CN101467083A - 硅调制器偏移调谐装置 - Google Patents

硅调制器偏移调谐装置 Download PDF

Info

Publication number
CN101467083A
CN101467083A CNA2007800222787A CN200780022278A CN101467083A CN 101467083 A CN101467083 A CN 101467083A CN A2007800222787 A CNA2007800222787 A CN A2007800222787A CN 200780022278 A CN200780022278 A CN 200780022278A CN 101467083 A CN101467083 A CN 101467083A
Authority
CN
China
Prior art keywords
silicon
modulation device
optical
device based
waveguide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CNA2007800222787A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101467083B (zh
Inventor
罗伯特·凯斯·蒙特哥莫里
马格利特·吉龙
普拉卡什·约托斯卡
泡利尔斯·明道加斯·莫欣斯基斯
威普库马·帕特尔
卡尔潘都·夏斯特里
马克·韦伯斯特
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Cisco Technology Inc
Lightwire LLC
Original Assignee
SiOptical Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SiOptical Inc filed Critical SiOptical Inc
Publication of CN101467083A publication Critical patent/CN101467083A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101467083B publication Critical patent/CN101467083B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/015—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on semiconductor elements with at least one potential jump barrier, e.g. PN, PIN junction
    • G02F1/025—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on semiconductor elements with at least one potential jump barrier, e.g. PN, PIN junction in an optical waveguide structure
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/21—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  by interference
    • G02F1/225—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  by interference in an optical waveguide structure
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/0147—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on thermo-optic effects
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F2201/00—Constructional arrangements not provided for in groups G02F1/00 - G02F7/00
    • G02F2201/12—Constructional arrangements not provided for in groups G02F1/00 - G02F7/00 electrode
    • G02F2201/126—Constructional arrangements not provided for in groups G02F1/00 - G02F7/00 electrode push-pull

Abstract

一种基于硅的光调制器结构(20)，其包括一个或更多分离的局部加热元件(22/24)，用于改变结构的关联部分的折射率，并因此提供校正调整以解决在器件性能中多余的变化。加热由热光器件提供，例如基于硅的电阻器、硅化物电阻器、正向偏置PN结以及类似器件，这些结构中的任何一个结构都可容易地与基于硅的光调制器合并。将DC电压施加到这些结构中的任何一种结构都将产生热，这些热接着传递到波导区域里。波导区域的局部温度的增加，又将增加该区域内的波导的折射率。对所施加的DC电压的控制导致对折射率的控制。

Description

硅调制器偏移调谐装置
相关申请的交叉引用
本申请要求于2006年6月15日提交的美国临时申请第60/813,913号和于2007年5月9日提交的美国临时申请第60/928,386号的权益。
技术领域
本发明涉及一种装置(arrangement)，其用于利用热光调整技术提供对基于SOI的光调制器中的调制特性(相位和振幅)和偏移(offset)(偏置(bias))的独立控制
发明背景
多年来，外部光调制器用电光材料例如铌酸锂来制造。光波导在电光材料内形成，金属触点区域布置在每个波导支路(arm)的表面。向金属触点施加电压将更改触点之下的波导区域的折射率，因此改变沿着波导的传播速度。通过施加在两个支路之间产生π相移的电压，就形成了非线性的(数字的)马赫-曾德尔(Mach-Zehnder)调制器。特别地，向波导发射光信号，并且将输入的电信号施加到触点(如上所提到的，使用适当的电压电平)。当光信号沿着支路传播以产生输出光信号时，光信号是相位调制的。用线性的(模拟的)光输出信号可能获得相似的结果。
虽然这种类型的外部调制器已经证明非常有用，但是日益期望在基于硅的平台上形成不同的光学元件、子系统和系统。进一步期望使与这种系统(例如，用于电光调制器的输入电数据驱动电路)相关联的不同电子元件在相同硅衬底之上与光学元件结合。明显地，在这种情形下，使用基于铌酸锂的光学器件不是好的选择。不同的其它常规的电光器件，类似地由并不直接与硅平台兼容的材料(例如III-V化合物)制造。
在基于硅的平台上提供光学调制的能力已经取得了重大的进步，如在2005年1月18日颁发给R.K.Montgomery等人且转让给本申请受让人的美国专利6,845,198中所公开的。图1说明了在(例如)Montgomery等人的专利中所公开的基于硅的调制器器件的一种示例性的装置。在本例中，基于SOI的光调制器1包括掺杂的硅层2(代表性地为多晶硅)，其与亚微米厚的硅表层4(在本技术领域中通常称为SOI层)的相反掺杂的(oppositely-doped)部分以重叠排列的方式布置。SOI层4显示为常规的SOI结构5的表层，常规SOI结构进一步包括硅衬底6和隐埋(buried)氧化物层7。重要地，相对薄的电介质层8(例如二氧化硅、氮化硅或类似物)沿着SOI层4和掺杂的硅层2之间的重叠区域布置。由硅层2、电介质8和SOI层4界定的重叠区域，定义了光调制器1的“有源区域”。自由载流子将在电介质8的任一侧累积(accumulate)并消耗(deplete)，作为施加到SOI层4的电压(VREF4)和/或施加到掺杂的硅层2的电压(VREF2)的函数。自由载流子浓度的调制导致有源区域内的有效折射率(effectiverefractive index)发生改变，因此引入了光信号的相位调制，该光信号沿着由有源区域界定的波导传播(光信号沿着y轴传播，在与纸张垂直的方向上)。
在由Montgomery等人开发的类型的光调制器中，相关剩余区域(remaining area)与更改/调谐(modify/tune)调制以便调整/校正(adjust/correct)工艺变化、环境条件的改变(例如温度)、器件老化等等的能力相关联。
发明简述
在现有技术中仍然存在的需要由本发明解决，本发明涉及一种装置，其用于通过对器件的光学特性提供热调整，来提供对基于SOI的光调制器中的调制特性(相位和振幅)和偏移(偏置)的独立控制。
依照本发明，采用与现有技术类似的方式，利用自由载流子运动来实现基于SOI的光调制器的相位和吸收补偿需求。另外，利用热光效应来实现反号相移效应(opposite sign phase shift effect)。依照本发明，利用在光波导区域内的局部加热，来调整调制区域的响应。
本发明的一个方面是，采用制造上相对容易以及器件几何结构相对紧凑的方式，使局部加热可与前面利用的SISCAP调制器结构(或其它合适的基于硅的光电子调制器件)相结合。加热可由例如基于硅的电阻器、硅化物电阻器、正向偏置的PN结和类似结构提供，这些结构中的任一种结构都可容易地与SISCAP光调制器合并，例如Montgomery等人所教导的类型。将DC电压施加到这些结构中的任一种结构都将导致波导区域的局部温度的上升，其中用语“DC电压”被界定为包括本质上大致为DC的信号。加热可沿着单独的、连续的区域施加，或作为选择，沿着波导区域的分离的区段施加。
在本发明的一种实施方式中，沿着波导的物理全异部分实现自由载流子调制和热调谐(thermal tuning)，以减少在AC调制信号和DC加热信号之间发生电相互作用的潜在性。在可选择的实施方式中，通过合并在相邻的热元件和调制元件之间的电绝缘材料，来获得在波导的必需物理长度上的节约。
在下面的讨论过程期间，以及通过参考附图，本发明的其它且进一步的实施方式和方面将变得明显。
附图简述
现在参考附图：
图1是示例性的现有技术的基于SOI的光调制器的侧视图，其包括重叠结构的有源区域；
图2是基于SOI的干涉仪的现有技术图；
图3是依照本发明构成的示例性的基于SOI的调制器的简化图，包括沿着调制器的每个波导支路的调制部分和热调谐部分；
图4是在图3的装置中使用的一个示例性的基于电阻的热元件的剖面等距视图；
图5是在图3的装置中使用的一个示例性的基于PN结的热元件的剖面等距视图；
图6是本发明的可选择的调制器构造的简图，其中热调谐部分沿着与调制部分相同的波导区域布置；
图7是在图6的装置中使用的示例性的热调谐部分和相关联的调制部分的剖面图；以及
图8是在图6的装置中使用的可选择的热调谐部分和相关联的调制部分的剖面图。
详细描述
在描述对于基于SOI的光调制器使用自由载流子调制和热偏移控制之前，提供更详细的对现有技术调制器操作的理解被认为是有帮助的。图2是示例性的现有技术马赫-曾德尔(Mach Zehnder)干涉仪10的简化方块图，显示了该设计的各个支路，表示为累积支路15和消耗支路17，干涉仪10基于与图1关联的上面讨论的现有技术结构。干涉仪10的每个支路包含基于自由载流子的相位调制器器件，采用以上描述的方式通过施加AC调制信号的SOI层4和掺杂的硅层2进行控制。施加到每个支路的信号独立操作，在图2中显示为用来控制累积支路15的信号VREF2a和VREF4a，和用来控制消耗支路17内的调制的信号VREF2d和VREF4d。在一种实施方式中，SOI层4可构造为包括p型掺杂剂，然后掺杂的硅层2必需地包括n型掺杂剂。优选地，控制掺杂分布，以使得有源区域内的掺杂剂浓度小于接触到VREF区域的区域内的掺杂剂浓度，其中VREF触点区域可包括硅化物区。
在操作中，举例说明了光信号Iin沿着输入波导12(优选形成在SOI层4内)行进，并进入分光器14(同样优选形成在SOI层4内)。分光器14可简单将出现在信号中的光功率(optical power)分为相等的两部分，以使得平衡的50/50功率分配呈现给调制器10的每个支路15和17(然而，可使用任何其它期望的功率分配(power split)方法)。表示为IinA的来自分光器14的第一输出，随后被施加为调制器10的累积支路15的光输入信号。类似地，表示为IinD的来自分光器14的第二输出，被施加为消耗支路17的输入信号。在分别由控制每个支路的有源区域11和13的值VREF2a、VREF4a和VREF2d、VREF4d调制之后，调制的输出信号被结合在光合成器(opticalcombiner)16中，以形成调制的光输出信号(IOUT)。
如上面所提到的，存在着能够影响这种基于SOI的电光调制器性能的制造和环境因素。由于在标准硅集成电路制造技术中工艺的变化，存在补偿干涉仪的每个支路内的变化的需要。这些变化可归因于许多不同的来源，例如波导宽度、厚度和相邻波导间间隔的变化，以及材料缺陷和折射率变化。此外，刻蚀特征有可能改变波型传播(mode propagation)特性，导致在最优功率分配中出现偏差。振幅变化作为散射和辐射损失中的变化的结果而出现。实际上，作为波导侧壁粗糙度/厚度变化的结果，在每个支路里存在相移和吸收属性中的不同。调制器的操作也可受环境因素影响，例如周围温度、湿度、器件老化和类似因素。提出本发明的装置，以便通过应用独立的自由载流子调制和热调谐控制来克服可能存在的变化来解决这些相关问题(以及提供一种进行中手段(on-going means)在该器件的使用期期间调整调制器的操作)。
图3包含示例性的基于SOI的电光调制器20的简图，其依照本发明构成，以便依照本发明提供独立的热调谐来补偿多余的振幅和相位偏移。在图3说明的特定的实施方式中，热元件22和24分别沿着累积支路15和消耗支路17布置，提供对调制器光属性的独立的热调整/调谐。由于硅的热光效应是通过折射率的增加作为温度的函数(dn/dT＝1.86×10-4/°K)而实现的，可以利用沿着调制器的一个或两个支路的所引起的温度变化，通过控制调制器的偏置点，来抵消(offset)多余的变化。在如图3说明的特定实施方式中，热元件22和24沿着波导支路布置，以使与调制器区域(由有源区域11和13表示)物理分离。虽然热元件22和24显示为单独的单元，但是可由分离的热元件沿着波导区域施加分段的加热。
如上面所提到的，热元件22和24可包括两种不同类型的热产生器(heat generator)：电阻元件(例如基于硅的电阻器或基于硅化物的电阻器)或PN结元件(例如正向偏置PN结)。在任一种情况下，元件通过施加DC电压而被控制，以产生加热，加热穿过该结构传播并进入器件的波导区域，其中施加的电压的量值与材料所经历的温度的增加成比例(在这里使用的术语“DC”定义为包括“大致DC”信号，包括非常低的频率信号)。施加到热元件22、24的DC电压值彼此独立受控，在图3中标明为施加到累积支路热元件22的电压VDCa和施加到消耗支路热元件24的电压VDCd。在波导区域内的温度变化将改变有效折射率，并因此调整由穿过其间的光信号所经历的相移。应理解，施加到热元件22和24的分别的电压VDCa和VDCd可任意更改，以适应调制器件的变化的操作条件。此外，虽然在图中没有显示，应理解，来自调制器20的输出信号(或任何其它适当的光信号)可在反馈回路内被监控，该反馈回路用来调整施加到元件22和/或元件24的电压的量值。
图4是示例性的热元件22的剖面等距视图，在这个特定的实施方式中，说明了一种用来经由SISCAP热元件的形成来提供加热的装置。如图4所示的装置包括一对SISCAP热元件，其包括结合在SOI层4内的第一SISCAP热元件26，如上面所定义的。为了最小化在该结构的波导部分内(在图4中如虚线所示)多余的自由载流子相互作用，多晶硅层2和SOI层4在中心区域内优选不掺杂(或轻微掺杂)。因此，如图4所示的结构将多晶硅层2和SOI层4的波导部分标记为“不掺杂”，这个定义本意包括轻微掺杂。
再次参考图4，第一SISCAP热元件26显示包括SOI层4的掺杂部分27(从波导区域移走)。掺杂部分27进一步包括一对触点区域28和30，其中在区域28和30之间施加DC电压(VDCa2)，将导致电流沿着部分27的流动，并在SOI层4中引起热变化。从掺杂部分27到波导区域的热传递的方向，由图4中的双线箭头示例。
分离的热元件32可类似地在多晶硅层4的间隔开的(spaced-apart)掺杂部分33内形成，同样在图4中示出热元件32。热元件32包括如图所示沿着掺杂部分33布置的一对触点34和36。再次，在触点34和36之间施加DC电压(VDCa1)将导致电流的流动和器件的局部加热，图4中由双线箭头表示向着波导区域的热传递。依照本发明所教导的，在如图3所示的热元件22的定义内，一个单独的热元件(在本例中，元件26或元件32)或一对热元件(元件26和元件32)，都可用来提供“热加热(thermalheating)”。此外，施加到分离的热元件26，32的DC电压可以是不同的，并且被单独控制，以提供期望数量的加热。也就是，所施加的电压VDCa1可具有与所施加的电压VDCa2不同的(可调整的)值，其中VDCa2的值同样可单独调整以提供期望的加热程度。
如图4所示的器件结构可以如下方式进行更改：使得硅化物材料位于触点部分28、30(和/或触点34、36)和下面的硅材料之间。这种“硅化物电阻器”的使用，被认为可以提供更宽阔的温度范围作为施加电压的函数。使用硅或硅化物作为基于电阻的热产生元件，被认为是一项好的设计选择。进一步，这种电阻型的热加热元件可与任何已知或已开发的基于SOI的电光调制器结构或其它调制器结构一同使用，所述基于SOI的电光调制器结构包括但不限于SISCAP结构、横向PN结结构、脊形波导结构等等，所述其它调制器结构包括但不限于环谐振调制器(ring resonator modulator)和电吸附调制器。实际上，这是硅材料的固有属性以及众所周知的CMOS处理技术，本发明有利地利用它们以提供对基于SOI的调制器设计的不同类型的热更改。
图5是可选择的示例性热元件22的截面图，在本例中，正向偏置PN结热器件40沿着波导支路的第一侧布置(累积支路或消耗支路，如本例情况)。器件40可以在SOI层4的一部分内形成，第一区域42是N型掺杂的，且第二邻接区域44是P型掺杂的。在热元件22内，波导沿着器件结构的中心的、本质上未掺杂的部分46实现，本例中包括被栅极电介质(gate dielectric)8与SOI层4(在这个特定的实施方式中)分离的脊形波导48。如上所注释的，栅极电介质8是相对薄的层(大约100A或更少)，并包括例如二氧化硅或氮化硅等材料。脊形波导48可包括，例如多晶硅或掺杂的多晶硅材料。
依照本发明，由区域42和44构成的PN结位于与该中心未掺杂的部分46有一段预定距离的位置，以便阻止多余的自由载流子运动影响传播着的光信号。为了提供热产生，在P触点45和N触点43之间施加DC电压VDCa2，形成正向偏置PN结。然后，所产生的热指向中心的波导部分46，如图5中的双线箭头所示。
类似于上面与图4相关联地讨论的电阻装置，第二PN结热元件50可在图5的装置的中心部分46的相对侧形成。PN结热元件50包括P型掺杂区域52和邻接的N型掺杂区域54(再次，区域52和54位于与中心部分46有一段预定距离的位置)。然后，DC电压VDCa1施加在P触点53和N触点55之间，产生指向中心部分46的热能。
在如图3所示的本发明的实施方式中，沿着支路15和17(由有源区域11和13表示)，与该装置的实际调制部分串联地布置热元件22和24，其间具有足够的间隔以阻止热部分的操作影响调制，并允许对调制器的每一方面进行分离且独立的控制。明显地，这种装置需要使用延长的波导长度用于调制器。在某些情况下，特别是高速装置，优选使波导长度维持在通过自由载流子运动产生调制所需的最小量。
解决这些相关问题的本发明的可选择实施方式以图6的简化方块图形式显示，图6是示例性的电光调制器60的方块图，电光调制器60利用分别地布置在邻近有源区域11和13的一对热元件62和67。结果，本发明的这种实施方式在调制器器件的全部长度上提供了显著减少，同时仍提供自由载流子调制的热调整(将图3与图6相比)。为了阻止将DC电压VDCa和VDCd(分别地)施加到元件62和67对自由载流子调制造成干扰，如下所述，附加的物理的或电的隔离(根据氧化物/电介质/非掺杂区域)包含在调制器支路15和17内，所述自由载流子调制由施加到有源区域11和13的AC信号提供。
对于上面讨论的不同的热产生装置，热元件62和67可包括基于电阻的热产生元件(例如硅电阻器、硅化物电阻器)或基于PN结的热产生元件。另外，热产生可施加到波导支路的两侧(如图6所示)，或仅仅沿着调制器结构的每个支路(或仅一个支路)的一侧。
图7举例示出用于在图6中概述的结构内提供调制和热调整的一个示例性装置，如所示施加到(例如)累积支路15。在本例中，热元件62包括第一部分61，其沿着多晶硅层2布置在到VREF2a的电连接之外。第二部分64沿着SOI层4布置在到VREF4a的电连接之外。将DC偏置电压VDCa1和VDCa2分别施加到部分61和64，将产生处于波导区域的方向下的加热，如图7中的双线箭头所示。可使用相似的结构形成沿着消耗支路13布置的热元件67(见图6)。应注意，元件62和67可为电阻性热元件或PN结偏置热元件，如上面所详细描述的。为了在用于热加热的DC电压和用于信号调制的AC电压之间提供电隔离(electrical isolation)，在SOI层4和多晶硅层2中每个电压源的触点区域之间形成一对本质上未掺杂的区域。再次参考图7，显示出与热元件62相关联的隔离包括第一未掺杂区域63，第一未掺杂区域63形成在多晶硅层2中热部分61和到用于调制信号的VREF2a的触点之间。类似地，第二未掺杂区域65形成在SOI层4中热部分64和到VREF4a的触点之间。
虽然热部分61，64与VREF2a和VREF4a的相关联触点物理分离且包含未掺杂区域63，65，在最小化热调整与调制的相互作用方面是有用的，但是这种物理分离的要求需要使用相邻每个波导支路的更大的表面区域。因此，虽然波导支路的实际长度相关于图3的实施方式缩短了，但是对于器件自身的每个支路的所需“宽度”的增加可能引起其它相关问题。
图8举例示出了图7的装置的替换的实施方式，在这种特定的实施方式中，VREF2a、VREF4a和VDCa1、VDCa2之间的电隔离用于允许热/DC触点在更紧密的物理接近于中心波导区域处形成。如图所示，通过使用栅极电介质8的延伸和一段浅沟隔离70(shallow trench isolation)，使第一热部分61与VREF2a电隔离。浅沟隔离70沿着SOI层4，从有缘器件区域的终端向着在叠加多晶硅层2中形成VREF2a触点的区域而形成。通过栅极电介质8的分离部分和SOI层4的未掺杂(轻微掺杂)部分，使第二热部分64与VREF4a电隔离。由于栅极电介质8非常薄(例如小于100A)的事实，由热部分61和64产生的热能够有效地传递过去，同时仍然提供期望程度的电隔离。
应理解，可对任何一种上面描述的实施方式中做出各种其它更改，且仍然落在本发明的实质和范围内。实际上，在上文中所描述的各种热调整装置，也可与各种其它有源的和无源的光学器件一同使用，以提供对器件的光学属性的更改作为温度的函数。因此，应认为本发明的范围仅由所附的权利要求限制。

Claims (20)

1.一种基于硅的光学调制器件，其包括
光波导，其用于支持输入的光波信号的传播；
调制元件，其沿着所述波导布置，以将电AC调制信号引入到所述光波导里，并更改传播着的所述光波信号的属性；以及
热光元件，其沿着所述波导布置，并响应所施加的DC电压以产生热，所述热被传递到所述波导里以便更改波导折射率作为温度变化的函数。
2.如权利要求1所述的基于硅的光学调制器件，其中所述调制元件和所述热光元件沿着所述光波导的物理分离的部分布置。
3.如权利要求1所述的基于硅的光学调制器件，其中所述调制元件和所述热光元件大致沿着所述波导的相同区域布置，所述调制元件和所述热光元件之间布置电隔离。
4.如权利要求3所述的基于硅的光学调制器件，其中所述电隔离包括本质上未掺杂的硅区域。
5.如权利要求3所述的基于硅的光学调制器件，其中所述电隔离包括布置在所述调制元件和所述热光元件之间的相对薄的电介质层。
6.如权利要求5所述的基于硅的光学调制器件，其中所述相对薄的电介质层具有少于100A的厚度。
7.如权利要求5所述的基于硅的光学调制器件，其中所述相对薄的电介质层包括二氧化硅。
8.如权利要求5所述的基于硅的光学调制器件，其中所述相对薄的电介质层包括氮化硅。
9.如权利要求1所述的基于硅的光学调制器件，其中所述热光元件包括基于电阻的热光元件。
10.如权利要求9所述的基于硅的光学调制器件，其中所述基于电阻的热光元件包括至少一个掺杂的硅电阻器，所述硅电阻器包括用于耦合到相关联的DC电压源的一对间隔开的触点区域。
11.如权利要求9所述的基于硅的光学调制器件，其中所述至少一个掺杂的硅电阻器包括一对掺杂的硅电阻器，所述硅电阻器形成在所述波导区域的相对侧，并由分离的DC电压源控制。
12.如权利要求9所述的基于硅的光学调制器件，其中所述基于电阻的热光元件包括硅化物电阻器，所述硅化物电阻器包括用于耦合到相关联的DC电压源的一对间隔开的触点区域。
13.如权利要求1所述的基于硅的光学调制器件，其中所述热光元件包括正向偏置的PN结器件。
14.如权利要求1所述的基于硅的光学调制器件，其中所述器件包括干涉仪，所述干涉仪包括累积波导支路和消耗波导支路，累积调制元件和累积热光元件与所述累积支路相关联，以及消耗调制元件和消耗热光元件与所述消耗支路相关联。
15.如权利要求14所述的基于硅的光学调制器件，其中施加到所述累积波导支路调制元件的所述电AC调制信号独立于施加到所述消耗波导支路调制元件的所述电AC调制信号。
16.如权利要求14所述的基于硅的光学调制器件，其中施加到所述累积支路热光元件的所述DC电压独立于施加到所述消耗支路热光元件的所述DC电压。
17.如权利要求1所述的基于硅的光学调制器件，其中所述调制器件包括SISCAP光电调制器件。
18.如权利要求1所述的基于硅的光学调制器件，其中所述调制器件包括基于PN的光电调制器件。
19.如权利要求1所述的基于硅的光学调制器件，其中所述调制器件包括环谐振调制器件。
20.如权利要求1所述的基于硅的光学调制器件，其中所述调制器件包括电吸附调制器件。
CN2007800222787A 2006-06-15 2007-06-11 硅调制器偏移调谐装置 Active CN101467083B (zh)

Applications Claiming Priority (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US81391306P 2006-06-15 2006-06-15
US60/813,913 2006-06-15
US92838607P 2007-05-09 2007-05-09
US60/928,386 2007-05-09
US11/810,591 US7447395B2 (en) 2006-06-15 2007-06-06 Silicon modulator offset tuning arrangement
US11/810,591 2007-06-06
PCT/US2007/013692 WO2007146233A2 (en) 2006-06-15 2007-06-11 Silicon modulator offset tuning arrangement

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101467083A true CN101467083A (zh) 2009-06-24
CN101467083B CN101467083B (zh) 2012-10-10

Family

ID=38832457

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2007800222787A Active CN101467083B (zh) 2006-06-15 2007-06-11 硅调制器偏移调谐装置

Country Status (6)

Country Link
US (1) US7447395B2 (zh)
EP (1) EP2027497B1 (zh)
JP (1) JP5290164B2 (zh)
KR (1) KR101456307B1 (zh)
CN (1) CN101467083B (zh)
WO (1) WO2007146233A2 (zh)

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI498624B (zh) * 2012-04-30 2015-09-01 Hewlett Packard Development Co 混合式ｍｏｓ光學調變器
CN106773144A (zh) * 2016-12-20 2017-05-31 武汉光迅科技股份有限公司 一种用于硅光调制器自动偏压控制的电压处理方法及其装置
WO2018121771A1 (en) * 2016-12-30 2018-07-05 Huawei Technologies Co., Ltd. Carrier-effect based optical switch
CN109477983A (zh) * 2016-12-15 2019-03-15 洛克利光子有限公司 电光调制器
US10366883B2 (en) 2014-07-30 2019-07-30 Hewlett Packard Enterprise Development Lp Hybrid multilayer device
US10381801B1 (en) 2018-04-26 2019-08-13 Hewlett Packard Enterprise Development Lp Device including structure over airgap
CN110426868A (zh) * 2019-04-19 2019-11-08 索尔思光电股份有限公司 基于多层pn结的移相器及其制造和使用方法
CN111142270A (zh) * 2018-11-05 2020-05-12 青岛海信激光显示股份有限公司 一种激光散斑消除装置及其激光显示设备
US10658177B2 (en) 2015-09-03 2020-05-19 Hewlett Packard Enterprise Development Lp Defect-free heterogeneous substrates
CN112596277A (zh) * 2019-09-17 2021-04-02 朗美通经营有限责任公司 电光调制器
US11088244B2 (en) 2016-03-30 2021-08-10 Hewlett Packard Enterprise Development Lp Devices having substrates with selective airgap regions
CN114035348A (zh) * 2021-12-16 2022-02-11 武汉光谷信息光电子创新中心有限公司 微环调制器

Families Citing this family (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7697793B2 (en) * 2006-06-15 2010-04-13 Lightwire, Inc. Silicon modulator offset tuning arrangement
US7865053B2 (en) * 2006-12-29 2011-01-04 Alcatel-Lucent Usa Inc. Multi-semiconductor slab electro-optic modulator and process for using the same
US8098968B2 (en) * 2007-09-04 2012-01-17 International Business Machines Corporation Silicide thermal heaters for silicon-on-insulator nanophotonic devices
US8179935B2 (en) * 2008-04-01 2012-05-15 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Tunable optical resonator
US7693354B2 (en) * 2008-08-29 2010-04-06 Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc. Salicide structures for heat-influenced semiconductor applications
US8148265B2 (en) * 2008-08-29 2012-04-03 Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc. Two-step hardmask fabrication methodology for silicon waveguides
US7715663B2 (en) * 2008-08-29 2010-05-11 Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc. Integrated optical latch
CN102224444B (zh) * 2008-12-02 2015-05-20 日本电信电话株式会社 光调制器
US7847353B2 (en) * 2008-12-05 2010-12-07 Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc. Multi-thickness semiconductor with fully depleted devices and photonic integration
US8520984B2 (en) * 2009-06-12 2013-08-27 Cisco Technology, Inc. Silicon-based optical modulator with improved efficiency and chirp control
US8836100B2 (en) * 2009-12-01 2014-09-16 Cisco Technology, Inc. Slotted configuration for optimized placement of micro-components using adhesive bonding
KR101284177B1 (ko) * 2009-12-09 2013-07-10 한국전자통신연구원 광전 소자
SG173939A1 (en) * 2010-03-01 2011-09-29 Nec Corp Silicon-based electro-optic device
US9122085B2 (en) * 2010-10-07 2015-09-01 Alcatel Lucent Thermally controlled semiconductor optical waveguide
US8358897B1 (en) * 2010-12-10 2013-01-22 Aurrion, Llc High index bonding layer for hybrid photonic devices
US9039907B2 (en) * 2011-07-20 2015-05-26 Imec Methods for improving integrated photonic device uniformity
WO2015016466A1 (ko) * 2013-07-30 2015-02-05 전자부품연구원 실리콘 링 변조기의 중심 파장을 제어하는 실시간 피드백 시스템
US9395563B2 (en) * 2013-08-01 2016-07-19 Samsung Electronics Co., Ltd. Electro-optic modulator and optic transmission modulator including the same
US9291776B2 (en) 2013-11-27 2016-03-22 Huawei Technologies Co., Ltd. Apparatus and method for differential thermal optical switch control
JP6413296B2 (ja) * 2014-03-27 2018-10-31 日本電気株式会社 光変調用素子および光変調器
JP2015191068A (ja) * 2014-03-27 2015-11-02 日本電気株式会社 光変調器の出力モニター方法および出力モニター装置
EP3215883A4 (en) * 2014-11-05 2018-07-11 Elenion Technologies, LLC Photonic integrated circuit incorporating a bandgap temperature sensor
US9513437B2 (en) * 2014-11-05 2016-12-06 Coriant Advanced Technology, LLC Photonic integrated circuit incorporating a bandgap temperature sensor
US10088697B2 (en) * 2015-03-12 2018-10-02 International Business Machines Corporation Dual-use electro-optic and thermo-optic modulator
FR3047811B1 (fr) * 2016-02-12 2018-03-16 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Modulateur des pertes de propagation et de l'indice de propagation d'un signal optique guide
FR3088449A1 (fr) * 2018-11-12 2020-05-15 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Commutateur optoelectronique a interferometre de mach-zehnder
US11175451B2 (en) * 2019-09-26 2021-11-16 Intel Corporation Mechanisms for refractive index tuning semiconductor photonic devices
CZ308572B6 (cs) * 2019-10-11 2020-12-09 Ăšstav fotoniky a elektroniky AV ÄŚR, v.v.i. Termooptický prostorový modulátor světla
US11513375B2 (en) 2019-12-16 2022-11-29 Cisco Technology, Inc. Silicon thermal-optic phase shifter with improved optical performance

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US716821A (en) * 1901-05-14 1902-12-23 James A Ekin Criswell Machine for making matches.
US4359773A (en) * 1980-07-07 1982-11-16 Bell Telephone Laboratories, Incorporated Semiconductor lasers with selective driving circuit
US5027362A (en) * 1988-12-29 1991-06-25 At&T Bell Laboratories Laser control method and circuitry
US5025456A (en) * 1989-02-02 1991-06-18 At&T Bell Laboratories Burst mode digital data receiver
US5191462A (en) * 1990-05-11 1993-03-02 At&T Bell Laboratories Fiber optic transmission distortion compensation
CA2106439A1 (en) * 1992-11-13 1994-05-14 Yusuke Ota Burst mode digital data receiver
US5539730A (en) * 1994-01-11 1996-07-23 Ericsson Ge Mobile Communications Inc. TDMA/FDMA/CDMA hybrid radio access methods
GB2332284B (en) * 1998-05-01 1999-11-03 Bookham Technology Ltd Branched optical waveguide,and its method of use
GB2339919B (en) * 1998-07-17 2002-12-11 Bookham Technology Ltd Thermo-optic semiconductor device
US6181456B1 (en) * 1999-04-01 2001-01-30 Uniphase Telecommunications Products, Inc. Method and apparatus for stable control of electrooptic devices
US6393185B1 (en) * 1999-11-03 2002-05-21 Sparkolor Corporation Differential waveguide pair
EP1178349A1 (en) * 2000-08-02 2002-02-06 Corning Incorporated Integrated thermo-optical silica switch
US6654511B2 (en) * 2001-05-17 2003-11-25 Sioptical, Inc. Optical modulator apparatus and associated method
US6646747B2 (en) * 2001-05-17 2003-11-11 Sioptical, Inc. Interferometer apparatus and associated method
US20030087121A1 (en) * 2001-06-18 2003-05-08 Lawrence Domash Index tunable thin film interference coatings
WO2003023474A1 (en) 2001-09-10 2003-03-20 California Institute Of Technology Tunable resonant cavity based on the field effect in semiconductors
JP3755588B2 (ja) * 2001-10-03 2006-03-15 日本電気株式会社 光制御デバイス
GB0129248D0 (en) * 2001-12-06 2002-01-23 Ecole Polytech An optical modulator
US6753992B2 (en) * 2002-06-14 2004-06-22 Pacific Wave Industries, Inc. Method for suppressing distortion in mach-zehnder optical modulators with a chirped or variable operating wavelength
US6912079B2 (en) * 2003-02-14 2005-06-28 Intel Corporation Method and apparatus for phase shifting an optical beam in an optical device
US6845198B2 (en) * 2003-03-25 2005-01-18 Sioptical, Inc. High-speed silicon-based electro-optic modulator
US6954558B2 (en) * 2003-06-24 2005-10-11 Intel Corporation Method and apparatus for phase shifting an optical beam in an optical device
US7136544B1 (en) * 2003-08-15 2006-11-14 Luxtera, Inc. PN diode optical modulators fabricated in strip loaded waveguides
KR100606100B1 (ko) * 2004-01-15 2006-07-28 삼성전자주식회사 바이어스 제어장치를 구비한 광변조장치 및 이를 이용한바이어스 제어방법
JP2005221999A (ja) * 2004-02-09 2005-08-18 Fuji Xerox Co Ltd 光変調器及び光変調器アレイ
CN101142505B (zh) * 2004-02-26 2010-05-05 斯欧普迪克尔股份有限公司 绝缘体上硅(soi)结构中的光的主动操控装置
US7035487B2 (en) * 2004-06-21 2006-04-25 Intel Corporation Phase shifting optical device with dopant barrier

Cited By (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9612503B2 (en) 2012-04-30 2017-04-04 Hewlett Packard Enterprise Development Lp Hybrid MOS optical modulator
TWI498624B (zh) * 2012-04-30 2015-09-01 Hewlett Packard Development Co 混合式ｍｏｓ光學調變器
US10366883B2 (en) 2014-07-30 2019-07-30 Hewlett Packard Enterprise Development Lp Hybrid multilayer device
US10658177B2 (en) 2015-09-03 2020-05-19 Hewlett Packard Enterprise Development Lp Defect-free heterogeneous substrates
US11004681B2 (en) 2015-09-03 2021-05-11 Hewlett Packard Enterprise Development Lp Defect-free heterogeneous substrates
US11088244B2 (en) 2016-03-30 2021-08-10 Hewlett Packard Enterprise Development Lp Devices having substrates with selective airgap regions
CN109477983B (zh) * 2016-12-15 2023-10-31 洛克利光子有限公司 电光调制器
CN109477983A (zh) * 2016-12-15 2019-03-15 洛克利光子有限公司 电光调制器
CN106773144A (zh) * 2016-12-20 2017-05-31 武汉光迅科技股份有限公司 一种用于硅光调制器自动偏压控制的电压处理方法及其装置
US10353267B2 (en) 2016-12-30 2019-07-16 Huawei Technologies Co., Ltd. Carrier-effect based optical switch
CN110121673B (zh) * 2016-12-30 2020-11-06 华为技术有限公司 基于载流子效应的光开关
CN110121673A (zh) * 2016-12-30 2019-08-13 华为技术有限公司 基于载流子效应的光开关
WO2018121771A1 (en) * 2016-12-30 2018-07-05 Huawei Technologies Co., Ltd. Carrier-effect based optical switch
US10381801B1 (en) 2018-04-26 2019-08-13 Hewlett Packard Enterprise Development Lp Device including structure over airgap
CN111142270A (zh) * 2018-11-05 2020-05-12 青岛海信激光显示股份有限公司 一种激光散斑消除装置及其激光显示设备
CN110426868A (zh) * 2019-04-19 2019-11-08 索尔思光电股份有限公司 基于多层pn结的移相器及其制造和使用方法
CN110426868B (zh) * 2019-04-19 2023-01-10 索尔思光电股份有限公司 基于多层pn结的移相器及其制造和使用方法
CN112596277A (zh) * 2019-09-17 2021-04-02 朗美通经营有限责任公司 电光调制器
CN112596277B (zh) * 2019-09-17 2023-08-22 朗美通经营有限责任公司 电光调制器
CN114035348A (zh) * 2021-12-16 2022-02-11 武汉光谷信息光电子创新中心有限公司 微环调制器
CN114035348B (zh) * 2021-12-16 2023-10-03 武汉光谷信息光电子创新中心有限公司 微环调制器

Also Published As

Publication number Publication date
US20070292075A1 (en) 2007-12-20
US7447395B2 (en) 2008-11-04
KR20090032071A (ko) 2009-03-31
JP5290164B2 (ja) 2013-09-18
WO2007146233A2 (en) 2007-12-21
WO2007146233A3 (en) 2008-08-07
KR101456307B1 (ko) 2014-11-03
EP2027497B1 (en) 2016-11-02
JP2009540385A (ja) 2009-11-19
EP2027497A4 (en) 2011-03-09
EP2027497A2 (en) 2009-02-25
CN101467083B (zh) 2012-10-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101467083B (zh) 硅调制器偏移调谐装置
US7697793B2 (en) Silicon modulator offset tuning arrangement
US7515778B2 (en) Segmented optical modulator
US9632335B2 (en) Electro-optical modulator with a vertical capacitor structure
EP1625679B1 (en) High speed, silicon-based electro-optic modulator
TWI434086B (zh) 使用ｐｎ二極體之高速矽光學調變的方法及設備
CN102460252B (zh) 具有改善的效率和啁啾控制的基于硅的光调制器
US7280712B2 (en) Method and apparatus for phase shifiting an optical beam in an optical device
US7136544B1 (en) PN diode optical modulators fabricated in strip loaded waveguides
US20070280309A1 (en) Optical waveguide with single sided coplanar contact optical phase modulator
US10088697B2 (en) Dual-use electro-optic and thermo-optic modulator
EP2545408A2 (en) Optical modulators with controllable chirp
US9244295B2 (en) Optical modulator and optical modulation device with zigzag electrode and waveguide arm alignment
KR101453473B1 (ko) 전기-광학 변조 소자

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
ASS Succession or assignment of patent right

Owner name: CISCO TECH IND.

Free format text: FORMER OWNER: LIGHTWIRE INC.

Effective date: 20130627

C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
C56 Change in the name or address of the patentee

Owner name: LIGHTWIRE INC.

Free format text: FORMER NAME: SIOPTICAL INC.

CP01 Change in the name or title of a patent holder

Address after: American Pennsylvania

Patentee after: LIGHTWIRE, Inc.

Address before: American Pennsylvania

Patentee before: LIGHTWIRE, Inc.

Address after: American Pennsylvania

Patentee after: LIGHTWIRE, Inc.

Address before: American Pennsylvania

Patentee before: SIOPTICAL, Inc.

TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20130627

Address after: California, USA

Patentee after: Cisco Technology, Inc.

Address before: American Pennsylvania

Patentee before: Lightwire, Inc.