CN104169785A - 光半导体元件以及光半导体元件的控制方法 - Google Patents
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Abstract
光半导体元件具有：环形波导，以及蛇形波导，与所述环形波导光学连接且蜿蜒延伸而包围所述环形波导的至少一部分；所述蛇形波导吸收从所述环形波导导入至所述蛇形波导的入射光，来对所述环形波导进行加热。
Description
技术领域
本发明涉及光半导体元件以及光半导体元件的控制方法。
背景技术
在对大容量的光收发器进行小型化、低功率化的方面，硅上光器件的实现起到重要作用。作为硅上光器件能够使用折射率差大的光波导，因此，与其他材料相比，有利于小型化。此外，由于容易实现与电路的集成，因此能够在一个芯片上集成多个光收发器。
在光器件中，特别是调制器的特性会对光收发器的耗电力和尺寸带来很大影响。尤其是环形调制器，由于元件自身小且调制电压小、光损失也小，所以有利于小型化以及降低耗电力，但是会有波段窄的问题。
作为将射入环谐振器的入射光波长与谐振波长进行匹配的技术，公知的有检测监视器光的输出，根据监视器电流来控制加热器的技术(例如，参考专利文献1)。将监视器电流反馈给加热器并调节环谐振器的温度，使谐振波长移动而与入射光的波长一致。
图1是监视器电流反馈方式的环形调制器的概要图。当调制信号经由驱动电路被施加到调制电极1004、1005上时，环谐振器1003的谐振波长发生变化。入射到波导1001的入射光在与环谐振器1003发生谐振时被输出到波导1002。在未发生谐振时，作为监视器光被供给到光检测器(PD)。从光检测器输出的监视器电流经由反馈电路被施加到加热器1007。加热器1007被控制为监视器电流最小。
专利文献1:美国专利公开公报：US2009/0169149号说明书
发明内容
发明所要解决的课题
如果要以环形调制器提高调制效率，则谐振波长附近的透射率相对于波长发生急剧变化，波长从谐振波长偏离少许而进入透射率无变化的区域。关于监视器电流也是同样。由于入射光波长从谐振波长偏离少许，导致无法识别波长变化引起的监视器电流变化，就难以通过加热器进行波长控制。即，通过加强谐振而实现的调制的高效率和宽范围的波长控制是属于难以并存的关系。
因此，本发明的目的在于提供一种即使没有监视器光的反馈机构，也能够将环形调制器的谐振波长与入射光波长或光源波长自行匹配的光半导体元件。
解决课题的手段
本发明的一个技术方案是一种光半导体元件，其特征在于，具有：环形波导，以及蛇形波导，与所述环形波导光学连接且蜿蜒延伸而包围所述环形波导的至少一部分；所述蛇形波导吸收从所述环形波导导入至所述蛇形波导的入射光，来对所述环形波导进行加热。
发明效果
能够将环形调制器的谐振波长与光源波长或入射光波长自行匹配。
附图说明
图1是表示控制环形调制器的谐振波长的现有结构的图。
图2A是表示环形调制器的基本结构的图。
图2B是表示环形调制器的特性的图。
图3A是表示环形调制器的波导-环之间的透射率的定义的图。
图3B是表示频带的宽度和调制效率的关系的图。
图4是用于说明通过加热器来调节谐振波长的图。
图5是实施例1的环形调制器的结构图。
图6是图5的环形调制器的剖面放大图。
图7是表示图5的环形调制器的入射光波长和环谐振波长一致的图。
图8是表示环谐振波长和发热量的关系和稳定点的图。
图9是表示关闭加热器后的环谐振波长的稳定点的图。
图10是调制时的环形调制器的透射光谱。
图11是表示调制时的谐振波长的移动以及锁定动作的图。
图12是表示突发信号调制时的谐振波长的移动以及锁定动作的图。
图13是表示实施例1的环形调制器的变形例的图。
图14是表示实施例2的环形调制器的结构的图。
图15是表示实施例3的环形调制器的结构的图。
图16是表示实施例4的环形调制器的结构的图。
图17是表示实施例4的环形调制器的变形例的图。
图18是表示实施例4的环形调制器的变形例的图。
图19A是实施例5的控制流程。
图19B是实施例5的控制流程。
图20是实施例6的环形调制器阵列的构成图。
图21是表示环形调制器阵列的波长调节动作的图。
具体实施方式
首先，参考图2A～图4说明环形调制器的普通特性。在图2A中，入射到输入端口的入射光在其波长与由环谐振器3的循环光路长度决定的环谐振波长(循环光路长度(round trip length)的整数分之1)一致时，被导出到输出端口1。在入射光的波长与谐振波长发生偏差的情况下，被导出到输出端口2。当通过电极4、5对环谐振器3施加电压而使折射率变化，从而使环谐振器3的循环光路长度变化时，环谐振波长也发生变化。因此，当采用特定波长时，透射率发生变化。在光强度调制中会利用到这一点。
如图2B的箭头所示，当射入具有规定波长的入射光时，输出到端口1的输出光的功率在施加电压V＝Vlow时变小，在V＝Vhigh时变大。输出到端口2的输出光与输出到端口1的输出光相反。因此，通过使电压在Vhigh、Vlow之间变化，就能够从端口1、端口2获得进行过光强度调制的信号。
在这样的调制器中，波段和调制效率存在权衡关系。如图3A所示，在将波导1和环谐振器3之间的光的功率透射率定义为T1、将波导2和环谐振器3之间的光的功率透射率定义为T2时，如图3B所示，T1、T2越小，进入环的光就越是难以射到外面，从而使得谐振加强。因此，谐振波长附近的透射率变化变得急剧，从而利用电压来使谐振波长发生变化时的透射率变化即调制效率变大(图3B的上面图)。但是，另一方面，需要以更高的精度将入射光波长与谐振波长进行匹配。
如图4的理想状态(B)所示，当谐振波长因Vlow和Vhigh的电压变化而变化时，在任意一个电压值(例如Vhigh)上的谐振波长与入射光波长一致的情况下，调制效率达到最高。另一方面，由于制作偏差和温度变化的影响，在未做任何工作的状态下(初始状态(A))，谐振波长和入射光波长不一定一致。
由于在很多情况下环谐振器由折射率温度系数为正的材料形成，所以通过提高环谐振器3的温度，谐振波长移动至长波长。因此，将环谐振器3制作成在初始状态下Vhigh时的谐振波长比入射光波长短，在工作时对环谐振器进行升温，使Vhigh时的谐振波长移动到长波长。由此，就能够使谐振波长与入射光波长一致(理想状态(B))。
在实施方式中，提供一种即使在调制工作中不使用加热器也能使环谐振波长与入射光波长匹配的结构。具体而言，配置有与环形波导光学连接并且蜿蜒延伸而包围环形波导的至少一部分的蛇形波导，使该蛇形波导具有吸收导波光的能力。在射入了环谐振器的谐振波长附近的光时，光的一部分被导入蛇形波导，吸收并发热。通过将蛇形波导设置在环形波导的周围，就能够利用蛇形波导中的发热来提高环形波导自身的温度。
下面说明用于实现上述结构的具体结构。
实施例1
图5是实施例1的光半导体元件的一例的环形调制器10的概略结构图，图6是图5的沿A－A'的剖视图。环形调制器10形成于硅衬底11上的SiO2膜12上。环形调制器10具有环形波导13和蛇形波导15，所述蛇形波导15与环形波导13光学连接且蜿蜒延伸而包围环形波导13的至少一部分。蛇形波导15由具有吸收导波光的能力的材料形成。在图5的例子中，在蛇形波导15中高浓度地掺杂有n型杂质离子，所述n型杂质离子对导波光具有大的光吸收系数。
在环形调制器10中设有与环形波导13光耦合的直线波导27。环形波导13和直线波导27的核心区域是纯半导体(i－Si)。下层的SiO2膜12和上层的SiO2膜21作为覆盖层起作用。n型半导体(n－Si)层14位于环形波导13的外侧，p型半导体(p－Si)层16位于环形波导13的内侧。在n型半导体层14和直线波导27的周围形成有槽22。
n型半导体层14经由接触孔19与电极17连接。p型半导体层16经由接触孔20与电极18连接。通过在电极17和电极18之间施加电压，就能进行折射率的调制。
环形波导13起到环谐振器的作用。当环谐振波长附近的光入射到环形调制器10时，入射光绕环形波导13循环。此时，入射光的一部分从环形波导13被导入蛇形波导15(参考图5的箭头)。n型杂质被高浓度地掺杂到蛇形波导15中，随着光传播光被吸收从而产生热量。为了吸收光，蛇形波导15具有足够的长度并且蜿蜒延伸。
如图6所示，在蛇形波导15中产生的热量传递到邻接的环形波导13中，使环形波导13的温度上升。如图7所示，在入射光波长与环谐振波长一致的情况下，吸光—发热量具有最大值。
在图5以及图6的结构中，利用环形调制器10的PN接合的杂质掺杂区域来形成蛇形波导15，因此，容易制作。当然，掺杂到蛇形波导15中的杂质和掺杂到n型半导体层14的杂质没有必要完全相同，可以向蛇形波导15中注入不同种类的杂质。此外，在图5中，环形波导13的核心区域是i-Si，但是如果是通过电压进行调制则也可以将核心区域设为p-Si、n-Si，也可在核心区域具有p-Si、n-Si的接合部分。
然后，参考图8～图12说明使用了蛇形波导15的环形调制器10的谐振波长控制方法。当通过传导外部产生的热量来使环形波导13的温度上升时，环形波导13的折射率增大，环谐振波长移动到长波长侧。在发热量和环谐振波长之间存在图8的直线所示的关系。另一方面，由于从环形波导13导入蛇形波导15的光被吸收，会产生热量。蛇形波导15的发热量和环谐振波长之间存在图8的曲线所示的关系。
因此，环形调制器10的环发热量和环谐振波长在满足基于外部热量的直线关系和基于蛇形波导15的发热的曲线关系这两者的交点1、2、3的任意一点稳定。
在3个交点中交点2是不稳定点。例如，当环谐振波长从交点2向长波长侧偏移时，基于谐振光吸收的发热量增加，进而，施加长波长化的正反馈，最后在交点3达到稳定。当环谐振波长从交点2向短波长侧偏移时，基于谐振光吸收的发热量减少，进而，施加短波长化的正反馈，最后在交点1达到稳定。不仅是在交点2的周边，即使是在宽的波长范围来看，以交点2为边界，当环谐振波长位于比交点2的波长长的位置时，在交点3上达到稳定，当环谐振波长位于比交点2的波长短的位置时，在交点1上达到稳定(参考图8的直线上的箭头方向)。
因此，在开始工作时，将环形调制器10的温度调到比交点2的波长长的长波长侧是有用的。对此，参考图9进行说明。
在图9的初始状态(A)中，既不存在射入环形调制器10的入射光，也不存在蛇形波导15的发热。因此，环谐振波长处于黑圆点所示的初始状态。通过设成图9中的加热器打开的状态(B)，强制使环谐振波长移动到比交点2的波长长的黑圆点。之后，通过加热器关闭状态(C)下的加热器关闭，就能够使环谐振波长稳定在交点3上。在稳定的状态(C)下，没有必要使加热器工作，加热器的耗电力为零。此外，如果锁定一次就能够自动地持续锁定，所以不需要向监视器或加热器的反馈控制。
上述稳定点是适合对被调制入射光进行打开-关断(on-off)调制的波长。对此，参考图10进行说明。如图10所示，环形调制器10使电压在Vlow和Vhigh之间变化，从而使环谐振波长移动，由此来进行调制。进行调制时的环谐振波长并不是唯一确定的，但是下面为了方便起见，暂指调制电压为Vlow时的环谐振波长。
图11表示在环形调制器10进行调制时，因谐振光的吸收而引起的发热量。如图11的虚线的曲线所示，在Vlow时和Vhigh时表示发热量的曲线产生变化。由于与Vlow、Vhigh的切换相比，温度变化速度慢，所以可以认为对两条虚线曲线进行了时间平均的实线曲线表示随着环形调制器10的谐振光吸收而引起的发热量。
在进行调制时也和图8同样，在利用加热器使环谐振波长移动到比交点2的波长长的位置之后关闭加热器，由此，能够使环谐振波长稳定在交点3上。此时，入射光波长相对于透射频谱位于图10的“CW光波长”所示的位置。可知，谐振波长被锁定在能够在图10的黑圆点所示的两点之间进行调制的波长。
图12表示针对混合存在突发关断状态和突发打开状态的突发信号的动作。即使是始终为Vlow的状态(突发关断状态)和Vlow、Vhigh随机切换的状态(突发打开状态)混合存在的突发信号，也能够将环谐振波长持续锁定在入射光(被调制的光)。在图12中，作为一例表示突发大力状态的标记率为50％的情况。
突发关断状态的发热量曲线与直线的交点、和突发打开状态的发热量曲线与直线的交点不同，因此，将相当于突发打开状态的交点2、3的突发关断状态的交点记为2'、3'。在突发打开状态下环谐振波长被锁定在交点3(与图11相同的状态)时，如果切换到突发关断状态，则交点3变成不稳定状态。但是，由于交点3与交点2'相比位于长波长侧，所以最后稳定在交点3'上。当在交点3'稳定的状态下切换到突发打开状态时，交点3'变成不稳定状态。但是，由于交点3'与交点2相比位于长波长侧，所以稳定在交点3上。这样，在突发打开状态与突发关断状态切换时，环谐振波长在交点3和3'之间漂移。因为该漂移，所以不会脱离锁定状态，如果变成突发打开状态则能够返回交点3。
图13表示作为图5的变形例的环形调制器(光半导体元件)10A。在图13中，p型半导体区域和n型半导体区域与图5的结构相反。环形波导13的外侧是p型半导体层14。在p型半导体层14中，掺杂有p型杂质的蛇形波导25包围环形波导13而形成。环形波导13的内侧是n型半导体区域26。电极17与p型半导体层24电连接，电极18与n型半导体层26电连接。
根据该结构，在谐振波长附近的光入射到环形波导13时，谐振光的一部分被导入蛇形波导25，从而被杂质吸收而发热。环形波导13被蛇形波导25的发出的热量所加热，进而使环谐振波长与入射光(被调制的光)的波长匹配。
实施例2
图14表示实施例2的环形调制器10B。环形调制器10B具有蛇形波导35。蛇形波导35是用金属膜37覆盖了纯半导体(i－Si)的核心区域的波导。金属膜37是吸收光的蛇形波导35的上部覆盖膜并且同时作为调制用的电极37来发挥作用。为此，金属膜37还覆盖与环形波导13的内侧的p型半导体层16邻接的n型半导体层14。环形波导13的内侧的p型半导体层16被金属膜38覆盖。
在该结构中，也能够将蛇形波导35的金属膜37利用为调制电极，因此，能够增大电极图案，使得电极加工变容易。即使更换n型半导体层和p型半导体层的配置也能得到同样的效果。
实施例3
图15表示实施例3的环形调制器10C。环形调制器10C具备用于加热环谐振器(环形波导)13的加热器41。加热器41在环形波导13的上方形成例如Ti薄膜，通过加工成规定的形状而形成。经由未图示的电极使电流流到加热器41，由此，产生焦耳热而作为加热器起作用。除了Ti之外，还能使用W、Pt、掺杂的Si等作为加热器41。如果是能够形成稳定的高阻膜的材料，则不限于这些材料。
实施例4
图16－18表示实施例4的环形调制器10D的构成例。在图16中，在环形调制器10D中，蛇形波导15具有从环形调制器10D的中心呈放射状扩展的形状。如果将蛇形波导15取足够长且能够基于发热有效地提高环形波导13的温度，则蛇形波导15的配置形状可以是任意形状。
在图17的变形例中，在蛇形波导15的途中设置有分支55。通过设置分支55，增加了将蛇形波导15的发热强的区域(因传播而导致的光强度的降低少的区域)靠近环形波导13而配置的自由度。
在图18的变形例中，配置有多个蛇形波导15a、15b。随着光沿蛇形波导15的光传播方向前进，发热量有可能降低。通过配置多个蛇形波导15a、15b，将高发热部配置在环形波导13附近就变得容易。由此，就能够提高波导13的温度上升效率。
实施例5
图19A以及图19B是将环形调制器10的环谐振波长锁定在被调制的光(入射光)的波长为止的控制流程。在图19A的步骤S101的初始状态下，施加在加热器的电压(Vheater)和入射光功率(Plight)这二者都为零。在步骤103中加热器开始工作，在步骤S105中光源开始工作。在步骤S107中结束加热器的工作，在步骤S109中开始调制工作。
在图19B中，在步骤S201的初始状态之后，在步骤203光源开始工作，在步骤S205加热器开始工作。在步骤S207结束加热器的工作，在步骤S209开始调制工作。
在图19A和图19B的任意一个控制流程中，在使光源和加热器这两者工作之后关闭加热器，由此，实现波长的锁定。初始状态下的环谐振波长被设定为比从光源射出的被调制光的波长短的波长。初始状态下的环谐振波长根据制作精度或温度而产生偏差，因此，考虑到这一点设定成，即使偏离到最长波长的情况下也比被调制光波长短。工作时的加热器电压Vheater,on设定为，即使初始状态下的环谐振波长偏离到最短波长，在加热器工作时也比被调制光波长长。
通过这样的控制，能够在调制工作之前将环形调制器的温度暂时提高到比图8的交点3更高的温度，之后关闭加热器而转移到自行的谐振波长控制。
实施例6
图20是级联连接N个实施例1的环形调制器10的图。环形调制器101～10N分别具有环谐振器和与环谐振器邻接配置的具有光吸收能力的蛇形波导。环形调制器101～10N的环状循环光路长度相互不同，且以λ1'、λ2'、…、λN'的不同波长作为谐振波长。在直线波导输入部上连接有具有λ1、λ2、…、λN的振荡波长的多波长光源71。
在图21的初始状态(1)下，多波长光源71的各波长λ1、λ2、…、λN被设定成比初始状态下对应的环形调制器101～10N的谐振波长λ1'、λ2'、…、λN'长。
如图21的状态(2)所示，λ1'、λ2'、…、λN'被设定成在环形调制器101～10N的未图示的加热器工作时比λ1、λ2、…、λN长的波长。在该结构下，按照图19A以及图19B所示的流程进行控制。由此，如图21的状态(3)所示，使环形调制器101～10N的谐振波长λ1'、λ2'、…、λN'锁定在分别适于调制光源波长λ1、λ2、…、λN的波长，由此能够进行调制。在图20的结构中，虽然环形调制器101～10N的谐振波长是从输入侧(光源侧)向输出侧的长波长，谐振波长的排列顺序不限于此，也可以不特别规定顺序。此外，可以替代级联连接实施例1的环形调制器10，而级联连接实施例2～4的环形调制器。
在图21中，假定了在使加热器工作时环谐振波长仅横穿光源波长的一个的加热器电压，但是也可以是横穿两个以上的光源波长的加热器电压。
通过实施方式的结构，即使是在具有强谐振的高调制效率的环形调制器中，也能够允许在宽的波长范围内的入射光和环谐振器的波长偏差。此外，就不需要在调制工作时占调制器耗电力的一大半的加热器耗电力，有助于降低收发器的耗电力。此外，能够在波长控制中省略监视器PD和反馈控制电路，就能够实现低成本化、小型化。
工业上的应用领域
本发明能够应用于利用环谐振器进行光调制的光通信领域。
附图标记
10，10A～10F 环形调制器(光半导体元件)
13 环形波导
14 n型半导体层
15、25、35 蛇形波导
16 p型半导体层
17、18 电压施加电极
27 直线波导(输入输出波导)
37、38 金属膜
41 加热器
Claims (10)
1.一种光半导体元件，其特征在于，
具有：
环形波导，以及
蛇形波导，与所述环形波导光学连接且蜿蜒延伸而包围所述环形波导的至少一部分；
所述蛇形波导吸收从所述环形波导导入至所述蛇形波导的入射光，来对所述环形波导进行加热。
2.根据权利要求1所述的光半导体元件，其特征在于，所述蛇形波导是被掺杂的波导。
3.根据权利要求2所述的光半导体元件，其特征在于，
还具有：
第一导电型半导体层，位于所述环形波导外侧；以及
第二导电型半导体层，位于所述环形波导内侧，
所述蛇形波导形成在所述第一导电型半导体层。
4.根据权利要求3所述的光半导体元件，其特征在于，还具有：分别与所述第一导电型半导体层和所述第二导电型半导体层电连接的一对电极。
5.根据权利要求1所述的光半导体元件，其特征在于，所述蛇形波导是非掺杂的硅波导，所述硅波导被第一金属膜所覆盖。
6.根据权利要求5所述的光半导体元件，其特征在于，所述第一金属膜在覆盖所述硅波导的同时，覆盖位于所述蛇形波导和所述环形波导之间的第一导电型半导体层。
7.根据权利要求6所述的光半导体元件，其特征在于，
还具有：
第二导电型半导体层，位于所述环形波导的内侧；以及
第二金属膜，覆盖所述第二导电型半导体层。
8.根据权利要求1所述的光半导体元件，其特征在于，还具有：对所述环形波导进行加热的加热器。
9.一种光半导体元件，其特征在于，
具有：
多个环谐振器，相互之间的循环光路长度不同；以及
蛇形波导，针对多个所述环谐振器的每个分别设置有所述蛇形波导，与对应的所述环谐振器光学连接且包围对应的所述环谐振器的至少一部分；
在将不同波长的入射光导入各所述环谐振器时，所述蛇形波导吸收从对应的环谐振器导入的所述入射光，来对所述对应的环谐振器进行加热。
10.一种光调制器的控制方法，其特征在于，
对光半导体元件供给入射光，所述光半导体元件具有环形波导和蛇形波导，所述蛇形波导与所述环状谐振器光学连接且蜿蜒延伸而包围所述环状谐振器的至少一部分，
对所述光半导体元件进行加热使其上升到第一温度，
在停止所述加热之后，对所述光半导体元件施加电压，由此开始对所述入射光进行调制，
在所述调制中，所述入射光的一部分被导入至所述蛇形波导而被吸收，利用来自所述蛇形波导的热量来对所述环谐振器进行加热，由此利用比所述第一温度低的第二温度来将所述环谐振器的谐振波长固定在所述入射光的波长。
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106483073A (zh) * | 2015-08-28 | 2017-03-08 | 原子能和替代能源委员会 | 热流传感器、气体传感器及相应的测量系统 |
| CN107275919A (zh) * | 2016-02-08 | 2017-10-20 | 拉诺沃斯公司 | 使用自加热稳定性调谐环形谐振器的装置和方法 |
| CN112230448A (zh) * | 2020-10-15 | 2021-01-15 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 微环电光调制器及其制备方法 |
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Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US9983420B2 (en) * | 2013-12-09 | 2018-05-29 | Oracle International Corporation | Wavelength-locking a ring-resonator modulator |
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| JP2017146364A (ja) * | 2016-02-15 | 2017-08-24 | 富士通株式会社 | 光半導体装置及び光半導体モジュール |
| US10181898B2 (en) * | 2016-04-27 | 2019-01-15 | Hewlett Packard Enterprise Development Lp | Optical memory gates |
| US10247676B1 (en) * | 2016-06-17 | 2019-04-02 | National Technology & Engineering Solutions Of Sandia, Llc | Optical microresonator device with thermal isolation |
| US10651933B1 (en) * | 2019-05-23 | 2020-05-12 | Xilinx, Inc. | Thermal calibration of a ring modulator |
| US11424175B2 (en) * | 2019-12-11 | 2022-08-23 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Semiconductor device with heating structure |
| WO2021216196A1 (en) * | 2020-04-23 | 2021-10-28 | Massachusetts Institute Of Technology | Optical devices with phase-change materials |
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Family Cites Families (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2501484B2 (ja) * | 1990-08-13 | 1996-05-29 | 日本電信電話株式会社 | 波長安定化レ―ザ装置 |
| JP2713358B2 (ja) | 1995-01-13 | 1998-02-16 | 岡山大学長 | ピルボックス型光共振器の波長選択フィルタ |
| JP2003337236A (ja) * | 2002-05-17 | 2003-11-28 | Nec Corp | 光リング共振器、光導波路デバイスならびに光リング共振器の製造方法 |
| JP4945907B2 (ja) * | 2005-03-03 | 2012-06-06 | 日本電気株式会社 | 波長可変レーザ |
| JP2006278769A (ja) * | 2005-03-29 | 2006-10-12 | Nec Corp | 波長可変レーザ |
| JP2006278770A (ja) * | 2005-03-29 | 2006-10-12 | Nec Corp | 波長可変レーザ |
| WO2007029647A1 (ja) * | 2005-09-06 | 2007-03-15 | Nec Corporation | 波長可変フィルタおよび波長可変レーザ |
| JP2007271704A (ja) * | 2006-03-30 | 2007-10-18 | Nec Corp | 可変光制御デバイス及び可変光制御方法 |
| CN100445785C (zh) * | 2007-01-05 | 2008-12-24 | 东南大学 | 有机聚合物光波导谐振环 |
| US7667200B1 (en) * | 2007-12-05 | 2010-02-23 | Sandia Corporation | Thermal microphotonic sensor and sensor array |
| US20090169149A1 (en) * | 2007-12-27 | 2009-07-02 | Bruce Andrew Block | Stabilized ring resonator modulator |
| JPWO2009119284A1 (ja) * | 2008-03-26 | 2011-07-21 | 日本電気株式会社 | 波長可変レーザ装置並びにその制御方法及び制御プログラム |
| US7941014B1 (en) * | 2008-04-09 | 2011-05-10 | Sandia Corporation | Optical waveguide device with an adiabatically-varying width |
| JP2009278015A (ja) * | 2008-05-16 | 2009-11-26 | Nec Corp | 平面光波回路及びこれを備えた波長可変レーザ装置 |
| JP5206187B2 (ja) * | 2008-07-15 | 2013-06-12 | 富士通株式会社 | 光半導体装置 |
| CN102338940B (zh) * | 2011-08-31 | 2014-01-29 | 清华大学 | 基于环腔的电吸收调制器 |
| WO2013130134A1 (en) * | 2012-03-02 | 2013-09-06 | Purdue Research Foundation | Passive optical diode on semiconductor substrate |
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2014
- 2014-09-10 US US14/482,337 patent/US9261716B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106483073A (zh) * | 2015-08-28 | 2017-03-08 | 原子能和替代能源委员会 | 热流传感器、气体传感器及相应的测量系统 |
| CN106483073B (zh) * | 2015-08-28 | 2021-05-07 | 原子能和替代能源委员会 | 热流传感器、气体传感器及相应的测量系统 |
| CN107275919A (zh) * | 2016-02-08 | 2017-10-20 | 拉诺沃斯公司 | 使用自加热稳定性调谐环形谐振器的装置和方法 |
| CN107275919B (zh) * | 2016-02-08 | 2019-10-18 | 拉诺沃斯公司 | 使用自加热稳定性调谐环形谐振器的装置和方法 |
| TWI787628B (zh) * | 2020-03-17 | 2022-12-21 | 台灣積體電路製造股份有限公司 | 調製器裝置及其形成方法 |
| CN112230448A (zh) * | 2020-10-15 | 2021-01-15 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 微环电光调制器及其制备方法 |
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