CN115903278A - 集成缝隙波导光学相位调制器 - Google Patents

Abstract

一种用于调制光波的装置，包括：缝隙波导结构，其包括：被掺杂以包括具有第一导电类型的区域的第一较高折射率结构，被掺杂以包括具有第一导电类型的区域的第二较高折射率结构，以及第一和第二较高折射率结构之间的一个或多个缝隙区域。该一个或多个缝隙区域具有比第一和第二较高折射率结构更低的折射率。该装置包括第一支撑结构，使第一较高折射率结构能够移动以改变一个或多个缝隙区域中的至少一个的尺寸。第一支撑结构被掺杂以包括具有不同于第一导电类型的第二导电类型的区域。该装置包括第二支撑结构，使第二较高折射率结构能够移动以改变一个或多个缝隙区域中的至少一个的尺寸。第二支撑结构被掺杂以包括具有第二导电类型的区域。

Description

集成缝隙波导光学相位调制器

技术领域

本公开涉及一种集成缝隙(slot)波导光学相位调制器。

背景技术

光学相位调制器是一种能够改变通过调制器传播的光学信号的相位的设备。例如，光学相位调制器被配置成通过改变波导内材料(例如波导的芯)的折射率来改变在波导中传播的本征模式(eigenmode)的相位。光学相位调制器可用于其他设备内，例如在马赫-曾德尔干涉仪的一个或两个臂中使用光学相位调制器的光学幅度调制器。

发明内容

在总体方面，提供了一种用于调制光波的装置。该装置包括：缝隙波导结构，其包括：被掺杂以包括具有第一导电类型的区域的第一较高折射率结构，被掺杂以包括具有第一导电类型的区域的第二较高折射率结构，以及第一较高折射率结构和第二较高折射率结构之间的一个或多个缝隙区域，缝隙区域基本上由具有比第一较高折射率结构和第二较高折射率结构更低的折射率的气体、液体或粘性材料组成。该装置包括：第一支撑结构，其被配置为使第一较高折射率结构能够移动以改变一个或多个缝隙区域中的至少一个的尺寸，其中第一支撑结构被掺杂以包括具有与第一导电类型相反的第二导电类型的区域；以及第二支撑结构，其被配置为使第二较高折射率结构能够移动以改变一个或多个缝隙区域中的至少一个的尺寸，其中第二支撑结构被掺杂以包括具有第二导电类型的区域。

实施方式可以包括一个或多个以下特征。缝隙波导结构可以包括多缝隙波导结构，其中一个或多个缝隙区域包括两个或更多个缝隙区域。

缝隙波导结构可以还包括：在第一较高折射率结构和第二较高折射率结构之间的第三较高折射率结构。

第一支撑结构被配置成使得第一较高折射率结构能够移动以改变第一较高折射率结构和第三较高折射率结构之间的缝隙区域的尺寸；以及第二支撑结构被配置成使得第二较高折射率结构能够移动以改变第二较高折射率结构和第三较高折射率结构之间的缝隙区域的尺寸。

该装置可以还包括：输入耦合结构，其被配置为接收光波并提供光波的空间模式和缝隙波导结构的本征模式之间的耦合；以及输出耦合结构，其被配置为在缝隙波导结构的本征模式和调制光波的空间模式之间提供耦合，调制光波已经在光波传播通过缝隙波导结构期间至少部分地基于一个或多个缝隙区域中的至少一个的尺寸变化而被调制。

第一较高折射率结构的掺杂区域和第二较高折射率结构的掺杂区域可以具有基本相等的掺杂浓度。

第一支撑结构的掺杂区域和第二支撑结构的掺杂区域可以具有基本相等的掺杂浓度。

第一支撑结构的掺杂区域电耦合到第一电极，第二支撑结构的掺杂区域电耦合到第二电极。

该装置可以还包括电压源，其被配置为在第一电极和第二电极之间提供电压，以引起改变一个或多个缝隙区域中的至少一个的尺寸的移动。

缝隙波导结构可以包括干涉(interferometric)结构的臂的一部分。

该装置可以包括干涉结构，其中缝隙波导结构是干涉结构的臂的一部分。

缝隙波导结构可以被配置为调制在干涉结构的臂中传播的光波的相位。

干涉结构可以被配置为调制在干涉结构中传播的光波的幅度。

干涉结构可以包括马赫-曾德尔干涉仪。

第一较高折射率结构和第一支撑结构可以形成集成的结构。

第二较高折射率结构和第二支撑结构可以形成集成的结构。

第一较高折射率结构、第二较高折射率结构、第一支撑结构和第二支撑结构可以形成集成的结构。

第一支撑结构和第二支撑结构可以形成集成的结构。

在另一总体方面，提供了一种装置，包括：缝隙波导结构，其包括：两个或更多个较高折射率结构，每个较高折射率结构被掺杂以包括具有第一导电类型的区域，以及两个或更多个较高折射率结构之间的一个或多个缝隙区域，与两个或更多个较高折射率结构的折射率相比，一个或多个缝隙区域具有更低的折射率；该装置包括支撑结构，其被配置为支撑对应的较高折射率结构并使对应的较高折射率结构能够移动以改变一个或多个缝隙区域中的至少一个的尺寸，其中每个支撑结构被掺杂以具有与第一导电类型相反的第二导电类型。

实施方式可以包括以下特征。该装置可以包括电极，该电极被配置为使得能够跨被掺杂以具有第一导电类型的高折射率结构中的区域和被掺杂以具有第二导电类型的对应的支撑结构中的区域来施加电压。

在另一总体方面，一种***包括：处理器单元，其包括：配置为提供多个光输出的光源；以及耦合到光源和第一单元的多个光学调制器。多个光学调制器被配置成通过基于多个调制器控制信号调制由光源提供的多个光输出来产生光学输入向量。光学输入向量包括多个光学信号。处理器单元包括耦合到多个光学调制器的矩阵乘法单元，矩阵乘法单元被配置成基于多个权重控制信号将光学输入向量转换为输出向量。光学调制器中的至少一个包括上述用于调制光波的装置中的任一个。

实施方式可以包括以下特征。光学调制器中的每一个可以包括上述装置中的任一个。

在另一总体方面，一种光学处理器包括多个光学调制器，其中光学调制器中的至少一个包括上述装置中的任一个。

实施方式可以包括以下特征。多个光学调制器中的每一个可以包括上述装置中的任一个。

在另一总体方面，一种***包括机器人、自主车辆、自主无人机、医疗诊断***、欺诈检测***、天气预报***、金融预测***、面部识别***、语音识别***或产品缺陷检测***中的至少一个。机器人、自主车辆、自主无人机、医疗诊断***、欺诈检测***、天气预报***、金融预测***、面部识别***、语音识别***或产品缺陷检测***中的至少一个包括上述装置中的任一个。

在另一总体方面，提供了一种用于制造光学调制器的方法。该方法包括：形成缝隙波导结构，其包括：第一较高折射率结构，第二较高折射率结构，以及第一较高折射率结构和第二较高折射率结构之间的一个或多个缝隙区域，缝隙区域基本上由具有比第一较高折射率结构和第二较高折射率结构更低的折射率的气体、液体或粘性材料组成。该方法包括形成第一支撑结构，第一支撑结构被配置为支撑第一较高折射率结构并使第一较高折射率结构能够移动以改变一个或多个缝隙区域中的至少一个的尺寸；形成第二支撑结构，第二支撑结构被配置为支撑第二较高折射率结构并使第二较高折射率结构能够移动以改变一个或多个缝隙区域中的至少一个的尺寸；掺杂第一较高折射率结构以包括具有第一导电类型的区域；掺杂第二较高折射率结构以包括具有第一导电类型的区域；掺杂第一支撑结构以包括具有与第一导电类型相反的第二导电类型的区域；以及掺杂第二支撑结构以包括具有第二导电类型的区域。

实施方式可以包括一个或多个以下特征。形成缝隙波导结构可以包括：在第一支撑结构的一部分内形成多个孔，在第二支撑结构的一部分内形成多个孔，以及通过多个孔中的至少一些孔提供气体以蚀刻形成第一较高折射率结构和第二较高折射率结构的材料的一部分，以使第一较高折射率结构和第二较高折射率结构能够移动。

第一较高折射率结构、第二较高折射率结构、第一支撑结构和第二支撑结构的掺杂发生在多个孔在第一支撑结构和第二支撑结构的部分内形成之前。

在另一总体方面，提供了一种调制光波的方法，该方法包括：沿缝隙波导结构传播光波，缝隙波导结构包括：两个或更多个悬浮波导芯(suspended waveguide core)结构，其限定悬浮波导芯结构之间的一个或多个缝隙区域；以及通过产生电磁力来调制光波，以使两个或更多个悬浮波导芯结构移动并修改悬浮波导芯结构之间的一个或多个缝隙区域的尺寸，并修改缝隙波导结构的有效折射率。

实施方式可以包括一个或多个以下特征。缝隙波导结构可以包括支撑结构，每个支撑结构被配置为支撑相应的悬浮波导芯结构。产生电磁力可以包括产生排斥力以使悬浮波导芯结构远离对应的支撑结构移动。

缝隙波导结构可以包括支撑结构，每个支撑结构被配置为支撑相应的悬浮波导芯结构，并且产生电磁力可以包括产生吸引力以使悬浮波导芯结构向对应的支撑结构移动。

每个悬浮波导芯结构可以包括被掺杂以具有第一导电类型的区域，并且对应的支撑结构可以包括被掺杂以具有与第一导电类型相反的第二导电类型的区域。

在另一总体方面，一种装置包括：缝隙波导结构，其包括：被掺杂以包括具有第一导电类型的区域的第一较高折射率结构，被掺杂以包括具有第一导电类型的区域的第二较高折射率结构，以及第一较高折射率结构和第二较高折射率结构之间的一个或多个缝隙区域，缝隙区域具有比第一较高折射率结构和第二较高折射率结构更低的折射率。该装置包括第一支撑结构，其被配置为支撑第一较高折射率结构并使第一较高折射率结构能够移动以改变一个或多个缝隙区域中的至少一个的尺寸，其中第一支撑结构被掺杂以包括具有与第一导电类型不同的第二导电类型的区域。该装置包括第二支撑结构，其被配置为支撑第二较高折射率结构并使第二较高折射率结构能够移动以改变一个或多个缝隙区域中的至少一个的尺寸，其中第二支撑结构被掺杂以包括具有第二导电类型的区域。

方面可以具有一个或多个以下优点。

通过掺杂光学相位调制器的缝隙波导结构和其他支撑结构的某些部分，可以提高调制效率，使得可以使用相对低的驱动电压来改变缝隙波导结构的一个或多个缝隙的大小。例如，在一些实施例中，使用某些掺杂剂来掺杂在微机电***(MEMS)结构内提供机电支撑的结构(在本文中也称为“支撑体”)。通过支撑体悬浮的波导芯可以掺杂相同的掺杂剂，从而掺杂相同的电子或空穴载流子类型(也称为导电类型)，并且支撑体可以掺杂为具有与悬浮波导芯相反的电子或空穴载流子类型。使用驱动电压施加电场时产生的合力包括将悬浮波导芯吸引到其相应支撑体上的吸引力和悬浮波导芯之间的排斥力。这些力使光学相位调制器更高效，因此需要更低的驱动电压。

本说明书中描述的主题的一个或多个实施例的细节在附图和下面的描述中阐述。本发明的其他特征、方面和优点将从说明书、附图和权利要求书中变得显而易见。

除非另有定义，否则本文中使用的所有技术和科学术语与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同。在与通过引用并入本文的专利申请或专利申请公开相冲突的情况下，以本说明书(包括定义)为准。

附图说明

当结合附图阅读时，从以下具体实施方式可以最好地理解本公开。需要强调的是，根据惯例，附图的各种特征并非按比例绘制。相反，为了清晰起见，各种特征的尺寸被任意扩大或缩小。

图1A、图1B和图2是光学相位调制器的示例实施方式的示意图。

图3A是示出图1A、图1B的光学相位调制器的电极结构的示意图。

图3B是图1A、图1B的光学相位调制器内的结构的横截面图的示意图。

图4A-图4C是具有不同缝隙数的缝隙波导结构的示例实施方式的示意图。

图5是示例制造过程的流程图。

各种附图中类似的附图标记和名称表示类似的元素。

具体实施方式

参考图1A，示例光学相位调制器100包括两个支撑体102A和102B。支撑体102A、102B通过在其上形成支撑体102A和102B的基底结构104固定在特定位置。例如，可以存在具有孔106的实心材料块(例如，由单晶硅材料形成)，孔106沿顶面形成，以在蚀刻下方的中空中心腔108和/或本文所述结构的其他部分的过程中允许气体通过。

在一些实施例中，支撑体102A和102B附接到基底结构104，而不需要形成孔106。还存在横向波导芯结构110A和110B，其通过在其端部附接到相应的支撑体102A和102B而悬浮。在横向波导芯结构110A和110B之间还存在中心波导芯结构112，其附接在调制器的不同部分(未示出)。横向波导芯结构110A和110B与中心波导芯结构112之间的区域称为缝隙区域，或简称为“缝隙”。这是多缝隙波导结构(尤其是2缝隙波导结构)的示例，因为在中心波导芯和两个横向波导芯110A和110B中的每一个之间分别存在两个窄缝隙111A和111B，其中在引导的本征模式中包含大量光能。由调制器100调制的光波沿平行于中心波导芯结构112的纵向的方向行进，并且光能包含在中心波导芯结构112、缝隙111A和111B以及横向波导心结构110A、110B中。有效折射率响应于缝隙111A、111B的尺寸(例如，宽度)的变化而变化。在一些示例中，大部分光能包含在缝隙111A和111B中，并且缝隙尺寸的变化对光波的影响可以是显著的。

调制器100包括输入耦合结构(图中未示出)，其被配置为接收光波并提供光波的空间模式和缝隙波导结构的本征模式之间的耦合。调制器100还包括输出耦合结构(图中未示出)，其被配置为在缝隙波导结构的本征模式和调制光波的空间模式之间提供耦合，该调制光波在光波传播通过缝隙波导结构期间已经至少部分地基于一个或多个缝隙区域中的至少一个的尺寸变化而进行了调制。

为了允许横向波导芯结构的移动，从而使缝隙尺寸的对应变化改变该本征模式的有效折射率，这些缝隙可以不受任何阻碍(或具有减少的阻碍)地进行这种移动。例如，缝隙可以基本上包括空气或其他气体、液体或粘性材料。此外，任何此类气体、液体或粘性材料可具有低于形成波导芯结构的材料(例如，硅或可被掺杂的其他半导体材料)的折射率。可替换地，其他示例可以具有两个以上的缝隙，或者仅具有一个缝隙，这取决于整个调制器设备中包括多少波导芯结构，如下面参考图4A-图4C所述。

在一些实施方式中，蚀刻用于形成横向波导芯结构110A和中心波导芯结构112之间的缝隙，以及横向波导芯结构110B和中心波导芯结构112之间的缝隙。蚀刻还用于形成横向波导芯结构110A和相邻支撑体102A之间的开放空间，以及横向波导芯结构110B和相邻支撑体102B之间的开放空间。

横向波导芯结构110A和110B被掺杂有彼此相同的掺杂剂，该掺杂剂具有特定的电子或空穴电荷载流子类型，也称为导电类型。例如，n型掺杂剂或杂质可用于为电子电荷载流子类型(或电子导电类型)提供施主电子。支撑体102A和102B被掺杂有彼此相同的掺杂剂，但与横向波导芯结构110A和110B的掺杂剂相比，载流子类型相反。例如，作为电子受体的p型掺杂剂或杂质可用于空穴电荷载流子类型(或空穴导电类型)。

例如，参考示出光学相位调制器100的一部分的俯视图(为了便于观察，以不同的比例)的图1B，支撑体102A和102B可以被掺杂p型掺杂剂，并且横向波导芯结构110A和110B可以被掺杂n型掺杂剂。作为另一示例，支撑体102A和102B可以被掺杂n型掺杂剂，并且横向波导芯结构110A和110B可以被掺杂p型掺杂剂。当施加电场时，如下文更详细地描述，横向波导芯结构110A和110B彼此排斥并被吸引到其相应的支撑体102A和102B。中心波导芯结构112未被掺杂，因此不响应于所施加的电场而移动。这些电磁排斥力和吸引力使缝隙的宽度能够以高效的方式变化(例如，在某些情况下，比其他设备中使用的机械力更高效)。在一些实施方式中，p型和n型掺杂剂的掺杂浓度可在波导芯结构和相邻支撑体中基本相等。在一些制造过程中，材料的部分的掺杂发生在形成孔106之前，以使结构能够完全形成。

例如，多缝隙波导纳米-光-机电相位调制器使用具有根据悬浮波导芯之间的间隙大小而变化的本征模式的有效折射率的缝隙波导结构。调制器使用机械驱动器驱动，该机械驱动器驱动悬浮波导芯的移动以改变缝隙的尺寸。悬浮波导芯可由未掺杂或低掺杂半导体材料制成。与这种多缝隙波导纳米-光-机电相位调制器相比，光学相位调制器100(或200)使用电和/或电磁排斥力和吸引力以更高效的方式改变一个或多个缝隙的宽度。

在一些实施方式中，支撑体102A、102B相对靠近横向波导芯结构110A、110B，因此它们之间的吸引力(由于相反电荷)将相对较大。因此，实现缝隙宽度变化所需的电压(由于横向波导芯结构的变形)相对较低。例如，与用于调制将用于施加机械力的压电驱动器的电压相比，可以存在实现特定调制效率所需的相对较低的电压。

参考图2，另一示例性光学相位调制器200包括两个支撑体202A和202B。支撑体通过形成支撑体202A和202B的基底结构204固定在特定位置。在该示例中，通过施加与基底结构204的材料(例如，单晶硅材料)不同的另一材料层(例如，多晶硅层)来形成支撑体202A和202B。可替换地，可以存在具有孔206的实心材料块，孔206沿顶面形成，以在蚀刻下方的中空中心腔208的过程中允许气体通过。还存在横向波导芯结构210A和210B，其通过在其端部附接到包括相应的支撑体202A和202B以及基底结构204的一部分的支撑结构而悬浮。在横向波导芯结构210A和210B之间还存在中心波导芯结构212，其附接在调制器的不同部分(未示出)。在该示例中，多晶硅支撑体202A和202B以及悬浮波导芯结构210A和210B位于不同的层上。支撑体202A、202B和相应的悬浮波导芯结构210A、210B之间仍将存在吸引力，尽管该力可以小于图1的示例中的力，因为支撑体202A、202B与悬浮波导芯结构210A、210B不直接相对。

参考图3A和3B，俯视图300示出了光学相位调制器的一部分的不同区域，横截面图350示出了电附接到俯视图300中所示的阳极和阴极触点的光学相位调制器的不同结构。俯视图300示出了包括悬浮波导芯结构和两侧支撑体的一部分的悬浮区域302，以及包括用于与下方的重掺杂区域进行电接触的金属电极306A-306D的非悬浮区域304。在一些实施方式中，掺杂浓度从悬浮区域302的轻掺杂部分(例如，以减少引导光波经历的相关损耗)到非悬浮区域304的重掺杂部分(例如，用于对电极306A-306D的低接触电阻)改变。

参考图3B，横截面图350示出了p型掺杂支撑体352A和352B、n型掺杂悬浮波导芯结构352C和352D以及未掺杂中心波导芯结构354。例如，对于沿纵向延伸的中心波导芯结构112(图1A、图1B)，横截面图350示出了p型掺杂支撑体352A和352B、n型掺杂悬浮波导芯结构352C和352D、以及在垂直于纵向的平面上的未掺杂中心波导芯结构354的相对位置。阳极电极306A和306B与延伸至p型掺杂支撑体352A和352B的重至轻掺杂区域电连接，阴极电极306C和306D与延伸至n型掺杂支撑体352C和352D的重至轻掺杂区域电连接。

当在阳极电极和阴极电极(例如，阳极具有高于(低于)阴极的电压)之间施加来自电压源(未显示)的正(负)电压时，悬浮波导芯结构将更靠近(远离)相邻支撑体。当悬浮波导芯结构与中心波导之间的空间增大(减小)时，引导本征模式的有效折射率将减小(增大)。阳极电极和阴极电极之间的电压差(ΔV)越大，悬浮波导芯结构的移动就越大。例如，如图3B所示，如果ΔV2＞ΔV1，则悬浮波导芯结构朝向相邻支撑体的(横向)移动在ΔV2下比在ΔV1下更大。在一些实施方式中，金属电极306A-306D被制造为从顶面到较下层中的重掺杂区域形成的通孔。

上述示例示出了具有两个缝隙的缝隙波导结构。图4A-图4C示出了具有不同缝隙数的缝隙波导结构的示例实施方式。图4A示出了具有两个悬浮波导芯结构402A和402B以及一个缝隙404的缝隙波导结构400。图4B示出了具有四个悬浮波导芯结构412A-412D和三个缝隙414A-414C的多缝隙波导结构410。图4C示出了具有五个悬浮波导芯结构422A-422E和四个缝隙424A-424D的缝隙波导结构420。任何这样的相位调制缝隙波导都可以包括在集成光子设备中。在一些设备中，一个或多个这样的相位调制器可用于干涉布置中，以调制已经相移并以干涉方式组合的光的幅度。例如，马赫-曾德尔干涉仪(MZI)可以在MZI的一个或两个臂中包括在MZI的臂的至少一部分上的相位调制多缝隙波导。

图5示出了用于制造缝隙波导光学相位调制器的制造过程500的示例。过程500包括形成(502)缝隙波导结构，该缝隙波导结构包括：第一较高折射率结构、第二较高折射率结构以及第一较高折射率结构和第二较高折射率结构之间的一个或多个缝隙区域，该缝隙区域基本上由具有比第一较高折射率结构和第二较高折射率结构更低的折射率的气体、液体或粘性材料组成。过程500包括形成(504)第一支撑结构，该第一支撑结构被配置为支撑第一较高折射率结构并使第一较高折射率结构能够移动以改变一个或多个缝隙区域中的至少一个的尺寸。过程500包括形成(506)第二支撑结构，该第二支撑结构被配置为支撑第二较高折射率结构并使第二较高折射率结构能够移动以改变一个或多个缝隙区域中的至少一个的尺寸。过程500包括掺杂(508)第一较高折射率结构以包括具有第一导电类型的区域。过程500包括掺杂(510)第二较高折射率结构以包括具有第一导电类型的区域。过程500包括掺杂(512)第一支撑结构以包括具有与第一导电类型相反的第二导电类型的区域。过程500包括掺杂(514)第二支撑结构以包括具有第二导电类型的区域。这些制造步骤可以按任何顺序执行。

虽然已经结合某些实施例描述了本公开，但是应当理解，本公开并不限于所公开的实施例，相反，其旨在涵盖包括在所附权利要求范围内的各种修改和等效布置，该范围应被给予最广泛的解释，以涵盖法律允许的所有此类修改和等效结构。

尽管在所附权利要求中定义了本发明，但是应当理解，也可以根据以下实施例集定义本发明：

实施例1：一种用于调制光波的装置，所述装置包括：

缝隙波导结构，其包括：

被掺杂以包括具有第一导电类型的区域的第一较高折射率结构，被掺杂以包括具有所述第一导电类型的区域的第二较高折射率结构，以及

所述第一较高折射率结构和所述第二较高折射率结构之间的一个或多个缝隙区域，所述缝隙区域基本上由具有比所述第一较高折射率结构和所述第二较高折射率结构更低的折射率的气体、液体或粘性材料组成；

第一支撑结构，其被配置为支撑所述第一较高折射率结构并使所述第一较高折射率结构能够移动以改变所述一个或多个缝隙区域中的至少一个的尺寸，其中所述第一支撑结构被掺杂以包括具有与所述第一导电类型相反的第二导电类型的区域；以及

第二支撑结构，其被配置为支撑所述第二较高折射率结构并使所述第二较高折射率结构能够移动以改变所述一个或多个缝隙区域中的至少一个的尺寸，其中所述第二支撑结构被掺杂以包括具有所述第二导电类型的区域。

实施例2：根据实施例1所述的装置，其中所述缝隙波导结构包括多缝隙波导结构，其中一个或多个缝隙区域包括两个或更多个缝隙区域。

实施例3：根据实施例2所述的装置，其中所述缝隙波导结构还包括：在所述第一较高折射率结构和所述第二较高折射率结构之间的第三较高折射率结构。

实施例4：根据实施例3所述的装置，其中：

所述第一支撑结构被配置成使得所述第一较高折射率结构能够移动以改变所述第一较高折射率结构和所述第三较高折射率结构之间的缝隙区域的尺寸；以及

所述第二支撑结构被配置成使得所述第二较高折射率结构能够移动以改变所述第二较高折射率结构和所述第三较高折射率结构之间的缝隙区域的尺寸。

实施例5：根据实施例1至4中任一项所述的装置，还包括：

输入耦合结构，其被配置为接收所述光波并提供所述光波的空间模式和所述缝隙波导结构的本征模式之间的耦合；以及

输出耦合结构，其被配置为在所述缝隙波导结构的所述本征模式和调制光波的空间模式之间提供耦合，所述调制光波已经在所述光波传播通过所述缝隙波导结构期间至少部分地基于所述一个或多个缝隙区域中的至少一个的尺寸变化而被调制。

实施例6：根据实施例1至5中任一项所述的装置，其中所述第一较高折射率结构的所述掺杂区域和所述第二较高折射率结构的所述掺杂区域具有基本相等的掺杂浓度。

实施例7：根据实施例6所述的装置，其中所述第一支撑结构的所述掺杂区域和所述第二支撑结构的所述掺杂区域具有基本相等的掺杂浓度。

实施例8：根据实施例1至7中任一项所述的装置，其中所述第一支撑结构的所述掺杂区域电耦合到第一电极，所述第二支撑结构的所述掺杂区域电耦合到第二电极。

实施例9：根据实施例8所述的装置，还包括电压源，其被配置为在所述第一电极和所述第二电极之间提供电压，以引起改变所述一个或多个缝隙区域中的至少一个的尺寸的移动。

实施例10：根据实施例1至9中任一项所述的装置，其中所述缝隙波导结构包括干涉结构的臂的一部分。

实施例11：根据实施例1至9中任一项所述的装置，包括干涉结构，其中所述缝隙波导结构是所述干涉结构的臂的一部分。

实施例12：根据实施例10或11所述的装置，其中所述缝隙波导结构被配置为调制在所述干涉结构的所述臂中传播的光波的相位。

实施例13：根据实施例12所述的装置，其中所述干涉结构被配置为调制在所述干涉结构中传播的光波的幅度。

实施例14：根据实施例10或11所述的装置，其中所述干涉结构包括马赫-曾德尔干涉仪。

实施例15：根据实施例1至14中任一项所述的装置，其中所述第一较高折射率结构和所述第一支撑结构形成集成的结构。

实施例16：根据实施例15所述的装置，其中所述第二较高折射率结构和所述第二支撑结构形成集成的结构。

实施例17：根据实施例16所述的装置，其中所述第一较高折射率结构、所述第二较高折射率结构、所述第一支撑结构和所述第二支撑结构形成集成的结构。

实施例18：根据实施例1至16中任一项所述的装置，其中所述第一支撑结构和所述第二支撑结构形成集成的结构。

实施例19：一种装置，包括：

缝隙波导结构，其包括：

两个或更多个较高折射率结构，每个较高折射率结构被掺杂以包括具有第一导电类型的区域，以及

所述两个或更多个较高折射率结构之间的一个或多个缝隙区域，与所述两个或更多个较高折射率结构的折射率相比，所述一个或多个缝隙区域具有更低的折射率；以及

支撑结构，其被配置为支撑对应的较高折射率结构并使所述对应的较高折射率结构能够移动以改变所述一个或多个缝隙区域中的至少一个的尺寸，其中每个支撑结构被掺杂以具有与所述第一导电类型相反的第二导电类型。

实施例20：根据实施例19所述的装置，包括电极，所述电极被配置为使得能够跨被掺杂以具有第一导电类型的所述高折射率结构中的区域和被掺杂以具有所述第二导电类型的对应的支撑结构中的区域来施加电压。

实施例21：一种***，包括：

处理器单元，其包括：

配置为提供多个光输出的光源；

耦合到所述光源和第一单元的多个光学调制器，所述多个光学调制器被配置成通过基于多个调制器控制信号调制由所述光源提供的所述多个光输出来产生光学输入向量，所述光学输入向量包括多个光学信号；以及

耦合到所述多个光学调制器的矩阵乘法单元，所述矩阵乘法单元被配置成基于多个权重控制信号将所述光学输入向量转换为输出向量；

其中所述光学调制器中的至少一个包括根据实施例1至20中任一项所述的装置。

实施例22：根据实施例21所述的***，其中所述光学调制器中的每一个包括根据实施例1至20中任一项所述的装置。

实施例23：一种包括多个光学调制器的光学处理器，其中所述光学调制器中的至少一个包括根据实施例1至20中任一项所述的装置。

实施例24：根据实施例23所述的光学处理器，其中所述多个光学调制器中的每一个包括根据实施例1至20中任一项所述的装置。

实施例25：一种***，包括机器人、自主车辆、自主无人机、医疗诊断***、欺诈检测***、天气预报***、金融预测***、面部识别***、语音识别***或产品缺陷检测***中的至少一个，

其中机器人、自主车辆、自主无人机、医疗诊断***、欺诈检测***、天气预报***、金融预测***、面部识别***、语音识别***或产品缺陷检测***中的至少一个包括根据实施例1至20中任一项所述的装置。

实施例26：一种用于制造光学调制器的方法，所述方法包括：

形成缝隙波导结构，其包括：

第一较高折射率结构，

第二较高折射率结构，以及

所述第一较高折射率结构和所述第二较高折射率结构之间的一个或多个缝隙区域，所述缝隙区域基本上由具有比所述第一较高折射率结构和所述第二较高折射率结构更低的折射率的气体、液体或粘性材料组成；

形成第一支撑结构，所述第一支撑结构被配置为支撑所述第一较高折射率结构并使所述第一较高折射率结构能够移动以改变所述一个或多个缝隙区域中的至少一个的尺寸；

形成第二支撑结构，所述第二支撑结构被配置为支撑所述第二较高折射率结构并使所述第二较高折射率结构能够移动以改变所述一个或多个缝隙区域中的至少一个的尺寸；

掺杂所述第一较高折射率结构以包括具有第一导电类型的区域；

掺杂所述第二较高折射率结构以包括具有所述第一导电类型的区域；

掺杂所述第一支撑结构以包括具有与所述第一导电类型相反的第二导电类型的区域；以及

掺杂所述第二支撑结构以包括具有所述第二导电类型的区域。

实施例27：根据实施例26所述的方法，其中形成所述缝隙波导结构包括：在所述第一支撑结构的一部分内形成多个孔，在所述第二支撑结构的一部分内形成多个孔，以及通过所述多个孔中的至少一些孔提供气体以蚀刻形成所述第一较高折射率结构和所述第二较高折射率结构的材料的一部分，以使所述第一较高折射率结构和所述第二较高折射率结构能够移动。

实施例28：根据实施例27所述的方法，其中所述第一较高折射率结构、所述第二较高折射率结构、所述第一支撑结构和所述第二支撑结构的所述掺杂发生在所述多个孔在所述第一支撑结构和第二支撑结构的部分内形成之前。

实施例29：一种调制光波的方法，所述方法包括：

沿缝隙波导结构传播光波，所述缝隙波导结构包括：

两个或更多个悬浮波导芯结构，其限定所述悬浮波导芯结构之间的一个或多个缝隙区域；以及

通过产生电磁力来调制所述光波，以使所述两个或更多个悬浮波导芯结构移动并修改所述悬浮波导芯结构之间的所述一个或多个缝隙区域的尺寸，并修改所述缝隙波导结构的有效折射率。

实施例30：根据实施例29所述的方法，其中所述缝隙波导结构包括支撑结构，每个支撑结构被配置为支撑相应的悬浮波导芯结构，并且产生所述电磁力包括产生排斥力以使悬浮波导芯结构远离对应的支撑结构移动。

实施例31：根据实施例29所述的方法，其中所述缝隙波导结构包括支撑结构，每个支撑结构被配置为支撑相应的悬浮波导芯结构，并且产生所述电磁力包括产生吸引力以使悬浮波导芯结构向对应的支撑结构移动。

实施例32：根据实施例29至31中任一项所述的方法，其中每个悬浮波导芯结构包括被掺杂以具有第一导电类型的区域，并且所述对应的支撑结构包括被掺杂以具有与所述第一导电类型相反的第二导电类型的区域。

实施例33：一种装置，包括：

缝隙波导结构，其包括：

被掺杂以包括具有第一导电类型的区域的第一较高折射率结构，被掺杂以包括具有所述第一导电类型的区域的第二较高折射率结构，以及

所述第一较高折射率结构和所述第二较高折射率结构之间的一个或多个缝隙区域，所述缝隙区域具有比所述第一较高折射率结构和所述第二较高折射率结构更低的折射率；

第一支撑结构，其被配置为支撑所述第一较高折射率结构并使所述第一较高折射率结构能够移动以改变所述一个或多个缝隙区域中的至少一个的尺寸，其中所述第一支撑结构被掺杂以包括具有与所述第一导电类型不同的第二导电类型的区域；以及

第二支撑结构，其被配置为支撑所述第二较高折射率结构并使所述第二较高折射率结构能够移动以改变所述一个或多个缝隙区域中的至少一个的尺寸，其中所述第二支撑结构被掺杂以包括具有所述第二导电类型的区域。

Claims (33)

1.一种用于调制光波的装置，所述装置包括：

缝隙波导结构，其包括：

被掺杂以包括具有第一导电类型的区域的第一较高折射率结构，

被掺杂以包括具有所述第一导电类型的区域的第二较高折射率结构，以及

所述第一较高折射率结构和所述第二较高折射率结构之间的一个或多个缝隙区域，所述缝隙区域基本上由具有比所述第一较高折射率结构和所述第二较高折射率结构更低的折射率的气体、液体或粘性材料组成；

第一支撑结构，其被配置为使所述第一较高折射率结构能够移动以改变所述一个或多个缝隙区域中的至少一个的尺寸，其中所述第一支撑结构被掺杂以包括具有与所述第一导电类型相反的第二导电类型的区域；以及

第二支撑结构，其被配置为使所述第二较高折射率结构能够移动以改变所述一个或多个缝隙区域中的至少一个的尺寸，其中所述第二支撑结构被掺杂以包括具有所述第二导电类型的区域。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述缝隙波导结构包括多缝隙波导结构，其中一个或多个缝隙区域包括两个或更多个缝隙区域。

3.根据权利要求2所述的装置，其中所述缝隙波导结构还包括：在所述第一较高折射率结构和所述第二较高折射率结构之间的第三较高折射率结构。

4.根据权利要求3所述的装置，其中：

所述第一支撑结构被配置成使得所述第一较高折射率结构能够移动以改变所述第一较高折射率结构和所述第三较高折射率结构之间的缝隙区域的尺寸；以及

所述第二支撑结构被配置成使得所述第二较高折射率结构能够移动以改变所述第二较高折射率结构和所述第三较高折射率结构之间的缝隙区域的尺寸。

5.根据权利要求1所述的装置，还包括：

输入耦合结构，其被配置为接收所述光波并提供所述光波的空间模式和所述缝隙波导结构的本征模式之间的耦合；以及

输出耦合结构，其被配置为在所述缝隙波导结构的所述本征模式和调制光波的空间模式之间提供耦合，所述调制光波已经在所述光波传播通过所述缝隙波导结构期间至少部分地基于所述一个或多个缝隙区域中的至少一个的尺寸变化而被调制。

6.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一较高折射率结构的所述掺杂区域和所述第二较高折射率结构的所述掺杂区域具有基本相等的掺杂浓度。

7.根据权利要求6所述的装置，其中所述第一支撑结构的所述掺杂区域和所述第二支撑结构的所述掺杂区域具有基本相等的掺杂浓度。

8.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一支撑结构的所述掺杂区域电耦合到第一电极，所述第二支撑结构的所述掺杂区域电耦合到第二电极。

9.根据权利要求8所述的装置，还包括电压源，其被配置为在所述第一电极和所述第二电极之间提供电压，以引起改变所述一个或多个缝隙区域中的至少一个的尺寸的移动。

10.根据权利要求1所述的装置，其中所述缝隙波导结构包括干涉结构的臂的一部分。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的装置，包括干涉结构，其中所述缝隙波导结构是所述干涉结构的臂的一部分。

12.根据权利要求11所述的装置，其中所述缝隙波导结构被配置为调制在所述干涉结构的所述臂中传播的光波的相位。

13.根据权利要求12所述的装置，其中所述干涉结构被配置为调制在所述干涉结构中传播的光波的幅度。

14.根据权利要求11所述的装置，其中所述干涉结构包括马赫-曾德尔干涉仪。

15.根据权利要求1至10中任一项所述的装置，其中所述第一较高折射率结构和所述第一支撑结构形成集成的结构，和/或所述第一支撑结构和所述第二支撑结构形成集成的结构。

16.根据权利要求15所述的装置，其中所述第二较高折射率结构和所述第二支撑结构形成集成的结构。

17.根据权利要求16所述的装置，其中所述第一较高折射率结构、所述第二较高折射率结构、所述第一支撑结构和所述第二支撑结构形成集成的结构。

18.根据权利要求1至10中任一项所述的装置，其中，第一支撑结构被配置为支撑所述第一较高折射率结构，以及第二支撑结构被配置为支撑所述第二较高折射率结构。

19.一种装置，包括：

缝隙波导结构，其包括：

两个或更多个较高折射率结构，每个较高折射率结构被掺杂以包括具有第一导电类型的区域，以及

所述两个或更多个较高折射率结构之间的一个或多个缝隙区域，与所述两个或更多个较高折射率结构的折射率相比，所述一个或多个缝隙区域具有更低的折射率；以及

支撑结构，其被配置为支撑对应的较高折射率结构并使所述对应的较高折射率结构能够移动以改变所述一个或多个缝隙区域中的至少一个的尺寸，其中每个支撑结构被掺杂以具有与所述第一导电类型相反的第二导电类型。

20.根据权利要求19所述的装置，包括电极，所述电极被配置为使得能够跨被掺杂以具有第一导电类型的所述高折射率结构中的区域和被掺杂以具有所述第二导电类型的对应的支撑结构中的区域来施加电压。

21.一种***，包括：

处理器单元，其包括：

配置为提供多个光输出的光源；

耦合到所述光源和第一单元的多个光学调制器，所述多个光学调制器被配置成通过基于多个调制器控制信号调制由所述光源提供的所述多个光输出来产生光学输入向量，所述光学输入向量包括多个光学信号；以及

耦合到所述多个光学调制器的矩阵乘法单元，所述矩阵乘法单元被配置成基于多个权重控制信号将所述光学输入向量转换为输出向量；

其中所述光学调制器中的至少一个包括根据权利要求1至10中任一项所述的装置。

22.根据权利要求21所述的***，其中所述光学调制器中的每一个包括根据权利要求1至10中任一项所述的装置。

23.一种包括多个光学调制器的光学处理器，其中所述光学调制器中的至少一个包括根据权利要求1至10中任一项所述的装置。

24.根据权利要求23所述的光学处理器，其中所述多个光学调制器中的每一个包括根据权利要求1至10中任一项所述的装置。

25.一种***，包括机器人、自主车辆、自主无人机、医疗诊断***、欺诈检测***、天气预报***、金融预测***、面部识别***、语音识别***或产品缺陷检测***中的至少一个，

其中机器人、自主车辆、自主无人机、医疗诊断***、欺诈检测***、天气预报***、金融预测***、面部识别***、语音识别***或产品缺陷检测***中的至少一个包括根据权利要求1至10中任一项所述的装置。

26.一种用于制造光学调制器的方法，所述方法包括：

形成缝隙波导结构，其包括：

第一较高折射率结构，

第二较高折射率结构，以及

所述第一较高折射率结构和所述第二较高折射率结构之间的一个或多个缝隙区域，所述缝隙区域基本上由具有比所述第一较高折射率结构和所述第二较高折射率结构更低的折射率的气体、液体或粘性材料组成；

形成第一支撑结构，所述第一支撑结构被配置为支撑所述第一较高折射率结构并使所述第一较高折射率结构能够移动以改变所述一个或多个缝隙区域中的至少一个的尺寸；

形成第二支撑结构，所述第二支撑结构被配置为支撑所述第二较高折射率结构并使所述第二较高折射率结构能够移动以改变所述一个或多个缝隙区域中的至少一个的尺寸；

掺杂所述第一较高折射率结构以包括具有第一导电类型的区域；

掺杂所述第二较高折射率结构以包括具有所述第一导电类型的区域；

掺杂所述第一支撑结构以包括具有与所述第一导电类型相反的第二导电类型的区域；以及

掺杂所述第二支撑结构以包括具有所述第二导电类型的区域。

27.根据权利要求26所述的方法，其中形成所述缝隙波导结构包括：在所述第一支撑结构的一部分内形成多个孔，在所述第二支撑结构的一部分内形成多个孔，以及通过所述多个孔中的至少一些孔提供气体以蚀刻形成所述第一较高折射率结构和所述第二较高折射率结构的材料的一部分，以使所述第一较高折射率结构和所述第二较高折射率结构能够移动。

28.根据权利要求27所述的方法，其中所述第一较高折射率结构、所述第二较高折射率结构、所述第一支撑结构和所述第二支撑结构的所述掺杂发生在所述多个孔在所述第一支撑结构和第二支撑结构的部分内形成之前。

29.一种调制光波的方法，所述方法包括：

沿缝隙波导结构传播光波，所述缝隙波导结构包括：

两个或更多个悬浮波导芯结构，其限定所述悬浮波导芯结构之间的一个或多个缝隙区域；以及

通过产生电磁力来调制所述光波，以使所述两个或更多个悬浮波导芯结构移动并修改所述悬浮波导芯结构之间的所述一个或多个缝隙区域的尺寸，并修改所述缝隙波导结构的有效折射率。

30.根据权利要求29所述的方法，其中所述缝隙波导结构包括支撑结构，每个支撑结构被配置为产生所述电磁力包括产生排斥力以使悬浮波导芯结构远离对应的支撑结构移动。

31.根据权利要求29所述的方法，其中所述缝隙波导结构包括支撑结构，每个支撑结构被配置为产生所述电磁力包括产生吸引力以使悬浮波导芯结构向对应的支撑结构移动。

32.根据权利要求29至31中任一项所述的方法，其中每个悬浮波导芯结构包括被掺杂以具有第一导电类型的区域，并且所述对应的支撑结构包括被掺杂以具有与所述第一导电类型相反的第二导电类型的区域。

33.一种装置，包括：

缝隙波导结构，其包括：

被掺杂以包括具有第一导电类型的区域的第一较高折射率结构，

被掺杂以包括具有所述第一导电类型的区域的第二较高折射率结构，以及

所述第一较高折射率结构和所述第二较高折射率结构之间的一个或多个缝隙区域，所述缝隙区域具有比所述第一较高折射率结构和所述第二较高折射率结构更低的折射率；

第一支撑结构，其被配置为支撑所述第一较高折射率结构并使所述第一较高折射率结构能够移动以改变所述一个或多个缝隙区域中的至少

一个的尺寸，其中所述第一支撑结构被掺杂以包括具有与所述第一导电类型不同的第二导电类型的区域；以及

第二支撑结构，其被配置为支撑所述第二较高折射率结构并使所述第二较高折射率结构能够移动以改变所述一个或多个缝隙区域中的至少一个的尺寸，其中所述第二支撑结构被掺杂以包括具有所述第二导电类型的区域。

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