TW546496B - Directional coupler and logic device based thereon, light transfer device/component, device for transmitting photons and multi-port light transfer device using the same, method of transmitting a light through the device for transmitting photons - Google Patents

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A7 B7 54649W 30 年月日修正 五、發明説明（） 本案係主張優先權於1 999年9月15曰申請之美國 專利申請序號09/3 69，627，光子電晶體，及申請於1999 年9月15日之美國臨時申請案60/154,142，光子電晶 體，以及申請於 1999年11月24曰之美國臨時申請案 6 0/167,526，電光電晶體。該等申請案之内容於此完全併 入作為參考。 (請先閲讀背面之注意事項再場寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 2 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) 5464% 8· 30 年月 日修生/九1/ _输无 a 7 B7 五、發明説明（） 發明領域： (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明係關於光學元件。更特定言之，本發明係關 於一種利用光子傳輸阻抗體原理的新種類光學元件，其 能執行純光及電光傳送等多種功能。 發明背景： 為使一光路執行有用之計算或信號處理功能，一種 利用其它光信號或電信號以傳送光信號之方法有其存在 的必要，其中前者係指純光傳送，而後者係指電光傳 送。目前之光纖系統係採用者為電光傳送，此光纖系統 較利用電子或無線電頻率（109Hz等級）電路之電通信系統 明顯較優，部分係因光訊號頻率較高（1 014或1 015Hz等 級）、故得以較寬之頻寬傳輸信號之故。除速度外，另一 優點為光所攜帶之信號能免去電訊號所有之電磁干擾 (electro-magnetic interference; EMI)問題。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 較諸現有之電子元件的微微秒切換速度，純光切換 之fs級切換速度可謂相當之快。由於此等元件得形成超 快迴路、甚或光電腦，因此一利用純光元件之通信系統 操作速度能更快，並同時能消除EMI。目前已有一些利 用光束進行其它光束之切換的技術，其目的即為嘗試提 升速度。然，為使光束得受完全切換，光元件的作用長 度亦大，因此多數該等元件之實體皆屬龐大，約長至數 厘米。不過，純光通信得減少或消除電子元件内所不可 避免的複雜性。 3 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) A7 B7 546496 年· 8月3〇曰修正 五、發明説明（ '為防止欲達更快速元件、電路及電腦操作而存於電 子電晶體及計算應用元件之複雜性，此時一種新穎小型 元件技術確有被提出之需要’即有效之純光、電光或機 械光學元件有提出之必要，且該等元件應具小型化及低 複雜性、低切換能量及低電能消耗之操作、並能免於 EMI及對元件之木同不敏感。 圖式簡覃說明： 本發明之例示實施例將配合以下圖式進行說明。 第1A圖-第1C圖顯示基本上為兩能階之系統。 第2A圖-第.2C圖顯示基本上為三能階之系統。 第3A圖-第3D圖顯示一系統狀態，用以描述一基本上為 三能階、並操作於兩個波長光下之半導體主動介 質範例。 第3E-3K圖顯示一系統狀態，用以描述一操作於基本上 一個波長光下之半導體主動介質範例。、 第4A圖顯示為一範例波導實施例，其具有一具量子井的 主動介質。 第4B圖顯示為一範例波導實施例，其具有一具量子井的 主動介質’其中該量子井為經掺雜之波導材料夾 設其中，並因此構成PIN接面。 第4C圖顯示具有主動介質之波導實施例範例。 第5 A圖顯示使用方向料合波導之第一光子電晶體元件範 例之一實施例。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210x297公釐) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -訂· 線一 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 f 合 作 社 印 製 54649^ 8 nifsL/A7 B7 五、發明説明（） 第5B圖顯示使用方向柄合波導及一二色（dichoic)過濾器 之第一光子電晶體元件範例之閘的另一實施例。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 第5C-1圖至第5C-4圖顯示第5A圖之第一光子電晶體元 件範例之電％強度空間分佈的模擬圖。 第5D圖顯示第一光子電晶體元件範例之實施例。 第5E-1圖至第5E-2圖顯示第5D圖之光子電晶體元件之 電場強度空間分佈的模擬圖。 第5 F -1圖至第5 F - 4圖顯示採用共振器機構範例之實施例 之第一光子電晶體元件範例之實施例。 第5 G -1圖至第5 G - 3圖顯示利用光子能帶隙結構範例之 第一光子電晶體元件範例之實施例。 第6圖顯示第二光子電晶體範例之實施例。 第6A-1圖至第6A-3圖顯示光子電晶體元件之電場強度 空間分佈的模擬圖。 第6AA圖顯示利用三個方向耦合波導之第二光子電晶體 元件範例之一實施例。 第6 B圖顯示利用多模態干擾結構之第二光子電晶體範例 之一實施例。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第6C-1圖及6C-2圖顯示第6B圖之光子電晶體元件之電 場強度空間分布的模擬圖。 第6D-1圖至第6D-4圖顯示採用共振器結構範例之第二 光子電晶體元件範例之實施例。 第6E-1圖至第6E-3圖顯示利用共振器結構範例之第二 光子電晶體元件範例之實施例。 5 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) 54649^1 y 3〇 年月 曰疹正/4^#^ 五、發明説明（） 第\6F-1圖至第6F-3圖顯示利用光子能帶隙結構範例之第 二光子電晶體元件範例之實施例。 第7 A圖顯不第二光子電晶體元件範例之一實施例。 第7B圖顯示第三光子電晶體元件範例之另一實施例。 第8圖顯不第四光子電晶體元件範例之一實施例。 第8A-1圖至第8A-3圖顯示第8圖中元件之性能。 第9圖顯示第五光子電晶體元件’範例之一實施例。 第1 0‘圖顯示第六光子電晶體元件範例之一實施例。 第10A圖至第10D圖顯示第10圖中元件之性能。 第11圖顯示第七光子電晶體元件範例之一實施例。 第11A圖至.第1 1 C圖顯示第1 1圖中元件之性能。 第1 2圖顯示第八光子電晶體元件範例之：一實施例。 第12A圖至第12D圖顯示第12圖中元件之性能。 第13A-13N及13P圖係描述光子電晶體之製造步驟。 第1 4圖描述另一光子電晶體元件範例。 圖號對照說明： ..............餐---------，可.........線· <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 200 基 本 兩 能 階 202 電 子 204 一 般 能 階 206 高 能階 208 透 過 光 線 吸 收從 低至高能- 之激發 300 基 本 三 能 階 系.統 302 電 子 304 電 子 306 一 般基態能階 308 一 般 高 能 階 310 高 能階 312 高 能 階 314 基 態能階 6 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) 546496¾ 8 3〇 年月日修正/真正A7 B7 五、發明説明（） 316 基 態 能 階 318,320 低 能 322,324 從高至接地能之自 由電子衰 :減 326 光 束 328 電 子 400 波 導 402 波 導 軸 1於 420 主 動 介 質 430,450 波 導 500 元 件 502 波 導 504 波 導 506 第 三 波 導 508 主 動 介 質 510 入 埠 511 輸 出 槔 514 輸 出 埠 5 16 輸 入 埠 518 連 續 波 光 520 連 續 波 光 522 追 加 光 線 524 輸 入 璋 526 追 加 光 線 528 追 加 光 線 550 元 件 556 兩 色 性 師檢程式 562 輸 出 埠 566 輸 入 琿 572 追 加 光 線 M500 元 件 Μ508 主 動 介 質 M5024 波 導 Μ R500 元 件 R502 波 導 A R504 波 導 R515 波 導 B， R517 光 共 振 器 (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
RM500 共振器 PC502光子能帶隙波導A
PC504光子能帶隙波導B PC508 主動介質 600 電光光子電晶體
602 波導A 604 波導B ' 7 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) 546496 91 S. 30 上Β_ Fi修丨下/更^補尤* 五、發明説明（） A7 B7 606 輸入埠 608 主動介 質 610 輸入埠 612 輸出埠 614 輸出埠 618 光 620 光 622 脈衝光 624 第三光束 628 脈衝光 R600 元件 R602 波導A R604 波導B R608 主動介 質 R615 波導B’ R617 光學共振器 R618 連續波光 R622 脈衝光 RM617，RM619,RM621 閉環共振器 RZ608 主動介質 RZ610 輸入埠 RZ614 輸出埠 RZ622 輸入埠 RZD600多重共振器 RZD617，RZD619，RZD621 共振器 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 PC600 元件 PC602 波導A PC604 波導B PC608 主動介質 PM600 元件 700 光子電晶體 702 波導A 704 波導B 706 第三波導 708 主動介質 710 輸入埠 711 輸出埠 712 輸出埠 713 光束 714 内輸入埠 716 輸入埠 718 輸入埠 722,772脈衝光 8 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) ..............0.........、可.........$· (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 546496g^8 日修正補充广 A 7 B7 五、發明説明（） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 723 光 724 輸出埠 750 光子電晶體 726 光 728 光信號脈動 750 光子電晶體 756 二色篩檢程式 762 埠 766 輸入槔 772 脈衝光 800 光子電晶體 802 波導A 804 波導B 806 輸出槔 808 主動介質 810 輸入璋 812 輸出埠 814 輸出埠 818 連續波光 820 連續波光 822 光 828 脈衝光 1100 光學放大光子電晶體 1200 光子電晶體 1202 第一平臺 1206 連續波光 1208 放大輸入埠 1210 埠 1216 埠 1218 放大輸入璋 1220 脈衝光 1222 光 1224 輸出埠 1226 埠 1228 脈衝光 1230 脈衝光 1232 輸入埠 1234 輸出埠 1240 第二平臺 1500 光子電晶體 1502 波導A 1504 波導B 1506 可變電壓源 1508 主動介質 1510 輸入埠A 1 1512 輸出埠A2 1514 輸出埠 B2 9 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) 546496 珩· S· 30 年月日修正/篆至 五、發明説明（） Α7 Β7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1518 光 1520 波導A 1558 光 1572 脈衝光 1600 光子電晶 體 1604 波導 1606 電壓源 1608 主動介質 1612 輸出槔 1614 輸出埠 1616 脈衝光 1618 光 1620 光 1700 光子電晶體 1702 波導A 1704 波導B 1706 電壓源 1708 主動介質 1710 輸入璋 1712 輸入埠A 1 1714 埠 1718 光 1720 脈衝光 1722 波導G 1724 琿 1726 輸出埠G1 1728 輸出埠G2 2300 光子電晶體 230 1 點C 2302 第一波導A 2303 點C’ 2304 第二波導B 2305 金屬片 2307 金屬片 2308 部分F 2309 金屬片 2310 輸出埠 A2 2311 金屬片 23 12 輸出埠 B2 2314 埠 2316 光 2318 光 2320 光 2322 第三波導G 2324 埠B1 2326 輸入埠G1 2328 輸出埠 G2 2341 輸出埠B2 10 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) 546496攀8月30日修正/受 B7 五、發明説明（ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 2370 基材 2374 區域A2 發明詳細 I.詞彙定義 於此描述夕虹，， 之新先子元件係指「光子電晶體」或「光 子傳輸阻抗體，、Γ π。n & )。 阻抗體」於此用於描述光子運動所 又阻力而非電子運動所受者。於此描述之光子電晶體 ::及實施例範例能建立出一種能執行多種功能之新 光子7G件，其中該等功能包括純光傳送及電光傳送、 長選擇傳送或過濾、可變光學衰減/增強或相移、光波 變換、光學二極體、光學偵測、光學記憶體、量子光 操作、光學正反器、及純光或電光邏輯操作。且，該 元件开y體小’成建立成極高密度的光子積體電路，旅 利用該等元件執行複雜的操作，包括較快之光學處理 純光計算。 「光子電晶體」一詞之來源簡述如下：此處所述 件及例示實施例係使用阻抗體或增強某一方向上之光 流通量之機制’其中該等光子流通量的變化以利用改 光之干擾通量模型、及透過另一光子通量、一施加電 或主動介質中的注入電流之動作改變主動介質之光傳 控制特性之方式為之為佳。此外，光干擾通量模型以 識別、且主動介質之光傳輸控制特性以能決定光子電 體内一定時間中之光子流通量之傳遞方向為佳。上述 作係以光子模擬電子電晶體之動作，其中此時的電子 2372 區域A1 2376 區域A3 穎 波 長 學 等 得 或 元 子 變 壓 能 晶 ..............#.........、町.........$· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 11 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) 546496 牟#曰修正/#,下/補充^ Α7 發明説明（） 動作係透過「傳輸阻抗體」並藉另 加電壓或/主入電流加以影響或控制< 電子流之動作、 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 II. 一主動介質範例之基本物理 光子電晶體或光子電晶體元件、 V 實施例的動作係基於光子與I 於此评述之較佳 斗、八折 /、 重高能階之主動从L 或；丨貝之相互作用所致。一該 動材料 私A田 > 丄 動材料範例為半暮辦 所㊉用之砷化鎵磷化物。在 導體 疋梯作時，大多數# 晶體及相關元件採用兩個或更 厭七、t X + 夕/皮長之光；在以施加電 壓或注入電流控制下進行電光操 呆作時，所採用者則為一 或更多個波長之光。在使用兩個波長之光時，與主動介 質之高能階能量較低者相互作用之光束的波長將較與高 能階能量較高之主動介質相互作用之光束為長。一般而 言，最長波長由λ ! *示，而順次變小之波長由λ 2、λ 3.·.等表不，其中叉1>λ2〉λ3 .•等。與該等波長相互作 用之主動介質高能階分別由Ei、ε2、Ε3 ···等表示之，其 中Ei^^E3···等。若能階Εη之電子能因輻射而遷移所至 之基態月b階以Egn表示，那麼久η得因En-Egn = Avn而與表 成與En相關，其中頻率係Vn==c/几n,c為光於自由空間 中之速度’而h為普朗克常數6 6262x 1 〇-34 J_s。於遷移 時’具Avn量子化能量之光子輻射能量（或能量為介質所 及收）。月b買差En-Egn = Avn表示遷移能量，而νη(λη)表示 遷移頻率（波長）。 12 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X 297公釐) ........-、?:-::-^ C靖先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 546496 αυ年月日修正/ A7 ___B7五、發明説明（） 主動介質以具有一般基態能階（其可包括一系列相關 基態能量狀態或值）及諸多高能階為佳。亦即，具有多重 高能階之主動材料或介質可謂具有多重基態能階或值。 該等基態能階通常係相接的，因為一來自高能階En之電 子因輻射而遷移至基態能階Egn後，其可移動至其它基態 能階，並亦能隨後被激發至另一高能階。因而，談及主 動介質之一般操作時，基態能階可被視為存有有限數目 基恶能階電子之能態儲藏庫。 被激發至高能階之電子輕射能量（relax)而回到較低 高能階能量狀態（通常稱作帶間能量輻射）的速度應大於一 A能階與一般基態能階間之衰減（decay)速度（通常稱作帶 間衰減）。亦即，被激發至較高高能階之電子將迅速衰減 至下一高能階，最後迅速填充最低高能階，且然後繼續 填充下一較高高能階。該性質被稱為「高能態帶間能量 輻射」。高能態輻射能量速度大於一高能階En及一基態 月b階Egn間之輕射性帶間衰減速度。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 般階三 一 能為 之兩上 質為本 介上基 動本一 主基(2 於 一； \7 關(1階 : 能 為 高 求 要 系階 之能 質及能 介階態 示能基 例態般 之基一 般含 一 包 含 ’ 包統 ， 系 統之 用 可 個 三 含個述 包三描 ， 該處 統，此 系 是蓋 之的涵 階明全 能說完 四出能 為提不 上應並 本 〇 ， 基階用 )-能明 (3)高說 及個為 ; 三僅 階及的 能階目 高能出 個態列 兩基之 及般統 階 一 系 案 本 圍 之 質 介 .勤 主 之 中 例 施 實 及統 件系 元 階 體能 晶之 電及 子涵 光能 之所 統 系 階 能 多 為
3 IX 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) ..............0.........、可......... (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 30 30
年月日修正/&正/砷充 五、發明説明（) 導體主^質之範例實施例為-能帶隙能量〜之-半 导體，其中上述 能十田_ 攱低兩犯階Ει將是能帶隙上之最低能 〜、或隶低兩帶隙能態。 非常 、彳有激發至帶隙能量上之電子將 , 匕夏而至能階E〖（數百fs(femt0 seconds)内 或更快），且將於較 火+ 低冋此階破填滿後填滿較高高能階。 备主動介質為半導 體時上迷之較高高能階E2可為能量 译1上之一特別高帶隙能態1 E2至,】El之高能態輻射速 :將取決於1及E2間之能量差。一能量差較大者通常將 射速度為較慢者，其中輕射時間典型上約為數百fs 或更快，且該輻射時間小於電子從E1衰減至基態能階^ 所需時間，盆中雷工 八电子自El衣減至Eg所需時間約為數奈秒 至數百ps。 應月匕理解的《，雖半導體材料為光子電晶體之簡便 材料或；I質’其它介質亦可被使用之。除半導體介 卜還有泎夕忐滿足所述介質之一般要求，且能為熟 去該項項域人士所知的，如其它原子、分子、離子、或 微型電子介質等，其中微型電子介質如量子井、量子 線、或量子點等。 一在夕月b階糸統之討論中，主動材料或介質將以上述 之半導體材料為 <，但此僅為達說明目的之所為，並非 限疋主動介質僅能為半導體材料。第一種多能階系統為 基本上為兩能階之系、统，其具有--般基態能階及—高 月t* h ，如第1A圖-第i C圖所示。第二種多能階系統為基 本上為二旎階之系統，其具有一一般基態能階及二高能 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公箸) ..............·.........、可.........^0 (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 496 皋!· 8月30日修正/1
五、發明説明( 階，如第2 A圖·第2 r㈤ 一 C圖所示。第三種多能階系 上為四能階之系統，立 ’、、’為基本 其具有一 一般基態能階及：一 階，其雖未舉圖式# 〜兩能 由該三能階系統配合第^ Δ q Κ人士仍可輕易 第2A-2C圖及第1A-1C 知。另應被理解的是， 固仍推侍 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 用，本案之光子電晶體二 之舉例純係供說明 介質實可為多能階系統者。 第1A圖-第ic圖翻-甘 、 圖”、、員不基本上由二能階組成（或基本 上為—月匕1¾糸統2 0 〇)之主道μ丄 υ)之+導體主動質範例。第1Α圖顯示 一單一電子ei 202從基態能階m激發至高能階206。 第1B圖顯示該電子ei 202從-般基態能階Egl 204激發 至高能階El 2〇6。請參閱第1圖及第1B圖，一「Z」形 虛線箭s員208係、表不透過光吸收而&低能量激發至高能 置。第ic圖係描述電子ei 2〇2從高能階& 2〇6自發衰 減至一般基態能階Egl 204。請參閱第1(：圖，實線箭頭 210表示該電子從高能量衰減至低能，其中& 2〇6與 204間之遷移速度以r lg表示。 如上所述’一般基態能階具有一或多電子，該等電 子能被激發至不同高能階。一般而言，任兩高能階（能階 (Em)及能階n(En))間的遷移時間係由r mn表示，其中 ，n係1、2、3…等；且高能階Em及一般基態能階Eg間 ;表示，其中Γ mg較f nm為 m 之自發衰減遷移速度係由r 小 0 15 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) ..............#.........、玎.........$· (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 54649^I. 8. 30 年月日修正/更〒/補_务 五、發明説明（ 第 圖第2 C圖顯示一基本上為三個能階（或基本 上為三能階系統300)之半導體主動介質。第2A圖顯示-對電子~ 302及電子~ 304能從—般基態能階3〇6激發 至一般南能階308。請參閱第2β圖及第％圖，圖中說 月基本上為二旎階系統者得由四個次能階所代表··一對 咼能階E! 3 10及e2 3 12，其中El<E2 ;及一對基態能階 Eg丨3 14及Eg2 3 16，其中Eg丨〉Eg2。因此，介質能被模擬 成具四肖b卩自原子之集合。各原子被假設具有兩個電子^ 1 3 02及電子4 3〇4，其最初佔據基態能階314及 316 ’其中Egl>Eg2。尤其’第2B圖顯示兩電子ei 3〇2 及電子304分別從基態能階Egi 314及Eg2 316激發至 兩能階310及E2312。請參閱第2圖至第2B圖， 「Z」形虛線箭頭318及320表示電子ei 302及e2 3〇4 分別從低能量激發至高能量。 第2C圖顯示於基本上為三能階系統中之電子〜3 及e2 3 04的輻射及遷移或衰減情形。由於包利不相容原 理（Pauli exclusion principle)(熟習該項技藝人士皆知者） 僅允許一個電子填充一個能態，因此當Eg2 3 1 6中之一電 子（如3 04)從基態能階（如將其激發至如第2B圖所示之 E2 312)中移離時，Eg丨314中之電子（如ei 302)將輻射而 填充至Ερ 3 16之能態。當了解的是’此一情況能以類半 導體之電子空洞圖來描述，即一空洞從能態$ p g 土 tgi 行 反向運動。高能階E2 312及Ει 310間之輕射時間由 表示，而基態能階Eg 1 3 1 4及Eg2 3 1 6間之轄射時門由 16 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X 297公釐) •----------------------、可---------^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 社 印 製 546496㈣曰修正,邮 五、發明説明（） g口表示。在第2C圖中，實線箭頭322、324係表示從高 至低能階之自由電子衰減情形，其中高能階E! 3 1 〇及Eg2 3 14間之遷移時間由r ig表示，而高能階E2 3i2與Η。 3 16間之遷移時間由τ &表示。如上所述，r 2〗及r⑴ 典型上相對較快，其時間為fs秒等級；而r lg及r &則 相對較丨又’約介於數奈秒至數百p S ( p i C 〇 S e C 〇 n d s )等級。 同樣地，一基本上為四能階之系統（未圖示）能由下列 參數表示之：三高能階El、h、E3及三基態能階E】、 Eg2、Eg3，其中 Ei<E2<E3，且 Egi〉Eg2>Eg3 ;三電子〜、 e2、，於高級能階間之二衰減時間r…m ;基態 月b 門之一农減時間Γ g 1 2及Γ g2 3，及南能階與基態能階 間之三自發衰減遷移時間r lg、r hτ ^。雖然四能階 系統者未經圖示描述，但熟知該項技藝人士皆得從三能 階系統配合第2A圖-第2C圖及第1A圖-第lc圖中理 解。 第3A圖-第3d圖顯示於第2A圖-第2C圖之基本上 為三能階半導體之介質300的數個能態。主動或相互作 用之介質300典型上係一可激發之介質，其各個操作波 長λ 1、λ 2、又3…等通常可為三種基本能態之一，此與 半導體主動介質之某特定例不同；該三種基本能態為（1) 吸收、（2)增益、及（3)可穿透，端視激發條件而定。請再 參考回例示半導體主動介質300之特定情況，其介質3〇〇 具有如第3Α圖至第3D圖所示之二操作波長λ!及又2。 為簡單顯示、並以同於第2Α圖至第2C圖之相同命名方 17 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) -----------------------Ί叮 $· (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} 546496 β 91 8. 3〇 五、發明說明（ 式起見，圖巾I# ^ …先300係由兩個電子ei 302及e2 3〇4组 成。應能理解的是， ' 供田 。亥兩電子e丨302, e2 304之提出僅係 併抱逃用，較^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ^ 雜之向能階模型亦可從中推出，熟習該 項技藝人士所劫& …、知之電子空洞動態能帶模型即為可模擬 推出該複雜高能 ^ ^ 1白杈型者。該基本上為三能階之半導體 系統 3 〇 〇 呈右—4kL «»* 一有一對向能階A 310及e2 312，其中
El E2 ’並具有一對基態能階Egl 314及Eg2 316 ,其中 81 Eg1 ^ 之情況亦為可允許的，其得出現在劫 能得幫助基態能階中其％ 曰 …、 ^ 〜肖b丨自中基態能量電子的再分佈，藉以為基 態能階電子提供一總儲存庫。 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 社 印 製 "第3 A圖顯示波長為λ 1及λ 2時之能態損耗，即一 光子或光束3 26於波長為又1時之損耗或吸收、及一光子 或光束328於波長為λ 2時之損耗或吸收。「光子」係指 光微粒’其得與「光」互換使用。請參閱帛3A ®，當無 光束時電子ei 302及電子304將分別處於基態 月b & Egl 3 14及Eg2 3 1 6。於此狀態時，介質3〇〇將變成 吸收狀態：㈣，介f 3〇〇將成為波長λ i之光束326或 波長λ:之光束328的吸收介質。當介質3〇〇吸收波長入 1 326或λ 2 3 2 8之光子時，電子ei 3〇2、e2 3〇4將分別被 激發至高能階El 3 10或I 312(由「z」形虛線箭頭表示 者）。該電子遷移或光子吸收的速度被稱為「光子吸收速 度」（或電子激發速度）。如該等習於本技藝之人士所知， 遷移速度係由光子被介質捕捉之速度所決定，且不為緩 十艾的自發哀減速度所限制。於是，該介質3 〇 〇被稱為在 18 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) A7 B7 546496 ΙΛ30日修正/更表 五、發明説明（） 波長λ 1 3 2 6及波長久2 3 2 8時之吸收狀態，該狀態描述於 第3圖中。 凊參閱第3 Α圖-第3 D圖，一朝上指（從低能階至高能 階）之彎曲虛線箭頭係表示光子損耗或吸收及電子激發； 一朝下指（從高能階至低能階）之彎曲虛線箭頭則表示光子 增益及電子衰減；而一同時朝上及朝下指示之彎曲虛線 箭頭係表示可穿透’其中一電子位於一般基態能階 3 06(請參閱第2圖）（Egl314與Eg2316)或相關連之高能階 3〇8(請參閱第2圖310或E2 312)的機率各約為一 半，光子經歷淨增益或淨損耗；一實線箭頭係表示電子 之運動。關於電子ei 302及電子e2 304，一虛線或點線 「e」係表示一電子的分開位置狀態，而空心「e」及實 心「e」係分別表示一電子之最初及最終位置。 第3B圖顯示波長為λ 1時之增益狀態及波長為λ 2之 損耗狀態’即該光子或光束326於波長為λι時之增益及 光束3 2 8於波長為；I 2時之損耗。該狀態能由波長為入2 之光束328對介質加以激發而產生，此時可將電子^ 3 04從基態能階（尤其Eg21 3 16)帶到高能階E2 312。 電子e2 3 04將快速輻射能量而至較低高能階& 310(就半導體介質300而言，該值為數百fs)。即，因波 長為λ 2之光束328，電子〇 304被從能階Eg! 316帶至 能階E! 3 10。接著，電子居量反轉發產生於能階& 31() 及基態能階Egl 314之間（即能階Ei 310之電子數較£ 314之電子數為多（請參閱第2圖）。於此狀態，波長為 .......................、可.........^ (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 19 54649、 年月 30 日修正/更^補充 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 發明説明（ λ !之光束326將「激發」電子以3〇4從Ει 31〇衰減至
Egl，這也使介質300發射波長為λι之光子（未示於第3b 圖中），藉此實現對波長；I !之光束326的能量增益，該 結果稱為受激輻射。電子受激衰減或光子受激輻射速率 稱為光子受激輻射速率（或電子受激衰減速率）。如習於本 技藝人士所知者，該遷移速率係由光子與介質相互作用 之速率所決定，並不為低自發輻射速率所限。於狀態時 (如第3B圖所示），介質300被稱為處於λι波長光之增 益狀態326。形成第3Β圖之狀態的方法常用於控制光^ 之增益生A，此係藉由使一波長為λ丨之信號束通過被形 成為具增益狀態之介質而得，其中介質之增益狀態的獲 得又是由於一波長為；I 2的第二控制束能量為介質所吸收 之故。 第3C圖顯示波長為λι時之可穿透及波長為λ2時之 損耗狀態，該狀態係對應於波長為；ι ι之光束326的可穿 透、及波長為又2之光束328的損耗。上述狀態之發生得 以三種主要方法達成之：（1)利用一波長為之強光束； ⑺利用-波長為λ 2之光束及波長為1之強光束；及⑺ 利用-波長為λ 2之光束。於方法⑴之情況中，可能首先 出現波長為λ!之強光束產生λι波長光之增益。即，電 子居量反轉可因利用波長為λ1之光束326直接激發電子 ei 302而從Egl 3 14躍遷至El 310而得。然而，事實並非 如此，因當Ei 310狀態中的電子總數增加時，同一又^波 長之光束326亦使電子302受激而自& 3ι〇返回至 20 ..............0.........、玎......... (請先閲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(210X297公釐) 546496 费i， 年片五、發明説明( 日修正/處正A7 B7 314，並因而衰減。如果波長為
<尤束326的強度L 非常強，那麼Egl 3 14至El 3 10間將有約半數之電子居 量反轉，此時光子受激輻射速度約與光子吸收速度相 等。在該狀態時，介質3 00將不吸收許多又ι波長之光束 326、或因又1波長光束326而得到大增益（引起光子之輻 射）。反之，介質300將變得近乎為波長λ i之光的可穿 透介質326。此時，介質300被稱為對波長為又！之光為 可穿透狀態326。因Ε2未受激，又2波長光將有被吸收現 象。因此，又！波長時之可穿透狀態及λ 2波長時之損耗 狀怨能藉由；L !波長之強光束產生。該狀態描述於第3 c 圖中，其中以虛線或點線表示約半總數之電子ei 302 ; 可穿透狀態則由同時朝上且朝下之彎曲虛線箭頭所表 不，其中「可穿透」一字於此並非僅指零損耗狀態，其 還可指介質之吸收實質上減少、且介質未被激發至具實 質增益之狀態。；I ι波長之光束326所能造成可穿透條件 的臨界強度被稱為飽和強度，並將以Ilsat表示之。更詳 而言之，此時Λ ι波長光的介質吸收係數a係強度11之函 數，一般表示成如下公式： — .......................，可.........^ (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 其中λ Q係當強度I 1為零時之吸收係數。即，當 時，介質300吸收程度將減至約一半，並101^“ 減少。此方法（1)之情況如3 c - I所示。 21 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公楚) 54649^«|u 曰修正/1正/補，光- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明説明（） 在以方法(2)為之時，波長為几1之強光束與波長為λ 2之光束塊出現’且又2光開始將電子從基態能階ε _ 316激發至Ε2能階u 9 甘α μ > g‘ 白3 1 2 ’其酼後哀減至能階e 1 3丨〇，並 t集於能階Ε1 3 1 〇，以絲你c 0 以致使Egl 314及E! 310間有一半 電子的居量反轉。如果該等電子仍處於^能階31〇，那 麼就不會再有更多電子從能階E2312衰減至Ει3ΐ〇，此 乃由於包利不相容JS, / p 〇 1 · Λ . ’、(auh exclusion principle)之故。 因此，E2能階312之電子總數因而亦開始增加，最終導 致對；I 2波長之光呈一可穿透狀態。然而，λ ^強光之存 在將對Ei 3 1 〇狀態之電子行反激勵作用，該等電子因此 回至基態能尸皆Egl 314。該等作用的淨結果為··又"皮長 之強光阻止電子總數於能階E2312上增加，並使又2光處 於損耗狀態，該情況示於3C，。當h光之光束不非 2強時，波長;I〖光所產生的電子總數在其能大量增加前 衰減；欲於無；I i光束存在的條件下將狀態驅動至對入1 光為可穿it @對又2光為損耗亦是可能的；該情況即為 以方法（3)並所得者，如3C·冚所示。 由一種不同方法所得之3 c狀態得以不同方式用於各 元件應用上。3 C - I之方、、木铢田# Α β 万法此用於自感可穿透之情況，即 λ 1波長之L號光束得因其自身強度而使吸收介質對其變 為可穿透而傳輸通過υ之方法能用於以一控制光束 感應可穿透之情況’即；i丨波長之信號光束得因以一又2 波長之第二(控制)光束之強度而使介質對該又1波長之光 €成可穿彡該入1波長之光因而得傳輸通過該介質。 22 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210x297公釐) ............0.........訂.........$· (請先閲讀背面之注意事項再填、寫本Ϊ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 546496 射，8· 30 二 年 可 Β # τΐ / Ψ B1__—__ 五、發明説明（） 3c-m方法能用於以一控制光束感應損耗之情況，即λ 2 波長之信號光束得因以一 λ 1波長之第二（控制）光束之強 度而使原為可穿透或具增益之介質對該λ2波長光進行吸 收而使其損耗，該λ2波長光因而損耗。在3C-n所示者 中，所使用之主要效果係使λ 2之損耗，並非使對λ ^光 變得可穿透。 第3D圖顯示對；ί 1光為增益狀態、而對λ 2光為可穿 透狀態者，即指對；I i波長光束326提供增益、而對波長 入2之光束32 8而言為可穿透之介質者；該狀態能由波長 為又2之強光產生。與第3C圖類似，若；t 2光束328之強 度足夠強，λ 2光束328不僅能將電子4 304帶到Ei 31〇，使；I!光束3 26獲得增益；其亦進一步藉由激發電 子e2 304從Eg2 316至E2 312、並部分填充e2 312狀態 之電子總數為總容量之一半而驅使E2 312及Eg2 316對 λ 2光為可穿透者，該情況係產生於當E1 3 10之電子热 數因包利不相容原理（Pauli exclusion principle)而阻止Ε2 312之電子农減或輻射至Ει 310、進而被完全填充之時， 如第3D圖所示。該形成3D狀態之方法能用於自感可穿 透之情況，即波長為；I 2之信號光束得以其本身之光強使 原吸收性介質變為可穿透者。 應了解的是，雖然第3A圖-第3D圖中將及；^2波 長光束326及328描述成該等樣式，然光束326及328 可為連續或斷續施加於介質者，或兩者亦以一前一後之 方式施加至介質上。 23 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) ...........·.........、玎......... (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 546496 ^ 8. 30 年月曰修正 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（ 第3E圖-第π 不圖詳述以施加電場或注入電流至介質 上之方式獲得第1 Δ & Α圖-第3D圖之狀態。如習於本技藝人 士所知，第3Afil哲，^ 圖-第3D圖之激發亦能由P-N(PN)或p-i- N(PIN;其中I在扣 , 你‘一本質半導體層，位於或夾於一 p摻 雜層及N #雜層之間，其可包含量子井作為結構之部 分）接面或能透過注入電流而提供電子激發之材料（如半導 體金屬”面）；1面所提供；該等激發亦可藉由對PN或 PIN接面知加以一外部正向偏壓所形成之電流而引生。於 該凊況時，來自基態能階之電子（即一般所知之半導體的 價帶）將經由外部電路而至高能階（即一般所知 < 半導體的 導帶)。對於第3E圖们κ圖之情況而言，λι或“光 束的激發者為該注入電流，或為第3Ε圖及第3F圖所示 之猎由一外加電場，並以該電場改變半導體介質之吸收 波長，以下將有論述。第3G圖_第3K圖所示例中，不 PIN接面之高能量能階34〇為一摻以η型雜質半導體材料 之導帶，而基態能階342則為一摻以ρ型雜質半導體材 料之價帶。第3G圖-第3Κ圖之原理不僅可用於ρΝ及 PIN接面，其亦可用於得因一注入電流而提供電子激發之 材料介面；總之，該激發電子之能量增加係由外部電壓 源所提供者。 論及電性激發之例，一正向偏壓V定義作一正電壓 (V>0)，熟知該項技藝者皆知其可施加至一 pN或piN接 面上而當作一正偏壓。如上所述，該正向偏壓造成一，，主 24 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) ..............#.........、玎.........^串 (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 546496 年9Μ· 3¾修正/更士^ A7 '-------------B7 _ _ 五、發明説明（） 電机於PN(或ριΝ)接面處，致使電子從接基態能階激 發至兩能階。 該注入電流將開始填充具激發電子之高能階Ε Λ，其 中λ係指半導體能帶隙波長λ gap以上之波長。若無光之 存在，那麼該等激發電子最終將透過自發衰減而衰減回 基態能階；但若有足夠高注入電流的存在，那麼在電子 激發速度大於Ε λ之自發衰減時，該介質即可達到對λ波 長光為可穿透之狀態，即此時能階Ε λ及間係有一半 之居量反轉；所需到達該可穿透狀態之臨界電流被稱為 λ (Ct(又））波長光之「可穿透電流」，其所用電壓則被表 示成 V = V | c = c t (λ )。 當所提供電壓係一正向偏壓（v〉o)、但注入電流仍低 於几（C<Ct(A ))波長光之可穿透值時，該電子激發並不足 以使介質變為可穿透，且該介質係處於損耗狀態，即第3 圖所示之狀態（久i及；I 2波長時之損耗狀態），並現為第 3 G圖中之狀態G，即；I能被視作第3圖之；i或；1 2 ;狀 態G可被描述成被提供之正向偏壓小於可穿透者時對於 入光為損耗狀態者。當介質上輸入之Λ光或光子束足夠 強（光束強度h〉Isat)時’損耗介質能因輪入光束而被驅 動致使λ光變為可穿透；該情況係如第3丨圖中描述之狀 態I ’即第3 C圖中描述之狀態（對λ〗光為可穿透；而對 λ 2光處於損耗狀態）。更詳述之，其即為方法3心I所述 之感生狀態3C，現重述於第3 1圖之情況j ,亦即其入 ， 25 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) ..............0.........、可.........$· (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 54649»· 8. 3〇 年月日修止/更正/補—宠 A7 __B7 五、發明説明（） 為第3C圖中之λ 1者；狀態31可被描述成被提供之正向 偏壓小於可穿透者時對於又光為可穿透者。 當C = Ct( λ )時係几波長光之可穿透狀態，其第％圖 所描述之狀態（對Λ 1波長光為可穿透，而對λ 2波長光呈 損耗狀態）。更詳述之，其即為方法3 c- m所感生之狀態 3 C ’現重述如第3 η圖中之η狀態，此處之人即如第3 C 圖之λ i ’且以電性激發代替第3 c圖中之λ 2的作用。狀 怨3Η可被描述為供以；^光可穿透所需之正向偏壓時之可 穿透狀態。 當V>V|c = Ct(A〉時，該介質將達到如第π圖或第3D 圖中描述之增益狀態（λ 1光處於增益狀態，而又2光呈損 耗或可穿透狀態），現重述如第3J圖之j(對λ 2光呈增益 狀態）狀態’即又如第3 Β圖或第3 d圖之久1，且本例中 以電性激發取代第3Β圖或第3C圖中之λ 2的作用。狀態 3J能被描述成供以；^光一可穿透電壓以下之正向偏壓時 的增益狀態，此時λ即如第3Β圖及第3D圖中之λ 1。狀 態3J可被描述為供λ光以小於其可穿透所需電壓之正向 偏壓時之增益狀態。 如白於本技藝之人士所知，PIN接面上之反偏壓將在 本質（I)區產生一電場，產生於本質區之所有電子電洞都 因此被掃除，如該等吸收光而產生者，其中對光的吸收 付將電子激發至高能階。被掃除之載子將形成一個外部 「光」流，其將把電子從通常所知之半導體中導帶之高 能階透過外部迴路並返回通常所知的價帶之基態能階。 26 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) —.........---------、可^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 546496 91 8. 30年月 A7 B7 五、發明説明（） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 因此’施加於PIN接面之反向電壓（第3G圖-第3K圖中 之電壓V<〇)之效果係對受激電子加以去激發作用，其將 使主動介質對波長於能帶隙波長之上（能帶隙能量）的光變 成損耗狀態。此係密切相關於由方法3 c_ π所感應之狀態 3C(於λ!之可穿透及於久2之損耗狀態），現重述如第 圖中之情況Κ，又即為第3C圖中之λ 2 ,且以電性去激 發替代第3圖中又1光之角色。狀態κ可被描述為加以反 向偏壓而使；I光呈損耗狀態。 如習於本技藝之人士所共知，能帶隙能量並非係介質 之不可改變的特性，其能透過以下方式藉由數十奈米之 波長而改變： (a) Fi*anz-Keldysh效應：於容積半導體介質上之電場 之應用係降低吸收帶之邊緣，導致具有剛好於能帶隙能 量之下之波長的光從可穿透狀態到損耗狀態。於吸收帶 邊緣之約十奈米之改變能被具有一 2.3χ 1〇5電壓/米（v/m) 之施加電場所實現。 (b) Quant微米-Confined Stark效應：與以上效應類 似，但係施加於量子井介質而非容積介質。因載子之量 子井之參與，該效應係較強。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 該等兩種效應能被利用以藉由一施加電場將波長從可 穿透狀態帶到損耗狀態。該電場能在不用PN或piN接面 之情況下被施加，儘管其亦能夠透過利用具有反響偏壓 之PN或PIN接面（因大電流穿過該結，正向偏壓將具有 較繳少電場）而被施加。 27 本紙張尺度i中闘家標準(CNS)A4規格(旗297公⑹^ ' 一 A7 B7 546柳年“；日修正 五、發明説明（） 應理解，對於將主動介質帶到損耗狀態之電壓的應用 之描述中之參考能被實現透過（i)PN或PIN接面之使用或 任意激發電子之去激發之外部迴路；（ii)藉由一施加電場 而不用PN或PIN接面之能帶隙能量偏移，或藉由且 曰 >·、有穿 過PN或PIN接面之之反向偏壓的施加電場之能帶隙能量 偏移。情況（i)及情況（i i)能被依據兩個特定於電光情況而 描述。特定地，於缺少一施加電場（V==0)之情況，介質可 穿透於波長；I ，其中又係比能帶隙波長；I gap( λ 〇> λ gap) 要長。其於第3E圖中如狀態E以進行描述。狀態3E可 如具有零施加電場之於又之可穿透狀態。 存在一施加電場時（V关0)，該介質因透過Franz-Keldysh效應或Quant微米-confined stark效應於施加電 場（λ 〇〉λ gap)之影響下能帶隙波長之降低而於波長；I進行 吸收。其於第3 F圖中如狀態F而進行描述。其係密切相 關於藉由方法3C- Π而感應之狀態3C之狀態，且現在如 第3F圖中之狀態進行重做，對其而言又能被確認如第 3C圖中之λ2而於能帶隙之電性感應偏移現在其第3C圖 中之λ i作用。狀態3 F可被如具有一施加電場以偏移該 能帶隙之於Λ的狀態。從狀態E之狀態F之往返係允許 其一於波長λ之介質吸收而切換器。 於情況3Ε及3F，ΡΝ或PIN接面係缺少或不能起活 躍作用如 Franz-Keldysh 類型效應或 Quant 微米· confined stark效應係被利用以偏移能帶隙波長又gap ""第 3G圖-第3K圖利用一施加於電性能量之PN或PIN接 28 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) ..............0.........、耵......... {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 546496^1 日8. 30曰修正/臭巫责r A7 五 經濟部智慧財產局員Η消費合作社印製 發明説明（） 面’且pN或pIN接面於改變介質之必要特性（增益、可 穿透、或損耗）中起活躍作用。 應被理解，以上例示狀態及感應或發產生一特定狀態 之例不方法係根據描述該介質之較佳例示特性之目的以 進订描述’並不應用於限定該元件之實施例。如習於本 技藝之人士所熟知，有許多能透過一個或更多光束或施 加於介質之電性激發之動作而發產生之介質之特定狀 悲、。且’如習於本技藝之人士所熟知，介質之狀態係形 成無數或連續組狀態，對其而言，描述之例示有限組狀 悲、係意味僅突出利用於元件操作中之一些例示特性。該 七田述之有限組狀態及於第4圖-第4K圖中描述之包括其 之方法並非意味用盡有用於該元件之例示實施例之可能 狀態。 111 ·波導及主動介質之例示實施例 第4A圖描述一包括至少一波導軸蕊402之波導400 例不實施例。就使用〇·8微米（或800nm)波長範圍而 δ ’一波導軸蕊402之例示材料係光子電晶體AlxGa^ xAs，此處合金成分χ等於〇 3。就使用L5 m(或1 500nm) 波導範圍而言，一波導軸蕊402之例示材料係1心_ xGaxAsUypyinG Μ。例示之波導軸蕊402並不限制於這些 轴為材料和適合導向波作用之其它材料，如熟悉本技藝 之人士能用的，例如砷化鎵、磷化銦（InP)、（Ini xAlxAsu ypy)及其它化合物半導體、玻璃（Si〇2)、氮化矽（si3N4)及 ' 29 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) ----------------------、可---------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 5464% 8 3〇 年月 曰修正/更责/«Γ 五、發明説明（） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 有機高分子等，其中有機高分子可如PMMA光子電晶體 (Poly-Methyl-Methacrylte)等。可以理解合金成分和結果 值係例示的和波導不限制於這些展示值。在一種例示之 實施例中，波導軸蕊402較好有0.4微米的寬度W和 0.25微米的厚度τ。可以理解此波導軸蕊4〇2不限制在 這些尺寸，其它寬度和厚度也可使用。 波導軸為4 0 2 ,如熟知此技藝之人士所知道的，可以 被裝配在基材上（沒在第4圖中展示）和/或被一個比波導 軸蕊折射率低的鍍層材料（未於第4圖中展示）包圍。在一 有用的實施例中，波導軸蕊402位於一種低折射率材料 上並可由上包圍和/或被一種相似或相等的低折射率材料 從側面包圍。這種低折射率材料之一些事例係二氧化 石夕、氮化石夕Sh〇4、或有機高分子（如pmma光子電晶體 (Poly-Methyl-Methacrylate))、或一可穿透的導電氧化物 (如銦錫氧化物、或鋅銦氧化物（如ZnxIny〇x+i_5y))，或一 種由折射率低於波導軸蕊之低折射率半導體。在較佳實 施例中，波導軸蕊402由Si〇2包圍，此si〇2折射率 n= 1 · 5 〇 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 此例示之波導軸蕊材料由一大概折射率η = 3 ·4。讓我 們假設包圍在波導軸蕊的鍍層材料之折射率係15。如熟 知此技藝之人士所知，這些折射率和厚〇·25徵求之波導 提供一個極波導有效的傳遞約2·〇的折射率以15(或 1 5 00nm)的波長就傳送磁電場波而言隨著磁電場極平行於 波導寬度。有效傳遞折射率neff基本上和沿波導傳遞之 / 30 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) 546496 年月 3日0修正/息扣補f A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ..............0.........、玎.........$· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 五、發明説明（) 光相位速度V有關，v = c/neff，c代表光在真空中的速 度。這種有效傳遞折射率neff之使用允許一個去啟動3D 波導作一個有效的2D波導。 可以理解，除了被低折射率鍍層如波導400包圍之習 知有高折射率軸蕊的波導，其它波導結構也可以在光子 電晶體實施例中使用。這種其它結構包括但不侷限於建 立在重覆折射透過金屬表面結構基礎上的波導元件，光 帶能寬結構，和有級或逐漸變化折射率的結構。 在其它例示實施例中，波導400能包括一個主動介質 作為部分波導軸蕊，如第4B圖波導430所說明的。波導 43 〇包括一個主動介質420在波導軸蕊之長度l的部分 4 0 8中。在一個較佳實施例中’例示的主動介質4 2 〇充滿 或佔據了 AlxGaUxAs 或 導軸蕊 402 就 一個長度L ’在第4B圖所示的。在一個有用的實施例 中，如第4C圖所示的，主動介質由五個半導體量子井組 成。這個設計，在光元件中裝配和多量子井結構對那些 熟知本技藝之人士所知。在另一個實施例中，主動介質 可是量子點、1子線、塊半導體、或稀少地球添加劑 (如：铒添加劑）半導體、或稀少地球添加劑（如：铒添加 劑）玻璃。主動介質可同樣在波導鍍層材料中而不在波導 軸蕊中。 第4C圖說明瞭一個建立在多量子井結構的長度l的 主動介質420之實施例上。每個都有厚度q只一或多個 量子井422被夾著和四個厚度tb之阻障層424改變。大 : 31 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐)^ ----
五、發明説明( 496sl 8. 30 年月日修正/更正/補汇一 量量子井422和阳叫 1且15早層424在第4C圖中是說明性的且： 侷限在此狀態值。Θ 置子井422和阻障層424最好有厚产 tMED如第4C圖所一 又 固所不。更佳的是，如第4C圖所示的波莫 轴蕊402作一個作w ^ 1U頂部層426和一個底部層428就主動八 質420所言。 ；， 在這個例示實^ ^ _ -T- ^ 貝％例中，量子井422可被10nm厚的
Al〇3Ga〇7As p且陪既.^ 1早層424(就波長〇·8微米範圍而言）夹的 1 0 n m J^- G a. A s ip ρλν -ν' '4> 1 ^ 、 、、且成或被 lOnm 厚的 In〇.84Ga〇.l6As() 33P()67 阻1^層424(就波長15微米範圍而言）夾的l〇nm厚 111〇.5而。.4山組成。彳以理解合金成分不侷限在這些示 出的價值。有五個量子井的例示事實例中的量子井-422 和阻 p早層 424 的始戶 rip RL 1*2. Ά Λ Λ Π /JiL ϊ Λ. W〜厗度最好為0.09微米或微米，這個厚 度最好在波導軸凝ί 4〇2之例示的〇·25微米厚度尺寸内。 在此實施例中，波導軸蕊、4〇2作-個頂部層和一個 底部層428，就由A1〇 3Ga〇 7As(就〇 8微米而言）或
In〇.84Ga〇.i6 As〇.33p〇 67(就 1 ·5 微米而言）。 第5D圖說明對波導4〇〇之另一個 巧不的實施例，波 導包括一個PIN接面在主動介質中， 邪逐立在一個多量 子井結構基礎上有波長L的主動介質420 — “之波導450說 明的。波導45〇和第4A圖中的波導4〇〇 ㈧—樣，除了主 動介質420之一個頂部層476和一個底卹a 民4層478分別摻 以P +和n +材料，因此形成一個pin接而1 _如主動介質420 所描述的一樣。另外，有使用電壓V # ^ 地變化的電壓源 32 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) * (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁) -口 線- 經濟部智慈財產局員工消費合作社印製 546496^1 8. so 年月R修正/更 ------ΞΙ_____ 五、發明説明（） 480被放置在穿過PIN接面，此聯接由主動介質42〇和頂 部和底部掉層476和478形成。 如那些熟知本技藝之人士所知，使用電壓將提供注入 電流以啟動主動領域。在反向的偏移情況下，使用電壓 將提供一個充滿電子，此充滿電子可改變主動介質之义 帶寬隙透過Franz-Keldysh效應或量子限制效應。這個方 案可以用來改變介質的吸收性能，如上所講的使用的部 分Franz-Keldysh效應或量子限制效應。如上所解釋的， PN接面的使用並不必要當使用Franz_Keldysh效應或量 子限制效應時。然而，如那些熟知本技藝之人士所知， 導電的PN接面領域將允許一個人使用接近主動介質領域 的電壓’因此導致一個更強的領域。由於p或N領域將 被更多的使用做一個導電器，實際上一個人使用兩個N 類型（或兩個P類型）材料在主動介質兩邊上。因此，在另 一個實施例中，無PN接面可以用來使用電子填充。在另 一個實施例中，在主動介質兩邊之材料為兩個N類型或 兩個P類型。 在主動介質上面或下面的包圍一個p或N類型材料的 方法對那些熟知本技藝之人士所知。 增益和損耗係數可以透過使用更多的（或更少的）量子 井來做的更大。就A元件之較佳實施例而言，主要參數 成主動介質的特性對此元件之主要功能很重要，此主要 參數在完全啟動時較好得到係數，在完全沒啟動時損耗 係數，和介質的飽和密度。使用的大量量子井和主動介 / 33 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公爱) ..............0: (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁}
、'I 線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 54649¾ 8. 3〇 年月日修正A7 B7 五、發明説明（） 質的類型係典型的不重要的，只要它們可以提供較佳介 質參數。典型上，主動介質之增益和損耗係數可以從當 4乎/又有使用量子井時一個低價值到每微米大概1 〇個當 在低溫時使用許多量子井。 - 增益和損耗係數可以藉由使用更多的（或更少的）量子 井來做的更大。就此光子電晶體元件之較佳實施例而 言’主要參數成主動介質的特性對此元件之主要功能很 重要’此主要參數在完全啟動時較好增益係數，在完全 沒啟動時損耗係數，和介質的飽和密度。使用的大量量 子井和主動介質的類型係典型的不重要的，只要它們可 以提供較佳介質參數。典型上，主動介質之增益和損耗 係數可以從當幾乎沒有使用量子井時一個低價值到每微 米大概1 0個當在低溫時使用許多量子井。 可以理解，當聚合體主動介質之目前使用的實施例 係一種多量子井結構，此結構利用半導體材料，並不僅 僅是此實施例或介質可被使用，除了半導體材料，還有 許多其它原子、分子、離子或小尺寸電子介質，如其它 1子井、量子線或量子點，例如，可以滿足此介質描述 的一般較好的要求和熟知本技藝之人士所知的。 ，對主動介質420而言，下面所出現的係計算以獲得 增益係數g和損耗係數α伴隨著就主動介 曰 "貞而吕的切換 能量和切換時間，特殊光束就波導43 〇 , χ 45〇中不同的 光束而言’主動介質就特殊光束而f。我們可以顯示出 以就使用0.8微米（或800nm)波長範圍而言的材料基礎的 34 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210x297公釐) .............0.........、玎......... (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 5464输 8 30 年月日修正二7 五、發明説明（） 光子電曰曰體lnUxGUs情況。基於Im.xGaxAsi-yPy材 料或其它主動介質情況同樣可以做到。 计算、、°果和起源係建立在第4圖上說明的實施例基礎 上並有上面所描述的波導400、430、450之實施例中 描述的尺寸。如下面將出現的描述這些說明性的和例示 的什异，就GaAs量子井而言，室溫下五量子井將典型的 提供一個增益係數g = 〇 25/微米，當介質42〇係完全一種 特疋操作波長啟動時，還可提供一個損耗係數又= _ 〇·5/微米’當介f 42()係完全—種特定操作波長沒啟動時 且處於一種損耗或吸收狀態。在介質420之例示實施例 中’ GaAs能帶寬隙Eg光子電晶體p在87〇mm左右，當 里子井之吸收波長在大概820nm時。 更佳的疋，主動介質420之基本元素為電子洞對或激 子。兩者都可導致光子流傳遞運動。 IV ·關於元件分類和操作的一般註解 如下所述，光子電晶體有二種不同的分類，即（1)全光 光子電晶體、（2)電光光子電晶體、（3)機械光光子電晶 體。下面討論的許多例子中，波長C的光輸入到光子電 晶體中，（1)要以與時間有關的一種連續的方式，即當連 續波（CW)光有波長c ; (2)或以一個切換的或關於時間的 脈衝方式，結果埋藏光波長C就脈衝連續時間而言是存 在的’並且不同時出現（至少在波長C時出現）。這種脈 衝光係更特殊地關於作一正操作脈衝光（光在脈衝連續時 ’ 35 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐） (請先閲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 546496 ^1. 8. 3.0 年 1 曰修正A7 ---- B7 五、發明説明（） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 間密度增加）。在一些時段，一負操作脈衝光是有趣的（在 脈衝連續時間光密度減少）。當不限制時，可以理解一脈 衝光係一正脈衝光。這種特徵的光將熟知此技藝之人士 所知。下文中，為便於描述，光或其它具波長又η之個體 將被表示成A η。 可以理解’在此光子電晶體之典型操作中，包括下面 的有用的實施例。一或多個光輸入或輸出將像連續波（CW) 光一樣描述。在一些特殊應用中，這種光可採取脈衝光 的形式。此僅為說明之目的，沒有限制一或多個光輸入 或輸出將像連續波（CW)光一樣描述。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 這些光子電晶體亦可由它們的操作物理特性加以分 類。就如同電晶體一般，一光子電晶體可有三或更多個 終端。一種光子電晶體可包括一種波耦合連接如：一方向 轉合器或一種波導多模間干涉（MMI)元件、或一諧振器元 件、或一光子能帶隙結構。有許多方法可以獲得波耦合 效應。如前所描述的，一個方法是透過一個波導多模間 干涉（MMI)元件，另一個方法係藉由一個光子能帶隙元 件。此光子電晶體可為一純光形式光子電晶體。就電子 在元件操作時不起積極作用而言（如，既沒有電子輸入也 沒有使用電子輸入，僅僅被動的用恒壓或電流使主動介 質發產生偏移）。此光子電晶體可為電光形式光子電晶 體’就電子輸入是一個部分主動的元件而言（如電子輸入 係主動改變以影響元件輸出），此光子電晶體可同樣力光 36 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) 54649¾ 年· &月30日修正/更士 A7 B7 五、發明説明（） 形式光子電晶體就在元件主動功能中涉及的機械運動而 〇 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 在純光和電光光子電晶體情況下，可以理解光子電晶 體元件和這兒描述的例示的實施例用一個綜合方法來組 、，我或阻礙光流在某個方向的流動。藉由較好的改變光之 干涉流模型或透過較好的改變光傳遞控制主動介質的特 性經由另一個光流的作用或一個注入流厚意個在介質上 應用的電壓。較佳的是，光之干涉流模型不同，切光傳 遞控制主動介質性月b來決疋在一個給定時間下，光子電 晶體中光子流流動的方向。就機械光光子電晶體情況而 言，光之干涉流模型透過機械的移動一個材料部分或一 個波導來修改。 線- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在較佳實施例中，一個輪合元件透過干涉從一個材料 區域傳遞能量到另一個區域。此干涉產生一個輸入光之 傳遞方向以背離直線傳遞。在一個純光或電光光子電晶 體中，此路徑變化干涉被打斷，在耦合器中，由於一種 吸收或一種得到的介質引起的，透過另一個光子流或一 個注入電流或一個應用電壓，將導致一個有效的「傳遞 光阻抗體」就源光束之空間穿孔透過增加或減少耦合器 某個領域中的結果能量流。 光子干涉流量模型係元件中光子流模型（在給定空間點 之單位面積上的動力流），包括元件之相互作用領域，由 於在相互作用領域允許傳遞模型之干涉影響引起的。 「光子」係光粒子且用來和光相互轉化。較佳的是，光 ^ 37 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) 5464、 年3月0 日修正 A7 B7 五 發明説明（） 之干涉流量模型確認、主動介質之光傳遞控制性能決 疋、光子流流動之傳遞方向、和光能在給定時間在光子 電晶體中不同空間位置如何傳遞。在一個大空間領域， 光子干涉流量模型很大的減少到繞射現象或布拉格反 射。在一個有一個小相互作用的領域只元件中，有一些 或上百光子波長尺寸的區域，依賴於元件的幾何尺寸， 光之干涉流量模型可以採用非常不同的模型且能透過如 主動介質420的主動介質被明顯改變。 可以理解光子干涉流量模型係及時的在特定時刻對光 子流的「快照」，並且一些相似模式可及時的在特定時 刻之前或之後存在，沒有一種代表性的或獨一無二的干 涉流量模型。然而，符合不同狀態的光之干涉流量模型 不是很容易能區別的。就特定狀態而言的特定干涉流量 模型說明了在特定狀態光分離的趨向或一般較佳的所有 的趨勢。因此，為清楚起見，符合光子電晶體之特定狀 態的關於光之干涉流量模型將被看作一般作一符合的單 一全部干涉流量模型，且代表哪個特定狀態，儘管在嚴 格意義上，存在的光之干涉流量模型的一個不可計算的 或連續的元件可以說是符合特定狀態。 主動介質之特定狀態如，主動介質42〇可以影響光之 干涉流量模型。特別的是，當主動介質，在損耗狀雖 時，光之干涉流量模型從當介質處於傳遞狀態時的光之 干涉流量模型變化。這是因損耗可以改變模型形狀， 子相位前部和加入干涉的傳遞模型的數量（通常減少傳遞 ..............0.........訂......... (請先閲讀背面之注意事項再場寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 38 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 546496 气 8. 3ϋ at 年月日修正/更^Β7 • _ 1,1 ' 五、發明説明（） 數量）。相似的，當主動介質處於得到狀態時光之干涉流 量模型從當介質處於傳遞狀態時之光之干涉流量模型改 變。這是由於得到可以改變可以改變模型形狀，光子相 位前部和加入干涉的傳遞模型的數量（通常減少傳遞數 量）°當然，當主動介質處於得到狀態之光之干涉流量模 型也可以從主動介質處於損耗狀態是光之干涉流量模型 改變。可以理解關於「主動介質之光傳遞控制」和「改 正」作用或「修改」「光傳遞控制性能」傾向於關於一 般主動介質性能，如主動介質420當關於改變光之干涉 流量模型是。當裝配有或沒有一種ΡΝ或PIN接面（第4 光子電晶體；4B圖） V ·元件範例和實施例（純光元件） 目前較佳光子電晶體實施例和元件，純光操作可透過 它們是否從一個高能量（低波長）脈衝變到一種低能量（高 脈衝）來分類，反之亦然，或脈衝能量一點也不變化。此 處展現的是光子電晶體元件之較佳例子和有用的實施 例。利用波搞合接面如基於波導400之方向輕合器的波 導形式。在某些情況下，有方向耦合器波導之一或更多 的支臂以在主動介質420形式中有主動領域或中性領 域。將獲得從一波導到另一個波導最大能量轉化有向的 耗合器之耗合長度定義/c。 元件範例1 39 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) ..............0.........、可......... (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 546496 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 魟 8. 30 年月曰修正 五、發明説明（） 第5 A圖說明睁一 、 光子電晶體元件第一個一般實施 例500，作用有向耦人 /皮導。7G件可起切換零件作用且在 特定切換或改變洁吾十人 置或王速的（微微秒，fs)光子脈衝在相 對低能量（波長相對县彳一 丁长）兀件500沒被侷限當作一種切換 零件，例如還可用你—μ σ 、、’屯光邏輯閘、一光密集性放大 器、一光子加速器、一伞〜你 。 ^ 先岔集性調幅器、一光密集控制 益、一光相移器、一益一 …、知耗信號龍頭、一無量子破壞 (QND)檢測器和一種變化伞、士 σσ 々文化光农減裔。可以理解這些元件 5 0 0之例子應用待傾a认；、 '、向於况明元件500之廣泛使用範圍， 且不限制元件5〇〇 JL亡办丨—# 八匕例不實施例的應用。元件可稱作 一 「輸入-支臂-辦只 ΡΒ ^
曰凰-閘呵至低能量光子電晶體」（IGHL 光子電晶體500)。 IGHL光子電晶體5〇〇最好包括一種由波導a 5〇2佔 據的玉間領域之第一光徑和由波導B 5 〇4佔據的由第二 光徑組成的空間領域。第三波導5〇6包括在b5〇〇中將輸 入光子脈衝耦合到波導A 5〇2上，但是對光子電晶體 500可以如波導400 一樣完成。波導a 5〇2最好包括一輸 入璋Apinl 5 10、一内部輸出埠ASouU 51 1和一輸出埠 Asoutla 512。波導5〇4最好包括一輸出埠Bpoutl 514。 第二波導506最好包括一輸入埠ASin2 516，A Sin2 516 有輸出埠，為AS〇utlb 524之兩倍大。第5圖說明瞭波 導A 502寬W光子電晶體，且與波導B5 〇4平行位置相 隔大概Wg(耦合埠或距離），其寬Wb，以至波導a中一 40 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) ..............0........ 玎.........$♦ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
496 卑· 8月3 l)日修止/要正yL
、發明説明( 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 種波可以被耦合到波 束」兩詞可以互， 種波上。「波」和「光 jTU互相變化的使用。 就輪入埠記作「 _Λ
^ m 」 ），P代表能量提供束，A 二表波導八5。2’「ln」指51。 輪入、、古旦1 、平且 1」代表 ⑴。)'。就内部輸出琿而言，記作「A Soutl」 ,^ S」代表信號束，Α代表波導A 502, 「out」作 「c 」私輸出波λ 1， 「ASoutl」（512)， 」代表信號束’ A代表波導A 502，「〇ut」代 輸出蟑，「1」指輪出波長入；L， 「A田*厂 仅Λ i 「A」用來區別在波 〇2中的輸入埠512。就輪出埠記做「As〇uUb」 )S」代表彳s號束，「A」代表波導a 5〇2， 「。〜代表一輸出埠’…指輸出波長λι，「b」用來 區別在第三波$ 506的輸出埠524，就輸出埠記做 「BP〇Utlj (514)’ 「P」代表能量提供束，「B」代表波 導B 504’ 「out」代表一種輸出埠，「L指輸出波長 入！。就輪入埠記做「ASin2j (516)，「s」代表信號束， A代表波導A 502，「in」指502作為一輸入埠，「2」 指輸出波長λ 2。 波導A 502上埠APinl 5 10用來接收連續波（Cw)光線 512’其時波長久丨（在又1時）（cw PWR ΐΝλ〗）。以下描述 的情況中’當波導上的主動介質達到可穿透，且波導 Α、Β是光子可穿透的，那麼許多波長；^的cw光線518 在波導A 502中將在傳輸一耦合長度/c後被傳遞至波導 B 5 04上。波長；I tCW光線518在輸出埠Bpout 514上以 41 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) ..............費.........、一叮......... (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} 6 49 46 5 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 挲8’务0日修正/更 ---__、發明説明（） ^、續光（CW)形式（波長 λ iMCW PWR BYPASS OUT 又 d從 波導B 504離去。 相合長度定義在這種長度上，一種波導上的波最大的 轉合到第一波導上的波導。在元件範例5 0 0中，作用長 度’疋義波導A 502和B504之間的相互長度，延伸大概 全部耦合長度/c以至/ = /c。在另一個元件範例中，相互 長度可以選擇作耦合長度/c的奇數倍（/ = 3/c , 5/c , ?/C·.····)。如那些熟知此技藝之人士所知，這樣的耦合長 度將同時獲得最大連接，如這種情況/ = /c。當/ = /c在元 件範例中說明時，作用長度將從耦合長度/c(或/c的奇數 倍）變化而不影響元件的一般操作規律。 如第5A圖所示，主動介質508的長度[約等於作用 長度Z的一半（L = //2)。此長度L可比//2長一些或短一 些。根據作用長度/的改變，主動介質5〇8之長度L將 有效的把輸入信號變輸出信號轉化，但不會影響元件的 一般操作規律。 可以理解這些尺寸和例示長度用來說明元件5〇〇(或 HO;在第5B圖中描述）的一種有用的實施例，且不傾向 於限制一些元件範例之其它例示實施例，或元件5〇〇(或 HO)❶可以使用多種尺寸，取決於期望器具和安裝材 料，過程或可使用的技術。例如，當元件範例說明的 ⑽時’其它作用長度的選擇可用來得到類似元件功 能。 42 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂· 線- 546496 A7 8 ’卩3(/ Η條正正/愉竞厂B7 五、發明説明（ 同樣，可以理解波導的形狀〜 、， <不會是線性的。曲線 形和不同的波導尺寸將被用來只 、要它們得到如波導和波 耦合相同的功能。主動介質可沿、、由 /久導A在一種變化區域 中心而不是第5 A圖和5 B圖所； 不的。其間可以有多餘一 個的沿波導A不連接的主動介皙 貝7員域。而且，一個接一 個的波導來得到波耦合不必要—ρ τ ^ 水平方式挨著，但能在 從上到下的垂直方向挨著或根攄★ m水平支座以其它方式連 接。同樣柄合波導並不必要是缔料 文疋、巴封平行的，只要可以得 到期望的波耦合影響。 在元件5〇〇,550之一個例示實施例中，就在波長 800nm 圍中操作而言’波長λ 1可為82〇ηιη，λ 2可為 80〇nm，波導A 502可如第4Β圖中說明的波導43〇 一樣 安裝，且波導504可如第4Α圖中說明的波導4〇〇 一樣安 裝’在波導轴：光子電晶體AUGa^As實施例中，軸蕊 有合金成分，χ0·3，給出一個能帶隙在69〇nm左右。因 此軸蕊材料在波長；I 1 820nm時係可穿透的。當主動介質 沒被完全啟動時，主動介質吸收8〇〇nm和820nm波長的 光。主動介質在第3A-D中係三層介質，電子係自由的從 對應於吸收800nm上部能量層離開到對應於吸收820nm 的上部能量層。 在元件500,550之一例示實施例中，就在波長1 500nm 範圍中操作而言，波長入i可為1 500nm， λ 2可為 148Onm，波導A 502可如第4Β圖中說明的波導430 一樣 安裝，且波導504可如第4Α圖中說明的波導400 一樣安 43 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) ..............0.........、玎：....... (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 546496 v五、發明説明( 日修正: 裝，在波導軸蕊光子電晶體lnl xGaxAsl ypy實施例中， 軸蕊有合金成分，x = 0.16 JL ".67，給出一個能帶隙在 左右 因此軸·&、材料在波長λ 1為1 5OOnm時係可 穿透的 田主動介質沒被完全啟動時，主動介質吸收 1480nm和i 500nm波長的光。主動介質在第3a_d中係 三層介質，電子係自由的從對應於吸收148〇ηιη上部能量 層離開到對應於吸收1 5〇〇ηιη的上部能量層。 可以理解這些尺寸、例示長度和幾何形狀係說明元件 500,5 50的一種有用的實施例，且不用來限制一些元件範 例之其它例示實施例，或元件5〇〇,55〇。許多尺寸和幾何 形狀可以被使用，取決於期望的應用和安裝材料，過程 和可使用的技術。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} -訂· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 i)元件操作範例 下面要描述一種元件的例示的操作連續波光（cw)波λ i (在λ 1時）（CW PWR ΙΝλ 〇5 18進入沿在波導a 502 之輸入埠APpinl 510。在起始狀態，沿波導A 5〇2上 主動介質508沒有啟動且和情況光子電晶體相比處於 耗狀態’如第3光子電晶體圖所示。如將於以下討 的’該介質開始可以是可穿透的，如圖3 C中例匚所示 λ 1 5 1 8的CW光沿波導A5 02在耦合長度/c之後傳至 導B504。入！ 518的CW光在1輸出埠b的波導B5 04 來作；I 1 520的連續波。 44 長 的 波 出 線· 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 546496 苹I曰修正/更龙A7 B7 五、發明説明（） 在波導506的輸入埠Asin2 516可有效地作A 502的 另一個輸入琿，並成；I 2 522波長追加光線的信號輸入 璋。又2 522追加光線進入輸入璋Asin2 516會啟動主動 介質508，位於波導a 5〇2的主動介質508提供操作波長 λ 1的獲取。主動介質508的狀態與圖3B例B相似。
輸入埠AP in 1 510處的；UCW光從主動介質508獲取 能量’ λ !的特殊能量會作光束5 1 3傳過主動介質到達埠 ASoutl 511，之後被分解到輸出埠 ASoutlb 524和 AS outla 512。如果從埠 AS in2/AS out lb 5 1 6/524 到波導 A 502(或相當於i輸出埠ASoutl 511)的能量耦合，是 5 0/50的耦合器，那傳至對方的能量耦合率也是50/50。 結果，在埠ASoutl 511之50%的λ i 513會轉向埠 ASin2/ASoutlb 5 1 6/524，埠 Asoutl 511 的 50%λ 1 513 會 轉向埠 ASoutla 512 的；I i 528。 圖5中’輸入埠A Sin2 516的；12 522追加光線的效 果是產生了埠ASoutl 51 1釋放波導部分的又1 513追加光 線’它又繼續將又i 5 1 3追加光線的能量分輸出埠AS out la 512的又t 528追加光線和輸出埠ASoutlb 524的λι 5 2 6追加光線。如果對元件5 〇 〇的基本操作無重大影響， 元件500的改進版本55〇可透過集合頻率耦合器如格柵 或小共振器得以實現。這樣的頻率耦合器稱兩色篩檢程 式或耦合器，如圖5Β元件550所示，代替圖5Α波導 5〇6。兩色篩檢程式556會將進入輸入埠ASin2 566的大 邛/刀λ2 572追加光線能量與波導a 502(不是久〗）耦合起 45 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) ---------、可......—^ (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 546496 8· 30 年月日修ίΕ/务士^^ A7 五、發明説明（） 來°這種情況下，大部分λ i(給出信號λ 1)578不會將波 導A 502與輸出埠ASin2 566耦合，而是將能量傳至1光 子電晶體埠ASout la 562。可以理解元件550比500功能 性、操做性更強，元件5〇〇比550描述、評價更實用。 除了兩色濾、波器的使功用外，注意其它系統也能達到 同樣功效。例，備選（未示出），偏振光分離器或轉合器用 於轉合λ 2 5 72追加光。本系統中，應用了不同的偏振光 追加° λ!518光與又2572追加光垂直，以致於偏振光分 離器或耦合器能將進入埠ASin2 566的大部分λ 2 572追 加光與波導A 502(不是又！）耦合。在另一備選系統中（未 顯示）’集合模式的耦合器用於耦合λ2 5 72追加光。這一 系統中，；I 2 572追加光與波導模式耦合，它不同於入！ 5 1 8傳導模式。透過使用波導A的多模態波導，又i 5 18 的光以波導A最低序列模式傳遞，又2 572追加光與波導 A的第二續列模式耦合。内行都知道，第二續列模式有 更大的傳遞角（例，接近逸出角），能設計成比最低續列模 式更大的耦合係數。結果，模式選擇耦合器會將進入輸 入埠光子電晶體sin2 566的大部分又2 572光與波導a 5 02耦合，但不會將波導A的很多λ 1與埠ASin2 566耦 合0 可以理解從埠Bpoutl 5 14(做久！ 520的連續光波CW) 退出之能量能被設計成整個進程中大體上不受影響。第》 5A、5B圖從IGHL光子電晶體 500,550的埠BPoutl 46 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210x297公釐) ..............變.........、一叮.........$· (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁> 546496 年 91. 8. 30 日修正 A7 B7 五、發明説明（） 5 1 4的釋放能量可由其它光子電晶體供能。這個特性與電 路中的電壓與切換器相類似。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 特別地’獲取介質有一個獲取變動，從零到能量逸出 璋Bpoutl 5 14的臨界值（例，入1 52〇光能量），不會受很 大影響。當超過臨界值時，λ 1 52〇強度會大受影響。 可以理解轉化速度會报快，主動介質5 0 8在；I !獲取 狀態會被穿過增益介質5 〇 8的；I i 5 1 8很快轉回λ !可穿 透狀態（第3C圖之例c)，這時又2 522,572追加光線被移 開。主動1貝5 0 8的狀態又與例c相似，如圖3 C所示。 在一個長時期裏’主動介質會回到例Α的鬆弛狀態，如 圖3C所示。如下述，有時要保持主動介質的初始可穿透 狀態。有很多方法保持主動介質的初始可穿透狀態。方 法一是不斷以入2 522或其它又2連續強光激勵主動介 質。因此；I 2 522光可以是連續背景強度下的追加光源。 方法二是透過PN或PIN連接如圖4C所示主動介質45〇 給主動介質提供連續激勵流。當沒有激發光線影響介質 時’衡定激發流跟據介質可穿透的需要而偏斜。 i i)元件之一般操作 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 元件的例示操作可透過第5C-1、5C-2、5C-3及5d 圖中所示的1 500nm波長操作的電腦模擬結果來說明。模 擬中’假設42 0主動介質有每i微米，i 5微米作/c的全 激發增益係數。第5C-1、5C-2、5C-3圖顯示以λ ! 518 射入光線傳至波導Α和Β後光線空間分佈。第5^、 47 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) 546496 91 8. 30 年月 日修正A7 B7 五、發明説明（） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁}
5C-2及5C-3圖的上部是2-D平面圖’光亮部分顯示了相 關領域強度’第5C·卜5C-2、5C-3圖的下部是Μ平面 圖’高度顯示了相關領域強度。第圖顯示了波導A (蜂AS°UU )和波導B(蜂BP〇Utl)的導出相關能量，構成 gl函數（由增益係數g與介質長度L產生）。這一圖中， 淳AS〇UU的導出用折線表示，W的導出用虛線表 不，實線表示埠ASoutl與埠Bp〇utl導出的總量（如，折 '線部分加需線部分）。第…1圖顯示了獲取介質處於丢 失或可穿透狀態（增益係數每微米〇 $ g㈣）時的情況。 線_ 第5C_1圖表明λΐ 518的大多數能量從i輪出璋514的 波導B 504中獲得。第5C-2圖顯示了透過加入又2 5 72 光線，使介質處於臨界獲取值（增益係數約每微米〇 4或 g卜3.0)時的情況。第5C_2圖表明，—般由波導a盘波 導B獲取的平均能量和波導釋放的平均能量不會被極大 改變（一般由雙方面的因素提高）。第5C-3圖顯示了介質 處於臨界獲取值之上（增益係數每微米丨或W = 波導 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A與波導B釋放的能量遠大於第H圖中的值是的情 況。從第6C-4圖中，我們看到一個好的操作點恰位於臨 界值之上，這時波導A的釋放能量遠大於波導6的釋放 能量’這意味著獲取介質將大多數能量傳送至波導A之 輸出ASoutl ,因此可達到高能量轉化效率。 我們注意到第5C]圖、5C_2圖特別顯示了元件的兩 種取決於主動介質狀態的代表性干涉光。透過其它光線 改變主動介質狀態可切換這兩種代表性干涉光。 48
546496 年β1. 8, 30月日修正 Α7 Β7 五、發明説明（） i i i)註釋 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 我們注意到選擇具有影響的長度/如果不等於/c會導 至Λ 1的一些光的能量傳至埠ASoutl 5 1 1，既使介質是可 穿透的’因而又1傳至埠Bp0Utl 514的光的能量就減少 了。這種情況下，當介質處於獲取狀態，λ 1的追加光能 量沿著波導Α傳至埠ASoutl 51 1。因此，除非；I !的起 始光能量傳至埠ASoutl 51 1有洩漏，元件的整體操作保 持/ = /c狀態。起始光洩漏可能有用，取決於無歸零振動 操作’它要求既使是低信號狀態，光能量也不歸零。 可理解光子電晶體典型操作中，包括5〇〇,55〇的有效 具體化’一次或更多的輸入輸出光線被描述連續光波 (CW)。也可以是特殊應用的追加光波。說明了不受限 制’通稱CW光線。 進入Asin2 516的λ 2 522之脈衝光會啟動主動介質 508 ’將操作波長λ 1的所獲提供給位於波導a 5〇2的主 動介質508 。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 可理解除了 5A 、5B圖中介紹使用輸入元件5〇6與 5 56以外，又2 522,572的追加光能以任何補充方式輸入 波導A 502的主動介質508。如，從波導外衝擊主動介質 (如從頂部以垂直方向進入波導A )。 既然5A與5B圖中5〇〇,5 50元件的主動介質5〇8以^ 取模式操作，光子電晶體有一個「增益埠 丁」议於進入端 (波導 A 502)。 49
經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 54649®. 8. 3〇 年月日修正/矣士A7 B7 五、發明説明（） 如果介質一開始處於可穿透狀態，主動介質508中啟 動的電子數量與被介質5 08吸收的；12追加光線的電子數 量約相等。而且，如果（半導體介質）十一分之一秒時間間 隔内電子自由衰變前由又1產生電子，；產生的電子數 量和轉至波導A 502輸出埠的電子數量，與啟動的電子 數量約相等。結果，如果介質508完全吸收又2的電子’ λ 1的電子數量接近（如，相關）又2的電子數量。這被稱 量子數相關。這時，500,550元件能被用作高度統一的量 子功效元件。元件範例500,550用以將一束光轉成具更長 的波長。因此，這種元件可作為量子數相關之波長位移 器。而且，元件是可逆的，因波長λ!的追加光線傳回 ASoutlb 524輸出埠光子電晶體不會產生又2 522的追加 光線離開埠 ASin2 516。因此，這種元件可作光兩極元 件。 iv) MMI結構元件 如上所述，這種元件可用於多模態干涉結構，元件 M500，如第5D圖所述，更理想地包含多模態干涉（MMI) 波導MMI M5 024，替代波導A與B產生的直接耦合器。 多模態干涉MMI波導M5 024更理想地包含一個一级通道 (以連接本圖中的光子電晶體A和光子電晶體A’）以代替 波導A 、一個二極通道（以連接本圖中的B和B')以代替 波導B。MMI波導M5024更理想地包含一個主動介質 Μ 5 0 8 ’在5 D圖中沿著一級通道灰色部分說明。巧*以理 50 本紙張尺度適财關家鮮(CNS)A4祕(21GX 297公D ' .............0.........、可..... (請先閲讀背面之注意事項再場寫本頁) 546496»! 8. so A7 B7 年月曰修正 五、發明説明（） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 解’元件⑽0比500功能性、操作性更理想，元件500 比M500描述與評價更實用（除了圖說明加了個m)。例示 專用物理特性如下述。元件MMI與耗合器的相似操作能 以第5E]圖電場模式說明，它描述了第圖相似情 況與第5Ε-2圖電場模式，它^ ^ , 匕指述了與第5C-2圖相似情 況。在第5E圖模擬情況中’元件特性(如圖5D所示)選 擇：¾下/為4.3微来’ w為} 2微米，Wg為〇·4〇5微 米，而L為2 · 1 5微米。 ν)共振結構元件 如上所述，這種元件可田 裡彳千了用於共振結構元件，元件 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 R5 00如圖5F-1所不，更理想地包的含波導a R5〇2與 短波導B R5 1 5輕合，構成由閉合電路波導形成的光共振 R517的一部分。這些波導與波導a是一樣的，因它門 更理想地由高折射係數材料構成用以波導。閉合電路共 振器R5 17與另一波導b R5〇4耦合。共振器與波導a、 波導B之間的光能量輕合可實現’如，透過低折射係數 間隙，如第5F-1圖所述的間隙Wgl與Wg2。只要光共振 效果被貫現，共振器可以是一個心線厚度（見第6F_5圖） 的圈，磁片有一個波導心線厚度t，或空間直徑d(見第 6F-7圖），或其它圈、磁片、或空間的幾何變形。如内行 所知，波導與共振器並排放以實現耦合，（見第6F-6圖例 示說明）無須以水平方式並排放置，但可以垂直上下放（見 圖6F-8例示說明），或其它方式，考慮水平底質。我門注 51 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) 64 54 8. 30月日修正/琴正/補乞
五 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 發明説明（） 思到’也可用MMI耦合器實現耦合，這樣不需要間隙， 耦合的地方仍是高折射係數材料。 波導 A R502 與共振器波導 B、-R-B(R515，R517，R504) 用以替代波導A和B形成的方向耦合器。連接波導a 與B'的光能量底，更理想的是有百分點變動（例，由i5 至2微米的影響長度丨達到波導a與b之間〇. 4微米間 隙以實現5%的變動）。專門者都知到，在共振頻率上， 閉。線圈共振器允許能量達到遠比波導A輸入光強度更 高的級別（如高出20倍）。更理想的是共振線圈中的部分 光能（如5%)會返回波導a，與波導a中的初始光恰相 反’因此’可消除波導A耦合區域的光能（如波導B'跨 越的區域）。更理想的是，共振線圈中的部分光能（例， 5%)會傳至波導b R5 〇4 ;結果，就達到光能從波導A R5 02透過閉合共振器整體傳送至波導B R5 04的效果。 共振結構元件一個顯著優勢是以更短的耦合長度達到同 樣效果。一個缺點是狹窄的波長操作範圍，它要求操作 波長在或接近於共振器頻率。 波導A R5 02更理想地包含主動介質r 508，位於波導 A與共振器的交叉點後，由第5F-1圖灰色部分說明。可 以理解元件R5 00比500功能性、操作性更理想，元件 5 00比元件R5 〇〇描述、評價更實用（除了以r開頭的圖 示外）。 共振器也可是多線圈共振器形式，如第5F-2圖所示元 件RM5 00，它例示RM517、RM519、RM521的三閉合線 52 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 線—秦 54649系 / 日修正/ A7 B7 五、發明説明（） 圈共振裔’它由高折射係數材料構成，與波導A中材料 類似。這種共振器可以是第5F-3圖元件RD 5〇〇所示盤 形（RD5 17、RD5 19)或盒形（RD521)或球形（無顯示）。這些 共振器的閉合線圈中間是實心的，共振器側壁的低音模 式或重傳杈式可用來實現光振動。振動器的耦合可透過 低折射係數材料間隙或第5F_4圖元件RMG5〇〇所示mmi 耦合器的小接頭實現，圖中三個耦合區域（Wci，wc2與 Wc4)是MMI輕合器。可以理解元件RM5〇〇，rd5〇〇及 RMG5G0比元件5GG功能強，操作性更強，元件則比元 件RM500，RD500，RMG5〇〇描述、評價更實用。（除了 RM、RD、RMG的代表性圖示）。 vi)耦合器/MMI/共振器結構元件之pBG實施 如上所述，於定向耦合器結構或MMI結構或共振器 結構之光學波導可以光子（PBG)結構之形式被實施。對於 定向耦合器結構之情況，該光子(pBG)、结構係主要於第 5GU圖巾之元件pC5〇〇戶斤示。光子能帶隙結構於較佳之 情況係包括光子能帶隙波導A p⑽及光子能帶隙波導 B/C5〇4°該光子能帶隙刪波導A g b於較佳之情況 係包括一係列周期性放置之由具有高反射率波導區域外 之低反射率係數材料形成之孔洞。如習於本技藝之人士 所知’該係列孔洞係形成一阻礙波長間隙以傳遞電磁電 %，措以將光限制於確定光子能帶隙波導A或B之區 域。如，對於折射對比n = 3 s(黑色區域）至白色區 53 ^氏張尺度適用中國國家規格(210x297公釐） 546496 & 30 年月曰修正 五、發明説明（） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 域），該孔洞中心間之垂直距離能有0.527微米，該孔洞 中心間之水平距離能有0.608微米，該孔洞之直徑能有 0.4微米’其將提供於約丨.5//111(或1 500nm)波長之光子 能帶隙。該作用長度1係被選擇以實現最大能量耦合。該 光子能帶隙波導A PC5 02於較佳之情況包括如第5G-1圖 中之灰色區域所描述之主動介質 PC508。於元件 PC500 中之光子能帶隙波導A PC502或B PC504係如元件500 中之波導A 5〇2及B 504而操作。應被理解，元件PC500 係以另外方式機能性及功能性同樣於元件5 00，且有關於 元件500之描述及說明係通常可應用於元件pc5〇〇(除圖 示現分別帶字首PC)。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 同樣地，該MMI結構可以如第5G-2圖中之元件 P Μ 5 0 0所示之光子能帶隙結構之形式以被實施，應被理 解’元件ΡΜ5 00係以另外方式功能性及操作性同樣於元 件Μ5 00，且有關於元件Μ5 00之描述及說明係通常可應 用於元件ΡΜ500。同樣地，該共振器結構可以光子能帶 隙結構之形式被實施，如第5G-3圖中之元件PRD500所 示。如習於本技藝之人士所知，共振器能藉由移動單個 孔洞（如第5 F - 3圖中之情況）或成組孔洞（未圖示）而形成 具有光子能帶隙結構。應被理解，元件PDR5 00係以另外 方式功能性及操作性同樣於元件RD500，且有關於元件 RD5 00之描述及說明係通常可應用於元件pRD5〇〇(除圖 示現分別帶字首PRD)。 54 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公變) 546496^1. a go 年月 曰修正/史_正/補充τ Α7 _— _Β7 五、發明説明（） 應被理解，對於該元件之尺寸及材料係出於描述元件 Μ500、R500、RM500、RD500、RMG500、PC500、 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ΡΜ500及PRD5〇〇之有用實施例之目的而非用以限定任 意元件範例，或元件M500、R500、RM500、RD500、 RMG500 ' PC500、PM500及pRD5〇〇之其它例示實施 例。不同之大小尺寸能被應用’其取決於如所希望之被 實施之製造材料，過程或技術之應用。不同材料能被採 用，如，波導並不一定係半導體，可係光纖或聚合物波 導（只要必須之波導或波耦合效應被實現），該主動介質並 不一定係半導體或量子井而可係摻雜於玻璃或主動聚合 物之辑離子（只要增益/損耗/可穿透特性係實現），且該共 振器並不一定係半導體而能係玻璃或聚合物（只要必須之 共振效應被實現）。亦應被理解，波導、MMI結構、光子 能帶隙結構、或共振器通常並非線形、環形、平行或有 規則之形式。任思曲線形狀及結構尺寸可被利用只要它 們實現相同之功能如波導、波耦合、光學共振效應、及 光子能帶隙效應。 解 S 被 應 主 之 件 元 等 該 當 於 作 操 要 主 質 介 益 主 於 式 模 耗 損 // 透 穿 可 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 變 改 時 同 之 率 射 折 之 質 介 能 之 。 率能 射性 折之 之件 質 元 介該 動升 主提 於步 ο 一 生進 產以 發用 時被 態況 狀情 變些 改一 質於 介能 主變 於改 操介 之動 件主 元及 等性 該特 ， 之 而耗。 因損作 作 質 況 情 等 該 括折 包之 射 5 5 是 如 透操 穿之 可件 / 元 益 J 使 曾 指 以 用 被 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) 546496 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（） B ·元件範例2 第6圖描述使用一方向性耦合波導之光子電晶體元件 之一第二實施例600。該元件能當作一切換元件，並尤其 能切換或轉換於低能量及長波長之慢速或超快速（1〇-ι2 秒，10_15秒）光學脈衝流至於相對高能量（相對短波長）之 慢或超速脈衝流。該元件600不限於使用切換元件，且 能被使用，如作純光邏輯閘、光強度放大器、光子複製 器、光強度調變器，光強度調整器、光學相移器、無損 耗信號接頭、光學偵測器及可變光學衰減器。應被理 解，元件600之該等例示應用係用於描述對於元件6〇〇 之寬範圍使用，並非用於限制元件之其它例示實施例之 應用於該等例示。該元件可指如「輸出-臂-損耗-閘低至 兩能量反轉光子電晶體」（〇UpUt-Arm-Loss-Gate Low-to· High-Energy Inversion Phosistor (OLLH 光子電晶體 600)。 OLLH光子電晶體600於較佳之情況包括由波導A 620所佔據之空間區域所組成之光的第一路徑及由波導b 604所佔據之空間區域所組成之光的第二路徑。波導a 6 04於較佳之情況包括主動介質608。如上所述，波導B 604能如第4C圖中之具有主動介質420之波導430而進 行實施，且波導A 602能於一有用實施例如波導4〇〇而 進行實施。波導B 6 0 2於較佳之情況包括輸入琿b s丨n 2 606及輸出埠BPout2 604其重覆作一可能輸入埠（未圖 56 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐） " ..............#.........、可.........亨·· (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 五 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 \8. 30 月日修正#^Γ Α7 〜---- 發明説明（ 且 圖係顯不波導A 602具有寬度W光子電晶體 且位於與具有官疮 n 人b之波導B 004約平行之距離（耦合 間隙或距離）Wg上， 兩詞可交換使用，、具有見度WB。「波」’「光束」 供/Γ標號「A Pln2」(61°)之輪入端，「P」代表能量 二心//A」係指波導A 602， 「in」係指輸入端，且 「、曰λ 2之輸入波長。對於標號「ASout2」（612)， 」代表彳°嬈束，「A」係指波導A602， 「out」係指 其於輸入端，r 2 孫 「 」係指λ 2之輸入波長。對於標鱿 ^ BSnil」（606)之輸入端，「§」代表信號束，「β」係 波導B 604 ’ 「ln」係指6〇6於輸入端，且「丨」係指 「 輸入波長。對於標號rBP〇ut 2」（614)之輸出端， 」代表月匕里供應束，「B」係指波導B 6〇4， 「⑽t」 係指606於輸出端，且「2」係指λ 2之輸入波長。 於波導Α上之輸入埠APin2 610適當設置以接受具 有波長又2(於久2)(連續波能量輸入；12)618之光。於某〜 如下描述之條件下，當於波導上之主動介質到達可穿透 狀態且波導A及B係光學性可穿透，於；1 2 6丨8之大多 數沿波導A 602傳遞之連續波光將傳送至波導b 604，^ 輕合長度/c之後。於人2之連續波光然後從波導b 6〇4 ^ 出於埠BP〇ut2 614如於λ 2之光（NEG信號輸出λ 2)62〇。 該耗合長度係如該長度所定義，於該長度上於一波導 上之波最大耦合於耦合於第一波導上之另一波導。於 57 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) ..............0.........1 叮.........%· (請先閲讀背面之注意事項再填、寫本Ϊ
件600中，作
長度’，被定義成於波導A 602及波導B 6 0 4間之作用# 焚度’其等於整個耦合長度/c，如是/=/c。 請參閱第6 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 圖’主動介質608之長度L係約作用長度 )4主動介質608之長度L可略長於或短於/。相 對於作用長产/ & & 又 而改變主動介質608之長度l將改變輸 入至輸出之作狀/电 。就傳送效率，而卻不會影響該元件之一般 操作原則。 /心被里解5亥等尺寸，命】示長度，及幾何形狀被顯示 係出於描述元件600之有用實施例之目的，蓋不能以限 制任思7L件或元件6〇〇之其它例示實施例。不同尺寸、 及成何形狀忐被採用，其取決於所希望之被實施 之應用及製造材料，過程或技術。如，當選擇/=/c之選 擇係描述於該元件範例，該作用長度可與耦合長度/c(或 化之多重奇數）不同而卻不會影響該元件之一般操作原 則° 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 亦應被理解，該波導之形狀通常不需為線性。曲線形 狀及不同波導之尺寸可被利用只要其實現如波導及波耦 合之相同功能。該主動介質能位於沿波導B之交替位置 之中心，而非如第6圖中描述的，且沿波導b能有多於 一個之分離主動介質區域。且，並排放置以實現波耦合 之波導並非必須要水平並排放置，而能於自頂向下垂直 方式或其它相對於水平基材之方式以放置。搞合之波導 亦非必須要準確平行或具有相同之波導寬度及尺寸，只 要波導之理想效應被實現。 58 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) 30 546496 A7 B7 di 年 五、發明説明（） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 於元件600之例示實施例，於8〇〇ηιη之波導範圍之 喿乍波長又1月&於820nm，波長又2能於80〇nm，而波 導A 6〇2能如具有描述於第4A圖之波導400而被實施， 且波導B 604能如具有描述於第4B圖中之具有主動介質 42〇之波導430而被實施，於對於具有於〇·3之合金組合 x之波導軸蕊具有約690nm之能帶隙能量之波導的 ALGabxAs之實施例。因而軸蕊材料係於波長82〇nm具 有可穿透性。當於主動介質係完全去激，該主動介質係 吸收光於80〇nm及820nm兩種波長。該介質如第3a_3d 圖中所描述係基本三級介質’對其而言，電子係自由從 *能階衰減至對應於820nm吸收之對應於820nm之高能 階。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 於操作於1 5 00nm波長範圍之元件600之例示實施 例’該波長λ !能於1 500nm，該波長λ 2能於1480nm， 及波導A 602能如描述於第4A圖中之波導400而被實 施’波導B 604能如描述於第4B圖中之波導430而被實 施’於對於具有於χ = 〇· 16及y = 〇· 67之合金組合之波導轴 蕊以給予約ll〇〇nm之能帶隙能量之波導的Ini xGaxASl-yPy之實施例。因而軸蕊材料於波長又=1 148〇nm者具有 可穿透性。當波導A之主動介質係完全去激，該主動介 質係吸收光於1480nm及1500nm兩種波長。該介質係如 第3A-D圖所示之基本三級介質，對其而言，電子係自由 從對應於1480nm之高能階吸收至對應於i500nrn吸收之 高能階。 ^ 59 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) 546496 % Ϊ. 30 日修正/更士
五、發明説明（） .............#! (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 於操作於150〇nm波長範圍之例示實施例，波導4〇〇 之橫斷面尺寸係〇々m寬，0.25^m厚。第6圖顯示波 導A 602具有寬W光子電晶體，且位於約與具有寬度 WB之波導b 6〇4平行相距Wg(耦合間隙耦合距離）之位 ^上。於該例示實施例中，波導A 6〇2具有寬w光子電 晶體等於0々m’且位於約與具有寬度wb之波導B 的4平行相距Wg 〇^m之位置上，而波導b 64〇具有 等於0.4 // m之覓度。於該例示實施例。波導b 6〇4具有 等於0.4之見度。於該例示實施例，&及/各為1 $ #⑺。 應被理解，該等尺寸，例示長度，及幾何形狀被顯示 係出於描述元# 600之有用實施例之㈣，蓋不能以限 制任意元件或元件600之其它例示實施例。不同尺寸、 大小、及幾何形狀能被採用’其取決於所希望之被實施 之應用及製造材料，過程或技術。 0元件操作範例 對於該元件之可操作有不同模式。以下，我們將討論 該元件之三個例示及有用操作模式。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 差_一操作模式銥你丨 於本元件之第一例示及有用操作模式，具有波長λ 於A2)618(CW PWR ΙΝ又2)之連續波（cw)光進入波導 A 602上之埠APin2 61〇。於初始狀態，沿波導b 6料之 主動介質608不被激發且位於模擬於情況光子電晶體之 ’ 60 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公爱) 546496 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 财· 8. 30
年月曰修正/真具 發明説明（ 貝耗狀怎’明參閱帛3A g|。於λ 2之該連續光波係沿波 ’ 傳遞且其一些能量係透過短暫耦合而漏至波導 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) Β 604。當於λ2之cw光us到達波導上之主動介質 6〇8其驅動主動介質608至於λ 2之可穿透狀態。又2之 強度必須足夠強以使12>(1/ 7? )I2Sat。即，當沒有於又1 622之脈衝光進入埠BSini 6〇6(即，輸入關閉狀態）’於 入2之光之強度必須超過由所分離之飽和強度，々係所 需要將於波導Β上之主動介質帶到可穿透狀態之洩露能 量之波導Β 604之有效百分數。該主動介質608之狀態 係模擬與情況D，請參閱第3D圖。 於波導Β 604上之輸入埠BSinl 606係對於具有波長 λ 1(信號輸入；輸入信號埠。進入埠BSini 606之脈衝 光λ 1 622將去激或衰減主動介質608，以提供於操作波 長λ 2之損耗於位於波導β 604上之主動介質608。主動 介質608之狀態係模擬於情況c，請參閱第3C圖。來自 輸入埠APin2 610之於λ 2 618之CW光損耗能量於主動 介質608 ’如是於又2 618之大多數CW光不能傳送至波 導Β 604且因而不能從Bp〇ut2 614上之輸出退出。而 是’於；12 618之大多數CW光傳遞透過波導A 602且如 於又2(信號輸出；12)628之脈衝光退出第一波導A 602而 退出輸出埠，且其退出埠BPout2 614之能量係本質地減 少於當；I 2 622之脈衝光存在時。
當於；I ! 622之脈衝光被移開，主動介質將藉由經過 損耗或吸收介質之於λ2 618之光而被驅動回於又2(第3D 61 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) 546496 fl 8. 日修疋/更A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 B7 五、發明説明（） 圖中之情況D)，且於又2618之大多數CW光將傳送至波 導B 604且因而再次從於BP〇W2 614之輸出而退出。於 第6圖之元件之該第一例示及有用操作模式的淨效應 係，於初始狀態，來自輸入端光子電晶體Pin2 610之於 λ2 618之大多數CW光耦合至波導B 604且如CWA2 620退出輸出埠BPout2 614。進入埠BSinl 606之於λΐ 622之脈衝光產產生正向於又2 628之脈衝光（於脈動過程 之具有增加強度之光）退出埠 ASout2 612及負向於λ 2 620之脈衝光（於脈動過程之具有減少強度之光）退出埠 BPout2 614。於；li 622之脈衝光之停止情況下，於入2 628之光返回其初始狀態且於λ 2 628之大多數光如 CW λ 2 620退出輸出埠BPout2 614。 第二例示操作模式 於該元件之第二例示及有用操作模式中，；I 2 6 1 8之 強度係低於所需將主動介質驅動至於λ 2狀態之強度。於 此情況，於；12 618CW光將不能被其自身驅動該介質回 可穿透狀態，在於λ ! 622之脈衝光被移開之後。具有等 於或短於λ2之分離第三輸入光束被引導以驅動主動介質 回可穿透狀態。該第三光束λ tr 624能透過朝向主動介質 608之埠被輸入。該第三光束Itr之強度應足夠強以將主 動介質帶至在於；622之脈衝光之移開下之可穿透狀 態。第二光束又tr 624能存在於一脈動方式如於（或交替） 該輸入光束；I ! 622或能如CW束而存在。於兩種光束入 ’ 62 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X 297公釐) ..............0.........、可......... (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 546496 J1 S. 30年月曰修正 A7 B7 五、發明説明（) tr 624及又1 622同時存在之情況，其理想之情況係光束 λ tr 624之強度itr非足夠強，以阻止光束去激主動介 質。於第6圖中之元件之第二例示及有用之操作模式之 淨效應係於初始狀態大多數來自輸入蟑光子電晶體 Pin2 610之於；^2618之連續波光係耦合波導B604，且退出輸 出槔BPout2 614如連續波光入2 620。進入蜂BSinl 606 之於又1 622之脈衝光係產生成正向之退出琿光子電晶體 Sout2 612之於Λ 2 628之脈衝光（於脈動過程具有增加強 度之光）及負向之退出埠BPout2 614之於又2614之脈衝光 (於脈動過程具有減小強度之光）。於Atr 622之脈衝光之 停止情況下，於人2 628之光返回其初始狀態且於又2 628 之大多數光如CW λ 2 620退出輸出埠BP〇ut2 614。於λ tr 624之脈衝光之停止情況下及光束脈動λ tr 624被引導， 於又2 628之光返回其初始狀態且於又2 628之大多數光如 CW λ 2 620 退出輸出埠 BPout2 614。 為使光束又i 622及；ltr 624與主動介質有效相互作 用’其不耦合從波導B之波導A之許多能量係所要的， 該搞合不將影響元件之一般操作原理。此係能夠如與光 束λ! 62 2或；624之不同之極性放置光束久2 618，及 透過對於光束；I 2 622於波導A及波導B間之較弱或可忽 略之耦合，但對於光束618之較強耦合，而實現。透 過具有波導Α及Β而成一極化依賴耦合器。換一種方 式’可從光束A〗628及；ltr透過具有波導A及B而成 63 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) (請先閲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 546496 m. 8. 3〇 年月曰修正/主土^^ A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（) 一模式選擇耦合器即透過具有波導A即B而位於一不 同傳遞波導模式（如，位於第一順序傳遞模式）。 m A Ip. ^ 於該元件之第一例示及有用操作模式中’ Λ 2 6 1 8之 強度係低於所需將主動介質驅動至於λ 2狀態之強度。於 此情況’於λ 2 6 1 8 C W光將不能被其自身驅動該介質回 可穿透狀怨’在於Λ 1 622之脈衝光被移開之後。於此情 況，具有ΡΝ或pin接面之主動介質，如描述於第4C圖 中之主動介質，係用於沿波導B代替主動介質42〇。一 恒定正偏壓及電流係施加於介質425以於人1 622之脈衝 光被移開之下而驅動主動介質回可穿透狀態。然理想情 況係該正向偏壓電流非足夠高以阻止光束λ 1 622去激該 主動介質。該主動介質之狀態係位於模擬於情況C之可 穿透狀態。於第6圖中之元件之第三例示及有用之操作 模式之淨效應係’於初始狀態，大多數來自輸入埠光子 電晶體Pm2 610之於λ 2 618之連續波光係耦合波導Β 604，且退出輸出埠BPout2 614如連續波光λ 2 620。進 入埠BSinl 606之於；I 1 622之脈衝光係產生成正向之退 出埠光子電晶體Sout2 612之於；I 2 628之脈衝光（於脈 動過程具有增加強度之光）及負向之退出埠BPout2 614之 於；I 2 6 1 4之脈衝光（於脈動過程具有減小強度之光）。於 λ tr 622之脈衝光之停止情況下，於又2 628之光返回其 初始狀態且於；I 2 628之大多數光如CW又2 620退出輸出 64 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) ------------4^ 裝---------、可 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 5464% 8. 30 年月曰修正 五、發明説明（） 谭 BPout2 614〇 於〕 /ζ ^ λ , 、入tr 624之脈衝光之停止情況下及光束 脈動λ tr 6 24被引道 、 丨導，於又2 62 8之光返回其初始狀態且 於Λ2628之大多卷止。 Α夕數先如CW λ 2 620退出輸出埠BP〇ut2 614 ° ii)元件之一般操作 元件之例示4木作能透過如第6 _ 1、6 _ 2及第6 _ 3圖對 於於1 500nm波長範圍所示之電腦模擬結果而被說明。第 6-1圖及第6-2圖顯示對於於λ 2 618之光輸入值電場強 度之空間分佈，於傳遞進入波導Α及波導Β之後。第 1圖及第6-2圖之上部分係二維圖，對其而言，亮部係顯 示相對電場強度，第64圖及第6_2圖之下部分係三維 圖，對其而言，高度係顯示相對電場強度。第6_3圖顯 示於波導人（埠八3〇1^2612)及波導3(埠3?〇1^2614)之輪 出埠之相對月b畺作-g L函數（損耗係數_ g及介質長度匕）。 於該圖，於光子電晶體Sout2之輸出係由點畫線而表 示’實線係表示於ASout2及Bpout2之輸出量（即，虛線 加點畫線）。第6-1圖顯示當增益介質位於可穿透狀態（於 損耗係數0 per a m或-gL = 0)時之情況。從第6-1圖中， 很明顯，大多數；I 2 618之能量係由於埠BPout2 614之波 導B 604退出，第6-2圖顯示當介質係藉由於λ 1 622(於 增益係數3.3///m或-gL = 50)之脈衝光去激至於A〗之損 耗狀態之情況。從第6-2圖，很顯然，大多數λ 2之能量 係由波導Α退出。第6-1圖及第6-2圖顯示對於元件之 ^ 65 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) ..............變-, (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} 訂· % 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 546496 fl. s 年月』日修正
發明説明( 光之兩個代表+ 離 干涉通量模型，其係依靠於主動介質之狀 二哲二’―人可藉由透過另一光束之動作而改變主動 "質之狀態，而於止 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ， ；先之兩個代表干涉通量模型間轉變。 應注思，除了兮癸 了為專兩狀態，有其它狀態，如第6-3 示之於-gL = 6之由叩， 中間狀態，對其而言，有被損耗介質 收之本質地完全 貝叮及 凡王此夏吸收，如是於波導A及波導B之兩 個輸出端具有低輸出能量。 i i i)註釋 應破理解，於光子電晶體之典型操作中，包括有用實 施例600 ’ 一或多個光輸出及輸入係如連續波光進行描 述。該光能另外於一些特定應用中係脈衝光。為描述而 非限制之目#，此光係用作連續波光。 一 \光子電Ba體元件6 0 0能夠於一定之操作條件下提供 光子增益。此係因於；1 2之光脈衝能產生具有增加數光子 之輸出脈衝。該增加相當巨大。 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 ί 社 印 製 應被理解，切換器之速度能如主動介質6〇8 一樣快， 田於；I 2之增盈狀態（於第3 c圖之情況c)，將快速藉由當 於又1 622之脈衝光被除去時之穿增益介質6〇8之於入2 之光618而驅動回於又2之可穿透狀態（第3D圖中之情況 D)。該主動介質之狀態6〇8將再次模擬於情況d，請參 閱第3D圖。 應被理解’於Λ i之脈衝光622能於任意實施方式被 輸入於波導B 604上之主動介質608。尤其，於；^622 66 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(21〇χ 297公董) 546496^ p 〇 9ί· 8· 30 年月曰修正 --一丨 _ 五、發明說明（ 之脈衝来能；佳λ ^ 輪入埠BSinl 606或者輸出蟑BPout2 ”兩七於可能之輸入埠（未圖示於第6圖）。其亦能 "、導（如於垂直於波導方向之上部）以外撞擊於主動介質 之上。可能發產生之固定光之問題能由利用二色向筛檢 程式或耦合為（未圖示）而被定位。 、因第6圖之元件6〇〇之主動介質6〇8係操作於增益模 式，光子電晶體具有「增益閘」。該閘係位於輸出臂（波 導 B 604)。 w)以元件範例2作為波長多路轉換器/去多路轉換器 或波長選擇切換器 於元件2另一有用實施例中，波導A及B具有不相 等之寬度W光子電晶體及wb。如習於本技藝之人士所 熟知’具有不相等波導寬度之波導耦合器將具有較強之 波長之靈敏性。尤其，當主動介質位於可穿透狀態，僅 光之某一波長將最大限度從波導A至波導B耦合，因 而’允許元件不僅充當切換器而且充當波長選擇切換 器。除了於波導寬度之區別，該元件實施例係另外功能 性及機能性等同於元件600，有關元件600之描述及說明 係通常可應用於該元件。 v)元件2之多重波導方案 如幾何形狀之差異，元件2能以如三波導結構之多重 波導元件之形式而被實現。該元件，元件CB600顯示於 / 67 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) ............. (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 546496 扔· 8. 30 年月R修正 Α7 Β7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（） 第6圖’其中於波導a之光束係首先耦合於波導G之光 束’其包含主動介質。於波導G上之光束然後耦合光束 於波導B。波導a、b&g之波導寬度能相同或不同於其 它’只要光束所需耦合被實現。對於信號輸入；I 1(BSin 1) 之輸入埠於較佳之情況連接於波導G如是於λ 1之輸入脈 動能如以前一樣到達主動介質。該作用長度/被選擇如是 當介質係位於可穿透狀態，於較佳之情況於波導Α之大 多數能量將輕合於波導B(透過波導G)。讓我們標記該長 度°應被理解，元件CB600係以另外方式機能性及 功能性同樣於元件6〇〇，且有關於元件600之描述及說明 係通常可應用於元件6〇〇(除圖示現分別帶字首CB者 外）。 應被理解，三波導元件係另外功能性及操作性相同於 兀件800，且有關於元件之描述及說明係通常可利用於三 波導元件。如於元件2，該三波導元件能透過插入多哥 平行耦合波導於波導A及B間而歸納於多重波導元件。 兀件2之方案具有一優勢，即主動介質係位於波導 G，其使引導於於λ2之脈衝光以於主動介質相作用。 且，此係一對稱結構如是埠Bpin2係操作如埠APiW且 埠BPout2係操作如琿AS〇ut2。因此，當該介質係位於可 穿透狀態，輸入埠Apout2之於入2之光將退出埠Βρ〇^2 且輸入璋Bpln2之於λ 2光將退出埠As〇ut2(此係指交又 狀態）。當介質係位於損耗狀態，輸入埠Apin2之於入2 之光將留在波導Β並退出於BP〇ut2(此係指條狀態）。該 ...............Φ.........訂.........線-· (請先閲讀背面之注意事項再填、寫本頁> 68 546496 91 8 3〇 年月曰修正 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（ % X又-條 熟悉本案之該等技藏 如,奋 真人士所知，一 2Χ 2光學切換器能率 聯以實- Νχ Μ光學切換器。 vi)MMI結構元件 如上所示’該元件可以多模態干擾(MMM構之形 式’元件編〇,如第6B目，其於較佳之情況波導多棋 態干擾（MMI)波導M6〇24，代替由波導a及B所形成之 方向搞合器。該多模態干擾MMI波導M6Q24於較佳之产 況包括第-臂或路徑(如圖中沿結合A * a，之線)替心 導A及第二臂或路徑（如圖中沿結合B及B，之線）替代 導B。MMI料M5〇24於較佳之情況包括主動介 M608，其係被描述如沿其第一臂之帛6b冑中之灰色 域。應被理解’元件M_係以另外方式功能性及操作 同樣於元件600’且有關於元件6〇〇之描述及說明通常 應用於元件M600(除圖示現分別帶字首M)。該例示特 物理尺寸係如了戶斤給。於MMI丨件及輕合器元件間操 之相似點可被如第6C-1圖所示之電場模型，其描述如 6光子電晶體6A-1圖及第6C-2圖所示之常模型之類似 況。於第6C圖所示之模擬情況，/取4 3微米，w取 微米，Wg取0.405微米，且L係2.15微米， vii)共振器結構I元件 波 質 區 性 可 定 作 第 2 ..............#.........、|叮.........#· (請先閲讀背面之注意事項再場寫本頁} 69 54649691. 8. 3〇年月日修正/,更正/褥光^ 八7 ------—_ B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（） 斤示。玄元件可以共振器結構之形式。有兩個元 件。一個如第印·1圖所示之元# R6〇〇，其於較佳之情 況包括耦合於一短波導B，R615之波導A R602,其係由 一閉銥波導所形成之光學共振器R6丨7之一部分。該 導係相同於波導A，並中豆 以 八T具由问反射係數材料所組成以 實現波導。忒閉環共振器R6丨7係耦合亦於另一波導— ㈣共振H及波導A及波導B間之能㈣合光能 被實現，如，透過充滿較低反射係數物質（比波導之反射 係數要低）之間隙如由圖中之間隙分隔Wgl及wy所指 不。該共振器能於環之形式（請參閱第6F_5圖），碟之 式（凊參閱第6F-6圖）或球之形式（請參閱6F_7圖）或 環 '碟、或球之幾何變形，只要光學共振效應被實現 如習於本技藝之人士所知，波導及共振器係被並排方 以實現波耦合，不能水平放置（請參閱第6F_6圖描述碟 之情況），但能於顛倒垂直方式被放置（請參閱第6F_6 所示之碟狀之情況）或其它有關水平基材之形式。我們 意輕合亦能與MMI耦合器之使用而被實現，對其而言 無間隙被需要，且耦合區域亦被具有高折射係數材料 添滿。 波導 A R602 及共振器波導 B，_R_B(R615，R6i7，R6〇4) 被使用代替由波導A及B所形成之方向耦合器。從波 A之波導B'輕合之光能量能較低，於較佳之情況於幾 百分點之範圍内（如5%可實現對於波導A及B，之〇 米間隙具有作用波長11 · 5至2微米）。如習於本技藝 70 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐)
B J \ ............. f清先閎漬皆VRcit事黃斗眞窝仁 形 由 置 圖 注 所 導 個 .4微 之人 -口 30546496 fl 年 月日修正/更· A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 i、發明説明（） 士所知，於共振頻率，閉環共振器係允許能量被建立之 一強度層次，其比波導A之輸入光強度要高（如2〇倍）。 於較佳之情況’共振器環之光能量之部分（如5 %)將退出 波導B R6 04 ’其淨效應係光能量從波導a R604全部透 過閉環共振器傳送至波導B R604。共振器結構元件之一 顯著優勢係需要較短耦合長度以實現相同效應（於此情況 藉由5%耦合之因數）。一劣勢係較窄波長操作範圍，其 要求操作波長係位於或約在共振器之共振頻率。 該閉環共振器R6 1 7於較佳之情況係包括一主動介 質。該主動介質能位於波導A及共振器I)R608光子電晶 體之間，或者位於兩個區域I及區域Η，包括具有添滿整 個共振器容積之主動介質。具有於區域Π之主動介質損 壞共振器之Q值並阻止該電場於共振器建立，且因此阻 止基本能量從波導Α至波導Β之耦合。具有主動介質於 區域I將截斷耦合於波導A及共振器，當主動介質係位 於損耗狀態’其此外損壞共振器之Q，且因此將更有效 阻止基本能量從波導A至波導B之耦合。因此，當主動 介質係位於損耗狀態，該共振器被稱〇FF狀態，對其而 言光將保留於波導A。當主動介質係位於可穿透狀態， 共振器被成ON狀態，對其而言光將保留於達到波導B。 於λ 2之脈衝光將去激主動介質R608，以提供於操作波 長又2至損耗至位於共振器R604之主動介質R608。該脈 衝光能以幾種方式到達主動介質，包括使用模式選擇轉 合器將光耦合進入該共振器，其具有如圖所示之來自淳 ’ 71 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐） ..............#.........、一叮......... (請先閲讀背面之注意事項再場寫本頁) —--- 五 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 546496 J· 修正/私讀γ Α7 B7 、發明説明（ BSinl之分離波導。一 輸入方式係對於於Λ 1之光係可 能=極性選擇轉合器，二向色筛檢程式/輕合器，模 式選㈣合器，或透過自由空間傳遞來自共振器以外， 如來垂直於共振器平面方向之共振器之上部。 當主動介質係位於損耗狀態，來自輸入埠Μ—之 於λ2 18之忒CW光損耗能量於主動介質R6〇8(於該情 况透匕/、振态之作用）如是於λ 2 R6l8之大多數CW光不 能傳送至波導A R602並由輸出埠Asout2 R612如於入 2(仏號輸出；I 2)之光脈動退出第一波導A R6〇2而退出輸 出埠ASout2 R612，且退出埠BPout2 R614之能量係本質 地減少當於；I ! R622之光脈衝存在時。於第6DJ圖之情 況，該淨效應係進入BSinl R6〇6於λ l R622之脈衝光係 產生退出埠ASout2 R612之於λ 2 R28之光脈衝。 應被理解的是，元件R6〇〇在其它方面之功能及操作 上與元件600 —樣，且有關元件6〇0之描述及說明可應 用於元件R600(除圖示號現帶字首r者外）。 共振器亦能於其它形式，如第6D-2圖元件RM600所 示之第多重閉環共振器，其顯示由高折射係數物質如波 導組成之三個閉環共振器RM617、RM619、RM621之 例示。該共振器能以圓盤（RD617、RD619)或盒子（RD621) 之形式或如第6D-3圖中之元件RD600所示之球形（未圖 示）共振器。於較佳之情況，對於該等共振器，閉環之中 央部分係實體及回音廊模式或由來自共振器側壁之反復 折射而形成之模式被用於實現光學共振。對於共振器之 72 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) ---------、可—— (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Η消費合作社印製 546496 零 1 S. 3(1 年月日修正/更正/補先、A7 五、發明説明（） 輕合能穿過低折射值t n 一斤町係數間隙或如第6D-4圖所示之元件 RMG600所描述之_輕合器形式之小結合部，對其而 ° 一個耦合區域（Wcl、Wc2及Wc3)係此種MMI耦合 器應被理解的是’元件RM600、RD600、RMG600在其 匕方面之功能性及操作性相同於元件6〇〇，且有關於元件 600之也述及說明通常可應用於元件rm6〇〇、RD600及 RMG600(除圖不現分別帶字首rm、rd及RMG者外）。 viii)共振器結構Π元件 共振器結構之另一實施例（結構Π )係由第6E-1圖中 之兀件RZ600所示，其於較佳情況包括組接於一由閉環 波導形成之光學共振器RZ617之一部分的較短波導B，之 波導C’。組接於波導B，之數目可較低，較佳之情況係於 幾個百分點（如5 %)之範圍内。如習於本技藝之人士所 知，於共振頻率該閉環共振器允許能量建立於比波長 C’（如比40次要高）之輸入光強度要高得多之能量層次。 於較佳之情況’共振器環中之部分光能量（如5 %)將退回 至具有與原來於波‘ C之光線相反之相位及兩倍於原來 於波導C，之光強度的波導C，，導致於波導c，之光能量相 位之偏移Pi相位。藉由設置波導C，於光學干涉之支臂 上，該相位偏移能被轉變成強度傳送。請參閱第6E-1 圖，該干涉係藉由輸入波導A及B，將來自輸入波導A 至干涉c及c’之兩支臂之光進行分開之5〇/5〇的一分束 器BS1，合併來自C及C1之光及引導其至輪出波導a，，及 ’ 73 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) --------------訂 線·· f請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
546496 ! 30 —于 a 一 五、發明説明（） B之另一 50/50的一分束器BS2。於一些實施中，如開/ 關類型之元件或lx 2切換器，輸入波導（A及B)其中之 一能夠缺少，或輸出波導（A’’及B")其中之一能夠缺少， 或輸入波導（A及B)其中之一及輸出波導（A，，及B")其中之 一二者均缺少。 共振器包含一主動介質及能被置於如結構I之開或關 之狀態。當共振器處於關狀態（如該介質處於損耗狀態）， 進入波導A之於λ〗的光因於波導A ’’之光的結構干涉於 合併干涉之分束器之後而將退出波導A”。當該共振器處 於開之狀態，與干涉之C’臂之額外Pi相位移將產生於波 導A’’之光的結構干涉，但於波導B ”之光的結構干涉及進 入波導A之於λ2之光將退出波導B”。於脈衝光 將去激勵該主動介質RZ608(即描述於元件R6〇〇情況中 之RZ608a或RZ608b),以提供設置於共振器之主動介 質於操作波長λ 2之損耗。該脈衝光能以幾種方法到達主 動介質’包括極化選擇耦合器，二向色濾光片/輕合器， 或模式選擇耦合器，以將光耦合入具有來自如第圖 所示之輸入埠RZ622，或透過自由空間傳遞，如來自於 垂直於共振器平面之方向之共振器頂部。 進入波導Α及退出波導Α”之於Λ 2之光於傳遞過波 導C及C’’後形成光之第一干涉通量模型。進入波導a 及退出波導B”之於入2之光於傳遞過波導C及C”後形成 光之第二干涉通量路徑。當該主動介質處於損耗狀態， 來自輸入璋A Pin2 RZ610之於；I 2之載波光RZ618於主 -.............夢.........1T......... (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 74 546496、 8. 30 月日修正 A7 B7 五、發明説明（） 動介質RZ608損耗能量，其改變光之干涉通量模型（於此 情況係透過共振器之作用），如是，於；之大多數載波 光不能傳至波導B’，RZ604，且因而不能由於BPout之輸 出埠RZ614退出。而是，於λ2之大多數載波光RZ618 傳遞至波導A”RZ602並由輸出埠A Sout2RZ612如於入2 脈衝光（信號退出；I 2)RZ628退出第一波導A ’’RZ602及其 能量退輸出埠BPout2 RZ614係充分地減少當於；I !之脈 衝光RZ622存在時。於第6E-1之情況，該淨效果係進入 埠BSinl RZ606之於；ίι之脈衝光RZ622係產生成於入2 之脈衝光以退出埠A Sout2 RZ612。 因而應被理解的是該元件RZ600在其它功能性及操 作性與元件RZ600係一樣，且有關於元件600之描述及 說明通常可應用於元件RZ600(除現帶字首RZ之圖示號 者外）。 該共振器亦能於其它形式如於第6E-2圖所示之多重 共振器RZD600，其顯示由高反射係數材料如波導a組 成之三個共振器RZD617、RZD619、RZD621之例示。該 共振器能以閉環共振器之形式，或如碟狀（RD6 1 7，RD6 1 3) 或合狀（RD 521)或球狀（未圖示）共振器如第6E-2圖中之元 件RZD600所示。於較佳之情況，對於該等共振器，該 閉環之中央部分係實體及回音廊模式或由來自共振器側 壁之反復折射而形成之模式係被用於實現光學共振。對 於共振益之搞合成穿過低折射係數間隙或如第6 e - 3圖所 示之元件RZG600所描述之MMI耦合器形式之小結合 75 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) .............. (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 546496 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（） 部’對其而言，該耦合區域（Wcl)係此種MMI耦合器。 應被理解，元件RZ600、RZD600、RZG600係於其它功 能性及操作性同樣於元件600，且有關於元件600之描述 及說明通常可應用於元件RZ600、RZD600及RZGG600 (除圖示現分別帶字首RZ、RZD及RZG者外）。 ix)輕合器/MMI/共振器結構元件之光子（Pbg)實施 如上所述’於定向耦合器結構或MMI結構或共振器 結構1或共振器結構Π之光學波導可以光子（PBG)結構之 形式被實施。對於定向耦合器結構之情況，該光子（pBG) 結構係於第6F-1圖中之元件Ρ(：600所示。光子能帶隙結 構於較佳之情況係包括光子能帶隙波導A Pc602及光子 月包帶隙波導B PC604。該光子能帶隙Pbg波導A或B於 較佳之情況係包括一係列周期性設置之由具有高反射率 波導區域外之低反射率係數材料形成之孔洞。如習於本 技藝之人士所知，該係列孔洞係形成一阻礙波長間隙以 傳遞電磁場，藉以將光限制於確定光子能帶隙波導A或 B之區域。如，對於折射對比η = 3·8(黑色區域）至η=ι(白 色區域）’ 5亥孔洞中心間之垂直距離能有〇 5 2 7微米，該 孔洞中心間之水平距離能有〇·6〇8微米，該孔洞之直徑能 有〇·4微米，其將提供於約i瓜（或15〇如⑷波長之光 子此f隙。該作用長度/係被選擇以實現最大能量耦合。 該光子犯γ隙波導B PC6〇4於較佳之情況包括如第 圖中之灰色區域所描述之主動介質pC6〇8。於元件pc6〇〇 ..............#.........、玎.........$·_ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 76
A7 B7 546496 年月曰修正/吏 五、發明説明（） 中之光子能帶隙波導 A PC602或B PC604係如元件 PC600中之波導A 602及B 604而操作。應被理解，元件 P C 6 0 0係於其它方面功能性及操作性相同於元件6 〇 〇，且 有關於元件 600之描述及說明通常可應用於元件 PC600(除圖示現分別帶字首PC者外）。 同樣地，該 MMI結構可以如第6F-2圖中之元件 PM600所示之光子能帶隙結構之形式被實施，應被理 解，元件P Μ 6 0 0係於其它方面功能性及操作性相同於元 件Μ600，且有關於元件Μ600之描述及說明通常可應用 於元件ΡΜ600。相似地，該共振器結構可以光子能帶隙 結構之形式被實施。如共振器結構I之光子能帶隙結構 實施係如第6F-3中之元件PRD600所示。如習於本技藝 之人士所知，共振器能藉由移動單個孔洞（如第6F-3圖中 之情況）或成組孔洞（未圖示）而形成具有光子能帶隙結 構。應被理解，元件PDR600係於其它方面功能性及操作 性相同於元件RD600，且有關於元件RD600之描述及說 明通常可應用於元件 PRD600(除圖示現分別帶字首 P R D)。共振器結構Π之光子能帶隙實施能類似透過用波 導及共振器之光子能帶隙依據如結構I中之光子能帶隙 實施所描述之類似方式以取代波導及共振器而實現。 應被理解，對於該元件之尺寸及材料係出於描述元件 M600、R600、RM600、RD600、RZD600、RZG600、 PC600、PM600及PRD600之有用實施例之目的而非用以 限定任意元件範例，或元件 M600、R600、RM600、 77 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} 訂· 線一 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 546496 fl 年月日修正 五、發明説明（ RD600、RZD600、RZG600、PC600、PM600 及 PRD600 之其它例示實施例。不同之大小尺寸能被應用，其取決 於如所希望之被實施之製造材料，過程或技術之應用。 不同材料能被採用，如波導並不一定係半導體，可為光 纖或聚合物波導（只要必須之波導或波耦合效應被實現）， 該主動介質並不一定是半導體或量子井而可係摻雜於玻 璃或主動聚合物之铒離子（只要增益/損耗/可穿透特性係 實現）’且該共振器並不一定係半導體而能係玻璃或聚合 物（只要必須之共振效應被實現）。亦，應被理解，波導、 ΜΜΙ結構、光子能帶隙結構、或共振器通常不需為線 1*生、環形、平行、或有規則之形式。任意曲線形狀及結 構尺寸可被利用只要它們實現相同之功能如波導，波輕 合’光學共振效應，及光子能帶隙效應。 應被理解，當該等元件之主動介質主要操作於增益/ 可穿透/損耗模式，於主動介質之折射率之同時改變能於 主動介質改變狀態時發產生。於主動介質之折射率之改 變係能於一些情況被用以進一步提升該元件之性能。因 而’該等元件之操作包括該等情況，如是增益/可穿透/損 耗之特性及主動介質之折射係數被用以指使元件之操 作。 C ·元件範例3 第7 Α圖顯示實施方向性組合波導之光子電晶體元 件。該元件具有與元件範例1十分相似之幾何結構，但 78 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐） (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 546496 日修正/矣士/^ 五、發明説明（) 該主動介質操作於損耗狀態。該元件能如元件操作，且 能於特定切換器狀態或將於較低能量及較長波長之較慢 或超速（1 0 ，1 0 15秒）光學脈衝流轉變成於相對較高能 量（相對較短波長）之較慢或超速之光學脈衝流。該元件 7〇〇並不限於如切換元件之使用，如用做純光邏輯閘、光 強度放大器、光子複製器、光強度調變器、光強度調整 器光學相移裔、^號接頭、無量子損壞（QND)偵測器， 及可變光學衰減器。應被理解，元件7〇〇之該等例示應 用係用於描述對於元件700之寬範圍使用，並非用於限 制元件之其它例示實施例之應用於該等例示。該元件係 可能指如「輸入臂損耗閘從低至高能量轉變光子電晶 體」（Input-Arm-Loss-Gate Low-to-High-Energy Inversi〇n Phosistor(ILLH 光子電晶體 700))。 ILLH光子電晶體700於較佳之情況係包括由波導b 7〇4所佔據之空間區域所組成之光的第一路徑及由波導a 7〇4所佔據之空間區域所組成之光的第二路徑。一第三波 導706係包括於光子電晶體7〇〇以用於耦合輸入光脈衝 於波導A 702，但其並非位於光子電晶體7〇〇之操作中 心。波導A 702於較佳之情況包括主動介質7〇8。如上所 述，波導A 702於有用之實施例中如具有主動介質42〇 之波導430而被實施，且波導B 7〇4及第三波導7〇6能 如波導400而被實施。波導a 7〇2於較佳之情況係包括 輸入埠APin2 710及内輸出埠AS〇ut 714。第三波導 7〇6於較佳之情況包括如輸出埠AS〇ut2b 724之輸入埠 79 本紙張尺度勒中國國家標準(CNS)A4^(21〇x29_)_ ..............费.........、可.........$· (請先閲讀背面之注意事項再場寫本頁) 546496 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製
身〇日修正—
ASim 716。第7A圖顯示波導A 702具有寬度WA且位 於與具有寬度WB之波導B 704約平行之距離（编合間隙 或距離）Wg上，如是於波導A上之波能耦合於於波導b 上之波。「波」及「光束」兩詞可互換使用。 對於標號「APm2」之輸入槔，「P」代表電源供應 束，「A」代表波導A 702，「in」係指輸入埠710，且 2」係指輸入波長係人2。對於標號「A S 〇 u 12」（7 1 1)之 内輸出埠’ 「S」代表#號束’ 「A」係指波導a 7 〇 2， 「out」係指輸出埠，「2」係指輸出波長係又2。對於標 戒「ASout2a」（712)輸出淳’ 「S」代表信號束，「a」 係指波導A 702 ’「out」係指輸出埠，r 2」係指輸出波 長係λ 2，及「a」係用於辨別沿波導A 702之該輸出琿。 對於標號「ASout2b」（724)輸出埠，「S」代表信號束， 「A」係指波導A 702，「out」係指輸出埠，「2」係指 輸出波長係；I 2，及「b」係用於辨別沿第三波導 A 702 之該輸出埠。對於標號「BPin2」（714)之輸入埠，「P」 代表電源供應束，「B」代表波導B 704，「out」係指輸 出埠，且「2」係指輸入波長係；I 2。對於標號「Asinl」 (702)輸入埠，「S」代表信號束，「A」係指波導A 7 0 2， 「i η」係指輸入埠，「1」係指輸出波長係又1。
於波導A 702上之輸入埠APin2 710係適當設置以接 受具有波長λ 2(於λ 2)之連續波（continuous wave，CW)光 718。於以下所描述之一定條件，當於波導上之主動介質 到達可一…並一 一 A 80 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) ..............#·. (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} 綠* 546496 五 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 日修正/更^A7 ----------____ 、發明説明（） 702之於λ 2之CW光718的部分將穿至波導B 704。於 A2iCW光718然後如於叉2之連續波（cw電源繞出λ 2)從於輸出埠BPout2 714之波導Β 704退出。 該耦合長度係如某一長度所定義，於該長度上於一波 導上之波最大耦合於另一耦合於第一波導上之波導。於 元件700，作用長度/，被定義成於波導a 702及波導B 704間之作用長度，係小於完全耦合長度/c，如是/</c。 請參閱第7A圖，於波導a 704及波導B 704間之作用區 域’對其而言該兩波導係平行操作並由一小間隙所分 開’係所示比完全耦合長度要延伸得少。 因l<lc ’於；I 2之CW光的一部分將沿波導a 702傳 遞穿過主動介質708而進入内輸出埠ASout2 711。當於 λ 2之CW光718之部分傳遞穿過主動介質708，於λ 2 之CW光718之部分驅動主動介質至於久2之可穿透狀 態。該主動介質之狀態708係模擬於情況d，請參閱第 3D圖。 請參閱第7Α圖，主動介質708之長度L係約於作用 長度/之一半（L与//2)。該主動介質708之長度l可略長 於或短於/的一半。相對於作用長度/而改變主動介質 7〇8之長度L將改變輸入比輸出信號傳送，而卻不會影響 該元件之一般操作原則。 應被理解’該等尺寸、例示長度、及幾何形狀被顯示 係出於描述元件700、750之有用實施例之目的，蓋不能 以限制任意元件3或元件700、750之其它例示實施例。 ’ 81 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) ..............#.........、玎.........$· (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 546496 ^ 擊8月30日修正^SE：^^ A7 B7 五、發明説明（） 不同尺寸、大小、及幾何形狀能被採用，其取決於所希 望之被實施之應用及製造材料、過程或技術。如，冬 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) /</(：之選擇被描述於該元件範例，作用長度之其它選擇 能被用於實現類似之元件功能。 亦應被理解，該波導之形狀通常不需為線性。曲線形 狀及不同波導之尺寸可被利用只要其實現如波導及波福 合之相同功能。該主動介質能位於沿波導A之交替位置 之中心，而非如第7A圖及第7B圖中描述的，且沿波導 A能有多於一個之分離主動介質區域。且，並排放置以 實現波耦合之波導並非必須要水平並排放置，而能於自 頂向下垂直方式或其它相對於水平基材之方式以放置。 耦合之波導亦非必須要準確平行或具有相同之波導寬产 及尺寸，只要波導之理想效應被實現。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 於元件700、750之例示實施例，於8〇〇nm之波導範 圍之操作，波長λ〗能於820nm，λ 2能於8〇〇nm，而、皮 導A 702能如具有描述於第4B圖之主動介質420之、皮導 430而被實施’且波導B 704能如具有描述於第々a圖中 之主動介質之波導400而被實施，於對於具有於〇3之人 金組合X之波導軸淡以給予約690之能帶隙能量之波導 的AlxGa丨·χ As之實施例。因而軸蕊材料係於波長 具有可穿透性。當主動介質係完全去激，該主動介質係 吸收光於800m及8 20nm兩種波長。該介質係描述於第 3A圖-第3D圖中之基本三級介質，對其而言，電子係自 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) 30546496 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（） 由從對應於800nm吸收之高能階衰減至對應於820nm吸 收之南能階。 於操作於1 5 0 0nm波長範圍之元件7 0 0、7 5 0之例示 實知例’該波長λ 1能於1 5 0 0 n m，λ 2能於1 4 0 0 n m，及 波長A 702能如描述於第4B圖中之具有主動介質720之 波導A 702而被實施，波導b 704能如描述於第4A圖中 之波導400而被實施，於對於具有於χ = 〇·ΐ6及y = 〇.67之 合金組合之波導軸蕊以給予約1 1 〇nm之能帶隙能量之波 導的In^xGaxAsi-yPy之實施例。因而軸蕊材料係於波長 800nm具有可穿透性。當主動介質係完全去激，該主動 介質係吸收光於1480m及1 500nm兩種波長。該介質係 描述於苐3A圖-第3D圖中之基本三級介質，對其而言， 電子係自由從對應於1 48Onm吸收之高能階衰減至對應於 1 500nm吸收之高能階。 於操作於1 500nm波長範圍之例示實施例，波導4〇〇 之橫斷面尺寸為〇.4//m寬，0.25#m厚。第7A圖及第 7B圖係顯示波導a 702具有寬Wa且位於約與具有寬度 Wb之波導B 704平行相距（搞合間隙或距離）wg之位置 上。於該例示實施例中，波導A 704具有等於ο.# # m之 寬度WA並位於與0.4// m之波導B 704之約平行距離 Wg之位置上，而波導B 704具有等於0.4/ζιη之寬度。 於該例示實施例中，/ c為15 // m且/為12 // m，如是 /</c 〇 83 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) ----------------------π---------$· (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 54649^1 8 go 年月曰修正/臭姜片W~ A7 發明說明（ 應被理解，該等尺寸 ,.^ 長度、及幾何形狀被領干 係出於描述元件700、75〇 .‘'具不 ’用貫％例之目的，箋 以限制任意元件3或元件7 盍不旎 ^ n ^ 之其它例示實施例。 不R寸、大小、及幾何形狀能被採用，其取決 望之被實施之應用及製造材料，過程或技術。、 希 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 i)元件範例操作 該元件之例示操作描述於下。 具有波H之CW連續波（cw)光係進入波導a 之埠APln2 710上。於初始狀態，沿波導a %之主動 質708並不激發而處於模擬於情況a之損耗狀態，請 閱第3A圖。於λ2之連續波光718係沿波導a川二 遞，且其中一些隨後穿至波導Β 704。因為/</c，於入1 之連績波光之一部分仍沿波導A 7〇2傳遞穿過主動介 之内輸出埠AS〇ut2 711。當於；^之連續波光718之部 傳遞穿過主動介質708’於又2之連續波光718之部^ 驅動主動介質708至於λ 2之可穿透狀態，如果於入2 連續波光部分具有足夠高之能量強度。該主動介質狀 係模擬於情況D，請參閱第3 D圖。 於又2之連續波光部分718將如光束713傳遞穿過 動介質708至埠ASout2 711，且隨後分開於埠as〇u 712 及 ASout2b 724。如果從埠 ASinl/ASout2b 至波導 702(或等同於埠ASout2 51 1)之能量之耦合係5〇/5〇轉 器，然後傳遞於相反方向之光的能量耦合率將亦 84 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X 297公釐) 介 參 質 分 之 態 主
Lt2
A 合 ..............,.........訂.........1· {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁j 546496 91. 8. 30 A7 年月 日修正/更·正B7 五、發明説明（） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} 5 0/50。結果，於埠ASout2 71 1之約百分之5〇之；^ 2723 將轉到 λ 2726 於埠 ASinl/ASout2b 716/724,且於璋 ASout2 711之百分之50之；1 2723將轉到於埠ASout2a 712 之 λ 2728 。 於第三波導706上之埠ASinl 716係有效充當如波導 A 702之另一輸入埠之作用，且其係對於具有波長λ丨（於 λ 1之信號）之脈衝光之輸入信號埠。進入埠ASinl 716之 脈衝光；li 722將去激或衰減主動介質708，以提供位於 波導A 702上之主動介質708以於操作波長；L 2之損耗。 主動介質708之狀態係模擬於情況C，請參閱第3C圖。 來自輸入埠APin2 710之於；I 2之連續波光718損耗 能量於主動介質707，如是於；I:之連續波光718之部分 不再傳遞於主動介質以外，且因而不再傳遞朝向埠 ASout2 71 1 或隨後之埠 ASout2a 712 及 ASout2b 724。於 較佳之情況，於第一波導A 702以外之於λ 2之所有信號 (輸出信號；I 2 726，輸出信號久2 728)係實質性減少當於 λ 1 7 2 2之脈衝光存在時。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 於第7 Α圖之情況，該淨效應係進入埠AS in 1 7 1 6之 於λ ! 722之脈衝光係產生成退出波導部分ASout2 71 1之 於；li之反向運動之光信號脈動713(於脈動過程中具有減 小之強度的光）’其繼續分散其能量成退出波導部分 AS out 2b 716之於；I〗之反向運動之光信號脈動72 6及退 出波導部分ASout 2a 712之於又2之反向運動之光信號脈 動728。於並非元件700之基本操作所必須之情況裏，元 85 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公爱) 54649691 8. 3〇 Α7 Β7 年月曰修正/更重 五、發明說明（ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 件7 00之改良版本75〇能透過使用頻率選擇耦合器如光 橋或小型共振器而被實現。該頻率依賴共振器被稱二向 色師檢程式並作為第7Β圖中之元件75〇之元件的部分而 被顯示。該二向色篩檢程式756將耦合進入埠ASinl 766 至波導A 702之大部分脈衝光λ i 772，而非λ 2。於此情 況’大多數λ 2(輸出信號 λ 2)不將從波導A 702至埠 ASinl 766輕合’而將於較佳之情況傳遞其能量至埠 AS〇ut2a 762。應被理解，元件75〇係另外之功能性及操 作性等同於元件700，且有關於元件7〇〇之描述及說明係 可應用於元件750。 應被理解，退出埠；BP〇ut 2 714之能量如於又2之連續 波光能適當設計以實質不被該整個過程影響。退出第7A 圖及第7B圖中之ILLH光子電晶體之埠BP〇ut2 714之能 量能夠被再利用以為另一光子電晶體提供能量。該特徵 係模擬於電子邏輯及切換器電路中之電壓源。 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 X 消 費 合 社 印 應被理解，切換器之速度能如主動介質7〇8 一樣快當 於λ 2之損耗狀態（第3 C圖中之情況C)將快速藉由當於入 2之脈衝光722,772被除去時之穿過損耗介質7〇8之於λ 2 之光7 1 8而驅動回於λ 2之可穿透狀態（第3 D圖中之情況 D)。該主動介質之狀態708將再次模擬於情況D，請參 閱第3D圖。 ii)註釋 86 --—-- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公董) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 54649^1 8. 3〇 年月日修正/fX/補-充- A7 發明說明（） 應被理解，力光子電晶體之典型操作巾，包括有用實 施幻700,750，一或多個光輸入或輸出係如連續波（CW)光 被述該光另外能於一些特定實施例中之脈衝光。出 於描述而非限制之目的，其如連續波光一樣處理。 進入埠ASlnl 716之於人t之脈衝光將去激主動介質 708以提供於操作波長又2之損耗給位於波導a 7〇2之 主動介質7 0 8。 、、應被理解，於人1之脈衝光722、772能於任意實施方 式被輸入於波導A 7〇2上之主動介質7〇8，除了描述於第 7A圖及第7B圖中之輸入結構7〇6及756。如，其能從波 導（如於垂直於 土呈於渡V方向之上部）以外撞擊於主動介質之 上。 因第7A圖及第7B圖中之元件7〇〇、75〇之主動介質 708係知作於吸收或損耗模式，該光子電晶體具有一「損 耗閘」。該閘係位於輸入臂上（波導A 7〇2)。 應被理冑，由於該元件之信號轉換，#，於又1之脈 動進入（「高」能量）導致於λ 2之負向之信號脈動輸出 (「低」能量）’及，逆向，當於λ i無脈動係輸入（「低」 能量），於；I2之脈動將係輪出（「高」能量）。因而，該元 件能充當反向器。 iii)MMI/共振器結構元件 目刖，對於兀件3之MMI/共振器結構將與元件丨之 MMI/共振器結構係拓撲性相似，此對於熟悉本案之技藝 87 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公爱) ..............餐.........、玎.........$· (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) Α7 Β7 546496ftt 91. 8. 30 年月曰修正/更ΊΕΤΜί 五、發明説明（） 人士係相田明顯。如於元件1，應被理解，ΜΜ1/共振器 結構元件係另外功能性及機能性相同於元件700，且有關 於兀件700之描述及說明係通常可利用於mmi/共振器結 構元件3。對於元件尺寸及材料係出於描述元件7〇〇之有 用實施例之目的而非用以限定任意元件範例，或元件7〇〇 其MMI/PBG/共振器形式。不同之大小尺寸能被應用，其 取決於如所希望之被實施之製造材料，過程或技術之應 用。不同材料能被採用，如，波導並不一定係半導體， 可係光纖或聚合物波導（只要必須之波導或波耦合效應被 實現）’該主動介質並不一定係半導體或量子井而可係摻 雜於玻璃或主動聚合物之铒離子（只要增益/損耗/可穿透 特性係實現），且該共振器並不一定係半導體而能係玻璃 或聚合物（只要必須之共振效應被實現）。亦，應被理解， 波導、MMI結構、光子能帶隙結構、或共振器通常不需 為線性、環形、平行、或有規則之形式。任意曲線形狀 及結構尺寸可被利用只要它們實現相同之功能如波導、 波耦合、光學共振效應、及光子能帶隙效應。 .......................IT......... (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 m透動 穿主 可於 益 增 於 作 操 要 主 質 介 主 之 件 元 等 該 當 解 理 被 損 質 介 能之 係率 變射 改折 時之 同質 之介 率動 射主 折於 之。 質生 介產 動發 主時 於態 , 狀 式變 模改 耗 況 情 等 該 括 用包 被作 況操 情之 些件 一 元 於等 能該 係 ’ 變而 改因 進 以 提 步 。透 能穿 性可 之./ 件益'二 升女 操 之 件 元 使 指 以 用 被 數 係 射 折 之 質 介 動 主 及 性 特 之 耗。 損作 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) 546496 51 8. 3〇 年月曰修正 五、發明説明（ lv)耦合器/MMI/共振器結構元 α 〜眘始 刖，對於元件3之MMI/共 請 先 閲 讀 背 之 注 意 事 項 再 盥元件1夕主人 态、、、"構之PBG實施將 、 之耦合器/ΜΜΙ/共振器处堪於 於孰朵太宏 α冓仏拓撲性相似，此對 於先、心本案之技藝人士係相 解，#於„ # 4 如於兀件1，應被理 f ; 70件3之耦合器/MMI/共 金匕抖βA 結構元件係另外功 月b |±及插作性相同於元件7〇〇， 有關於兀件700之描述 及說月係通常可利用於MMI/共振器結構元件3之剛 實施。 D元件範例4 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第δ圖係描述執行方向性耦合波導之第四一般實施例 800。該元件係具有與元件範例2相似之幾何結構，但具 有操作於增益模式之主動介質。該元件係能如切換元件 執行狀態或將於較低能量及較長波長之較慢或超速（1(rl2 秒，10·15秒）光學脈衝流轉變成於相對較高能量（相對較 短波長）之較慢或超速之光學脈衝流。該元件8 〇 〇並不限 於如切換元件之使用，如用作純光邏輯閘、光強度放大 器、光子複製器、光強度調變器、光強度調整器、光學 相移器、無損耗信號接頭、光學偵測器、及可變光學衰 減器。應被理解，元件8 0 0之該等例示應用係用於描述 對於元件8 0 0之寬範圍使用，並非用於限制元件之其它 例示實施例之應用於該等例示。該元件係可能指如「輸 出-臂-增益-閘高至低能量光子電晶體」（Output-Arm- 89 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) 6¾946 5 8. 30 年 月日修正/m胁 ' »» 發明説明（） A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製
Gain-Gate High-to τ 〇-〇w-Energy Phosistor; OGHL 光子電 晶體8 0 0)。OGHL光子雷曰触疋卞电曰曰體800於較佳之情況係包括由波導A 8 0 2所佔據之空間區拭 域所組成之光的第一路徑及由波導B 8 04所估據之空間卩从 Π &域所組成之光的第二路徑。波導a 8〇4於較佳之情沉包括主動介質808。如上所述，波導B 8〇4於有用之實施例中如具有主動介f 420之波導430而 被實施且波一 A 804能如波導4〇〇而被實施。波導A 802於較佳之情況係包括輸入埠8i〇及内輸出埠 ASout 814。波導b 8〇4於較佳之情況包括輸入埠八…“ 及輸出埠ASoutl 812。該波導804於較佳之情況包 括輸入端BSin2 806及兩倍於可能之輸入埠（未圖示於第 8圖）之輸出埠BP〇utl 814。第s圖係顯示波導B 8〇2具 有寬度WA且位於與具有寬度Wb之波導B 8〇4約平行之 距離（耦合間隙或距離）Wg上，如是於波導A上之波能耦 合於於波導B上之波。「波」及「光束」兩詞可互換使 用。 對於標號「八卩丨111」（810)之輸入埠，「？」代表電源 供應束，「A」代表波導a 802， 「in」係指輸入埠 8 1 0 ’且「1」係指輸入波長係几1。對於標號「AS〇ut i」 (8 1 2)之輸入埠，「S」代表信號束，「a」係指波導A 8 02， 「out」係指輸出埠812， 「1」係指輸出波長係λ 1。對於標號「BSin2」（806)輸出埠，「S」代表信號束， 「B」係指波導B 804， 「in」係指輸出埠806，及「2」 ............... (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂· 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210x297公釐) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 546496 91· 8. 30 / A7 年 η 日條 βj B7 五、發明説明（） 係指輸出波長係又2。對於標號「BP0utl」（814)輸出埠’ 「p」代表電源供應束，「β」代表波導B 804， 「out」 係指輸出埠8 1 4，且「1」係指輸入波長係又1。 於波導A 802上之輸入璋APinl 8 1 0係適當設置以接 受具有波長λ 1之連續波（continuous wave; CW)光818。 於以下所描述之一定條件’當於波導上之主動介質到達 可穿透及波導A及B並光學性可穿透’沿波導A 802之 於；12之cw光818的部分於耦合波長卜之後將穿至波導 B 8 04。於λ i之CW光818然後如於λ丨之連續波（CW電 源繞出）從於輸出埠BP out 1 8丨4之波導Β 804退出。 該耦合長度係如某一長度所定義，於該長度上於一波 導上之波最大耦合於另一耦合於第一波導上之波導。於 元件800，作用長度/，被定義成於波導A 802及波導B 804間之作用長度，係等於完全耦合長度/c，如是/ = /c。 請參閱第8圖，主動介質808之長度L係約於作用長 度/(L与/)。該主動介質808之長度L可略長於或短於I 的一半。相對於作用長度/而改變主動介質808之長度L 將改變輸入輸出信號轉送比，而卻不會影響該元件之一 般操作原則。 應被理解，該等尺寸、例示長度、及幾何形狀被顯示 係出於描述元件8 0 0之有用實施例之目的，蓋不能以限 制任意元件或元件800之其它例示實施例。不同尺寸、 大小、及幾何形狀能被採用，其取決於所希望之被實施 之應用及製造材料、過程或技術。如，當卜之選擇被 91 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐） ..............φ.........t.........00 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 5464fPs ΐί) 年1日修正/更壬價^ A7 B7 五、發明説明（） 描述於該元件範例，作用長度可與耦合長度/c(或/c多重 奇數）不同，而卻不會影響該元件之一般操作原則。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 亦應被理解，該波導之形狀通常不需為線性。曲線形 狀及不同波導之尺寸可被利用只要其實現如波導及波耦 合之相同功能。該主動介質能位於沿波導B之交替位置 之中心，而非如第8圖中描述的，且沿波導B能有多於 一個之分離主動介質區域。且，並排放置以實現波耦合 之波導並非必須要水平並排放置，而能於自頂向下垂直 方式或其它相對於水平基材之方式以放置。耦合之波導 亦非必須要準確平行或具有相同之波導寬度及尺寸，只 要波導之理想效應被實現。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 於元件 800之例示實施例，於800nm之波導範圍之 操作，波長λ i能於820nm，λ 2能於800nm，而波導A 8 02能如具，有描述於第4B圖之主動介質420之波導430 而被實施，且波導B 804能如具有描述於第4B圖中之主 動介質之波導430而被實施，於對於具有於0.3之合金組 合X之波導軸蕊以給予約 690之能帶隙能量之波導的 A1X G a丨_ X A s之實施例。因而軸蕊材料係於波長8 0 0 n m具 有可穿透性。當主動介質係完全去激，該主動介質係吸 收光於800m及82Onm兩種波長。該介質係描述於第3A 圖-第3D圖中之基本三級介質，對其而言，電子係自由 從對應於800nm吸收之高能階衰減至對應於820nm吸收 之高能階。 92 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 54649φι § 3〇 年月 日修正/务士/«Γ A7 B7 五、發明説明（） 於操作於 1 500nm波長範圍之元件 800之例示實施 例，該波長又i能於 1 500nm，又2能於 1 400nm，及波長 A 802能如描述於第4A圖中之波導A 430而被實施，波 導B 804能如描述於第4B圖中之具有主動介質420之波 導430而被實施，於對於具有於χ = 〇.16及y = 0.67之合金 組合之波導軸蕊以給予約1 1 OOnm之能帶隙能量之波導的 I η 1 _ X G a X A s 1 _ y P y之實施例。因而軸蕊材料係於波長入1 8 OOnm具有可穿透性。當主動介質係完全去激，該主動 介質係吸收光於 1 480m及 1 500nm兩種波長。該介質係 描述於第3A圖-第3D圖中之基本三級介質，對其而言， 電子係自由從對應於1 4 8 Onm吸收之高能階衰減至對應於 1 5 0 0 n m吸收之高能階。 於操作於1 500nm波長範圍之例示實施例，波導400 之橫斷面尺寸係為0.4/zm寬，0.25/zm厚。第8A圖係 顯示波導A 802具有寬WA且位於約與具有寬度WB之波 導B 804平行相距（耦合間隙或距離）Wg之位置上。於該 例示實施例中，波導A 804具有等於0.4 // m之寬度WA 並位於與0.4 // m之波導B 804之約平行距離Wg之位置 上，而波導B 804具有等於〇.4em之寬度。於該例示實 施例中，/ c及/各為1 5 y m。 應被理解，該等尺寸、例示長度、及幾何形狀被顯示 係出於描述元件 8 0 0之有用實施例之目的，蓋不能以限 制任意元件或元件 8 0 0之其它例示實施例。不同尺寸、 93 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X 297公釐) ..............餐.........、玎.........$· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 546496 年多正埃今― 五、發明说明（) 大小、及幾何形狀能被採用，其取決於所希望之被實施 之應玲及製造材料、過程或技術。 i).元件範例操作 有彡種該元件操作之不同模式。以下’我們將描述三 個該元件之例不及有用之運作模式。 於第一範例及有用元件之操作模式中，具有波長入 i(於λ 1之cw電源）之連續波（cw)光818係進入於波導b 810上之埠APinl 810上。於初始狀態，沿波導B 8〇4之 主動介質8 0 8並不激發而處於模擬於情況c之損耗狀 態，讀參閱第3 A圖。於又1之連續波光8 1 8係沿波導A 802傳遞’且其中一些能量係透過易消失耦合而泄漏於波 導B8〇4。當於几1之連續波光818部分到達波導B之主 動介質’其驅動主動介質於λ 1之可穿透狀態。λ ^之強 度必須足夠強’如是1丨>(1/ 77 )I1Sa「即，於λ 1之光強度 必須超過由7?所分開之飽和強度，於波導Β 8 04之泄露 能量之有效百分數係需要以將於波導Β之主動介質帶到 可穿透狀態，當沒有進入埠BSinl 806(即於輸出結束狀 態）之於λ 2之脈衝光。該主動介質808狀態係模擬於情 況C，請參閱第3 C圖。 於波導Β 804之輸入埠BSin2 806係對於具有波長入 2(於λ 2之信號輸入）822之輸入信號埠。進入埠Bsin2 94 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) ..............變.......、可......4· (請先閲讀背面之注意事項再場寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 546496^ 射· 8. 30 年月日修止 五、發明説明（） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 8 0 6之脈衝光λ 2 8 2 2將激發主動介質8 0 8 ’以提供於操 作波長；I 1之增益於位於波導Β 804之主動介質808。該 主動介質8 0 8狀態係模擬於情況β，請參閱第3 Β圖。 來自輸入槔APin 810之於λ 1之連續波光818係於主 動介質808增益能量，如是於；i之連續波光8 1 8之部分 不傳至波導B 804，因而不從輸出BPoutl 814退出。 但’於；I 1之連續波光8丨8之部分傳遞穿過波導A 8 0 2， 且如於人ι(信號輸出人〇之脈衝光828退出輸出埠ASoutl 8 12 〇 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 當於久2之脈衝光822被移走，主動介質將藉由穿過 損耗或吸收介質808之於；I 2之脈衝光818而驅動回於λ 1之可穿透狀態（第3D圖中之情況D)，且於λι之大多數 連續波光818將穿至波導β 804，因而將再次從輸出淳 BPoutl 814而退出。於第8圖中之元件之第一例示及有 用之操作模式係，於初始狀態，大多數來自輸入埠A P i η 1 810之於λι之連續波光818係耦合於波導Β 804，且退 出輸出埠AP0uti 814如連續波光λ J20。進入埠BSin2 8 06之於久2之脈衝光係產生成負向之退出埠asoutl 812 之於人1之脈衝光828及負向之退出埠BPoutl 814之於 λ i之脈衝光820。在於；I 2之脈衝光之終止情況下，於 λι之光828返回其初始狀態，且於A!之大部分光828 係如連續波光入182〇退出於輸出埠BPoutl 814。 第一插作模式範例 95 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 54649% g go 年月曰修正/史士A7 — B7 五、發明説明（） 於元件之第二例示及有用操作模式中，；I 1 8 1 8之強 度係比要求驅動主動介質至於λ 1之可穿透狀態之強度要 低。於該情況，於；I 1 8 1 8之連續波光將不會自身驅動介 質於可穿透。在缺少於人2 822之脈衝光時，沿波導Β 8 0 4之脈衝光將衰減回於久1之損耗狀態。結果於又1 8 1 8 之大多數連續波光將不從波導A 802傳至波導Β 804 ’而 是沿波導A 802傳遞並具有退出埠AS out 1 802之其大多 數能量。當脈衝光822被帶有適當光強度而引入，進 入埠BSin2 806之脈衝光λ2 822將激發主動介質808, 以提供於操作波長又1之可穿透沿波導Β 8 0 4至主動介質 8 〇 8。該主動介質8 0 8狀態係模擬於情況C，請參閱第3 C 圖。主動介質位於可穿透狀態之後，來自埠APinl 810 之於又1 8 1 8之連續波光之大部分能量將從波導a 8 02傳 至波導B 8〇4，且將從埠BPoutl 814退出。於第8圖中 之元件之第一例示及有用之操作模式之淨效應係於初始 狀態’大多數來自輸入埠APinl 818之於a l818之連續 波光係傳遞過波導A 802 ’且退出輸出蜂gi〇如 連續波光λι828。進入埠BSin2 806之於822之脈衝 光係產生成負向之退出埠BPoutl814之於人ι82〇之脈 衝光及負向之退出埠ASoutl 812之於λ ! 828之脈衝光。 在於又2 822之脈衝光之終止情況下’於又！之光828返 回其初始狀態，介質具有足夠時間以衰減之損耗狀態， 於；I ι 8 2 8之大部分光係如連續波光久1 8 2 8退出於輸出埠 AS out 1 812。 96 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X 297公爱） ..............費.........、可.........$· (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 546496 A7 B7 的· 8· 30 年月，正/細餘 五、發明説明（ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 入w為使光束λ 2 822與主動介質有效相互作用，其不耦 合從波導Β之波導Α之許多能量係為理想，儘管該輕合 不將影響元件之總的操作原s。此係能夠如與光束“ 818之不同之極性放置光束久2 822，及透過對於光束入2 、一；波V A及波導B間之較弱或可忽略之耦合，但對 於光束λι818之較強耦合，而實現。透過具有波導a及 B而成為依賴耦合器。換一種方式，可從光束§18透 ° 〃、有波V Α及β而成模式選擇轉合器即透過具有波導 A即B而位於一不同傳遞波導模式（如，位於第二順序傳 遞板式）。 多二插作模式範例 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 於元件之第三範例及有用操作模式中，該情況係與元 件之第二操作模式本質地相同，除了脈衝光又2822之強 度係相當強以至於可驅動主動介質於增益狀態。該主動 介質之狀態係模擬於第3 B圖中之情況B。於該情況，來 自輸入埠APinl 818之於；U818之連續波光，除了由波 導A 602將其部份能量傳送至波導b，將於波導b之主 動介質808增益能量，如是，於又1 818之連續波光之一 部分不傳送至波導B 804，而將傳遞透過波導a 802並由 輸出槔ASoutl 812如於；I ι(信號輸出；I 〇828之脈衝光而 退出。於第8圖中之元件之第三例示及有用之操作模式 之淨效應係，於初始狀態，大多數來自輸入埠APin 1 8 1 8 之於λ!818之連續波光係傳遞過波導A 802，且退出輸 97 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) A7 B7 546496 魟 8 30 年 月 日修正/更f：/補先 五、發明説明（） 出淳AP〇Utl 812如連續波光λ !828。進入埠BSin2 806 之於λ 2 822之脈衝光係產生成負向之退出埠BPoutl 814 之於λι82〇之脈衝光及負向之退出槔ASoutl 812之於 λι828之脈衝光，其比第二操作模式之脈衝光或一正向 脈衝光’還要少一些負向。在於λ 2 822之脈衝光之終止 情況下’於几！之光8 2 8返回其初始狀態，介質具有足夠 時間以衰減之損耗狀態後，於λ ! 828之大部分光係如連 續波光λ i 828退出於輸出璋ASoutl 812。 ii)元件之一般操作 元件之例示操作能透過如第8A-l圖及第8A-2圖所示 之電腦模擬結果而被說明。第8-A圖及第8_B圖係顯示 對於於；I 2 8 1 8之光輸入值電場強度之空間分佈，於傳遞 進入波導A及波導b之後。第8A-i圖及第8A_2圖之上 部分係二維圖，對其而言，亮部係顯示相對電場強产， 第8A-1圖及第8A-2圖之下部分係三維圖，對其而_ 高度係顯示相對電場強度。第8A_3圖係顯示於波導阜 ASout2 812)及波導B(埠ASout2 814)之輸出璋之相對处 量作為功能-gL(損耗係數-g及介質長度乙值）。於 ;孩圖， 於 ASoutl 之輸出係由點晝線而表示，實線係 一 、表不於 A S 〇 u 11及Β ρ 〇 u 11之輸出置（即虛線加點全綠、 息深）弟8A -1 圖顯示當增益介質位於可穿透狀態（於損耗伏# 、^ ^ 0/ // m 或一gL = 0)時之情況。從第8A-1圖中，报明顯，大夕 入2 818之能量係由於埠BPout2 812之波導b ^ .............餐.........ΤΓ.........$· (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 98
546496 A7 B7 日修正 五、發明説明（） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 第8 A-2圖係顯示當介質係藉由於；I 1 822 (於增益係數3.3 per v m 或-gL = 5 0)之脈衝光去激至於λ 2之損耗狀態 之情況。從第8Α-2圖，很顯然，大多數λ 2之能量係由 波導Α退出。第8Α-1圖及第8Α-2圖顯示對於元件之光 之兩個代表干涉通量模型，其係依靠於主動介質之狀 態。尤其，一人可藉由透過另一光束之動作而改變主動 介質之狀態，而於光之兩個代表干涉通量模型間轉變。 111)註釋 應被理解，於光子電晶體之典型操作中，包括有用實 施.例8 00，一或多個光輸出及輸入係如連續波光進行描 述。該光能另外於一些特定應用中係脈衝光。描述而非 限制之目的，此光係用作連續波光。 應被理解，切換器之速度能如主動介質8 0 8 —樣快， 當於λ 1之增益狀態（於第3B圖之情況C)，將快速藉由當 於λ 2之脈衝光822被除去時之穿增益介質808之於λ i 之光8 1 8而驅動回於；l 1之可穿透狀態（第3 C圖中之情況 C)。該主動介質之狀態808將再次模擬於情況C，請參 閱第3C圖。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 應被理解，於λ 2之脈衝光8 2 2能於任意實施方式被 輸入於波導Β 804上之主動介質808。如，其能從波導 (如於垂直於波導方向之上部）以外撞擊於主動介質之上。 且，於；I 2 822之脈衝光亦能進入輸入埠BSin2 806或輸 出埠BPoutl 814，其兩倍於可能之輸入埠（未圖示於第8 99 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) 54649¾. 8. 30年月 日修正A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（） 圖）。可能發產生之固定光之問題能由利用二色向篩檢程 式或耦合器（未圖示）而被定位。如於元件 2，換一種方 式’極性依賴耦合器或模式選擇耦合器能被使用而非二 色向篩檢程式或耦合器。 因元件8 0 0之主動介質8 0 8係操作於增益模式，光子 電晶體具有「增益閘」。該閘係位於輸出臂（波導B 804) ° iv) 元件範例4作為波長多路轉換器/去多路轉換器或 波長選擇切換器 於元件4另一有用實施例中，波導A及B具有不相 等之寬度WA及WB。如習於本技藝之人士所熟知，具有 不相等波導寬度之波導耦合器將具有較強之波長之靈敏 性。尤其，當主動介質位於可穿透狀態，僅光之某一波 長將最大限度從波導A至波導B耦合，因而，允許元件 不僅充當切換器而且充當波長選擇切換器。除了於波導 寬度之區別’該元件實施例係另外功能性及機能性等同 於元件8 0 0 ’有關元件8 0 0之描述及說明係通常可應用於 該元件。 v) 元件4之多重波導方案 如幾何形狀之差異，元件4能以如三波導結構之多重 波導元件之形式而被實現。目前，對於元件4將與對於 元件 4之三波長元件係拓撲性相似，此對於習於本技藝 之人士係相當明顯。如於元件2，應被理解，三波導元件 100 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) ..............0^.........π.........$· (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 546496 91 8 :>〇 年月日修正 五、發明説明（ 係另外功能性及機能性相同於元 800之描述及說明係通常可利用、0且有關於兀件 2，該三波導元件^ p ;二波導元件。如於元件 疚V凡件此知納於多重波導元件。 vi)MMl/共振器結構元件 目月丨』，對於元件4之MMI/妓 與元件mMI/共振器I/A择;§ 7 /共振器11結構將 此對於習於本技藝之人士係相當明顯。如=:性相二 理解，mMI/共振器Μ振器 ：…’應被 機月“生相同於元件8〇〇 力月“生反 乂 旁關於疋件8〇〇 係通常可利用於_/共振器y 4及況月 /、搌态II結構元件3。 ............« (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 -冰合器/_共振器結構元件之光子 目前，對於元件4之咖/共振器p共鮮π，構;=Γ元件2之_共振器17共振器π結構 τ .、I·生相似’此對於習於本技藝之人士係相每 於元件2’應'被理解’ _/共振器"共振器!； 構-件之PBG實施係另外功能性及操作性相同於元 剛’且有關於幻牛SQQ之描述及說明係通常可利用 MMU共振器ly共振器„結構元件4之pBG實施。 應二理解’該等尺寸’例示長度’及幾何形狀被顯 如出於描述兀件8〇〇及其MMI/pBG/共振器方案之有用 施例之目的，蓋不能以限制任意元件或元彳_之其 MMUPBG/共振器。不同尺寸、大小、及幾何形狀能被採 101 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X 297公釐) 之 之 明 結 件 於 示 實
546496 ^ 8. 30年月曰修正/更^ A7 B7 五、發明説明（） 用，其取決於所希望之被實施之應用及製造材料，過程 或技術。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 不同材料能被採用，如，波導並不一定係半導體，可 係光纖或聚合物波導（只要必須之波導或波耦合效應被實 現），該主動介質並不一定係半導體或量子井而可係摻雜 於玻璃或主動聚合物之铒離子（只要增益/損耗/可穿透特 性係實現），且該共振器並不一定係半導體而能係玻璃或 聚合物（只要必須之共振效應被實現）。亦應被理解，波 導、MMI結構、光子能帶隙結構、或共振器通常不需為 線性、環形、平行、或有規則之形式。任意曲線形狀及 結構尺寸可被利用只要它們實現相同之功能，如波導、 波耦合、光學共振效應、及光子能帶隙效應。 應被理解，當該等元件之主動介質主要操作於增益/ 可穿透/損耗模式，於主動介質之折射率之同時改變係能 於主動介質改變狀態時發產生。於主動介質之折射率之 改變係能於一些情況被用以進一步提升該元件之性能。 因而，該等元件之操作包括該等情況，如是增益/可穿透/ 損耗之特性及主動介質之折射係數被用以指使元件之操 作。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 E .元件範例5 ··光學放大器 出於描述而非限制之目的，光學放大器能與串聯一起 之元件範例1及2而製造及實施。 102 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X 297公釐) 546496 射· 8· 30年月曰修正 Α7 Β7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（） 如第9圖係顯示執行方向性耦合波導之光子電晶體之 第五一般實施例。該元件係如光學放大器操作，其藉由 官理’包括選擇性切換器，較低或超速（1〇-i2秒，l〇_ls 秒）光學脈動流，相等，相比較或改變能量或波長。於該 例示實施例11 00之元件能指示如「光學放大光子電晶 體」。 如第9圖所示之光學放大器1 2〇〇於較佳之情況係包 括基於元件範例1 5 5 0之第一階（如上所述及如第5 G圖 所示）串聯於基於元件範例2 600之第二階1 204。熟悉本 案之該等技藝人士將評價，第一及第二階1 2〇2之詳細操 作月b藉由參考提供於元件範例1及2之例示實施例5 5 0 及600之詳細描述而被理解。為簡單起見，來自光子電 晶體1200之第一及第二階12〇2，12〇4所呈現或輸出之信 號係利用分別用於描述元件i及2之例示實施例5 5 0及 600相關術語而被描述。 光學放大光子電晶體1200之放大輸入埠1208係適當 設置以接收於λ丨（於；I 1之連續波能量）之連續波光 1206。光子電晶體1200之另一輸入埠1210係適當設置 以接受於波長λ 2(信號輸入λ 2)1212之脈衝光。對於退出 於波長；I i之連續波光（連續能量退出人Q1214之輸出埠 1216係包括於光子電晶體12〇〇。於較佳之情況，埠 1208、1210及1216全部服務光學放大器光子電晶體 1 200 之第一階 1 202。 103 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210Χ 297公釐) ..............餐.........、耵......... (請先閲讀背面之注意事項再場寫本頁) 五 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 546496 •甩0日修正充 A7 ___ B7 發明説明（） 光學放大光子電晶體1 200之放大輸入埠1218係適當 設置以接受於波長λ 2(信號輸入）之連續波光。對於退出 於波長又2之波動光（連續波光能量輸入久2)1220之輸出 槔1 224及對於退出於波長久2之波動光（NeG信號輸入 入2)1228之另一輸出璋1226係包括於光子電晶體1200。 於較佳之情況，璋1 2 1 8,1224及1 226全部服務光學放大 光子電晶體1200之第二階1202。 内部輸入及輸出埠1 232,1 234係被包括於光子電晶體 1 200分界光子電晶體12〇〇之第一及第二階1202,1204之 間。於波長；I i (信號輸出；I !/信號輸入又J)之脈衝光1230 係由埠1232退出且進入槔1234。 0第一階（元件範例1) 於λι 1206之連續波光1206透過埠1208進入光子電 晶體1200之第一階1202(元件範例1 550)，驅動内向於 第一階1 202之主動介質至於；1!之可穿透（於第3c圖之 情況C)，且隨後透過方向性耦合波導而傳送至崞1 2丨6 , 如於又1 1214之連續波光而退出。於又2 1212之脈衝光 之應用激發且提供於λι之增益至主動介質（於第3B圖之 情況Β)，以產生成於；U 1230之脈衝光，退出淳1232。 於元件5 50之某一例示實施例，於；I i 1214之連續波光 退出槔1 2 1 6係不會隨後被於λ 2 1 2 1 2之脈衝光所^塑， 如是於；I i 1 2 1 4之連續波光能被用於對另一光子電曰曰體 提供能量。關掉於；I 2 1 2 1 2之光係允許主動介質被驅動 104 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) ^----- -.............餐.........、玎.........$· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 546496 ^ 30年月日修正/真正^^ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五 發明説明（ 於λ 1之σ』牙透狀悲（第3 C圖之情況c) 光不將從埠1 2 3 2退出。 且於λ 1 1230 之 ii)第二階（元件範例2) 於人2 1220之連續波光係透過埠12丨8進入光子電晶 體1 200之第二階1240(元件範例2 6〇〇)，驅動内向於第 -階1202之主動介質至於又2之可穿透（於第叩圖之情 況D)，且隨後透過方向性耦合波導而傳送至埠iu6 , 於；li 1228之連續波光而退出。於又2 123〇之脈衝光 應用去激發且提供於λ 2之損耗至主動介質（於第3C圖 情況C)，如是於又2 1 220之連續波光之至少一部分不扣 透過方向性耦合波導傳送至埠1 226，而是如於人2丨2二 之光而退出琿1224。於元件600之一些例示實施例中， 元件600係能夠提供光子增益，即，於λ 1之χ數之光 (於λ! 1230脈衝光）進入埠1234，結果產生於λ2(於 2之光1222)之Υ之光子數退出璋1224，其中數目γ係 夠比數目X大。 關掉於；I 2 1 23 0之光係允許主動介質被驅動於入2 可穿透狀態（第3C圖之情況C)，且於人t 1222之光不 從埠1 2 2 4退出。總之’所示於第9圖之光子電晶體12 〇 〇之第一 1 2 02(元件範例1 5 5 0)傳送於λ 2 12 12之信號束之於 1 230之信號束。第一階1204(元件範例2 600)，與具…一階1202之光子電晶體1 200串聯，傳送於λ ι 123〇 105 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210Χ 297公釐) 如 之 之能 子 λ能 之 λ 有第 之 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 546496. 1 S. 30年月曰修正/更责 A7 B7 五、發明説明（） 信號束至具有光子數放大之於λ 2 1 222之信號束。其淨 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 效應係第一及第二階1 202,1204與光子電晶體1 200串聯 實現光學放大器，其中輸出光學信號，於λ 2 1 222之信 號束，具有相對於輸出光學信號，於；I 2 1 2 1 2具有一增 大數目之光子。於輸出上之增加數目之光子洗表現於輸 入光學信號之放大。
於光學放大光子電晶體中之例示實施例，銜接且包括 第一及第二階1 2 02，1 2 04之波導結構能如第4 Α圖所描述 之波導400而進行實施，於對於具有於0.3之合金組合X 之波導軸蕊以給予約690之能帶隙能量之波導的AlxGa^ XAs 。於例示實施例，波導400之橫斷面尺寸係 0.4 /Z m寬，0.2 5 // m厚。於元件1 200之例示實施例，第9圖 具有寬〇.4vm 且位於約與具有寬0.4/zm之平行相距 (耦合間隙或距離）之位置上。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 應被理解，該等尺寸、例示長度、及幾何形狀被顯示 係出於描述元件1200之有用實施例之目的，蓋不能以限 制任意元件或元件1 200之其它例示實施例。不同尺寸、 大小、及幾何形狀能被採用，其取決於所希望之被實施 之應用及製造材料，過程或技術。亦應被理解，該波導 之形狀通常不需為線性。曲線形狀及不同波導之尺寸可 被利用只要其實現如波導及波耦合之相同功能。且，並 排放置以實現波耦合之波導並非必須要水平並排放置， 而能於自頂向下垂直方式或其它相對於水平基材之方式 106 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) 54649¾. 30 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（） 以放置。耦合之波導亦非必須要準確平行或具有相同之 波導寬度及尺寸，只要波導之理想效應被實現。 應被習於本技藝之人士所理解，第一及第二階 1 202， 12 04能於其它形式如MMI/或共振器結構或其它形式之實 施如光子能帶隙或金屬波導實施。 VI.電光元件 目前較佳之電光光子電晶體實施例及元件可由例示特 徵來分類，如是否它們操作光信號之強度層次，由特定 元件所執行並唯一之功能，及驅動該元件之操作之主動 介質之狀態。於大多數終止之情況，具有波長λ n之光於 較佳之情況係輸入於電光光子電晶體，或者（1)於相對於 時間之連續方式，即具有波長λ n連續波光，或者（2)於相 對於時間之切換器或脈動方式，如是具有波長λ n之脈衝 光係對於脈動之連續而顯示，且非充分另外顯示（至少不 在波長λ n)。該等光之結構將對於本案之技藝人士係相當 熟悉。今後，為描述簡單起見，光或另一實體「具有波 長又π」能被表示成「於λη」 應被理解，電光光子電晶體之典型操作，包括如下所 述之有用實施例，一或多個光輸入或輸出將以連續波光 (CW)而被描述。該光另外能於一些特定應用中採用脈衝 光之形式。本文出於描述而非限制之目的所以一或多個 光輸入或輸出將如連續波（CW)光而被描述。 107 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) ..............鮝.........、耵.........$· (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 546m 30 年月日修正/吏土/丽戈Γ 五、發明説明（） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 該等電光光子電晶體亦藉由其物理操作原理而被分 類。如電晶體，一電光光子電晶體能具有三個或多個 「終端」。一電光光子電晶體能涉及波耦合結如方向耦 合器、或多模態干涉（multi-mode interference; MMI)或共 振器元件或光子能帶隙結構。有許多方法能實現波耦合 效應。一種方法係透過耦合波導。另一種方法係透過光 子能帶隙元件，及另一種方法係透過金屬包覆或金屬波 導。無論如何，應被理解，電光光子電晶體元件及於此 描述之例示實施例係採用一種方式之組合而協助或增進 於一方向之光子流通量，·其藉由透過於介質上施加電壓 於改變光之干涉通量模型。於較佳之情況，光之干涉通 量模型係確定，及主動介質之光傳送控制特性係判定， 於一給定時間内於電光光子電晶體之光子流通量之傳遞 方向。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 如於此描述之耦合器元件於較佳之情況係傳送能量透 過干涉由一材料區之另一材料區。該干涉係導致一輸入 光子束之傳遞方向，以偏離直線傳遞。於一電光光子電 晶體中，該路徑改變干涉係於耦合器中被中斷，其因由 施加電壓所控制之吸收或增益介質，其導致對於初始光 子束之空間傳遞之有效「傳送光子阻抗」，結果 產生 於耦合器之某一區域之結果能量通量之增加或減少。 於此顯不的係目前較佳及使用之電光光子電晶體元件 之實施例，其利用於第4A圖中之波導400或第4C圖中 波導45 0之形式之方向性耦合波導。於一些情況中，一 108 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) 30 546496 A7 B7 日修正/贫 五、發明説明（） 或多個方向性耦合波導之臂將具有一操作區域或介質其 以主動介質420之形式（請參閱第4C圖）。於一些情況， (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 共振器結構係用於減少操作電壓或電流。 應被理解’其它波導，除了具有被低折射係數覆層如 波導450所包覆之折射係數軸蕊之習知波導，能被利用 於電光光子電晶體實施例中包括其它形式之波導元件如 該等藉由金屬表面結構或光子能帶隙結構基於重覆反射 的。 VII.其它元件範例及實施例 A.元件範例6 (電光） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第1 0圖係描述了第六元件範例及執行方向性耦合波 導之電光光子電晶體元件之第一一般實施例15〇〇。出於 描述而非限制之目的，該元件係根據對於足夠能量及波 長之較或超速光學脈動之切換元件之一種有用方式而 被描述。該元件i 500不限於使用切換元件，且能被使 用，如作為光子複製器、光強度調變器、光強度調整 為，無損失信號接頭、無量子損壞（QND)偵測器、及可變 光學衰減器。應被理解，元件i 5〇〇之該等例示應用係用 於描述對於元件1 500之寬範圍使用，並非用於限制元件 之其它例示實施例之應用於該等例示。該元件係可能指 如電光輸入-臂-增益-損耗閘光子電晶體」（Electro-
Optic InpubArm-Gain-Loss-Gate Phosistor，（EO IGL 光子 電晶體1 5 0 〇)。 109 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) 年 月 五、 A7 B7 發明説明（ 經濟部智慧財產局員Η消費合作社印製 E〇 IGL光子電晶體15〇〇於較佳之情況係包括由波 :A152°所佔據之空間區域所.組成之光的第一路徑及由 哎導B 15〇4所佔據之允卩日5 p a 像之二間&域所組成之光的第二路徑。务V A 150〜於車乂佳之情況係包括主動介質“Μ。具有可 變電壓、V之電壓源係施加跨過主動介質15〇8。如上所 述’波導A 1 502能如第4C圖中之具有主動介質42〇之 攻導450而進行實施，幻皮導B 1 504能於一有用實施例 如第5A圖所描述之波導42〇而進行實施。波導a 15〇2 、/車乂么之情況包括輪入埠A i i 5 i 〇及輸出淳a2 ^ 5工2。1504於較佳之情況包括輸出埠B2 i5i4。第1〇圖.’、、員不波導A 1 502具有寬度WA且位於與具有寬度Wb波導B 1 504約平行之距離（耦合間隙或距離）Wg上，其 有寬度WB。 於波導A 1 502上之輸入埠Ai 1510係適當設置以 义具有波長又（於人）1518之光。於一有用實施例中， λ 1518之光洗連續波光（CW)。取決於電光光子電晶 15 00之狀態’光能從輸出埠Β2 1514如具有波長λ 入）（信號輸出λ )1512之光亦能被輸出。於一有用之實 例中，於λ之光係脈衝光。於某一如下描述之條件下 當於波導上之主動介質到達可穿透狀態且波導Α及Β 光學性可穿透’於λ 1 5 1 8之大多數沿波導A 1 5 02傳 之連續波光將傳送之波導B 1 504，於耦合長度lc之後 應被理解，進出IGL光子電晶體1 500之光信號及其它 用之實施例能包括脈衝光信號，連續波（CW)光信號’ 波 之 具 接 於 體 (於 遞 有 或 ..............0.........、可......... (請先閲讀背面之注意事項再場寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) 年 A7 B7 五、發明説明（） 二者都有，取決於被利用於一特定應用中之該實施例之 不同操作模式。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 該耦合長度/c 係如某一長度所定義，於該長度上 於第一波導（X)上之波最大耦合於耦合於第一波導（X)上之 第二波導（Υ)。於元件1 500，作用長度/，被定義成於波 導A 1 5 02及波導Β 1 5 04間之作用長度，其延伸約整個 耦合長度/c，如是/ = ，於該元件之一實施例中。請參 閱第10圖，於波導A及波導B間之作用區域，對其而言 該兩波導係平行操作並由一小間隙所分開。於另一元件 範例中，該作用長度能被選擇為耦合長度/c之多重奇數 (/二3/c，5/c，7/c，…）。如習於本技藝之人士所知，該等 耦合長度將亦如/ = /c之情況而實現最大耦合。當卜/c之 選擇被描述於該元件範例，作用長度可與耦合長度/c(或 /c多重奇數）不同，而卻不會影響該元件之一般操作原 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 如第1 0圖所示，主動介質1 5 0 8之長度L係約於作用 長度/之一半（L与1/2)。該主動介質1508之長度L可略 長於或短於1的一半。相對於作用長度1而改變主動介質 1 5 0 8之長度L將改變輸入比輸出信號傳送，而卻不會影 響該元件之一般操作原則。 應被理解，該等尺寸、例示長度、及幾何形狀被顯示 係出於描述元件1 5 0 0之有用實施例之目的，蓋不能以限 制任意元件或元件1 5 00之其它例示實施例。不同尺寸、 大小、及幾何形狀能被採用，其取決於所希望之被實施 111 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) 54649取& 3〇 年月 曰修正/要立TUX Α7 Β7 五 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 發明説明（） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 之應用及製造材料、過程或技術。·如，當選擇 /=/c之選 擇係描述於該元件範例，該作用長度可與耦合長度/c不 同且實現相似之元件功能。 亦應被理解，該波導之形狀通常不需為線性。曲線形 狀及不同波導之尺寸可被利用只要其實現如波導及波耦 合之相同功能。該主動介質能位於沿波導B之交替位置 之中心，而非如第10圖中描述的，且沿波導B能有多於 一個之分離主動介質區域。且，並排放置以實現波耦合 之波導並非必須要水平並排放置，而能於自頂向下垂直 方式或其它相對於水平基材之方式以放置。耦合之波導 亦非必須要準確平行或具有相同之波導寬度及尺寸，只 要波導之理想效應被實現。 於元件1 500之例示實施例，於800nm之波導範圍之 操作，波長λ能於820nm，而波導A 1 502能如具有描述 於第4C圖之主動介質420之波導450而被實施，且波導 B 1 504能如具有描述於第4A圖中之主動介質之波導400 而被實施，於對於具有於0.3之合金組合X之波導軸蕊 以給予約690之能帶隙能量之波導的AlxGa^xAs之實施 例。因而於波導A及波導B之軸蕊材料係於波長820nm 具有可穿透性。當於波導A之主動介質係完全去激，該 主動介質係吸收光於820nm兩種波長。該介質係基本三 級介質，對其而言，電子係自由從高能階衰減至對應於 82Onm吸收之高能階。 112 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) 546496 % 日修正/ A7 B7 五、發明説明（） 於操作於 1 500nm波長範圍之元件 1 500之例示實施 例，該波長；I能於 1 500nm，及波導 A 1 502能如描述於 第4C圖中之波導B 400而被實施，波導B 1 504能如描 述於第 4A圖中之波導 400而被實施，於對於具有於 x = 0.16 及 y = 0.67 之合金組合之波導軸蕊以給予約 1 lOOnm之能帶隙能量之波導的Ini_xGaxASl_yPy之實施 例。因而波導A及B之軸蕊材料係於波長A 1 = 1 5 0 0 n m者 具有可穿透性。當波導 A之主動介質係完全去激，該主 動介質係吸收光於1 5 0 0 n m兩種波長。該介質係基本三級 介質，對其而言，電子係自由從高能階衰減至對應於 1 5 0 0 n m吸收之高能階。 於操作於 1 500nm(或1.5 // m)波長範圍之例示實施 例，波導400或500之橫斷面尺寸係 0.4 // m寬，0.25 μ m厚。於該例示實施例中，波導A 1 502具有寬WA等 於0.4〆m，且位於約與具有寬度WB之波導B 1 504平行 相距（耦合間隙或距離）Wg0.4 /zm之位置上，而波導 B 8 04具有等於0.4/zm之寬度。波導A、波導B及波導G 之材料折射係數由 nA、nB及 nG分別表示，且 nA = nB = nG = 3.4。該等折射係數給出有效平面波導，其於 具有 0.2 5 // m厚度之平面波導結構中傳遞之折射係數約 係2。波導以外之材料折射係數被設定 1. 5。對於波導 之光係位於約1 5 0 Onm範圍之該例示實施例係約1 5 // m。 應被理解，該等尺寸，例示長度、及幾何形狀被顯示 係出於描述元件1 5 00之有用實施例之目的，蓋不能以限 113 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210Χ 297公釐) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ¾. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 546496
經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 制任〜元件或元件i 5 〇 〇之其它例示實施例。+同尺寸、 大]及成何形71大能被採用，其取決於所希望之被實施 之應用及製造材料、過程或技術。 i)元件之一般操作 對於主動介質之注入電流或施加電壓之主要動作於較 佳之情況係將介質從損耗狀態或可穿透狀態帶到增益狀 怨；丨貝之^貝耗、可穿透、或增益狀態然後將影響光從 不同之輸入埠傳送至不同之輸出埠。該元件之一般操作 月b透k該光傳送之電腦模擬而被描述以作為介質損耗/择 盈係數之功能（增益及損耗係數係如損耗係數能被描述如 負增益係數而有關）。 該儿件之例示操作能透過如第10A圖，第i〇B圖， 第i〇c圖及第10D圖對於15〇〇nm波長範圍之操作而被 電腦杈擬的結果而被描述。被模擬元件之幾何結構係藉 由以上之例示實施例應用於15〇〇nm波長範圍而被描述。 對於該模擬，主動介質42〇係假設具有約丨/#^之全激 發增益，且/c係15// m。第1〇A圖、第1〇B圖及第i〇c 圖係顯示對於於λ i 1 5 1 8之光輸入值電場強度之空間分 佈’於傳遞進入波導A及波導B之後。第i〇A圖，第1〇 B圖’及第1 〇 C圖之上部分係二維圖，對其而言，亮部 係顯示相對電場強度，第1 〇 A圖，第1 〇 b圖，及第i 〇c 圖之下部分係三維圖’對其而言，高度係顯示相對電場 強度。第10D圖係顯示於波導A(琿A2)及波導B(埠B2) 114 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公楚) ...............·.........訂.........亨· f請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 546496 籾.8. 30 a? 年月日修正/處五/捕一充 B7 五、發明説明（） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 之輸出埠之相對能量作為功能gL(損耗係數g及介質長度 L值）。於該圖，於 A2之輸出係由點畫線而表示，實線 係表示於B 2之輸出量（即虛線加點畫線）。第1 Ο A圖係顯 示當增益介質位於損耗或可穿透狀態（於0/ // m或 gL = 0 之增益係數）時之情況。從第1 0 A圖中，顯然，大多數λ 1 15 18之能量係從於埠Β2 1514之波導Β 1 504而退出。 第10Β圖係顯示當介質被由脈衝光久2 1 5 72激發至臨界 增益值（於約 0.4 per "m或 gL = 3.0之增益係數）之情 況。從第10B圖，顯然，約；I i之等量能量由波導A及 波導B退出，且退出波導B之能量係不被本質地影響（最 多增加兩個因數）。第1 0C圖顯示當介質係激發至臨界增 益值以上之情況，對其而言，退出波導A及B之能量係 本質地從其於第1 0 A圖中之值而被增加。 從第1 0D圖，我們看見良好之操作點係剛好位於臨 界值，對其而言，退出波導A之能量係比退出波導B之 能量要大的多，其意味增益介質係傳送其大多數能量之 於波導A之輸出埠A2，藉此實現高能量傳送率。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 我們注意到，尤其第10A圖及第10B圖，係顯示元 件之光的兩個代表干涉通量模型，其係依賴於主動介質 之狀態。一個人能藉由改變主動介質之狀態透過施加電 壓或注入電流之動作而傳送於光的兩個代表干涉通量模 型之間而傳送。 ii)元件狀態範例 115 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) ^464961 ύυ 年月日修正/更·壬/«Γ
經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（） 帶有施加電壓V (或注入電流）一般操作區域或介質（如 主動介質420操作如PN或PIN接面）之不同操作模式被 定義及描述如上於第3G-K圖。既然如元件1 5 00之電光 光子電晶體及相關之例示實施例於較佳之情況包括一或 多個操作區域，該元件及其實施例能根據描述於第3 G-K 圖中被特徵化。 於較佳及有用之實施例，電光光子電晶體1 5 00如切 換元件操作。輸入元件1 500之於λ之光的波長係於較佳 之情況於能帶隙能量附近（相關於又gap)。 應被理解，進出IGL光子電晶體1 500之光信號及其 它有用之實施例能包括脈衝光信號，連續波（CW)光信 號，或二者都有，取決於被利用於一特定應用中之該實 施例之不同操作模式。 應被理解，例示光子電晶體1 5 0 0之動作係被由元件 1500中之光束所使用之路徑而被定義。元件1500之光束 使用之路徑係於較佳之情況係係依賴於光子電晶體1 5 〇 〇 之作用區域之主動介質之狀態（如’損耗、可穿透、或增 ϋ狀怨）。 於主動介質之狀態及元件中之光束傳遞之狀態之組合 係定義該元件之狀態。該元件1 5 00之不同操作能相關於 該元件狀態而進行更精確。應被理解，然而，更多或更 少之元件狀態能被施加並有教益之相關元件1 5 0 0而進行 描述於此或其它實施例及/或應用。 116 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) .............. 0.........、一叮......... (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} 54649犰 8. 3〇 年月日修正 B7 五、發明説明（ ^ 元件之操作能如實現從元件之一級之元件之另 級在-些内在輪入之影響如輸入束，輸入束被接受之 置於軚乜之情況包括施加電壓或電流之施加電能， 而被描述。 1U)第一元件狀態範例 對於電光光子電晶體15〇〇之第一元件範例狀態，於 λ 1518 <光束係被「打開」。波長λ係位於主動介質之 吸收及增益波長，其係略微短於主動介質（又〈^。之能 帶隙波長又g。於λ 1518之光束之強纟Ιλ能比主動介質 15 08之飽和強度要大、相等、或要小。可變電壓源 1 5 06之電壓v，其施加穿過pN或piN接面（其中「I」係 指包括量子井之内在半導體），包括主動介質15〇8，係小 於約零電壓（即，v<〇伏）。該主動介質係模擬於第3K圖 中之狀態Κ。於該值，包括主動介質15〇8 ΡΝ或ρΐΝ接 面係由電壓V而反向偏壓。 請 閲 讀 背 意 I 再 填 寫 本 頁 # 訂 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 社 印 製 於又1518之光進入於波導人15〇2之埠入1151〇。於 λ 1 5 1 8之光係沿波導a 1 5 02傳遞，且於；I 1 5 1 8之大多 數光係隨後傳送至波導B 1 5 04，其於耦合長度λ c之後。 大多數於；11518之光然後如於λ1520之光於埠β2 1514 之波導Β 1 5 0 4而退出。當施加電壓V係約低於零負時， 該主動介質1 5 0 8係位於於Α之損耗狀態並保持該狀態。 iv)第二元件狀態範例 117 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐)
P46496 日修正 射.8, 30 年月
、發明說明( ;對於電光光子電晶體1500之第二元件範例狀態，於 、1川之光束係被「打開」。波長久係位於主動介拼 :吸收及增益波長，其係略微短於主動介fu : -隙波長m…8之光束之強度Ιλ,比主；介； 1 508之飽和強度lsat要大，相等，或要小。可變電壓源 15〇6之電壓V，其施加穿過PN或PIN接面，包括主動 :質15081約相對於與注入電流之臨界值相關聯之電 壓值。CiU )(即，P厂|^从）被稱作可穿透電流。於該 值，包括主動介質1 508之PN或PIN接面係由施加電壓 v而正向偏壓。可穿透電流，CtU )係當主動介質丨5〇8 被電流驅動至於波長λ之可穿透狀態時之約電流值。使 上升至該可穿透電流Ct(人）之對應電壓厂|^,⑷被稱為可穿 透電流。該主動介質之狀態係模擬於如第3H圖所描述之 狀態Η。 於人1518之光係進入波導上之埠Α1 1510。於人1518 係沿波導A 1 502傳遞，且於；I 15 18之大多數光係隨後於 轉合長度/c後傳送至波導B 1504。大多數於又1518之光 然後如於；I 1 520之光於埠B2 1514之波導b 15〇4而退 出。當施加電壓v係約於可穿透電壓f|c=c<(a)時，該主動 介質1 5 0 8係位於於λ之損耗狀態並保持該狀態。無足夠 之電子激發係由施加電壓/注入電流所提供以驅動主動介 質至於又之增益狀態。主動介質1 5 0 8之狀態係模擬於如 第3Η圖中描述之狀態Η。 118 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) (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 546496射 § 年月曰修正/矣 B7 五、發明説明（ V)第二元件狀態範例 對於電光光子電晶體1 5 00之第三元件範例狀態，波 長為λ 15 1 8之光束係被「打開」。波長久係位於主動介 貝之吸收及增益波長，其係略微短於主動介質（λ < λ j之 此V隙波長λ g。於λ 1 5 1 8之光束之強度I λ能比主動介 質1 508之飽和強度Isat要大，相等，或要小。可變電壓 源1 506之電壓V，其施加穿過PN或PIN接面，包括主 動介質1 5 0 8，係大於與可穿透注入電流之值相關之電壓 值。 當可變電源1506之施加電壓V係增加超過於 ’施加電壓V將激發主動介質1 508，提供於操 作波長之增益之位於波導A 1502之主動介質1508。該主 動介質1 508之狀態係模擬如第3J圖所描述之狀態J。 由於與元件範例（第3 Η圖中之狀態）之第二例示實施 例相比之增長之注入電流C及施加電壓V，該狀態（第3 J 圖之狀態）係藉由相對較快之電子激發而特徵化。 來自輸入淳 Α1 1510之於Α1518之部分光係於主動 介質而增益能量，且退出槔Α2 1512。該主動介質1508 之狀態係模擬於如第3 J圖所示之狀態J。 應被理解，於一例示實施例，退出波導Β 1 5 0 4 (如於 1520之光）上之埠Β2 1514之能量能被適當設計以不本 質地影響於該狀態。退出第1 0圖之電光光子電晶體之淳 Β2 1 5 1 4之能量能夠被再次使用以提供信號或能量輸入於 其它電光光子電晶體。 119 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210x297公楚) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -口 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 λ 5464¾^ 8. 3〇 年月日修正A7 B7 五 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 發明説明（） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 對於第三元件範例狀態，如果施加電壓 V係被增加 超過減弱電壓 vdecouple(即，v〉vdecoupie>v|c=Ci)，然後主 動介質之於λ之增益將增加至一層次，如是於λ 1518之 光將不從波導Α 1 5 05耦合或傳送至波導Β 1 504而不會於· 能量發產生本質地改變。相反的，退出埠 Α2 15 12及埠 Β2 1514之於；I 1516之光將增加於相對於於；I 1518之光 之強度Ιλ之強度，由於波導Α上之於Λ之增加之增益。 vi)對於主動介質狀態及元件狀態之傳送 從一主動介質狀態之另一狀態之傳送係藉由改變施加 電壓而發產生。於主動介質之改變然後於元件狀態係發 產生相對之改變，結杲產生於透過元件之光束之動作之 改變。如該傳送之例示，假設我們開始於可穿透狀態 v>v|c=c,w之正向偏壓。於該情況，主動介質1 5 08係位於 如第3 J圖（元件範例6之第三元件範例狀態）中之描述之 模擬於狀態J之增益狀態。當於λ之增益狀態（第3 J圖中 之狀態J)時主動介質1 5 0 8係被驅動回於；I之可穿透狀態 (於第3Η圖中之狀態Η)當可變電壓源1 506之施加電壓V 被減少以成為約與於V = v|c=CiW相等。主動介質1508之 狀態將再次模擬於狀態Η，如描述於第3 Η圖（元件範例6 之第二元件範例狀態）。該狀態（第3Η圖中之狀態）藉由與 第3 J圖（元件範例6之第三元件範例狀態）之狀態J相比 之相對低電子激發而被特徵化。 120 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) 546496 射，8. 年月 30 A7 五、發明説明（ 當電壓v進一步減小從νμ从至零，且然後至負偏 壓（ν<0)，任意電子將去激且介質將被驅動並保持於損耗 狀態。主動介質1 508之狀態將再次模擬於狀態κ，如 述於第3 Κ圖（TL件範例6之第一元件範例狀態）。 插 VU)元件範例8作為切換器或調變元件 對於於；I 1518之給定光輸入，於第1〇圖之元件 之情況，改變施加於主動介質之電壓之淨效應係，增加 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 施加電壓V超過可穿透電廢v 1512之於λ之光。減小施加電壓v於v|_係除去退出 埠A2 1512之於λ 1516之大多數光。於此方式，電光 光子電晶體1 500能被用成於如上所述之第二及第三元件 範例狀態間之電壓控制切換元件。 當激發於主動介質1 508之電子數將約相等於從注入 電流流入介質1 508之高能階之電子數，類似的，產生於 λ並傳遞向輸出埠1512之光子數將約相等於被激發之電 子數，如果光子係於發產生於1(rio秒（對於半導體介質） 之電子自由衰減之後而被產生。這能發產生於足夠高之 束強度，於其激發電子之刺激衰減率係超過其自發衰減 率，如具有比介質（Ιλ >Isat)飽和光束強度要高之束強 度。結[於退出之光子數將幾乎等於（即相關於）來自注 入電流之電子數，如果大多數之電子結果於介質15〇8中 被激發電子。此被稱為電子光子量子數相關。當此發產 生時，元件1 500能被用作高或接近單位量子有效元件。 =c,(又） 以產生退出埠A2 ?T^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 121 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公I) A7 B7 54649¾. 8. so 年月曰修止/丈丈 五、發明説明（ 如果輸入信號光1 5 1 8係連績波束’ /、、i該元件範例之淨動 作係轉變電子束成光子束。因此，該元件能充當相關電 子光子傳送之量子數。尤其，如果注入電流係常數，退 出埠A2 1 5 1 2之光子通量或光能量將相對恒定。於此情 況，該元件係充當光能調節器。 應被理解，該描述係涵蓋幾個而非所有元件操作之 方面。例如，於λ之光（久〉人g a p)能被打開或關閉，如果 於λ之光係打開，於λ之光之強度能較主動介質之飽和 強度大、相等或較小。此外，於較佳之情況包括主動介 質1 5 08之ΡΝ或PIN接面能被可變電壓源之施加電壓V 所正向（約V>0)或反向偏壓（約V<0)。該施加電壓V具有 相關注入電流源C。如上所示，當V超過零伏（約），相對 於可穿透電壓於C = Ct及去耦合電壓Vdecouple之V值具有 對於元件1 500之操作及主動介質1 508之狀態的含義。 該主動介質1508能表明於取決於於久之光強度、波長 λ、及施加電壓V及/或注入電流之操作波長又之損耗、 可穿透、或增益。但，應被理解，主動介質之較多或較 少之狀態能被相對於此或其它實施例及/或應用之元件 1 5 00而應用及有教益之描述。 於該元件之另一有用實施例中，作用長度/係比搞合 長度/c要短（/</c)。於此情況，益非所有來自於人之信號 能量將被從波導A 1 502至波導B 1 504而輛合’甚至當 介質1 508係位於如3 Η圖所示之可穿透狀態·於較佳之 情況，於Α之信號能量之部分傳遞透過介質1 5〇8並由埠 122 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公爱) ..............鮝.........、可.........$· (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 5464% 8. 3〇 年月曰修正/免正γ補充1
五、發明説明（） A2 1512退出。施加於主動介質 貝之反向偏壓如第3K圖中 之狀態K ’將使介質進入於λ t 夺貝耗狀恕，且出傳遞進 入主動介質之信號光將大部分 做及收並於λ之較少信號 能量將退出埠Α2 1512。於此太斗、_ 、 於此方式，電光光子電晶體 1 5 5 0能被用作電壓以控制於如 所❿之弟一及第二例示 狀態且能充當光學強度調節器。 應被理解，該等尺寸，例示長度’及幾何形狀被顯示 係出於描述…500之有用實施例之目的，蓋不能以限 制任意元件或元件1 5 00之i它你 一匕例不實施例。不同尺寸、 大小、及幾何形狀能被採用，其 ^取决於所希望之被實施 之應用及製造材料、過程或技術。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) viii)MMI/共振器結構元件 目前，對於元件6之MMI/共振器結構將與元件i MMI/共振器結構係拓撲性相似，此對於熟悉本技藝之 士係相當明顯。如於元件丨，應被理解，mmi/共振器 共振器II結構元件係另外功能性及操作性相同於元 1 500，且有關於元件1 500之描述及說明通常可利用 MMI/共振器結構元件。 之 人 1/ 件 於 訂· 線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ix)耦合器/MMI/共振器結構元件之PBG實施 目前，對於元件6之耦合器/MMI/共振器結構之ρΒσ 實施將與元件1之耦合器/ΜΜΙ/共振器結構之pbg實施 係拓撲性相似，此對於熟悉本技藝之人士係相當明=。 123 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) 30 月日修正/駄，先 發明說明（ 如於元件1，
應被 構之PBG實施么理解，元件6之耦合器/MMI/共振器結 且有關於元件另外功能性及操作性相同於元件1 5 00， 1 5 0 0之描述及說明通常可利用於耦合器 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 /MMI/共振器結構 應被理解，斟 t CAA 了於該兀件之尺寸及材料係出於描述元件 15U0 之有用杂 a 錢^例及其MMI/PBG/共振器方案之目的而 非用以限定任音一 件範例、或元件1 500及其MMI/PBG/ 共振器方案。兀 个同之大小尺寸能被應用，其取決於如所 希望之被·^ ^ 灵&之製造材料，過程或技術之應用。不同材 料能被採用，‘ ^ 如’波導並不一定係半導體，可為光纖或 聚合物波導& U、要必須之波導或波耦合效應被實現），該主 不一定係半導體或量子井而可係摻雜於玻璃或 主動ΛΚ合物之铒離子（只要增益/損耗/可穿透特性係實 現）’且該共振器並不一定係半導體而能係玻璃或聚合物 (只要必須之共振效應被實現）。亦應被理解，波導、ΜΜΙ 結構、光子能帶隙結構、或共振器通常不需為.線性、環 形、平行、或有規則之形式。任意曲線形狀及結構尺寸 可被利用只要它們實現相同之功能如波導、波耦合、光 學共振效應、及光子能帶隙效應。 應被理解，當該等元件之主動介質主要操作於增益/ 可穿透/損耗模式，於主動介質之折射率之同時改變能於 主動介質改變狀態時發產生。於主動.介質之折射率之改 變能於一些情況被用以進一步提升該元件之性能。因 而，該等元件之操作包括該等情況，如是增益/可穿透/損 元件 124 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公產) —---------IT^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 546職 30 年月曰修正 --^_ B7_ 五、發明說明（） 耗之特性及主動介質之折射係數被用以指使元件之操 作。 /、 (請先閲讀背面之注意事項再場寫本頁) B•元件範例7(電光） 第1 1圖係描述第七元件範例及執行方向性輕合波導 之電光光子電晶體元件之第二一般實施例16〇〇。出於描 述而非限制之目的，該元件係根據對於足夠能量及波長 之較反或超速光學脈動之切換元件之一種有用方式而被 描述。該元件1600不限於使用切換元件，且能被使用， 如，作Μχ N切換器、可變耦合器（包括其於光學環鏡及 脈衝儲存環）、電光相移器、共振器頻率反轉元件、光強 度周灸及可變光學哀減器。應被理解，元件1 6 〇 〇之 該等例示應用係用於描述對於元件16〇〇之寬範圍使用， 並非用於限制元件之其它例示實施例之應用於該等例 示。該元件係可能指如「電光輸入__臂-增益·損耗閘光子 電晶體」（Electro-Optic Input-Arm_Gain-L〇ss_Gate Ph〇Sist0r(E〇IGL 光子電晶體 ι5〇〇)。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 iGL光子電晶體16〇〇於較佳之情況係包括由波導 A 1620所佔據之空間區域所組成之光的第一路徑及由波 導B 1604所佔據之空間區域所組成之光的第二路徑。波 導A 1604於較佳之情況係包括主動介質16〇8。具有可變 電壓v之電壓源1 606係施加跨過主動介質16〇8。如上 所述，波導A 1604能如第4C圖中之具有主動介質420 之波導450而進行實施，且波導a 1 602能於一有用實施 125 本紙張尺度適用中國國木標準(CNS)A4規格(210x297公爱) 54649 % ；· 30 月日修正/更A7 — B7 五、發明説明（） 例如第4圖所描述之波導400而進行實施。波導B 1604 於較佳之情況包括輸入埠B2 1 6 1 4及輸出埠A2 1 6 1 2。波 導B 1 604於較佳之情況包括輸出璋B2 1614。第1 1圖顯 示波導A 1602具有寬度WA且位於與具有寬度WB之波 導B 1604約平行之距離（耦合間隙或距離）Wg上，其具有 寬度WB。 於波導A1 1602上之輸入槔A1 1610適當設置以接受 具有波長；1(於；1)1518之光。於一有用實施例中，於入 1618之光係連續波（CW)光。取決於電光光子電晶體1600 之狀態，光能從輸出埠Β2 1614如具有波長λ (於；I )(打 開信號輸出；I ) 1 620之光亦能被輸出。於一有用之實施例 中，於λ之光1620係脈衝光。光亦能如具有波長久（於 λ )(關閉信號輸出λ ) 1 620之光而從埠Β2 1614被輸出。 於一有用之實施例中’於λ之光1 6 1 6係脈衝光。於某一 如下描述之條件下，當於波導上之主動介質到達可穿透 狀態且波導Α及Β係光學性可穿透，於又1 6 1 8之大多數 沿波導A 1 5 0 2傳遞之連續波光將傳送至波導b 1 6 0 4，於 耦合長度1C之後。應被理解，進出IGL光子電晶體16〇〇 之光信號及其它有用之實施例能包括脈衝光信號，連續 波（C W)光信號，或二者都有，取決於被利用於一特定應 用中之該實施例之不同操作模式。 該粞合長度/c|x-y係定義為某一長度，於該長度上於 第一波導（X)上之波敢大轉合於搞合於第一波導（X)上之第 二波導（Y)。於元件1 600,作用長度/，被定義成於波導 (請先閲讀背面之注意事項再場寫本頁) 訂· 線·# 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 126 01 546496 年月曰修正/CiTSi ------ 五、發明説明（ 其延伸約整個耦合 施例中。請參閱第 域’對其而言該兩 A 1602及波導b 16〇4間之作用長度， 長度/c，如是/ = /c，於該元件之一實 1 1圖，於波導A及波導B間之作用區 波導係平行操作。 如第11圖所示，主動介質1 608之長度L等於作用長 度/(L = /)。該主動介質副8之長度匕可略長於或短於 z。相對於作用長度/而改變主動介質i 6 〇 8之長度L將改 變輪入比輸出信號傳送，而卻不會影響該元件之總操作 原則。 ' /應破理解，該等尺寸、例示長度、及幾何形狀被顯示 係出於描述元件1 500之有用實施例之目的，蓋不能以限 制任意元件或元件1 600之其它例示實施例。不同尺寸、 大小、及幾何形狀能被採用，其取決於所希望之被實施 之應用及製造材料、過程或技術。如，當選擇卜之選 擇係描述於該元件範例，該作用長度可與耦合長度心不 同且實現相似之元件功能。 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 社 印 製 亦應被理解，該波導之形狀通常不需為線性。曲線形 狀及不同波導之尺寸可被利用只要其實現如波導及波耦 合之相同功能。該主動介質能位於沿波導B之交替位置 之中心，而非如第1丨圖中描述的，且沿波導B能有多於 個之分離主動介質區域。且，並排放置以實現波轉合 之波導並非必須要水平並排放置，而能於自頂向下垂直 方式或其它相對於水平基材之方式以放置。耦合之波導 127 546496 91 8. 3〇
年月日修正/更lETffiX 五、發明説明（ 亦非必須要準確平订或具有相同之波導寬度及尺寸，只 要波導之理想效應被實現。 於元件1 600之例示實施例，於8〇〇nm之波導範圍之 操作，波長又能於82〇nm，而波導a 16〇2能如具有描述 於第4A圖之主動介質4〇〇之波導a 16〇2而被實施，且 波導B 1 604能如具有描述於第4c圖中之主動介質之波 導420而被實施，於對於具有於〇 3之合金組合χ之波 導軸蕊以給予約69〇nm之能帶隙能量之波導的AUGai_ xAs之實施例。因而於波導A及波導8之軸蕊材料係於 波長820nm具有可穿透性。當於波導a之主動介質係完 全去激，該主動介質係吸收光於82〇nm兩種波長。該介 質係基本二級介質，對其而言，電子係自由從高能階衰 減至對應於820nm吸收之高能階。 於操作於1 500nm波長範圍之元件16⑽之例示實施 例，該波長λ能於150〇nm，及波導A 16〇2能如描述於 第4A圖中之波導B 1604而被實施，波導B 16〇4能如描 述於第4C圖中之波導420而被實施，於對於具有於 χ = 0·16及y = 0.67之合金組合之波導軸蕊以給予約 11〇〇疆之能帶隙能量之波導的Ini xGaxAsi yPy之實施 例。因而波導A及B之軸蕊材料於波長λ丨丨5〇〇nm者具 有可穿透性。當波導A之主動介質係完全去激，該主動 介質係吸收光於15〇〇nm兩種波長。該介質係基本三級介 質’對其而s ’電子係自由從高能階衰減至對應於 1 5 0 0 n m吸收之高能階。 128 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) (請先閲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 Α7 Β7 546496 ν 91 8. 30 年月曰修正/更去 五、發明説明（） 於操作於1 5 0 0 n m (或1. 5 μ m)波長範圍之例示實施 例，波導4 0 〇或4 5 0之橫斷面尺寸係〇 ·4〆m寬’ 〇 · 2 5 // m厚。於該例示實施例中，波導A 1 5 02具有寬W A等於 〇·4 // m，且位於約與具有寬度WB之波導B丨5〇4平行相 距Wg 〇.4//m之位置上，而波導B 540具有4於〇.4/zm 之寬度。波導A、波導B、波導G之材料折射係數由 nA、nB及η。分別表示，且 = 該等折射係 數給出有效平面波導，其於具有〇·25// πι厚度之平面波 導結構中傳遞之折射係數約係2。波導以外之材料折射係 數被設定1.5。對於波導之光係位於約1500nm範圍之該 例示實施例係約1 5 # m。 應被理解，該等尺寸、例示長度、及幾何形狀被顯示 係出於描述元件1 6 0 0之有用實施例之目的，蓋不能以限 制任意元件或元件1 600之其它例示實施例。不同尺寸、 大小、及幾何形狀能被採用，其取決於所希望之被實施 之應用及製造材料、過程或技術。 i)該元件之一般操作原理 對於主動介質之注入電流或施加電壓之主要動作於_ 佳之情況係將介質從損耗狀態或可穿透狀態帶到增兴狀 態。介質之損耗、可穿透、或增益狀態然後將影響光從 不同之輸入埠傳送至不同之輸出埠。該元件妯 汁 < 總彳呆作能 透過該光傳送之電腦模擬而被描述以作介暂^ , 負知耗/增益係 129 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210x297公釐) (請先閲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 546儀.30 I S曰修正/要函 ------- 五、發明説明（ 數之功能(增益及損耗係數係如 益係數而有關）。 、’、月匕被描述如負增 曾“ #之例不操作能透過如第1 1A圖，第1 1 B圖及 第11C圖對於^ 弟UB圖及 果而被、 謂；長範圍之操作而被電腦模擬的結 …破模擬元件之幾何結構係藉由以上之例示 心用於15〇〇謂波長範圍而被描述。第11A圖及 /第"B圖係顯示對於λ16ΐ8之光輸入值電場強度之空間 刀佈’於傳遞進人波宴Δ V 及波VB之後。第UA圖及第 11Βθ圖之上部分係：維圖，對其而言，亮部係顯示相對 又第1 1Α圖及第1 1Β圖之下部分係三維圖，對 其而言’高度係顯示相對電場強度。帛uc圖係顯示於 訂 波導A2及；皮導B2之輸出埠之相對能量作功能也（損耗 係數-g及介質長度L值）。於第uc圖，於八2之輸出係 由J里線叩表不，實線係表示於B 2之輪出量（即，虛線 加點畫線）。第丨丨A圖係顯示當增益介質位於損耗或可穿 線 透狀態（於0/A m或_gL==〇之損耗係數）時之情況。從第 1 1 A圖中，顯然，大多數λ 1 6 1 8之能量係從於埠B 2 1614之波導β 16〇4而退出。第ηΒ圖係顯示當介質被激 發至於λ之損耗狀態（於-3 3//zm或·gL：=5〇之損耗係數） 之情況。第1 1 A圖及第1 1B圖係顯示元件之光的兩個代 表干涉通量模型，其係依賴於主動介質之狀態。一個人 能藉由改變主動介質之狀態透過施加電壓或注入電流之 動作而傳送於光的兩個代表干涉通量模型之間而傳送。 應注意，除了該等兩狀態，有其它狀態，如第丨1C圖所 130 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) 5464968. 3〇 年月日修正/更
五、發明説明( 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 H)元件狀態範例 π有施加電壓V(或注入電流C)總操作區域或介質（如 動”貝420刼作如PN或PIN接面）之不同操作模式被 定義及描述如上於第3G-K圖。因如元件16〇〇之電光光 子電晶體及相關之例示實施例係於較佳包括一或多個操 作區域該元件及其實施例能根據描述於第3 G-K圖中被 特徵化。 於較佳及有用之實施例，電光光子電晶體1 600如切 換兀件操作。輸入元件丨6〇〇之於又之光的波長係較佳於 能帶隙能量附近（相關於；gap)。 應被理解，進出0GL之光子電晶體ι 600之光信號及 其它有用之實施例能包括脈衝光信號，連續波（cw)光信 號’或二者都有，取決於被利用於一特定應用中之該實 施例之不同操作模式。 應被理解，例示光子電晶體1 6 0 0之動作係被由元件 1600中之光束所使用之路徑而被定義。元件1600之光束 使用之路徑係較佳係依於光子電晶體1 6〇〇之作用區域之 主動介質之狀態（如，損耗、可穿透、或增益狀態）。 於主動介質之狀態及元件中之光束傳遞之狀態之組合 係定義該元件之狀態。該元件1 600之不同操作能相關於 131 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} 訂· 線‘ 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) 30 96 年 月 日修正
發明説明（） 該元件狀態而進行更精確。應被禮解，然而，更多或更 少之元件狀態能被施加並有教益之相關…600而進行 描述於此或其它實施例及/或應用。 太' JL , - /止 /冰之一級之元件之另 ，、70件之操作能如實現從％件 / 一級在一此灸，輸入束被接受之 ^ 些内在輸入之影響如輸入采 4^τ ψ , ^ ^ /x <雷流之施加電能， 位置，於較佳之情況包括施加電廢成私μ 而被描述。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ui)第一元件狀態範例 對於電光光子電晶體1 600之第 之光編「打開」。波長Α係位於主動介：： 吸收及增益波長’其係略微短於主動介員（又g) I 1¾、、士且1 4緙I Λ能比主動介質 隙波長；I g。於λ 1 6 1 8之光束之強度 ,/：ΛΟ 々要小。可變電壓源 1 608之飽和強度Isat要大、相等、戒 ,*广 ρΐΝ接面包括主動介 1 6 06之電壓V，其施加穿過Ρ ^ 勿括主動介質1 508 質1 6 0 8 ’係約小於零電壓。於該值’ 0 ΡΝ或PIN接面係由電壓ν而反向偏歷 之埠 A1 1610。於 於又1618之光進入於波導a 16〇2 λ 1618之光係沿波導A 16〇2傳遞。到達波導B之於λ 1618之光將損耗能量於主動介質1608 ’如是大多數於λ 161δ之光不傳至波導Β 1604，因而不於埠Β2 1614退 出。而是，於λ之光係傳遞透過波導A 1602並於埠Α2 1612如於A1616之光從波導a 1 602退出。來自施加電 壓V之反向偏壓驅動主動介質1 608至於又之損耗狀·賤並 132 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210x297公釐) 請 先 閲 讀 背 面 5 意 事 項 再 場 寫 本 頁 元件範例狀態，於 可 線 546496 V* I? at 五、發明説明（ 當施加電壓V約零或低於零伏時保持該狀態。有不有效 之電子激發。相反，有快速電子去激發產生以協助驅動 主動介質至於又之指紅壯能 _ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 貝耗狀L。該主動介質之狀態係模擬 於如第3 K圖所描述之狀態κ。 iv)第二元件狀態範例 對於電光光子電晶體1 600之第二元件範例狀態，於 λ 1618之光束係被「打開」。波長λ係位於主動介質 之吸收及增益波長，其係略微短於主動介fu<Ag)之能 帶隙波。於λ1618 <光束之強纟η能比主動介質 15〇8之飽和強纟Isat要大，相#，或要小。可變電壓源 1 606之電壓V，其施加穿過pN或piN接面，包括主動 介質15〇8’係約相對於與注入電流之臨界值相關聯之電 壓值° Ctu )(即’ V与νμ=⑽）被稱作可穿透電流。於該 線 值，包括主動介質1 608之PN或PIN接面係由施加電壓 V而正向偏壓。可穿透電流，CtU)係當主動介質丨6〇8 被電流驅動至於波長λ之可穿透狀態時之約電流值。使 上升至該可穿透電流ct( λ )之對應電壓V ⑷被稱可穿 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 透電流。該主動介質之狀態係模擬於如第3 H圖所描述之 狀態Η。 於；I 1618之光係進入波導上之埠Α1 1610。於；^ 1618 係沿波導A 1 602傳遞，且於人1618之大多數光係隨後於 耦合長度/c後傳送至波導b 1604。於人1618之光然後如 於λ 1620之光於埠B2 1614之波導B 1604而退出。當施 133 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) 546496
加電壓V係約於可穿透電壓v|c=c,(a)時，該主動介 , M 1608 '、 於於λ之損耗狀態並保持該狀態。無足夠 發I子激 诉由知加電壓/注入電流所提供以驅動主動 之j#只灿At 貝'^於λ 曰皿狀悲。主動介質1 608之狀態係模擬於如宽 中护、+、 不3Η圖 甲抱述之狀態Η。 ν)第三元件範例 對於電光光子電晶體1600之第三元件狀態範 Am 祀例，於 6 1 8之光束係被「打開」。波長λ係位於主 . 勒介質 σ收及增益波長，其係略微短於主動介質（λ < 、g)之能 可隙波長；I g。於久1618之光束之強度Ιλ能比主動介質 16〇8之飽和強度込“要大’相等，或要小。可變電壓原 1606之電壓V，其施加穿過PN或PIN接面，包括主動 介質1 608 ’係大於與可穿透注入電流之值，CtU )(即ν〉 V c=C/W)相關之電壓值。
當可變電源1 6 0 6之施加電壓ν係增加超過於VI I c=c,(又) 之可穿透電壓，施加電壓V將激發主動介質16〇8，提供 於操作波長之增益之位於波導A 1 602之主動介質1 608。 該主動介質1 6 0 8之狀態係模擬如第3 j圖所描述之狀態 由於與元件範例（第3 j圖中之狀態）之第一例示實施 例相比之增長之注入電流C及施加電壓v，該狀態（第3 Η 圖之狀態Η)係藉由相對較快之電子激發而特徵化。 來自輸入埠A 1 1 6 1 〇之於又丨6 } 8之部分光係傳送至 波導B 1 604且於主動介質16〇8增益能量，一些額外能 134 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公楚) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -訂· 線乂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 年30A? 五、從 ^^—----發明說明（） 量不、 1612=出波導B 1 604而是傳遞向A2 1612且退出
埠A y )寸於主動介質狀態及元件狀態之傳送 - - - — y . 雷 ”貝狀怨之另一狀態之傳送係藉由改變施 电壓而菸吝止 產 ' 。於主動介質之改變然後於元件狀態係 in 改變 之改變，結果產生於透過元件之光束之動作
經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 X 消 費 合 ί 社 印 t I V ~傳运之例不’假設我們開始於可穿透狀態 Μ⑷之正向偏壓。於該情況，主動介質1 608係位％ 第 、 圖（兀件犯例7之第三元件範例狀態）中之描述之 於 ift # τ 狀1心之增盈狀態。當於又之增益狀態（第3 J圖中 '心J)時主動介質16〇8係被驅動回於又之可穿透狀 \ ^ 2 U 被# 圖中之狀怨H)當可變電壓源1 606之施加電廣 =减少以成約與於^ vk⑷相等。主動介質劇之 2將再-人杈擬於狀態H，如描述於第π圖（元件範例 =第一兀件範例狀態）。該狀態（第3H圖中之狀態）藉由 3 J圖（元件範例7之楚- -μ 干粑1 j之第二疋件範例狀態）之狀態J相 之相對低電子激發而被特徵化。 Γ當電壓V $一步減小從vk⑷至零，且然後至負 壓(Av<0) ’任意電子將去激且介質將被驅動並保持於損 狀悲。主動介質1 608之狀態將再次模擬於狀態κ，如 述於第3Κ圖（元件範例7之第一元件狀態範例）。 135 本紙張尺;ίϋ中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐)一 —------- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -" 線
I 546496 A7 B7 -?k 8. _— VII)作為切換器或調變元件之元件範例7 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 對於λ 1618之給定光輪入，於第11圖之元件1600 之情況’改變施加於主動介質之電壓之淨效應係增加施 加電壓v超過可穿透電壓v|c=c，⑷以產生於退出主動介質 1608上之埠B2 1614之於λ之光162〇，當減少施加電壓 v低於約零伏而產生退出波導16〇2上之埠Α2 1612之於 λ 1616之光。於此方式，電光光子電晶體1600能被用 成於如上所述之第二及第三元件範例狀態間之電壓控制 切換元件，並可充當於輸出埠Α2 1612及輸出埠Β2 1614 間之傳送能量之光學切換器。 • 應被理解’該描述係涵蓋幾個而非所有元件操作之方 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 面。如，於；I之光（λ >= λ gap)能被打開或關閉，如果於 λ之光係打開，於；I之光之強度能比主動介質之飽和強 度大、相等、或小。此外，於較佳之情況包括主動介質 1 60 8之ΡΝ或PIN接面能被可變電壓源i 6〇6之施加電壓 V所正向（約V>0)或反向偏壓（約V<0)。該施加電壓v具 有相關注入電流源C。如上所示，當V超過零伏（約），相 對於可穿透電壓於C = Ct(；l)之V值具有對於元件1600之 操作及主動介質1608之狀態的含義。該主動介質16〇8 能表明於取決於於λ之光強度，波長λ ，及施加電壓v 及/或注入電流之操作波長λ之損耗、可穿透、或增益。 但，應被理解，主動介質之較多或較少之狀態能被相對 於此或其它實施例及/或應用之元件1 600而應用及有教益 之描述。 136 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210χ297公楚) 54649f’f日修正/絲備貪 A7 ΒΊ 五、發明説明（） 於該元件1 600之另一有用實施例中，主動介質丨6〇8 不包含PN或pin接面，且量子包含完全效應或FraI^ Keldysh效應係被用於穿過主動介質之施加電壓下而從< 穿透至吸收改變介質。該元件另外如元件7之同〆方& 而操作。於此情況，該第一例示狀態將對應於第3 F _中 之狀態F ’第二例示狀態將對應於第2E圖中之狀態E ° viii)作為相移器之元件範例7 於另一有用元件實施例中，波長作用長度係約21^ 与Μ或偶數多重/c (1% 2m/c，其中m係正整數）。於此情 況，當主動介質1608係位於如第3H圖中狀態Η之< $ 透狀態時’信號輸入1 6 1 8將首先沿波導A 1 602傳遞I 波導B 1 604 ’但於傳遞lc長度之後將具有從波導A 1602 至波導B 1604傳遞之大多數能量。該能量將於光進〆y 傳遞另一長度/c之後從波導B 1604傳遞回波導A 16 02’結果產生成從埠A2 1612之於；I信號輸出，如# / = 2/c。當主動介質1608係位於如第3K圖中之狀態& ^ 損耗狀態時，信號輸入1618將不從波導A 1602傳遞裏 波導B 1604，而將僅沿波導a 1 602傳遞而退出埠A2 1 612。但是，信號將經歷一不同相位，因其選擇到達埠 A2 1612之不同路徑。尤其，其將獲得弧度π (或180°)之 光學相位。 因此，淨動作係信號光將退出同樣之埠A2 1 6 1 8，當 主動介質由第一狀態改變至第二狀態，但具有弧度7Γ (或 137 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) π請先閱讀背N%之涑意事項鼻璜寫本貢) 訂 線·秦 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 年月日修正/ liE /補免 五、發明説明（ A7 B7 於此情況，該 &件係充當電壓 ix)元件範例7从^ ^ 作為波長多路轉換器/本夕 波長選擇切換器 去夕路轉換器 於元件另一右田 之办电 有用實施例中，波導A及B且士 之見度^具有不相 A及WB。如熟悉本技藝之人士 相等波導寬度之 斤热知，具有 波V耦合器將具有較強 性。尤其，當主動介皙仂於之波長之靈 〜"貝位於可穿诱站能 ^ 長將最大限度從波^至波導^合之某— 不僅充當切換器而且充當波’允許兀 寬度之區別，該w /详刀換裔。除了於波 " 牛A施例係另外功能性及M 於元件1 6 0 0，有關-从 及機能性等 有關疋件1 600之描述及說 於該元件。 Θ係通常可 或 等 不 波 件 導 同 應用 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ，料元件7之_共振11 p共振$ w 與-件2之刪/共振器U 。。I"。 此對於孰朵女4士站 、、口構係抬撲性相 此對於热悉本技藝之人士係相當明顯。如 :解’ _共振器υ共振器II結構元件係另外功r 性相同於元件16。°’且有關於元件160。… 明係通常可利用於_/共振器工/共振器„結構元 振器之使用能幫助減少元件所需之操作電壓以及 之尺寸。 構將 似， 應被 性及 及 件 說 共 該元件 138 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210x297公爱了 ------- 54649% 8 〇〇年月日修正/&/補充 五、發明説明（ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 X1)轉合器/MMI/共振器結構元件之pBG實扩 目刚’對於元件7之MMI/共振器I/i£ PBG實施將與㈣2之MMI/共振器^振二1結構之 削係㈣性相似，此對於熟悉本技藝之結構之 顯。如於凡件2，應被理解，MMI/共振器1/北振;月 構元件…實施係另外功能性及機能性結 關’且有關於疋件1600之描述及說明係 PBG實施。 M W用 /應被理解，該等尺寸、例示長度、及幾何形狀被顯 係出於描述兀件1600及其MMI/pBG/共振器方案之有 實施例之目的’蓋不能以限制任意元件或元件Μ⑻之 MMUPBG/共振器。不同尺寸、纟小、及幾何形狀能被採 用，其取決於所希望之被實施之應用及製造材料，過程 或技術。不同材料能被採用，如，波導並不一定係半 體’可係光纖或聚合物波導（只要必須之波導或波搞合 應被實現），該主動介質並不一定係半導體或量子井而 係摻雜於玻璃或主動聚合物之铒離子（只要增益/損耗 穿透特性係實現）’且該共振器並不一定係半導體而能 玻璃或聚合物（只要必須之共振效應被實現）。亦應被 解，波導、MMI結構、光子能帶隙結構、或共振器 不需為線性、環形、平行、或有規則之形式。任意 形狀及結構尺寸可被利用只要它們實現相同之功能 導、波耦合、光學共振效應、及光子能帶隙效應。 139 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) 件 於 示 用 其 導 效 可 /可 理 通常 曲線 如波 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 546496射.8 年月曰修正/更去A7 ______ B7 五、發明説明（） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 應被理解，當該等凡件之主動介質主要操作於增益/ 可穿透扣耗杈式，於主動介質之折射率之同時改變係能 於主動介質改變狀態時發產生。於主動介質之折射率之 改變係能於—些情況被用以進—步提升該元件之性能。 因而，該等元件之操作包括該等情況，如是增益/可穿透/ 損耗之肖（·生及主動介質之折射係I被用以指丨元件之操 作。 C ·元件範例8 (三閘電光元件） 線-赢 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第12圖描述了第七元件範例及執行方向性耦合波導 之電光光子電晶體元件之第二一般實施例17〇〇。出於描 述而非限制之㈣，該元件係根據對於足夠能量及波長 之較慢或超速光學脈動之切換元件之一種有用方式而被 描述。該元件1 600不限於使用切換元件，且能被使用， 如，作為Μχ N切換器、可變耦合器（包括其於光學環鏡 及脈衝儲存環）、電光相移器、共振器頻率反轉元件、光 強度调變器、及可變光學衰減器。應被理解，元件丨7〇〇 之該等例示應用係用於描述對於元件17〇〇之寬範圍使 用，並非用於限制元件之其它例示實施例之應用於該等 例示。該元件係可能指如「電光半·臂_增益“員耗閘光子 電晶體」（Electro-Optic s-Gate
Phosistor (EO MGL 光子電晶體 17〇〇)。 EO MGL光子電晶體1 700於較佳之情況係包括由波 導A 1 7 0 2所佔據之空間區域所組成之光的第一路徑及由 140 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) 546496 m. 8. 年身日修正/£正A? -----^B7 五、發明説明（ 波導B 1704所佔據之空 j匕Μ所組成之光的第二路徑， 及第三波導。波導G 1 7 ? 2於钤乂土 一2於較佳之情況係包括主動介質 1 708。具有可變電壓ν之雷厥、店， 電堡原1 7 〇 6係施加穿過主動介 質1 708。波導G 1 722能於一女ra电 月匕於一有用實施例如第4C圖所描 述之波導4 5 0而進行竇竑。、士谐a 丁灵施。波導A 1 702及波導B 1704 能於一有用實施例如第4A圄讲>、+， ^ 乐4A圖所描述之波導450而進行實 施。波導A 1 7 0 4於較佳之梧、、w 4 '佐 < 障况包括輪入埠A1 1710及輸 出埠 B 2 1 7 1 4。波導 g Ί 7 1 4 ^ a a t 1714較佳包括輪出埠G1 1726及 輸出埠G2 1 728，以及主動介質17〇8。第12圖顯示波導
A 1 702具有寬度Wa且位於與具有寬度Wb之波導G 1 7 22約平行之距離（耦合間隙或距離）上，其具有寬 度WG。 於波導A1 1702上之輸入埠A1 1712適當設置以接受 具有波長；1(於又）（信號輸入；1718之光。於一有用實 施例中，於；I 1 7 1 8之光係連續波（cw)光。取決於電光光 子電晶體1 700之狀態，光能從輸出埠Β2 1 7 1 4如具有波 長λ (於；I )(打開信號輸出；I ) 1 720之光亦能被輸出。於一 有用之實施例中’於λ之光1 7 2 0係脈衝光。光亦能如具 有波長λ (於；I )(關閉信號輸出λ )1620之光而從埠Β2 1 6 1 4被輸出。於一有用之實施例中，於λ之光1 7 1 6係脈 衝光。於某一如下描述之條件下，當於波導上之主動介 質到達可穿透狀態且波導A、Β及G係光學性可穿透， 於；I 1 7 1 8之大多數沿波導A 1 702傳遞之連續波光將傳 送至波導B 1 704，於耦合長度/'c之後。應被理解，進 141 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297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 Α7 Β7 54哪 30 年月日修正/ 五、發明説明（ 出 MGL光子雷曰 ^ ^ 日日體1 700之光信號及其它有用之實施例 能包括脈衝光传％ + 。破，連續波（cw)光信號，或二者都有， 取決於被利用於—+ '特之應用中之該實施例之不同操作模 式。 該耦合長廑^ CIX-Z-Y係定義如某一長度，於該長度上 於第一波導（X)上之·由m丄 )工之波取大耦合於耦合於第一波導（χ 第二波導（γ) 0有— 有一或夕個於波導X及γ之中間波導，其 由一波導（Ζ)所代表。如来 ......本技藝之人士所知，编合長 度係於各對波導及各波導寬度間之間隙距離之功能。該 間隙距離能被選擇以於波導X及波導Υ間之最大麵合， 其透過於波導ζ至及你遂7 ν 芏及渡導ζ至波導Υ間之耦合，其中Ζ 能代表一或多個波導。 於兀件1 700 ’作用長度Γ，被定義成於波導a no〕 G㈣…7〇4間之作用長度，其延伸約整個輕合長 度/,c’如I r=rc，但能於該元件之-實施例中與r不 同。請參閱第12圖，於波導A、GA b間之作用區域， 對其而a該專波導係平行操作。 請參閱第12圖，主動介質17〇8之長度L係等於作用 長度厂（L =厂）。該主動介質1708之長度l可略長於或短 於/'。相對於作用長度r而改變主動介質17〇8之長度L 將改變輸入比輸出信號傳送，而卻不會影響該元件之總 操作原則。 應被理解，該等尺寸’例示長度，及幾何形狀被顯示 係出於描述元件1 700之有用實施例之目的，蓋不能以限 142 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、\一'口 線* 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 社 印 製 5464祕}年 30月 日修 j£·/屬 A7 B7 五、發明説明（） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 制任意元件或元件 1 7 0 0之其它例示實施例。不同尺寸、 大小、及幾何形狀能被採用，其取決於所希望之被實施 之應用及製造材料、過程或技術。如，當選擇/' = /'c之 選擇係描述於該元件範例，該作用長度可與耦合長度/'c 不同且實現相似之元件功能。 亦應被理解，該波導之形狀通常不需為線性。曲線形 狀及不同波導之尺寸可被利用只要其實現如波導及波耦 合之相同功能。該主動介質能位於沿波導B之交替位置 之中心，而非如第15圖中描述的，且沿波導B能有多於 一個之分離主動介質區域。且，並排放置以實現波耦合 之波導並非必須要水平並排放置，而能於自頂向下垂直 方式或其它相對於水平基材之方式以放置。耦合之波導 亦非必須要準確平行或具有相同之波導寬度及尺寸，只 要波導之理想效應被實現。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 於元件1 700之例示實施例，於800nm之波導範圍之 操作，波長λ能於820nm，而波導A 1702及B 1704能 如具有描述於第4A圖之主動介質400之波導A 1602而 被實施，且波導G 1 722能如具有描述於第4C圖中之主 動介質之波導450而被實施，於對於具有於0.3之合金組 合X之波導軸蕊以給予約690nm之能帶隙能量之波導的 A1X G a 1 _ X A s之實施例。因而於波導A、B及G之軸蕊材 料係於波長820nm具有可穿透性。當於波導G之主動介 質係完全去激，該主動介質係吸收光於 820nm兩種波 143 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) 5464¾^ , 3〇 年月 日修正A 7 B7 五、發明説明（） 長。該介質係基本三級介質，對其而言，電子係自由從 高能階衰減至對應於820nm吸收之高能階。 於操作於1 5 ΟΟηχη波長範圍之元件1 70 〇之例示實施 例，該波長λ能於15 OOnm，及波導A 1 702及β 1704能 如描述於第4A圖中之波導400而被實施，波導g 1722 能如描述於第4C圖中之波導450而被實施，於對於具有 於χ = 0·16及y=0.67之合金組合之波導軸蕊以給予約 llOOnm之能帶隙能量之波導的Ini-xGaxAsbyPy之實施 例。因而波導A，B及G之軸蕊材料係於波長；I 1 1 500nm 者具有可穿透性。當波導G之主動介質係完全去激，該 主動介質係吸收光於1 500nm兩種波長。該介質係基本三 級介質，對其而言，電子係自由從高能階衰減至對應於 1 5 00nm吸收之高能階。 於操作於1 5 0 0 n m (或1. 5 // m)波長範圍之例示實施 例，波導400或450之橫斷面尺寸係〇.4Am寬，0.25// m厚。於該例示實施例中，波導A 1 702具有寬等於 0.4//m，且位於約與具有寬度Wb之之波導B 1 5 04平行相距WgAG之位置上，而波導G I 722具有等於 Ο·4 μ m之寬度WG。於此實施例中，波導G 1722依次位 於約0.3 " m之波導B 1704平行相距WgAG之仅置上’ 而波導G 1722具有等於〇.4/z m之寬度Wo °波導A、波 導B、波導G之材料折射係數由ηΑ、ΠΒ及nG刀另〗表示’ 且nA = nB = nG =3.4。該等折射係數給出有妹♦面波導’其 於具有0.25/zm厚度之平面波導結構中傳遞之折射係數 144 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) (請先閲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 546^ 年月 日修正/尾正/補充 B7 五 、發明説明（ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 :勺係2。波導以外之材料折射係數被設定4 1 ·5。對於波 導之光U於、約i 5〇〇nm範圍之該例示實施例係約以 m。 應被理解，該等尺寸’例示長度，及幾何形狀被顯示 係出於描述…牛1700之有用實施例之目的，蓋不能以限 制任意元件或元件1700之其它例示實施例。不同尺寸、 大小、及幾何形狀能被採用，其取決於所希望之被實施 之應用及製造材料、過程或技術。 1 )該元件之一般操作原理 對於主動介質之注入電流或施加電壓之主要動作較 係將介質從損耗狀態或可穿透狀態帶到增益狀態。介 之損耗、可穿透、或增益狀態然後將影響光從不同之 入埠傳送至不同之輸出埠。該元件之總操作能透過該 傳送之電腦模擬而被描述以作介質損耗/增益係數之功 (增益及損耗係數係如損耗係數能被描述如負增益係數 有關）。 曰蓋^ 該元件之例示操作能透過如第12Α圖、第12Β圖 第15QQnm波長範圍之操作而被電腦模擬的 果而被描述。被模擬元件之幾何結構係藉由以上之例 實施例應用於i 500nm波長範圍而被描述。第i2A圖 第12B圖係顯示對於於又1718之光輪入值電場強度之 間分佈，於傳遞進入波導A及波導B之後。第丨2 A 第i2B圖之上部分係二維圖’對其而言，亮部係顯 對電場強度’第12A圖及第12B圖之下部分係三維圖 145 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 佳 質 光 能 而 及 結 示 及 空 圖及 示相 、\-云 日修正 546496«. 年 五、發明說明（） 對：Si而t ^ s ’鬲度係顯示相對電場強度《第12 c圖係顯示 於波逡 Δ 1 / a ' 等A2(埠Α2 ι712)及波導b2(埠Β2 ι714)之輪出埠之 相對能量作功能_gL(損耗係數-g及介質長度L值）。於第 12C圖’於A2之輸出係由點晝線而表示，實線係表示於 B2之輪出量（即，虛線加點晝線）。第12A圖係顯示當增 益介質位於損耗或可穿透狀態（於0/#m或-gLM之損耗 係數）時之情況。從第12A圖中，顯然，大多數λ 1718之 能置係從於埠Β2 1714之波導Β 1704而退出。第12Β圖 顯不當介質被激發至於又之損耗狀態（於_3·3/从m或_ gL — 50之損耗係數）之情況。從第12B圖，相當明顯，大 多數λ之能量係從波導a退出。第12八圖及第12B圖顯 不兀件之光的兩個代表干涉通量模型，其係依賴於主動 介質之狀態。一個人能藉由改變主動介質之狀態透過施 力電壓或’主入電流之動作而傳送於光的兩個代表干涉通 量核型之間而傳送。應注意，除了該等兩狀態，有其它 狀態’如第12C圖所示之於- gL = 6之中間狀態，對其而 a ’有被損耗介質所吸收之本質地完全能量吸收，如是 於波導A及波導B之兩個輸出端具有低輸出能量。 於第12D圖，我們顯示對於間隙Wg係0.4 v m之介 質長度1.2#m，且耦合長度/'c係12〇//m之較長元件之 情況。再，作用長度Γ係設定等於rc，且介質長度L係 等於/ c。第12D圖係顯示於波導A(埠A2)及波導B(埠 B2)之輸出埠作gL(於增益係數及介質長度L)之功能之相 對能量。於第12C圖及第12D圖，我們看見切換器對於 146 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) (請先閲讀背面之注意事項再場寫本頁} 訂· 線* 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 社 印 製 546496 a 年月 [30日修正 五、發明説明（ 第 12D圖中之龄且- τ炙奴長兀件而更完全。當切換 於約-50之gL， 渙益仍然發產生 § —較長L意味—較短g(對於2T_ ^， L=120"m，我們且古 S '50 較低。 "有㈣，4/”)，而意味切換器電壓能 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ιυπ件狀態範例 帶有施加電懕 V，+^ ^ 入所入 電流C)之一般總操作區域^ 介質（如主動介皙40Γ1 4β 丨貝4心采作如pns ΡΙΝ接面）之不同操十 義及描述如上於第3G-K圖。因為如元件17〇 之電光光子電晶體及相關之例示實施例係於較佳之情公 包括：或多個操作區域’該元件及其實施例能根據描丑 於第3G-K圖中被特徵化。 於較佳及有用之實施例，電光光子電晶體1 700如七 換元件操作。輸入元件17〇〇之於λ之光的波長係於較， 之情況於能帶隙能量附近（相關於；lgap)。 應被理解，進出MGL之光子電晶體1 700之光信號石 其它有用之實施例能包括脈衝光信號，連續波（cw)光七 號，或一者都有，取決於被利用於一特定應用中之該1 施例之不同操作模式。 應被理解’例示光子電晶體丨7〇〇之動作係被由元个 1700中之光束所使用之路徑而被定義。元件ι7〇〇之光^ 使用之路徑較佳係依於光子電晶體1 6〇〇之作用區域之3 動介質之狀態（如損耗、可穿透、或增益狀態）。 147 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂· 線-一 5464% 8. 30 年月曰修A7 _ B7 五、發明說明（） 於主動介質之狀態及元件中之光束傳遞之狀態之組合 係定義該元件之狀態。該元件1 7 〇 0之不同操作能相關於 該元件狀態而進行更精確。應被理解，然而，更多或更 少之元件狀態能被施加並有教益之相關元件1 700而進行 描述於此或其它實施例及/或應用。 尤其，元件之操作能如實現從元件之一級之元件之另 一級在一些内在輸入之影響如輸入束，輸入束被接受之 位置’於較佳之情況包括施加電壓或電流之施加電能， 而被描述。 i i i)第一元件狀態範例 對於電光光子電晶體i 70〇之第一元件範例狀態，λ 171 8之光束係處於「打開」狀態。波長又係位於主動介 質之吸收及增益波長，其係略微短於主動介質（λ < λ g)之 能帶隙波長λ g。於λ i 7 ! 8之光束之強度j λ能比主動介 質1 608之飽和強度Isat要大，相等，或要小。可變電壓 源1 606之電壓V，其施加穿過PN或PIN接面包括主動 介質1 708 ’係約小於零電壓。於該值，包括主動介質 1708 PN或PIN接面係由電壓v而反向偏壓。 於λ1718之光進入於波導a 17〇2之埠A1 1710。於 入1 7 1 8之光係沿波導a丨7〇2傳遞，且損耗能量於主動介 質1708，如是大多數於Λ 1718之光不透過波導^ 1722 傳至波導Β 17 04,因而不於埠Β2 1714退出。而是，於 λ之光係傳遞透過波導A 1 702並於埠Α2 1712如於入 148 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210x297公釐) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、τ 絲 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 54649$ 年 月 日修正/lb A7 B7 五、發明説明（） 1716之光從波導a 17〇2退出。來自施加電壓v之反向 偏壓驅動主動介質1 708至於λ之損耗狀態並當施加電壓 V約？零或低於零伏時保持該狀態。該主動介質17〇8之 狀態係模擬於如第3Κ圖所描述之狀態κ。 iv)第二元件狀態範例 對於電光光子電晶體17〇〇之第二元件狀態範例，於 λ 1 7 1 8之光束係被「打開」。波長又係位於主動介質 之吸收及增益波長，其係略微短於主動介質（λ<λ3)之能 帶隙波長Ag。於人1718之光束之強度Ιλ能比主動介質 1 708之飽和強度lsat要大、相等、或要小。可變電壓源 1 706之電壓V，其施加穿過pN(或piN)接面，包括主動 介質1 7 0 8 ’係約相對於與注入電流之臨界值相關聯之電 壓值。Ct( λ )被稱作可穿透電流。於該值，包括主動介質 1 70 8之ΡΝ或PIN接面係由施加電壓ν而正向偏壓。可 穿透電流，Ct(几）係當主動介質17〇8被電流驅動至於波 長又之可穿透狀怨時之約電流值。使上升至該可穿透電 流ct(又）之對應電壓V |c=Ci⑷被稱可穿透電流。該主動介 質之狀態係模擬於如第3 Η圖所描述之狀態η。 於；11718之光係進入波導上之埠Α1 1710。於几1718 係沿波導A 1 702傳遞，且於又1 7 1 8之光係隨後於輕八長 度/c後透過波導G Π22傳送至波導a 1704。於几〇 ’ i 8 之光然後如於；I 1?20之光於埠B2 1714之波導B 17〇4 退出。當施加電壓V係約於可穿透電壓V |c=cu)時，該主 149 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210x297公釐) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂- 綉丨 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 6496
發明說明( 動介質1 708係位於於；1之損耗狀態並保持該狀益 夠之册 y ’、、、心 八电子激發係由施加電壓/注入電流所提供以驅動主動 介質至於；I之增益狀態。主動介質1 708之狀態係模擬於 如第3H圖中描述之狀態η。 ν)第三元件狀態範例 對於電光光子電晶體1 7 〇 〇之第三元件狀態範例，於 1 7 1 8之光束係被「打開」。波長久係位於主動介質 之吸收及增益波長，其係略微短於主動介質（λ < λ 〇之能 π隙波長；lg。於Λ1718之光束之強度^能比主動介質 1 708之飽和強度Isat要大、相等、或要小。可變電壓源 1706之電壓v，其施加穿過pN(或piN)接面，包括主動 質1 708，係大於與可穿透注入電流之值，Ct(即V> v|c=c,u))相關之電壓值。
V 當可變電源1 706之施加電壓v係增加超過於V = c=cfW ’施加電歷V將激發主動介質1 7 0 8，提供於操作 波長之增益之位於波導G 1722之主動介質1708。該主動 介質1 608之狀態係模擬如第3J圖所描述之狀態J。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 由於與元件範例（第3 J圖中之狀態）之第一例示實施 例相比之增長之注入電流C及施加電壓V，該狀態（第3H 圖之狀態H)係藉由相對較快之電子激發而特徵化。 來自輸入埠A1 1710之於又1718之部分光係傳送透 過波導G 1722至波導B 17 04且於波導G 1722上之主動 150 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐)
經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 546496 五、發明説明（） 介質1 708增益能量，一些額外能量傳遞向A2 1712且退 出埠 A2 1712。 vi)對於主動介質狀態及元件狀態之轉換 從一主動介質狀態之另一狀態之轉換係藉由改變施加 電壓而發產生。於主動介質之改變然後於元件狀態係發 產生相對之改變，結果產生於透過元件之光束之動作之 改變。 如該傳送之例示，假設我們開始於可穿透狀態 V>V|c=c,⑷之正向偏壓。於該情況，主動介質1 708係位於 如第3 J圖（元件範例9之第三元件範例狀態）中之描述之 模擬於狀態J之增益狀態。當於λ之增益狀態（第3 J圖中 之狀態J)時主動介質17〇8係被驅動回於又之可穿透狀態 (於第3Η圖中之狀態Η)當可變電壓源1706之施加電壓ν 被減少以成約與於v = v |c=c糾之可穿透電壓相等。主動介 質1 708之狀態將再次模擬於狀態η，如描述於第3H圖 (元件範例7之第二元件範例狀態）。該狀態（第3H圖中之 狀態H)藉由與第3J圖（元件範例6之第三元件範例狀態） 之狀態J相比之相對低電子激發而被特徵化。 當電壓v進一步減小從v |c=CfW至零，且然後至負偏 壓（V<0)，任意電子將去激且介質將被驅動並保持於損耗 狀態。主動介質1 708之狀態將再次模擬於狀態κ，如描 述於第3 K圖（元件範例7之第一元件範例狀態）。 151 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
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五、發明說明（） v i i)如切換元件之元件範例 {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 於第12圖中之情況，改變施加於主動介質上之電壓 之淨效應係增加施加電壓於V |c=c⑷係當減少施加電壓v 低於零伏而導致於λ之光退出波導上之埠B2 1714時， 產生於λ 1720之光退出波導β 1704上之璋Β2 1714。 於此方式，電光光子電晶體1700能被用成於如上所述之 第一及第二元件範例狀態間之電壓控制切換元件。 該元件具有對稱性質，於該點上，埠Β 1 1 724能起如 埠Α1 1710之信號輸入埠之作用。於此情況，埠Α2 1712(或Β2 1714)將起輸出埠Β2 1714(或Α2 1712)之作 用。同樣地，埠A2 1712能起信號輸入埠之作用，而埠 81 1724(或621714)將然後起信號輸出埠们1714(或八2 17丨2)之作用。最終，埠B2 17丨4能起信號輸入埠M 171〇之作用，而埠A1 1710(或Bi 1724)將然後起信號輸 出埠B2 1714(或A2 1712)之作用。 線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 以上之元件對稱性質係允許其被用於特定如2 X 2光 學橫杆切換器。一次情況，將有一個於λ (信號丨）之信號 輸入進入埠Α1 1710及另一於久2(示於第12圖）之信號輸 入進入埠Β1 1724。波長；及几2對於該等兩個信號光束 (信號1及信號2)能相同或不同。 取決於介質之狀態，引導信號1進入輸出埠A2丨7 i 2 及信號2進入輸出埠B2 1714，或信號1進入輸出蟑B2 1 7 1 4及信號2進入輸出埠A2 i 7 i 2係可能。特別地，於 條狀態輸出，主動介質1 708係被驅動至如第3K圖中之 152 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) 546496 日修正/矣具 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（） 狀態K之損耗狀態。於此情況，在埠A1 1 71 0之於λ !之 信號輸入將沿波導A 1 702傳遞並退出於埠Α2 1 7 1 2，立 在埠B 1 1 7 2 4之於；I 2之信號輸入將沿波導B 1 7 0 4傳遞 並退出於璋B2 1714。 於交又方式輸出，主動介質17〇8係被驅動於如第3H 圖之狀態Η之可穿透狀態。於此情况，在埠a 1 171 〇之 於λι之大多數信號輸出將從波導A 1702耦合至波導B 17 04並由埠B2退出，且在埠B1 1724之於又2之大多數 信號輸入將從波導B 1 704至波導A 1702耦合並從埠A2 退出。 因此，該淨效應係從第一狀態到第二狀態的改變將要 把元件從條狀態輸出帶到交又狀態輸出。操作於此方 式’該元件對於熟悉本技藝之人士係習知2 X 2光學橫杆 切換器。如對於熟悉本技藝之人士所知，2 X 2橫杆切換 器能相互連接於此方式，以實施Mx N橫杆切換器，在其 中’進入標示Μ之輸入埠之信號輸入能被於任何順序被 引導至輸出埠Ν。 應被理解，該描述係涵蓋幾個而非所有元件操作之方 面。如，於；I之光（λ >= λ gap)能被打開或關閉，如果於 λ之光係打開，於；^之光之強度][λ能比主動介質1 7〇8之 飽和強度大，相等，或小。此外，於較佳之情況包括主 動介質1 708之ΡΝ(或PIN)接面能被可變電壓源1 706之 施加電壓V所正向（約v>〇)或反向偏壓（約γ<〇)。該施加 電壓V具有相關注入電流源c。如上所示，當v超過零 153 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐） ......................訂.........線 _· 一請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 546496 A7 B7 91 8. 30 年月 日修止 五、發明説明（） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 伏（約），相對於可穿透電壓於c=ct(;i)之V值具有對於 元件1700之操作及主動介貝之狀態的含義。該主 動介質1 708能表明於取決於於久之光強度、波長；I、及 施加電壓V及/或注入電流之操作波長λ之損耗，可穿透 或增益。但應被理解，主動介質之較多或較少之狀態能 被相對於此或其它實施例及/或應用之元件1 700而應用及 有教益之描述。 於該元件170〇之另一有用實施例中，主動介質1708 不包含ΡΝ或PIN接面’且量子包含完全效應或Franz-Keldysh效應係被用於穿過主動介質之施加電壓下而從可 穿透至吸收改變介質1708。該元件另外如元件10 1700 之同一方式而操作。於此情況，該第一例示狀態將對應 於第3F圖中之狀態F，第二例示狀態將對應於第3E圖 中之狀態E。 viii)作為相移器之元件範例8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 如元件 8之情況，藉由選擇耦合長度/'c如是 /''= 2/'c，進入波導a之光輸入將被耦合回波導A，額外 光學移相之淨結果，其值係取決於有多少中間介質被耦 合（該相位移典型係；r弧度（或180°)之倍數。當主動介質 係位於損耗狀態，光將保留於波導A(即，將沒有耦合於 其它波導）且將沒有光學相位移。於此情況，該元件係充 當點光控制光學相移器。 154 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(21〇χ297公愛) 546496
、發明說明( ’ IX)元件範例8作為波長多路轉換器/去多路轉換器或 波長選擇切換器 於元件另一 ¥用實施例中，波導A、G及B具有不相 等之寬度WA、WG及Wb。如熟悉本技藝之人士所熟知， 具有不相等波導寬度之波導耦合器將具有較強之波長之 靈敏性。尤其’當主動介質位於可穿透狀態，僅光之某 一波長將最大限度從波導A至波導B耦合，因而，允許 疋件不僅充當切換器而且充當波長選擇切換器。除了於 波導寬度之區別，該元件實施例係另外功能性及操作性 等同於元件1700,有關元件17〇〇之描述及說明通常可應 用於該元件。 .............· {請先閲讀背面之注意事項再填窝本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 x)MMI/共振器結構元件 目前，對於元件8之MMI/共振器U共振器π結構將 與元件…顧共振器17共振器η結構係拓撲性相似， 此對於熟悉本技藝之人士係、相當明顯。如於元件2，應被 理解，ΜΜΙ/共振器u共振器π結^ ^ ^ ^ 口傅7L仵係另外功能性及 操作性相㈣元件17G〇,且有關於元件⑽之描述及說 明係通常可利用於MMI/共振器共振器^结構元件。共 振器之使用能幫助減少元件所需 干所需之鉍作電壓以及該元件 之尺寸。 xi)耦合器/ΜΜΙ/共振器結構元件之pBG實施 π 線 155
五、發明説明( 546496舉，祁日修正遣 ΡΒΘ實施將蛊元株 、器ΪΙ結構之 ”兀件2之ΜΜΙ/共振器1/共振器η έ士嫌之 邮係拓撲性相似，此對於熟悉本.技藝之人士係相 1明 =:Γν:2,應被理解，_共振器υ共振器11結 疋 G實施係另外功能性及操作性相同於元件 1700’且有關於元# 1700之描述及說明係通常可利用於 PBG實施。 VI ·光子電晶體製造方法範例 α月參閱第1 3 A圖-第1 3P圖，所描述係對於波導及操 作結構製造之例示工序，如於第4A圖所示之例示結構。 s亥工序被給出係出於描述而非限制之目的，有其它能被 用於實現相同製造結果及能被用於製造具有同樣功能能 力之製造元件。 该元件結構能藉由外延層增長、局部區域餘刻、再產 生、晶片結合·、E束平板印刷術、及末級製造技術。我們 舉一個例子，具有量子井及操作層之GaAs/AlGaAs基礎 之元件。该製造可根據以下步驟進行描述： 步驟1:(請參閱第13圖）採用分子束外延附產生 (Molecular-Beam Epitaxy; MBE)III-V 複合半導體產生長 技術，我們首先增.長於 GaAs基材上之 1 微米厚 Al〇.6Ga〇.4As外延層，接著0.01微米厚GaAs(量子井: 層0 156 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X 297公釐) •.............·.........、玎.........$· {請先閲讀背面之注意事項再填寫本買) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 5464% «,30 ^ 年月曰修正/更7E/補尤" 五、發明説明（） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本買) •、步驟2:(請參閱第13B圖）一 0.1微米厚Si〇2之薄面 層係採用熟悉本技藝之人士所熟知之標準等離子增進化 學沈積(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition; PECVD)技術而沈積於步驟1之上。一照相抗蝕層係旋轉 包覆於Si〇2遮罩之上且隨後被曝光及顯影形成採用標準 微影術。 步驟3 :(請參閱第13C圖）該Si02遮罩係採用標準反 應離子束蝕刻技術。此允許我們傳送抗蝕模型於Si〇2 步驟4 :(請參閱第13D圖）相片抗蝕係採用丙酮溶解 被移開。 步驟5 :(請參閱第13E圖）該Si〇2遮罩係如蝕刻遮罩 而被使用，且以標準化學離子束蝕刻技術係被用於時刻 0.01微米厚GaAs^此允許我們將量子井從不需要之區域 移開。 步驟6 :(請參閱第13G圖）Si〇2遮罩係採用稀釋氫氟 酸而被移開。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 步驟7 :(請參閱第13G圖）該晶體加以蠢晶再成長， 以產生一 0.01微米厚之Al。· 3 Ga〇· 7 As層，接著再覆以一 0.01微米厚之GaAs(量子井）層。 步驟8 :(請參閱第13H圖）步驟2至步驟6重覆進 行，以往下蝕刻0.01微米厚GaAs量子井層之既經選定 區域。 157 _____ 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) ^ 30546496^ 年. 日修正 A7 B7 五、發明説明（） {請先閲讀背面之注意事項再攝寫本頁} '步驟9 :(請參閱第131圖）步驟7及步驟8加以重覆 三次，接著再蠢晶再成長一 〇·〇6微米厚Al〇.3Ga〇.7層及一 0.01微米厚n + #雜層。本步驟最後為於GaAs基材上之1 微米厚Al〇.6Ga〇.4As層上部形成一 0.25微米磊晶層。 步驟10A ··(請參閱第13J圖）頂部沉積以一 0.5微米 厚可穿透傳導氧化（transparent conducting oxide; TCO) 層。 步驟10B :(請參閱第13K圖）第二η摻雜GaAs晶片 被使用，且0.5微米厚可穿透傳導氧化（TCO)層係沈積於 該第二GaAs晶體之上。 步驟11 :(請參閱第13L圖）步驟10B裏的第二晶體 係交換顛倒，並設置於步驟1 〇A上。該TCO係由晶體融 合技術所融合之晶體。 步驟12 :(請參閱第13M圖）：步驟11之晶體係被交 換顛倒。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 步驟13 : ·(請參閱第13N圖）··該上GaAs晶體係藉 由將其打磨而移去。然後，氫氟酸HF係被用以選擇性蝕 刻移去1微米厚Al〇.6Ga().4As層而不會影響0.25微米厚 磊晶層，其具有如HF侵蝕高鋁複合材料比低鋁複合材料 要快而具有較低鋁複合（具有鋁複合X = 0.3而非0.6)。 步驟14 :(請參閱第13P圖）：波導模型係寫於步驟 13於晶體上沉積之Si〇2遮罩電子束（E-束）敏阻層上。該 E-束能敏阻層PMMA(對於該等熟悉本技藝之人士所知， 多-(曱精曱基丙烯酸酯））。標準反應性離子束蝕刻技術係 158 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X 297公釐） — "' A7 B7 54649§ι 8 3〇 年月日修正/更i£7桶^ 五、發明説明（） 被’用於將E-束模型向下轉移至Si〇2遮罩。E-束抗蝕係然 後被移走且標準化學協助離子束餘刻技術被用於餘刻步 驟13之0.25微'"米厚磊晶層。其後於量子井區域，i微米 厚TCO係採用標準平版印刷術被沈積及做模型，其然後 允許一個去安置電性接觸以傳輸電流至具有量子井之pIN 接面結構。 元件範例9(三閘機械光學元件） 弟14圖係描述第九元件範例及執行方向性耗合波導 之機械光學光子電晶體元件之第一 一般實施例。出於描 述而非限刮之目的，該元件係根據如對於較慢或超速足 夠能量及波長之切換元件之一有用功能而進行描述。元 件23 00係不限於如切換元件之使用而能被用於執行其它 機械光學元件功能以於不同應用之實施。其可被使用如 作MxN光學橫杆切換器、可變耦合器（包括其於光學環 鏡及脈衝儲存環）、機械光學相移器、共振器頻率反轉元 件、光強度調變器、微電子機械光學切換器、微聲學機 械光學切換器、微水機械光學切換器及可變光學衰減 器。 光子電晶體2300較佳包括第一波導A13 02，第二波 導B 2304，及第三波導G 2322。波導〇係停止於空中並 被基材S 2370，相互連接固體區域之區域A1 2372，A2 2374,及A3 2376所包圍。於較佳之情況，波導G 2322 不包括主動介f但能藉由放置於懸臂轴轉動於被點c __ 159 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(21〇χ 297公#) ^--- ..............€.........，玎.........$· <請先閲讀背面之注意事項再填窝本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 5464祕8 年月日修正/受A7
經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 2303及C' 23〇1間之束所定義之物理機械式被移動。該 機械移動能被感應，如，藉由沿該懸梁施加力量於部分f 2308,其中部分〜F 23〇8係被顯示具有寬度WE〗及長度 WF2。該力量能被感應，如透過施加電壓於一對平行金屬 片，其中金屬片2309之一係被附加於懸梁之部分F，且 金屬片2311之一被剛好放置於部分jp 23〇8之下。金屬 片2311係平行金屬片23〇9而定向且被從部分f 23〇8之 底部而隔開距離？1。具有可變電壓v之電壓源23〇6能 被穿過平行對金屬片2309及23n而施加以於沿點c 23 03樞軸連接之垂直方向而移動波導如，金屬片 2305被附和於部分F 23〇8但垂直定向，且金屬片 被附加於區域A1。金屬片2307係被平行於金屬片2305 而被定向，但藉間隙P1而從金屬片2305相間隔。金屬 片23 05及23〇7之垂直部分能被用於藉施加電壓V2於平 行金屬片2305及2307上水平（樞軸式繞點c 2303)移動 懸臂。於部分F 2308上之該等力量亦能藉由其它機械方 式而被感應，如聲學、液壓式、或透過加速。 於一例示實施例，波導A、B及G 23 02,23 04,2322能 各自如第5C圖中之波導而被實施，但具有空氣包覆區 域。波導A、B及C係被區域Al、A2及A3藉由具有固 體材料如矽氧化物之較低包覆區域所支援。於一例示實 施例中，波導450之橫段尺寸能係0.4 /z m寬，0.25 y m 厚。第14圖係描述波導A 2302具有寬度WA且位於與具 有寬度WB之波導B 2304之約平行距離（耦合間隙或距 160 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X 297公愛) ..............€.........訂.......-4· (請先閱讀背面之注意事項再場寫本頁}
魏年〜修正/一、 離）WgGB。於一例示實施例中 u τ，於對於部分F 2308之力零 之「保持狀態」或「零力狀能 i # 狀態」，波導A 2302具有等於 〇.4#m之寬度且位於邀 〇 . -、 # m之波導有約平行距離
WgAG之位置上，而波導b Μ"且右笙.^ / 發— 以μ具有4於〇4/im之寬度 WB 〇 應被理解，該等尺寸、备丨；且由 ^ 例不長度、及幾何形狀被顯示 係出於描述元件2 3 0 0之有用眘.& 胥用實施例之目的，蓋不能以限 制任意元件或元件23〇〇之其它例示實施例。不同尺寸、 大小、及幾何形狀能被採用，其取決於所希望之被實施 之應用及製造材料、過程或技術。 該耦合.長度&|χ·ζ-γ係如某一長度所定義，於該長度 上於第一波導（X)上之波最大耦合於輕.合於第一波導（χ) 上之第一波導（Υ)。有一或多個於波導X及γ之中間波 導，其由一波導（Ζ)所代表。如熟悉本案之該等技藝人士 所知，耦合長度係於各對波導及各波導寬度間之間隙距 離之功能。該間隙距離能被選擇以於波導X及波導Υ間 之最大耦合，其透過於波導Ζ至及波導Ζ至波導Υ間之 輕合，其中Ζ能代表一或多個波導。 於元件2300’作用長度/'，被定義成於波導A 2302 G 2322及B 2304間之作用長度’其延伸約整個耗合長 度厂c，如是/' = /'c，.但能於該元件之一實施例中與厂不 同。於一例示實施例中，厂c及/ '係各自15 /z m。如第κ 圖所示，主動介質2308之長度L係等於耦合長度 /'c(L = /'c)。主動介質2308之長度L係可略微比耦合長度 161 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210x297公釐) ..............·.........#......... (請先閲讀背面之注意事項再填窝本頁} 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製
經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 長或短β相對於耗合長度卜改變主動介質 例淪/度將改變輪入輪出信號傳送率》於該元件範 例’施加於部分F 23 卞
" 之力具有尺寸2 /Ζ m之WF1及1C 之jF2 m部分F 23。8之區域之中點從被柄合長 二之*點所疋義之波導G係約10 M m，且係約離樞抽 點 C 2303 25 #m。 應被理解，該等尺寸、.许 焱山…u 例不長度、及幾何形狀被顯示 係出於描述元件23〇〇之有 頁用實施例之目的，蓋不能以限 制任意元件或元件230〇之宜 ，、匕1夕】不實施例。不同尺寸、 大小、及幾何形狀能被採用，其取決於所希望之被實施 之應用及製造材料、過程或技術。亦，應被理解，該波 導之形狀通常不需為線性。曲線形狀及不同波導之尺寸 可被利用只要其實現如波導及波耦合之相同功能。且， 耦合波導並不必須要水平放置，而能以垂直向下之方式 或其它相對於基材之方式防止。應被理解，該力應用 點，部分F 2308能於沿被點c 2303及C 23〇·ι所定義之 懸臂而位於任一點，且不限制於元件23 00中插述之例示 位置。應被理解，該三波導閘元件能被藉由玫置固定或 移動波導於波導A及B間而歸納於其它多波導閑且平行 於波導A及B而定位，如是使光從波導A至波導B藉由 從波導A至該等中間·波導耦合而被耦合’然後轉合回波 導B。如上所述，該三閘元件亦能如兩閘元件藉移走滅 導B而被實施’於此情況元件係充當相移器。 162 本紙張尺度適财關家標準(CNS)A4規格(2獻297讀） .............€-........，玎.........$· {請先閲讀背面之注意事項再填窝本頁) Α7 Β7 546496^1 8. 3〇 年月日修正/ 五、發明説明（） (請先閲讀背面之注意事項再填窝本買) ’波導A 2302較佳地包括輸入埠Ai 231〇及輸出埠A2 23 12。該波導B 23〇4較佳地包括輸入埠μ 2324及輸出 埠B2 2314。該中間波導〇 2322較佳地包括輸入埠G1 23 26及輸出埠G2 2328。於波導上之輸入埠A1 2310係 適當設置以接收具有波長λ (信號輸入λ)2318之光。於 一有用實施例中，於又23 1 8之光係連續波（CW)光。取決 於中間波導G 2322之機械狀態.，光能從輸出埠Β2 2341 如具有波長λ (於λ )(打開信號輸出；[)232〇之光。於一有 用實施例中，於又2320之光係脈衝光。光亦能從輸出埠 A2 23 12如具有波長λ (關閉信號輸出λ )2316之光而被輸 出。於一有用實施例中，於又之該光係脈衝光。 應被理解，進出OGL光子電晶體2300及其它有用實 施例之光信號能包括脈衝光信號，連續波（cw)光信號， 或兩者’取決於該實施例之何種不同工作模式被利用於 一特定應用。 於一較佳且有用之實施例，該機械光學光子電晶體 2300係如切換元件來工作。通常，該機械光學光子電晶 體2300具有一或多個聯合波長之光輸入。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 i)作為切換元件之元件範例9 於零力狀態，對其而言，元件2300上之部分F 2308 有零力，進入埠A1.23 10之於；I 23 10之光將產生於入 23 16之光之高能量退出波導Β 23 04之埠Β2 2314，且於 λ之光之低能量退出波導A 2302上之埠Α2 23 12。 163 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 54649% 8 A? 年月日修正/更正/補尤 B7 五、發明説明（） '於施加零狀態，對其而言，元件23 00上之部分F有 非零，間隙WgAG及WgGB將由於波導G之垂直或水平運 動而改變。結果'退出波導B 2304上之埠B2 23 12之於 λ 23 1 8之光能量將最終增加至最大值，當該運動係以 •間隙尺寸WgAG或WgGB之階數而定。 如果施加力係被電壓V1及V2所感應，該機械光學 光子電晶體2300能被用做電壓控制切換器以於埠A2 23 12及埠B2 23 14間切換器能量。 該元件具有對稱性質，於該點上，埠B 1 2324能起如 埠A1 2310之信號輸入埠之作用。於此情況，埠八2 2312(或B2 23 14)將起輸出埠B2 23 14(或A2 23 12)之作 用。同樣地，埠A2 23 12能起信號輸入埠A1 2310之作 用’而埠B1 2324(或A2 23 10)將然後起信號輸出埠 2314(或A2 2312)之作用。最終，埠B2 2314能起信號輪 入埠A1 23 10之作用，而埠A1 2310(或B1 2324)將然後 起信號輸出埠B2 23 14(或A2 23 12)之作用。. 以上之元件對稱性質係允許其被用於特定如2χ 2光 學橫杆切換器。於此情況，將有一個於λ (信號”之信號 輸入進入埠Α1 23 10及另一於；^(未圖示於第12圖）之信U 號輸入進入埠B1 2324。波長；λ 2對於該等兩個信號 光束（信號1及信號2)能相同或不同。 取決於介質之狀態，引導信號i進入輸出埠A2 MU 及信號2進入輸出埠Β2 23 14，或信號i進入輸出埠幻 2314及信號2進入輸出埠A2 23 12係可能。特別地，於 ..............t.........、一叮......... {請先閲讀背面之注意事項再填寫本忍 164
五、發明説明( 546496- 3〇 年月曰修正/更正/褚愈 條狀態輸出，對於如上所述之施加力狀態，在埠A i 23 j 〇 之於又1之信號輸入將沿波導A 2 3 Ο 2傳遞並退出於槔μ 2312，且在埠^ 2324之於λ2之信號輸入將沿波導β 2304傳遞並退出於蟑Β22314。 於交又方式輸出，對應於如上所述之零力狀態，在痒 Α1 23 10之於又i之信號輸出將從波導a 23 02耦合至波導 B 2304並由埠B2退出，且在埠B1 23 24之於λ2之大多 數信號輸入將從波導Β 23〇4至波導A 2302耦合並從蟑 A2退出。 因此’該淨效應係從零力狀態到施力狀態的改變將要 把元件從條狀態輸出帶到交叉狀態輸出。工作於此方 式’該元件如熟悉本技藝之人士所知爲2χ 2光學橫杆切 換器’或更特別之情況，於此情況2)< 2微電子機械光學 橫杆切換器。如如熟悉本技藝之人士所知，2χ 2橫杆切 換器能相互連接於此方式，以實施Μχ Ν橫杆切換器，在 其中，進入標示Μ之輸入淳之信號輸入能被殄任何順序 被引導至輸出埠Ν。 應被理解，該描述係涵蓋幾個而非所有元件運行之方 面。如，於λ之光（λ>λ gap)能被打開或關閉，如果於入 之光係打開。應被理解，於F 23〇8之力能被透過於所述 之電性力而施加，但亦能透過其它形式之力如聲力，液 壓力，或加速力而施加。該變化被相對於此或其它實施 例及/或應用之元件23〇〇而應用及有教益之描述。 165 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210x297公爱) ..............¾.........、玎.........$· (請先閲讀背面之注意事項再場寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 Μ6496 年系3¾(修正/臭 五、發明説明（) ·，Π)作為相移器之元件範例9 藉由選擇耦合長度/，c如是r = 2/,c，進入波導A之光 輪入將被耗合回波導A，額外光學移相之淨結果，其值 係取決於有多少中間介質被耦合（該相位移典型係7Γ弧度 (或180。)之倍數。當主動介質係位於損耗狀態，光將保 省於波導A(即，將’又有耦合於其它波導）且將沒有額外光 學相位移。於此情況，1亥元件9係/充當η機械光學控制 光學相移器。於此情沉，波導Β之存在並不必要而該元 件能如兩波導元件工作。 ..............羲： (請先閲讀背面之注意事項再場窝本頁} 件範例 波長多路轉換器/去多路 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 波長選擇切換器 於元件另一有用實施例中，波導A、G及b具有不相 等之寬度WA、^及Wb。如熟悉本技藝之人士所熟知， 具有不相寬度^皮導搞合器將具有較強之波長之 靈敏性。纟其當主動介質位於可穿透狀態，僅光之某 :波長將最大限度從波導A至波導B輕合，因而，允許 疋件不僅充當切換器而且充當波長選擇切換器。除了於 波導寬度之區別’該元件實施例係另外功能性及操作性 等同於元件2300，有關元件23〇〇之描述及說明通常可應 用於該元件。 iv)共振器結構元件 166 訂 線 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X 297公釐) 8, 0 64 54 年 五 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 日修正/要姜、發明說明（ •、應被理解，該等尺寸，例示長度， 在φ久成何形狀被顯示 '、出於描1700及》MMI/pBG/共振器方案 實施例之目的’蓋不能以限制任意元件或元件二之复 MMI/PBG/共振器。不同尺寸、大小、 ’、 Γ入】及歲何形狀能被採 用’其取決於所希望之被實施之應用及製造材料，過程 或技術。不同材料能被採用，如波導並不一定係半導 體，可係光纖或聚合物波導（只.要必須之波導或波耦合效 應被實現），該主動介質並不一定係半導體或量子井而可 係摻雜於玻璃或主動聚合物之铒離子（只要增益/損耗/可 穿透特性係實現），且該共振器並不一定係半導體而能係 玻璃或聚合物（只要必須之共振效應被實現）。亦應被理 解，波導，ΜΜΙ結構，光子能帶隙結構，或共振器通常 不需為線性、環形、平行、或有規則之形式。任意曲線 形狀及結構尺寸可被利用只要它們實現相同之功能如波 導、波耦合、光學共振效應、及光子能帶隙效應。 應被理解，當該等元件之主動介質主要工作於增益/ 可穿透/損耗模式，於主動介質之折射率之同時改變係能 於主動介質改變狀態時發產生。於主動介質之折射率之 改變係能於一些情況被用以進一步提升該元件之性能。 因而，該等元件之工作包括該等情況，如是增益/可穿透/ 損耗之特性及主動介質之折射係數被用以指使元件之運 行0
1ΙΙΙ1#· «II 線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 167 本紙張尺度適用中國國家標準規格(ΜΟΥ Μ7公釐) 546496 身0日修正 、發明説明（ ，考慮到其原理被本發明所應用之t範圍之不同實施 例，應被理解，所述實施例僅係例示而已，蓋不能用於 限制本發明之範〜圍。 當然，應被理解，寬範圍之改變及修飾能被用於上述 之較佳實施例中。因而，前述之詳細 ^β描述被§忍為係描述 性而非限制性，且應被理解以下申請衷々 Τ明寻利靶圍，包括所 有依附項，其用於限定本發明之範圍。 該等申請專利範圍應不能被理解係限制於描述之順序 或元件，除非陳述該效果。因此，涵蓋於以下申請專利 範圍及其依附項之所有實施例係如本發明而被主張。 ....... (請先閲讀背面之注意事項再場寫本頁) 訂.........線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製
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Claims (1)

  1. >496
    月 修正/臭士/補充 A8 笫 六、申請專利範圍 號專利案 年 <z
    .一種光傳送元件，其至少包含： 一第—光徑，具有一第一輸入及— 一第二光徑，具有-第二輸出，該第二：出 該第-光楦’ 4中來自該第一輸入之光可於::耦合於 第二光徑間傳送；及 ：該第一及 一主動介質，沿該第一及第一 晉，Α由4 第一先徑其中一者處 置 其中該主動介質能；价收％ 曰 冑’丨負此接收修改該主動介質之雷 1 ’該主動介質因此得控制該 傳送。 夂第一路徑間之 設 能 光 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} -裝· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 2·如申請專利_ i項所述之元件，其中該主動介質更 包括複數個量子井，且該等量子井位於_波導内。 3. 如申請專利範圍第i項所述之光傳送元件，纟中該主動 介質更包括-材料層，在該材料層内之—電子勢能小 於該層以外’且垂直於該層之電子運動為量化者。 4. 如申喷專利範圍第3項所述之元件，其中該介質之厚度 介於1及20奈米之間。 5·如申請專利範圍第丨項所述之元件，其中該第一輸入及 該第二輸出間之距離小於1 00微米。 169 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) .訂· ABCD 546496 年义月U日修正/ 六、申請專利範圍 6. 如申請專利範圍第1項所述之元件，其中該第一光徑及 該第二光徑更包括一方向耦合器。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 7. 如申請專利範圍第6項所述之元件，其中該方向耦合器 之該等路徑係製作於一基材上。 8. 如申請專利範圍第1項所述之元件，其中該第一光徑及 該第二光徑至少包括一多模態干涉結構。 9. 如申請專利範圍第1項所述之元件，其中該第一光徑及 該第二光徑至少包括一光子能帶隙結構。 10·如申請專利範圍第1項所述之元件，其中該主動介質 能接受來自該第三輸入之光。 1 1.如申請專利範圍第1項所述之元件，其中該元件可與 其它光傳送元件連結而實施切換器邏輯功能。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 12. 如申請專利範圍第1項所述之元件，其中該電能至少 包括一施加電場。 13. 如申請專利範圍第1項所述之元件，其中該電能至少 包括一注入電流。 170 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) 546496 ^年久芳从9修正充 8 888 ABCD 々、申請專利範圍 14. 一種光傳送零件，其至少包括： 一第一光徑，具有一第一輸入及一第一輸出； 一第二光徑，具有一第二輸出之，該第二光徑搞合 於該第一光徑，其中來自該第一輸入之光係可從該第 一光徑之第一輸入傳送至該第二光徑之第二輸出；及 主 該 中 其 置 設 徑 光 一 第 該 沿 質 介 主 至之 的徑 光光 之一 入第 輪該 一 從 第係 該並 ， 來上 ， 徑 改光 修 一 而第 量該 能於輸 電持行 由保進 藉分出 能部輸 出 質 V 一 介少第 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 15·如申請專利範圍第.14項所述之零件，其中該主動介質 在接收一定量之電能後可被驅動至一增益狀態，來自 該第一光徑之第一輸入的光於沿該第一光徑處之主動 介質者被放大，且該光傳送該第二光徑之第二輸出的 可轉送效果可被忽略。 16·如申請專利範圍第15項所述之零件，其中該主動介質 係位於該第一光徑之第一輸入及第一輸出之間。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 如 請 申 之變 該 至 質 介 主 第該 圍勤 範驅 利於 專率 射 折 質不 介上 動質 主實 該時 中態 其狀 , 益 件增 零 之 述 所 項 6 1X 規 4 A S) N (C 準 標 國 國 中 用 適 度 尺 張 紙 本
    546496 年$月^^曰修正/ 六、申請專利範圍 1 8 ·如申請專利範圍第丨4頊所述之零件，其中該電能至少 包括一施加電場。 1 9·如申請專利範圍第1 *項所述之零件，其中該電能至少 包括一注入電流。 20·—種光傳送零件，其至少包括： 一第一光徑，具有一第〆輸入及一第一輸出； 一第二光徑，具有/第二輸出，該第二光徑耦合於 該第一光徑，其中來自該第一輸入之光可從該第一光 徑之第一輸入傳送至該第二光徑之第二輸出；及 一主動介質，沿該第二光徑設置，其中該主動介質 能藉由電能量而修改至一具吸收特性之損耗狀態，自 該第一光徑之第一輸入傳送至該第二光徑之第二輸出 的光為該介質的吸收作用所影響。 • 2 1 ·如申請專利範圍第2〇項所述之光傳送零件，其中該主 動介質位於第二光徑之•第二輸入及第二輸出之間。 22.如申請專利範圍第20頊所述之光傳送零件，其中電能 至少包括一施加電場。 23 ·如申請專利範圍第2Q項所述之光傳送零件’其中電能 至少包括一注入電流。 172 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公爱) ..............餐.........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 546496 Tt年十.¾ 修·αΈ· / Iggs；六、申請專利範圍 A8 B8 C8 D8 24.如申請專利範圍第2〇項所述之光傳送零件，其中該主 動介質可被該電能驅動至一增益狀態，來自該第一光 徑之第一輸入之光即於該主動介質中被放大。 25·如申請專利範圍第24項所述之光傳送零件，其中該電 能至少包括一施加電場。 2 6.如申請專利範圍苐2 4項所述之光傳这 适零件，其中電能 至少包括一注入電流。 .............·裝丨 {請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 2 7 · —種光傳送零件，其至少包括·· -第-光徑，具有-第-輸入及〜第一輸出； -第二光徑’具有一第二輸出’該第二光徑耦合於 該第一光徑，其中來自該第一輸入 之光係可從該第一 光徑之第一輸入傳送至該第二光徑之第二輸出；及 -主動介質’沿該第-光徑設置，纟中該主動介質 能接收電能量而被修改’來自該第—輸入之大部份光 不再保持於該第一光徑上。 訂 # 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 28.如申請專利範圍第27項所述之光傳送零件，其中該經 修改之主動介質阻止來自該第一輪入之大部:光從該 第一光徑之第一輸出逆轉行進。 173 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐)
    六、申請專利範圍 29.如申請專利範圍第27項所述之光傳送零件，其中該主 動介質能接收修改該主動介質之電能，該主動介質因 此能吸收來自該第一光徑之第一輸入的大部分光，也 因此傳送至該第二光徑之第二輸出的光傳送可忽略。 3 0.如申請專利範圍第29項所述之光傳送零件，其中該主 動介質位於該第一光徑之第一輸入及第一輸出之間。 3 1.如申請專利範圍第27項所述之光傳送零件，其中該電 能至少包括一施加電場。 32. 如申請專利範圍第27項所述之光傳送零件，其中該電 能至少包括一注入電流。 33. —種光傳送元件，其至少包括： 一第一光徑，具有一第一輸入及一第一輸出； 一第二光徑，具有一第二輸出，該第二光徑以光方 (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 一 第 第之 該徑 於光 合 一 耦第 式該 第 該 來 中 其 徑 光 第 該 至 送 傳 入 輸 從輸 可二 光第 之之 入徑 輸光 出 及 質 介 主 該 中 其 置 設 徑 光 二 第 該 沿 質 介 主 的徑 光光 之一 入第 輸該 1 從 第並 該， 自 上 來徑 此光 因 一 ， 第 改該 修於。 被持出 而保輸 旦里再處 能不出 電份輸 收部一 接少第 能至之 74 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) 546496 A8 B8 .C8 D8 六、申請專利範圍 34.如申請專利範圍第33項所述之元件，其中該經修改主 動介質更包括一光吸收介質，用以阻止來自該第一光 控之第一輸入的光傳送至該第二光徑之第二輸出。 3 5 ·如申請專利範圍第34項所述之元件，其中該主動介質 .位於該第二光徑之一第二輸入及第二輸出之間。 3 6 ·如申請專利範圍第3 3項所述之元件，其中該電能至少 包括一施加電場。 37.如申請專利範圍第33項所述之元件，其中該電能至少 包括一注入電流。 38·—種多埠光傳送元件，其至少包括： 一可激發主動介質，用以接受從一第一埠經由波耦 合傳遞至一第二埠之光的輸入能量，其中該可激發主 動介質能隨該可激發主動介質上之電能的存在或不存 在而將該光能量之一部分傳送至至少一第三埠。 3 9 ·如申请專利範圍第3 8項所述之多淳光傳送元件，其中 更包括至少一第一及一第二波導，該第一埠位於第一 波導上，而該第二埠位於該第二波導上； 175 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -訂· 參 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 546496 A8 月21日修正/更正II D8 六、申請專利範圍 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 其中，光型態之輸入能量從該第一波導上之第一埠 經由波耦合傳遞至該第二波導上之第二埠，該第一及 第二波導因此形成一具一有限耦合長度的方向耦合 器。 40. 如申請專利範圍第39項所述之多埠光傳送元件，其中 該耦合長度小於100微米。 41. 如申請專利範圍第40項所述之多埠光傳送元件，其中 該可激發主動介質位於該第一波導之該耦合長度的一 部分上。 42. 如申請專利範圍第38項所述之元件，其中該電能至少 包括一施加電場。 43. 如申請專利範圍第38項所述之元件，其中該電能至少 包括一注入電流。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 44. 一種利用一主動介質及光形式能量完成一邏輯切換器 功能之方法，該方法至少包括下列步驟： 驅動該主動介質至複數個狀態之一者，以一具能量 之光束為之； 施加電能以驅動該主動介質至該複數個狀態的另一 者；及 176 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) 546496 8 8 8 8 ABCD 年&月Ua修正/更^^ 六、申請專利範園 能:方=式輸…，動該〜質…電 45·如申請專利範圍第44項所述之方 包括一施加電場 法， 其中該電能至少 46·如申請專利範圍第44項所述之方 法， 包括一注入電流。 …其中該電能至少 47.-種光種傳送元件，其至少包括： 一第一結構，能夠進行波傳遞，其 少包括第一元件輪入埠、第一 該第一結構 第 向連 第一 埠及 能接 發主動介質，其中該第一元件：：：：淳、及-可 光束，該第-元件輪料沿該第—w接受― 接該第-元件輸入槔，而該可：舞之長度方 結構之-部份長度方向而設置：：；：介質沿該 該第-元件輸出埠之間，其中該可 '件輸入 主 收電能而修改該可激發主動介質"主動介質 該第-光束之光因此得受放：送控制特 介質而得到增益，並因此形成1=該：激發 位 一第二結構，能進行波傳遞，其中該第及 臨近該第一結構處’並稱合於該第一結構：：二 束因此得在損耗為可忽略之條件下從該第—結構 177 8 8 8 8 ABCD 546496 年K2曰修正/矣真 六、申請專利範圍 至該第二結構，且其中該第二結構至少包括一第二輸 出埠，用於傳送該傳送中之第一光束。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 4 8.如申請專利範圍第47項所述之元件，其中該電能至少 包括一施加電場。 49. 如申請專利範圍第47項所述之元件，其中該電能至少 包括一注入電流。 50. —種傳輸光子之元件，其至少包括_· 一第一波導，其中該第一波導至少包括第一埠、一 第二埠、及一主動介質，其中該第一埠用以接收一第 一光束，該主動介質能為電能所激發，藉以提供增益 予該受激光子輻射形式之第一光束，與該第一光束分 離的一第二光束係即被產生，並向該第二埠傳遞；及 一第二波導，其中該第二波導耦合至該第一波導， 並包括一第三埠，其中該第一及該第二波導間之耦合 關係得令該第一光束中之光子從該第一波導轉向，並 朝該第三埠傳遞。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 5 1.如申請專利範圍第50項所述之元件，其中該主動介質 於該第一波導内之定位方式以能使該第一光束之至少 一些光子於傳遞至該第二波導之前經過該介質為原 則。 178 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐)
    ^46496 9上年本月2义日修正^五，補充 六、申請專利範圍 5 2 ·如申凊專利範圍笛 圍第51項所述之元件，其中該主動介質 使該弟一光走夕_斗、々 身 一或夕個光子因在該第一光束上加入 其它光子而被放士 m 皮放大因此形成一第二光束，且該第二 光束朝該第三璋傳遞。 53·如申請專利範圍第 a Φ兮哲上击 只所述之兀件，其中該第一光束 更包括一連續波束。 54.如申請專利範圍第52項所述之元件，其中該第一光束 更包括一光脈衝流。 5 5 _如申吻專利範圍第5 〇項所述之元件，其中該元件能夠 於至少一第一及一第二工作模式下工作； 於該第一工作模式時，該元件引導來自該第一埠之 該第 光束之一系列光子、並經由波耦合而在能量損 耗可忽略之條件下傳遞至該第二埠；及 於該第二工作模式時，該元件產生一第二光束，該 第二光束傳遞向該第三槔。 5 6 ·如申請專利範圍第5 0項所述之元件，其中該電能至少 包括一施加電場。 179 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) ......................訂.........· (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 546496 as 气上年十月》曰修正/要去C8 六、申請專利範圍 57. 如申請專利範圍第50項所述之元件，其中該電能至少 包括一注入電流。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 58. —種經由一傳輸元件而傳輸一第一能量光束之方法， 該傳輸元件包括至少一第一及一第二耦合波導，該方 法至少包括下列步驟： 提供一第一主動介質，使位於沿該第一及第二波導 之一者之處； 提供該第一能量光束予該第一波導之一輸入； 引導第一能量光束，使從該第一波導至第二波導； 激發該第一主動介質，藉由導入一第二、較長波長 切換光束至該第一主動介質之方式激發之，以改變該 第一主動介質之光傳送控制特性，並形成一第三信號 光束，且該第三信號光束之波長等於朝該第一波導之 一輸出傳遞之第一能量光束之波長；及 提供一第二傳輸元件及一第二主動介質，其中該第 二傳輸元件具有一第三及一第四耦合波導，而該第二 主動介質沿該第三及第四波導之一者的至少一部分處 設置。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 59. 如申請專利範圍第58項所述之方法，其中更包括下列 步驟： 關閉該切換光束，以使該第一主動介質之激發停 止，並使該第三信號光束關閉。 180 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) 546496 —參年f 11¾¾修正/丸 ' --------六、申請專利範圍 ABCD j 6〇·如申請專利範圍第58項所述之方法，其包括下列 步驟： ~ 提供該第三信號光束作為一輸入光束，從該第/元 件傳遞至該第三耦合波導； 引導該第三信號光束使從該第三波導傳遞直該第四 波導；及 激發該第二主動介質，以改變該第二主動介質之光 傳迗控制特性，並產生一第五信號光束，真該第五信 號光束之波長等於朝該第三波導之一輪出傳送之之第 一及第三能量光束之波長，其中該第二主動介質的激 發係藉由引導一第四、較長波長之切換光束炱該第二 主動介質之方式為之。 6 1·如申請專利範圍第58項所述之方法，其中更包括下列 步驟： 提供該第一能量光束作為一數入光束，從該第一元 件之第二波導傳遞至該第三耦合波導； π請先聞讀背面之注意事項存瑱寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 四 第 該 至 遞 傳 導 波 三 第 該 從 使 束 光 量 能 一 第 該 導 引 及 導 波 質 介 勤 主 二 第 該 發 激 成 形 並 性 特 制 控 送 光號 之信 質五 介第 動該 主 ， 二束 第光 該號 變言 以第 第激 該的 之質 遞介 傳動 處主 出二 輸第 一 該 之中 導其 波， 三長 第波 該之 朝束 於光 同量 長能 波三 之第 束及 光一 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) 5 t年士月之2曰修正/务去《充^ ^8 C8 D8 六、申請專利範圍 發係藉由導入一第四、較長波長之切換光束至該第二 主動介質之方式為之。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 62. —種經由一傳輸元件一傳送第一能量光束之方法，該 傳輸元件包括至少一第一及一第二耦合波導，該方法 至少包括下列步驟： 提供一主動介質，使沿該第一及第二波導其中一者 而立； 提供該第一能量光束至該第一波導之一輸入； 引導該第一能量光束使從該第一波導傳遞至該第二 波導；及 激發該主動介質，藉由引導電能至該主動介質而改 變該介質之光傳送控制特性的方式為之；並產生一第 二信號光束，該第二訊號光束朝該第一波導之一輸出 處傳遞。 . 63. 如申請專利範圍第62項所述之方法，其中更包括下列 步驟： 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 移除該電能，以使該主動介質之激發停止，並使該 第二信號光束關閉。 64. 如申請專利範圍第62項所述之方法，其中更包括下歹J 步驟： 182 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) A BCD 動 方 朝 穴、申請專利範圍 二傳輸元件：有傳輸元件及一第二主動介質’其中該第 動介質沿該等波/二及第四輕合波導，而該第二主 -提供該第二信號光束作為一輸入光束，使從從 _ _ -y*· AtL —波導傳遞至該第三耦合波導； 導該第一信號光束，使從該第三波導傳遞至第四 波導；及 激發該第二主動介質，藉由導入電能至該第二主 ;丨吳、以改變該第二主動介質之光傳送控制特性的 式為之；並產生一第三信號光束，該第三訊號光束 該第三波導之輸出處輸出。 65 ·如申請專利範圍第62項所述之方法，其中該電能至少 包括一施加電場。 66·如申請專利範圍第62項所述之方法，其中該電能至少 包括一注入電流。， .............λέ........-訂.........黍 (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 67.—種邏輯元件，其至少包括： 一第一波耦合元件，其具有： 一第一光徑，用以接收來 第一輸入 之 光； 183 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐） 獨496^年Y HUB修正/要充 8 8 8 8 ABCD 一第二光徑，具有一第一輸出，該弟二光徑 耦合於該第一光徑，其中來自該第一輸入之光可 傳送至該第二光徑；及 一第一主動介質’沿該第一及第二光徑之一 者而立，其中該第一主動介質能接收電能而修改 該第一主動介質，該第一主動介質因此得控制該 第一及第二路徑間之光傳送，及 一第二波耦合元件，其具有： 一第三光徑，接收來自該第一波耦合元件之 第一及第二路徑之一者的光； 一第四光徑，具有一第二輸出’該第四光徑 耦合於該第三光徑，其中來自該第三光徑之光可 傳送至該第四光徑；及 一第二主動介質，沿該第三及第四光徑之一 者而立，其中該第二主動介質能接收電能而修改 該第二主動介質’該第二主動介質因此得控制該 第三及第四路徑間的光傳送。 .............會： C請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 訂· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 6 8 ·如申請專利範圍第6 7項所述之邏輯元件，其中該電能 至少包括一施加電場。 69·如申請專利範圍第67項所述之邏輯元件，其中該電能 至少包括一注入電流。 184 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公I) 546496 气 >年千月泣曰修正
    (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 71. 如申請專利範圍第70項所述之方向耦合器，其中該電 能至少包括一施加電場。 72. 如申請專利範圍第70項所述之方向耦合器，其中該電 能至少包括一注入電流。 73.—種邏輯元件，其至少包括： 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 複數個方向搞合益’該方向輕合器之每一者皆能透 過一可由電能修改光傳送控制特性之主動介質而修改 一光子束之傳遞方向，該方向輕合器與輸入及輸出連 接，且該等輸入及輸出能利用一或多可切換傳遞路徑 而傳遞該光束。 185 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210x297公釐) Α8 Β8 C8 D8 546496 申請專利範圍 74·如申請專利範圍第73項所述之邏輯元件，其中該主 介質之光傳送控制特性可加以修改，但不需同時實質 上修改該主動介質之折射率。 7 5·如申請專利範圍第73項所述之邏輯元件，其中該主 ^yJ 介質處於一吸收狀態時、該光傳送控制特性改變該邏 輯元件内之干涉通量模型。 76·如申請專利範圍第73項所述之邏輯元件，其中該主動 介質處於一增益狀態時、該光傳送控制特性改變該邏 輯元件内之干涉通量模型。 先 閱 讀 背 Φ 注 意 事 項 再 寫 本 ϊ 圍一 Arco I 每 利之 專器 請合 tM j 向 第 更 者 方 等 該 中 其 件 元 輯 邏 之 述 所： 項括 3 包 7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製
    54649( ，年 +月 修正/矣·Μ C 8 D8 六、申請專利範圍 78. 如申請專利範圍第77項所述之邏輯元件，其中該主動 介質之光傳送控制特性可於不實質上改變該主動介質 之摺射率的條件下修改之。 79. 如申請專利範圍第77項所述之邏輯元件，其中該電能 至少包括一施加電場。 8 0.如申請專利範圍第77項所述之邏輯元件，其中該電能 至少包括一注入電流。 (請先閱讀背面之注意事項再塡寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 187 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) 546496 射.8. 30 年月日修正/务壬卢浦·充Γ一"一 步驟
    Ο,ΟΙμπι GaAs (量子井） 0·06μιη Al〇.3Ga〇.7As O.OI^mp+GaAs Ιμηΐ Al〇 6Ga〇.4As PR /Vwxwwww^ / / / / / / 步驟2 Si〇2 .inm .Οίμπι (jaAs .06μπι Al〇 3Ga〇.7As .ΟΙμιηρ+GaAs Ιμπί Al〇.0Ga〇.4As ，GaAs基材 步驟3
    .0lpmSi〇2 -•OlpxnGaAl .06um Al〇.3Ga〇 7As .ΟΙμτη p+ GaAs lJim Al〇 6Ga〇.4As 第13A圖 第13B圖 -f7ZF=^—==^^== · 一^ GaAs 基材 第13C圖 546496 ^ 8. 3〇 年月曰修正/更
    .O^umSiO? ,ΟΙμπι GaAs .06μπΐ Al〇 3Ga〇.7As .01 am p+ GaAs Ιμπι Al〇.6Ga〇.4As GaAs基材 ^.OlamSiO? .QlumGaAs 步驟5 r<\\ \ \\----.06um Al〇 3 Ga〇 7As Χ2Ζ77ΖΖΖ722ΖΖΖ7Ά^ ,01:um p+ GaAs lurn AI0 5G3.0.4AS GaAs基材 -.01 am GaAs jGa〇>7As 步驟6 \\\\\\\千〜 .06um Alo^Ga, ψΖ^Σμ^Ζ7777^^ .0[pmp+GaAs 一 lam Al〇.6Ga〇.4As 第13D圖 第13E圖第13F圖
    GaAs基材 546496 酿n 年月日修正/吏庀/補尤· 步驟
    ，.Ol|imGaAs ^.Oluin Alo.3Gao.7As \01pjnGaAs "*.06iim Al〇 3 Ga.〇 7As .Olomp+ GaAs 'lfini Al〇 6Ga〇.4As GaAs基材 步驟 .OljimGaAs —^〇lum Alo.3Gao.7As .0_ GaAi ΧΖζΖΖ2ζΖΖΠ727ΖΆ^.〇6μσι Al〇.3Ga〇.7As ^ ^.Ollimp4· GaAs Ijim Al〇 6Ga〇.4As GaAs基材 >r 第13G圖 第13H圖 步驟 9 .01 um GaAs 0.25am
    .ΟΙμπιιι+GaAs .05um Alo.3Gao.7As .Ollim Al〇.3Ga〇 7AS Οόμπί Alo 3Ga〇.7As 01μπ\ p+ GaAs "^^-Ίμπί Al〇 6Ga〇.4As GaAs 基材 第131圖 546496 •l. 8. ?>〇 . 年月日修正/灵正/補_兵 步驟10A
    步驟10B
    TCO 0.5μηι α-doped GaAs 基材 步驟U
    α-doped GaAs 基村 TCO 0.5μιη TCO 0Jum 0.25μιη磊晶層' 土一 ίμιη Al〇.6Ga〇.4As I GaAs基材 步驟12
    GaAs基材 ίμπί Al〇.6Ga〇.4As ,0.25μπι丨磊晶層 ^TCO0.5um ^TCO 0.5am n-doped GaAs 基持一 第13J圖 第13K圖第13L圖 第13M圖 546496 ;曰修正/吏 步驟13
    0,25μ〇ι磊晶層 ΙμιηΤΟΟ 第 13Ν 圖 rnloped GaAs 基材
    54649j68. 30年月 日修正
    NJ Ο
    蘇> Ifl涔 、Λ1 2301 函痴Λ1 2372 翌s m薄棼& 、2316 % Ιέ i^^
TW89118876A 1999-09-15 2000-09-14 Directional coupler and logic device based thereon, light transfer device/component, device for transmitting photons and multi-port light transfer device using the same, method of transmitting a light through the device for transmitting photons TW546496B (en)

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