DE102019200103A1

DE102019200103A1 - Temperaturrückkopplung für elektrooptische Phasenschieber

Info

Publication number: DE102019200103A1
Application number: DE102019200103.3A
Authority: DE
Inventors: Pedram Lajevardi; Jan Niklas Caspers; Behnam Behroozpour
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-01-19
Filing date: 2019-01-07
Publication date: 2019-07-25
Anticipated expiration: 2039-01-08
Also published as: KR20190088892A; CN110058433A; DE102019200103B4; US20190227351A1; JP2019128597A; US10598968B2; KR102678804B1

Abstract

Ein Sender für eine optische Vorrichtung beinhaltet Halbleiterwellenleiter, die jeweils einen elektrooptischen Phasenschieber in dem Halbleiterwellenleiter einbinden, der dazu funktionsfähig ist, den Brechungsindex des Wellenleiters zu ändern, wodurch eine Phasenverschiebung in dem Licht eingeführt wird, das durch den Wellenleiter propagiert. Der elektrooptische ist mit einer Phasenverschiebungssteuerung und mit einer Temperaturmesskomponente verbunden, wie etwa einem PTAT-Schaltkreis, die in den elektronischen oder photonischen Chip integriert ist, der den Wellenleiter trägt. Die Temperaturmessung durch die Messkomponente kann mit dem normalen Betrieb des Phasenschiebers gemultiplext werden, so dass die Temperaturmessfunktion und die Phasenverschiebungsfunktion sich nicht stören.

Description

Prioritätsanspruch
Diese Anmeldung ist eine Gebrauchsmustereinreichung und beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 62/619,156 , eingereicht am 19. Januar 2018, deren gesamte Offenbarung hiermit durch Bezugnahme aufgenommen ist.
Hintergrund
Für optische Phased-Arrays (OPAs) werden elektrooptische Phasenschieber aufgrund ihrer Leistungsfähigkeitsmetriken, wie etwa geringerer Leistungsverbrauch und hohe Geschwindigkeit, bevorzugt. Jedoch kann die Leistungsfähigkeit elektrooptischer Phasenschieber bei Temperaturen außerhalb eines bevorzugten Betriebsbereichs beeinträchtigt werden, weil die Spannung, die zum Induzieren einer gewünschten Phasenverschiebung notwendig ist, typischerweise temperaturabhängig ist. Dementsprechend kann in Abhängigkeit von dem Material und der Struktur der Phasenschieber eine Umgebungstemperaturvariation die Genauigkeit eines elektrooptischen Phasenschiebers stören. OPAs werden oft in Lidar(Light Detection and Ranging - Lichtdetektion und Abstandsmessung)-Vorrichtungen und optischen Bildgebungsvorrichtungen, einschließlich Digitalkameras, MRT-, CT- und beliebiger geeigneter Bildgebungsvorrichtungen, bei denen Genauigkeit wichtig ist, verwendet. Jegliche geringfügige Abweichung der Spannung, die für eine Phasenverschiebung notwendig ist, aufgrund der Temperatur kann die Leistungsfähigkeit der Kamera oder des Lidar erheblich beeinträchtigen, außer die angelegte Spannung wird angepasst. Es gibt einen Bedarf, Beeinträchtigungen der Leistungsfähigkeit der Komponenten dieser Bildgebungsvorrichtungen und Lidar-Vorrichtungen aufgrund von Temperatur, einschließlich der Phasenschieberkomponenten, zu vermeiden. Diese Offenbarung stellt ein Abhilfemittel für dieses Problem mit elektrooptischen Phasenschiebern bereit, das keine Änderung an dem Prozess zum Fertigen des Phasenschiebers erfordert und das nur eine elektronische Steuerschaltungsanordnung verwendet.
Kurzdarstellung der Offenbarung
Eine optische Vorrichtung und ein Verfahren sind bereitgestellt zum Berücksichtigen von Temperaturen außerhalb eines bevorzugten Betriebsbereichs in einem optischen Phased-Array, das elektrooptische Phasenschieber verwendet. Insbesondere nutzen die hier offenbarten Vorrichtungen und Verfahren bestehende Kontakte des elektrooptischen Phasenschiebers in Halbleiterwellenleitern, wobei die Kontakte bereits mit einer elektronischen oder photonischen Schaltungsanordnung zum Steuern des Brechungsindex des Wellenleiters verbunden sind. Gemäß einem Merkmal der Offenbarung ist eine Temperaturmesskomponente, wie etwa ein PTAT-Schaltkreis, in den elektronischen oder photonischen Chip integriert und mit den existierenden Phasenschieberkontakten verbunden. Bei einem weiteren Merkmal kann eine Temperaturmessung durch die Messkomponente mit dem normalen Betrieb des Chips und des Phasenschiebers gemultiplext werden, so dass sich die Temperaturmessfunktion und die Phasenverschiebungsfunktion nicht stören.
Figurenliste

1 ist ein Diagramm eines beispielhaften Lidar- oder 3D-Kamera-Systems.
2 ist ein schematisches Diagramm eines beispielhaften Senders, wie etwa zur Verwendung in einem Lidar-System.
3 ist ein Diagramm eines elektrooptischen Phasenschiebers, der in dem Phasenschieberarray für das in 2 gezeigte System verwendet wird.
4 ist ein Diagramm eines elektrooptischen Phasenschiebers, der einen PTAT einbindet, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
5 ist ein Diagramm des elektrooptischen Phasenschiebers der vorliegenden Offenbarung, der in den in 2 gezeigten beispielhaften Sender eingebunden ist.

Ausführliche Beschreibung
Um ein Verständnis der Prinzipien der Offenbarung zu fördern, wird nun auf die in den Zeichnungen veranschaulichten und in der folgenden schriftlichen Beschreibung beschriebenen Ausführungsformen Bezug genommen. Es versteht sich, dass dadurch keine Beschränkung des Schutzumfangs der Offenbarung beabsichtigt ist. Es versteht sich ferner, dass die vorliegende Offenbarung beliebige Veränderungen und Modifikationen an den veranschaulichten Ausführungsformen beinhaltet und ferner die Anwendungen der hier offenbarten Prinzipien beinhaltet, wie sie für einen Fachmann, den diese Offenbarung betrifft, ersichtlich wären.
Die allgemeine Architektur eines Lidar-Systems oder einer 3D-Kamera ist in 1 gezeigt. Die 3D-Kamera beinhaltet einen Sender TX, der dazu funktionsfähig ist, die Amplitude des Lichts von einer Lichtquelle, wie etwa einem Laser, in eine Reihe von Pulsen zu modulieren, mit denen das Licht auf eine Szene unter Verwendung angemessener optischer Elemente verteilt wird. Die Kamera beinhaltet ferner einen Empfänger RX, in dem das von der Szene reflektierte Licht gesammelt und auf ein Sensorarray, wie etwa ein Fotodiodenarray auf einem CMOS-Chip, abgebildet wird. Eine Zeitverzögerung der elektrischen Wellenform (z. B. des Fotodiodenstroms), die durch jedes der Sensorelemente als Reaktion auf das RX-Licht erzeugt wird, mit Bezug auf die ursprüngliche Wellenform, in dem TX-Licht, wird unter Verwendung elektronischer Schaltkreise gemessen, um eine Laufzeit des optischen Signals von der Quelle TX zu dem Empfänger RX zu bestimmen. Bei gewissen Anwendungen beinhaltet der Sender TX eine Strahllenkschaltungsanordnung, die die Richtung des TX-Lichts steuert, so dass eine Szene oder ein Objekt gescannt wird.
2 zeigt ein schematisches Diagramm eines Senders in dem in 1 gezeigten Lidar- oder Kamerasystem (obwohl andere Systeme ein ähnliches System in anderen Anwendungen verwenden können). Das System beinhaltet einen Strahlteiler, ein Wellenleiterarray, ein Phasenschieberarray und ein Antennenarray, wie in der Technik bekannt ist. Die Strahlteiler werden verwendet, um einen Eingangslichtstrahl in mehrere Lichtstrahlen aufzuteilen, die entlang mehrerer optischer Pfade propagieren, die durch die Wellenleiter in dem optischen Wellenleiterarray definiert sind. Das Phasenschieberarray ist typischerweise auf der Wellenleiterarrayplattform gebaut, um Phasenverzögerungen in gewissen der propagierenden Lichtstrahlen zu induzieren. Das Antennenarray koppelt die Lichtstrahlen von dem Festkörper-Lidar, damit sie zu dem Objekt oder der Szene, das/die beobachtet wird, übertragen werden. Mit den durch das Phasenschieberarray induzierten Phasenverzögerungen kann der Ausgangslichtstrahl in unterschiedliche Winkel gelenkt werden, was ermöglicht, dass die Festkörperkamera oder das Lidar Informationen aus unterschiedlichen Richtungen sammelt.
In gewissen Lidar- oder 3D-Kamera-Systemen beinhaltet das Phasenschieberarray elektrooptische Phasenschieber, die basierend auf der Abhängigkeit des Brechungsindex eines Materials von der Ladungsträgerkonzentration in dem Material arbeiten. Bei einer Ausführungsform kann ein elektrooptischer Phasenschieber 12 die Form eines pn-Übergangs in einem Halbleiterwellenleiter 10, wie in 3 gezeigt, annehmen. Der herkömmliche Phasenschieber aus 3 beinhaltet einen Halbleiterwellenleiter 10 auf einem photonischen Halbleiterchip, der eine p-dotierte Halbleiterschicht 11a, die eine Seite des Wellenleiter definiert, und eine angrenzende n-dotierte Halbleiterschicht 11b, die die gegenüberliegende Seite definiert, beinhaltet. Die p-dotierte und n-dotierte Schicht 11a, 11b des Halbleiterwellenleiters beinhalten jeweils elektrische Kontakte 14 an dem Übergang zwischen den Schichten (pn-Übergang) zum Integrieren des Wellenleiters in eine elektronische Steuerschaltungsanordnung, wie in der Technik bekannt ist. Durch Anlegen eines Vorwärtsvorspannungsstroms an dem pn-übergang und Ändern des Pegels der Spannung kann die Konzentration der Ladungsträger bei dem pn-Übergang gesteuert werden, wodurch der Brechungsindex des Wellenleiters verändert wird. Beide dieser Verfahren - Vorwärtsstrom- oder Rückwärtsspannungssteuerung - werden gemeinhin beim Implementieren elektrooptischer Phasenschieber verwendet, wie in A. Liu, L. Liao, D. Rubin, H. Nguyen, B. Ciftcioglu, Y. Chetrit, N. Izhaky und M. Paniccia, „High-speed optical modulation based on carrier depletion in a silicon waveguide", Optics Express, Bd. 15, Nr. 2, S. 660-668, 2007 offenbart, dessen gesamter Inhalt hiermit durch Bezugnahme aufgenommen ist.
Jedoch sind solche Phasenschieber gegenüber thermischen Fluktuationen auf dem Wellenleitermedium empfindlich, was zu einem erheblichen Effekt auf ihren Brechungsindex und ihre Gesamtleistungsfähigkeit führen kann. Ein Weg, um dieses Problem zu lösen, besteht darin, die Temperatur des Wellenleiters zu messen und seine thermischen Fluktuationen zu kompensieren, indem die Steuerspannung oder der Steuerstrom, die/der an den Wellenleiter angelegt wird, in Relation zu der Abweichung der Wellenleitertemperatur von einer Grundlinientemperatur variiert wird. In typischen elektronischen Systemen und Integrierter-Schaltkreis-Gestaltungen wird eine Temperaturmessung mittels eines sogenannten PTAT-Schaltkreises (PTAT: Proportional-To-Absolute-Temperature - Proportional zu absoluter Temperatur) durchgeführt, wie in M. P. Timko, „A Two-Terminal IC Temperature Transducer," IEEE Journal of Solid-State Circuits, Bd. SC-11, Nr. 6, S. 784-788, 1976 beschrieben ist, dessen gesamte Offenbarung hiermit durch Bezugnahme aufgenommen ist. Die vorherigen Schaltkreise sind darauf angewiesen, dass die I-V-Kurve einer Diode eine Funktion ihrer Übergang-Temperatur ist, nämlich: $I_{D i o d e} = I_{0} e^{- \frac{v_{D i o d e}}{k_{B} T / q e}},$
wobei I_Diode der Diodenstrom ist, V_Diode die Diodenspannung ist, k_B die Boltzmann-Konstante ist, q_e die Elektronenladung ist und T die absolute Temperatur in Kelvin ist. Der PTAT kann ein Signal oder eine Größe erzeugen, das/die mit einem Referenzsignal oder einer Referenzgröße verglichen werden kann, um effektiv eine Temperaturdifferenz der Schaltungsanordnung relativ zu der Grundlinientemperatur zu bestimmen. Diese Temperaturdifferenz kann verwendet werden, um die Spannung oder den Strom, der/die an den pn-Übergang angelegt wird, zu kalibrieren, um die gewünschte Phasenverschiebung bereitzustellen. Beispielhafte PTAT-Vorrichtungen beinhalten die AD590-Reihe von Oberflächenmontage-Temperaturwandlern, die von Analog Devices, Inc. verkauft werden, oder Vorrichtungen, die in dem US-Patent Nr. 4,123,698 , erteilt an Michael Timko am 31. Oktober 1978, oder dem US-Patent Nr. 8,403,559 , erteilt am 26. März 2013 an Seiko Instruments, Inc., deren Offenbarungen hiermit durch Bezugnahme aufgenommen sind, offenbart sind. Gewisse PTAT-Vorrichtungen arbeiten als kalibrierte temperaturabhängige Stromquellen, sodass der Ausgangsstrom indikativ für das Temperaturdifferenzial relativ zu einer Basisinnentemperatur für den Wellenleiter oder den pn-Übergang ist.
Um eine solche Technik zum Messen der Temperatur eines Phasenschiebers zu verwenden, wird eine Diode auf dem photonischen Chip, in der Nähe des Wellenleiters, platziert, sodass seine I-V-Kurve verwendet werden kann, um die lokale Temperatur nahe dem Phasenschieber zu messen. Jedoch kann dieser Ansatz problematisch sein. Erstens ist es bei Anwendungen, wie etwa optischen Phased-Arrays (OPAs), wünschenswert, die Phasenschieber in enger Nähe zueinander zu platzieren, um eine Korrelation zwischen der Phasenverschiebung sicherzustellen, die jeder Phasenschieber in dem entsprechenden Lichtstrahl induziert, wenn die gleiche Spannung oder der gleiche Strom an die Phasenschieber angelegt wird. Zudem gibt es bei den meisten Anwendungen von OPAs eine Platzvoraussetzung für die chipmontierten Vorrichtungen, sodass die Phasenschieber und andere Komponenten so nah wie möglich zueinander gepackt werden, was bedeutet, dass kein Platz für zusätzliche Komponenten übrig ist. Das Platzieren einer Diode zur Temperaturmessung nahe dem Phasenschieber zusammen mit separaten Kontaktpads zum Verbinden der Diode und des Phasenschiebers mit einem elektronischen Steuerchip macht es schwierig, diese Einschränkung zu erfüllen. Zweitens würde für ein Array mit tausenden von Phasenschiebern, wie es in einem System zur Visualisierung einer gesamten Szene vorkommen kann, eine Diode, die jedem Phasenschieber dediziert ist, die Anzahl der Verbindungen zwischen den photonischen und elektronischen Chips verdoppeln, was ein kritischer Faktor bei den Kosten des Gesamtsystems sein kann. Gemäß der vorliegenden Offenbarung wird der pn-Übergang des Phasenschiebers selbst zum Messen der Temperatur anstelle einer separaten Diode verwendet. Gemäß der vorliegenden Offenbarung wird ein Halbleiterwellenleiter 20 durch eine p-dotierte Halbleiterschicht 21a und eine n-dotierte Halbleiterschicht 21b gebildet und beinhaltet einen Phasenschieber 22 an dem pn-Übergang zwischen den Schichten, wie in 4 gezeigt ist. Kontakte 24 an dem pn-Übergang sind mit einer Phasenverschiebungssteuerung 30 verbunden, die dazu funktionsfähig ist, den Strom oder die Spannung an dem pn-Übergang zu steuern, um dadurch die Phasenverschiebung innerhalb des Wellenleiters 20 zu steuern. Die Phasenverschiebungssteuerung kann in der Form eines herkömmlichen Halbleiterschaltkreises auf einem elektronischen oder photonischen Chip sein, wie etwa des Schaltkreises, der in dem Liu-Artikel offenbart ist, der durch Bezugnahme oben aufgenommen ist, oder eines Schaltkreises, wie in der veröffentlichen US-Anmeldung Nr. 2017/0288781 , veröffentlicht am 5. Oktober 2017 im Namen von ST Microelectronics SA, offenbart ist.
Bei einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung sind die Kontakte 24 an dem pn-Übergang auch mit einer Temperaturdetektionskomponente 32 auf dem elektronischen Chip verbunden, um seine Temperatur zu bestimmen, wie in 4 dargestellt ist. Die Temperaturdetektionskomponente kann ein PTAT-Schaltkreis sein, der wie oben besprochen konstruiert ist, so dass der pn-Übergang effektiv als eine Diode verwendet wird.
Wenn sich der Phasenschieber in einem normalen Betriebsmodus befindet, kann die gewünschte Rückwärtsspannung oder der gewünschte Vorwärtsstrom durch eine Phasenverschiebungssteuerung 30 angelegt werden, um den Brechungsindex des Wellenleiters, und dementsprechend die Phasenverschiebung des durch den Wellenleiter propagierten Lichts, zu steuern. Bei einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird der normale Betrieb der Phasenverschiebungssteuerung 30 in vorbestimmten Intervallen für eine vorbestimmte Periode unterbrochen, um den pn-Übergang für die Temperaturmessung durch den PTAT-Schaltkreis 32 zu verwenden. Das Timing und die Dauer dieser Unterbrechung kann auf der Dynamik des Temperaturverhaltens in einem bestimmten System basieren. Da die elektrischen Kontakte 24 des pn-Übergangs bereits mit der Phasenverschiebungssteuerung 30 zum Bereitstellen einer Phasenverschiebungssteuerung während des normalen Betriebs verbunden sind, kann das Verbinden des pn-Übergangs mit dem PTAT-Schaltkreis 32 mit praktisch keiner Änderung an dem photonischen Chip, d. h. ohne Hinzufügen von zusätzlichen Dioden oder Verbindungspads zu dem Chip, implementiert werden.
Der Sender TX (1) kann eine Steuerung 40 einbinden, die mit dem PTAT-Schaltkreis 32 und der Phasenverschiebungssteuerung 30 verbunden ist. Die TX-Steuerung 40 ist dazu funktionsfähig, in einem Temperaturdetektionsmodus die Phasenverschiebungssteuerung zu unterbrechen und den PTAT-Schaltkreis zu aktivieren, um die Temperatur, relative Temperatur oder das Temperaturdifferential an dem speziellen pn-Übergang zu bestimmen. Die TX-Steuerung reaktiviert die Phasenverschiebungssteuerung nach einer vorbestimmten Periode, die ausreichend ist, damit die Temperaturdetektionskomponente die pn-Übergang-Temperatur detektiert. Die TX-Steuerung kann eine Schaltungsanordnung und/oder Software beinhalten, die dazu funktionsfähig ist, das PTAT-Signal zu interpretieren und eine beliebige Änderung zu bestimmen, die für die Spannung oder den Storm notwendig ist, die/der an den pn-Übergang durch die Phasenverschiebungssteuerung angelegt wird, um den gewünschten Brechungsindex für den assoziierten Wellenleiter und eine entsprechende Phasenverschiebung des Lichts, das durch den assoziierten Wellenleiter propagiert, zu erzielen. Die TX-Steuerung 40 ist dazu konfiguriert und funktionsfähig, die Phasenverschiebungssteuerung 30 zu aktivieren und dazu zu steuern, die temperaturmodifizierte Spannung oder den temperaturmodifizierten Strom an den pn-Übergang des Phasenschiebers 22 anzulegen, so dass die angemessene Phasenverschiebung an den Wellenleiter 20 angelegt wird.
Die Temperaturmessung kann bei einer beliebigen Rate durchgeführt werden, die durch das thermische Verhalten des speziellen Systems erforderlich gemacht wird. Falls beispielsweise ein System dazu neigt, beträchtliche thermische Fluktuationen bei einer Rate von 1 kHz zu haben, dann kann die TX-Steuerung 40 dazu konfiguriert sein, den PTAT-Schaltkreis 32 zu aktivieren, um die Temperaturmessung bei einer Rate von 2 kHz oder höher durchzuführen, um sicherzustellen, dass die möglichen Temperaturänderungen erfasst werden. Die Dauer der Temperaturmessung hängt von dem verwendeten elektronischen Schaltkreis und der gewünschten Präzision ab, wobei sie angemessen kurz gehalten wird, um eine Störung des normalen Betriebs des Phasenschiebers zu vermeiden. Bei einer speziellen Ausführungsformen ist die TX-Steuerung 40 dazu konfiguriert, die Phasenverschiebungssteuerung für 1-5 µs zu unterbrechen, wobei während dieser Zeit die Temperaturdetektionskomponente 32 aktiviert ist und die Temperaturmessung erhalten wird.
Bei anderen Ausführungsformen, bei denen die Phasenverschiebungssteuerung 30 einen Vorwärtsvorspannungsstrom an den pn-Übergang des Phasenschiebers 22 anlegt, kann die Temperaturmessung gleichzeitig mit dem normalen Betrieb des Phasenschiebers durchgeführt werden, ohne seine Funktion zu unterbrechen. Die Temperaturmessung bei dieser Ausführungsform kann kontinuierlich, wie der Betrieb der Phasenverschiebungssteuerung, sein oder kann periodisch, wie oben besprochen, sein.
Für Anwendungen wie OPA, bei denen mehrere Phasenschieber zusammenarbeiten, kann der PTAT-Schaltkreis, der zur Temperaturmessung auf dem elektronischen oder photonischen Chip verwendet wird, mit mehreren Phasenschieberelementen verbunden sein, wie in 5 dargestellt ist, und unter Verwendung von Zeitmultiplexen betrieben werden. Wie in 5 gezeigt, sind einige Wellenleiter 20 mit einer Temperaturdetektionskomponente 32' und mit einer Phasenverschiebungssteuerung 30' verbunden. Bei einer Ausführungsform ist die TX-Steuerung 40' dazu konfiguriert, die Phasenverschiebungssteuerung zu multiplexen, um die Spannung oder den Strom, die/der an den pn-Übergang jedes Wellenleiters angelegt wird, zu steuern. Alternativ dazu kann eine separate Phasenverschiebungssteuerung 30' für jeden Wellenleiter bereitgestellt werden. Bei einem Aspekt dieser Ausführungsform ist die TX-Steuerung 40' dazu konfiguriert, den PTAT 32' zu multiplexen, um die Temperatur an dem pn-Übergang jedes Wellenleiters 20 zu messen, wobei die Temperaturmessung zwischen Betrieben der Phasenverschiebungssteuerung verschachtelt ist, wie oben besprochen ist. Wie oben erklärt, kann die TX-Steuerung 40' in dem Temperaturdetektionsmoduls die Phasenverschiebungssteuerung 30' unterbrechen, unabhängig davon, ob es eine einzige Phasenverschiebungssteuerung für die mehreren Wellenleiter oder eine dedizierte Phasenverschiebungssteuerung für jeden Wellenleiter ist, und die einzige Temperaturdetektionskomponente oder den PTAT 32' aktivieren.
Bei einer weiteren Ausführungsform, bei der die Temperaturen der angrenzenden Phasenschieber, zum Beispiel in einem OPA, beieinander liegen, können die Schaltkreisarchitekturen, die auf mehrere pn-Übergänge zu Temperaturmessung angewiesen sind, verwendet werden, indem die angrenzenden Phasenschieber mit demselben PTAT-Schaltkreis verbunden werden, wie in der Timko-Referenz besprochen ist, die oben durch Bezugnahme aufgenommen wurde.
Die vorliegende Offenbarung sollte als von veranschaulichendem und nicht beschränkendem Charakter betrachtet werden. Es versteht sich, dass nur gewisse Ausführungsformen präsentiert wurden und dass alle Änderungen, Modifikationen und weitere Anwendungen, die in die Idee der Offenbarung fallen, geschützt sein sollen.
Zum Beispiel ist der oben besprochene Temperaturmessschaltkreis mit den elektrischen Kontakten an einem pn-Übergang des elektrooptischen Phasenschiebers in dem Halbleiterwellenleiter verbunden. Jedoch sind andere Formen von Wellenleiterphasenschiebern vorgesehen, die ein dotiertes Halbleitermaterial, wie etwa dotiertes Silicium, nutzen. Der elektrooptische Phasenschieber kann mehrerer dotierter Gebiete mit mehreren elektrischen Kontakten zu jenen Gebieten nutzen. Es ist vorgesehen, dass die mehreren dotierten Gebiete wenigstens eines, das p-dotiert ist, und eines, das n-dotiert ist, beinhalten können. Die vorliegende Offenbarung sieht das Verwenden der existierenden elektrischen Kontakte, die zum Verbinden des elektrooptischen Phasenschiebers mit einer Phasenverschiebungsschaltungsanordnung bereitgestellt sind, als elektrische Kontakte für den Temperaturmessschaltkreis vor. Bei Phasenschiebern, die mehrere dotierte Gebiete nutzen, kann der Temperaturmessschaltkreis mit den elektrischen Kontakten für eines oder mehrere dieser Gebiete verbunden sein. Das Verwenden des existierenden elektrooptischen Phasenschiebers zur Temperaturmessung gemäß der vorliegenden Offenbarung ist nicht auf spezielle Phasenschiebergeometrien beschränkt, sondern erfordert lediglich gemeinsame elektrische Kontakte zu dotierten Halbleitergebieten, die durch den elektrooptischen Phasenschieber verwendet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 62619156 [0001]
US 4123698 [0008]
US 8403559 [0008]
US 2017/0288781 [0009]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

A. Liu, L. Liao, D. Rubin, H. Nguyen, B. Ciftcioglu, Y. Chetrit, N. Izhaky und M. Paniccia, „High-speed optical modulation based on carrier depletion in a silicon waveguide“, Optics Express, Bd. 15, Nr. 2, S. 660-668, 2007 [0007]
M. P. Timko, „A Two-Terminal IC Temperature Transducer,“ IEEE Journal of Solid-State Circuits, Bd. SC-11, Nr. 6, S. 784-788, 1976 [0008]

Claims

Optischer Sender, der Folgendes umfasst: eine Lichtquelle; einen Wellenleiter, der mit der Lichtquelle verbunden ist, um Licht von dieser zu empfangen, wobei der Wellenleiter so konfiguriert ist, dass Licht zu einem Ausgang propagiert; einen Phasenschieber, der in dem Wellenleiter eingebunden ist und der dazu steuerbar ist, den Brechungsindex des Wellenleiters bei dem Phasenschieber zu ändern, wobei der Phasenschieber elektrische Kontakte beinhaltet; eine Phasenverschiebungssteuerung, die elektrisch mit dem Phasenschieber an den elektrischen Kontakten verbunden ist und dazu funktionsfähig ist, den Strom und/oder die Spannung, der/die an den Phasenschieber angelegt wird, zu steuern, um den Brechungsindex zu ändern; und eine Temperaturdetektionskomponente, die elektrisch mit dem Phasenschieber an denselben elektrischen Kontakten verbunden ist und dazu funktionsfähig ist, ein Signal zu erzeugen, das indikativ für die Temperatur des Phasenschiebers ist.
Optischer Sender nach Anspruch 1, wobei die Temperaturdetektionskomponente ein Proportional-zu-absoluter-Temperatur(PTAT)-Schaltkreis ist.
Optischer Sender nach Anspruch 1, der ferner eine Steuerung umfasst, die mit der Phasenverschiebungssteuerung und der Temperaturdetektionskomponente verbunden ist und dazu funktionsfähig ist, den Strom und/oder die Spannung, der/die durch die Phasenverschiebungssteuerung an den Phasenschieber angelegt wird, als eine Funktion des Signals anzupassen, das durch die Temperaturdetektionskomponente erzeugt wird.
Optischer Sender nach Anspruch 3, wobei die Steuerung dazu konfiguriert und funktionsfähig ist, in einem Temperaturdetektionsmodus den Betrieb der Phasenverschiebungssteuerung zu unterbrechen und die Temperaturdetektionskomponente zu aktivieren, während die Phasenverschiebungssteuerung unterbrochen ist.
Optischer Sender nach Anspruch 4, wobei die Steuerung für eine vorbestimmte Periode in dem Temperaturdetektionsmodus konfiguriert und funktionsfähig ist.
Optischer Sender nach Anspruch 4, wobei die Steuerung bei vorbestimmten Intervallen während des Betriebs der Phasenverschiebungssteuerung in dem Temperaturdetektionsmodus konfiguriert und funktionsfähig ist.
Optischer Sender nach Anspruch 6, wobei die Steuerung für eine vorbestimmte Periode bei den vorbestimmten Intervallen in dem Temperaturdetektionsmodus konfiguriert und funktionsfähig ist.
Optischer Sender nach Anspruch 3, wobei die Steuerung in dem Temperaturdetektionsmodus dazu funktionsfähig ist, die Temperaturdetektionskomponente zu aktivieren, ohne den Betrieb der Phasenverschiebungssteuerung zu unterbrechen.
Optischer Sender nach Anspruch 8, wobei: der Phasenschieber des Wellenleiters einen pn-Übergang beinhaltet; und die elektrischen Kontakte an dem pn-Übergang sind.
Optischer Sender nach Anspruch 1, der ferner Folgendes umfasst: einen Strahlteiler, der Licht von der Lichtquelle empfängt, wobei der Strahlteiler das Licht auf mehrere Wellenleiter aufteilt, wobei jeder der mehreren Wellenleiter den Phasenschieber und die elektrischen Kontakte beinhaltet, wobei die Phasenverschiebungssteuerung elektrisch mit den elektrischen Kontakten von jedem der mehreren Wellenleiter verbunden ist und die Temperaturdetektionskomponente eine einzige Temperaturdetektionskomponente ist, die elektrisch mit den elektrischen Kontakten von jedem der mehreren Wellenleiter verbunden ist.
Optischer Sender nach Anspruch 10, der ferner eine Steuerung umfasst, die mit der Phasenverschiebungssteuerung und der Temperaturdetektionskomponente verbunden ist und in einem Temperaturdetektionsmodus dazu funktionsfähig ist, den Betrieb der Phasenverschiebungssteuerung zu unterbrechen und die Temperaturdetektionskomponente zu aktivieren, während die Phasenverschiebungssteuerung unterbrochen ist.
Optischer Sender nach Anspruch 11, wobei die Steuerung in dem Temperaturdetektionsmodus dazu funktionsfähig ist, die Temperaturdetektionskomponente zwischen den Phasenschiebern von jedem der mehreren Wellenleitern zu multiplexen.
Wellenleiter zur Verbindung mit einer Lichtquelle, um Licht von dieser zu empfangen, welcher Folgendes umfasst: eine p-dotierte Halbleiterschicht und eine d-dotierte Halbleiterschicht, die so konfiguriert sind, dass Licht zu einem Ausgang propagiert; einen Phasenschieber, der an einem pn-Übergang zwischen den Halbleiterschichten eingebunden ist, wobei der Phasenschieber dazu konfiguriert ist, den Brechungsindex des Wellenleiters bei dem Phasenschieber zu ändern, wobei der Phasenschieber elektrische Kontakte an dem pn-Übergang beinhaltet; eine Phasenverschiebungssteuerung, die elektrisch mit dem Phasenschieber an den elektrischen Kontakten verbunden ist und dazu funktionsfähig ist, den Strom und/oder die Spannung zu steuern, der/die an dem pn-Übergang des Phasenschiebers angelegt wird, um den Brechungsindex zu ändern; und eine Temperaturdetektionskomponente, die elektrisch mit dem Phasenschieber an denselben elektrischen Kontakten verbunden ist und dazu funktionsfähig ist, ein Signal zu erzeugen, das indikativ für die Temperatur des Phasenschiebers an dem pn-Übergang ist.
Wellenleiter nach Anspruch 13, wobei die Temperaturdetektionskomponente ein Proportional-zu-absoluter-Temperatur(PTAT)-Schaltkreis ist.
Wellenleiter nach Anspruch 13, der ferner eine Steuerung umfasst, die mit der Phasenverschiebungssteuerung und der Temperaturdetektionskomponente verbunden ist und dazu funktionsfähig ist, den Strom und/oder die Spannung, die durch die Phasenverschiebungssteuerung an dem pn-Übergang angelegt wird, als eine Funktion des Signals zu steuern, das durch die Temperaturdetektionskomponente erzeugt wird.
Wellenleiter nach Anspruch 15, wobei die Steuerung in einem Temperaturdetektionsmodus dazu konfiguriert und funktionsfähig ist, den Betrieb der Phasenverschiebungssteuerung zu unterbrechen und die Temperaturdetektionskomponente zu aktivieren, während die Phasenverschiebungssteuerung unterbrochen ist.
Wellenleiter nach Anspruch 17, wobei die Steuerung für eine vorbestimmte Periode in dem Temperaturdetektionsmodus konfiguriert und funktionsfähig ist.
Wellenleiter nach Anspruch 17, wobei die Steuerung bei vorbestimmten Intervallen während des Betriebs der Phasenverschiebungssteuerung in dem Temperaturdetektionsmodus konfiguriert und funktionsfähig ist.
Wellenleiter nach Anspruch 18, wobei die Steuerung für eine vorbestimmte Periode bei den vorbestimmten Intervallen in dem Temperaturdetektionsmodus konfiguriert und funktionsfähig ist.
Wellenleiter nach Anspruch 15, wobei die Steuerung in dem Temperaturdetektionsmodus dazu konfiguriert und funktionsfähig ist, die Temperaturdetektionskomponente zu aktivieren, ohne den Betrieb der Phasenverschiebungssteuerung zu unterbrechen.