JP2013506167A5

JP2013506167A5 -

Info

Publication number: JP2013506167A5
Application number: JP2012531480A
Authority: JP
Filing date: 2010-09-29
Publication date: 2014-10-30
Anticipated expiration: 2030-09-29

Description

更に詳細には、本発明に係る素子では：
− 変調領域において光束が進む経路が一方の制御要素から他方の制御要素まで少なくとも２回通るように、前記導波路を配置し；及び
− 前記導波路は、変調領域の少なくとも一部において、それ自体巻かれた形状であって、これらの制御要素の少なくとも２つから出ている相互に挿置された少なくとも２つの鋸歯状突出部（indentations）を連続的に通過する前記形状を備えている。

この現時点で好ましい、いわゆる巻かれた実施態様において、少なくとも１対の電気制御要素の２つの制御要素は、互いに対向して、相互に挿置された鋸歯状突出部を含む形状を有し、そして、導波路は前記鋸歯状突出部を連続的に通過し、前記導波路は変調領域の少なくとも一部においてそれ自体巻かれた形状を有している。

本発明の更なる特徴及び利点は、決して限定的でない実施態様の詳細な記載、及び添付の図面からより明白となるであろう：
− 図１は、ＷＯ２００５／０９３４８０に示されるような、その真性領域に垂直なドープ面を備えた側面構成のＰＩＮ型ダイオードを含む従来技術の一例を示す斜視断面図であり；
− 図２は、ＷＯ２００５／０９３４８０に示されるような、非対称マッハ・ツェンダー干渉計内に埋め込まれた、図１のダイオードのような横方向ダイオードから変調器を形成する従来技術の一例を示す上面図であり；
− 図３〜図５は、制御要素が導波路のレイアウトを完全に囲む、本発明のまっすぐな（droit）実施態様を示す縮尺通りではない上面図であり；
− 図３は、ＰＮ型ダイオードを形成する制御要素の変調領域の部分を示し、そして
− 図４は、ＰＩＮ型ダイオードを形成する制御要素の変調領域の部分を示し、
− 図５は、非対称変調器のマッハ・ツェンダー干渉計内に対称的に設けられたＰＮダイオードを備えた２つの変調領域を示し；
− 図６〜図９はＰＮダイオードが巻かれた実施態様の種々の変形態様を示し、ここでは、制御要素が、導波路の螺旋状のレイアウトと交差する実質的に放射状の相互にかみ合った構造を有するものとする；
− 図６は、同心性の制御要素を備えた変形態様を示し、ここで、導波路は入力螺旋の中で巻かれ、そして、ターンして入力螺旋に挟まれた出力螺旋の中を通って出て行くものであり；
− 図７は、同心性の制御要素を備えた変形態様を示し、ここで、導波路は中心を通って来てそして外側へと螺旋を描くものであり；
− 図８は、図６及び図８の例に対する制御要素及びそれらの電極の構造を示し；
− 図９は、並置された制御要素を備えた変形態様を示し、ここで、導波路は中心を通って来てそして外側へと交互に繰り返される螺旋の部分を描くものであり；
− 図１０〜図１２は、挟まれた鋸歯状突出部の一部における、巻かれた実施態様の制御要素内の電荷密度分布を示し：
− 図１０は、制御電位の差が０Ｖの場合の測定写真を示し；
− 図１１は、制御電位の差が５Ｖの場合の測定写真を示し；
− 図１２は、制御要素の構造内の図１０及び図１１の測定位置をより広範囲に示す図面である。

例えば、（図１２に示すように）相互に平行する複数の挟まれた鋸歯状突出部のような、本明細書には示されていない他の実施態様も考えることができる。このようにして、同じ導波路が複数のループを描くことができ、ループの１つは、これらのループの各々と又は前記ループの大部分と同じ方向に、これらの鋸歯状突出部に対して直線的に且つ垂直に鋸歯状突出部を通過する。

第二の制御要素６２２（例えば、「Ｎ」ドープされたシリコン）は、この例では実質的に円形の中心部分６０２０を備えている。鋸歯状突出部６０２を形成する枝部は、この中心部分６０２０から外側へ、この例では一定幅を有する放射状枝部として延長する。

第一要素６２１の周辺部分６０１０は、第二制御要素６２２の中心部分６０２０を囲んでいる。この周辺部分６０１０は、内側へ延びている鋸歯状突出部６０１を備えており、第二要素６２２の外側枝部６０２同士の間の空隙を実質的に相補的にうめる。

第一制御要素６２１の内部鋸歯状突出部６０１と第二要素６２２の外部鋸歯状突出部６０２とは、このように、相互に挟まれるか又は相互に「かみ合う」。こうして、内部鋸歯状突出部６０１と外部鋸歯状突出部６０２との間の各セパレーションは局部的に制御ダイオードを形成する。

この例では、これらの鋸歯状突出部６０１，６０２の長さを利用可能なスペースより若干小さくして、これらの鋸歯状突出部の端部に空隙又は中性の若しくは非ドープの部分を残すことによって、精度の制約を減らして製造を容易にすることができるだけでなく、これらの端部領域における干渉のリスクも制限することができる。

第一の制御要素６２１は、例えば、この制御要素を形成する半導体層上に堆積された金属層としての、第一の電極６３１と接触している。第一の電極６３１のこの金属層は、相互にかみ合った鋸歯状突出部を含む中心部分全体に窪みを備えていると共にその周囲の部分で開口部を備えている。

相互にかみ合ったこれらの鋸歯状突出部６０１，６０２の全部又は一部、従ってこのようにして形成されたダイオードの全部又は一部、を通過する曲線経路に導波路を設ける。本明細書に記載の変形態様において、この導波路の経路は、例えば、所定の式に従い螺旋状に、内側へと巻かれた第一の部分６１０を備えている。中心領域６０２０において、この経路はターンし、例えば、所定の式に従い螺旋状に、第一の部分の渦巻の間に挟まれながら外側へと巻き戻る第二の部分６９０が後に続く。

従って、導波路６１０に導入された変調されるべき光束６１１が進む経路は、出力の螺旋経路６９０上で、一方の制御要素から他方の制御要素への光束の第一の通過領域に対応する少なくとも１つの第一の相互作用領域Ｒ１ａを通ることが理解されよう。図面には、例えば、図面中の「Ｐ」ドープされた第一の制御要素６２１の内部鋸歯状突出部６０１から、図面中の「Ｎ」ドープされた第二の制御要素６２２の外部枝部６０２までこの経路が通るときの、前記第一の相互作用領域Ｒ１ａが示されている。

同様にして、この経路は、少し先で、一方の制御要素６２２から他方の制御要素６２２への光束の第二の通過の領域に対応する第二の相互作用領域Ｒ２ａを通る。図面には、例えば、図面中の「Ｐ」ドープされた第一の制御要素６２１の内部鋸歯状突出部６０１（同じ又は別のもの）から図面中の「Ｎ」ドープされた第二の制御要素６２２の外部枝部６０２までこの経路が通るときの、前記第二の相互作用領域Ｒ２ａが示されている。

変調されるべき光束７１１は、例えば、実質的に放射状に、第二の制御要素６２２の中心部分６０２０まで第一の部分７１０内を貫通する導波路を通って来る。この中心部分から、導波路は、制御要素６２１，６２２のかみ合った鋸歯状突出部６０１，６０２を連続的に数回通過することによって、例えば、所定の式に従い螺旋状に外側へと展開する第二の部分７９０を有する。

導波路のその第一部分７１０内への螺旋の内側までの貫通は、相互にかみ合った鋸歯状突出部と交差することなしに、又は出力の螺旋におけるものよりも少なく交差することによってなされる。このまっすぐな貫通は、図６の変形態様において内側へ向かう螺旋の経路によって引き起こされることがあるかもしれない干渉又は妨害を制限することを可能にすることができる。導波路７１０，７９０の交差によって、あるいは、これらを同じ層内で相互に異なった深さにするか又はこれらを異なる層において形成することによって、この貫通をなすことができる。

第一の制御要素９２１は第二の制御要素９２２を囲んでいるが、それは部分的であって、３６０°より小さく、１８０°より大きい、あるいは２７０°又はそれより大きい扇形部分Ａ９００についての部分だけである。この変調扇形部分Ａ９００において、両方の制御要素は上記と同じ種類の挟まれた鋸歯状突出部９０１，９０２を備えている。

この変調の扇形部分Ａ９００内において、例えば、同じ鋸歯状突出部上にある、第一領域Ｒ１ａと第二領域Ｒ２ａとの間で、光信号が長さＬ９１１ａの経路を進むのに対して、制御電気信号はこれより長さの短いＬ９０９ａの経路を進み、これによって両方の信号間の伝播速度の差を補正又は制限することを可能にする。

図１０及び図１１に、挟まれた鋸歯状突出部６０１，６０２の一方の部分での、巻かれた実施態様の制御要素内の電荷密度分布の測定結果を示す。

図１２は、鋸歯状突出部が相互に平行に設けられた変形態様における、制御要素６２１，６２２の構造内のこれらの測定の位置決めを示す。

Claims

変調領域（６３０，７３０，９３０）を含み、制御電気信号に応じて光束を変調する電気光学素子であって、
前記光束（６１１，７１１，９１１）は、導波路（６１０，７１０，９１０）内を伝播し、そして、前記制御電気信号（６０９）を受ける１対の電気制御要素を形成する半導電性材料の少なくとも１つの第一電気制御要素（６２１）及び少なくとも１つの第二電気制御要素（６２２）の作用に付され、
前記変調領域（６３０，７３０，９３０）において、前記光束（６１１，７１１，９１１）と前記１対の電気制御要素（６２１，６２２）との間の相互作用の少なくとも１つの第一領域（Ｒ１ａ）から少なくとも１つの第二領域（Ｒ２ａ）まで、前記光束（６１１，７１１，９１１）の進む経路の長さ（Ｌ６１１ａ，Ｌ７１１ａ，Ｌ９１１ａ）が前記制御電気信号（６０９）の進む経路の長さ（Ｌ６０９ａ，Ｌ７０９ａ，Ｌ９０９ａ）とは異なるように、前記導波路（６１０）を配置し、
ここで、前記長さの差は、前記相互作用の第一領域（Ｒ１ａ）と第二領域（Ｒ２ａ）との間の電気制御要素（６２１，６２２）において、光束の伝播速度（Ｖ６１１）と電気信号の伝播速度（Ｖ６０９）との間の差によって生じる伝達結果の差を低減又は補正するように決定されるものとする、
前記電気光学素子において、
− 前記変調領域において光束の進む経路が、少なくとも２つの異なる領域（Ｒ１ａ，Ｒ２ａ）において、前記１対の第一及び第二電気制御要素から選んだ一方の電気制御要素（６２２）から、その同じ１対の第一及び第二電気制御要素から選んだ他方の電気制御要素（６２１）へ通過するように、前記導波路（６１０，７１０，９１０）を配置すること；及び
− 前記導波路が、前記変調領域（６３０，７３０，９３０）の少なくとも一部において、それ自体巻かれた形状であって、前記電気制御要素（６２１，６２２）の少なくとも２つから出ている相互に挿置された少なくとも２つの鋸歯状突出部（６０１，６０２，９０１，９０２）を連続的に通過する前記形状を備えていること；
を特徴とする、前記電気光学素子。
互いに対向する少なくとも２つの電気制御要素（６２１，６２２）が、それらの輪郭部が相互に挿置された鋸歯状突出部を含む形状を有していること、そして、導波路（６１０）が、前記鋸歯状突出部を連続的に通過し、前記変調領域（６３０）の少なくとも一部においてそれ自体巻かれた形状を有することを特徴とする、請求項１に記載の素子。
光束（６１１）の進む経路が実質的に放射状の電気制御要素放射部を連続的に通過する螺旋状に巻かれた部分（７９０）を備えているように、導波路を配置すること、そして、前記電気制御要素放射部は、相互に挿置され、そして、その挿置された電気制御要素放射部は、一方では大部分が前記螺旋の内側に位置した電気制御要素の一方（６２２）から、及び、他方では大部分が前記螺旋の外側で且つ周囲に位置した電気制御要素の他方（６２１）から放射状に延長していることを特徴とする、請求項１又は２に記載の素子。
光束（６１１）の進む経路が実質的に放射状の電気制御要素放射部を連続的に通過する細長く且つ螺旋状に巻かれたループを備えているように、導波路（６１０，６９０）を配置すること、そして、前記電気制御要素放射部は、相互に挿置され、そして、その挿置された電気制御要素放射部は、一方では大部分が前記螺旋の内側に位置した電気制御要素の一方（６２２）から、及び、他方では大部分が前記螺旋の外側で且つ周囲に位置した電気制御要素の他方（６２１）から放射状に延長していることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の素子。
導波路が、１つ以上の渦巻状導波路と交差することによって螺旋状導波路の内側に貫通する部分（７１０）を備えていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の素子。
交互に繰り返される方向に且つ連続的に同じ扇形部分（Ａ９００）を通る、実質的に同心性の螺旋形の一連の曲線部分（９１０２，９１０３，９１０４，９１０５）を導波路（９１０）のレイアウトが備えていること、そして、前記導波路が、一方では大部分が前記曲線部分の内部に位置した電気制御要素の一方（９２２）から、及び、他方では大部分が前記曲線部分の外側で且つ周囲に位置した電気制御要素の他方（９２１）から放射状に延長している、相互に挿置された実質的に放射状の電気制御要素放射部（９０１，９０２）を連続的に横切ることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の素子。
螺旋が、以下のタイプの式：

［式中：
− 「ｏ（ｔ）」は時間「ｔ」の関数として螺旋の各点の座標を表す複素数であり、
− 「ｎ_ｅｆｆ」は導波路における有効屈折率であり、そして
− 「ｎ_{ｅｆｆ，ｃｏｍ}」は電気制御要素における有効屈折率である］
によって定義することができる形状を備えていることを特徴とする、請求項３〜６のいずれか一項に記載の素子。
導波路の経路を計算して、最も接近して１０％まで伝播速度の差を補正することを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の素子。
末端に印加された電気信号（６０９）に応じてその屈折率が変化するＰＮ型（６２１，６２２）又はＰＩＮ型（４２１，４２２）ダイオードを形成するようにドープされた、ＩＶ型半導体の、少なくとも１対の電気制御要素を含む活性領域に形成された導波路（６１０）を、前記変調領域（６３０，７３０，９３０）が含むことを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の素子。
前記変調領域が、半導体の少なくとも１対の電気制御要素によって囲まれた活性領域内に形成される導波路を含むこと、そして、１対のバンドギャップ半導体を形成するように選択され且つこのように前記電気制御要素に印加された電気信号に応じて前記活性領域における有効屈折率又は有効吸収率の変化を得るように選択された、ＩＩＩ−Ｖ型の２種類の異なった半導電性材料から形成される１つ以上の量子井戸を備えた少なくとも１つの構造を前記活性領域が含むことを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の素子。
前記変調領域が、制御電気信号に応じて前記変調領域を通過する光束の位相を変化させるように配置されたアーキテクチャを備えていることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の素子。
少なくとも１つの前記変調領域を干渉計内に挿入して、前記変調領域を通過する光束の位相変調から、前記変調領域を通過する光束の強度変調を得ることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の素子。
制御信号を処理することによって伝播速度の差を補正する電気回路又は電子素子のいずれも含んでいないことを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の素子を用いる又は含むデバイス。
請求項１〜１２のいずれか一項に記載の素子を含むデバイス又はシステム。