CN107003548B - 具有提高的切换效率的光开关 - Google Patents
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Abstract
一种光学装置包括：第一光耦合器(131/231/331)，被配置成接收光信号并且提供第一输出和第二输出；第一光波导(111/211/311)，与第一输出光连通并且被配置成为光信号的第一部分提供第一光路；以及第二光波导(112/212/312)，与第二输出光连通并且被配置成为光信号的第二部分提供第二光路，其中第一光波导(111/211/311)被配置成提供第一光路与第二光路之间的相位差，其中第二光波导(112/212/312)被根据与第一光波导相关联的横向热扩散长度(161/261)进行布置，其中该横向热扩散长度(161/261)是热效应在大约垂直于第一光路的方向上的扩展距离。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求于2015年2月24日提交的第14/630,093号美国常规申请的优先权。
背景技术
光网络是将信息作为光信号进行传送的数据通信网络。光网络回路可以由多个光学装置和/或部件例如光纤、光开关、光开关矩阵、光耦合器和/或光放大器构成。光开关是使得光纤和/或光网络回路中的光信号能够选择性地从一个回路切换和/或路由至另一回路的光学部件。光开关矩阵是使得多个输入光纤能够同时选择性地连接至多个输出光纤的光学部件。
硅光子技术可以是指将硅用作光学装置的光介质的应用。近来，硅光子装置在研究和工业中受到了关注，这是因为硅光子装置可以通过采用标准商业制造工艺(例如互补式金属氧化物半导体(complementary metal-oxide-semiconductor，CMOS)制造工艺)来制造并且可以在单个集成电路上提供电子-光子集成。硅纳米线光波导可以为制造用于光通信的光子部件和/或装置提供合适的平台。基于硅的光学装置的一些示例可以包括光调制器、光发射器、相干接收器、光开关、光开关矩阵和/或光交叉连接件。
发明内容
在一个实施方式中，本公开内容包括一种光学装置，该光学装置包括：第一光耦合器，该第一光耦合器被配置成接收光信号并且提供第一输出和第二输出；第一光波导，该第一光波导与第一输出光连通并且该第一光波导被配置成为光信号的第一部分提供第一光路；以及第二光波导，该第二光波导与第二输出光连通并且该第二光波导被配置成为光信号的第二部分提供第二光路，其中，至少第一光波导被配置成提供第一光路与第二光路之间的相位差，其中，第二光波导被布置在与第一光波导相关联的横向热扩散长度内，以及其中，该横向热扩散长度是热效应在大约垂直于第一光路的方向上的扩展距离。
一种方法包括：将第一光波导耦接至分光器，以为从光信号分出的第一部分的光提供第一光路，其中，第一光波导掺杂有掺杂物以引起在电场下自由载流子的注入，以及其中，自由载流子的注入与在沿大约垂直于第一光路的方向上的横向热扩散长度内扩展的热效应相关联；将第二光波导耦接至分光器，以为从光信号分出的第二部分的光提供第二光路；以及将第二光波导布置成使得第二光波导与第一光波导大约平行并且分隔开基于横向热扩散长度的距离。
在又一实施方式中，本公开内容包括一种光学装置，该光学装置包括：第一光耦合器，该第一光耦合器被配置成接收光信号并且提供第一输出和第二输出；第一光波导，该第一光波导与第一输出光连通并且该第一光波导被配置成为光信号的第一部分提供第一光路；以及第二光波导，该第二光波导与第二输出光连通并且该第二光波导被配置成为光信号的第二部分提供第二光路，其中，第一光波导掺杂有掺杂物以提供第一光路与第二光路之间的相位差，以及其中，第一光波导和第二光波导还被配置成共同沿第一方向延伸并且然后彼此不相交地转向与第一方向相反的第二方向。
根据以下结合附图和所附权利要求书进行的详细描述，将会更清楚地理解这些特征和其他特征。
附图说明
为了更透彻地理解本公开内容，现在参考下文结合附图进行的简要描述以及具体实施方式，其中，相同的附图标记表示相同的部件。
图1是实施方式的马赫-曾德尔干涉仪(Mach Zehnder Interferometer，MZI)光开关的示意图。
图2是实施方式的根据横向热扩散长度所配置的MZI光开关的示意图。
图3是实施方式的以折叠式结构所配置的MZI光开关的示意图。
图4是实施方式的正-本-负(positive-intrinsic-negative，p-i-n)硅波导相位调制器的横截面视图。
图5是实施方式的根据横向热扩散长度所配置的MZI光开关的横截面视图。
图6是示出实施方式的在p-i-n硅波导相位调制器的横截面区域处的温度分布图的图。
图7是示出实施方式的MZI光开关的与波导布局有关的温度分布图的曲线图。
图8是示出实施方式的MZI光开关的与折叠式波导结构有关的温度分布图的曲线图。
图9是实施方式的用于配置MZI光开关的方法的流程图。
具体实施方式
首先应当理解，尽管下文提供一种或更多种实施方式的说明性实现，但所公开的系统和/或方法可以使用任何数目的技术来实现，无论所述技术是否为当前已知或现有的。本公开内容决不应当限于下文所说明的包括本文所说明并描述的示例性设计和实现在内的说明性实现、附图和技术，而是可以在所附权利要求书的范围以及其等同方式的全部范围内修改。
实现基于硅的光相位调制器的一个方法可以基于在硅中的等离子体扩散效应。等离子体扩散效应可以是指自由载流子密度对硅折射率的作用，其中，载流子密度的变化可以改变硅折射率。可以经由载流子注入或载流子消耗来改变和/或控制自由载流子密度，其中，载流子注入可以(例如通过使p-i-n结正向偏置)将自由载流子注入至半导体材料中，以及载流子消耗可以(例如通过使p-i-n结反向偏置)从半导体材料中移除带电载流子。
硅光波导的折射率可以确定当光信号进入光波导时光信号的入射角或(例如弯曲的或折射的)光路，以及可以确定当光信号在波导中传播时光信号的相位速度。因此，折射率的变化可以引起光信号的相移。
可以由一对硅光波导来构造干涉仪，其中，可以(例如通过改变自由载流子密度)改变光波导中的一个光波导或者这两个光波导的折射率，以生成这对光波导之间的相位差。取决于相位差，从波导输出的光信号可以更有效地重新合并(例如相长干涉)、更低效地重新合并或者完全不重新合并(例如相消干涉)。因此，可以根据光信号的这样的相长的重新合并和/或相消的重新合并来构建光开关，以提供用于在光网络回路之间切换光信号的接通状态和/或断开状态。干涉仪的一些示例可以包括MZI和/或迈克尔逊干涉仪。
图1是实施方式的MZI光开关100的示意图。开关100可以包括输入波导111和112、输出波导121和122、第一光耦合器131、第二光耦合器132以及光延迟部140。可以如所示的那样或者以任何其他合适的方式来布置各部件。光延迟部140可以包括有源波导141、无源波导142以及移相器150。
输入波导111和112以及输出波导121和122可以是被配置成沿光路对光信号进行定向和引导的任何光学装置和/或部件。例如，输入波导111和112以及输出波导121和122可以是光纤、光波导和/或硅纳米线光波导。
第一光耦合器131可以是被配置成将光信号分成第一部分和第二部分的任何光学装置和/或部件。例如，第一光耦合器131可以是功率分配器，其将输入信号分成各自包括基本上相似的功率的两个部分。第一光耦合器131可以耦接至输入波导111和112。具体地，第一光耦合器131可以经由输入波导111和112中的每个输入波导来接收光信号并且可以将所接收的每个光信号分成第一部分和第二部分。第一光耦合器131可以耦接至光延迟部140，并且可以将所接收的光信号的第一部分传送至有源波导141以及将所接收的光信号的第二部分传送至无源波导142。
光延迟部140可以被配置成提供在有源波导141中行进的光信号与在无源波导142中行进的光信号之间的光路差。有源波导141和无源波导142可以与输入波导111和112以及/或者输出波导121和122基本上相似。然而，有源波导141可以耦接至移相器150，以提供有源波导141中的光路与无源波导142中的光路之间的相位差或相对相位差。光延迟部140可以耦接至第二光耦合器132。第二光耦合器132可以与第一光耦合器131基本上相似，但是第二光耦合器132可以被配置成将通过有源波导141传播的光信号与通过无源波导142传播的光信号进行重新合并，而非如在第一光耦合器131中那样对光信号进行分光。
应当注意，因为有源波导141与无源波导142之间的干涉可以影响光信号在第二光耦合器132处的重新合并，所以可以将有源波导141和无源波导142称为干涉仪臂(例如MZI臂或迈克尔逊干涉仪臂)。干涉可以包括可使有源波导141中的光路以及无源波导142中的光路改变的任何变化(例如长度、温度、折射率、相位、强度和/或延迟)。
在光延迟部140中，移相器150可以通过向有源波导141中的光路引入相移来提供有源波导141与无源波导142之间的相位差。相位差可以确定光信号在第二光耦合器132处的重新合并，并且因此可以控制在输出波导121和122处的输出。例如，当在有源波导141中行进的光信号以及在无源波导142中行进的光信号包括基本上相同的相位(例如引起相长的重新合并)时，从输入波导111接收的光信号可以被导向至输出波导122并且从输入波导112接收的光信号可以被导向至输出波导121。然而，当在有源波导141中行进的光信号以及在无源波导142中行进的光信号包括大约180度的相位差(例如引起相消的重新合并)时，从输入波导111接收的光信号可以被导向至输出波导121并且从输入波导112接收的光信号可以被导向至输出波导122。如此，开关100可以控制移相器150，以提供用于输入光信号的接通状态或断开状态。
移相器150可以通过载流子注入(例如使p-i-n结正向偏置)来向有源波导141中的光路引入相移。如下文更透彻地讨论的，当在硅中掺杂有掺杂物时，自由载流子可以在电场(例如所施加的电压)下被注入至硅中并且可以减小硅折射率。然而，载流子注入可以引入热效应。例如，载流子注入可以升高有源波导141的温度，并且与温度升高相关联的热可以在(例如类似于热源的)有源波导141周围的区域160中扩散以及/或者从有源波导141的侧面放射状地扩散。热扩散可以延伸横向热扩散长度161，例如在大约垂直于有源波导141中的光路的方向上的热扩展距离，在所述横向热扩散长度161处的温度为有源波导141的中心处相对于背景的最大温升的20％。当有源波导141和无源波导142被布置成大约平行并且被分隔开大的距离(例如大约500微米(μm))时，热扩散可能不会到达无源波导142。
由于温度的升高可以增大硅折射率，所以热效应可以阻碍和/或限制载流子注入效应。如此，当开关100通过选择性地调节相移来控制光信号的接通状态和/或断开状态时，热效应可能会减小开关100的切换功率效率。基于MZI光开关的载流子注入的若干设计可以侧重于改进干涉仪臂之间的串扰，从而减少MZI光开关的占用空间和/或总功率消耗，但是可能无法解决由载流子注入引起的热效应。
本文中公开了侧重于提高光开关的切换功率效率的载流子注入MZI光开关。载流子注入MZI光开关可以包括两个干涉仪臂(例如硅光波导)，其中，干涉仪臂中至少之一可以被配置用于载流子注入，使得在这两个干涉仪臂中行进的光信号之间可以产生相位差，以在开关的输出端口处实现相长干涉或者相消干涉。由于载流子注入可以引入阻碍载流子注入效应的热效应，所以可以通过减小这两个干涉仪臂之间的温度差来提高切换功率效率。在一个实施方式中，两个干涉仪臂可以被分隔开与横向热扩散长度相当的距离或者基本上小于横向热扩散长度的距离(例如小于大约10μm)，以使得这两个干涉仪臂之间的温度差可以减小或基本上相等。在另一实施方式中，可以以折叠式结构来配置两个干涉仪臂，以进一步减小温度差。在折叠式结构中，两个干涉仪臂可以共同以大约180度的角度以多个S形弯曲的形式弯曲。可以通过在硅中掺杂有掺杂物例如通过形成正向偏置的p-i-n结来产生载流子注入。可以对基于载流子注入的波导的横截面区域(即掺杂区域、结宽度等)进行优化，以进一步提高切换功率效率。所公开的载流子注入MZI光开关可以用于实现大的开关矩阵，在大的开关矩阵处，功率效率可以是重要的因素。应当注意，本公开内容可以描述在2×2的MZI光开关的情况下的实施方式，但是所公开的机制可以适用于任何其他基于干涉仪的光开关以及任何其他开关布置(例如N×N的开关，其中N为任意正整数)。
图2是实施方式的根据横向热扩散长度所配置的MZI光开关200的示意图。开关200可以包括与开关100基本上相似的结构，但是开关200可以根据与载流子注入相关联的横向热扩散长度进行配置。例如，开关200可以包括输入波导211和212、输出波导221和222、第一光耦合器231、第二光耦合器232以及光延迟部240，光延迟部240包括有源波导241、无源波导242和移相器250。输入波导211和212、输出波导221和222、第一光耦合器231、第二光耦合器232、有源波导241、无源波导242和移相器250可以分别与输入波导111和112、输出波导121和122、第一光耦合器131、第二光耦合器132、有源波导141、无源波导142和移相器150基本上相似。然而，光延迟部240中的有源波导241和无源波导242可以被配置成以比开关100的有源波导141与无源波导142之间的分隔距离基本上更近的分隔距离进行布置。
如上所述，载流子注入可以引入相移，但是可以产生阻碍载流子注入效应的热效应。例如，载流子注入可以在沿横向热扩散长度261横向地延展的区域260中引起热效应。当无源波导242被布置在与横向热扩散长度261(例如大约10μm)相当的距离或者基本上小于横向热扩散长度261的距离处时，还可以对无源波导242施加至少一些量的热效应，并且因此，有源波导241与无源波导242可以包括减小的温度差。如此，当与开关100相比较时，开关200可以提供提高的切换功率效率。
应当注意，除了提高的切换功率效率之外，热效应的减小还可以改进切换时间响应。例如，基于载流子注入的开关可以提供纳秒量级的切换时间响应，而热效应响应时间可以为微秒量级。因此，热效应可以限制或增长切换时间响应。如此，可以通过减小热效应来改进切换时间响应。
在一些实施方式中，取代采用一个有源波导，光延迟部240可以通过采用两个有源波导(例如有源波导241以及与另一移相器250耦接的无源波导242)来提供相位差。当两个有源波导被以基本上接近于或小于横向热扩散长度261的距离进行布置时，这样的实施方式可以提供基本上相似的切换功率效率改进。应当注意，横向热扩散长度261可以取决于载流子注入工艺和/或移相器250中的p-i-n结而改变。例如，当横向热扩散长度261被限定为在温度为最大温度的大约20％处的距离时，横向热扩散长度261可以为大约10μm。在一些其他示例中，横向热扩散长度261可以被限定为在温度为相对于背景的最大温升的大约50％处的距离，其中，横向热扩散长度261可以为大约2μm、大约5μm或者大约7μm。
图3是实施方式的以折叠式结构所配置的MZI光开关300的示意图。开关300可以包括输入波导311和312、输出波导321和322、第一光耦合器331、第二光耦合器332以及光延迟部340，光延迟部340包括有源波导341和无源波导342。有源波导341可以耦接至与移相器150和/或移相器250相似的移相器(未示出)。输入波导311和312、输出波导321和322、第一光耦合器331、第二光耦合器332、有源波导341和无源波导342可以分别与输入波导211和212、输出波导221和222、第一光耦合器231、第二光耦合器232、有源波导241和无源波导242基本上相似。然而，光延迟部340中的有源波导341和无源波导342可以被配置成共同以大约180度的角度(例如以S形曲线的形式)弯曲，使得有源波导341和无源波导342可以沿相反的方向延伸。例如，在光延迟部340中，有源波导341和无源波导342可以沿轴从第一光耦合器331的输出端延伸一定距离，彼此不相交地共同沿轴沿相反方向弯曲，并且重复延伸和弯曲，直到有源波导341和无源波导342到达第二光耦合器332为止。如开关300中所示的，光延迟部340可以包括交织图案，其中，有源波导341的(例如彼此相邻的)两个部分与无源波导342的(例如彼此相邻的)两个部分交织。交织图案可以减小有源波导341与无源波导342之间的温度差，并且因此可以提供提高的切换功率效率。
图4是实施方式的p-i-n结硅波导相位调制器400的横截面视图。相位调制器400可以用于载流子注入MZI光开关例如开关100、200和/或300中。相位调制器400可以与(例如配置有移相器150和/或移相器250的)有源波导141、241和/或341基本上相似。在图4中示出了MZI光开关的示意图401，以便为横截面视图提供参考。例如，横截面视图可以对应于沿线402的横截面区域。相位调制器400可以包括被布置在衬底层460(例如硅底板)上的掺杂硅层420。掺杂硅层420可以包括由本征(i)区域422分隔开的正型(p型)掺杂区域421(例如掺杂p型掺杂物)和负型(n型)掺杂区域423(例如掺杂n型掺杂物)，其中，可以在本征(i)区域422中布置有波导(例如有源波导141、241和/或341)，波导包括与包覆层412接合的芯411。
相位调制器400还可以包括(例如由铜(Cu)制成的)金属连接器431和432、(例如由钨(W)制成的)电极441和442以及欧姆接触件451和452(例如镍硅化物(NiSi)或铝)。欧姆接触件451和452可以分别布置在p型掺杂区域421和n型掺杂区域423上。电极441和442可以分别通过欧姆接触件451和452分别垂直地布置在p型掺杂区域421和n型掺杂区域423上。金属连接器431和432可以分别布置在电极441和442上。相位调制器400还可以包括在芯411和包覆层412上所布置的(例如，由氮化硅(Si3N4)制成的)绝缘层470(例如以提高硅的表面质量以及减少光损耗)。
当在金属连接器431和432两端施加电压时，电流可以从金属连接器431流至金属连接器432并且可以使自由载流子(例如电子和空穴)被注入至本征区域422中，在本征区域422中布置有波导芯411和包覆层412。自由载流子的注入可以改变波导芯411的折射率，并且因此使通过波导芯411传播的光信号产生相移。
如上所述，载流子注入工艺可以产生热效应，热效应可以阻碍载流子注入效应，并且因此，当将载流子注入工艺应用于MZI光开关时，可能会减小切换功率效率。提高切换功率效率的一种方法可以是针对导热性来优化p-i-n波导相位调制器400的横截面区域的设计。例如，导热性的提高可以增大由载流子注入引起的热效应的横向热扩散长度，并且因此可以减小有源波导(例如有源波导141、241和/或341)与无源波导(例如无源波导142、242和/或342)之间的温度差。
在一个实施方式中，可以对相位调制器400应用热底切工艺，以提高导热性。热底切工艺可以是指下述工艺：在衬底层460中打孔以及/或者(例如通过湿法蚀刻)移除衬底层460的一部分，使得可以在波导(例如芯411和/或包覆层412)与衬底层460之间形成空气腔，以使得波导与衬底热绝缘，并且因此可以有效地增大横向热扩散长度。在另一实施方式中，可以减小掺杂区域421和/或423中的掺杂物的浓度以提高导热性，并且因此增大横向热扩散长度。在又一实施方式中，可以在掺杂区域421和/或423中掺杂具有多种浓度的掺杂物，以提高导热性以及保持最小光损耗，其中，提高的导热性可以增大横向热扩散长度。例如，在掺杂区域421和/或423的大约中心处掺杂物可以具有较高浓度，而在朝向掺杂区域421和/或423的(例如与波导包覆层412接触的)边缘处掺杂物具有较低浓度。
图5是实施方式的根据横向热扩散长度被配置的MZI光开关500的横截面视图。在图5中示出了开关500的示意图501，以便为横截面视图提供参考。例如，横截面视图可以对应于沿线502的横截面区域。开关500可以与开关200基本上相似。开关500可以包括与有源波导241相似的有源波导541以及与无源波导242相似的无源波导542，有源波导541和无源波导542被布置在与衬底层460相似的衬底层560上。有源波导541可以被布置在类似于p型掺杂区域421的p型掺杂区域521与类似于n型掺杂区域423的n型掺杂区域523之间，以用于通过采用与以上针对相位调制器400所描述的机制基本上相似的机制进行相位调制。如图5所示，有源波导541和无源波导542可以被分隔开基本上短的距离(例如小于大约10μm)。短的分隔距离可以提供有源波导541与无源波导542之间的基本上小的温度差，并且因此可以提高开关500的切换功率效率。
图6是示出实施方式的在p-i-n结波导相位调制器例如相位调制器400的横截面区域处的温度分布图的图600。横截面区域可以对应于示意图401中沿线402的横截面区域。在图600中，x轴表示横截面区域的以μm为单位的长度(例如水平长度)，y轴表示横截面区域的以μm为单位的长度(例如竖直长度)，以及图600的指标示出了归一化温度(例如从大约0至大约1变化，其中，0对应于背景温度以及1对应于峰值温度)。在图600中，热点610可以表示在有源波导(例如有源波导141、241、341和/或541)处由载流子注入引起而生成的热。如图600所示，可以将热点610处的峰值温度(例如在图6中被示出为最浅的阴影)归一化为大约1的值，并且温度可以随着距热点610的距离的增大而逐渐减小(例如在图6中被示出为逐渐变暗的阴影)。如上所述，因为热效应可以阻碍载流子效应，所以由载流子注入引起的热效应可能会减小MZI光开关(例如开关200)的切换功率效率。如此，通过将两个干涉仪臂布置在MZI光开关中的基本上接近于横向热扩散长度的距离处，可以减小两个干涉仪臂之间的温度差，并且因此可以提高切换功率效率。
图7是示出实施方式的MZI光开关例如开关100和/或开关200的与波导布局720和730有关的温度分布图的曲线图700。在布局720中，无源波导722(例如无源波导142和/或242)可以与有源波导721(例如有源波导141和/或241)分隔开基本上大的距离(例如数百μm)。在自由载流子注入期间，有源波导721可以在有源波导721的大约中心处产生峰值温度。
在布局730中，无源波导732可以被布置在基本上接近于有源波导731的距离(例如小于大约10μm)处。无源波导732和有源波导731可以分别与无源波导722和有源波导721基本上相似。在自由载流子注入期间，有源波导731可以在有源波导731的大约中心处产生峰值温度，其中，有源波导731处的峰值温度可以与有源波导721处的峰值温度基本上相似。
在曲线图700中，x轴表示距有源波导721和/或731的中心的以μm为单位的(例如跨线723和/或733的)横向距离，以及y轴表示(例如从大约0至大约1变化的)归一化温度。曲线710可以表示从有源波导721和/或731的中心横向地延伸的归一化温度。例如，沿x轴在0μm处的距离可以对应于有源波导721和/或731的中心，在该中心处，由于自由载流子注入而产生峰值温度。如可以看到的，曲线710示出的温度趋势可以与图600基本上相似，其中，温度可以随着与有源波导721和/或731的中心相距的距离逐渐增大而逐渐减小。如此，布局720中的无源波导722可以不经受由有源波导721处的载流子注入引起的热效应中的任何热效应，并且因此，有源波导721与无源波导722之间的温度差可能大。然而，由于波导731与波导732之间的分隔距离基本上较小，所以布局730中的波导731与波导732之间的温度差可以显著较小(例如减小大约百分之(％)40)。如上所述，由载流子注入引起的温度差可以使载流子注入效应抵消。如此，当与布局720相比较时，布局730可以提供提高的切换功率效率。
图8是示出实施方式的MZI光开关例如开关300的与折叠式波导结构有关的温度分布图的曲线图800。在图8中示出了MZI光开关的示意图801和横截面视图804，以便为曲线图800提供参考。在示意图801中，MZI光开关可以包括按照与开关300相似的折叠式结构所配置的有源波导841和无源波导842。横截面视图804可以对应于沿线802的横截面区域。例如，波导部分831和834可以对应于有源波导841的沿线802的部分；以及波导部分832和833可以对应于无源波导842的沿线802的部分。
在曲线图800中，x轴表示横截面视图804中示出的跨横截面区域的以μm为单位的距离，以及y轴表示归一化温度。曲线810可以表示跨横截面区域804的温度。曲线810的例如在点811和点812处的峰可以对应于有源波导841的波导部分831和834。曲线810的例如在点813处的谷可以对应于无源波导842的波导部分832和833。在与以上针对曲线图700所描述的布局720相比较时可以看出，当有源波导841和无源波导842以折叠式结构被配置时，有源波导841与无源波导842之间的温度差可以减小大约50％。如此，包括折叠式结构的MZI光开关可以提高切换功率效率。
图9是实施方式的用于配置MZI光开关例如开关200和/或开关300的方法900的流程图。可以在设计和/或制造开关200和/或开关300时实现方法900。在步骤910处，方法900可以提供将光信号分成第一部分和第二部分的分光器(例如第一光耦合器131、231和/或331)。在步骤920处，方法900可以将第一光波导(例如有源波导141、241和/或341)耦接至分光器，以为第二光信号提供第一光路。第一光波导可以在第一光波导的两侧掺杂有掺杂物(例如p型掺杂物和n型掺杂物)，其中，掺杂物可以在电场或所施加的电压下引起自由载流子的注入。自由载流子的注入又可以产生横向热效应，横向热效应沿大约垂直于第一光路的方向在横向热扩散长度内扩散。
在步骤930处，方法900可以将第二光波导(例如无源波导142、242和/或342)耦接至分光器，以为第三光信号提供第二光路。
在步骤940处，方法900可以将第一光波导和第二光波导布置成使得可以减小由载流子注入引起的热效应。例如，可以将第一光波导和第二光波导布置成大约平行并且分隔开一定距离，所述距离基本上接近于或小于由载流子注入引起的热效应的横向热扩散长度。可替选地或此外，可以按照与光延迟部340的折叠式结构基本上相似的折叠式结构来配置第一光波导和第二光波导。
在步骤950处，方法900可以将第一光波导和第二光波导耦接至合光器(例如第二光耦合器132、232和/或332)。例如，可以将第一光波导和第二光波导布置在分光器与合光器之间。
虽然本公开内容中已提供若干实施方式，但应理解，在不脱离本公开内容的精神或范围的情况下，所公开的系统和方法可以以许多其他特定形式来体现。本示例应被视为说明性而非限制性的，且本发明并不限于本文中所给出的细节。例如，各种元件或部件可以被组合或合并在另一系统中，或者某些特征可以省略或不被实施。
此外，在不脱离本公开内容的范围的情况下，各种实施方式中描述和说明为离散或单独的技术、系统、子系统和方法可以与其他系统、模块、技术或方法进行组合或合并。展示或论述为彼此耦接或直接耦接或通信的其他项可以采用电方式、机械方式或其他方式通过某种接口、装置或中间部件间接地耦接或通信。在不脱离本文所公开的精神和范围的情况下，可以由本领域技术人员得出并且可以作出变化、替代和改变的其他示例。
Claims (16)
1.一种光学装置，包括：
第一光耦合器，所述第一光耦合器被配置成接收光信号并且提供第一输出和第二输出；
第一光波导，所述第一光波导与所述第一输出光连通并且所述第一光波导被配置成为所述光信号的第一部分提供第一光路；以及
第二光波导，所述第二光波导与所述第二输出光连通并且所述第二光波导被配置成为所述光信号的第二部分提供第二光路，
其中，至少所述第一光波导被配置成提供所述第一光路与所述第二光路之间的相位差，
其中，所述第二光波导被布置在与所述第一光波导相关联的横向热扩散长度内，
其中，所述横向热扩散长度是热效应在垂直于所述第一光路的方向上的扩展距离，
其中，所述第一光波导由硅材料制成，其中，为了提供所述相位差，所述第一光波导掺杂有掺杂物以引起自由载流子向所述硅材料中的注入，以及其中，所述自由载流子的注入引起所述热效应，以及
其中，所述第一光波导被布置在硅衬底层上，所述硅衬底层的一部分被移除以在所述第一光波导与所述硅衬底层之间形成空气腔，将所述第一光波导与所述硅衬底层热绝缘。
2.根据权利要求1所述的光学装置，其中，所述掺杂物被布置在由所述第一光波导分隔开的两个区域中，以及其中，当所述两个区域中的至少一个区域内的所述掺杂物的浓度减小时，所述横向热扩散长度增大。
3.根据权利要求1所述的光学装置，其中，所述掺杂物被布置在由所述第一光波导分隔开的两个区域中，以及其中，当所述两个区域中的至少一个区域内的所述掺杂物的浓度在朝向所述第一光波导的方向上减小时，所述横向热扩散长度增大。
4.根据权利要求1所述的光学装置，其中，所述第一光波导与所述第二光波导之间的距离小于10微米(μm)。
5.根据权利要求1所述的光学装置，还包括第二光耦合器，所述第二光耦合器与所述第一光波导和所述第二光波导光连通，其中，所述第一光波导和所述第二光波导被布置在所述第一光耦合器与所述第二光耦合器之间，以及其中，所述光学装置是N×N的光开关。
6.根据权利要求1所述的光学装置，其中，所述第一光波导和所述第二光波导还被配置成：
共同沿第一方向延伸；以及
彼此不相交地共同转向与所述第一方向相反的第二方向。
7.根据权利要求1所述的光学装置，其中，所述光学装置是马赫-曾德尔干涉仪。
8.根据权利要求1所述的光学装置，其中，所述光学装置是迈克尔逊干涉仪。
9.根据权利要求6所述的光学装置，其中，所述第一光波导包括被布置成彼此平行的第一部分和第二部分，以及其中，所述第二光波导包括被布置成彼此平行的第一部分和第二部分。
10.根据权利要求6所述的光学装置，其中，所述第一光波导被布置在距所述第二光波导的一定距离处，以及其中，所述距离小于与所述第一光波导相关联的横向热扩散长度。
11.根据权利要求6所述的光学装置，还包括第二光耦合器，所述第二光耦合器与所述第一光波导和所述第二光波导光连通，其中，所述第一光波导和所述第二光波导被布置在所述第一光耦合器与所述第二光耦合器之间，以及其中，所述第二光耦合器被配置成：
将所述光信号的所述第一部分与所述第二部分进行合并，以提供当所述相位差为零度时的第三输出；以及
将所述光信号的所述第一部分与所述第二部分进行合并，以提供当所述相位差为180度时的第四输出。
12.一种方法，包括：
将第一光波导耦接至分光器，以为从光信号分出的第一部分的光提供第一光路，其中，所述第一光波导掺杂有掺杂物以引起在电场下自由载流子的注入，以及其中，所述自由载流子的注入与在沿垂直于所述第一光路的方向上的横向热扩展长度内扩展的热效应相关联；
将第二光波导耦接至所述分光器，以为从所述光信号分出的第二部分的光提供第二光路；以及
将所述第二光波导布置成使得所述第二光波导与所述第一光波导平行并且分隔开不大于所述横向热扩散长度的距离，
其中，所述第一光波导被布置在硅衬底层上，所述硅衬底层的一部分被移除以在所述第一光波导与所述硅衬底层之间形成空气腔，将所述第一光波导与所述硅衬底层热绝缘。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述距离小于所述横向热扩散长度。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，所述距离小于10微米。
15.根据权利要求12所述的方法，还包括：
使所述第一光波导和所述第二光波导共同沿第一方向延伸；以及
使所述第一光波导和所述第二光波导彼此不相交地共同转向相对于所述第一方向成180度的第二方向。
16.根据权利要求12所述的方法，还包括：将所述第一光波导和所述第二光波导耦接至合光器，使得所述第一光波导和所述第二光波导被布置在所述分光器与所述合光器之间。
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