用于光子晶体的短杆可调节共振腔的方法和结构技术

一种可调节的三维光子晶体点阵结构，包含：　　　　具有可调节的空腔的区域；　　　　穿入所述可调节的空腔中的可移动的短杆调节器；以及　　　　被连接到所述的可移动的短杆调节器的致动器，用于移动所述的可移动的短杆调节器，以调节所述的可调节的空腔。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及光子晶体点阵结构(photonic crystal lattice structure)中的空腔(cavity)的调节(tuning)。
技术介绍
光子晶体是由高折射率和低折射率的介质所形成的周期性结构，能够限制具有某些波长的光。光子晶体可以用于制造多种光学器件，例如波导(waveguide)和滤波器。对于光通讯而言，因为在二氧化硅波导中的吸收较少，所以通常使用波长范围在1.3μm到1.5μm之间的光。因此，该波长范围对于现代光学网络来说是很有价值的。制造在该波长范围内工作的光子晶体，通常受到大程度的制造偏差的影响。因此，人们希望波长鉴别的应用具有方法和结构以允许对应于特定的波长调节光子晶体装置。
技术实现思路
按照本专利技术，一个可移动的零件(feature)如调节短杆(tuning stub)被引入光子晶体中，该光子晶体允许对其中所生成的空腔进行可控的调节。按照本专利技术，待调节的空腔被设计为在远红外区到硬紫外(hardultraviolet)区的光谱范围内工作。将该零件固定到致动器，使得该零件能够被移入和移出光子晶体，以进行精细的调节。本专利技术通常可以利用多晶硅或非晶硅而加以实施。附图说明图1示出了按照本专利技术的三维光子晶体点阵结构。图2示出了按照本专利技术的一个实施例的侧视图，其中有三维光子晶体点阵结构、调节短杆和热致动器。图3示出了按照本专利技术的一个实施例的俯视图，其中有三维光子晶体点阵结构、调节短杆和热致动器。图4示出了按照本专利技术的热膨胀致动器。图5示出了按照本专利技术一个实施例的静电致动器。图6示出了按照本专利技术一个实施例的三维光子晶体点阵结构的俯视图或仰视图，该三维光子晶体点阵结构具有调节短杆和空腔。图7示出了按照本专利技术一个实施例的二维光子晶体点阵的俯视图或仰视图，该二维光子晶体点阵示出了调节短杆和空腔。图8示出了按照本专利技术一个实施例的平行板致动器(parallel plateactuator)。具体实施例方式图1示出了典型的具有面心立方对称性的三维光子晶体点阵结构100，但是，按照本专利技术，其也可以具有面心四方对称性。棒(Bar)110通常是高折射率的固体材料，而对于低折射率的空区域115来说，则通常是气体或真空。注意，虽然有可能制造出光通过固体材料传播的三维光子晶体结构，但是，通常使用真空或气体区域作为导光介质。棒110可以具有各种各样的横截面形状，例如正方形、矩形、圆形或椭圆形，并且其填充比率被调节，以产生光子带隙。用于棒110的典型材料是多晶硅或非晶硅。正如在Theil的标题为“Low temperature Photonic Crystal Structure”的美国专利申请(案卷号10020077)中所公开并通过引用的方式被包括的，三维和二维光子晶体点阵结构，允许利用多种基片，可以在相对较低的温度下用非晶硅制成。在光子晶体点阵100中，波导通常被连接到空腔245(参见图2)，或者临近空腔245。波导可以通过下述方式形成从光子晶体点阵100中除去一个单独的棒110；在光子晶体点阵100的一个给定的横截面上，沿着一个方向除去棒110的某些部分，以在垂直于棒110的方向上形成波导；或者上述方式的结合，以构建具有拐角(bend)的波导。通常，在光子晶体点阵结构100中，棒110相互接触并被排列在彼此的上面，以形成三维光子晶体点阵结构100。为了生成可调节的空腔，一个棒，调节短杆111被置于空腔245(参见图2)的一侧，并且不与临近的棒110相接触，但不一定位于临近的棒110之间的中央。调节短杆111从空腔245(参见图2)延伸至光子晶体点阵100的边缘。致动器将调节短杆111移入和移出空腔245(参见图2)，以调节空腔245(参见图2)的共振模式(resonant mode)。致动器的致动可以是微机械器件中常用的任何类型，包括热膨胀、静电致动、磁致动或压电变形。图2示出了按照本专利技术的一个使用热致动的实施例。示出了光子晶体点阵结构100的一个横截面，有调节短杆111、空腔245、电阻器219的电阻器腿(Resistor Leg)220、221，以及电阻器垫(resistor pad)235、236。电阻器垫235、236可以是与外部电路或单片电路内的接点相连接的实际垫子。注意，在临近调节短杆111的区域中，棒210、211、212、213被切除，以允许调节短杆111移入和移出光子晶体点阵结构100。电阻器219的电阻器腿220、221分别被固定到电阻器垫235、236。在电阻器219拐角的顶部，电阻器219被固定到调节短杆111。在图2的实施例中，电阻器腿220、221通常是由与光子晶体点阵结构100所使用的相同材料制成。因此，调节短杆111是当电阻器腿220、221形成时被形成的，调节短杆111是由与电阻器腿220、221相同的材料制成。调节短杆111仅仅是电阻器腿220、221的延伸，或电阻器腿220、221的一个层，如图3所示。图3示出了图2所示的按照本专利技术的实施例的侧视图，其中包括基片250，例如覆盖了氮化硅的晶片。所选择的用于电阻器219的方便的材料是多晶硅或非晶硅，因为它允许在制造调节短杆111的同时，制造电阻器219。如图3所示，调节短杆111的一部分可以通过使用多个层而加以强化。用于制备电阻器219和电阻器垫235、236的层数，通常是经过选择的，以提供足够的刚度和锚定强度(anchoring strength)。在生成致动器和电阻器219的时候，一个要考虑的重要问题是，在通电时固定运动的方向。电阻器219的拐角起到限定腿220、221和朝向电阻器219拐角的驱动力的作用。当通过薄膜技术制作电阻器219的时候，有可能使得电阻器219的宽度(在电阻器219的平面内)大于厚度(在电阻器219的平面外)。因此，在具有这样的几何形状的情况下，电阻器219会倾向于移入移出电阻器平面。为了使这种效应最小化，厚度对宽度的比率至少应该为二比一，通常情况下，厚度对宽度的比率会超过五比一。为了实现这个目标，构成电阻器219的整个层可以被同时蚀刻或淀积，或者，电阻器219可以被分成数层(参见图3)，从而使得电阻器219的每一个层都对应于光子晶体点阵结构100中的一个层。当半导体材料被用于制造电阻器219时，一种调节半导体材料电阻率的方法是向半导体层中加入掺杂剂。例如，层290、291的电阻率可以通过掺杂而降低，层290、291将承载电流，但电阻器219中所有的层都会达到相同的温度。掺杂不一定限于层290、291。但是，被掺杂的层通常相互临近，并且至少一个被掺杂的层会与电阻器垫235、236电连接。被掺杂的层通常位于构成电阻器219的多个层的中央，以保证电阻器219在整个电阻层上被均匀加热。在图3中，被掺杂的层通常位于紧邻调节短杆111的位置。或者，用于制造电阻器219的材料，也可以与光子晶体点阵结构100中所用的材料不同，这就需要通过机械的方法或者通过电阻器219和调节短杆111之间的粘接将电阻器219与调节短杆111连接起来。电阻器219不一定是由一种材料制成的，但是，如果这两种材料的热膨胀系数不同，那么面外应力(out of plane stress)可能会成为问题。这样的应力可以通过在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：杰雷米·A·泰伊，米哈伊尔·M·西加拉斯，斯托尔斯·T·霍恩，
申请(专利权)人：安华高科技杰纳勒尔IP新加坡私人有限公司，
类型：发明
国别省市：