JP2008517332A - モノリシック集積した光学及び電子構造におけるフィードバック制御としての光検出器構造及び使用 - Google Patents

Abstract

【課題】
【解決手段】 モノリシック光電子フィードバック構造の使用を介して、ＳＯＩベースの光電子システムの信頼性と寿命を改善する。この構造は、光電子システム内の一またはそれ以上の光信号をモニタして、選択した光学デバイスの動作パラメータを調整する電気フィードバック信号を提供する。例えば、入力信号結合方向を制御することができる。代替的に、光学モジュレータ、スイッチ、フィルタまたは減衰器の動作は、本発明のモノリシックフィードバック構造によるクローズドループフィードバック制御下にあっても良い。フィードバック構造は、また、制御電子機器に接続されたキャリブレーション／ルックアップテーブルを具えて、システムの性能を解析するのに使用するベースライン信号を提供することができる。
【選択図】 図１

Description

関連出願のクロスリファレンス
本出願は、２００４年１０月１９日に出願した米国暫定出願第６０／６２０，１５６号の利益を請求する。

技術分野
本発明は、光学及び電子集積デバイスのモノリシック構造の製造に関するものであり、特に、このようなモノリシック構造のクローズドループ制御を提供する光検出器フィードバック構造の使用に関する。

発明の背景
ＳＯＩベースの光電子プラットフォームでは、比較的薄い（例えば、＜１μｍ）シリコン導波管を用いて、チップ全体に光を分配し、多くの光学機能（例えば、分光／結合、変調、スイッチング、波長マルイチプレキシング／デマルチプレキシング、追加／ドロップ、均等化、及びばらつきの補償）を提供する。ＳＯＩプラットフォーム上の薄い導波管内での光結合及び操作能力によって、単一シリコンチップ上で光学及び超小型電子機器の正しい集積が可能である。光通信業界においてコストが高く、電力消費が大きく、光学部品／サブシステムの形態係数が大きい理由の一つは、入手できる部品の集積化に欠けていることである。今日の光電子業界は、個別の構成単位と、様々な材料システムでできた様々な部品のハイブリッド集積に依存している。１９６０年代のＩＣ業界と同様に、これらの個別部品はオープンループであり、このループを後に外部でクローズする（例えば、外付光学機器及び電子機器を用いて）ため、収率が低減し、コストが高くなる。

シリコン上で光学機器及び電子機器のモノリシック集積の全潜在能力を実現するためには、光学機能及び光電子機能の性能と収率を改善して、電子機器の性能と収率に合致させなければならない。従って、この分野では、光学性能のばらつきを調整するオンチップソリューションが必要であり、このようなデバイスの全体的な操作性を改善する必要がある。

発明の概要
本発明は、従来技術に残る必要性に取り組むものである。これは、光学機器及び電子機器集積デバイスのモノリシック構造の製造に関し、特に、このようなモノリシック構造のクローズドループ制御を提供する光検出器フィードバック構造の使用に関する。

本発明によれば、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）構造の表面シリコン層内に、所望の電子及び光学デバイスと共に電子フィードバック制御回路がモノリシック構造として形成されており、製造のばらつき、温度変動、電源の変動、経時変化などの状態の存在下で、光学性能の最適化を可能とする。フィードバックループは、フィードバック電子機器に関連する光検出器を使用してクローズされる。

モノリシックフィードバック電子機器は、この関連する光検出器からのアナログ出力をデジタル出力に変換するＡ／Ｄコンバータを少なくとも具える。制御電子機器は、Ａ／Ｄコンバータからの出力に応じて一又はそれ以上の光電子システムの部品にフィードバック信号を供給して、システムの応答を制御するのに使用される。本発明のいくつかの実施例では、モノリシックフィードバック電子機器に追加のキャリブレーション及び／又はルックアップテーブルが含まれており、制御電子機器によって問合せを行って適正なフィードバック信号を決定する。本発明の更なる実施例では、制御電子機器と、制御電子機器を始動する、制御電子機器から性能データを取り出す、あるいはその双方を行うのに使用される「オフチップ」システムとの間に通信インターフェースを設けてもよい。

本発明の様々な実施例は、モノリシックフィードバックループと光検出器の発明性のある組み合わせを用いて、例えば：（１）光電子モジュレータからの出力；（２）光入力結合パワー；（３）可変光減衰器における減衰；（４）フィルタリング；（５）光学デバイスアレイなど；のうちの一またはそれ以上を最適化する。

本発明のその他の、及び更なる実施例は、以下の説明を行う間に、添付の図面を参照して明らかになる。

詳細な説明
図１は、本発明によって形成した例示的なクローズドループフィードバック制御光入力結合構造１０を、単純化した平面と側面の組み合わせで示す図である。シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）光学システムに関する様々な従来のその他の引用例に述べられているように、プリズム１２などのシリコンプリズムを用いて、シリコン基板１６と、埋め込んだ酸化層１８を更に具えるＳＯＩ構造のサブミクロン厚さのシリコン表面層１４に光信号を結合する。

特に図１の平面図に示すように、結合した光信号は、集束素子２０を通過し、その後、比較的薄い光導波管２２へ入る。シリコンベースの光学素子である集束素子２０は、二次元伝達光信号を一次元光信号に変換するのに使用され、導波管２２によって幅と高さの双方が結合されている。このタイプの結合構造の効率は、少なくとも部分的に、入力光ビームがプリズムカプラ１２の入力結合ファセット２４に入射する角度に基づいていることが知られている。図１に示す特定の構造では、可動反射素子２６（例えば、ＭＥＭＳデバイスなど）を用いて入射光ビームを遮断して、入力結合ファセット２４に入射するビームの方向及び／又は位置を制御する。

本発明によれば、クローズドループ、モノリシックフィードバック電子機器構造３０を用いて、導波管２２に沿って伝達する光信号のパワーを測定している。この結合された光学パワーは、プリズム１２を通って結合される光量に部分的に依存している。有利なことに、フィードバック電子機器３０は、以下に述べるように、周知の機能を実行するのに使用される従来の電子部品のモノリシック構造を具える。図１に示すように、クローズドループフィードバック電子機器３０は、光検出器３２（例えば、ポリゲルマニウム、ＳｉＧｅ、シリサイドベースのショットキーダイオード、その他など）の出力に結合されており、光カプラ３４を用いて導波管２２に沿って伝達する信号のわずかな部分（例えば約１％）を取り出して、伝達する出力信号の一部を捕捉する。この図及び残りの図において、太くて濃い線は、「光」導波管を示しており、細くて薄い線は、「電気」信号路を示している。フィードバック電子機器３０は、残りの光電子構造と同じシリコン基板内に集積されたものとして記載されているが、フィードバック電子機器３０を、別の基板に形成して、その後ＳＯＩベースの光電子構造と合体させることもできる。すなわち、フリップチップまたはスタック集積回路構造を用いて、本発明の所望のフィードバック構造を提供することができる。

図１を参照すると、光検出器３２から出力したアナログ電気信号が、その後、モノリシックフィードバック電子機器３０内のアナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ３６へ入力として与えられる。このコンバータは、測定した光信号のデジタル表示を生成する。このデジタル表示は、調整可能な制御電子機器３８への入力として適用される。この電子機器は、この信号を解析して、入力光学結合効率を改善するために入力結合方向における調整が必要かどうかを決定するようプログラムされている。

次いで、調整可能な制御電子機器３８からの出力が、モノリシックフィードバック電子機器３０からの「制御」信号電気出力として使用され、入力結合構造を変更する。この場合は、位置調整構造４０への入力として、光学素子２６の位置を変更し、従って、プリズム結合ファセット２４における光信号の入力結合角度及び／又は位置を調整する。光学素子２６は、例えば、反射素子、伝達可能素子、またはこのような素子列を具えていても良い。本発明によれば、クローズドループモノリシックフィードバック電子機器３０内の光検出器３２と様々な電子部品が、光電子構造中の残りの部品と同じＳＯＩ構造内に集積されている。このように、本発明のモノリシッククローズドループ構造は、例示的な入力カプラの性能を連続的に監視して、必要に応じて、動作条件（例えば周辺温度、部品の経時変化、その他）を変更するときに、反射結合素子２６の方向を変更することができる。図１に示す特定の実施例は、入力カプラとしてプリズムデバイスを使用しているが、フィードバック電子機器３０は、（限定されるものではないが）、フィードバック電子機器３０が最大結合効率を達成するためにこのようなデバイスの特性を「変更する」のに使用される、逆テーパ導波管、光学グレーティング、ホーン型導波管を含む様々なその他の結合構造（必然的に、能動デバイスとして形成される）を用いてもよい。

有利なことに、本発明によるモノリシック構造を使用することにより、追加要素を発明性のあるクローズドループフィードバック電子機器３０に容易に組み入れることができる。図１を参照すると、ルックアップ／キャリブレーションテーブル４２をフィードバック電子機器３０に加えることができる。この特定のアプリケーションテーブル４２は、様々な光学パワーの値と、このパワー値に関連する入力信号波長と反射素子の方向付のリストを保存している。更に、「オフチップ」に配置されている外付システムインターフェース５０を用いて、コントローラ３８へ初期値を入れるようにしても良く（工場でのインストールなど）、あるいはシステムインターフェース５０を用いて、コントローラ３８と対話をして、保存されている値を外付監視システム（例えば、品質制御／保障目的に使用されるような）にダウンロードするようにしても良い。

図２は、マッハ−ツェンダモジュレータなどのモジュレータ６０に関連して本発明のクローズドループフィードバック構造３０を使用するための配置を示す図である。図２に示すように、モジュレータ６０は、入力導波セクション６２と、Ｙ−スプリッタ６４と、一対の平行導波管６６−１と６６−２を具えており、この平行導波管は、その後、Ｙ−コンバイナ６７内で出力導波セクション６８に再結合される。光入力信号は、入力セクション６２に結合され、平行導波管６６−１と６６−２を通過して、出力導波セクション６８から出てゆく。一対の位相シフト電極７０−１及び７０−２を用いて、導波管６６−１及び６６−２に沿って伝達する信号によって「見られる」光路長を制御して、導波セクション６８に沿って伝達する出力信号の特性を調整するようにしている。

本発明によれば、導波セクション６８に沿って伝達する光出力信号の一部を第１の導波管カプラ３４−１によって取り出して、第１の光検出器３２−１への入力として与える。同様に、入力導波セクション６２を伝達する与えられた入力信号の一部を第２の導波管カプラ３４−２によって取り出して、第２の光検出器３２−２へ入力として与える。光検出器と関連する取り出し導波管を用いる代わりに、「イン−ライン」検出器を用いて、導波管構造を追加する必要性を排除することができると解される。上述の構成によって、取り出した光信号が同等のアナログ表示に変換される。次いで、光入力信号と光出力信号を表示するアナログ信号対が、モノリシックフィードバック電子機器３０への別の入力、特に、Ａ／Ｄコンバータ３６への別の入力として（あるいは、代替的に各信号をＡ／Ｄコンバータを分離するアナログ入力として与えても良い）与えられる。

Ａ／Ｄコンバータ３６からのデジタル出力は、その後、制御電子機器３８への入力として与えられる。このアプリケーションでは、制御電子機器３８は、例えば、測定した信号の比率に基づいて解析を行う。次いで、この解析結果を用いて、モジュレータ６０を制御するのに使用される信号（例えば、位相シフト電極７０−１及び７０−２に与えられる信号）に何らかの変更を行う必要があるかどうかを決定して、モジュレータ６０の性能を改善するようにする。例えば、消光比、光出力パワー、光学的「アイ」品質（optical “eye” quality）、及びビットエラー率（ＢＥＲ）などの特性は全て、本発明の制御電子機器３８によって解析することができる。特に、これらの各パラメータについての受け入れ可能な値は、コントローラ３８、または代替的にルックアップテーブル４２（このようなテーブルがフィードバック構造３０に存在する場合は）に保存することができる。二つの検出器間のパワー比を検出することによって、及び、本発明の各位相シフタ、フィードバック電子機器３０に与えられるＤＣ及びＡＣ電圧を知ることで、位相シフト電子入力信号の一方または双方を調整して、モジュレータ６０の性能を最適化することができる。

より一般的には、本発明のクローズドループフィードバックシステム３０をモジュレータ６０と共に用いて、位相シフト素子の熱的変化を導入、及び／又は導波管内の自由キャリア電荷の変更を含む様々な方法を介して位相シフトを実行することができる。この分野でよく知られているように、伝達する信号にディザ音を印加して、モジュレータ６０の消光比を最適化するのに使用することができる。モジュレータ６０を伴うフィードバックシステム３０の特定の使用において、ルックアップテーブル４２を用いて温度補償値を提供することができる。

可変光減衰器（ＶＯＡｓ）は、光通信ネットワークにおいて主に導波管に沿って伝達する光学パワーを制御するために広く使用されている。図３は、提供される減衰率を正確に設定して制御するための、例示的なＶＯＡ８０を伴うクローズドループモノリシックフィードバック構造３０を示す図である。図３を参照すると、ＶＯＡ８０は、入力導波セクション８２−Ｉに沿って与えられた入力光信号と共に光導波管８２に沿って配置されて示されている。この光信号はその後ＶＯＡ８０の入力に結合される。ＶＯＡ８０からの出力は、次いで、出力導波セクション８２−Ｏに結合される。ＶＯＡ８０を伴うクローズドループモノリシックフィードバック電子機器３０の利用において、第１の光検出器３２−１を光入力信号のパワーレベルを測定するのに使用して、第２の光検出器３２−２を光出力信号のパワーレベルを測定するのに使用して、従って、ＶＯＡ８０の機能を直接測定している。

図に示すように、測定した入力及び出力信号のアナログ電気表示は、フィードバック電子機器３０のＡ／Ｄ信号プロセッサ３６への別の入力として与えられる。プロセッサ３６からのデジタル出力はその後、制御電子機器３８への入力として与えられる。デジタル表示用の値の機能として、制御電子機器３８は、ＶＯＡ８０によって提供される減衰率に何らかの調整が必要であるかどうかを決定する。従って、電子機器３８からの制御信号出力は、ＶＯＡ８０への調整入力信号として使用される。上述の構造にあるように、キャリブレーション／ルックアップテーブル４２を、モノリシックフィードバック電子機器３０内に含めることができる。ここで、テーブル４２は、可能性のある様々な減衰出力に必要な様々な調整値を保存することができる。また、制御電子機器３８は、外付システムインターフェース５０への通信路を含んでいても良く、ここでは、このインターフェースを使用して制御電子機器３８の動作を開始し、テーブル４２へ値を入れて、新しい減衰セッティングを通信してシステム全体の性能を最適化する、あるいは、オフチップシステムによる解析用に制御電子機器３８に保存されている値をダウンロードする導管として作動する。

従って、ＶＯＡ８０の動作が変動する場合、（例えば、デバイスの周辺温度の変化または経時変化によって）、この変化は、クローズドループフィードバックシステム３０内で測定され、ＶＯＡ８０の制御入力として与えられ、必要に応じて与えられた減衰を変更する電気フィードバック信号を発生するのに使用される。

システムへ波長感度を提供するのにフィルタリングを使用する光通信システムは数多くある。このようなフィルタリングは、導波管に沿って伝達する単一の波長信号から「ノイズ」信号を除去するのに使用することができる。代替的に、光学フィルタを用いて、入力として与えられた様々な多くの波長から、使用する特定の一の波長（または、一群の波長）を選択することができる。上述したＶＯＡ構造を伴う場合、本発明のクローズドループモノリシックフィードバック電子機器３０を、関連するＳＯＩベースの光学フィルタと共に使用して、オーバータイム（すなわち、経時変化、温度変動、その他）を発生するばらつきに照らして、あるいは、ＳＯＩベースの構造内の光学素子を集積することに特に関連して、製造／製造プロセスでばらつきが生じる結果として、その性能を最適化することができる。

図４は、光導波管９２（入力導波セクション９２−１と出力導波セクション９２−２を伴う）とフィードバック電子機器３０に沿って配置した光学フィルタ９０の例示的なＳＯＩベースの構造を示す図である。全て、同じＳＯＩベースの基板内にモノリシック構造として形成されている。特に、様々な入力波長信号が緊密に配置されている高密度波長マルチプレキシング（ＤＷＤＭ）を用いる場合に、本発明によるオン−チップフィードバックの使用は、光学フィルタ９０から出てゆく光信号の波長を正確に制御する非常に信頼性の高い構造を提供する。例えば、図４に示すように、異なる波長λ_１，λ_２，．．．，λ_Ｎで動作する複数の光信号が、光学フィルタ９０に入力として与えられ、ここでは、波長λ_１で動作する信号のみが更に伝達されることが所望される。フィードバック構造３０の検出器３２−２でこの出力信号値を測定することによって、光学フィルタ９０のパラメータを必要に応じて調節して波長値の変動を防ぐことができる。

本発明のモノリシック構造の更なる利点として、クローズドループフィードバックを、単一のＳＯＩ基板上に形成した光学／光電子デバイスアレイと共に使用することができる。図５は、クローズドループフィードバック電子機器３０が、Ｎ個の光学デバイス１００_１−１００_Ｎのアレイと共に使用するように構成されている本発明の例示的実施例を示す。ここでは、Ｎ個のデバイスが、様々な異なるデバイスを具えていても良く、同一のデバイスのアレイを具えていても良い。本発明のこの特定の実施例において、クローズドループフィードバック構造３０は更に、Ｎ個のうちの１の電子セレクタ一対４４−１及び４４−２を具え、ここで、セレクタ４４−１は、測定された光入力信号を関連する複数のＮ個の光学デバイス１００_１−１００_Ｎへの入力に配置された複数の光検出器３２−１_１乃至３２−１_Ｎから受信するように結合されている。同様に、セレクタ４４−２を使用して、デバイス１００_１−１００_Ｎからの関連する光出力信号のうちのどれが特定の時間に解析されるべきかを決定する。図に示すように、セレクタ４４−２は、複数の光出力検出器３２−２_１乃至３２−２_Ｎの出力と、Ａ／Ｄコンバータ３６の入力との間に結合されており、選択された検出器３２−２のみからのアナログ出力信号がＡ／Ｄコンバータ３６への入力として与えられる。

本発明のフィードバック電子機器３０を具えるモノリシックなＳＯＩベースの光学スイッチ構造１２０が図６に記載されている。図に示すように、スイッチ１２０は、このシステムへ入力光信号を導入する一対のエバネッセント結合された導波管などの入力結合素子１２２を含む。この信号は、次いで、導波管１２４−１及び１２４−２に沿って分かれ、ここに、一対の位相シフタ１２６−１及び１２６−２が導波管１２４−１及び１２４−２に沿ってそれぞれ配置されている。位相シフタ１２６−１及び１２６−２に与えられる電気信号を制御することによって、出力光信号が第１の出力導波管１２８−１と第２の出力導波管１２８−２の間で切り替わるように構成することができる。この光学スイッチング機能（例えば、そのビットエラー率（ＢＥＲ）など）に関連する様々なパラメータは、入力光信号中に存在するパワーと各出力信号路に沿って存在する出力信号のパワーの双方を監視することによって、本発明によって制御することができる。

したがって、本発明によれば、符号３２−ｏｕｔ１と３２−ｏｕｔ２で示される一対の出力光検出器を配置して、導波管１２８−１と１２８−２に沿ってそれぞれ伝達してゆく信号の一部を取る出すようにしている。入力モニタは、光検出器３２−ｉｎと関連する導波管３４−ｉｎを具える。上述した構造にあるように、光検出器３２−ｏｕｔ１及び３２−ｏｕｔ２は、電気アナログ出力信号を発生し、この信号は、その後モノリシック電子機器３０のＡ／Ｄプロセッサ３６の入力として与えらる。プロセッサ３６からのデジタル出力は、その後、制御電子機器３８の入力として与えられ、この電子機器は符号Ｃ−１及びＣ−２で示される二つの出力制御信号を生成する。

図７は、所望の程度に波長を調整及び制御するために、本発明のフィードバック電子機器３０を使用することができる例示的なＳＯＩベースの波長選択構造（この場合、リング共振器構造）を示す。例示的な導波管１４０が図７に示されており、ここでは、リング形状の導波管１４２も導波管１４０としてＳＯＩベース構造の同じＳＯＩ層内に集積されており、特別な選択波長で伝達する光をアウトカップル（out-couple）するように導波管１４０に関連させて配置する。この分野で良く知られているように、リング導波管のサイズと形状は、特別な波長の光を導波管の外でリング内へ結合するように構成されている（代替的に、リング導波管１４２へ送り込まれた特定波長の信号が、その後、導波管１４０へ結合される）。図７に示す実施例では、リング導波管１４２は、導波管１４０に沿って伝達する様々な波長セットから選択された波長λ_１で伝達する光をアウトカップルするように構成されている。リング１４２は、図に示すようにリング１４２の一部の上に配置されている位相シフト素子１４４によって「調整」することができる。位相シフト素子１４４は、例えば、熱又は自由キャリアベースタイプのデバイスを具えていても良い。電気信号を位相シフト素子１４４に適用すると、リング１４２の光路長を、伝達信号によって「見える」ように変更し、従って、リング１４２に結合される波長が変更される。図７には単一のリング１４２のみが示されているが、各リングで異なる波長をアウトカップルするように「調整」して、マルチプレキシング／デマルチプレキシング動作を実行するように、複数のリングを導波管１４０に沿って配置することができると解される。

図７に示すように、別の光導波管１４６をリング１４２の近傍に配置して、波長λ_１で伝達する信号を捕捉し、信号がこの構造のＳＯＩ層を通って伝達し続けるようにすることができる。本発明によれば、第１の光検出器３２−１と、関連する取り出した導波管３４−１を、導波管１４６の近傍に配置して、解析用に選択された信号の一部を除去するようにしている。別の光検出器３２−２と取り出した導波管３４−２を使用して、導波管１４０の出力に沿って残っている信号を測定する。図に示すように、これらの測定した信号はその後、双方ともフィードバック電子機器３０へ入力として与えられる。特に、この測定信号対は、Ａ／Ｄ信号プロセッサ３６内でまずデジタル化され、次いで制御電子機器３８へデジタル入力として与えられる。制御電子機器３８は、選択された波長対残りの選択されなかった波長の特性（信号パワー、波長の「変動」、その他）についての解析を実行し、この情報に基づいて、位相シフト素子１４４へのフィードバックとして与えられる電子制御信号を生成する。与えられた制御信号は、必要に応じてリング１４２の特性を調整するのに使用され、正しい波長が導波管１４０から確実にアウトカップルされるようにする。上述した様々な実施例のように、別のルックアップテーブル４２及び／又は外部システムインターフェース５０をフィードバック電子機器３０の一部として使用することができる。

図８は、図７に示す実施例を若干変更した例を示す。この場合は、図に示すようにイン−ライン光検出デバイス３２−Ｉが導波管１４６に沿って配置されている。特に、イン−ライン光検出デバイス３２−Ｉは、導波管１４６内に集積された進行導波管検出器構造を具えている。その他の全ての実施例と同様に、光検出デバイス３２−Ｉからのアナログ電気出力信号が、フィードバック電子機器３０のＡ／Ｄ信号プロセッサ３６へ入力として与えれる。図７の構造のもう一つの代替例が図９に示されている。この特別なケースでは、アウトカップルした波長が更なる伝達から単に「ブロック」されている。従って、この実施例では、光検出デバイス３２に関連する取り出した導波管３４が、リング導波管１４２近傍に配置されており、少なくともリング１４２の動作によって導波管１４０から取り除かれた特定の波長の部分をアウトカップルするようにしている。図７及び８の実施例と同様に、制御電子機器３８への入力として与えられた測定信号を用いて、位相シフト素子１４４へ電子制御信号を与えてリング１４２の性能を調節する。

上述したとおり、ＳＯＩベースの構造の入力における正しい結合方向は、所望の程度の光学効率を達成するのに重大な意味をもつ。同様に重要なことは、ＳＯＩベース構造と共に使用する出力結合構造である。図１０は、本発明の例示的な実施例を示しており、ここでは、モノリシックフィードバック電子機器３０をオフチップ素子に関連させて使用して、光信号がＳＯＩベース構造の外で結合される場合の光信号の調整、整合、及び集束の品質を制御している。この場合、出力結合光学部品は、一対のコリメート素子（例えば、二次元レンズ）１５０を具え、これをＳＯＩ基板の表面内で使用して、導波管１５２に沿って伝達する一次元信号を、二次元の平行な形に変換する。次いで、光学プリズムなどの出力結合デバイス１５４を用いて、この二次元信号をＳＯＩ基板のその面の外で、フリースペース内（ここでは、テーパ及び／又はグレーティングなどの様々なその他のタイプの結合構造を用いて結合することができると解される）へ再度方向付ける。次いで、図に示すように、調整可能な結合素子１５６を用いて、このフリースペース信号を関連するガイドデバイス（光ファイバ、あるいは以下に述べる構造内の導波管など）へ正しく向ける。

図１０を参照すると、光検出器３２を用いて、出力結合構造（ここでは、もちろん、理想的な構造内で反射信号のパワーの値はゼロになるであろう）内に存在する反射信号の量を測定している。反射パワーの量を測定することで、Ａ／Ｄプロセッサ３６によってデジタル信号へ変換するときに、制御電子機器３８を使用してオフチップで調整可能な結合素子１５６の方向を調整して、フリースペース伝達ビームを関連する光ファイバあるいはその他のガイド素子へ集束させることができる。

本発明の特定の実施例についての上記説明は、図解と説明の目的で行われたものである。これらは、本発明をここに開示した詳細な形に網羅したものでも、それに限定するものでもなく、上述の教示に照らして様々な変更と変形が可能であることは明らかである。例えば、様々な実施例についての結合技術としてプリズム結合が記載されているが、ＳＯＩベースの構造と共に使用する好適な光結合を使用することができ、本発明のフィードバック構造を組み入れることによる利益を得ることができる。更に、フィードバック電子機器は、別の基板に支持されており、後に光電子素子（例えば、「フリップ−チップ」接着した重ね合わせ構造の基板、その他）を支持するＳＯＩ基板に結合するようにした一又はそれ以上の部品を具えていてもよい。更に、様々なタイプの光検出器（個別のデバイスまたは集積デバイス、導波管結合、またはイン−ライン）を用いて、本発明のフィードバック電子機器へ入力信号を提供することができる。本発明の原理と実施可能なアプリケーションを最も良く説明するために、説明のために選択された実施例を選んで記載しており、これによって、当業者は、特定の使用を意図するのに好適な様々な変形例と共に、本発明と様々な実施例を最も良く利用することができる。本発明の範囲は、特許請求の範囲とその均等物によってのみ規定されることを意図している。

図面を参照すると、
図１は、例示的なクローズドループフィードバック制御のＳＯＩベースの入力結合構造を単純化した形式で示す図である。 図２は、モジュレータ（この場合は、マッハ−ツェンダモジュレータ）に関連するモノリシックフィードバック構造を用いた本発明の代替の実施例を示す図である。 図３は、可変光減衰器（ＶＯＡ）と関連するクローズドループの発明性のあるフィードバック構造の利用を示す図である。 図４は、本発明のモノリシックフィードバック電子機器を用いた光学フィルタ構造の例示的な実施例を示す図である。 図５は、複数の個別光学デバイスと共に使用するように特に構成された本発明の実施例である。 図６は、本発明のモノリシックフィードバック構造を用いた例示的な光学スイッチを示す図である。 図７は、本発明のフィードバック構造を用いた例示的なリングフィルタ構造を示す図であり、当該リングによって支持される波長を制御／変更する構造を示す。 図８は、図７の実施例の変形例を示す図であり、フィードバック構造に関連してイン−ライン光検出器が用いられている。 図９は、図７の実施例の別の変形例を示す図であり、この場合は、リング導波管を用いて、信号の更なる伝達をブロックしている。 図１０は、本発明の発明性のあるフィードバック構造によって制御される例示的な光出力結合構造を示す図である。

Claims (26)

1. シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）構造内に形成した少なくとも一の光学デバイス内の光を制御するモノリシック光電子フィードバック構造であって、当該モノリシックフィードバック構造が同じＳＯＩ構造内に形成されている光電子フィードバック構造において：
   前記少なくとも一の光学デバイスを伝達する光信号の一部を受信するように配置して、前記少なくとも一の光学デバイスからの出力光信号パワーを測定するようにした少なくとも一の光検出デバイスと；及び
   前記少なくとも一の光検出デバイスからの前記出力信号に応じて、前記測定した出力信号パワーを所定の値と比較して、当該比較に基づいて前記少なくとも一の光学デバイスへフィードバック制御信号を与える制御電子機器モジュールと；
   を具えることを特徴とするモノリシック光電子フィードバック構造。
2. 請求項１に記載のモノリシック光電子フィードバック構造において、前記構造が更に、前記少なくとも一の光検出デバイスと前記少なくとも一の光学デバイスとの間に配置した光結合導波管を具え、前記伝達する光信号の一部を取り出して、当該取り出した部分を前記少なくとも一の光検出デバイスの入力に結合することを特徴とするモノリシック光電子フィードバック構造。
3. 請求項１に記載のモノリシック光電子フィードバック構造において、前記少なくとも一の光検出デバイスが、前記少なくとも一の光学デバイスの出力導波管に沿って配置したイン−ライン光検出デバイスを具えることを特徴とするモノリシック光電子フィードバック構造。
4. 請求項１に記載のモノリシック光電子フィードバック構造において、前記構造が更に、前記少なくとも一の光検出デバイスの出力と前記制御電子機器モジュールの入力との間に配置したＡ／Ｄコンバータを具え、測定したアナログ信号値を前記制御電子機器モジュールで使用するデジタル表示に変換することを特徴とするモノリシック光電子フィードバック構造。
5. 請求項１に記載のモノリシック光電子フィードバック構造において、前記構造が更に、前記ＳＯＩ構造内に配置したルックアップテーブルを具え、前記制御電子機器に接続されているメモリモジュールを具え、前記ルックアップテーブルが前記制御電子機器で使用する予想光学パワー値を保存していることを特徴とするモノリシック光電子フィードバック構造。
6. 請求項１に記載のモノリシック光電子フィードバック構造において、前記構造が更に、前記制御電子機器と外付制御回路との間で信号を送信／受信する通信インターフェースを具えることを特徴とするモノリシック光電子フィードバック構造。
7. 請求項６に記載のモノリシック光電子フィードバック構造において、前記通信インターフェースが前記制御電子機器内の初期設定値を保存するための入力通信路を具えることを特徴とするモノリシック光電子フィードバック構造。
8. 請求項６に記載のモノリシック光電子フィードバック構造において、前記通信インターフェースが、前記制御電子機器と対話するための出力通信路を具え、その性能を決定することを特徴とするモノリシック光電子フィードバック構造。
9. 請求項１に記載のモノリシック光電子フィードバック構造において、前記少なくとも一の光学デバイスが、複数の光学デバイスを具えることを特徴とするモノリシック光電子フィードバック構造。
10. 請求項９に記載のモノリシック光電子フィードバック構造において、前記構造が更に、前記複数の光学デバイスと前記制御電子機器との間のインターフェースを制御する電子セレクタを具えることを特徴とするモノリシック光電子フィードバック構造。
11. 請求項１に記載のモノリシック光電子フィードバック構造において、前記少なくとも一の光検出デバイスが一対の光検出デバイスを具えることを特徴とするモノリシック光電子フィードバック構造。
12. 請求項１１に記載のモノリシック光電子フィードバック構造において、前記一対の光検出デバイスのうちの第１の光検出デバイスが、前記ＳＯＩ構造内の入力光導波管セクションに沿って配置されており、残りの第２の光検出デバイスが、前記ＳＯＩ構造内の出力光導波管セクションに沿って配置されていることを特徴とするモノリシック光電子フィードバック構造。
13. 請求項１２に記載のモノリシック光電子フィードバック構造において、前記光学デバイスが、前記第１及び第２の光検出デバイスの間に配置された少なくとも一の光学フィルタを具え、前記フィードバック構造が波長フィルタリングフィードバック制御を実行するように使用されていることを特徴とするモノリシック光電子フィードバック構造。
14. 請求項１２に記載のモノリシック光電子フィードバック構造において、前記光学デバイスが前記第１及び第２の光検出デバイスの間に配置された少なくとも一の光波長ブロッキングデバイスを具え、前記フィードバック構造がブロックされるべき選択された波長を調整するのに使用されることを特徴とするモノリシック光電子フィードバック構造。
15. 請求項１２に記載のモノリシック光電子フィードバック構造において、前記光学デバイスが、前記第１及び第２の光検出デバイスの間に配置された少なくとも一の可変光減衰器を具え、前記フィードバック構造が減衰調整フィードバック制御を実行するのに使用されることを特徴とするモノリシック光電子フィードバック構造。
16. 請求項１に記載のモノリシック光電子フィードバック構造において、光学デバイスが光学モジュレータを具え、前記制御素子の出力が当該光学モジュレータの位相シフトセクションに結合されていることを特徴とするモノリシック光電子フィードバック構造。
17. 請求項１に記載のモノリシック光電子フィードバック構造において、前記光学デバイスが少なくとも一の光カプラを具え、前記フィードバック構造が前記光カプラと前記少なくとも一の光学デバイスとの間の結合効率を調整するのに使用されることを特徴とするモノリシック光電子フィードバック構造。
18. 請求項１７に記載のモノリシック光電子フィードバック構造において、前記少なくとも一の光カプラが、光学プリズムカプラを具え、前記制御素子出力が、前記光学プリズムカプラに対する光信号の方向及び／又は位置を制御するのに使用されることを特徴とするモノリシック光電子フィードバック構造。
19. 請求項１７に記載のモノリシック光電子フィードバック構造において、前記光学デバイスが更に、前記プリズムの入力結合ファセットに対する入力光信号の方向及び／又は位置を調整する少なくとも一の光学素子を具え、前記制御素子出力信号が前記少なくとも一の光学素子に調整信号として与えられることを特徴とするモノリシック光電子フィードバック構造。
20. 請求項１９に記載のモノリシック光電子フィードバック構造において、前記少なくとも一の光学素子が、ＭＥＭＳデバイスを具えることを特徴とするモノリシック光電子フィードバック構造。
21. 請求項１７に記載のモノリシック光電子フィードバック構造において、前記少なくとも一の光カプラが、逆テーパ導波管カプラを具えることを特徴とするモノリシック光電子フィードバック構造。
22. 請求項１７に記載のモノリシック光電子フィードバック構造において、前記少なくとも一の光カプラが、光学グレーティング構造を具え、前記フィードバック構造が、前記グレーティングの周期を変更し、関連する光結合効率を調整するのに使用されることを特徴とするモノリシック光電子フィードバック構造。
23. 請求項１７に記載のモノリシック光電子フィードバック構造において、前記少なくとも一の光カプラが入力光カプラを具えることを特徴とするモノリシック光電子フィードバック構造。
24. 請求項１７に記載のモノリシック光電子フィードバック構造において、前記少なくとも一の光カプラが出力光カプラを具えることを特徴とするモノリシック光電子フィードバック構造。
25. 請求項１に記載のモノリシック光電子フィードバック構造において、前記少なくとも一の光学デバイスが、光学スイッチであることを特徴とするモノリシック光電子フィードバック構造。
26. 請求項１に記載のモノリシック光電子フィードバック構造において、フィードバック構造の少なくとも一部が、前記少なくとも一の光学デバイスを支持している前記ＳＯＩ構造に接続された別の素子として提供されていることを特徴とするモノリシック光電子フィードバック構造。

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