光波导调谐元件

背景技术

光波导装置可以形成在诸如硅的衬底上，其中波导包覆层由第一材料(例如，氧化硅)形成，并且芯材料的横截面基本上是正方形或矩形，并且由具有比包覆材料更高的折射率的第二材料(例如，硅、Si、或氮化硅、SiN等)形成。由于光基本上在芯材料内被引导，因此由芯材料形成的结构通常被称为波导，而不涉及包覆材料，在一些示例中，包覆材料可以是空气或具有比芯材料更低的折射率的电介质。波导(即，芯材料)的横截面尺寸可以至少部分地取决于用于形成波导的材料，特别是取决于波导材料的折射率。

可调谐波导装置可以例如使用可移动元件(例如MEMS装置或更大的光学元件)、热光效应或电光效应来制造。在后两个示例中，通过使电流通过例如靠近波导定位的加热元件来改变波导(即芯)材料的光学性质(例如折射率)来实现调谐。可移动元件的运动或光学特性的变化的不准确性(例如，由于缺乏对使用热光效应的装置中的加热效应的控制)导致调谐误差，并且这可能显著损害可调谐波导装置的性能。

下面描述的实施例不限于解决已知可调谐波导装置的任何或所有缺点的实施。

发明内容

提供本发明内容是为了以简化的形式介绍一些概念，这些概念将在下面的具体实施方式中进一步描述。本发明内容不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。

描述了一种用于诸如光学相控阵列(OPA)的光波导装置的可调谐元件。所述可调谐元件包括三个波导部，所述三个波导部被布置成使得光传播通过第一波导部，然后通过第二波导部，然后通过第三波导部，其中光从一个波导部渐逝地或直接地耦合到下一个波导部。所述可调谐元件进一步包括靠近所述第二波导部形成的一个或多个电阻加热垫。所述第一波导部和所述第三波导部由第一材料形成，并且所述第二波导部由不同的第二材料形成，并且所述第二材料比所述第一材料更具热光灵敏性。

第一方面提供了一种用于光波导装置的可调谐元件，所述可调谐元件包括：第一波导部，所述第一波导部由第一材料形成；第二波导部，所述第二波导部由第二材料形成并且被布置成接收从所述第一波导部耦合的光；第三波导部，所述第三波导部由所述第一材料形成并且被布置成接收从所述第二波导部耦合的光；以及靠近所述第二波导部的一个或多个电阻加热垫，其中所述第二材料比所述第一材料更具热光灵敏性。

第二方面提供了一种可调谐光波导装置，其包括本文所述的一个或多个可调谐元件。

第三方面提供了一种光学相控阵列，其包括如本文所述的一个或多个可调谐元件。

第四方面提供了一种制造用于光波导装置的可调谐元件的方法，该方法包括：由第一材料形成第一波导部和第三波导部；由第二材料形成第二波导部；在第二波导部上形成至少一层包覆材料；以及在包覆材料层的顶部上并且靠近所述第二波导部形成一个或多个电阻加热垫，其中所述第二材料比所述第一材料更具热光灵敏性。

如对本领域技术人员将显而易见的，优选的特征可以适当地组合，并且可以与本发明的任何方面组合。

附图说明

将参考以下附图通过示例的方式描述本发明的实施例，其中：

图1A和1B示出了两个示例可调谐波导装置的示意图；

图2A、2B和2C示出了用于可调谐波导装置的已知调谐元件的示意图；

图3A是用于可调谐波导装置的第一示例性改进的调谐元件的示意图；

图3B、3C和3D示出了穿过图3A所示的改进的调谐元件的三种不同变型的横截面；

图3E示出了穿过图3A所示的改进的调谐元件的另一横截面；

图3F是用于可调谐波导装置的第二示例性改进的调谐元件的示意图；

图3G是穿过图3F中所示的改进的调谐元件的横截面；

图4A是用于可调谐波导装置的第三示例性改进的调谐元件的示意图；

图4B、4C和4D示出了穿过图4A所示的改进的调谐元件的三种不同变型的横截面；

图4E示出了穿过图4A所示的改进的调谐元件的另一横截面；

图4F是用于可调谐波导装置的第四示例性改进的调谐元件的示意图；

图4G是穿过图4F中所示的改进的调谐元件的横截面；

图5是包括多个改进的调谐元件的示例可调谐波导装置的示意图；

图6A、图6B、图6C和图6D示出了制造用于可调谐波导装置的改进的调谐元件的四种不同的示例方法；

图7A、图7B、图7C和图7D示出了制造用于可调谐波导装置的改进的调谐元件的四种不同的示例方法；以及

图8A、图8B、图8C和图8D示出了制造用于可调谐波导装置的改进的调谐元件的四种不同的示例方法。

在整个附图中使用共同的附图标记来指示类似的特征。

具体实施方式

下面仅通过示例的方式描述本发明的实施例。这些实施例代表了申请人目前已知的将本发明付诸实践的最佳方式，但是它们不是可以实现这一点的唯一方式。该描述阐述了示例的功能以及用于构造和操作示例的步骤序列。然而，可以通过不同的示例来实现相同或等同的功能和顺序。

如上所述，可调谐波导装置(例如，OPA或VOA(可变光学衰减器))可以例如使用热光效应来制造。这样的可调谐波导装置通过将光路102分成多个光路104、106来操作，多个光路中的每一个包括单独的波导，将可变相位变化引入到一个或多个光路中(使用依赖于热光效应的一个或多个调谐元件112)，并且随后重新组合来自多个光路中的一些或全部的光。由一个或多个调谐元件112引入的任何相位变化导致光不同地重新组合(例如，作为来自不同光路的光之间的干涉的结果)。图1A中示出了示例性可调谐波导装置100。

调谐元件112能够改变输出的光的相位，并且通过加热波导来改变调谐元件内的波导(即芯)材料的光学特性(即折射率)来实现相位变化。加热可以通过使电流通过电阻加热垫(其可以例如由金属、掺杂硅条或其他材料形成)来实现，该电阻加热垫靠近波导定位(例如，在波导上方或旁边)。

虽然图1A示出了使用两个不同的分离器结构108、110分离然后重新组合光的示例可调谐波导装置，但是在其他示例中，例如图1B所示的第二示例可调谐波导装置120，形成多个光路中的每一个的波导可以以反射元件114终止，使得相同的分离器结构108用于分离和重新组合光。虽然图1A和1B中所示的两个示例装置100、120示出了光被分成两个光路，但是在其他示例中，可以使用任何合适的分光器布置将光分成两个以上光路(例如，分成八个光路)。

在图1A和1B所示的示例装置100、120中，在多个光路104、106中的一个中存在单个调谐元件112；然而，在其他示例中，在多个光路中的一个以上光路中可以存在调谐元件，并且在各种示例中，在多个光路中的每个光路中可以存在调谐元件。在可调谐元件包括在多个光路中的一个以上光路内的示例中，不同光路内的可调谐元件可以引入不同的相位变化(例如，通过可调谐元件的不同尺寸和/或使不同的电流通过可调谐元件内的电阻加热垫)。可以使用各种技术(诸如在包覆材料中形成的沟槽)来提供相邻可调谐元件之间的热隔离。

图2A示出了波导装置中的可调谐元件(例如，可调谐元件112)的示意图(平面视图)。可调谐元件包括波导(即波导芯)202和电阻加热垫204。光的传播方向由图2A中的箭头示出，尽管如上所述(例如，参考图1B)，但是在各种示例中，光也可以在相反方向上传播通过可调谐元件。

图2B和2C示出了穿过图2A的可调谐元件的两个示例横截面。图2B中所示的第一横截面是垂直于光通过波导202的传播方向截取的，如图2A中的虚线Y-Y'所示，并且图2C中所示的第二横截面是通过波导202的中心并沿着光通过波导202的传播方向截取的，如图2A中的虚线X-X'所示。

如图2B和2C所示，波导202被包覆材料203包围。在图2B和2C中，电阻加热垫204被示出为形成在波导202上方的层中，并且在波导202和加热垫204之间存在包覆材料203的薄层。然而，在其他示例中，电阻加热垫204可以形成在波导202下方的层中，或者可以形成在与波导202基本上相同的平面中并且与波导202相邻。在许多示例中(例如，在加热垫204由金属形成的情况下)，在波导202和加热垫204之间存在一层包覆材料203(例如，以防止金属吸收到波导202中)，并且该层的厚度可以例如在小于一微米到几微米的范围内。例如，可以基于光学损耗目标和装置的热效率来选择层的厚度。

通过电阻加热垫204对波导202的加热改变了波导202的加热部分中的折射率，并且折射率的这种变化导致从可调谐元件输出的光的相位变化。波导202的加热中的任何控制或精度的缺乏(例如，波导202中的任何不可预测或可变的热扩散)导致相位误差，并且这可能显著损害包括可调谐元件的可调波导装置的性能。

本文描述了一种改进的可调谐元件，其中减小或消除了通过波导的加热引入的相位误差。这种改进的可调谐元件可以形成任何可调谐波导装置(例如，OPA或VOA)和/或集成光子系统的一部分。如下面详细描述的，改进的可调谐元件包括沿着光的传播方向的三个相邻的波导部，使得光从第一部耦合到第二部中并且从第二部耦合到第三部中。第一部和第三部由第一材料(例如SiN或SiON)或材料组合形成，并且第二部由比第一材料更具热光灵敏性的第二材料(例如硅、非晶硅或多晶硅)或材料组合形成。改进的可调谐元件进一步包括电阻加热垫，该电阻加热垫具有与第二部的长度相同的长度(沿着光的传播方向测量)。波导的所有三个部分都被包覆材料(例如氧化硅或聚合物)包围。

第一部和第三部可以被称为波导的“输入”、“输出”或“输入/输出”部，并且第二部可以被称为波导的“中心”部。如上所述，光传播通过第一部，然后通过第二部，然后通过第三部(或者对于在相反方向上传播的光，以相反的顺序)。

术语“热光灵敏性”在本文中用于指折射率随温度的变化(表示为dn/dT，其中dn是由于温度dT的变化而发生的折射率的变化)，其中较高的热光灵敏性是指具有较大dn/dT值的材料。

通过仅对靠近电阻加热垫的波导部(即第二部)使用具有较高热光灵敏性的材料，由另一(较不热光敏感的)波导材料(即第一和/或第三部)的无意加热引起的任何相变将显著小于由第二部的加热引起的相变。由于无意加热(例如，散热超过波导的第二部)引起的这种相位变化影响相位误差，因此与整个波导(即，波导芯)由相同材料形成的调谐元件(例如，如图2A-2C所示)相比，相位误差减小。

另外，通过对靠近电阻加热垫的波导部(即第二部)使用具有较高热光灵敏性的材料，需要较少的能量来在传播光中产生期望的相位变化，因此与具有完全由第一材料形成的波导的可调谐装置相比，整个可调谐元件300更有效。

另外，通过仅将具有较高热光灵敏性的材料用于波导的靠近电阻加热垫的部分，即第二部，而不用于波导的其余部分，即第一部和第三部，可以减少系统的整体光学损耗。例如，在Si用于第二部的情况下，波导损耗可以是1.5dB/cm，而SiN(其可以用于第一部和第三部)的波导损耗可以小于0.5dB/cm。

图3A示出了示例性改进的可调谐元件300的示意图(平面视图)。该改进的可调谐元件可以例如结合在诸如图1A和图1B所示的波导装置(例如，可调谐元件112)中。改进的可调谐元件300包括三个波导(即波导芯)部301-303和电阻加热垫304(其可以例如由TiN形成)。光的传播方向由图3A中的箭头示出，尽管如上所述(例如，参考图1B)，但是在各种示例中，光也可以在相反方向上传播通过可调谐元件300。

如上所述，第一波导部301和第三波导部303由具有第一dn/dT值S1的第一材料形成，并且第二(或中心)波导部302由具有第二dn/dT值S2的第二材料形成。第二材料比第一材料更具热光灵敏性，即S2>S1。

在示例中，第一材料是氮化硅SiN，并且S1＝2.4×10

硅和氮化硅仅提供可用于形成三个波导部301-303的材料的一个示例组合。在其他示例中，多晶硅或非晶硅可以用于第二波导部302。在另一示例中，第一材料是SiON，并且第二材料是硅、多晶硅或非晶硅。在另一示例中，第一材料是SiON，并且第二材料是SiN。在另外的示例中，可以使用材料的任何组合，其中第二材料具有比第一材料更高的热光灵敏性。在其他示例中，第一部和第三部可以不由单一材料制成，而是可以由第一材料组合(例如，形成波导芯的多层结构)形成。类似地，第二部可以不由单一材料制成，而是可以由第二材料组合形成(例如，形成波导芯的第二多层结构，其不同于用于第一和第三部的结构)。

第一波导部301和第三波导部303可以形成在同一层中，因此可以是共面的。第二波导部302可以在单独的工艺步骤中形成(因为它由不同的材料形成)，并且可以在与第一和第三波导部分离的层中形成，如图3B和3C所示。下面参考图6A-6D描述制造过程。

图3B、3C和3D示出了穿过图3A的可调谐元件300的三个不同的替代横截面，并且在所有这些图中，横截面是穿过波导部301-303的中心并且沿着光通过波导部301-303的传播方向截取的，如图3A中的虚线X-X'所示。在所有示例中，波导部301-303被包覆材料203包围，并且在所示的所有示例中，第二波导部302的长度(沿着光的传播方向测量)与电阻加热垫304的长度相同，并且第二波导部302的端部和电阻加热垫304的端部对准(在平行于光的传播方向的方向上)。然而，在其他示例(图中未示出)中，第二波导部302的长度(沿着光的传播方向测量)可以比电阻加热垫304的长度更长(例如，仅稍长)，使得电阻加热垫304在第二波导部302的端部之前终止。在前两个示例中，如图3B和3C所示，形成多层波导结构，其中第二波导部302处于与第一波导部301和第三波导部303的平面(或层)平行但间隔开的平面(或层)中。光从第一波导部301的端部竖直耦合并进入第二波导部302(即，进入第二波导部302的近端)，然后从第二波导部302的另一端竖直耦合并进入第三波导部303(即，进入第三波导部303的近端)。

为了提高竖直耦合的效率，波导部可以少量重叠(即，第一波导部和第二波导部少量重叠，并且第二波导部和第三波导部少量重叠)，如图3B和3C所示。这意味着电阻加热垫304可以与第一波导部和第三波导部的端部重叠；然而，由于形成第一和第三波导部的材料的热敏感性降低，因此由于这种重叠而引入的任何相位误差都非常小。

在图3B所示的第一示例中，第二波导部302的平面比第一波导部301和第三波导部303的平面更远离电阻加热垫304，即，在图3B所示的取向中，第一波导部301和第三波导部303的平面在第二波导部302的平面上方并且在电阻加热垫304的平面下方。在图3C所示的第二示例中，第二波导部302的平面比第一和第三波导部301、303的平面更靠近电阻加热垫304，即在图3C所示的取向中，第一和第三波导部301、303的平面在第二波导部302的平面下方，并且该平面又在电阻加热垫304的平面下方。

在图3D所示的第三示例横截面中，不存在多层波导结构，而是所有三个波导部301-303基本上在相同的平面中，其中光在第一和第二部301、302之间以及在第二和第三部302、303之间对接耦合。取决于实现竖直耦合(在图3B和3C的示例中)的方式，对接耦合可能更有损耗，因此图3B或3C的多层结构可以导致具有较少光损耗的可调谐元件。

图3E示出了穿过图3A所示的可调谐元件300的另一横截面；然而，与先前的横截面(图3B-3D中所示)不同，图3E中所示的横截面是垂直于光通过波导的第二部302的传播方向截取的，如图3A中的虚线Y-Y'所示。如图3E所示，尽管电阻加热垫304的长度与波导的第二部302相同(如沿着传播方向测量)，但是电阻加热垫304可以比波导的第二部302宽(如垂直于传播方向测量)，然而在其他示例中，电阻加热垫304和波导的第二部302的宽度可以相同，或者电阻加热垫304可以比波导的第二部302窄。

虽然图3A-3E示出了波导部的尺寸(例如，宽度和厚度，其中宽度垂直于传播方向并且在波导部的平面中测量，并且厚度垂直于传播方向和波导部的平面两者测量)基本上相同，但是在大多数示例中，第二波导部302的宽度和/或厚度不同于第一和第三波导部301、303的宽度和/或厚度，其中第一和第三波导部301、303具有相同的宽度和厚度。虽然在设计调谐元件300(或包括调谐元件300的波导装置)时可以选择不同波导部的实际尺寸，但是如果(形成第二波导部302的)第二材料的折射率高于第一材料的折射率，则传播光被更强烈地限制在波导内，并且第二波导部302的宽度和/或厚度可以小于第一和第三波导部301、303的宽度和/或厚度。在一个示例中，第一波导部301和第三波导部303可以由SiN(n＝2)形成并且可以是400nm厚和1000nm宽，而第二波导部302可以由Si(n＝3.5)形成并且可以是220nm厚和500nm宽。

此外，虽然图3B-3E示出了电阻加热垫304形成在所有波导部301-303上方，但是在其他示例中，取向可以反转，使得电阻加热垫304可以形成在低于所有波导部301-303的平面中。

图3F和3G示出了图3A-3E所示和上述的可调谐元件300的变型。在该示例性可调谐元件320中，代替在第二波导部302上方或下方的层中的单个电阻加热垫304，存在两个电阻加热垫304A、304B，在第二波导部402的任一侧有一个电阻加热垫，并且与第二波导部402基本上在相同的平面(或层)中。图3F示出了沿着光通过波导部301-303的传播方向的平面图和横截面(如图3F中的虚线X-X'所示)可以如图3B-3D中的任何一个所示，省略了电阻加热垫304。图3G示出了垂直于光通过波导的第二部302的传播方向截取的穿过图3F所示的可调谐元件320的另一横截面，如图3F中的虚线Y-Y'所示。该横截面示出了两个电阻加热垫304A、304B形成在与第二波导部302相同的平面中并且位于第二波导部202的任一侧。电阻加热垫304A、304B可以由任何合适的材料(例如TiN)形成，并且可以与中心波导部302具有相同的厚度，或者比中心波导部302更厚或更薄。

图4A示出了另一示例性改进的可调谐元件400的示意图(平面视图)。该可调谐元件400是上面参考图3A-3E描述的可调谐元件的变型，并且如下面更详细地描述。在该变型中，如图4A所示，第一波导部301和第三波导部303如上面参考图3A-3E所述；然而，第二波导部402的横截面与上述第二波导部302不同。该变型中的第二波导部402是肋形波导，因此在波导的中心具有比两个外部部分402B、402C更厚的部分402A，并且这也在图4E中示出(下面描述)。中心部分402A的厚度可以是与先前示例中的第二波导部302大致相同的厚度。此外，可调谐元件400中的电阻加热垫装置不同于可调谐元件300中的电阻加热垫304。特别地，代替在第二波导部302上方或下方的层中的单个电阻加热垫304，在第二波导部402的任一侧并且基本上在与第二波导部402相同的平面(或层)中，存在两个电阻加热垫404A、404B，并且这些电阻加热垫可以例如由掺杂硅形成，而不是由一种或多种金属(例如TiN)形成。可以使用任何合适的掺杂剂(例如p型或n型)，并且热效率将取决于加热垫的电阻并因此取决于掺杂浓度。光的传播方向由图4A中的箭头示出，尽管如上所述(例如，参考图1B)，但是在各种示例中，光也可以在相反方向上传播通过可调谐元件400。

两个电阻加热垫404A、404B可称为第二材料的电阻区域。这些是通过将杂质注入该区域(即掺杂)而形成的，并且这改变了由第二材料形成的结构的该部分的局部电阻率。如上所述，第一和第三波导部301、303由具有第一dn/dT值S1的第一材料形成，并且第二(或中心)波导部402由具有第二dn/dT值S2的第二材料形成。第二材料比第一材料更具热光灵敏性，即S2>S1。

第一波导部301和第三波导部303可以形成在同一层中，因此可以是共面的。第二波导部402可以在单独的工艺步骤中形成(因为它由不同的材料形成)，并且可以在与第一和第三波导部分离的层中形成，如图4B和4C所示。下面参考图7A-7D描述制造过程。

图4B、4C和4D示出了通过图4A的可调谐元件400的三个不同的替代横截面，并且在所有这些图中，横截面是通过波导部301、402、303的中心并且沿着光通过波导部301、402、303的传播方向截取的，如图4A中的虚线X-X'所示。在所有示例中，波导部301、402、303被包覆材料203包围，并且在所示的所有示例中，第二波导部402的长度(沿着光的传播方向测量)与电阻加热垫404A、404B的长度相同，并且第二波导部402的端部和电阻加热垫404A、404B的端部对准(在平行于光的传播方向的方向上)。然而，在其他示例(图中未示出)中，第二波导部402的长度(如沿着光的传播方向测量的)可以比电阻加热垫404A、404B的长度更长(例如，仅稍长)，使得电阻加热垫404A、404B在第二波导部402的端部之前终止。

在前两个示例中，如图4B和4C所示，形成多层波导结构，其中第二波导部402处于与第一波导部301和第三波导部303的平面(或层)平行但间隔开的平面(或层)中。光从第一波导部301的端部竖直耦合并进入第二波导部402(即，进入第二波导部402的近端)，然后从第二波导部402的另一端竖直耦合并进入第三波导部303(即，进入第三波导部303的近端)。为了提高竖直耦合的效率，波导部可以少量重叠(即，第一波导部和第二波导部少量重叠，并且第二波导部和第三波导部少量重叠)，如图4B和4C所示。在图4B所示的第一示例中，第一波导部301和第三波导部303的平面在第二波导部402的平面上方，并且在图4C所示的第二示例中，第一波导部301和第三波导部303的平面在第二波导部402的平面下方。

在图4D所示的第三示例横截面中，不存在多层波导结构，而是所有三个波导部301、402、303基本上在相同的平面中，其中光在第一和第二部301、402之间以及在第二和第三部402、303之间对接耦合。如上所述，取决于实现竖直耦合(在图4B和4C的示例中)的方式，对接耦合可能更有损耗，因此图4B或4C的多层结构可以导致具有较少光损耗的可调谐元件。

图4E示出了穿过图4A所示的可调谐元件400的另一横截面；然而，与先前的横截面(图4B-4D中所示)不同，图4E中所示的横截面是垂直于光通过波导的第二部402的传播方向截取的，如图4A中的虚线Y-Y'所示。该横截面示出了第二波导部的中心部分402A与外部部分402B、402C之间的厚度差。如图4E所示，电阻加热垫404A、404B形成在与第二波导部402相同的平面中，并且位于第二波导部402的任一侧并与第二波导部402的外部部分402B、402C相邻。如下所述，电阻加热垫404A、404B最初可以在与第二波导部402相同的工艺步骤中并且由与第二波导部402相同的材料形成(例如，沉积)，然后是用于掺杂(即，选择性地掺杂)将形成电阻加热垫404A、404B的材料部分的另一工艺步骤。

在图4F和4G中示出了图4A-4E所示和上述的可调谐元件400的变型。在该示例性可调谐元件420中，代替由掺杂硅形成的电阻加热垫424A、424B(如上所述)，它们由沉积到第二波导部402的外部部分402B、402B上的另一种材料形成。图4F示出了沿着光通过波导部301、402、303的传播方向的平面图和横截面(如图4F中的虚线X-X'所示)可以如图4B-4D中的任何一个所示并且如上所述。图4G示出了垂直于光通过波导的第二部402的传播方向截取的穿过图4F所示的可调谐元件420的另一横截面，如图4F中的虚线Y-Y'所示。该横截面示出了两个电阻加热垫424A、424B沉积在第二波导部402的外部部分402B、402B的远端部分上。电阻加热垫424A、424B可以由任何合适的材料(例如，TiN)形成，并且可以与上面参考图3A-3G描述的电阻加热垫304具有相同的厚度，或者比电阻加热垫304更厚或更薄。而图4B-4C示出了第二波导部402A的较厚部分以及第一和第三波导部301、303的尺寸(例如，宽度和厚度，其中宽度垂直于传播方向并且在波导部的平面中测量，并且厚度垂直于传播方向和波导部的平面两者测量)基本上相同，在大多数示例中，第二波导部的较厚部分402A的宽度和/或厚度不同于第一波导部301和第三波导部303的宽度和/或厚度，其中第一波导部301和第三波导部303具有相同的宽度和厚度。虽然在设计调谐元件400(或包括调谐元件400的波导装置)时可以选择不同波导部的实际尺寸，但是如果第二材料(其形成第二波导部402)的折射率高于第一材料的折射率，则传播光被更强烈地限制在波导内，并且第二波导部的较厚部分402A的宽度和/或厚度可以小于第一和第三波导部301、303的宽度和/或厚度。在一个示例中，第一波导部301和第三波导部303可以由SiN(n＝2)形成并且可以是400nm厚和1000nm宽，而第二波导部402可以由Si(n＝3.5)形成，并且较厚部分402A可以是220nm厚和500nm宽，而外部部分402B、402C和电阻加热垫404A、404B可以显著更薄(例如几十纳米)。

在上述所有示例中，第一波导部301和第三波导部303由具有第一dn/dT值S1的第一材料形成，并且第二(或中心)波导部302由具有第二dn/dT值S2的第二材料形成。第二材料比第一材料更具热光灵敏性，即S2>S1。在上述任何示例的变型中，第一波导部和第三波导部可以由不同的材料形成，例如，第一波导部可以由具有第一dn/dT值S1的第一材料形成，并且第三波导部可以由具有第三dn/dT值S3的第三材料形成，其中(形成第二波导部的)第二材料比第一材料和第三材料两者更具热光灵敏性，即S2>S1并且S2>S3。

上面参考图3A-3G和4A-4G描述的改进的可调谐元件300、320、400、420可以结合到任何可调谐波导装置中(即，形成其一部分)，并且在图1A和1B中示出了两个示例100、120。图5中示出了另一示例可调谐波导装置500。图5所示的可调谐波导装置500是OPA(光学相控阵列)，并且包括单个输入波导(在图5的左侧示出)、多个可调谐元件501(在图5所示的示例中为八个)和多个输出波导(在图5的右侧示出)。图5所示的可调谐元件501可以如上面参考图3A-3G和图4A-4G中的任一个所描述的，或者可以是上述可调谐元件(或其部分)的任何组合。如图5所示，在可调谐波导装置500中，形成分路器502的布置，其被配置为将入射光分成多个单独的光路(在图5所示的示例中为八个)，并且这些单独的光路中的每一个包括可调谐元件501(例如，可调谐元件300、320、400、420)。在图5所示的示例中，每个路径中的可调谐元件501具有不同长度的电阻加热结构504(并且因此也具有第二波导部502)，但是电阻加热结构504(例如，如上所述的一个或多个电阻加热垫)的宽度可以基本相同。在每个可调谐元件500之间形成隔热沟槽506，以减少来自一个电阻加热垫504的扩散并引起相邻可调谐元件或相邻光路中的折射率变化的任何加热。可调谐元件500中的第二波导部502可以是如上参考图3A-3G所述的第二波导部302或如上参考图4A-4G所述的第二波导部402。类似地，可调谐元件500中的电阻加热结构504可以是如上参考图3A至图3E所述的电阻加热垫304或如上参考图3F至图3G和图4A至图4E中的任一个所述的两个电阻加热垫304A、304B、404A、404B。

应当理解，图3A-3G、4A-G和5中的图不一定示出整个结构或材料堆叠，并且可以存在图中未示出的附加层或元件(例如，附加金属层以提供电连接到电阻加热垫的迹线)。

图6A-6D示出了制造如本文所述的改进的可调谐元件300的四种不同的示例方法。图7A-7D示出了制造如本文所述的改进的可调谐元件400的四种不同的示例方法。图8A-8D示出了制造如本文所述的改进的可调谐元件320、420的四种不同的示例方法。虽然这些方法是与可调谐波导装置的其余部分隔离描述的，但是应当理解，在许多示例中，改进的可调谐元件300、320、400、420与可调谐波导装置的其余部分同时制造。

在图6A-6D、7A-7D和8A-8D所示的示例方法中，存在许多共同的阶段，并且在所有方法中，所执行的阶段基本上相同(在一些示例中省略了一些包覆层)；然而，它们可以以不同的顺序执行，以便制造图3B-3D、3G、4B-4D和4G中所示的不同层结构。还可以存在未在图6A-6D、7A-7D和8A-8D中示出的附加制造阶段，诸如附加金属层的沉积、清洁阶段等。

图6A示出了制造具有如图3B所示的横截面的改进的可调谐元件的示例方法。形成第一包覆层(框602)，并且这可以直接形成在衬底(例如硅晶片)上或部分处理的衬底上(例如，使得包覆不直接形成在衬底的表面上，而是形成在已经沉积在衬底上的材料上)。在各种示例中，该第一包覆层可以包括掩埋氧化物层。然后，在沉积第二包覆层(框606)之前，可以在第一包覆层的顶部上由第二材料形成第二波导部302(框604)。然后，在沉积第三包覆层(框608)之前，可以在第二包覆层的顶部上同时形成第一波导部301和第三波导部303(框608)。然后将电阻加热垫304沉积在第三包覆层的顶部上(框612)，然后由第四包覆层覆盖(框614)。

图6B示出了制造具有如图3C所示的横截面的改进的可调谐元件的示例方法。该方法类似于图6A中所示和上面描述的方法(例如，在形成多层波导结构方面类似)；然而，如图6B所示，在沉积第二包覆层(框606)之前，在第一包覆层的顶部上同时形成第一波导部301和第三波导部303(框608)。然后，在沉积第三包覆层(框608)之前，在第二包覆层的顶部上形成第二波导部302(框604)。如前所述，然后将电阻加热垫304沉积在第三包覆层的顶部上(框612)，然后由第四包覆层覆盖(框614)。

图6C和6D示出了制造具有如图3D所示的横截面的改进的可调谐元件的两种不同的示例方法。图6C和6D的方法类似于图6A和6B中所示的方法；然而，由于第一、第二和第三波导部301-303基本上共面，因此少了一个包覆层沉积步骤(即，省略了框614)，并且第二波导部302可以在形成第一和第三波导部301、303(在框608中)之后(如图6C中)直接形成或在形成第一和第三波导部301、303之前(如图6D中)直接形成(在框604中)。在图6C的方法中，可以最初由第一材料形成连续波导芯(在框608中)，使得第一和第三波导部连接，然后(也在框608中)，可以移除由第一材料形成的波导的一部分以留下间隙，在间隙处可以沉积第二材料(在框604中)以形成第二波导部。

图7A-7D中所示的方法非常类似于图6A-6D中所示和上述的那些方法。如图所示，代替在单独的处理阶段中形成第二波导部(在框604中)和电阻加热垫(在框612中)，现在链接结构(第二波导部402和电阻加热垫404A、404B)的形成。最初，将最终形成电阻加热垫的未掺杂区域与第二波导部同时形成(框704)，然后掺杂这些区域(框705)。与第二波导部同时由第二材料形成的未掺杂区域(在框704中)具有电阻加热垫的尺寸，并且掺杂改变区域的热和电性质。尽管图7A-7D中未示出，但是应当理解，第二波导部402的形成(在框704中)可以涉及蚀刻工艺或两个单独的沉积阶段，以便形成如图4E所示的阶梯状横截面。

图8A-8D中所示的方法非常类似于图6A-6D中所示和上述的那些方法。如图中所示，代替在包覆层的顶部上形成单个电阻垫，电阻垫直接形成在第二波导部上(在框812中)。尽管未在图8A-8D中示出，但是应当理解，第二波导部402的形成(在框804中)可以涉及蚀刻工艺或两个单独的沉积阶段，以便形成如图4G所示的阶梯状横截面。

取决于用于形成包覆层和波导部的材料，用于形成它们的技术可以是不同的。例如，在第二波导部由晶体硅形成的情况下，不能通过沉积形成，并且因此第二波导部下方的包覆层(例如，第一包覆部)可以是掩埋氧化物(BOX)层。此外，因为晶体硅不能通过沉积形成，所以晶体硅不能用于形成图3C和4C所示的改进的可调谐元件的变型中的第二波导部。如果在这些变型中使用硅来形成第二波导部，则可以使用多晶或非晶硅。

第一另外的示例提供了一种用于光波导装置的可调谐元件，该可调谐元件包括：第一波导部，所述第一波导部由第一材料形成；第二波导部，所述第二波导部由第二材料形成并且被布置成接收从所述第一波导部耦合的光；第三波导部，所述第三波导部由所述第一材料形成并且被布置成接收从所述第二波导部耦合的光；以及靠近所述第二波导部的一个或多个电阻加热垫，其中所述第二材料比所述第一材料更具热光灵敏性。

所述第一波导部和所述第三波导部可以形成在第一层中，并且所述第二波导部可以形成在第二层中。

在使用中，光可以在所述第一波导部的一端和所述第二波导部的近端之间竖直耦合，并且还可以在所述第二波导部的相对端和所述第三波导部的近端之间竖直耦合。

所述可调谐元件还可以包括在第一层和第二层之间的包覆材料层。

所述一个或多个电阻加热垫可以形成在第三层中。所述可调谐元件还可以包括在所述第二层和所述第三层之间的包覆材料层。

所述可调谐元件还可以包括在所述第一层和所述第三层之间的包覆层，使得所述第二层比所述第一层更远离所述第三层。

所述一个或多个电阻加热垫可以形成在所述第二层中。所述一个或多个电阻加热垫可由第二材料的电阻区域形成。

所述第二波导部可以包括中心部分和两个外部部分，其中所述中心部分比所述外部部分厚。

所述第一波导部、所述第二波导部和所述第三波导部可以形成在单层中。

在使用中，光可以在所述第一波导部的一端与所述第二波导部的近端之间对接耦合，并且还可以在所述第二波导部的相对端与所述第三波导部的近端之间对接耦合。

所述电阻加热垫可以形成在第二层中。

所述可调谐元件还可以包括在所述第一层和所述第二层之间的包覆材料层。

所述第二波导部可以包括中心部分和两个外部部分，其中所述中心部分比所述外部部分厚，并且其中所述电阻加热垫可以形成在所述第二波导部的两个外部部分中的每一个的顶部上。

所述第一材料可以是氮化硅，所述第二材料可以是硅、非晶硅或多晶硅。

每个电阻加热垫可以具有与所述第二波导部的长度相同的长度，使得每个电阻加热垫靠近所述第二波导部而不靠近所述第一或第三波导部。

第二另外的示例提供了一种可调谐光波导装置，其包括第一另外的示例的一个或多个可调谐元件。

第三另外的示例提供了一种光学相控阵列，其包括第一另外的示例的一个或多个可调谐元件。

第四另外的示例提供了一种制造用于光波导装置的可调谐元件的方法，该方法包括：由第一材料形成第一波导部和第三波导部；由第二材料形成第二波导部；在所述第二波导部上形成至少一层包覆材料；以及在所述包覆材料层的顶部上并且靠近所述第二波导部形成一个或多个电阻加热垫，其中所述第二材料比所述第一材料更具热光灵敏性。

如本领域技术人员将显而易见的，可以扩展或改变本文给出的任何范围或设备值而不失去所寻求的效果。

应当理解，上述益处和优点可以涉及一个实施例或者可以涉及若干实施例。实施例不限于解决任何或所有所述问题的那些实施例或具有任何或所有所述益处和优点的那些实施例。

对“一个”事项的任何引用是指那些事项中的一个或多个。术语“包括”在本文中用于表示包括所标识的方法框或元件，但是这样的框或元件不包括排他性列表，并且方法或装置可以包含附加的框或元件。

本文描述的方法的步骤可以以任何合适的顺序执行，或者在适当的情况下同时执行。另外，在不脱离本文描述的主题的精神和范围的情况下，可以从任何方法中删除各个框。上述任何示例的各方面可以与所描述的任何其他示例的各方面组合以形成另外的示例，而不会失去所寻求的效果。

应当理解，优选实施例的上述描述仅以示例的方式给出，并且本领域技术人员可以进行各种修改。尽管上面已经以一定程度的特殊性或参考一个或多个单独的实施例描述了各种实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下对所公开的实施例进行许多改变。