TWI269082B - Method and apparatus for modulating an optical beam in an optical device with a photonic crystal lattice - Google Patents

Description

1269082 九、發明說明： L 明 屬 々貝 發明領域 概略言之本發明係有關光學，特別本發明係有關調變 5 光束。

L· «tr J 發明背景 隨著網際網路資料交通流量的增長速率超越語音交通 流量，推動光通訊的需求，對快速而有效之基於光之技術 w的需求與日倶增。於緊密劃分波長多工(DWDM)系統及十 億位元(GB)乙太網路系統，透過同—光纖傳輸複數個光通 道，提供由光纖所提供之史無前例的容量(信號頻寬)之簡單 應用方式。系統中常用的光學組成元件包括劃分波長多工 (WDM)i射A及接收s、光m如繞射光栅、薄膜渡波 15器、光纖布拉格光柵、陣列化波導光柵、光升/降多工化器、 雷射開關、及光學開關。光學開關可用來調變光束。兩型 苇見之光车開關為機械開關元件及光電開關元件。 機械開關元件通常係涉及實體組成元件設置於二光纖 間之光控上。此等組成元件被移動來造成切換動作。晚近 20使用微機電系統(MEMS)用於微型機械開關。MEMs普及的 緣故在於MEMS係以㈣主，MEMS係使賴似習知石夕晶 片處理技術處理。但因MEMS技術通常係仰賴實體零組: 或組成70件的實際機械移動，因此她⑽通常限於速度較 慢之光學應用用途，例如響應時間約為數毫秒之應用用途。 25 於光電開關元件，施加電壓至裝置之選定零㈣，來 1269082 於裝置内部形成電場1場改變裝置㈣之敎材料之光 學性質’光電效應結果導致開關動作。光電裝置典型利用 光书材料’光電材料具有透紐與電壓可變之光學表現之 組合。-種用於光電開關元件之單晶光電材料之典型塑別 為鈮酸鋰(LiNb03)。

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2〇 鈮酸鋰為由紫外光至中紅外光頻率範圍之透光材料， 鈮酸鋁具有光電性質例如波克氏效應(Pockels effect)。波克 氏效應為媒質例如銳酸鋁之折射率隨施加電場而改變之光 學現象。鈮酸鋁被改變之折射率可用來提供切換。施加之 電場係藉外部控制電路提供給今曰光電開關。 雖然此等型別之裝置之開關速度極為快速，例如約數 奈秒，但今日光電開關元件有一缺點為此等元件通常需相 當高電壓來切換光束。結果，用來控制今日光電開關之外 部電路通常係特別製造來產生高電壓，而有耗電量大的缺 ^此外，此等外部高電壓控制電路整合今日光電開關隨 者兀件尺寸的持續縮小、以及電路錢的持續增高，工作 的挑戰性逐漸增高。 【号务明内容】 一本發明揭露-種裝置，其包含有：第—铸體材料中 之一光子晶格，該第一半導體材料具有界定於該第一半導 體材料中之多個孔洞，該等多個孔洞孔洞節距及—孔 1徑週期性排列於該第—半導體材料中，而界^出該光 :::第二半導體材料區’其係設置接近但與界定於該 …丰^體材料中之該等多個孔洞之個別内側表面絕緣； 欲於该寺第二半導體材料區中調變之電荷調變區，其中受 25 1269082 =引通過該光子晶格之—光束係響應於該光子晶格之-調 變有效光子帶絲受調變，而财效光子帶隙係 響應於該 荨電荷調變區而被調變。 圖式簡單說明 將於附圖舉例說明本發明，但非限制性。

第1圖為略圖，概略顯示根據本發明之教示之光學元件 體例，該絲元件包括光子晶格料導體，其具有 一波導，光束被導引通過該波導且經調變。 —第2A圖為平面圖’概略顯示根據本發明之教示之光學 凡件之具體例，钱刻於絕緣體上石夕(s〇I)晶圓之蟲晶層之 孔洞。 一第2B圖為剖面圖，概略顯示根據本發明之教示之光學 凡件之一具體例，鍅刻於迎晶圓之蠢晶層之孔洞。 一第3A圖為平面圖，概略顯示根據本發明之教示之光學 15凡件之一具體例，一絕緣區形成於餘刻入該則晶圓之蠢晶 層之孔洞上方。 第3B圖為剖面圖，概略顯示根據本發明之教示之光學 凡件之一具體例，-絕緣區形成於姓刻入該s〇I晶圓之蠢晶 層之孔洞上方。 2〇 第4A圖為平面圖，概略顯示根據本發明之教示之光學 元件之一具體例，第二半導體區形成於絕緣區上方 ，該絕 緣區係形成於蝕刻入S0I晶圓之磊晶層之孔洞上方。 第4B圖為剖面圖，概略顯示根據本發明之教示之光學 元件之一具體例，第二半導體區形成於絕緣區上方 ，該絕 25緣區係形成於蝕刻入SOI晶圓之磊晶層之孔洞上方。 7 1269082 第5A圖為平面圖，概略顯示根據本發明之教示之光風 元件之具體例，至S01晶圓之磊晶層之接點以及光束被導 引通過經由SOI晶圓蠢晶層之光子晶格所形成之光波導。 第5B圖為剖面圖，概略顯示根據本發明之教示之光與 元件之一具體例，至SOI晶圓之磊晶層之接點以及光束被= 引通過經由SOI晶圓磊晶層之光子晶格所形成之光波導。 第6A圖為略圖，概略顯示根據本發明之教示，電壓作 號施加至根據本發明之一具體例之光子晶格來調變於電荷 調變區之電荷。 第6B圖為略圖，概略顯示根據本發明之教示，電流信 號注入根據本發明之一具體例之光子晶格來調變於電荷調 變區之電荷。 弟6C圖為略圖，概略顯示根據本發明之教示，於電荷 調變區之電荷之進一步細節。 15 第7A®為略圖概略顯示根據本發明之教示，一具有複 數個波長之光束被導引通過一光波導，通過有「低」電壓 信號施加至光子晶格。 第7B圖為略圖概略顯示根據本發明之教示，一具有複 數個波長之光束被導引通過一光波導，通過有「高」電壓 20信號施加至光子晶格。 第8圖為略圖，顯示根據本發明之教示，及一系統具體 例，該系統包括一光學發射器、一光學接收器及一光學元 件其包括光子晶格來調變^一光束。

C實施方式]I 較佳實施例之詳細說明 8 25 1269082 揭示使用-具有光子晶格之光學元件調變光束之方法 - 及裝置。後文說明中，陳述無數特定細節以供徹底了解本 / 發明。但热諳技蟄人士頭然易知無需採用特定細節來實施 • 本發明。其它情況下，並未敘述眾所周知之材料或方法之 5 細節以免混〉有本發明。 於前文說明書中述及「-個具體例」或「一具體例」 表示於含括於至少-個本發明具體例之具體例關聯之特定 特色、結構或特徵。如此，於前文各處出現「於—個具體 • 例」或「於一具體例」等詞’無需全部皆表示同一個具體 10例。此外，-或多具體例中特定特色、結構或特徵可以任 • /種適當料組合。此外’須了解域提供之數據對熟諸 &藝人士而言僅供解說目的’以及須了解附圖並非必然照 ,- 比例繪製。 - 树明之—具體财，基於半導體之光學元件係以全 15部整合於單-積體電路晶片之解決之道提供。所述光學元 件之-具體例包括-基於半導體之光子晶格於半導體材料 • 丨製作圖樣’光波導被導引通過婦料。該光學元件探勘 於光子晶格之光子晶體中之光子帶隙。光子晶格之光子帶 隙將遮斷-光束波長’而允許其它光束波長傳播。 20 如後文纣娜，為了讓特殊波長經歷該光子帶隙，根攄 本务明之具體例之光子晶格具有特殊孔洞半徑、特殊孔洞 節距:且係由具有特殊折射率之材料製成。_具_卜 光子晶格之孔洞之有效孔洞半徑係經由調變界产 光子晶格孔洞之材料之折射率來調變。—具體例中:：： 孔洞之材料之折射率根據本發明之教示，係經由調變於光 1269082 曰^之孔/同近處该等電荷調變區之電荷而調變。所揭示 之光學兀件之具體例可用於多種高頻寬應用用途，包括多 重處理器、電信、網路以及其它高速光學應用用途如光電 開關、調變器等。供舉例說明，第1圖為略圖概略顯示光學 5兀件之-具體例，該光學元件包括一光子晶格製造於半導 體材料，且該光子晶袼具有光子帶隙其可根據本發明之教 不而調變。如第1圖所示，光學元件101包括半導體材料1〇3 、’於其中設置光子晶格1()5。一具體例中，光波導含括於半 導體材料103，且被導引通過光子晶格1〇5，如第1圖所示。 10複，個孔洞107週期性排列於半導體材m〇3，孔洞具有孔 洞節距及孔洞半徑可界定光子晶格1G5於半導體材料103。 :具體例中’孔洞節距約為5⑻奈米，孔洞半徑約為2〇〇奈 米。當然須了解根據本發明之教示，其它孔洞節距及孔洞 半杈也可用於其它具體例。結果所得光子晶格1〇5之光子帶 15隙可由光子晶格105之孔洞節距及孔洞半徑決定。 具有至少一波長之光束Hi被導引通過半導體材料1〇3 之光波導109及光子晶格105。光子晶格1〇5之光子帶隙造成 光束111之某個頻率範圍或波長範圍無法傳播通過光子晶 袼105。結果，若光束ill之特定波長係對應光子晶格1〇5之 20光子帶隙，則光束111之該特定波長被遮斷，而含括於光束 111之其它波長(若有）被允許自由傳播通過光子晶格1〇5。 容後詳述，一具體例中，根據本發明之教示，於複數 個孔洞近處之電荷調變區含括於光學元件101。操作時，信 號113施加於光子晶格105。一具體例中，信號113可為電壓 25信號；而另一具體例中，根據本發明之教示信號113可為電 1269082 電荷調變區之自由電荷載流子濃度係響應信號 f變。由於此種電荷調變結果，複數個孔洞1〇7近處 之3體材料之折射率經調變。由於複數個孔洞107近處之 半導體材料之折射率經調變結果，複數個孔洞之有效孔洞 5直徑，調變。由於複數個孔洞1〇7之孔洞直徑經調變結果， 一 ^ 105之有效光子帶隙經調變。因此包括對應於複數 個孔洞1071之光子帶隙之特殊波長之光束⑴根據本發明 經調變。 -體例中’半導體材爿1Q3為絕緣體上秒(則)晶圓之 10磊晶層。供舉例說明，第2A圖為根據本發明之教示，s〇i 日日圓之猫日日層之半導體材料103之略圖，概略顯示光子晶格 105之複數個孔洞107被蝕刻於半導體材料1〇3。此外，第2B 圖為剖面圖，概略顯示根據本發明之教示，複數個孔洞107 被蝕刻於SOI晶圓之磊晶層之半導體材料1〇3。一具體例中 15 ，半導體材料103有特殊折射率，複數個孔洞107係配置於 半導體材料103，而孔洞具有孔洞節距及界定具有特殊帶隙 之光子晶格105。如第2A圖及第2B圖所示，Sa[晶圓包括埋 設之絕緣區設置於磊晶層之半導體材料1〇3與埋設之半導 體層215間。一具體例中，複數個孔洞1〇7於半導體材料1〇3 20被向下蝕刻至埋設的絕緣層213。須注意於另一具體例中， 複數個孔洞107可被蝕刻只部分貫穿半導體材料1〇3，而未 向下蝕刻至絕緣層213。 於複數個孔洞丨〇7被茲刻入SOI晶圓之磊晶層之半導體 材料103後，如第2A圖及第2B圖所示，第3A圖顯示平面圖 25 ，概略顯示根據本發明之一具體例，隨後絕緣區317被形成 11 1269082 於半導體材料103上方，包括光子晶格1〇5之複數個孔洞1〇7 之内側面。第3B圖為剖面圖，概略顯示根據本發明之一具 體例’形成於複數個孔洞1〇7上方之絕緣區3n。一具體例 中，絕緣區317包括氧化物，且形成為厚約12〇埃。須了解 5根據本發明之教示，其它絕緣材料及其它厚度可用於其它 具體例。 如第3A圖及第3B圖所示，絕緣區317形成於半導體材 料103上方後，第4A圖顯示平面圖，概略顯示根據本發明之 一具體例，形成於絕緣區317上方之第二半導體材料區419 10 。第4B圖顯示剖面圖，概略顯示根據本發明之一具體例， 形成於絕緣區317上方之第二半導體材料區419。如第4八圖 及第4B圖之具體例所示，第二半導體材料區419被圖案化於 絕緣區317上方，包括光子晶格1〇5之複數個孔洞1〇7内側面 之近處各區。第4A圖所示具體例顯示第二半導體材料區419 15經圖案化，讓各個第二半導體材料區419共同耦合。一具體 例中，接點例如接點421及423含括來提供電存取位於光子 晶格105之複數個孔洞1〇7内側面近處之第二半導體材料區 419。使用絕緣區317，根據本發明之教示第二半導體材料 區419與半導體材料1〇3電絕緣。因此須了解根據本發明之 20教示，由半導體材料103所形成之電容結構係以絕緣區317 而與弟》—半導體材料區419電絕緣。 如第4A圖及第4B圖所示，於第二半導體材料區419形 成於絕緣區317上方後，第5A圖為平面圖，概略顯示根據本 發明之教示形成接點525及527來提供電耦合至半導體材料 25 。第5B圖為剖面圖，概略顯示根據本發明之教示形成接 12 1269082 點來提供電耦合至半導體材料103。一具體例中，其中無需 電輕合’須了解可選擇性設置電接點525。第5A圖及第5B 圖也概略顯示光波導109含括於半導體材料103，且路由通 過光子晶袼105。根據本發明之具體例，第5A圖及第5B圖 5也顯不’光束111被導引通過光波導109且通過光子晶格105 及半導體材料103。所示具體例中，光波導109顯示為條狀 波導。須了解，根據本發明具體例，其它具體例中，光波 導109可為其它型別之波導，例如肋波導。 一具體例中，複數個孔洞107各自以一種材料填補，該 1〇材料具有對半導體材料103及/或第二半導體材料區419之 相當高的對比度。例如於一具體例中，半導體材料103包括 晶體石夕’而第二半導體材料區419包括複晶矽。一具體例中 ’晶體石夕及複晶矽具有折射率約3.45。一具體例中，複數 個孔洞107各自以空氣填補，空氣具有折射率約1.0。此等 15 ^例材料僅供舉例說明之用，根據本發明之教示可採用其 它適當材料。 第6A圖顯示信號113為電壓信號之一具體實施例。特別 ’所不具體實施例中，信號113顯示為電壓信號Is，電壓信 5虎知加於接點421及525與接點423與525間。如此，信號113 2〇 係知加為電壓，相對於半導體材料103通過接點421及423至 第二半導體材料區419。 第6B«顯示其中信號113為電流信號之一具體實施例 。特別所示具體例中，信號113顯示為電流信號Is，其於所 不具體例係經由接點421及423而注入。如此，信號113可作 25 為私流’注入通過接點421及423間之第二半導體材料區419 13 1269082 ，來將電荷注入第二半導體材料區419。 第6C圖為略圖，概略顯示根據本發明之教示，界定於 半導體材料103之複數個孔洞107之一帶有響應信號113而 形成之電荷調變區627之細節。因此須了解電荷調變區627 5係含括於由半導體材料1〇3所形成之電容結果，該電容結果 係以絕緣區317而與第二半導體材料區419絕緣。特別，第 6C圖顯示於界定於半導體材料103之孔洞107近處之第二半 導體材料區419，且與孔洞107之内側面絕緣。絕緣區317係 设置於半導體材料1〇3與第二半導體材料區419間來將半導 1〇體材料1〇3與第二半導體材料區419絕緣。藉施加信號113， 包荷调變區627之電荷濃度經調變。如第6(：圖之具體例所示 ，電何調變區627包括自由載流子於半導體材料103與第二 半導體材料區419,第二半導體材料區419係位於孔洞1〇7内 側面近處之絕緣區317近處。一具體例中，於電荷調變區627 15之自由電荷載流子例如包括電子、電洞或其組合。 供解說目的，其中信號113為「低」之具體例，其中於 電何調變區627之自由電荷載流子濃度相當低。繼續該範例 ’當^號113為「高」時，電荷調變區似之自由電荷載流 ^辰度相當高。如此信號113改變電荷調變區627之自由電 荷載机子猞度，結果導致位在複數個孔洞1〇7附近之電荷調 變區627之半導體材料之折射率的改變。根據本發明之教示 ’經由改變折射率，響應信號113，有效孔洞半徑經調變。 根據本發明之教不，經由改變有效孔洞半徑，光子晶格⑽ 之光子帶隙據此經調變，其改變由光子晶格1〇5所遮斷之光 25束111之波長。 1269082 一具體例中，電荷調變區627中之半導體材料之折射率 因電漿之光效應而被調變。電漿光效應係由於光電場向量 與可能存在於沿光束光徑，例如光波導109之光束111之光 徑之自由電荷載流子間之交互作用所引起。光束111之電場 5 偏極化自由電荷載流子，如此有效擾亂媒體之局部介電常 8fc>〇 ί * (方程式1)

數。如此又導致光波傳播速度之擾亂，因而導致光折射率 之擾亂，原因在於折射率單純為光於真空速度對光於媒體 速度之比。因此，於光波導1〇9之複數個孔洞1〇7近處之光 波導109之折射率響應電荷調變區627之自由電荷載流子之 10 調變而被調變。通過光子晶格1〇5之光波導1〇9經調變之折 射率對應地調變傳播通過光子晶格1〇5之光束in之相位。 此外，電荷調變區627之自由電荷載流子被光場加速，結果 導致光場的吸收，光能被用罄。通常折射率之擾亂為複數 ，實數部分為造成速度變化部分，虛數部分係有關自由電 15荷載流子濃度之吸收。以矽之電漿光效應為例，因電子 (△Ne)及電洞(ANh)濃度改變造成之折射率變化Δη表示為： 此處nG為矽之名目折射率，e為電子電荷，c為光速，&為自 由空間之電谷率，me及mh分別為電子有效質量及電洞有效 質量，be及bh為匹配參數。 20 回頭參照第6C圖之範例說明，6伏特電荷以信號113而 施加於半導體材料103與第二半導體材料區419間且跨絕緣 區317，一具體例中，絕緣區317厚約12〇埃。施加6伏特電 壓，根據本發明之教示，電荷調變區627之自由電荷載流子 15 1269082 濃度增加，結果導致孔洞107近處之半導體材料之折射率改 - 變約0.01。折射率之改變出現於約10奈米，結果導致孔洞 _ . 107之有效孔洞直徑改變10%。結果，根據本發明之教示， ^ 光子晶格105之光子帶隙經調變。 5 現在參照第7A圖及第7B圖所示具體例，光束111顯示為 被導引通過光波導109、通過半導體材料103、通過光子晶 格105。所示具體例中，光束111被導引通過光子晶格之前 包括二波長λΐ及λ2。一具體例中，波長λΐ及λ2為紅外光波 16 1269082 長，例如接近約1310奈米或155〇奈米。於第7八圖，信號li3 择員不為「低」電壓信號Vs。所示具體例中，信號心為「低 光子晶格105之光子帶隙遮斷光束ηι之波長λ2，但允許 光束111之另一波長例如人1，傳播通過光子晶格105。第％ 5圖中’ ^唬113現在顯示為「高」電壓信號Vs。信號Vsg「 高」，光子晶格105之光子帶隙現在調變成遮斷光束ln之波 長人1，但現在允許光束in之另一波長例如…傳播通過光子 晶格1〇5。 第8圖為略圖，概略顯示根據本發明之教示一系統具體 ⑺例’，亥系統包括一光學發射器、一光學接收器及一光學元 件忒光學元件包括一光子晶格來調變或切換光束。特別 ’第8圖顯不光學系統833包括-光學發射器829及-光學接 收的831 ’有一光學元件101光學耦合於光學發射器829與光 子接收為831間。如第8圖所示，光學發射器829發射光束ln 15 ，該光束由光學元件101接收。 具體例中，光學元件101包括一元件例如前文說明用 來響應信號113而調變或切換光束ηι或光束ιη之特定波 長之光學元件之一具體例。例如根據本發明之一具體例， 右由光學發射器829發射之光束包括波長λ，則光學元件101 20接收光束111，且可用來調變光束111之波長λ而編碼信號 U3至光束111。然後光束111由光學元件101被導引，且由 光學接收器831接收，帶有信號113編碼於光束ηι上。 另一具體例中，由光學發射器829發射之光束ln有複 數個波長，例如包括λ1&λ2。光學元件1〇1可用來選擇性 或濾掉波長λΐ或λ2之一，同時響應信號113允許其它波長 17 1269082 傳播通過其中。任何含括於光束111之其餘波長隨後由光學 元件101被導引至光學接收器831。其它具體例中，根據本 . 發明之具體例，須了解複數個光學元件101可用作為組合積 木，可以各種組配狀態排列或串級來於多種光束111所含之 5 波長操作。 於前文詳細說明，已經參照特定具體實施例說明本發 明之方法及裝置。但顯然可未悖離本發明之廣義精髓及範 圍做出多種修改與變化。如此本說明書及附圖須視為說明 ® 性而非限制性。 10 【圖式簡單說明】 第1圖為略圖，概略顯示根據本發明之教示之光學元件 之一具體例，該光學元件包括光子晶格於半導體，其具有 — 一波導，光束被導引通過該波導且經調變。 - 第2A圖為平面圖，概略顯示根據本發明之教示之光學 15 元件之一具體例，蝕刻於絕緣體上矽（SOI)晶圓之磊晶層之 孔洞。 • 第2B圖為剖面圖，概略顯示根據本發明之教示之光學 元件之一具體例，蝕刻於SOI晶圓之磊晶層之孔洞。 第3A圖為平面圖，概略顯示根據本發明之教示之光學 20 元件之一具體例，一絕緣區形成於蝕刻入該SOI晶圓之磊晶 層之孔洞上方。 第3B圖為剖面圖，概略顯示根據本發明之教示之光學 元件之一具體例，一絕緣區形成於蝕刻入該SOI晶圓之磊晶 層之孔洞上方。 25 第4A圖為平面圖，概略顯示根據本發明之教示之光學 18 1269082 元件之一具體例，第二半導體區形成於絕緣區上方，該絕 緣區係形成於蝕刻入S0I晶圓之磊晶層之孔洞上方。 第4B圖為剖面圖，概略顯示根據本發明之教示之光學 元件之一具體例，第二半導體區形成於絕緣區上方，該絕 5 緣區係形成於蝕刻入SOI晶圓之磊晶層之孔洞上方。 弟5 A圖為平面圖，概略顯示根據本發明之教示之光學 元件之一具體例，至S0I晶圓之磊晶層之接點以及光束被導 引通過經由SOI晶圓磊晶層之光子晶格所形成之光波導。 第5B圖為剖面圖，概略顯示根據本發明之教示之光學 10 元件之~具體例，至SOI晶圓之磊晶層之接點以及光束被導 引通過經由SOI晶圓磊晶層之光子晶格所形成之光波導。 第6A圖為略圖，概略顯示根據本發明之教示，電壓信 號施加至根據本發明之一具體例之光子晶格來調變於電荷 調變區之電荷。 15 第6BB1為略圖，概略顯示根據本發明之教示，電流信 5虎注入根據本發明之一具體例之光子晶格來調變於電荷調 變區之電荷。 第6C圖為略圖，概略顯示根據本發明之教示，於電荷 調變區之電荷之進一步細節。 弟7 A圖為略圖概略顯不根據本發明之教示，一具有複 數個波長之光束被導引通過一光波導，通過有「低」電壓 信號施加至光子晶格。 弟7B圖為略圖概略顯不根據本發明之教示，一具有複 數個波長之光束被導引通過一光波導，通過有「高」電壓 25信號施加至光子晶格。 19 1269082 第8圖為略圖，顯示根據本發明之教示，及一系統具體 例，該系統包括一光學發射器、一光學接收器及一光學元 件其包括光子晶格來調變一光束。 【主要元件符號說明】 101…光學元件 317...絕緣區 103...半導體材料 419…第二半導體材料區 105...光子晶格 421、423…接點 107...孔洞 525、527...接點 109…光波導 627…電荷調變區 111...光束 829…光學發射器 113…信號 831…光學接收器 213...絕緣層 215…埋設之半導體層 833…光學系統 20

Claims (1)

1. •1269082 十、申請專利範圍： 第94103651號申請案申請專利範圍修正本 95. 06. 02. 1· 一種用於調變光束之裝置，其包含有： 第一半導體材料中之一光子晶格，該第一半導體材 料具有界定於該第一半導體材料中之多個孔洞，該等多 個孔洞以一孔洞節距及一孔洞半徑週期性排列於該第 一半導體材料中，而界定出該光子晶格； 第二半導體材料區，其係設置接近但與界定於該第 一半導體材料中之該等多個孔洞之個別内側表面絕緣； 欲於该寺弟二半導體材料區中調變之電荷調變區 ，其中受導引通過該光子晶格之一光束係響應於該光子 晶格之一調變有效光子帶隙來受調變，而該有效光子帶 隙係響應於該等電荷調變區而被調變。 2·如申請專利範圍第1項之裝置，其中該光子晶格之該有 效光子帶隙係響應於該第二半導體材料之一折射率而 被調變，且該折射率係響應於該等電荷調變區而被調變 〇 3·如申請專利範圍第1項之裝置，其中該光子晶格之該有 效光子帶隙係響應於該等多個孔洞中每一孔洞之一有 效孔洞半徑而被調變，且該有效孔洞半徑係響應於該等 電荷調變區而被調變。 4·如申請專利範圍第1項之裝置，其中該光束具有多個波 長，包括一第一波長及一第二波長，其中該光束之該等 第一波長及第二波長之一受允許響應於該光子晶格之 该經調變有效光子帶隙，而選擇性地一次傳播通過該光 21 1269082 子晶格。 5. 如申請專利範圍第旧之裝置，其中有—電壓信號_ 合而相對於該第一半導體材料，被施加至該等第二半導 體材料區，來感應出該等電荷調變區，以調變該光子晶 5 格之該有效光子帶隙。 6. 如申請專利範圍第旧之裝置，其中有—電流信號受輕 =而通過該等第二半導體材料區注人，來感應出該等電 荷調變區，以調變該光子晶格之該有效光子帶隙。 7. =申請專利範圍第丨項之裝置，進—步包含設置於該等 1〇 帛二半導體材料區與該第—半導體材料間之絕緣材料 ，來將各個個別第二半導體材料區與該第—半導體材料 絕緣。 T堉寻利範 及該第二半導體材料包括矽 15 20 25 9.=申請專利範圍第8項之裝置，其中該第—半導體材料 I括晶财該第二半導體材料包括多晶石夕。 1〇.t申請專利範圍第1項之裝置，其中該等多個孔洞各自 =以-材料’該材料具有之—折射率實質上係與該第 一半導體材料之一折射率不同。 利範㈣1項之裝置，其忖電容結構由與該 12·如申』:捕:緣之該等第二半導體材料區所界定。 —丰^利耗圍第1項之裝置，進—步包括含括於該第 材料《過該光子晶格之一光波導，該光束將 ^引通職光波導及通過該光子晶格。 13·—種用於調變光束之方法，其包含有下列步驟·· 22 1269082 導引—光束通過第-半導體材料中之一光子 ^第一半導體材料具有界定於該第—半導體材料曰^ 多個孔洞，該等多個孔洞以_孔洞節距及—孔洞半徑週 期性排列於該第—半導㈣料巾，來界定出該光子晶格 調變第二半導體材料區中之電荷調變區内的電荷 辰度’違等第二半導體材料區係設置靠近但與該第一半 導體材料中界定之該等多個孔洞的個別内側表面絕緣； 響應於該等調變後之電荷濃度，調變該光子晶格之 一有效光子帶隙；以及 響應於該調變後之有效帶隙，調變受導引通過該光 子晶格之該光束。 Ή料利範圍第13項之方法，進—步包含響應於調變 D亥等第一半導體材料區中之該等電荷調變區内的該等 電荷濃度，調變該第二半導體材料之一折射率。 5·如申凊專利範圍第13項之方法，進一步包含響應於調變 4等第一半導體材料區中之該等電荷調變區内的該等 電荷濃度，調變該等多個孔洞中每一孔洞之一有效孔洞 半徑。 16·如申請專利範圍第13項之方法，其中調變受導引通過該 光子曰曰格之该光束的該步驟，包含響應於該光子晶格之 该調變後有效帶隙，選擇性遮斷該光束之一波長使其不 傳播通過該光子晶格。 17·如申請專利範圍第16項之方法，進一步包含在響應於該 光子晶格之該調變後有效帶隙，而選擇性遮斷該光束之 23 該一波長使其不傳播通過該光子晶格的同時，允許該光 束之另一波長傳播通過該光子晶格。 18. 如申請專利範圍第13項之方法，其中調變該等第二半導 體材料區中之該等電荷調變區内的該等電荷濃度之該 步驟，包含調變相對於該第一半導體材料施加至該等第 二半導體材料區之一電壓信號。 19. 如申請專利範圍第13項之方法，其中調變該等第二半導 體材料區中之該等電荷調變區内的該等電荷濃度之該 步驟，包含調變通過該等第二半導體材料區注入之一電 流信號。 20. —種用於調變光束之系統，其包含有： 用以發射一光束之一光學發射器； 一光學接收器；以及 光學耦合於該光學發射器與光學接收器間之一光 學元件，該光學元件包括： 第一半導體材料中之一光子晶格，該第一半導體材 料具有界定於該第一半導體材料中之多個孔洞，該等多 個孔洞以一孔洞節距及一孔洞半徑週期性排列於該第 一半導體材料中，來界定出該光子晶格； 第二半導體材料區’其係設置靠近於但與該第一半 導體材料中界定之該等多個孔洞之個別内側表面絕緣 :以及 欲於該等第二半導體材料區中調變之電荷調變區 ，該光束來自該光學發射器而被接收且被導引通過該光 子晶格，該光束係響應於該光子晶格之一經調變有效光 1269082 子帶隙而被調變，該有效光子帶隙 調變區而被調變，其中該經調變 所接收。 則係響應於該等電荷 e光束係由該光學接收器 效1;: 20項之系統，其中該光子晶格之該有 被^^隙係響應於該第二半導體材料之一折射率而 =周二謂第二轉體材料之該折射料響應於該等 笔何6周受區而被調變。

   10 22·，申請專圍㈣項之线，其巾該光子晶格之該有 效光子帶隙係響應於該等多個孔洞中每一孔洞之一有 效孔洞半徑而侧變，且該有效孔洞半㈣響應於該等 電荷調變區而被調變。 15 23·如申請專利範圍第綱之系統，其中該光束具有多個波 長，包括一第一波長及一第二波長，其中該光束之該等 第一波長及第二波長其中之一被允許響應於該光子晶 袼之該經調變有效光子帶隙，而選擇性地一次傳播通過 ϋ亥光子晶格。

   25 24·如申請專利範圍第20項之系統，其中該光學元件係輕合 來接收將相對於該第一半導體材料而被施加至該等第 二半導體材料區之一電壓信號，來感應出該等電荷調變 區，以調變該光子晶格之該有效光子帶隙。 25·如申請專利範圍第2〇項之系統，其中該光學元件係耦合 來接收一電流信號，該電流信號將通過該等第；半導體 材料區被注入，來感應出該等電荷調變區’以調變該光 子晶格之該有效光子帶隙。 26·如申請專利範圍第20項之系統，其中該光學元件進一步 25 J269082 包括設置於該等第二半導體材料區與該第一半導體材 料間之絕緣材料’用來將每一個個別第二半導體材料區 、 與該第一半導體材料絕緣。 27. 如申請專利範圍第20項之系統，其中該等多個孔洞各自 5 被填以一材料’該材料具有貫質上與該第一半導體材料 之一折射率不同的一個折射率。 28. 如申請專利範圍第20項之系統，其中有電容結構由與該 第一半導體材料絕緣之該等第二半導體材料區所界定。

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