KR20120025475A - 소형 전광 변조기 - Google Patents

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KR20120025475A
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더글라스 엠 길
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알까뗄 루슨트
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Abstract

기판(105) 위에 위치하고 도파로(115) 및 전기 접촉부들(120)을 포함하는 평면 전광 변조기(110)를 포함하는 장치(100)가 제공된다. 도파로는 제1 및 제2 실질적 직선 세그먼트들(122, 124)과, 광(130)이 제1 및 제2 실질적 직선 세그먼트들 안에서 반평행(anti-parallel) 방식으로 이동하도록 제1 및 제2 실질적 직선 세그먼트들의 말단에서 직렬 연결하는 곡선 세그먼트를 포함한다. 전기 접촉부들은 제1 및 제2 실질적 직선 세그먼트들에 인접하여 위치하며, 그 세그먼트들을 통과하는 광 캐리어에 대해 보강적 부가 위상 변조를 일으키도록 연결된다.

Description

소형 전광 변조기{COMPACT ELECTROOPTIC MODULATOR}
미국 정부 계약
미국 정부는 본 출원의 내용에 대해 지불 완료된 실시권을 가지며 제한된 상황에서 특허권자가 DARPA/EPIC하에서 부여된 계약 번호 HR0011-05-C-0027의 조건에 의해 규정된 바와 같은 합당한 조건으로 타인에게 실시권을 허가하도록 요청할 권리를 가진다.
본 발명은 일반적으로 전자 및 광학 혼합 기기에 관한 것으로, 특히 전광 기기 및 전광 기기의 제조 방법에 관한 것이다.
본 절은 본 개시에 대한 보다 나은 이해가 용이하게 이루어지도록 도울 수 있는 실시예들을 소개한다. 따라서, 이 진술들은 그러한 관점에서 판독되어야 하며 선행 기술인 것과 선행 기술이 아닌 것에 대한 승인으로 이해되어서는 안된다.
통신 및 컴퓨터 애플리케이션에 있어 혼합형 전자 광 소자 사용에 대한 관심이 높다. 소형의 사이즈 및 감소된 구동 전력을 가진 전광 변조기가 전자 광 소자들의 정보 전송에 대해 관심을 끌고 있다.
본 개시의 일 실시예는 기판 위에 위치되고 도파로 및 전기 접촉부를 포함하는 평면 전광 변조기를 구비하는 장치를 포함한다. 도파로는 제1 및 제2 실질적 직선 세그먼트 및, 광 신호가 제1 및 제2 실질적 직선 세그먼트 내에서 실질적 반평행 방식으로 이동하도록 제1 및 제2 실질적 직선 세그먼트의 말단을 직렬 연결하는 곡선 세그먼트를 포함한다. 전기 접촉부는 제1 및 제2 실질적 직선 세그먼트에 인접하여 위치되며 이 세그먼트들을 통과하는 광 신호에 대해 보강적 부가 위상 변조를 일으키도록 연결된다.
다른 실시예는 전광 변조기 제작 단계를 포함하는 전기적 광소자를 제조하는 방법이다. 전광 변조기 제작 단계는 평면 기판 위에 광 도파로를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 광 도파로는 제1 실질적 직선 세그먼트, 제2 실질적 직선 세그먼트, 및 곡선 세그먼트를 포함하며, 상기 제1 및 제2 실질적 직선 세그먼트들은 실질적으로 평행하며 곡선 세그먼트에 의해 말단에서 연결된다. 제작 단계는 또한 제1 및 제2 실질적 직선 세그먼트에 인접한 전기 접촉부들을 형성하는 단계를 포함한다.
또 다른 실시예는 광 신호를 변조하는 단계를 포함하는 정보 변환 방법이다. 광 신호를 변조하는 단계는 광 신호를 도파로 안으로 통과하게 하는 단계를 포함하고, 상기 도파로는 제1 실질적 직선 세그먼트, 제2 실질적 직선 세그먼트 및 곡선 세그먼트를 가지며, 상기 제1 및 상기 제2 실질적 직선 세그먼트들은 곡선 세그먼트에 의해 말단에서 연결되며 실질적으로 평행하다. 변조하는 단계는 또한 광 신호를 변조하기 위해 제1 및 제2 실질적 직선 세그먼트들 옆에 위치되는 전기 접촉부들로 교류 구동 신호를 인가하는 단계를 포함한다.
첨부된 도면과 함께 읽혀질 때 다양한 실시예들이 이하의 상세한 설명으로부터 이해될 수 있다. 여러 구성들은 축척 비율 그대로 도시되지 않을 수 있으며, 논의를 명료히 하기 위해 크기가 임의로 확장 및 축소될 수 있다. 이제부터 첨부된 도면과 함께 이하의 설명을 참조한다.
도 1(a)는 전기적 광 소자를 구비한 본 개시의 장치에 대한 전형적 실시예의 배치도를 도시한다.
도 1(b)는 도 1(a)의 관찰선 B-B에 대응하는 도 1(a)에 도시된 소자의 단면도를 도시한다.
도 2는 전기적 광 소자를 구비한 본 개시의 장치에 대한 다른 전형적 실시예의 배치도를 도시한다.
도 3은 전기적 광 소자를 구비한 본 개시의 장치에 대한 또 다른 전형적 실시예의 배치도를 도시한다.
도 4는 전기적 광 소자를 구비한 본 개시의 장치에 대한 또 다른 전형적 실시예의 배치도를 도시한다.
도 5는 전기적 광 소자를 구비한 본 개시의 장치에 대한 또 다른 전형적 실시예의 단면도를 도시한다.
도 6은 도 1(a)-도 5의 소자들과 같은 전기적 광 소자를 구비한 본 개시의 장치에 대한 전형적 실시예의 블록도를 도시한다.
도 7은 도 1(a)-도 5의 소자들과 같은 전기적 광 소자를 구비한 본 개시의 장치에 대한 전형적 실시예의 블록도를 도시한다.
도 8은 도 1(a)-도 7의 소자들과 같은 전기적 광 소자를 제조하는 방법의 전형적 실시예에 대한 흐름도를 도시한다.
도 9는 예컨대 도 1(a)-도 7의 전기적 광 소자들을 사용하는 본 개시에 따라 정보를 변환하는 방법의 전형적 실시예의 흐름도를 도시한다.
본 절은 본 개시에 대한 보다 나은 이해가 용이하게 이루어지도록 도울 수 있는 실시예들을 소개한다. 따라서, 이 진술들은 그러한 관점에서 판독되어야 하며 선행 기술인 것과 선행 기술이 아닌 것에 대한 승인으로 이해되어서는 안된다.
이하에서 전기적 광 소자, 및 SOI(silicon-on-insulator) 기판의 규소 및 규소 산화물 층들을 포함하는 전광 변조기와 관련하여 여러 전형적 실시예들이 제시된다. 그러나 당업자라면 내재적 전기 광 감도를 갖지 않은 다른 종류의 반도체 기판들이나 내재적 전기 광 감도를 가진 다른 반도체 재료들(가령, InP, GaAs 기판 층들), 또는 내재적 전광 감도를 가진 절연 재료들(가령, LiNbO3, BaTiO3, 칼코게나이드(calcogenide) 유리)을 사용해 본 개시가 적용될 수도 있다는 것을 예상할 수 있을 것이다.
도 1(a)-도 5는 전기적 광 소자(102)를 포함하는 본 개시의 장치들(100)에 대한 전형적 실시예들의 배치 및 단면도들이다. 일부의 경우, 소자(102)는 평면 전광 소자이다. 배치도는 하위 구조들이 명확히 보여지도록 소정의 오버레이 구조를 투명하거나 반투명한 것으로서 묘사한다. 명료성을 위해 소자들(102)의 유사 구성을 묘사하는데 동일한 참조 부호들이 사용된다. 도 1(a)는 소자(102)의 일 실시예에 대한 배치도를 제시한다. 도 1(b)는 도 1(a)의 관찰선 B-B에 대응하는 소자의 단면도를 제시한다.
전기적 광 소자(102)는 장치(100)의 일부일 수 있고(다른 구성요소들은 도시되지 않음), 아니면 일부의 경우 소자(102)가 전체적 장치 그 자체일 수 있다. 전기적 광 소자(102)가 기판(105) 위에 위치한다. 일부의 경우 소자(102)는 전광 변조기(110)이거나 그것을 포함하고, 일부의 경우는 평면 전광 변조기(110)이거나 그것을 포함한다. 변조기(110)는 광 도파로(115)(가령, 입력단(117)과 출력단(119)을 가짐) 및 전기 접촉부들(120)을 가진다. 도 1(b)에 도시된 바와 같이, 도파로(115)는 마루 부분이 있는(ridged) 광 도파로일 수 있다. 즉, 도파로(115)의 광 코어는 광 신호 가이드를 제공하는 마루 부분을 가진다.
계속해서 도 1(b)를 참조하면, 도파로(115)는 도파로(115)의 곡선 세그먼트(126)(가령, 접힌 부분)에 의해 서로 분리되는 제1세그먼트(122) 및 제2세그먼트(124)를 포함한다. 일부의 경우, 제1세그먼트(122) 및 제2세그먼트(124)는 도파로(115)의 실질적 직선 세그먼트들이다. 여기 사용되는 실질적 직선이라는 용어는 곡선 세그먼트(126)의 곡률 반경보다 적어도 5 내지 10 배 더 큰 곡률 반경, 바람직하기로는 곡선 세그먼트(126)의 곡률 반경보다 20 배 이상 혹은 40배 이상 더 큰 곡률 반경을 가지는 거의 직선인 도파로 세그먼트를 의미한다. 일부의 경우, 실질적 직선 세그먼트들은 실질적으로 서로 평행하다. 여기 사용되는 실질적으로 평행하다는 말은 세그먼트들(122, 124)이 약 20도 미만의 각도로 방향이 어긋나는 것을 의미한다.
제1세그먼트(122) 및 제2세그먼트(124)는 도파로(115)의 연속되는 부분들이다. 예컨대 실질적 직선 세그먼트들(122, 124)은 광 도파로(115)의 곡선 세그먼트(126)에 의해 서로 광학적으로 말단이 연결된다. 제1 및 제2세그먼트들(122, 124)은 제1세그먼트(122)를 통과해 이동하는 입력 광 신호나 캐리어(130)(가령, 가시 광 신호나 적외선 광 신호)가 제2세그먼트(124)를 통과해 이동하는 입력 광 신호(130)와 반대 방향(가령, 방향 (133))으로 이동하고 출력 신호(135)로서 도파로를 빠져 나오도록 방향성을 가진다. 예컨대 동작 중에 신호(130)는 제1 및 제2 실질적 직선 세그먼트들(122, 124)을 실질적으로 반대, 또는 반평행 방향(132, 133)으로 이동하여 변조된 출력 신호(135)를 도출할 수 있다.
소자(102)의 제조 결과, 전기 접촉부들(120)은 도파로(115)의 제1세그먼트(122) 및 제2세그먼트(124)를 따라 위치한다. 일부의 경우, 전기 접촉부들(120)은 도파로(115)(예컨대, 도파로의 코어 부분)와 실질적으로 공면 상에 있을 수 있다. 도 1(b)에 도시된 바와 같이, 전기 접촉부들(120)의 적어도 일 측(136)은 도파로(115)의 코어 부분의 적어도 일 측(138)과 공면 상에 있을 수 있다.
전기 접촉부들(120)은 제1세그먼트(122) 및 제2세그먼트(124) 양쪽에 대해 작용하도록 구성된다. 일부의 경우, 구동 신호(140)(도 1(b))가 전기 접촉부들(120)로 인가될 때 입력 광 신호(130)의 위상이 세그먼트들(122, 124) 둘 모두에서 실질적으로 같은 방향으로 바뀌도록(예컨대, 둘 모두 양이거나 둘 모두 음의 위상으로 변화) 전기 접촉부들(120)로부터 발산되는 전기장(가령, 무선 주파수 필드)이 도파로(115)를 통과한다. 가령 전기 접촉부들(120)의 전하들에 의해 만들어지는 전기장은 전광 효과를 통해 광 도파로(115)의 제1 및 제2세그먼트(122, 124)의 굴절률의 값을 제어할 수 있다. 구동 전기 신호(140)가 두 실질적 직선 세그먼트들(122, 124) 내 입력 광 신호(130)에 같은 방향의 위상 변화를 일으키도록, 전기 접촉부들(120)이 위치되고 전기적으로 구동될 수 있다(도 1(a)-1(b)). 예를 들어, 접촉부들(120)로 인가되는 전기 신호(140)는 제1 실질적 직선 세그먼트(122)에 걸친 총 위상 변화를 증가시키고, 동시에 제2 실질적 직선 세그먼트(124)에 걸친 총 위상 변화를 증가시킬 수 있다. 그렇지 않으면, 접촉부들(120)로 인가되는 전기 신호는 제1 실질적 직선 세그먼트(122)에 걸친 총 위상 변화를 감소시키고, 동시에 제2 실질적 직선 세그먼트(122)에 걸친 총 위상 변화를 감소시킬 수 있다. 결론적으로, 도파로(115)를 통해 전파되면서 신호(130)가 경험하는 총 위상 변화가 실질적으로 증가될 수 있다. 예를 들어, 그러한 실질적 증가는 두 실질적 직선 세그먼트들(122, 124) 중 단 한 개만을 구동하는 전기 신호가 존재할 때 광 신호(130)가 경험할 수 있는 총 위상 변화와 관련하여 양쪽의 실질적 직선 세그먼트들(122, 124)의 존재 및 그 구동에 기인할 수 있다(예컨대 어떤 경우 두 배로 됨). 이것은 다시, 종래의 어떤 요소 집중형(lumped-element) 변조기 디자인과 비교해 도파로(115)의 출력단(119)에서 신호(135)의 위상 변조량을 증가시킨다(예컨대, 두 배로 증가시킨다). 예를 들어, 요소 집중형 변조기 디자인과 비교할 때, 변조된 실질적 직선 광학의 세그먼트는 두 실질적 직선 세그먼트들(122, 124)을 합한 길이보다 짧다. 그렇지 않으면, 세그먼트들의 전반적인 상호작용으로 인해, 전기장 및 광 신호(130) 상호작용이 발생하는(예컨대, 굴절률 매개 상호작용) 세그먼트들(122, 124)의 길이는 그에 비례하여 줄어들 수 있는 한편, 비슷한 변조 강도의 출력 신호(135)를 계속해서 실현시킬 수 있다.
본 개시의 목적에 있어서, 입력 광 신호(130)의 실질적 위상 변화는 약 ±10도 이상의 변화라고 간주된다. 본 개시의 목적에 있어서, 구동 신호(140)는 전기 접촉부들(120)에 인가되는 피크-투-피크(peak-to-peak) 전압(Vp-p)을 말한다. 예컨대 그 전압은 실질적 직선 세그먼트들(122, 124) 중 하나에 걸쳐 있는 접촉부들의 각 쌍으로 인가될 수 있다.
도파로(115)의 두 세그먼트들(122, 124)에서 같은 방향의 위상 변화를 조장하기 위해 전기 접촉부들(120)은 구동 신호(140)가 인가될 때 두 세그먼트들(122, 124)이 실질적으로 반대 방향의 전기장을 경험하도록 구성되고 구동된다. 예를 들어, 그 구성 및 구동은 두 실질적 직선 세그먼트들(122, 124)의 인접한 부분들이 유사한 세기 및 거의 반대 방향의 전기장을 경험하도록 이루어질 수 있다. 예를 들어, 도 1(a)에 도시된 전기 접촉부들(120)의 실시예는 제1애노드(142) 및 제1캐소드(144) 쌍, 및 제2애노드(146) 및 제2캐소드(148) 쌍을 포함할 수 있다. 예시된 바와 같이, 제1애노드(142) 및 제1캐소드(144)는 둘이 인접하면서 제1세그먼트(122)의 양측에 자리하며, 제2애노드(146) 및 제2캐소드(148)는 둘이 인접하면서 제2세그먼트(124)의 양측에 자리한다. 도 1(a)에 도시된 바와 같이, 제1캐소드(144)는 제2캐소드(148)에 인접할 수 있다. 예시된 실시예에서, 제1캐소드(144)는 제1세그먼트(122)의 오른편에 있고 제1애노드(142)는 제1세그먼트(122)의 왼편에 있다. 제1캐소드(148)는 제2세그먼트(124)의 왼편에 있고 제2애노드(146)는 제2세그먼트(124)의 오른편에 있다. 본 개시에 비추어 당업자는 상술한 것과 반대로 된 캐소드 및 애노드 구성을 포함하는 다른 실시예들을 예상할 수 있을 것이다. 예를 들어, 다른 실시예에서 제1 애노드(142)는 제2애노드(146)(도시되지 않음)에 인접할 수 있다. 또 다른 경우 제1 및 제2애노드가 결합되어 단일 애노드 접촉부를 형성하거나, 제1 및 제2접촉부들이 결합되어 단일 캐소드 접촉부(도시되지 않음)를 형성할 수 있다.
상술한 구성에 있어서, 전압(140)이 제1 및 제2애노드-캐소드 쌍에 인가될 때, 제1세그먼트(122) 내 도파로(115)의 전광 감응 재료는 제2세그먼트(124) 내 전광 감응 재료의 극성과 실질적으로 정반대의 극성을 가질 것이다. 그 결과, 그를 통해 전파되는 신호(130)의 총 위상 변화는 도파로(115)의 양 세그먼트들(122, 124) 안에서 동일한 방향으로 변화하고, 그에 따라 출력단(119)에서 도파로를 빠져나오는 광 신호(130)의 인가된 전기 신호(140)에 대한 응답을 개선시킬 수 있다.
위에서 언급하고 도 1(a)에서 예시된 것과 같이, 일부의 경우에 도파로(115)를 통한 광 신호(130)의 효율적 전송을 최적화하기 위해, 도파로 세그먼트들(122, 124)을 실질적으로 직선이 되게 하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 곡선 세그먼트(126)가 약 5 미크론의 곡률 반경을 가질 때, 실질적 직선 세그먼트들의 곡률 반경은 약 25 내지 50 미크론 이상이 될 수 있다. 일부 실시예에서는 그러나 보다 소형의 변조기 디자인을 도모하기 위해, 곡선 세그먼트(126)가 약 1 내지 50 미크론 범위의 곡률 반경을 가지며, 더 바람직하게는 약 1 내지 20 미크론의 곡률 반경을 가진다. 다른 경우, 보다 소형의 변조기 디자인을 도모하기 위해, 도파로의 실질적 직선 세그먼트들(122, 124)은 곡선 세그먼트(126)의 곡률 반경보다 약 5 내지 10 배 더 큰 곡률 반경을 가질 수 있다.
위에서 논의한 바와 같이, 전기 접촉부들(120)에 대해 개시된 구성은 어떤 종래의 구성에 비해 실질적으로 더 큰 변조 응답을 가지도록 돕는다. 그것은 다시 도파로(115)의 규모 감소를 가능하게 할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 소형의 변조기 디자인을 도모하기 위해 제1 및 제2세그먼트(122, 124) 둘 모두는 약 2000 미크론 이하의 길이(150, 152)를 가지며, 좀 더 바람직하게는 약 10 내지 200 미크론 범위에 있는 길이(150, 152)를 가진다. 어떤 경우, 도 1(a)에 도시된 바와 같이 세그먼트들(122, 124)은 실질적으로 동일한 길이(150, 152)(가령, 10% 이내로 동일함)를 가지지만, 다른 경우 그 길이(150, 152)는 서로 다를 수 있다.
대안적으로, 혹은 부가적으로, 개시된 변조기(110) 실시예들에서 구현된 실질적으로 보다 큰 변조 응답이 전기적 구동 신호(140) 세기의 실질적 감소를 도울 수 있다, 예컨대 다른 가능한 경우들 보다 낮은 Vp-p를 가져올 수 있다. 이것은 다시 소자(102)의 에너지 소비를 바람직하게 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 어떤 경우들에서는, 구동 신호(140)가 약 5 볼트 이하(가령, Vp-p)이며, 더 바람직하게는 약 0.1 내지 2 볼트의 범위 안에 있다. 일부 실시예에서는, 구동 신호(140)가 소자(102)의 전기 구성요소들에 들어있는 트랜지스터들의 동작 전압과 실질적으로 동일하다(예컨대 10% 이내에서 동일). 예를 들어, 소자(102)는 약 1.2 볼트에서 동작하는 상보적 금속 산화물 반도체(CMOS)를 가진 집적 회로들(IC)을 더 포함할 수 있다. 그러한 실시예에서, 구동 신호(140)를 1.2 볼트에 상응하게 구성하는 것이 바람직하다.
일부 실시예에서, 전기장-광학 상호작용(electric field-optical interaction)의 정도를 극대화하기 위해, 접촉부의 길이를 도파로의 제1 및 제2세그먼트들의 길이의 실질적인 일부에 대응하도록 하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 일부 바람직한 실시예에서 도파로(115)의 어느 세그먼트(가령, 제1세그먼트(122))에 인접한 애노드 및 캐소드(가령, 애노드(142) 및 캐소드(144))는 그 세그먼트(120) 길이(150)의 50 내지 90% 범위의 길이(154, 155)를 가진다. 예를 들어, 세그먼트(122)의 길이(150)가 약 10 미크론일 때, 애노드(142) 및 캐소드(144)의 길이(154, 155)는 둘 다 약 5 내지 9 미크론의 범위에 있을 수 있다.
일부 실시예에서, 변조기(110)는 집중형(lumped) 전광 변조기이다. 즉, 구동 신호(140)는 전기 접촉부들(120)의 길이(이를테면 애노드(142 및 146)의 길이(154) 및 캐소드(144 및 148)의 길이(155))를 따라 일어나는 전기장-광 상호작용 부분들의 실질적 전체 길이에 걸쳐 전체적으로 증가 및 감소한다. 그러한 경우는, 예를 들어, 전기 접촉부들(120)로부터 발산되는 전기장의 최고 주파수의 파장이 애노드 및 캐소드 접촉부들(120)의 길이(154, 155)와 비교하여 클 때의 경우일 수 있다. 예를 들어, 구동 신호(140)의 최단 무선 주파수(가령, 정보 전송에 유용한 무선 주파수 성분의 최고 주파수) 파장 대 애노드 및 캐소드 접촉부들(120)의 개별 길이(154, 155)에 대한 비는 약 10:1 또는 그 이상이 된다. 예를 들어, 구동 신호(140)의 최단 무선 주파수 파장이 1cm에 대응할 때 개별 길이(154, 155)는 0.1cm 이하에 대응한다. 이것은 본 개시의 일부 실시예에서 바람직할 수 있는데, 이는 전기 접촉부들(120)로부터의 전기장이 도파로(115)의 다른 세그먼트들(122, 124)을 통과할 때 신호(130)에 균일하게 작용할 수 있기 때문이다.
그러나, 다른 실시예에서는, 변조기(110)가 진행 파동(traveling wave) 변조기로서 구성될 수 있다. 집중형 전광 변조기들과 달리, 진행 파동 변조기들에 있어서 전기장의 무선 주파수 파장의 최고 주파수 성분의 파장은 애노드 및 캐소드 접촉부들(120)의 개별 길이(154, 155)에 필적하거나 그보다 작다. 예를 들어, 구동 신호(140)의 최단의 유용한 무선 주파수 파장의 접촉부(120)의 길이(154, 155)에 대한 비는 약 20:1 이하일 수 있다. 예를 들어, 구동 신호(140)의 최단의 유용한 무선 주파수 파장이 1cm에 대응할 때 개별 길이(154, 155)는 0.05 cm 이상에 대응한다. 일부의 경우, 진행 파동 및 집중형 동작의 혼재가 일어날 수 있다. 이것은 예를 들어, 구동 신호(140)의 최단 무선 주파수 파장이 1cm에 대응할 때 개별 길이(154, 155)가 0.1 내지 0.05cm의 범위에 있게 되는 경우일 수 있다.
변조기가 진행 파동 변조기로서 구성되는 일부 실시예에서는 광 신호(130)가 제2세그먼트(124)로 들어가는 시점에 전기 접촉부들(120)로부터의 전기장이 사라지거나, 제1세그먼트(122)에서 이루어진 위상 이동과 반대로 작용하고, 그에 따라, 제2세그먼트(124) 내 신호(130)에 대해 부분적으로만 작용할 수도 있다는 우려가 존재한다. 그럼에도 불구하고 전기장이 부분적으로 소멸할 때조차 여전히 이점을 취할 수 있다. 또한 일부의 경,우 광 신호(130)나 구동 신호(140)의 무선 주파수 중 하나나 둘 모두의 속도를 조정함으로써, 광 신호(130)가 제2세그먼트(124)를 통과할 때 접촉부들(120)로부터 더 많은 전기장이 존재하도록 하는 것이 가능하다. 당업자라면 도파로를 통과하는 광 신호(130)의 속도를 조정하거나 구동 신호(140)의 전파 속도를 조정하는 다양한 방법들을 잘 알고 있을 것이다.
예를 들어, 전극들(170, 172) 중 하나 혹은 둘 모두에 가까이(예컨대, 약 5 미크론 이내), 그러나 도파로(115)로부터 약 0.5 내지 3 미크론보다 더 떨어진 곳에 개방형(예컨대, 공기로 채움) 트렌치들을 형성할 수 있을 것이다. 그 경우, 구동 신호(140) 전파의 속도(가령, 무선 주파수)는 광 신호(130) 전파 속도에 대해 최소한의 영향을 미치면서 증가될 수 있을 것이다. 다른 대안으로서, 구동 신호(140) 전파의 속도를 늦추기 위해 전극(170, 172) 가까이에 높은 불변의 유전체 물질이 마찬가지로 포함될 수 있을 것이다. 대안적으로, 혹은 부가적으로, 도파로 세그먼트들(122, 124) 하나 혹은 둘 모두의 단면 치수들이 수정되어 구동 신호(140) 전파에 대해 최소한의 영향만을 미치면서 광 신호(130) 전파 속도를 상당히 변경시킬 수 있다.
어떤 경우, 도 1(a)에 도시된 바와 같이, 소자(102)(가령, 변조기(110))는 광학 위상 쉬프터(shifter)로서 구성된다. 즉, 구동 신호(140) 내에서 인코딩된 정보는 출력 광 신호(134)의 위상 변화량으로서 인코딩된다.
어떤 경우, 도 2에 도시된 바와 같이, 소자(102)(가령, 변조기)는 진폭 변조기(가령, Mach-Zehnder(마크-젠더) 진폭 변조기)로서 구성된다. 위상 인코딩에 더해, 혹은 대안으로서 구동 신호(140)(도 1(b)) 안의 정보가 출력 광 신호(135)의 진폭으로 인코딩될 수 있다. 변조기(110)가 진폭 변조기로서 구성될 때, 도파로(115)는 적어도 두 개의 광학적 암들(optical arms)(210, 215)(도 2)을 더 포함한다. 도파로(115)는 입력단(117)에서 입력 광 신호(130)를 수신하고, 그 신호(130)를 두 암들(210, 215) 사이에서(가령, 광 전력 스플리터(216)에서) 분리하도록 구성된다. 예컨대, 각각의 내부 광학 암(210, 215)의 한쪽 단이 광 전력 스플리터(216)에 연결된다. 신호(130)는 도파로(115)를 따라 놓인 광 전력 커플러(217)의 출력단(119)에서 재결합된다. 예컨대 광 전력 스플리터(216)는 입력단(117)으로부터 입력 광 신호(130)를 수신하고, 입력 신호의 일부가 내부의 두 광학 암들(210, 215) 각각으로 보내질 수 있도록 입력 신호(130)의 전력을 분리할 수 있다. 이를테면 약 50 퍼센트가 각각의 암(210, 215)으로 보내질 수 있다. 가령, 내부 광학 암들(210, 215)의 두 번째 단들이 광 커플러(217)의 입력부에 연결되며, 광 커플러(217)는 광을 재결합하여 광 신호(135)를 생성해 출력 포트(119)에서 출력시킨다. 다른 실시예에서, 입력 커플러(216)의 분리 비율은 커플러(217)에서 재결합되는 그 광 전력들이 변조기가 소자로부터 제로 비트 또는 최소의 출력을 만들 때와 거의 동일하도록 되어 있다.
재결합은 전기 접촉부들(120)이 도파로(115) 내 신호(130)에 작용하는 위치들 뒤에서 이루어짐이 바람직하다. 암들 중 적어도 하나(가령, 암(210))는 제1세그먼트(122), 곡선 세그먼트(126) 및 제2세그먼트(124)를 포함하고, 이들은 도 1(a)와 관련해 상기된 바와 동일하게 구성될 수 있다. 그러나 광 신호(130)에 대해 보다 완벽하게 작용하기 위해, 제2암(215) 역시 전기 접촉부들(220), 제1세그먼트(222), 제2세그먼트(224), 및 곡선 세그먼트(226)를 포함할 수 있다. 전기 접촉부들(220)(그 구성요소인 애노드 및 캐소드들을 포함), 세그먼트들(222, 224) 및 제2암(215)이 도 1(a)-1(b)와 관련해 대응하는 구성요소들(예컨대, 단일 암 변조기(110))에 대해 기술되었던 것과 유사하게 구성될 수 있다.
어떤 경우, 도 2에 도시된 바와 같이, 도파로(115)의 제1암 및 제2암(210, 215)은 실질적으로 동일한 총 길이(예컨대, 동일한 길이들은 약 10 퍼센트 이하 정도로 상이함)를 가진다. 이것은 인가된 구동 신호(140)에 대한 소정 단위의 변화에 대해 각각의 암(210, 215)을 통과하는 신호(130)의 위상 변화 정도가 신호(130)의 파장과 이제 무관할 수 있기 때문에 때때로 바람직할 수 있다. 다른 실시예에서는 그러나 제1 및 제2암(210, 215)은 서로 상이한 길이를 가질 수 있다.
소자(102)의 다른 실시예들은 다중 전기 접촉부, 곡선 세그먼트를 포함하는 변조기(110)를 가질 수 있으며, 세그먼트와 암들은 도 1-도 2와 관련해 그 구조에 대해 논의된 것과 유사하게 구성될 수 있다.
예를 들어, 도 3은 도파로(115)의 제2곡선 세그먼트(315)에 의해 제2세그먼트(124)로부터 분리되는 제3세그먼트(310)를 더 포함하는 도파로(115)를 가진 변조기(110)(가령, 광학 위상 쉬프터)의 일 실시예를 도시한다. 제3세그먼트(310)는 입력 광 신호(130)에 대해 제1 및 제3세그먼트(122, 124)에서와 대략 동일한 위상 응답을 도출하도록 작동될 수 있다. 이를 용이하게 하기 위해, 전기 접촉부들(120)은 도 1(a)-도 1(b)와 관련하여 제1세그먼트(122)에 대해 논의된 것과 유사하게 제3세그먼트(310)에 대해 구성될 수 있는 제3애노드(320) 및 제3캐소드(322)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 제3캐소드(322)는 제3 실질적 직선 세그먼트(310)의 왼편에 있고 제3애노드(324)는 제3 실질적 직선 세그먼트(310)의 오른편에 있다.
또 다른 예로서, 도 4는 제4세그먼트(410)를 더 포함하는 변조기(110)(가령, 광학 위상 쉬프터 변조기)의 일 실시예를 도시한다. 제4세그먼트(410)는 도파로(115)의 제3곡선 세그먼트(415)에 의해 제3세그먼트(310)와 분리된다. 입력 광 신호(130)의 위상이 인가된 전기 신호(140)에 대해 실질적으로 동일한 종류의 응답을 경험하도록(예컨대, 그 위상은 제1, 제2 및 제3세그먼트들(122, 124, 310)에서의 변화와 실질적으로 동일한 방향으로 변화할 수 있다) 제4세그먼트(410)에 대해 작용함이 바람직하다. 이것은 전기 접촉부들(120)이 제4애노드(420) 및 제4캐소드(422)를 더 포함하게 함으로써 도모될 수 있다. 제4애노드 및 제4캐소드(420, 422)는 제4세그먼트(410)에 대해 도 1(a)-도 1(b)와 관련해 제2세그먼트(124)에 대해 논의된 것과 유사하게 구현될 수 있다. 예를 들어, 제4캐소드(422)는 제4 실질적 직선 세그먼트(410)의 오른편에 있고 제4애노드(420)는 제4 실질적 직선 세그먼트(410)의 왼편에 있다.
또 다른 예로서, 도 5는 도파로(115)에 인접한 두 개의 애노드(510, 515) 및 도파로(115) 안에 위치한 하나의 중앙 캐소드(520)를 가진 전기 접촉부(120)를 포함하는 변조기(110)가 있는 소자(102)의 일 실시예의 단면도(도 1(b)와 유사)를 도시한다. 예를 들어, 중앙 캐소드(520)는 도파로의 제1 및 제2세그먼트(도 1(a)에 도시된 세그먼트들(122, 124)과 유사) 중 하나 혹은 둘 모두의 내부에 위치될 수 있다. 다른 실시예에서, 도파로(115)에 인접한 두 캐소드들 및 하나의 중앙 애노드(도시되지 않음)로 된 반대 구성이 있을 수 있다. 그러한 디자인의 이점은 도파로(115)의 응답이 선형과 다른 비선형(가령, 이차 이상의 차원)으로 되고 그에 따라 변조기(110)의 전광 응답은 더 비선형으로 된다는 데 있다. 그에 따라 변조기는 그 비선형 실시예를 통해 소자의 응답에 있어 대역폭의 한계를 보다 잘 보상할 수 있고, 그에 따라 보다 선형인 소자로부터 구현될 수 있는 것보다 더 높은 품질의 디지털 출력을 도출할 수 있다.
도 1(a)-도 5에 제시된 예에 기초하여, 당업자라면 도파로(115) 및 그 구성요소들인 세그먼트들 및 암들이 가질 수 있는 다른 구성, 및 도파로(115)에 인접한 전기 접촉부들(120)의 다양한 각종 배열을 예상할 수 있을 것이다. 예를 들어, 도 2에 묘사된 것과 유사한 도파로(115) 구성 내 하나 이상의 암들을 형성하기 위해 도 3-도 5의 도파로 구성들 중 어느 하나가 사용될 수 있을 것이다.
변조기(110)는 소자의 동작을 용이하게 하는 다른 구성요소들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 1(b) 및 도 5에 도시된 것과 같이, 변조기(110)는 도파로(115) 및 전기 접촉부들(120) 위에 절연 층(160)을 더 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 절연 층(160)은 도파로(115)를 위한 광학 클래딩(cladding)의 일부를 형성할 수도 있다. 예를 들어, 도파로가 규소를 포함할 때, 절연 층(160)은 약 0.2 내지 2 미크론 범위의 두께(162)를 가진 규소 산화물 층일 수 있다.
또 다른 예로서, 도 1(b) 및 도 5에서 또한 도시된 것과 같이, 기판(105)은 중간 절연 층(165)을 포함할 수 있다. 기판(105)의 중간 절연 층(165) 또한 광학 클래딩의 일부를 형성할 수 있다. 예를 들어, 도파로(115)가 기판(105)의 상위 규소 층(167)의 일부로부터 형성될 때, 하위의 절연 층(165)은 SOI(silicon-on-insulator) 기판의 규조 산화물 층일 수 있다. 도 1(b)는 도파로(115) 및 접촉부(120) 구조들을 형성하는 부분으로서 일부가 제거되는 상위 규소 층(167)을 도시한다.
도 1(a) 및 도 1(b)에 더 예시된 바와 같이, 변조기(110)는 구동 신호(140)를 전기 접촉부들(120)로 전송하도록 구성된 전극들(170, 172)(가령, 구리, 금 또는 알루미늄으로 이루어진 금속으로 채워진 전극 비아들(vias))을 또한 포함할 수 있다. 구동 신호(140)의 전송을 돕기 위해, 전극들(170, 172)은 전기 접촉부들(140)을 직접 터치할 수 있다. 예를 들어, 도 1(b)에 도시된 실시예에 있어서, 제1전극(170) 및 제2전극(172)은 제1애노드(142)(가령, 애노드 옴(ohmic) 접촉부) 및 제1캐소드(144)(가령, 캐소드 옴 접촉부)를 각각 바로 터치하도록 절연 층(160)을 관통한다. 다른 경우에서는 그러나 전극들(170, 172)이 전기 접촉부들(120)을 바로 터치하지 않을 수 있다. 예를 들어, 일부의 경우, 전극들(170, 172)은 절연 층(160)의 상위 표면(174) 상에 놓인다. 그 경우 절연 층(160)의 두께(162)는 전위(140)가 전극들(170, 172)로부터 전기 접촉부들(120)로 효율적으로 전송되도록 약 0.5 미크론 미만으로 됨이 바람직할 수 있다.
소자(102)는 자신의 작용을 용이하게 하는 구성요소들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 1(a)에 도시된 바와 같이, 소자는 하나 이상의 접지선(180) 및 하나 이상의 도전선(182)(가령, 핫라인)을 포함할 수 있다. 전기 접촉부들(120)로의 구동 신호(140) 전송을 용이하게 하기 위해, 접지선(180) 및 도전선(182)은 하나 이상의 전극들(170, 172)과 물리적으로 연결될 수 있다.
도 6은 상술한 전자 광 소자(102)(도 1(a)-도 5)의 일 실시예를 포함하는 본 개시의 전형적 장치(100)에 대한 블록도를 도시한다. 일부의 경우, 전자 광 소자(102)는 전기통신 시스템으로서 구성되는 장치(100) 내 전기통신 트랜시버이거나 그 일부에 대응한다. 소자(102)는 전기 및 광 도파로 구성요소들(610, 615)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 능동 전자 구성요소들(610)은 트랜지스터, 필드 프로그래머블 어레이(field-programmable arrays), RF 증폭기, 또는 트랜시버에 사용하도록 적응된 애플리케이션 고유의 집적 회로(application specific integrated circuits)인 트랜스임피던스 증폭기를 포함할 수 있다. 광 도파로 구성요소들(615)은 열광(thermo-optic) 필터, 개시된 변조기들(110)(도 1(a)-도 5) 중 적어도 하나를 포함하는 전광 변조기, 및 서로 그리고 능동 전자 구성요소들(610)에 결합되는 광 검출기를 포함할 수 있다.
당업자라면 소자(102)의 전자 광 도파로 구성요소들(610, 615)이 광 트랜시버로서 동작하기 위해 구성될 수 있는 방식에 대해 잘 알고 있을 것이다. 능동 전자 구성요소들(610) 중 적어도 일부는 전자 광 소자(102)가 가령 전기통신 시스템으로서 구성되는 장치(100) 내 트랜시버로서 구현되도록 광 도파로 구성요소들(615) 중 적어도 일부와 전기적으로 결합될 수 있다. 일부 바람직한 실시예에서, 전자 광 소자(102)는 다중 정보 신호들(가령, 서로 상이한 광 파장의 형태로 된 신호들)이 소자(102)를 통해 동시에 전송될 수 있도록 파장 분할 다중화를 이용하도록 구성된다.
장치(100)는 전자으로 인코딩된 정보 신호(630)를 데이터 버스(635)를 통해 광 송신기로서 구성되는 전자 광 소자들 중 적어도 하나(102a)로 보내는 입력 모듈(620)을 더 포함할 수 있다. 송신기(102a)의 능동 전자 구성요소들(610) 및 광 도파로 구성요소들(615)은 서로 협력하여 전자으로 인코딩된 정보 신호(630)를 광학적으로 인코딩된 정보 신호(640)(가령, 도 1(a)-도 5의 개시된 광 변조기에 의해 인코딩된 것과 같은 신호)로 변환시킨다. 광학적으로 인코딩된 정보 신호(640)는 이제 광 송신 라인(650)을 통해 수신기로서 구성된 전자 광 소자 중 다른 하나(102b)로 전송된다. 수신기(102b)는 광학적으로 인코딩된 정보 신호를 다시 전기적으로 인코딩된 정보 신호(660)로 변환하고, 그러면 그 정보 신호(660)는 제2데이터 버스(675)를 통해 출력 모듈(670)로 전송된다. 당업자라면 전기통신 시스템(600)에 사용될 수 있는 다양한 종류의 입력 모듈(620), 광 송신 라인(650), 출력 모듈(670) 및 데이터 버스(635, 675)를 잘 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 입력 모듈(620)은 복수의 낮은 데이터 레이트의 전자(또는 광) 신호들을 단일의(또는 복수의) 높은 데이터 레이트의 신호로 모으는 입/출력 매트릭스 또는 데이터 멀티플렉서일 수 있다; 여기서 데이터 그루밍(grooming), 포맷 변환, 포워드 에러 정정, 및/또는 신호 전치왜곡이 구현될 수 있다. 광 전송 라인(650)은 광 섬유 케이블, 광 백플레인(backplane), 칩 내부, 또는 칩간 연결일 수 있다. 출력 모듈(670)은 입력 모듈(620)에 대해 위에 약술된 기능들의 전체나 일부를 수행하는 모듈일 수 있다. 당업자라면 일부 실시예에서 입출력 모듈들(620, 670)의 기능이 전자 광 소자들(102a, 102b) 안에 통합될 수 있고, 그 경우 도 6에 묘사된 모듈들(620, 670) 이 광 섬유가 유입하는 랙(rack) 안에 하우징되는 광섬유 말단 연결부들의 어레이에 대응할 수 있다는 것을 예상할 것이다.
도 7은 상술한 전자 광 소자(102)(도 1(a)-도 5)의 일 실시예를 포함하는 본 개시의 또 다른 전형적 장치(100)에 대한 블록도를 도시한다. 일부의 실시예에서, 전자 광 소자(102)는 컴퓨터 시스템으로서 구성되는 장치(100) 내 병렬 프로세서이거나 그 일부에 대응한다. 소자(102)는 전자 구성요소들(710) 및 도 6과 관련해 논의된 것과 유사한 광 도파로 구성요소들(715)을 포함한다. 광 도파로 구성요소들(715) 중 적어도 하나는 도 1(a)-도 5와 관련하여 논의된 하나 이상의 변조기(110) 같은 개시된 변조기를 포함한다.
당업자라면 소자(102)의 전자 광 도파로 구성요소들(710, 715)이 병렬 프로세서로서 동작하기 위해 구성될 수 있는 방식에 대해 잘 알고 있을 것이다. 예를 들어, 전자 구성요소들(710)은 광 신호(130)(가령, 광학적 캐리어)를 광학적으로 변조하기 위해 데이터를 사용하기 전이나 변조된 광 신호(130)로부터 데이터를 복조한 후에, 전기적으로 인코딩된 데이터(가령, 정보)에 대해 연산(가령, 병렬 연산)을 수행하는 회로(가령, 트랜지스터)를 포함할 수 있다.
본 개시의 또 다른 실시예는 전자 광 소자를 제조하는 방법이다. 전자 광 소자들의 상술한 실시예들 중 어느 하나는 여기 개시된 방법에 의해 제조될 수 있을 것이다.
계속해서 도 1(a)-도 7를 참조할 때, 도 8은 도 1(a)-도 7과 관련해 논의된 소자들(102)과 같은 개시된 전자 광 소자를 제조하는 전형적 방법(800)의 흐름도를 제공한다. 소자(102)를 제조하는 것은 전광 변조기(110)를 제작하는 단계(805)를 포함한다. 전광 변조기(110)를 제작하는 단계(805)는 평탄한 기판 위에 광 도파로(115)를 형성하는 단계(810)를 포함한다. 도파로(115)는 곡선 세그먼트(126)에 의해 서로 분리되는 제1세그먼트(122) 및 제2세그먼트(124)(가령, 실질적 직선 세그먼트들)를 포함한다. 도 1(a) 및 도 1(b)와 관련하여 위에서 논의된 것과 같이, 제1 및 제2세그먼트들(122, 124)은 도파로(115)의 연속적인(그리고 어떤 경우 공면 상에 있는) 부분들이다. 예컨대 제1 실질적 직선 세그먼트(122) 및 제2 실질적 직선 세그먼트(124)는 곡선 세그먼트(126)에 의해 말단이 연결될 수 있다. 세그먼트들(122, 124)은 제1세그먼트를 통해 이동하는 입력 광 신호(130)가 제2세그먼트를 통해 이동하는 신호(130)의 반대 방향으로 이동하도록 지향되어 있다. 예컨대, 입력 광 신호(130)는 제1 실질적 직선 세그먼트(122)를 제2 실질적 직선 세그먼트(124)에서의 입력 광 신호(130)의 이동 방향과는 반대 방향으로 이동해 지날 수 있다. 변조기(110)를 제작하는 단계(805)는 평탄한 기판 위에 전기 접촉부들(120)을 형성하는 단계(815)를 포함한다. 접촉부들은 도파로(115)(예컨대, 도파로의 코어 부분)와 실질적으로 공면 상에 있을 수 있다. 접촉부들은 구동 신호(140)가 전기 접촉부들(120)로 인가될 때와 동일한 방향으로 인가될 때 신호(130)의 위상이 실질적으로 동일한 방향으로 변화하도록 제1 및 제2세그먼트들(122, 124) 모두에 작용하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 전광 변조기(110)를 제작하는 단계(805)는 중간 층(165)(가령, 규소 산화물 층) 위에 상부 층(167)(가령, 규소 층)을 가진 평면 기판(105)(가령, SOI 기판과 같은 반도체 기판)을 제공하는 단계(820)를 포함한다. 상부 층(167)은 중간 층(165)보다 높은 굴절률을 가짐이 바람직하다. 일부 실시예에서, 규소(또는 다른 물질)의 상부 층(167)은 약 0.1 내지 0.4 미크론 범위에 있는 두께(185)를 가질 수 있다. 어떤 경우, 중간 층(165)은 약 1 내지 3 미크론 범위에 있는 두께(190)를 가질 수 있다. 도파로(115)를 형성하는 단계는 마루 모양(ridged-shaped) 도파로(115)를 형성하도록 상부 층(167)의 일부를 제거하는 단계(825)를 더 포함한다. 예를 들어, 단계(825)에 따라 규소와 같은 반도체 물질로 이루어진 상부 층(167)의 일부를 선택적으로 제거하기 위해 포토리소그래피(photolithography) 및 건식 또는 습식 식각 공정들이 수행될 수 있다.
일부 실시예에서, 전기 접촉부들(120)을 형성하는 단계는 접촉부 층들(142, 144)(가령, 도 1(a)-1(b))를 형성하기 위해 상부 층(167)의 일부를 제거하는 단계(830)를 더 포함한다. 예를 들어, 도파로(115)에 인접한 상부 층(167)의 일부를 제거하기 위해 단계(825)와 관련해 논의된 것과 유사한 포토리소그래피 및 식각 공정이 사용될 수 있다. 도 1(b)에 도시된 바와 같이, 광 신호(130)를 도파로(115) 안에서 실질적으로 구속(가령, 포함)하는 것을 용이하게 하기 위해, 나머지 접촉 층들(142, 144)의 두께(192)가 도파로(115)의 두께(195)보다 실질적으로 적은 두께(192)를 가지는 것이 바람직하다(가령, 적어도 약 2배 얇은 두께). 예를 들어, 규소 도파로(115)의 두께(195)가 약 0.2 미크론에 대응할 때, 접촉 층들(142, 144)의 두께(192)는 약 0.01 내지 0.1 미크론의 범위에 있는 것이 바람직하다.
애노드들(가령, 층 144)을 형성하기 위한 p 타입 도펀트들(dopants)이나 캐소드들(가령, 층 142)을 형성하기 위한 n 타입 도펀트들 중 하나를 서로 다른 접촉 층들(142, 144)에 주입하는 단계(835)를 포함함으로써 때때로 접촉부(120)의 전기 전도성을 증가시킴이 바람직하다. 예를 들어, p 타입 도펀트들(가령, 어떤 경우 대략 1E18 내지 1E21 원자/cm3 량으로 주입되는 붕소)나 n 타입 도펀트들(가령, 어떤 경우 대략 1E18 내지 1E21 원자/cm3 량으로 주입되는 비소)를 선택적으로 주입하기 위해 표준 마스킹 및 이온 주입 공정이 이용될 수 있다.
변조기(110)를 형성하는 단계는 도파로(115) 및 전기 접촉부들(120) 위에 절연 층(160)을 증착하는 단계(840)를 더 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 도파로(115) 및 전기 접촉부들(120) 위에 절연 층(160)(즉, 규소 산화물 층)을 증착하기 위해 화학적 기상 증착이 이용된다. 광 신호(130)를 도파로(115) 안에 실질적으로 구속하기 위해, 절연 층(160)은 도파로(115) 보다 낮은 굴절률을 가지는 것이 바람직하다.
변조기(110)를 생성하는 단계는 또한 절연 층(160) 내 혹은 그 위에 전극(170, 172)을 형성하는 단계(845)를 포함할 수 있다. 전극(170, 172)은 구동 신호(140)를 접촉부들(120)로 전송하기 위해 전기 접촉부들(120)과 충분히 가까운 위치에서 형성된다. 일부 실시예에서, 절연 층(160)에 (가령, 반응성 이온 식각 또는 다른 식각 공정을 통해) 오프닝들(180)이 형성될 수 있고, 그런 다음 전해질 또는 무전해 증착, 스퍼터링 또는 전자 빔 증발 공정들이 사용되어 그 오프닝에 금속 전극(가령, 구리)을 채울 수 있다.
변조기(110)를 형성하는 단계(805)는 접지 평면(180)을 전극들 중 하나(170)에 연결하는 단계(850), 및 도전선(182)을 전극들 중 다른 하나(172)에 연결하는 단계(855)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 금속 층(도시되지 않음)이 절연 층(160) 위에 (가령, 물리적 기상 증착법을 통해) 증착될 수 있고, 그런 다음 접지 평면(180) 및 도전선(182)을 형성하기 위해 금속 층이 (포토리소그래피 및 식각 공정을 통해) 패턴화될 수 있다(도 1(b)).
소자(102)를 형성하는 단계는 기판 위에 능동 전자 구성요소들(610)(도 6)을 형성하는 단계(860), 및 기판(105) 위에 광 도파로 구성요소들(615)을 형성하는 단계(870)를 더 포함할 수 있다. 당업자라면 단계들(860 및 870)에 따른 전자 및 광 도파로 구성요소들(610, 615)을 각각 형성하는 다양한 방법들에 대해 잘 알 수 있을 것이다. 일부 바람직한 실시예에서, 전자 및 광 도파로 구성요소들(610, 614)은 단계들(860 및 870)에 따른 병렬 공정을 통해 형성된다. 예를 들어, 능동 전자 구성요소들(610)을 형성하는 단계는 MOS 트랜지스터 소자들을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 광 도파로 구성요소들을 형성하는 단계는 열광(thermo-optic) 필터들, 광 검출기들(가령, 다이오드 유형의 광 검출기들), 또는 단계(805)에 따라 형성된 변조기들(110)과 같은 전광 변조기들을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 소자(102)를 형성하는 단계는 광 도파로 구성요소들(610) 중 적어도 하나를 능동 전자 구성요소들(615) 중 적어도 하나에 전기적으로 결합하여 그들 사이에 전기적 접속을 형성하도록 하는 단계(880)를 포함할 수 있다. 예컨대 그러한 접속은 소자(102)를 무선 통신 시스템(가령, 광 무선 통신 시스템)으로서 구성된 장치(100) 내 광 트랜시버로 구성하거나, 컴퓨터 시스템(가령, 도 7)으로 구성된 장치(100) 내 프로세서(가령, 병렬 프로세서)의 일부로서 구성하는 것을 도울 수 있다.
본 개시의 다른 실시예는 정보를 변환하는 방법이다. 즉, 전자으로 인코딩된 데이터(가령, 전자으로 인코딩된 정보의 스트림)가 광학적으로 인코딩된 데이터(가령, 광학적으로 인코딩된 정보의 스트림)로 변환된다. 계속해서 도 1(a)-도 7을 참조할 때, 도 9는 본 개시에 따라 정보를 변환하는 전형적 방법(900)의 흐름도를 제시한다. 이 방법은 광 신호 또는 광 캐리어(130)(가령, 광학적으로 인코딩된 정보의 스트림)를 변조하는 단계(910)를 포함한다. 광 신호를 변조하는 단계(910)는 입력 광 신호나 광 캐리어(130)를 도파로(115)(가령 변조기(110)의 도파로) 안으로 지나게 하는 단계(920)를 포함한다. 도 1(a) 및 1(b)와 관련해 논의된 바와 같이, 일부 실시예에서, 도파로(115)는 곡선 세그먼트(126)에 의해 서로 분리되는 제1 및 제2세그먼트들(122, 124)을 가지며, 제1 및 제2세그먼트들(122, 124)은 도파로(115)의 연속된 부분들이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 일부 실시예에서, 제1 및 제2세그먼트들(122, 124)은 도파로(115)의 공면 상에 있는 연속된 부분들일 수 있다. 세그먼트들(122, 124)은 제1세그먼트(122)를 통과하는 신호(130)가 제2세그먼트(124)를 통과하는 신호(130)와 반대 방향으로 이동하도록 지향되어 있다. 예컨대 실질적 직선 세그먼트들(122, 124)은 광 신호(130)가 제1 실질적 직선 세그먼트(122)와 제2 실질적 직선 세그먼트(124)를 실질적으로 반대 방향으로 이동하여 통과하도록 지향되어 있을 수 있다.
광 신호를 변조하는 단계(910)는 또한 구동 신호(140)(가령, 교류)를 전기 접촉부들(가령, 변조기(110)의 전기 접촉부들)로 인가하는 단계(930)를 포함한다. 접촉부들(120)은 제1 및 제2세그먼트들(122, 124)와 충분히 가깝게 위치된다. 구동 신호(140)의 인가에 대한 반응은 광 신호(130)의 총 위상 변화가 실질적 직선 세그먼트들(122, 124) 둘 모두에서 동일한 방향으로 변화되는 것으로, 그에 따라, 단계(935)에서 위상 변조된 출력 광 신호(135)를 생성시킨다. 예컨대, 신호(130)의 위상은 세그먼트들(122, 124) 둘 모두에서 실질적으로 동일한 방향으로 변화될 수 있고, 그에 따라 단계(935)에서 위상 변조된 출력 광 신호(135)를 생성시킬 수 있다.
일부 실시예에서, 변조 단계(910)는 도파로(115)의 둘 이상의 광학 암들(210, 215) 사이에서 입력 광 신호를 분리하는 단계(940)를 포함할 수 있다. 암들(210, 215) 중 적어도 한 개(및 보다 바람직하게는 둘 모두)는 상술한 것과 같이 구성된 제1 및 제2세그먼트들(122, 124, 222, 224)(도 1(a)-도 2)을 포함한다. 예컨대 세그먼트들(122, 124, 222, 224) 중 한 개 혹은 전부가 실질적 직선 세그먼트들로서 구성될 수 있다. 변조 단계(910)는 단계(955)에서 강도 변조된 출력 광 신호(135)를 도출하기 위해 암들(210, 215)로부터 신호(130)를 결합하는 단계(950)를 더 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 출력 신호(135)는 위상 및 강도 모두가 변조될 수 있다.
본 개시에 비추어 당업자자라면 데이터를 변환하는 방법이 포함할 수 있는 부가적 단계들을 인식할 수 있을 것이다. 예를 들어, 단계(960)에서 데이터(가령, 전기적으로 인코딩된 정보의 스트림)는 변조기로 전송될 수 있고, 거기에서 단계(920)-단계(955)들에 따라 변조기(110)에 의해 광학적으로 인코딩된 데이터(가령, 광학적으로 인코딩된 정보의 스트림)으로 변환된다. 단계(970)에서, 단계(935) 또는 단계(955)들로부터 변조된 출력 광 신호(135)(가령, 광학적으로 인코딩된 정보)는 (가령 광섬유와 같은 도파로 구성요소들을 통해) 다른 전자 구성요소들로 전송될 수 있다. 단계(980)에서, 데이터(가령, 광학적으로 인코딩된 정보의 스트림)는 전기적으로 인코딩된 정보로 다시 변환될 수 있다.
실시예들이 상세하게 기술되었지만, 당업자라면 개시의 범위에서 벗어나지 않으면서 여기에 다양한 변화, 치환 및 변경을 가할 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.

Claims (10)

  1. 기판 위에 위치되는 평면 전광(electro-optic) 변조기를 포함하며,
    상기 평면 전광 변조기는,
    제1 실질적 직선 세그먼트(substantially straight segment)및 제2 실질적 직선 세그먼트, 및 곡선 세그먼트?상기 곡선 세그먼트는 광 신호가 상기 제1 실질적 직선 세그먼트 및 제2 실질적 직선 세그먼트에서 실질적 반평행(anti-parallel) 방식으로 이동하도록 상기 제1 실질적 직선 세그먼트 및 제2 실질적 직선 세그먼트의 말단을 직렬 연결함?를 포함하는 도파로와,
    상기 제1 실질적 직선 세그먼트 및 제2 실질적 직선 세그먼트에 인접하여 위치되며 상기 세그먼트을 통과하는 상기 광 신호에 대한 보강적 부가(constructively adding) 위상 변조를 일으키도록 연결된 전기 접촉부를 포함하는
    장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전기 접촉부는, 상기 제1 실질적 직선 세그먼트에 인접하며 그 양측(opposite sides)에 위치되는 제1 애노드 및 캐소드 쌍과, 상기 제2 실질적 직선 세그먼트에 인접하며 그 양측에 위치되는 제2 애노드 및 캐소드 쌍을 포함하는
    장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 곡선 세그먼트는 약 1 내지 50 미크론까지의 범위에 있는 곡률 반경을 가지는
    장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 도파로는, 상기 광 신호가 상기 제2 실질적 직선 세그먼트 및 제3 실질적 직선 세그먼트에서 실질적으로 반평행 방향으로 전파되도록, 또 하나의 곡선 세그먼트에 의해 상기 제2 실질적 직선 세그먼트와 말단에서 연결되는 상기 제3 실질적 직선 세그먼트를 포함하는
    장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 도파로는, 상기 광 신호가 상기 제3 실질적 직선 세그먼트 및 제4 실질적 직선 세그먼트에서 실질적으로 반평행 방향으로 전파되도록, 또 하나의 곡선 세그먼트에 의해 상기 제3 실질적 직선 세그먼트와 말단에서 연결되는 상기 제4 실질적 직선 세그먼트를 포함하는
    장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전기 접촉부는, 상기 제1 실질적 직선 세그먼트 및 제2 실질적 직선 세그먼트에 인접하며 그 양측에 위치하는 제1 애노드 및 제2애노드, 및 상기 도파로의 상기 제1 실질적 직선 세그먼트 및 제2 실질적 직선 세그먼트 안에 위치되는 중앙 캐소드 부분을 포함하는
    장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 평면 전광 변조기를 포함하는 광학적 원격 통신 송신기를 더 포함하는
    장치.
  8. 전자 광 소자를 제조하는 방법에 있어서,
    전광 변조기를 제작하는 단계를 포함하고, 상기 제작하는 단계는
    평면 기판 위에 광 도파로를 형성하는 단계?상기 광 도파로는 제1 실질적 직선 세그먼트, 제2 실질적 직선 세그먼트, 및 곡선 세그먼트를 포함하며, 상기 제1 실질적 직선 세그먼트 및 제2 실질적 직선 세그먼트는 실질적으로 평행하며 상기 곡선 세그먼트에 의해 말단에서 연결됨?와,
    상기 제1 실질적 직선 세그먼트 및 제2 실질적 직선 세그먼트에 인접하는 전기 접촉부를 형성하는 단계를 포함하는
    방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 도파로를 형성하는 단계는,
    중간 층 상에 상부 층을 가진 평면 기판을 제공하는 단계?상기 상부 층은 상기 중간 층보다 높은 굴절률을 가짐?와,
    마루 모양(riged-shaped) 도파로를 형성하기 위해 상기 상부 층의 일부를 제거하는 단계를 더 포함하는
    방법.
  10. 정보를 변환하는 방법에 있어서,
    광 신호를 변조하는 단계를 포함하고, 상기 단계는,
    상기 광 신호를 도파로 안으로 통과시키는 단계?상기 도파로는 제1 실질적 직선 세그먼트, 제2 실질적 직선 세그먼트, 및 곡선 세그먼트를 포함하며, 상기 제1 실질적 직선 세그먼트 및 제2 실질적 직선 세그먼트는 상기 곡선 세그먼트에 의해 말단에서 연결되며 실질적으로 평행함?와,
    상기 광 신호를 변조하기 위해 상기 제1 실질적 직선 세그먼트 및 제2 실질적 직선 세그먼트 옆에 위치된 전기적 접촉부로 교류 전류 구동 신호를 인가하는 단계를 포함하는
    방법.
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