poke)的角寬度可以配置 為使得在最大反射偏置的狀態(tài)中，各輻條單元室（即，整個腔)近乎完全耗盡載流子。對于測 量的摻雜劑濃度，這可能需要各摻雜劑的140nm-寬的區(qū)域。但是，植入物掩模層的設(shè)計規(guī)則 可以限制這一寬度到大約220nm，且因此模漂移(mode shift)可以限制到原則上利用這些 載流子濃度可以實現(xiàn)的那些的大約60%。圖3C顯示模漂移可以使得充分大以允許用適度的 電壓擺動調(diào)制。對于約1263.33nm處的光激發(fā)，在+0.6V施加偏壓下諧振谷(resonant dip) 的底部，在切換到-2V和-4V之間的反向偏壓時預(yù)期近6dB的調(diào)制深度。在各種實施例中，可 以使用不同的結(jié)區(qū)寬度和摻雜濃度。
[0113] 圖4A顯示按照本文描述的原理響應(yīng)于從約-3V到約+0.6V的驅(qū)動電壓擺動(在裝置 末端處）具有5.2dB調(diào)制深度的5Gbp光眼圖的示例測量。眼圖測量在圖3E的示例器件上進(jìn) 行。圖4B顯示按照本文描述的原理，全FSR上的調(diào)制諧振的熱調(diào)諧的實例（具有約291GHz/mW 的效率）。圖4C顯示近諧振調(diào)諧vs.加熱器功率的實例。
[0114] 圖4A顯示在具有約10GHz光采樣模塊和5GHz低通濾波器的取樣示波器上需要的眼 圖的示例測量。示例器件可以用約5Gbp，2 7-l比特偽隨機(jī)二進(jìn)制序列通過40-GHz GSG探針 驅(qū)動。GSG探針墊和布線布局顯示于圖1D中。由于50 Ω驅(qū)動探針和器件之間的阻抗失配，可 以在示例器件處預(yù)期電壓加倍，且實際通過調(diào)制器觀察到的電壓擺動為約-3V至約+0.6V， 其為集成驅(qū)動器電路可得到的范圍。在這些操作條件下，5.2dB調(diào)制深度用4.5dB插入損失 測量，與圖2C中顯示的DC模漂移一致。平均切換能量對于NRZ數(shù)據(jù)使用表達(dá)：1/4CV PP2從電壓 擺動和計算的器件電容估計，并且計算為約40fJ/比特。在示例器件中測量的最大漏電流在 約0.6V下是約16μΑ。這對由于驅(qū)動電流導(dǎo)致的能量消耗設(shè)置了約1.2fJ/比特的上限。對于 一個有效數(shù)字，在這些驅(qū)動條件下器件的總能耗估計為約40fX/比特。這與現(xiàn)有技術(shù)的定制 工藝器件相當(dāng)。
[0115] 縮放調(diào)制器腔尺寸對于速度可以具有很少或沒有影響，但可以影響能量效率。調(diào) 制器陣列的RC時間常數(shù)與單輻條的大致相等。器件速度觀察為獨立于輻條數(shù)目，且因此獨 立于環(huán)半徑。光學(xué)Q值也觀察為獨立于半徑（對于一階），因而電和光帶寬均不受腔尺寸控 制。但是，器件能量觀察為與總器件電容成比例且因此與半徑成比例。而且，示例器件可以 利用單一邊界(外徑)光學(xué)限制從而以較小半徑產(chǎn)生小的橫模和小的串聯(lián)電阻。
[0116]在WDM發(fā)射器中，調(diào)制器沿波導(dǎo)復(fù)用，各自針對波長通道調(diào)諧。對于主動波長調(diào)諧， 電阻微加熱器包括在調(diào)制器腔中（參見，例如圖2C)。加熱器也可以形成在體硅層中并采用 工藝源/柵植入物來產(chǎn)生約10kQ的電阻。盡管可以使用近似通道間距（~lnm)的調(diào)諧，圖4B 顯示具有約1.6nm/mW(291GHz/mW)的效率的全FSR的調(diào)諧。其它示例實施方式以適度的改變 顯示甚至更高的速度、更大的調(diào)制深度、更低的插入損失和/或更高能量效率。本實施例中 的光諧振腔設(shè)計配置為保守的以在工藝不確定性之中確保足夠高的光學(xué)Q值。在其它示例 實施方式中，較窄的環(huán)寬度和更靠近于光模設(shè)置的觸點可以用于降低電阻和電容。數(shù)百納 米的改變可用于通過降低電容不僅加倍截止頻率和顯著降低每比特能耗。更大的調(diào)制深度 和降低的插入損失可以通過減小輻條寬度幾乎2倍(這可以利用設(shè)計規(guī)則豁免實現(xiàn))而獲 得。
[0117]在一個示例實施方式中，光調(diào)制器器件可以設(shè)計有徑向延伸的結(jié)，其以對于這一 幾何形狀的鋸齒近似實施(例如，如圖2B中所示）。例如，制造設(shè)備可以具有需要摻雜劑布置 在粗Manhattan柵格上的設(shè)計規(guī)則。
[0118]圖5顯示按照本文所述的原理從直波導(dǎo)到多模-寬度諧振器的光學(xué)耦合以激發(fā)高 階徑向模式的實例。諧振器可以配置為盤或?qū)挱h(huán)。從右至左發(fā)起的指導(dǎo)光脈沖激發(fā)具有小 耦合間隙的耦合器區(qū)域中的諧振器腔。諧振器中的場顯示，不僅基礎(chǔ)模式可以激發(fā)，而且高 階模式也可以激發(fā)。對于給定的實施方式，這對于調(diào)制器設(shè)計可能不是理想的，因為高階諧 振模式在一些設(shè)計中作為損耗機(jī)制有效地發(fā)揮作用。
[0119] 圖6A顯示按照本文描述的原理從彎波導(dǎo)到多模-寬度諧振器的光學(xué)耦合的實例。 總線中從右至左發(fā)起的指導(dǎo)光脈沖激發(fā)具有小耦合間隙的耦合器區(qū)域中的諧振器腔。諧振 器中的場顯示可以主要激發(fā)基礎(chǔ)橫模而沒有高階模式被激發(fā)的跡象。這在也可以支持高階 模式的腔中可能是希望的配置以僅與基礎(chǔ)模式耦合。波導(dǎo)的寬度可以選擇為使得波導(dǎo)中光 指導(dǎo)模式的角傳播常數(shù)大致與諧振器腔中基礎(chǔ)模式的角傳播常數(shù)匹配。這意味著指導(dǎo)光波 長在波導(dǎo)中比在諧振器腔中更長，因為波導(dǎo)處于較大半徑處，但角相前(angular phase front)排成隊列。在一些實施例中，增加相互作用長度可以有利于與僅單一模式的更大耦 合。圖6B顯示按照本文描述的原理實現(xiàn)與圖6A中的耦合器基本上相同的結(jié)果的彎曲耦合器 的另一變型中正弦耦合總線的實例。在一些實施例中，波導(dǎo)可以配置為正弦彎曲波導(dǎo)以最 小化直-彎過渡和保留用于下行端口（其可能是直的）的空間。下行端口可以用于例如封閉 控制環(huán)以在希望的波長下穩(wěn)定示例諧振器，或者用作連接中調(diào)制特性的環(huán)回檢查（loop-back check)。
[0120] 圖7A-7C顯示可以實施以確定導(dǎo)致較低散射損失的環(huán)寬度的方法的實例。圖7A顯 示按照本文描述的原理設(shè)置在距外徑的各種不同徑向距離（即，"環(huán)寬度"）處的內(nèi)觸點導(dǎo)致 的模擬光諧振腔損失的實例。從3D時域有限差分(FDTD)模擬計算的電磁場顯示保持遠(yuǎn)離電 觸點的電磁場分布的低損失傳播。這種結(jié)果是希望的，因為電磁場與電觸點之間的耦合是 損失源。
[0121]圖7B顯示按照本文描述的原理，光輻射Q值相對于"環(huán)寬度"（即，觸點距外徑邊界 的距離）的實例。較寬的寬度給出較高的輻射Q值，但在電摻雜的結(jié)構(gòu)中可能具有較高電阻， 且可能具有較差抑制的高階模式。這一實施例數(shù)據(jù)用于ll 80nm波長的設(shè)計，其具有與芯片 上互連應(yīng)用的潛在相關(guān)性。
[0122] 圖7C顯示按照本文描述的原理用于1550nm波長窗口中的設(shè)計（用于遠(yuǎn)程通訊中） 的與圖7B類似的模擬的實例。
[0123] 圖8A顯示按照本文描述的原理，對于圖6B中的結(jié)構(gòu)，對于腔和波導(dǎo)（寬度、高度）的 示例設(shè)計，角傳播常數(shù)相對于腔和波導(dǎo)之間的耦合間隙的曲線圖的實例。約325nm的間隙周 圍傳播常數(shù)的反交叉顯示最強(qiáng)耦合的點，其中最大功率轉(zhuǎn)移對于給定間隙在長度中獲得， 或在最短傳播長度中獲得特定功率耦合。這允許使用可以給出特定耦合的最大可得耦合間 隙，因此最小化輻射損失和避免激發(fā)不希望的模式。
[0124]圖8B顯示按照本文描述的原理，角傳播的光學(xué)超模式(optical supermode)的實 例-具有較低角傳播常數(shù)的反對稱(左)模式和具有較高傳播常數(shù)的對稱(右)模式。在這一 間隙處兩個波導(dǎo)之間功率的近似均等分割顯示可以達(dá)到最強(qiáng)耦合的點（反交叉）。在一些實 施例中，圖8A-8D顯示用于包裹-總線耦合的盤/環(huán)耦合。
[0125]圖9A-9H顯示按照本文描述的原理的示例調(diào)制器的各種部件的布局的實例?；?這些布局，光刻掩?？梢栽O(shè)計并與晶片制程中給定掩模層的工藝設(shè)計包處理步驟結(jié)合以制 造這些示例調(diào)制器器件。處理器可執(zhí)行的指令可以基于工藝設(shè)計包處理步驟確定。這些處 理器可執(zhí)行的指令使用一個或多個制造設(shè)備的計算系統(tǒng)執(zhí)行有利于示例調(diào)制器器件的部 分的制造。
[0126] 圖9A、9B和9C顯不分別對于體娃、摻雜塊(dopeblock)和摻雜的調(diào)制器布局的實 例。圖9D顯示布線布局的實例。非限制性的示例模擬顯示以這種方式布置的線路的寄生電 容估計為約5fF。圖9E顯示諧振器結(jié)構(gòu)的角的放大布局，示出了摻雜布局和布線布局。圖9F 和9G分別顯示示例的硅中加熱器和單獨加熱器的示例布局。圖9H顯示巨單元(megacell)布 局的實例。在一些實施例中，可以存在11個通道，類似于圖9H中所示的實施例。在一些實施 例中，類似的電路驅(qū)動的測試位點可以存在于芯片上。
[0127] 圖10A-10E顯示按照本文描述的原理的獨立測試位點的布局的實例。獨立測試位 點包括調(diào)制器結(jié)構(gòu)1002、驅(qū)動器、加熱墊和波導(dǎo)耦合器1004。圖10A-10E顯示調(diào)制器結(jié)構(gòu)的 從較寬視圖至更大的放大視圖的不同放大水平。示例波導(dǎo)耦合器1004包括非線性部分以有 利于波導(dǎo)耦合器1004與諧振器1002之間的選擇性光耦合，如上文所述。
[0128] 圖11A-11D顯示按照本文描述的原理，Q因子相對于盤半徑(例如硅體盤)的示例結(jié) 果。圖11A和11B顯示在(芯片上互聯(lián)應(yīng)用的潛在相關(guān)的）1180nm的光波長下，對于分別厚度 約80nm和72nm的硅盤的光模的Q因子值的示例計算。圖11C和11D顯示在1550nm的光波長（用 于遠(yuǎn)程通訊)下分別厚度約80nm和72nm的硅盤的光模的Q因子值的示例計算。
[0129] 圖12A-12B顯示按照本文描述的原理，有效折射率(nEff)的計算相對于示例硅波 導(dǎo)的總線寬度的示例結(jié)果。圖12A和12B顯示在分別1180nm和1550nm的光波長下硅波導(dǎo)的波 導(dǎo)體高度的示例計算。
[0130]圖13A-13D顯示按照本文描述的原理的示例結(jié)構(gòu)的二極管特性的示例結(jié)果。
[0131] 圖14A-14B顯示按照本文描述的原理，示例光調(diào)制器二極管中載流子濃度分布相 對于施加的電壓的示例曲線圖，示出了二極管特性。
[0132] 圖15A-15D顯示按照本文描述的原理，各種有效電容器電路表示的實例。示例電容 器電路設(shè)計是平行的。示例近似可以實施以代表一個或多個結(jié)區(qū)而有利于光調(diào)制器性能的 模擬。
[0133] 圖16A-16B顯示按照本文描述的原理的調(diào)制器性能的曲線圖。調(diào)制器特性可以使 用以下表達(dá)式計算：
[0134]
[0135] 圖16A顯示傳輸?shù)挠嬎?對于正向和反壓偏置)相對于在約-2V至約0.6V范圍的電 壓下測量的頻率的示例結(jié)果。圖16B顯示調(diào)制深度和插入損失的計算相對于在約-2V至約 0.6V范圍的電壓下測量的頻率的示例結(jié)果。以上所述的實施方案包括光調(diào)制器的新設(shè)計。 這些調(diào)制器利用了光學(xué)諧振器。新型設(shè)計的一個結(jié)果是這些諧振器及所得的調(diào)制器完全相 容于在許多原始CMOS微電子工藝(包括絕緣體上硅CMOS和整體硅CMOS)中實現(xiàn)。
[0136] 實施方案包括用于集成光子