JP2001523012A - 光路長及び光線の位相を変化させる光学システム及び方法 - Google Patents

光路長及び光線の位相を変化させる光学システム及び方法

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JP2001523012A JP2000519808A JP2000519808A JP2001523012A JP 2001523012 A JP2001523012 A JP 2001523012A JP 2000519808 A JP2000519808 A JP 2000519808A JP 2000519808 A JP2000519808 A JP 2000519808A JP 2001523012 A JP2001523012 A JP 2001523012A
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ペクステット，ラルフ−ダイエター
ルー，イーチェン
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ブックハム テクノロジー ピーエルシー
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Abstract

(57)【要約】 ２つの光路と、２つの光路の長さを変えるための、各光路に１つずつ組み合わされた２つの位相変調器（Ｍ１、Ｍ２）を含む装置とを有してなる光学システム。駆動システム（図３）は、位相変調器に、それらを同一の方向に駆動するために電力を加え、またそれぞれの光路長を反対の方向に変化させるように、位相変調器に加えられる電力の量を反対の方向に変化させる。その結果として、変調器に加えられる電力量の変化と、それに起因する装置を通過する光線間の位相変化との関係は、略線形になる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光線を伝達するための２以上の光路と、選択された２つの光路の長
さを変化させる配列とを規定する構成部品を含んでなる光学システムと、光路の
長さを変化させる方法に関する。もしも光線が２つの選択された光路に沿って伝
播し、それぞれの光路長が変えられると、それぞれの光線の位相は変えられるこ
とになる。
【０００２】 そのような光学システムは、並列につながれた長さの異なる２つの光路を含ん
でなり得る。光線が、それを２つの成分の光線に分割する２つの光路の１つの（
上流の）接合部に伝達されると、それらの１つは並列する光路の１つに沿って伝
達され、他方は他の並列する光路に沿って伝達され得る。これらを構成する光線
は、２つの光路の他の（下流の）接合部において合流する。２つの成分の光線が
伝ってきた光路は長さが異なるので、それらが下流の接合部において結合すると
、２つの光線の成分間において位相差があり得る。光線は結合し、位相差の大き
さに応じて相互に干渉し得る。
【０００３】
【背景技術】
位相変調器として知られる素子を用いて、透明な媒体中の光路長を変えること
によって、その光路に沿って伝達される光線の位相を変えることが知られている
。そのような素子は、光路に隣接する大量にドーピングされた（ｎ−ドーピング
、ｐ−ドーピングそれぞれの）領域を有してなるＰＩＮダイオードのような、集
積電子素子であり得る。そのＰＩＮダイオードを電流が通過することによって、
キャリアは光路の隣接している部分を形成している透明な媒体の中に注入され、
その結果、光路のその部分の屈折率が変えられる。この屈折率の変化は、効果的
に光路長の変化に帰する。この光路長の変化は、その光路に沿って伝達される光
線の位相の変化をもたらす。
【０００４】 光路を形成する集積された受動若しくは能動の絶縁体上シリコン（ＳＯＩ）導
波路は、非常に広汎な用途を有している。この導波路に組み合わされた能動の集
積電子素子は、上述したＰＩＮダイオード変調器のような位相変調器に基づいた
ものであり得る。干渉計、スイッチ及び振幅減衰器のような、多くの集積光学素
子は、この集積位相変調器の構成から形成され得る。位相変調器が、上述のよう
な２つの光路を有してなる光学システムの光路の１つに組み合わせられると、２
つの光路の長さの差は変えられる。したがって、２つの光線間の干渉の特性をも
変えられ得る。
【０００５】 上述したＰＩＮダイオード位相変調器のような多くの位相変調器は、電流駆動
手段の使用を要求する。多くの位相変調器における電流応答の特性に起因して、
光路長の変化及び位相の変化は、駆動電流の非線形関数である。さらに、光路の
素材中に注入されるキャリアによる光線の散乱に起因して、ＰＩＮダイオードを
含んでなる位相変調器と組み合わされた光路の部分を通って伝達される光線も振
幅の変化を受ける。
【０００６】 他のタイプの位相変調器は、熱位相変調器である。このタイプの変調器におい
ては、要素の温度を変える加熱または冷却手段に電圧が加えられ、その結果その
光路に沿って伝達される光線の位相が変えられる。上述したＰＩＮダイオードタ
イプの位相変調器に関しては、位相の変化は加えられる電圧の非線形関数である
。
【０００７】 位相変調器を含んでなる集積光学システムは、例えばセンサーの用途に用いら
れ、そのセンサーシステムは、信号を復調しまたは処理する位相変調器に依存す
る。したがって、位相変調器の非線形性は、センサーシステムの出力中に再現さ
れる。そのために、従来技術の位相変調器における非線形性は、センサーシステ
ムの精度に直接影響を及ぼす。このため、従来技術のシステムにおいては、この
ような欠陥を補うために複雑な線形化回路が必要とされてきた。
【０００８】 上述したＰＩＮダイオード位相変調器のような位相変調器の特性のために、常
に駆動電流は変調器を通って１方向のみに流れる。したがって、これらの位相変
調器は１つの方向のみにしか駆動され得ず、電流が位相変調器を２方向どちらに
も通って流され得るような、一般のプッシュ・プル式の動作は通常実行できない
。干渉計やスイッチのような能動光学システムは、２つの光路と、１つの光路中
において、２つの光路間の光路差(OPD：Optical Path Difference)を変え、これ
によってシステムの光学的特性を変えるために用いられる位相変調器とを有して
なる。位相変調器は、システムの光路差を変更したのと同様な効果を発生させる
ため、いずれかの光路に組み合わされ得る。したがって、このような干渉計やス
イッチに位相変調器を１つだけ使用することが慣習的となっている。
【０００９】 第二の位相干渉器は、システムの他の光路に付加され得る。しかしながら、位
相変調器の性質に起因して、それぞれの位相変調器は対応する光路について同様
の効果を発生させる。すなわち、駆動電流が増加されると光路を短くし、駆動電
流が減少されると光路を長くする。その結果として、既知のシステムにおいては
、位相変調器によって得られる光路の変化は、実質的に互いに相殺されている。
したがって、第二の位相変調器が使用されている従来技術の光学システムにおい
ては、それは一般に第一の位相変調器と直列に、同じ光路に設けられたバックア
ップ用の位相変調器として用いられている。
【００１０】 本発明の目的は、光線を伝達するための２以上の光路を規定する構成部品を含
んでなり、光路長を変えることによって光路に沿って伝達される光線の位相を変
えるための、改良された配列を有する光学システムを提供することにある。
【００１１】
【発明の開示】
本発明の一態様によれば、光学システムは、少なくとも２つの光路を規定する
構成部品と、選択された光路のそれぞれに１つずつ組み合わされた２つの位相変
調器を含む２つの選択された光路の長さを変えるための配列と、位相変調器に電
力を加えてそれらを同一の方向に駆動し、かつそれぞれの光路長を反対の方向に
変化させるために位相変調器に加えられる電力を反対の方向に変化させる駆動シ
ステムとを有してなる。
【００１２】 各位相変調器に加えられる電力の反対の方向への変化量は、等しいことが好ま
しい。
【００１３】 各位相変調器に加えられる電力の量は、同時または連続的に変えられ得る。
【００１４】 本発明の他の態様によれば、それぞれが位相変調器を有してなる２つの光路の
長さを変える方法が提供され、この方法は、位相変調器が同じ方向に駆動される
ように２つの位相変調器に電力を加え、それぞれの光路の長さを反対の方向に変
えるように位相変調器に加えられる電力の量を反対の方向に変化させるステップ
とを有してなる。
【００１５】 それぞれの光路長が変えられたときに、光線がそれぞれの選択された光路に沿
って伝達されると、それぞれの光線は位相変化を受ける。通常は、光路に組み合
わされた位相変調器に加えられた電力量の変化と、結果として生じる光路に沿っ
て伝達された光線の位相変化との関係は非線形である。上述した位相変調器の配
置を用いた光線の位相変化と、位相変調器に電力を加える装置をともに組み合わ
せると、非線形性は実質的に解消される。その結果として、位相変調器に加えら
れる電力量の変化と、結果的な光線の位相変化との関係は実質的に線形となる。
【００１６】 少なくとも２つの光路と、選択された光路のそれぞれに１つずつ組み合わされ
た２つの位相変調器を含んでなる２つの選択された光路の長さを変えるための装
置とを規定する構成部品を有してなるシステムにおいて、本発明の目的は、位相
変調器を同一の方向に駆動し、それぞれ同じ時間の間隔内に位相変調器に加えら
れる電流か、電圧か、電力の任意の一つの量を反対の方向に変えることによって
、位相変調器に加えられる電流か、電圧か、電力のうち同じものの変化に対する
光線中の位相変化の非線形性を最小化することにある。
【００１７】 光線がそれに沿って伝達される光路は、各位相変調器にいかなる電力も加えら
れていないときに、同じ長さであっても、異なる長さであってもよい。後者の場
合には、初期光路差（OPD0）を有しているといわれる。
【００１８】 光路が、０ではない光路差OPD0を有する本発明の光学システムにおいて、シス
テムの光路差は、１つの位相変調器に加えられる電力を増加させながら他の位相
変調器に加えられる電力を減少させる上述した技術を用いて変化させることがで
きる。２つの位相変調器は、システムの光路差に反対の影響を生じさせ、これら
の効果がともに加算されて総合的な光路差の変化がもたらされる。これは総合的
な光路差の変化、すなわち所与の電力変化レンジにおける総合的な位相変化を倍
増させるか、または、代わりに、電力変化に誘導された光路変化がOPD0を超えな
い限りにおいては、要求される光路差の変化に対する電力変化レンジを半減させ
得る。
【００１９】 ２つの位相変調器に加えられる電力の総量は反対の方向に変えられるので、位
相変調器の１つと組み合わされた光路の長さは増加し、他の位相変調器と組み合
わされた光路の長さは減少し得る。したがって、例えば干渉計のように２つの光
線が引き続いて結合されると、２つの光線の位相変化は加算される。それぞれの
位相変調器に加えられる電力の量の変化と、位相変調器が組み合わされた光路を
伝達する光線の対応する位相変化との間の非線形性は、２つの光線の位相変化を
加算することによって実質的に解消され得る。
【００２０】 位相変調器の動作によって光線に生じる振幅変化も、反対の方向に光線の位相
を変える配置によって減少される。
【００２１】 上述した位相変調器は、ＰＩＮダイオードを含んでなるタイプであり得る。こ
のような装置においては、変調器に加えられる電流は、光路長を変えるために変
えられ得る。
【００２２】 その代わりに、位相変調器は公知の熱式の位相変調器であり得る。このような
装置においては、変調器に加えられる電圧は光路長を変えるために変えられ得る
。
【００２３】 本発明の好適な実施形態においては、位相変調器は上述したＰＩＮダイオード
タイプであり、２つの位相変調器の電流が変えられる前に、第一の位相変調器を
流れる初期電流は０であり、第二の位相変調器を流れる初期電流は選択された最
大値である。これらの位相変調器が組み合わされている光路に沿って伝達する光
線に位相変化を生じさせるには、第一の位相変調器の電流を選択された値まで増
加させ、第二の位相変調器の電流をそれと同じ値だけ減少させる。この増加及び
減少は同時または連続的に行なわれる。どちらの場合においても、２つの電流の
反対方向への変化が行なわれると、光線間の要求される位相変化が発生する。位
相変化が行なわれた後に光線が結合されると、総合的な位相変化は各光線の位相
変化を合計したものである。その結果として、所与の電流変化に対する総合的な
位相変化は倍増される。
【００２４】 位相変調器の電流は、０以外の初期電流を有し、その初期電流の値以下に減少
されないことが好ましい。
【００２５】 上述した光学システム及び電力付与手段においては、２つの位相変調器は電力
変化に関しては常に反対の方向に運転され、このような装置は、たとえ実際には
両方の位相変調器の運転が一つの方向であったとしても、プッシュ・プル方式で
運転されるといわれる。したがって、ここに述べたような装置を、「擬似プッシ
ュ・プル」電力付与手段と称する。これを用いると、例えばセンサー用途におい
て、光学システムの精度は顕著に向上する。
【００２６】
【発明の実施の形態】
本発明がより容易に理解されるように、本発明の実施形態を、添付の図面を参
照しながら、単なる例として説明する。
【００２７】 （本発明の最適な実施の形態） 図１を参照すると、しきい値以上の電圧Ｖが加えられると、ＰＩＮダイオード
位相変調器に電流Iが流れることを示している。光路に電流を注入し、これによ って自由電荷の密度を変えるために、ダイオードには順バイアスのみがかけられ
得る。光路中の屈折率変化Δnは、キャリア密度（これは駆動電流によって変え られる）及び光路に沿って伝達される光線の波長との関数である。光路長の変化
ΔLは、屈折率の変化Δn及び位相変調器中の光路長Lに比例する。 ΔL=Δn * L （１） ここで、Δnは、電流変化ΔIに対して相反することに注意すべきである。
【００２８】 多くの能動光学システムは干渉の原理に基づく位相変調器を含んでいるので、
以下の説明のための例として干渉計を用いる。
【００２９】 説明される本発明の詳細な実施形態は、２つの光路を含んでなる能動光学シス
テムに基づくものである。光路は当初から異なる長さを有する。したがって、OP
D0は０ではない。システムは、少なくとも２つのＰＩＮダイオード位相変調器を
含んでなる。
【００３０】 図２を参照すると、図示されたマッハ・ツェンダ干渉計は並列につながれた２ つの光路Ｐ１、Ｐ２を有してなる最も簡単な実施形態である。２つの光路は異な
った長さL1、L2を有し、それぞれの光路はL1、L2の値を変えるための位相変調器
Ｍ１、Ｍ２を含んでなる。入力光路Ｐ３はＰ１、Ｐ２の１つの接合部につながれ
、出力光路Ｐ４は、Ｐ１、Ｐ２の他の接合部につながれている。出力光路Ｐ４中
の光線の出力（強度）は、一般に下記のように表される。 A + B*cos（Φd） （２） ここで、Φdは、光路Ｐ１、Ｐ２の光線の成分間の光学的な位相差である； Φd＝2π * OPD/λ ここで、λは、波長である。 OPD = ABS(L1-L2) = ABS(OPD0+ΔL1-ΔL2) （３） ここで、OPD0は、システムの初期光路差であり、したがって、いかなる電流も
、光路Ｐ１およびＰ２の長さの変化であるΔL1及びΔL2も存在しないときのもの
である。
【００３１】 同様に、駆動電流を伴なう光路差(OPD)変化は； ΔOPD=ABS(OPD0+ΔL1-ΔL2)-OPD0 （４） ここで、ABS（．．．）は、独立変数の絶対値である係数に関係する。
【００３２】 式（４）から、２つの位相変調器を単に並列に駆動し、ΔL1がΔL2と等しくな
るようにすると、0（または略0）の光路差変化しか引き起こされず、したがって
この方法は要求される結果を得るためには使用できないことが見てとれる。一方
、図４を参照して以下説明する擬似プッシュ・プル方式において２つの位相変調
器を通る駆動電流が反対の方向に変化させられると、ΔL1はΔL2と反対の方向に
同じ値だけ変化する。すなわち、ΔL1=-ΔL2であり、したがって、光路差(OPD) 変化は； ΔOPDmax−ΔOPDmin＝2*ABS(ΔL１max)＝2*ABS(ΔL２max) （５） ここで、ΔOPDmax = ΔL1max 及び ΔOPDmin = -ΔL2max である。 図３に示す電流駆動システムの回路の略図は、位相変調器Ｍ１、Ｍ２を擬似プ
ッシュ・プル方式で駆動するように工夫されている。１つの負荷（装置）を異な
る電流の方向によって駆動するために使用される一般のプッシュ・プル駆動シス
テムとは異なり、図示されている駆動システムは、同一の電流の方向を持つ２つ
の位相変調器を、位相変調器中の電流を変化させて駆動するために設計されてい
る。ＰＩＮダイオード位相変調器の特質のために、それぞれの変調器のための駆
動電流は、逆向きとすることができない。特に、この駆動システムは１つの変調
器の電流変化の方向が、他の変調器の電流変化の方向と反対となるように設計さ
れている。示されている駆動システムにおいて、演算増幅器Ｕ１：Ｄは、中位レ
ベルのポジションを設定するために用いられる。このポジションにおいて、両者
の位相変調器は同じ駆動電流を有する。この設定はまた、最大供用レンジの定数
であるImをも定義する。演算増幅器Ｕ１：Ａは、電圧信号入力Vinputのためのバ
ッファとして使用される。擬似プッシュ・プル効果は、演算増幅器Ｕ１：Ｂおよ
びＵ１：Ｃによって実現される。入力電圧Ｖinputが増加すると、Ｕ１：Ｃの出 力はＵ１：Ｂの出力の減少と同じ比率で増加する。トランジスタＱ１及びＱ２は
、入力電圧Vinputに比例する駆動電流を発生させる電流駆動手段の基部を形成す
る。
【００３３】 図３に示す装置における演算増幅器Ｕ１：ＡからＵ１：Ｄは４つの独立した演
算増幅器であり得るが、４つ全ての増幅器は１つのチップに形成されることが好
ましい。これによれば、駆動システムからの入力/出力に対してより安定し、よ り均整のとれた結果が生成され、駆動システムに要求されるスペースが低減され
る。また、発生する放射量が一定負荷で駆動される回路並に低減される。
【００３４】 図３に示す駆動システムによって、図２に示す光学システムを駆動するための
擬似プッシュ・プル方法の好適な実施形態によれば、最初に電流I1=0及びI2=Im が、システムの第一及び第二の光路Ｐ１、Ｐ２の位相変調器Ｍ１、Ｍ２にそれぞ
れ加えられる。それに続いて、図３の駆動システムによって、変調器Ｍ１の電流
I1は要求される値まで増加され、変調器Ｍ２の電流I2は、他の位相変調器Ｍ２の
電流I2が常にI2=Im-I1の関係を満たすように、同じ値だけ減少させられる。その
代わりに、このプロセスは異なる初期電流比I1/I2からであっても開始すること ができるが、それは常に固定された電流定数Imを含んでなる。
【００３５】 図４は、この光学システム及び２つの位相変調器Ｍ１、Ｍ２の電流を変化させ
るための上述した擬似プッシュ・プル駆動システムを使用して得られる電流−光
路長変化特性の計算結果を示す。図４のグラフは、独立した光路における光路長
の変化ΔL1及びΔL2と、駆動電流によって発生した結合された光路長変化ΔOPD を示す。この結果は、それぞれの位相変調器によって引き起こされる光路長の変
化は駆動電流に対してかなり非線形であるにもかかわらず、擬似プッシュ・プル
駆動システムによって得られた２つの位相変調器による光線間の総合的な光路長
の変化は完全に線形であることが証明されている。これは解析的計算によって証
明することができる。位相変調器Ｍ１のための駆動電流I1が、I1=0から、最大電
流I1=Imまで変化すると、擬似プッシュ・プルの原理に従えば、位相変調器Ｍ２ の電流はI2=Imから、I2=0まで変化する。
【００３６】 グラフはI1が0からImまで増加し、同時にI2がImから0まで減少することを示す
。図に示すように、このような電流が変化する期間中に、L1は(ΔL1だけ)増加し
、L2は(ΔL2だけ)減少する。図に示すように、光路差(OPD)は、初期値であるOPD 0 -ΔL2から、OPD0+ΔL1まで変化する。
【００３７】 仮に光路差の変化ΔL1と、変調器Ｍ１の電流I1との関係が放物線状であるとす
ると； ΔL1 = a + b*I1 + c*I1 2 （６） ここで、a, b及びcは一定の係数であり、それらの値は位相変調器の特性に依 存する。係数aは、電流I1が0のときに光路差の変化ΔL1が0であることから、0で
なければならない。同時に、光路差の変化ΔL2と、変調器Ｍ２の電流I2とは、以
下の方程式を満足する； ΔL2= a + b*I2 + c*I2 2 （７） 擬似プッシュ・プル装置に起因して、I2 = Im - I1となる。ここで、Imは、回
路の調整に依存する一定の値である。通常それは、それぞれの位相変調器の最大
駆動電流と等しい。したがって、以下の式が得られる。 ΔL2= a + b*(Im-I1) + c*(Im-I1)2 （８） このシステムにおける総合的な光路差(OPD)の変化は； ΔOPD = ΔL1 - ΔL2 = -(b*Im + c*Im2) + 2(b + c*Im)*I1 （９） これは、電流I1の変化に対し線形である。結果として、擬似プッシュ・プル駆
動システムによって得られる位相変化は、(図４に示すように)駆動電流に対して
完全に線形である。
【００３８】 方程式９より、駆動電流が０からImまで変化したときの最大光路差変化は簡単
に得られる。 ΔOPDmin = -(b*Im + c*Im2) = -ΔL1max ただし I1=0 ΔOPDmax = b*Im + c*Im2 = -ΔL1max ただし I1=Im （１０） また、最大の位相変化は； Δφdmax=Φdmax-Φdmin = 2*ΔΦ1max = 2*ΔΦ2max = 2π*2ΔL1max/λ = 2π*2ΔL2max/λ （１１） これは、２つの位相変調器を駆動する擬似プッシュ・プル駆動システムにおけ
る最大の位相変化は、１つだけの位相変調器を有してなるシステムの最大レンジ
の倍であることを示している。
【００３９】 同様に、振幅の変化も算出することができ、それを図５に示す。図５において
、全てのグラフは、それらの電力比が最大で１となるように標準化されて示され
ている。上述したように、位相変調器による光線の位相変化は、光路への電流の
注入によってもたらされる。光路に電流が注入されると、キャリアは光路を形成
する導波路のなかで光子と相互に作用し合い、光学システムに光強度の損失や振
幅の変化をもたらす光の散乱を発生させる。振幅の変化は位相変化の副作用であ
り、可能であれば常に減少すべきものである。一般に、振幅変化の重要な尺度と
なるのは、所与の駆動電流(または所与の位相)における振幅の、最大振幅に対す
る比である。擬似プッシュ・プル駆動システムによって制御される２つの位相変
調器の使用によってもたらされる振幅変化は、位相変化よりも複雑であり、した
がって計算（図５に示す）は、実際の位相変調器の特性に近づけて模したデータ
に基づくものである。「出力1」と付した曲線は、第一の変調器のみが駆動され たときの振幅変化であり、「出力2」と付した曲線は、第二の変調器のみが駆動 されたときの振幅変化であり、「プッシュ・プルによる出力」と付した曲線は、
擬似プッシュ・プル技術を用いて２つの変調器が駆動されたときの振幅変化であ
る。この図は、擬似プッシュ・プル駆動システムは、比較的小さい振幅変化を発
生させることを示す。
【００４０】 上述した計算は、実験結果によって証明されている。図６は、位相変化につい
てのテスト結果を示し、図７は、振幅変化についてのものを示す。
【００４１】 位相と振幅の変化に関し、上に述べたような２つの位相変調器を伴なう光学シ
ステムと、位相変調器を制御するための擬似プッシュ・プル駆動システムとの組
み合わせを用いた結果は、以下のように要約され得る。 位相変化の総計は、２つの位相変調器に起因する位相変化の位相和である。 位相変化の線形性は、単独の変調器に起因する位相変化が純粋な放物線状の応答
から逸脱するため純粋に線形ではないものの、著しく改良される。位相変化の線
形性の観点からすると、一般に略一桁良くなり、または小さくなる。 上述した光学システムは、スイッチや振幅減衰器のような、２つの光路を含ん
でなり干渉の原理に基づいて働く能動絶縁体上シリコン（ＳＯＩ）の光学装置に
おいて使用され得る。それはまた、例えばセンサーからの信号を復調し、または
処理するために、干渉計にも使用され得る。光学干渉計は精度の高い測定に広く
使われている技術である。このような用途においては、システムの正確さは位相
変調器の性能に依存する。線形性を改良し、または振幅変化を減少することによ
って、より高い精度が得られるようになる。
【００４２】 上述した利点は、実用に際して以下のような結果をもたらす。 干渉計のセンサーのように大きな位相変化のレンジが要求される用途に適用でき
る。 固定された位相変化レンジについて、少ない（略半分）の駆動電流しか要求され
ない。スイッチ用としては、これはスイッチをオン・オフするためのパルス電流
が半減されることを意味し、これによって簡単に駆動速度を向上させ、他の回路
へのノイズの干渉を減少できる。 電力供給手段から擬似プッシュ・プル制御システムに引き出される電流は、たと
え光学システムがいかなる状態にあっても上述したような電子駆動回路を用いる
限り一定である。したがって上述した制御装置は、システムからの電子的な放射
を減少し、駆動回路を装置の他の部分と組み合わせることが可能になる。 ＰＩＮダイオード位相変調器の代わりに、上述した擬似プッシュ・プル駆動シ
ステムは、熱位相変調器をも伴なって使用され得る。熱位相変調器を用いると、
熱位相変調器がつながれた光路に沿って伝達される光線の位相変化は光路に加え
られた熱の力と相関する。熱の力は電流の２乗に比例するので、位相変化は一般
に a * I2 となり、したがって放物線の形状を有する。これは、位相変化が、特
に電流が大きいときに、電流に対して極めて非線形であることを示す。しかしな
がら、上述した擬似プッシュ・プル駆動システムを伴なう２つの熱位相変調器を
、（例えば干渉計のような）光学システムに用いると、単独の位相変調器におけ
る大きな非線形性が効果的に除去され、電流に対する線形の応答が発生させられ
る。
【００４３】 上述した本発明の好適な実施形態にかかわらず、本発明は初期光路差を持たな
い（すなわちOPD0=0）能動光学装置と組み合わせて使用されうることにも注意さ
れるべきである。この場合における主な違いは、この方法と装置を使用して掃引
することができる位相変化のレンジは、式４によれば（図８参照）、２つの位相
変調器のレンジの合計ではなく、それぞれの位相変調器のレンジと同じとなるこ
とである。しかしながら、この制約を別とすれば、非線形性の改良、振幅変化の
効果的な低減、電力供給における一定の駆動負荷、所与の位相レンジに対して要
求される電流変化レンジの低減（半減）といった本発明のその他全ての利点は、
このような装置においても依然として実現される。
【００４４】 上に示したように、光学システムは絶縁体上シリコン（ＳＯＩ）チップ上に形
成されることが好ましいが、説明したシステムと駆動方法は他の形態の装置とし
ても形成され得る。
【００４５】 光路は、絶縁体上シリコンチップの上部シリコン層に形成されたリブ型導波路
であることが好ましく、ＰＩＮダイオード変調器はリブ型導波路の部分を横切っ
て形成されることが好ましい。このような導波路とＰＩＮダイオードのさらなる
詳細は、ＷＯ９５／０８７８７によって与えられており、そこで開示されている
ことは、これらの件への参照としてここに包含される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ＰＩＮダイオード位相変調器の電流−電圧（Ｉ／Ｖ）特性を示す図である。
【図２】 本発明に従った電力駆動装置によって駆動される２つの位相変調器を含んでな
るマッハツェンダ干渉計の略図である。
【図３】 図２に示す発明に従った、位相変調器のための電力駆動装置の回路図である。
【図４】 図２に示す発明に従った、２つの位相変調器の使用の結果得られた位相変化を
示す図である。
【図５】 図２に示す発明に従った、２つの位相変調器の使用の結果得られた振幅変化を
示す図である。
【図６】 本発明に従って実験によって計測された位相変化を示す図である。
【図７】 本発明に従って実験によって計測された振幅変化を示す図である。
【図８】 図２に示す発明に従って、初期光路差を持たない２つの光路の、２つの位相変
調器の使用の結果得られた位相変化を示す図である。
【符号の説明】
Ｐ１乃至Ｐ４ 光路 Ｍ１及びＭ２ 位相変調器 Ｕ１：Ａ乃至Ｕ１：Ｄ 演算増幅器
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１２年１月５日（２０００．１．５）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１１】
【発明の開示】 本発明の一態様によれば、光学システムは絶縁体上シリコンのチップに形成さ れ 、少なくとも２つの光路を規定する集積リブ型導波路と、リブ型導波路に形成 され、 選択された光路のそれぞれに１つずつ組み合わされ、それによって発生す る光路長の変化がそれに加えられる電力または電圧の非線型関数であるタイプの ２つの位相変調器を含む２つの選択された光路の長さを変えるための手段と、位
相変調器に電圧または電力を加えてそれらを同一の方向に駆動して両方の光路長 がともに増加または低減するようにし 、かつそれぞれの光路長を反対の方向に変
化させるために位相変調器に加えられる電圧または電力を反対の方向に変化させ
る駆動システムとを有してなり、２つの光路内において結果的に生ずる位相変化 が結合されることによって、独立したそれぞれの光路内における加えられた電圧 または電力に対する位相変化の非線形性の影響が実質的に除去されるように配列 されている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１４】 本発明の他の態様によれば、絶縁体上シリコンチップに形成されたリブ型導波路 からなり、該リブ型導波路に形成されそれによって発生する光路長の変化がそれ に加えられる電流または電圧の非線型関数であるタイプの位相変調器をそれぞれ 有してなる２つの光路の長さを変える方法が提供され、この方法は、電圧または 電力を２つの位相変調器に加え、位相変調器を同一の方向に駆動して両方の光路 長がともに増加または低減するようにし 、それぞれの光路の長さを反対の方向に
変えるように位相変調器に加えられる電圧または電力を反対の方向に変化させ、 ２つの光路内において結果的に生じた位相変化を結合することによって、独立し たそれぞれの光路内における加えられた電圧または電力に対する位相変化の非線 形性の影響を実質的に除去する ステップとを有してなる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＣＡ，ＣＮ，Ｊ Ｐ (72)発明者 ルー，イーチェン イギリス国，オーエックス12 ８エッチイ ー，オックスフォードシャー，ワンテー ジ，ラークダウン 30 Ｆターム(参考） 2H079 AA05 AA06 AA12 BA01 BA03 DA16 DA17 DA22 EA05 FA00 HA11

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも２つの光路を規定する構成部品と、選択されたい
    ずれかの光路に１つずつそれぞれ組み合わされた２つの位相変調器を含んでなる
    ２つの選択された光路の長さを変えるための手段と、電圧または電力をそれぞれ
    の位相変調器に加えてそれらを同一の方向に駆動し、かつ該位相変調器に加えら
    れる電圧または電力を反対の方向に変化させる駆動システムとを有してなり、２
    つの光路内において結果的に生ずる位相変化が結合されることによって、独立し
    たそれぞれの光路内における加えられた電圧または電力に対する位相変化の非線
    形性の影響が実質的に除去されるように配置された光学システム。
  2. 【請求項２】 前記駆動システムは、前記変調器に加えられる電圧または電
    力を、反対の方向に同じ量だけ変化させるための手段を有してなる請求項１に記
    載の光学システム。
  3. 【請求項３】 前記駆動システムは、前記位相変調器に加えられる電圧また
    は電力を同時に変化させるための手段を有してなる請求項１または２に記載の光
    学システム。
  4. 【請求項４】 前記選択された２つの光路は、０ではない初期光路差を有し
    てなる請求項１乃至３のいずれかに記載の光学システム。
  5. 【請求項５】 前記位相変調器は、ＰＩＮダイオードを有してなり、駆動シ
    ステムは該ＰＩＮダイオードに電流を供給し、光路の長さを変化させるために電
    流を変化させるための手段を含んでいる請求項１乃至４のいずれかに記載の光学
    システム。
  6. 【請求項６】 前記位相変調器は前記熱位相変調器を有してなり、前記駆動
    システムは前記位相変調器に電圧を供給し、光路の長さを変化させるために電圧
    を変化させるための手段を含んでいる請求項１乃至４のいずれかに記載の光学シ
    ステム。
  7. 【請求項７】 前記駆動システムは、入力電圧が駆動回路に加えられたとき
    に１つの演算増幅器の出力が他の演算増幅器の出力が減少するのと同じ比率で増
    加するように配列された演算増幅器を持つ駆動回路を有してなる請求項１乃至６
    のいずれかに記載の光学システム。
  8. 【請求項８】 前記駆動回路はその動作中にわたり一定の電力において駆動
    するように配列されている請求項７に記載の光学システム。
  9. 【請求項９】 全ての前記演算増幅器は同じチップに設けられている請求項
    ７または８に記載の光学システム。
  10. 【請求項１０】 絶縁体上シリコン（ＳＯＩ）チップに形成されている請求
    項１乃至９のいずれかに記載の光学システム。
  11. 【請求項１１】 光路はリブ型導波路を有してなる請求項１０に記載の光学
    システム。
  12. 【請求項１２】 マッハ・ツェンダ干渉計の一部を形成している請求項１乃
    至１０のいずれかに記載の光学システム。
  13. 【請求項１３】 実質的に添付の図面を参照して上に説明したものである光
    学システム。
  14. 【請求項１４】 電圧または電力を２つの位相変調器に加えて位相変調器を
    同一の方向に駆動し、それぞれの光路の長さを反対の方向に変化させるように位
    相変調器に加えられる電圧または電力を反対の方向に変化させ、２つの光路内に
    おいて結果的に生じた位相変化を結合することによって独立したそれぞれの光路
    内における加えられた電圧または電力に対する位相変化の非線形性の影響を実質
    的に除去するステップからなるそれぞれの光路が位相変調器を含む２つの光路の
    長さを変化させる方法。
  15. 【請求項１５】 実質的に添付の図面を参照して上に説明したものである２
    つの光路の長さを変化させる方法。
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