JP2018523857A - 高次デジタル光変調器における電気クロストーク低減 - Google Patents

Abstract

デジタル光変調器（２００）は、複数の光路を含む導波路と、複数の位相シフタセグメント（２０８〜２２２）であって、各々が複数の光路からの光路に光学的に結合され、複数の光路内で搬送される光を変調し、電気駆動信号に応じて変調光を生成するように構成され、少なくとも２つの複数の位相シフタセグメント（２０８〜２２２）が同じ長さを有する、複数の位相シフタセグメントとを備える。デジタル光変調器（２００）は、第１端部（２２８）および第２端部（２２４）を含む第１の導波路アーム（２０４）と、第１の導波路アーム（２０４）に同じ長さで光学的に結合される複数の第１の位相シフタセグメント（２０８〜２２２）の少なくとも２つを有する第１の複数の位相シフタセグメントｓ（２０８〜２２２）と、第１端部（２２８）および第２端部（２２４）において第１の導波路アーム（２０４）に光学的に結合される第２の導波路アーム（２０６）とを備える。

Description

［関連出願への相互参照］
本出願は、２０１５年８月２１日に出願され、「高次デジタル光変調器における電気クロストーク低減」と題する米国非仮特許出願第１４／８３２，８４０号による優先権を主張し、これはあたかもその全体において再現されるように参照により本明細書に組み込まれる。

高帯域幅光インターコネクトを備えた光システムは、高次波形をトランスミッタからレシーバに光ファイバを用いて搬送するために光リンクを用いる。高帯域幅光インターコネクトを備えた光システムの例は、データセンター、コンピュータクラスター、光バックプレーン、大都市高密度波分割多重送信（ＤＷＤＭ）、長距離ＤＷＤＭ、受動光ネットワーク（ＰＯＮ）、大都市光トランスポートネットワーク、長距離光トランスポート、コンピュータインターコネクトおよびワイヤレスシステムのためのバックホールを含んでよいが、限定されない。トランスミッタはマルチビットダイレクトデジタルドライブを光波形に変換するように構成されたデジタル駆動光変調器を備える。光変調器の例は、マルチセグメントマッハツェンダー干渉計変調器およびマルチセグメント電界吸収型変調器を含むが、限定されない。光変調器は、複数の位相シフタセグメントを備えており、各位相シフタセグメントが所望の光波形を生成するためにデジタルビットストリームによって駆動されるように構成されている。

既存の光変調器は、位相シフタセグメントの間の２のべき乗の長さ縮小関係を用い、それぞれの後の位相シフタセグメントは、最上位ビット（ＭＳＢ）から最下位ビット（ＬＳＢ）までで以前の位相シフタセグメントの半分の長さである。例えば、８ビット光振幅変調器では、ＭＳＢ位相シフタセグメントはＬＳＢ位相シフタセグメントよりも１２８倍長い。ＬＳＢは最も小さい値を有する２進数によるビット位置である。ＭＳＢは最も大きい値を有する２進数によるビット位置である。既存の光変調器は、デジタル‐アナログ変換の線形性および駆動電圧の最適化に焦点をあてる。これらの光変調器は、同じ駆動電圧を位相シフタセグメントのすべてに印加する。

位相シフタセグメントは電気的に駆動されるので、位相シフタセグメントの間で電気的クロストークが発生する。電気的クロストークは、加害者位相シフタセグメントでの電圧の変化のため被害者位相シフタセグメントに誘起される電圧である。電気的クロストークは被害者位相シフタセグメントに作用して寄生的な光学的位相変化を生じさせる。被害者位相シフタセグメントの長さによって寄生的な光学的位相変化のサイズが決まる。本質的に、被害者位相シフタセグメントの長さは加害者位相シフタセグメントからの電気的クロストークを増幅させる。結果として、最悪のケースは、ＬＳＢ位相シフタセグメントからＭＳＢ位相シフタセグメントへの電気的クロストークである、なぜなら、ＭＳＢ位相シフタセグメントは非常に長いからである。電気的クロストークは有効ビット数（ＥＮＯＢ）として知られる分解可能なビットの数を低下させる。高次変調のボーレートが増大するにつれて、下位ビットがトランスミッタにおける電気的クロストークに圧倒され、電気的クロストークに起因するペナルティがより重要になる。変調器は電気的クロストークの影響を低減しつつ高次変調をサポートするのが望ましい。

一実施形態においては、開示は、複数の光路を含む導波路と、複数の位相シフタセグメントであって、各々が複数の光路から１つの光路に光学的に結合され、複数の光路内において搬送される光を変調し、電気駆動信号に応じて、変調光を生成するように構成され、複数の位相シフタセグメントの少なくとも２つが同じ長さを有する、複数の位相シフタセグメントとを備えたデジタル光変調器を含む。

別の実施形態においては、開示は、第１端部および第２端部を含む第１の導波路アームと、導波路アームに光学的に同じ長さで結合される第１の複数の位相シフタセグメントの少なくとも２つを有する複数の第１の位相シフタセグメントと、第１端部および第２端部に光学的に結合される第２の導波路アームとを備えたデジタル光変調器を含む。

さらに別の実施形態においては、開示は、光を第１端部において受信し、かつ変調光を第２端部において出力するように構成された第１の導波路アームと、第１の複数の位相シフタセグメントであって、同じ長さである第１の複数の位相シフタセグメントのうちの少なくとも２つを有し、第１の導波路アームに光学的に結合され、かつ光を変調し、デジタル電気駆動信号に応じて変調光を生じさせるように構成されている、第１の複数の位相シフタセグメントとを備えたデジタル光変調器を含む。

これらおよび他の特徴は、添付の図面および特許請求の範囲とあわせて以下の詳細な説明からより明確に理解されるであろう。

この開示のより完全な理解のために、ここで添付の図面および詳細な説明との関係においてとられる以下の簡単な説明に言及し、ここで同様の符号は同様の部分を表す。
光インターコネクトの実施形態の模式図である。 デジタル光変調器の実施形態の模式図である。 シングル駆動アームを有するデジタル光変調器の実施形態の模式図である。 デュアル駆動アームを有するデジタル光変調器の実施形態の模式図である。 ６４‐ＱＡＭデジタル光変調器の実施形態の模式図である。 ６４‐ＱＡＭコンスタレーションの実施形態のコンスタレーション図である。 デジタル光変調器のための光変調方法の実施形態の流れ図である。 デジタル光変調器を製造する方法の実施形態の流れ図である。

まず、以下、１つまたは複数の実施形態の例示的な実装を提供するが、開示されたシステムおよび／または方法は、現在知られまたは存在しようが、任意の数の技術を用いて実装されてよいことが理解されるべきである。開示は、ここに示され記載された例示的設計および実装を含め、以下に説明する例示的な実装、図面および技術に何ら限定されるものではなく、添付の請求項の範囲の範囲とそれらの均等物の全範囲内で変更されてよい。

ここに開示されているのは、光変調器のためのおよび光変調のための様々な実施形態である。実施形態においては、光変調器は、ＬＳＢ位相シフタセグメントに印加される駆動電圧を低減し、ＬＳＢ位相シフタセグメントの長さを増大させるように構成されている。例えば、ＬＳＢ位相シフタセグメントは、既存の光変調器におけるものより２０倍の長さで構成されてよい。さらに、ＬＳＢ位相シフタセグメントは、ＭＳＢ位相シフタセグメントに印加される駆動電圧の１／２０を用いるように構成されてよい。ＬＳＢ位相シフタセグメントに印加される駆動電圧を低減しＬＳＢ位相シフタセグメントの長さを増大することは、ＭＳＢ位相シフタセグメントによって経験される電気的クロストークの量を低減する。特に、ＬＳＢ位相シフタセグメントからＭＳＢ位相シフタセグメントまでの電気的クロストークが低減される。ＬＳＢ位相シフタセグメントは短い長さを有しており光変調器の全長に対して顕著な寄与をしない。ＬＳＢ位相シフタセグメントの長さを増大することにより全体の光変調器サイズの最小限の増大が生じる。

図１は、光インターコネクト１００の実施形態の模式図である。光インターコネクト１００は、光ファイバ１１４を用いた光送信器１０４および光受信器１０６の間の光接続１０２を備える。光インターコネクト１００は、光送信器１０４から光受信器１０６にデータを送信するように構成されている。光インターコネクト１００は、示したように、または、この開示を見て当業者によって認識されるであろう任意の他の適切な構成で構成されてよい。

光送信器１０４は、データ１０８を取得し、デジタル電気駆動信号を用いてデータ１０８を符号化し、符号化されたデータにしたがって変調光を送るように構成されている。変調光は、デジタル情報またはデジタルデータを搬送してもよい。光送信器１０４は、デジタル光変調器１１２に電気的に結合されたエンコーダ１１０と、デジタル光変調器１１２に光学的に結合された光源１２２とを備える。エンコーダ１１０は、データ１０８を取得し、データ１０８を符号化し、符号化されたデータを、デジタル電気駆動信号を用いてデジタル光変調器１１２に出力するように構成されている。エンコーダ１１０はまた、電気ドライバとよばれてもよい。光源１２２は、光をデジタル光変調器１１２に提供するように構成される。光源１２２の例は、レーザを含むが限定されない。デジタル光変調器１１２は、デジタル電気駆動信号を受信し、デジタル電気駆動信号にしたがって光を変調し、変調光をデジタル光受信器１１６に出力するように構成されている。デジタル光変調器１１２は、デジタル変調光を出力するデジタル駆動の高次光変調器である。デジタル光変調器１１２の例は、マルチセグメントのマッハツェンダー干渉計変調器およびマルチセグメントの電界吸収型変調器を含むが限定されない。デジタル光変調器１１２は、この開示を見て当業者によって認識されるであろう任意の適切な変調方式を実装するように構成されている。例えば、デジタル光変調器１１２は、直交振幅変調（ＱＡＭ）、１６‐ＱＡＭ、３２‐ＱＡＭ、６４‐ＱＡＭ、１２８‐ＱＡＭ、オフセット直交位相シフトキーイング（ＯＱＰＳＫ）、離散マルチトーン（ＤＭＴ）、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）、パルス振幅変調（ＰＡＭ）、ＰＡＭ‐４、ＰＡＭ‐８およびＰＡＭ‐１６を含む変調方式を実装するように構成されているが、限定されない。さらに、変調方式は、非コヒーレント変調方式、コヒーレント変調方式、および偏光符号化を含む変調方式を含んでよいが限定されない。光ファイバ１１４は、変調光をデジタル光送信器１０４からデジタル光受信器１０６に送信するように構成されている。光は高次デジタル変調光である。

光受信器１０６は、変調光を受信し、変調光を復調し、復調された変調光からデータを取得するように構成されている。光受信器１０６は、デコーダ１１８に電気的に結合されたデジタル光受信器１１６を備える。デジタル光受信器１１６は、変調光を受信し、光を復調し、復調光にしたがって電気信号を出力するように構成されている。デコーダ１１８は、電気信号を受信し、電気信号を復号化し、復号化されたデータ１２０を出力するように構成されている。

図２は、デジタル光変調器２００の実施形態の模式図であり、それはマッハツェンダー干渉変調器の形態を有する。デジタル光変調器２００は、図１におけるデジタル光変調器１１２と同様に構成するようにしてよい。デジタル光変調器２００は８ビットデジタル光振幅変調器であり、それはＰＡＭ符号化波形などの振幅変調された波形を生成してよい。デジタル光変調器２００は、光およびデジタル電気駆動信号を受信し、デジタル電気駆動信号にしたがって光を変調し、光信号を変調光として出力するように構成されている。デジタル光変調器２００は、位相シフタセグメント２０８〜２２２と、入力導波路２０２と、第１の導波路アーム２０４と、第２の導波路アーム２０６と、出力導波路２２６とを備えた基板（例えば、シリコン基板）２７０を備える。デジタル光変調器２００は、示したようにまたは任意の他の適切な構成で構成されてよい。例えば、デジタル光変調器２００は、任意の適切な数の位相シフタセグメントを備えるようにしてよい。

入力導波路２０２は、例えば、光スプリッタ（図示せず）を介して、第１の導波路アーム２０４および第２の導波路アーム２０６の第１端部２２８において、第１の導波路アーム２０４および第２の導波路アーム２０６に光学的に結合される。実施形態においては、第１の導波路アーム２０４および第２の導波路アーム２０６は実質的に、互いに並行している。入力導波路２０２は、光（例えば、連続波光）を光源から第１の導波路アーム２０４および第２の導波路アーム２０６に導くように構成されている。光源は、図１における光学源１２２と同様に構成されてよい。例えば、光源は、レーザであってよい。出力導波路２２６は、例えば、光コンバイナ（図示せず）を介して、第１の導波路アーム２０４および第２の導波路アーム２０６の第２端部２２４において、第１の導波路アーム２０４および第２の導波路アーム２０６に光学的に結合される。出力導波路２２６は、変調光を、例えば、光ファイバに導きおよび出力するように構成されている。

第１の導波路アーム２０４は、駆動アームとよばれ、位相シフタセグメント２０８〜２２２を備える。第２の導波路アーム２０６は、アイドルアームとよばれ、位相シフタセグメントを備えていない。位相シフタセグメント２０８〜２２２は、第１の導波路アーム２０４に電気光学的に結合される。位相シフタセグメント２０８〜２２２は、デジタル電気駆動信号を電極（例えば、電気接点）２５０〜２６４において、電気ドライバから、例えば、エンコーダから受信し、デジタル電気駆動信号にしたがって光を変調するように構成されている。例えば、位相シフタセグメント２０８〜２２２は、デジタル電気駆動信号に応じて第１の導波路アーム２０４の部分の屈折率を変化させるように構成されている。第１の導波路アーム２０４の屈折率を変化させることは、第１の導波路アーム２０４内で伝達される光の光パワーの位相を変化させ、それが、光コンバイナによって、出力導波路２２６において出力される変調光の光パワーまたは光位相の変化を引き起こすようにしてよい。

位相シフタセグメント２０８は、ＭＳＢ位相シフタセグメントであり、位相シフタセグメント２２２は、ＬＳＢ位相シフタセグメントである。ＭＳＢ位相シフタセグメントからの１つまたは複数の後の位相シフタセグメントがＭＳＢ位相シフタセグメントとよばれることがある。同様に、ＬＳＢ位相シフタセグメントからの１つまたは複数の後の位相シフタセグメントがＬＳＢ位相シフタセグメントとよばれることがある。位相シフタセグメント２０８〜２２２は、ＭＳＢ位相シフタセグメントが２のべき乗の長さ縮小関係を用いるように構成され、それぞれの後の位相シフタセグメントは、前の位相シフタセグメントの長さの半分であり、かつ、ＬＳＢ位相シフタセグメントは２のべき乗の長さ縮小関係に従わない。ＬＳＢ位相シフタセグメントの２つ以上は同じ長さである。ａが位相シフタセグメントと一致するビット位置を表すならば、ＭＳＢはａ＝０として特定されてよく、ＬＳＢは、８ビット変調器に関してａ＝７として特定されてよい。

位相シフタセグメント２０８〜２２２は、任意の適切な長さで構成されてよい。一例として、位相シフタセグメント２０８〜２２２は、ビットａ＝０〜３については、位相シフタセグメントが、

の長さであり、ビットａ＝４〜７について、位相シフタセグメントが、

の長さを有し、Ｌ₀はＭＳＢ位相シフタの長さであるように構成されている。Ｌ₀は、電気駆動信号の所望の振幅、および位相シフタセグメントの物理パラメータに依拠する位相シフタにおける電気‐光学効果の強さによって決められる。Ｌ₀の典型的な値は、１００マイクロメートル（μｍ）ないし５ミリメートル（ｍｍ）の範囲内である。このように、ビット０について、位相シフタセグメントはＬ₀の長さを有し、ビット１については、位相シフタセグメントはＬ₀／２の長さを有し、ビット２については、位相シフタセグメントはＬ₀／４の長さを有し、ビット３については、位相シフタセグメントはＬ₀／８の長さを有し、ビット４〜７については、位相シフタセグメントは、Ｌ₀／１６の長さを有する。

さらに、位相シフタセグメント２０８〜２２２は、複数のＭＳＢ位相シフタセグメントが同じデジタル電気駆動電圧を受け、かつ、複数のＬＳＢ位相シフタセグメントが同じデジタル電気駆動電圧を受けないように構成されている。実施形態においては、ＬＳＢ位相シフタセグメントは、２のべき乗のデジタル電気駆動源電圧低下関係を受け、それぞれの後の位相シフタセグメントは前の位相シフタセグメントのデジタル電気駆動電圧の半分を受ける。例えば、位相シフタセグメント２０８〜２２２は、ビットａ＝０〜３については位相シフタセグメントがＶ₀ボルトのデジタル電気駆動電圧を受け、ビットａ＝４〜７については位相シフタセグメントが、

ボルトのデジタル電気駆動電圧を受けるように構成されている。このように、ビット０〜３については、位相シフタセグメントはＶ₀ボルトのデジタル電気駆動電圧を受け、ビット４については、位相シフタセグメントはＶ₀／２ボルトのデジタル電気駆動電圧を受け、ビット５については、位相シフタセグメントはＶ₀／４ボルトのデジタル電気駆動電圧を受け、ビット６については、位相シフタセグメントはＶ₀／８ボルトのデジタル電気駆動電圧を受け、ビット７については、位相シフタセグメントはＶ₀／１６ボルトのデジタル電気駆動電圧を受ける。位相シフタセグメント２０８〜２２２は、任意の適切なデジタル電気駆動電圧を受けるように構成するようにしてよい。複数のＬＳＢ位相シフタセグメントのうちの２つ以上が同じ長さを有し、異なるデジタル電気駆動電圧レベルが位相シフタセグメント２０８〜２２２の少なくともいくつかに印加されるような構成においては、デジタル光変調器２００は電気的クロストークの影響を低減することができ、理論上の位相シフト差に近い実際の位相シフト差を生成することができる。ＬＳＢ位相シフタセグメントの２つ以上が同じ長さを有し、異なるデジタル電気駆動電圧レベルが位相シフタセグメント２０８〜２２２の少なくともいくつかに印加されるような構成においては、デジタル光変調器２００は、電気的クロストークの影響を低減することができ、理論上の位相シフト差に最も実際の位相シフト差を生成することができる。

位相シフタセグメントによってビットａに対して誘起される位相シフトは、次のように表すことができる。

ここで、Ｋは位相シフタセグメントの物理パラメータに依拠する位相シフトセグメント定数であり、Ｖ_aはビットａに対する位相シフタセグメントのためのデジタル電気駆動電圧であり、Ｓ_aはビットａに対する位相シフタセグメントのためのデジタル電気駆動信号であり、Ｌ_aはビットａに対する位相シフタセグメントの長さである。デジタル電気駆動電圧は、１のビット値に対してＶ_aの電圧を有し、ゼロのビット値に対してゼロの電圧を有する。ビットｂにおける別の位相シフタセグメントからの電気的クロストークを含む位相シフタセグメントに対する位相シフトは、次のように表すことができる。

総位相シフトは、次のように表すことができる。

ここで、Ｘ_baはビットｂにおける位相シフタセグメントとビットａにおける位相シフタセグメントとの間の電気的クロストークであり、Ｖ_bはビットｂに対する位相シフタセグメントのためのデジタル電気駆動電圧であり、Ｓ_bはビットｂの位相シフタセグメントでのデジタル電気駆動信号であり、Ｌ_bはビットｂに対する位相シフタセグメントの長さである。

一例として、デジタル光変調器２００は、１０００００００の第１の駆動パターンから１００００００１の第２の駆動パターンに遷移する。理論上の位相シフト差は、

である。デジタル光変調器２００についての実際の位相シフト差は、

であり、それは次のように書き換えることができる。

デジタル光変調器２００について、実際の位相シフト差は理論上の位相シフト差より約１．２７倍大きい。したがって、実際の位相シフト差は、理論上の位相シフト差に近く、かつ、ＬＳＢの大きさに近い。この例においては、８ビット変調器の望ましいビット数は８であり、有効ビット数（ＥＮＯＢ）はｌｏｇ₂（２⁸／１．２７）＝７．６ビットであり、それは望ましいビット数に近い。したがって、ＭＳＢ位相シフタセグメントとＬＳＢ位相シフタセグメントとの間の電気的クロストークの影響は、既存の光変調器と比較して顕著に低減される。

実施形態においては、各位相シフタセグメント２０８〜２２２は、進行波位相シフタであってよい。進行波位相シフタは、光導波路と実質的に並行に配置された複数の電極を備え、各ビットのデジタル電気駆動信号が、光導波路に沿って伝搬する光として、本質的に同じ速度で電極に沿って伝搬するようにし、その結果デジタル電気駆動信号および光信号が同相のままで、かつ進行波位相シフタを通って光が伝搬するにつれ変調効果が高まる。

別の実施形態においては、各位相シフタセグメント２０８〜２２２は、集中定数素子位相シフタであってよい。集中定数素子位相シフタは、光導波路と実質的に並行に配置された複数の電極を備え、各電極が、位相シフタの長さに対して長さにおいて等しくなり得、かつ短くなり得るサブ区分を含むようにする。位相シフタセグメントの各サブ区分は、同じデジタル電気駆動電圧を受けるように構成されている。サブ区分は、時間的に順次駆動されるように構成されることがあり、ビットに対するデジタル電気駆動信号と光導波路に沿って伝播する光が位相シフタセグメントのすべてのサブ区分について同相で相互作用するようにする。このように、デジタル電気駆動信号は、各サブ区分に順次印加されることによって位相シフタセグメントに沿って移動し、デジタル電気駆動信号および光が同相のままでかつ光が集中定数素子位相シフタを通って伝搬するにつれ変調効果が高まる。

別の実施形態においては、位相シフタセグメント２０８〜２２２は、進行波位相シフタと集中定数素子位相シフタとの組み合わせとして構成されてよい。例えば、ＭＳＢ位相シフタセグメントは、進行波位相シフタとして構成されてよく、ＬＳＢ位相シフタセグメントは、集中定数素子位相シフタとして構成されてよい。代替的に、位相シフタセグメント２０８〜２２２は、この開示をみる当業者によって認識されるであろうように任意の他の適切な型式または位相シフタの構成を用いて構成されてよい。

デジタル光変調器２００の実装は、マッハツェンダーシリコン光変調器、電気光学ポッケルス効果を示す材料（例えばニオブ酸リチウム）を用いたマッハツェンダー変調器、ＩＩＩ‐ＩＶ族半導体（例えば、リン化インジウムおよびヒ化ガリウム）を用いたマッハツェンダー変調器、シリコン‐ゲルマニウムを用いたマッハツェンダー変調器、ＩＩＩ‐ＩＶ族半導体を用いた電界吸収、シリコン‐ゲルマニウムを用いた電界吸収型変調器、および、反対の極性で駆動される２つの駆動されるアームを含むプッシュプル電極配置を備えた変調器を含んでよいが、限定されない。

図３は、シングル駆動アームを有するデジタル光変調器３００の実施形態の模式図である。デジタル光変調器３００は、図１におけるデジタル光変調器１１２と同様に構成されてよい。デジタル光変調器３００は、４ビットデジタル光変調器である。デジタル光変調器３００は、光およびデジタル電気駆動信号を受信し、光をデジタル電気駆動信号にしたがって変調し、光信号を変調光として出力するように構成されている。デジタル光変調器３００は、位相シフタセグメント３０８〜３１４と、入力導波路３０２と、第１の導波路アーム３０４と、第２の導波路アーム３０６と、出力導波路３１６とを備えた基板３７０を備える。デジタル光変調器３００は、示したとおり構成されてよく、または任意の他の適切な態様で構成されてもよい。

入力導波路３０２は、例えば、光スプリッタ（図示せず）を介して、第１の導波路アーム３０４および第２の導波路アーム３０６の第１端部３１８において、第１の導波路アーム３０４および第２の導波路アーム３０６に光学的に結合される。実施形態においては、第１の導波路アーム３０４および第２の導波路アーム３０６は、実質的に並行している。入力導波路３０２は、光を光源から第１の導波路アーム３０４および第２の導波路アーム３０６に導くように構成されている。出力導波路３１６は、例えば、光コンバイナ（図示せず）を介して、第１の導波路アーム３０４および第２の導波路アーム３０６の第２端部３２０において、第１の導波路アーム３０４および第２の導波路アーム３０６に光学的に結合される。出力導波路３１６は、変調光を、例えば光ファイバに導きおよび出力するように構成されている。第１の導波路アーム３０４は、駆動アームとよばれ、第２の導波路アーム３０６は、アイドルアームとよばれる。

位相シフタセグメント３０８〜３１４は、第１の導波路アーム３０４に電気光学的に結合される。位相シフタセグメント３０８〜３１４は、デジタル電気駆動信号を電極３５０〜３５６において電気ドライバから受信し、光をデジタル電気駆動信号にしたがって変調するように構成されている。位相シフタセグメント３０８はＭＳＢ位相シフタセグメントであり、位相シフタセグメント３１４はＬＳＢ位相シフタセグメントである。位相シフタセグメント３０８〜３１４は、複数のＬＳＢ位相シフタセグメントのうちの２つ以上が同じ長さとなるように構成されている。さらに、位相シフタセグメント３０８〜３１４は、異なるデジタル電気駆動電圧レベルが位相シフタセグメント３０８〜３１４の少なくともいくつかに印加されるように構成されている。例えば、位相シフタセグメント３０８はＬ₀の長さで構成され、かつ、Ｖ₀ボルトの駆動信号電圧を電極３５０で受けるように構成されている。位相シフタセグメント３１０はＬ₀／２の長さで構成され、かつ、Ｖ₀ボルトのデジタル電気駆動信号電圧を電極３５２で受けるように構成されている。位相シフタセグメント３１２はＬ₀／２の長さで構成され、かつ、Ｖ₀／２ボルトのデジタル電気駆動信号電圧を電極３５４で受けるように構成されている。位相シフタセグメント３１４はＬ₀／２の長さで構成され、かつ、Ｖ₀／４ボルトのデジタル電気駆動信号電圧を電極３５６で受けるように構成されている。位相シフタセグメント３０８〜３１４は、任意の適切な長さで構成されてよい。さらに、位相シフタセグメント３０８〜３１４は、任意の適切なデジタル電気駆動電圧を受けるように構成されてよい。第２の導波路アーム３０６は、位相シフタセグメントを備えておらず、光を変調するように構成されていない。第２の導波路アーム３０６は、光を入力導波路３０２から出力導波路３１６に導くように構成されている。

ＬＳＢ位相シフタセグメントの２つ以上が同じ長さであり、異なるデジタル電気駆動電圧レベルが位相シフタセグメント３０８〜３１４の少なくともいくつかに印加されるような構成においては、デジタル光変調器３００は、電気的クロストークの影響を低減することができる。デジタル光変調器３００の実際の位相シフト差は理論上の位相シフト差に近く、ＬＳＢの大きさに近い。ＭＳＢ位相シフタセグメントとＬＳＢ位相シフタセグメントとの間の電気的クロストークの影響は、既存の光変調器と比較して顕著に低減される。

デジタル光変調器３００の実装は、マッハツェンダーシリコン光変調器、電気光学ポッケルス効果を示す材料（例えば、ニオブ酸リチウム）を用いたマッハツェンダー変調器、ＩＩＩ‐ＩＶ族半導体（例えば、リン化インジウムおよびヒ化ガリウム）を用いたマッハツェンダー変調器、シリコン‐ゲルマニウムを用いたマッハツェンダー変調器、ＩＩＩ‐ＩＶ族半導体を用いた電界吸収型変調器、シリコン‐ゲルマニウムを用いた電界吸収型変調器、および、反対の極性で駆動される２つの駆動されるアームを備えたプッシュプル電極配置を備えた変調器を含んでよいが、限定されない。

図４は、デュアル駆動アームを有するデジタル光変調器４００の別の実施形態の模式図である。デュアル駆動アームを有するデジタル光変調器は、シングル駆動アームを有するデジタル変調器より低い光学的損失を提供することがある。デジタル光変調器４００は、図１におけるデジタル光変調器１１２と同様に構成されてよい。デジタル光変調器４００は、４ビットデジタル光変調器である。デジタル光変調器４００は、光およびデジタル電気駆動信号を受信し、光をデジタル電気駆動信号にしたがって変調し、光信号を変調光として出力するように構成されている。デジタル光変調器４００は、入力導波路４０２と、位相シフタセグメント４０６Ａ〜４１２Ａと、第１の導波路アーム４０４Ａと、位相シフタセグメント４０６Ｂ〜４１２Ｂと、第２の導波路アーム４０４Ｂと、出力導波路４１４とを備えた基板４７０を備える。デジタル光変調器４００は示したとおり構成されてよく、または任意の他の適切な態様で構成されてよい。

入力導波路４０２は、例えば、光スプリッタ（図示せず）を介して、第１の導波路アーム４０４Ａおよび第２の導波路アーム４０４Ｂの第１端部４１８において、第１の導波路アーム４０４Ａおよび第２の導波路アーム４０４Ｂに光学的に結合される。実施形態においては、第１の導波路アーム４０４Ａおよび第２の導波路アーム４０４Ｂは、実質的に並行している。出力導波路４１４は、例えば、光コンバイナ（図示せず）を介して、第１の導波路アーム４０４Ａおよび第２の導波路アーム４０４Ｂの第２端部４２０において、第１の導波路アーム４０４Ａおよび第２の導波路アーム４０４Ｂに光学的に結合される。第１の導波路アーム４０４Ａおよび第２の導波路アーム４０４Ｂはともに、駆動アームとして構成されている。

位相シフタセグメント４０６Ａ〜４１２Ａは、第１の導波路アーム４０４Ａに電気光学的に結合される。位相シフタセグメント４０６Ａ〜４１２Ａは、デジタル電気駆動信号を電極４５０Ａ〜４５６Ａで電気ドライバから受信し、光をデジタル電気駆動信号にしたがって変調するように構成されている。位相シフタセグメント４０６ＡはＭＳＢ位相シフタセグメントであり、位相シフタセグメント４１２ＡはＬＳＢ位相シフタセグメントである。位相シフタセグメント４０６Ａ〜４１２Ａは、ＬＳＢ位相シフタセグメントの２つ以上が同じ長さとなるように構成されている。さらに、位相シフタセグメント４０６Ａ〜４１２Ａは、異なるデジタル電気駆動電圧レベルが位相シフタセグメント４０６Ａ〜４１２Ａの少なくともいくつかに印加されるように構成されている。例えば、位相シフタセグメント４０６Ａは、Ｌ₀の長さで構成され、Ｖ₀ボルトのデジタル電気駆動信号電圧を電極４５０Ａで受けるように構成されている。位相シフタセグメント４０８Ａは、Ｌ₀／２の長さで構成され、Ｖ₀ボルトのデジタル電気駆動信号電圧を電極４５２Ａで受けるように構成されている。位相シフタセグメント４１０Ａは、Ｌ₀／２の長さで構成され、Ｖ₀／２ボルトのデジタル電気駆動信号電圧を電極４５４Ａで受けるように構成されている。位相シフタセグメント４１２Ａは、Ｌ₀／２の長さで構成され、Ｖ₀／４ボルトのデジタル電気駆動信号電圧を電極４５６Ａで受けるように構成されている。位相シフタセグメント４０６Ａ〜４１２Ａは、任意の適切な長さで構成されてもよい。さらに、位相シフタセグメント４０６Ａ〜４１２Ａは、任意の適切なデジタル電気駆動電圧を受けるように構成されてよい。

第２の導波路アーム４０４Ｂは第１の導波路アーム４０４Ａと酷似するように構成されている。例えば、位相シフタセグメント４０６Ｂ〜４１２Ｂは、第２の導波路アーム３０４Ｂに電気光学的に結合される。位相シフタセグメント４０６Ｂ〜４１２Ｂは、電極４５０Ｂ〜４５６Ｂでデジタル電気駆動信号を電気ドライバから受信し、光をデジタル電気駆動信号にしたがって変調するように構成されている。位相シフタセグメント４０６ＢはＭＳＢ位相シフタセグメントであり、位相シフタセグメント４１２ＢはＬＳＢ位相シフタセグメントである。位相シフタセグメント４０６Ｂ〜４１２Ｂは、ＬＳＢ位相シフタセグメントの２つ以上が同じ長さとなるように構成されている。さらに、位相シフタセグメント４０６Ｂ〜４１２Ｂは、異なるデジタル電気駆動電圧レベルが位相シフタセグメント４０６Ｂ〜４１２Ｂの少なくともいくつかに印加されるように構成されている。例えば、位相シフタセグメント４０６Ｂは、Ｌ₀の長さで構成され、電極４５０ＢでＶ₀ボルトのデジタル電気駆動信号電圧を受けるように構成されている。位相シフタセグメント４０８Ｂは、Ｌ₀／２の長さで構成され、電極４５２ＢでＶ₀ボルトのデジタル電気駆動信号電圧を受けるように構成されている。位相シフタセグメント４１０Ｂは、Ｌ₀／２の長さで構成され、電極４５４ＢでＶ₀／２ボルトのデジタル電気駆動信号電圧を受けるように構成されている。位相シフタセグメント４１２Ｂは、Ｌ₀／２の長さで構成され、電極４５６ＢでＶ₀／４ボルトのデジタル電気駆動信号電圧を受けるように構成されている。位相シフタセグメント４０６Ｂ〜４１２Ｂは、任意の適切な長さで構成されてよい。さらに、位相シフタセグメント４０６Ｂ〜４１２Ｂは、任意の適切なデジタル電気駆動電圧を受けるように構成されてよい。実施形態においては、位相シフタセグメント４０６Ｂ〜４１２Ｂは、位相シフタセグメント４０６Ａ〜４１２Ａにおいて受信されるデジタル電気駆動信号と振幅が等しいが極性が逆のデジタル電気駆動電圧を受けるように構成されてよい。別の実施形態においては、位相シフタセグメント４０６Ｂ〜４１２Ｂは、異なる長さを有するようにしてよく、または対応するそれぞれの位相シフタセグメント４０６Ａ〜４１２Ａとは異なる駆動電圧で駆動するようにしてよく、デジタル電気駆動信号は、第１の導波路アーム４０４Ａと第２の導波路アーム４０４Ｂとの間で異なるようにしてよく、したがって有効ビット数は、アームの１つにおけるセグメントの数よりも大きく、アナログ変調の高次が実現されるようにする。さらなる実施形態においては、第２の導波路アーム４０４Ｂにおける位相シフタセグメントの数は、第１の導波路アーム４０４Ａにおける位相シフタセグメントの数と異なるようにしてよい。

同じ駆動アーム上のＬＳＢ位相シフタセグメントの２つ以上が同じ位相シフトセグメント長を有しており、異なるデジタル電気駆動電圧レベルが位相シフタセグメント４０６Ａ〜４１２Ａおよび４０６Ｂ〜４１２Ｂの少なくともいくつかに印加されるような構成においては、デジタル光変調器４００は、電気的クロストークの影響を低減することができる。デジタル光変調器４００の実際の位相シフト差は理論上の位相シフト差に近く、ＬＳＢの大きさに近い。ＭＳＢ位相シフタセグメントとＬＳＢ位相シフタセグメントとの間の電気的クロストークの影響は既存の光変調器と比較して顕著に低減される。

デジタル光変調器４００の実装形態は、マッハツェンダーシリコン光変調器、電気光学ポッケルス効果を示す材料（例えば、ニオブ酸リチウム）を用いたマッハツェンダー変調器、ＩＩＩ‐ＩＶ族半導体（例えば、リン化インジウムおよびヒ化ガリウム）を用いたマッハツェンダー変調器、シリコン‐ゲルマニウムを用いたマッハツェンダー変調器、ＩＩＩ‐ＩＶ族半導体を用いた電界吸収、シリコン‐ゲルマニウムを用いた電界吸収型変調器、および、反対の極性で駆動される２つの駆動されるアームを含むプッシュプル電極配置を備えた変調器を含んでよいが、限定されない。

図５は、６４‐ＱＡＭデジタル光変調器５００の実施形態の模式図である。デジタル光変調器５００は、図１におけるデジタル光変調器１１２と同様に構成されてよい。デジタル光変調器５００は、光およびデジタル電気駆動信号を受信し、光をデジタル電気駆動信号に従って変調し、光信号を変調光として、６４‐ＱＡＭコンスタレーションのような振幅と位相とのコンスタレーションで出力するように構成されている。デジタル光変調器５００は、６４‐ＱＡＭ信号を、それぞれの６つの位相シフタセグメント上に与えられる６‐ビットデジタル電気ワードを用いて符号化および出力するように構成されている。

デジタル光変調器５００は、導波路５０６と、位相シフタセグメント５０８Ａ、５０８Ｂ、５０８Ｃ、５０８Ｄ、５０８Ｅおよび５０８Ｆと、スタティック位相シフタセグメント５１０とを備える。デジタル光変調器５００は示したとおり構成されてよく、または任意の他の適切な態様で構成されてよい。導波路５０６は、光を第１端部５０２において受け、変調光を第２端部５０４において出力するように構成されている。導波路５０６は、光コンバイナおよび光スプリッタを用いて互いに光学的に結合された複数の光路を備える。導波路５０６は、複数の光路を介して、位相シフタセグメント５０８Ａ〜５０８Ｆおよびスタティック位相シフタセグメント５１０に光学的に結合される。位相シフタセグメント５０８Ａ〜５０８Ｆは、それぞれ、デジタル電気ワードのビットによって駆動される高速変調位相シフタセグメントとして構成されてよい。位相シフタセグメント５０８Ａ〜５０８Ｆは、位相シフタセグメント５０８ＡがＭＳＢであり、かつ位相シフタセグメント５０８ＦがＬＳＢとなるように構成されている。デジタル光変調器５００は、１つまたは複数のＬＳＢ位相シフタセグメントの長さ５１４が１つまたは複数のＭＳＢ位相シフタセグメントの長さ５１２より長くなり得るように構成されている。位相シフタセグメント５０８Ａ〜５０８Ｆはまた、ＬＳＢ位相シフタセグメントの２つ以上が同じ長さとなるように構成されてよい。実施形態においては、位相シフタセグメント５０８Ａ〜５０８Ｆは、ＭＳＢ位相シフタセグメントが２のべき乗の長さ縮小関係を用いるように構成され、それぞれの後の位相シフタセグメントは、前の位相シフタセグメントの長さの半分であり、ＬＳＢ位相シフタセグメントは２のべき乗の長さ縮小関係に従わない。実施形態においては、位相シフタセグメント５０８Ａ〜５０８Ｆは、ＭＳＢ位相シフタセグメントが同じデジタル電気駆動電圧を受け、かつＬＳＢ位相シフタセグメントが同じデジタル電気駆動電圧を受けないように構成されている。別の実施形態においては、ＬＳＢ位相シフタセグメントは、２のべき乗のデジタル電気駆動源の電圧低下関係を受けるように構成され、それぞれの後の位相シフタセグメントは前の位相シフタセグメントのデジタル電気駆動電圧の半分を受ける。ＬＳＢ位相シフタセグメントはまた、ＭＳＢ位相シフタセグメントより低いデジタル電気駆動電圧によって駆動されてよい。スタティック位相シフタセグメント５１０は、様々なコンスタレーションパターンを作成するために、所望の相対的位相および振幅の組み合わせにおいて、位相シフタセグメント５０８Ａ〜５０８Ｆの出力を組み合わせるように構成されている。

図６は、６４‐ＱＡＭコンスタレーションの実施形態のコンスタレーション図６００である。コンスタレーション図６００は、６４‐ＱＡＭのようなデジタル変調方式を用いてデジタル光変調器によって変調される信号の表現である。デジタル光変調器は、図２におけるデジタル光変調器２００、図３におけるデジタル光変調器３００、図４におけるデジタル光変調器４００、または図５におけるデジタル光変調器５００と同様に構成されている。軸６０２は同相（Ｉ）軸を表し、軸６０４は直交（Ｑ）軸を表す。コンスタレーション図６００は６４個のコンスタレーション点６０６を含む。各コンスタレーション点６０６はコンスタレーション図６００内の位置と一致する６ビット値と関連付けられている。

図７は、デジタル光変調器のための光変調方法７００の実施形態の流れ図である。方法７００は、光信号を変調光として生成するために光インターコネクト（例えば、図１における光インターコネクト１００）において実装される。導波路アームと複数の位相シフタセグメントとを備えたデジタル光変調器が得られる。導波路アームは、複数の位相シフタセグメントに電気光学的に結合されている。実施形態においては、デジタル光変調器は、図２におけるデジタル光変調器２００、図３におけるデジタル光変調器３００または図４におけるデジタル光変調器４００と同様に構成されている。ステップ７０２において、光が導波路アームによって受信される。ステップ７０４において、デジタル電気駆動信号が位相シフタセグメントの電極で受信される。例えば、デジタル電気駆動信号はバイナリワード、デジタルワードまたは位相シフタセグメントの電極に適用されるビット列である。デジタル電気駆動信号は、位相シフタセグメントの電極のすべてによって実質的に同時に受信されてよい。デジタル電気駆動信号は、２つ以上の駆動電圧レベルを含む。例えば、第１のデジタル電気駆動電圧レベルはＬＳＢ位相シフタセグメントに印加され、第２のデジタル電気駆動電圧はＭＳＢ位相シフタセグメントに印加される。第１のデジタル電気駆動電圧は、第２のデジタル電気駆動電圧レベルより低い電圧レベルであってよい。ステップ７０６において、光はデジタル電気駆動信号にしたがって変調される。位相シフタセグメントは、デジタル電気駆動信号に応じて、導波路アームの屈折率を変化させるように構成されている。導波路アームの屈折率を変化させることは光の屈折力の位相を変化させ、それにより変調光を生じさせる。変調光は、導波路アームおよびデジタル光変調器から放射される。

図８は、デジタル光変調器を製造するための方法８００の実施形態の流れ図である。実施形態においては、デジタル光変調器は、図２におけるデジタル光変調器２００、図３におけるデジタル光変調器３００、または図４におけるデジタル光変調器４００と同様に構成されている。ステップ８０２において、導波路アームを備えた基板が提供される。ステップ８０４において、複数の位相シフタセグメントが導波路アームに電気光学的に結合される。位相シフタセグメントは、ＭＳＢ位相シフタセグメントが２のべき乗の長さ縮小関係を用いるように構成され、それぞれの後の位相シフタセグメントが前の位相シフタセグメントの半分の長さであり、かつ、ＬＳＢ位相シフタセグメントが２のべき乗の長さ縮小関係に従わない。ＬＳＢ位相シフタセグメントの２つ以上が同じ長さである。さらに、位相シフタセグメントは、ＭＳＢ位相シフタセグメントが同じデジタル電気駆動電圧を受け、かつＬＳＢ位相シフタセグメントが同じデジタル電気駆動電圧を受けないように構成される。ＬＳＢ位相シフタセグメントは、２のべき乗のデジタル電気駆動源の電圧低下関係を受け、それぞれの後の位相シフタセグメントは前の位相シフタセグメントのデジタル電気駆動電圧の半分を受ける。このようにして、ＭＳＢ位相シフタセグメントに印加される電圧レベルより低い電圧レベルがＬＳＢ位相シフタセグメントに印加される。

本開示では、いくつかの実施形態が提供されるが、開示されたシステムおよび方法は、本開示の趣旨または範囲から逸脱することなく、多くの他の特定の形態で具体化され得ることが理解されるべきである。本実施例は、例示的で限定的でないとみなされるものであり、意図はここに与えられた詳細に限定されるべきでない。例えば、さまざまな要素または構成要素は別のシステムにおいて組み合わせられることがあったり、統合されることがあったりしてよく、またはある機能は省略されることがあったり、実装しないことがあったりしてよい。

加えて、個別または別個のものとして様々な実施形態において記載および説明された技術、システム、サブシステムおよび方法は、本開示の趣旨または範囲から逸脱することなく別のシステム、モジュール、技術または方法と組み合わせまたは統合してもよい。互いに直接的に結合されまたは通信するものとして図示および議論された他の用語は、電気的、機械的またはそれ以外であるかを問わず、なんらかのインタフェース、デバイス、または中間構成要素を介して間接的に結合されまたは通信してよい。変更、置換および修正は当業者によって確定可能であり、本開示の趣旨または範囲から逸脱することなくなされることができる。

Claims (20)

1. 複数の光路を含む導波路と、
   複数の位相シフタセグメントであって、各々が前記複数の光路から１つの光路に光学的に結合され、前記複数の光路内において搬送される光を変調し、電気駆動信号に応じて、変調光を生成するように構成され、前記複数の位相シフタセグメントの少なくとも２つが同じ長さを有する、複数の位相シフタセグメントと
   を備えたデジタル光変調器。
2. 前記複数の位相シフタセグメントの各々は、デジタル電気ワードにおけるビット位置に対応し、前記複数の位相シフタセグメントからの第１の位相シフタセグメントが前記デジタル電気ワードのための最上位ビット（ＭＳＢ）と一致し、かつ前記複数の位相シフタセグメントからの第２の位相シフタセグメントは、前記デジタル電気ワードのための最下位ビット（ＬＳＢ）と一致している請求項１に記載のデジタル光変調器。
3. 前記第２の位相シフタセグメントは、前記第１の位相シフタセグメントより長い請求項２に記載のデジタル光変調器。
4. 前記第２の位相シフタセグメントは、前記第１の位相シフタセグメントより低いデジタル電気駆動電圧を受けるように構成されている請求項２に記載のデジタル光変調器。
5. 前記変調光はデジタル情報を搬送する請求項１に記載のデジタル光変調器。
6. 第１端部および第２端部を含む第１の導波路アームと、
   前記導波路アームに光学的に同じ長さで結合される第１の複数の位相シフタセグメントの少なくとも２つを有する複数の第１の位相シフタセグメントと、
   前記第１端部および前記第２端部に光学的に結合される第２の導波路アームと
   を備えたデジタル光変調器。
7. 前記位相シフタセグメントの各々はビットに一致し、かつ、前記複数の位相シフタセグメントの前記少なくとも２つは最下位ビットに一致している請求項６に記載のデジタル光変調器。
8. 複数の電気接点をさらに備え、前記電気接点の各々は前記第１の複数の位相シフタセグメントの１つに結合され、かつ前記電気接点の少なくとも２つは異なるデジタル電気駆動電圧レベルを受けるように構成されている請求項６に記載のデジタル光変調器。
9. 前記異なるデジタル電気駆動電圧レベルは２のべき乗の電圧低下関係を用いる請求項８に記載のデジタル光変調器。
10. 前記第１の複数の位相シフタセグメントは２のべき乗の長さ縮小関係を用いない請求項６に記載のデジタル光変調器。
11. 前記第１の複数の位相シフタセグメントの第１の部分は２のべき乗の長さ縮小関係を用い、かつ前記第１の複数の位相シフタセグメントの第２の部分は２のべき乗の長さ縮小を用いない請求項６に記載のデジタル光変調器。
12. 前記第１の導波路アームは、前記第２の導波路アームと実質的に並行している請求項６に記載のデジタル光変調器。
13. 前記第２の導波路アームに電気光学的に結合された第２の複数の位相シフタセグメントをさらに備え、かつ、前記第２の複数の位相シフタセグメントの前記少なくとも２つは同じ長さである請求項６に記載のデジタル光変調器。
14. 光を第１端部において受信し、かつ変調光を第２端部において出力するように構成された第１の導波路アームと、
    第１の複数の位相シフタセグメントであって、同じ長さである前記第１の複数の位相シフタセグメントのうちの少なくとも２つを有し、前記第１の導波路アームに光学的に結合され、かつ前記光を変調し、デジタル電気駆動信号に応じて前記変調光を生じさせるように構成されている、第１の複数の位相シフタセグメントと
    を備えたデジタル光変調器。
15. 前記第１の複数の位相シフタセグメントの各々はビットと一致し、前記第１の複数の位相シフタセグメントの前記少なくとも２つは最下位ビットと一致している請求項１４に記載のデジタル光変調器。
16. 複数の電極をさらに備え、前記電極の各々は、前記第１の複数の位相シフタセグメントの１つに結合され、前記電極の２つ以上は異なるデジタル電気駆動電圧レベルを受けるように構成されている請求項１４に記載のデジタル光変調器。
17. 前記第１の複数の位相シフタセグメントの部分は２のべき乗の長さ縮小関係を用いる請求項１４に記載のデジタル光変調器。
18. 前記第１端部および前記第２端部において前記第１の導波路アームに光学的に結合される第２の導波路アームをさらに備えた請求項１４に記載のデジタル光変調器。
19. 前記第２の導波路アームはアイドルアームである請求項１８に記載のデジタル光変調器。
20. 前記第２の導波路アームに電気光学的に結合された第２の複数の位相シフタセグメントをさらに備え、前記第２の複数の位相シフタセグメントの少なくとも２つは同じ長さである請求項１８に記載のデジタル光変調器。

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