CN107111168A

CN107111168A - 电光调制器端接

Info

Publication number: CN107111168A
Application number: CN201580067449.2A
Authority: CN
Inventors: 唐纳德·本杰明·亚当斯; 西恩·P·安德森; 马克·安德鲁·韦伯斯特; 马修·特拉韦尔索
Original assignee: Cisco Technology Inc
Current assignee: Cisco Technology Inc
Priority date: 2014-12-12
Filing date: 2015-12-11
Publication date: 2017-08-29
Anticipated expiration: 2035-12-11
Also published as: CN107111168B; EP3230793A1; WO2016094808A1; US20160170241A1; EP3230793B1; US9575337B2

Abstract

在本公开中呈现的实施例大体上涉及包括一个或多个调制器部分和端接器部分的电光设备。每个调制器部分被沿着光信号的传播路径布置，并且包括相应的第一掺杂区域和一个或多个耦接的第一电触头。每个调制器部分操作以通过使用施加到电触头的第一电信号来调制穿过第一掺杂区域传播的光信号。端接器部分被沿着传播路径设置并邻近于至少一个调制器部分，并且可操作以减轻对传播的光信号的衰颓影响。

Description

电光调制器端接

技术领域

在本公开中呈现的实施例一般涉及光调制，更具体地，涉及电光调制器端接。

背景技术

许多电光设备开发自由载流子色散效应来改变折射率的实部和虚部。使用这种开发是因为无应变的纯晶体硅不呈现线性电光(泡克耳斯(Pockels))效应，并且由弗朗兹-凯尔迪什(Franz-Keldysh)效应和克尔(Kerr)效应引起的折射率变化非常弱。在诸如马赫-曾德调制器、基于全内反射(TIR)的结构、交叉开关、Y开关、环形谐振器、法布里-珀罗谐振器之类的光学设备的特定区域中的相位调制可用于调制输出强度。

电光设备中的自由载流子浓度可以通过载流子的注入、累积、消耗或反转来改变。迄今为止所研究的大多数设备具有一些共同特征，例如要求较长的相互作用长度(例如，5-10mm)和高于1kA/cm³的注入电流密度，以便于获得显著的调制深度。

附图说明

为了能够详细地理解本公开的上述特征的方式，可以通过参考实施例对上文简要总结的本公开内容获得更具体的描述，其中一些实施例在附图中示出。然而，应注意的是，附图仅示出了本公开的典型实施例，因此不应将其视为限制其范围，因为本公开可以允许其他同等有效的实施例。

图1示出了根据本文所述的实施例的绝缘体上硅(SOI)电光调制设备的横截面图。

图2示出了根据本文所述的实施例的多段电光调制设备。

图3A示出了根据本文所述的实施例的包括端接器(terminator)部分的电光调制设备。

图3B和3C示出了根据本文所述的实施例的示例性非端接的调制器设备和示例性端接的调制器设备的等效电路图。

图3D示出了根据本文所述的实施例的包括端接器部分的电光调制设备。

图4示出了根据本文所述的实施例的多段电光调制设备的示意图。

图5示出了根据本文所述的实施例的包括端接器部分的电光调制设备的示意图。

图6示出了根据本文所述的实施例的用于调制光信号的方法。

为了便于理解，在可能的情况下，使用相同的附图标记来表示各图中共用的相同元件。在没有具体说明的情况下，也想到了在一个实施例中公开的元件可以有利地用于其它实施例。

具体实施方式

概览

在本公开中呈现的一个实施例是包括一个或多个调制器部分和端接器部分的电光设备。每个调制器部分被沿着光信号的传播路径布置，并且包括相应的第一掺杂区域以及一个或多个耦接的第一电触头。每个调制器部分操作以通过使用施加到电触头的第一电信号来调制穿过第一掺杂区域传播的光信号。端接器部分被沿着传播路径并邻近于至少一个调制器部分布置，并操作以减轻衰颓(droop)对传播的光信号的影响。

另一实施例是一种方法，其包括接收沿着波导的长度传播的光信号，在波导的调制器部分两端施加第一电信号以调制传播的光信号，以及在波导的端接器部分两端施加第二电信号以在施加第一电信号期间减轻来自调制器部分的衰颓。

另一实施例是一种电光设备，其包括调制器部分，该调制器部分沿着电光设备的长度延伸并且包括第一对波导，第一对波导中的每一者耦接到一个或多个相应的电触头并具有不同的掺杂，其中第一对波导至少部分重叠。调制器部分操作以通过使用施加到相应电触头的第一电信号来调制基本上沿着电光设备的长度传播并且至少部分穿过第一对波导的重叠区域的光信号。电光设备还包括第二对波导，每个波导沿着电光设备的长度与第一对波导中的相应一个对齐，第二对波导中的至少一个波导与第一对波导中的至少一个波导被未掺杂的缓冲区域分开，第二对波导被布置成从调制器部分接收经调制的光信号。第二对波导操作以减轻衰颓对光信号的影响。

示例实施例

在本公开中呈现的实施例大体上涉及包括一个或多个调制器部分和一个或多个端接器部分的电光设备。每个调制器部分沿着横向方向延伸并且包括被不同掺杂并部分重叠的一对掺杂区域。每个调制器部分操作以通过使用通过相应的电触头施加到掺杂区域的第一电信号来调制基本沿着横向方向传播穿过调制器部分并至少部分地穿过掺杂区域的重叠区域的光信号。相应的端接器部分被邻近于这一个或多个调制器部分的横向末端而布置。当被第二电信号驱动时，端接器部分操作以减轻光信号中的衰颓的影响。

为了实现高水平的集成和小型化以用于制造低成本且紧凑的设备布置，通常不期望电光设备中有较长的相互作用长度。由于对结构的加热，高电流密度可能会引起不期望的热光效应，并且相对于与自由载流子移动相关联的折射率变化，它会对实际折射率变化产生相反的影响，从而降低电光设备的有效性。

自由载流子从调制器波导杂散到电光设备的相邻未掺杂区域中，由于未掺杂区域的电阻率相对较高(即，对应于高的RC时间常数)，会引起调制期间光信号的缓慢上升和下降，这被称为“衰颓”。这种慢速漂移的影响对于高效率和高速调制器，特别是通过使用多重、有序的调制器段提供多级调制(例如，PAM-4、PAM-8、PAM-16)的调制器更明显。这种影响可能显著降低调制器的通信能力。

为了减轻调制器中衰颓的影响，端接器部分被添加到调制器段的横向末端。可以选择隔开调制器段和相应的端接器的缓冲区宽度以及端接器的性质(例如，尺寸和掺杂浓度)，以提供用于端接的所需的电学性质和光学性质。例如，可以选择相对较小的缓冲区宽度，使得未掺杂部分的电阻和相应的RC值减小。因此，可以优选地选择缓冲区宽度来在一定程度上控制衰颓，使得衰颓的影响被降低到可接受的水平。此外，通过用电压驱动端接器的电触头，也可以影响来自未掺部分的累积和/或耗散的电荷，这提供了另一程度上对衰颓的控制并进一步减轻其影响。

图1示出了根据本文所述的实施例的绝缘体上硅(SOI)电光调制设备的横截面图。调制设备100包括表面层101、掩埋绝缘层102(也被称为掩埋氧化物(BOX)层)、以及半导体衬底103。虽然本文的实施例将表面层101和衬底103称为硅，但本公开并不限于此。例如，其它半导体或透光材料可以用于形成这里示出的调制设备100的结构。此外，表面层101和衬底103可以由相同的材料制成，但在其它实施例中，这些层101、103可以由不同的材料制成。

表面层101的厚度可以在小于100纳米到大于一微米的范围内。更具体地，表面层101的厚度可以在100-300纳米之间。绝缘层102的厚度可以根据期望的应用而变化。绝缘层102的厚度可以直接取决于耦接到调制设备100的模的大小和所期望的效率。因此，绝缘层102的厚度可以在小于一微米到几十微米的范围内。衬底103的厚度可以根据调制设备100的具体应用而广泛变化。例如，衬底103可以是典型的半导体晶片的厚度(例如，100-700微米)，或者可以变薄并被安装在另一衬底上。

对于光学应用，硅表面层101和绝缘层102(例如，二氧化硅、氮化硅等)可以提供将波导中的光信号在垂直方向上约束在表面层101内的对比折射率。在稍后的处理步骤中，可以对调制器设备100的表面层101进行蚀刻以形成一个或多个硅波导。因为与绝缘体(例如，二氧化硅)相比，硅具有高折射率，所以当光信号穿过表面层101传播时，光信号主要保留在波导中。

调制设备100可以包括掺杂有第一导电类型(例如，P型)的上硅波导105，其与掺杂有不同的第二导电类型(例如，N型)的下硅波导110被栅极介电层150隔开。上波导105、栅极介电层150、以及下波导110的布置形成硅-绝缘体-硅电容器(也被称为SISCAP)波导，其在光信号穿过调制设备100时提供高效、高速的光调制。图1表示SISCAP结构的横截面，其中光信号沿着投射到页面中或投射出页面的方向行进。图1示出了绝缘层102和围绕波导105和110的介电材料135(例如，二氧化硅或氮化硅)对光信号的光模(optical mode)160的约束。此外，可以选择波导105和110的厚度及宽度以便于帮助约束光模。例如，当接近光模的中心165时，光模160的强度通常可以增加。通过选择波导的性质，可以对光模的更强部分进行成形或对其更好地约束以允许更有效地调制光信号。

栅极介电层150建立虚线框所示的电荷调制区域(或电荷累积区域)155，自由载流子(例如，电子和空穴)在该区域流入和流出掺杂p和掺杂n的波导105和110。这样做会创建活动区域(用W_active定义)，在其中与调制设备100相关联的切换功能(例如，以1Gb/s或更大的切换速度，例如10Gb/s或28Gb/s)可以由施加在栅极介电层150两端的电压电位来控制。在一个实施例中，电压电位被用于改变穿过调制器(例如，在马赫-曾德干涉仪(MZI)中)传播的光信号的相位。然而，本文所述的调制器也可以用于其它类型的设备，例如，环形谐振器、法布里-珀罗腔等。

栅极介电层150可以被称为“栅极电介质”或“栅极氧化物”，其中应理解的是，氧化物仅是可用于调制器设备中的电介质的示例性形式。栅极介电层150可以包括允许自由载流子快速充电/放电(例如，实现1Gb/s或更大的切换速度)的任何材料。合适材料的非限制性列表包括氧化铪、氮氧化合物、氧化铋、氮化硅、氧化硅以及这些材料的组合。此外，将高K介电材料用作栅极电介质比使用具有较低介电常数的电介质提供更高的电容和更大的电荷密度(假设相同的厚度和电压电位)。例如，氧化铪和氮化硅(高K电介质)比二氧化硅具有更高的介电常数，因此相对于使用二氧化硅，其能够在栅极介电层实现更大的电荷密度。使用较高的电压可以增加调制效率-即光信号相对于所施加电压的量相移的量。

尽管本文所描述的图示出栅极介电层150被放置在相反掺杂的波导之间，但这不是必需的。对于本文所述的所有实施例，如果省略掉栅极介电层150并且两个波导直接接触以形成P-N结，则调制器仍然可以执行光调制。在该示例中，P-N结建立了自由载流子流入和流出波导的电荷调制区域。然而，包括栅极介电层150可以提高光调制的效率。

如图所示，上波导105是P型掺杂，而下波导110是N型掺杂。然而，对于在其中指定了掺杂类型的所有实施例，可以将掺杂类型反过来-例如，上波导105可以N型掺杂，而下波导215是P型。此外，波导105和110用作调制设备100的电容结构的电极，可以是硅基的。例如，波导105、110的材料可以包括应变硅、Si_xGe_1-x、基本单晶硅(即，晶体硅)、多晶硅、非晶硅、锗、III-V族化合物(例如，氮化硼、砷化镓、砷化铟等)、以及其组合。在一个实施例中，下波导110可以包括晶体硅，而上波导105可以是多晶硅。然而，在其他实施例中，两个波导105、110可以都由晶体硅或多晶硅制成。

可以选择波导105、110的宽度来保持电触头125和通孔130远离光模160而设置，电触头可以是金属的或由硅化物形成。因为导电材料可能对光调制有不利影响，所以可以将波导105、110设计成使得任何导电触头在光模160边界的足够外部。此外如图1所示，波导105、110中被邻近于触头125而布置的部分(即，波导部分115、140)比波导105、110中发生光调制的部分(即，波导部分120、145)更重掺杂。这种布置可以改进硅基波导105、110与触头125之间的电连接，由此降低与调制设备100相关联的电阻和相关的RC时间常数。此外，还可以对于本文所述的任何实施例应用这样的方案：与到外部电压源的电连接件邻近的波导部分掺杂渐重。此外，随着与光模160的距离的增加，波导105、110中掺杂剂的浓度可以增加。因为掺杂剂可能对光信号具有不利影响，所以波导105、110中光模所在位置的掺杂剂浓度可以是轻掺杂的。随着与光模的距离增加，掺杂剂浓度可以阶跃地或以基本连续的方式增加。这样做改进了波导105、110的导电性，并减轻了掺杂剂对光信号的负面影响。此外，在一个实施例中，省略了电触头125，并且通孔130直接接触波导的重度掺杂部分115、140。

在一个实施例中，活动区的宽度(即，对应于栅极介电层150的宽度)小于一微米，更具体地，小于半微米。波导105、110的厚度可以在50-200纳米之间。在一个实施例中，为了在电荷调制区域中使光模的光最大强度居中，波导105、110各自的厚度相同。栅极介电层150的厚度可以在20纳米到1或2纳米的范围内。

尽管图1中示出了调制设备100的一个简单示例，其它实施例可以包括提供调制设备100的期望性能的各种替代的几何形状。例如，其他实施例可以将波导105、110之一基本上整体地设置在波导105、110中的另一个的上方(即，呈垂直排布)。其他实施例还可以在一个或多个波导105、110上包括脊部分，这可以有助于进一步约束光模160并提高调制设备100的效率。

图2示出了根据本文所述的实施例的多段电光调制设备。具体地，图2示出了MZI型调制设备200，其包括接收光信号(例如，连续波信号)的输入端205和对基于用于驱动光调制器段220_1-N、225_1-N的电信号而被调制的光信号进行发送的输出端235。输入端205包括y分离器210，其将传入的连续波分入分支215₁、215₂中的每一者。经分离的光信号各自穿过如上所述的各个电荷调制段220_1-N、225_1-N。尽管对于每个分支215₁、215₂都示出了N段，但是每个分支的调制段的数目也可以是不同的。然后使用y分离器230对来自每个分支的经调制的光信号进行重新组合，以在输出端235处形成经调制的输出光信号。此外，调制设备200中所示的结构可以与本文公开的任何调制器和特征结合使用。

图3A示出了根据本文所述的实施例的包括端接器部分的电光调制设备。具体地，图3A示出布置300中调制设备302和端接器设备320₁、320₂的俯视图。尽管仅描绘了一个调制设备，但是调制设备302可以是包括在提供多级调制技术(例如，PAM-4、PAM-8、PAM-16等)的多段调制器中的若干调制设备之一。下面将结合图4对多段调制器进行进一步的详细讨论。

在图3A中，示出了上波导305的上表面和下波导310的上表面。在一些实施例中，上波导305和下波导310可以与图1中以横截面图示出的上波导105和下波导110相对应。下波导310的上表面被上波导305遮挡的部分用虚线示出。为了清楚起见，从这些视图中省略了任何通孔或介电(栅极)材料。上表面包括多个电触头125。在一个实施例中，上波导305上的所有电触头125由第一电压驱动，而下波导310上的所有电触头125由第二电压驱动。当然，特定波导的电触头可以被单独驱动。改变每个波导305、310的电触头之间的电压导致活动区域(即，W_active)两端的电压差(由电压源315表示)，其改变电荷调制区域中的自由载流子并改变沿着调制器302的长度行进的光信号的相位。

在一个实施例中，上波导305和下波导310的宽度相同。在替代实施例中，波导的宽度可以变化。在替代实施例中，上波导305可以设置在下波导310的上方，使得基本上所有的上波导或所有的下波导与另一波导重叠。对于上波导305和下波导310可以有各种替代的尺寸、几何形状和布置。在一个实施例中，波导的电触头125可以是交错的，这可以减小调制器的总宽度。调制设备302的长度可以在50微米到1000微米的范围内。在一个实施例中，当使用约-1V和1V之间的电压驱动调制设备302时，调制设备的长度可以在约250-450微米之间。

端接器320₁、320₂分别被设置成在调制设备的横向末端330₁、330₂处邻近于调制设备302。本文所称的“邻近”是指端接器被设置在距调制设备302一段距离处，该距离适合于在光信号穿过调制设备传播时减轻衰颓的影响。适当距离的量可以根据调制设备和端接器的组成、几何形状和/或电性能(包括所施加的电信号)以及在它们之间设置的任何材料的性质而变化。每个端接器320包括一对掺杂部分322、324，其中每个掺杂部分包括一个或多个电触头325。每个掺杂部分322可以被设置在对应的掺杂部分324的上方，其中栅极介电层被设置在这些掺杂部分之间(或者可以直接接触以在界面处形成PN结)。端接器320的掺杂部分322、324可以具有与调制设备302相同或类似的横截面，并且端接器320可以被对齐，使得活动区域(由W_active表示)沿着穿过端接器320和穿过调制器设备302的光信号路径保持基本上不变。在替代实施例中，端接器320中的一个或多个的横截面和/或活动区域可以变化以便提供期望的端接效果。

在一个实施例中，掺杂部分322中的每一者可以以与上波导305相同的类型和相似的浓度被掺杂，并且掺杂部分324中的每一者可以以与下波导310相同的类型和相似的浓度被掺杂。在替代实施例中，端接器部分322、324的掺杂类型、浓度和/或掺杂分布可以被选择为与调制器设备302不同，以便提供期望的端接效果。

可以用电压信号(由电压源326表示)来驱动电触头325_1-4，以在与每个端接器320相对应的活动区域两端提供期望电压。通过在端接器320两端提供适当的偏置，可以至少部分地阻止来自调制器设备的自由载流子杂散到邻近于调制器设备302的其它未掺杂部分。在一个实施例中，将直流(DC)电压在电触头325_1,2两端(或325_3,4的两端)施加到端接器。在一个实施例中，在调制设备302两端驱动范围在约-1V和1V之间的电压，并且可以用相当的直流电压(例如，1V)来驱动端接器320_1,2。在另一实施例中，端接器320的电触头325可以接地。在另一实施例中，在端接器320的电触头325两端施加交流(AC)电压。

每个端接器320的一些部分可以在空间上与调制设备由缓冲区宽度(W_buffer)隔开，该宽度可以不同于端接器320和/或调制设备302地被掺杂，或者可以是完全未掺杂的。在一些实施例中，调制器设备302的掺杂部分可以被设置在另外的未掺杂的区域中。在一些情况下，围绕调制设备302的未掺杂区域可能是必要的，以提供与其它部件(例如，也在SOI布置的表面层中形成的其他部件)的电隔离。换言之，未掺杂的区域通常提供明显更大的电阻，可用于将一个驱动信号与另一驱动信号相隔离。

在图3A的示例中，端接器320₁的两个掺杂部分322₁和324₁与调制设备302相隔基本上相同的缓冲区宽度。端接器320₂可以与调制器设备302相隔与端接器设备320₁相同或者不同的缓冲区宽度。将在图3D中看到，端接器的不同掺杂部分和调制器设备之间的间隔可以变化。通常可以从大约零到10微米之间的值中选择缓冲区宽度。在一个实施例中，可以从约0.1和5微米之间的值选择缓冲区宽度。在一个实施例中，缓冲区宽度可以是约1-2微米。在一个实施例中，缓冲区宽度可以小于1微米，例如约0.1至0.5微米。在一个实施例中，缓冲区宽度可以小于0.1微米。在一个实施例中，端接器320的一些部分可以与调制器设备302的对应部分相邻(即，直接接触)，使得对于那些部分，缓冲区宽度大约为零。

附图3B和3C示出了根据本文所述的实施例的用于示例性非端接的调制器设备和示例性端接的调制器设备的等效电路图。在布置335中，调制器302被未掺杂部分340(诸如上述讨论的表面层101的部分)包围。与调制器设备302的掺杂波导的电阻率相比，未掺杂部分340的电阻率相对较大；因此，未掺杂部分的阻抗对应于较大的RC时间常数。此外，未掺杂部分两端的电压被允许浮动。尽管在此讨论了非端接和端接的调制器设备的具体示例，但是在一些实施例中调制器设备可能具有与这些示例不同的电学性质。例如，根据调制器几何形状，等效电路图可以包括二极管元件(即，对应于P-N结)或附加电阻元件。

当调制器设备302被适当的电信号驱动以调制光信号时，一定量的自由载流子(即，空穴和/或电子)可能从调制器设备的波导杂散到周围的未掺杂部分340中。因为未掺杂的部分具有较大的时间常数且未被驱动到特定的电压，在没有调节的情况下，电荷可能缓慢地从未掺杂的部分积累和/或耗散。反过来，电荷的缓慢累积和耗散趋向于通过引起光信号随时间的缓慢上升和/或下降(即，衰颓)而使对经过的光信号的调制劣化。对于诸如PAM-4、PAM-8、PAM-16等之类的多级调制器，衰颓的影响尤其明显，并且其可能在效果上阻止调制器以更快的调制速度(1Gb/s、10Gb/s、28Gb/s、等等)操作。

图3C示出了与图3A的布置300相对应的电路图。布置345示出了与调制器设备302分别由未掺杂部分348、349分隔开的端接器320_1,2。未掺杂部分348、349的电学性质通常与所选缓冲区宽度的性质(其涉及该部分的特征阻抗)相对应。可以选择缓冲区宽度以及端接器320_1,2的性质(例如，尺寸和掺杂浓度)以提供用于端接的期望的电学性质。如上所述，未掺杂的部分可能是必要的，以提供调制器设备302的电隔离。然而，由于未掺杂的部分表现出比相应的端接器部分大得多的电阻率，所以可以选择与对应于未掺杂部分的优选的电阻(和RC值)相对应的缓冲区宽度。在一个示例中，可以选择相对较小的缓冲区宽度(例如，约1-2微米)，使得与具有调制器设备302而没有终结器320的布置相比，未掺杂部分的电阻和相应的RC值被减小。

可以优选地选择缓冲区宽度来在一定程度上控制衰颓，使得衰颓的影响降低到可接受的水平。此外，通过用电压(例如，使用电压源326、347)驱动端接器的电触头，从未掺杂部分累积和/或耗散的电荷也可能受到影响，这提供了另一程度上对衰颓的控制并进一步减轻其效果。每个端接器本质上包括许多自由载流子(即，电子和空穴)，并且此数目可以通过驱动端接器两端的电压来调节。当载流子从附近的调制器设备杂散到端接器时，可以通过受到偏置的端接器的操作来大体上抵消调制器设备内的载流子浓度的相应变化。

通常，可以通过调制器设备周围区域的RC时间常数的影响来控制信号衰颓，无论这些区域是掺杂还是未掺杂的。在一些实施例中，调制器设备和端接器可以具有基本上独立于任何施加电压的性质。在这种情况下，可以将控制掺杂浓度用作调整时间常数的主要方法，因为该影响将远远超过调整施加在端接器两端的电压的任何影响。然而，在一些实施例中，调制器设备和端接器具有依赖电压的电学性质。大多数硅基的调制器可能会是这种情况。在这种情况下，施加在端接器两端的电压量可能影响周围区域的时间常数(从调制器设备角度看)。因此，可以既选择掺杂浓度又选择电压来控制时间常数以及减少信号衰颓。

图3D示出了根据本文所述的实施例的包括端接器部分的电光调制设备。具体地，图3D示出了布置350中的调制设备302和端接器360₁、360₂的俯视图。布置350与图3A的布置300主要不同于端接器的大小和/或设置。如图所示，端接器360₁的下掺杂部分364₁与下波导310相隔缓冲区宽度W_buffer，而上掺杂部分364₂基本上与上波导305相邻。在替代实施例中，上部掺杂部分不必与上波导相邻，但可以相隔不同于W_buffer的宽度。如图所示，上掺杂部分364₂的长度大于下掺杂部分364₁的长度，并且两个掺杂部分在公共端面366处横向对齐；端接器360₂相对于端面368被类似地配置。在替代实施例中，掺杂部分可以不共享公共端面，而是一个掺杂部分可能横向延伸超过另一个。当然，端接器360_1,2可以包括与图3A的描述一致的任何特征，例如掺杂部分的宽度不同。

根据所使用的调制和端接信号以及所使用的材料的性质，端接器部分和调制器设备可以一体形成。在一个实施例中，端接器360_1,2的上掺杂部分362_1,2和上波导305可以形成单个掺杂区域。在将公共电压驱动到所有对应的电触头(例如，接地或参考电压)的情况下，这种单个掺杂区域可能是有用的。当然，在端接器和调制器设备的相应部分之间需要有最小缓冲区域以使两个区域电隔离的情况下，这可能是不可能的。

图4示出了根据本文所述的实施例的多段电光调制设备的示意图。在布置400中，多个调制器设备410、420、430通过迹线414、424、434连接到相应的驱动器电路415、425、435。迹线414、424和434中的每一者耦接到来自电触头413_1-5、423_1-M、和433_1-N的相应电触头。为了简单和清楚的说明，未示出从驱动电路415、425、435到布置在下波导412、422和432上的电触头的相应迹线。

如图所示，调制器设备410、420相隔宽度w₁，并且调制器设备420、430相隔宽度w₂，未掺杂的部分被设置在这些间隔宽度内。通过优选地选择宽度w₁和w₂，由各个调制器设备410、420、430之间的未掺杂部分引起的衰颓可被相邻的调制器设备控制(并且其影响至少部分地被减轻)。类似于上述端接器的结构，每个调制器设备包括(对齐的)掺杂部分，并且在工作期间由电信号驱动。因此，可以通过优先布置随后的调制器设备来执行控制在任何特定调制器设备处出现的衰颓的能力。在该示例中，不需要单独的端接器设备来执行控制调制器设备之间的衰颓的功能。尽管驱动电路415、425、435可以驱动随时间变化的调制信号，但已知的电压信号被驱动到调制器设备410、420、430的事实可以允许进一步控制在未掺杂的部分中出现的电荷累积和电荷耗散。

在一个实施例中，可以在调制器设备序列的各端添加端接器。在图4的示例中，端接器可以被设置在调制器设备410的左侧，并且另一端接器可以被设置在序列中的最后一个调制器设备(未示出)的右侧。因此，端接器可以提供对由调制器设备序列的头部端和尾部端的自由载流子的杂散引起的衰颓的控制，而每个单独的调制器设备可以优选地间隔开以控制由调制器设备之间的自由载流子的杂散引起的衰颓。

虽然在多段调制器中仅放置调制器设备可以提供对调制器衰颓的一些控制，但是调制器设备的相对接近可能引发某些对电选路和光选路的考虑。在一些情况下，可能需要较长的迹线414、424、434，以便将调制器设备耦接到相应的驱动电路415、425、435。因此，较长的各个迹线产生了附加的阻抗(例如，电阻、自感、自电容)以及这些较长迹线之间的相互作用(例如，互感、互电容)。这种附加阻抗可能会消极地影响调制器的效率，从而需要更大的功率来执行特定量的调制。

然而，在一些实施例中，端接器可以用于控制调制器的衰颓，并同时保持合适的迹线长度和配置。图5示出了根据本文所述的实施例的包括端接器部分的多段电光调制设备的示意图。

在布置500中，多个调制器设备410、420通过迹线510、521连接到相应的驱动器电路415、425。迹线510、521可以包括多个单独迹线。再次，为了简单和清楚的说明，未示出从驱动器电路415、425到设置在下波导412、422上的电触头的相应迹线。

端接器512、515、522和525中的每一者与相应的调制器设备410、420相隔相同或不同大小的缓冲区宽度。例如，端接器512的上掺杂部分513与上波导411相隔宽度w₃，并且端接器512的下掺杂部分514与下波导412相隔宽度w₄。与上述说明一致，间隔宽度可以是相同的或不同的，或者在一些情况下可以为零(即，相邻部分或一体形成的部分)。

在端接器515(对应于调制器设备410)和端接器522(对应于调制器设备420)之间是具有宽度w5的波导部分。该波导部分可以是未掺杂的并表现出高电阻率；然而，由于端接器515、522的放置，可以控制或减轻由调制器设备410、420附近的未掺杂波导引起的衰颓影响。在控制或减轻了衰颓影响的情况下，可以选择隔开调制器设备410、420的宽度w₅来允许每个调制器设备被优选地设置在其相应的驱动器电路415、425附近。因此，可以自由地选择迹线510、521的长度和/或布置以最小化迹线的阻抗，和/或基于调制器的任何其它路由或性能考虑。在这方面，与不使用分立端接器的其他实施例相比，将分立的端接器包括在调制器设备序列中的实施例可能是有利的。

当然，端接器和调制器设备的其它布置也是可能的。在一个替代实施例中，可以以交替的方式布置端接器设备和调制器设备。在该实施例中，可以使用单个端接器来针对两个调制器设备控制衰颓影响。在另一替代实施例中，可以在每n个调制器设备之后设置端接器。

图6示出了根据本文所述的实施例的用于调制光信号的方法。方法600通常可以与本文公开的各种调制设备一起使用。

方法600开始于框605，其中接收沿波导的长度传播的光信号。波导可以由多个波导部分组成，每个波导部分被不同地掺杂并且至少部分地重叠。波导部分可以形成SISCAP调制器，其可以包括设置在波导部分之间的重叠区域中的介电材料。

在框615处，第一电信号被施加在波导的第一部分两端，使用自由载流子分散效应来调制光信号。波导的第一部分可以是分立的调制部分，其包括在每个波导部分上的电触头，并且第一电信号被施加在电触头两端。

在框625处，第二电信号施加在波导的第二部分两端。第二电信号的施加减轻了来自波导的第一部分的衰颓。例如，可以通过减少从调制部分杂散到调制部分周围的相邻未掺杂区域的自由载流子来减轻衰颓。波导的第二部分可以是设置在第一部分附近的第二调制部分，或者它可以是单独的端接部分。波导的第二部分的一部分可以与波导的第一部分的一部分一体形成。在第二调制部分的情况下，第二电信号可以操作以进一步对经调制的光信号进行调制。在端接部分的情况下，该信号可以是任何可行的信号，包括DC信号。框625与框615可以在时间上至少部分地重叠。方法600在完成框625之后结束。

在前述内容中，参考了本公呈现的实施例。然而，本公开的范围不限于具体描述的实施例。相反，想到了用所描述的特征和要素的任何组合(无论它们是否涉及不同的实施例)来实现和实践所考虑的实施例。此外，虽然本文公开的实施例可以实现优于其他可能的解决方案或超过现有技术的优点，但是给定实施例是否实现特定优点并不限制本公开的范围。因此，前述方面、特征、实施例和优点仅是说明性的，并且不被认为是所附权利要求的元素或限制，除非在权利要求中明确地叙述。

附图中的流程图和框图示出了根据各种实施例的系统或方法的可能实现方式的架构、功能和操作。还应注意的是，在一些替代的实施方式中，框中记录的功能可能不按照图中所示的顺序进行。例如，依次示出的两个框实际上可能基本上同时执行，或者有时可能以相反的顺序执行这些框，这取决于所涉及的功能。

鉴于以上，本公开的范围由所附权利要求确定。

Claims

1.一种电光设备，用于提供对沿着传播路径传播的光信号的调制，所述电光设备包括：

一个或多个调制器部分，被沿着所述传播路径布置，其中每个调制器部分包括：

相应的第一掺杂区域，至少部分地被包括在所述传播路径内，以及

相应的一个或多个第一电触头，被耦接到所述第一掺杂区域，

其中每个调制器部分操作以通过使用施加到所述一个或多个第一电触头的第一电信号来调制穿过所述第一掺杂区域传播的所述光信号；以及

端接器部分，被沿着所述传播路径并邻近于至少一个调制器部分布置，其操作以减轻衰颓对所述传播的光信号的影响。

2.根据权利要求1所述的电光设备，其中所述端接器部分包括第二掺杂区域，其中所述第二掺杂区域基本上沿着所述传播路径与相应的第一掺杂区域对齐。

3.根据权利要求2所述的电光设备，还包括设置在所述第二掺杂区域和所述相应的第一掺杂区域之间的未掺杂缓冲区域。

4.根据权利要求3所述的电光设备，其中所述缓冲区域的宽度在约0.1微米至5微米之间。

5.根据权利要求2所述的电光设备，其中所述第二掺杂区域与相应的第二电触头耦接，并且其中所述第二电触头被第二电信号驱动以减轻所述衰颓的影响。

6.根据权利要求1所述的电光设备，其中所述一个或多个调制器部分的所述第一掺杂区域包括相应的第一对掺杂区域，其中每个掺杂区域与相应的电触头耦接并具有不同的掺杂，其中所述第一对掺杂区域部分地重叠以定义重叠区域，并且所述重叠区域至少部分地被包括在所述传播路径中。

7.根据权利要求6所述的电光设备，其中所述一个或多个端接器部分的所述第二掺杂区域包括相应的第二对掺杂区域，其中每个掺杂区域具有不同的掺杂，其中所述第二对掺杂区域部分地重叠以定义第二重叠区域，并且所述传播路径至少部分地包括所述第二重叠区域。

8.根据权利要求7所述的电光设备，其中，所述第一对掺杂区域和第二对掺杂区域中的每对掺杂区域包括第一材料类型的一个掺杂区域以及不同于所述第一材料类型的第二材料类型的另一掺杂区域，并且其中对于所述第一材料类型和所述第二材料类型中的至少一种，具有相同材料类型的所述第一对掺杂区域中的掺杂区域和所述第二对掺杂区域中的掺杂区域被所述未掺杂缓冲区域隔开。

9.根据权利要求1所述的电光设备，还包括至少第二端接器部分，其中所述一个或多个调制器部分包括沿着所述传播路径串联的多个调制器部分，并且其中相应的端接器部分被布置成邻近于所述多个调制器部分中的第一个调制器部分和最后一个调制器部分中的每一者。

10.根据权利要求1所述的电光设备，包括沿着所述传播路径以交替的方式布置的多个调制器部分和多个端接器部分。

11.根据权利要求1所述的电光设备，其中所述一个或多个调制器部分包括多个调制器部分，其中所述电光设备为所述光信号提供多级调制，并且所述多个调制器部分中的每一者提供所述多级调制的相应级别。

12.根据权利要求1所述的电光设备，其中所述电光设备包括硅-绝缘体-硅的电容(SISCAP)结构。

13.根据权利要求1所述的电光设备，其中至少一个第一掺杂区域与所述一个或多个端接器部分中的至少一个的一部分是一体形成。

14.一种方法，包括：

接收沿着波导的长度传播的光信号；

将第一电信号施加到所述波导的调制器部分以调制所述传播的光信号；以及

将第二电信号施加到所述波导的端接器部分，以在施加所述第一电信号期间减轻来自所述调制器部分的衰颓。

15.根据权利要求14所述的方法，其中施加所述第一电信号和施加所述第二电信号至少部分地在时间上重叠。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述第二电信号包括直流(DC)信号。

17.根据权利要求15所述的方法，其中所述调制器部分和所述端接器部分各自掺杂，并且被所述波导的未掺杂部分隔开。

18.一种电光设备，包括：

调制器部分，其沿着所述电光设备的长度延伸，所述调制器部分包括：

第一对波导，所述第一对波导中的每一者耦接到一个或多个相应的电触头并且具有不同的掺杂，其中所述第一对波导至少部分重叠，

其中所述调制器部分操作以通过使用施加到所述一个或多个相应的电触头的第一电信号来调制基本上沿着所述电光设备的长度传播并至少部分地穿过所述第一对波导的重叠区域的光信号；以及

第二对波导，所述第二对波导中的每个波导沿着所述电光设备的长度与所述第一对波导的相应波导对齐，所述第二对波导中的至少一个波导与所述第一对波导中的至少一个波导被未掺杂的缓冲区域隔开，所述第二对波导被布置成从所述调制器部分接收经调制的光信号，

其中所述第二对波导操作以减轻衰颓对所述光信号的影响。

19.根据权利要求18所述的电光设备，其中所述第二对波导是第二调制器部分的一部分。

20.根据权利要求18所述的电光设备，其中所述第二对波导是端接器设备的一部分。