TWI582476B - 針對光子結構中波長飄移提供補償之方法及裝置 - Google Patents
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Description
本發明係關於用於針對在操作期間可遭受熱誘導之波長飄移之光子結構提供波長補償之方法及裝置。更具體而言，本發明係關於針對波導諧振器之波長補償。
環形或跑道形波導諧振器通常在整合式光子電路中用作用於光學信號之調變器或濾波器。如此，波導諧振器之諧振頻率(通常以波長來表示)需要與通過該波導諧振器之所預期光學信號之波長對準，否則調變器或濾波器效能將降級。
此等諧振器之操作波長可對操作條件(諸如溫度改變)敏感，此可導致波長飄移。為補償此等熱誘導之波長飄移，可使用一局部微加熱器來維持波導諧振器之一恆定溫度。當局部加熱一波導諧振器時，該加熱導致波導諧振器之有效折射率之一改變且產生一穩定操作波長。加熱器使波導諧振器保持處於一所要溫度且因此保持處於一所要操作波長。
基於熱之飄移補償機構具有大量缺點，諸如緩慢回應、額外能量成本、低準確性、僅單向加熱(無冷卻)且難以在整合式光子系統中應用於實際使用。
需要用於光子波導諧振器之一經改良波長飄移補償方法及裝
置。
11‧‧‧輸入波導
13‧‧‧輸出波導
15‧‧‧波導諧振器/諧振波導
15'‧‧‧波導諧振器
15"‧‧‧波長諧振器/波導諧振器
17‧‧‧頂部電極
19‧‧‧底部電極/導電材料
21‧‧‧波導/閉合迴路波導/波導諧振器
21'‧‧‧波導
25‧‧‧基板/共同基板
27‧‧‧下部包覆材料/底部包覆材料/下部包層/下部包覆層
28‧‧‧材料/矽材料/矽波導材料/芯材料/波導材料
29‧‧‧波導芯/矽波導芯/矽芯材料/應變矽波導芯/波導芯材料
31‧‧‧通孔
35‧‧‧上部及側包覆材料/上部包覆材料/上部包覆層
35a‧‧‧上部包覆材料/上部包層
37a‧‧‧標稱諧振波長
37b‧‧‧強度值
37c‧‧‧強度值
39‧‧‧上部包覆材料/導電材料/上覆導電材料/電極
39a‧‧‧頂部電極/電極/導體
39b‧‧‧底部電極/電極/導體
41‧‧‧溫度感測器/感測器
43‧‧‧熱光補償包覆材料/熱光補償包覆層/材料
45‧‧‧通孔/上部包覆材料
47‧‧‧導電材料/上部導電材料
47a‧‧‧導體/電極/導電區/中心導電區
47b‧‧‧導體/電極/導電區/外導電區
47c‧‧‧電極/導電區/外導電區
49‧‧‧設定點調整器
V‧‧‧輸出電壓
λ‧‧‧操作波長
圖1係根據本發明之實施例之一波導諧振結構之一俯視圖；圖2圖解說明可使用本發明之實施例獲得之諧振波長之改變；圖3以剖面圖解說明一結構實施例；圖4A至圖4E以剖面圖解說明可用以形成圖3實施例之一方法之一實施例；圖5以剖面圖解說明一結構實施例；圖6A至圖6F以剖面圖解說明可用以形成圖5實施例之一方法之一實施例；圖7以剖面圖解說明一結構實施例；圖8A至圖8D以剖面圖解說明可用以形成圖7實施例之一方法之一實施例；圖9圖解說明可與本發明之各種實施例一起使用之一控制電路；圖10圖解說明可在圖9控制電路中使用之一控制演算法之一實施例；且圖11圖解說明可在圖9控制電路中使用之另一控制演算法之一實施例。
下文闡述之結構實施例針對一波導諧振器及一相關聯加偏壓結構使用一應變波導芯材料，該相關聯加偏壓結構跨越波導諧振器施加一電壓以將波導諧振器之一有效折射率，且因此諧振波長設定至一所要值，藉此補償可以其他方式發生之熱誘導之波長飄移。
一應變芯材料係其中材料原子拉伸超過其正常原子間距離之一種材料。可在一波導中以數種方式達成應變，舉例而言，藉由放置具有不同於芯材料之一熱膨脹係數之一包覆材料使其與芯材料接觸。為
進一步增強在芯材料中誘導之一應變，可加熱芯材料及包層。亦可藉由使用其中原子間距離大於波導芯材料之原子間距離，從而導致芯材料之原子拉伸且與包覆材料之原子對準之一包覆材料產生應變芯材料。另外，內在地應變之特定材料可用於波導芯材料。藉由用特定摻雜物摻雜波導芯材料來使其發生應變亦係可能的。矽通常用作光子系統中之一波導芯材料。使一矽波導芯材料發生應變之各種方式及其在光子系統中之使用闡述於以下文章中：2011年12月4日，自然科學(Nature Materials)，Cozzanelli等人之Second,Harmonic Generation in Silicon Waveguide Strained by Silicon Nitride以及2011年8月17日，光學快報(Optics Express)，Chmielak等人之Pockels Effect Based Fulley Integrated Strained Silicon Electro-Optic Modulator。
現在將闡述方法及結構實施例。圖1以俯視圖來圖解說明可在一光子系統中用作一調變器或濾波器之一波導諧振器15。一輸入波導11及一輸出波導13短暫耦合至波導諧振器15之一波導21。波導諧振器15包含一閉合迴路波導21，閉合迴路波導21展示呈一環形，但可呈一跑道或其他閉合迴路形狀構造。亦在圖1中圖解說明電耦合至波導21之底部表面之一底部電極19，及電耦合至波導21之頂部表面之一頂部電極17。
波導21包含在跨越頂部電極17及底部電極19施加一電壓後旋即准許波導21之有效折射率之一改變之一應變波導芯材料。由經施加電壓產生之電場導致波導21之諧振波長之一變化，該變化可用以移動且保持一所要波長且因此補償熱誘導之波長飄移。
圖2圖解說明跨越圖1中之頂部電極17及底部電極19施加之一電壓可如何用以使在施加一電壓後波導21之有效折射率及因此所得波長移位。如圖2中所展示，通過波導21之一光學信號之強度具有一標稱諧振波長37a，標稱諧振波長37a可藉由跨越圖1結構之頂部電極17及
底部電極19所分別施加之增加+V及減少-V電壓如由強度值37b及37c所展示而移位。
在圖3中圖解說明諧振波導15之一項特定實施例，圖3係穿過波導諧振器15之一部分之一剖面。如所展示，可包括矽之一波導芯29具有一相關聯下部包覆材料27及一上部及側包覆材料35。下部包覆材料27、波導芯29及上部與側包覆材料35共同形成一波導21。在製造下部包覆材料27、矽波導芯29及上部包覆材料35期間，於矽波導芯29中引入一應變。如上所述，可以數種不同方式誘導應變。在一項實例中，一矽波導芯29與具有不同於矽之熱膨脹係數之一熱膨脹係數之一上部包覆材料39(諸如氮化矽)接觸。此將在矽波導芯29中導致一應變，該應變係藉由在一退火操作期間加熱材料來增強。矽波導芯29中之應變允許回應於跨越對應於圖1中之頂部電極17及底部電極19之頂部電極39a及底部電極39b施加一電壓而使用眾所周知之泡克耳斯(Pockels)效應來改變矽波導芯29之有效折射率。跨越波導21施加之偏壓導致波導21之有效折射率調諧至一設定值，該調諧可用以將波導諧振器15之波長有效改變及/或維持至一所要值以補償熱誘導之波長飄移。
現在參考圖4A至圖4E來闡述圖解說明於圖3中之結構實施例之製造方式。
圖4A圖解說明用於產生圖3實施例之一起始結構。如圖4A中所展示，可為矽或其他基板材料之一基板25具有形成於其上之一底部包覆材料27。如在光子學技術中所眾所周知，底部包覆材料27及上部包覆材料35具有比波導芯之材料之折射率低之一折射率。底部包覆材料27可為二氧化矽或氮化矽。圖4A中圖解說明為材料28之波導芯材料可為矽。在一項實施例中，基板25、底部包覆材料27及矽材料28可為一整體絕緣體上矽(SOI)基板之部分。
圖4B圖解說明在矽波導材料28已經蝕刻以形成一矽波導芯29之
後的圖4A結構。在此之後，於波導芯上方且圍繞其側邊緣製造一上部包覆材料35。針對一矽芯材料29，用於上部包層之適合材料可為(舉例而言)氮化矽、一旋塗介電質、二氧化矽及具有不同於矽之一熱膨脹係數且可經加熱以增加矽波導芯29中之應變的其他材料。在製造上部包覆材料35之後，可進行一熱退火程序以增強矽波導芯29中之應變。
亦可使用用於如上文所闡述在矽波導芯29中誘導應變之其他技術來形成一應變矽波導芯29。另一選擇係，內在地應變之一材料28可用於波導芯29。
圖4A及圖4B亦圖解說明一導電材料19在基板25下方之形成。此層可係由一沈積摻雜之多晶矽或通常用於積體電路之製作中的任何金屬材料(例如，銅、鋁)形成。
圖4C圖解說明通孔31在圖4B結構中低至導電材料19之水平面的形成。此通孔31係由此項技術中眾所周知之習用各向異性蝕刻技術形成。圖4D圖解說明一導電材料39在圖4C結構上方的形成，導電材料39既填充通孔31又在上部包覆材料35上方提供一上覆導電材料39。
圖4E圖解說明導電材料39之用以形成單獨電極39a及39b之後續蝕刻，其中電極39a對應於頂部電極17(圖1)且電極39b連接至底部電極19。
由於波導芯29中之應變在波導芯29中誘導一個二次非線性光學效應(所謂的泡克耳斯效應)，因此波導21之有效折射率可藉助跨越導體39a及39b之一經施加電壓而改變。此將對應地改變波導諧振器15之操作波長。如將在下文中解釋，可開發跨越導體39a及39b施加一電壓以設定及/或維持一所要波長且可在波導諧振器15之操作期間補償熱誘導之波長飄移之控制技術。
圖5以剖面圖解說明一波導諧振器15’之一第二結構實施例。圖5
中所圖解說明之實施例與圖3中所展示之實施例之不同在於前者進一步包含一熱光補償包覆材料43作為波導21'之部分。熱光補償包覆材料43可用以幫助減少由於溫度改變之波導諧振器15'之諧振波長之飄移。與矽波導芯29之正熱光係數相比，熱光補償包覆層43具有一負熱光係數。雖然圖5結構可減少由熱效應導致之波長飄移，然而，所圖解說明結構仍可藉助一經施加電壓進行微調諧以設定及/或維持一所要波長且補償任何實際熱飄移。現在關於圖6A至圖6F中所展示之其製造之方法來闡述圖5實施例。
圖6A中所圖解說明之起始結構包含底部導體19、基板25、下部包覆材料27、芯材料28及上部包覆材料35。所使用之各種材料與圖4A至圖4E製造方法中所使用之材料相同。與圖5一樣，基板25、下部包覆材料27及芯材料可為一絕緣體上矽(SOI)基板之部分。與上文關於圖5B所闡述一樣，藉由使波導芯29具有不同於上部包覆材料35a之一熱膨脹係數而在波導芯29中誘導一應變。舉例而言，波導芯29材料可為矽且上部包覆材料35a可為氮化矽，且在矽芯材料中誘導之應變可藉由一熱退火增強。
如圖6B中所圖解說明，在上部包覆材料35及波導材料28上執行一各向異性蝕刻以形成上部包層35a及波導芯29。可在上部包層35a及波導芯29之蝕刻之前或之後應用熱退火。另一選擇係，上文所闡述之其他方法亦可用以在矽波導芯29中誘導一應變。
在圖6B中所圖解說明之各向異性蝕刻之後，如圖6C中所示，塗覆一熱光補償包覆材料43。與矽波導芯29之正熱光係數相比，此材料具有一負熱光係數。此材料可為一眾所周知之負膨脹係數之聚合物(舉例而言，以全文引用之方式併入本文中之歐洲公開之申請案EP 06885515 A1中所闡述之彼等聚合物)。可用於材料43之其他材料包含負膨脹係數之陶瓷及金屬氧化物，其中氧化鈦係一適合金屬氧化物之一項實例。
如圖6D中所展示，一通孔45經各向異性蝕刻穿過熱光補償包覆材料43、下部包層27及基板25至導電材料19。隨後，如圖6E中所展示，將一導電材料47塗覆於通孔45內且於熱光補償包覆材料43上方。此導電材料可為一經摻雜多晶矽或一金屬層(舉例而言，銅、鋁或通常用於積體電路製造中之其他金屬層)。
如圖6F中所展示，熱光補償包覆材料43上方之導電材料47可經蝕刻以形成將允許待跨越波導諧振器15'施加之一電壓移位及/或維持諧振波長的兩個導體47a及47b。
圖7圖解說明一波長諧振器15"之另一結構實施例。如圖7中所展示，針對波導21提供電極47a、47b、47c。電極47a、47b、47c僅係提供於上部包覆材料35之上部表面上。現在參考圖8A至圖8D來闡述製造圖7實施例之方式。
首先參考圖8A，起始結構包含基板25、一下部包覆層27及可用以形成波導芯之一材料28(諸如矽)。再者，圖8A結構中之各種材料可為一絕緣體上矽(SOI)基板之部分。
如圖8B中所圖解說明，波導芯29係藉由蝕刻波導材料28而形成。隨後，製造一上部包覆層35。與先前實施例一樣，在以上文所闡述之方式製造波導芯29及上部包覆材料35期間，於波導芯29內產生一應變。
如圖8C中所展示，在上部包覆材料35上方形成一上部導電材料47，上部導電材料47然後如圖8D中所展示經選擇性蝕刻以產生三個導電區47a、47b及47c。如圖8D中所展示，中心導電區47a用於施加一正電壓，而外導電區47b及47c接地。與在先前實施例中一樣，將一電壓施加至導電區47a、47b及47c可調整波導21之有效折射率及波導諧振器15"之諧振波長。在此實施例中，對於一經簡化處理而言，不需要製作底部電極來產生整體結構。另外，雖然圖7及圖8D在上部包覆
材料35之上部表面上展示三個導電區47a、47b及47c，但在一替代實施例中，僅形成兩個間隔開之導電區，一個導電區用於連接至一正電壓，且另一導電區用於連接至接地。
圖9圖解說明可用以將一操作電壓連續供應至一上文所闡述之各種結構實施例之一DC電壓控制電路48。DC電壓控制電路48可被製造成用以製造波導諧振器15(15'、15")之一共同基板25上之一CMOS電路。控制電路48包含用於初始設定一電壓以將波導諧振器15(15'、15")設定處於一所要操作波長之一設定點調整器49。亦展示用於在波導諧振器15(15'、15")之操作期間感測周圍溫度之一溫度感測器41。另一選擇係，感測器41可為感測波導諧振器15(15'、15")之實際諧振波長之一波導感測器。
圖10圖解說明供DC電壓控制電路48使用之一控制演算法。電路48內之一韌體或軟體控制之數位處理器或一類比信號處理器可執行圖10中所圖解說明之控制演算法。作為一第一步驟101，藉助於設定點調整器49設定針對一所預期操作溫度T0且針對一所要操作波長λ0之一輸入設定點。在步驟103中，輸入設定點轉換成一設定點輸出電壓。如所述，此可藉由類比或數位技術來完成。舉例而言，若使用一數位處理器，則可使用使一初始溫度T0及波長λ0與一特定電壓輸出相關之一查找功能。此設定點可用以補償製造變化且將波長λ0調諧至一所要操作值。
在步驟103之後，在步驟105中使用溫度感測器41感測一溫度T1。若所感測溫度T1在一預定臨限值T0±Th(其係在設定點溫度T0周圍之一規定溫度帶)內，則輸出電壓V不作改變且程序返回至步驟105。然而，若所感測溫度T1在預定臨限值帶T0±Th之外，則一△值經計算為所感測溫度T1與設定溫度T0之間的一正差或負差。然後在步驟111中，此正差或負差值△用以使輸出電壓V升高或降低，使得操作波長
返回至初始所要操作波長λ0。一旦執行步驟111，程序便返回至其中設定電壓之步驟103且程序繼續。
代替感測溫度T1，用於控制電路48之控制演算法可感測波導諧振器15(15'、15")之一操作波長λ，此可用以將輸出電壓且因此操作波長調整至一所要值λ0，如圖11中所展示。實際上與圖10程序一樣，圖11程序以其中設定針對一所要操作波長λ0之一輸入設定點之步驟101’開始。步驟103’將波長設定點λ0轉換成施加至波導諧振器15(15'、15")之一輸出電壓。然後在步驟105'中，感測操作波長λ，此後在步驟107'中，做出一判定：操作波長λ是否在集中於所要波長λ0周圍之一預定臨限值帶λ0±Th內。若是，則程序返回至步驟105’。然而，若所感測操作波長λ不在一預定臨限值帶λ0±Th內，則在步驟109'中計算所感測λ與設定λ0之間的一正差或負差△，該正差或負差△然後在111'步驟中用以改變經施加電壓，此後在步驟103'中設定新計算之電壓且程序繼續。
應注意，若製造程序足夠精確以針對波導諧振器15(15'、15")產生一個一致初始所要操作波長，則可省略圖10及圖11程序之步驟101中之初始所要波長之初始設定點調整。否則，可使用初始設定點調整以針對將產生不同於所要諧振波長之一諧振波長之任何製造變化補償波導諧振器15(15'、15")。
如可自前述內容理解，各種實施例提供用於藉由使用一經施加電壓結合一應變波導芯來針對一光子波導諧振器(舉例而言，一濾波器或一調變器)中之熱飄移以及製造異常進行調整之一極為快速且高效之方式。
在上文所闡述之實施例中，應變矽用作波導芯材料29。然而，可使用可由一經施加電場利用以將波導諧振器調諧且維持至對應於一所要操作波長之一特定有效折射率之其他應變波導芯材料來代替矽。
作為實例，此等材料包含GaAs、INP、SixGe1-x。可經應變且用以形成波導芯之其他材料包含任何III族至IV族材料。如所述，用於波導芯29之某些材料可其中內在地具有一應變。
在上文所闡述之實施例中，藉由使用具有不同於矽之熱膨脹係數之一熱膨脹係數之一上部包覆材料35來在一矽波導芯29中產生一應變。然而，亦可藉由使用下部包覆材料27或藉由使用上部包覆材料35及下部包覆材料27兩者來產生應變。
應進一步注意，針對一矽波導芯29，波導21之有效折射率取決於藉由外部電壓施加之場強度及在此材料中之方向。各種實施例展示其中可使用頂部電極17及底部電極19施加場之方式；然而，亦可採用用於控制電場之其他配置。
針對一矽波導芯29，上部包覆材料35及下部包覆材料27可包含氮化矽、SiOxNy、SiO2、旋塗介電質(SOD)、氫化SiO2、TiO2、ZrO2、HfO2、Al2O3以及具有不同於矽波導芯29之熱膨脹係數之熱膨脹係數之其他介電質。
雖然上文已闡述各種方法及結構實施例，但應明瞭，可在不背離本發明之精神或範疇之情況下對方法及結構實施例作出改變。因此，本發明不受特定實施例之以上說明限制，而僅受所附申請專利範圍之範疇限制。
15‧‧‧波導諧振器/諧振波導
19‧‧‧底部電極/導電材料
21‧‧‧波導/閉合迴路波導/波導諧振器
25‧‧‧基板/共同基板
27‧‧‧下部包覆材料/底部包覆材料/下部包層/下部包覆層
29‧‧‧波導芯/矽波導芯/矽芯材料/應變矽波導芯/波導芯材料
31‧‧‧通孔
35‧‧‧上部及側包覆材料/上部包覆材料/上部包覆層
39a‧‧‧頂部電極/電極/導體
39b‧‧‧底部電極/電極/導體
V‧‧‧輸出電壓
Claims (33)
- 一種光學結構，其包括：一波導諧振器，其包括一光學輸入、一光學輸出及具有一諧振波長之一波導，該波導包括一應變波導芯及經配置以環繞該芯之至少一個包層；及，至少一對電極，其經電耦合至該波導諧振器，用於提供改變該波導諧振器之該諧振波長之一電場，其中該至少一個包層至少包括在該波導芯下方之一第一下部包層及至少在該波導芯上方延伸之一第二上部包層，該上部包層及該下部包層中之至少一者將一應變提供至該波導芯。
- 如請求項1之光學結構，其中該包層之至少一部分具有不同於該波導芯之熱膨脹係數之一熱膨脹係數。
- 如請求項1之光學結構，進一步包括：一控制器件，用於將一電壓施加至該等電極以改變該波導諧振器之該諧振波長。
- 如請求項3之光學結構，其中該控制器件經耦合至用於偵測影響該波導諧振器之一溫度之一溫度感測器；且基於一所感測溫度來產生施加至該等電極之一電壓。
- 如請求項4之光學結構，進一步包括一溫度設定點器件，該溫度設定點器件經耦合至該控制器件，用於產生用於設定一波長設定點之一電壓。
- 如請求項3之光學結構，其中該控制器件經耦合至一波長偵測器，該波長偵測器用於偵測該波導諧振器之一波長，且基於一所偵測波長來產生施加至該等電極之一電壓。
- 如請求項6之光學結構，進一步包括經耦合至該控制器件用於設 定一波長設定點之一波長設定點器件。
- 如請求項4之光學結構，其中該波導諧振器之該諧振波長係在一第一操作溫度下發生，且該控制器件將根據與該第一操作溫度之溫度偏差來將改變該諧振波長之值之一電壓施加至該等電極。
- 如請求項3之光學結構，其中該控制器件與該波導諧振器係在一共同基板上。
- 如請求項1之光學結構，其中該上部包層將一應變提供至該波導芯材料。
- 如請求項1之光學結構，其中該波導芯包括Si、GaAs、INP、SixGe1-x中之一者。
- 如請求項10之光學結構，其中該上部包層包括氮化矽、SiOxNy、一旋塗介電質、SiO2、氫化SiO2、TiO2、ZrO2、HfO2及Al2O3中之一者。
- 如請求項1之光學結構，其中該下部包層包括氧化矽。
- 如請求項13之光學結構，其中該氧化矽係一絕緣體上矽結構之部分。
- 如請求項1之光學結構，其中該等電極中之一第一者係在該第一下部包層下方，且該等電極中之一第二者係在該第二上部包層上方。
- 如請求項1之光學結構，進一步包括介於該等電極中之至少一者與該第二上部包層之間之一熱光補償包層。
- 如請求項1之光學結構，其中該等電極中之一第一者經電耦合至該第二上部包層，且該等電極中之一第二者在與該等電極中之該第一者間隔開之一位置處經電耦合至該第二上部包層。
- 如請求項17之光學結構，進一步包括在與該第一電極及該第二 電極間隔開之一位置處經電耦合至該第二上部包層之一第三電極。
- 一種形成一光學結構之方法，該方法包括：藉由以下方式形成一波導諧振器，該波導諧振器具有一光學輸入及一光學輸出以及一波導：在提供於一基板上之一下部包覆材料上方形成一波導芯；及在該波導芯上方形成一上部包層，其中該上部包覆材料及該下部包覆材料中之至少一者在該波導芯中產生一應變；及形成電極，該等電極用於將一電場施加至該應變波導芯以改變該諧振器結構之操作諧振波長。
- 如請求項19之形成一光學結構之方法，進一步包括：形成與該上部包覆材料電通信之一第一電極；及形成與該上部包覆材料及該下部包覆材料中之至少一者電通信之一第二電極。
- 如請求項20之形成一光學結構之方法，其中該第二電極係與該上部包覆材料電通信，且係與該第一電極間隔開。
- 如請求項20之形成一光學結構之方法，其中該第二電極係與該下部包覆材料電通信。
- 如請求項21之形成一光學結構之方法，進一步包括：形成與該上部包覆材料電通信且與該第一電極及該第二電極間隔開之一第三電極。
- 如請求項19之形成一光學結構之方法，其中一上部包覆材料之該形成包括：在該波導芯上方形成該上部包覆材料且加熱該上部包層及該波導芯以使該波導芯發生應變。
- 如請求項19之形成一光學結構之方法，其中該波導芯包括Si、GaAs、INP、SixGe1-x中之一者。
- 如請求項19之形成一光學結構之方法，其中該上部包覆材料包括氮化矽、SiOxNy、一旋塗介電質、SiO2、氫化SiO2、TiO2、ZrO2、HfO2及Al2O3中之一者。
- 如請求項19之形成一光學結構之方法，進一步包括：形成一溫度感測器及經連接至該溫度感測器之一控制器件，該控制器件用於回應於所偵測溫度改變而控制施加至該等電極之一電壓。
- 如請求項19之形成一光學結構之方法，進一步包括：形成一波長偵測器及經連接至該波長感測器之一控制器件，該控制器件用於回應於所偵測波長改變而控制施加至該等電極之一電壓。
- 如請求項27之形成一光學結構之方法，其中該控制器件及該波導諧振器係形成於一共同基板上。
- 如請求項28之形成一光學結構之方法，其中該控制器件及該波導諧振器係形成於一共同基板上。
- 如請求項19之形成一光學結構之方法，進一步包括：在該上部包覆材料上形成一熱光補償材料。
- 如請求項31之形成一光學結構之方法，其中該熱光補償材料具有一負熱光係數，且該波導芯材料具有一正熱光係數。
- 如請求項31之形成一光學結構之方法，其中該熱光補償材料包括一聚合物及氧化鈦中之一者。
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Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9733498B2 (en) * | 2015-10-09 | 2017-08-15 | Oracle International Corporation | Disk resonator based on a composite structure |
| US9864132B1 (en) * | 2016-09-30 | 2018-01-09 | Globalfoundries Inc. | Silicon waveguide devices in integrated photonics |
| CN110261958B (zh) * | 2019-06-17 | 2021-11-12 | 上海理工大学 | 基于垂直狭缝结构的环境温度无关氮化硅微环滤波芯片 |
| US11808978B2 (en) * | 2019-08-12 | 2023-11-07 | Mcmaster University | Post-fabrication trimming of silicon ring resonators via integrated annealing |
| US11372157B2 (en) | 2020-09-30 | 2022-06-28 | Nokia Solutions And Networks Oy | Integrated optical multiplexer / demultiplexer with thermal compensation |
| US11480729B2 (en) | 2020-10-30 | 2022-10-25 | Nokia Solutions And Networks Oy | Thermally compensated slot waveguide |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6407846B1 (en) * | 2001-03-16 | 2002-06-18 | All Optical Networks, Inc. | Photonic wavelength shifting method |
| US20090314763A1 (en) * | 2005-08-19 | 2009-12-24 | Sai Chu | Coupled optical waveguide resonators with heaters for thermo-optic control of wavelength and compound filter shape |
| US20100266232A1 (en) * | 2005-03-04 | 2010-10-21 | Cornell Research Foundation, Inc. | Electro-optic modulation |
| TW201305632A (zh) * | 2011-05-27 | 2013-02-01 | Micron Technology Inc | 具有串接的調變器電路之光學波導 |
Family Cites Families (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6041071A (en) * | 1995-09-29 | 2000-03-21 | Coretek, Inc. | Electro-optically tunable external cavity mirror for a narrow linewidth semiconductor laser |
| TW508461B (en) | 1999-11-23 | 2002-11-01 | Nanovation Tech Inc | Localized thermal tuning of ring resonators |
| US6920253B2 (en) | 2003-10-02 | 2005-07-19 | Agilent Technologies, Inc | Optical modulator based on a microdisk resonator |
| EP1716596B1 (en) * | 2003-11-20 | 2010-05-19 | Sioptical, Inc. | Silicon-based schottky barrier infrared optical detector |
| US6991998B2 (en) * | 2004-07-02 | 2006-01-31 | International Business Machines Corporation | Ultra-thin, high quality strained silicon-on-insulator formed by elastic strain transfer |
| US7327911B2 (en) * | 2004-10-19 | 2008-02-05 | Sioptical, Inc. | Optical detector configuration and utilization as feedback control in monolithic integrated optic and electronic arrangements |
| US7200308B2 (en) * | 2005-06-28 | 2007-04-03 | California Institute Of Technology | Frequency conversion with nonlinear optical polymers and high index contrast waveguides |
| WO2007065447A1 (en) * | 2005-09-01 | 2007-06-14 | Semus A/S | Phase modulator and interferometer based on electro-optic effects in assymetrically strained group-iv material |
| JP5029364B2 (ja) * | 2005-09-06 | 2012-09-19 | 日本電気株式会社 | 波長可変フィルタおよび波長可変レーザ |
| KR100833498B1 (ko) * | 2006-10-19 | 2008-05-29 | 한국전자통신연구원 | 스트레인드 베리드 채널을 구비하는 광소자 |
| US7603016B1 (en) * | 2007-04-30 | 2009-10-13 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Semiconductor photonic nano communication link apparatus |
| US20090169149A1 (en) * | 2007-12-27 | 2009-07-02 | Bruce Andrew Block | Stabilized ring resonator modulator |
| US7725000B2 (en) * | 2008-01-15 | 2010-05-25 | Imec | Method for effective refractive index trimming of optical waveguiding structures and optical waveguiding structures |
| JP4427589B2 (ja) * | 2008-06-09 | 2010-03-10 | 国立大学法人広島大学 | 光集積回路装置 |
| JP2010175743A (ja) * | 2009-01-28 | 2010-08-12 | Hiroshima Univ | 光スイッチ装置およびそれを備えた光集積回路装置 |
| US8582937B2 (en) * | 2009-09-10 | 2013-11-12 | William Marsh Rice University | Dual-ring silicon electro-optic modulator |
| WO2011108617A1 (ja) * | 2010-03-05 | 2011-09-09 | 日本電気株式会社 | アサーマル光導波素子 |
| US9653639B2 (en) * | 2012-02-07 | 2017-05-16 | Apic Corporation | Laser using locally strained germanium on silicon for opto-electronic applications |
| JP5752629B2 (ja) * | 2012-03-26 | 2015-07-22 | 株式会社東芝 | アサーマル・リング光変調器 |
| JP2013210568A (ja) * | 2012-03-30 | 2013-10-10 | Sumitomo Osaka Cement Co Ltd | 光変調器 |
| EP2743751B1 (en) * | 2012-12-14 | 2018-02-14 | IMEC vzw | Thermally stabilised resonant electro-optic modulator and use thereof |
| US9127983B1 (en) * | 2013-04-26 | 2015-09-08 | Sandia Corporation | Systems and methods for controlling an operating wavelength |
-
2014
- 2014-04-16 US US14/254,173 patent/US9360627B2/en active Active
-
2015
- 2015-03-30 WO PCT/US2015/023291 patent/WO2015160495A1/en active Application Filing
- 2015-03-30 KR KR1020187018032A patent/KR20180074812A/ko active Application Filing
- 2015-03-30 JP JP2016562247A patent/JP6438973B2/ja active Active
- 2015-03-30 SG SG11201608584WA patent/SG11201608584WA/en unknown
- 2015-03-30 EP EP15780750.4A patent/EP3132294B1/en active Active
- 2015-03-30 KR KR1020167031493A patent/KR102065208B1/ko active IP Right Grant
- 2015-03-30 CN CN201580030462.0A patent/CN106461856B/zh active Active
- 2015-04-14 TW TW104111979A patent/TWI582476B/zh active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6407846B1 (en) * | 2001-03-16 | 2002-06-18 | All Optical Networks, Inc. | Photonic wavelength shifting method |
| US20100266232A1 (en) * | 2005-03-04 | 2010-10-21 | Cornell Research Foundation, Inc. | Electro-optic modulation |
| US20090314763A1 (en) * | 2005-08-19 | 2009-12-24 | Sai Chu | Coupled optical waveguide resonators with heaters for thermo-optic control of wavelength and compound filter shape |
| TW201305632A (zh) * | 2011-05-27 | 2013-02-01 | Micron Technology Inc | 具有串接的調變器電路之光學波導 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2015160495A1 (en) | 2015-10-22 |
| CN106461856A (zh) | 2017-02-22 |
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