻元件间的不同间隔)，“变迹的”(即用于光栅结构的不同包络形状，“闪耀型(blazed)”(即，相对光轴倾斜的元件)，或任何以上组合，其中这样的布拉格光栅的特性对本领域的技术人员是公知的，且可找到作为有源的可调谐的器件的多种使用。
图6示出了可替代的布拉格光栅结构700，其中如所示，此特殊的结构根据“肋”波导限制区O，其中该肋通过SOI层16和多晶硅层20的适当截切而形成，下面进行描述.在此构造中，通过截切形成SOI层16的硅材料的一定范围，介电区710(包括例如二氧化硅)布置在SOI层16的平面且用于帮助有源区29内的光学信号的侧向限制.叠置多晶硅层20被处理以去除布置在SOI层16之上超出栅氧化层18的那部分.这由图6中所示的侧壁720示出，其中多晶硅层20的截切进一步辅助提供有源区29内的光学信号的侧向限制.能够形成这样的波导结构被认为是提供一种能够支持光波信号中仅基谐模的结构的重要成分(因此阻止较高级别模在信号传播期间出现).
SOI层16内的第一多个掺杂区730用于形成“光栅”结构的一部分，其类似于图5的布拉格光栅70。第二多个掺杂区740在多晶硅层20内形成，且用于界定用于布拉格光栅700的光栅结构的其余部分。第一多个电触点750用于控制分离的任一掺杂区730，以及相似地，第二多个电触点760用于控制分离的任一掺杂区740，这提供了与以上结合图5所述的一样类型的布拉格光栅调整/调谐。
如上所述，使用相变(实指数，n)和吸收(虚指数k)可充分利用自由载流子效应。对于发明应用例如调制器、十字开关、色散补偿器、环形谐振器等，通过改变通过该器件结构的光模的相位，可实现光的主动操控。具体地，使用马赫曾德尔干涉仪(MZI)形式可实现幅度调制，其中在两相干光波间产生干涉，该两相干光波间具有确定的相差。
图7示出了根据本发明形成的示例性MZI 80，图7(a)示出俯视图，以及图7(b)示出了等距图。如所示，MZI 80包括在两臂间的有源器件以控制其特性。一般上，示出MZI 80包括输入波导部分82和输入Y型分离器(Y-splitter)84，以将输入信号分成两分离的光路(臂)86和88。图7所示的本发明特殊的布置使用适当被组成图案的多晶硅层20，以根据上述的“肋”型结构形成期望的“Y型分离器”和“臂”几何结构。如所示，多晶硅层20向MZI 80的输入(见部分20-T)逐渐变尖，以降低反射以及增加到MZI 80的耦合效果。相似地，多晶硅层20在MZI 80的输出适当地成形(参考部分20-O)，以确定射出束的发散角。具体地，可图案形成多晶硅层20的输出部分20-O，从而射出束与超出MZI 80布置的准直光学系统(未显示)匹配，这导致很小的信号损失。使用被组成图案的多晶硅层20来形成此结构的重要方面在于，可控制有源区29的垂直和侧向尺度，从而MZI支持所施加的光波信号中仅基谐模的传播。能够支持仅基谐模在Y型合并器(Y-combiner)90中尤其重要，使得从输入到MZI的整个输出，支持单模操作。
臂86和88间的确定的相移的引入导致当信号在Y型合并器90重新合成且耦合到输出波导部分92中时的强度调制。示出根据本发明形成第一有源器件94沿第一臂86的一部分布置，以及示出第二有源器件96沿第二臂88的一部分布置。具体地，示出第一有源器件94包括在SOI层16的第一掺杂区91，以及在多晶硅层20的第二掺杂区93。相似地，形成第二有源器件96包括在SOI层16的第一掺杂区95，以及在多晶硅层20的第二掺杂区97。在图7(a)和(b)的具体实施例中，示出掺杂区91、93、95和97为矩形形状。在可替换的实施例(未示出)中，多晶硅矩形的端部可(沿信号传播的方向)逐渐变尖，以最小化反射。在任何情况下，如关于上述的有源器件，用于第一有源器件94的第一电触点100被制造到SOI层16的掺杂区91，和第二电触点102被制造到多晶硅层20的掺杂区93。相似地，一对电触点104和106与第二有源器件96的掺杂区95和97相关联。
通过有源器件94和/或96中的自由载流子的注入或去除，可改变传播的光模的传播常数β。MZI 80的调制深度η可定义为：
η = [ 1 - cos 2 [ ΔβL 2 ] ]
其中Δβ为由于自由载流子的出现(或缺少)而引起的传播常数的改变，以及L为有源器件94或96的路径长度.因此，通过调整施加到掺杂区91、93、95和97的电压，可调整本发明的MZI80的调制深度，以控制期望的结果.实际上，通过使用“微调”对于Δβ(传播常数)的控制，可精确地控制MZI 80的输出强度，因此在另一实施例中，本发明使用具有适当反馈控制的MZI作为动态增益均衡器或可变光衰减器(VOA)。
如传统的MZI，本发明的有源MZI可在累积模、耗尽模或倒置模下操作，这取决于有源区91、93、95和97所使用的掺杂质的电导类型，以及施加到其的电压极性。此外，使用传统的CMOS处理技术可形成或串连或并联的MZI多阵列，且其用于提供更复杂的信号控制。所有的这些改变可认为落在本发明的范围内。
使用本发明的原理，也可形成有源光开关，其中图8示出了根据本发明的原理形成的示例性有源光开关110。在如上述的SISCAP结构中形成的开关110包括一对单模输入波导112、114和一对单模输出波导116、118，中央波导区120在其间形成。在一实施例中，各波导部分可在仅SOI层16中形成。可选地，各波导部分可包括SOI层16、栅氧化层18和多晶硅层20的“SISCAP”结构。在另一情况下，有源器件区的形成需要掺杂质材料添加到SOI层16的所选部分以及多晶硅层20的掺杂区。参照图8，示出有源器件区122布置在中央波导区120之上(在此情况，器件区122为矩形形状)，且其包括在SOI层16和多晶硅层20内的互补掺杂区。具体地，第一掺杂区124在SOI层16中形成，以及第二掺杂区126在多晶硅层20中形成，其产生了如8所示的重叠的矩形结构。第一电触点区128与SOI层16的掺杂区124有关(且包括重掺杂触点区130)。第二电触点区132与多晶硅层20的掺杂区126有关，且相似地包括重掺杂触点区134。
操作时，通过输入波导112传播的输入基谐模信号当其进入中央波导区120时会产生基谐模和第一级模(first order mode)。两模的传播常数间的差为上面定义的Δβ值。如果有源器件区122的长度定义为L且ΔβL＝π，那么沿输出波导，基谐模和第一级模的相位相反，消除了输出波导116中的光传播。根据本发明的教导，通过在电极128和134间施加电压，传播常数的附加变化导致符合下面的公式：
(Δβ+Δβ自由载流子)L＝2π
Δβ自由载流子定义为与折射指数的改变有关的传播常数的改变。当增加另外的相移时，基谐模和第一级模相位一起增加，这导致光输出从波导116转换到波导118。
图9在俯视图中示出可替换的有源光开关结构200，其中沿开关的平行的臂，可包括分离的有源光学器件，以控制开关功能。具体地，示出开关200包括输入波导部分210，在此情况下其在SOI层16内形成，然后分成Y型分离器部分211以形成一对平行的开关臂212和214。如图8的结构，各通过的波导部分可仅在SOI层16中形成或SOI层16、栅氧化层18和多晶硅层20的组合中形成。根据本发明，分离的有源光些器件布置在每一臂的一区域之上，且用于控制传播的光信号所经历的有效的光程长度，因此在两传播的束之间引入任何期望的相移。通过在预定的区域掺杂SOI层16的所选部分222，来形成第一有源器件220。多晶硅区224在掺杂的SOI部分222之上形成，且注入了互补的掺杂材料以形成有源器件220。在此具体的实施例中，图案形成多晶硅区224，其包括输入逐渐变尖的区域223和输出逐渐变尖的区域225。如所示，使用逐渐变尖的多晶硅区会降低反射且促进SOI层16和SOI层16/栅氧化层18/多晶硅层20的组合间的有效结合。一对电触点226、228相对掺杂区222和224形成，且用于改变通过有源器件220的电势，因此提供了用于控制臂212的“长度”的布置。
以相似的方式，第二有源器件230在第二波导臂214的一部分内形成，且可受电极232和234的控制以同样地改变由传播的信号所经历的光程长度.因此，通过控制施加到第一和第二有源器件220、230的电压，多种相位延迟可被引入每一信号路径.因此，在进入方向性耦合布置240时，光学信号间的相差控制沿有源开关器件200的分离的输出臂250和252出现的信号的能量级别.
根据本发明的教导，也可形成增/减环形谐振器结构作为有源器件。图10示出示例性增/减环形谐振器130，该增/减环形谐振器130包括单模波导结构132和相关的环形谐振器134，其在SOI层16或SOI层16、栅氧化层18和多晶硅层20组合中形成(如以上所述)。在其最基本的形式下，环形谐振器134的物理尺度指定可从沿波导132传播的多波长信号耦合出的特定的波长(或波长范围)(当在“减”模式下使用时)。参照图10，通过以波长λ2传播的信号耦合进环形谐振器134，且此后沿第二单模波导136发射(沿相反的传播方向)，示出了此方面。相似地，预定波长的光学信号从第二波导136耦合进环形谐振器134，其随后被耦合进波导132(当在“增”模式下使用时)。
根据本发明，环形谐振器134的波长灵敏性可通过包括沿其一部分的有源器件部分138而改变。如上述的有源器件，有源器件部分138包括在SOI层16的特定部分内的第一掺杂区140和在多晶硅层20中形成的叠置掺杂区142(被掺杂以呈现互补的掺杂质类型)。一对电触点144和146分别连接到SOI层16和多晶硅层20的掺杂区140和142。通过改变施加在电触点144和146间的电压，会改变环形谐振器134的光程程度，因此改变可耦合进/出波导部分132的特定的波长。此外，通过“调谐”环形谐振器134进入和离开其谐振状态，可形成可调谐的光学调制器。
明显地，本发明的环形谐振器结构可包括多个分离的环，使用相似的处理技术来形成每一环。在一布置中，分离的环沿波导布置，其每一环适当地按尺寸制作且“被调谐”以增/减不同的波长。在可替换的实施例中，沿垂直于波导的方向可“堆叠”多个环，这提供了相邻环间越来越大的波长灵敏度。任何这些变化都是可能的，且可通过传统的公知的CMOS处理技术提供。实际上，可能的是，将上述的有源开关装置与本发明的有源环形谐振器组合以形成一种提供耦合到环形谐振器的可调谐波长的结构。另一单片结构可包括具有调制器的成对的环形谐振器(或布拉格光栅)。由于使用SISCAP结构和SOI基片，因此基于传统CMOS处理技术的使用，在单硅衬底中多器件的集成是相对简单的。
薄(即亚微米)SOI波导已知是依赖偏振的，因此输入信号的偏转需要相应地旋转。例如，当使用棱镜耦合时，仅输入信号TE模被适当的耦合。因此，信号的TM成分必须被旋转到TE偏振模，然后与“真”的TE模重新组合以形成期望的信号。然而如果两束的相位不同，那么最后所得的重新组合的束可受到损失(由于干涉效应)。最小化此损失的一方法为使用根据本发明形成的偏振合并器。图11示出了根据本发明在SISCAP结构(如上述)中形成的一这样的示例性片上有源偏振合并器150。如所示，原TE偏振成分被耦合到第一波导152，波导152从上述的SISCAP结构形成，其包括SOI层16、栅氧化层18和多晶硅层20的组合以形成有源区29。已旋转的TE模信号(原来为TM偏振)被作为输入施加给第二波导154，其中波导152和154在Y型合并器部分156接合，且随后耦合到输出波导158。
根据本发明，通过使用沿波导152、154之一或两个的有源光学器件，来实现两偏振信号间的有源相移.在图11的具体实施例中，示出第一有源器件160沿第一波导152的一部分形成，以及示出第二有源器件162沿第二波导154的一部分形成.如上述的各其他有源器件，通过适当的掺杂SOI层16和多晶硅层20所选区域来形成有源器件160、162.如所示，第一有源器件160包括在SOI层16的掺杂区161，以及在多晶硅层20的相似成形的掺杂区163.第二有源器件162包括相似形成的掺杂区165和167.示出第一对电触点170、172与第一有源器件160的掺杂区161、163有关，以及示出第二对电触点174、176与第二有源器件162的掺杂区165、167有关.通过控制施加到这些器件的一个或两个的电压，可改变波导152和154的光程长度，因此调整沿其传播的TE和“已旋转”的TE分量间的相移.因此，仔细调整这些电压可用于适当地合并沿输出波导158的信号，其若有的话具有很少的信号损失.
图12在等距图中示出根据本发明形成的示例性法布里-珀罗(FP)器件180，其中包括FP器件180的腔区184中的有源光学器件182，该包括可用于改变FP器件180的光程长度(因此谐振)。操作时，如所示，FP器件180包括输入光栅结构186，通过蚀刻多晶硅层20的一部分来形成其。类似地，输出光栅结构188在多晶硅层20中形成，其中腔区184定义为输入光栅结构186和输出光栅结构188间的波导区的范围。在光栅186和188间反射某些波长，其依赖于通过由SOI层16、栅氧化层18和多晶硅层20组合形成的波导传播的光学信号的波长。因此，根据本发明，通过包括在腔区184的有源器件182，可调整FP器件180波长灵敏度。此外，通过使用有源器件182来将FP器件180调谐到共振和脱离共振，可形成光学调制器。
如所示，有源器件182包括在SOI层16内的第一掺杂区190和在多晶硅层20内的第二掺杂区192。电极194和196分别连接到掺杂区190和192，其中这些电极间的电势的施加会影响腔区184内的光程长度。输入和输出检测器(未示出)当结合FP器件180使用时，通过允许根据在器件的输入和输出的测量值来调整所施加的电压，来允许腔内共振波长的反馈和控制。
重要类型的滤光器由“阵列波导光栅”(AWGs)表示。AWG定义为平面结构，该结构包括多个阵列波导，它的布置比得上衍射光栅的功能。AWGs通常用作多路复用器或多路分离器，且也可被设计成执行无源、波长选择、严格无阻塞交叉连接，其用于多干组光通道。例如，AWGs通过分配和重新组合进入任何数量的输入端口到许多数量的输出端口的任一个的多个频率，可同时用作多路复用器或多路分离器。现有技术的AWG结构的一个问题为需要仔细控制形成该结构的耦接器之间的路径长度。在平面的集成光学结构中，此要求通常需要使用似弧形的光路，其为制造成具有任意大的相一致性的困难的几何结构。
因此，根据本发明形成的有源AWG结构400可使用多个有源器件，一器件沿每一信号路径布置，以提供光程长度的期望变化，而根本不用改变物理路径。图13示出了AWG400，其包括输入耦合区410和输出耦合区420，其中AWG 400一般在如上述SISCAP结构的层16、18和20内形成。示出输入耦区410包括单个输入波导412和多个N分离输出波导414，其中各不同波长出现在分离的各输出波导414。示出输出耦合区420包括多个N输入波导422，每一个以一对一的关系与自输入耦合区410的多个N输出波导414连接。输出耦合区420进一步包括多个N输出波导424。
根据AWG 400的操作，由改变多个波导430内的分离的波导的长度而引起期望的衍射特性，该波导430互连接波导414与波导422.参照图13，显示出每一波导430-I包括分离的有源光学器件440.在其最简化的形式下，每一有源器件形状基本相同，尽管这是不必要的.如上述的布置，有源光学器件440包括在SOI层16内的第一掺杂区441，以及在多晶硅层20内的叠置的(相似地成形)的第二掺杂区443.出于简化，尽管每一器件包括相似的元件，但仅一个有源器件440在图13的布置中被具体标明.第一电触点442连接到SOI层16内的第一掺杂区441且控制其，以及第二电触点444连接到多晶硅层20内的第二掺杂区443且控制其.因此，当在第一电触点442和第二电触点444间施加适当的电势时，相关的波导430的光程长度被改变，这提供了期望的衍射效应.
因此，AWG结构400中的每一分离的有源器件430受不同的电势控制，从而产生多个不同的光程长度以形成衍生光栅。有利地，可按需要可“调谐”或改变电压以改变AWG 400的特性。实际上，通过改变所施加的电压可简单地改变与期望的衍射效应有关的操作波长。因此，通过改变施加到各有源器件的电压，可实现不同输出端口间的波长选择选路(routing)。能够在这样的阵列波导结构中提供波长选择选路和转换被认为是本领域的状况的重要进步。至今，AWG结构操作中任何改变都需要物理布局和设计的完全改变。
此外，通过监测自波导424的输出信号，可控制AWG 400的操作，自一个或更多这些波导的反馈信号用于实时地调整施加到有关的各有源器件440的电压。
尽管以上实施例被认为是本发明概念的示例，然而应该理解，存在广泛的多种其他平面光学器件，其可形成为根据本发明的SISCAP结构中的有源器件。例如，使用上述的掺杂器件结构可“调谐”菲涅耳透镜。也可形成有源的可调整的多模干涉(MMI)分离器，其在于2004年12月23日提交的共同未决的申请No.10/830,571中已描述，其中沿该结构的壁形成一个或更多有源器件以改变所产生的干涉图。平面光学多路复用器/多路分离器也可用作波长选择有源器件，其能够根据施加到其的电压的调整来增或减预定的波长。
根据本发明的用于有源光学器件的SOI基SISCAP结构的优点为，与这些有源器件的操作和控制有关的各电部件可集成在相同的集成电路芯片内，且此外，在用于形成光学器件部件的相同CMPS型处理步骤期间形成其。也可在SISCAP结构的叠置的“硅”层之上使用不同于多晶硅的材料。例如，其中可使用非晶硅、单晶硅和基本单晶硅。
参照某些具体的优选实施例已阐述了本发明。本领域的普通技术人员应该理解，本发明并不局限于这些显示出的优选实施例，且应该理解，在本发明的主旨的范围内，可进行这些实施例的多种改变和扩展。因此，本发明并不旨在限制于任何所述的实施例，而是由在此所附的权利要求限定。

Claims (32)

1.一种用于主动操控光波信号的SOI基光学装置，所述光波信号在硅-绝缘体-硅电容波导管中传播，所述硅-绝缘体-硅电容波导管包括：所述SOI基光学装置的亚微米表面硅层；叠置在所述亚微米表面硅层的至少一部分上的相对薄的介电层；以及叠置在所述相对薄的介电层上的上硅层，所述用于主动操控光波信号的SOI基光学装置包括：
在所述亚微米表面硅层中形成的至少一个掺杂区，其在所述亚微米表面硅层的硅-绝缘体-硅电容波导区中形成，所述至少一个掺杂区具有第一电导类型；
在所述上硅层中的至少一个掺杂区，其位于所述亚微米表面硅层中形成的所述至少一个掺杂区的至少一部分的上方，以产生有源光区，在所述上硅层中的所述至少一个掺杂区具有第二相反的电导类型；以及
与每一掺杂区关联的分离的电触点区域，其中在电压施加到一个或更多所述分离的电触点区域的情况下，所关联的掺杂区的折射指数会改变，以产生用于操控所述光波信号的特性的区域。
2.如权利要求1所述的用于主动操控光波信号的SOI基光学装置，其中在所述亚微米表面硅层中的所述至少一个掺杂区的形状和在所述上硅层中的所述至少一个掺杂区的形状被界定成叠置的掺杂区组合并被用于提供期望的光学操控功能。
3.如权利要求2所述的用于主动操控光波信号的SOI基光学装置，其中所述叠置的掺杂区组合被成形为在电信号施加到其时，提供束成形功能。
4.如权利要求3所述的用于主动操控光波信号的SOI基光学装置，其中所述亚微米表面硅层包括多个成形的掺杂区，以及所述上硅层包括多个成形的掺杂区，所述上硅层中的所述多个成形的掺杂区与所述亚微米表面硅层中的所述多个成形的掺杂区的外形相同，所述上硅层中的所述多个成形的掺杂区位于所述亚微米表面硅层中的所述多个成形的掺杂区的上方，所述上硅层中的所述多个成形的掺杂区与所述亚微米表面硅层中的所述多个成形的掺杂区的组合形成多个分离的束成形元件，每一束成形元件分别受其关联的分离的电触点区域的控制，其中施加不同的电信号组合允许不同地操控所述光波信号。
5.如权利要求2所述的用于主动操控光波信号的SOI基光学装置，其中所述叠置的掺杂区组合被成形为在电信号施加到所述叠置的掺杂区组合时，所述叠置的掺杂区组合提供两维棱镜一样的功能。
6.如权利要求2所述的用于主动操控光波信号的SOI基光学装置，其中所述叠置的掺杂区组合包括光栅结构，所述光栅结构包括多个光栅元件，每一光栅元件单独地受关联的一对电触点区域的控制，用于选择地为所述光栅元件之一赋能，且主动操控所述光栅结构的周期。
7.如权利要求6所述的用于主动操控光波信号的SOI基光学装置，其中所述光栅结构为透射光栅结构，所述电触点区域之中所选的电触点区域被赋能以主动控制通过所述光栅结构透射的波长和被所述光栅结构反射的波长。
8.如权利要求2所述的用于主动操控光波信号的SOI基光学装置，其中所述叠置的掺杂区组合被成形为在电信号施加到所述叠置的掺杂区组合时，所述叠置的掺杂区组合提供有源光学谐振器结构。
9.如权利要求8所述的用于主动操控光波信号的SOI基光学装置，其中所述有源光学谐振器结构进一步包括：
第一光学检测器，其布置在所述有源光学谐振器结构的输入处，且用于确定作为输入施加到所述有源光学谐振器结构的光信号的波长；
第二光学检测器，其布置在所述有源光学谐振器结构的输出处，且用于确定在所述有源光学谐振器结构的输出射出的光信号的波长；以及
光强度测量装置，其响应于所述第一光学检测器和所述第二光学检测器，用于响应于所述第一光学检测器和所述第二光学检测器的输出信号而提供对所述有源光学谐振器结构的调整。
10.如权利要求9所述的用于主动操控光波信号的SOI基光学装置，其中所述有源光学谐振器结构包括环形谐振器结构。
11.如权利要求9所述的用于主动操控光波信号的SOI基光学装置，其中所述有源光学谐振器结构包括法布里-珀罗结构。
12.如权利要求1所述的用于主动操控光波信号的SOI基光学装置，其中所述装置包括马赫曾德尔干涉仪，所述马赫曾德尔干涉仪包括：
输入波导部分，其包括界定波导侧向限制区的所述上硅层的被组成图案的部分；
输入Y型部分，其连接到所述输入波导部分，用于将所述传播的光波信号分成一对分开的光波信号，所述输入Y型部分包括界定Y型分裂分开的限制区的所述上硅层的被组成图案的部分；
第一波导，其连接到所述输入Y型部分的第一臂，且包括界定第一波导侧向限制区的所述上硅层的被组成图案的部分；
第二波导，其连接到所述输入Y型部分的剩余的第二臂，且包括界定第二波导侧向限制区的所述上硅层的被组成图案的部分；
输出Y型部分，在其第一臂和第二臂，分别连接到第一波导终端和第二波导终端，用于将所述分开的信号对合并成输出光波信号，所述输出Y型部分包括侧向限制和组合所述分开的信号对的所述上硅层的被组成图案的部分；
输出波导部分，其连接到所述输出Y型部分，并接收所述输出光波信号，所述输出波导部分包括界定波导侧向限制区的所述上硅层的被组成图案的部分；以及
至少一个有源器件区域，其沿所述第一波导和所述第二波导中的至少一个的一部分形成，所述至少一个有源器件区域包括所述亚微米表面硅层和所述上硅层的对应掺杂区，从而在电信号施加到所述关联的电触点区域的情况下，所述第一波导和所述第二波导中的至少一个的光程长度被改变，以操控通过所述至少一个有源器件区域的光波信号的传播。
13.如权利要求12所述的SOI基光学装置，其中所述马赫曾德尔干涉仪包括仅沿所述第一波导布置的至少一个有源器件区域。
14.如权利要求12所述的SOI基光学装置，其中所述马赫曾德尔干涉仪包括沿所述第一波导和所述第二波导布置的至少一个有源器件区域。
15.如权利要求12所述的SOI基光学装置，其中所述输入波导部分的被组成图案的上硅层包括输入锥，所述输入锥改善到所述马赫曾德尔干涉仪的光耦合。
16.如权利要求12所述的SOI基光学装置，其中所述马赫曾德尔干涉仪的被组成图案的上硅层被配置成提供侧向限制，从而仅支持传播的光波信号中的基谐模。
17.如权利要求12所述的SOI基光学装置，其中所述输出波导部分的被组成图案的上硅层被配置成产生用于出射的光波信号的预定的束发散.
18.如权利要求1所述的用于主动操控光波信号的SOI基光学装置，其中所述装置包括环形谐振器结构，所述环形谐振器结构包括：
透射波导部分；以及
至少一个环形波导谐振器，其邻近所述透射波导部分布置，从而只有被选择的波长渐消失地在所述环形波导和所述透射波导部分间耦合，其中所述至少一个环形波导谐振器包括至少一个有源器件区域，所述至少一个有源器件区域包括所述亚微米表面硅层和所述上硅层的对应掺杂区，从而在电信号施加到所述关联的电触点区域的情况下，所述至少一个波导谐振器的光程长度改变，以操控所述被选择的波长，所述被选择的波长渐消失地在所述透射波导部分和所述至少一个环形波导谐振器间耦合。
19.如权利要求18所述的SOI基光学装置，其中所述至少一个环形波导谐振器包括多个分离的环形波导谐振器，所述多个分离的环形波导谐振器沿所述透射波导部分的长度布置，每一环形波导谐振器与不同的、预定耦合的波长相关联。
20.如权利要求18所述的SOI基光学装置，其中所述至少一个环形波导谐振器包括多个分离的环形波导谐振器结构，所述多个分离的环形波导谐振器结构以邻接、叠层排列布置来支持较高级共振条件。
21.如权利要求1所述的用于主动操控光波信号的SOI基光学装置，其中所述装置包括有源光开关，所述有源光开关包括：
至少一个输入波导部分；
至少两个分离的输出波导部分；
合并波导部分，其布置在所述至少一个输入波导部分和所述至少两个分离的输出波导部分间，从而在分离的任何所述输出波导部分间选择性地耦合光波信号，所述合并波导部分包括选择部分；以及
至少一个有源器件区域，所述至少一个有源器件区域包括所述亚微米表面硅层和所述上硅层的对应掺杂区，所述对应掺杂区沿所述合并波导部分的所述选择部分形成，从而在电信号施加到所述关联的电触点区域的情况下，所述合并波导部分的光程长度改变，以操控所述至少两个分离的输出波导部分间的所述选择性的耦合。
22.如权利要求21所述的SOI基光学装置，其中所述合并波导部分包括被组成图案的亚微米表面硅层，所述被组成图案的亚微米表面硅层被界定为保持光波信号的侧向限制，从而仅支持所述传播的信号中的基谐模。
23.如权利要求1所述的用于主动操控光波信号的SOI基光学装置，其中在所述亚微米表面硅层中的所述至少一个掺杂区为n型电导性，以及在所述上硅层中的所述至少一个掺杂区为p型电导性。
24.如权利要求1所述的用于主动操控光波信号的SOI基光学装置，其中在所述亚微米表面硅层中的所述至少一个掺杂区为p型电导性，以及在所述上硅层中的所述至少一个掺杂区为n型电导性。
25.如权利要求1所述的用于主动操控光波信号的SOI基光学装置，其中所述亚微米表面硅层包括应变晶格单晶硅层。
26.如权利要求1所述的用于主动操控光波信号的SOI基光学装置，其中所述上硅层包括亚微米厚的硅材料，所述亚微米厚的硅材料从由多晶硅、非晶硅、晶粒大小的增强多晶硅、晶界钝化多晶硅、晶界对准多晶硅、单晶硅和基本单晶硅组成的一组中选择.
27.如权利要求2所述的用于主动操控光波信号的SOI基光学装置，其中所述硅-绝缘体-硅电容波导结构形成为阵列波导结构，所述阵列波导结构包括：
输入N×M耦合区域；
输出M×P耦合区域；以及
多个M波导，所述多个M波导中的每一波导用于将来自所述输入N×M耦合区域的分离的输出之一耦合到对所述输出M×P耦合区域的分离的输入之一，其中所述多个M波导中的至少一个波导包括所述叠置的掺杂区组合，所述叠置的掺杂区组合形成有源光学器件，所述有源光学器件用于改变所述至少一个波导的光程长度以及控制所述阵列波导结构的波长选择。
28.如权利要求27所述的SOI基光学装置，其中所述多个M波导的每一波导包括所述有源光学器件，所述有源光学器件分离可控制，从而每一波导的光程长度能够单独地调整。
29.如权利要求28所述的SOI基光学装置，其中所述多个M波导的每一个波导包括相同的物理长度。
30.如权利要求1所述的用于主动操控光波信号的SOI基光学装置，其中所述装置包括多模干涉分离器，所述多模干涉分离器包括：
输入波导部分；
腔波导区，其连接到所述输入波导部分，包括多个反射壁，所述反射壁用于产生光波信号的反射部分间的干涉；以及
至少一个输出波导部分，其沿所述腔波导区的壁连接，用于耦合出光波信号的所定义的波长，其中所述叠置的掺杂区组合在所述腔波导区的反射壁的至少一个位置形成，以改变所述腔波导区的光程，以及改变耦合到所述至少一个输出波导部分的所述定义的波长。
31.如权利要求1所述的用于主动操控光波信号的SOI基光学装置，其中所述装置包括有源定向耦合开关，其包括：
输入波导部分；
输入Y分裂波导部分，其连接到所述输入波导部分；
一对波导臂，其连接到所述Y分裂波导部分的终端，每一波导臂包括至少一个有源器件区域，从而在电信号施加到所述关联的电触点区域的情况下，所述关联的波导臂的光程长度改变，以引起光波信号间的相移；
渐消失的耦合装置，其连接到所述一对波导臂的终端；以及
一对分离的输出波导部分，其连接到所述渐消失的耦合装置，其中使用电信号施加到所述每一波导臂内的有源器件来控制所述一对分离的输出波导部分间的转换。
32.如权利要求1所述的用于主动操控光波信号的SOI基光学装置，其中所述装置包括有源法布里-珀罗器件，所述有源法布里-珀罗器件包括：
输入光栅结构，其在所述上硅层的第一部分中形成；
输出光栅结构，其在所述上硅层的第二部分中形成；以及
谐振腔，其由所述输入光栅结构和所述输出光栅结构间的区域界定，所述谐振腔包括至少一个有源器件区域，从而在电信号施加到所述关联的电触点区域的情况下，所述谐振腔的光程长度改变，以调整所述法布里-珀罗器件的波长灵敏度.
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