本发明涉及光子集成电路和用于设计光子集成电路的方法，并且更具体而言涉及具有布置有光子部件的热导体的光子集成电路。
背景技术：
光子集成电路(PIC)包含多个光学设备，包括激光二极管和光学滤波部件。诸如马赫-曾德尔(Mach-Zehnder)干涉仪(MZI)和阵列波导路由器(AWGR)之类的光学滤波部件对于制造工艺的变化非常敏感。
主要挑战之一是对准激光器和光学滤波器的波长，因为制造工艺的变化造成波长的变化。一般而言，激光器的波长比光学滤波器的波长更好控制。光学滤波器(诸如MZI和AWGR)的问题在于不能根据设计足够精确地制造波导的宽度，这造成滤波器的透射波长谱的变化并且导致透射波长谱与激光器的工作波长之间的失配。
由于制造光子集成电路的细节、规模和精度，难以精确地控制波导的宽度。但是，由于波导的尺寸，相对而言，即使是宽度的微小变化也可以是显著的。例如，波导的1.4微米的宽度变化可以是波导宽度的5％的变化，这造成偏离设计的显著波长偏移。
许多方法通过手动和静态调谐所制造的波导来解决这个问题。例如，在K.Watanabe等人的“Trimming of InP-based Mach-Zehnderinterferometer filling side cladding of high-mesa waveguide with resin”Electronic Letters，第47卷，第1245页，2011中描述的方法使用微调(trimming)来调谐马赫-曾德尔干涉仪的波长，使用具有不同折射率的材料围绕波导来改变波导之一中的有效折射率。但是，这种方法需要测量每个干涉仪的波长特性，并逐个微调每个设备，从而增加了包装成本和时间。因而，需要降低干涉仪的波长特性对制造工艺的精度的依赖性。
技术实现要素：
本公开的实施例涉及包括调节PIC的温度分布的子基座的光子集成电路(PIC)，以及用于设计光子集成电路的方法，其中光源的波长和PIC中不对称干涉仪的最大透射率波长在预定的波长范围内匹配。
一些实施例基于认识到波导的温度改变会导致有效折射率的改变。根据本公开的实施例，通过在从预先设计的一组子基座中选择的子基座上设置具有不同热性质的不同的热导体配置来调节干涉仪的温度，由此可以减小具有长度不同的光波导的光子集成电路中不对称干涉仪的最大透射率波长的变化。
根据本公开的一些实施例提供了设置在基板上的光子集成电路。该光子集成电路包括：第一光源和第二光源，以经由第一波导和第二波导发送第一光束和第二光束；干涉仪，组合来自第一波导和第二波导的第一光束和第二光束，并从组合的波导的输出端口发送组合的信号光束；接触层，在基板的背侧上形成；以及子基座，接触接触层，其中子基座包括与第一光源和第二光源的区域对应的第一热导体、与干涉仪的区域对应的第二热导体以及与第三波导的一部分对应的第三热导体。
根据本公开实施例的、包括子基座的光子集成电路(PIC)可以通过实现用于在设置在其上具有热导体的子基座上的光子集成电路中利用光源的工作波长调节干涉仪的最大透射率波长的方法来提供低成本的光子集成电路，该方法包括确定光源的工作波长λo；确定具有可接受的波长范围λm±Δλ的干涉仪的最大透射率波长λm，其中Δλ是可接受的偏差波长；以及在子基座上布置具有第一区域的第一热导体和具有第二区域的第二热导体，其中当λo>λm-Δλ时，第一区域大于第二区域，并且第二区域布置与光源相对的端部处，其中当工作波长λo在可接受的波长范围λm±Δλ内时，第一热导体或第二热导体被布置为完全包括集成电路的区域。
根据本公开的实施例，由于光源的工作波长和干涉仪的最大透射率波长可以通过布置包括在光子集成电路中的子基座的热导体来匹配，因此可以提供低成本的光子集成电路，因为PIC制造工艺的产量增加了。
附图说明
将参考附图进一步解释当前公开的实施例。所示的附图不一定按比例绘制，而是一般将重点放在说明本公开实施例的原理上。
图1A是根据本公开实施例的光子集成电路的透视图；
图1B是根据本公开实施例的光子集成电路的平面图；
图1C是根据本公开实施例的光子集成电路的侧视图；
图2A示出了设置在根据本公开实施例的光子集成电路中的干涉仪的透射光谱；
图2B示出了设置在根据本公开实施例的光子集成电路中的另一个干涉仪的另一个透射光谱；
图3A是针对根据本公开实施例的子基座上的热导体的不同布置指示光子集成电路的温度分布的模拟结果；
图3B是针对根据本公开实施例的子基座上的热导体的不同区域指示光子集成电路的温度分布的模拟结果；
图3C是针对根据本公开实施例的子基座上的热导体的不同面积覆盖率指示光子集成电路的温度分布的模拟结果；
图4A是根据本公开实施例的光子集成电路的子基座的平面图；
图4B是根据本公开实施例的图4A中的光子集成电路的子基座的侧视图；
图4C是根据本公开实施例的光子集成电路的另一个子基座的平面图；
图4D是根据本公开实施例的图4C中的光子集成电路的另一个子基座的侧视图；
图4E是根据本公开实施例的光子集成电路的子基座的另一种构造的侧视图；
图4F是根据本公开实施例的图4E中的光子集成电路的子基座的另一种构造的侧视图；
图4G是根据本公开实施例的光子集成电路的子基座的另一种构造的侧视图；
图4H是根据本公开实施例的光子集成电路的另一种构造的侧视图；
图5A示出了根据温度而变化的光源的工作波长λo和干涉仪的最大透射率波长；
图5B示出了根据温度而变化的光源的工作波长λo和干涉仪的最大透射率波长；
图6A示出了光子集成电路中的光学部件的布局；
图6B示出了子基座上的热导体的布局以及光子集成电路的基板上的光学部件的布局；
图7示出了根据第一波导臂与第二波导臂之间的平均温差而变化的波长偏移的量；以及
图8是指示用于在设置在其上具有热导体的子基座上的光子集成电路中利用光源的工作波长调节干涉仪的最大透射率波长的方法的步骤的流程图。
虽然上述附图阐述了目前公开的实施例，但也可以设想其它实施例，如该讨论中所指出的。本公开通过代表而非限制来给出说明性实施例。本领域技术人员可以设计落在目前公开的实施例的原理的范围和精神内的许多其它修改和实施例。
具体实施方式
以下描述仅提供示例性实施例，而不旨在限制本公开的范围、适用性或配置。更确切地说，示例性实施例的以下描述将向本领域技术人员提供用于实现一个或多个示例性实施例的使能描述。设想可以在元件的功能和布置方面做出各种改变，而不背离如所附权利要求中阐述的主题的精神和范围。
下面参考附图描述本发明的各种实施例。还应当注意的是，附图仅旨在促进本发明具体实施例的描述。另外，图中所示的尺寸和形状旨在促进对实施例的描述，因而，本发明不限于所示的尺寸或形状。它们不旨在作为本发明的详尽描述或作为对本发明范围的限制。此外，结合本发明的特定实施例描述的方面不一定限于那个实施例，并且可以在本发明的任何其它实施例中实践。
本发明的一些实施例基于认识到波长选择性操纵器对于由温度波动引起的波长变化敏感。
图1A是根据本公开实施例的光子集成电路100的透视图。光子集成电路100包括集成在具有接触层30的基板10上的光学部件。光子集成电路100经由基板10的底部和接触层30附连到子基座40。子基座40附连到温度控制热电冷却器50(例如，珀尔帖(peltier)设备)。温度控制热电冷却器50可以被称为冷却设备50。基板10可以是半导体基板，诸如磷化铟(InP)、砷化镓(GaAs)、氮化镓(GaN)和硅(Si)。另外，子基座40可以由硅、氮化铝(AlN)或氧化铝形成。
图1B是图1A的光子集成电路100的平面图。光子集成电路100包括光学构件11-21，它们是第一光源11、第二光源12、第一输入波导13、第二输入波导14、马赫-曾德尔干涉仪21以及具有输出端口20的输出波导19。马赫-曾德尔干涉仪21还包括光学元件15-18。
根据制造工艺设计，光子集成电路100的光学构件11-21可以完全或部分地埋入基板10中，并且光子集成电路100可以用预定的钝化膜(未示出)覆盖。由于本公开中的图仅仅是为了解释光子集成电路100的每个构件和部件而提供的，因此省略了光子集成电路100的钝化膜或掩埋结构。
马赫-曾德尔干涉仪21的光学元件15-18可以是2x2耦合器15、第一信号波导臂16、第二信号波导臂17以及2x1耦合器18。2x2耦合器15可以被称为第一耦合器15并且2x1耦合器18可以被称为第二耦合器18。第一耦合器15包括两个输入端口和两个输出端口。第二耦合器18包括两个输入端口和一个输出端口。输出端口20耦合到光纤60，以便在有或没有透镜的情况下发送光学信号。第一光源11和第二光源12可以是激光二极管(LD或半导体激光器)。在一些情况下，第一光源11和第二光源12可以是电吸收调制激光器(EML)。第一光源11从第一光源11的输出端口发送具有第一峰值波长λ1的第一光束。第一光束传播通过第一输入波导13并被输入到第一耦合器15的第一输入端口。第二光源12从第二光源12的输出端口发送具有第二峰值波长λ2的第二光束。第二光束传播通过第二输入波导14并被输入到第一耦合器15的第二输入端口。第一耦合器15将第一光束分割成第一光信号并将第一光信号的一半通过第一信号波导臂16发送到第二耦合器18的输入端口，并且将第一光信号的其余部分通过第二信号波导臂17发送到第二耦合器18的另一个输入端口。另外，第一耦合器15将第二光束分割成第二光信号并将第二光信号的一半通过第一信号波导臂16发送到第二耦合器18的输入端口，并且将第二光信号的其余部分通过第二信号波导臂17发送到第二耦合器18的另一个输入端口。第二耦合器18组合第一光信号和第二光信号，并通过输出波导19(输出臂19)从第二耦合器18的输出部分发送组合的信号。另外，光纤60被耦合到第二耦合器18的输出端口20，用于经由光纤60将组合的信号发送到光信号接收器(未示出)。马赫-曾德尔干涉仪21包括光学部件15-19。两个波导臂16与17的长度是不同的，并且在16和17之后的光信号的相位关系取决于波长。波导臂16与17的差异确定透射率的周期性和确切峰值波长。
图1C是从图1B中的截面A-A'看到的光子集成电路100的侧视图。子基座40经由设置在子基座40上的热导体41键合到接触层30。基板10的厚度可以是20μm至300μm。例如，基板10的厚度可以是100μm。子基座40通过接触层30接触基板10。接触层30可以是厚度近似为0.1-0.5μm的金(Au)。子基座40容纳在冷却设备50上，用于光子集成电路100的热管理。根据热管理设计，冷却设备50可以附连有散热器(未示出)。子基座40可以由氮化铝(AlN)基板、硅基板或玻璃基板形成。热导体41可以是厚度大约为的金(Au)或金-锡(Au/Sn)合金膜。金-锡的组成可以是80％的金和20％的Sn。子基座40上的热导体41-43的布置在光子集成电路100中提供各种温度分布，这将在下面讨论。
在光子集成电路100的操作期间，光源11和12发热并且热量经由热导体41扩散(传导)到子基座40并且到达冷却设备50。因此，设置第一波导臂16和第二波导臂17的位置处的温度由于从第一光源11和第二光源12传导的热量而上升超过环境温度(例如，高于室温)。在操作期间的稳定状态下，第一波导臂16和第二波导臂17达到设计的(预定的)温度范围。
图2A示出了设置在根据本公开实施例的光子集成电路中的干涉仪的透射光谱。所指示的波长是用于解释耦合器的透射光谱与光源的工作波长的波长之间的关系的示例值。透过光谱S1示出了在最大透射率波长λm处的最大透射率T。在本公开中，最大透射率波长λm指示与干涉仪的透射光谱中的最大透射率对应的波长。干涉仪可以是光学滤波器或耦合器(组合器)。
指示光源的工作波长λo在预定的波长范围λm±Δλ内被匹配，以避免在传播通过干涉仪时信号强度的损失。光源可以是激光二极管或电吸收调制激光器(EML)。例如，当使用激光二极管作为光源时，工作波长λo可以是激光二极管的激射波长。
如上面所提到的，光源的工作波长λo位于透射光谱S1的预定波长变化范围λm±Δλ内，与最大透射率波长λm很好地匹配，其中Δλ是从波长λm的预定因子获得的可接受的变化波长；即，Δλ＝α×λm。例如，当最大透射率波长λm被设计为1.3μm(1300nm)时，Δλ可以是因而，当假设Δλ＝1.3nm时，预定的波长范围λm±Δλ可以是最大透射率波长λm可以是在1.260μm至1.625μm范围内的另一个波长。如图中看到的，当工作波长λo位于预定的波长范围(波长变化)λm±Δλ内时，在操作光子集成电路100时经由干涉仪的信号强度的传输损失显著较低(减小)。
当光源的工作波长λo和最大透射率波长λm适当地匹配时，获得足够的透射率T，用于执行信号经由干涉仪的有效传输。另一方面，如果透射光谱S1朝着更长或更短的波长偏移，那么工作波长λo变得超出波长范围λ'm±Δλ'，并且在传播通过干涉仪时在工作波长λo处的透射率T'产生大量的信号传输损失。
当干涉仪的材料的光学性质(例如，有效折射率)随着材料的温度而改变时，可以发生这种情况。根据我们的知识，在一些情况下，最大透射率波长λm的温度依赖性可以近似为(或nm/K)。这指示，当干涉仪温度升高1℃(1K)时，具有最大透射率波长λm的透射光谱朝着较长波长偏移0.09nm。应当注意的是，当工作波长λo在预定波长范围λm±Δλ的边缘附近时，透射光谱的0.1nm至0.2nm偏移可以显著增加通过干涉仪的信号损失。
例如，一些光子集成电路包括工作功率大约为100mW的光源及干涉仪，它们在完全相同的基板上相隔数百微米布置。在这种情况下，干涉仪可以在光源操作期间由于从光源传导的热量而升高几摄氏度(℃)。
图2B示出了设置在根据本公开实施例的光子集成电路中的另一个干涉仪的另一个透射光谱。干涉仪具有最大透射率波长为λm的透射光谱S1。在这种情况下，光源的工作波长λ'o位于透射光谱S1的波长变化范围λm±Δλ之外。当制造干涉仪期间发生工艺变化时，会发生这种情况。图2B还指示具有最大透射率波长λ”m的透射光谱S1”，其中最大透射率波长λ”m具有波长变化范围λ”m±Δλ”。透射光谱S1的透射率T在工作波长λ'o处相当低，而透射光谱S1”的透射率T”足够高。因而，如果透射光谱S1偏移到透射光谱S1”，那么信号可以经由干涉仪被有效地发送。根据本公开的实施例，有可能通过控制光子集成电路的基板的局部热传导来朝着透射光谱S1”移动透射光谱S1。例如，当光源生成的热量可以被有效地传送到干涉仪以升高干涉仪的温度时，透射光谱S1可以朝着透射光谱S1”偏移。
本发明的一些实施例提供允许管理包括MZI的光子集成电路的局部温度的方法和光子集成电路，用于在预定范围内匹配耦合器的峰值波长和光源的工作波长而无需额外的局部主动(active)温度控制单元。
温度分布的模拟
光子集成电路100中的温度分布的模拟在图3A、图3B和图3C中示出。假设光子集成电路100的构造为图1A和图1B。在模拟中，虽然使用了光子集成电路的示例构造，但是模拟结果可以应用于光子集成电路的替代设计，以控制或设计光子集成电路的温度分布。作为设计变量，热导体的布置被改变。在模拟中用于模拟目的的其它参数如下所示。
●光子集成电路的尺寸：0.4mm×2.4mm
●热源：各自以100mW工作的400μm长的两个光源，分别设置在基板100的左端
●基板：厚度为0.1mm的磷化铟(InP)
图3A是针对根据本公开实施例的子基座上的热导体的不同布置指示光子集成电路的温度分布的模拟结果。
在子基座的右端和左端布置有具有不同区域的热导体。厚度为5μm的金膜被布置作为热导体的材料。子基座可以是高导热材料，诸如氮化铝(AlN)或氧化铍(BeO)。热导体的各种布置分别被示为布置(a)、(b)和(c)。
布置(a)包括其上设置有光源的单个热导体(子基座的左端)。热导体的区域可以覆盖包括第一光源和第二光源(400μm宽，参见图3A)的区域。温度立即下降一直到热导体的边缘，并在大约305K保持恒定。图3A中的单个热导体可以被称为第一热导体。
由于恒温区域与其上设置干涉仪的区域对应，因此干涉仪的温度由于从光源传导的热量而从环境温度升高大约2K(2℃C)。当透射光谱需要朝着较长波长的透射光谱偏移时，这种效果可以应用于光子集成电路。
除了图3A的第一热导体之外，布置(b)还包括在子基座的右端的50μm宽的热导体(第二热导体)。温度从第一热导体的右边缘到子基座的右端线性下降。通过布置附加的热导体，线性温度下降的效果可以应用于任意控制光子集成电路中的温度分布。
布置(c)示出了热导体完全覆盖子基座的情况。在这种情况下，温度立即下降到子基座的右端并保持在环境温度。当干涉仪的温度被设计为留在环境温度时，可以应用这种效果。
图3B是针对根据本公开实施例的子基座上的热导体的不同区域指示光子集成电路的温度分布的模拟结果。第一热导体的面积从400μm到800μm变化。这指示可以通过在维持第二热导体的面积恒定的同时任意地改变第一导体的面积来在预定温度范围(例如，图3B中的0.85K)中准确地调节干涉仪周围的温度分布。
图3C是针对根据本公开实施例的子基座上的热导体的不同面积覆盖率指示光子集成电路的温度分布的模拟结果。在这种情况下，第二热导体的面积减小到1/4。温度从第一热导体的右边缘到子基座的右端线性下降。温度下降的斜率可以通过改变第二热导体的面积来控制。换句话说，可以将透射光谱朝着较长的波长调节小的波长量。
干涉仪温度的调节
因而，本公开的一些实施例基于以下认识：具有布置在基板上的光学部件的光子集成电路包括子基座，该子基座具有分开布置在子基座上的热导体，用于提供光源的工作波长和干涉仪的透射光谱之间的匹配。在这种情况下，光子集成电路包括：第一光源和第二光源，分别被配置为经由第一输入波导和第二输入波导发送第一光束和第二光束；第一耦合器，被配置为将从第一输入波导和第二输入波导接收的第一光束和第二光束分割成第一信号和第二信号并且经由第一信号波导和第二信号波导发送第一信号和第二信号；第二耦合器，被配置为组合经由第一信号波导和第二信号波导从第一干涉仪接收的第一信号和第二信号并经由第三波导发送组合的信号；接触金属层，在基板的背侧上形成；以及子基座，被配置为经由子基座的热导体接触接触金属层，其中热导体包括具有第一热导率的第一热导体和具有第二热导率的第二导体，其中第一热导率大于第二热导率，并且第一导体被布置为完全覆盖第一光源和第二光源的底部区域。
另外，第一热导体的面积大于第二热导体的面积，并且第一光源和第二光源被布置为相比第二热导体而言更接近第一热导体。图4A是根据本公开实施例的光子集成电路的子基座的平面图。在该图中，布置在光子集成电路100中的光学部件11-19由虚线指示。子基座40包括在子基座40的顶部上的具有第一热导率的第一热导体41、具有第二热导率的第二热导体42(参见图4B)以及具有第三热导率的第三热导体43。第一热导体41被布置为包括第一光源11和第二光源12的近似区域，并且第三热导体43被布置为部分地包括输出波导19的区域。另外，第二热导体42可以包括具有空气的热导率的气隙。
图4B示出了图4A中所示的光子集成电路100的子基座40的侧视图。可以看出，第一热导体41被定位成经由接触层30支撑第一光源11和第二光源12。第三热导体43被布置为支撑光子集成电路100的输出波导19和输出端口20的区域。由于第三热导体43还用于支撑在设置于光通信系统中时具有要连接到光纤60的输出端口20的输出波导19，因此第三热导体43和第一热导体41被布置为具有相同的厚度，以维持机械强度以及从第一光源11和第二光源12经由光学部件13-19到输出波导19的光学对准。
在这种情况下，使用空气(气隙)作为第二热导体42，其中空气的热导率假设为大约0.002(W/m-K)。第一导体41和第三导体43可以是完全相同的材料。例如，第一导体41和第三导体43可以是金膜，其中金具有近似310(W/m-K)的热导率。
热导体的这种构造与图3A的布置(b)、图3B的布置(d)和图3C的布置(f)相关。当在维持第三热导体43的面积不变的同时改变第一热导体11的面积时，第一耦合器15和第二耦合器18的区域的温度可以用小的温度阶梯精确地控制，因为由第一光源和第二光源生成的热量的主要的量经由接触层30垂直地流向第一热导体，并且热量的其余部分沿着基板10和接触层30流向第三热导体。在这种情况下，由于第二热导体42是具有第三热导率的气隙，因此可以忽略流过该气隙的热量。换句话说，第一热导体41的热阻小于第二热导体42的热阻，并且第三热导体43的热阻小于第二热导体42的热阻。另外，由于第一热导体41的面积大于第三热导体43的面积，因此第一热导体41的热阻小于第三热导体43的热阻。
根据本公开的实施例，第一热导体12的区域可以被布置为完全包括第一光源11和第二光源12的区域。即，由第一光源11和第二光源12生成的热量通过第一热导体12经由基板10和接触层30垂直且有效地传导。
在一些情况下，第二热导体42可以是具有近似0.35(W/m-K)的热导率的环氧树脂，使得第二热导率比第一热导小近似三个数量级。
图4C是根据本公开实施例的光子集成电路的另一个子基座的平面图。在这种情况下，第一热导体41与图4A的第一热导体41完全相同，第二热导体42是气隙，并且第三热导体43是被布置为仅支撑输出波导19的预定区域的环氧树脂。图4D中示出了子基座40的侧视图。由于第三热导体43由环氧树脂形成，因此第一热导体41的第一热导率比第三热导率大至少一个数量级。当使用5um厚的金膜作为第一热导体41时，第一热导率(金：)比第三热导体大近似三个数量级。另外，由于第二热导体42是空气，因此第三热导率比第二热导率大一个数量级。子基座40的热导体的这种构造允许累积从光源11和12传导的热量并且以近似恒定的温度分布升高第一耦合器15和第二耦合器18的温度。这种情形与图3A中的布置(a)的情况相似。当最大透射率波长λm小于(短于)上面关于图2B论的工作波长λo时，可以应用这个效果。
图4E是根据本公开实施例的光子集成电路的另一个子基座的平面图。在这种情况下，第三导体43是环氧树脂并且被布置为完全覆盖子基座40的右端，而第二热导体42可以是与第一热导体41和第三热导体43之间的区域对应的气隙、二氧化硅膜或玻璃膜。这种构造可以使第一耦合器15和第二耦合器18的区域的温度从图4D的情况稍微降低。
图4F是根据本公开实施例的光子集成电路的子基座的另一种构造的侧视图。在这种情况下，第二热导体42可以是半导体材料，诸如硅磷化铟或砷化镓
图4G是根据本公开实施例的光子集成电路100的子基座的另一种构造的侧视图。在这种情况下，第二热导体42可以是包括子基座中的凹槽的气隙，以进一步减少从光源11和12到输出波导19的横向热传递，使得光源11和12与输出波导19之间的温度梯度变得平缓。
图4H是根据本公开实施例的光子集成电路100的另一种构造的侧视图。在这种情况下，可以选择性地省略接触层30，以进一步减少横向热传递。第二热导体42可以是任何物体，包括气隙、二氧化硅膜或金膜。
干涉仪的透射光谱的调节
图5A示出了根据温度而变化的光源的工作波长和干涉仪的最大透射率波长。假设折射率相对于光源和干涉仪的温度依赖性相似且线性地改变，因为光子集成电路中的光源和干涉仪一般由相似的半导体材料制造。但是，即使在由于使用不同材料而使得温度依赖性或温度敏感性(图中的斜率)彼此不同的情况下，用于调节干涉仪的透射光谱的方法也可以应用于基于本公开中描述的实施例的光子集成电路的其它构造。
图5A指示光源在工作波长λo和温度TL下工作，并且干涉仪在温度TM下具有大于工作波长λo的最大透射率波长λm(λo<λm)。在这种情况下，工作波长λo超出干涉仪的波长的预定范围(可接受范围)λm±Δλ。换句话说，工作波长λo比最小可接受波长λm-Δλ短，其中Δλ是可接受的偏差波长。根据该图，如果最大透射率波长λm偏移到与工作波长λo匹配的另一个最大透射率波长λ'm，那么可以减少经由干涉仪的信号强度的显著传输损失。如图中所指示的，最大透射率波长λ'm是通过将最大透射率波长λm减小调节波长δλ而得到的，即λ'm＝λm-δλ＝λo。这可以通过将干涉仪的温度TM降低调节温度ΔT'来实现。如以上所讨论的，例如在图3A中，干涉仪的温度可以通过热导体的构造而降低。关于布置(a)和(c)，可以通过用热导体材料完全覆盖子基座(参见从0.4mm到刻面端部的位置)来实现近似2K的温度降低。这个关系指示，这种温度降低可以足以将最大透射率波长从λm调节到λ'm。例如，在这种情况下，热导体可以是5μm厚的金膜。
图5B示出了根据温度而变化的光源的工作波长和另一个干涉仪的最大透射率波长。它指示光源在工作波长λo和温度TL下工作，并且干涉仪在温度TM下具有大于工作波长λo的最大透射率波长λm(λo>λm)。在这种情况下，工作波长λo超出干涉仪的预定波长范围λm±Δλ。换句话说，工作波长λo大于最大可接受波长λm+Δλ。光子干涉仪的这种构造将在信号传播通过干涉仪时造成信号强度的显著透射损失。根据该图，如果最大透射率波长λm偏移到与工作波长λo匹配的另一个最大透射率波长λ'm，那么信号强度的显著传输损失可以降低。如该图中所指示的，最大透射率波长λ'm是通过使最大透射率波长λm增加调节波长+δλ而获得的，即，λ'm＝λm+δλ＝λo。这可以通过将干涉仪的温度TM升高调节温度ΔT'来进行。如上面所讨论的，例如在图3A至图3C中，干涉仪的温度可以通过改变热导体的构造来增加。根据图3A中的布置(a)和(c)，通过用热导体材料部分地覆盖子基座(参见布置(a)中从0.4mm到刻面端部的位置)，干涉仪的温度可以升高近似2K。这个关系指示，这种温度增加可以足以将最大透射率波长从λm调节到λ'm。例如，热导体可以是仅部分地覆盖基板的预定区域的5μm厚的金膜。在这种情况下，预定区域被设计为近似与光源的区域对应。参见图3A、图4C和图4D。更具体而言，热导体可以包括具有第一热导率的第一热导体41、具有第二热导率的第二热导体42和具有第三热导率的第三热导体43。例如，第一热导率比第二热导率和第三热导率大至少一个数量级。另外，第一热导体41可以是5μm厚的金膜，第二热导体42可以是空气，并且第三热导体43可以是环氧树脂。因为输出波导19的输出端口20连接到光纤60并且需要机械强度，所以可以布置第三热导体43以用于支撑光子集成电路100的输出波导19的部分。
在一些情况下，当制造工艺变化造成干涉仪的波长变化时，干涉仪的最大透射率波长可以被定位在短于光源的工作波长λo的波长处。在这种情况下，工作波长λo不在预定的波长范围内λm±Δλ，这也导致在信号光束传播通过干涉仪时信号强度的显著损失。
热导体41可以包括至少两个部分，以在第一耦合器15和第二耦合器18的预定透射光谱范围内基本上包括光源11和12的工作波长。
在以上讨论的示例中，假设第一耦合器15和第二耦合器18沿着基板10上从光源11和12到输出端口20的宽度方向W串联对准，如图4A中所示。在这种情况下，可以假设干涉仪的两个波导臂的平均温度近似相同，因为从光源11和12流到第三热导体43的热量同等地升高基板10的各部分的温度，其中这些部分位于距光源11和12近似相同的距离处。例如，参见图3A中的轮廓(b)、图3C和图3B中的轮廓(e)和(f)，温度近似根据从第一导体的端部到第三导体的距离而减小。
在一些情况下，期望根据光子集成电路100的设计布局来改变基板10上的耦合器15和18以及波导臂16和17的布置。
图6A示出了光子集成电路100中的光学部件11-19的布局，其中耦合器15和18被布置在基板10上距光源11和12近似相同的距离处。在这种情况下，与波导臂17相比，波导臂16几乎布置到光源11和12。
通过给予干涉仪的两个波导臂不同的温度，波长偏移可以显著增加。让我们将L1和L2、β1和β2、T1和T2分别定义为波导臂1和臂2的长度、传播常数和温度。温度T1可以是波导臂16在整个臂长度L1中的平均温度，并且温度T2可以是波导臂17在整个臂长度L2中的平均温度。
在理想MZI之后的光信号A可以表示为，
A＝[exp(jβ1L1)+exp(jβ2L2)]/2。
由于传播常数β可以表示为
β＝2πn/λ,
其中n是有效折射率，因此在线性近似中，
Δβ＝2πΔn/λ。
光信号A取决于两个波导臂的相对相位。如果两个波导臂具有相同的平均温度，那么相对相位可以表示为
Δβ(L2–L1),
因为Δβ＝Δβ1＝Δβ2。换句话说，只有长度的差异影响相位差。但是，如果只有波导臂1具有不同的温度，那么相对相位差为ΔβL1，并且相对相位差现在变得更大。
例如，如果干涉仪需要4.5nm的波长分离，那么需要ΔL＝L2-L1＝50μm。如果我们选择L1＝1000μm并且L2＝950μm，那么波长偏移会变大20倍。
图7示出了根据第一波导臂和第二波导臂之间的平均温差而变化的波长偏移量。波长偏移的量近似地随着波导臂之间的温差而增加。例如，当干涉仪(耦合器)的最大透射率波长比光源的工作波长短1nm波长时，可以通过在第一波导臂16与第二波导臂17之间生成1℃(1K)的温差来使最大透射率波长与光源的工作波长匹配。这种温差的量可以通过基于图6B和图3A-3C应用热导体41和43的布局来实现。例如，当第一波导臂16的中心和第二波导17的中心相隔1mm时，根据图3A的布置(b)可以生成近似0.45℃(0.45K)的温差，然后可以将最大透射率波长朝着更长的波长调节1.8nm。换句话说，当光源的工作波长λo是1300nm并且干涉仪(耦合器)的最大透射率波长λm是1298.2nm时，通过使用图6B的子基座的热导体的布局生成1℃的温差可以将干涉仪的最大透射率波长调节到1300nm。
根据本公开的实施例，温度范围被设计为使得第一耦合器15和第二耦合器18的透射温度谱的峰值波长在设计的波长范围内近似匹配。
热导体41设置在子基座40上，使得第一光源11和第二光源12的工作波长在第一耦合器(干涉仪)15和第二耦合器(干涉仪)18的预定的透射波长范围内，该预定的透射波长范围设置在预设的波长范围内。
本公开的一些实施例认识到以下事实：光源11和12的工作波长由于在操作期间从光源生成的热而变化，并且透射率的峰值波长根据从光源11和12传导的热而变化。热导体41可以由不同的导热材料形成。另外，在子基座上构图的热导体41和42可以是Au/Sn薄膜、Cu镀、氮化铝或金复合合金。
图8示出了指示用于在设置在其上具有热导体的子基座上的光子集成电路中利用光源的工作波长调节干涉仪的最大透射率波长的方法的步骤的流程图。虽然这些步骤是针对一个光源描述的，但是这种方法可以应用于光子集成电路的两个光源和具有不对称波导(波导臂)的干涉仪。
在步骤S1中通过光学测量确定光源的工作波长。基于在光子集成电路的制造工艺之后测得的波导和干涉仪的几何尺寸，在步骤S2中确定光源的工作波长。当在步骤S3中工作波长λo大于最大可接受波长λm+Δλ时，对于要与光子集成电路的基板的底部连接的子基座，执行分别具有第一区域和第二区域的第一热导体和第二热导体的布置。在这种情况下，在步骤S5中布置为使得第一区域包括(一个或多个)光源的区域并且大于第二区域，并且第二区域在与光源相对的端部处。当在步骤S3中工作波长λo处于可接受的波长范围λm±Δλ内时，在步骤S6中第一热导体或第二热导体被布置为包括光子集成电路中(一个或多个)光源、干涉仪和波导的区域。
在一些情况下，当工作波长λo比最小可接受波长λm-Δλ短时，第一区域可以被布置为小于第二区域，使得第一热导体的热阻(热接触电阻)小于第二热导体的热阻。这将使得由(一个或多个)光源生成的热在(一个或多个)光源的部分处比在子基座上的第二热导体的部分处更多地累积。当子基座利用冷却设备(诸如珀尔帖设备)主动冷却时，第二热导体的该部分的温度可以被高效地降低，而第一热导体的与(一个或多个)光源对应的部分不下降，因为第一热导体的热阻小于第二热导体的热阻。第一热导体与第二热导体之间的这种热阻平衡可以使工作波长λo变得更大(更长)并且最小可接受波长λm-Δλ变得更短，这减小了λm-λo的量并且可以应用于工作波长λo与最大透射率波长λm的匹配。
而且，本文概述的各种方法或处理可以被编码为可在采用各种操作系统或平台中的任何一种的一个或多个处理器上执行的软件。此外，这种软件可以使用多种合适的编程语言和/或编程或脚本工具中的任何一种来编写，并且还可以被编译为在框架或虚拟机上执行的可执行机器语言代码或中间代码。通常，程序模块的功能可以根据需要在各种实施例中组合或分布。
而且，本发明的实施例可以体现为已经提供了其示例的方法。作为该方法的一部分被执行的动作可以以任何合适的方式排序。因而，可以构建其中以不同于所示的次序执行动作的实施例，这可以包括同时执行一些动作，即使在说明性实施例中示为顺序动作。另外，在权利要求中使用诸如“第一”、“第二”等序数术语修改权利要求要素本身并不意味着一个权利要求要素相对于另一个权利要求要素的任何优先权、优先顺序或次序或者执行方法的动作的时间次序，而是仅用作标签来区分具有某个名称的一个权利要求要素与具有相同名称(但是为了使用序数术语)的另一个要素，以区分这些权利要求要素。
虽然已经参考某些优选实施例描述了本公开，但是应当理解的是，可以在本公开的精神和范围内进行各种其它适应和修改。因此，所附权利要求的方面覆盖落入本公开的真实精神和范围内的所有此类变化和修改。