DE102016206824A1

DE102016206824A1 - Struktur zur plasmonischen Wellenlängentrennung, Strukturen zur photonischen Wellenlängentrennung, Microlab-Systeme, optische Empfänger, Verfahren zur Herstellung einer Struktur zur plasmonischen Wellenlängentrennung, Verfahren zur Herstellung einer Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung

Info

Publication number: DE102016206824A1
Application number: DE102016206824.5A
Authority: DE
Inventors: Ventsislav Lavchiev; Bernhard Jakoby; Thomas Grille; Ursula Hedenig
Original assignee: Infineon Technologies Austria AG
Current assignee: Infineon Technologies Austria AG
Priority date: 2015-04-21
Filing date: 2016-04-21
Publication date: 2016-10-27
Also published as: US20190204511A1; US20160349456A1

Abstract

Eine Struktur zur plasmonischen Wellenlängentrennung umfasst einen Eingangswellenleiter zum Leiten eines ersten plasmonischen Wellensignals, einen Ausgangswellenleiter zum Leiten eines zweiten plasmonischen Wellensignals und eine Resonatorstruktur zum Empfangen eines Teils des ersten plasmonischen Wellensignals von dem Eingangswellenleiter durch Koppeln und zum Zurverfügungstellen des zweiten plasmonischen Wellensignals für den Ausgangswellenleiter basierend auf dem Teil des ersten plasmonischen Wellensignals durch Koppeln. Die Resonatorstruktur umfasst einen geschlossenen Regelkreis. Der Eingangswellenleiter, die Resonatorstruktur und der Ausgangswellenleiter umfassen jeweils ein plasmonisches Wellenleitmaterial zum Leiten des ersten und des zweiten plasmonischen Wellensignals. Eine Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung umfasst einen Eingangswellenleiter zum Leiten eines ersten elektromagnetischen Signals, einen Ausgangswellenleiter zum Leiten eines zweiten elektromagnetischen Signals und eine Resonatorstruktur zum Empfangen eines Teils des ersten elektromagnetischen Signals von dem Eingangswellenleiter durch Koppeln und zum Zurverfügungstellen des zweiten elektromagnetischen Signals für den Ausgangswellenleiter basierend auf dem Teil des ersten elektromagnetischen Signals durch Koppeln. Die Resonatorstruktur umfasst einen geschlossenen Regelkreis. Der Eingangswellenleiter, die Resonatorstruktur und der Ausgangswellenleiter weisen jeweils ein Halbleitermaterial auf oder leiten das erste und das zweite elektromagnetische Signal.

Description

Struktur zur plasmonischen Wellenlängentrennung, Strukturen zur photonischen Wellenlängentrennung, Microlab-Systeme, optische Empfänger, Verfahren zur Herstellung einer Struktur zur plasmonischen Wellenlängentrennung, Verfahren zur Herstellung einer Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft das Trennen von Wellenlängen eines plasmonischen Wellensignals und das Trennen von Wellensignalen eines elektromagnetischen Signals. Die Erfindung betrifft ferner photonische chipbasierte Filter zur Wellenlängentrennung mit kurvilinearen Strukturen.
Stand der Technik
Signale können eine Breitbandeigenschaft aufweisen, d. h. sie können mehrere Wellenlängen oder mehrere Träger aufweisen. Eine Wellenlänge und/oder ein Wellenlängenbereich können von dem Breitbandsignal mit einer Struktur zur Wellenlängentrennung extrahiert oder getrennt werden.
Kurzdarstellung
Ausführungsformen stellen eine Struktur zur plasmonischen Wellenlängentrennung zur Verfügung, die einen Eingangswellenleiter aufweist, um ein erstes plasmonisches Wellensignal zu leiten, einen Ausgangswellenleiter, um ein zweites plasmonisches Wellensignal zu leiten, und eine Resonatorstruktur, um einen Teil des ersten plasmonischen Wellensignals von dem Eingangswellenleiter durch Koppeln zu empfangen, und um das zweite plasmonische Wellensignal basierend auf dem Teil des ersten plasmonischen Wellensignals durch Koppeln dem Ausgangswellenleiter zur Verfügung zu stellen. Die Resonatorstruktur weist einen geschlossenen Regelkreis auf. Der Eingangswellenleiter, die Resonatorstruktur und der Ausgangswellenleiter weisen jeweils ein plasmonisches Wellenleitmaterial auf, um das erste und zweite plasmonische Wellensignal zu leiten.
Weitere Ausführungsformen stellen ein Microlab-System zur Verfügung, das eine Struktur zur plasmonischen Wellenlängentrennung aufweist. Die Resonatorstruktur ist konfiguriert, um mit einem Umgebungsmaterial verbunden werden zu können, und um die Wellenlänge des zweiten plasmonischen Wellensignals basierend auf einer Interaktion zwischen dem Teil der ersten plasmonischen Welle und dem Umgebungsmaterial basierend auf einer veränderten Resonanzfrequenz der Resonatorstruktur zu beeinflussen. Das Microlab-System umfasst eine Signalquelle, um das erste plasmonische Wellensignal zur Verfügung zu stellen, einen Detektor, um das zweite plasmonische Wellensignal zu empfangen und um eine Wellenlänge des zweiten plasmonischen Wellensignals oder eine davon stammende Wellenlänge zu erfassen. Das Microlab-System weist einen Prozessor auf, um eine Eigenschaft des Umgebungsmaterials basierend auf der Wellenlänge des zweiten plasmonischen Wellensignals oder basierend auf der davon abgeleiteten Wellenlänge zu bestimmen.
Weitere Ausführungsformen stellen einen optischen Empfänger zur Verfügung, der eine Struktur zur plasmonischen Wellenlängentrennung zur Verfügung stellt, eine elektromagnetische Signalquelle und ein Empfängerelement. Die elektromagnetische Signalquelle ist konfiguriert, um ein erstes elektromagnetisches Signal basierend auf einem empfangenen optischen Kommunikationssignal zu emittieren. Die elektromagnetische Signalquelle ist mit dem Eingangswellenleiter gekoppelt und konfiguriert, um ein erstes plasmonisches Wellensignal in dem Eingangswellenleiter basierend auf dem ersten elektromagnetischen Signal anzuregen. Das Empfängerelement ist konfiguriert, um das zweite plasmonische Wellensignal von dem Ausgangswellenleiter zu empfangen und ein zweites elektromagnetisches Signal basierend auf dem zweiten plasmonischen Wellensignal zur Verfügung zu stellen.
Weitere Ausführungsformen stellen ein Verfahren zum Herstellen einer Struktur zur plasmonischen Wellenlängentrennung zur Verfügung. Das Verfahren weist das Zurverfügungstellen eines Eingangswellenleiters zum Leiten eines ersten plasmonischen Wellensignals auf, das Zurverfügungstellen eines Ausgangswellenleiters zum Leiten eines zweiten plasmonischen Wellensignals und das Zurverfügungstellen eines geschlossenen Regelkreises, der eine Resonatorstruktur bildet, so dass ein Teil des ersten plasmonischen Wellensignals des Eingangswellenleiters von der Resonatorstruktur durch Koppeln empfangen werden kann, und so dass das zweite plasmonische Wellensignal durch den Ausgangswellenleiter von der Resonatorstruktur durch Koppeln empfangen werden kann. Der Eingangswellenleiter, die Resonatorstruktur und der Ausgangswellenleiter werden durch Anordnung eines plasmonischen Wellenleitermaterials zur Verfügung gestellt, das konfiguriert ist, um das erste und das zweite plasmonische Wellensignal zu leiten.
Weitere Ausführungsformen stellen eine Struktur zur photonischen Wellentrennung zur Verfügung, die einen Eingangswellenleiter zum Leiten eines ersten elektromagnetischen Signals aufweist, einen Ausgangswellenleiter zum Leiten eines zweiten elektromagnetischen Signals und eine Resonatorstruktur zum Empfangen eines Teils des ersten elektromagnetischen Signals von dem Eingangswellenleiter durch Koppeln und um das zweite elektromagnetische Signal basierend auf dem Teil des ersten elektromagnetischen Signals durch Koppeln dem Ausgangswellenleiter zur Verfügung zu stellen. Die Resonatorstruktur weist einen geschlossenen Regelkreis auf. Der Eingangswellenleiter, die Resonatorstruktur und der Ausgangswellenleiter weisen jeweils ein Halbleitermaterial zum Leiten des ersten und des zweiten elektromagnetischen Signals auf.
Weitere Ausführungsformen stellen ein Microlab-System zur Verfügung, das eine Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung umfasst, eine Signalquelle zum Zurverfügungstellen des ersten elektromagnetischen Signals, einen Detektor, um das zweite elektromagnetische Signal zu empfangen und um eine Wellenlänge des zweiten elektromagnetischen Signals oder eine davon stammende Wellenlänge zu erfassen. Die Resonatorstruktur ist konfiguriert, um mit einem Umgebungsmaterial verbunden werden zu können und um die Wellenlänge des zweiten elektromagnetischen Signals basierend auf einer Interaktion zwischen dem Teil des ersten elektromagnetischen Signals und dem Umgebungsmaterial basierend auf einer veränderten Resonanzfrequenz der Resonatorstruktur zu beeinflussen. Das Microlab-System weist einen Prozessor auf, um eine Eigenschaft des Umgebungsmaterials auf der Grundlage der zweiten Wellenlänge des zweiten elektromagnetischen Signals oder der davon stammenden Wellenlänge zu bestimmen.
Weitere Ausführungsformen stellen einen optischen Empfänger zur Verfügung, der eine Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung aufweist, wobei der Eingangswellenleiter mit einem Eingang des optischen Empfängers verbunden ist. Der Eingang ist konfiguriert, um ein optisches Kommunikationssignal zu empfangen und um das erste elektromagnetische Signal basierend auf dem optischen Kommunikationssignal zu empfangen.
Weitere Ausführungsformen stellen ein Verfahren zum Herstellen einer Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung zur Verfügung. Das Verfahren umfasst das Zurverfügungstellen eines Eingangswellenleiters zum Leiten eines ersten elektromagnetischen Signals, das Zurverfügungstellen eines Ausgangswellenleiters zum Leiten eines zweiten elektromagnetischen Signals und das Zurverfügungstellen eines geschlossenen Regelkreises, der eine Resonatorstruktur bildet, so dass ein Teil des ersten elektromagnetischen Signals des Eingangswellenleiters von der Resonatorstruktur durch Koppeln empfangen werden kann, und so dass das zweite elektromagnetische Signal durch den Ausgangswellenleiter von der Resonatorstruktur durch Koppeln empfangen werden kann. Der Eingangswellenleiter, die Resonatorstruktur und der Ausgangswellenleiter werden jeweils durch Anordnen eines Halbleitermaterials zur Verfügung gestellt, das zum Leiten des ersten und zweiten elektromagnetischen Signals konfiguriert ist.
Weitere Ausführungsformen stellen eine Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung bereit, die einen ersten Ausgangswellenleiter zum Leiten eines ersten elektromagnetischen Ausgangssignals aufweist, das mit dem ersten Ausgangswellenleiter assoziiert ist. Die Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung umfasst einen zweiten Ausgangswellenleiter zum Leiten eines zweiten elektromagnetischen Ausgangssignals, das eine zweite Wellenlänge aufweist, die mit dem zweiten Ausgangswellenleiter assoziiert ist, und einen dritten Ausgangswellenleiter zum Leiten eines dritten elektromagnetischen Signals, das eine dritte Wellenlänge aufweist, die mit dem dritten Ausgangswellenleiter assoziiert ist. Die Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung weist einen Kreislauf auf, um ein elektromagnetisches Eingangssignal zu empfangen, das die erste, die zweite und die dritte Wellenlänge aufweist. Die erste Ausgangswellenlänge, die zweite Ausgangswellenlänge und die dritte Ausgangswellenlänge werden als eine photonische Kristallstruktur gebildet und sind miteinander durch den Kreislauf verbunden und konfiguriert, um einen Teil des elektromagnetischen Eingangssignals zu empfangen, wobei der Teil die assoziierte Wellenlänge aufweist.
Weitere Ausführungsformen stellen einen optischen Empfänger zur Verfügung, der eine Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung aufweist, wobei das elektromagnetische Eingangssignal ein optisches Kommunikationssignal ist, das von einem optischen Sender empfangen wird.
Weitere Ausführungsformen stellen ein Verfahren zum Herstellen einer Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung bereit. Das Verfahren umfasst das Zurverfügungstellen eines ersten Ausgangswellenleiters an einem Substrat, wobei der erste Ausgangswellenleiter konfiguriert ist, um ein erstes elektromagnetisches Ausgangssignal zu leiten, das eine erste Wellenlänge aufweist, die mit dem ersten Ausgangswellenleiter assoziiert ist. Das Verfahren umfasst das Zurverfügungstellen eines zweiten Ausgangswellenleiters an dem Substrat, wobei der zweite Ausgangswellenleiter konfiguriert ist, um ein zweites elektromagnetisches Ausgangssignal zu leiten, das eine zweite Wellenlänge aufweist, die mit dem zweiten Ausgangswellenleiter assoziiert ist, und das Zurverfügungstellen eines dritten Ausgangswellenleiters an einem Substrat, wobei der dritte Ausgangswellenleiter konfiguriert ist, um ein drittes elektromagnetisches Ausgangssignal zu leiten, das eine dritte Wellenlänge aufweist, die mit dem dritten Ausgangswellenleiter assoziiert ist. Das Verfahren umfasst einen Kreislauf an der Vertiefung, so dass der erste Ausgangswellenleiter, der zweite Ausgangswellenleiter und der dritte Ausgangswellenleiter miteinander durch den Kreislauf verbunden sind, und so dass ein Teil des elektromagnetischen Eingangssignals durch den ersten Ausgangswellenleiter, den zweiten Ausgangswellenleiter und den dritten Ausgangswellenleiter von dem Kreislauf empfangen werden kann.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden hierin unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Anhang beschrieben.
1a zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer Struktur zur plasmonischen Wellenlängentrennung nach einer Ausführungsform;
1b zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer Struktur zur plasmonischen Wellenlängentrennung, eine Resonatorstruktur aufweisend, die als eine Scheibe gebildet sein kann, nach einer Ausführungsform;
2 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer Struktur zur plasmonischen Wellenlängentrennung, mehrere Ausgangswellenleiter aufweisend, nach einer Ausführungsform;
3 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer Struktur zur plasmonischen Wellenlängentrennung, eine elektromagnetische Signalquelle aufweisend, nach einer Ausführungsform;
4 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines Microlab-Systems, eine Struktur zur plasmonischen Wellenlängentrennung aufweisend, nach einer Ausführungsform;
5 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines optischen Empfängers, die Struktur zur plasmonischen Wellenlängentrennung aufweisend, nach einer Ausführungsform;
6 stellt ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen einer Struktur zur plasmonischen Wellenlängentrennung bildlich dar, nach einer Ausführungsform;
7a zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung nach einer Ausführungsform;
7b zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung, eine Resonatorstruktur aufweisend, die als eine Scheibe gebildet sein kann, nach einer Ausführungsform;
8 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung, mehrere Ausgangswellenleiter aufweisend, nach einer Ausführungsform;
9 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung, eine elektromagnetische Signalquelle aufweisend, nach einer Ausführungsform;
10a zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Eingangswellenleiters nach einer Ausführungsform und eines Ausgangswellenleiters nach einer Ausführungsform;
10b zeigt eine schematische Querschnittsansicht des Eingangswellenleiters und des Ausgangswellenleiters, die in 10a bildlich dargestellt werden, wobei eine Position eines Wärmeemitters modifiziert ist, nach einer Ausführungsform;
11 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines Microlab-Systems, eine Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung aufweisend, nach einer Ausführungsform;
12 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines optischen Empfängers, die in 7a gezeigte Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung aufweisend, nach einer Ausführungsform;
13 stellt ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen einer Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung bildlich dar, nach einer Ausführungsform;
14 zeigt eine schematische Draufsicht einer Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung nach einer Ausführungsform;
15 zeigt eine schematische Seitenansicht der Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung von 14;
16 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Zwischenprodukts für eine Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung nach einer Ausführungsform;
17 zeigt eine schematische Draufsicht der Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung von 14 nach Verarbeitung des Zwischenprodukts von 15;
18 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung, drei Halbleiterwellenleiter aufweisend, nach einer Ausführungsform;
19 zeigt eine schematische Draufsicht einer Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung, Wellenlängenselektionselemente aufweisend, nach einer Ausführungsform;
20 stellt eine Ausführungsform eines Halbleiterwellenleiters und eines Wellenlängentrennungselements, die als Gitterresonator implementiert sind, bildlich dar;
21a stellt eine schematische Draufsicht des Halbleiterwellenleiters, ein als Wellenlängenfilter gebildetes Wellenlängenselektionselement aufweisend, bildlich dar, nach einer Ausführungsform;
21b–c stellen Filtereigenschaften des Wellenlängenfilters von 21a, als Hochpassfilter bzw. als Bandpassfilter implementiert, bildlich dar, nach einer Ausführungsform;
22 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines weiteren Microlab-Systems nach einer Ausführungsform;
23 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines weiteren optischen Empfängers nach einer Ausführungsform;
24 stellt ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen einer Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung bildlich dar, nach einer Ausführungsform;
25 zeigt eine schematische Draufsicht einer Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung, eine photonische Kristallstruktur aufweisend, nach einer Ausführungsform;
26 zeigt eine schematische Draufsicht einer Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung, kurvilinear gebildete Ausgangswellenleiter aufweisend, nach einer Ausführungsform;
27 zeigt eine schematische Draufsicht einer Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung, eine elektromagnetische Signalquelle aufweisend, nach einer Ausführungsform;
28 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines optischen Empfängers, die Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung aufweisend, die eine photonische Kristallstruktur aufweist, nach einer Ausführungsform;
29 stellt ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen einer Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung, die eine photonische Kristallstruktur aufweist, nach einer Ausführungsform bildlich dar;
30a zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Substrats, auf dem Säulenstrukturen gebildet werden, nach einer Ausführungsform;
30b zeigt eine schematische perspektivische Ansicht des Substrats, in dem Vertiefungen gebildet werden, nach einer Ausführungsform;
31 zeigt eine schematische Draufsicht einer weiteren Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung, die eine photonische Kristallstruktur aufweist, nach einer Ausführungsform;
32a zeigt eine schematische Draufsicht eines Teils der Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung von 31a;
32b bis 32d stellen die Funktionalität von photonischen Kristallstrukturen bildlich dar, nach vorliegend beschriebenen Ausführungsformen;
32e stellt eine schematische Draufsicht einer Anordnung von Defektstrukturen einer photonischen Kristallstruktur bildlich dar;
33 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines Microlab-Systems, aufweisend die Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung nach 31 und eine Signalquelle, nach einer Ausführungsform;
34 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines optischen Empfängers, die Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung von 31 aufweisend, nach einer Ausführungsform; und
35 zeigt ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung einer Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung nach 31, nach einer Ausführungsform.
Detaillierte Beschreibung
Gleiche oder gleichwertige Elemente mit gleichen oder gleichwertigen Funktionen werden in der folgenden Beschreibung durch gleiche oder gleichwertige Referenzziffern gekennzeichnet, auch wenn sie in unterschiedlichen Figuren vor kommen.
In der folgenden Beschreibung werden mehrere Details dargelegt, um eine tiefergehende Erklärung der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zur Verfügung zu stellen. Jedoch wird es für Fachleute ersichtlich sein, dass Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ohne diese spezifischen Details genutzt werden können. In anderen Fällen werden bekannte Strukturen und Vorrichtungen in Blockdiagrammform und nicht detailliert gezeigt, um zu vermeiden, dass Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verdeckt werden. Zusätzlich können Merkmale der nachfolgend beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, sofern nichts Anderslautendes angegeben wurde.
Nachfolgend wird auf plasmonische Wellen Bezug genommen, auf Wellenleiter zum Leiten plasmonischer Wellen und auf Strukturen zum Koppeln plasmonischer Wellen.
Plasmone können als eine Oszillation eines oder mehrerer freier Elektronen in Bezug auf die positiven Ionen in einem plasmonischen Wellenleitmaterial, beispielsweise ein metallisches Material oder ein dotiertes Halbleitermaterial, beschrieben werden. Sich bewegende Elektronen können als durch ihre Bewegung positive Ionen freigebend angesehen werden. Ihre Bewegung kann andauern, bis die Elektronen das Feld innerhalb des Materials aufheben. Wenn das elektrische Feld entfernt wurde, können sich die Elektronen zurückbewegen, z. B. voneinander abgestoßen und von den positiven Ionen angezogen werden. Eine Oszillation vor und zurück bei einer Plasmafrequenz des Materials kann durchgeführt werden, bis eine Bewegungsenergie verloren geht, beispielsweise durch einen Widerstand oder eine Dämpfung. Plasmone können als eine Quantisierung dieser Art von Oszillation bezeichnet werden. Oberflächenplasmone können Plasmone sein, die auf Oberflächen beschränkt sind und stark mit einer Polarisierung interagieren können. Plasmonische Wellensignale, die Oberflächenplasmone aufweisen, können an einer Schnittstelle eines Wellenleiters auftreten und können beispielsweise durch Licht angeregt werden. Vereinfacht gesagt können Oberflächenplasmone als kohärente delokalisierte Elektronenoszillationen verstanden werden, die an einer Schnittstelle zwischen zwei beliebigen Materialien bestehen können.
Ein Realteil einer (komplexwertigen) dielektrischen Funktion kann über die Schnittstelle das Vorzeichen ändern und kann eine Anregung an den Oberflächenplasmonen zulassen. Oberflächenplasmone können durch Elektronen und/oder Photonen angeregt werden. Beispielsweise kann Licht verwendet werden, um Oberflächenplasmone und/oder ein plasmonisches Wellensignal anzuregen. Das Licht kann verwendet werden oder nach einer Otto-Anordnung, einer Kretschmann-Anordnung und/oder nach anderen Anordnungen gekoppelt werden, was eine Übereinstimmung oder eine Konkordanz von Wellenvektoren der Photonen und des Materials ermöglicht, das konfiguriert ist, um das plasmonische Wellensignal zu leiten.
1a zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer Struktur 10 zur plasmonischen Wellenlängentrennung. Die Struktur 10 zur plasmonischen Wellenlängentrennung weist einen Eingangswellenleiter 12 und einen Ausgangswellenleiter 14 auf. Der Eingangswellenleiter 12 kann konfiguriert sein, um ein erstes plasmonisches Wellensignal 16 zu leiten. Der Ausgangswellenleiter 14 kann konfiguriert sein, um ein zweites plasmonisches Wellensignal 18 zu leiten.
Der Eingangswellenleiter 12, der Ausgangswellenleiter 14 und die Resonatorstruktur 22 können ein plasmonisches Wellenleitmaterial zum Leiten des ersten und des zweiten plasmonischen Wellensignals 16 und 18 aufweisen. Das plasmonische Wellenleitermaterial kann beispielsweise ein metallisches Material wie ein Goldmaterial, ein Silbermaterial, ein Kupfermaterial, ein Aluminiummaterial, ein Platinmaterial und/oder ein Wolframmaterial aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann das plasmonische Wellenleitermaterial ein dotiertes Halbleitermaterial wie ein dotiertes Siliciummaterial und/oder ein dotiertes Galliumarsenidmaterial aufweisen. Ein Dotierungsgrad kann als hoch angesehen werden, d. h. das Halbleitermaterial kann ein hochdotiertes Halbleitermaterial sein. Der Grad der Dotierung kann beispielsweise in einem Bereich von mindestens 0,01% und höchstens 50% liegen, von mindestens 0,05% und höchstens 20% oder von mindestens 1% und höchstens 10%. Die Dotierung kann ermöglichen, dass eine hohe Anzahl freier Elektronen zum Leiten der plasmonischen Wellen erhalten werden kann. Eine Menge freier Elektronen in einem metallischen Material bei Raumtemperatur kann beispielsweise in einem Bereich zwischen 10²² pro cm³ und 10²³ pro cm³ liegen. Eine Menge freier Elektronen in einem Halbleitermaterial kann in einem Bereich von etwa 10⁹ in Bezugnahme auf ein Siliciummaterial liegen, oder sie kann in einem Bereich von etwa 10¹³ in Bezugnahme auf ein Germaniummaterial liegen. Die Dotierung kann eine Erhöhung der Anzahl freier Elektronen ermöglichen.
Das erste plasmonische Wellensignal 16 kann eine erste Bandbreite und/oder mehrere Wellenlängen λ_P1, λ_P2 und/oder λ_P3 und/oder Wellenlängenbereiche aufweisen, die die Wellenlängen λ_P1, λ_P2 und/oder λ_P3 aufweisen. Nachfolgend können die Wellenlängen λ_P1, λ_P2 und/oder λ_P3 einen Träger des Wellenlängenbereichs bezeichnen, der die jeweilige Wellenlänge λ_P1, λ_P2 oder λ_P3 aufweist. Der Wellenlängenbereich, der jeweils mit einer Wellenlänge λ_P1, λ_P2, λ_P3 assoziiert ist, kann die jeweilige Wellenlänge und einen Wellenlängenbereich innerhalb einer Toleranz von beispielsweise 20%, 10% oder 5% der jeweiligen Wellenlänge oder von einer gesamten Bandbreite des ersten plasmonischen Wellensignals 16 enthalten. Vereinfacht gesagt kann das erste plasmonische Wellensignal 16 ein Breitbandsignal sein, das mehrere Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche aufweist.
Der Ausgangswellenleiter 14 kann konfiguriert sein, um das erste plasmonische Wellensignal zu leiten und kann gleich dem Eingangswellenleiter 12 gebildet sein. Alternativ kann der Ausgangswellenleiter 14 eine unterschiedliche Form aufweisen, wie eine unterschiedliche Länge, eine unterschiedliche Querschnittsfläche und/oder unterschiedliche Ausdehnungen in andere Richtungen im Vergleich zu dem Eingangswellenleiter 12.
Die Struktur 10 zur plasmonischen Wellenlängentrennung kann eine Resonatorstruktur 22 aufweisen. Die Resonatorstruktur 22 ist konfiguriert, um einen Teil des ersten plasmonischen Wellensignals 16 von dem Eingangswellenleiter 12 durch Koppeln zu empfangen und das zweite plasmonische Wellensignal 18 dem Ausgangswellenleiter 14 basierend auf dem Teil des ersten plasmonischen Wellensignals 16 durch Koppeln zur Verfügung zu stellen. Die Resonatorstruktur 22 weist einen geschlossenen Regelkreis auf. Beispielsweise kann die Resonatorstruktur 22 als ein Ring gebildet werden und kann einen (geschlossenen Regel-)Kreislauf aufweisen. Beispielsweise kann die Resonatorstruktur 22 eine kreisförmige Form, eine elliptische Form, eine polygonale Form und/oder eine Kombination daraus aufweisen. Das Koppeln kann zwischen der Resonatorstruktur 22 und dem Eingangswellenleiter 12 und zwischen der Resonatorstruktur 22 und dem Ausgangswellenleiter 14 auftreten. Die Resonatorstruktur 22 und die Wellenlängen 12 und 14 können so angeordnet sein, dass angrenzende Teile der Elemente die Kopplung ermöglichen.
Der Teil des ersten plasmonischen Wellensignals 16, das mit der Resonatorstruktur 22 gekoppelt werden kann, kann beispielsweise eine Wellenlänge oder einen Wellenlängenbereich des ersten plasmonischen Wellensignals 16 aufweisen. Beispielsweise kann ein Wellenlängenbereich, der die Wellenlänge λ_P3 aufweist, mit der Resonatorstruktur 22 gekoppelt werden, und ein davon abgeleitetes Signal kann von der Resonatorstruktur 22 mit dem Ausgangswellenleiter 14 gekoppelt werden. Somit kann das zweite plasmonische Wellensignal 18 basierend auf dem Teil des ersten plasmonischen Wellensignals 16 gekoppelt mit der Resonatorstruktur 22 erhalten werden. Vereinfacht gesagt kann die Resonatorstruktur 22 konfiguriert sein, um einen Teil (Wellenlängenbereich) des ersten plasmonischen Wellensignals 16 zu extrahieren und das von dem extrahierten Teil abgeleitete Signal mit dem Ausgangswellenleiter 14 zu koppeln, um das zweite plasmonische Wellensignal 18 zu erhalten.
Eine Eigenschaft wie eine Amplitude oder eine Wellenlänge des Teils, der aus dem Eingangswellenleiter 12 ausgekoppelt wurde, kann durch einen Abstand 24 zwischen dem Eingangswellenleiter 12 und der Resonatorstruktur 24 beeinflusst werden. Eine Kopplung zwischen der Resonatorstruktur 22 und dem Ausgangswellenleiter 14 kann zumindest teilweise durch einen Abstand 26 zwischen der Resonatorstruktur 22 und dem Ausgangswellenleiter 14 beeinflusst werden. Beispielsweise kann der Abstand 24 und/oder der Abstand 26 mindestens 0,1 μm und höchstens 10 μm betragen, mindestens 0,2 μm und höchstens 8 μm oder mindestens 0,75 μm und höchstens 2 μm. Die Abstände 24 und 26 können gleich sein. Die Abstände 24 und 26 können alternativ Werte aufweisen, die sich voneinander unterscheiden. Beispielsweise kann der Abstand 24 und/oder der Abstand 26 im Wesentlichen gleich einer Wellenlänge des zu koppelnden Teils oder Signals (z. B. λ_P1, λ_P2 oder λ_P3) sein oder im Wesentlichen gleich dem davon abgeleiteten Wert sein, beispielsweise λ/2 oder λ/4.
Eine Länge des geschlossenen Regelkreises, beispielsweise ein äußerer Umfang einer Ringstruktur, kann durch einen (äußeren) Radius 28 der Resonatorstruktur 22 und/oder durch einen inneren Radius 29 der Resonatorstruktur beeinflusst werden. Ein Unterschied zwischen dem äußeren Radius 28 und dem inneren Radius 29 kann als eine Breite des geschlossenen Regelkreises oder einer Ringstruktur bezeichnet werden. Der äußere Radius 28 kann größer oder gleich groß wie der innere Radius 29 sein. D. h., die Resonatorstruktur 22 kann als eine runde, elliptische oder polygonal geformte Scheibe gebildet sein, wobei der Begriff Scheibe austauschbar mit dem Begriff Platte verwendet werden kann. Die Länge des geschlossenen Regelkreises kann beispielsweise ein Vielfaches der Wellenlänge des von dem ersten plasmonischen Wellensignal zu empfangenden Teils 16, z. B. λ_P3, sein.
Eine Breite (äußerer Radius 28 minus innerer Radius 29) der Ringstruktur kann auf einer Single-Mode-Verteilung des zu koppelnden plasmonischen Wellensignals basieren. Alternativ kann die Breite unterschiedliche Werte aufweisen.
Das Koppeln des Teils des ersten plasmonischen Wellensignals 16 an die Resonatorstruktur 22 und/oder von der Resonatorstruktur 22 an den Ausgangswellenleiter 14 kann auf einer elektronischen Kopplung zwischen der Resonatorstruktur 22 und dem Eingangswellenleiter 12 und/oder der Resonatorstruktur 22 und dem Ausgangswellenleiter 14 basieren. Die elektronische Kopplung kann einen Transfer von Oberflächenplasmonen (plasmonische Wellensignale) von einer Struktur zu einer anderen umfassen.
Eine Länge des Kreislaufs der Resonatorstruktur 22 kann ein Vielfaches der Wellenlänge des zweiten plasmonischen Wellensignals 18 innerhalb eines Toleranzbereichs sein. Der Toleranzbereich kann weniger als oder gleich 10%, 5% oder 2% sein.
Die Länge des Kreislaufes kann beispielsweise kürzer als oder gleich 300 μm, 200 μm oder 100 μm sein. Der Eingangswellenleiter 12, der Ausgangswellenleiter 14 und die Resonatorstruktur 22 können beispielsweise auf einem Substrat angeordnet sein. Das Substrat kann beispielsweise ein Halbleitersubstrat sein oder ein Substrat, das ein metallisches Material umfasst. Die Resonatorstruktur 22 kann zwischen dem Eingangswellenleiter 12 und dem Ausgangswellenleiter 14 angeordnet sein. Der Eingangswellenleiter 12 und der Ausgangswellenleiter 14 können im Wesentlichen parallel angeordnet sein, können aber auch mit einem Winkel dazwischen angeordnet sein. Beispielsweise kann ein Winkel zwischen dem Eingangswellenleiter 12 und dem Ausgangswellenleiter 14 einen Wert zwischen 0° und 180°, zwischen 22,5° und 150,5° und/oder zwischen 45° und 135° aufweisen.
Der Eingangswellenleiter 12 und der Ausgangswellenleiter 14 können eine gerade axiale Ausdehnung aufweisen. Alternativ kann der Eingangswellenleiter 12 und/oder der Ausgangswellenleiter 14 eine gekrümmte axiale Ausdehnung aufweisen oder kann eine axiale Ausdehnung aufweisen, die abschnittweise gerade ist.
Die Resonatorstruktur 22 kann mit einem Umgebungsmaterial verbindbar sein. Beispielsweise kann das Umgebungsmaterial auf einem Innenflächenbereich 32 des Substrats, eingeschlossen durch den Kreislauf der Resonatorstruktur 22, angeordnet sein. Eine Gegenwart eines Umgebungsmaterials kann eine Interaktion zwischen dem Teil des ersten plasmonischen Wellensignals 16, das mit der Resonatorstruktur 22 gekoppelt ist, ermöglichen, so dass eine Amplitude, eine Wellenlänge und/oder eine Bandbreite des zweiten plasmonischen Wellensignals 18 durch die Gegenwart des Umgebungsmaterials beeinflusst wird. Der Einfluss kann erfasst werden, beispielsweise wenn die Amplitude, Wellenlänge oder Bandbreite des zweiten plasmonischen Wellensignals 18 bewertet wird, und kann ermöglichen, dass eine Eigenschaft des Umgebungsmaterials und/oder einer Gegenwart des Umgebungsmaterials bestimmt wird.
1b zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer Struktur 10' zur plasmonischen Wellenlängentrennung, die im Vergleich zu der Struktur 10 zur plasmonischen Wellenlängentrennung modifiziert ist. Die Struktur 10' zur plasmonischen Wellenlängentrennung umfasst die Resonatorstruktur 22, die als eine Scheibe gebildet sein kann. Das Bilden der Resonatorstruktur 22 als eine Scheibe kann einen einfachen Herstellungsprozess zulassen, im Vergleich zu der Resonatorstruktur 22. Die Resonatorstruktur 22 kann eine Verbreitung mehrerer Modi des empfangenen plasmonischen Wellensignals zulassen. Die Verbreitung kann zum Beispiel zulässig sein, indem Effekte mit einer Ausleseelektronik kompensiert werden.
Nachfolgend beschriebene Ausführungsformen können Strukturen zur plasmonischen Wellenlängentrennung betreffen, die mindestens eine Resonatorstruktur aufweisen, die als eine Ringstruktur gebildet wurde. Nach anderen Ausführungsformen können die Resonatorstrukturen als Scheibenstruktur gebildet sein.
2 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer Struktur 20 zur plasmonischen Wellenlängentrennung, die den Eingangswellenleiter 12 und mehrere Ausgangswellenleiter 14a–c aufweist. Die Struktur zu plasmonischen Wellenlängentrennung 20 kann mehrere Resonatorstrukturen 22a–c aufweisen. Jede der mehreren Resonatorstrukturen 22a–c kann mit einem Ausgangswellenleiter 14a–c assoziiert sein und kann zwischen dem Eingangswellenleiter 12 und einem assoziierten Ausgangswellenleiter 14a–c angeordnet sein. Beispielsweise kann die Resonatorstruktur 22a mit dem Ausgangswellenleiter 14a assoziiert sein. Die Resonatorstruktur 22b kann mit dem Ausgangswellenleiter 14b assoziiert sein. Die Resonatorstruktur 22c kann mit dem Ausgangswellenleiter 14c assoziiert sein.
Jede der Resonatorstrukturen 22a–c kann konfiguriert sein, um einen unterschiedlichen Teil, d. h. einen unterschiedlichen Wellenlängenbereich, von dem Eingangswellenleiter 12 zu empfangen. Die Resonatorstrukturen 22a–c können unterschiedliche Längen des (geschlossenen Regel-)Kreislaufs aufweisen. Beispielsweise können die Resonatorstrukturen 22a–c unterschiedliche Radien 22a–c aufweisen. Angrenzende Resonatorstrukturen 22a und 22b, 22b und 22c können jeweils mit den Abständen 34a und/oder 34b dazwischen angeordnet sein. Der Abstand 34a zwischen den Resonatorstrukturen 22a und 22b oder zwischen den Mittelpunkten davon und der Abstand 34b zwischen den Resonatorstrukturen 22b und 22c oder zwischen den Mittelpunkten davon können Nebensignaleffekte zwischen den Resonatorstrukturen vermindern oder verhindern, beispielsweise kann ein Einfluss eines Teils, der von einer Resonatorstruktur 22a–c empfangen wird, auf einen Teil, der von einer anderen Resonatorstruktur empfangen wird, gering oder fast null sein.
Der Kreislauf der Resonatorstrukturen 22a–c kann sich jeweils voneinander auf eine Weise unterscheiden, dass eine Länge eines Kreislaufs einer Resonatorstruktur sich von einem ganzzahligen (Integer-)Vielfachem einer Länge von einer, mehreren oder allen anderen Resonatorstrukturen 22a–c unterscheidet. Dies kann ermöglichen, dass Wellenlängen von den Resonatorstrukturen 22a–c empfangen werden, die nicht eine ganze Zahl der anderen sind, so dass Interferenzen zwischen den ausgekoppelten Teilen reduziert oder verhindert werden können.
Beispielsweise kann die Resonatorstruktur 22a konfiguriert sein, um den Wellenlängenbereich, der die Wellenlänge λ_P3 aufweist, an den Ausgangswellenleiter 14a zu koppeln, um das plasmonische Wellensignal 18a zu erhalten, das dem in 1 beschriebenen plasmonischen Wellensignal 18 entspricht. Die Resonatorstruktur 22b kann konfiguriert sein, um den Wellenlängenbereich, der die Wellenlänge λ_P2 aufweist, an den Ausgangswellenleiter 14 zu koppeln, um das plasmonische Wellensignal 18b zu erhalten, das die Wellenlänge λ_P2 aufweist. Die Resonatorstruktur 22c kann konfiguriert sein, um den Wellenlängenbereich, der die Wellenlänge λ_P1 aufweist, an den Ausgangswellenleiter 14c zu koppeln, um das plasmonische Wellensignal 18c zu erhalten, das die Wellenlänge λ_P1 aufweist. Die Resonatorstrukturen 22a, 22b und/oder 22c können konfiguriert sein, um mit denselben oder unterschiedlichen Umgebungsmaterialien verbunden werden zu können, so dass eine Bewertung der plasmonischen Wellensignale 18a–c eine Erfassung einer Gegenwart oder einer Konzentration eines oder mehrerer Umgebungsmaterialien ermöglicht.
Die Abstände 24a–c zwischen einer jeweiligen Resonatorstruktur 22a–c und dem Eingangswellenleiter 12 und/oder die Abstände 26a–c zwischen den jeweiligen Resonatorstrukturen 22a–c und den assoziierten jeweiligen Ausgangswellenleitern 14a–c können im Wesentlichen gleich der jeweiligen Wellenlänge λ_P1, λ_P2 und λ_P3 sein, die gekoppelt werden soll, oder ein davon abgeleiteter Wert, wie λ/2 oder λ/4. Daher können die Abstände 24a, 24b und 24c sich voneinander unterscheiden. Dies kann eine Kopplung unterschiedlicher Wellenlängen λ_P1, λ_P2 und λ_P3 an unterschiedliche Resonatorstrukturen 22a, 22b und 22c ermöglichen. Alternativ oder zusätzlich können die Abstände 26a, 26b und 26c sich voneinander unterscheiden. Das kann ermöglichen, unterschiedliche Wellenlängen λ_P1, λ_P2 und λ_P3 mit den Ausgangswellenleitern 14a, 14b und 14c zu koppeln. Die Abstände 24a und 26a, 24b und 26b und/oder 24c und 26c können im Wesentlichen gleich sein. Ein Wert jedes Abstands 24a–c und/oder 26a–c kann, wie in Bezug auf die Abstände 24 und 26 beschrieben, die in 1 bildlich dargestellt sind, gleich sein.
Der Eingangswellenleiter 12, die Resonatorstrukturen 22a–c und die Ausgangswellenleiter 14a–c können eine Resonator-Ringanordnung bilden, beispielsweise die Resonatorstrukturen 22a–c aufweisend, die als eine Ringstruktur gebildet sind. Alternativ oder zusätzlich können der Eingangswellenleiter 12, die Resonatorstrukturen 22a–c und die Ausgangswellenleiter 14a–c eine Resonator-Scheibenanordnung bilden, beispielsweise die Resonatorstrukturen 22a–c aufweisend, die als eine Scheibenstruktur gebildet sind. Vereinfacht gesagt, ermöglicht die Struktur zu plasmonischen Wellenlängentrennung 20 das Trennen von Wellenlängenbereichen, die unterschiedliche Wellenlängen λ_P1, λ_P2 und λ_P3 aufweisen. Beispielsweise kann ein Breitbandsignal, das unterschiedliche Signale aufweist, die auf unterschiedlichen Wellenlängenbereichen übertragen werden, in Einzelsignale getrennt werden, die man auch als monochromatische Signale bezeichnen kann, auch wenn sie mehr als eine Wellenlänge aufweisen.
Die Struktur zur plasmonischen Wellenlängentrennung kann mindestens ein Teil eines Filters zur Wellenlängentrennung sein, der auch als Demultiplexer bezeichnet werden kann. Beispielsweise kann das plasmonische Wellensignal 16 basierend auf einem Breitbandlicht angeregt werden, z. B. einem optischen Breitbandkommunikationssignal. Das Signal kann durch Trennen der plasmonischen Wellensignale 18a–c in einzelne Komponenten aufgeteilt werden und kann zu einem optischen oder elektrischen Signal zur weiteren Verarbeitung übermittelt oder konvertiert werden.
Strukturen zur plasmonischen Wellenlängentrennung 10 und/oder 20 ermöglichen die Umsetzung kleiner Filter zur Wellenlängentrennung, optischer Empfänger und/oder Microlabs (Labore mit kleinen Größen), um ein Umgebungsmaterial zu erkennen. Kleine Wellenlängen der plasmonischen Wellenlängensignale ermöglichen kleine Ausdehnungen der Komponenten, d. h. Wellenleiter und Resonatorstrukturen.
Mit anderen Worten kann eine Filtervorrichtung zur Wellenlängentrennung (Wavelength separation filter, WSF) aus einem Eingangswellenleiter, parallelen Ringen (Resonatorstrukturen) und Ausgangswellenleitern konstruiert werden, wobei ein Ausgangswellenleiter mit jedem Ring assoziiert werden kann. Eine oder mehrere, wahrscheinlich alle, der Komponenten, der Wellenleiter und der Ringe können ein plasmonisches Wellenleitermaterial umfassen, das die Anregung und Verbreitung von Oberflächenplasmonen ermöglicht. Eigenschaften von Oberflächenplasmonen (d. h. Entwicklung unter der Beugungsgrenze von Licht und relativ kleinen Verbreitungsabständen) können sehr kurze Wellenlängen und Resonatorstrukturen mit kurzen Kreisläufen zulassen, beispielsweise ein paar Mikrometer und/oder einen Sub-Mikrometer-Bereich. Dies kann Ringresonatoren ermöglichen, die einen großen freien Spektralbereich (free spectral range, FSR) aufweisen. Eine große Trennung zwischen den Resonanzwellenlängen (Frequenzen) in dem Ring kann erreicht werden. Für ausreichend kleine Längen des Kreislaufs kann ein Wellenlängenbereich, der im Wesentlichen eine Frequenz aufweist, aus einem Breitbandsignal ausgekoppelt werden, beispielsweise wenn im Wesentlichen nur eine Frequenz die Resonanzbedingung der Resonatorstrukturen erfüllt. Somit kann jede Resonatorstruktur im Wesentlichen nur eine Wellenlänge an dem Ausgang bereitstellen. Das sich verbreitende elektromagnetische Feld in den Wellenleitern und in der Resonatorstruktur kann im Wesentlichen oder auch vollständig plasmonischer Natur sein.
Auch wenn die Struktur zur plasmonischen Wellentrennung 20 als drei Resonatorstrukturen 22a–c und drei Ausgangswellenleiter 14a–c aufweisend beschrieben wird, können andere Beispiele Strukturen zur plasmonischen Wellenlängentrennung zur Verfügung stellen, die zwei, vier oder mehr als vier Resonatorstrukturen und Ausgangswellenleiter zur Verfügung stellen. Weitere Ausführungsformen umfassen eine Struktur zur plasmonischen Wellenlängentrennung, die konfiguriert ist, um zwei, vier oder mehr als vier Wellenlängen zu trennen. Beispielsweise kann eine Struktur zur plasmonischen Wellenlängentrennung mindestens 1 und höchstens 1000 (oder mehr) Resonatorstrukturen und/oder assoziierte Ausgangswellenleiter aufweisen, mindestens 2 und höchstens 500 Resonatorstrukturen und/oder assoziierte Ausgangswellenleiter oder mindestens 10 und höchstens 100 Resonatorstrukturen und/oder assoziierte Ausgangswellenleiter. Beispielsweise kann eine Anzahl von Wellenlängen, die zu trennen sind (d. h. eine Anzahl von Trennungsstrukturen und/oder eine Anzahl von Ausgangswellenleitern) durch eine Auflösung eines Herstellungsprozesses zur Herstellung der Struktur zur plasmonischen Wellentrennung beeinflusst werden. Beispielsweise kann eine Bandbreite des ersten plasmonischen Signals 16 in eine Anzahl von Wellenlängen getrennt (aufgesplittet) werden, wobei die Anzahl durch einen Toleranzbereich des Herstellungsprozesses beeinflusst wird. Ein verringerter Toleranzbereich bei dem Herstellungsprozess (z. B. 50 nm, 20 nm oder 5 nm) kann eine steigende Anzahl zu trennender Wellenlängen zulassen. Der (strukturelle) Toleranzbereich kann durch eine Sicherheits-Bandbreite berücksichtigt werden, die sich bei verringerten Toleranzbereichen verringern kann. Aktuell können typische Ausmaße ± Toleranzbereiche einer Kristallstruktur, die durch einen lithographischen Herstellungsprozess erhalten wird, beispielsweise etwa 450 nm ± 50 nm betragen (d. h. einen Toleranzbereich von 50 nm), wenn eine G-Linien-Ausrüstung eines Lithographieprozesses verwendet wird, etwa 350 nm ± 30 nm (d. h. einen Toleranzbereich von 30 nm), wenn eine I-Linien-Ausrüstung eines Lithographieprozesses verwendet wird, etwa 150 nm ± 15 nm (d. h. einen Toleranzbereich von 15 nm), wenn eine Tiefultraviolett(deep ultraviolet, DUV)-Ausrüstung eines Lithographieprozesses verwendet wird, oder etwa 100 nm ± 10 nm (d. h. einen Toleranzbereich von 10 nm), wenn eine Elektronenstrahl(E-Strahl)-Lithographieausrüstung verwendet wird.
3 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer Struktur 30 zur plasmonischen Wellenlängentrennung. Die Struktur 30 zur plasmonischen Wellenlängentrennung kann die Struktur 10 zur plasmonischen Wellenlängentrennung aufweisen, eine elektromagnetische Signalquelle 36 und ein Empfängerelement 38. Die elektromagnetische Signalquelle 36 kann konfiguriert sein, um ein elektromagnetisches Signal 42 zu emittieren, das mehrere Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche λ_E1, λ_E2 und/oder λ_E3 aufweist. Die elektromagnetische Signalquelle kann beispielsweise eine Licht-emittierende Diode (LED), eine Laser-LED, einen photonischen Kristall und/oder eine Wärmestrahlungsquelle, wie mit Bezugnahme auf die 10a und 10b beschrieben, aufweisen. Die Wärmestrahlungsquelle kann konfiguriert sein, um eine Wärmstrahlung zu emittieren. Beispielsweise kann die Wärmestrahlung an den Eingangswellenleiter 12 gekoppelt und/oder von dem Ausgangswellenleiter 14 abgekoppelt sein, durch eine Rippenstruktur oder eine Gitterstruktur.
Die elektromagnetische Signalquelle 36 kann mit dem Eingangswellenleiter 12 gekoppelt sein und kann konfiguriert sein, um das erste plasmonische Wellensignal 16 in dem Eingangswellenleiter 12 basierend auf dem elektromagnetischen Signal 42 anzuregen. Die elektromagnetische Signalquelle kann mit einem Kommunikationssystem gekoppelt sein und kann ein optisches oder ein elektrisches Kommunikationssignal empfangen, das mehrere Trägersignale (Wellenlängenbereiche) aufweist, so dass das elektromagnetische Signal 42 basierend auf dem Breitbandsignal erhalten werden kann.
Wellenlängen des plasmonischen Wellensignals 16 können gleich oder unterschiedlich zu der Wellenlänge des elektromagnetischen Signals 42 sein. Eine Kopplung kann beispielsweise durch ein Kopplungselement wie ein Prisma erhalten werden. Das Empfängerelement 38 kann konfiguriert sein, um das zweite plasmonische Wellensignal 18 von dem Ausgangswellenleiter 14 zu empfangen. Das Empfängerelement 38 kann konfiguriert sein, um ein elektromagnetisches Signal 44 basierend auf dem plasmonischen Wellensignal 18 zur Verfügung zu stellen. Eine Wellenlänge oder ein Wellenlängenbereich λ_E4 des elektromagnetischen Signals 44 kann auf der Wellenlänge oder dem Wellenlängenbereich oder einer Amplitude des plasmonischen Wellensignals 18 basieren. Die Wellenlänge λ_E4 kann gleich oder unterschiedlich der Frequenz des elektromagnetischen Signals 42 sein. Beispielsweise kann die Wellenlänge λ_E4 durch eine variierende Resonanzfrequenz der Resonatorstruktur 22 beeinflusst werden, z. B. basierend auf einem Kontakt mit einem Umgebungsmaterial. Alternativ oder zusätzlich kann die Wellenlänge λ_E4 durch Umwandeln einer Wellenlänge des plasmonischen Wellensignals 18 durch das Empfängerelement 38 erhalten werden. Die Wellenlänge λ_E4 kann auf einer Wellenlänge des elektromagnetischen Signals 42 basieren und zumindest teilweise durch die Resonatorstruktur 22 beeinflusst werden.
Alternativ oder zusätzlich kann eine unterschiedliche Struktur zur plasmonischen Wellenlängentrennung angeordnet werden, beispielsweise die Struktur 20 zur plasmonischen Wellenlängentrennung.
Die Struktur 30 zur plasmonischen Wellenlängentrennung kann das Trennen einer oder mehrerer Wellenlängen λ_E1, λ_E2 und/oder λ_E3 durch Umwandeln in ein plasmonisches Wellensignal und Extrahieren oder Trennen einer oder mehrerer erhaltener Wellenlängen des plasmonischen Signals ermöglichen.
4 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines Microlab-Systems 40, das die Struktur 10 zur plasmonischen Wellenlängentrennung aufweist, eine Signalquelle 46, einen Detektor 48 und einen Prozessor (Ausleseelektronik) 52.
Die Resonatorstruktur 22 kann konfiguriert sein, um mit einem Umgebungsmaterial 54 verbunden werden zu können, z. B. mit dem Umgebungsmaterial 38. Eine Wellenlänge des plasmonischen Wellensignals 18 kann basierend auf einer Interaktion zwischen dem Teil des plasmonischen Wellensignals 16, das mit der Resonatorstruktur 22 gekoppelt ist, und dem Umgebungsmaterial 54 basieren. Das Umgebungsmaterial 54 kann mit der Resonatorstruktur in einem inneren Bereich davon verbunden werden, wie ein Bereich der von dem inneren Radius der Resonatorstruktur 22 umgeben (eingeschlossen) ist. Alternativ oder zusätzlich kann das Umgebungsmaterial 54 mit der Resonatorstruktur 22 an dem äußeren Radius verbunden werden, beispielsweise wenn die Resonatorstruktur 22 als eine Scheibe gebildet wird.
Beispielsweise kann eine Resonanzfrequenz der Resonatorstruktur 22 basierend auf der Interaktion beeinflusst werden, so dass eine Wellenlänge. Alternativ oder zusätzlich kann eine Amplitude oder ein Wellenlängenbereich des plasmonischen Wellensignals 18 durch den Kontakt zwischen der Resonatorstruktur 22 und dem Umgebungsmaterial 48 beeinflusst (gesteigert oder verringert) werden. Die Signalquelle 46 kann konfiguriert sein, um das plasmonische Wellensignal 16 zur Verfügung zu stellen, beispielsweise durch Koppeln eines elektromagnetischen Signals, z. B. des elektromagnetischen Signals 42, mit dem Eingangswellenleiter 12.
Der Detektor 48 kann konfiguriert sein, um eine Wellenlänge des plasmonischen Wellensignals 18 oder eine Modifizierung davon zu erkennen, wenn das plasmonische Wellensignal 18 empfangen wird. Beispielsweise kann der Detektor 48 mit dem Ausgangswellenleiter 14 gekoppelt sein, um das plasmonische Wellensignal 18 zu empfangen.
Der Prozessor 52 kann mit dem Detektor 48 verbunden werden und kann konfiguriert sein, um eine Eigenschaft des Umgebungsmaterials 54 basierend auf der modifizierten Wellenlänge, dem Wellenlängenbereich oder der Amplitude des plasmonischen Wellensignals 18 oder einer davon abgeleiteten Wellenlänge zu erkennen. Eine davon abgeleitete Wellenlänge kann sich auf eine Wellenlänge eines Signals beziehen, das von dem plasmonischen Wellensignal 18 abgeleitet ist, beispielsweise ein elektrisches oder optisches Signal, in das das plasmonische Wellensignal 18 umgewandelt wird.
Das Microlab-System 40 kann beispielsweise ein Teil einer mobilen Vorrichtung wie eines mobilen Scanners, eines Mobiltelefons oder eines Fahrzeugs sein. Dies kann das Erkennen einer Eigenschaft (wie einer Gegenwart, einer Konzentration oder ähnliches) des Umgebungsmaterials 54 mit der mobilen Vorrichtung ermöglichen. Auch wenn das Microlab-System 40 so beschrieben ist, dass es die Struktur 10 zur plasmonischen Wellenlängentrennung aufweist, können alternativ oder zusätzlich weitere und/oder eine unterschiedliche Struktur(en) zur plasmonischen Wellenlängentrennung angeordnet werden, beispielsweise die Struktur 10', 20 oder 30 zur plasmonischen Wellenlängentrennung.
Das Umgebungsmaterial 38 und/oder 54 kann ein Fluid wie eine Flüssigkeit oder ein Gas oder ein Material des Fluids sein. Beispielsweise kann das Umgebungsmaterial 38 und/oder 54 ein Stoff aus der Luft wie Ozon, Sauerstoff oder Kohlenstoffdioxid sein. Alternativ oder zusätzlich kann das Umgebungsmaterial 54 ein festes Material sein, das in dem Fluid dispergiert werden kann, wie ein Feinstaub oder ähnliches. Die Resonatorstruktur kann eine Beschichtung aufweisen, beispielsweise eine hydrophobe Beschichtung, die ein schnelles Entfernen des Umgebungsmaterials 54 von der Resonatorstruktur 22 mit einer geringen Menge an Rückständen ermöglicht.
5 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines optischen Empfängers 50, der die Struktur 20 zur plasmonischen Wellenlängentrennung aufweist. Der optische Empfänger 50 umfasst ferner die elektromagnetische Signalquelle 36, die konfiguriert ist, um das elektromagnetische Signal 42 basierend auf einem empfangenen optischen Kommunikationssignal 54 zu emittieren. Die elektromagnetische Signalquelle kann beispielsweise eine Eingangsschnittstelle des optischen Empfängers 50 sein, die konfiguriert ist, um das optische Kommunikationssignal 56 in das elektromagnetische Signal 42 weiterzuleiten/umzuwandeln. Beispielsweise kann das elektromagnetische Signal 42 das optische Kommunikationssignal 56 sein. Der optische Empfänger umfasst ein Kopplungselement 58, beispielsweise ein Prisma oder ähnliches, so dass das plasmonische Wellensignal 16 basierend auf dem elektromagnetischen Signal 42 erhalten werden kann.
Der optische Empfänger 50 weist mehrere Empfängerelemente 38a–c auf, die konfiguriert sind, um eines der plasmonischen Wellensignale 18a–c von dem Ausgangswellenleiter der Struktur 20 zur plasmonischen Wellenlängentrennung zu empfangen und um elektromagnetische Signale 44a–c basierend auf den empfangenen plasmonischen Wellensignalen 18a–c zur Verfügung zu stellen.
Beispielsweise können die elektromagnetischen Signale 44a–c jeweils einen Wellenlängenbereich des optischen Kommunikationssignals 56 aufweisen.
6 stellt ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens 600 zur Herstellung einer Struktur zur plasmonischen Wellenlängentrennung bildlich dar. Das Verfahren 600 kann beispielsweise verwendet werden, um die Struktur 10, 20 und/oder 30 zur plasmonischen Wellenlängentrennungherzustellen.
Das Verfahren 600 weist einen Schritt 610 auf, in dem ein Eingangswellenleiter, der konfiguriert ist, um ein erstes plasmonisches Wellensignal zu leiten, zur Verfügung gestellt wird.
In einem Schritt 620 des Verfahrens 600 wird ein Ausgangswellenleiter, der konfiguriert ist, um ein zweites plasmonisches Wellensignal zu leiten, zur Verfügung gestellt.
In einem Schritt 630 des Verfahrens 600 wird ein geschlossener Regelkreis, der eine Resonatorstruktur bildet, zur Verfügung gestellt, so dass ein Teil des ersten plasmonischen Wellensignals des Eingangswellenleiters durch die Resonatorstruktur durch Koppeln empfangen werden kann, und so dass das zweite plasmonische Wellensignal durch den Ausgangswellenleiter von der Resonatorstruktur durch Koppeln empfangen werden kann.
Der Eingangswellenleiter, die Resonatorstruktur und der Ausgangswellenleiter werden jeweils in Schritt 610, 620, 630 zur Verfügung gestellt, indem ein Material zum plasmonischen Wellenleiten, das zum Leiten des ersten und des zweiten plasmonischen Wellensignals konfiguriert ist, angeordnet wird.
Ausführungsformen, die nachfolgend beschrieben werden, beziehen sich auf die Strukturen zur photonischen Wellenlängentrennung, ein Microlab-System, das eine Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung aufweist und einen optischen Empfänger, der eine Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung umfasst. Die nachfolgend beschriebenen Strukturen zur photonischen Wellenlängentrennung können das Leiten und/oder Koppeln eines elektromagnetischen Signals betreffen, z. B. ein photonisches Signal, das vereinfacht als ein sichtbares und/oder unsichtbares Licht aufweisend beschrieben werden kann. Beispielsweise können elektromagnetische Signale Wellenlängen umfassen, die im Infrarotbereich liegen und/oder durch Wärmestrahlung generiert werden können. Wellenleiter und/oder Resonatorstrukturen zum Leiten und/oder Koppeln von elektromagnetischen Signalen, die nachfolgend beschrieben werden, können ein Halbleitermaterial wie ein Siliciummaterial oder ein Galliumarsenidmaterial aufweisen. Das Halbleitermaterial kann ein Dotierungsmaterial wie Phosphor oder Bor aufweisen, um eine Leitfähigkeit der Wellenleiter oder Resonatorstrukturen anzupassen. Ein Substrat, auf dem die Wellenleiter und/oder die Resonatorstruktur angeordnet sind, kann ein isolierendes Material sein oder ein Material, das eine geringe Wärmeleitfähigkeit im Vergleich zu einem Material der Wellenleiter und/oder der Resonatorstruktur aufweist. Beispielsweise können die Wellenleiter und/oder die Resonatorstruktur im Wesentlichen aus dem Halbleitermaterial gebildet sein, das ein Siliciumnitridmaterial umfassen kann.
7a zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer Struktur 70 zur photonischen Wellenlängentrennung. Die Struktur 70 zur photonischen Wellenlängentrennung umfasst einen Eingangswellenleiter 62 und einen Ausgangswellenleiter 64. Der Eingangswellenleiter 62 kann konfiguriert sein, um ein erstes elektromagnetisches Signal 66 zu leiten. Der Ausgangswellenleiter 64 kann konfiguriert sein, um ein zweites elektromagnetisches Signal 68 zu leiten.
Der Eingangswellenleiter 62, der Ausgangswellenleiter 64 und/oder die Resonatorstruktur 72 können ein metallisches Material zum Leiten des ersten und/oder des zweiten elektromagnetischen Signals 66 und 68 aufweisen. Alternativ kann der Eingangswellenleiter 62, der Ausgangswellenleiter 64 und/oder die Resonatorstruktur 72 ein Halbleitermaterial zum Leiten des ersten und/oder des zweiten elektromagnetischen Signals 66 und/oder 68 aufweisen. Ein Halbleitermaterial wie ein Silicium oder Galliumarsenid kann beispielsweise vorteilhaft sein, um elektromagnetische Signale in einem (Infrarot-)Wellenlängenbereich wie zwischen 1 μm und 10 μm zu leiten. Das metallische Material kann beispielsweise ein Goldmaterial, ein Silbermaterial, ein Kupfermaterial, ein Aluminiummaterial, ein Platinmaterial und/oder ein Wolframmaterial aufweisen.
Das erste elektromagnetische Signal 66 kann eine erste Bandbreite und/oder mehrere Wellenlängen aufweisen, die jeweils die Wellenlängen λ_E1, λ_E2 und/oder λ_E3 aufweisen, wobei die Wellenlängenbereiche jeweils die Wellenlängen λ_E1, λ_E2 und/oder λ_E3 aufweisen. Nachfolgend können die Wellenlängen λ_E1, λ_E2 und/oder λ_E3 einen Träger des Wellenlängenbereichs bezeichnen, der die jeweiligen Wellenlängen λ_E1, λ_E2 oder λ_E3 aufweist. Der Wellenlängenbereich, der jeweils mit einer Wellenlänge λ_E1, λ_E2, λ_E3 assoziiert ist, kann die jeweilige Wellenlänge und einen Wellenlängenbereich innerhalb einer Toleranz von beispielsweise 20%, 10% oder 5% der jeweiligen Wellenlänge oder von einer gesamten Bandbreite des ersten elektromagnetischen Signals 66 umfassen. Vereinfacht gesagt kann das erste elektromagnetische Signal 66 ein Breitbandsignal sein, das mehrere Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche aufweist.
Der Ausgangswellenleiter 64 kann konfiguriert sein, um das erste elektromagnetische Signal 66 zu leiten und kann gleich dem Eingangswellenleiter 62 gebildet sein. Alternativ kann der Ausgangswellenleiter 64 eine unterschiedliche Form aufweisen, wie eine unterschiedliche Länge, einen unterschiedlichen Querschnittsbereich und/oder unterschiedliche Ausdehnungen entlang anderer Richtungen im Vergleich zu dem Eingangswellenleiter 62.
Die Struktur 70 zur photonischen Wellenlängentrennung kann eine Resonatorstruktur 72 aufweisen. Die Resonatorstruktur 72 ist konfiguriert, um einen Teil des ersten elektromagnetischen Signals 66 von dem Eingangswellenleiter 62 durch Koppeln zu empfangen und das zweite elektromagnetische Signal 68 dem Ausgangswellenleiter 64 basierend auf dem Teil des ersten elektromagnetischen Signals 66 durch Koppeln zur Verfügung zu stellen. Die Resonatorstruktur 72 weist einen geschlossenen Regelkreis auf. Beispielsweise die Resonatorstruktur 72 als ein Ring gebildet sein und einen (geschlossenen Regel-)Kreislauf aufweisen. Beispielsweise kann die Resonatorstruktur 72 eine kreisförmige Form, eine elliptische Form, eine polygonale Form und/oder eine Kombination daraus aufweisen. Koppeln kann zwischen der Resonatorstruktur 72 und dem Eingangswellenleiter 62 und zwischen der Resonatorstruktur 72 und dem Ausgangswellenleiter 64 erfolgen. Die Resonatorstruktur 72 und die Wellenleiter 62 und 64 können so angeordnet sein, dass die angrenzenden Teile der Elemente die Kopplung ermöglichen.
Der Teil des ersten elektromagnetischen Signals 66, der mit der Resonatorstruktur 72 gekoppelt werden kann, kann beispielsweise eine Wellenlänge oder einen Wellenlängenbereich des ersten elektromagnetischen Signals 66 aufweisen. Beispielsweise kann ein Wellenlängenbereich, der die Wellenlänge λ_E3 aufweist, mit der Resonatorstruktur 72 gekoppelt werden, und ein Signal, das davon abgeleitet wird, kann von der Resonatorstruktur 72 mit dem Ausgangswellenleiter 64 gekoppelt werden. Somit kann das zweite elektromagnetische Signal 68 basierend auf dem Teil des ersten elektromagnetischen Signals 66, der mit der Resonatorstruktur 72 gekoppelt ist, erhalten werden. Vereinfacht gesagt kann die Resonatorstruktur 72 konfiguriert sein, um einen Teil (Wellenlängenbereich) des ersten elektromagnetischen Signals 66 zu extrahieren und das aus dem extrahierten Teil abgeleitete Signal mit dem Ausgangswellenleiter 64 zu koppeln, um das zweite elektromagnetische Signal 68 zu erhalten.
Eine Eigenschaft wie eine Amplitude oder eine Wellenlänge des Teils, der aus dem Eingangswellenleiter 62 abgekoppelt wird, kann durch einen Abstand 74 zwischen dem Eingangswellenleiter 62 und der Resonatorstruktur 74 beeinflusst werden. Ein Koppeln zwischen der Resonatorstruktur 72 und dem Ausgangswellenleiter 64 kann zumindest teilweise durch einen Abstand 76 zwischen der Resonatorstruktur 72 und dem Ausgangswellenleiter 64 beeinflusst werden. Beispielsweise kann der Abstand 74 und/oder der Abstand 76 mindestens 0,1 μm und höchstens 10 μm betragen, mindestens 0,2 μm und höchstens 8 μm oder mindestens 0,75 μm und höchstens 2 μm. Die Abstände 24 und 26 können zueinander gleich sein. Die Abstände 24 und 26 können alternativ Werte aufweisen, die sich voneinander unterschieden. Beispielsweise kann der Abstand 74 und/oder der Abstand 76 im Wesentlichen gleich einer Wellenlänge des zu koppelnden Teils oder Signals sein, oder im Wesentlichen gleich dem daraus abgeleiteten Wert, beispielsweise λ/2 oder λ/4.
Eine Länge des geschlossenen Regelkreises, beispielsweise ein äußerer Umfang einer Ringstruktur, kann durch einen (äußeren) Radius 78 der Resonatorstruktur 72 und/oder durch einen inneren Radius 79 der Resonatorstruktur beeinflusst werden. Ein Unterschied zwischen dem äußeren Radius 78 und dem inneren Radius 79 kann als Breite des geschlossenen Regelkreises oder einer Ringstruktur bezeichnet werden. Der äußere Radius 78 kann größer als oder gleich dem inneren Radius 79 sein. D. h., die Resonatorstruktur 72 kann als rund, elliptisch oder polygonal geformte Scheibe gebildet sein, wobei der Begriff Scheibe austauschbar mit dem Begriff Platte verwendet werden kann. Die Länge des geschlossenen Regelkreises kann beispielsweise ein Vielfaches der Wellenlänge des von dem ersten elektromagnetischen Signal 66 zu empfangenden Teils sein, z. B. λ_E3.
Eine Breite (äußerer Radius 78 minus innerer Radius 79) der Ringstruktur kann auf einer Single-Mode-Verteilung des zu koppelnden elektromagnetischen Signals basieren. Alternativ kann die Breite unterschiedliche Werte aufweisen.
Das Koppeln des Teils des ersten elektromagnetischen Signals 66 mit der Resonatorstruktur 72 und/oder von der Resonatorstruktur 72 mit dem Ausgangswellenleiter 64 kann auf einer elektronischen Kopplung zwischen der Resonatorstruktur 72 und dem Eingangswellenleiter 62 und/oder zwischen der Resonatorstruktur 72 und dem Ausgangswellenleiter 64 basieren. Die elektromagnetische Kopplung weist eine Übertragung elektromagnetischer Strahlung (photonische Signale) von einer Struktur zur anderen auf.
Eine Länge des Kreislaufs der Resonatorstruktur 72 kann ein Vielfaches der Wellenlänge des zweiten elektromagnetischen Signals 68 innerhalb eines Toleranzbereichs sein. Der Toleranzbereich kann weniger als oder gleich 10%, 5% oder 2% sein.
Die Länge des Kreislaufs kann beispielsweise kürzer als oder gleich 300 μm, 200 μm oder 100 μm sein. Der Eingangswellenleiter 62, der Ausgangswellenleiter 64 und die Resonatorstruktur 72 können beispielsweise auf einem Substrat angeordnet sein. Das Substrat kann beispielsweise ein Halbleitersubstrat sein oder ein Substrat, das ein metallisches Material umfasst. Die Resonatorstruktur 72 kann zwischen dem Eingangswellenleiter 62 und dem Ausgangswellenleiter 64 angeordnet sein. Der Eingangswellenleiter 62 und der Ausgangswellenleiter 64 können im Wesentlichen parallel angeordnet sein, können aber ebenso mit einem Winkel zueinander angeordnet sein.
Beispielsweise kann ein Winkel zwischen dem Eingangswellenleiter 62 und dem Ausgangswellenleiter 64 einen Wert zwischen 0° und 180°, zwischen 22,5° und 150,5° und/oder zwischen 45° und 135° aufweisen.
Der Eingangswellenleiter 62 und der Ausgangswellenleiter 64 können eine gerade axiale Ausdehnung aufweisen. Alternativ kann der Eingangswellenleiter 62 und/oder der Ausgangswellenleiter 64 eine kurvenförmige axiale Ausdehnung oder eine axiale Ausdehnung aufweisen, die in Abschnitten gerade ist.
Die Resonatorstruktur 72 kann mit einem Umgebungsmaterial verbunden werden. Beispielsweise kann das Umgebungsmaterial auf einem inneren Flächenbereich 82 des Substrats angeordnet sein, umgeben von dem Kreislauf der Resonatorstruktur 72. Eine Gegenwart des Umgebungsmaterials kann ermöglichen, dass eine Interaktion zwischen dem Teil des ersten photonischen Signals 66, das mit der Resonatorstruktur 72 gekoppelt ist, stattfindet, so dass eine Amplitude, eine Wellenlänge und/oder eine Bandbreite des zweiten elektromagnetischen Signals 68 durch die Gegenwart des Umgebungsmaterials beeinflusst werden kann. Der Einfluss kann erkannt werden, beispielsweise wenn die Amplitude, Wellenlänge oder Bandbreite des zweiten elektromagnetischen Signals 68 bewertet wird, und kann ermöglichen, dass eine Eigenschaft des Umgebungsmaterials und/oder eine Gegenwart des Umgebungsmaterials erfasst wird.
Die Resonatorstruktur 72 und/oder ein oder mehrere Wellenleiter 62 und/oder 64 können als Rippenstruktur (feste Struktur) gebildet sein, oder als photonische Kristallstruktur.
Mit anderen Worten kann ein photonischer Filter zur Wellenlängentrennung zumindest teilweise aus einem Silicium (Si) hergestellt werden und basiert auf parallelen Ringresonatoren. Der freie Spektralbereich, und somit die Anzahl der Resonanzwellenlängen, kann durch den Radius der Ringe und einen Abstand zwischen den Ringen gesteuert werden.
7b zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer Struktur 70' zur photonischen Wellenlängentrennung, die im Vergleich zu der photonischen Wellenlängentrennung 70 modifiziert ist. Die Struktur 70' zur photonischen Wellenlängentrennung weist die Resonatorstruktur 72 auf, die als Scheibe gebildet sein kann. Das Bilden der Resonatorstruktur 72 als eine Scheibe kann einen einfachen Herstellungsprozess im Vergleich zu der Resonatorstruktur 72 ermöglichen. Die Resonatorstruktur 72 kann eine Verbreitung mehrerer Modi des empfangenen photonischen (elektromagnetischen) Wellensignals ermöglichen. Die Verbreitung kann beispielsweise durch kompensierende Wirkungen mit einer Ausleseelektronik zulässig sein.
Nachfolgend beschriebene Ausführungsformen können Strukturen zur photonischen Wellenlängentrennung betreffen, die mindestens eine Resonatorstruktur aufweisen, die als eine Ringstruktur gebildet ist. Nach anderen Ausführungsformen können die Resonatorstrukturen als eine Scheibenstruktur gebildet sein.
8 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer Struktur 80 zur photonischen Wellenlängentrennung, die den Eingangswellenleiter 62 und mehrere Ausgangswellenleiter 64a–c aufweist. Die Struktur 80 zur photonischen Wellenlängentrennung kann mehrere Resonatorstrukturen 72a–c aufweisen. Jede der mehreren Resonatorstrukturen 72a–c kann mit einem Ausgangswellenleiter 64a–c assoziiert sein und kann zwischen dem Eingangswellenleiter 62 und einem assoziierten Ausgangswellenleiter 64a–c angeordnet sein. Beispielsweise kann die Resonatorstruktur 72a mit dem Ausgangswellenleiter 64a assoziiert sein. Die Resonatorstruktur 72b kann mit dem Ausgangswellenleiter 64b assoziiert sein. Die Resonatorstruktur 72c kann mit dem Ausgangswellenleiter 64c assoziiert sein.
Jede der Resonatorstrukturen 72a–c kann so konfiguriert sein, um einen unterschiedlichen Teil, d. h. einen unterschiedlichen Wellenlängenbereich, von dem Eingangswellenleiter 62 zu empfangen. Die Resonatorstrukturen 72a–c können unterschiedliche Längen des (geschlossenen Regel-)Kreislaufs aufweisen. Beispielsweise können die Resonatorstrukturen 72a–c unterschiedliche Radien 72a–c aufweisen. Angrenzende Resonatorstrukturen 72a und 72b, 72b und 72c können jeweils mit den Abständen 34a und/oder 34b dazwischen angeordnet sein. Der Abstand 34a zwischen den Resonatorstrukturen 72a und 72b oder zwischen deren Mittelpunkten und der Abstand 34b zwischen den Resonatorstrukturen 72b und 72c oder zwischen deren Mittelpunkten können Nebensignaleffekte zwischen den Resonatorstrukturen verringern oder verhindern, beispielsweise kann ein Einfluss eines Teils, der von einer Resonatorstruktur 72a–c empfangen wird, auf einen Teil, der von einer anderen Resonatorstruktur empfangen wird, gering oder fast null sein.
Die Abstände 74a–c zwischen einer jeweiligen Resonatorstruktur 72a–c und dem Eingangswellenleiter 62 und/oder die Abstände 76a–c zwischen den jeweiligen Resonatorstrukturen 72a–c und dem jeweils assoziierten Ausgangswellenleiter 64a–c können im Wesentlichen gleich der jeweiligen zu koppelnden Wellenlänge λ_P1, λ_P2 und λ_P3 sein, oder ein davon abgeleiteter Wert wie λ/2 oder λ/4. Daher können die Abstände 74a, 74b und 74c sich voneinander unterscheiden. Dies kann eine Kopplung unterschiedlicher Wellenlängen λ_E1, λ_E2 und λ_E3 mit unterschiedlichen Resonatorstrukturen 72a, 72b und 72c ermöglichen. Alternativ oder zusätzlich können die Abstände 76a, 76b und 76c sich voneinander unterscheiden. Dies kann ein Koppeln unterschiedlicher Wellenlängen λ_E1, λ_E2 und λ_E3 mit den Ausgangswellenleitern 64a, 64b und 64c ermöglichen. Die Abstände 74a und 76a, 74b und 76b und/oder 74c und 76c können im Wesentlichen gleich sein. Ein Wert jedes Abstands 74a–c und/oder 76a–c kann wie beschrieben in Bezug auf die Abstände 74 und 76, die in 7 bildlich dargestellt sind, gleich sein.
Die Kreisläufe der Resonatorstrukturen 72a–c können sich voneinander auf eine Weise unterscheiden, so dass eine Länge des Kreislaufs einer Resonatorstruktur sich von einem ganzzahligen (Integer-)Vielfachen einer Länge von einer, mehreren oder allen der anderen Resonatorstrukturen 72a–c unterscheidet. Das kann ermöglichen, dass Wellenlängen von den Resonatorstrukturen 72a–c, die nicht eine ganze Zahl zueinander sind, so empfangen werden, dass Interferenzen zwischen den Teilen, die ausgekoppelt werden, verringert oder verhindert werden.
Beispielsweise kann die Resonatorstruktur 72a konfiguriert sein, um den Wellenlängenbereich, der die Wellenlänge λ_E3 aufweist, an den Ausgangswellenleiter 64a zu koppeln, um das elektromagnetische Signal 68a zu erhalten, was dem in 7 beschriebenen elektromagnetischen Signal 68 entsprechen kann. Die Resonatorstruktur 72b kann konfiguriert sein, um einen Wellenlängenbereich, der die Wellenlänge λ_E2 aufweist, mit dem Ausgangswellenleiter 64 zu koppeln, um ein elektromagnetisches Signal 68b zu erhalten, das die Wellenlänge λ_E2 aufweist. Die Resonatorstruktur 72c kann konfiguriert sein, um einen Wellenlängenbereich, der die Wellenlänge λ_E1 aufweist, mit dem Ausgangswellenleiter 64c zu koppeln, um ein elektromagnetisches Signal 68c zu erhalten, das die Wellenlänge λ_E1 aufweist. Die Resonatorstrukturen 72a, 72b und/oder 72c können konfiguriert sein, um mit denselben oder unterschiedlichen Umgebungsmaterialen verbunden werden zu können, so dass eine Bewertung der elektromagnetischen Signale 68a–c eine Erfassung einer Gegenwart oder einer Konzentration eines oder mehrerer Umgebungsmaterialien ermöglicht.
Der Eingangswellenleiter 62, die Resonatorstrukturen 72a–c und die Ausgangswellenleiter 64a–c können eine Resonator-Ringanordnung bilden, beispielsweise die Resonatorstrukturen 72a–c aufweisend, die als eine Ringstruktur gebildet sind. Alternativ oder zusätzlich können der Eingangswellenleiter 62, die Resonatorstrukturen 72a–c und die Ausgangswellenleiter 64a–c eine Resonator-Scheibenanordnung bilden, beispielsweise die Resonatorstrukturen 72a–c aufweisend, die als eine Scheibenstruktur gebildet sind. Vereinfacht gesagt ermöglicht die Struktur 80 zur photonischen Wellenlängentrennung das Trennen von Wellenlängenbereichen, die unterschiedliche Wellenlängen λ_E1, λ_E2 und λ_E3 aufweisen. Beispielsweise kann ein Breitbandsignal, das unterschiedliche Signale aufweist, die auf unterschiedlichen Wellenlängenbereichen übertragen werden, in einzelne Signale getrennt werden, die auch als monochromatische Signale bezeichnet werden können, auch wenn sie mehr als eine Wellenlänge aufweisen.
Die Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung kann mindestens ein Teil eines Filters zur Wellenlängentrennung sein, der auch als Demultiplexer bezeichnet werden kann. Beispielsweise kann das elektromagnetische Signal 66 auf einer Breitbandlichtquelle basieren, z. B. einem optischen Breitband-Kommunikationssignal. Das Signal kann in einzelne Komponenten aufgeteilt werden, indem die elektromagnetischen Signale 68a–c getrennt werden, und in ein optisches oder elektrisches Signal zur weiteren Bearbeitung transferiert oder umgewandelt werden.
Strukturen 70 und/oder 80 zur photonischen Wellenlängentrennung ermöglichen die Umsetzung kleiner Filter zur Wellenlängentrennung, optischer Empfänger und/oder Microlabs zum Erkennen eines Umgebungsmaterials. Kleine Wellenlängen der elektromagnetischen Signale ermöglichen kleine Ausdehnungen der Komponenten, d. h. Wellenlängen und Resonatorstrukturen.
Mit anderen Worten kann eine Filtervorrichtung zur Wellenlängentrennung (WSF) aus einem Eingangswellenleiter, parallelen Ringen (Resonatorstrukturen) und Ausgangswellenleitern konstruiert werden, wobei ein Ausgangswellenleiter mit jedem Ring assoziiert sein kann. Eine oder mehrere, wahrscheinlich alle Komponenten, Wellenlängen und Ringe können das Halbleitermaterial aufweisen, das die Anregung und Verbreitung von elektromagnetischer Strahlung ermöglicht. Eigenschaften von elektromagnetischer Strahlung können sehr kurze Wellenleiter und Resonatorstrukturen mit kurzen Kreisläufen ermöglichen, beispielsweise einige Mikrometer und/oder im Sub-Mikrometer-Bereich. Dies kann Ringresonatoren ermöglichen, die große freie Spektralbereiche (FSR) aufweisen. Eine große Trennung zwischen den Resonanzwellenlängen (Frequenzen) in dem Ring kann erreicht werden. Für ausreichend kleine Längen des Kreislaufs kann beispielsweise ein Wellenlängenbereich, der im Wesentlichen eine Frequenz aufweist, aus einem Breitbandsignal ausgekoppelt werden, da im Wesentlichen nur eine Frequenz die Resonanzbedingung der Resonatorstrukturen erfüllt. Somit kann jede Resonatorstruktur im Wesentlichen nur eine Wellenlänge am Ausgang bereitstellen. Das sich verbreitende elektromagnetische Feld in den Wellenleitern und in der Resonatorstruktur kann im Wesentlichen oder vollständig photonischer Natur sein.
Auch wenn die Struktur 80 zur photonischen Wellenlängentrennung als drei Resonatorstrukturen 72a–c und drei Ausgangswellenleiter 64a–c aufweisend beschrieben wird, stellen andere Beispiele Strukturen zur photonischen Wellenlängentrennung zur Verfügung, die zwei, vier oder mehr als vier Resonatorstrukturen und Ausgangswellenleiter aufweisen. Weitere Ausführungsformen stellen eine Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung zum Trennen von zwei, vier oder mehr als vier Wellenlängen zur Verfügung. Beispielsweise kann eine Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung mindestens 1 und höchstens 1000 (oder mehr) Resonatorstrukturen und/oder assoziierte Ausgangswellenleiter aufweisen, mindestens 2 und höchstens 500 Resonatorstrukturen und/oder assoziierte Ausgangswellenleiter oder mindestens 10 und höchstens 100 Resonatorstrukturen und/oder assoziierte Ausgangswellenleiter. Beispielsweise kann eine Anzahl von zu trennenden Wellenlängen (d. h. eine Anzahl von Trennungsstrukturen und/oder eine Anzahl von Ausgangswellenleitern) durch eine Auflösung eines Herstellungsprozesses zur Herstellung der Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung beeinflusst werden. Beispielsweise kann eine Bandbreite des ersten elektromagnetischen Signals 66 in eine Anzahl an Wellenlängen getrennt (gesplittet) werden, wobei die Anzahl durch einen Toleranzbereich des Herstellungsprozesses beeinflusst wird. Ein verringerter Toleranzbereich des Herstellungsprozesses (z. B. 50 nm, 20 nm oder 5 nm) kann eine steigende Anzahl an zu trennenden Wellenlängen ermöglichen. Der (strukturelle) Toleranzbereich kann durch eine Sicherheits-Bandbreite berücksichtigt werden, die sich bei verringerten Toleranzbereichen verringern kann. Aktuell können typische Ausmaße ± Toleranzbereiche einer Kristallstruktur, die durch einen lithographischen Herstellungsprozess erhalten wird, beispielsweise etwa 450 nm ± 50 nm betragen (d. h. einen Toleranzbereich von 50 nm), wenn eine G-Linien-Ausrüstung eines Lithographieprozesses verwendet wird, etwa 350 nm ± 30 nm (d. h. einen Toleranzbereich von 30 nm), wenn eine I-Linien-Ausrüstung eines Lithographieprozesses verwendet wird, etwa 150 nm ± 15 nm (d. h. einen Toleranzbereich von 15 nm), wenn eine Tiefultraviolett(DUV)-Ausrüstung eines Lithographieprozesses verwendet wird, oder etwa 100 nm ± 10 nm (d. h. einen Toleranzbereich von 10 nm), wenn eine Elektronenstrahl(E-Strahl)-Lithographieausrüstung verwendet wird.
9 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer Struktur 90 zur photonischen Wellenlängentrennung. Die Struktur 90 zur photonischen Wellenlängentrennung kann die Struktur 70 zur photonischen Wellenlängentrennung und eine elektromagnetische Signalquelle 86 aufweisen, die konfiguriert ist, um das erste elektromagnetische Signal 66 zu emittieren. Die elektromagnetische Signalquelle 86 kann beispielsweise eine Licht-emittierende Diode (LED) aufweisen, eine Laser-LED, einen photonischen Kristall und/oder einen Wärmeemitter wie in Bezugnahme auf die 10a und 10b beschrieben. Die elektromagnetische Signalquelle 86 kann mit dem Eingangswellenleiter 62 gekoppelt sein.
Die Struktur 90 zur photonischen Wellenlängentrennung kann ein Empfängerelement 88 aufweisen. Das Empfängerelement 88 kann mit dem Ausgangswellenleiter 64 gekoppelt sein und kann konfiguriert sein, um das elektromagnetische Signal 68 von dem Ausgangswellenleiter 64 zu empfangen.
Die elektromagnetische Signalquelle kann beispielsweise eine Lichtquelle sein, die konfiguriert ist, um sichtbares oder unsichtbares Licht zu emittieren. Unsichtbares Licht kann beispielsweise eine elektromagnetische Strahlung im Ultraviolett- und/oder im Infrarotspektrum sein.
Das Empfängerelement 88 kann konfiguriert sein, um Daten oder ein Signal basierend auf dem empfangenen elektromagnetischen Signal 68 zu empfangen. Beispielsweise kann das Empfängerelement eine Fotodiode oder einen Temperatursensor wie ein Bolometer oder einen pyroelektrischen Detektor aufweisen.
Das Siliciummaterial des Eingangswellenleiters 62, des Ausgangswellenleiters 64 und der Resonatorstruktur 72 kann zumindest für elektromagnetische Strahlung im Infrarotspektrum durchlässig sein. Somit kann das Emittieren, Koppeln und Empfangen von Wärme-(Infrarot-)Strahlung die Bearbeitung elektromagnetischer Signale mit geringen Verlusten und hoher Präzision ermöglichen.
Das Umgebungsmaterial 92 kann ein Fluid wie eine Flüssigkeit oder ein Gas oder ein Material aus dem Fluid sein. Beispielsweise kann das Umgebungsmaterial 92 ein Stoff aus der Luft wie Ozon, Sauerstoff oder Kohlenstoffdioxid sein. Alternativ oder zusätzlich kann das Umgebungsmaterial 92 ein festes Material sein, das in dem Fluid dispergiert werden kann, wie ein Feinstaub oder ähnliches. Die Resonatorstruktur kann eine Beschichtung aufweisen, beispielsweise eine hydrophobe Beschichtung, die ein schnelles Entfernen des Umgebungsmaterials 92 von der Resonatorstruktur 72 mit einer geringen Menge an Rückständen ermöglicht.
10a zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Eingangswellenleiters 94 und eines Ausgangswellenleiters 96. Der Eingangswellenleiter 94 kann beispielsweise der Eingangswellenleiter 62 sein. Der Ausgangswellenleiter 96 kann beispielsweise der Ausgangswellenleiter 64 sein. Der Eingangswellenleiter 94 kann ein Gitter 98 aufweisen, beispielsweise eine Rippen- oder Rinnenstruktur. Die Rippenstruktur kann als eine unterschiedliche Dicke oder als mehrere Rinnen entlang einer ersten und/oder zweiten lateralen Richtung beschrieben werden, die senkrecht zu einer Dickenrichtung 99 parallel zu einer Flächennormalen 101 eines Wellenleiters 94 oder 96 liegt.
Das elektromagnetische Signal 66 kann beispielsweise durch Umwandlung von Wärmestrahlung 102 erhalten werden, die durch eine Wärmestrahlungsquelle 104 emittiert wird, beispielsweise durch die elektromagnetische Signalquelle 86. D. h., die elektromagnetische Signalquelle 86 kann den Wärmeemitter 104 aufweisen. Die Gitterstruktur 98 kann eine Umwandlung der Wärmestrahlung 102 in das elektromagnetische Signal 66 ermöglichen.
Der Ausgangswellenleiter 96 kann eine Gitterstruktur 106 aufweisen, die konfiguriert ist, um das elektromagnetische Signal 68 in eine Wärmestrahlung 108 umzuwandeln, die von einem Wärmeempfänger 112 empfangen werden kann. Der Wärmeempfänger 112 kann beispielsweise ein Bolometer und/oder ein pyroelektrischer Sensor sein. Die Gitterstrukturen 98 und 106 können auch als eine Rinnenstruktur bezeichnet werden und können beispielsweise durch das Generieren mehrerer Rinnen in dem Eingangswellenleiter 94 oder dem Ausgangswellenleiter 96 erhalten werden.
Der Wärmeemitter 104 kann im Vergleich zu dem Eingangswellenleiter 94 ein getrenntes Element sein. Alternativ kann der Wärmeemitter 104 ebenso ein Teil des Eingangswellenleiters 94 sein. Beispielsweise kann der Eingangswellenleiter 94 das Halbleitermaterial wie ein Siliciummaterial oder ein Galliumarsenidmaterial umfassen. Das Halbleitermaterial kann eine Dotierung mindestens in einem (Emitter-)Bereich des Eingangswellenleiters 94 aufweisen, so dass die Wärmestrahlung 102 erzeugt werden kann, wenn elektrischer Strom an den dotierten Bereich des Eingangswellenleiters 94 angelegt wird. Das dotierte Siliciummaterial kann eine Dotierungskonzentration von mindestens 5%, mindestens 10% oder mindestens 15% aufweisen. Die Dotierungskonzentration kann höchstens 50%, höchstens 40% oder höchstens 30% betragen.
Eine Erhöhung der Dotierungskonzentration kann eine höhere Leitfähigkeit und/oder eine effizientere Erzeugung der Wärmestrahlung ermöglichen.
Das Empfängerelement 88 kann den Wärmedetektor 112 aufweisen. Der Ausgangswellenleiter 64 kann die Gitterstruktur 106 (Rinnenstruktur) aufweisen, die konfiguriert ist, um das elektromagnetische Signal 68 von dem Ausgangswellenleiter 96 abzukoppeln, um die zweite Wärmestrahlung 108 zu erhalten, die mit dem Wärmedetektor 112 erfasst werden kann.
Alternativ kann der Eingangswellenleiter 62 und/oder der Ausgangswellenleiter 64 als photonische Kristallstruktur gebildet sein. Beispielsweise kann die photonische Kristallstruktur als mehrere Säulenstrukturen gebildet sein, z. B. erhalten durch einen anisotropen Ätzprozess bei einem Halbleitersubstrat. Die photonische Kristallstruktur kann konfiguriert sein, um die elektromagnetischen Signale 66 und/oder 68 zu leiten.
Photonische Kristallstrukturen können mehrere Säulenstrukturen aufweisen, die an einem Substrat angeordnet sein können. Die Säulenstrukturen können ebenso als Stäbe im leeren Raum bezeichnet werden. Alternativ oder zusätzlich kann eine photonische Kristallstruktur Vertiefungen aufweisen, die in einem Substrat gebildet wurden, die ebenso als Löcher (Vertiefungen) in einer Platte(Substrat) bezeichnet werden können.
Die Vertiefungen oder die Säulen können eine Ausdehnung aufweisen, die parallel zu einer Flächennormalen des Substrats liegt, die als Höhe oder Tiefe des Substrats bezeichnet werden kann. Zusätzlich können die Vertiefungen oder Säulen eine Querschnittsfläche aufweisen, die senkrecht zu der Flächennormalen liegt, wobei die Querschnittsfläche eine erste Ausdehnung entlang einer ersten lateralen Ausdehnung aufweist und eine zweite Ausdehnung entlang einer zweiten lateralen Richtung. Beispielsweise können die Vertiefungen oder Säulen eine kreisförmige, elliptische oder polygonale Querschnittsfläche aufweisen. Eine optische Eigenschaft einer photonischen Kristallstruktur kann durch die Querschnittsfläche und/oder durch einen Abstand zwischen Säulen oder Vertiefungen beeinflusst werden.
10b zeigt eine schematische Querschnittsansicht des Eingangswellenleiters 94 und des Ausgangswellenleiters 96. Im Vergleich zu 10a können der Wärmeemitter 104 und der Wärmedetektor 112 auf unterschiedlichen Seiten des Eingangswellenleiters 94 und des Ausgangswellenleiters 96 angeordnet sein. Lediglich als nicht einschränkendes Beispiel kann eine Konfiguration nach 10a als der Wärmeemitter 104 und der Wärmedetektor 112 bezeichnet werden, die auf einer (selben) ersten Seite angeordnet sind, z. B. einer Unterseite, einer Oberseite oder einer lateralen Seite. Eine Konfiguration nach 10b kann als der Wärmeemitter 104 und der Wärmedetektor 112 bezeichnet werden, die auf einer (selben) zweiten Seite angeordnet sind, z. B. der Oberseite, der Unterseite oder auf einer lateralen Seite, die der lateralen Seite, die in 10a bildlich dargestellt wird, entgegengesetzt ist. Nach weiteren Ausführungsformen können der Wärmeemitter 104 und der Wärmedetektor 112 auf unterschiedlichen Seiten angeordnet sein, wie auf einer Unterseite und einer Oberseite, auf einer Oberseite und einer lateralen Seite, einer Unterseite und einer lateralen Seite und/oder auf zwei unterschiedlichen lateralen Seiten.
11 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines Microlab-Systems 110, das die Struktur 90 zur photonischen Wellenlängentrennung aufweist, ein Detektorelement 114, das konfiguriert ist, um eine Wellenlänge des zweiten elektromagnetischen Signals 68 zu erfassen. Alternativ kann der Detektor konfiguriert sein, um eine Wellenlänge zu erkennen, die von dem elektromagnetischen Signal 68 abgeleitet ist, beispielsweise wenn das Empfängerelement 88 konfiguriert ist, um eine Wellenlänge des elektromagnetischen Signals 68 in eine weitere Wellenlänge zu konvertieren. Alternativ kann das Empfängerelement 88 den Detektor 114 aufweisen, d. h. das Empfängerelement 88 kann so konfiguriert sein, um das elektromagnetische Signal 68 zu empfangen und um die Wellenlänge des elektromagnetischen Signals 68 oder der davon abgeleiteten Wellenlänge zu erkennen.
Das Microlab-System 110 umfasst einen Prozessor (Ausleseelektronik) 116, der konfiguriert ist, um eine (physikalische) Eigenschaft des Umgebungsmaterials 92 basierend auf der Wellenlänge des elektromagnetischen Signals 68 oder der davon abgeleiteten Wellenlänge zu bestimmen.
Die Resonatorstruktur 72 kann so konfiguriert sein, dass sie mit dem Umgebungsmaterial 92 verbunden werden kann. Das Umgebungsmaterial 92 kann mit der Resonatorstruktur an einem inneren Bereich davon verbunden werden, wie ein Bereich, der von dem inneren Radius der Resonatorstruktur 72 umgeben (eingeschlossen) ist. Alternativ oder zusätzlich kann das Umgebungsmaterial 92 mit der Resonatorstruktur an dem äußeren Radius verbunden werden, beispielsweise wenn die Resonatorstruktur 72 als eine Scheibe geformt ist. Eine Wellenlänge des elektromagnetischen Signals 68 kann basierend auf einer Interaktion zwischen dem Teil des elektromagnetischen Signals 66, der mit der Resonatorstruktur 72 und dem Umgebungsmaterial 92 gekoppelt ist, beeinflusst werden. Beispielsweise kann eine Resonanzfrequenz der Resonatorstruktur 72 beeinflusst (gesteigert oder verringert) werden, basierend auf der Interaktion dieser einen Wellenlänge. Alternativ kann eine Amplitude oder ein Wellenlängenbereich des elektromagnetischen Signals 68 durch den Kontakt zwischen der Resonatorstruktur 72 und dem Umgebungsmaterial 92 beeinflusst (gesteigert oder verringert) werden. Die Signalquelle 86 kann konfiguriert sein, um das elektromagnetische Signal 66 dem Eingangswellenleiter 62 zur Verfügung zu stellen.
Der Detektor 114 kann konfiguriert sein, um eine Wellenlänge des elektromagnetischen Signals 68 oder einer Modifizierung davon zu erfassen, wenn das elektromagnetische Signal 68 empfangen wird. Beispielsweise kann der Detektor 114 mit dem Ausgangswellenleiter 64 und/oder mit dem Detektorelement 88 gekoppelt werden, um das elektromagnetische Signal 68 oder eine davon abgeleitete Information zu empfangen.
Der Prozessor 116 kann mit dem Detektor 114 verbunden werden und kann so konfiguriert werden, um eine Eigenschaft eines Umgebungsmaterials 92 basierend auf der modifizierten Wellenlänge, dem Wellenlängenbereich oder der Amplitude des elektromagnetischen Signals 68 oder einer davon abgeleiteten Wellenlänge zu bestimmen. Eine davon abgeleitete Wellenlänge kann eine Wellenlänge eines Signals bezeichnen, die von dem elektromagnetischen Signal 68 abgeleitet ist, beispielsweise ein elektrisches oder optisches Signal, in das das elektromagnetische Signal 68 umgewandelt wird.
Das Microlab-System 110 kann beispielsweise ein Teil einer mobilen Vorrichtung wie eines mobilen Scanners, eines Mobiltelefons oder eines Fahrzeugs sein. Dies kann ermöglichen, dass eine Eigenschaft (wie eine Gegenwart, eine Konzentration oder ähnliches) des Umgebungsmaterials 92 mit der mobilen Vorrichtung erkannt wird.
Auch wenn das Microlab-System 110 als die Struktur 90 zur photonischen Wellenlängentrennung aufweisend beschrieben wird, kann alternativ die Struktur 70, 70' oder 80 zur photonischen Wellenlängentrennungangeordnet werden.
12 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines optischen Empfängers 120, der die Struktur 70 zur photonischen Wellenlängentrennung aufweist. Der Eingangswellenleiter der Struktur 70 zur photonischen Wellenlängentrennung ist mit einem Eingang 118 des optischen Empfängers 120 verbunden. Der Eingang ist konfiguriert, um ein optisches Kommunikationssignal 122 zu empfangen. Das optische Kommunikationssignal 122 kann beispielsweise ein Breitbandkommunikationssignal sein, das mehrere Trägersignale aufweist, wobei jedes Trägersignal eine Wellenlänge oder einen Wellenlängenbereich aufweist, der zur weiteren Verarbeitung abgetrennt werden soll.
Der Eingang 118 kann konfiguriert sein, um das elektromagnetische Signal 66 basierend auf dem optischen Kommunikationssignal 122 bereitzustellen. Beispielsweise kann das elektromagnetische Signal 66 das optische Kommunikationssignal 122 sein oder davon abgeleitet sein, z. B. durch einen Wärmeemitter, der basierend auf dem optischen Kommunikationssignal 122 betrieben wird. Der optische Empfänger 120 ist konfiguriert, um die elektromagnetischen Signale 68a–c zur Verfügung zu stellen. Alternativ kann der optische Empfänger konfiguriert sein, um ein optisches oder elektrisches Signal zur Verfügung zu stellen, das von den elektromagnetischen Signalen 68a–c abgeleitet ist.
Auch wenn der optische Empfänger 120 als die Struktur 80 zur photonischen Wellenlängentrennung umfassend beschrieben wird, kann alternativ die Struktur 70, 70' oder 90 zur photonischen Wellenlängentrennungangeordnet werden.
13 stellt ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens 1300 zur Herstellung einer Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung bildlich dar, zum Beispiel der Struktur 70, 80 oder 90 zur photonischen Wellenlängentrennung.
Das Verfahren 1300 umfasst einen Schritt 1310, in dem ein Eingangswellenleiter konfiguriert ist, um ein erstes elektromagnetisches Signal zu leiten.
Ein Schritt 1320 des Verfahrens 1300 umfasst das Zurverfügungstellen eines Ausgangswellenleiters zum Leiten eines zweiten elektromagnetischen Signals.
Ein Schritt 1330 des Verfahrens 1300 weist das Zurverfügungstellen eines geschlossenen Regelkreises auf, der eine Resonatorstruktur bildet, so dass ein Teil des ersten elektromagnetischen Signals des Eingangswellenleiters von der Resonatorstruktur durch Koppeln empfangen werden kann, und so dass das zweite elektromagnetische Signal durch den Ausgangswellenleiter von der Resonatorstruktur durch Koppeln empfangen werden kann. Der Eingangswellenleiter, die Resonatorstruktur und der Ausgangswellenleiter werden jeweils durch Anordnen eines Halbleitermaterials zur Verfügung gestellt, das konfiguriert ist, um das erste und das zweite elektromagnetische Signal zu leiten.
Das Zurverfügungstellen des Eingangswellenleiters, des Ausgangswellenleiters und/oder des geschlossenen Regelkreises kann das Bilden der jeweiligen Struktur aus einem Halbleitersubstrat oder das Anordnen der jeweiligen Struktur auf dem Substrat beinhalten.
Mit anderen Worten kann ein Filter zur Wellenlängentrennung (WSF), d. h. eine Struktur zur Wellenlängentrennung, Komponenten aufweisen, die aus Silicium auf einem Substrat hergestellt wurden und deren dielektrische Konstanten geringer sind als die des Siliciummaterials. Dies kann beispielsweise ein Silicium-Wellenleiter auf einem Siliciumnitrid-Substrat sein. Die Vorrichtung kann einen Eingangswellenleiter aufweisen, mindestens einen Ring oder mehrere parallele Ringe und Ausgangswellenleiter, einen für jeden Ring. Alle Komponenten, Wellenleiter und Ringe können aus Silicium hergestellt werden. Das sich verbreitende elektromagnetische Feld in den Wellenleitern und in den Ringen kann im Wesentlichen rein photonischer Natur sein. Daher können Einschränkungen, die sich auf die photonische Natur der sich verbreitenden Wellen beziehen, kleine Radien oder kurze Kreisläufe ermöglichen, beispielsweise in einem Mikrometer-Bereich.
Nachfolgend beschriebene Beispiele können sich auf Strukturen zur photonischen Wellenlängentrennung beziehen, die Wellenleiter aufweisen, die als photonische Kristallstrukturen gebildet sind. Photonische Kristallstrukturen können eine Vielzahl von Säulenstrukturen aufweisen, die auf einem Substrat angeordnet sein können. Die Säulenstrukturen können auch als Stäbe in leerem Raum bezeichnet werden. Alternativ oder zusätzlich kann eine photonische Kristallstruktur Vertiefungen aufweisen, die in einem Substrat gebildet wurden, die auch als Löcher (Vertiefungen) in einer Platte (Substrat) bezeichnet werden können.
Die Vertiefungen oder die Säulen können eine Ausdehnung aufweisen, die parallel zu einer Flächennormalen des Substrats liegt, die als Höhe oder Tiefe des Substrats bezeichnet werden kann. Zusätzlich können die Vertiefungen oder Säulen eine Querschnittsfläche aufweisen, die senkrecht zu der Flächennormalen liegt, wobei die Querschnittsfläche eine erste Ausdehnung entlang einer ersten lateralen Ausdehnung aufweist und eine zweite Ausdehnung entlang einer zweiten lateralen Richtung. Beispielsweise können die Vertiefungen oder Säulen eine kreisförmige, elliptische oder polygonale Querschnittsfläche aufweisen. Eine optische Eigenschaft einer photonischen Kristallstruktur kann durch die Querschnittsfläche und/oder durch einen Abstand zwischen Säulen oder Vertiefungen beeinflusst werden.
Nachfolgend beschriebene Beispiele beziehen sich auf Säulen und/oder Vertiefungen, die eine runde Form aufweisen und einen Durchmesser haben. Andere Beispiele sind nicht auf runde Säulenstrukturen oder Vertiefungen beschränkt, da die nachfolgend gegebenen Erklärungen ohne Einschränkungen auf entsprechende Strukturen übertragen werden können, die elliptische oder polygonal geformte Querschnittsflächen aufweisen. Zusätzlich können die nachfolgend aufgeführten Details ohne relevante Einschränkungen auf eine Struktur mit Vertiefungen und umgekehrt übertragen werden.
Das Substrat kann beispielsweise ein metallisches Material umfassen und/oder ein Halbleitermaterial wie ein Siliciummaterial oder ein Galliumarsenidmaterial. Säulenstrukturen oder Vertiefungen können durch anisotropes Ätzen der Oberfläche hergestellt werden, so dass ein Material der Oberfläche zwischen den Säulenstrukturen entfernt wird oder so dass Vertiefungen in einer Oberfläche des Substrats gebildet werden. Somit kann die Säulenstruktur ein Halbleitermaterial aufweisen, das gleich dem Halbleitermaterial des Substrats sein kann.
14 zeigt eine schematische Draufsicht einer Struktur 140 zur photonischen Wellenlängentrennung 141. Die Struktur 141 zur photonischen Wellenlängentrennung kann mehrere Halbleiterwellenleiter 61a bis 61m aufweisen. Die Halbleiterwellenleiter 61a bis 61m können ein Halbleitermaterial aufweisen, das eine Dotierungseigenschaft aufweist. Die Halbleiterwellenleiter 61a bis 61m können Dotierungseigenschaften aufweisen, die sich voneinander unterscheiden. Die Halbleiterwellenleiter 61a bis 61m können verschiedene Brechungsindexe η_i basierend auf den unterschiedlichen Dotierungseigenschaften aufweisen.
Somit können die Halbleiterwellenleiter 61a bis 61m, basierend auf einer unterschiedlichen Dotierungseigenschaft, einen unterschiedlichen Brechungsindex aufweisen, der Leitung von verschiedenen Wellenlängen eines empfangenen elektromagnetischen Breitbandsignals 63, zum Beispiel eines von einer Quelle 59 erzeugten Breitbandlichtsignals, gestatten kann. Basierend auf einer Leitung verschiedener Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche kann eine Filtereigenschaft von den Halbleiterwellenleitern 61a bis 61m durch Dämpfen oder Unterdrücken von Wellenlängenbereichen, die nicht von dem jeweiligen Halbleiterwellenleiter 61a bis 61m geleitet oder unterstützt werden, erhalten werden. Die Halbleiterwellenleiter 61a bis 61m können somit Filterung des elektromagnetischen Breitbandsignals 63 mit verschiedenen Filtereigenschaften gestatten. Zum Beispiel können die unterschiedlichen Brechungsindexe verschiedene obere Wellenlängen von Wellenlängenbereichen, von den Halbleiterwellenleitern 61a bis 61m geleitet, gestatten. Im Folgenden werden Wellenlängen λ_E0 to λ_E14 als eine ansteigende Wellenlänge aufweisend beschrieben, wobei der Wellenlängenanstieg den ansteigenden Indexen entspricht. Somit kann eine Wellenlänge λ_E2 größer als eine Wellenlänge λ_E1 und kleiner als eine Wellenlänge λ_E3 sein. Die Wellenlängenbereiche können zum Beispiel im Infrarotbereich liegen, d. h. in einem Bereich zwischen 0,01 μm und 10 μm, zwischen 0,1 μm und 8 μm oder zwischen 0,5 μm und 6 μm, können allerdings auch in anderen Wellenlängenbereichen liegen.
Die Wellenlängen λ_E1 bis λ_E13 können als obere Frequenzen oder Frequenzbereiche, von dem jeweiligen Wellenleiter 61a bis 61m geleitet, verstanden werden. Somit kann zum Beispiel der Halbleiterwellenleiter 61a einen Wellenlängenbereich von zwischen λ_E0 und λ_E1 leiten. Der Halbleiterwellenleiter 61m kann zum Beispiel einen Wellenlängenbereich von zwischen λ_E0 und λ_E13 leiten. Obwohl sich die vorliegend zur Verfügung gestellten Beschreibungen auf Wellenlängen λ_E0 bis λ_E14 beziehen, sind sie nicht auf eine jeweilige spezielle Wellenlänge beschränkt. Jede der Wellenlängen kann als einen Wellenlängenbereich oder mehrere Wellenlängenbereiche, zum Beispiel in einem Bereich von zwischen ±15%, ±10% oder ±5% der jeweiligen Wellenlänge λ_E0 bis λ_E13, aufweisend verstanden werden.
Die Dotierungseigenschaft eines Wellenleiters 61a bis 61m kann auf mindestens einem der Folgenden basieren: unterschiedliches Halbleitermaterial für die Halbleiterwellenleiter, unterschiedliche Dotierungsmaterialien zur Dotierung des Halbleitermaterials dieser Halbleiterwellenleiter und eine unterschiedliche Dotierungskonzentration des Dotierungsmaterials als für die Halbleiterwellenleiter. Zum Beispiel kann ein Halbleitermaterial eines ersten Halbleiterwellenleiters 61a bis 61m ein Siliciummaterial aufweisen, wobei ein unterschiedlicher Halbleiterwellenleiter ein unterschiedliches Halbleitermaterial wie Galliumarsenid (GaAs), Germanium oder Hybridmaterialien wie Lithium-Barium-Hybrid, aufweisen kann. Eine implementierte Dotierungskonzentration kann jeden beliebigen Wert aufweisen. Nach einem Beispiel kann die Dotierungskonzentration in einem Bereich von zwischen 10¹³ und 20²² cm^–3, zwischen 10¹⁴ and 20²¹ cm^–3 oder zwischen 10¹⁵ und 20²⁰ cm^–3 liegen.
Nach einem weiteren Beispiel kann ein erster Halbleiterwellenleiter der mehreren Halbleiterwellenleiter 61a bis 61m ein erstes Dotierungsmaterial aufweisen, wie zum Beispiel Bor, wobei ein zweiter Halbleiterwellenleiter 61a bis 61m ein anderes Dotierungsmaterial aufweisen kann, wie zum Beispiel Phosphor oder dergleichen. Nach anderen Beispielen können unterschiedliche Halbleiterwellenleiter unterschiedliche Dotierungsmaterialien zur Dotierung des Halbleitermaterials des Halbleiterwellenleiters aufweisen, wie zum Beispiel Indium, Aluminium, Gallium, Arsen oder dergleichen und/oder eine Kombination daraus. Nach einem weiteren Beispiel können die unterschiedlichen Halbleiterwellenleiter 61a bis 61m unterschiedliche Dotierungskonzentrationen eines häufigen Dotierungsmaterials, d. h. des Dotierstoffes, aufweisen. Zum Beispiel kann sich die Dotierungskonzentration zum Beispiel monoton zwischen jedem der Halbleiterwellenleiter 61a bis 61m verändern.
Nach einem Beispiel können die Halbleiterwellenleiter 61a bis 61m aneinandergrenzend auf einem Substrat 65 angeordnet sein. Die Halbleiterwellenleiter 61a bis 61m können aneinandergrenzend entlang einer Anordnungsrichtung 67 angeordnet sein, die senkrecht zu einer axialen Ausdehnung der Halbleiterwellenleiter 61a bis 61m entlang einer Leitungsrichtung 69 sein kann, wobei die Halbleiterwellenleiter 61a bis 61m zum Leiten eines Teils des elektromagnetischen Breitbandsignals 63 entlang der Leitungsrichtung 69 konfiguriert sind. Ein Brechungsindex des Substrats 65 kann kleiner als ein Brechungsindex eines der mehreren Halbleiterwellenleiter 61a bis 61m oder jedes der Halbleiterwellenleiter 61a bis 61m sein. Beispielsweise kann Silicium (Halbleiterwellenleiter 61a bis 61m) auf einem Se₃N₄-Substrat, Silicium auf einem SiO_x-Substrat oder Germanium auf einem Siliciumsubstrat oder dergleichen eine derartige Eigenschaft ermöglichen.
Die Beispiele für Unterscheidungen mit Bezug auf die Halbleitermaterialien, die Dotierungsmaterialien und/oder die Dotierungskonzentration können einzeln realisiert werden, um unterschiedliche Brechungsindexe zwischen dem Halbleiterwellenleiter 61a bis 61m zu erhalten. Nach anderen Beispielen können mindestens 2 der Prinzipien zusammen realisiert werden, d. h. in Kombination miteinander. Nach einem weiteren Beispiel können alle drei Prinzipien in Kombination miteinander realisiert werden.
Die Halbleiterwellenleiter 61a bis 61m werden im Folgenden als eine unterschiedliche Dotierungskonzentration aufweisend beschrieben. Beispielsweise kann die Dotierungskonzentration entlang einer entgegen der Anordnungsrichtung 67 liegenden Richtung ansteigen. Somit kann der Halbleiterwellenleiter 61a im Vergleich zu den Halbleiterwellenleitern 61b bis 61m eine höhere Dotierungskonzentration aufweisen. Der Halbleiterwellenleiter 61b kann dementsprechend eine Dotierungskonzentration aufweisen, die im Vergleich zu einer Dotierungskonzentration der Halbleiterwellenleiter 61c bis 61m höher ist, usw.
Die Halbleiterwellenleiter 61a bis 61m können das elektromagnetische Breitbandsignal 63 empfangen, welches Wellenlängen eines Bereichs zwischen einem untersten Wellenlängenbereich λ_E0 und einem obersten Wellenlängenbereich λ_E14 aufweist. Jeder der Halbleiterwellenleiter 61a bis 61m kann dazu konfiguriert sein, basierend auf der Filterung einen unterschiedlichen Wellenlängenbereich im Vergleich untereinander zu leiten, wobei sich die Wellenlängenbereiche teilweise überlappen können, zum Beispiel beim Aufweisen einer gemeinsamen untersten Wellenlänge. Der Halbleiterwellenleiter 61a kann zum Beispiel dazu konfiguriert sein, basierend auf den unterschiedlichen Brechungsindexen einen Wellenlängenbereich zwischen der Wellenlänge Λ_E0 und der Wellenlänge λ_E1 zu leiten.
Der Halbleiterwellenleiter 61b kann dazu konfiguriert sein, einen Wellenlängenbereich des elektromagnetischen Breitbandsignals 63, zwischen der Wellenlänge λ_E0 und der Wellenlänge λ_E2, zu leiten. Somit können die unterschiedliche Dotierungskonzentration und die dadurch erhaltenen unterschiedlichen Brechungsindexe als Filter mit einer oberen Wellenlänge λ_E1 bis λ_E13, die mit einem Anstieg der Dotierungskonzentration abnimmt, verwendet werden. Basierend auf der Korrelation λ_E = c/f zwischen einer Wellenlänge λ_E und einer entsprechenden Frequenz f, wobei c die Lichtgeschwindigkeit in dem Material ist, kann die Abnahme in der oberen Wellenlänge λ_E1 bis λ_E13 auch als Hochpassfilter verstanden werden, der eine variierende und ansteigende Grenzfrequenz der Filtereigenschaft bzw. eine variierende untere Frequenzgrenze aufweist. Als nicht einschränkendes Beispiel kann eine Dotierungskonzentration zur Dotierung von Silicium (Si) mit Dotierungsstoffen vom n-Typ oder p-Typ (B, Sb, P usw.) im Bereich von 10¹³ to 20²² cm^–3, im Bereich von 10¹⁴ to 20²¹ cm^–3 oder im Bereich von 10¹⁵ to 20²⁰ cm^–3 variieren. In diesem Fall kann Si die Wellenleitschicht sein, in der bzw. die die Wellenleiterstrukturen gebildet oder geätzt sind. Der Brechungsindex η von Si für derartige Dotierungen kann sich im Bereich ungefähr von η = 2,7 bis η = 3,7, von η = 2,6 bis η = 3,6 oder von η = 2,5 bis η = 3,5 ändern. Die Wellenleitschicht kann auch Ge, Siliziumnitrid, Al₂O₃ usw. sein und kann auch basierend auf dem Anwendungsspektralbereich ausgewählt werden.
Alternativ zur Dotierung kann eine Legierung verwendet werden. D. h., dass die Wellenleitschicht als eine Legierung hergestellt sein kann. Ein Beispiel dafür ist Si_1-xGe_x. Dabei kann x als 0 < x < 1 variieren. Falls zum Beispiel in der folgenden Situation x = 0, dann kann die Legierung einfach Si sein und der Brechungsindex kann von der Größenordnung η ~3,4 sein, d. h. η = 3,4 ± 0,2, η = 3,4 ± 0,1 oder η = 3,4 ± 0,05 für intrinsische Si bei der Wellenlänge λ_E = 5,5 μm in einem Toleranzbereich von weniger als 10%, weniger als 5% oder weniger als 1%. Falls x = 1, dann kann die Legierung einfach Ge sein und der Brechungsindex kann von der Größenordnung η ~4,2 sein, d. h. η = 4,2 ± 0,2, η = 4,2 ± 0,1 oder η = 4,2 ± 0,05 für intrinsische Ge bei der Wellenlänge λ_E = 5,5 μm innerhalb des Toleranzbereiches. Die Variable x kann zwischen 0 und 1 variieren (zum Beispiel Implantation von Ge in Si-Schicht oder umgekehrt), was eine Veränderung des Brechungsindexes der Wellenleitschicht im Bereich von 3,6 ≤ η ≤ 4,4, im Bereich von 3,5 ≤ η ≤ 4,3 oder im Bereich von 3,4 ≤ η ≤ 4,2 bei λ_E = 5,5 μm mit dem Toleranzbereich gestattet. Als Wellenleitschichten können auch andere Legierungen verwendet werden, zum Beispiel wahrscheinlich Ge_1-xSb_x, Si_1-xC_x, Si_1-xAl_x oder dergleichen.
Somit kann der Anstieg in der Dotierungskonzentration einen Anstieg des Brechungsindexes ermöglichen und somit eine variierende Filtereigenschaft der Halbleiterwellenleiter 61a bis 61m gestatten. Erklärungen bezüglich einer Beziehung zwischen dem Brechungsindex und den geleiteten Wellenlängen werden mit Bezug auf 32b bis 32d zur Verfügung gestellt.
Obwohl die unterschiedliche Dotierung als eine Hochpasseigenschaft aufweisend beschrieben wird, kann sie zum Erhalten einer unterschiedlichen Eigenschaft dienen, wie einer Tiefpasseigenschaft oder einer Bandpasseigenschaft. Die Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung kann zum Beispiel als eine Filteranordnung zum Filtern unterschiedlicher Wellenlängenbereiche verwendet werden.
15 zeigt eine schematische Seitenansicht der Struktur 141 zur photonischen Wellenlängentrennung. Mindestens einer der Halbleiterwellenleiter 61a bis 61m kann als eine Erhöhung auf dem Substrat 65 ausgebildet sein. Eine Ausdehnung 71 der Erhöhung entlang einer Richtung parallel zu einer Oberflächennormalen 73 des Substrats 65 kann zum Beispiel mindestens 100 nm und höchstens 100 μm, mindestens 200 nm und höchstens 800 nm oder mindestens 500 nm und höchstens 700 nm, zum Beispiel 600 nm, betragen. Die Ausdehnung 71 kann als „Höhe” des Halbleiterwellenleiters bezeichnet werden, wobei der Begriff Höhe keinen einschränkenden Effekt aufweisen soll, sondern einem besseren Verständnis dient. Eine Ausdehnung 75 entlang einer Richtung senkrecht zur Oberflächennormalen 73 und parallel zur Anordnungsrichtung 67 kann als Breite des Halbleiterwellenleiters bezeichnet werden, ohne dem Wort „Breite” einen einschränkenden Effekt zukommen zu lassen. Die Breite kann zum Beispiel mindestens 50 nm und höchstens 20 μm, mindestens 500 nm und höchstens 10 μm oder mindestens 70 nm und höchstens 2 μm, zum Beispiel 100 nm, betragen. Insbesondere kann die Breite ausgelegt sein, Anforderungen zum Leiten von Signalen in einem Infrarotwellenlängenbereich zu genügen.
Eine Ausdehnung der Wellenleiter 61a bis 61m entlang einer axialen Ausdehnung, einfach als „Länge” bezeichnet, kann zum Beispiel senkrecht zur Oberflächennormalen 73 und senkrecht zur Anordnungsrichtung 67, zum Beispiel parallel zur Leitungsrichtung 69, liegen. Die Länge kann mindestens 5 μm und höchstens 10 cm, mindestens 50 μm und höchstens 1 cm oder mindestens 100 μm und höchstens 1 cm, zum Beispiel 200 μm, betragen.
16 zeigt eine schematische Seitenansicht eines dotierten Halbleitermaterials 77, das auf dem Substrat 65 angeordnet ist. Das Substrat 65 kann zum Beispiel ein dielektrisches oder ein isolierendes Material wie Siliciumoxid oder Siliciumnitrid aufweisen.
Das Halbleitermaterial 77 kann eine Dotierungskonzentration aufweisen, die entlang einer Richtung entgegen der Anordnungsrichtung 67 ansteigt. Wie durch einen Graphen 81a angegeben wird, kann die Dotierungskonzentration entlang der der Anordnungsrichtung entgegenliegenden Richtung linear und monoton ansteigen. Nach anderen Beispielen und wie durch die Graphen 81b bis 81d angegeben, kann die Dotierungskonzentration entlang der Anordnungsrichtung 67 linear und monoton ansteigen, wie durch den Graphen 81b angegeben, entlang der Anordnungsrichtung 67 nichtlinear und monoton abnehmen, wie durch den Graphen 81c angegeben, und/oder kann entlang der Anordnungsrichtung 67 nichtmonoton variieren, d. h. ansteigen und/oder abnehmen, wie durch den Graphen 81d angegeben. Das bildlich dargestellte Halbleitermaterial kann ein Startprodukt oder Zwischenprodukt zur Herstellung der Struktur 141 zur photonischen Wellenlängentrennung sein. Beispielsweise können durch Entfernen von Teilen des Halbleitermaterials die Halbleiterwellenleiter 61a bis 61m erhalten werden.
17 zeigt eine schematische Draufsicht der Struktur 141 zur photonischen Wellenlängentrennung, die zum Beispiel erhalten werden kann, wenn die Halbleiterwellenleiter 61a bis 61m aus dem Halbleitermaterial 77 durch Entfernen des Halbleitermaterials 77 in Zwischenbereichen 83 zwischen den Wellenleitern 61a bis 61m ausgebildet werden. Dies kann zum Beispiel dazu führen, dass die Halbleiterwellenleiter 61a bis 61m als Erhöhungen ausgebildet werden, wie in Verbindung mit 15 bildlich dargestellt. Entfernung des Halbleitermaterials kann zum Beispiel durch Ätzen oder Photolithographie oder andere Konzepte zum Entfernen des Halbleitermaterials erreicht werden.
Mit anderen Worten kann die Struktur zur Wellenlängentrennung, d. h. der Filter zur Wellenlängentrennung, durch Entwicklung von Halbleiterwellenleitern mit unterschiedlichen Brechungsindexen auf demselben Chip ausgebildet werden. Dies kann mit einem Halbleiterwafer erreicht werden, der zum Beispiel Silicium- oder Germaniumbauelementschichten auf einem Substrat mit Brechungsindexen von weniger als dem des Halbleitermaterials aufweist. Die Bauelementschicht kann daraufhin gradientenmäßig durch die Oberfläche, zum Beispiel entlang einer horizontalen Richtung oder der Anordnungsrichtung 67, dotiert werden. Die Dotierung kann eine Veränderung des Brechungsindexes der Bauelementschicht, d. h. des Halbleitermaterials, ermöglichen. Danach kann ein Single-Mode-Wellenleiter hergestellt werden, zum Beispiel mittels Photolithographie. Somit kann jeder Wellenleiter aus einem Material mit einem unterschiedlichen Brechungsindex η_i hergestellt sein. Da jeder Wellenleiter einen unterschiedlichen Brechungsindex aufweisen kann, kann jeder Wellenleiter einen einzelnen Modus eines empfangenen Breitbandlichtes unterstützen. Somit kann jeder Halbleiterwellenleiter eine unterschiedliche Frequenz, d. h. Wellenlänge, unterstützen.
Obwohl 14 bis 17 mit Bezug auf mehrere Halbleiterwellenleiter 61a bis 61m beschrieben werden, können andere Strukturen zur photonischen Wellenlängentrennung nach vorliegend beschriebenen Beispielen eine unterschiedliche Anzahl von Halbleiterwellenleitern, zum Beispiel mindestens zwei, mindestens drei, mindestens vier oder eine Anzahl zwischen 2 und 100, zwischen 3 und 50 oder zwischen 4 und 30, aufweisen.
Mit erneuter Bezugnahme auf 16 und 17 in Verbindung mit 14 kann die variierende Dotierungskonzentration, die in 16 und 17 bildlich dargestellt ist, zu einer variierenden Dotierungskonzentration innerhalb eines einzigen Halbleiterwellenleiters 61a bis 61m entlang der Anordnungsrichtung 67 führen. Basierend auf den Ausdehnungen des Halbleiterwellenleiters entlang der Anordnungsrichtung 67 können die unterschiedlichen Brechungsindexe als effektive Brechungsindexe bezeichnet werden, die aus einer Variation der Dotierungskonzentration und/oder der Dotierungseigenschaft innerhalb des Wellenleiters resultieren.
Bei Vergleich der Variation der Dotierungseigenschaft zwischen zwei unterschiedlichen oder zwei aneinandergrenzenden Halbleiterwellenleitern 61a bis 61m kann eine Variation innerhalb des Halbleiterwellenleiters niedriger sein und kann somit zu kleineren Variationen im Brechungsindex führen. Somit können ein erster und zweiter Halbleiterwellenleiter, die eine erste und eine zweite, unterschiedliche Dotierungseigenschaft aufweisen, unterschiedliche resultierende Dotierungsdichten oder Dotierungskonzentration aufweisen, wobei die jeweils resultierenden Dotierungsdichten, die zu einer effektiven Dotierung eines Halbleiterwellenleiters führen, sich von einem aneinandergrenzenden oder unterschiedlichen Halbleiterwellenleiter unterscheiden. Somit kann der Halbleiterwellenleiter 61a bis 61m jeweils eine unterschiedliche Dotierungseigenschaft aufweisen.
Wie mit Bezug auf 14 bis 17 beschrieben, kann jeder der Halbleiterwellenleiter 61a bis 61m dazu konfiguriert sein, einen Wellenlängenbereich, der sich von anderen Halbleiterwellenleitern 61a bis 61m mit Bezug auf einen oberen oder unteren Wellenlängenbereich unterscheidet, zu leiten. Wie oben beschrieben, kann zum Beispiel der Halbleiterwellenleiter 61a dazu konfiguriert sein, ein elektromagnetisches Signal zu leiten, das eine Wellenlänge in einem Bereich zwischen λ_E0 und λ_E1 aufweist, wobei der Halbleiterwellenleiter 61m dazu konfiguriert sein kann, ein elektromagnetisches Signal zu leiten, das Wellenlängen in einem Bereich zwischen λ_E0 und λ_E13 aufweist, wobei λ_E0 < λ_E1 < λ_E13. Die Ausgangssignale der Halbleiterwellenleiter können getrennt sein und/oder sich basierend auf dem unterschiedlichen Wellenlängenbereich voneinander unterscheiden.
18 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Struktur 133 zur photonischen Wellenlängentrennung, die in einem nicht einschränkenden Beispiel drei Halbleiterwellenleiter 61a bis 61c aufweist, die auf dem Substrat 65 angeordnet sind. Der Halbleiterwellenleiter 61a kann einen ersten Brechungsindex η₁ aufweisen, der in einem nicht einschränkenden Beispiel 3,3 beträgt. Der Wellenleiter 61b kann als nicht einschränkendes Beispiel einen Brechungsindex η₂ von 3,4 aufweisen, wobei der Halbleiterwellenleiter 61c nur als nicht einschränkendes Beispiel einen Brechungsindex η₃ von 3,5 aufweisen kann. Nach anderen Beispielen können die Halbleiterwellenleiter 61a bis 61c andere Brechungsindexe, die sich voneinander unterscheiden, aufweisen. Somit können die Brechungsindexe entlang der Anordnungsrichtung basierend auf der Dotierungseigenschaft zunehmen oder abnehmen.
Basierend auf den unterschiedlichen Brechungsindexen η₁ bis η₃ kann der Halbleiterwellenleiter 61a dazu konfiguriert sein, ein elektromagnetisches Signal zu leiten, das Wellenlängen in einem Bereich zwischen λ_E0 und λ_E1 aufweist. Der Halbleiterwellenleiter 61b kann dazu konfiguriert sein, ein elektromagnetisches Signal zu leiten, das Wellenlängen in einem Bereich zwischen λ_E0 und λ_E2 aufweist. Der Halbleiterwellenleiter 61c kann dazu konfiguriert sein, ein elektromagnetisches Signal zu leiten, das Wellenlängen in einem Bereich zwischen λ_E0 und λ_E3 aufweist, wobei λ_E0 < λ_E1 < λ_E2 < λ_E3.
Zum Extrahieren oder Filtern einer einzigen Wellenlänge oder mindestens eines reduzierten Wellenlängenbereichs aus den Halbleiterwellenleitern 61a bis 61c kann ein Wellenlängenselektionselement angeordnet sein, um mit mindestens einem der Halbleiterwellenleiter zu interagieren. Das Wellenlängenselektionselement kann dazu konfiguriert sein, eine Amplitude eines Wellenlängenteils des elektromagnetischen Signals auf einer Ausgangsseite des Halbleiterwellenleiters zu ändern. Somit kann die Amplitude des Wellenlängenteils zwischen einer Eingangsseite des Wellenleiters und einer Ausgangsseite des Wellenleiters verändert oder moduliert werden, so dass ein veränderter oder modulierter Wellenlängenteil an der Ausgangsseite des Halbleiterwellenleiters erhalten wird.
19 zeigt eine schematische Draufsicht einer Struktur 149 zur photonischen Wellenlängentrennung, die die Halbleiterwellenleiter 61a bis 61c, wie mit Bezug auf 18 beschrieben, aufweist. Eine Resonatorstruktur 85a kann angrenzend an den Halbleiterwellenleiter 61a angeordnet sein. Die Resonatorstruktur 85a kann ein Wellenlängenselektionselement wie oben beschrieben sein.
Eine Resonatorstruktur 85b kann angrenzend an den Halbleiterwellenleiter 61b angeordnet sein. Eine Resonatorstruktur 85c kann angrenzend an den Halbleiterwellenleiter 61c angeordnet sein. Die Resonatorstrukturen 85a–c können jeweils als Ringresonatoren, Scheibenresonatoren und/oder als photonische Kristallstruktur ausgebildet sein. Die Länge des Kreislaufs oder des äußeren Umfangs der Resonatorstruktur kann zum Beispiel weniger oder gleich 300 μm, 200 μm oder 100 μm sein.
Jeder der Halbleiterwellenleiter 61a bis 61c ist konfiguriert, um ein elektromagnetisches Signal an einer Eingangsseite 87a bis 87c zu empfangen und ein gefiltertes elektromagnetisches Signal 89a bis 89c an eine Ausgangsseite 91a bis 91c der Halbleiterwellenleiter 61a bis 61c auszugeben. Obwohl die Resonatorstrukturen 85a bis 85c als an die Ausgangsseiten 91a, 91b bzw. 91c angrenzend bildlich dargestellt sind, kann jede an beliebiger Stelle entlang einer tatsächlichen Ausdehnung der Halbleiterwellenleiter 61a bis 61c angeordnet sein.
Jede der Resonatorstrukturen 85a bis 85c ist konfiguriert, um einen Wellenlängenteil aus dem jeweiligen Halbleiterwellenleiter 61a bis 61c zu empfangen. Wie mit Bezug auf 7a, 7b, 8 und 9 beschrieben, kann dies eine Anpassung mit Bezug auf einen Abstand zwischen dem jeweiligen Wellenleiter und der jeweiligen Resonatorstruktur und/oder eine Variation eines äußeren Umfangs und/oder eines Radius der jeweiligen Resonatorstruktur aufweisen.
Bei Vergleich mit 7a, 7b, 8 und 9 sind die Resonatorstrukturen 85a bis 85c jeweils an einen Wellenleiter angrenzend angeordnet, wobei zuvor beschriebene Ausführungsformen eine Resonatorstruktur betreffen, die zwischen zwei Wellenleitern angeordnet ist. Obwohl sie unterschiedliche Anordnungen aufweisen, kann die Funktionalität der Resonatorstrukturen 85a bis 85c vergleichbar sein. Die Resonatorstruktur 85a kann zum Beispiel dazu konfiguriert sein, einen Wellenlängenteil zu empfangen, der im Wesentlichen eine einzige Wellenlänge aufweist, zum Beispiel die Wellenlänge λ_E1. Der Wellenlängenteil kann im Vergleich zum Wellenlängenbereich, der von λ_E0 bis λ_E1 reicht, als schmal verstanden werden. Obwohl auf die Resonatorstrukturen und/oder das Wellenlängentrennungselement Bezug genommen wird, um eine einzige Wellenlänge zur Verfügung zu stellen oder zu dämpfen (eliminieren), kann dies als sich auf einen schmalen Wellenlängenbereich beziehend verstanden werden. Der Wellenlängenteil kann zum Beispiel ein Intervall von weniger oder gleich ±15%, ±10% oder ±5% um die jeweilige zu trennende Wellenlänge λ_E1, λ_E2 oder λ_E3 aufweisen. Einfach gesagt kann es sich um eine einzige Wellenlänge, zum Beispiel λ_E1, handeln, es kann sich jedoch auch um ein schmales Intervall um zum Beispiel λ_E1 handeln [λ_E1 – 5%, λ_E1 + 5%].
Die Resonatorstruktur 85a kann dazu konfiguriert sein, den Wellenlängenteil, der die Wellenlänge λ_E1 aufweist, durch Koppeln zu empfangen und dem Halbleiterwellenleiter 61a durch Koppeln ein jeweiliges Signal zur Verfügung zu stellen. Dies kann als paralleles Koppeln verstanden werden. Somit kann die Resonatorstruktur 85a dazu konfiguriert sein, durch Auskopplung aus dem Halbleiterwellenleiter 61a und Einkopplung in den Halbleiterwellenleiter 61a eine Amplitude des Wellenlängenteils, der die Wellenlänge λ_E1 aufweist, zu modifizieren. Modifizieren der Amplitude des Wellenlängenteils kann zum Beispiel durch Verwendung einer konstruktiven oder destruktiven Resonanz, Interferenz oder Überlagerung durch die Kopplung erreicht werden. Dies kann auch als Amplitudenmodulation des Wellenlängenteils in dem Ausgangssignal 91a verstanden werden. Zum Beispiel kann die Amplitude des Wellenlängenteils, der die Wellenlänge λ_E1 aufweist, gesteigert werden, wodurch Filtern oder Extrahieren des jeweiligen Wellenlängenbereichs gestattet ist. Alternativ dazu kann die Amplitude derart verringert werden, dass eine Lücke in den Wellenlängen detektiert werden kann.
Entsprechend kann die Resonatorstruktur 85b dazu konfiguriert sein, einen unterschiedlichen Wellenlängenteil zu empfangen, der zum Beispiel die Wellenlänge λ_E2 aufweist, und die Resonatorstruktur 85c kann dazu konfiguriert sein, einen unterschiedlichen Wellenlängenteil zu empfangen, der zum Beispiel die Wellenlänge λ_E3 aufweist.
Die Resonatorstruktur 85a, 85b und/oder 85c kann mit einem Umgebungsmaterial verbindbar sein, wie mit Bezug auf 9 beschrieben. Eine Resonanzfrequenz der Resonatorstruktur 85a–c kann sich basierend auf einer Interaktion zwischen der jeweiligen Resonatorstruktur 85a–c und dem Umgebungsmaterial verändern.
Obwohl die bildliche Darstellung ein Wellenlängentrennungselement für jeden Wellenleiter aufweist, kann nach anderen Beispielen eine niedrigere Anzahl von Wellenlängentrennungselementen angeordnet sein. Nach anderen Beispielen kann auch eine höhere Anzahl angeordnet sein, wobei eine geringere Anzahl von Wellenlängenselektionselementen bei Herstellung der Struktur 149 zur photonischen Wellenlängentrennung einen geringen Aufwand und geringe Kosten ermöglicht. Zum Trennen einer spezifischen Anzahl von Wellenlängen kann eine entsprechende Anzahl von Wellenlängenselektionselementen, die um eins reduziert ist, ausreichen. Wenn zum Beispiel das elektromagnetische Breitbandlicht 63, das durch eine Quelle 59 zur Verfügung gestellt wird, einen jeweiligen Wellenlängenbereich, zum Beispiel λ_E1 bis λ_E14, aufweist, kann ein niedrigster oder höchster von den mehreren Wellenleitern geleiteter Wellenlängenbereich ohne ein Wellenlängenselektionselement ausreichend von den anderen Wellenlängen getrennt oder zumindest identifiziert oder verarbeitet werden. Wenn zum Beispiel das elektromagnetische Breitbandlicht eine untere Grenze von Wellenlängen im Bereich von λ_E1 aufweist, dann kann eine Extraktion von λ_E1 aus dem jeweiligen Signal, das von dem Wellenleiter 61a geleitet wird, durch Verwendung eines Wellenlängenselektionselements unnötig sein.
20 stellt ein Beispiel bildlich dar, das einen Halbleiterwellenleiter 61c und ein Wellenlängentrennungselement, als Gitterresonator 93 implementiert, aufweist. Der Gitterresonator 93 kann am Halbleiterwellenleiter 61c angeordnet sein oder in den Halbleiterwellenleiter 61c integriert sein und ist zur Reflexion des Wellenlängenteils λ_E3 derart konfiguriert, dass die Amplitude des Wellenlängenteils λ_E3 auf der Ausgangsseite 91a reduziert ist. Ein Detektor 95 kann an den Wellenleiter 61a angrenzend angeordnet sein, zum Beispiel an der Eingangsseite 87a, und kann zum Empfangen eines reflektierten Teils, der den Wellenlängenteil λ_E3 aufweist, konfiguriert sein. Wie in 20 bildlich dargestellt, kann das elektromagnetische Signal 89c die Wellenlänge λ_E1 und die Wellenlänge λ_E2 aufweisen. Zusätzlich kann das elektromagnetische Signal 89c die Wellenlänge λ_E3 aufweisen, aber mindestens mit einer reduzierten Amplitude im Vergleich zu einem elektromagnetischen Signal, das dem Halbleiterwellenleiter 61c an der Eingangsseite 87c zur Verfügung gestellt wird. Somit kann die reduzierte Amplitude der Wellenlänge λ_E3 an der Ausgangsseite 91c detektiert werden. Die extrahierte Wellenlänge λ_E3 kann durch den Detektor 95 detektiert werden.
Eine von dem Gitterresonator 93 zu reflektierende Wellenlänge kann durch die Gitterstruktur eingestellt werden, d. h. eine Periodizität von Rinnen, die in dem Wellenleiter 61c ausgebildet sind. Dies kann eine Anzahl von Strukturen, einen Abstand zwischen Strukturen, eine Ausdehnung der Strukturen und dergleichen umfassen. Eine erhöhte Anzahl von Strukturen kann eine erhöhte Reduktion der jeweiligen Wellenlänge und somit ein erhöhtes Signal-Rausch-Verhältnis des Signals an der Ausgangsseite 91c gestatten. Somit kann durch Anpassen der Strukturen des Gitterresonators 93 eine Anpassung an andere Wellenlängen entsprechend anderen Halbleiterwellenleitern und/oder anderen Wellenlängen erreicht werden.
21a stellt bildlich eine schematische Draufsicht des Halbleiterwellenleiters 61c, der ein Wellenlängenselektionselement aufweist, das als Wellenlängenfilter 97 ausgebildet ist, dar. Der Wellenlängenfilter 97 kann an der Ausgangsseite 91c des Halbleiterwellenleiters 61c und zwischen dem Halbleiterwellenleiter 61c und einem weiteren Halbleiterwellenleiter 103 angeordnet sein. Nach anderen Beispielen ist der Halbleiterwellenleiter 103 Teil des Halbleiterwellenleiters 61c, d. h. der Wellenlängenfilter 97 kann in den Halbleiterwellenleiter 61c integriert sein. Der Wellenlängenfilter 97 ist konfiguriert, um den Wellenlängenteil zu filtern, d. h. eine Amplitude von Wellenlängenteilen zu reduzieren, die sich von dem Wellenlängenteil, wie zum Beispiel dem Wellenlängenteil λ_E3, unterscheiden.
Der Wellenlängenfilter 97 kann zum Beispiel einen unterschiedlichen Brechungsindex im Vergleich zum Halbleitermaterial des Halbleiterwellenleiters 61c aufweisen. Dies kann eine erste Veränderung des Brechungsindexes zwischen dem Halbleiterwellenleiter 61c und dem Wellenlängenfilter 97 ermöglichen. Eine zweite Veränderung kann zwischen dem Wellenlängenfilter 97 und dem Halbleiterwellenleiter 103 auftreten. D. h., der Wellenlängenfilter 97 kann in einen Verlauf des Halbleiterwellenleiters 61c integriert sein.
Die erste Veränderung des Brechungsindexes kann basierend auf mindestens einem der Folgenden erreicht werden: unterschiedliche Materialien des zweiten Halbleiterwellenleiters und des Wellenleiterfilters, unterschiedliche Dotierungsmaterialien zur Dotierung des Halbleitermaterials des zweiten Halbleiterwellenleiters und des Wellenlängenfilters, unterschiedliche Dotierungskonzentration des Dotierungsmaterials zur Dotierung des Halbleiterwellenleiters und des Wellenlängenfilters, und eine Struktur des Wellenlängenfilters, die sich von einer Struktur des Halbleiterwellenleiters unterscheidet.
Zum Beispiel kann der Wellenlängenfilter 97 eines der Folgenden aufweisen: ein Siliciumdioxidmaterial, ein Siliciumnitridmaterial oder ein Fluid, eine Flüssigkeit oder ein Gas, um so ein Material zur Verfügung zu stellen, das sich von einem Material des Halbleiterwellenleiters unterscheidet. Bei Bezugnahme auf die Möglichkeit der Verwendung von unterschiedlichen Dotierungsmaterialien oder unterschiedlichen Dotierungskonzentrationen können ähnliche Effekte im Vergleich mit unterschiedlichen Dotierungsmaterialien oder unterschiedlichen Dotierungskonzentrationen oder unterschiedlichen Materialien bei Vergleich mit unterschiedlichen Dotierungskonzentrationen, die mit Bezug auf 14 umrissen sind, erreicht werden. Der Filter kann als Teil, der eine Vertiefung aufweist, die konfiguriert ist, um mit einem Umgebungsmaterial verbunden werden zu können, implementiert werden. Dieses kann ermöglichen, dass unterschiedliche Umgebungsmaterialien an der Vertiefung vorliegen, um so unterschiedliche Brechungsindexe und somit unterschiedliche Filtereigenschaften des Wellenlängenfilters zu erhalten. Dies kann eine Bestimmung einer Eigenschaft oder eines Typs des Umgebungsmaterials durch Auswerten des empfangenen Lichts, wie mit Bezug auf vorliegend beschriebene Microlab-Systeme beschrieben, ermöglichen.
Der Wellenlängenfilter kann dazu konfiguriert sein, als Hochpassfilter, Bandpassfilter oder Bandeliminierungsfilter zu wirken. Zwei Kanten einer Filtereigenschaft können basierend auf den Veränderungen des Brechungsindexes zwischen dem Halbleiterwellenleiter 61c, dem Wellenlängenfilter 97 und dem Halbleiterwellenleiter 103 verstellbar sein.
21b stellt eine Filtereigenschaft des Wellenlängenfilters 97, der als Hochpassfilter implementiert ist, bildlich dar. Somit wird eine Transferfunktion I über eine Grenzwellenlänge λ_Eco erhöht. Dies kann ein Leiten der Wellenlänge λ_E3 bei gleichzeitigem Unterdrücken anderer Wellenlängen wie der Wellenlänge λ_E1 und/oder λ_E2 ermöglichen. Die Grenzwellenlänge λ_Eco kann eine beliebige der Wellenlängen sein und ist nicht auf einen Bereich zwischen den Wellenlängen λ_E2 and λ_E3 begrenzt.
21c stellt den Wellenlängenfilter 93, der als Bandpassfilter implementiert ist, bildlich dar. Dies kann ein Leiten der Wellenlänge Λ_E2 bei gleichzeitigem Unterdrücken anderer Wellenlängen λ_E1 und/oder λ_E3 ermöglichen.
Andere Filter können andere Filtereigenschaften wie ein Tiefpassfilter mit Bezug auf die Wellenlänge aufweisen. Obwohl als nur einen einzigen Wellenlängenteil leitend beschrieben, können andere Filter konfiguriert sein, mehr als einen einzigen Wellenlängenteil zu leiten, zum Beispiel Wellenlängen λ_E1 und λ_E2, oder λ_E2 und λ_E3 oder andere Wellenlängen.
22 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines Microlab-Systems 105, das die Struktur 141 zur photonischen Wellenlängentrennung aufweist, wobei ein Wellenlängentrennungselement 107a bis 107e angrenzend an oder integriert in jeden der Wellenleiter 61a bis 61e angeordnet ist. Nach anderen Beispielen ist ein Wellenlängenselektionselement 107a, 107b, 107c, 107d oder 107e angrenzend an oder integriert in mindestens einen der Halbleiterwellenleiter 61a bis 61e angeordnet.
Die Wellenlängenselektionselemente 107a bis 107e können mit einem Umgebungsmaterial, wie mit Bezug auf 9 oder 21a beschrieben, verbindbar sein. Die Wellenlängenselektionselemente 107a bis 107e können zum Beispiel als Resonatorstrukturen 85, Gitterstrukturen 93 und/oder Wellenlängenfilter 97 implementiert sein. Beispielsweise kann die Gitterstruktur mit dem Umgebungsmaterial derart verbindbar sein, dass der reflektierte Wellenlängenteil beeinflusst wird. Bei Implementierung des Wellenlängenselektionselements 107a, 107b, 107c, 107d oder 107e als Wellenlängenfilter 97 kann zum Beispiel das Umgebungsmaterial zwischen den Halbleiterwellenleitern 61c und dem Element 103 angeordnet oder positioniert sein.
Ein Detektorelement 109 kann dazu konfiguriert sein, eine Wellenlänge der elektromagnetischen Signale des Wellenleiters 61a und/oder 61b und/oder eines Wellenleiterteils, aufweisend eine reduzierte Amplitude bei Vergleich mit der entsprechenden Amplitude an der Eingangsseite, zu detektieren. Alternativ dazu kann der Detektor 109 dazu konfiguriert sein, eine von dem jeweiligen elektromagnetischen Signal abgeleitete Wellenlänge zu detektieren, wie mit Bezug auf 11 beschrieben. Das Microlab-System 105 kann einen Prozessor 111 (Ausleseelektronik) aufweisen, der konfiguriert ist, um eine (physikalische) Eigenschaft des Umgebungsmaterials basierend auf der Wellenlänge der elektromagnetischen Signale der Wellenleiter 61a und/oder 61b oder der daraus abgeleiteten Wellenlänge zu bestimmen.
Die Signalquelle 59 kann zur Zurverfügungstellung eines elektromagnetischen Signals, zum Beispiel des elektromagnetischen Breitbandsignals 63, an den Halbleiterwellenleiter 61b und/oder den Halbleiterwellenleiter 61a konfiguriert sein. Gemäß anderen Beispielen kann das Microlab-System 105 die Struktur 141, 143 oder 149 zur photonischen Wellenlängentrennung aufweisen.
23 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines optischen Empfängers 113, der die Struktur 141 zur photonischen Wellenlängentrennung aufweist. Das elektromagnetische Breitbandsignal 63 kann mittels des Eingangs 118 des optischen Empfängers 113 empfangen werden. Alternativ dazu kann ein Breitbandkommunikationssignal empfangen werden, das mehrere Trägersignale aufweist, wobei jedes Trägersignal eine Wellenlänge oder einen Wellenlängenbereich aufweist, der zur weiteren Verarbeitung zu trennen ist. Der Eingang 118 kann dazu konfiguriert sein, das elektromagnetische Breitbandsignal 63 basierend auf dem von der Quelle 59 zur Verfügung gestellten Signal zur Verfügung zu stellen.
Der optische Empfänger 113 kann dazu konfiguriert sein, zumindest Teile des elektromagnetischen Breitbandsignals (optisches Kommunikationssignal) an die Halbleiterwellenleiter zur Verfügung zu stellen, um so Ausgangssignale 89a bis 89c zu erhalten, wenn Wellenlängentrennungselemente wie mit Bezug auf 19, 20 und 21 beschrieben angeordnet sind. Alternativ dazu können die unmodulierten Ausgangssignale aus den Halbleiterwellenleitern erhalten werden.
24 stellt ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens 2400 zur Herstellung einer Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung, zum Beispiel der Struktur 141, 143 oder 149 zur photonischen Wellenlängentrennung, bildlich dar.
Das Verfahren 2400 weist einen Schritt 2410 auf, in dem eine Wellenleiterstruktur mit einer ersten Dotierungseigenschaft und ein zweiter Halbleiterwellenleiter mit einer zweiten Dotierungseigenschaft zur Verfügung gestellt sind. Der erste und zweite Halbleiterwellenleiter sind derart zur Verfügung gestellt, dass sie basierend auf der ersten Dotierungseigenschaft und der zweiten Dotierungseigenschaft, die sich von der ersten Dotierungseigenschaft unterscheidet, unterschiedliche Brechungsindexe aufweisen. Die unterschiedlichen Dotierungseigenschaften des ersten und zweiten Halbleiterwellenleiters basieren auf einem der Folgenden: Zurverfügungstellen unterschiedlicher Halbleitermaterialien für den ersten und zweiten Halbleiterwellenleiter, Zurverfügungstellen unterschiedlicher Dotierungsmaterialien zur Dotierung des Halbleitermaterials des ersten und zweiten Halbleiterwellenleiters und Zurverfügungstellen unterschiedlicher Dotierungskonzentrationen des Dotierungsmaterials für den ersten und zweiten Halbleiterwellenleiter.
25 zeigt eine schematische Draufsicht einer Struktur 140 zur photonischen Wellenlängentrennung. Die Struktur 140 zur photonischen Wellenlängentrennung kann mehrere Ausgangswellenleiter 142a–e aufweisen. Jeder Ausgangswellenleiter 142a–e kann konfiguriert sein, um ein elektromagnetisches Ausgangssignal zu leiten, das die Wellenlängen λ_E1–λ_E5 aufweist. Die Struktur 140 zur photonischen Wellenlängentrennung kann einen Kreislauf 144 aufweisen, der konfiguriert ist, um ein elektromagnetisches Eingangssignal 146 zu empfangen und zu leiten. Das elektromagnetische Eingangssignal kann beispielsweise ein Breitbandsignal sein und kann beispielsweise die Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche aufweisen, die die Wellenlängen λ_E1–λ_E5 aufweisen.
Die Ausgangswellenleiter 142a–e sind untereinander durch den Kreislauf 144 verbunden. Jeder der Ausgangswellenleiter 142a–e ist konfiguriert, um einen Teil des elektromagnetischen Eingangssignals 146 zu empfangen, wobei der Teil, der von dem Ausgangswellenleiter 142a–e empfangen oder ausgekoppelt wird, die assoziierten Wellenlängen λ_E1–λ_E5 aufweist.
Die Bereiche 148a–f der Struktur 140 zur photonischen Wellenlängentrennung, die konfiguriert sind, um mindestens teilweise undurchlässig für das elektromagnetische Eingangssignal 146 zu sein, können aus einem festen Material gebildet sein. Beispielsweise kann das feste Material ein Substratmaterial sein. Alternativ können die Bereiche 148a–f zumindest teilweise als photonische Kristallstrukturen 152 eine photonische Kristallstruktur gebildet sein, z. B. Säulen oder Vertiefungen mit einer entsprechenden Querschnittsfläche. Mit Bezug auf diese Säulen 152 oder Vertiefungen können die Ausgangswellenleiter 142a–e Säulen 154a–f oder Vertiefungen aufweisen, die Querschnittsflächen aufweisen, die sich von denen der Bereiche 148a–f und voneinander unterscheiden. Solche Säulen 154a–e oder Vertiefungen können in Bezug auf die Säulen (oder Vertiefungen) 152 als Defektstrukturen bezeichnet werden. Beispielsweise kann ein Durchmesser von Säulen 154a im Wesentlichen gleich der Wellenlänge sein, die durch eine ganze Zahl geteilt wird, z. B. λ_E1/1, λ_E1/2 oder λ_E1/4. Säulen 154b des Ausgangswellenleiters 142b können einen Durchmesser aufweisen, der im Wesentlichen der Wellenlänge λ_E2/geteilt durch eine ganze Zahl entsprechen kann. Entsprechend können Defektstrukturen 154c–e die Ausgangswellenleiter 142c–e bilden.
Eine Assoziierung der Wellenlänge λ_E1–λ_E5 mit dem jeweiligen Ausgangswellenleiter 142a–e kann durch Bilden der Defektstrukturen 154a–e erhalten werden. Die Struktur 140 zur photonischen Wellenlängentrennung kann einen Eingangswellenleiter 156 aufweisen, der konfiguriert ist, um das elektromagnetische Eingangssignal 146 zu dem Kreislauf 144 zu leiten. Vereinfacht gesagt können die elektromagnetischen Ausgangssignale 158a–e aus dem Licht ausgekoppelt werden, das durch den Kreislauf 144 läuft, wobei das Licht, das durch den Kreislauf 144 läuft, durch das elektromagnetische Eingangssignal 146 zur Verfügung gestellt werden kann.
Auch wenn die Struktur 140 zur photonischen Wellenlängentrennung als fünf Ausgangswellenleiter umfassend bildlich dargestellt wird, können andere Beispiele eine Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung zur Verfügung stellen, die zwei, drei oder vier Ausgangswellenleiter aufweist. Andere Beispiele können Strukturen zur photonischen Wellenlängentrennung zur Verfügung stellen, die mehr als fünf Ausgangswellenleiter aufweisen, beispielsweise mehr als sieben, mehr als zehn oder mehr als 40, z. B. mindestens 50.
Der Eingangswellenleiter 156 und der Kreislauf 144 können so gebildet sein, dass eine leichte Dämpfung des elektromagnetischen Eingangssignals 146 erhalten wird. Beispielsweise können der Eingangswellenleiter 156 und/oder der Kreislauf 144 zumindest teilweise oder sogar vollständig für die durch die Ausgangswellenleiter 142a–e auszukoppelnden Wellenlängen durchlässig sein. Beispielsweise kann der Eingangswellenleiter 156 und/oder der Kreislauf 144 ohne Vertiefungen oder Säulen gebildet sein (z. B. ein leerer Raum oder festes Material), so dass ein freier Raum erhalten wird, in dem sich das elektromagnetische Eingangssignal 146 verbreiten kann.
Eine Länge des Kreislaufs kann ein Vielfaches einer oder mehrerer Wellenlängen λ_E1–λ_E5 sein. Der Kreislauf 144 kann für eine Resonanzüberhöhung des elektromagnetischen Signals, das durch den Kreislauf läuft, in Bezug auf die Wellenlängen λ_E1–λ_E5, von denen die Länge des Kreislaufs 144 ein Vielfaches ist, konfiguriert sein. Manche Beispiele können einen Kreislauf zur Verfügung stellen, der eine Länge aufweist, die ein Vielfaches aller von den Ausgangssignalen umfassten Wellenlängen ist. Die Länge des Kreislaufs 144 kann ein Vielfaches der Wellenlängen λ_E1–λ_E5 innerhalb eines Toleranzbereichs sein. Der Toleranzbereich kann weniger als oder gleich 10%, 5% oder 2% sein. Vereinfacht gesagt kann der Kreislauf eine Funktionalität gemäß einem Resonatorring ermöglichen.
Die Struktur 140 zur photonischen Wellenlängentrennung kann eine Ausdehnung entlang einer lateralen Ausdehnung x und entlang einer lateralen Ausdehnung y aufweisen, wobei der Eingangswellenleiter 156, die Ausgangswellenleiter 142a–e und der Kreislauf 144 sich auf der x/y-Ebene erstrecken können. Eine z-Richtung, die senkrecht zu der x-Richtung und der y-Richtung liegt, kann als eine Dickenrichtung der Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung bezeichnet werden. Eine Ausdehnung der Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung einschließlich oder ausschließlich des Substrats kann weniger als oder gleich 2000 nm betragen, weniger als oder gleich 1500 nm oder weniger als oder gleich 1000 nm, beispielsweise in einem Bereich zwischen 500 und 1000 nm wie 600 nm.
Die Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung kann eine elektromagnetische Signalquelle 145 aufweisen, die konfiguriert ist, um das elektromagnetische Eingangssignal 146 zu emittieren. Die elektromagnetische Signalquelle 145 kann beispielsweise eine Licht-emittierende Diode (LED) aufweisen, eine Laser-LED, einen photonischen Kristall und/oder einen Wärmeemitter wie mit Bezug auf die 10a und 10b beschrieben. Die elektromagnetische Signalquelle 145 kann in der Mitte des Kreislaufs und/oder der Struktur 140 zur photonischen Wellenlängentrennung positioniert sein. Die elektromagnetische Signalquelle 145 kann beispielsweise ein Sender eines optischen Kommunikationssignals sein. Alternativ kann die elektromagnetische Signalquelle 145 beispielsweise eine Schnittstelle zum Empfangen eines elektromagnetischen Breitbandsignals sein, das mehrere Wellenlängen aufweist, die getrennt werden sollen. Die Signalquelle 145 kann alternativ ein Heizelement wie ein dotiertes Silicium und/oder Quantenpunkte aufweisen, um das Eingangssignal 146 zur Verfügung zu stellen.
Die Struktur 140 zur photonischen Wellenlängentrennung kann mehrere Empfängerelemente aufweisen, die konfiguriert sind, um eines der elektromagnetischen Ausgangssignale 158a–e von einem der Ausgangswellenleiter 142a–e zu empfangen. Beispielsweise können sich die Empfängerelemente 147a–e an einer Schnittstelle zum Senden oder Weiterleiten des abgetrennten Ausgangssignals 158a–e an ein anderes Gerät befinden. Alternativ oder zusätzlich kann das Empfängerelement 147a–e beispielsweise eine Eingangsschnittstelle zum Verarbeiten des elektromagnetischen Ausgangssignals 158a–e sein.
Das elektromagnetische Eingangssignal 146 kann beispielsweise ein optisches Kommunikationssignal sein, das von einem optischen Sender empfangen wird. Die Struktur 140 zur photonischen Wellenlängentrennung kann konfiguriert sein, um unterschiedliche Kommunikationskanäle zu trennen, die auf unterschiedlichen Wellenlängen gesendet werden, die die Wellenlängen λ_E1–λ_E5 aufweisen. Das elektromagnetische Eingangssignal kann eine oder mehrere weitere Wellenlängen aufweisen. Somit kann die Struktur 140 zur photonischen Wellenlängentrennung als ein Filter zur Wellenlängentrennung bezeichnet werden.
Einer oder mehrere der Ausgangswellenleiter 142a–e können eine Resonanzstruktur 159 aufweisen, beispielsweise den Ausgangswellenleiter 142c. Beispielsweise können ein oder mehrere Ausgangswellenleiter 142a–e Defektstrukturen 154a–e aufweisen, die als Säulen gebildet sind. Die Resonanzstruktur 159 kann beispielsweise ein leerer Raum oder eine fehlende (nicht angeordnete) Säulenstruktur sein, die auf dem Pfad des jeweiligen Ausgangswellenleiters 142a–e angeordnet ist. Alternativ können ein oder mehrere Ausgangswellenleiter 142a–c Defektstrukturen 154a–e aufweisen, die als Vertiefungen gebildet sind. Die Resonanzstruktur 159 kann beispielsweise ein leerer Raum oder eine fehlende (nicht angeordnete) Vertiefung sein, die auf dem Pfad des jeweiligen Ausgangswellenleiters 142a–e angeordnet ist. Die Resonanzstruktur 159 kann als Kavität in einem Substrat der Struktur 140 zur photonischen Wellenlängentrennung verstanden werden.
Die Resonanzstruktur 159 kann eine Resonanzüberhöhung oder ein Resonanzerhöhung einer Wellenlänge oder eines Wellenlängenbereichs ermöglichen, der mit dem jeweiligen Ausgangswellenleiter 142a–e assoziiert ist. Alternativ oder zusätzlich kann die Resonanzstruktur 159 ein Filtern von Frequenzen oder Wellenlängen ermöglichen, die sich von der Wellenlänge oder dem Wellenlängenbereich unterscheiden, die oder der mit dem jeweiligen Ausgangswellenleiter 142a–e assoziiert ist. Das Filtern kann eine hohe Signalqualität des Ausgangssignals 158a–e ermöglichen.
Mit anderen Worten kann die Wirkung der Wellenlängentrennung bei photonischen Kristallstrukturen des gezeigten Typs erzielt werden. Beispielsweise kann der Eingangswellenleiter Breitbandlicht in dem photonischen Kristall(PhC)-Ringresonator(-Kreislauf) zur Verfügung stellen. Die Ausgangswellenleiter können so entworfen werden, dass jeder Wellenleiter nur eine(n) Wellenlänge(-nbereich) des Lichts aufnehmen kann, das in dem PhC-Ring zirkuliert. Dies kann beispielsweise erreicht werden, indem lineare Defekte mit einem Radius und Periodizität platziert werden, die sich in jedem Wellenleiter unterscheiden. Der lineare Defekt kann ebenso eine Kavität (Vertiefung) enthalten. Der Radius, d. h. die laterale Ausdehnung, die Periodizität und die Kavität können bestimmen, welche Frequenz (Wellenlänge) in dem Wellenleiter unterstützt wird und durch ihn übertragen wird.
Der PhC-Ringresonator kann Frequenzen nach einer Wellenlänge λ_E1–λ_E5 unterstützen. Das Eingangslicht von einer Breitbandquelle kann in den PhC-Ring durch den Eingangswellenleiter eintreten. Die Ausgangswellenleiter können nur die Ausgangsfrequenz zur Verfügung stellen, abhängig von dem Entwurf des linearen Defekts innerhalb des Wellenleiters. Um weitere Frequenzen des Breitbandlichts zu erhalten, können weitere Strukturen zur photonischen Wellenlängentrennung, die konfiguriert sind, um andere Wellenlängen oder andere Wellenlängenbereiche zu extrahieren, angeordnet werden. Alternativ können weitere Ausgangswellenleiter angeordnet werden.
Weitere Ausführungsformen können Strukturen zur photonischen Wellenlängentrennung zur Verfügung stellen, die eine unterschiedliche Anzahl an Ausgangswellenleitern aufweisen.
Das elektromagnetische Eingangssignal 146 kann mehrere Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche aufweisen. Beispielsweise kann das elektromagnetische Eingangssignal 146 eine (gesamte) Bandbreite nach einem Eingangswellenlängenbereich des elektromagnetischen Eingangssignals 146 aufweisen. Der Eingangswellenlängenbereich kann beispielsweise zwischen 10 nm und 200 μm liegen, zwischen 100 nm und 100 μm oder zwischen 1 μm und 10 μm, wobei jedes Intervall den minimalen und maximalen Wert beschreibt. Der Eingangswellenlängenbereich kann mehrere Wellenlängenbereiche aufweisen, die voneinander getrennt sein oder aneinander angrenzen können. Ein Wellenlängenbereich oder eine Bandbreite eines oder mehrerer elektromagnetischer Ausgangssignale 158a–e kann durch einen Toleranzbereich eines Herstellungsprozesses zur Herstellung der Struktur 140 zur photonischen Wellenlängentrennung beeinflusst werden. Der Toleranzbereich des Herstellungsprozesses kann sich auf die Genauigkeit der Struktur beziehen, wie die Ausdehnung von Säulen und/oder Vertiefungen, einen Abstand zwischen Säulen und/oder Vertiefungen und ähnliches.
Beispielsweise kann ein Toleranzbereich von etwa 5 nm ermöglichen, dass ein Wellenlängenbereich des elektromagnetischen Eingangssignals 146 zwischen etwa 1 μm und 10 μm in eine bestimmte Anzahl von Ausgangswellenlängen getrennt wird, die höher als 1000 ist. Die Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung kann mehr als 100, mehr als 500 oder mehr als 1000 Ausgangswellenleiter aufweisen und/oder kann konfiguriert sein, um mehr als 100, mehr als 500 oder mehr als 1000 Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche zu trennen. Vereinfacht gesagt kann eine hohe Homogenität der hergestellten Struktur eine hohe Anzahl an Ausgangswellenleitern ermöglichen.
15 zeigt eine schematische Draufsicht einer Struktur 150 zur photonischen Wellenlängentrennung, die die Ausgangswellenleiter 142a–f aufweisen kann, die kurvilinear gebildet sind. Die kurvilinearen Formen der Ausgangswellenleiter 142a–f können beispielsweise erhalten werden, indem die Strukturen (Säulen oder Vertiefungen) der photonischen Kristallstruktur in Kreisen angeordnet werden, die konzentrisch sein können. Angrenzende Kreise können gegeneinander um einen Winkel α gedreht werden, d. h., indem die Strukturen und somit die Defektstrukturen der Ausgangswellenleiter 142a–f gedreht werden. Eine größere Drehung der defekten Struktur mit einem steigenden Abstand (Radius) vom Mittelpunkt der (konzentrischen) Kreise kann erhalten werden. Die kurvilineare Form kann eine größere Länge der Wellenleiter 142a–f und/oder eine erhöhte Anzahl der Wellenlängen 142a–f ermöglichen, im Vergleich zur Anzahl der Wellenlängen der Trennungsstrukturen 140.
Der Winkel α kann mit steigendem Abstand variieren. Der Radius der Scheibe, d. h. der innerste Teil der Struktur, der Mittelpunkt, der Kreislauf, wo die Quelle platziert wird, können ausgewählt werden, so dass bestimmte Wellenlängen unterstützt werden. Dies kann erreicht werden, indem die Länge des Kreislaufs wie oben beschrieben ausgewählt wird.
Der Eingangswellenleiter 156 kann eine Ecken- oder Kantenstruktur 162 aufweisen, um eine Richtung des elektromagnetischen Eingangssignals 146 zu beeinflussen. Die Richtung kann auf eine Weise beeinflusst oder verändert werden, so dass eine Verbreitungsrichtung durch einen Winkel zwischen 0° und 180°, zwischen 20° und 160° oder zwischen 40° und 120° modifiziert wird. Beispielsweise und ohne Einschränkung kann die Richtung von einer Richtung gegen den Uhrzeigersinn in eine Richtung im Uhrzeigersinn geändert werden, so dass der Lichteinfall entlang einer ähnlichen Richtung im Kreislauf 144 laufen kann, im Vergleich zu einer Richtung zusammen mit den Kreise der photonischen Kristallstruktur verändert wird. Die Länge des Kreislaufs 144 kann beispielsweise gleich dem Umfang eines inneren Raums der Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung sein. Der innere Raum kann für den Eingangswellenleiter 146 lichtdurchlässig sein.
Die Defektstrukturen der Ausgangswellenleiter 142a–f können eine Ausdehnung aufweisen (beispielsweise einen Radius oder Durchmesser), die mit der Wellenlänge λ_E1–λ_E6 wie durch R₁–R₆ angegeben assoziiert ist.
Mit anderen Worten kann ein PhC-Ringresonator eine kurvilineare Struktur aufweisen. Die innere Scheibe, wo die Quelle positioniert ist, kann bestimmte Resonanzfrequenzen unterstützen. Der Ausgangswellenleiter kann ermöglichen, dass eine Frequenz durch den entsprechenden Wellenleiter austritt, abhängig von dem Entwurf des Defekts innerhalb des Wellenleiters. In einem Beispiel wird innerhalb des Wellenleiters ein Defekt mit dem Radius R_i platziert, der die durch den Wellenleiter übertragene Frequenz bestimmen kann.
27 zeigt eine schematische Draufsicht einer Struktur 160 zur photonischen Wellenlängentrennung, die kurvilinear geformte Ausgangswellenleiter 142a–g aufweist. Im Vergleich zu der Struktur 150 zur photonischen Wellenlängentrennung kann die Struktur 160 zur photonischen Wellenlängentrennung eine elektromagnetische Signalquelle 164 aufweisen. Die elektromagnetische Signalquelle 164 kann konfiguriert sein, um das elektromagnetische Eingangssignal zu emittieren, das die Wellenlänge λ_E1–λ_E7 aufweist. Die elektromagnetische Signalquelle 164 kann von dem Kreislauf 144 so umgeben sein, dass das elektromagnetische Eingangssignal durch den Kreislauf 144 empfangen werden kann.
Der Raum, der für den Eingangswellenleiter 156 für die Struktur 150 zur photonischen Wellenlängentrennung verwendet wird, kann als ein weiterer Ausgangswellenleiter verwendet werden, d. h., eine höhere Anzahl von Wellenlängen λ_E1–λ_E7 kann durch die Struktur getrennt werden.
Mit anderen Worten kann der PhC-Ringresonator als kurvilineare Struktur entworfen werden. Die Quelle des elektromagnetischen Signals kann innerhalb der Struktur platziert werden. Solch eine Struktur kann entweder als „Loch in einer Platte” oder „Stangen im leeren Raum” gebildet werden. Die Struktur kann durch Anordnen der Löcher (Stangen) in konzentrischen Kreisen erreicht werden, wobei die geraden und ungeraden Kreise durch eine bestimmte Drehordnung zueinander verschoben werden, d. h. durch den Winkel α. Die Scheibe kann als Resonator fungieren. Die Ausgangswellenleiter können mit einem kurvilinearen Defekt entworfen werden, so dass nur eine Frequenz (Wellenlänge), die so angeordnet ist, dass sie jeweils die Wellenlängen aufweist, sich durch einen Wellenleiter verbreiten kann und aus dem Scheibenresonator austritt. Somit kann jeder Wellenleiter als Ausgang für eine(n) Wellenlänge(-bereich) auftreten.
Die Anzahl der Ausgänge kann auf eine Anzahl der Wellenleiter bezogen werden. Um die Anzahl der Ausgangsfrequenzen (Wellenlängen) zu erhöhen, kann die Anzahl der Wellenleiter erhöht werden, während ein Abstand zwischen Wellenleitern eingehalten wird, um Nebensignaleffekte zwischen den Frequenzen auf unterschiedlichen Wellenlängen zu vermeiden. Dies kann erreicht werden, indem der Radius der mittleren Scheibe und die Anzahl der Löcher (Stangen) pro Kreis erhöht wird.
28 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines optischen Empfängers 170, der die Struktur 140 zur photonischen Wellenlängentrennung aufweist. Der optische Empfänger 170 ist konfiguriert, um das elektromagnetische Eingangssignal 146 zu empfangen, das beispielsweise ein optisches Kommunikationssignal sein kann. Das optische Kommunikationssignal kann beispielsweise von einem optischen Sender 162 empfangen werden.
Auch wenn der optische Empfänger 170 als die Struktur 140 zur photonischen Wellenlängentrennung aufweisend beschrieben wird, kann alternativ oder zusätzlich die Struktur 150 oder 160 zur photonischen Wellenlängentrennung angeordnet werden.
29 stellt ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens 1800 zum Herstellen einer Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung bildlich dar, beispielsweise der Struktur 140, 150 und/oder 160 zur photonischen Wellenlängentrennung.
Das Verfahren 1800 weist einen Schritt 1810 auf, der das Zurverfügungstellen eines ersten Ausgangswellenleiters an einem Substrat aufweist, wobei der erste Ausgangswellenleiter konfiguriert ist, ein erstes elektromagnetisches Ausgangssignal, das eine erste Wellenlänge aufweist, die mit dem ersten Ausgangswellenleiter assoziiert ist, zu leiten.
Ein Schritt 1820 des Verfahrens 1800 weist das Zurverfügungstellen eines zweiten Ausgangswellenleiters an einem Substrat auf, wobei der zweite Ausgangswellenleiter konfiguriert ist, ein zweites elektromagnetisches Ausgangssignal, das eine zweite Wellenlänge aufweist, die mit dem zweiten Ausgangswellenleiter assoziiert ist, zu leiten.
Ein Schritt 1830 des Verfahrens 1800 weist das Zurverfügungstellen eines dritten Ausgangswellenleiters an einem Substrat auf, wobei der dritte Ausgangswellenleiter konfiguriert ist, ein drittes elektromagnetisches Ausgangssignal, das eine dritte Wellenlänge aufweist, die mit dem dritten Ausgangswellenleiter assoziiert ist, zu leiten.
Ein Schritt 1840 des Verfahrens 1800 weist das Zurverfügungstellen eines Kreislaufs an der Vertiefung auf, so dass der erste Ausgangswellenleiter, der zweite Ausgangswellenleiter und der dritte Ausgangswellenleiter miteinander durch den Kreislauf verbunden sind, und so dass ein Teil des elektromagnetischen Eingangssignals von dem ersten Ausgangswellenleiter, dem zweiten Ausgangswellenleiter und dem dritten Ausgangswellenleiter von dem Kreislauf empfangen werden kann.
Andere Beispiele stellen ein Verfahren zur Verfügung, das einen Schritt aufweist, in dem ein Substrat zur Verfügung gestellt wird. Das Substrat kann beispielsweise ein Halbleitersubstrat sein. Der Halbleiter kann ein Siliciummaterial und/oder ein Galliumarsenidmaterial aufweisen.
Verfahren nach den Beispielen können einen Schritt aufweisen, in dem ein anisotroper Ätzprozess durchgeführt wird, um mehrere Säulenstrukturen als zurückbleibender Teil eines Ätzprozesses zu generieren. Ein ertser Teil der Säulenstrukturen weist eine erste laterale Ausdehnung auf, wobei ein zweiter Teil der Säulenstruktur eine zweite laterale Erstreckung aufweisen kann. Ein dritter Teil der Säulenstruktur kann eine dritte laterale Ausdehnung aufweisen. Ein vierter Teil der Säulenstrukturen kann eine vierte laterale Ausdehnung aufweisen. Vereinfacht gesagt können Säulenstrukturen, die vier unterschiedliche Arten lateraler Ausdehnung aufweisen, wie einen Durchmesser oder eine Querschnittsfläche, erhalten werden.
Alternativ kann der anisotrope Ätzprozess durchgeführt werden, um mehrere Vertiefungen in dem Substratmaterial zu erzeugen. Somit können sich, anstatt dem Bilden von Säulenstrukturen auf der Oberfläche des Substratmaterials, Vertiefungen in der Oberfläche des Substratmaterials bilden, so dass vier Arten von Vertiefungen erhalten werden können, die vier unterschiedliche laterale Ausdehnungen aufweisen.
Der erste Teil der Säulenstrukturen oder der Vertiefungen kann den ersten Ausgangswellenleiter bilden. Der zweite Teil der Säulenstrukturen oder der Vertiefungen kann den zweiten Ausgangswellenleiter bilden. Der dritte Teil der Säulenstrukturen oder der Vertiefungen kann den dritten Ausgangswellenleiter bilden. Der vierte Teil der Säulenstrukturen oder der Vertiefungen kann zwischen den Ausgangswellenleitern generiert werden, um eine undurchlässige Struktur zu bilden. Somit kann der vierte Teil der Säulenstrukturen oder Vertiefungen auch als solider Block gebildet sein, d. h., die Säulenstrukturen oder Vertiefungen der vierten Art können eine laterale Ausdehnung aufweisen, so dass sie sich ineinander vermischen.
30a zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Substrats 166, auf dem Säulenstrukturen 168 gebildet werden, durch Durchführen eines anisotropen Ätzprozesses wie oben beschrieben. Eine laterale Ausdehnung 172 kann einem Durchmesser oder einer Ausdehnung der Säulenstrukturen 168 entsprechen, die parallel zu einer Oberfläche des Substrats 166 liegen, auf dem die Säulenstrukturen 168 gebildet sind.
30b zeigt eine schematische perspektivische Ansicht des Substrats 166, in das Vertiefungen gebildet werden, beispielsweise durch Bilden des oben beschriebenen anisotropen Ätzprozesses. Eine laterale Ausdehnung 176 der Vertiefungen 174 kann einem Durchmesser oder einer anderen Ausdehnung der Vertiefungen 174 entsprechen und parallel zu der oder in der Oberfläche des Substrats 106 liegen, in dem die Vertiefungen 174 gebildet sind.
31 zeigt eine schematische Draufsicht einer Struktur 310 zur photonischen Wellenlängentrennung, eine photonische Kristallstruktur aufweisend. Die Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung umfasst einen Zwischenverbindungswellenleiter 312, der konfiguriert ist, um einen Hauptausbreitungsweg für ein elektromagnetisches Breitbandsignal, zum Beispiel das elektromagnetische Eingangssignal 146, zu definieren. Die Struktur 310 zur photonischen Wellenlängentrennung kann mehrere Ausgangswellenleiter 142a bis 142k aufweisen. Obwohl die Struktur 310 zur photonischen Wellenlängentrennung als elf Ausgangswellenleiter 142a–142k aufweisend bildlich dargestellt ist, kann sie eine unterschiedliche Anzahl von Ausgangswellenleitern aufweisen, zum Beispiel mindestens zwei, mindestens fünf oder mindestens sieben.
Jeder der Wellenleiter 142a bis 142k kann als eine photonische Kristallstruktur ausgebildet sein, wie mit Bezug auf 25 bis 27 beschrieben. Die Defektstrukturen 154 können zwischeneinander Ausdehnungen und/oder Abstände aufweisen, die mit dem jeweiligen Ausgangswellenleiter 142a bis 142k assoziiert sind. So kann zum Beispiel der Ausgangswellenleiter 154a Defektstrukturen 154a, die einen Radius R_WG1 aufweisen und voneinander um einen Abstand a_WG1 beabstandet sind, aufweisen. Dagegen kann der Ausgangswellenleiter 142k die Defektstrukturen 154k, die eine Verlängerung aufweisen, wie einen Durchmesser oder Radius R_WG11, und um einen Abstand a_WG11 voneinander beabstandet sind, aufweisen.
Jeder der Ausgangswellenleiter 142a bis 142k kann mit dem Zwischenverbindungswellenleiter 312 an einem Kontaktbereich 314 verbunden sein. Das heißt, der jeweilige Ausgangswellenleiter 142a bis 142k kann an dem Zwischenverbindungswellenleiter 312 angrenzend angeordnet sein, so dass ein elektromagnetisches Signal von dem Zwischenverbindungswellenleiter 312 in den Ausgangswellenleiter 142 koppeln kann. Bei Vergleich mit den Strukturen zur photonischen Wellenlängentrennung, die in 25 bis 27 bildlich dargestellt sind, kann somit eine Funktionalität des Kreislaufs, d. h. zur Zurverfügungstellung jedes der Ausgangswellenleiter 142a bis 142k mit einem Teil des elektromagnetischen Eingangssignals 146, bei Anordnung des Zwischenverbindungswellenleiters 312 erhalten werden.
Jeder der Ausgangswellenleiter 142a bis 142k ist konfiguriert, um einen Wellenlängenbereich λ_E1 bis λ_E11 zu verteilen, wobei jeder Wellenlängenbereich mit der jeweiligen photonischen Kristallstruktur des jeweiligen Ausgangswellenleiters 142a bis 142k assoziiert ist. Assoziation einer Wellenlänge mit einer photonischen Kristallstruktur kann zum Beispiel durch einen jeweiligen Durchmesser einer Defektstruktur und/oder durch Abstand zwischen den Defektstrukturen erhalten werden.
Der Zwischenverbindungswellenleiter 312 kann eine photonische Kristallstruktur aufweisen. Die photonische Kristallstruktur kann eine Variation in den Defektstrukturen des Zwischenverbindungswellenleiters entlang einer Ausbreitungsrichtung 316 aufweisen, wobei der Zwischenverbindungswellenleiter konfiguriert ist, um ihr entlang mindestens Teile des Eingangssignals 146 zu leiten. D. h., dass der Zwischenverbindungswellenleiter 312 Defektstrukturen aufweisen kann, die an die jeweiligen Wellenlängen λ_E1 bis λ_E11 angepasst sind, die noch vorliegen, d. h. noch nicht durch die Ausgangswellenleiter 142a bis 142k ausgekoppelt sind.
Einer oder mehrere der Ausgangswellenleiter 142a bis 142k kann mindestens eine Resonanzstruktur 159 aufweisen, zum Beispiel eine Kavität statt einer Defektstruktur 154. Bei Vergleich mit der Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung, die in 25 bis 27 bildlich dargestellt ist, können zwei oder mehr Ausgangswellenleiter 142a bis 142k an einem gleichen oder gemeinsamen Verbindungsbereich 314 mit dem Zwischenverbindungswellenleiter 312 verbunden sein. Zum Beispiel können die Ausgangswellenleiter 142a und 142g derart angeordnet sein, dass sowohl der Ausgang 142a als auch 142g an dem Kontaktbereich 314a mit dem Zwischenverbindungswellenleiter 312 verbunden sind, wobei der Ausgangswellenleiter 142f derart angeordnet sein kann, dass er an einem Kontaktbereich 314b mit dem Zwischenverbindungswellenleiter 312 verbunden ist.
Die an einem gleichen Kontaktbereich 314a oder 314b angeordneten Ausgangswellenleiter 142a bis 142k können einen vergleichsweise hohen Unterschied mit Bezug auf die assoziierte Wellenlänge aufweisen, so dass ein Übersprechen zwischen aneinandergrenzenden Wellenleitern, die sich den gleichen Kontaktbereich 314a teilen, niedrig sein kann. Gleichzeitig kann dadurch, dass Kontaktbereiche geteilt werden, ein Raum oder eine Oberfläche auf einem Chip zur Implementierung der Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung klein sein.
Die photonische Kristallstruktur, die die Wellenleiter 142a bis 142k und 312 umgibt, kann unterschiedliche photonische Kristallstrukturbereiche 318a bis 318k aufweisen. Jeder der photonischen Kristallstrukturbereiche 318a bis 318k kann so angeordnet sein, dass er mindestens einen Teil eines assoziierten Ausgangswellenleiters 142a bis 142k umgibt. Umgeben eines Ausgangswellenleiters 142a bis 142k kann als Defektstrukturen der photonischen Kristallstrukturbereiche 318a bis 318k bezeichnet werden, die an einer oder zwei lateralen Richtungen angeordnet sind, die senkrecht zu einer Richtung sind, entlang der der jeweilige Ausgangswellenleiter 142a bis 142k gemäß seiner Konfiguration die Ausgangssignalleiter 158a bis 158k leitet.
Wie durch a₁ und R₁ bis a₁₁ und R₁₁ angegeben, kann jeder photonische Kristallstrukturbereich 318a bis 318k Defektstrukturen aufweisen, die unterschiedliche Radien und/oder unterschiedliche Abstände zueinander aufweisen, um so Wellenlängenbereiche, die voneinander unterschiedlich sind, zu dämpfen und/oder zu leiten. Dämpfen kann als Wellenlängen betreffend, die nicht mit Defektstrukturen assoziiert sind, verstanden werden. Zum Beispiel kann der photonische Kristallstrukturbereich 318a dazu konfiguriert sein, die Wellenlänge λ_E7 um einen höheren Betrag im Vergleich mit einer Dämpfung der Wellenlänge λ_E1 zu dämpfen. Umgekehrt kann die photonische Kristallstruktur 318g dazu konfiguriert sein, die Wellenlänge λ_E1 um einen höheren Grad im Vergleich zur Wellenlänge λ_E7 zu dämpfen. Zusätzlich kann der photonische Kristallstrukturbereich, der Defektstrukturen aufweist, die einen Radius R₇ und/oder einen Abstand zwischen Defektstrukturen a₇ aufweisen, die Wellenlänge λ_E8, die mit dem Ausgangswellenleiter 142h assoziiert ist, um einen höheren Betrag im Vergleich zur Wellenlänge λ_E7 dämpfen. Umgekehrt kann der photonische Kristallstrukturbereich 318h die Wellenlänge λ_E7, die mit dem Ausgangswellenleiter 142g assoziiert ist, um einen höheren Betrag im Vergleich zur Wellenlänge λ_E8 dämpfen. Dies kann ein niedriges Übersprechen zwischen Ausgangswellenleitern 142a bis 142k, insbesondere zwischen aneinandergrenzenden Wellenleitern, ermöglichen. Das Konzept von photonischen Kristallstrukturbereichen, die unterschiedliche Defektstrukturen aufweisen, kann auch auf die Strukturen 140, 150 und/oder 160 zur photonischen Wellenlängentrennung anwendbar sein.
Alternativ dazu kann die Struktur 310 zur photonischen Wellenlängentrennung mit photonischen Kristallstrukturbereichen 318a bis 318k implementiert sein, die einen gleichförmigen Radius und/oder Abstand zwischen Defektstrukturen aufweisen.
Empfängerelemente 147a bis 147k können derart angeordnet und konfiguriert sein, dass sie eine Wellenlänge λ_E1 bis λ_E11 empfangen, die mit einem jeweiligen Wellenleiter assoziiert ist, wie mit Bezug auf die Struktur 140 zur photonischen Wellenlängentrennung beschrieben.
Wie mit Bezug auf 25 beschrieben, kann eine Ausdehnung der Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung, eine Ausdehnung der Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung entlang der z-Richtung, weniger oder gleich 2000 nm, weniger oder gleich 1500 nm oder weniger oder gleich 1000 nm, zum Beispiel in einem Bereich zwischen 500 und 1000 nm, wie zum Beispiel 600 nm, betragen.
Mit anderen Worten zeigt die Wellenlängentrennungsstruktur 310 eine andere Wellenlängentrennungsfiltervorrichtung basierend auf einer photonischen 2D-Kristallstruktur, Löcher in einer Platte, wie zum Beispiel Luftlöcher in einer SI-Platte, oder Stäbe im freien Raum, wie zum Beispiel SI-Stäbe in Luft, wobei die SI-Stäbe auf einem Substrat sitzen. Der Deutlichkeit halber ist die Vorrichtung als unterschiedliche photonische Kristallstrukturbereiche 318a bis 318k aufweisend bildlich dargestellt, die auch abwesend oder gleichförmig geformt sein können. Jeder photonische Kristallstrukturbereich kann eine photonische Kristallstruktur aufweisen, die eine unterschiedliche Periodizität a_i und einen unterschiedlichen Radius R_i aufweist. Somit kann jeder photonische Kristallstrukturbereich 318a bis 318k eine unterschiedliche photonische Bandlücke, abgekürzt PhBG, aufweisen. Jede Struktur kann einen linearen Defekt aufweisen, der einen Wellenleiter ausbilden kann. Der lineare Defekt kann eine Periodizität a_WGi und einen Radius R_WGi aufweisen, die von denen in dem photonischen Kristallstrukturbereich, in dem der Wellenleiter angeordnet ist, unterschiedlich sein können. Jeder lineare Defekt kann seine eigene Periodizität a_WGi und seinen eigenen Radius R_WGi aufweisen. Zusätzlich kann der lineare Defekt eine Resonanzstruktur, wie eine Kavität, enthalten. Breitbandlicht, wie das elektromagnetische Signal 146, das alle Wellenlängen λ₁ bis λ₁₁ und/oder die jeweiligen Frequenzen enthält, wird durch den Zwischenverbindungswellenleiter, d. h. den Eingangswellenleiter, übertragen. Die unterschiedlichen Periodizitäten und Radien der photonischen Kristallstrukturbereiche a_i und R_i, entlang den unterschiedlichen Periodizitäten und Radien der Wellenleiter a_WGi und R_WGi, kann Unterstützung unterschiedlicher Frequenzen sicherstellen, das heißt Wellenlängen, die sich in den Wellenleitern ausbreiten, d. h. unterschiedliche Wellenleiter können unterschiedliche Wellenlängen unterstützen.
32a zeigt eine schematische Draufsicht eines Teils der Struktur 310 zur photonischen Wellenlängentrennung. Mit Bezug auf 31 können die Ausgangswellenleiter 142a bis 142k einen Winkel mit Bezug auf die Ausbreitungsrichtung 316 aufweisen, das heißt einen Verlauf des Zwischenverbindungswellenleiters 312. Der Winkel α kann auf einer Geometrie der Defektstrukturen 154ic des Zwischenverbindungswellenleiters und/oder der Geometrie der Defektstrukturen 154a des Ausgangswellenleiters 154a, den Winkel α aufweisend, basieren, beeinflusst oder davon abhängig sein. Unabhängig von einem Abstand oder einem Radius R₁ einer Defektstruktur 154a oder 154ic kann ein Muster oder Raster der Defektstrukturen vergleichbar oder identisch sein.
Zum Beispiel kann jede Defektstruktur 154ic oder 154a als eine hexagonale Säule ausgebildet sein. Alternativ dazu können die Defektstrukturen andere Formen aufweisen bzw. bilden, wie dreieckig, quadratisch, ein Polygon höherer Ordnung oder sogar einen Kreis. Der Winkel α kann im Wesentlichen einem Winkel von zwei aneinandergrenzenden Oberflächenbereichen 322a und 322b einer Defektstruktur 154ic entsprechen und/oder einer einem Versatz oder einem Abstand zwischen aneinandergrenzenden Linien oder Reihen der Defektstrukturen entsprechen. Die Defektstrukturen 154ic und 154a, die als Säulenstrukturen oder als Löcher ausgebildet sind, können zu einer Anordnung der Oberflächenbereiche 322a und 322b führen, die im Wesentlichen parallel zu einer Oberflächennormalen eines Substrats ist, auf dem oder in dem die Defektstrukturen 154ic und 154a angeordnet sind.
Wie mit Bezug auf 25 bis 27 beschrieben, kann das Substrat ein Halbleitermaterial aufweisen.
Eine Ausdehnung jeder der Defektstrukturen 154a des Ausgangswellenleiters 142a, zum Beispiel der Radius R₁, kann im Wesentlichen dem Wellenlängenbereich des ersten Ausgangswellenleiters 142a entsprechen, d. h. der Wellenlängenbereich λ_E1 geteilt durch 4. Obwohl die Erstreckung R₁ als Radius bezeichnet wird, wobei die Defektstrukturen unterschiedlich von einem Kreis ausgebildet sein können, kann sich der Begriff Radius auf einen Abstand zwischen einem geometrischen Mittelpunkt des Querschnitts der Defektstruktur 154a und einer äußeren Ecke der polygonalen Defektstruktur 154a beziehen.
Obwohl der Winkel α als zwischen den zwei Oberflächenbereichen 322a und 322b angeordnet beschrieben wird, kann basierend auf Symmetrieeffekten der Winkel α auch ein Winkel zwischen einem Oberflächenbereich 322c und der Leitungsrichtung 316 sein.
32b bis 32d stellen die Funktionalität von photonischen Kristallstrukturen nach vorliegend beschriebenen Ausführungsformen bildlich dar. Jede der Figuren stellt eine schematische Draufsicht einer photonischen Kristallstruktur bildlich dar. 32b stellt eine Struktur bildlich dar, die gleichförmig ausgebildete Defektstrukturen in Abwesenheit eines ausgebildeten Wellenleiters aufweist. 32c stellt einen Wellenleiter bildlich dar, ausgebildet durch eine Abwesenheit von Defektstrukturen. 32d stellt eine photonische Kristallstruktur bildlich dar, die einen Wellenleiter aufweist, der Defektstrukturen aufweist, die sich von Strukturen umgebender Strukturen unterscheiden, d. h. Säulen oder Löcher.
Als lediglich nicht einschränkendes Beispiel ist ein schematisches Diagramm angrenzend an die Struktur bildlich dargestellt. Eine photonische Bandlücke (BG) 161 ist als schattierter Bereich bildlich dargestellt. Die vertikales Skala entspricht der Frequenz der Wellenlänge, zum Beispiel (ωa/2Πc) = aλ. Die horizontale Skala kann einem Wellenvektor entsprechen. In 32b kann sich keine oder eine kleine Anzahl von Wellenlängen (Frequenzen) aus dem Bereich des schattierten Bereichs (vertikale Skala) durch das PhC entlang einer Laufrichtung 163 ausbreiten.
In dem Diagramm von 32b sind Zeichnungen von TE, transversales elektrisches Feld, und Zeichnungen von TM, transversales magnetisches Feld, gezeigt, wobei in den Diagrammen von 32c und 32d nur Zeichnungen von TM gezeigt sind. TW kann sich auf eine erste Polarisation des elektromagnetischen Felds beziehen, der sogenannten TE-Polarisation. TM kann sich auf eine zweite Polarisation des elektromagnetischen Felds beziehen; der sogenannten TM-Polarisation.
Angezeigte Werte Γ, M, K in den Zeichnungen können als sog. ”Γ-Punkt der Brillouin-Zone”, ”M-Punkt der Brillouin-Zone”, ”K-Punkt der Brillouin-Zone” bezeichnet werden. Die drei Punkte können eine Elementarzelle des photonischen Kristalls mit einem hexagonalen Gitter in dem k-Raum (Wellenvektorraum) definieren. Die Terminologie kann im Gebiet der Festkörperphysik, Photonik, Kristalle usw. bekannt sein.
In 32c ist der Wellenleiter durch Anwenden eines Radius von NULL auf die Defektstrukturen ausgebildet, d. h. sie sind abwesend. Einige Frequenzen können sich durch den Wellenleiter entlang der Richtung 163 ausbreiten. Die gepunkteten Linien in der Bandlücke 165 haben eine gewisse „Breite”, die vertikal entlang der Frequenzachse gemessen ist, d. h. zwischen dem Minimum und dem Maximum der Linie. Wellenlängen einer Frequenz in der Bandlücke 165, außer den schattierten Bereichen 161a und 161b, können durch die Struktur laufen.
33d zeigt eine Struktur ähnlich der 32c, den Wellenleiter 142 aufweisend. Die Defektstrukturen des Wellenleiters können eine elliptische oder hexagonale Form aufweisen, aufweisend eine Ausdehnung entlang der Richtung 163 von 0,75-mal dem Radius der Defektstrukturen des umgebenden Kristalls und 0,7-mal dem Radius entlang einer Richtung senkrecht dazu. Durch Einführung einer zusätzlichen Linie von Defekten innerhalb des PhC-Wellenleiters kann die Anzahl von zugelassenen Ausbreitungsfrequenzen auf einige wenige reduziert werden.
32e stellt eine schematische Draufsicht einer Anordnung von Defektstrukturen 165 bildlich dar, zum Beispiel die Defektstrukturen eines photonischen Kristallstrukturbereichs. Die Defektstrukturen 167 können in einer sogenannten quadratischen Gitteranordnung in Linien 169 und Reihen 171 angeordnet sein. Beispielsweise können die Defektstrukturen 167 elliptisch oder rund ausgebildet sein, d. h. einen konstanten Radius aufweisen und/oder einen Abstand a zwischen zwei aneinandergrenzenden Defektstrukturen 167 entlang mindestens einer Richtung x und/oder z aufweisen.
32f zeigt eine schematische Draufsicht einer Anordnung der Defektstrukturen 167 in einem sogenannten hexagonalen Gitter, das manchmal auch als Dreieckgitter bezeichnet wird. Entlang einer ersten Richtung, zum Beispiel als x angeben, können die Defektstrukturen einen Abstand a_x aufweisen. Die unterschiedlichen Linien 169a–c können einen Versatz 173 zueinander aufweisen, der zu der dreieckigen oder hexagonalen Form führt. Der Versatz 173 kann zumindest teilweise den Winkel α eines Ausgangswellenleiters, der mit dem Zwischenverbindungswellenleiter verbunden ist, beeinflussen, wie mit Bezug auf 32a beschrieben. Somit kann einen Abstand a_z zwischen zwei Defektstrukturen 167 entlang einer zweiten Richtung z senkrecht zur ersten Richtung x im Vergleich zum Abstand a_x erhöht werden. Ein beispielhafter Wert einer Periode und eines Radius für ein photonisches Kristall, das im Wellenlängenbereich 5–6 μm in dem hexagonalen Gitter funktioniert, kann eine Periode (a_x) = 2,5 μm innerhalb eines Toleranzbereichs von ±15%, ±10% oder ±5% und Radius = 1,2 μm innerhalb eines Toleranzbereichs von ±15%, ±10% or ±5% sein.
33 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines Microlab-Systems 330, das die Struktur 310 zur photonischen Wellenlängentrennung und eine Signalquelle 332, zum Beispiel die Quelle 145, zur Zurverfügungstellung des elektromagnetischen Eingangssignals 146 konfiguriert, aufweist. Eine Detektoreinheit, die zum Beispiel die Empfängerelemente 147a bis 147k aufweist, kann an der Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung angeordnet und dazu konfiguriert sein, die elektromagnetischen Ausgangssignale 158a bis 158k oder einen davon abgeleiteten Wert zu empfangen. Das Microlab-System 330 kann zum Beispiel als Multisensor verwendet werden, der konfiguriert ist, um unterschiedliche Gase oder Flüssigkeiten zu detektieren.
Die Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung kann mit einem Umgebungsmaterial, wie dem Umgebungsmaterial 92, verbindbar sein. Das Umgebungsmaterial 92 kann einen Raum zwischen den Defektstrukturen 154 der Ausgangswellenleiter 142a bis 142k und/oder einen Raum zwischen Defektstrukturen des Zwischenverbindungswellenleiters 312 und/oder einen Raum, der von dem elektromagnetischen Eingangssignal 146 durchlaufen wird, erreichen. Das Umgebungsmaterial kann zu einer Absorption von unterschiedlichen Wellenlängenbereichen basierend auf dem Typ und/oder der Zusammensetzung des Umgebungsmaterials 92 führen. Beispielsweise führt eine Anwesenheit von Kohlenstoffdioxid zu einer Absorption in Wellenlängenbereichen, die sich von einer Absorption von Wellenlängenbereichen, die durch nitrose Gase oder andere Materialien verursacht wird, unterscheiden. Somit kann ein Ausgangssignal 336, das Signale von den Detektorelementen 147a bis 147k oder davon abgeleitete Signale aufweist, basierend auf einer Anwesenheit und/oder Zusammensetzung des Umgebungsmaterials 92 variieren. Der Prozessor 334 kann dazu konfiguriert sein, eine Eigenschaft des Umgebungsmaterials 92 basierend auf der bestimmten Amplitude des Teils des jeweiligen Ausgangssignals 158a bis 158k zu bestimmen, was zu variierenden Signalen der Empfängerelemente 147a bis 147k führt.
34 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines optischen Empfängers 340, die Struktur 310 zur photonischen Wellenlängentrennung aufweisend. Der optische Empfänger 340 ist konfiguriert, um das elektromagnetische Eingangssignal 146 zu empfangen, das zum Beispiel ein optisches Kommunikationssignal sein kann. Das optische Kommunikationssignal 146 kann zum Beispiel aus dem optischen Sender 162 empfangen werden.
Der optische Empfänger 310 ist konfiguriert, um die getrennten Ausgangssignale 158a bis 158k zur Verfügung zu stellen.
Wie oben beschrieben, kann die Struktur 310 zur photonischen Wellenlängentrennung eine unterschiedliche Anzahl von Ausgangswellenleitern 142 aufweisen und dazu konfiguriert sein, eine unterschiedliche Anzahl von Ausgangssignalen 158 zur Verfügung zu stellen, d. h. mindestens zwei oder dergleichen.
35 zeigt ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens 3500 zur Herstellung einer Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung, zum Beispiel der Struktur 310 zur photonischen Wellenlängentrennung. Das Verfahren 3500 umfasst einen Schritt 3510, in dem ein Zwischenverbindungswellenleiter zur Verfügung gestellt ist, wobei der Zwischenverbindungswellenleiter konfiguriert ist, um einen Hauptausbreitungsweg für ein elektromagnetisches Breitbandsignals zu definieren. Ein Schritt 3520 des Verfahrens 3500 weist Zurverfügungstellen eines ersten Ausgangswellenleiters und Verbinden des ersten Ausgangswellenleiters mit dem Zwischenverbindungswellenleiter auf, wobei der erste Ausgangswellenleiter eine erste photonische Kristallstruktur aufweist, wobei der erste Ausgangswellenleiter konfiguriert ist, um einen ersten Wellenlängenbereich des elektromagnetischen Breitbandsignals zu verteilen, wobei der erste Wellenlängenbereich mit der ersten photonischen Kristallstruktur assoziiert ist.
Ein Schritt 3530 weist Zurverfügungstellen eines zweiten Ausgangswellenleiters und Verbinden des zweiten Ausgangswellenleiters mit dem Zwischenverbindungswellenleiter auf, wobei der zweite Ausgangswellenleiter eine zweite photonische Kristallstruktur aufweist, wobei der zweite Ausgangswellenleiter konfiguriert ist, um ein zweites elektromagnetisches Ausgangssignal, das einen zweiten Wellenlängenbereich des elektromagnetischen Breitbandsignals aufweist, zu leiten, wobei der zweite Wellenlängenbereich mit der zweiten photonischen Kristallstruktur assoziiert ist.
Die oben beschriebenen Beispiele können verwendet werden, um photonische oder plasmonische Filter zur Wellenlängentrennung (WSF) umzusetzen und können auch als Demultiplexer oder als optische Schalter bezeichnet werden. Die Beispiele können dazu verwendet werden, ein Breitbandlicht am Eingang zu empfangen, um die unterschiedlichen Wellenlängen zu trennen und eine Vielzahl von Strahlen monochromatischen Lichts (vereinfacht eine einzelne Wellenlänge) an jedem Ausgang zur Verfügung zu stellen. Solche Vorrichtungen sind beispielsweise in der Telekommunikationsindustrie sehr gefragt, wo erforderlich sein kann, dass eine Vielzahl von Wellenlängen kombiniert wird, die durch den (die) optische Wellenleiter/Faser als einzelner Strahl gesendet wird, und dann können individuelle Wellenlängen wieder in monochromatische Strahlen getrennt werden. Das Aufsplitten des Strahls in unterschiedliche Wellenlängen kann durch den WSF erreicht werden, und durch Kombinieren der Strahlen unterschiedlicher Wellenlängen in einem einzigen Strahl kann eine Vorrichtung erreicht werden, die zu dem WSF reziprok ist. Alternativ oder zusätzlich kann eine Quelle elektromagnetischer Strahlung Breitbandlicht emittieren, das zahlreiche Wellenlängen aufweisen kann. Viele Anwendungen können das Aufsplitten der Strahlung in monochromatische Strahlen einer einzelnen Wellenlänge erfordern. Eine solche Wellenlängentrennung kann durch die oben beschriebenen Beispiele erreicht werden. Daher richten sich die oben genannten Beispiele an die fundamentale technische Aufgabe der Aufspaltung von polychromatischem (Breitband-)Licht in monochromatische Strahlen der einzelnen Wellenlänge.
Der WSF-Filter kann vollständig mit Siliciumtechnologie kompatibel sein und kann als planer 2D-Chip oder 3D-Chips hergestellt werden. Die oben beschriebenen Ausführungsformen können Ausgangswellenleiter, Resonatorstrukturen und ähnliches aufweisen, was ermöglicht, mehr als ein Zehntel von Wellenlängen abzutrennen. In manchen Anwendungen kann der Filter zur Wellenlängentrennung zusammen mit einer Quelle polychromatischen Lichts und/oder Detektoren (Empfänger) integriert sein. Alle diese Aspekte können über eine CMOS-basierte Si-kompatible Technologie realisiert werden.
Im Vergleich zu neuen Konzepten ermöglichen die oben beschriebenen Ausführungsformen die Umsetzung von WSF ohne große physische Größen, wie dies für Bulk-Prismen erforderlich ist, Wellenlängen-Ratendetektoren, Mach-Zender-Interferometer oder ähnliches. Oben beschriebene Ausführungsformen können auf einem Chip integriert sein. Dies kann ein Bulk-Prisma einschließen, ein Beugungsgitter, spezielle Filter oder ähnliches. Zusätzlich kann eine Verschiebung der Temperaturänderung der Wellenlänge durch eine Einschätzung der Wellenlängenrate vermieden werden. Die oben beschriebenen Ausführungsformen ermöglichen Vorrichtungen, die die Eigenschaften photonischer Kristalle oder der Oberflächenplasmone mit den Eigenschaften von Ringresonatoren kombinieren. Die Vorteile sind, dass ein Filter zur Wellenlängentrennung als eine Si-basierte Vorrichtung erhalten werden kann. Die Anwendung von Ringresonator-Anordnungen kann eine Steigerung der Intensität des Ausgangssignals im Vergleich zu bekannten Konzepten ermöglichen. Insbesondere leiden PhC-Superprismen unter einer hohen Streuung. Die Umsetzung von Oberflächenplasmonen und photonischen Kristallen ermöglicht ein sehr kompaktes Design des WSF.
Auch wenn sich die oben genannten Ausführungsformen teilweise auf unterschiedliche Wellen beziehen (photonische und plasmonische), die geleitet und/oder getrennt werden sollen, können Aspekte unterschiedlicher Wellen und/oder Aspekte unterschiedlicher Ausführungsformen miteinander kombiniert werden. Beispielsweise kann der Eingangswellenleiter 62 oder mindestens ein Ausgangswellenleiter 64, jeweils 64a–c, der Struktur 70, 70' oder 80 zur photonischen Wellenleitertrennung, die mit Bezugnahme auf die 7 und 8 beschrieben wurden, eine photonische Kristallstruktur oder einen Eingangswellenleiter oder Ausgangswellenleiter wie mit Bezugnahme auf die 14–17 beschrieben umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann das elektromagnetische Eingangssignal 16, 66 und/oder 146 erhalten werden, indem ein Wärmeemitter angeordnet wird oder indem ein Wärmedetektor wie mit Bezugnahme auf die 10a und 10b beschrieben angeordnet wird. Alternativ oder zusätzlich können plasmonische Wellensignale jeweils durch einen Wärmeemitter und einen Wärmedetektor erzeugt und empfangen werden. Elektromagnetische Signale können durch ein elektromagnetisches Signal generiert werden. Die elektromagnetische Signalquelle kann beispielsweise eine Licht-emittierende Diode (LED) aufweisen, eine Laser-LED, einen photonischen Kristall und/oder einen Wärmeemitter. Das elektromagnetische Signal kann mit einem Wellenleiter gekoppelt sein, um eine plasmonische Welle zu erhalten. Daher können, auch wenn sie in Kombination mit unterschiedlichen Prinzipien beschrieben wurden, Aspekte der hierin beschriebenen Ausführungsformen miteinander kombiniert werden.
Nach einem ersten Aspekt weist eine Struktur 10; 20; 30 zur plasmonischen Wellenlängentrennung einen Eingangswellenleiter 12 zum Leiten eines ersten plasmonischen Wellensignals 16; einen Ausgangswellenleiter 14; 14a–c zum Leiten eines zweiten plasmonischen Wellensignals 14; 14a–c; eine Resonatorstruktur 22; 22a–c zum Empfangen eines Teils des ersten plasmonischen Wellensignals 16 von dem Eingangswellenleiter 12 durch Koppeln und zum Zurverfügungstellen des zweiten plasmonischen Wellensignals 18; 18a–c für den Ausgangswellenleiter 18; 18a–c basierend auf dem Teil des ersten plasmonischen Wellensignals 16 durch Koppeln, wobei die Resonatorstruktur 22; 22a–c einen geschlossenen Regelkreis aufweist; und wobei der Eingangswellenleiter 12, die Resonatorstruktur 22; 22a–c und der Ausgangswellenleiter 18; 18a–c jeweils ein plasmonisches Wellenleitmaterial zum Leiten des ersten und des zweiten plasmonischen Wellensignals 16, 18; 18a–c aufweist, auf.
Nach einem zweiten Aspekt unter Bezugnahme auf den ersten Aspekt wird eine Wellenlänge λ_P1–λ_P3 des zweiten plasmonischen Wellensignals 18; 18a–c mindestens teilweise durch einen Abstand 24 zwischen dem Eingangswellenleiter 12 und der Resonatorstruktur 22; 22a–c beeinflusst.
Nach einem dritten Aspekt unter Bezugnahme auf den zweiten Aspekt ist eine Länge des Kreislaufs ein Vielfaches der Wellenlänge λ_P1–λ_P3 des zweiten plasmonischen Wellensignals 18; 18a–c innerhalb eines Toleranzbereichs von weniger oder gleich 10%.
Nach einem vierten Aspekt unter Bezugnahme auf die vorhergehenden Aspekte ist die Resonatorstruktur 22; 22a–c konfiguriert, um mit einem Umgebungsmaterial 54 verbunden werden zu können und die Wellenlänge λ_P1–λ_P3 des zweiten plasmonischen Wellensignals 18; 18a–c basierend auf einer Interaktion zwischen dem Teil der ersten plasmonischen Welle 16 und dem Umgebungsmaterial 54 basierend auf einer veränderten Resonanzfrequenz der Resonatorstruktur 22; 22a–c zu beeinflussen.
Nach einem fünften Aspekt unter erneuter Bezugnahme auf mindestens einen der vorhergehenden Aspekte weist die Struktur zur plasmonischen Wellenlängentrennung mehrere Resonatorstrukturen 22; 22a–c und mehrere Ausgangswellenleiter 18a–c auf, wobei jeder Ausgangswellenleiter 18a–c mit einer assoziierten Resonatorstruktur 22a–c assoziiert ist, wobei der Eingangswellenleiter 12, die mehreren Resonatorstrukturen 22a–c und die mehreren Ausgangswellenleiter 18a–c eine Ring- oder Scheiben-Resonatoranordnung bilden.
Nach einem sechsten Aspekt unter erneuter Bezugnahme auf mindestens einen der vorhergehenden Aspekte ist die Resonatorstruktur 22; 22a–c konfiguriert, um das erste plasmonische Wellensignal 16 basierend auf einer elektronischen Kopplung zwischen der Resonatorstruktur 22; 22a–c und dem Eingangswellenleiter 12 zu empfangen, und die Resonatorstruktur 22; 22a–c ist konfiguriert, um das zweite plasmonische Wellensignal 18; 18a–c basierend auf einer elektronischen Kopplung zwischen der Resonatorstruktur 22; 22a–c und dem Ausgangswellenleiter 18; 18a–c zur Verfügung zu stellen.
Nach einem siebten Aspekt unter erneuter Bezugname auf mindestens einen der vorhergehenden Aspekte weist die Struktur zur plasmonischen Wellenlängentrennung ferner eine elektromagnetische signalquelle 36, die konfiguriert ist, um ein erstes elektromagnetisches Signal 42 zu emittieren, wobei die elektromagnetische signalquelle 36 mit dem Eingangswellenleiter 12 gekoppelt und konfiguriert ist, um das erste plasmonische Wellensignal 16 in dem Eingangswellenleiter 12 basierend auf dem ersten elektromagnetischen Signal 42 anzuregen; ein Empfängerelement 38, das konfiguriert ist, um das zweite plasmonische Wellensignal 18 von dem Ausgangswellenleiter 14; 14a–c zu empfangen und ein zweites elektromagnetisches Signal 44 basierend auf dem zweiten plasmonischen Wellensignal 19 zur Verfügung zu stellen; wobei eine Wellenlänge λ_E4 des zweiten elektromagnetischen Signals 44 auf einer Wellenlänge λ_E1, λ_E2, λ_E3 des ersten elektromagnetischen Signals 42 basiert und mindestens teilweise durch die Resonatorstruktur 22; 22a–c beeinflusst wird, auf.
Nach einem achten Aspekt unter erneuter Bezugnahme auf mindestens einen der vorhergehenden Aspekte weist das plasmonische Wellenleitmaterial des Eingangswellenleiters 12, des Ausgangswellenleiters 14; 14a–c und der Resonatorstruktur 22; 22a–c jeweils eines von einem Metallmaterial und einem Halbleitermaterial auf.
Nach einem neunten Aspekt unter erneuter Bezugnahme auf mindestens einen der vorhergehenden Aspekte ist eine Länge des Kreislaufs kürzer oder gleich 300 μm.
Nach einem zehnten Aspekt unter erneuter Bezugnahme auf mindestens einen der vorhergehenden Aspekte sind der Eingangswellenleiter 12, der Ausgangswellenleiter 14; 14a–c und die Resonatorstruktur 22; 22a–c auf einem Halbleitersubstrat angeordnet.
Nach einem elften Aspekt unter erneuter Bezugnahme auf mindestens einen der vorhergehenden Aspekte ist die Resonatorstruktur 22; 22a–c zwischen dem Eingangswellenleiter 12 und dem Ausgangswellenleiter 14; 14a–c angeordnet.
Nach einem zwölften Aspekt weist ein Microlab-System 40 eine Struktur 10; 20; 30 zur plasmonischen Wellenlängentrennung nach einem der ersten bis elften Aspekte, wobei die Resonatorstruktur 22; 22a–c konfiguriert ist, um mit einem Umgebungsmaterial 54 verbunden werden zu können und eine Wellenlänge λ_P1–λ_P3 des zweiten plasmonischen Wellensignals 18; 18a–c basierend auf einer Interaktion zwischen dem Teil des ersten plasmonischen Wellensignals und dem Umgebungsmaterial 54 basierend auf einer veränderten Resonanzfrequenz der Resonatorstruktur 22; 22a–c zu beeinflussen; eine Signalquelle 46, um das erste plasmonische Wellensignal 16 zur Verfügung zu stellen; einen Detektor 48, um das zweite plasmonische Wellensignal 18; 18a–c zu empfangen und um eine Wellenlänge λ_P1–λ_P3 des zweiten plasmonischen Wellensignals 18; 18a–c oder eine daraus abgeleitete Wellenlänge zu erkennen; und einen Prozessor 52 zum Bestimmen einer Eigenschaft des Umgebungsmaterials 54 basierend auf der Wellenlänge λ_P1–λ_P3 des zweiten plasmonischen Wellensignals 18; 18a–c oder der davon abgeleiteten Wellenlänge auf.
Nach einem dreizehnten Aspekt weist ein optischer Empfänger 50 eine Struktur 10; 20; 30 zur plasmonischen Wellenlängentrennung nach einem der ersten bis elften Aspekte; eine elektromagnetische signalquelle 36, die konfiguriert ist, um ein erstes elektromagnetisches Signal 42 basierend auf einem empfangenen optischen Kommunikationssignal 56 zu emittieren, wobei die elektromagnetische signalquelle 36 mit dem Eingangswellenleiter 12 gekoppelt und konfiguriert ist, um das erste plasmonische Wellensignal 16 in dem Eingangswellenleiter 12 basierend auf dem ersten elektromagnetischen Signal 42 anzuregen; und ein Empfängerelement 38a–c, das konfiguriert ist, um das zweite plasmonische Wellensignal 18; 18a–c von dem Ausgangswellenleiter 14; 14a–c zu empfangen und ein zweites elektromagnetisches Signal 44a–c basierend auf dem zweiten plasmonischen Wellensignal 18; 18a–c zur Verfügung zu stellen, auf.
Nach einem vierzehnten Aspekt weist eine Struktur 70, 80 zur photonischen Wellenlängentrennung einen Eingangswellenleiter 62, 94 zum Leiten eines ersten elektromagnetischen Signals 66; einen Ausgangswellenleiter 64; 64a–c; 96 zum Leiten eines zweiten elektromagnetischen Signals 68; 68a–c; eine Resonatorstruktur 72; 72a–c zum Empfangen eines Teils des ersten elektromagnetischen Signals 66 von dem Eingangswellenleiter 62, 94 durch Koppeln und zum Zurverfügungstellen des zweiten elektromagnetischen Signals 68; 68a–c für den Ausgangswellenleiter 64; 64a–c; 96 basierend auf dem Teil des ersten elektromagnetischen Signals durch Koppeln, wobei die Resonatorstruktur 72; 72a–c einen geschlossenen Regelkreis aufweist; und wobei der Eingangswellenleiter 62, 94, die Resonatorstruktur 72; 72a–c und der Ausgangswellenleiter 64; 64a–c; 96 jeweils ein Halbleitermaterial zum Leiten des ersten und des zweiten elektromagnetischen Signals 66, 68; 68a–c aufweisen, auf.
Nach einem fünfzehnten Aspekt unter erneuter Bezugnahme auf den vierzehnten Aspekt wird eine Wellenlänge λ_E1–λ_E3 des zweiten elektromagnetischen Signals 68; 68a–c mindestens teilweise durch einen Abstand 74 zwischen dem Eingangswellenleiter 62, 94 und der Resonatorstruktur 72; 72a–c beeinflusst.
Nach einem sechzehnten Aspekt unter erneuter Bezugnahme auf den fünfzehnten Aspekt ist eine Länge des Kreislaufs ein Vielfaches der Wellenlänge λ_E1–λ_E3 des zweiten elektromagnetischen Signals 68; 68a–c innerhalb eines Toleranzbereichs von weniger oder gleich 10%.
Nach einem siebzehnten Aspekt unter erneuter Bezugnahme auf mindestens einen der vierzehnten bis sechzehnten Aspekte ist die Resonatorstruktur 72; 72a–c konfiguriert, um mit einem Umgebungsmaterial 92 verbunden werden zu können und die Wellenlänge λ_E1–λ_E3 des zweiten elektromagnetischen Signals 68; 68a–c basierend auf einer Interaktion zwischen dem Teil des ersten elektromagnetischen Signals und dem Umgebungsmaterial 92 basierend auf einer veränderten Resonanzfrequenz der Resonatorstruktur 72; 72a–c zu beeinflussen.
Nach einem achtzehnten Aspekt unter erneuter Bezugnahme auf mindestens einen der vierzehnten bis siebzehnten Aspekte weist die Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung mehrere Resonatorstrukturen 72a–c und mehrere Ausgangswellenleiter 14a–c auf, wobei jeder Ausgangswellenleiter 64a–c mit einer assoziierten Resonatorstruktur assoziiert ist, wobei der Eingangswellenleiter 62, 94, die mehreren Resonatorstrukturen 72a–c und die mehreren Ausgangswellenleiter 64a–c eine Ringresonatoranordnung ausbilden.
Nach einem neunzehnten Aspekt unter erneuter Bezugnahme auf mindestens einen der vierzehnten bis achtzehnten Aspekte ist die Resonatorstruktur konfiguriert, um den Teil des ersten elektromagnetischen Signals basierend auf einer elektromagnetischen Kopplung zwischen der Resonatorstruktur 72; 72a–c und dem Eingangswellenleiter 62, 94 zu empfangen, und die Resonatorstruktur ist konfiguriert, um das zweite elektromagnetische Signal 68; 68a–c basierend auf einer elektromagnetischen Kopplung zwischen der Resonatorstruktur 72; 72a–c und dem Ausgangswellenleiter 64; 64a–c; 96 zur Verfügung zu stellen.
Nach einem zwanzigsten Aspekt unter erneuter Bezugnahme auf mindestens einen der vierzehnten bis neunzehnten Aspekte weist die Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung eine elektromagnetische signalquelle 86, die konfiguriert ist, um das erste elektromagnetische Signal 66 zu emittieren, wobei die elektromagnetische signalquelle 86 mit dem Eingangswellenleiter 62 gekoppelt ist; und ein Empfängerelement 88, das konfiguriert ist, um das zweite elektromagnetische Signal aus dem Ausgangswellenleiter 64; 64a–c zu empfangen, auf.
Nach einem einundzwanzigsten Aspekt unter erneuter Bezugnahme auf den zwanzigsten Aspekt weist die elektromagnetische signalquelle 86 einen Wärmeemitter 104 auf, der konfiguriert ist, um eine erste Wärmestrahlung 102 zu emittieren, und der Eingangswellenleiter 94 weist eine Rinnenstruktur 98 auf, die konfiguriert ist, um die erste Wärmestrahlung 102 in den Eingangswellenleiter 94 zu koppeln, um das erste elektromagnetische Signal 66 zu erhalten.
Nach einem zweiundzwanzigsten Aspekt unter erneuter Bezugnahme auf den einundzwanzigsten Aspekt weist der Wärmeemitter 104 ein dotiertes Siliciummaterial auf, um Wärme zu generieren, wobei das dotierte Siliciummaterial eine Dotierungskonzentration von mindestens 5% aufweist.
Nach einem dreiundzwanzigsten Aspekt unter erneuter Bezugnahme auf mindestens einen der zwanzigsten bis zweiundzwanzigsten Aspekte weist das Empfängerelement 88 einen Wärmedetektor 112 auf, der konfiguriert ist, um eine zweite Wärmestrahlung 108 zu erkennen, und der Ausgangswellenleiter 96 weist eine Rinnenstruktur 106 auf, die konfiguriert ist, um das zweite elektromagnetische Signal 68 von dem Ausgangswellenleiter 96 auszukoppeln, um die zweite Wärmestrahlung 108 zu erhalten.
Nach einem vierundzwanzigsten Aspekt unter erneuter Bezugnahme auf mindestens einen der vierzehnten bis dreiundzwanzigsten Aspekte ist eine Länge des Kreislaufs kürzer oder gleich 300 μm.
Nach einem fünfundzwanzigsten Aspekt unter erneuter Bezugnahme auf mindestens einen der vierzehnten bis vierundzwanzigsten Aspekte sind der Eingangswellenleiter, der Ausgangswellenleiter oder die Resonatorstruktur als photonische Kristallstruktur gebildet.
Nach einem sechsundzwanzigsten Aspekt unter erneuter Bezugnahme auf mindestens einen der vierzehnten bis vierundzwanzigsten Aspekte sind der Eingangswellenleiter 62; 94, der Ausgangswellenleiter 64; 64a–c; 96 oder die Resonatorstruktur 72; 72a–c durch mehrere Säulenstrukturen gebildet.
Nach einem siebenundzwanzigsten Aspekt weist ein Microlab-System 110 eine Struktur 70; 80 zur photonischen Wellenlängentrennung nach einem der vierzehnten bis sechsundzwanzigsten Aspekte, wobei die Resonatorstruktur 72; 72a–c konfiguriert ist, um mit einem Umgebungsmaterial 92 verbunden werden zu können und die Wellenlänge λ_E1–λ_E3 des zweiten elektromagnetischen Signals basierend auf einer Interaktion zwischen dem Teil des ersten elektromagnetischen und dem Umgebungsmaterial 92 basierend auf einer veränderten Resonanzfrequenz der Resonatorstruktur 72; 72a–c zu beeinflussen; eine Signalquelle 86 zum Zurverfügungstellen des ersten elektromagnetischen Signals 66; einen Detektor 114 zum Empfangen des zweiten elektromagnetischen Signals und zum Erfassen einer Wellenlänge λ_E1–λ_E3 des zweiten elektromagnetischen Signals 68; 68a–c oder einer davon abgeleiteten Wellenlänge; und einen Prozessor 116 zum Bestimmen einer Eigenschaft des Umgebungsmaterials 92 basierend auf der Wellenlänge λ_E1–λ_E3 des zweiten elektromagnetischen Signals oder der davon abgeleiteten Wellenlänge auf.
Nach einem achtundzwanzigsten Aspekt weist ein optischer Empfänger 120 eine Struktur 70; 80 zur photonischen Wellenlängentrennung nach einem der vierzehnten bis sechsundzwanzigsten Aspekte auf; wobei der Eingangswellenleiter 62, 94 mit einem Eingang 118 des optischen Empfängers 120 verbunden ist, der Eingang 120 konfiguriert ist, um ein optisches Kommunikationssignal 122 zu empfangen und das erste elektromagnetische Signal 66 basierend auf dem optischen Kommunikationssignal 122 zur Verfügung zu stellen.
Nach einem neunundzwanzigsten Aspekt weist ein Verfahren 600 zur Herstellung einer Struktur zur plasmonischen Wellenlängentrennung Zurverfügungstellen 610 eines Eingangswellenleiters zum Leiten eines ersten plasmonischen Wellensignals; Zurverfügungstellen 620 eines Ausgangswellenleiters zum Leiten eines zweiten plasmonischen Wellensignals; Zurverfügungstellen 630 eines geschlossenen Regelkreises, der eine Resonatorstruktur bildet, so dass ein Teil des ersten plasmonischen Wellensignals des Eingangswellenleiters durch die Resonatorstruktur durch Koppeln empfangen werden kann von und so dass das zweite plasmonische Wellensignal durch den Ausgangswellenleiter von der Resonatorstruktur durch Koppeln empfangen werden kann; und wobei der Eingangswellenleiter, die Resonatorstruktur und der Ausgangswellenleiter jeweils durch Anordnen eines plasmonischen Wellenleitmaterials zur Verfügung gestellt werden, das konfiguriert ist, um das erste und das zweite plasmonische Wellensignal zu leiten, auf.
Nach einem dreißigsten Aspekt weist ein Verfahren 1300 zum Herstellen einer Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung Zurverfügungstellen 1310 eines Eingangswellenleiters zum Leiten eines ersten elektromagnetischen Signals; Zurverfügungstellen 1320 eines Ausgangswellenleiters zum Leiten eines zweiten elektromagnetischen Signals; Zurverfügungstellen 1330 eines geschlossenen Regelkreises, der eine Resonatorstruktur bildet, so dass ein Teil des ersten elektromagnetischen Signals des Eingangswellenleiters durch die Resonatorstruktur durch Koppeln empfangen werden kann und so dass das zweite elektromagnetische Signal durch den Ausgangswellenleiter von der Resonatorstruktur durch Koppeln empfangen werden kann; und wobei der Eingangswellenleiter, die Resonatorstruktur und der Ausgangswellenleiter jeweils durch Anordnen eines Halbleitermaterials zur Verfügung gestellt werden, das konfiguriert ist, um das erste und das zweite elektromagnetische Signal zu leiten, auf.
Nach einem einunddreißigsten Aspekt weist eine Struktur 140; 150; 160 zur photonischen Wellenlängentrennung einen ersten Ausgangswellenleiter 142a zum Leiten eines ersten elektromagnetischen Ausgangssignals 158a, eine erste Wellenlänge λ_E1 aufweisend, die mit dem ersten Ausgangswellenleiter 142a assoziiert ist; einen zweiten Ausgangswellenleiter 142b zum Leiten eines zweiten elektromagnetischen Ausgangssignals 158b, eine zweite Wellenlänge λ_E2 aufweisend, die mit dem zweiten Ausgangswellenleiter 142b assoziiert ist; einen dritten Ausgangswellenleiter 142c zum Leiten eines dritten elektromagnetischen Ausgangssignals 158c, eine dritte Wellenlänge λ_E3 aufweisend, die mit dem dritten Ausgangswellenleiter 142c assoziiert ist; und einen Kreislauf 144 zum Empfangen eines elektromagnetischen Eingangssignals 146, die erste, die zweite und die dritte Wellenlänge λ_E1–λ_E3 aufweisend; wobei der erste Ausgangswellenleiter 142a, der zweite Ausgangswellenleiter 142b und der dritte Ausgangswellenleiter 142c als photonische Kristallstruktur gebildet sind und miteinander durch den Kreislauf 144 verbunden und konfiguriert sind, um einen Teil des elektromagnetischen Eingangssignals 146 zu empfangen, wobei der Teil die assoziierte Wellenlänge λ_E1–λ_E3 aufweist, auf.
Nach einem zweiunddreißigsten Aspekt unter erneuter Bezugnahme auf den einunddreißigsten Aspekt ist eine Länge des Kreislaufs 144 ein Vielfaches einer Länge der ersten Wellenlänge λ_E1, der zweiten Wellenlänge λ_E2 und der dritten Wellenlänge λ_E3 innerhalb eines Toleranzbereichs von weniger oder gleich 10%.
Nach einem dreiunddreißigsten Aspekt unter erneuter Bezugnahme auf mindestens einen der einunddreißigsten und zweiunddreißigsten Aspekte weist die Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung eine elektromagnetische Signalquelle 145, die konfiguriert ist, um das elektromagnetische Eingangssignal 146 zu emittieren; einen Eingangswellenleiter 156, der mit der elektromagnetischen Signalquelle 145 und mit dem Kreislauf 144 verbunden und konfiguriert ist, um das elektromagnetische Eingangssignal 146 zu dem Kreislauf 144 zu leiten, auf.
Nach einem vierunddreißigsten Aspekt unter erneuter Bezugnahme auf mindestens einen der einunddreißigsten und zweiunddreißigsten Aspekte weist die Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung eine elektromagnetische Signalquelle 164 auf, die konfiguriert ist, um das elektromagnetische Eingangssignal 146 zu emittieren, wobei die elektromagnitische Signalquelle 164 von dem Kreislauf 144 derart umgeben ist, dass das elektromagnetische Eingangssignal 146 von dem Kreislauf 144 empfangen werden kann.
Nach einem fünfunddreißigsten Aspekt unter erneuter Bezugnahme auf mindestens einen der einunddreißigsten bis vierunddreißigsten Aspekte weist die Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung ein erstes Empfängerelement 147a, das konfiguriert ist, um das erste elektromagnetische Ausgangssignal 158a von dem ersten Ausgangswellenleiter 142a zu empfangen; ein zweites Empfängerelement 147b, das konfiguriert ist, um das zweite elektromagnetische Ausgangssignal 158b von dem zweiten Ausgangswellenleiter 142b zu empfangen; und ein drittes Empfängerelement 147c, das konfiguriert ist, um das dritte elektromagnetische Ausgangssignal von dem dritten Ausgangswellenleiter 142c zu empfangen, auf.
Nach einem sechsunddreißigsten Aspekt unter erneuter Bezugnahme auf mindestens einen der einunddreißigsten bis fünfunddreißigsten Aspekte weisen der erste, zweite und dritte Ausgangswellenleiter 142a–c einen kurvilinearen Pfad entlang einer axialen Ausdehnung des Ausgangswellenleiters 142a–c auf.
Nach einem siebenunddreißigsten Aspekt unter erneuter Bezugnahme auf mindestens einen der einunddreißigsten bis sechsunddreißigsten Aspekte sind der erste, zweite und dritte Ausgangswellenleiter 142a–c als eine photonische Kristallstruktur gebildet, die mehrere Defektstrukturen 154a–c; 168; 174 umfasst, die auf einem Substrat 166 oder in dem Substrat 166 angeordnet sind.
Nach einem achtunddreißigsten Aspekt unter erneuter Bezugnahme auf den siebenunddreißigsten Aspekt weist das Substrat 166 ein Halbleitermaterial auf.
Nach einem neununddreißigsten Aspekt unter erneuter Bezugnahme auf mindestens einen der siebenunddreißigsten und achtunddreißigsten Aspekte ist ein Teil der Defektstrukturen 154a als Säulenstrukturen 168 an dem Substrat 166 oder als Vertiefungsstrukturen 174 in dem Substrat 166 gebildet.
Nach einem vierzigsten Aspekt unter erneuter Bezugnahme auf den neununddreißigsten Aspekt ist der Teil der Defektstrukturen 154a–c als Säulenstrukturen 168 an dem Substrat 166 gebildet, und die Säulenstrukturen 168 weisen ein Halbleitermaterial auf.
Nach einem einundvierzigsten Aspekt unter erneuter Bezugnahme auf mindestens einen der siebenunddreißigsten bis vierzigsten Aspekte sind die mehreren Defektstrukturen 154a–c in mehreren konzentrischen Kreisen angeordnet, wobei aneinandergrenzende Kreise zueinander gedreht α werden, so dass ein kurvilinearer Pfad des ersten, zweiten und dritten Ausgangswellenleiters 142a–c auf einer Drehung der angrenzenden Kreise basiert.
Nach einem zweiundvierzigsten Aspekt unter erneuter Bezugnahme auf mindestens einen der siebenunddreißigsten bis einundvierzigsten Aspekte entspricht eine Ausdehnung jeder der mehreren Defektstrukturen 154a–c; 168; 174 eines Ausgangswellenleiters 142a–f entlang einer Richtung, entlang der der Ausgangswellenleiter 142a–f sich im Wesentlichen erstreckt, der Wellenlänge λ_E1–λ_E7 des assoziierten Wellenleiters geteilt durch vier.
Nach einem dreiundvierzigsten Aspekt unter erneuter Bezugnahme auf mindestens einen der einunddreißigsten bis zweiundvierzigsten Aspekte weist die Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung eine Ausdehnung entlang einer ersten lateralen Richtung x, einer zweiten lateralen Richtung y senkrecht zu der ersten lateralen Richtung x und entlang einer Dickenrichtung z, die senkrecht zu der ersten x und zweiten y lateralen Richtung liegt, auf, wobei eine axiale Richtung des ersten, zweiten und dritten Ausgangswellenleiters 142a–c sich im Wesentlichen entlang der ersten lateralen Richtung x oder der zweiten lateralen Richtung y erstreckt und wobei eine Ausdehnung der Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung entlang der Dickenrichtung 2 weniger oder gleich 2000 nm ist.
Nach einem vierundvierzigsten Aspekt unter erneuter Bezugnahme auf mindestens einen der einunddreißigsten bis dreiundvierzigsten Aspekte weist mindestens einer des ersten Ausgangswellenleiters 142a, des zweiten Ausgangswellenleiters 142b oder des dritten Ausgangswellenleiters 142c eine Resonanzstruktur 159 auf.
Nach einem fünfundvierzigsten Aspekt weist ein optischer Empfänger 170 eine Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung 140; 150; 160 nach einem der einunddreißigsten bis dreiundvierzigsten Aspekte auf, wobei das elektromagnetische Eingangssignal 146 ein optisches Kommunikationssignal ist, das von einem optischen Sender 162 empfangen wird.
Nach einem sechsundvierzigsten Aspekt umfasst ein Verfahren 1800 zum Herstellen einer Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung Zurverfügungstellen 1810 eines ersten Ausgangswellenleiters an einem Substrat, wobei der erste Ausgangswellenleiter konfiguriert ist, um ein erstes elektromagnetisches Ausgangssignal, das eine erste Wellenlänge aufweist, die mit dem ersten Ausgangswellenleiter assoziiert ist, zu leiten; Zurverfügungstellen 1820 eines zweiten Ausgangswellenleiters an dem Substrat, wobei der zweite Ausgangswellenleiter konfiguriert ist, um ein zweites elektromagnetisches Ausgangssignal, das eine zweite Wellenlänge aufweist, die mit dem zweiten Ausgangswellenleiter assoziiert ist, zu leiten; Zurverfügungstellen 1830 eines dritten Ausgangswellenleiters an dem Substrat, wobei der dritte Ausgangswellenleiter konfiguriert ist, um ein drittes elektromagnetisches Ausgangssignal, das eine dritte Wellenlänge aufweist, die mit dem dritten Ausgangswellenleiter assoziiert ist, zu leiten; und Zurverfügungstellen 1840 eines Kreislaufs an der Vertiefung, so dass der erste Ausgangswellenleiter, der zweite Ausgangswellenleiter und der dritte Ausgangswellenleiter untereinander durch den Kreislauf verbunden sind und so dass ein Teil des elektromagnetischen Eingangssignals durch den ersten Ausgangswellenleiter, den zweiten Ausgangswellenleiter und den dritten Ausgangswellenleiter von dem Kreislauf empfangen werden kann.
Nach einem siebenundvierzigsten Aspekt unter erneuter Bezugnahme auf den sechsundvierzigsten Aspekt weist das Zurverfügungstellen des ersten, zweiten oder dritten Ausgangswellenleiters Zurverfügungstellen eines Substratmaterials; und Durchführen eines anisotropen Ätzprozesses zum Generieren mehrerer Säulenstrukturen als verbleibender Teil des Ätzprozesses, wobei ein erster Teil der Säulenstrukturen eine erste laterale Ausdehnung aufweist, wobei ein zweiter Teil der Säulenstrukturen eine zweite laterale Ausdehnung aufweist, wobei ein dritter Teil der Säulenstrukturen eine dritte laterale Ausdehnung aufweist, und wobei ein vierter Teil der Säulenstrukturen eine vierte laterale Ausdehnung aufweist; oder Durchführen eines anisotropen Ätzprozesses zum Generieren mehrerer Vertiefungen in dem Substratmaterial, wobei ein erster Teil der Vertiefungen eine erste laterale Ausdehnung aufweist, wobei ein zweiter Teil der Vertiefungen eine zweite laterale Ausdehnung aufweist, wobei ein dritter Teil der Vertiefungen eine dritte laterale Ausdehnung aufweist, und wobei ein vierter Teil der Vertiefungen eine vierte laterale Ausdehnung aufweist; wobei der erste Teil der Säulenstrukturen oder der Vertiefungen den ersten Ausgangswellenleiter bildet, wobei der zweite Teil der Säulenstrukturen oder der Vertiefungen den zweiten Ausgangswellenleiter bildet, wobei der dritte Teil der Säulenstrukturen oder der Vertiefungen den dritten Ausgangswellenleiter bildet und wobei der vierte Teil der Säulenstrukturen oder der Vertiefungen zwischen den Ausgangswellenleitern generiert wird, auf.
Nach einem achtundvierzigsten Aspekt weist eine Struktur 141; 143; 149 zur photonischen Wellenlängentrennung Folgendes auf: eine Wellenleiterstruktur, aufweisend einen ersten Halbleiterwellenleiter 61a–61l mit einer ersten Dotierungseigenschaft und einen zweiten Halbleiterwellenleiter 61a–61l mit einer zweiten Dotierungseigenschaft; wobei der erste und zweite Halbleiterwellenleiter 61a–61l unterschiedliche Brechungsindexe η₁–η₃ basierend auf der ersten Dotierungseigenschaft und der zweiten Dotierungseigenschaft, die sich von der ersten Dotierungseigenschaft unterscheidet, aufweisen; wobei die unterschiedlichen Dotierungseigenschaften des ersten und zweiten Halbleiterwellenleiters 61a–61l auf mindestens einem von unterschiedlichen Halbleitermaterialien für den ersten und zweiten Halbleiterwellenleiter 61a–61l; unterschiedlichen Dotierungsmaterialien zur Dotierung des Halbleitermaterials des ersten und zweiten Halbleiterwellenleiters 61a–61l; und unterschiedlichen Dotierungskonzentrationen des Dotierungsmaterials für den ersten und zweiten Halbleiterwellenleiter 61a–61l basieren.
Nach einem neunundvierzigsten Aspekt unter erneuter Bezugnahme auf den achtundvierzigsten Aspekt sind die erste Dotierungseigenschaft und die zweite Dotierungseigenschaft auf den unterschiedlichen Dotierungskonzentrationen basiert, so dass sich eine effektive Dotierungskonzentration des ersten Halbleiterwellenleiters 61a–61l von einer effektiven Dotierungskonzentration des zweiten Halbleiterwellenleiters 61a–61l unterscheidet.
Nach einem fünfzigsten Aspekt unter erneuter Bezugnahme auf mindestens einen der achtundvierzigsten bis fünfzigsten Aspekte weist die Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung mehrere Halbleiterwellenleiter 61a–61l auf, die aneinandergrenzend entlang einer Anordnungsrichtung 67 angeordnet sind, wobei jeder Wellenleiter 61a–61l eine unterschiedliche Dotierungseigenschaft aufweist.
Nach einem einundfünfzigsten Aspekt unter erneuter Bezugnahme auf den fünfzigsten Aspekt sind die unterschiedlichen Dotierungseigenschaften auf der unterschiedlichen Dotierungskonzentration basiert, so dass sich eine effektive Dotierungskonzentration der mehreren Halbleiterwellenleiter 61a–61l unter den mehreren Halbleiterwellenleitern 61a–61l unterscheidet, wobei die Dotierungskonzentration monoton entlang der Anordnungsrichtung 67 variiert.
Nach einem zweiundfünfzigsten Aspekt unter erneuter Bezugnahme auf mindestens einen der achtundvierzigsten bis einundfünfzigsten Aspekte ist der zweite Halbleiterwellenleiter 61a–61l konfiguriert, um ein elektromagnetisches Signal λ₀–λ₁₃ von einer ersten Seite 87a–87c des zweiten Halbleiterwellenleiters 61a–61l zu einer zweiten Seite 91a–91c des zweiten Halbleiterwellenleiters 61a–61l zu leiten, wobei die Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung ferner ein Wellenlängenselektionselement 85; 93; 97 aufweist, das zum Interagieren mit dem zweiten Halbleiterwellenleiter 61a–61l angeordnet ist, wobei das Wellenlängenselektionselement 85; 93; 97 konfiguriert ist, um eine Amplitude eines Wellenlängenteils des elektromagnetischen Signals λ_E0–λ_E13 an der zweiten Seite 91a–91c zum Erhalten eines modulierten Wellenlängenteils zu verändern.
Nach einem dreiundfünfzigsten Aspekt unter erneuter Bezugnahme auf den zweiundfünfzigsten Aspekt weist das Wellenlängenselektionselement eine Resonatorstruktur 85 an den Wellenleiter 61a–61l angrenzend auf; wobei die Resonatorstruktur 85 konfiguriert ist, um den Wellenlängenteil durch Koppeln zu empfangen und die Amplitude durch Koppeln zu verändern, wobei die Resonatorstruktur konfiguriert ist, um die Amplitude basierend auf einem Anstieg der Amplitude basierend auf einer konstruktiven Interferenz oder einer Abnahme der Amplitude basierend auf einer destruktiven Interferenz zu verändern.
Nach einem vierundfünfzigsten Aspekt unter erneuter Bezugnahme auf den dreiundfünfzigsten Aspekt weist die Resonatorstruktur 85 eine Ring-Resonatorstruktur, eine Scheiben-Resonatorstruktur und eine photonische Kristallstruktur auf.
Nach einem fünfundfünfzigsten Aspekt unter erneuter Bezugnahme auf mindestens einen der dreiundfünfzigsten bis vierundfünfzigsten Aspekte ist die Resonatorstruktur 85 konfiguriert, um mit einem Umgebungsmaterial 92 verbunden werden zu können und die Wellenlänge des Wellenlängenteils basierend auf einer Interaktion zwischen der Resonatorstruktur 85 und dem Umgebungsmaterial 92 basierend auf einer veränderten Resonanzfrequenz der Resonatorstruktur 85 zu beeinflussen.
Nach einem sechsundfünfzigsten Aspekt unter erneuter Bezugnahme auf mindestens einen der dreiundfünfzigsten bis fünfundfünfzigsten Aspekte ist eine Länge eines äußeren Kreislaufs der Resonatorstruktur 85 kürzer oder gleich 300 μm.
Nach einem siebenundfünfzigsten Aspekt unter erneuter Bezugnahme auf mindestens einen der zweiundfünfzigsten bis sechsundfünfzigsten Aspekte weist das Wellenlängenselektionselement einen Gitterresonator 93 auf, der an dem Halbleiterwellenleiter 61a–61l angeordnet oder in den Halbleiterwellenleiter 61a–61l integriert ist, wobei der Gitterresonator 93 zum Reflektieren des Wellenlängenteils λ_E3 in dem Wellenleiter 61c derart, dass die Amplitude des Wellenlängenteils an der zweiten Seite 91c im Vergleich mit der ersten Seite 87a reduziert ist, konfiguriert ist.
Nach einem achtundfünfzigsten Aspekt unter erneuter Bezugnahme auf mindestens einen der zweiundfünfzigsten bis siebenundfünfzigsten Aspekte weist das Wellenlängenselektionselement einen Wellenlängenfilter 97 auf, der zum Filtern des Wellenlängenteils konfiguriert ist.
Nach einem neunundfünfzigsten Aspekt unter erneuter Bezugnahme auf den achtundfünfzigsten Aspekt ist der Wellenlängenfilter 97 konfiguriert, um eine Veränderung eines Brechungsindexes η₁–η₃ zwischen dem zweiten Halbleiterwellenleiter 61a–61l und dem Wellenlängenfilter 97 basierend auf mindestens einem von unterschiedlichen Materialien für den zweiten Halbleiterwellenleiter 61a–61l und dem Wellenlängenfilter 97; unterschiedlichen Dotierungsmaterialien zur Dotierung des Halbleitermaterials des zweiten Halbleiterwellenleiters 61a–61l und des Wellenlängenfilters 97; unterschiedlichen Dotierungskonzentrationen des Dotierungsmaterials für den zweiten Halbleiterwellenleiter 61a–61l und den Wellenlängenfilter 97; und einer Struktur des Wellenlängenfilters 97, die sich von einer Struktur des zweiten Halbleiterwellenleiters 61a–61l unterscheidet, zu erhalten.
Nach einem sechzigsten Aspekt unter erneuter Bezugnahme auf den neunundfünfzigsten Aspekt ist der Wellenlängenfilter 97 konfiguriert, um die unterschiedlichen Brechungsindexe η₁–η₃ basierend auf den unterschiedlichen Materialien zu erhalten, wobei der Wellenlängenfilter 97 eines von einem Siliciumdioxidmaterial, einem Siliciumnitridmaterial oder einem Fluid umfasst.
Nach einem einundsechzigsten Aspekt unter erneuter Bezugnahme auf mindestens einen der achtundfünfzigsten bis sechzigsten Aspekte ist der Wellenlängenfilter 97 konfiguriert, um als einer von einem Hochpassfilter, einem Bandpassfilter und einem Bandeliminierungsfilter zu wirken.
Nach einem zweiundsechzigsten Aspekt unter erneuter Bezugnahme auf mindestens einen der achtundfünfzigsten bis einundsechzigsten Aspekte ist der Wellenlängenfilter 97 in einen Verlauf des zweiten Halbleiterwellenleiters 61c integriert.
Nach einem dreiundsechzigsten Aspekt unter erneuter Bezugnahme auf mindestens einen der achtundvierzigsten bis zweiundsechzigsten Aspekte ist der erste Halbleiterwellenleiter 61a–61l als Erhöhung auf einem Substrat 65 ausgebildet, wobei eine Ausdehnung 71 der Erhöhung entlang einer Richtung parallel zu einer Oberflächennormalen 73 des Substrats 65 mindestens 100 nm und höchstens 1 μm beträgt.
Nach einem vierundsechzigsten Aspekt unter erneuter Bezugnahme auf mindestens einen der achtundvierzigsten bis dreiundsechzigsten Aspekte ist der erste Halbleiterwellenleiter 61a–61l als eine Erhöhung auf einem Substrat ausgebildet, wobei die Erhöhung eine erste Ausdehnung und eine zweite Ausdehnung aufweist, wobei die erste Ausdehnung senkrecht zu einer Oberflächennormalen 73 des Substrats 65 und parallel zu einer axialen Ausdehnung des Wellenleiters 61a–61l angeordnet ist, wobei die zweite Ausdehnung 75 senkrecht zu der Oberflächennormalen 73 und senkrecht zu der ersten Ausdehnung angeordnet ist, wobei die erste Ausdehnung mindestens 5 μm und höchstens 10 cm beträgt und wobei die zweite Ausdehnung 75 mindestens 50 nm und höchstens 20 μm beträgt.
Nach einem fünfundsechzigsten Aspekt weist ein Microlab-System 110 eine Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung nach einem der zweiundfünfzigsten bis vierundsechzigsten Aspekte, wobei die Resonatorstruktur 85 konfiguriert ist, um mit einem Umgebungsmaterial 92 verbunden werden zu können und die Wellenlänge des Wellenlängenteils basierend auf einer Interaktion zwischen dem Umgebungsmaterial 92 und der Resonatorstruktur 85 basierend auf einer veränderten Resonanzfrequenz der Resonatorstruktur 85 zu beeinflussen; eine Signalquelle 59 zur Zurverfügungstellung eines elektromagnetischen Signals 63, λ₀–λ₁₄ an den zweiten Halbleiterwellenleiter 61a–61l; einen Detektor 109 zum Empfangen des elektromagnetischen Signals λ₀–λ₁₄, umfassend den modifizierten Wellenlängenteil, und zum Detektieren einer Wellenlänge λ_E1–λ_E13 des Wellenlängenteils oder einer davon abgeleiteten Wellenlänge; und einen Prozessor 111 zum Bestimmen einer Eigenschaft des Umgebungsmaterials 92 basierend auf der Wellenlänge λ_E1–λ_E13 des Wellenlängenteils oder der davon abgeleiteten Wellenlänge, auf.
Nach einem sechsundsechzigsten Aspekt weist ein optischer Empfänger 120 eine Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung nach einem der siebenundvierzigsten bis vierundsechzigsten Aspekte auf; wobei der erste und zweite Halbleiterwellenleiter 61a–61l mit einem Eingang 118 des optischen Empfängers an einer Eingangsseite 87a–87c der Halbleiterwellenleiter 61a–61l verbunden sind, wobei der Eingang 118 konfiguriert ist, um ein optisches Kommunikationssignal 63 zu empfangen und mindestens Teile des optischen Kommunikationssignals 63 an die Halbleiterwellenleiter 61a–61l zur Verfügung zu stellen.
Nach einem siebenundsechzigsten Aspekt weist ein Verfahren 2400 zur Herstellung einer Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung Zurverfügungstellen 2410 einer Wellenleiterstruktur 141; 143; 149 aufweisend einen ersten Halbleiterwellenleiter 61a–61l mit einer ersten Dotierungseigenschaft und Zurverfügungstellen eines zweiten Halbleiterwellenleiters 61a–61l mit einer zweiten Dotierungseigenschaft; wobei der erste und zweite Halbleiterwellenleiter 61a–61l derart zur Verfügung gestellt werden, dass sie unterschiedliche Brechungsindexe η₁–η₃ basierend auf der ersten Dotierungseigenschaft und der zweiten Dotierungseigenschaft, die sich von der ersten Dotierungseigenschaft unterscheidet, aufweisen; wobei die unterschiedlichen Dotierungseigenschaften des ersten und zweiten Halbleiterwellenleiters 61a–61l auf mindestens einem von Zurverfügungstellen von unterschiedlichen Halbleitermaterialien für den ersten und zweiten Halbleiterwellenleiter 61a–61l; Zurverfügungstellen von unterschiedlichen Dotierungsmaterialien zur Dotierung des Halbleitermaterials des ersten und zweiten Halbleiterwellenleiters 61a–61l; und Zurverfügungstellen unterschiedlicher Dotierungskonzentrationen des Dotierungsmaterials für den ersten und zweiten Halbleiterwellenleiter 61a–61l basiert sind, auf.
Nach einem achtundsechzigsten Aspekt weist eine Struktur 310 zur photonischen Wellenlängentrennung einen Zwischenverbindungswellenleiter 312, der konfiguriert ist, um einen Hauptausbreitungsweg für ein elektromagnetisches Breitbandsignal 146 zu definieren; einen ersten Ausgangswellenleiter 142a–142k, der mit dem Zwischenverbindungswellenleiter 312 verbunden ist, aufweisend eine erste photonische Kristallstruktur, wobei der erste Ausgangswellenleiter 142a–142k konfiguriert ist, um ein erstes elektromagnetisches Ausgangssignal 158a–158k aufweisend einen ersten Wellenlängenbereich λ_E1–λ_E11 des elektromagnetischen Breitbandsignals 146 zu verteilen, wobei der erste Wellenlängenbereich λ_E1–λ_E11 mit der ersten photonischen Kristallstruktur assoziiert ist; und einen zweiten Ausgangswellenleiter 142a–142k, der mit dem Zwischenverbindungswellenleiter 312 verbunden ist, aufweisend eine zweite photonische Kristallstruktur, wobei der zweite Ausgangswellenleiter 142a–142k konfiguriert ist, um ein zweites elektromagnetisches Ausgangssignal 158a–158k aufweisend einen zweiten Wellenlängenbereich λ_E1–λ_E11 des elektromagnetischen Breitbandsignals 146 zu verteilen, wobei der zweite Wellenlängenbereich λ_E1–λ_E11 mit der zweiten photonischen Kristallstruktur assoziiert ist, auf.
Nach einem neunundsechzigsten Aspekt unter erneuter Bezugnahme auf den achtundsechzigsten Aspekt unterscheiden sich die erste und zweite photonische Kristallstruktur voneinander in Bezug auf mindestens einem von einem Durchmesser R_i von Defektstrukturen 154 der ersten und zweiten photonischen Kristallstruktur und einem Abstand a_i zwischen den Defektstrukturen 154 der ersten und zweiten photonischen Kristallstruktur.
Nach einem siebzigsten Aspekt unter erneuter Bezugnahme auf mindestens einen der achtundsechzigsten bis neunundsechzigsten Aspekte weist die Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung einen ersten photonischen Kristallstrukturbereich 318a–318k auf, der mindestens einen Teil des ersten Ausgangswellenleiters 142a–142k umgibt, und einen zweiten photonischen Strukturbereich aufweisend, der mindestens einen Teil des zweiten Ausgangswellenleiters 142a–142k umgibt, wobei der erste photonische Kristallstrukturbereich Defektstrukturen 154 eines ersten Typs aufweist, und wobei der zweite photonische Kristallstrukturbereich Defektstrukturen 154 eines zweiten Typs, der sich von dem ersten Typ unterscheidet, aufweist; und wobei der erste photonische Kristallstrukturbereich 318a–318k an Dämpfungsteile des zweiten Wellenlängenbereichs λ_E1–λ_E11 angepasst ist und wobei der zweite photonische Kristallstrukturbereich 318a–318k an Dämpfungsteile des ersten Wellenlängenbereichs λ_E1–λ_E11 angepasst ist.
Nach einem einundsiebzigsten Aspekt unter erneuter Bezugnahme auf mindestens einen der achtundsechzigsten bis siebzigsten Aspekte ist der erste Ausgangswellenleiter 142a–142k mit dem Zwischenverbindungswellenleiter 312 an einem ersten Kontaktbereich 314a des Zwischenverbindungswellenleiters 312 verbunden, und ist der zweite Ausgangswellenleiter 142a–142k mit dem Zwischenverbindungswellenleiter 312 an einem zweiten Kontaktbereich 314b des Zwischenverbindungswellenleiters 312 verbunden.
Nach einem zweiundsiebsigsten Aspekt unter erneuter Bezugnahme auf den einundsiebzigsten Aspekt weist die Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung ferner einen dritten Ausgangswellenleiter 142a–142k zum Leiten eines dritten elektromagnetischen Ausgangssignals 158a–158k, aufweisend einen dritten Wellenlängenbereich λ_E1–λ_E11 des elektromagnetischen Breitbandsignals 146, auf, wobei der dritte Wellenlängenbereich mit einer photonischen Kristallstruktur des dritten Ausgangswellenleiters 142a–142k assoziiert ist, wobei der dritte Ausgangswellenleiter 142a–142k mit dem Zwischenverbindungswellenleiter 312 an dem ersten Kontaktbereich 314a verbunden ist.
Nach einem dreiundsiebzigsten Aspekt unter erneuter Bezugnahme auf mindestens einen der achtundsechzigsten bis zweiundsiebzigsten Aspekte weist die Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung ein erstes Empfängerelement 147a–147k, konfiguriert zum Empfangen des ersten elektromagnetischen Ausgangssignals 158a–158k aus dem ersten Ausgangswellenleiter 142a–142k; und ein zweites Empfängerelement 147a–147k, konfiguriert zum Empfangen des zweiten elektromagnetischen Ausgangssignals 158a–158k aus dem zweiten Ausgangswellenleiter 142a–142k, auf.
Nach einem vierundsiebzigsten Aspekt unter Bezugnahme auf mindestens einen der achtundsechzigsten bis dreiundsiebzigsten Aspekte weisen die photonischen Kristallstrukturen des ersten und zweiten Ausgangswellenleiters 142a–142k mehrere Defektstrukturen 154 auf, die an einem Substrat 166 oder in dem Substrat 166 angeordnet sind, wobei der erste Ausgangswellenleiter 142a–142k einen Winkel α zwischen einem Pfad entlang einer axialen Ausdehnung des ersten Ausgangswellenleiters 142a–142k und dem Zwischenverbindungswellenleiter 312 aufweist, wobei der Winkel α im Wesentlichen einem Winkel α von zwei aneinandergrenzenden Oberflächenbereichen 322a, 322b einer Defektstruktur 154 _ic der photonischen Kristallstruktur des Zwischenverbindungswellenleiters 312 entspricht oder einem Versatz 173 von zwei aneinandergrenzenden Defektstrukturen entspricht, wobei die zwei Oberflächenbereiche 322a, 322b parallel zu einer Oberflächennormalen des Substrats 166 angeordnet sind.
Nach einem fünfundsiebzigsten Aspekt unter erneuter Bezugnahme auf den vierundsiebzigsten Aspekt weist das Substrat 166 ein Halbleitermaterial auf.
Nach einem sechsundsiebzigsten Aspekt unter erneuter Bezugnahme auf mindestens einen der vierundsiebzigsten bis fünfundsiebzigsten Aspekte ist ein Teil der Defektstrukturen als Säulenstrukturen an dem Substrat 166 oder als Vertiefungsstrukturen in dem Substrat 166 ausgebildet.
Nach einem siebenundsiebzigsten Aspekt unter erneuter Bezugnahme auf mindestens einen der vierundsiebzigsten bis sechsundsiebzigsten Aspekte erstreckt sich eine Ausdehnung jeder der mehreren Defektstrukturen 154 des ersten Ausgangswellenleiters 142a–142k entlang einer Richtung, entlang der sich der erste Ausgangswellenleiter 142a–142k erstreckt, im Wesentlichen entsprechend dem Wellenlängenbereich λ_E1–λ_E11 des ersten Ausgangswellenleiters 142a–142k geteilt durch vier.
Nach einem achtundsiebzigsten Aspekt unter erneuter Bezugnahme auf mindestens einen der achtundsechzigsten bis siebenundsiebzigsten Aspekte weist die Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung eine Ausdehnung entlang einer ersten lateralen Richtung x, einer zweiten lateralen Richtung y senkrecht zu der ersten lateralen Richtung x und entlang einer Dickenrichtung z, die senkrecht zu der ersten x und zweiten y lateralen Richtung liegt, auf, wobei eine axiale Richtung des ersten, zweiten und dritten Ausgangswellenleiters 142a–142k sich im Wesentlichen entlang der ersten lateralen Richtung x oder der zweiten lateralen Richtung y erstreckt und wobei eine Ausdehnung der Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung entlang der Dickenrichtung 2 weniger oder gleich 2000 nm ist.
Nach einem neunundsiebzigsten Aspekt unter erneuter Bezugnahme auf einen der achtundsechzigsten bis achtundsiebzigsten Aspekte weist mindestens einer des ersten Ausgangswellenleiters 142a–142k und des zweiten Ausgangswellenleiters 142a–142k eine Resonanzstruktur 159 auf.
Nach einem achtzigsten Aspekt unter erneuter Bezugnahme auf den neunundsiebzigsten Aspekt weist der erste Ausgangswellenleiter 142a–142k oder der zweite Ausgangswellenleiter 142a–142k mehrere Defektstrukturen 154 auf, um den Wellenleiter 142a–142k zu bilden, wobei die Resonanzstruktur 159 eine Abwesenheit einer Defektstruktur 154 entlang eines Pfads des Ausgangswellenleiters 142a–142k aufweist.
Nach einem einundachtzigsten Aspekt weist ein Microlab-System 330 eine Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung nach einem der achtundsechzigsten bis achtzigsten Aspekte, wobei die Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung konfiguriert ist, um mit einem Umgebungsmaterial 92 verbunden werden zu können und eine Amplitude eines Teils der Wellenlänge λ_E1–λ_E11 des ersten oder zweiten elektromagnetischen Ausgangssignals 158a–158k basierend auf einer Interaktion zwischen dem Umgebungsmaterial 92 und mindestens einem des elektromagnetischen Eingangssignals, des ersten und zweiten elektromagnetischen Ausgangssignals 158a–158k zu beeinflussen; eine Signalquelle 332 zum Zurverfügungstellen des elektromagnetischen Breitbandsignals 146; eine Detektoreinheit zum Empfangen des ersten und zweiten elektromagnetischen Ausgangssignals 158a–158k und zum Detektieren der Amplitude des Teils des ersten und zweiten elektromagnetischen Ausgangssignals 158a–158k oder eines davon abgeleiteten Werts; und einen Prozessor 334 zum Bestimmen einer Eigenschaft des Umgebungsmaterials 92 basierend auf der bestimmten Amplitude oder basierend auf dem davon abgeleiteten Wert, auf.
Nach einem zweiundachtzigsten Aspekt weist ein optischer Empfänger 340 eine Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung nach einem der achtundsechzigsten bis achtzigsten Aspekte auf, wobei das elektromagnetische Breitbandsignal 146 ein optisches Kommunikationssignal ist, das aus einem optischen Sender empfangen wird.
Nach einem dreiundachtzigsten Aspekt weist ein Verfahren 3500 zur Herstellung einer Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung Zurverfügungstellen 3510 eines Zwischenverbindungswellenleiters 312, der konfiguriert ist, um einen Hauptausbreitungsweg für ein elektromagnetisches Breitbandsignal 146 zu definieren; Zurverfügungstellen 3520 eines ersten Ausgangswellenleiters 142a–142k und Verbinden des ersten Ausgangswellenleiters 142a–142k mit dem Zwischenverbindungswellenleiter 312, wobei der erste Ausgangswellenleiter 142a–142k eine erste photonische Kristallstruktur aufweist, wobei der erste Ausgangswellenleiter 142a–142k konfiguriert ist, um einen ersten Wellenlängenbereich λ_E1–λ_E11 des elektromagnetischen Breitbandsignals 146 zu verteilen, wobei der erste Wellenlängenbereich λ_E1–λ_E11 mit der ersten photonischen Kristallstruktur assoziiert ist; und Zurverfügungstellen 3530 eines zweiten Ausgangswellenleiters 142a–142k und Verbinden des zweiten Ausgangswellenleiters 142a–142k mit dem Zwischenverbindungswellenleiter 312, wobei der zweite Ausgangswellenleiter 142a–142k eine zweite photonische Kristallstruktur aufweist, wobei der zweite Ausgangswellenleiter 142a–142k konfiguriert ist, um ein zweites elektromagnetisches Ausgangssignal 158a–158k, aufweisend einen zweiten Wellenlängenbereich λ_E1–λ_E11 des elektromagnetischen Breitbandsignals 146, zu leiten, wobei der zweite Wellenlängenbereich λ_E1–λ_E11 mit der zweiten photonischen Kristallstruktur assoziiert ist, auf.
Auch wenn manche Aspekte im Kontext eines Geräts beschrieben wurden, ist es klar, dass diese Aspekte ebenso eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, wobei ein Block oder eine Vorrichtung einem Verfahrensschritt oder einem Merkmal eines Verfahrens entspricht. Analog stellen die im Kontext eines Verfahrensschritts beschriebenen Aspekte ebenso eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Merkmals eines entsprechenden Geräts dar.
Die oben beschriebenen Ausführungsformen dienen lediglich zur bildlichen Darstellung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnung und Details für Fachleute offensichtlich sind. Es ist daher die Absicht, nur durch den Umfang der nachfolgenden Patentansprüche einzuschränken, und nicht durch spezifische Details, die durch die Beschreibung und Erklärung der Ausführungsformen hierin vorgestellt werden.

Claims

Struktur zur plasmonischen Wellenlängentrennung (10; 20; 30), Folgendes umfassend: einen Eingangswellenleiter (12) zum Leiten eines ersten plasmonischen Wellensignals (16); einen Ausgangswellenleiter (14; 14a–c) zum Leiten eines zweiten plasmonischen Wellensignals (14; 14a–c); eine Resonatorstruktur (22; 22a–c) zum Empfangen eines Teils des ersten plasmonischen Wellensignals (16) von dem Eingangswellenleiter (12) durch Koppeln und zum Zurverfügungstellen des zweiten plasmonischen Wellensignals (18; 18a–c) für den Ausgangswellenleiter (18; 18a–c) basierend auf dem Teil des ersten plasmonischen Wellensignals (16) durch Koppeln, wobei die Resonatorstruktur (22; 22a–c) einen geschlossenen Regelkreis aufweist; und wobei der Eingangswellenleiter (12), die Resonatorstruktur (22; 22a–c) und der Ausgangswellenleiter (18; 18a–c) jeweils ein plasmonisches Wellenleitmaterial zum Leiten des ersten und zweiten plasmonischen Wellensignals (16, 18; 18a–c) aufweisen.
Struktur zur plasmonischen Wellenlängentrennung nach Anspruch 1, wobei eine Wellenlänge (λ_P1–λ_P3) des zweiten plasmonischen Wellensignals (18; 18a–c) mindestens teilweise durch einen Abstand (24) zwischen dem Eingangswellenleiter (12) und der Resonatorstruktur (22; 22a–c) beeinflusst wird.
Struktur zur plasmonischen Wellenlängentrennung nach Anspruch 2, wobei eine Länge des Kreislaufs ein Vielfaches der Wellenlänge (λ_P1–λ_P3) des zweiten plasmonischen Wellensignals (18; 18a–c) innerhalb eines Toleranzbereichs von weniger oder gleich 10% ist.
Struktur zur plasmonischen Wellenlängentrennung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Resonatorstruktur (22; 22a–c) konfiguriert ist, um mit einem Umgebungsmaterial (54) verbunden werden zu können und um die Wellenlänge (λ_P1–λ_P3) des zweiten plasmonischen Wellensignals (18; 18a–c) basierend auf einer Interaktion zwischen dem Teil der ersten plasmonischen Welle (16) und dem Umgebungsmaterial basierend (54) auf einer veränderten Resonanzfrequenz der Resonatorstruktur (22; 22a–c) zu beeinflussen.
Struktur zur plasmonischen Wellenlängentrennung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das plasmonische Wellenleitmaterial des Eingangswellenleiters (12), des Ausgangswellenleiters (14; 14a–c) und der Resonatorstruktur (22; 22a–c) jeweils eines von einem Metallmaterial und einem Halbleitermaterial umfasst.
Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung (70, 80), Folgendes umfassend: einen Eingangswellenleiter (62, 94) zum Leiten eines ersten elektromagnetischen Signals (66); einen Ausgangswellenleiter (64; 64a–c; 96) zum Leiten eines zweiten elektromagnetischen Signals (68; 68a–c); eine Resonatorstruktur (72; 72a–c) zum Empfangen eines Teils des ersten elektromagnetischen Signals (66) von dem Eingangswellenleiter (62, 94) durch Koppeln und zum Zurverfügungstellen des zweiten elektromagnetischen Signals (68; 68a–c) für den Ausgangswellenleiter (64; 64a–c; 96) basierend auf dem Teil des ersten elektromagnetischen Signals durch Koppeln, wobei die Resonatorstruktur (72; 72a–c) einen geschlossenen Regelkreis umfasst; und wobei der Eingangswellenleiter (62, 94), die Resonatorstruktur (72; 72a–c) und der Ausgangswellenleiter (64; 64a–c; 96) jeweils ein Halbleitermaterial zum Leiten des ersten und des zweiten elektromagnetischen Signals (66, 68; 68a–c) aufweisen.
Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung nach Anspruch 6, wobei eine Wellenlänge (λ_E1–λ_E3) des zweiten elektromagnetischen Signals (68; 68a–c) mindestens teilweise durch einen Abstand (74) zwischen dem Eingangswellenleiter (62, 94) und der Resonatorstruktur (72; 72a–c) beeinflusst wird.
Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei die Resonatorstruktur (72; 72a–c) konfiguriert ist, um mit einem Umgebungsmaterial (92) verbunden werden zu können und die Wellenlänge (λ_E1–λ_E3) des zweiten elektromagnetischen Signals (68; 68a–c) basierend auf einer Interaktion zwischen dem Teil des ersten elektromagnetischen Signals und dem Umgebungsmaterial (92) basierend auf einer veränderten Resonanzfrequenz der Resonatorstruktur (72; 72a–c) zu beeinflussen.
Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, ferner Folgendes umfassend: eine elektromagnetische Signalquelle (86), die konfiguriert ist, um das erste elektromagnetische Signal (66) zu emittieren, wobei die elektromagnetische Signalquelle (86) mit dem Eingangswellenleiter (62) gekoppelt ist; wobei die elektromagnetische Signalquelle (86) einen Wärmeemitter (104) aufweist, der konfiguriert ist, um eine erste Wärmestrahlung (102) zu emittieren, und wobei der Eingangswellenleiter (94) eine Rinnenstruktur (98) aufweist, die konfiguriert ist, um die erste Wärmestrahlung (102) in den Eingangswellenleiter (94) zu koppeln, um das erste elektromagnetische Signal (66) zu erhalten.
Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, ferner Folgendes umfassend: ein Empfängerelement (88), das konfiguriert ist, um das zweite elektromagnetische Signal aus dem Ausgangswellenleiter (64; 64a–c) zu empfangen; wobei das Empfängerelement (88) einen Wärmedetektor (112) aufweist, der konfiguriert ist, um eine zweite Wärmestrahlung (108) zu erkennen, und wobei der Ausgangswellenleiter (96) eine Rinnenstruktur (106) aufweist, die konfiguriert ist, um das zweite elektromagnetische Signal (68) von dem Ausgangswellenleiter (96) auszukoppeln, um die zweite Wärmestrahlung (108) zu erhalten.
Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei der Eingangswellenleiter, der Ausgangswellenleiter oder die Resonatorstruktur als eine photonische Kristallstruktur gebildet sind.
Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung (140; 150; 160), Folgendes umfassend: einen ersten Ausgangswellenleiter (142a) zum Leiten eines ersten elektromagnetischen Ausgangssignals (158a), eine erste Wellenlänge (λ_E1) aufweisend, die mit dem ersten Ausgangswellenleiter (142a) assoziiert ist; einen zweiten Ausgangswellenleiter (142b) zum Leiten eines zweiten elektromagnetischen Ausgangssignals (158b), eine zweite Wellenlänge (λ_E2) umfassend, die mit dem zweiten Ausgangswellenleiter (142b) assoziiert ist; einen dritten Ausgangswellenleiter (142c) zum Leiten eines dritten elektromagnetischen Ausgangssignals (158c), eine dritte Wellenlänge (λ_E3) umfassend, die mit dem dritten Ausgangswellenleiter (142c) assoziiert ist; und einen Kreislauf (144) zum Empfangen eines elektromagnetischen Eingangssignals (146), die erste, die zweite und die dritte Wellenlänge (λ_E1–λ_E3) aufweisend; wobei der erste Ausgangswellenleiter (142a), der zweite Ausgangswellenleiter (142b) und der dritte Ausgangswellenleiter (142c) als photonische Kristallstrukturen gebildet sind und miteinander durch den Kreislauf (144) verbunden sind und konfiguriert sind, um einen Teil des elektromagnetischen Eingangssignals (146) zu empfangen, wobei der Teil die assoziierte Wellenlänge (λ_E1–λ_E3) aufweist.
Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung nach Anspruch 12, wobei eine Länge des Kreislaufs (144) ein Vielfaches einer Länge der ersten Wellenlänge (λ_E1), der zweiten Wellenlänge (λ_E2) und der dritten Wellenlänge (λ_E3) innerhalb eines Toleranzbereichs von weniger oder gleich 10% ist.
Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung nach einem der Ansprüche 12 oder 13, wobei der erste, zweite und dritte Ausgangswellenleiter (142a–c) einen kurvilinearen Pfad entlang einer axialen Erstreckung des Ausgangswellenleiters (142a–c) aufweisen.
Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei der erste, zweite und dritte Ausgangswellenleiter (142a–c) als eine photonische Kristallstruktur gebildet sind, die mehrere Defektstrukturen (154a–c; 168; 174) umfasst, die auf einem Substrat (166) oder in dem Substrat (166) angeordnet sind, wobei die mehreren Defektstrukturen (154a–c) in mehreren konzentrischen Kreisen angeordnet sind, wobei aneinandergrenzende Kreise zueinander gedreht (α) werden, so dass ein kurvilinearer Pfad des ersten, zweiten und dritten Ausgangswellenleiters (142a–c) auf einer Drehung der angrenzenden Kreise basiert.
Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung nach Anspruch 15, wobei eine Ausdehnung jeder der mehreren Defektstrukturen (154a–c; 168; 174) eines Ausgangswellenleiters (142a–f) entlang einer Richtung, entlang der der Ausgangswellenleiter (142a–f) sich im Wesentlichen erstreckt, der Wellenlänge (λ_E1–(λ_E7) des assoziierten Wellenleiters geteilt durch vier entspricht.
Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung (141; 143; 149), Folgendes umfassend: eine Wellenleiterstruktur, aufweisend einen ersten Halbleiterwellenleiter (61a–61l) mit einer ersten Dotierungseigenschaft und einen zweiten Halbleiterwellenleiter (61a–61l) mit einer zweiten Dotierungseigenschaft; wobei der erste und zweite Halbleiterwellenleiter (61a–61l) unterschiedliche Brechungsindexe (η₁–η₃) basierend auf der ersten Dotierungseigenschaft und der zweiten Dotierungseigenschaft, die sich von der ersten Dotierungseigenschaft unterscheidet, aufweisen; wobei die unterschiedlichen Dotierungseigenschaften des ersten und zweiten Halbleiterwellenleiters (61a–61l) auf mindestens einem von unterschiedlichen Halbleitermaterialien für den ersten und zweiten Halbleiterwellenleiter (61a–61l); unterschiedlichen Dotierungsmaterialien zur Dotierung des Halbleitermaterials des ersten und zweiten Halbleiterwellenleiters (61a–61l); und unterschiedlichen Dotierungskonzentrationen des Dotierungsmaterials für den ersten und zweiten Halbleiterwellenleiter (61a–61l) basieren.
Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung nach Anspruch 17, wobei die erste Dotierungseigenschaft und die zweite Dotierungseigenschaft auf den unterschiedlichen Dotierungskonzentrationen basieren, so dass sich eine effektive Dotierungskonzentration des ersten Halbleiterwellenleiters (61a–61l) von einer effektiven Dotierungskonzentration des zweiten Halbleiterwellenleiters (61a–61l) unterscheidet.
Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung nach Anspruch 17 oder 18, wobei der zweite Halbleiterwellenleiter (61a–61l) konfiguriert ist, um ein elektromagnetisches Signal (λ₀–λ₁₃) von einer ersten Seite (87a–87c) des zweiten Halbleiterwellenleiters (61a–61l) zu einer zweiten Seite (91a–91c) des zweiten Halbleiterwellenleiters (61a–61l) zu leiten, wobei die Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung ferner ein Wellenlängenselektionselement (85; 93; 97) aufweist, das zum Interagieren mit dem zweiten Halbleiterwellenleiter (61a–61l) angeordnet ist, wobei das Wellenlängenselektionselement (85; 93; 97) konfiguriert ist, um eine Amplitude eines Wellenlängenteils des elektromagnetischen Signals (λ_E0–λ_E13) an der zweiten Seite (91a–91c) zum Erhalten eines modulierten Wellenlängenteils zu verändern.
Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung nach Anspruch 19, wobei das Wellenlängenselektionselement eine Resonatorstruktur (85) an den Wellenleiter (61a–61l) angrenzend aufweist; wobei die Resonatorstruktur (85) konfiguriert ist, um den Wellenlängenteil durch Koppeln zu empfangen und die Amplitude durch Koppeln zu verändern, wobei die Resonatorstruktur konfiguriert ist, um die Amplitude basierend auf einem Anstieg der Amplitude basierend auf einer konstruktiven Interferenz oder einer Abnahme der Amplitude basierend auf einer destruktiven Interferenz zu verändern.
Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung nach Anspruch 20, wobei die Resonatorstruktur (85) konfiguriert ist, um mit einem Umgebungsmaterial (92) verbunden werden zu können und die Wellenlänge des Wellenlängenteils basierend auf einer Interaktion zwischen der Resonatorstruktur (85) und dem Umgebungsmaterial (92) basierend auf einer veränderten Resonanzfrequenz der Resonatorstruktur (85) zu beeinflussen.
Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung (310), Folgendes umfassend: einen Zwischenverbindungswellenleiter (312), der konfiguriert ist, um einen Hauptausbreitungsweg für ein elektromagnetisches Breitbandsignal (146) zu definieren; einen ersten Ausgangswellenleiter (142a–142k), der mit dem Zwischenverbindungswellenleiter (312) verbunden ist, aufweisend eine erste photonische Kristallstruktur, wobei der erste Ausgangswellenleiter (142a–142k) konfiguriert ist, um ein erstes elektromagnetisches Ausgangssignal (158a–158k) aufweisend einen ersten Wellenlängenbereich (λ_E1–λ_E11) des elektromagnetischen Breitbandsignals (146) zu verteilen, wobei der erste Wellenlängenbereich (λ_E1–λ_E11) mit der ersten photonischen Kristallstruktur assoziiert ist; und einen zweiten Ausgangswellenleiter (142a–142k), der mit dem Zwischenverbindungswellenleiter (312) verbunden ist, aufweisend eine zweite photonische Kristallstruktur, wobei der zweite Ausgangswellenleiter (142a–142k) konfiguriert ist, um ein zweites elektromagnetisches Ausgangssignal (158a–158k) aufweisend einen zweiten Wellenlängenbereich (λ_E1–λ_E11) des elektromagnetischen Breitbandsignals (146) zu verteilen, wobei der zweite Wellenlängenbereich (λ_E1–λ_E11) mit der zweiten photonischen Kristallstruktur assoziiert ist.
Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung nach Anspruch 22, wobei sich die erste und zweite photonische Kristallstruktur voneinander in Bezug auf mindestens einem von einem Durchmesser (R_i) von Defektstrukturen (154) der ersten und zweiten photonischen Kristallstruktur und einem Abstand (a_i) zwischen den Defektstrukturen (154) der ersten und zweiten photonischen Kristallstruktur unterscheiden.
Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung nach Anspruch 22 oder 23, aufweisend einen ersten photonischen Kristallstrukturbereich (318a–318k), der mindestens einen Teil des ersten Ausgangswellenleiters (142a–142k) umgibt, und einen zweiten photonischen Strukturbereich aufweisend, der mindestens einen Teil des zweiten Ausgangswellenleiters (142a–142k) umgibt, wobei der erste photonische Kristallstrukturbereich Defektstrukturen (154) eines ersten Typs aufweist, und wobei der zweite photonische Kristallstrukturbereich Defektstrukturen (154) eines zweiten Typs, der sich von dem ersten Typ unterscheidet, aufweist; und wobei der erste photonische Kristallstrukturbereich (318a–318k) an Dämpfungsteile des zweiten Wellenlängenbereichs (λ_E1–λ_E11) angepasst ist und wobei der zweite photonische Kristallstrukturbereich (318a–318k) an Dämpfungsteile des ersten Wellenlängenbereichs (λ_E1–λ_E11) angepasst ist.
Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung nach einem der Ansprüche 22 bis 24, wobei die photonischen Kristallstrukturen des ersten und zweiten Ausgangswellenleiters (142a–142k) mehrere Defektstrukturen (154) aufweisen, die an einem Substrat (166) oder in dem Substrat (166) angeordnet sind, wobei der erste Ausgangswellenleiter (142a–142k) einen Winkel (α) zwischen einem Pfad entlang einer axialen Ausdehnung des ersten Ausgangswellenleiters (142a–142k) und dem Zwischenverbindungswellenleiter (312) aufweist, wobei der Winkel (α) im Wesentlichen einem Winkel (α) von zwei aneinandergrenzenden Oberflächenbereichen (322a, 322b) einer Defektstruktur (154 _ic) der photonischen Kristallstruktur des Zwischenverbindungswellenleiters (312) entspricht oder einem Versatz (173) von zwei aneinandergrenzenden Defektstrukturen entspricht, wobei die zwei Oberflächenbereiche (322a, 322b) parallel zu einer Oberflächennormalen des Substrats (166) angeordnet sind.