-
Gebiet und Hintergrund
der Erfindung
-
Die Integration optischer Komponenten
auf einem einzelnen Chip ist ein erwünschtes Merkmal. Die Integration
reduziert die Anzahl der Komponenten, reduziert die Größe der Einrichtung
und beseitigt sämtliche
Verbindungen mit Fasern. Die Zuverlässigkeit der Einrichtung wird
daher erhöht,
die Leistung wird verbessert und die Gesamtkosten deutlich reduziert.
-
Die Technologie des planaren Lichtwellenkreislaufs
(PLC) mit SiO2 auf Si ist eine natürliche und ausgereifte
Technologie für
die Integration, und zwar aus folgenden Gründen: (1) viele Komponenten,
wie AWGs (Wellenleiter-Gitteranordnung), Schalter, VOAs (variable
optische Abschwächer),
Teiler, Bohrungen (tabs), usw. wurden schon mit dieser Technologie
hergestellt, und (2) die PLC- Technologie verwendet fast dieselben
Geräte
und Prozesse, die in der ausgereiften Mikroelektronikindustrie verwendet werden.
Einige integrierte PLC-Komponenten
sind schon fabriziert worden, die meisten von ihnen in der Konfiguration
des grundlegenden AODM-Moduls (optischer Add/Drop-Multiplexer) [T.
Saida, A. Kaneko, T. Goh, M. Okuno, A. Himeno, K. Takiguchi, K. Okamoto, "Athermal silica-based
optical add/drop multiplexer consisting of arrayed waveguide gratings and
double gate thermooptical switches," Elect. Lett,. 36, 528-529, 2000], das
in 1 gezeigt ist. 1 zeigt ein integriertes
PLC-OADM-Modul 10 mit einem AWG-Multiplexer ("passive Komponente") 12, N "add/drop"-2x2-Schalter 14 ("aktive" Komponenten) und
einen AWG-Multiplexer 16 ("passive "Komponente). Ein
Hauptproblem bei dieser Integration liegt darin zu vermeiden, dass
aktive (Wärme
erzeugende) Komponenten die Leistung der (Temperatur) empfindlichen
passiven Komponenten beeinflussen. Einer Änderung der Konfigurationen
einer thermooptischen Schaltmatrix folgt gewöhnlich eine Variation in der
lokalen Verteilung der gerade betätigten Heizelemente, wie es
in Shanis US-Patent Nr. 6259834 gezeigt ist. Dort hängt die
Verteilung der gerade betätigten
(„eingeschaltete" Stufe) Schalter
von der Konfiguration der Schaltmatrix ab, und die Schalter, die
sich von einem erwärmten
in einen nicht erwärmten
Zustand verändern,
induzieren beim Wafer lokale Temperaturungleichmäßigkeiten. Wenn somit der gesamte
Wafer temperaturstabilisiert wird, kann eine Veränderung der Schaltmatrixkonfiguration
die Leistung der integrierten passiven Komponenten beeinflussen.
-
Herkömmliche Verfahren zum Entfernen
der Temperaturempfindlichkeit schließen folgendes ein: (1) Herstellen
aktiver und passiver Komponenten auf separaten Chips und deren (Muffen)Verkopplung;
(2) Trennen zwischen aktiven und passiven Komponenten, die auf demselben
Chip integriert sind und (3) Konstruieren der passiven Komponenten
derart, dass sie athermische Komponenten sind. Thermische Komponenten
sind [z.B. M. Ishii, Y.Hibino, F. Hanawa, H. Nakagome, K. Kato, "Packaging and environmental
stability of thermally controlled AWG multiplexer module with thermoelectic
device," j. Light,
Technology, vol, 258-264, 1998; N. Kail, H.H. Yao, C. Zawadzki, "Athermal polarizationindependent
AWG multiplexer using an allpolymer approach," European Confernence on Integrated
Optics, Paderborn, April 4-6, 2001, Post-deadline paper]. Diese herkömmlichen
Verfahren leiden jedoch unter einer Mehrzahl von Nachteilen, die
die Verwendung nicht ausgereifter Polymertechnologie und die Hybridintegration
von λ/2-Plättchen einschließen.
-
Der herkömmliche Betrieb und die Verwendung
thermooptischer Schalter wird als nächstes veranschaulicht. 2 zeigt einen gewöhnlichen
thermooptischen Schalter 100 Mach-Zehnder-Interferrometer (MZI). Solche
Schalter, die in der Technik bekannt sind, und eine detaillierte
Beschreibung eines solchen z.B. in M. Kawachi, "Silica waveguides on silicon and their
application to integrated-optic components," Optical and Quantum Elektronics, 417-426, 1990
(nachfolgend KAW 90) vorgestellt ist. Der Schalter 100 besteht
aus zwei 3 dB-Kopplern, 102 und 104, die mit zwei
Wellenleiterarmen 106 und 108 kombiniert sind,
mit einer Elektrode („Heizelement") 110 auf
einem der beiden Wellenleiterarme (in diesem Fall auf Arm 106).
In der ausgeschalteten Position oder Stufe ist die Elektrode 110 nicht
aktiviert (nicht eingeschaltet) und bringt daher keine Phasendifferenz
ein, und das Licht läuft
vom Eingang 112 an einem Arm (z.B. Arm 106) zum
Ausgang 114 am anderen Arm (108), d.h. es folgt
dem Weg "1" → "2" in 2. In der eingeschalteten
Position wird Elektrode 110 aktiviert, eine 180° Phasenverschiebung
aufgrund des thermooptischen Effekts wird durch die Elektrode in
das Licht, das den Arm 106 durchläuft, eingebracht und das Licht
bleibt in dem Eingangswellenleiter (Arm 106), der zu einem
Ausgang 116 führt, d.h.
es folgt dem Weg "1" → "1".
Die Aktion des Schalters ist in dem Sinne „digital", dass er in nur zwei Positionen arbeitet,
wobei eine Position das Erwärmen erfordert,
die andere nicht. Der Übergang
von einem erwärmten
in einen nicht erwärmten
Zustand ist die Hauptquelle für
die Temperaturungleichmäßigkeit
im Wafer oder Chip.
-
Um einen Schalter mit konstanter
Leistung zu bauen, d.h. um eine konstante Heizleistung sowohl während der
eingeschalteten als auch der ausgeschalteten Stufen zu haben, und
damit die Temperaturungleichmäßigkeit
zu beseitigen, wird eine 90° Phasenverschiebung
zwischen den Wellenleiterarmen hinzugefügt, und die Elektroden 110 und 120 werden
auf beiden MZI- Armen (106 bzw. 108) positioniert,
wie es in 3 gezeigt
ist. In diesem Fall wird ohne Heizen (kein Leistungsverbrauch) keine zusätzliche
Phasenverschiebung eingebracht und das Licht gelangt an beide Ausgangsarme
(114 und 116), d.h., der Schalter arbeitet als
ein 3 dB Teiler. Dies ist die Hauptverwendung für diese Architektur, die sowohl
in Shanis US-Patent Nr. 6259834 als auch in KAW 90 beschrieben
ist. Für
eine Schaltoperation, wird der Weg "1" → "1" verbunden, wenn das Heizelement 110 eingeschaltet
wird (und das Heizelement 120 ausgeschaltet ist), und der
Weg "1" → "2" wird verbunden,
wenn das Heizelement 120 eingeschaltet wird (und das Heizelement 110 ausgeschaltet
ist). So befindet sich in diesem "Umschalt-" oder "Digital"-Modus immer ein Heizelement in einer
eingeschalteten Position (und ein Heizelement in einer ausgeschalteten
Position), und zwar unabhängig
davon, ob es sich bei der Verbindung um "1" → "1" oder "1" → "2" handelt. Wenn die Einrichtung jedoch
sowohl als Teiler (beide Heizelemente aus, keine Leistung) und als
Schalter (ein Heizelement an, das andere aus) verwendet wird, existiert
immer noch eine nicht gleichmäßige und
zeitabhängige
Temperaturverteilung auf dem Chip.
-
Es besteht ein weithin erkannter
Bedarf für ein
Verfahren zum Betätigen
eines solchen Schalters, der nicht die Nachteile der herkömmlichen Schalter
erleidet, und das eine gleichmäßige Temperaturverteilung
auf einem PLC zur Verfügung
stellt und somit die Leistung der integrierten passiven Komponenten
nicht beeinflusst, und es wäre äußerst vorteilhaft,
ein solches Verfahren zu haben.
-
Zusammenfassung der Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung ist ein
Verfahren, das verwendet wird, um Temperaturvariationen zu beseitigen,
die durch aktive Komponenten in PLCs verursacht werden. Genauer
kann das Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet werden,
um eine aktive Komponente (z.B. einen Schalter) derart zu konstruieren,
dass seine erzeugte Wärme
nicht von seiner Konfiguration abhängt (d.h. das dieselbe Wärmeerzeugung
vorhanden ist, wenn die aktive Komponente sich in einer eingeschalteten
oder ausgeschalteten Position befindet).
-
Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zum Erzielen
einer konstanten und gleichmäßigen Temperatur
auf einem planaren Lichtwellenkreislauf vorgesehen, das folgendes
umfasst:
- a. Bereitstellen von wenigstens einem
aktiven Element, das zwei Verbindungskonfigurationen aufweist und
das so betätigt
werden kann, dass es eine Phasenänderung
eines Lichtstrahls bewirkt, der jede der Verbindungskonfigurationen durchläuft, und
- b. konstantes Heizen von beiden Verbindungskonfigurationen,
wodurch das konstante Heizen für
eine im Wesentlichen gleichmäßige und
konstante Temperaturverteilung über
den planaren Lichtwellenskreislaufs sorgt.
-
Gemäß einem Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens
zum Erzielen einer konstanten und gleichmäßigen Temperatur auf einem
planaren Lichtwellenkreislauf enthält der Schritt des Bereitstellens
von wenigstens einem aktiven Element das Bereitstellen von wenigstens
einem thermo-optischen Schalter.
-
Gemäß einem weiteren Merkmal des
erfindungsgemäßen Verfahrens
zum Erzielen einer konstanten und gleichmäßigen Temperatur auf einem Planaren
Lichtwellenkreislauf enthält
der Schritt des Bereitstellens von wenigstens einem thermo-optischen
Schalter das Bereitstellen von einem Mach-Zehnder-Interferometerschalter,
der einen Eigangswellenleiter, zwei identischen Wellenleiterarme und
zwei Ausgangswellenleiter aufweist, und die Verbindungskonfigurationen
enthält
eine erste Verbindungskonfiguration, die durch Verbinden des Eingangswellenleiters
mit einem der Ausgangswellenleiter definiert ist, und eine zweite
Verbindungskonfiguration, die durch Verbinden des Eingangswellenleiters
mit dem anderen Ausgangswellenleiter definiert ist.
-
Gemäß einem noch weiteren Merkmal
des erfindungsgemäßen Verfahrens
zum Erzielen einer konstanten und gleichmäßigen Temperatur auf einem
Planaren Lichtwellenkreislauf enthält der Schritt des konstanten
Heizens beider Verbindungskonfigurationen folgendes:
Bereitstellen
eines Heizelements, das mit jedem der Wellenleiterarme verbunden
ist, und gleichzeitiges Heizen der Heizelemente unter Verwendung
einer entsprechenden Heizleistung P, um eine gewünschte Leistungsdifferenzkonfiguration ΔP zu erzielen,
die mit der Phasenänderung
in jedem der Wellenleiterarme zusammenhängt.
-
Gemäß einem noch weiteren Merkmal
des erfindungsgemäßen Verfahrens
zum Erzielen einer konstanten und gleichmäßigen Temperatur auf einem
Planaren Lichtwellenkreislauf enthält der Unterschritt des gleichzeitigen
Heizens unter Verwendung einer entsprechenden Heizleistung P die
Verwendung einer Leistung P1 für
eines der Heizelemente und einer Leistung P2 für das andere Heizelement, und
dabei werden P1, P2 und ΔP
durch Gleichung 2 ausgedrückt.
-
Gemäß einem noch weiteren Merkmal
des erfindungsgemäßen Verfahrens
zum Erzielen einer konstanten und gleichmäßigen Temperatur auf einem
Planaren Lichtwellenkreislauf sorgen P1, P2 und ΔP, die durch Gleichung 2 ausgedrückt werden, dafür, dass
der Mach-Zehnder-Interferometerschalter
in einem digitalen Modus betrieben werden kann.
-
Gemäß einem noch weiteren Merkmal
des erfindungsgemäßen Verfahrens
zum Erzielen einer konstanten und gleichmäßigen Temperatur auf einem
Planaren Lichtwellenkreislauf sorgen P1, P2 und ΔP, die durch Gleichung 2 ausgedrückt werden, dafür, dass
der Mach-Zehnder-Interferometerschalter
in einem analogen Modus betrieben werden kann.
-
Gemäß einem noch weiteren Merkmal
des erfindungsgemäßen Verfahrens
zum Erzielen einer konstanten und gleichmäßigen Temperatur auf einem
Planaren Lichtwellenkreislauf besteht der Mach-Zehnder-Interferometerschalter
aus Silika auf einem Siliziumsubstrat.
-
Gemäß der Erfindung ist ein Verfahren
zum Betreiben eines Planaren Lichtwellenkreislaufs mit konstantem
Leistungsverbrauch vorgesehen, dass folgendes umfasst:
- a. Bereitstellen einer Matrix aus integrierten aktiven Elementen,
- b. Bereitstellen einer Heizleistung, um jedes aktive Element
unabhängig
zu heizen, und
- c. zusammenwirkendes Betreiben der Heizleistungen der aktiven
Elemente, um die Summe der betriebenen Leistungen konstant zu halten.
-
Gemäß einem Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens
zum Betreiben eines Planaren Lichtwellenkreislaufs mit konstantem
Leistungsverbrauch ist jedes aktive Element ein thermo-optischer Schalter,
weiter gekennzeichnet dadurch, dass er zwei Verbindungskonfigurationen
aufweist und so betätigt
werden kann, dass er eine Phasenänderung eines
Lichtstrahls bewirkt, der jede der Verbindungskonfigurationen durchläuft.
-
Gemäß einem weiteren Merkmal des
erfindungsgemäßen Verfahrens
zum Betreiben eines Planaren Lichtwellenkreislaufs mit konstantem
Leistungsverbrauch enthält
der Schritt des Bereitstellens integrierter thermo-optischer Schalter
das Bereitstellen von Mach-Zehnder-Interferometerschaltern, wobei jeder
Mach-Zehnder-Interferometerschalter einen Eingangswellenleiter,
zwei identische Wellenleiterarme und zwei Ausgangswellenleiter aufweist,
wobei die Verbindungskonfigurationen eine erste Verbindungskonfiguration
enthält,
die durch Verbinden des Eingangswellenleiters mit einem der Ausgangswellenleiter
definiert ist, und eine zweite Verbindungskonfiguration, die durch
Verbinden des Eingangswellenleiters mit dem anderen Ausgangswellenleiter
definiert ist.
-
Gemäß einem noch weiteren Merkmal
des erfindungsgemäßen Verfahrens
zum Betreiben eines Planaren Lichtwellenkreislaufs mit konstantem
Leistungsverbrauch enthält
der Schritt des Bereitstellens von Heizleistung von jedem Mach-Zehnder-Interferometerschalter
das konstante Heizen beider Verbindungskonfigurationen.
-
Gemäß einem noch weiteren Merkmal
des erfindungsgemäßen Verfahrens
zum Betreiben eines planaren Lichtwellenkreislaufs mit konstantem
Leistungsverbrauch enthält
der Unterschritt des konstanten Heizens beider Verbindungskonfigurationen
weiter folgendes: Bereitstellen eines Heizelements, das mit jedem
der Wellenleiterarme verbunden ist, und gleichzeitiges Heizen aller
Heizelemente unter Verwendung einer entsprechenden Heizleistung
P, um eine gewünschte
Leistungsdifferenzkonfiguration ΔP zu
erzielen, die mit der Phasenänderung
in jedem der Wellenleiterarme zusammenhängt.
-
Gemäß einem noch weiteren Merkmal
des erfindungsgemäßen Verfahrens
zum Betreiben eines planaren Lichtwellenkreislaufs mit konstantem
Leistungsverbrauch enthält
der Unterschritt des gleichzeitigen Heizens unter Verwendung einer
entsprechenden Heizleistung P die Verwendung einer Leistung P1 für eines
der Heizelemente und einer Leistung P2 für das andere Heizelement, wobei
P1, P2 und ΔP
durch Gleichung 2 ausgedrückt
werden.
-
Gemäß einem noch weiteren Merkmal
des erfindungsgemäßen Verfahrens
zum Betreiben eines planaren Lichtwellenkreislaufs mit konstantem
Leistungsverbrauch sorgen P1, P2 und ΔP, die durch Gleichung 2 ausgedrückt werden,
dafür,
dass der Mach-Zehnder-Interferometerschalter
in einem digitalen Modus betrieben werden kann.
-
Gemäß einem noch weiteren Merkmal
des erfindungsgemäßen Verfahrens
zum Betreiben eines planaren Lichtwellenkreislaufs mit konstantem
Leistungsverbrauch sorgen P1, P2 und ΔP, die durch Gleichung 2 ausgedrückt werden,
dafür,
dass der Mach-Zehnder-Interferometerschalter
in einem analogen Modus betrieben werden kann.
-
Gemäß einem noch weiteren Merkmal
des erfindungsgemäßen Verfahrens
zum Betreiben eines planaren Lichtwellenkreislaufs mit konstantem
Leistungsverbrauch besteht der Mach-Zehnder-Interferometerschalter aus Silika
auf einem Siliziumsubstrat.
-
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
-
Die Erfindung wird hier nur beispielhaft
mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
-
1 ein
allgemeines PLC-OADM-Modul zeigt;
-
2 einen
allgemeinen herkömmlichen MZI-thermooptischen
Schalter zeigt, der ein Heizelement auf einem Arm aufweist;
-
3 ein
MZI mit zwei Heizelementen zeigt, die als Phasenverschiebungselemente
zwischen zwei 3 dB-Kopplern verwendet werden;
-
4 im
Querschnitt eine Heizelement/Wellenleiterkombination und deren Temperaturverteilungsprofil
zeigt;
-
5 eine
doppelstufige 2×2
Schaltmatrix zeigt, die aus vier thermooptischen Schaltelementen besteht,
welche gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren
konstruiert und verwendet wird;
-
6 einen
Wafer mit aktiven und nicht aktiven Einrichtungsgruppen mit einer
darüber
gelegten Computersimulation für
die Temperaturverteilung zeigt.
-
Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsformen
-
Die vorliegende Erfindung offenbart
ein Verfahren zum Konstruieren eines thermooptischen Schalters,
der mit einer konstanten Heizleistung betrieben wird, so dass unerwünschte Einflüsse auf passive
Komponenten beseitigt werden, die bei herkömmlichen Lösungen existieren. Die Prinzipien
und die Arbeitsweise eines erfindungsgemäßen thermooptischen Schalters
mit konstanter Leistung lassen sich besser unter Bezugnahme auf
die Zeichnungen und die zugehörige
Beschreibung verstehen.
-
Es wird nun wiederum auf die Zeichnungen Bezug
genommen, wobei, wie oben beschrieben, der normale Gebrauch der
Konfiguration oder „Architektur" des thermooptischen Schalters
von 3 „digital" ist. Der Hauptbeitrag
der vorliegenden Erfindung liegt in der Bereitstellung eines Verfahrens
zum Verwenden dieser Architektur, um einen konstant heizenden Schalter
zu erhalten, der sich sowohl im digitalen als auch im analogen Modus
betätigen
lässt. „Analog" bedeutet kombinierte „1" → „1" und „1" → „ 2" Schaltkonfigurationen
mit einer optischen Leistung in jeder Verbindung, die nicht Null
ist. Während
die digitalen „1" → „1" oder „1" → „ 2" Verbindungen nach
dem Stand der Technik offensichtlich sind, ist es eine durch die
vorliegende Erfindung vorgeschlagene analoge Verbindung nicht. Wenn
z.B. die Architektur (oder aktive Einrichtung) von 3 für
die 3 dB-Teilung (zusätzlich
zum Umschalten zwischen zwei Zuständen) verwendet wird, statt
Leistungsverbrauch von Null (wie im Stand der Technik) zu arbeiten,
werden beide Heizeinrichtungen gleichermaßen auf P/2 geheizt, wobei
P die Leistung ist, die erforderlich ist, um die „1"- → „1" oder „1" → „ 2" Verbindung zu erhalten. Da beide Heizeinrichtungen
auf dieselbe Temperatur aufgeheizt werden, ist die addierte Phasenverschiebung
in jedem der MZI-Arme dieselbe. Daher ist die addierte Phasendifferenz
zwischen den MZI-Armen Null, wobei es sich um ein zu dem Fall mit
Leistung von Null (kein Heizen) identisches Ergebnis handelt.
-
Der Algorithmus zum Betreiben der
aktiven Einrichtung mit konstanter Leistung kann wie folgt geschrieben
werden: P2-P = ΔP P1+P2=P (1),wobei P
konstant ist (gleich der Leistung, die für die digitalen Konfigurationen „1" → „1" oder „1" → „ 2" erforderlich ist).
P1 und P2 sind die Heizleistungen, die durch die Heizeinrichtungen 110 bzw. 120 geleitet werden,
und ΔP ist
die erforderliche Leistungsdifferenz zum Erzielen des erforderlichen
Teilungsverhältnisses
[-P ≤ ΔP ≤ P]. Aus dem
obigen erhält
man P1=0.5 × (P-ΔP) P2=0.5 × (P + ΔP) (2)
-
Daher gibt es für jede erforderliche DP- Konfiguration
präzise
P1 und P2 Heizleistungen. Für
ein 30/70 Verhältnis
der optischen Leistung in den Verbindungen „1" → „1"/„1" → „ 2" gilt z.B.: ΔP = 2/n × P, und
P1 und P2 sollten 0.182 × P
und 0.181 × P
betragen. Es sollte darauf hingewiesen werden, dass, um P auch während der Übergangszeit
(Umschaltzeit) zwischen einem eingeschalteten und einem ausgeschalteten
Zustand konstant zu halten, P1 und P2 gleichzeitig geändert werden
sollten. Es ist auch klar, dass der obige Algorithmus nicht auf
die in 3 beschriebene
MZI-Konfiguration beschränkt
ist, sondern es sich um ein allgemeineres Verfahren handelt, das
sich auch auf andere Schaltstrukturen anwenden lässt.
-
Als Beispiel zeigt 4 unter (a) den Querschnitt eines Wellenleiters 122 mit
einer darüber
befindlichen Heizeinrichtung 124 und unter (b) die berechnete
Temperaturverteilung über
die Breite eines geheizten Wellenleiters. Der Abstand „DIST" ist in mm angegeben,
und die Heizeinrichtung befindet sich etwa 15 μm über dem Wellenleiter. Aus 4 erkennt man, dass der
seitliche Abstand (entlang der Breite des Wellenleiters und senkrecht
zu seiner Längsachse),
bei dem der Effekt einer Heizeinrichtung (Temperaur-Peak 126 in
der Mitte der Verteilung in (b)) vernachlässigbar wird, etwa 0.1 mm beträgt. Das
bedeutet, dass eine Veränderung
der Lage einer Heizeinrichtung um bis zu etwa 0.1 mm (wobei es sich
um einen typischen Abstand zwischen zwei Heizeinrichtungen auf den
beiden MZI-Armen handelt) zu einer zu vernachlässigbaren Wärmeverteilungsänderungen
bei Abständen
von circa 0.5 bis 1 mm führt.
Somit beeinflusst das aufeinander folgende Ein- und Ausschalten
der beiden Heizeinrichtungen, die 0.1 mm auseinander liegen, nicht
signifikant die Temperaturverteilung bei Abständen, die größer sind als
etwa das 5 bis 10 fache des Abstandes zwischen den Heizeinrichtungen.
Anders ausgedrückt,
der Betrieb mit konstanter Leistung, der oben beschrieben wurde,
beeinflusst keine Einrichtung, die von der aktiven Einrichtung in
einem Abstand positioniert wird, der 5 bis 10 mal größer ist,
als der Abstand der Schalter zwischen den Heizeinrichtungen. Der
Effekt des Ein- und Ausschaltens der Schalter ist ein kumulativer
Effekt.
-
Das Verfahren zum Betätigen der
aktiven Einrichtungen mit konstanter Heizleistung, das oben beschrieben
wurde, lässt
sich auch auf eine Schaltmatrix anwenden, in der die Summe aller
Heizleistungen der Schalter konstant gehalten wird. Wenn die die
Schaltmatrix bildenden Schalter dicht aneinander liegen, dann ist
der Effekt der kleinen Variationen in der Position der betätigten Schalter
auf die Temperaturverteilung auf dem Chip vernachlässigbar.
-
Dies ähnelt dem Fall eines einzelnen
Schalters, wie dem Schalter von 3,
bei dem die Umgebungen nicht da hingehend empfindlich sind, ob die Heizeinrichtung 110 oder
die Heizeinrichtung 120 ( oder beide) gerade arbeiten (der
typische Abstand zwischen ihnen beträgt etwa 0.1 mm). Ein Beispiel
ist für
die in 5 gezeigte doppelstufige
2×2-Schaltmatrix 130 gezeigt
(Doppelstufen werden allgemein in integrierten optischen Einrichtungen
verwendet, um die Schaltleistung zu verbessern). Die Schaltmatrix 130 enthält zwei
Eingangsarme 140 und 142, vier Schalter 150, 152, 154 und 156 und
zwei Ausgangsarme 160 und 162. Umgekehrt können die
Eingänge als
Ausgänge
und die Ausgänge
als Eingänge
dienen. Vorzugsweise sind die Schalter MZI-Schalter, wobei die Heizeinrichtungen,
wie in 3 beschrieben,
auf jedem Arm angeordnet sind, obwohl auch andere aktive Elemente,
z.B. MZI variable optische Absorber (VOAs) von der Anwendung des
vorliegenden Verfahrens profitieren können. In dieser Schaltmatrix
werden die Verbindungen „1" → „1" (140 bis 160) und „ 2" → „ 2" (142 bis 162) durch
Setzten der Schalter 152 und 154 auf „ein" erzielt, während die Verbindungen „1" → „ 2" und „ 2" → „1" durch Setzen der
Schalter 150 und 156 auf „ein " erreicht werden. So gibt es immer zwei
Schalter, die eingeschaltet sind, und diese Schalter liegen dicht
beieinander. Die Gesamtleistung der benachbarten Schalter (in 4) 150 und 152 ist
konstant wie auch die Gesamtleistung der Schalter 154 und 156.
Im Gegensatz zur gängigen
Praxis, bei der einige Schalter im Gegensatz zu anderen geheizt
werden, und zwar abhängig
von ihrer Betätigung,
wird bei dieser Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
die Gesamtleistung einer Gruppe von Schaltern zu allen Zeiten konstant
gehalten. Dieser Modus mit „konstanter
Leistung" stellt
eine viel bessere Temperaturgleichmäßigkeit als die gängige Praxis
zur Verfügung,
bei der einige Schalter auf dem Wafer eingeschaltet und andere bei
einer gegebenen Zeit ausgeschaltet sind, wie diese z.B. in 6 gezeigt ist.
-
6 zeigt
schematisch ein thermisches Experiment, in welchem eine Zahl von
Heizelementgruppen auf einem Wafer 600 positioniert ist.
In jeder Gruppe sind einige Heizeinrichtungen eingeschaltet und
einige ausgeschaltet. Es gibt neun Gruppen von Heizeinrichtungen 602a bis 602i mit
einem Gesamtleistungsverbrauch von SW, und zwei Gruppen von Heizeinrichtungen 604a und 604b,
wobei jede der letzteren Gruppen bei 4.4 W arbeitet. D.h., in diesem Experiment
tragen nur einige der Heizeinrichtungen in den neun Gruppen 602a bis 602i den
Strom für
einen Gesamtleistungsverbrauch von 5 W, während die Heiz einrichtungen
in jeder Gruppe 602 genug Strom tragen, um 4.4 W abzugeben.
Anders ausgedrückt,
in den Gruppen 602a bis 602i werden die Heizleistungen
der aktiven Elemente zusammenwirkend betrieben, um die Summe der
betriebenen Heizleistungen konstant zu halten.
-
Wie man aus 6 erkennt, sind die flächennahen
Schalter 604 viel wärmer
(stärkerer
Kontrast mit dem umgebenden Hintergrund) als der Rest des Wafers,
einschließlich
der Flächen
um die Schalter 602. Es ist klar, dass die Wärmeverteilung
von der Lage der Heizelemente abhängt, und sich bei Änderung
des Zustands („ein" oder „aus") jeder Gruppe ändern wird.
Die Heizleistungen der aktiven Elemente werden zusammenwirkend betrieben,
um die Summe der betriebenen Heizleistungen konstant zu halten.
-
Der Punkt ist, dass die Heizeinrichtungen 602a bis 602i den
Betriebsmodus mit konstanter Leistung für die Schaltmatrizen illustrieren,
wie hier beschrieben wurde, was eine viel bessere Temperaturgleichmäßigkeit über große Teile
des Wafers liefert als bei den Matrizen, die entsprechend herkömmlicher
Praxis betrieben werden.
-
Alle Veröffentlichungen, Patente und
Patentanmeldungen, die in dieser Beschreibung erwähnt wurden,
sollen in ihrer Gesamtheit hierin in der Beschreibung enthalten
sein, und zwar soweit, als würde
jede einzelne Veröffentlichung,
jedes Patent oder jede Patentanmeldung spezifisch und einzeln als hierin
durch Bezugnahme eingeschlossen bezeichnet werden. Zusätzlich soll
die Zitierung oder Identifizierung jeder Druckschrift in dieser
Anmeldung nicht als dafür
zulässig
ausgelegt werden, dass eine solche Druckschrift für die vorliegende
Erfindung als Stand der Technik zur Verfügung steht.
-
Während
die Erfindung mit Bezug auf eine beschränkte Anzahl von Ausführungsformen
beschrieben worden ist, wird man zu schätzen wissen, dass viele Variationen,
Modifikationen und andere Anwendungen der Erfindung vorgenommen
werden können.