TW508461B

TW508461B - Localized thermal tuning of ring resonators

Info

Publication number: TW508461B
Application number: TW089124827A
Authority: TW
Inventors: Kadhair Al-Hemyari; Christopher T Youtsey
Original assignee: Nanovation Tech Inc
Priority date: 1999-11-23
Filing date: 2000-11-22
Publication date: 2002-11-01
Also published as: US6636668B1; WO2001038905A2; AU1795201A; WO2001038905A3

Description

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 508461 A7 _____B7__ 五、發明說明（）發明領域：本發明係有關於一種光學環諧振器及其相似物，其具有波長可調整範圍，並可精確地加以改變。發明背景：光學環諸振器（optical ring resonator)在電信工業當中引起廣大的興趣，此因其可提供交叉連結架構，以及可製成非常小的尺寸。其它可提供交又連結架構的技術包括薄層干涉濾波器、光纖光柵及陣列式波導光柵。交又連結之波導器架構係描述於國際專利申請案第 WOO0/50938號，其名稱為「交又網柵波導架構上之垂直鶴合光學讀振裝置」（“Vertical Coupled Optical Resonator Devices Over a Cross-Grid Waveguide Architecture”）。在第1圖中，其顯示一種使用光學環諧振器之交叉連結架構，以下將詳細說明。光學半導體蹲…振器7具有複數個微孔（microcaYity)諧振益5’且輸入及輸出波導器1、3係以半導體材料所構成。輸入波導器1及輸出波導器3的排列方式係使得兩波導器之一邵份配置於鄰接微孔諧振器5的位置。若在輸入波導器1中行進的光波長和微孔諧振器5的諧振波長產生諧振’則此光將與微孔諧振器5耦合，並從微孔諧振器$ 與輸出波導器（如m)耦合而傳輸。若在輸入波導器丨中行進的光波長和微孔諧振器5的諧振波長沒有產生諧振，則此光將不會與微孔諧振器5轉合，而會繼續在輸入波導器 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

訂---------線第3頁

A7 B7 五、發明說明（ 1中行進並輸出。因此， ?I ^ f , Α 。可做為一種特定波長的導引裝置，其可將特定波長的出路徑之一。 —輸入路徑導引至多個輸 …應Γ體察的是，「輸入…輸出」等用語係為了便於爲述’而光能夠以相反的方式進行傳遞，亦即從「輸出」波導器傳遞至「輸入」波導器。環諧振器的猶振波長恰好為環諸振器之結構的函數’並由下式給定： λ i = 2 7Γ Rn/i Ο) 其中人1為#振波長，R為讀振器之半徑（對於圓諧振器而言），η為諧振器之有效折射率，i則為任何正整數。若諧振器並非圓形，則諧振波長係由方程式（2)來決定：又：

Ln -----------«裝 (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁}

二π· 1 I I I — I 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 … （2) 在方程式（2)當中，L為諧振器的長度，η為光學訊號之有效折射率，m則為其值大於或等於1的整數。若諧振器的操作波長可以改變，則可增強諧振器的操作性能，如此即可更改諧振器的切換行徑。例如，使用者可藉由改變諧振器之諧振波長，使其相配於試圖導引的光波長，而選擇由第一波導器傳遞且耦合於諧振器及第二波導器的光波長。有多種方式可用於改變諧振器的折射率，並藉此控制第4頁本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 x 297公髮）線·. 508461 A7 五、發明說明（）諸振器的操作波長。根據方程式⑴及⑺，諸振器的諧振波長係與諧振器的材料及其折射率有關，因此改變諧振器的折射率將導致错振器之讀振波長的改變m譜振器的尺寸（即半徑）將可決定諧振波長。環諧振器所使用的某些材料的折射率會隨著溫度而改變。由此種材料所製造的環諧振器可進行熱調整。改變環諧振器的溫度將會改變譜振器的折射率即其尺寸，因: 使諧振波長產生變化’即如以下之詳細說明。另一種控制環諸振器之諧M波長的方式係將電流引入諧振器環。某些可用於環諧振器的半導體材料會展現光電行徑。當電場加入此種材料時，具有光電性質的材料將合在折射率上產生變化。因此，由光電半導體材料所建構㈣諳振器即可經由施加恰當的電場而進行調整。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製如上所述，％谐振咨經常用於做為光學網路之交又連結架構的一部份二環諧振器特別適合應用於分波多工 (WDM)系統中的電信系統切換裝置，以下將說明此等系統的各種類型。此等系統可有效率地藉由在單一光纖或波導 2上同時傳輸複數個波長而進行資料的傳輸，而後在—適田位置上將合成的訊號分離（解多工）而引入個別的光纖戈波導器，並將此等訊號導引至終點或所想要的目的地。第1圖係描繪-種以環諧振器為基礎的典型光學網路 =構，即MXN光學資料網路之交又連結7。在交又連結7 當中’若輸入波導器1中的光學訊號之波長與諧振器：之 508461 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -------- ， _W__ —_ 五、發明說明（）諧振波長產生諧振，則每一諧振器5可擷取來自於水平輸入波導器1的訊號，並將此訊號耦合至垂直輸出波導器 3°另一方面，若輸入波導器1中的光學訊號之波長與諧振奋5之諧振波長不相同，則光學訊號仍然不會受到干擾’亦即其不會與輸入波導器1中的諧振器5耦合，因而能夠繼續傳遞並沿著波導器1的光學路徑而接觸到第二波導器。Μ個輸入波導器中的每一個波導器可為一遠距傳輸媒介（例如光纖電纜或波導器），其可在分布廣泛的點之間同時傳輸不同波長的訊號。Ν個輸出波導器3可連接至光纖’而此等光纖係在遠距傳輸媒介與單一裝置或使用者之間傳輸具有特定波長的光。值得一提的是，雖然以上的說明係參照光纖’但輸入與/或輸出線路1、3亦可為其它合適的光學傳輸裝置，例如波導器，但並不以此為限。由於藉由Μ個輸入波導器1所傳遞的不同波長的光皆有其各自的目的地，因此有必要加以分離，並且適當地將不同波長的光力口一以導引。如上所述，環諸振器3可快速且有效率地執行此種導引功能，此因每一環諧振器5可耦合行進於輸入波導器1而至輸出波導器3的特定波長的光。環諧振器5可用於「擷取」多波長光學訊號（如分波多工訊號）中之不同波長的光。多工器/解多工器為一種交叉連結的常用類型，其可將傳輸Ν個光波長的多波長光學波導器連結至總數Ν個波導器。因此’在多工器/解多工器中’單獨的多波長波導器將具有總數Ν個環諧振器。第6頁本紙張尺度適用申國國家標準(CNS)A4規格（210><297公釐） ' ' (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) «裝丹填寫女

訂---------線I Η · 508461 A7

五、發明說明（）若使用於交又連結的環諧振器僅能夠分離出單一波長的光’則必須為該交叉連結提供ΜχΝ個諧振器。然而，若諧振器能夠充分地加以調整，則每一諧振器即可單獨分離出複數個光波長，因而可免除一些諧振器並簡化交叉連結的結構。為了迎合電信市場之需求，諧振器應滿足兩項基本需求，亦即尺寸小及高可調範圍。尺寸小之需求有兩個理由。第一，尺寸小的諧振器需要較少的晶圓實體，因而可降低成本。第二，尺寸小的諧振芬具有大的自由頻譜範圍（free Spectral range，FSR)特性。一諧振器的自由頻譜範圍係由下式給定：

FSR = A λ {2kRh) (3) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製在此，；l為光學訊號的波長，R為諧振器的半徑，n為該光學訊號所通過气材料的有效折射率。大的自由頻譜範圍可能較受歡迎，因為其可容納較多的光學頻道而經過多工處理成為單一光纖，因而更佳充分利用光纖的光學頻寬。第3 Α圖描繪一自由頻譜範圍1 〇微米之諧振器的光譜回應及光學頻道，此讀振器之架構可在 1 · 5 5微米之通訊窗口容納約六個頻率為十偉赫兹（GHz)的頻道。對照之下’如第3 B圖所示，對於自由頻譜範圍4 0 . 乂微米的諧振器而言，其可容納約二十五個不同的光學頻道。小型的諧振器（或半徑小的諧振器）可部分藉由強局限第7頁本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 508461 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製五、發明說明（的波導-($局限」係指其核心層及包覆區域間之折射率差異很大的波導器）來建構。強局限的波導器非常有用’因為其可導引在急劇彎曲附近的光。諸振器的可調性亦基於其它理由而為吾人所需。 •以目則的技術而言，尚無法輕易地達到尺度上所需的製造精確度，以確保諧振器能夠依照所需的方式進行運作為振器的尺寸非常重要，如以上所示之方程式⑴及⑺ 所表明，諧振器的半徑會直接影響諧振器的諧振波長及自由頻瑨範圍。諧振器的諧振波長特別重要，因為其必須遵守國際電訊聯盟（international Teleeommunicati〇n union， ITU)關於網柵的電信標準，其將通訊窗口分成通常分開十億分之幾米的光學頻道。應用於電信系統的諧振器必須嚴格遵守ITU的網柵標準。利用目前的微製程技術，難於精確控制諧振器的半徑，以保證其諧振波長被精確地調整至Ιτυ網柵上的波長。此因光學諳攝-莽之諧振波長係與諧振器的尺寸呈反相關。此意謂著小的諧振器之諧振波長將比大的譜振器之讀振波長更會受到諧振器之半徑變化的影響。舉例而Τ，對於一標稱半徑為1 〇微米的諧振器而今 (此0.1%的差異已接近光學印刷術所能達到的極限），僅1〇奈米的差異將造成諧振器之讀振波長相對於被設計之找稱諧振波長偏離1 · 5 5奈米。此種程度的誤差並非吾人所希望見到的，而且事實上，其無法為目前的電信網路所接受，因為該等網路的頻道間隔低於1奈米。因此，為了重 *------------裝· Τ---·1,---訂---------線· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 508461 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製五、發明說明（置ITU網柵上之諧振波長，以某種方式進行波長的調整即成為不可或缺的要務。然而’若諧振器能夠充分地加以調整而補償此種在製造上所引發的偏差，則此種在製造上的偏差尚且能夠被接受。當前已知的調整技術，如以下將詳細描述者，並不能進行充分的調整而補償此種製造上的偏差。吾人通常亦希望能夠增加諧振器的可調性，因為如此可讓網路管理者在網路運作當中（並無中斷服務）能夠依照使用上的考量及其用戶之需求而以動態的方式進行重新配置。第2A圖及第2B圖顯示一網路重新配置的實例，其係從第2A圖所示之排列方式重新配置為第2B圖所示之排列方式。藉由選擇性地將每一諧振器5調整為所要的波長’存在於輸入波導器1中的各種波長可被導引至不同的輸出波導器3。此種選擇性的重新配置可改變波長^ 1、入 2及λ 3之訊號的路徑。有多種技術可一用於調整諧振器。根據方程式（1 )，光學 1皆振波長係諧振器之幾何結構及波導器之折射率兩者的函數。因此’為了改變諧振波長，折射率或實體光程（分別由方程式（1 )當中的η及R所給定）必須改變。波導器之材料的折射率可藉由改變波導器的溫庋（執調整）' 將電流引入波導器中（電流調整）或施加電壓於波導器（光電調整）而加以改變。對於熱調整而言，諧振波長的偏移（shift)可表示為：第9頁本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ------------j丨— l I I I二叮-—I ——丨| (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 考 -Ί · 508461 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（）

nR ⑷ 在此’ λ為光學訊號的波長，Δη為諧振器之材料的折射率變化，AR為諧振器之半徑的變化，η為諧振器之材料的有效折射率，R則為諧振器的半徑。熱調整已詳述於Rafizadeh，D·等人之「1.5微米之微孔％型及盤狀1皆振器的熱調整」（“Temperature Tuning of

Microcavity Ring and Disk Resonators at 1.5-"m”），電氣和電子工程師協會（IEEE)出版號碼0-7803-3 895-2/1 9(1 997 年）。Rafizadeh揭露以砷化鎵（GaAs)為基礎的ΐ〇·5微米直徑之盤狀諧振器的熱調整係數的實驗值為1.3奈米/丨〇〇c。不論是在電流引入或光電調整，最終所得到之諧振波長的變化為： — (5) 同樣地，λ為光學訊號的波長，Λι1為諧振器材料之折射率的變化，η則為諧振器之材料的有效折射率。奴用於貫施電流引入或光電調整的半導體波導零結構’其涉及將ρ型雜質摻入上包覆層，並將低度或本徵雜質摻入波導器之核心，以及將η型雜質掺入下包覆層及基材。若接點製作於上（ρ型）波導層及下（η型）波導層，則所得到的P-i-n接合可在正向及反向偏壓模式中進行運作。在正向偏壓下，波導器之核心的折射率變化可經由電 ___第 10 頁本缺语圮疮;脅用中网网亇评肀^ 1 (21Q “ i ) " — (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------線Φ. 508461 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製五、發明說明（流引入而引發。在反而 \门偏壓下，高電場會形成於本徵的波導器之核心，且折射垒h ^ 1 W +變化可經由光電效應而產生。此兩種效應僅提供較小的調整效果。雖然利.用包’死？丨入或光電效應而改變折射率所進行的為整可！疋供非系❺的切換速率（分別為微秒及奈秒），但疋此等技術僅旎夠在幾奈米的有限範圍内調整諧振器的波長。此圍不夠充分，因為對於許多電信應用而言，光譜的調整範圍至少需要在10-20奈米。雖然熱謂1整的速率稍微較慢（次厘秒甚或厘秒的範圍）’但是熱調整相對於電流引入及光電向應而言，其可提供較大的調整範圍。儘管電信裝置的一般熱調整為習知技術，如雷射二極體或陣列式波導光柵，但該等熱調整為全面的而非局部的。換言之’由於許多電信裝置非常容易受到溫度改變的影響’因此整個裝置的全面溫度控制可改善波長的穩定性並影響調整。對t此等元件而言，全面的溫度控制係藉由將基材架置在溫度控制裝置而達成，例如熱電冷卻器。一種特定的溫度控制方式已應用於某些熱光切換元件，其與馬赫-策恩德爾干涉儀（MZI)併用。如Lai，Q.等人於「低功率小型2x2熱光矽土疊合矽之快速回應波導器切換元件」（“!>〇\¥-?〇〜61：(3〇111卩&(^2父2丁1^1<111〇〇?“〇3川〇及- on-Silicon Waveguide Switch With Fast Response”，IEEE 出版號碼1 04 1 -1 1 3 5/98，1 998年）中所描述者，電加熱器係製造於馬赫-策恩德爾干涉儀之一光學波導器之上。切第11頁本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------線/11^· 508461 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明說明（

果係藉由加熱馬赫-策恩德爾干涉儀之臂桿而導致4 G C的μ度又化且改變臂桿的折射率，並引發波導器的臂桿產生7Γ相位偏移。☆ i # 此寺馬赫-策恩德爾干涉儀裝置的長度為 5厘米，因此過ip ^ 長而不適合光學系統使用。由以上可知’雖然環諧振器可加以調整而使其能夠改夂輸入及輸出波導器之間的耦合光波長，但仍然非常需要種邊夠在較宽廣的波長範圍内進行調整的諧振器。更具體而T ’吾人實需要一種環諧振器，其可被調整而使得Λ振咨的操作波長可在至少約大於目前可達到1 · 2 奈米之數量級的調整範圍内變化。登J月目的及概本發明係部分針對環諧振器之局部熱調整。此種局部熱調整明顯不同於電信裝置的習用熱調整，即如以上所述之全面的熱調整。小尺寸的光學j皆振器（其數量級為數十微米或更小）可提供高積集度。如前所述，由於某些裝置容易受到製造容限的影響’以及為了能夠進行網路重新配置，因此熱調整的方式對於此等裝置而言非常重要。熱調整為一種非常重要的物理效應，因為和其它調整方法相較之下，熱調整可使諸振波長產生較大的改變。本發明係藉由輸送局部的熱能至諧振器凹孔，以針對光學諧振器進行熱調整。如此即可單獨地調整單一諧振器，因而達到高積集度之装置的目的0 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 x 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

508461 A7 B7 五、發明說明（）本發明之一重要特徵係使用小型電加熱器，其可為光學諧振器提供高效率且局部化的加熱。此種加熱器可為正向偏壓式或p-i-n接面的型式，或面電阻加熱器。本發明之優點之一係避免自由載子所造成的吸收損耗或波導器導引區域中之光場局限的強度變化。由於加熱的方式並不會干擾諧振器的運作，因此可達成上述優點。本發明之另一優點係在於波長調整及切換可在寬廣的波長頻譜範圍來進行，特別是在使用以砷化鎵或磷化銦為基礎之波導器的情況下。本發明之另一優點係相較於以磷化銦為基礎的波導器，單一模式以坤化鎵為基礎的P-I-N光學波導器材料可被設計成具有較厚的導引區域。如此即可提升耦合效率。由於根據本發明所建構之裝置的尺寸小，其可在單一小基材晶片上高度整合於大型基質。本發明係提供一種可進行熱調整之諧振器，其利用具有諧振波長之自身輸送（self-feeding)諧振器主體；.一溝槽’其形成於該諧振器之内部；以及一盤狀物，其形成於該溝槽之内部，且該盤狀物具有半導體膜層，該等膜層被摻雜而形成一正向偏壓接面。第一電極係位於該盤狀物之頂部，並與該正向偏壓接面作電性接觸，該第一電極並未覆盍該諧振器主體；第二電極係位於該正向偏壓接面之下方’並與該正向偏壓接面作電性接觸。當電流通過該等電極而到達該盤狀物時’會產生熱而改變該諧振器主體的諧振波長。第13頁本紙張尺度適用中國國豕彳示準（CNS)A4規格（210 X 297公爱) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------線經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 508461 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 A7 -----—-----------· _ 五、發明說明（）本發明之另一技術態樣係有關於一種可進行熱調整之諧振器，其具有一諧振器主體及一加熱器。該加熱器具有第一及第二接觸墊，且該第一及第二接觸墊係連接於該諳振器主體之上方的電阻器。當電流通過該等接觸墊而到達該雷阻器時’會產生熱而改變該諧振器主體的諧振波長。本發明亦包括一種可進行熱調整之諧振器，其包含具有諧振波長之自身輸送諧振器主體，以及一連接於接觸墊的電阻器’並配置於該諧振器主體的上方。一溫度感應器係用於感應該諧振器主體的溫度，且當電流通過該等接觸塾而到達該電阻器時，會產生熱而改變該諧振器主體的諧振波長。本發明所包含的結構特徵、元件之組合以及零件之配置，將藉由在此所揭露的内容而加以例示，同時本發明之範圍將藉由申請專利範圍來指明。圖式簡簟說明：在圖式中，其未必依照比例繪製，且僅用於例示，其中在多種視圖當中的相同參照文字係代表類似的元件：第1圖為光學資料網路之交叉連結的概視圖；第2A圖及第2B圖為部分的光學資料網路的兩種不同結構；第3 A圖及第3 B圖係圖示環諧振器之自由頻譜範圍與光學頻道個數之間的關係，其中該光學頻道可藉由諧振第η頁 __ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

508461 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明說明（器而經過多工處理成為單一光纖；第从圖為:聯結器的上視圖，該聯結器具有根據本發明之一貫施例所建構的可調環諧振器；第4B圖為第4A圖所示之聯結器的剖面圖，其為沿著 4B-4B之剖面； ^ 第5圖係、圖示一聯！吉器，言亥聯結器具有根據本發明之—實施例所建構的另一可調環諧振器；第6圖為圖示—聯結器’該聯結器具有根據本發明之—實施例所建構的另一可調環諧振器；第7圖為沿著第4A圖之直線7_7的剖面圖；第8圖為一諧振器的部分剖面圖，該諧振器適用於主動弋架構裝置中的雷射；及 ' 第9A-F圖為不同類型諧振器的概視圖：第9A圖描繪一圓 1皆振器；第9B圖描繪一橢圓諧振器；第 l圍描输具有垂直輸入及輸出波導器的諧振器；第9〇圖护繪一無間隔多合的諧振器；第9E圖顯示具有彎二輸入及輸出波導器的諧振器；而第9F圖則描續一垂直間隔耦合的諧振器。圖號對照說明：本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁}

1 輸入波導器 3 輸出波導器 5 微孔（環）諧振器 7 諧振器或交又連結 9 輸入波導器 11 輸出波導器 13 溝槽 15 盤狀物第15頁 508461 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製五、發明說明（） 17 接觸墊 19 頂電極 21 底電極 24 基材 25 上包覆層 27 下包覆層 29 核心層 30 平坦材料 3 1 電阻元件 33 接面 35 金屬膜層 37 金屬膜層 39 主動層 41 熱電偶 43 舌狀物 43’ 舌狀物 45 接點 45” 接點 101 聯結器 103 二極體接面加熱器 1 17 接觸墊 201 聯結器 203 加熱器 217 接觸墊 301 聯結器 303 電阻加熱器發明詳細說明：在此所使用的_「光訊號」和「光學訊號」等用語將交替使用，其可涵蓋諸如分波多工（WDM)、高密度分波多工 (DWDM)及超高密度分波多工（UDWDM)等訊號及其相似者。「光」、「光訊號」及「光學訊號」等用語係有意廣義地被解釋和指稱為可見光、紅外光與紫外光及其相似者。本發明之一重要特徵係使用非常小型的電加熱器，其可為光學諳振器提供高效率且局部化的加熱。此種加熱器可以多種不同的方式來實施，例如第4A圖及第4B圖所示第16頁本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝illl·---訂---------線· 508461 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明說明（之正向偏壓式或ρ-“η接面的型式，或如所示之面電阻加埶哭立德圖及第6圖明。，“。母-種加熱器的結構將依次加以說第4Α、5及6圖係描繪聯結器％％同技術態樣’該等聯結器係與根據本發明之」:。= 構的可調環譜振器5共同運作 …列所建 , 可 ~結态101、201艿 3(Η接包含輸入波導器9、輸出 . 甘士, 久亨时1 1以及諧振器5本身，其中光可經由輸入波導器而韓合至諧振器振器合至輸出波導器η。譜振哭白撖时5和習知環諧振器的差/、系在於，、包含—局部化的加熱器結構。如第4A圖所示，在輸入波導器9當中沿著箭號a方向傳遞::光將會經由輸入波導器9而從聯結器101輸出；或者’若光的波長能夠耦合於諧振器5，,則光將會沿著箭號B的万向耦合於輸出波導器1 1並輸出。第4A圖所示之輸人及輸出波導器9、u的外形及方位僅為例示；波導赛、9、1 1兩者或其一可為直線形或彎曲，而且波導器9、u並不一定要相互平行。同樣地雖然第4A圖及第4B圖係描繪圓柱狀及環狀元件C本發明並不限定為此等形狀。如以下的說明及參照第9A至9F圖，本發明可使用不同形狀的諧振器5。相同形狀的非圓形元件亦可使用。關於輸入波導器9與輸出波導器n之間的耦合，應用於聯結器101當中的可調諧振器5係以和習知諧振器相似的方式運作。當通過輸入波導器9之光學訊號的波長和第17頁 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

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五、發明說明（）環諧振器的諧振波長相同時，該光學訊號將自輸入波導器 9耦合至諳振器5，並從諧振器5進入輸出波導器n :否則，該光學訊號將繼續傳遞而通過輸入波導哭9。訊號被聯結器101概合而進入及離開諧振器主體5的量係藉由三種變數來控制：輸入波導器9與諧振器5之間的搞合、错振器5與輸出波導器U之間的耦合、以及讀振器1 3當中的損耗。繼續參照第4A圖及第48圖，二極體接面加熱器ι〇3 係提供用於調整諧振器5。二極體接面加熱器1〇3具有一形成於諧振器5當中的圓柱形盤狀物15。圓柱形盤狀物 1 5係藉由溝槽1 3而與諧振器5隔開。圓柱形盤狀物！ 5、溝槽1 3及諧振器5係相對一共同中心（未圖示）而加以配置。二極體103可形成做為聯結器101之整體結構的一部份。如上所述，本發明並不限定為圓形及環狀元件；「圓柱狀盤:形物」、一圓柱狀溝槽」及「環」等用語僅用於例示而非用於m定。此等用語以及「盤狀物」和「環」應予以廣義地解釋，並有意涵蓋任何適用於光學諧振器的形狀，且與其它形狀等同。特別參照第4B圖，吾人可見，二極體接面加熱器1 〇3 係一種層化結構，並以下述之方式加以配置。核心層2 9 係被夾在上包覆層25與下包覆層27之間，其亦做為基材。核心層29係由折射率高於其周圍之包覆層25、27的材料所形成。在另一種情況下，可提供單獨的基材，並以 _ 第18頁 ___ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再，填寫本頁) 訂·--------線 « 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製川 8461 A7

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製五、發明說明（）如矽或石英等材料製成。形成於一極體接面加熱器103當中的圓拄狀溝槽1 的深度足以完全延伸通過上包覆層2 5與核心層2 9，炎適過部分的下包覆層2 7。圓柱狀溝槽1 3可利用任何適當的製造技術來形成’ 最好將環狀溝槽蝕刻成盤狀諧振器（未圖示）。如此即矸形成圓柱狀盤狀物1 5以及環諧振器5。繼續參照第4B圖，為了使聯結器1 〇丨具有足夠平坦的頂表面’圓柱狀盤狀物1 5、圓柱狀溝槽丨3及諧振器5 將塗覆平坦材料3 0。在較佳的情況下，平坦材料3 〇係完全充填圓柱狀溝槽1 3 ’並覆蓋整個諧振器5。如以下的詳細說明，圓柱狀盤狀物1 5的中心最好沒有被平坦材料3 〇覆盍’如此做的理由係有助於加熱器1 〇 3的電性接觸。平坦材料3 0的光學性質並不會妨礙波導器9、1丨或諧振器$ 當中之光的局限性。平坦材料30最好係由苯并環丁晞 (bcb)/聚醯亞胺（Pgiyimide；^ Si〇2/Si3N4m構成。繼續參照第4A圖及第4B圖，頂電極19係位於圓柱狀盤狀物1 5的頂部，其中圓柱狀盤狀物1 5的中心光^ 、次沒有被平坦材料3 0覆蓋。頂電極1 9的配置方式最好能夠重聶於由譜振器5所界定的光學場。在此情沉下並不會増月人失，且由於被頂電極1 9吸收而與極化有關。頂電極1 9係電性連接於設置在表面的接觸墊〖7，且接觸墊1 7係位於平坦材料3 〇的頂部。接觸墊1 7的、置和諧振器5之間有一段距離。底電極2 1使下包覆層27的 · J —···—訂—------線* C請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 508461 A7 一 B7 五、發明說明（）底面具備電性接觸，並和頂電極1 9完成一電路，而電流I 可通過此電路。在較佳的情況下，上包覆層25、核心層29及下包覆層27會被摻入雜質而形成正向偏壓或ρ_〗·Ν半導體層結構。上述製程可利用Ρ型、η型或本徵摻雜而達成。目前吾人認為’將低度或本徵雜質摻入波導器之核心層29係較佳的方式’以減少自由光學載子的吸收損耗。可以理解的是’所有的包覆層及核心層25、27及29應由如珅化鎵、磷化銦及矽等半導體材料所形成。為了提供能量給二極體接面加熱器1 〇3，電流將通過頂電極1 9，並流過圓柱狀盤狀物i 5而到達底電極2丨。通過正向偏壓p-i-n結構的電流將會在二極體當中產生熱。此熱將會在二極體當中耗散，並藉由橫向傳導作用通過溝槽1 3而到達裱諧振器5。此熱流會部分受到隔離圓柱狀盤狀物1 5及諧振器5之圓柱狀溝槽1 3之尺寸大小的影響，同時也會受到圓柱-狀溝槽1 3中的平坦材料3 〇之熱傳導率的影響。目前吾人認為，圓柱狀溝槽丨3的半徑最好小於數微米，以增加通過其中的熱傳導。光學1皆振器之熱調整的系統可應用於由半導體（砷化鎵、磷化銦、矽）所製成的波導器系統，因為被摻雜的接面（P型、本徵或n型）只能夠在半導體材料當中實施。舉例而1 ,但不以此為限，核心層29最好係由磷化銦或砷化鎵為基礎的波導器材料所形成；上包覆層25最好係由磷化銦或砷化鎵為基礎的波導器材料所形成；下包覆層 - · 第20頁本紙張尺度適ϋ國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） · ----Γ---^---------線 (請先閱讀背面之注意事項#/填寫本頁) 508461

、發明說明（經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 27 〇雖然正向偏壓p-i-n裝置，如二極體接面加熱器1〇3，了用於加熱’但此種裝置並不一定是有效率的熱源。供應至二極體接面加熱器1 03的電源會有一部分消耗在產生光子（特別是在直接能帶隙半導體，如坤化鎵及磷化銦），以及加熱於二極體接面加熱器1 0 3的電阻區域。特別是，許多熱將可能藉由P型歐姆接觸而產生，並取決於電性接觸的π貝。因此，本發明之下列進一步的實施例就此發展。參照第5圖，其描述另一種結構，使光學諧振器5可被局部化加熱。如第5圖所示，聯結器2〇丨除了輸入波導器9、輸出波導器丨丨及諧振器5之外，尚包括薄層面電阻加熱咨203。在聯結器201當中，薄層面電阻加熱器2〇3 係藉由將電阻元件3 i置於兩終端電性接觸墊丨丨7及2 ^ 7 、門而开y成。加熱益2 0 3係藉由使電流通過兩接觸塾Η 7 及2 1 7而得到能量供應，以便讓電流通過電阻元件3又。加熱器203的#佳設計係利用蜿蜒的電阻元件3卜因為如此可加大兩接觸墊1171 217之間的電阻。藉著確保大部分的電壓降（以及伴隨的電源耗散）產生於蜿蜒的電阻兀件31而不是在電路當中的寄生電a，如此即可提高加熱器203的效率；若非如此，則電壓降將出現在接觸^口及217 <在連結線（未圖示）當中。力口熱器2〇3白勺電阻可藉由增加接觸塾117& 217之間傳導碗埏的電阻幻牛長度（蜿蜒形狀）以及縮短蹤跡寬度與膜薄厚度而增加。蜿蜒的電阻元件31所使用的材料應具有傳導性及高電阻第21頁本紙張尺度適用中國國(CNS)A4規；^^1() χ 297_公爱 -—«-I I l· ΐ I I 馨 — — — — — — — — (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) 508461 A7 五、發明說明（

率。舉例而言，此種枒姐a I 牛匕括絡化鎳、絡或碳，但不以上述為限。應注意的是，匕會材料不同於接觸墊材料，而接觸墊材料最好以金製成，山m ^ 成此因其具有高度傳導率與電線連結性以及高抗氧化性。

如第5圖所示，始n A 死埏的電阻元件3 1係重疊於諧振器 5 0 「重登」一詞係取其蓋 — '瑕寬廣的意義，且不要求諧振器5 的每一部分皆被蜿蜒的雷 ^ %阻疋件的一部分覆蓋。雖然第5圖所描繪的蜿蜒的兩财—从，，〇σ 妁私阻兀件3 1可說大致均勾覆蓋諧振器5，但謂振器5的大却八咖 J文邵刀可暴露出來；諧振器5亦不需要平均或對稱地加以覆蓋。同時可理解的是，並亡哈括a 、 ”匕'^阻樣式5F可用於取代第5圖所描繪之蜿蜒式的配置方，且乃八。舉例而T，但不以此為限，螺旋狀或無規則的配置方式（未圖示）亦可使用。面電阻加熱器2 0 3的另一優點係在於其可與任何類型的波導器結構及材料-同使用。此包括使用由半導體 '矽玻璃、聚合物及鈮-藏鋰所形成的光學波導器，但不以上述為限。當使用如第5圖所示之加熱器2〇3時，為了精確控制諧振波長的偏移，吾人需要精確控制局部化諧振器的溫度。根據取自砷化鎵微孔諧振器的實驗資料，為了以奈米的精確度來控制諧振波長，必須將譜振器的溫度控制在约It的範圍内。此目的可利用具有高度良好特性及穩定的電加熱器而達成，此因溫度可密切關聯於輸入電源。在另一情況下，諧振器的溫度可局部加以監測，並根據所第22頁参紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------線j 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 508461 A7 五、發明說明（監測的溫度進行加熱。第6圖描繪本發明之一實施例，其可貫現此種局部致測及加熱的目的。第6圖所示之聯钟哭皿 3 〇 1包含—譜的 5，該諧振器具有加熱器3 03，且嗜妬為w 咨且碌加熱器配有蜿蜒的啦元件3 1，其中電阻元件3 1係透過 i I5且 <祛觸墊117及2l7r 給能量’且相似於第5圖所示之加熱元件。雜供 41係重疊於上述結構之上方，並由又尤、電傳上田相異的金屬薄層 37所組成。此等膜廣35、37係呈較f的舌狀物4，以及較寬的接點45、45’。舌狀物〜3,在譜振器5'、43, 形成重疊的接面3 3。一合適的絕缕又上氧化矽（Si02)，係施用於熱電偶4 〇二 %内Μ與蜿蜒的電阻元之間，以避免此等元件發生短路 31 崎現象。熱電偶4丨丄種相異的材料而剎周羽L j / $各鐵或種相異的材料而利用習知的方式形成，例如銅、路: 康銅（constantan 的鋼線合金）。在習知的，丨經濟部智慧財產局員工消費合作社印製下’密切對應於溫度的電壓將形成於熱電㉟41 面…此電壓可藉由測量接點45及接點45，之間的：接差而進行僧測。由於電壓係密切關聯於接自33的心乜因此可精確測得接面33的溫度，並據以提供能量的電^件31。舉例而言，1得知错振器的溫度破該溫度可利用反鎖迴路而仔細調整，以控制婉蜒的，件31的能量供給。包阻元其它習知的溫度測量方法，例如使用薄層鉑電阻 (未圖示)’亦可用於測量婉蜒的電阻元件31的溫 4 以驅動蜿蜒的電阻元件3 1。、據第23頁本紙張尺度·帽國家標^S)Α4規格（21〇 χ —1--1 I I 訂-! !!1_ :^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) « -Γ · 508461 A7 B7 五、發明說明（第9A-F圖係描繪可用、 ;本發明〈不同類型的諧振器及波導益輕合配置，例如第 ^ ^ 弟9Β圖所插繪的橢圓諧振器·，弟9C圖描繪具有垂直輸

及輸出波導器的諧振器；第9D 圖描繪一無間隔耦合的讀振搬。。’弟9Ε圖顯示具有彎曲輸入及輸出波導器的諧振器以及弟9F圖描繪一垂直間隔搞合的諧振器。對於本發明之目的而t，此等雜振器皆被視為等同於環错振器。本發明適料所有類型的自身輸送諧振器。 4上所it ’ 一極體加熱II } 〇3可用於任何種類的半導體波導器材料，JL中肖拓功 r, _ ^ /、〒巴括矽、砷化鎵及磷化銦，但不以上述為限。面電阻加熱器2G3、3G3可與幾乎所有類型的波導器材料—同使用，如半導體、石夕玻璃、聚合物及鈮酸鋰，但不以上述為限。核U層2 9可為矩形，其側邊约3至丨〇微米厚，而寬度約3至15微米。在較佳的情況下，核心層29為正方形，其（，彳邊約6至8微-米厚，而寬度約ό至14微米。鄰接於核匕層29的上包覆層25及下包覆層27的厚度約為^至 1 8微米，並以約} 5微米的厚度較佳。雖然各種不同的材料可用於形成核心層及包覆層，但目前以矽土較佳。本發明之熱調整方法可應用於強局限及弱局限光學波導器。目前係以應用於弱波導器較佳。本發明係以被動式諧振器網路為背景來加以說明，即如第1圖所描述做為濾波器者。第7圖係描繪一種被動式波導咨結構，其包含夾於上包覆層25及下包覆層27之間第24頁本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 χ 297公釐 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------線1 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 508461

五、發明說明（）的核心層29。整體組件可被放置在基材24之上。本發明並不限於上述結構，而可應用於如雷射之主動式架構。在此種力木構中’ ％第8圖所示’諧振器5含有可提供增益的主動層39材料。主動層39可由各種不同的材料來製造。王動層39係被核心層29包夾，而核心層29則被夹在上包覆層25及下包覆層27之間。整體組件可被放置在基材 24之上。一因此，雖然本發明已藉由其較佳實施例而加以例示及砰細說明其新穎技術特徵，當可了解的是，熟習此項技術者可針對本發明進行H或内容上的刪除、替換及修改，而不脫離本發明之精神。因此，本發明之範圍僅由所附之申请專利範圍所界定。此外’應了解的是，下列申請專利範圍意指包含在此所描述之本發明的所有通用及特定的特徵，且本發明之範圍取決於語言的所有陳述可視為在該範圍之内。雖然本發明之可調環諧振器，較佳配置方式已例示於上，但應體察的疋亦可應用其它的配置方式而仍不脫離本發明之範圍0 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

• J---J'---訂·--------線‘ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製第25頁本紙張尺度週用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims

508461 A8 B8 C8 D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製申清專利範圍 1 · 一種可進行熱調整之諧振器，其至少包含：一諧振器主體，該諧振器主體具有一諸振波長’且該諧振波長係以溫度之函數加以變化； —溝槽，其形成於該諧振器主體的内部； —盤狀物，其形成於該溝槽之内部，且該盤狀物包含複數半導體膜層，該等膜層被適當摻雜而形成一正向偏壓接面；一第一電極，其位於該盤狀物之頂部，並與該正向偏壓接面作電性接觸，該第一電極的尺寸大小並未覆蓋該諧振器主體；以及一第二電極，其位於該正向偏壓接面之下方’姐與該正向偏壓接面作電性接觸；其中，當電流通過該第一電極及該第二電極而到達該正向偏壓接面時，會產生熱而改變該禮振益主體的為振波長。 2 ·如申請專利範圍第1項所述之可進行熱調整之讀振器’ 其更包含：一層平坦材料，其覆蓋該諧振器主體及該溝槽；其中，該平坦材料it未覆蓋該盤狀物之至少一 # 分，且該第一電極係透過該盤狀物而與該正向偏壓接面作電性接觸。 3 ·如申請專利範圍第2項所述之可進行熱調整之諧振器，第26頁本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -------------· —ί.--~---訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 508461 A8 B8 C8 D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製六、申請專利範圍其中上述之平坦材料包含至少苯并環丁缔（BCB)、聚醯亞胺、二氧化矽（Si02)及氮化矽（Si3N4)其中之一。 4. 如申請專利範圍第1項所述之可進行熱調整之諧振器，其中上述之盤狀物及該溝槽兩者的形狀符合該譜振器主體的形狀。 5. 如申請專利範圍第1項所述之可進行熱調整之諧振器，其中上述之諧振器主體、該溝槽及該盤狀物係相對一共同中心而加以配置。 6. 如申請專利範圍第5項所述之可進行熱調整之諧振器，其中上述之諧振器主體為環形、該溝槽為環形，且該盤狀物為圓柱形。 7 ·如申請專利範圍J 5項所述之可進行熱調整之諧振器，其中上述之第一電極為圓形，且亦以該共同中心而加以配置。 8 ·如申請專利範圍第2項所述之可進行熱調整之諧振器，其更包含一接點，並電性連接該第一電極，該接點係配置於該平坦材料之頂部。 9. 一種可進行熱調整之諧振器，其至少包含：第27頁 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 508461 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 ---------------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 一諧振器主體，該諧振器主體具有一諧振波長，且該諧振波長係以溫度之函數加以變化；以及一加熱器，其至少包含：一第一接觸墊，一第二接觸墊，以及一電阻元件，該電阻元件與該第一接觸墊及該接觸墊兩者作電性接觸，且該電阻元件係配置於該諧振器主體的上方；其中，當電流通過該第一接觸墊及該第二接觸墊而到達該電阻元件時，會產生熱而改變該諧振器主體的諧振波長。 1 0 ·如申請專利範圍第9項所述之可進行熱調整之諧振器，其中上述之電阻元件重疊於該諧振器主體。 1 1.如申請專利範團第1 0項所述之可進行熱調整之諧振器，其中上述之電阻元件係以大致均勻的方式重疊於該諧振器主體。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1 2 ·如申請專利範圍第1 0項所述之可進行熱調整之諧振器，其中上述之電阻元件具有蜿蜒的形狀。 1 3 . —種可進行熱調整之諧振器，其至少包含：一諧振器主體，該諧振器主體具有一諧振波長，且第28貫本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 508461 ABCD 9L 9. 年月日修正/更正/補充六、申請專利範圍該諧振波長係以溫度之函數加以變化；一加熱器，其至少包含： (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 一第一接觸墊；一第二接觸墊；以及一電阻元件，該電阻元件與該第^接觸墊及該接觸墊兩者作電性接觸，且該電阻元件係配置於該諧振器主體的上方；以及一溫度感應器，其係感應該諧振器主體的溫度其中，當電流通過該第一接觸墊及該第二接觸墊而到達該電阻元件時，會產生熱而改變該諧振器主體的諧振波長。 14·如申請專利範圍第13項所述之可進行熱調整之諧振器，其中上述之溫度感應器包含一熱電偶。 15. 如申請專利範圍第14項所述之可進行熱調整之諧振器，其中上述之熱電偶係配置於該電障元件的上方。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 16. 如申請專利範圍第15項所述之可進行熱調整之諧振器，其更包含一控制電路，該控制電路係根據該溫度感應器偵測該諧振器所測得之溫度而控制施於該電阻元件的電流。 17·如申請專利範圍第13項所述之玎進行熱調整之諸振第29頁本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公楚） 508461 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍器，其中上述之電阻元件重疊於該諧振器主體。 1 8 ·如申請專利範圍第1 7項所述之可進行熱調整之諧振器，其中上述之電阻元件係以大致均勻的方式重疊於該諧振器主體。 1 9 ·如申請專利範圍第1 3項所述之可進行熱調整之諧振器，其中上述之電阻元件具有蜿蜓的形狀。 ------------· —ί.--,---訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製第30頁本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐)