TWI760103B - 可調控光學相位陣列 - Google Patents

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Abstract

本發明提出一種可調控光學相位陣列，包含：第1至n分光元件，每一分光元件具有一輸入端與第一輸出端與第二輸出端，第1分光元件之輸入端接收輸入光，並輸出平均分配之光訊號至次一級分光元件，n為1以上之正整數；複數個第一光學波導，分別耦接次一級奇數列分光元件之輸入端與前一級分光元件之第一輸出端；複數個第二光學波導，分別耦接次一級偶數列分光元件之輸入端與前一級分光元件之第二輸出端；以及一第1至k級相移器，以加熱方式使通過光學波導之光訊號產生相位偏移，k為正整數，其中每級分光元件的數量係以2次方倍數遞增，且次一級相移器之加熱器長度較短於前一級相移器之加熱器長度。

Description

可調控光學相位陣列
本發明揭露一種光學相位陣列，特別是一種多級結構之可調控光學相位陣列。
現有技術中，實現光達（LiDAR）的光束轉向主要是以機械光學轉向為解決方案。然而，機械光束轉向所需的機械系統體積龐大，且機械系統亦消耗大量的能量。此外，機械光學轉向系統亦受限於機械結構，進而導致轉向能力受到限制。機械光學式的轉向系統易受物理磨損和振動的影響，並也缺乏控制光束成形的能力，需附加透鏡或棱鏡等裝置方能達成控制光束成形的功能，大幅增加機構複雜性和降低系統穩定度。
光學相位陣列組成的光學天線是通過調控相位差，使多路輻射波干涉成光束圖案。相較於光電積體化的光達光學相控陣列，由於完全不使用機械轉向機構，系統相對穩定許多。由光學相控陣列組成的天線可通過適當調控相位差，使天線的多路輻射波干涉成任意波束圖案，並進行光束的角度調整與掃描。
然而，每通道天線中的輕微相位誤差會顯著地降低光束疊加效應，這些相位誤差可能來自製程均勻性或者環境變化。因此校正所有天線中的微小相位誤差累積起來就會是一個複雜且耗時的過程。特別是當今光學相控陣列組成的光學天線數目常高於數百個，以降低輸出光束的發散角。此時，校正所有天線中的微小相位誤差是非常重要但也是很複雜的工作。因此，要達成高度集中的光束就需要良好設計的精密相移器。
精密相移器常見的形式有電光相移器(Electro-optic phase shifter)和熱相移器(thermal phase shifter)兩類。電光相移器是通過電場來改變光學波導中的自由載子濃度，從而改變光學波導的有效折射率，達到改變光波相位的目的。但由於電光的效應較弱，須使要較長的光學波導，如此導致光傳播損失增加和佔用較大的晶片面積問題。對熱相移器而言，熱相移器則利用加熱光學波導，讓熱光效應的溫度改變光學波導的有效折射率。一般是藉由在光學波導上方批覆層製作加熱線，此加熱線可以金屬或半導體製程，需與光學波導有適當距離，已達到加熱功效但同時又避免光學損耗。高效率與低損耗是其優點，但存在有精準控溫度和熱串擾的問題。
對比兩者的實作的效益和挑戰，主流的解決方案是熱相移器。而如何有效的優化設置熱相移器，即是光達性能的關鍵因素之一。
本發明提出一種可調控光學相位陣列，係由多級分光元件與多級相移器串接而成，以將輸入光平均分配到多個可控制相位的光學波導，包含：一第1至n分光元件，每一個分光元件具有一輸入端、一第一輸出端與一第二輸出端，該第1分光元件之該輸入端接收該輸入光，並輸出平均分配之光訊號至次一級分光元件，n為1以上之正整數；複數個第一光學波導，分別耦接次一級奇數列分光元件之輸入端與前一級分光元件之第一輸出端，以接收光訊號；複數個第二光學波導，分別耦接次一級偶數列分光元件之輸入端與前一級分光元件之第二輸出端，以接收光訊號；以及一第1至k級相移器，係分別覆蓋於各第一光學波導上，以形成一第一組相移器，並以一加熱方式使通過各第一光學波導之光訊號產生相位偏移，k為正整數，第一組相移器包括: 一第一電極；第一金屬導線，耦接該至該第一電極；一第一加熱器，係覆蓋於各該第一光學波導上，該第一加熱器一端耦接至該第一金屬導線；一第二電極；及一第二金屬導線，分別耦接至該第二電極與該加熱器之另一端；其中每級分光元件之間設置有一級相移器，於第1分光元件後之每級分光元件的數量係以2次方倍數遞增，且次一級相移器之加熱器長度較短於前一級相移器之加熱器長度。分光元件、光學波導、以及相移器數目可以視光學相位陣列大小而擴充。例如，如果串接10級分光器，可以將輸入光均分至1024個輸出光波導。
在一些實施例中，其中奇數列分光元件之輸入端前覆蓋於各第一光學波導上之相移器係透過第二金屬導線電性耦接至第二電極。
在一些實施例中，各級相移器之總電阻值實質上相等。
在一些實施例中，第1至k級相移器還分別覆蓋於各第二光學波導上，以形成一第二組相移器，並以加熱方式使通過各第二光學波導之該光訊號產生相位偏移，該第二組相移器包括: 一第三電極；一第三金屬導線，耦接該至該第三電極；一第二加熱器，係覆蓋於各第二光學波導上，該第二加熱器一端耦接至該第三金屬導線；一第四電極；及一第四金屬導線，分別耦接至該第四電極與該第二加熱器之另一端。
在一些實施例中，第二組相移器所產生之相位偏移與第一組相移器所產生之相位偏移係為彼此反向。
在一些實施例中，第一加熱器與/或第二加熱器係為電阻值較高的金屬導線或是線型半導體。
在一些實施例中，偶數列分光元件之輸入端前覆蓋於各第二光學波導上之相移器係透過第四金屬導線電性耦接至第四電極。
在一些實施例中，覆蓋於同一級奇數列分光元件之第一輸出端上之相移器彼此串接，且分別耦接至第一電極與第二電極；覆蓋於同一級奇數列分光元件之第二輸出端上之相移器彼此串接，且分別耦接至第三電極與第四電極；覆蓋於同一級偶數列分光元件之第一輸出端之相移器彼此串接，且分別耦接至第五電極與第六電極；及覆蓋於同一級偶數列分光元件之第二輸出端之相移器彼此串接，且分別耦接至第七電極與第八電極。
在一些實施例中，所述的第k級相移器之每一輸出端分別耦接至一具有微調相移器的光學波導，並用以微調所述的第k級相移器之每一輸出端之相位。
一般半導體晶圓製程大多可提供多層金屬導線層以提供金屬導線交錯，因此兩組相移器可以分別利用兩個不同金屬導線層連接。
請參照第1圖，第1圖為本發明之可調控光學相位陣列之第一實施例之結構示意圖。第1圖之可調控光學相位陣列1包括：一分光元件10，一分光元件11，一分光元件12，一第一光學波導21，一第二光學波導22，一相移器31與相移器32。分光元件10具有輸入端101、第一輸出端102及一第二輸出端103，分光元件11具有輸入端111、第一輸出端112及一第二輸出端113，而分光元件12具有一輸入端121、第一輸出端122及一第二輸出端123。第一光學波導21係耦接於第一輸出端102與輸入端111之間，而第二光學波導22係耦接於第二輸出端102與輸入端121之間。其中，第1相移器31係覆蓋於第一光學波導21上。第2相移器32係覆蓋於第二光學波導22上。為了說明方便，第1圖中的第1相移器31與第二組相移器32未繪示出電極、金屬導線與加熱器。
請參照第2圖，第2圖為本發明之可調控光學相位陣列之第一實施例之細節結構示意圖。如第2圖所示，可調控光學相位陣列1更包括交錯相連的相移器，以金屬導線控制相鄰或下方光學波導的相位。第1相移器31包括一第一金屬導線311、一第一電極312、一第二金屬導線313、一第二電極314及第一加熱器315。更具體地，第一加熱器315覆蓋於光學波導21上。第一加熱器315的一端透過第一金屬導線311與第一電極312電性連接，第一加熱器315的另一端透過第二金屬導線313與第二電極314電性連接。第一電極312施加正電源，而第二電極314施加負電源。或者，第一電極312施加負電源，而第二電極314施加正電源。
第2相移器32包括一第三金屬導線323、一第三電極322、一第四金屬導線321、一第四電極324及第二加熱器325。更具體地，第二加熱器325覆蓋於光學波導22上。第二加熱器325的一端透過第三金屬導線323與第三電極322電性連接，第二加熱器325的另一端透過第四金屬導線321與第四電極322電性連接。同樣的，第三電極322施加正電源，而第四電極324施加負電源。或者，第三電極322施加負電源，而第四電極324施加正電源。在一些實施例中，第1相移器31與第2相移器32可施加相同電功率或不同電功率。
一般半導體晶圓製程大多可提供多層金屬導線層以提供金屬導線交錯，因此兩組相移器可以分別利用兩個不同金屬導線層連接。如第3圖所示，第3圖為本發明之可調控光學相位陣列之第一實施例之三維結構示意圖。第一金屬導線311與第四金屬導線321是配置在不同金屬導線層。第二金屬導線313與第三金屬導線323是配置在不同金屬導線層，以避免短路。
前述之分光元件為分光器(optical splitter)，係用來將光束分成兩路實質上各50%光強度的元件。再者，前述之分光元件10的輸入端101用以接收一輸入光訊號（圖中未示）。
當第一加熱器315溫度增加時，使第一光學波導21產生熱光效應將改變第一光學波導21的有效折射率。藉此，使第一光學波導21中的行進光依據數學式: Phase = 2*π*(∆neff)*L/lambda的關係產生相應的相位延遲，其中Phase代表相位延遲，∆neff是熱光效應造成光學波導的有效折射率變化，L是加熱器長度，lambda是光的波長。運用各級相移器形成的相位延遲，在此可控光學相位陣列的最後一級輸出的各光學波導間有等差級數遞增的相位差，若這些輸出光學波導接到可將光束繞射出晶片表面的陣列式週期性結構，可於遠場干涉形成光束並利用相位延遲轉動光束角度。若這些輸出光學波導接到光電轉換元件再接上微波天線陣列，可於遠場形成微波波束並利用相位延遲轉動微波波束角度。
本發明之可調控光學相位陣列係可以串接多級分光元件與相移器。舉例來說，串接的級數為k，而k為正整數。可調控光學相位陣列1的分光元件數量有n個，n為1以上之正整數。從第1至第k級分光元件，每一級係以2的次方倍數(例如，2 k)增加分光元件的數量。每一個分光元件的輸出端分別連接至2個光學波導與2個相移器。另外，可根據設計需求，在第1至第k級相移器中，於各分光元件之間的光學波導上設置所需的相移器數量。串接之結構則如第4圖所示。
第4圖為本發明之可調控光學相位陣列之第二實施例之結構示意圖。第4圖示出本發明之可調控光學相位陣列為4級串接，但為方便說明，本實施例僅以3級來說明。
每一分光元件的第一輸出端透過第一光學波導耦接至次一級分光元件的輸入端，而各第一光學波導上覆蓋有第1相移器31的第一加熱器。更具體地，分光元件11的第一輸出端透過第一光學波導耦接至分光元件13的輸入端，並設置有第一加熱器。分光元件12的第一輸出端透過第一光學波導耦接至分光元件15的輸入端，並設置有第一加熱器。換句話說，第一加熱器設置於奇數列分光元件的輸入端與前一級分光元件的第一輸出端之間，且每一級的第一加熱器透過金屬導線電線彼此串接至第一電極與第二電極。藉此，所述的串接的第一加熱器、金屬導線、第一電極與第二電極，形成第一組相移器。另外，第4級或第4級之後的分光元件與相移器係以相同邏輯依序串接。
值得說明的是，次一級相移器之第一加熱器長度較短於前一級相移器之第一加熱器長度。具體來說，第3級相移器中的第一加熱器長度W2較短於第2級相移器中的第一加熱器長度W1。
第1相移器31，第2相移器32以及後續各級相移器係為一熱阻式相移器，亦即與相移器波導相鄰設有熱阻式加熱器，此加熱器可為電阻值較高的金屬導線或是線型半導體。由於連接相移器的金屬導線電阻值低，因此第1級電極間的電阻主要來自於加熱器，各級第1相移器的加熱器總長大約相等，故各級第1相移器之電阻值約略相等。同理，各級第1相移器與第2相移器之電阻值也約略相等。更具體地，第1級相移器的總電阻值與第2級相移器的總電阻值約略相等。
請參照第4圖與第6A圖，第1級相移器之第一加熱器415之電阻值為8R，而第2級相移器中的兩組第一加熱器515之電阻值分別為4R，電阻值總和為8R。依此邏輯類推，第1級相移器的總電阻值為8R，而第2級相移器的總電阻值由2個相同電阻值相加（4R+4R=8R），而第3級相移器則會由4個相同電阻值（2R）的電阻相加（2R+2R+2R +2R =8R）。若再串接到第4級相移器，則會由8個相同電阻值（1R）的電組相加（1R+1R+1R+1R+1R+1R+1R+1R =8R）。換句話說，各級相移器之總電阻值實質上相等。
由於每一級的加熱器電阻加總均相同，使利用數位類比轉換器（Ditigal to Analog, DAC）輸出加熱器所需電流時，可以在穩定負載下達到較高的控溫精確度。同時，串接的設計使每一級相移器只使用兩個電極，大幅的減少電極數量，節約半導體晶片的面積，降低製作成本。藉此，本發明更具有封裝方便之優點。電路板的電路走線簡潔，縮小電路板尺寸，也節約DAC晶片的使用數量，大幅降低模組整體的製作成本。
各光學波導天線的相位控制，由前述的各級2倍數電阻的金屬加熱式相移器提供溫度，延遲光學波導中光束的相位，控制相位差。而金屬加熱式相移器的電阻越大，對應的加熱的光學波導長度也越長，又相位延遲量與加熱光學波導長度成正比關係，因此透過DAC控制加熱量，可準確的控制相位差。
請再參閱第4圖的可調控光學相位陣列的相移器配置的邏輯示意。以第4圖的相位延遲為13φ （PhaseΔ = 13φ）的可調控光學相位陣列為例，光訊號經過第1相移器後，其相位被延遲8φ。接著，光訊號傳播至第1級上路相移器，相位再被延遲4φ。繼續地，光訊號傳播至第2級下路無相移器，相位延遲增加零。最後，光訊號傳播至第3級上路相移器，相位再被延遲φ，因此總計相位延遲為8φ + 4φ + 0 + φ = 13φ。
再以第4圖的相位延遲為7φ（phaseΔ = 7φ）光學波導為例，光訊號經由分光元件10的第二輸出端至次一級分光元件間無相移器，故光訊號的相位零延遲。接著，分光元件12的第一輸出端傳播至次一級分光元件的上路設有相移器，因此相位被延遲4φ。光訊號傳播至下下一級上路相移器，相位再被延遲2φ，傳播至下下下一級上路相移器，相位再被延遲φ，因此總計相位延遲為 0 + 4φ + 2φ + φ = 7φ。如此，就可產生相鄰光學波導光束相位都相差為φ的陣列光束，此陣列光束的波前即可在對應φ相位差的角度方向遠場形成強度疊加光束，完成光束轉向的目的。
綜上，本發明利用分光器至下一級分光器之間的連接光學波導空間放置相移器陣列，利用熱阻效應加熱光學波導。其中，當溫度增加，光學波導的熱光效應將改變光學波導的有效折射率，使光學波導中的行進光將依據數學式: Phase = 2*π*(∆neff)*L/lambda的關係產生相應的相位延遲，運用光學波導陣列中相鄰光學波導光束間等差級數遞增的相位差，於遠場形成相位陣列轉相光束。
請參照第5圖，第5圖為本發明之可調控光學相位陣列在相位調控時的波前轉向的示意圖。如第5圖所示，於本發明第三實施例中，在進行熱調控相位時，光束的波前方向只能以第5圖的左天線所表現的向左傳播。因此，為解決單邊轉向的問題，需另加一組鏡射排列的加熱器組(即第2相移器)，使光束的波前方向能夠如第5圖的右天線所示的向右傳播。
請參照第6A圖，第6A圖為本發明之可調控光學相位陣列之第三實施例之結構示意圖。如第6A圖所示，第1級分光元件包含了2個分光元件，第2級分光元件包含了4個分光元件，第3級分光元件包含了8個分光元件，並以2次方倍數遞增第n級分光元件，n為1以上之正整數。另外，分光元件10可稱為第0級分光元件。每一個分光元件具有輸入端與第一輸出端與第二輸出端。第1至k級相移器，係分別覆蓋於各第一光學波導上，以形成第一組相移器，並以加熱方式使通過各第一光學波導之光訊號產生相位偏移，k為正整數。另外，第1至k級相移器還分別覆蓋於各第二光學波導上，以形成第二組相移器，並以加熱方式使通過各第二光學波導之光訊號產生相位偏移。另外，第二組相移器所產生之相位偏移與第一組相移器所產生之相位偏移係為彼此不同或反向。
請參照第6B圖，第6B圖為本發明之可調控光學相位陣列之第四實施例之結構示意圖。本發明之第四實施例與第三實施例之差別在於: 第k級相移器之每一輸出端另耦接至一具有微調相移器40的光學波導，並用以微調每一輸出端之相位。在第四實施例中，當可調控光學相位陣列在進行光束轉向掃描時，先利用微調相移器40校準製程產生的相位誤差，再利用第1至k級的相移器產生所轉角度對應的波導間相位差，以轉動光束。由於微調相移器40只需校準相位誤差，因此需要的調整相移量相對較少，所以耗能較低。
其中，利用半導體元件有多層金屬互聯的設計，將第一組相移器配置於第一金屬層，第二組相移器的金屬導線配置於第二層，電極則直接套用接墊(Pad)層，各層間以導通孔(via)互連，即可緊密排列兩組各自獨立的加熱器。同時，當其中一組加熱器在進行熱調控相位時，另一組加熱器可做為微調控制組，彼此搭配對相位控制做最佳化。值得說明的是，次一級相移器之第一加熱器長度較短於前一級相移器之第一加熱器長度。次一級相移器之第二加熱器長度較短於前一級相移器之第二加熱器長度。同一級相移器的第一加熱器長度與第二加熱器長度約略相等。
請參照第7圖，第7圖為本發明之4級可調控光學相位陣列的後級有多組相移器之實施例，圖中顯示的實施例為第3級與第4級的相移器分為四組控制電極。第一組相移器透過金屬導線分別連接至第一電極與第二電極，第二組相移器透過金屬導線分別連接至第三電極與第四電極，第三組相移器透過金屬導線分別連接至第五電極與第六電極，第四組相移器透過金屬導線分別連接至第七電極與第八電極。更具體地，覆蓋於奇數列分光元件之第一輸出端上之相移器彼此串接，且分別耦接至第一電極與第二電極；覆蓋於奇數列分光元件之第二輸出端上之相移器彼此串接，且分別耦接至第三電極與第四電極；覆蓋於偶數列分光元件之第一輸出端之相移器彼此串接，且分別耦接至第五電極與第六電極；及覆蓋於偶數列分光元件之第二輸出端之相移器彼此串接，且分別耦接至第七電極與第八電極。
同樣的，第4級相移器中各組相移器分別連接至對應的電極組。藉此，以奇數列與偶數列方式個別控制各光學波導的相位，達到微調製程的微偏差，以較小的能量消耗代價，實現高精準的可調控光學相位陣列。
藉此，經由重新規劃和簡化加熱器配置邏輯，大幅的減少電極數量和電路走線的晶片面積，也同步節省DAC的使用數量，降低晶片的複雜度和晶片面積。透過實際製作的原始晶片可以證明此專利為完全可行的設計，具備高度的實用價值。
其中，光達技術是採用移動光束對環境進行照射，以獲得光束回波，並快速收集高分辨率的三維圖像，隨著積體化矽光子元件的發展，Lidar以相控陣列進行波束轉向技術變得更容易在矽半導體製程中實現。而其中光束方向操控的關鍵元件是可調控光學相位陣列的相移器，決定光束掃瞄的角度解析度、角度範圍和速率，是Lidar系統性能的關鍵角色。
其中，相移器的設計困難處在於要單獨控制每個天線光學波導的相位，其控制複雜度與相控光學波導數成正比，雖然聯級串接佈置可以減少所需元件的數量，但須使用直接耦合器分光和準確平衡各天線光學波導的光程差，如此會大幅提高光路設計的困難度和半導體製程技術的需求。而本發明之可調控光學相位陣列的設計是採用二次方倍數遞增式加熱器，作為可調控光學相位陣列控制，避免過度密集的加熱器彼此熱干擾，影響調控精度，並利用二次方的倍增的電阻串接組合，使得每組控制單元的電阻幾乎相同，確保DAC的可以維持良好的控制精度。
另外，若晶圓廠可以控制製程偏差在一定範圍內，為補償製程偏差造成的微小相位差，則透過附加微調控制加熱器在極低的能量消耗下，微調控制光的相位。結合粗調整和細調整這兩種機制，在設計複雜度和精確控制間取得良好的平衡。
本發明架構可採用標準CMOS半導體製程設計來實現光學相移器陣列，加熱器材質可以使用製程中的任意金屬連結層作為加熱元件，但必須考慮其整體電阻，需精算調整導線和加熱器的線寬，使電阻比值有明顯的差距。
本發明之一目的在於提出一種組合粗調控和微調控的光學相位陣列，以粗調光學相位陣列組依二進位倍率提供熱能，調整各通道波導中光的相位延遲序列，快速掃瞄光束，再以附加在最後一級的微調相移器校正製程引起的相位誤差。本發明之光學相位陣列可快速掃瞄光束，同時具有控制陣列的布線簡化的優點。此外微調光學相位陣列組可輔助微調製程的微偏差，以較小的能量消耗代價，實現高精準的光學相位陣列。
另外，根據本發明之組合粗調控和微調控的兩組光學相位陣列，以粗調光學相位陣列組依二進位倍率提供加熱器熱能，運用熱光效應調各通道波導中光的相位延遲序列，微調光學相位陣列組提供補償波導製程誤差和溫度分布不均勻造成的輕微相位偏移。結合此兩種光學相位陣列，本發明之可調控光學相位陣列可在維持良好的調控性能下，大幅降低控制電極的數量和維持好的數位至類比精度。在精準控制需求時，可通過附加微調控制加熱器在極低的能量消耗下，精準控制光相位。
綜上所述，根據本發明之可調控光學相位陣列，組合粗調控和微調控的兩組光學相位陣列，以粗調光學相位陣列組依二進位倍率提供熱能，調整各通道波導中光的相位延遲序列，降低熱相移器的數量，避免熱集中串擾和節約電極占用晶片面積。此外，微調光學相位陣列組可輔助微調製程的微偏差，由於能量消耗低，即使緊密排列也不致熱集中，產生熱串擾，結合兩種互補的設計，達成光學相位陣列高精準的調控。
可見本揭露在突破先前之技術下，確實已達到所欲增進之功效，且也非熟悉該項技藝者所易於思及，其所具之進步性、實用性，顯已符合專利之申請要件，爰依法提出專利申請。
以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。其它任何未脫離本揭露之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應該包含於後附之申請專利範圍中。
1:可調控光學相位陣列 10、11、12、13、15:分光元件 101、111、121:輸入端 102、112、122:第一輸出端 103、113、123:第二輸出端 21:第一光學波導 22:第二光學波導 31:第1相移器 311:第一金屬導線 312:第一電極 313:第二金屬導線 314:第二電極 315、415、515:第一加熱器 32:第2相移器 321:第四金屬導線 322:第四電極 323:第三金屬導線 324:第三電極 325:第二加熱器 40:微調相移器 W1:加熱器長度 W2:加熱器長度
第1圖為本發明之可調控光學相位陣列之第一實施例之結構示意圖。
第2圖為本發明之可調控光學相位陣列之第一實施例之細節結構示意圖。
第3圖為本發明之可調控光學相位陣列之第一實施例之三維結構示意圖。
第4圖為本發明之可調控光學相位陣列之第二實施例之結構示意圖。
第5圖為本發明之可調控光學相位陣列在相位調控時的波前轉向的示意圖。
第6A圖為本發明之可調控光學相位陣列之第三實施例之結構示意圖。
第6B圖為本發明之可調控光學相位陣列之第四實施例之結構示意圖。
第7圖為本發明之4級可調控光學相位陣列的後級有多組相移器之實施例。
1:可調控光學相位陣列
10、11、12:分光元件
101、111、121:輸入端
102、112、122:第一輸出端
103、113、123:第二輸出端
21:第一波導
22:第二波導
31:第1相移器
311:第一金屬導線
312:第一電極
313:第二金屬導線
314:第二電極
315:第一加熱器
321:第四金屬導線
322:第四電極
323:第三金屬導線
324:第三電極
325:第二加熱器

Claims (9)

  1. 一種可調控光學相位陣列，係由多級分光元件與多級相移器串接而成，以將輸入光平均分配到多個可控制相位的光學波導，包含：一第1至n分光元件，每一個分光元件具有一輸入端、一第一輸出端與一第二輸出端，該第1分光元件之該輸入端接收該輸入光，並輸出平均分配之光訊號至次一級分光元件，n為1以上之正整數；複數個第一光學波導，分別耦接次一級奇數列分光元件之該輸入端與前一級分光元件之該第一輸出端，以接收該光訊號；複數個第二光學波導，分別耦接次一級偶數列分光元件之該輸入端與前一級分光元件之該第二輸出端，以接收該光訊號；以及一第1至k級相移器，係分別覆蓋於各該第一光學波導上，以形成一第一組相移器，並以一加熱方式使通過各該第一光學波導之該光訊號產生相位偏移，k為正整數，該第一組相移器包括：一第一電極；一第一金屬導線，耦接該至該第一電極；一第一加熱器，係覆蓋於各該第一光學波導上，該第一加熱器之一端耦接至該第一金屬導線；一第二電極；及一第二金屬導線，分別耦接至該第二電極與該加熱器之另一端；其中每級分光元件之間設置有一級相移器，於該第1分光元件後之每級分光元件的數量係以2次方倍數遞增，且次一級相移器之加熱器長度較短於前一級相移器之加熱器長度； 其中該第1至k級相移器還分別覆蓋於各該第二光學波導上，以形成一第二組相移器，並以該加熱方式使通過各該第二光學波導之該光訊號產生相位偏移，該第二組相移器包括：一第三電極；一第三金屬導線，耦接該至該第三電極；一第二加熱器，係覆蓋於各該第二光學波導上，該第二加熱器一端耦接至該第三金屬導線；一第四電極；及一第四金屬導線，分別耦接至該第四電極與該第二加熱器之另一端。
  2. 如請求項1所述之可調控光學相位陣列，其中該奇數列分光元件之該輸入端前覆蓋於各該第一光學波導上之相移器係透過該第二金屬導線電性耦接至該第二電極。
  3. 如請求項1所述之可調控光學相位陣列，其中各級相移器之總電阻值實質上相等。
  4. 如請求項1所述之可調控光學相位陣列，其中該第二組相移器所產生之相位偏移與該第一組相移器所產生之相位偏移係為彼此不同或反向。
  5. 如請求項1所述之可調控光學相位陣列，其中該第一組相移器之該些金屬導線與該第二組相移器之該些金屬導線係配置於不同金屬導線層。
  6. 如請求項1所述之可調控光學相位陣列，其中該第一加熱器與/或第二加熱器係為電阻值較高的金屬導線或是線型半導體。
  7. 如請求項1所述之可調控光學相位陣列，其中該偶數列分光元件之該輸入端前覆蓋於各該第二光學波導上之相移器係透過該第四金屬導線電性耦接至該第四電極。
  8. 如請求項1所述之可調控光學相位陣列，其中覆蓋於同一級奇數列分光元件之該第一輸出端上之相移器彼此串接，且分別耦接至該第一電極與該第二電極；覆蓋於同一級奇數列分光元件之該第二輸出端上之相移器彼此串接，且分別耦接至一第三電極與一第四電極；覆蓋於同一級偶數列分光元件之該第一輸出端之相移器彼此串接，且分別耦接至一第五電極與一第六電極；及覆蓋於同一級偶數列分光元件之該第二輸出端之相移器彼此串接，且分別耦接至一第七電極與一第八電極。
  9. 如請求項1所述之可調控光學相位陣列，其中該第k級相移器之每一輸出端分別耦接至一具有微調相移器的光學波導，並用以微調該第k級相移器之每一輸出端之相位。
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