CN111602085A - 互补光移相装置 - Google Patents

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Abstract

公开了一种光移相装置以及相关光开关器件和方法。所述光移相装置包括：第一光移相器，所述第一光移相器被配置为向光信号提供第一相移；和第二光移相器，所述第二光移相器被配置为除了提供所述第一相移之外还向所述光信号提供第二相移。在预定义时间段期间，所述第一光移相器和所述第二光移相器被驱动为使得所述第二相移与所述第一相移基本上互补。

Description

互补光移相装置
技术领域
本公开中呈现的实施例总体上涉及光联网，并且更具体地，涉及一种适于在光联网中使用的互补光移相装置。
背景技术
诸如光交叉连接之类的光开关器件广泛地用于创建开关结构和可动态配置的光网络。为了使链路停机时间最小化并且为了实现连续的链路重新配置，光开关器件可能需要约100纳秒(ns)或更小的开关速度。另外，接通状态下的光开关器件的低光损失和断开状态下的高消光可以有益于减少对链路预算的损害。
各种实现方式可能寻求在光开关器件的开关速度和插入损失之间取得平衡。然而，低损失光开关器件通常具有大约100微秒(μs)的开关时延，而高速光开关器件通常具有几分贝(dB)的插入损失。集成的光增益组件可以用于补偿插入损失，这可能增加光开关器件的成本和功耗。
附图说明
为了可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来进行以上简要概括的本公开的更特定描述，其中一些实施例被图示在附图中。然而，应当注意的是，附图仅图示本公开的典型实施例，因此不应被认为是对其范围的限制，因为本公开可以允许其他同等有效的实施例。
图1图示根据一个或多个实施例的示例性光移相装置。
图2是图示根据一个或多个实施例的用于驱动互补光移相装置的示例性方案的图。
图3是根据一个或多个实施例的具有多个互补光移相装置的示例性光开关器件的图。
图4是根据一个或多个实施例的具有包括在环形调制器中的互补光移相装置的示例性光开关器件的图。
图5是根据一个或多个实施例的具有包括在环形调制器中的互补光移相装置的示例性光开关器件的图。
图6是根据一个或多个实施例的电光移相器的示例性硅-绝缘体-硅电容(SISCAP)实现方式的图。
图7是根据一个或多个实施例的示例性光泵浦移相器的图。
图8是根据一个或多个实施例的适于与互补光移相装置一起使用的示例性方法。
为了便于理解，在可能的情况下，已经使用了相同的附图标记来标明为各图所共有的相同的元件。设想了可以在没有具体叙述的情况下在其他实施例上有益地利用一个实施例中公开的元件。
具体实施方式
概述
在独立权利要求中陈述了本发明的各方面，并且在从属权利要求中陈述了优选的特征。一个方面的特征可以单独或与其他方面相结合地应用于每个方面。
本公开中呈现的一个实施例是一种光移相装置，该光移相装置包括：第一光移相器，该第一光移相器被配置为向光信号提供第一相移；和第二光移相器，该第二光移相器被配置为除了提供第一相移之外还向光信号提供第二相移。在预定义时间段期间，第一光移相器和第二光移相器被驱动为使得第二相移与第一相移基本上互补。
本公开中呈现的另一实施例是一种光开关器件，该光开关器件包括：第一臂，该第一臂被配置为传播第一光信号；第二臂，该第二臂被配置为传播第二光信号；和接近第一臂布置的第一光移相器。第一光移相器被配置为向第一光信号提供第一相移。光开关器件还包括：接近第一臂布置的第二光移相器，该第二光移相器被配置为除了提供第一相移之外还向第一光信号提供第二相移。在开关时间段期间，第一光移相器和第二光移相器被驱动为使得第二相移与第一相移基本上互补。
本公开中呈现的另一实施例是一种方法，该方法包括：使用第一光移相器来向沿着第一臂传播的第一光信号提供第一相移。该方法还包括：在预定义时间段期间，驱动第二光移相器以除了提供第一相移之外还向第一光信号提供第二相移。第二相移与第一相移基本上互补。
示例实施例
根据本文讨论的各种实施例，互补光移相装置包括：第一光移相器，该第一光移相器被配置为向光信号提供第一相移；和第二光移相器，该第二光移相器被配置为除了提供第一相移之外还向光信号提供第二相移。在预定义时间段期间，第一光移相器和第二光移相器被驱动为使得第二相移与第一相移基本上互补。在一些实施例中，第一光移相器包括热光(TO)移相器，并且第二光移相器包括电光(EO)移相器或光泵浦移相器中的一者。
有益地，第一光移相器的相对较低的稳态插入损失可以与第二光移相器的相对较高的开关速度组合。例如，可以在稳态操作期间以每光开关元件约0.2-0.5dB的低插入损失并以低功耗实现10ns或更小的开关时间。进一步地，本文公开的实施例可以与现有的组件和过程以及与现有的光开关器件架构和控制算法兼容，从而降低实现方式的复杂性和成本。
图1图示根据一个或多个实施例的示例性光移相装置100。光移相装置100包括第一光移相器110，该第一光移相器110被配置为向接收到的光信号105-1提供第一相移Φ1。尽管未示出，但是可以通过任何合适的手段来承载光信号105-1。例如，光移相装置100可以包括光波导或光纤。在一些实施例中，光移相装置100的组件是以硅-绝缘体-硅电容(SISCAP)结构实现的。
假定光信号105-1具有相位Φ，从第一光移相器110输出的光信号105-2具有相位(Φ+Φ1)。光移相装置100还包括第二光移相器115，该第二光移相器115被配置为向所接收到的光信号105-2提供第二相移Φ2。从第二光移相器115输出的光信号105-3具有相位(Φ+Φ1+Φ2)。以这种方式，光移相装置100被配置为向所接收到的光信号105-1提供总相移(Φ1+Φ2)。
光移相装置100与相位控制器120通信地耦合。相位控制器120可以包括处理器和存储器。相位控制器120被配置为向第一光移相器110发送(一个或多个)控制信号125，并且向第二光移相器115发送(一个或多个)控制信号130。在光移相装置100被包括在光开关器件中的一些情况下，相位控制器120可以接收光开关器件的开关状态信息。
在预定义时间段期间，第一光移相器110和第二光移相器115由相位控制器120驱动，使得第二相移Φ2与第一相移Φ1互补。如本文所讨论的，“互补”指示按预定义关系控制第一相移Φ1和第二相移Φ2，使得总相移(Φ1+Φ2)在预定义时间段期间具有预定义值或预定义趋势。在一个非限制性示例中，第一相移Φ1在预定义时间段期间具有以指数衰减的增加趋势，并且第二相移Φ2具有以指数衰减的减小趋势。在一些实施例中，总相移(Φ1+Φ2)在预定义时间段期间是基本上恒定的值。在其他实施例中，总相移(Φ1+Φ2)在预定义时间段期间具有预定义趋势。
在一些实施例中，预定义时间段与光移相装置100的预定义开关时间段相对应。在光移相装置100被包括在光开关器件中的一些情况下，预定义时间段与光开关器件的预定义开关时间段相对应。
在一些实施例中，第一光移相器110具有使第一相移Φ1达到预定义相移值的第一上升时间。较慢的上升时间大致与光移相装置100的较慢的开关速度相对应。第二光移相器115可以具有显著小于第一上升时间的第二上升时间。例如，第一光移相器110的TO实现方式可以具有大约10-100微秒(μs)的第一上升时间，而第二光移相器115的EO实现方式可以具有大约10-100ns的上升时间。以这种方式，第二光移相器115可以由相位控制器120驱动以补偿第一光移相器110的相对较慢的第二上升时间。具有不同的上升时间的第一光移相器110和/或第二光移相器115的其他实现方式也是可能的。
图2是图示根据一个或多个实施例的用于驱动互补光移相装置的示例性方案的示意图200。可以与诸如图1的光移相装置100和相位控制器120的其他实施例相结合地使用示意图200中图示的特征。例如，第一光移相器110可以是TO移相器，并且第二光移相器115可以是EO移相器。
第一光移相器110利用在时间t1从零的施加电压转变为V1的施加电压的方形边缘信号205来驱动。响应于方形边缘信号205，由第一移相器110提供的第一相移215(与相移Φ1相对应)开始从在时间t1的零增加到在时间t3的预定义相移值A。在第一光移相器110的TO实现方式中，时间t1与时间t3之间的上升时间240可以在10-100μs的范围内。在一些实施例中，预定义开关事件235由相位控制器120用信号通知以在时间t1开始。预定义开关事件235可以与改变相关联的光开关器件的开关状态相对应。
第二光移相器115利用在时间t1从零的施加电压转变为V2的施加电压、然后随着时间的推移而衰减为零电压的脉冲信号210来驱动。响应于脉冲信号210，由第二移相器115提供的第二相移220(与相移Φ2相对应)开始从在时间t1的零值增加到在时间t2的预定义相移值B，然后随着时间的推移而衰减为零。在第二光移相器115的EO实现方式中，时间t1和t2之间的上升时间245可以在10-100ns的范围内。在一些实施例中，选择脉冲信号210的衰减以补偿与第一相移215相关联的上升时间240。
如图所示，使用第一光移相器110和第二光移相器115的组合来提供的总相移225(与总相移Φ1+Φ2相对应)开始从在时间t1的零值增加到在时间t2的预定义相移值A。在一些实施例中，预定义相移值A被维持超过时间t2，例如，直到下一个预定义开关事件为止。在一些实施例中，预定义相移值A与pi(π；180°)相移相对应。然而，其他相移值也是可能的。
根据第一光移相器110以及第二光移相器115的特性和/或相移Φ1、Φ2的量，用于驱动第一光移相器110和/或第二光移相器115的波形可以不同于方形边缘信号205和脉冲信号210的组合。进一步地，根据第一光移相器110和第二光移相器115的特性和/或相移Φ1、Φ2的量，施加电压V1、V2可以是相同的或可以是不同的。更进一步地，预定义相移值A、B可以是相同的或可以是不同的。例如，如果光移相装置100被配置为提供A的总相移225，则由第二光移相器115提供的相移值B可以小于由第一光移相器110提供的相移值A以计入时间t1与时间t2之间的第一相移215的上升。
主要由于驱动第二光移相器115，与光移相装置100相关联的光损失230从在时间t1的约0.2dB增加到在时间t2的约1.0dB。随着第一光移相器110稳定并且第二相移220衰减为零值，光损失230在约100μs内衰减为约0.2dB。
换句话说，在包括被配置为使其光相位相加的TO移相器和EO移相器的光移相装置100的一些实现方式中，TO移相器和EO移相器可以各自在预定义开关事件235期间被激活。可以将被施加到TO移相器的施加电压V1设置为引起π相移。可以使EO移相器暂时地通电以补偿TO移相器的相对较慢的响应时间。以这种方式，由光移相装置100提供的总相移可以非常快速地(例如，10ns或更小)转变为π相移值。
快速转变为π相移值可以使断开状态端口非常快速地达到完全消光。接通状态端口可以进一步非常快速地转变到半低损失状态(例如，大约1-2dB)。随着TO移相器稳定，EO移相器逐渐地失电，并且接通状态光损失在不到1毫秒(ms)内下降至1dB以下。
在一些实施例中，为了减少光移相装置100的功耗和接通状态光损失两者，TO移相器被配置为在稳态操作期间(即，在预定义开关事件235之外)维持开关状态。
图3是根据一个或多个实施例的具有多个互补光移相装置的示例性光开关器件的示意图300。更具体地，示意图300描绘了2×2光交叉连接的一种可能的实现方式。可以与诸如图1的光移相装置100和图2的示意图200中描绘的驱动方案的其他实施例相结合地使用示意图300中描绘的特征。
光开关器件包括被配置为接收第一光信号的第一输入端305-1(在广义上，输入端305)和被配置为接收第二光信号的第二输入端305-2。第一光信号和第二光信号沿着相应的臂310-1、310-2传播到第一输出端315-1(在广义上，输出315端)和第二输出端315-2。
光开关器件还包括输入光耦合器320，该输入光耦合器320被配置为接收多个输入光信号，并且将第一光信号提供给第一臂310-1并且将第二光信号提供给第二臂310-2。输入光耦合器320被配置为分配来自第一光信号和第二光信号之中的多个输入光信号的光功率。
第一光移相装置100-1(即，光移相装置100的第一实现方式)沿着第一臂310-1布置，并且第二光移相装置100-2(即，光移相装置100的第二实现方式)沿着第二臂310-2布置。第一光移相装置100-1包括EO移相器330-1(第二光移相器115的一个示例)和TO移相器335-1。第二光移相装置100-2包括EO移相器330-2和TO移相器335-2。
EO移相器330-1、330-2(在广义上，EO移相器330)和TO移相器335-1、335-2(在广义上，TO移相器335)可以具有任何合适的实现方式。在一些实施例中，EO移相器330包括SISCAP调制器、p-n结调制器和p-i-n结调制器中的一者。在替代实现方式中，光泵浦移相器可以替代EO移相器330。
光开关器件还包括输出光耦合器325，该输出光耦合器325被配置为接收来自第一光移相装置100-1和第二光移相装置100-2的相控光信号，并且向第一输出端315-1和第二输出端315-2提供多个输出光信号。输出光耦合器325被配置为将来自多个相控光信号的光功率分配到第一输出端315-1和第二输出端315-2。
相位控制器120被配置为向EO移相器330-1提供控制信号340-1，向EO移相器330-2提供控制信号340-2，向TO移相器345-1提供控制信号345-1，并且向TO移相器345-2提供控制信号345-2。在一些实施例中，相位控制器120被配置为提供方形边缘信号作为控制信号345-1、345-2，并且提供脉冲信号(具有衰减)作为控制信号340-1、340-2。
在一些实施例中，相位控制器120被进一步配置为接收开关状态信息350，该开关状态信息350指示提供给第一输入端305-1和第二输入端305-2的输入光信号将如何在第一输出端315-1和第二输出端315-2之间被路由。例如，基于由驱动控制信号340-1、340-2、345-1、345-2产生的净光相移，可以将光开关器件配置在“直通”开关状态(其中在第一输入端305-1处接收到的光信号被路由到第一输出端315-1，而在第二输入端305-2处接收到的光信号被路由到第二输出端315-2)和“交叉”开关状态(其中在第一输入端305-1处接收到的光信号被路由到第二输出端315-2，而在第二输入端305-2处接收到的光信号被路由到第一输出端315-1)中的一种开关状态下。
示意图300中描绘的光开关器件可以有益地将由TO移相器335-1、335-2提供的相对较低的稳态插入损失与由EO移相器330-1、330-2提供的相对较高的开关速度组合。以这种方式，光开关器件可以被配置为在期望的稳态功耗与期望的恢复速度之间具有合适的平衡。
在一些实施例中，相位控制器120可以以使臂310-1、310-2中每一个的光强度平衡的方式提供控制信号340-1、340-2、345-1、345-2。例如，相位控制器120可以对EO移相器330-1施加与EO移相器330-2不同的电压，以将期望的损失(例如，约1dB)引入到臂310-1中。
尽管示意图300图示用于各臂310-1、310-2的光移相装置100-1、100-2，但是替代实现方式可以包括不同数量的光移相装置100。例如，一种替代实现方式可以包括沿着臂310-1的光移相装置100-1，同时省略沿着臂310-2的光移相装置100-2。进一步地，虽然在示意图300中描绘了2×2光交叉连接，但是可以将原理应用于光开关元件的不同的实现方式(例如，具有替代数量的输入端305和/或输出端315)。
图4是根据一个或多个实施例的具有包括在环形调制器中的互补光移相装置的示例性光开关器件的示意图400。可以与诸如图1的光移相装置100和图2的示意图200中描绘的驱动方案的其他实施例相结合地使用示意图400中描绘的特征。
示意图400中描绘的光开关器件包括被配置为接收第一光信号的第一输入端405-1(在广义上，输入端405)和被配置为接收第二光信号的第二输入端405-2。第一光信号被配置为沿着第一臂410-1传播到第一输出端415-1(在广义上，输出端415)，而第二光信号被配置为沿着第二臂410-2传播到第二输出端415-2。
光开关器件还包括环形调制器435，其提供了光移相装置100的一个示例。环形调制器435包括接近第一臂410-1和/或第二臂410-2设置的波导420。TO移相器430(例如，第一光移相器110的一个示例)和EO移相器425(例如，第二光移相器115的一个示例)各自接近波导420布置。在一些实施例中，TO移相器430可以远离环形调制器435的耦合区设置以减轻TO移相器430对耦合的干扰。
EO移相器425的第一部分440被设置在由波导420限定的区外部，并且EO移相器425的第二部分445被设置在该区内。第一部分440可以表示具有第一掺杂的EO移相器425的第一端子，并且第二部分445可以表示具有第二掺杂的EO移相器425的第二端子。基于提供给TO移相器430和EO移相器425的控制信号125、130，环形调制器435被配置为对沿着臂410-1传播的第一光信号和/或沿着臂410-2传播的第二光信号进行调制。
EO移相器425和TO移相器430可以具有任何合适的实现方式。在一些实施例中，EO移相器425包括SISCAP调制器、p-n结调制器和p-i-n结调制器中的一者。在替代实施例中，光泵浦移相器可以替代EO移相器425。
基于由驱动控制信号125、130产生的净光相移，可以将光开关器件配置在“直通”开关状态(其中在第一输入端405-1处接收到的第一光信号被路由到第一输出端415-1，并且在第二输入端405-2处接收到的第二光信号被路由到第二输出端415-2)和“交叉”开关状态(其中在第一输入端405-1处接收到的第一光信号被路由到第二输出端415-2，并且在第二输入端405-2处接收到的第二光信号被路由到第一输出端415-1)中的一种开关状态下。
尽管示意图400图示接近臂410-1、410-2中的每一个布置的单个光移相装置100，但是替代实现方式可以包括不同数量的光移相装置100。例如，一个替代实现方式可以包括沿着臂410-1的第一光移相装置100和沿着臂410-2的第二光移相装置100。进一步地，虽然将光开关元件描绘为具有两个输入端405-1、405-2和两个输出端415-1、415-2，但是可以将原理应用于光开关元件的不同的实现方式(例如，具有替代数量的输入端405和/或输出端415)。
图5是根据一个或多个实施例的具有包括在环形调制器中的互补光移相装置的示例性光开关器件的示意图500。可以与诸如图1的光移相装置100和图2的示意图200中描绘的驱动方案的其他实施例相结合地使用示意图400中描绘的特征。
示意图500中描绘的光开关器件包括被配置为接收第一光信号的第一输入端505-1(在广义上，输入端505)和被配置为接收第二光信号的第二输入端505-2。第一光信号被配置为沿着第一臂510-1传播到第一输出端515-1(在广义上，输出端515)，而第二光信号被配置为沿着第二臂510-2传播到第二输出端515-2。
光开关器件还包括输入光耦合器520，该输入光耦合器520被配置为接收多个输入光信号，而且将第一光信号提供给第一臂510-1并且将第二光信号提供给第二臂510-2。可以将输入光耦合器520配置为类似于图3的输入光耦合器320。
光开关器件还包括输出光耦合器525，该输出光耦合器525被配置为接收来自第一臂510-1的相控光信号和来自第二臂510-2的非相控光信号，并且向第一输出端515-1和第二输出端515-2提供多个输出光信号。可以将输出光耦合器525配置为类似于图3的输出光耦合器325。
光开关器件还包括环形调制器435，其提供了光移相装置100的一个示例。波导420接近第一臂510-1设置。如图所示，没有沿着第二臂510-2布置的光移相装置100。TO移相器430和EO移相器425各自接近波导420布置。基于提供给TO移相器430和EO移相器425的控制信号125、130，环形调制器435被配置为对沿着臂510-1传播的第一光信号进行调制。
例如，基于由驱动控制信号125、130产生的净光相移，可以将光开关器件配置在“直通”开关状态(其中在第一输入端505-1处接收到的第一光信号被路由到第一输出端515-1，并且在第二输入端505-2处接收到的第二光信号被路由到第二输出端515-2)和“交叉”开关状态(其中在第一输入端505-1处接收到的第一光信号被路由到第二输出端515-2，并且在第二输入端505-2处接收到的第二光信号被路由到第一输出端515-1)中的一种开关状态下。
尽管示意图500图示接近臂510-1布置的单个光移相装置100，但是替代实现方式可以包括不同数量的光移相装置100。例如，一个替代实现方式可以包括沿着臂510-1的第一光移相装置100和沿着臂510-2的第二光移相装置100。进一步地，虽然将光开关元件描绘为具有两个输入端505-1、505-2和两个输出端515-1、515-2，但是可以将原理应用于光开关元件的不同的实现方式(例如，具有替代数量的输入端505和/或输出端515)。
图6是根据一个或多个实施例的电光移相器600的示例性硅-绝缘体-硅电容(SISCAP)实现方式的图。更具体地，图6表示EO移相器600的横截面视图，其中光信号在投射到页面中或离开页面投影的方向上传播。
EO移相器600包括表面层605，其可以被布置在掩埋绝缘层(或掩埋氧化物(BOX)层)和/或半导体衬底(未描绘)上方。在一些实施例中，表面层605和/或衬底可以包括硅或其他半导体材料或透光材料。此外，表面层605和衬底可以由相同的材料制成，但是在其他实施例中可以由不同的材料制成。
表面层605的厚度可以从小于100纳米到大于一微米变动。更具体地，表面层605厚度可以介于100-300纳米之间。绝缘层的厚度可以取决于所期望的应用(例如基于耦合到EO移相器600的模式的大小和所期望的效率)而变化。因此，绝缘层的厚度可以从小于一微米到几十微米变动。衬底的厚度可以取决于EO移相器600的具体应用而大大变化。例如，衬底可以是典型半导体晶片的厚度(例如100-700微米)，或者可以变薄并安装在另一衬底上。
对于光应用，表面层605和绝缘层(例如，二氧化硅、氮化硅等)可以提供将光信号竖直地限制在表面层605中的波导中的对比折射率。在后面的处理步骤中，可以蚀刻EO移相器600的表面层605以形成一个或多个硅波导。因为硅与诸如二氧化硅的绝缘体相比较具有高折射率，所以光信号随着其跨越表面层605传播而主要保留在波导中。
EO移相器600可以包括以第一导电类型(例如，P型)掺杂的上硅区610，其通过栅极电介质层620与以第二不同导电类型(例如，N型)掺杂的下硅区615间隔开。上硅区610、栅极电介质层620和下硅区615的布置形成SISCAP波导，该SISCAP波导提供对通过EO移相器600的光信号的高效、高速光调制。
图6图示通过绝缘层和通过围绕上硅区610和下硅区615的电介质材料630(例如，二氧化硅或氮化硅)对光信号的光模式625的限制。此外，可以选择上硅区610和下硅区615的厚度和宽度以便帮助限制光模式625。例如，当接近光模式的中心635时，光模式625的强度通常可以增加。通过选择上硅区610和下硅区615的特性，可以对光模式625的更强部分进行整形或更好地限制以允许对光信号进行更高效的调制。
栅极电介质层620建立由虚线框所示的电荷调制区(或电荷累积区)640，其中自由载流子(例如，电子和空穴)流入和流出上硅区610和下硅区615。这样做创建有源区(由W有源定义)，其中可通过跨越栅极电介质层620施加的电压电位来控制与EO移相器600相关联的开关功能(例如，以1Gb/s或更高的开关速度，诸如10Gb/s、28Gb/s、40Gb/s等)。在一个实施例中，电压电位用于如在例如马赫-曾德尔干涉仪(MZI)中一样更改通过EO移相器600传播的光信号的相位。然而，也可以在诸如环形谐振器、法布里-珀罗腔等的其他类型的器件中使用本文所述的EO移相器600。
栅极电介质层620可以被称为“栅极电介质”或“栅极氧化物”，其中应当理解的是，氧化物仅是可以在调制器器件中使用的电介质的示例性形式。栅极电介质层620可以包含允许实现自由载流子的快速充电/放电(例如，使得能实现1Gb/s或更高的开关速度)的任何材料。合适的材料的非限制性列表包括氧化铪、氧氮化物、氧化铋、氮化硅、氧化硅和这些材料的组合。此外，使用高K电介质材料作为栅极电介质优于使用具有较低的介电常数(假定相同的厚度和电压电位)的电介质提供较高的电容和较大的电荷密度。例如，氧化铪和氮化硅(高K电介质)具有比二氧化硅更高的介电常数，并且因此，相对于使用二氧化硅使得能跨越栅极电介质层实现较大的电荷密度。使用较高的电压可以提高调制效率——即，光信号相对于施加的电压量被移相的量。
尽管本文所述的图图示了将栅极电介质层620放置在相反掺杂的波导之间，但是这不是必要的。对于本文所述的所有实施例，如果省略了栅极电介质层620并且两个波导直接接触以形成p-n结，则调制器可以仍然执行光调制。在此示例中，p-n结建立电荷调制区640，其中自由载流子流入和流出波导。然而，包括栅极电介质层620可以改进光调制的效率。
如图所示，上硅区610是P型掺杂的，而下硅区615是N型掺杂的。然而，对于指定了掺杂剂类型的所有实施例，掺杂剂类型可以是相反的——例如，上硅区610可以是N型掺杂的，而下硅区615是P型。此外，用作用于EO移相器600的电容结构的电极的上硅区610和下硅区615可以是基于硅的。例如，这些区105、110的材料可以包括应变硅SixGe1-x、基本上单晶硅(即，晶体硅)、多晶硅、非晶硅、锗、III-V族化合物(诸如氮化硼、砷化镓、砷化铟等)以及它们的组合。在一个实施例中，下硅区615可以包括晶体硅，而上硅区610可以是多晶硅。然而，在其他实施例中，上硅区610和下硅区615都可以由晶体硅或多晶硅制成。
可以选择上硅区610和下硅区615的宽度，以保持电接触部645(可以是金属的或由硅化物形成的)以及通孔650远离光模式625而设置。因为导电材料可能对光调制具有有害的影响，所以可以设计上硅区610和下硅区615，使得任何导电接触部充分地在光模式625的边界外部。此外，如图6中所示，上硅区610和下硅区615的接近电接触部645设置的部分(即，硅部分655、660)与上硅区610和下硅区615的发生光调制的部分(即，硅部分665、670)相比被更重地掺杂。这种布置可以改进上硅区610及下硅区615和电接触部645之间的电连接，从而减小与EO移相器600相关联的电阻和相关RC时间常数。此外，可以将接近到外部电压源的电连接设置的波导的渐增掺杂部分应用于本文所述的实施例中的任一个。此外，随着距光模式625的距离增加，掺杂剂的浓度可以在上硅区610和下硅区615中增加。因为掺杂剂可能对光信号具有有害的影响，所以可以轻度掺杂光模式625所位于的上硅区610和下硅区615中的掺杂剂浓度。随着距光模式625的距离增加，可以以逐步或基本上连续的方式增加掺杂剂浓度。这样做改进上硅区610和下硅区615的电导率并且往往减轻掺杂剂对光信号的负面影响。此外，在一个实施例中，可以省略电接触部645并且通孔650直接接触重度掺杂的硅部分655、660。
在一个实施例中，有源区W有源的宽度(即，与栅极电介质层620的宽度相对应)小于一微米，并且更具体地，小于半微米。上硅区610和下硅区615的厚度可以范围在50-200纳米之间。在一个实施例中，为了使光在光模式625下的最大强度集中在电荷调制区640中，上硅区610和下硅区615的相应的厚度可以是相同的。栅极电介质层620的厚度可以从20纳米到1或2纳米变动。
虽然在图6中图示了EO移相器600的一个简单示例，但是其他实施例可以包括提供EO移相器600的期望性能的各种替代几何形状。例如，其他实施例可以将上硅区610基本上完全设置在下硅区615上方(即，在竖直布置中)。其他实施例也可以在上硅区610和下硅区615中的一个或多个上包括脊部分，这可以有助于进一步限制光模式625并且改进EO移相器600的效率。
图7是根据一个或多个实施例的示例性光泵浦移相器700的图。更具体地，图7表示光泵浦移相器700的横截面视图，其中光信号沿在投射到页面中或离开页面投影的方向上传播。
光泵浦移相器700包括相对于光源705布置的反向偏置的p-i-n波导。该波导可以具有任何合适的实现方式，诸如基于硅的脊波导或加载氮化硅的平板。如从左向右描绘的，波导包括重掺杂(n型)区720、不太重掺杂(n型)区725、绝缘体区730、不太重掺杂(p型)区735和重掺杂(p型)区740，其中的每一个均可以包括硅或其他合适的半导体材料。绝缘体区730被描绘为具有脊部分715，其对于限制光信号的光模式可能是有益的。
光源705可以具有任何合适的实现方式。在一些实施例中，光源705包括竖直腔表面发射激光器(VCSEL)和发光二极管(LED)中的一者。光源705被配置为朝向波导并且更具体地朝向绝缘体区730发射光710。波导生成响应于光710的入射的自由载流子，这对于传播光信号产生相移。
跨越波导施加的电压梯度被配置为扫除自由载流子。因此，可以通过波导的电压偏置和/或几何形状来控制载流子寿命，并且可以在补偿TO移相器的响应时间时调整这些中的每一个。
图8是根据一个或多个实施例的适于与互补光移相装置一起使用的示例性方法800。可以与诸如图1的光移相装置100和图2的示意图200中描述的驱动方案的其他实施例相结合地使用方法800。
方法800在框805处开始，其中光移相装置使用第一光移相器来向沿着第一臂传播的第一光信号提供第一相移。在一些实施例中，相位控制器利用控制信号来驱动第一光移相器以提供第一相移。
在框815处，在预定义时间段内，相位控制器驱动第二光移相器以除了提供第一相移之外还向第一光信号提供第二相移。第二相移与第一相移基本上互补。在一些实施例中，预定义时间段可以与相关光开关器件的预定义开关时间段相对应。在一些实施例中，第一光移相器包括TO移相器，并且第二光移相器包括EO移相器或光泵浦移相器。
在框825处，相位控制器在第二时间段期间驱动第一光移相器以维持光开关器件的开关状态。第二时间段可以与非开关时间段相对应。方法800在框825完成之后结束。
在前文中，参考了本公开中呈现的实施例。然而，本公开的范围不限于具体描述的实施例。替代地，所描述的特征和元件的任何组合无论是否与不同的实施例有关，都被设想为实现并实践设想的实施例。此外，尽管本文公开的实施例可以实现优于其他可能的解决方案或优于现有技术的优点，但是特定优点是否由给定实施例实现不限制本公开的范围。因此，除了在权利要求中显式地叙述，前面的方面、特征、实施例和优点仅仅是说明性的，而不应被认为是所附权利要求的要素或限制。
如本领域的技术人员将领会的，可以将本文公开的实施例体现为系统、方法或计算机程序产品。因此，各方面可以采取完全硬件实施例、完全软件实施例(包括固件、驻留软件、微代码等)或组合软件和硬件方面的实施例的形式，这些软件和硬件方面在本文中可以全部通常被称为“电路”、“模块”或“系统”。此外，各方面可以采取体现在上面体现有计算机可读程序代码的一个或多个计算机可读介质中的计算机程序产品的形式。
可以利用一种或多种计算机可读介质的任何组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或计算机可读存储介质。计算机可读存储介质可以是例如但不限于电子、磁性、光、电磁、红外或半导体系统、设备或装置、或前述的任何合适的组合。计算机可读存储介质的更具体示例(非详尽列表)将包括下列的：具有一根或多根电线的电连接、便携式计算机软盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦可编程只读存储器(EPROM或闪速存储器)、光纤、便携式紧致盘只读存储器(CD-ROM)、光存储装置、磁存储装置或前述的任何合适的组合。在本文献的上下文中，计算机可读存储介质是可包含或存储供由指令执行系统、设备或装置使用或者与指令执行系统、设备或装置相结合地使用的程序的任何有形介质。
计算机可读信号介质可以包括传播数据信号，其中计算机可读程序代码被体现在其中，例如，在基带中或作为载波的一部分。这样的传播信号可以采取各种形式中的任一种，包括但不限于电磁、光或它们的任何合适的组合。计算机可读信号介质可以为不是计算机可读存储介质并且可传送、传播或输送供由指令执行系统、设备或装置使用或者与指令执行系统、设备或装置相结合地使用的程序的任何计算机可读介质。
可以使用任何适当的介质来发送计算机可读介质上体现的程序代码，所述介质包括但不限于无线、有线线路、光纤电缆、RF等或前述的任何合适的组合。
用于对于本公开的各方面执行操作的计算机程序代码可以用一种或多种编程语言的任何组合加以编写，这些编程语言包括诸如Java、Smalltalk、C++的面向对象编程语言以及诸如“C”编程语言或类似编程语言的常规过程编程语言。程序代码可以完全地在用户的计算机上、部分地在用户的计算机上、作为独立软件包、部分地在用户的计算机上且部分地在远程计算机上或完全地在远程计算机或服务器上执行。在后者情况下，远程计算机可以通过包括局域网(LAN)或广域网(WAN)的任何类型的网络连接到用户计算机，或者可以做出到外部计算机的连接(例如，使用因特网服务提供商通过因特网)。
在上面参考根据本公开中呈现的实施例的方法、设备(系统)和计算机程序产品的流程图图示和/或框图描述了本公开的各方面。应理解的是，可通过计算机程序指令来实现流程图图示和/或框图的每个框以及流程图图示和/或框图中的各框的组合。可以将这些计算机程序指令提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生机器，使得经由计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令创建用于实现一个或多个流程图和/或框图框中指定的功能/行为的手段。
也可以将这些计算机程序指令存储在计算机可读介质中，该计算机可读介质可指导计算机、其他可编程数据处理设备或其他装置以特定方式起作用，使得存储在计算机可读介质中的指令产生包括实现一个或多个流程图和/或框图框中指定的功能/行为的指令的制品。
也可以将计算机程序指令加载到计算机、其他可编程数据处理设备或其他装置上，以使得在该计算机、其他可编程设备或其他装置上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的过程，使得在该计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现一个或多个流程图和/或框图框中指定的功能/行为的过程。
各图中的流程图和框图图示根据各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能的实现方式的架构、功能性和操作。在这方面，流程图或框图中的每个框可以表示代码的模块、分段或部分，其包括用于实现所指定的逻辑功能的一个或多个可执行指令。也应该注意的是，在一些替代实现方式中，框中指出的功能可以不按图中指出的次序发生。例如，取决于所涉及的功能性，实际上可以基本上同时执行相继示出的两个框，或者有时可以以相反的次序执行这些框。也应注意的是，框图和/或流程图图示的每个框以及框图和/或流程图图示中的各框的组合可由执行所指定的功能或行为的基于专用硬件的系统或专用硬件和计算机指令的组合来实现。
鉴于前文，本公开的范围由以下权利要求确定。

Claims (22)

1.一种光移相装置，所述光移相装置包括：
第一光移相器，所述第一光移相器被配置为向光信号提供第一相移；和
第二光移相器，所述第二光移相器被配置为除了所述第一相移之外还向所述光信号提供第二相移，
其中，在预定义时间段期间，所述第一光移相器和所述第二光移相器被驱动为使得所述第二相移与所述第一相移基本上互补。
2.根据权利要求1所述的光移相装置，其中，所述第一光移相器包括热光(TO)移相器，并且其中，所述第二移相器包括电光(EO)移相器。
3.根据权利要求2所述的光移相装置，其中，所述EO移相器包括硅-绝缘体-硅电容(SISCAP)调制器、p-n结调制器和p-i-n结调制器中的一者。
4.根据权利要求1所述的光移相装置，其中，所述第一光移相器包括热光(TO)移相器，并且其中，所述第二移相器包括光泵浦移相器。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的光移相装置，其中，在所述预定义时间段期间：
所述第一光移相器利用方形边缘信号来驱动；并且
所述第二光移相器利用脉冲信号来驱动，所述脉冲信号具有被选择为补偿所述第一光移相器的上升时间的衰减。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的光移相装置，其中，所述第一光信号沿着第一臂传播，所述光移相装置还包括：
环形谐振器，所述环形谐振器包括接近所述第一臂设置的波导，
其中，所述第一光移相器和所述第二光移相器接近所述波导布置。
7.根据权利要求6所述的光移相装置，其中，所述波导还接近第二臂布置，所述第二臂被配置为传播第二光信号。
8.一种光开关器件，所述光开关器件包括：
第一臂，所述第一臂被配置为传播第一光信号；
第二臂，所述第二臂被配置为传播第二光信号；
第一光移相器，所述第一光移相器接近所述第一臂布置，所述第一光移相器被配置为向所述第一光信号提供第一相移；以及
第二光移相器，所述第二光移相器接近所述第一臂布置，所述第二光移相器被配置为除了提供所述第一相移之外还向所述第一光信号提供第二相移；
其中，在开关时间段期间，所述第一光移相器和所述第二光移相器被驱动为使得所述第二相移与所述第一相移基本上互补。
9.根据权利要求8所述的光开关器件，其中，所述第一光移相器包括热光(TO)移相器，并且其中，所述第二移相器包括电光(EO)移相器。
10.根据权利要求9所述的光开关器件，其中，所述EO移相器包括硅-绝缘体-硅电容(SISCAP)调制器、p-n结调制器和p-i-n结调制器中的一者。
11.根据权利要求8所述的光开关器件，其中，所述第一光移相器包括热光(TO)移相器，并且其中，所述第二移相器包括光泵浦移相器。
12.根据权利要求8至11中任一项所述的光开关器件，其中，在所述开关时间段期间：
所述第一光移相器利用方形边缘信号来驱动；并且
所述第二光移相器利用脉冲信号来驱动，所述脉冲信号具有被选择为补偿所述第一光移相器的上升时间的衰减。
13.根据权利要求8至12中任一项所述的光开关器件，还包括：
环形谐振器，所述环形谐振器包括接近所述第一臂设置的波导，
其中，所述第一光移相器和所述第二光移相器接近所述波导布置。
14.根据权利要求13所述的光开关器件，其中，所述波导还接近所述第二臂布置。
15.根据权利要求8至14中任一项所述的光开关器件，还包括：
输入光耦合器，所述输入光耦合器被配置为：使用多个输入光信号，将所述第一光信号提供给所述第一臂并且将所述第二光信号提供给所述第二臂；
第三光移相器和第四光移相器，所述第三光移相器和第四光移相器沿着所述第二臂布置并且被配置为在对应的预定义时间段期间向所述第二光信号提供基本上互补的相移；以及
输出光耦合器，所述输出光耦合器被配置为使用所述第一光信号和所述第二光信号来提供多个输出光信号。
16.一种方法，所述方法包括：
使用第一光移相器来向沿着第一臂传播的第一光信号提供第一相移；以及
在预定义时间段期间，驱动第二光移相器以除了所述第一相移之外还向所述第一光信号提供第二相移，
其中，所述第二相移与所述第一相移基本上互补。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述第一光移相器包括热光(TO)移相器，并且其中，所述第二光移相器包括电光(EO)移相器和光泵浦移相器中的一者。
18.根据权利要求16或17所述的方法，其中，所述第一相移达到预定义相移值需要上升时间，并且其中，所述第一相移和所述第二相移的相加被配置为在比所述上升时间更短的时间段内达到所述预定义相移值。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，在所述预定义时间段期间：
所述第一光移相器利用方形边缘信号来驱动；并且
所述第二光移相器利用脉冲信号来驱动，所述脉冲信号具有被选择为补偿所述上升时间的衰减。
20.根据权利要求16至19中任一项所述的方法，其中，所述第一光移相器和所述第二光移相器被包括在光开关器件中，并且其中，所述预定义时间段包括所述光开关器件的开关时间段，所述方法还包括：
在非开关时间段期间，驱动所述第一光移相器以维持所述光开关器件的开关状态。
21.一种设备，所述设备包括：
用于使用第一光移相器来向沿着第一臂传播的第一光信号提供第一相移的装置；以及
用于在预定义时间段期间驱动第二光移相器以除了所述第一相移之外还向所述第一光信号提供第二相移的装置，
其中，所述第二相移与所述第一相移基本上互补。
22.根据权利要求21所述的设备，还包括用于实现根据权利要求17至20中任一项所述的方法的装置。
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