CN1307691A - 分支光波导及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
该器件包括一个上硅层(10),其包括形成于上硅层(10)中的两个光连接的肋状结构波导(3,4);一对异质材料(6,7)的每一个都定位在两个波导(3,4)之间;以及电路(8,9,13),通过该对异质材料(6,7),使得电流可以以正反两个方向通过此异质材料(6,7),从而根据珀耳帖效应可以同时加热一个波导及冷却另一个波导。
Description
技术领域
本发明涉及到集成光电子器件，特别是光连接光波导；以及用于相位调制和开关的方法。
背景技术
代替集成电子器件或和电子器件一起集成到某个器件中，光电子器件在集成光路中的使用变得越来越重要。适合在光电子器件中使用的材料的例子包括铌酸锂及硅。作为集成的光电子电路的基础，硅是有优势的，因为它提供了标准硅集成电子电路制造工艺的潜在的用途以及光与电子电路在硅器件上的集成。硅基光电子器件的实例能在EP-A-0720754及其中给的其它参考中找到。典型的光电子集成电路包括形成在基底上的光波导。例如，一个器件可能包括一层硅膜，其被一层比如二氧化硅的绝缘材料层使得与基底分离，而在硅的上表面形成肋状结构以提供一个或多个波导。
例如发光二极管(LED，Light Emitting Diode)或激光二极管的光源的光学输出的某些特征的变化构成了在光电子器件中的信息编码。具有典型变化的输出光参量是振幅，脉冲时间宽度或输出光的相位。光输出的变化可以通过直接改变光源输出，或者更经常的是使光通过一个其光学性质(通常是折射率)能够被外部装置改变的材料来获得。例如，某种材料的折射率可以通过加电场(电光效应)，加磁场(磁光效应)或者加热(热光效应)来改变。某些半导体材料的折射率，比如硅的，也可以通过控制材料中自由载流子密度来改变，就是所谓的“自由载流子注入”或“自由载流子耗尽”。例如，通过改变自由载流子密度来改变其组成材料折射率的光电子器件在EP-A-0720754中有所描述。铌酸锂器件，和上面描述的在绝缘器件上的硅是拥有电光，磁光，热光性能的典型材料，而且其折射率也可以通过载流子的注入来改变。
一个能够被合并在一个集成光电路中的光电子器件的有名的例子就是干涉仪，例如Mach Zehnder干涉仪。这样的一个器件典型地包括一个分支硅波导：干波导被分成两支，然后重新合并组成输出波导。在干涉仪的大部分长度里面，波导的分支基本上是相互平行地伸展的。我们知道Mach Zehnder器件可以用作开关。它是通过在光传播通过波导的分支时引入一个相对相移来实现开关特性的。当在波导的两个分支之间没有相对相移时，器件的输出波导记录开关状态为“接近”，当在波导的两分支之间存在一个相对相移为n×π时(这里n是整数)，开关的状态为“断开”。相对相移是通过调整器件一个分支的折射率来引入的。通常，当透明材料的折射率被改变的时候，通过该材料的光波的相移也会改变：折射率改变得越大，相位改变得就越大。在一个已知的MachZehnder器件的工作过程中，其中一个分支的折射率是通过加热该波导的一个分支来进行改变的(也就是利用上面描述的热光效应)。例如，对一个硅波导，温度每增加一摄氏度，其折射率增加2×10-4。通过加热波导的一个分支(使得在波导的分支之间存在相移)使得器件处于断开的状态，然后使其冷却到与波导的另一个分支相同的温度(使得波导的分支之间没有相移)使器件又处于接近的状态。开关接近的速度取决于加热的快慢，断开的速度取决于波导达到相同温度的快慢，也就是说热从较热的分支上流走的快慢。对于大部分材料来说，获得的相移与波导分支间的温度差近似成线性关系，而且相移的最大值并不对光损耗有影响。然而，在Mach Zehnder干涉仪中采用已知的热光效应去改变折射率从而改变相位是相对较慢的。这是因为把波导分支加热和冷却是需要一定的时间的。所以，使用已知的热驱动的Mach Zehnder器件来操作的话，开关典型的工作范围为KHz，也就是说每秒103次的量级。
我们也知道在干涉仪中可以采用载流子注入的方法来改变折射率，从而改变相位，例如在Mach Zehnder器件中。对载流子注入的精细设计意味着实现折射率的改变可能要比应用热光效应来的更快。干涉仪中应用载流子注入法的典型的开关可工作在GHz范围，也就是每秒109次。载流子的注入通常减小被注材料的折射率。然而，载流子的注入也可能会使被注材料升温，从而导致材料的折射率升高。可见，这两种效应对改变材料的折射率所起的作用正相反，这样会不利地限制可获取的最大相移，并导致相移响应相对于注入载流子量及开关频率成非线性的关系。另外不利的一点是载流子可能会引起光损耗。
我们已经发明了一种使用两个光学连接的光波导的方法，以及一个可以合并这样的光波导的器件，就是使用热光效应来产生波导间的相对相位改变，但是与迄今为止已知的热光效应的干涉器件相比，它拥有更快的反应速度。
发明概述
本发明的第一个方面是提供了一种使用光电子器件的方法。该器件包括一个上硅层，该上硅层包括形成该上硅层的一部分的两个光连接的波导。这种方法包括加热第一个波导，冷却第二个波导，从而引入两波导间的折射率的差异，随之而带来的是光通过第一和第二个波导而产生的相对的相移；然后再冷却被加热的波导及加热被冷却的波导，从而充分地平衡波导间的温度，使得光通过第一和第二个波导之间不会产生相移。
本处使用的术语“两个光连接的波导”指的是至少通过两波导中的每一个的光的一部分是来自另一个共同的波导。此处定义的两个光连接的波导的一个实例就是分支光波导。在这种情形，所有的通过分支波导的每个分支的光都是来自同样的共同波导，即所谓的“干”波导，从该“干”波导分成多个分支。本发明的一个较佳的方法是使用一个包括分支光波导的光电器件，该方法包括加热波导的第一个分支，冷却波导的第二个分支，从而引入分支间的折射率的差并带来相对的相移。
此处定义的两个光连接的波导的另外一个例子是瞬逝波(evanescent)耦合器。两个波导(例如硅层中的肋状结构)相互紧贴着延伸出一个耦合距离就构成了一个瞬逝波耦合器，这样的话，通过各个波导的光波模式会产生交迭。这种交迭导致来自一个波导的一部分光传到另一个波导，反之亦然。在超出耦合距离之外，瞬逝波耦合器的两个波导就相互分离。本发明的另外一个较佳的方法包括形成部分瞬逝波耦合器的两个光波导。
根据目前发明的方法，两个光连接的波导的温度都被有效地控制着。这与以前已知的使用分支光波导的方法有很大不同的，以前的方法中只有一个分支被加热，然后被冷却。对光连接的波导的两个波导的有效控制意味着，与先前已知的方法相比两个波导间温度差能够更快地产生。这样，在这样例如干涉仪的器件中，获取的相位调制的速度可以得到很有利地提高，同时，利用热光效应引发相位调制的优点也能够得以获得，即，线性的响应关系以及低光学的损耗的优点。
第一个波导的加热和第二个波导的冷却较佳的是几乎同时进行。获取这一点的较佳的方法包括：
(i)提供一个包括一对异质材料的电路，每个异质的材料分别被安置在第一和第二个波导之间；
(ii)围绕这个回路上加一个电流并通过这些异质的材料，从而根据珀耳帖(Peltier)效应可以达到所说的加热第一个波导而冷却第二个波导的效果。
珀耳帖(Peltier)效应是一个已知的热电效应，其中如果一个电路由两种异质的材料组成，例如两种金属，并且有电流通过该材料，那么电流会在材料间的一个接点产生制冷，在另一接点产生加热。珀耳帖效应是可逆的，也就是说通过反转电流的方向，加热和冷却也会被反转。我们知道珀耳帖效应不仅在由两种不同的金属组成的电路中发生，而且对于由n型区域半导体和p型区域半导体组成的电路中也存在。当电流从n型掺杂区域流向p型掺杂区域的时候，出现制冷。
这样，根据本发明的较佳的实现方案，利用珀耳帖效应加热一个光波导，而冷却另一个光波导，这样就会实现分别对各自波导的同时加热和冷却。
在本发明的方法中，在最初的第一和第二个波导被分别加热和冷却之后，随后这些波导又分别被冷却和加热，以充分的平衡两个波导的温度。也就是说，热的波导被冷却，冷的波导被加热。象上面所描述的，通过提供由异质材料组成的电路，后来的冷却和加热最好用珀耳帖效应来获得，只是简单地通过反转流过电路的电流方向就可以了。当波导间的温度被基本上平衡之后，通过各自的波导(假设两个波导的光程相等)的光波之间就基本上不会有相对的相移。相移存在和消失的这种变化就可以被用作开关。这样应用本发明的一个更好方法的就是开关的方法，包括交替加热和冷却各个波导(在相反的方向)，以至于在波导间交替地会出现温度差(开关处于断开状态)以及波导间没有温度差(开关处于接通状态)。
根据本发明的一个独特的较佳实现方案，其中应用珀耳帖效应来加热和冷却光连接的波导，这些异质的材料包括n型和p型掺杂的半导体，如果是n型和p型掺杂的硅更好。应用这样的一个实现方案，例如可导致开关操作的相位调制的工作范围可以达到大约10MHz，也就是大约每秒107次。
在根据本发明的另外一个实现方案中，最好能够提供多个成对异质材料在电路中依次地排列和定位，使得每一对的各个异质材料都被定位在两个光连接的波导中间，而且该方法包括利用在电路中流过每一对异质材料的电流来加热和冷却各自的波导。象前面说的，较好的异质材料是n型和p型掺杂半导体，特别是n型和p型掺杂的硅。在这一个实施方案中，以及在前面描述的单对异质材料的实施例中，可以在n型和p型掺杂的区域之间提供金属线路，以完成整个电路。在金属线路使用的地方，在金属线路与n型和p型掺杂区域之间，会出现异质材料结，实现珀耳帖加热和冷却效应。
在可选择的另一种安排中，异质材料可以包括硅表面上提供两种不同的金属以代替n型和p型掺杂区域。
在本发明的各种实现方案中，应用珀耳帖效应来获得的温度差优选至少有25摄氏度，更好的达到至少40摄氏度，最好能够达到至少50摄氏度。
目前发明的另外一个方面，提供了一个在上面描述方法中使用的光电器件，其包括：
(i)在上硅层中形成的两个光连接的肋状波导；
(ii)一对已定位的异质材料，每一个都在第一和第二个肋状波导之间；以及
(iii)通过该对异质材料完成一个电路的装置，使得电流能够从正反两个方向通过异质材料。
在根据本发明的一个优选的器件中，对多者异质材料对进行安置，使得每对中的每个异质材料都被安置在第一和第二波导之间，而且设计完成该电路的装置使得电流能够在每对异质材料间在正反两个方向上依次地通过。每对的异质材料较佳由n型和p型掺杂半导体构成，最好是n型和p型掺杂硅。与单对异质材料的实现方案相比，多个成对异质材料的使用增大了该效果。
根据本发明的第二个方面，器件中完成电路的装置可以包括金属线路，而且如上所述金属线/掺杂区接点可以提供异质材料接点，根据珀耳帖效应这些接点可以被加热和冷却。
在根据目前的发明的较佳的光电器件中，光连接的波导或者是分支光波导的分支，或者构成瞬逝波耦合器的部件。
根据目前的发明的一个较佳的光电器件是干涉器件，特别是MachZehnder干涉仪，或者Michelson干涉仪。
附图简述
下面通过举例方法参考附图将对目前发明的实现方案进行描述：
图1是对根据本发明的器件的第一种实现方案的示意性描述；
图2a和2b是图1器件中分别沿着线A-A和B-B所取的剖视图。
图3是图1和2中器件的分支区域的透视图。
图4是根据本发明的器件的第二种实现方案的示意性描述。
本发明的较优方案
现在参考附图，图1到3显示了一个分支波导1，其中茎波导2分别分成第一和第二个分支3和4，然后又重新组合成输出波导5。根据本发明，既然通过分支3和4的光的一部分(这里是全部的)是来自相同的波导(这里是茎波导2)，这两个分支3和4就是光学连接的。波导的分支3和4在大部分长度的区域内是基本上相互平行地延伸的。茎2，分支3和4，以及输出波导5每一个都是在硅层10上形成肋状结构。这个肋状结构包括在硅的上层10中形成的一个上表面和两个侧表面，而硅层10又是依附在硅基11上的。上硅层10与硅基11之间被一层二氧化硅绝缘材料12隔开(图2a，2b和3)。一个二氧化硅的保护层14沿着形成波导分支3和4的每个肋状结构的上、侧表面延伸。保护层14也稍微地延伸到处于硅层10的上表面的每个肋状波导3和4的一侧。
上硅层10的第一个区域6处于波导分支3和4之间，是n型掺杂的，而上硅层10的另一个区域7也是处于波导分支3和4之间，是p型掺杂的。掺杂区域6和7相互间是纵向隔开的，也就是说沿着波导3和4的方向(参看图1和3)。定位掺杂区域6和7的位置使得它们不能扩展到每个肋状波导3和4的光波路径中。光波模式在图2a和2b中用虚线15表示。
一个单金属传导线路8沿着形成波导分支3的肋状结构的全部长度延伸。两个较短的金属线路8′和8″沿着形成波导分支4的肋状结构延伸，使得每一个都分别与n型和p型掺杂的区域6和7相连。每个金属线路8，8′和8″都和各自的肋状波导的上表面和侧表面相连接，而且在肋状波导的两侧也和硅层的部分上表面相连接。金属线路延伸超出了二氧化硅保护层14的边缘，直接与硅层10相连接(参看图2和3)。
在操作的过程中，电源13的接入是通过与金属连接垫9′和9″相连接完成的，金属连接垫9′和9″分别与金属线路8′和8″进行电连接，这样一个电路就完成了。电流从连接垫9′流入，通过金属线路8′，n型掺杂区6，金属线路8，p型掺杂区7以及金属线路8″到达第二个连接垫9″。既然电流通过了异质材料间的接点(此处接点处于金属线路分别与每个n型和p型掺杂的区域6和7之间)，那么根据珀耳帖效应在分支3上的材料之间的接点被冷却，而在分支4上的材料之间的接点被加热。更精确地是，冷却和加热分别发生在金属与在分支3和4上的掺杂材料之间。既然沿着波导的冷却效果是叠加的，它到底发生在哪个位置并不重要，总体的效果是分支3被冷却，而分支4被加热。而且，金属线路8，8′和8″以及每个分支肋状结构3和4的硅都是热的导体，并在沿着每个波导分支3和4的长度在各个接点上传热(或者是冷却)。
对于波导分支3和4的分别冷却和加热引起了通过分支3和4的光之间的相移，这一点可以被用来开关Mach Zehnder器件。
这种方法的下一步就是对电流的方向进行反转。根据珀耳帖效应，加热和冷却的效应也被反转，所以分支3被加热，分支4被冷却。电流以相反的方向通过，直到分支间的温度被基本上平衡，以至于分支间不再有相对的相移。开关就处于接通的状态了。可以采用这种方法交替的进行加热和冷却以切换器件的开和关的状态，这种速度可以达到每秒107次。
图4显示了根据本发明的另外一个实现方案。与图1到3的实现方案相比，相同的部分以相同的参考数字标记。在这种情况下，多个成对的n型和p型掺杂区域的位置确定在波导的分支3和4之间。更短长度的金属线路(总的标记为8*)被排列起来使得电流可以顺序地通过每一对n型和p型掺杂的区域，接着通过随后的一对。这种排列可以增大图1到3中的实现方案的效果。
尽管上面描述的实现方案参照了Mach Zehnder干涉仪，但是本发明还是发现了在光电器件中的通常应用，在这里的光电器件中，都是用来改变分支光波导的分支的折射率。例如，它可以用在Michelson干涉仪中。
Claims (27)
1.一种使用一个光电器件的方法，该器件包括一个上硅层，该上硅层包括两个光连接的波导，该波导形成上硅层的部分，该方法包括加热其中第一个波导，冷却第二个波导，从而引起该两波导间的折射率差，以及随后的光通过该第一和第二个波导而产生的相对的相移。
2.一种根据权利要求1的方法，其中该两个光连接的波导在上硅层中形成肋状结构。
3.一种根据权利要求1或2的方法，其中该两个光连接的波导包括分支光波导的两个分支，该方法包括加热该波导的第一个分支，冷却该波导的第二个分支，从而引起折射率差以及随后的该两分支间的相对相移。
4.一种根据权利要求1或2的方法，其中该两个光连接波导形成瞬逝波耦合器的一部分。
5.一种根据前面任一权利要求的方法，其中加热和冷却基本上是同时进行的。
6.一种根据前面任一权利要求的方法，包括附加的一个步骤，即冷却已被加热的波导及加热已被冷却的波导，以基本上平衡波导的温度，使得光通过第一和第二波导没有相对的相移。
7.一种根据前面任一权利要求的方法，包括：
(i)提供包括一对异质材料的电路，每一个异质材料的位置都被定在第一和第二波导之间；以及
(ii)电路中通以电流，电流通过该异质材料，从而根据珀耳帖效应以实现所说的对第一和第二个波导的加热和冷却。
8.一种根据权利要求7的方法，包括附加的一个步骤，即反转流过该电路的电流的方向。
9.一种根据权利要求7或8的方法，包括多个成对异质材料，这些异质材料在电路中顺序地排列与定位，以使得每对的各个异质材料的位置都被定在第一和第二个光波导之间。
10.一种根据权利要求7，8或9的方法，其中每一对的异质材料分别包括半导体的n型和p型掺杂区域，最好是n型和p型掺杂硅。
11.一种根据权利要求10的方法，其中金属线路与该n型和p型的掺杂区域实现电连接，并沿着各个波导延伸出至少一部分，而且异质材料结存在于金属线路和每个n型和p型的掺杂区域间的接合处，通过珀耳帖效应异质材料结的被加热和冷却造成该波导的加热和冷却。
12.一种根据前面任一权利要求的方法，其中该波导间上硅层的第一个部分是n型掺杂的，而上硅层的另一部分是p型掺杂的，由此电流可以通过掺杂区域以对波导分别进行加热和冷却。
13.一种根据权利要求2或者任何一个从属于权利要求2的方法，包括金属线路既和肋状波导的上、侧表面相连接，也与在肋状波导任何一边的上硅层的部分上表面相连接，这样通过金属线路的电流可以起到所谓的加热和冷却的作用。
14.一种根据权利要求6，7或8的方法，其中每一对异质材料包括两种不同的金属。
15.一种根据前面任一权利要求的方法，其中该器件被用作开关，这种方法包括重复地加热和冷却该第一和第二个波导，重复地引起和随后消除波导间的相移，从而重复地改变开关的开和关的状态。
16.一个光电器件，包括：
(i)一个上硅层，其包括形成部分上硅层的两个光连接的光波导；
(ii)一对异质材料，对其的定位使得每对材料都安置在第一和第二个光波导之间；以及
(iii)通过该对异质材料完成一个电路的装置，其使得电流可以以正反两个方向通过该异质材料。
17.一个根据权利要求16的光电器件，其中该两个光连接的波导形成为上硅层的肋状结构。
18.一个根据权利要求16或17的光电器件，其中多个成对的异质材料的定位使得每对的各个异质材料都被安置在第一和第二个波导之间，而且对形成电路的装置进行设置使得电流能够从正反两个方向依次地通过每一对异质材料。
19.一个根据权利要求16，17或18的光电器件，其中每一对异质材料分别包括半导体的n型和p型掺杂区域，较佳为n型和p型掺杂硅。
20.一个根据权利要求16到19中任何一项的光电器件，其中金属线路与n型和p型的掺杂区域实现电连接，并沿着各个波导延伸出至少一部分，而且异质材料结存在于金属线路和每个n型与p型的掺杂区域间的接合处，通过珀耳帖效应异质材料结的被加热和冷却带来了该波导的加热和冷却。
21.一个根据权利要求16到20中任何一项的光电器件，其中该波导间的上硅层的第一个部分是n型掺杂的，该上硅层的另一个部分是p型掺杂的，由此电流可以通过掺杂区域以分别加热和冷却各自的波导。
22.一个根据权利要求17，或任何一个从属于权利要求17的光电器件，包括金属线路既和肋状波导的上、侧表面相连接，也与在肋状波导任何一边上的上硅层的部分上表面相连接，这样通过金属线路的电流可以起到所谓的加热和冷却的效果。
23.一个根据权利要求16或17的光电器件，其中每对异质材料都包括两种不同的金属。
24.一个根据权利要求16到23的任何一项的光电器件，是一个干涉仪，较佳是一个Mach Zehnder干涉仪与Michelson干涉仪。
25.一个根据权利要求16到24的任何一项的光电器件，或者一个根据权利要求1到15之一的方法，其中波导在上硅层形成为直立的肋状结构，另外，该上硅层支撑在一个硅基上，而且被一个绝缘层将该硅基与之隔开。
26.一种使用基本上如上描述的光电器件的方法。
27.一个基本上参考附图如上描述的光电器件。
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Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
| CN101133355B (zh) * | 2005-03-08 | 2011-02-02 | 日本电信电话株式会社 | 半导体光调制器 |
| CN102375178A (zh) * | 2010-08-06 | 2012-03-14 | Lsi公司 | 通过形态控制修改半导体光路 |
| WO2015078339A3 (en) * | 2013-11-27 | 2015-07-02 | Huawei Technologies Co., Ltd. | Apparatus and method for differential thermal optical switch control |
| CN104950267A (zh) * | 2015-06-29 | 2015-09-30 | 浙江大学 | 基于磁流体的m-z型玻璃基光波导磁场强度传感器 |
| CN111061010A (zh) * | 2020-01-09 | 2020-04-24 | 中山大学 | 热调偏置硅铌酸锂混合集成调制器及制备方法 |
Families Citing this family (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DK199901580A (da) * | 1999-11-03 | 2001-05-04 | Nkt Res As | Silicium mesa struktur integreret i en glas på silicium bølgeleder, samt fremgangsmåde til fremstiiling heraf |
| US6990257B2 (en) * | 2001-09-10 | 2006-01-24 | California Institute Of Technology | Electronically biased strip loaded waveguide |
| US7082235B2 (en) * | 2001-09-10 | 2006-07-25 | California Institute Of Technology | Structure and method for coupling light between dissimilar waveguides |
| US7120338B2 (en) * | 2001-09-10 | 2006-10-10 | California Institute Of Technology | Tuning the index of a waveguide structure |
| US6560377B2 (en) * | 2001-10-01 | 2003-05-06 | Agere Systems Inc. | Non-hermetic packaging for lithium niobate-based devices |
| US6825966B2 (en) * | 2001-11-13 | 2004-11-30 | International Business Machines Corporation | Optical phase shifting device |
| US7010208B1 (en) | 2002-06-24 | 2006-03-07 | Luxtera, Inc. | CMOS process silicon waveguides |
| US6901911B2 (en) * | 2002-07-31 | 2005-06-07 | Caterpillar Inc | Pump and hydraulic system with low pressure priming and over pressurization avoidance features |
| FI20021583A0 (fi) * | 2002-09-04 | 2002-09-04 | Valtion Teknillinen | Menetelmä optoelektronisen komponentin ohjaamiseksi |
| JP2005070460A (ja) * | 2003-08-25 | 2005-03-17 | Eudyna Devices Inc | 光半導体装置、光位相制御装置、光強度制御装置及び光半導体装置の製造方法 |
| US8998620B2 (en) * | 2003-12-02 | 2015-04-07 | Super Talent Technology, Corp. | Molding method for COB-EUSB devices and metal housing package |
| US8102657B2 (en) * | 2003-12-02 | 2012-01-24 | Super Talent Electronics, Inc. | Single shot molding method for COB USB/EUSB devices with contact pad ribs |
| US7394948B1 (en) * | 2004-06-07 | 2008-07-01 | Kotura, Inc. | High speed optical phase modulator |
| US7315679B2 (en) * | 2004-06-07 | 2008-01-01 | California Institute Of Technology | Segmented waveguide structures |
| US7394949B1 (en) * | 2004-06-07 | 2008-07-01 | Kotura, Inc. | High speed optical intensity modulator |
| US7035487B2 (en) * | 2004-06-21 | 2006-04-25 | Intel Corporation | Phase shifting optical device with dopant barrier |
| US7826688B1 (en) | 2005-10-21 | 2010-11-02 | Luxtera, Inc. | Enhancing the sensitivity of resonant optical modulating and switching devices |
| US7447395B2 (en) * | 2006-06-15 | 2008-11-04 | Sioptical, Inc. | Silicon modulator offset tuning arrangement |
| US8111724B2 (en) * | 2009-07-07 | 2012-02-07 | International Business Machines Corporation | Temperature control device for optoelectronic devices |
| JP6446803B2 (ja) * | 2014-03-25 | 2019-01-09 | 日本電気株式会社 | 光送受信器 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5016958A (en) * | 1989-02-07 | 1991-05-21 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Optical switch having a phase change region therein |
| JPH0961766A (ja) * | 1995-08-19 | 1997-03-07 | Nec Corp | 半導体光変調器 |
| JPH10333190A (ja) * | 1997-05-28 | 1998-12-18 | Nec Corp | 光スイッチ |
| GB2331373B (en) * | 1997-11-12 | 2000-02-23 | Bookham Technology Ltd | Optical system and method for changing the lengths of optical paths and the phases of light beams |
-
1998
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- 1999-04-30 US US09/302,413 patent/US6278822B1/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
| CN101133355B (zh) * | 2005-03-08 | 2011-02-02 | 日本电信电话株式会社 | 半导体光调制器 |
| CN102375178A (zh) * | 2010-08-06 | 2012-03-14 | Lsi公司 | 通过形态控制修改半导体光路 |
| CN102375178B (zh) * | 2010-08-06 | 2014-01-29 | Lsi公司 | 光学器件及其形成方法 |
| WO2015078339A3 (en) * | 2013-11-27 | 2015-07-02 | Huawei Technologies Co., Ltd. | Apparatus and method for differential thermal optical switch control |
| US9291776B2 (en) | 2013-11-27 | 2016-03-22 | Huawei Technologies Co., Ltd. | Apparatus and method for differential thermal optical switch control |
| CN104950267A (zh) * | 2015-06-29 | 2015-09-30 | 浙江大学 | 基于磁流体的m-z型玻璃基光波导磁场强度传感器 |
| CN111061010A (zh) * | 2020-01-09 | 2020-04-24 | 中山大学 | 热调偏置硅铌酸锂混合集成调制器及制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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