专利名称：紧凑电光调制器的制作方法
技术领域：
本发明一般来说涉及混合式电子与光学装置，且更特定来说涉及电光装置及其制造方法。
背景技术：
此部分介绍可帮助促进对本发明的更好理解的方面。因此，这些陈述应鉴于此来阅读且不应理解为关于什么是现有技术或什么不是现有技术的承认。对在电信及计算应用中使用混合式电子光子装置存在极大兴趣。对具有紧凑大小及减小的驱动功率的电光调制器用于电子光子装置中的信息传输感兴趣。
发明内容
本发明的一个实施例包括一种包含平面电光调制器的设备，所述平面电光调制器位于衬底上且包括波导及电触点。所述波导包括第一及第二实质上笔直段以及串联地端连接所述第一及第二实质上笔直段以使得光学信号在所述第一及第二实质上笔直段中以实质上反平行方式行进的弯曲段。所述电触点经定位而邻近所述第一及第二实质上笔直段且经连接以对通过所述段的所述光学信号产生相长性相加相位调制。另一实施例是一种制造所述电子-光子装置的方法，其包含制作电光调制器。制作所述电光调制器包括在平面衬底上形成光学波导，所述光学波导包括第一实质上笔直段、第二实质上笔直段及弯曲段，所述第一及第二实质上笔直段实质上平行且通过所述弯曲段端耦合。制作还包括邻近所述第一实质上笔直段及所述第二实质上笔直段形成电触点ο另一实施例是一种变换信息的方法，其包含调制光学信号。调制所述光学信号包括将所述光学信号传递到波导中，所述波导具有第一实质上笔直段及第二实质上笔直段以及弯曲段，所述第一及所述第二实质上笔直段通过所述弯曲段端耦合且实质上平行。调制还包含将交流电驱动信号施加到经定位而接近于所述第一及第二实质上笔直段的电触点以调制所述光学信号。
参照附图阅读以下详细说明可理解各种实施例。各图可未按比例绘制且为清晰地进行论述可在大小上任意增大或减小。现在结合附图参考以下说明，附图中图IA展示包含电子-光子装置的本发明设备的实例性实施例的平面图IB展示图IA中所示的装置对应于图IA中的线B-B的横截面图；图2展示包含电子-光子装置的本发明设备的另一实例性实施例的平面图；图3展示包含电子-光子装置的本发明设备的另一实例性实施例的平面图；图4展示包含电子-光子装置的本发明设备的另一实例性实施例的平面图；图5展示包含电子-光子装置的本发明设备的另一实例性实施例的横截面图；图6展示包含电子-光子装置(例如，图IA到图5的装置)的本发明设备的实例性实施例的框图；图7展示包含电子-光子装置(例如，图IA到图5的装置)的本发明设备的实例性实施例的框图；图8展示包含制造电子-光子装置(例如，图IA到图7的装置)的方法的实例性实施例的流程图；及图9展示(举例来说)使用图IA到图7的电子-光子装置来根据本发明变换信息的方法的实例性实施例的流程图。
具体实施例方式此部分介绍可帮助促进对本发明的更好理解的方面。因此，此部分的陈述应鉴于此来阅读且不应理解为关于什么是现有技术或什么不是现有技术的承认。下文在电子-光子装置及包括绝缘体上硅(SOI)衬底的硅及硅氧化物层的电光调制器的背景下呈现若干个实例性实施例。然而，所属领域的技术人员将了解如何也可使用不具有固有电光敏感性的其它类型的半导体衬底或不具有固有电光敏感性的其它半导体材料(例如，InP、GaAs衬底层)或具有固有电光敏感性的绝缘材料(例如，LiNb03、BaTi03、 硫属化物玻璃)来应用本发明。图IA到图5展示包含电子-光子装置102的本发明设备100的实例性实施例的平面图及横截面图。在一些情况下，装置102为平面电光学装置。所述平面图将某些上覆结果描绘为透明或半透明的，使得可清楚地展示下伏结构。为清晰起见，使用相同参考编号来描绘装置102的类似特征。图IA呈现装置102的一个实施例的平面图。图IB呈现所述装置对应于图IA中的观看线B-B的横截面图。电子-光子装置102可为设备100的部分(其它组件未展示)，或在一些情况下， 装置102自己可为整个设备。电子-光子装置102位于衬底105上。在一些情况下，装置 102包括电光调制器110或为电光调制器110，且在一些情况下包括平面电光调制器110 或为平面电光调制器110。调制器110具有光学波导115(例如，具有输入端117及输出端 119)及电触点120。如图IB中所示，波导115可为脊式光学波导。也就是说，波导115的光学核心具有提供对其中的光信号的导引的脊。继续参照图1B，波导115包括通过波导115的弯曲段126(例如，折叠区)彼此分离的第一段122与第二段124。在一些情况下，第一段122及第二段124为波导115的实质上笔直段。波导实质上笔直段。如本文中所使用的实质上笔直是指具有一曲率半径的波导实质上笔直段，所述曲率半径为弯曲段126的曲率半径的至少5到10倍且优选地为弯曲段126的曲率半径的20倍或以上或者40倍或以上。在一些情况下，所述实质上笔直段彼此实质上平行。如本文中所使用的实质上平行意指段122、1M沿一方向偏离小于约20度。
第一段122与第二段124为波导115的连续部分。例如，实质上笔直段122、124通过光学波导115的弯曲段1 彼此以光学方式端连接。第一及第二段122、1M经定向以使得穿过第一段122行进的输入光学信号或载波130 (例如，可见或红外光信号)沿与穿过第二段1 行进的输入光学信号130(例如，方向133)相反的方向(例如，方向132)行进且作为输出信号135射出所述波导。例如，在操作期间，信号130可沿实质上相反或反平行方向132、133在第一及第二实质上笔直段122、124中行进穿过，以产生经调制输出信号135。作为制造装置102的结果，电触点120沿波导115的第一段122及第二段124定位。在一些情况下，电触点120可与波导115(例如，所述波导的核心区)实质上共面。举例来说，如图IB中所示，电触点120的至少一个侧136可与波导115的核心区的至少一个侧138共面。电触点120经配置以对第一段122及第二段IM两者进行操作。在一些情况下， 当将驱动信号140(图1B)施加到电触点120时，从电触点120放射的电场(例如，射频场) 通过波导115，使得输入光学信号130的相位在段122、124(图1A)两者中沿相同方向实质上改变(例如，两者均正或两者均负的相位改变)。例如，由电触点120上的电荷产生的电场可经由电光学效应控制光学波导115的第一及第二段122、124的折射率的值。电触点 120可经定位及电驱动以使得驱动电信号140导致输入光学信号130在实质上笔直段122、 124(图IA到图1B)两者中沿相同方向的相位改变。举例来说，施加到触点120的电信号 140可增加跨越第一实质上笔直段122的总相位改变且同时增加跨越第二实质上笔直段 124的总相位改变。或者，施加到触点120的电信号可增加跨越实质上笔直段122的总相位改变且同时减小跨越实质上笔直段124的总相位改变。因此，可实质上增加信号130在传播穿过波导115时所经历的总相位变化。举例来说，实质增加可由于实质上笔直段122、 1 两者的存在及其相对于在存在仅驱动两个实质上笔直段122、124中的一者的电信号的情况下光学信号130将经历的总相位变化的驱动(例如，在一些情况下加倍)。与一些常规集总元件调制器设计相比，此又增加(例如，加倍)波导115的输出端119处的信号135 的相位调制量。举例来说，与其中经调制光学实质上笔直段短于两个实质上笔直段122、IM 的经组合长度的集总元件调制器设计相比。或者，由于其大的交互，可按比例减小电场与光学信号130交互(例如，折射率介导的交互)在其处发生的段122、124的长度，同时仍实现输出信号135的类似调制强度。出于本发明的目的，输入光学信号130的相位的实质改变被视为约士 10度或更大的改变。出于本发明的目的，驱动信号140是指跨越电触点120施加的峰值/峰值电压 (V )。例如，可跨越骑跨实质上笔直段122、124中的一者的每一对触点120施加电压。为促进在波导115的段122、124两者中沿相同方向改变相位，电触点120可经配置及驱动以使得当施加驱动信号140时两个段122、1M经历实质上相反定向的电场。举例来说，所述配置及驱动可使得两个实质上笔直段122、124的邻近部分经历类似长度及约相反定向的电场。举例来说，图IA中所示的电触点120的实施例可包括第一阳极142与第一阴极144对及第二阳极146与第二阴极148对。如所图解说明，第一阳极142与第一阴极 144两者邻近第一段122且在其相对侧上，且第二阳极146与第二阴极148两者邻近第二段1 且在其相对侧上。如图IA中所示，第一阴极144可邻近于第二阴极148。在所图解说明的实施例中，第一阴极144在第一段122的右边且第一阳极142在第一段122的左边。第二阴极148在第二段124的左边且第二阳极146在第二段124的右边。鉴于本发明，所属领域的技术人员将了解其它实施例包括与上文所描述倒转的阴极与阳极配置。举例来说，在其它实施例中，第一阳极142可邻近第二阳极146(未展示)。在另外其它情况下，第一阳极与第二阳极可经组合以形成单个阳极触点，或第一触点与第二触点可经组合以形成单个阴极触点(未展示)。对于上文所描述的配置，当跨越第一及第二阳极-阴极对施加电压140时，波导 115在第一段122中的电光敏感性材料将具有与第二段124中的电光敏感性材料的极性实质上相反的极性。因此，传播穿过其的信号130的总相位改变在波导115的段122、1M两者中沿相同方向改变，借此增强在输出端119处射出波导的光学信号130对所施加电信号 140的响应。如上所述且如图IA中所图解说明，在一些情况下，为优化光学信号130穿过波导 115的有效传输，波导段122、1M有利地为实质上笔直的。举例来说，当弯曲段1 具有约 5微米的曲率半径时，则实质上笔直段的曲率半径可为约25微米到50微米或更大。然而， 在一些实施例中，为促进更紧凑的调制器设计，弯曲段1 具有在约1微米到50微米且甚至更优选地约1微米到20微米的范围中的曲率半径。在其它情况下，为促进更紧凑的调制器设计，波导实质上笔直段122、IM可具有为弯曲段126的曲率半径约5到10倍的曲率半径。如上文所论述，电触点120的所揭示配置促进具有比某些常规配置实质上更大的调制响应。此又可准许波导115的尺寸的减小。举例来说，在一些实施例中，为促进紧凑的调制器设计，第一及第二段122、IM两者具有约2000微米或更小的长度150、152且甚至更优选地具有在约10微米到200微米的范围中的长度150、152。在一些情况下，如图IA中所示，段122,124具有实质上相同长度150、152(例如，在10%内相同)，但在其它情况下，长度150,152可彼此不同。或者或另外，在所揭示调制器110实施例中实现的实质上较大调制响应与原本可能的情况相比可促进电驱动信号140的长度的实质减小(例如，较低Vp_p)。此又可有益地减小装置102的能量消耗。举例来说，在一些情况下，驱动信号140为约5伏或更小(例如，Vp_p)且更优选地在约0.1伏到2伏的范围中。在一些实施例中，驱动信号140实质上等于(例如，在10%内相同)装置102的电组件中存在的晶体管的操作电压。举例来说，装置 102可进一步包括集成电路(IC)，所述集成电路具有以约1.2伏操作的互补金属氧化物半导体(CMOS)装置(未展示)。在此些实施例中，有利地将驱动信号140配置为等于约1. 2 伏。在一些实施例中，为使电场-光学交互的程度最大化，期望触点的长度对应于波导的第一及第二段的长度的实质分数。举例来说，在一些优选实施例中，邻近于波导115的段(例如，第一段122)的阳极及阴极(例如，阳极142及阴极144)具有范围从段120的长度150的50%到90%的长度154、155。举例来说，当段122的长度150为约10微米时，则阳极142及阴极144的长度154、155两者范围可从约5微米到9微米。在一些实施例中，调制器110为集总电光调制器。也就是说，驱动信号140跨越沿电触点120的长度(例如，阳极142及146的长度154以及阴极144及148的长度155)发生的电场-光学交互的区的整个长度实质上全局地增加及下降。此可为(举例来说)当从电触点120放射的电场的最高频率的波长与阳极及阴极触点120的长度154、155相比大时的情况。举例来说，驱动信号140的最短射频波长(例如，对信息传送有用的射频分量的最高频率)与阳极及阴极触点120的个别长度154、155的比率为约10 1或更大。举例来说，当驱动信号140的最短射频波长等于Icm时，则个别长度154、155等于0. Icm或更小。 此在本发明的一些实施例中可为有利的，因为来自电触点120的电场可在信号130通过波导115的不同段122、124时均勻地对其进行操作。然而，在其它实施例中，调制器110可配置为行进波调制器。与集总电光调制器相比，对于行进波调制器，电场的射频波长的最高频率分量的波长与阳极及阴极触点120的个别长度154、155相当或比其小。举例来说，驱动信号140的最短有用射频波长与触点120 的长度154、155的比率可为约20 1或更小。举例来说，当驱动信号140的最短有用射频波长等于Icm时，则个别长度154、155等于0. 05cm或更大。在一些情况下，行进波与集总操作的混合可发生。此可为(举例来说)当驱动信号140的最短射频波长等于Icm的情况， 且个别长度154、155范围从0. Icm到0. 05cm。在其中调制器配置为行进波调制器的一些实施例中，存在以下关注截止到光学信号130进入到第二段124中的时间，来自电触点120的电场将已消散，或将对抗在第一段 122中实现的相移而操作，且因此可仅部分地对第二段124中的信号130进行操作。然而， 即使电场已部分地消散，仍可获得益处。此外，在一些情况下，可调整光学信号130或驱动信号140的射频中的一者或两者的速度，使得当光学信号130通过第二段IM时，存在更多的来自触点120的电场。所属领域的技术人员将熟悉用以调整通过波导的光学信号130的速度或用以调整驱动信号140传播的速度的各种方式。举例来说，可在电极170、172中的一者或两者附近(例如，在约5微米内)但远离波导115约0.5微米到3微米以上形成开放(例如，空气填充的)沟渠。在此些情况下，可增加驱动信号140(例如，射频)传播的速度，同时对光学信号130的传播速度具有最小影响。或者，可类似地在电极170、172附近并入高介电常数材料以减慢驱动信号140传播的速度。或者或另外，波导的段122、124的横截面尺寸中的一者或两者可经修改以显著更改光学信号130传播的速度，同时对驱动信号140传播具有最小影响。在例如图IA中所示的一些实施例中，装置102(例如，调制器110)配置为光学相移器。也就是说，编码于驱动信号140中的信息被编码为输出光学信号135的相位的改变。在例如图2中所示的其它实施例中，装置102(例如，调制器)配置为振幅调制器 (例如，马赫曾德尔(Mach-khnder)振幅调制器)。除相位编码外或替代相位编码，驱动信号140(图1B)中的信息可编程为输出光学信号135的振幅。当调制器110配置为振幅调制器时，波导115进一步包括至少两个光学臂210、215(图2)。波导115经配置以在输入端 117处接收输入光学信号130、在两个臂210、215之间(例如，在光学功分器216处)分裂信号130。例如，每一内部光学臂210、215的一端连接到光学功分器216。信号130沿波导 115在光学功率耦合器217处的输出端119处重组。例如，光学功分器216可从输入117接收输入光学信号130，且对输入信号130进行功分，使得其一部分可被引导到两个内部光学臂210、215中的每一者。例如，可将约50%引导到每一臂210、215。例如，内部光学臂210、 215的第二端连接到光学耦合器217的输入，光学耦合器217将所述光重组以产生并在输出端口 119处输出光信号135。在另一实施例中，光学功分器216的分裂比率使得当调制器正形成来自装置的零位或最小输出时在耦合器217处重组的此光学功率约相等。重组优选地在电触点120对波导115中的信号130进行操作的位置之后。所述臂中的至少一者(例如，臂210)包括第一段122、弯曲段1 及第二段124，其可如上文在图 IA的背景下所描述相同地配置。然而，为更完全地对光学信号130进行操作，第二臂215还可包括电触点220、第一段222、第二段2M及弯曲段226。电触点220 (包括其组成阳极及阴极)、段222、2M及第二臂215可类似于在图IA到图IB的背景下针对对等组件(例如， 针对单臂调制器110)所描述而配置。在例如图2中所示的一些实施例中，波导115的第一臂210与第二臂215具有实质上相等的总长度(例如，相同长度相差约10%或更少)。此有时可为有利的，因为通过每一臂210、215的信号130针对所施加驱动信号140的给定单位的改变的相位改变的程度则可独立于信号130的波长。然而，在其它实施例中，第一臂210与第二臂215可具有不同长度。装置102的其它实施例可具有包括多个电触点、弯曲段、段及臂的调制器110，所述多个电触点、弯曲段、段及臂可类似于在图1到图2的背景下针对这些结构所论述而配置。举例来说，图3展示调制器110(例如，光学相移器)的实施例，调制器110的波导 115进一步包括通过波导115的第二弯曲段315与第二段IM分离的第三段310。可对第三段310进行操作以对输入光学信号130产生与在第一及第二段122、IM中约相同的相位响应。为促进此，电触点120可进一步包括第三阳极320及第三阴极322，其可类似于在图 IA到图IB的背景下针对第一段122所论述而相对于第三段310配置。举例来说，第三阴极 322在第三实质上笔直段310的左边且第三阳极3M在第三实质上笔直段310的右边。作为另一实例，图4展示调制器110(例如，光学相移器调制器)的实施例，调制器 110进一步包括第四段410。第四段410通过波导115的第三弯曲段415与第三段310分离。期望对第四段410进行操作以使得输入光学信号130的相位经历对所施加电信号140 的实质上相同类型的响应(例如，相位可沿与第一、第二及第三段122、124、310中的改变相同的方向实质上改变)。此可通过使电触点120进一步包括第四阳极420及第四阴极422 来促进。第四阳极420及阴极422可类似于在图IA到图IB的背景下针对第二段IM所论述而相对于第四段410配置。举例来说，第四阴极422在第四实质上笔直段410的右边且第四阳极420在第四实质上笔直段410的左边。作为另一实例，图5展示具有调制器110的装置102的实施例的横截面图(类似于图1B)，调制器110包括电触点120，电触点120具有邻近于波导115的两个阳极510、515 及位于波导115内的一个中心阴极520。举例来说，中心阴极520可位于所述波导的第一及第二段(类似于图IA中所示的段122、124)中的一者或两者内。在其它实施例中，可存在倒转配置邻近于波导115的两个阴极及一个中心阳极(未展示)。此设计的优点在于，波导115的响应变为与线性相反的非线性(例如，二次或更高阶)，且因此调制器110的电光响应变得更加非线性。因此所述调制器可经由其非线性行为更好地补偿所述装置的响应中的带宽限制，借此产生比从更加线性的装置可实现的更高质量的数字输出。基于图IA到图5中所呈现的实例，所属领域的技术人员将了解波导115及其组件段及臂可具有的其它配置及邻近于波导115的电触点120的各种不同布置。举例来说，图3到图5中的波导配置中的任一者可用以在类似于图2中所描绘的配置的波导115配置中形成一个或一个以上臂。调制器110可包括促进所述装置的操作的其它组件。举例来说，如图IB及图5中所示，调制器110可进一步包括波导115及电触点120上的绝缘层160。在一些实施例中， 绝缘层160还可形成波导115的光学包覆层的部分。举例来说，当所述波导包含硅时，绝缘层160可为具有在约0. 2微米到2微米的范围中的厚度162的硅氧化物层。作为另一实例，也如图IB及图5中所示，衬底105可包括中间绝缘层165。衬底 105的中间绝缘层165也可形成光学包覆层的部分。举例来说，下部绝缘层165可为绝缘体上硅(SOI)衬底的硅氧化物层，其中波导115由衬底105的上部硅层167的部分形成。图 IB展示上部硅层167，其中作为形成波导115及触点120结构的部分将层167的若干部分移除。如图IA及图IB中进一步图解说明，调制器110还可包括经配置以将驱动信号140 传输到电触点120的电极170、172(例如，由铜、金或铝构成的金属填充的电极通孔)。为促进传输驱动信号140，电极170、172可直接触及电触点140。举例来说，对于图IB中所示的实施例，第一电极170及第二电极172通过绝缘层160以分别直接触及第一阳极142(例如，阳极欧姆触点)及第一阴极144(例如，阴极欧姆触点)。然而，在其它情况下，电极170、 172可不直接触及电触点120。举例来说，在一些情况下，电极170、172位于绝缘层160的上部表面174上。在此些情况下，可期望绝缘层160的厚度162小于约0. 5微米，使得电位 140有效地从电极170、172传输到电触点120。装置102可包括用以促进其操作的其它组件。举例来说，如图IA中所图解说明， 所述装置可包括一个或一个以上接地线180及一个或一个以上导线182(例如，火线)。为促进驱动信号140到电触点120的传输，接地线180及导线182可物理耦合到电极170、172 中的一者或一者以上。图6展示本发明的实例性设备100的框图，设备100包含上文所描述的电子_光子装置102的实施例(图IA到图5)。在一些情况下，电子-光子装置102为配置为电信系统的设备100中的电信收发器的部分或为所述电信收发器。装置102可包括电子组件610 及光学波导组件615。举例来说，有源电子组件610可包括晶体管、现场可编程阵列、RF放大器或跨阻抗放大器，其为适合用于收发器中的专用集成电路。光学波导组件615可包括热光滤波器、电光调制器(其包括所揭示调制器110(图IA到图5)中的至少一者)及光电检测器，其彼此耦合且耦合到有源电子组件610。所属领域的技术人员将熟悉可如何配置装置102的电子组件610及光学波导组件 615以作为光学收发器操作。有源电子组件610中的至少一些可电耦合到光学波导组件615 中的至少一些，使得电子-光子装置102配置为(例如)配置为电信系统的设备100中的收发器。在一些优选实施例中，电子-光子装置102经配置以采用波分多路复用，使得可经由装置102同时传输多个信息信号(例如，以不同光波长的形式)。设备100可进一步包括输入模块620，输入模块620经由数据总线635将以电子方式编码的信息信号630发送到电子-光子装置10 中的配置为光学传输器的至少一者。 传输器装置10 的有源电子组件610与光学波导组件615协作以将以电子方式编码的信息信号630转换成以光学方式编码的信息信号640(例如，例如由图IA到图5的所揭示光学调制器110编码)。接着经由光学传输线650将以光学方式编码的信息信号640传输到电子-光子装置102b中的配置为接收器的另一者。接收器装置102b将以光学方式编码的信息信号转换回成以电子方式编码的信息信号660，接着经由第二数据总线675将以电子方式编码的信息信号660传输到输出模块670。所属领域的技术人员将熟悉可在电信系统600中使用的各种类型的输入模块620、光学传输线650、输出模块670及数据总线635、 675。举例来说，输入模块620可为将多个较低数据速率电子(或光学)信号聚集成单个 (或多个)较高数据速率信号的输入/输出矩阵或数据多路复用器；其中可实施数据整理 (data grooming)、格式转换、正向错误校正及/或信号预矫正。光学传输线650可为光纤电缆、光学底板、芯片内或芯片间连接。输出模块670可为执行上文针对输入模块620所概述的所有或一些功能的模块。所属领域的技术人员将了解，在一些实施例中，输入模块620 及输出模块670的功能可并入到电子-光子装置102a、102b中，在此情况下，图6中所描绘的模块620、670可对应于装纳于从其中引出光纤的机架中光纤端连接阵列。图7展示本发明的另一实例性设备100的框图，设备100包含上文所描述的电子-光子装置102的实施例(图IA到图5)。在一些实施例中，电子-光子装置102为配置为计算机系统的设备100中的并行处理器的部分或为所述并行处理器。装置102包括类似于在图6的背景下论述的电子组件及光学波导组件的电子组件710及光学波导组件715。 光学波导组件715中的至少一者包括所揭示调制器，例如在图IA到图5的背景下论述的调制器110中的一者或一者以上。所属领域的技术人员将理解可如何配置装置102的电子组件710及光学波导组件 715以作为并行处理器操作。举例来说，电子组件710可包括在使用以电子方式编码的数据(例如，信息)来以光学方式调制光学信号130(例如，光学载波)之前或在从经调制光学信号130解调所述数据之后对所述数据执行操作(例如，并行操作)的电路(例如，晶体管)。本发明的另一实施例是一种制造电子-光子装置的方法。可通过本文中所揭示的方法来制造电子-光子装置的上文所描述实施例中的任一者。继续参照图IA到图7，图8呈现制造所揭示电子-光子装置(例如，在图IA到图 7的背景下论述的装置10 的实例性方法800的流程图。制造装置102包括制作电光调制器Iio的步骤805。制造电光调制器110 (步骤80 包括在平面衬底上形成光学波导115 的步骤810。波导115包括通过弯曲段1 彼此分离的第一段122与第二段124(例如，实质上笔直段)。如上文在图IA及图IB的背景下所论述，第一段122与第二段IM为波导 115的连续(且在一些情况下共面)部分。例如，第一实质上笔直段122与第二实质上笔直段IM可通过弯曲段1 端连接。段122、1M经定向以使得穿过所述第一段行进的输入光学信号130沿与穿过所述第二段行进的信号130相反的方向行进。例如，输入光学信号 130可沿与输入光学信号130在第二实质上笔直段124中的行进方向相反的方向穿过第一实质上笔直段122行进。制作调制器110(步骤80 还包括在平面衬底上形成电触点120 的步骤815。所述触点可与波导115(例如，所述波导的核心区)实质上共面。所述触点可经配置以对第一段122及第二段IM两者进行操作，使得当将驱动信号140施加到电触点 120时信号130的相位沿相同方向实质上改变。在一些实施例中，制作电光调制器110(步骤805)包括提供平面衬底105(例如，半导体衬底，例如SOI衬底)的步骤820，平面衬底105具有顶部层167(例如，硅层)上的中间层165(例如，硅氧化物层)。优选地，顶部层167具有高于中间层165的折射率。在一些实施例中，硅(或其它材料)顶部层167可具有在约0. 1微米到0. 4微米的范围中的厚度185。在一些情况下，中间层165可具有在约1微米到3微米的范围中的厚度190。形成波导115进一步包括移除顶部层167的若干部分以形成脊形波导115的步骤825。举例来说，可根据步骤825执行光刻及干式或湿式蚀刻程序以选择性地移除由半导体材料(例如， 硅)构成的顶部层167的若干部分。在一些实施例中，形成电触点120进一步包括移除顶部层167的若干部分以形成接触层142、144(例如，图IA到图1B)的步骤830。举例来说，可使用类似于在步骤825的背景下论述的光刻及蚀刻程序的光刻及蚀刻程序来移除顶部层167的邻近于波导115的若干部分。如图IB中所示，为促进将光学信号130实质上约束(例如，容纳)在波导115中， 剩余接触层142、144的厚度192优选地具有实质上小于波导115的厚度195的厚度192(例如，比其薄至少约1/2)。举例来说，当硅波导115的厚度195等于约0. 2微米时，则接触层 142、144厚度192优选地在约0. 01微米到0. 1微米的范围中。有时期望通过包括用ρ型掺杂剂(以形成阳极(例如，层144))或η型掺杂剂(以形成阴极(例如，层14 )中的一者对不同接触层142、144进行植入的步骤835来增加触点120的电导电性。举例来说，可使用标准遮掩及离子植入程序来选择性地将ρ型掺杂剂 (例如，在一些情况下，以约1E18到1E21原子/cm3的剂量植入硼)或η型掺杂剂(例如， 在一些情况下，以约1Ε18到1Ε21原子/cm3的剂量植入砷)植入到硅材料层167中。形成调制器110可进一步包含在波导115及电触点120上沉积绝缘层160的步骤 840。在一些实施例中，使用化学气相沉积来在波导115及电触点120上沉积绝缘层160(例如，硅氧化物层)。为促进将光学信号130实质上约束在波导115内，绝缘层160优选地具有低于波导115的折射率。形成调制器110还可包括在绝缘层160中或绝缘层160上形成电极170、172的步骤845。电极170、172形成于足够靠近于电触点120的位置中以将驱动信号140传输到触点120。在一些实施例中，可在绝缘层160中形成开口 180(例如，经由反应性离子蚀刻或其它蚀刻工艺)且接着可使用电解或无电镀沉积、喷涂或电子束蒸发工艺来用金属电极(例如，铜)填充所述开口。形成调制器110 (步骤80 可进一步包括将接地平面180连接到电极170中的一者的步骤850及将导线182连接到电极172中的不同一者的步骤855。举例来说，可将金属层(未展示)沉积(例如，经由物理气相沉积)到绝缘层160上，且接着可将所述金属层图案化(经由光刻及蚀刻工艺)以形成接地平面180及导线182(图1B)。形成装置102可进一步包括在所述衬底上形成有源电子组件610(图6)的步骤 860及在衬底105上形成光学波导组件615的步骤870。所属领域的技术人员将熟悉用以分别根据步骤860及870形成电子组件610及光学波导组件615的各种方法。在一些优选实施例中，根据步骤860及870在并行工艺中形成电子组件610及光学波导组件615。举例来说，形成有源电子组件610可包括形成MOS晶体管装置。举例来说，形成所述光学波导组件可包括形成热光滤波器、光电检测器(例如，二极管型光电检测器)或电光调制器，例如根据步骤805形成的调制器110。在一些实施例中，形成装置102可包括将光学波导组件610中的至少一者电耦合到有源电子组件615中的至少一者以在其之间形成电连接的步骤880。例如，此些连接可帮助将装置102配置为配置为电信系统(例如，光学电信系统) 的设备100(例如，图6)中的光学收发器或配置为配置为计算机系统(例如，图7)的设备 100中的处理器(例如，并行处理器)的一部分。本发明的另一实施例是一种变换信息的方法。也就是说，将以电子方式编码的数据(例如，以电子方式编码的信息的流)变换成以光学方式编码的数据(例如，以光学方式编码的信息的流)。继续参照图IA到图7，图9呈现根据本发明变换信息的实例性方法 900的流程图。所述方法包括调制光学信号或光学载波130(例如，以光学方式编码的信息的流)的步骤910。调制所述光学信号(步骤910)包括将输入光学信号或光学载波130传递到波导115(例如，调制器110的波导)中的步骤920。如在图IA及图IB的背景下所论述，在一些实施例中，波导115具有通过弯曲段1 彼此分离的第一段122与第二段124，且第一及第二段122、1M为波导115的连续部分。如图2中所图解说明，在一些实施例中，第一及第二段122、1M可为波导115的共面连续部分。段122、1M经定向以使得通过第一段 122的信号130沿与信号130通过第二段IM相反的方向行进。例如，实质上笔直段122、 IM可经定向以使得通过第一实质上笔直段122及第二实质上笔直段124的光学信号130 沿实质上相反方向行进。调制所述光学信号(步骤910)还包括将驱动信号140(例如，交流电)施加到电触点120(例如，调制器110的电触点)的步骤930。触点120经定位而足够靠近于第一及第二段122、124，对施加驱动信号140的响应为，光学信号130的总相位改变在实质上笔直段 122、1M两者中沿相同方向改变，借此在步骤935中产生经相位调制的输出光学信号135。 例如，可在段122、1M两者中沿相同方向实质上改变信号130的相位，借此在步骤935中产生经相位调制的输出光学信号135。在一些实施例中，调制(步骤910)可包括在波导115的两个或两个以上光学臂 210、215之间分裂输入光学信号的步骤940。臂210、215中的至少一者(且更优选地全部) 包括如上文所描述配置的第一及第二段122、124、222、224(图IA到图2)。例如，段122、 124、222、224中的一者或全部可配置为实质上笔直段。调制(步骤910)可进一步包括重组来自臂210、215的信号130的步骤950以在步骤955中产生经强度调制的输出光学信号 135。在一些实施例中，可对输出信号135进行相位及强度调制两者。鉴于本发明，所属领域的技术人员将了解变换数据的所述方法可包括的额外步骤。举例来说，在步骤960中，可将数据(例如，以电子方式编码的信息的流)传送到调制器，在此处通过调制器110根据步骤920到955将其变换成以光学方式编码的数据(例如， 以光学方式编码的信息流)。在步骤970中，可将来自步骤935或955的经调制输出光学信号135(例如，以光学方式编码的信息)传输到其它电子组件。在步骤980中，可将所述数据(例如，以光学方式编码的信息的流)变换回成以电子方式编码的信息。尽管已详细描述了所述实施例，但所属领域的技术人员应理解其可在不背离本发明的范围的情况下在本文中做出各种改变、替代及更改。
权利要求
1.一种设备，其包含平面电光调制器，其位于衬底上且包括波导，其包括第一及第二实质上笔直段以及串联地端连接所述第一及第二实质上笔直段以使得光学信号在所述第一及第二实质上笔直段中以实质上反平行方式行进的弯曲段； 及电触点，其经定位而邻近所述第一及第二实质上笔直段且经连接以对通过所述段的所述光学信号产生相长性相加相位调制。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述电触点包括经定位而邻近于所述第一实质上笔直段且位于其相对侧上的第一阳极与阴极对，以及经定位而邻近于所述第二实质上笔直段且位于其相对侧上的第二阳极与阴极对。
3.根据权利要求1所述的设备，其中所述弯曲段具有在从约1微米到50微米的范围中的曲率半径。
4.根据权利要求1所述的设备，其中所述波导包括第三实质上笔直段，所述第三实质上笔直段通过另一弯曲段端连接到所述第二实质上笔直段以使得所述光学信号在所述第二及第三实质上笔直段中沿实质上反平行方向传播。
5.根据权利要求4所述的设备，其中所述波导包括第四实质上笔直段，所述第四实质上笔直段通过另一弯曲段端连接到所述第三实质上笔直段以使得所述光学信号在所述第四及第三实质上笔直段中沿实质上反平行方向传播。
6.根据权利要求1所述的设备，其中所述电触点包括第一及第二阳极，其经定位而邻近于所述第一实质上笔直段及所述第二实质上笔直段且位于其相对侧上；及中心阴极区， 其位于所述波导的所述第一实质上笔直段及所述第二实质上笔直段内。
7.根据权利要求1所述的设备，其进一步包含光学电信传输器，所述传输器包括所述平面电光调制器。
8.—种制造电子-光子装置的方法，其包含制作电光调制器，所述制作包括在平面衬底上形成光学波导，所述光学波导包括第一实质上笔直段、第二实质上笔直段及弯曲段，所述第一及第二实质上笔直段实质上平行且通过所述弯曲段端耦合；及邻近所述第一实质上笔直段及所述第二实质上笔直段形成电触点。
9.根据权利要求8所述的方法，其中形成所述波导进一步包括提供具有中间层上的顶部层的平面衬底，其中所述顶部层具有高于所述中间层的折射率；及移除所述顶部层的若干部分以形成脊形波导。
10.一种变换信息的方法，其包含调制光学信号，其包括将所述光学信号传递到波导中，所述波导具有第一实质上笔直段及第二实质上笔直段以及弯曲段，所述第一及所述第二实质上笔直段通过所述弯曲段端耦合且实质上平行；及将交流电驱动信号施加到经定位而接近于所述第一及第二实质上笔直段的电触点以调制所述光学信号。
全文摘要
本发明揭示一种包含平面电光调制器(110)的设备(100)，所述平面电光调制器(110)位于衬底(105)上且包括波导(115)及电触点(120)。所述波导包括第一及第二实质上笔直段(122、124)以及串联地端连接所述第一及第二实质上笔直段以使得光(130)在所述第一及第二实质上笔直段中以实质上反平行方式行进的弯曲段(126)。所述电触点经定位而邻近所述第一及第二实质上笔直段且经连接以对通过所述段的光学载波产生相长性相加相位调制。
文档编号G02F1/035GK102428399SQ201080021807
公开日2012年4月25日 申请日期2010年5月17日 优先权日2009年5月18日
发明者道格拉斯·M·吉尔 申请人:阿尔卡特朗讯