JP5059601B2 - Ｗｄｍ送信ネットワーク用クーラーレス集積回路および浮動波長グリッドフォトニック集積回路（ｐｉｃ） - Google Patents

Description

本発明は、概してフォトニック集積回路（ＰＩＣ）に関し、より詳しくは、ＷＤＭ送信器または受信器として動作する非冷却ＰＩＣに関し、また、信号チャネル間のスペクトル間隔が継続的に固定されたままである、信号チャネルの浮動波長グリッドによって動作するＰＩＣに関する。

（用語の定義）
本明細書をより十分に理解するために、本明細書全体にわたって用いられる特定の用語に関して、以下のように定義する。

用語「被変調ソース」は、外部変調器または、所与の波長で被変調信号を提供するあらゆる要素または要素群を備えた、直接変調されたレーザーおよび持続波（ＣＷ）レーザーを含む。これに関連して技術的に用いられるように、用語「外部」とは、レーザーから「独立または分離している」ことを意味し、変調器は、レーザーと同じ基板上に集積された機器である。

レーザーまたはレーザーソースは、同じ要素である。

「構成要素」と同義である「要素」は、ＰＩＣ上で機能を実行するフォトニック集積回路（ＰＩＣ）上に集積される、あらゆるアクティブまたはパッシブの光学装置を意味する。要素の例には、これに限定されないが、レーザー、変調器、ＰＣＥ、ＭＦＥ、または、固定入損失を有する要素が挙げられる。この固定挿入損失は、バイアス、導波管、コンバイナまたはデコンバイナ、カプラー、あるいはスプリッタで固定または設定できる。

「ＷＤＭ」という記述は、「ＤＷＤＭ」および「ＣＷＤＭ」を含むことを意図するものである。用語「チャネル」または「信号チャネル」は、Ｎ個の信号チャネルがある場合に、Ｎ個の被変調ソースが存在するように、一般的にＰＩＣチップ上の被変調ソースを指す。本説明における回路集積レーザーソース／変調器信号チャネルは、名目上、レーザーソースおよびその関連する変調器を指し、これらが一緒になって被変調ソースを備え、被変調信号の出力を提供する。この文脈では、このようなチャネルは光導波路としても機能する。

本出願書の説明に用いられる「アクティブ領域」は、当業者に公知のように、キャリアの再結合が生じる半導体装置内の領域を意味する。この領域は、あらゆる関連する光封止層とともに単一の半導体のアクティブ層または複数の半導体層を備えることがある。

「チャネル」は、単一チャネルのＥＭＬまたは複数チャネルのＰＩＣにおける光信号チャネルの導波管経路を意味し、光信号の伝播のための被変調ソースまたは光検出器（ＰＤ）のような他のアクティブな要素を最小限に含み、フォトニック集積回路（ＰＩＣ）において、ＰＩＣ全体のアレイに形成されたＮ個の信号チャネルが存在し、Ｎが２以上であり、および／またはＥＭＬにおいてＮが１である。

「コンバイナまたはデコンバイナ」は、波長選択性コンバイナまたはデコンバイナ、および自由空間コンバイナまたはデコンバイナを意味する。「波長選択性コンバイナまたはデコンバイナ」は、波長チャネル信号の波長識別コンバイナまたはマルチプレクサである。「自由空間コンバイナ／デコンバイナ」は、異なる波長チャネル信号の結合に関する波長無識別のコンバイナである。より詳しくは、波長選択性コンバイナからの出力（ｄＢ）は、

で定義することが可能であり、ここで、Ｐ_ｉはコンバイナへの光入力強度、Ｎは出力数、またＩＬは挿入損失ファクターである。自由空間コンバイナの場合は、一般に

で定義され、ここで、Ｐ_ｉはコンバイナへの光入力強度、Ｎは入力数、ＩＬは挿入損失ファクターである。出力強度の差異が、主要な差異であることは容易に理解されよう。波長選択性コンバイナ／デコンバイナの例には、これに限定されないが、アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）、エシェル格子、カスケード式マッハツェンダ干渉計、準波長選択性スターカプラーまたは楕円超格子が挙げられる。自由空間コンバイナ／デコンバイナの例には、これに限定されないが、マルチモード干渉（ＭＭＩ）カプラー、自由空間カプラー、スターカプラー、または多モード接続領域を備えたあらゆる光カプラーが挙げられる。

本説明に用いられているように、フォトニック集積回路（ＰＩＣ）は、シリコン素子を含むあらゆる半導体装置であってよく、光回路に集積される少なくとも２つの要素を有する。したがって、ＰＩＣは、パッシブまたはアクティブの、回路内に形成される、ＥＭＬ、ＴｘＰＩＣ、ＲｘＰＩＣまたは複数の要素を有するあらゆる他の回路とすることができる。

「レーザー発光波長」は、１つまたは複数のレーザーの発光出力波長を意味する。

「アクティブ領域波長」とは、フォトニック集積回路（ＰＩＣ）に形成された単一のチャネル内の要素のアクティブ領域におけるフォトルミネセンスピークまたはゲインピークを意味し、その例には、レーザーソースのアクティブ領域、変調器、光検出器のような監視要素、あるいは、半導体光増幅器（ＳＯＡ）、可変光減衰器（ＶＯＡ）、または組み合わせＳＯＡ／ＶＯＡ装置のような可変ゲイン／損失要素のような出力変更要素（Ｐｏｗｅｒ Ｃｈａｎｇｉｎｇ Ｅｌｅｍｅｎｔ；ＰＣＥ）が挙げられる。

「スペクトル間隔（Δλ）」は、フォトニック集積回路（ＰＩＣ）内の隣接する信号チャネル間の、または離散的被変調ソース間のレーザー発光波長の差を意味する。

「レーザー離調オフセット」は、信号チャネルのための、レーザー発光波長とレーザーアクティブ領域波長との差を意味する。

「正の波長の離調」または「正に離長された波長」は、ゼロよりも大きいレーザー離調オフセットを意味する。本明細書で使用されているように、「正の波長の離調」はまた、ＰＩＣの製造において、対象とする正に離長された波長は、最終的に数ナノメートル分わずかに負に離調される場合があるので、わずかに負の波長の離調、すなわちゼロ未満の離調を含むこともできる。

「レーザー変調器の離調」は、レーザー発光波長と、同じ信号チャネルに対する変調器アクティブ領域波長との差を意味する。

「動作ウィンドウ」は、レーザーソースチャネル発光波長の範囲を意味し、その範囲にわたって、ＰＩＣの特定の規定されたアプリケーションに対する、被変調ソースの損失性能は許容可能であり、ビットエラーレート（ＢＥＲ）性能も許容可能である。

「ＰＣＥ」は、要素を介して光を伝播する出力レベルを変化させるフォトニック集積回路（ＰＩＣ）の１つ以上のチャネルに集積される、出力変更要素（出力変化要素または固定損失要素）を意味する。ＰＣＥの例には、光検出器、半導体光増幅器（ＳＯＡ）、可変光減衰器（ＶＯＡ）、ＺＯＡとも称される組み合わせＳＯＡ／ＶＯＡ、Δ−βカプラー、干渉計アーム間の光スプリットの段階を変化させるマッハツェンダ干渉計、信号チャネル内に形成される所定の長さの吸収領域の配置が挙げられる。

複数の被変調ソースの波長グリッドはまた、コンバイナまたはデコンバイナの波長グリッドと同様に、「波長コム（ｃｏｍｂ）」とも称される。

「スルーレート（ｓｌｅｗ ｒａｔｅ）」は、どのくらい速く波長グリッドが移動するか、またはクーラーレスである（加熱された）周囲における周波数が変化するか、に関するレートとして定義され、ｎｍ／℃またはＧＨｚ／℃で測定される。一例として、本明細書で述べられるＴｘＰＩＣに関して、周囲がほぼ室温乃至約７０℃の場合であれば、レーザーソースのスルーレートは約１６．５ＧＨｚ／℃である。

（関連技術の説明）
これまで、長距離光通信の場合、光送信器は、主に光学的にファイバ接続されたディスクリート半導体レーザーソースと、離散外部変調器とを備えていた。ほとんどの場合、レーザーソースにはＤＦＢレーザーが選択され、変調器にはマッハツェンダリチウムニオブ酸塩変調器が選択されている。最近では、同一基板上に集積された、モノリシックＤＢＲまたはＤＦＢレーザー／電界吸収（ＥＡ）変調器（ＥＡＭ）を備えた、これらの２つの構成要素を集積したものが市販されるようになった。ほとんどの場合、レーザーソースにはＤＦＢレーザーが選択されている。これらの装置はまた、ＥＭＬ（電界吸収変調器／レーザー）とも称される。ＥＡ変調器とＤＦＢまたはＤＢＲレーザーのような単一周波レーザーとをモノリシックに集積することが非常に望ましい。ＥＡ変調器のような外部で変調されるレーザーソースは、それらの固有の低静的チャープから、直接変調されるレーザーソースよりも魅力的である。これらのＥＭＬは、以下の点において、上述の離散レーザー／変調器を超える利点を有する。（１）レーザーと変調器との間の結合または挿入損失が減じられるか、またはごくわずかであり、安定した信頼性の高い変調ソースを達成する。（２）レーザー／変調器インターフェースまたは変調器面からのフィードバック反射の少なくとも一部による、レーザーチャープは、無視できないにしても減じられる。（３）集積装置などの製造コストがより低い。

ＥＭＬは、概して、装置のアクティブ領域内に多量子ウェル（ＭＱＷ）を用いる。しかし、これらの集積装置の製造における問題点は、変調部のＭＱＷには、レーザー部のＭＱＷよりも広い有効バンドギャップが必要なことである。これは、集積されたレーザー部および変調部が、共通のアクティブ領域を有する場合に困難になりうる。

電界吸収変調器／レーザー（ＥＭＬ）装置は、現在、最大１０Ｇｂ／ｓのビットレートを有する光送信ネットワーク用の送信システムに導入されている。これらの装置は、概して、集積ＤＦＢレーザーおよび電界吸収変調器であり、それらの集積化によって性能を向上させ、パッケージコストを低減している。変調器における性能の向上は、高消光比および低チップ特性の達成によって増大される。ＥＭＬ内の導波管のコアまたは被変調ソースのアレイは、ＡｌＩｎＧａＡｓの多量子ウェル（ＭＱＷ）であることが好ましく、ＩｎＧａＡｓＰのＭＱＷすなわちＰＱのＭＱＷに対してＡＱのＭＱＷと略し、高温でのレーザー性能を向上させる。例えば、非特許文献１を参照のこと。この論文では、０℃乃至８５℃の温度範囲にわたって平均出力および変調器の消光比を適正に保持することによって、その温度範囲を非冷却で動作する、ＡＱ双導波管を備えた１０Ｇｂ／ｓ、１３１０ｎｍのＥＭＬを報告している。双導波管の配置には、ＤＦＢレーザーとＥＡＭとの間に、更なる成長ステップおよび良好かつ高収率−再生可能な結合機構が必要である。より簡単な手法は、レーザーおよび変調器のための単一のアクティブ領域／導波管コアであるが、従来技術で認識されているように、変調器からレーザーへの後方反射が問題になりうる。しかし、これは対処することができる。１５５０ｎｍレーザーは、例えば、レーザーが載置される熱電クーラー（ＴＥＣ）によってすべてが冷却されている。

現在のいくつかのＥＭＬでは、ＤＦＢレーザー格子は、正の離調と称され、場合によってはわずかに負に離調されることもある、アクティブ領域材料のゲインピークの波長よりも長い格子周期を有するように構成される。

非特許文献２では、（例えば、２５℃または室温に）冷却された、複合結合のＡＱアクティブ領域／導波管を備えた１５５０ｎｍレンジのＥＭＬを発表している。したがって、１．５μｍのＡＱのＥＭＬは公知であるが、非冷却では動作せず、すなわち、熱電クーラー（ＴＥＣ）を備える。

室温以上および以下の広い温度範囲にわたって動作することができ、当該の温度範囲にわたって実質的に一様な出力を提供する、非冷却の１５００ｎｍレンジのＥＭＬが望まれる。

全て２００２年１０月８日に出願され、本明細書の譲受人が所有する、特許文献１〜４を参考として、その全体が本明細書に援用される。これらの出願書では、最初のフォトニック大規模集積回路（Ｐ−ＬＳＩ）ベースのフォトニック集積回路（ＰＩＣ）を開示している。これらのチップ内に形成される、ＩｎＰベースの光送信フォトニック集積回路（ＴｘＰＩＣ）は被変調ソースのアレイを備えるが、直接変調レーザー（ＤＭＬ）の集積アレイ、または対応する、ＥＡＭのような光学的に接続された、集積電気光学変調器（ＥＯＭ）を備えたレーザーソースの集積アレイであってよい。いずれの場合も、レーザーソース、例えばＤＦＢレーザーまたはＤＢＲレーザーのアレイを含む。それぞれのレーザーソースは、ＩＴＵグリッドのような標準化された波長グリッドの波長にそれぞれ設定される、異なる波長で動作する。したがって、各レーザーソース／変調器（「被変調ソース」とも称され、当該の信号チャネル内に直接、被変調レーザーを含むことを意図する）からの被変調信号のそれぞれは、他の信号チャネルとは異なる周波数を有する、全てが単一のチップ上に集積された、信号チャネルである。チャネル信号は、集積光コンバイナへの入力として提供され、コンバイナは、波長選択性コンバイナまたはアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）、エシェル格子、カスケード式マッハツェンダ干渉計、または準選択性波長スターカプラーのようなフィルタであってよい。一方では、光コンバイナは、出力カプラー、スターカプラー、またはＭＭＩカプラーであってよい。上述のコンバイナの例は、上述の組み込まれた特許出願、特に上記の特許文献１に見ることができる。

ＩｎＰベースの光受信フォトニック集積回路、すなわちＲｘＰＩＣは、多重化信号のための入力を有する半導体チップを備え、信号は、オフチップＥＤＦＡによって、またはオンチップ光増幅器によって最初に増幅される。次いで信号は、オンチップデコンバイナまたはフィルタによって逆多重化することが可能であり、デコンバイナからの複数の出力導波管は、ＰＩＮフォトダイオードのようなオンチップ集積光検出器のそれぞれに接続される各導波管の終端を有する、複数の異なる被変調光信号を備える。光検出器からの光電流信号は、光電流のそれぞれを光信号の電気的な表現である電圧信号に変換するための、トランスインピーダンス増幅器（ＴＩＡ）に提供される。当該のＴＩＡは、ＲｘＰＩＣチップの集積部分とすることが可能である。ＲｘＰＩＣチップに関する更なる詳細および例は、特許文献２に開示されている。

電気通信サービス供給装置メーカーによって今日利用可能な、従来の高密度波長分割多重（ＤＷＤＭ）通信システムでは、大量の熱の発生が一般的であり、これらのシステムのサイズ、出力、およびコストの低減に対する主な制限となっている。複数の機能を単一の半導体チップに組み込んだ、上述のＥＭＬ、ＴｘＰＩＣ、ＲｘＰＩＣのようなモノリシックに集積されたフォトニック装置は、光送信モジュールの全体的な所要電力を大幅に低減することができる。この種のフォトニック集積回路（ＰＩＣ）における大規模集積化は、全体的な電力、重量、サイズ、およびコストにおける大幅な低減によって、大幅に機能を向上させる。集積化によって、消費電力の低減が立証されてきたが、これらＰＩＣチップの冷却に用いられる熱電クーラー（ＴＥＣ）またはペルチェクーラーは、指定された温度での動作のために冷却される１つまたは複数のチップ自体の４倍乃至１０倍もの電力を消費しうる。このようなクーラーの使用による大量の電力消費は、大規模集積デバイスのデバイスパワー要求に対してなされた改善効果を著しく減じることになる。さらに、ＴＥＣで追加的に電力が使用されると、要求されるヒートシンクのサイズ、重量、およびコストは、しばしば指数関数的に増加する。したがって、技術的な課題とともに、このようなＰＩＣにおけるＴＥＣの要求を解消するという主要な理由がある。

非冷却ＤＷＤＭ光送信器の実現における主要な課題は、複数のオンチップレーザーダイオードの動作波長の制御である。ＤＷＤＭは、送信器の波長の正確な制御を意味するが、ＴｘＰＩＣ内の環境温度の変化は、例えば、本質的にはオンチップレーザーダイオード送信器の波長の変化にも作用する。本発明の目的は、性能を最適化し、これらの半導体が非冷却で連続的に動作できるように、光トランスポンダまたは送受信モジュール内のＥＭＬ、ＴｘＰＩＣ、またはＲｘＰＩＣのようなＰＩＣの高機能な制御を提供する、斬新な検出スキームおよび適応型アルゴリズムとともに、新しく飛躍的なＤＷＤＭシステムの方法を展開することである。満足な品質のデータ送信を確保するために、送信器のチャープのような高速性能パラメータの制御も必要である。
米国特許出願第１０／２６７，３３１号明細書（米国特許公開第２００３／００９５７３７号明細書） 米国特許出願第１０／２６７，３０４号明細書（米国特許公開第２００４／００３３００４号明細書、 米国特許出願第１０／２６７，３３０号明細書（米国特許公開第２００３／００９５７３６号明細書）、 米国特許出願第１０／２６７，３４６号明細書（米国特許公開第２００３／００８１８７８号明細書） Ｍ．Ｒ．Ｇｏｋｈａｌｅら、「Ｕｎｃｏｏｌｅｄ，１０Ｇｂ／ｓ １３１０ｎｍ Ｅｌｅｃｔｒｏａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｌａｓｅｒ」、Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅｓ ＆ Ｅｘｐｏｓｉｔｉｏｎ（ＯＦＣ２００３）、締め切り後（ＰＤ）ペーパー４２、ｐ１〜３、２００３年３月２３日〜２８日 Ｒａｎｄａｌ Ａ．Ｓａｌｖａｔｏｒｅら、「Ｅｌｅｃｔｒｏａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｌａｓｅｒ ｆｏｒ Ｌｏｎｇ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｓｐａｎｓ」、ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、第２８巻（２）、ｐ４６４〜４７６、２００２年５月

本発明の目的は、本技術における上述の問題を取り除くか、または実質的に低減することである。

本発明の更なる目的は、冷却を必要とせずに所要の性能基準を満たすＰＩＣを提供することと、廉価なパッケージングを提供することである。なぜなら、高価なＴＥＣ（熱電クーラー）のようなパッケージ化されたクーラーが不要で、密封パッケージのための要件が、排除できないにせよ、実質的に軽減されるためである。

本発明の別の目的は、室温より高い高温における動作のために、ＰＩＣ内に集積されたレーザーのアレイを提供することである。さらに、アレイ内の各レーザーは、各レーザーから出力される光信号がある周波数間隔だけ互いに離れた対応する周波数を有するようにヒーターを用いてチューニングされる。

本発明の別の目的は、広範な比較的高い温度範囲にわたる動作のためにＰＩＣを提供することである。例えば、この温度範囲は、これに限定されないが、約−２０℃乃至ほぼ１００℃未満、より詳しくは、約２０℃乃至約７０℃の範囲である。

本発明の別の目的は、ＥＭＬのアレイまたはＰＩＣ内のレーザーソースのアレイのように、温度制御されていないレーザーの集積化アレイのアレイを提供することである。これは、レーザーレイの光出力を有する波長のコムは、温度動作範囲内でドリフトすることができるようにするためである。しかし、アレイ内の隣接するレーザー間の波長間隔は、一定の値に保持される。すなわち、レーザーアレイの波長のコムは、アレイのレーザーの中のそのような間隔が均一でも不均一でもよい固定周波数間隔にロックされる。

本発明の別の目的は、送信された浮動波長のコムの固定間隔を介した信号チャネルの逆多重化および識別に応じて、信号波長の浮動グリッドを識別するための適応型光受信器を提供することである。信号チャネルを表すそれぞれの浮動波長をチューニングさせ、信号波長の浮動グリッドをトラッキングし、一方で、それぞれのチャネル信号は、光受信器において光ドメインから電気ドメインに変換される。

本発明の別の目的は、フィードバックシステムの提供である。このシステムは、隣接するレーザーソース間の固定波長間隔によって、ＰＩＣ上の集積レーザーソースのアレイの波長のコムを監視およびロックし、一方で、ＰＩＣの周囲温度を広い温度動作範囲にわたって変化させるので、それらの固定チャネル間隔による固定グリッドによって、個々のレーザーソースの動作波長を、温度動作範囲にわたって温度とともに変化させることが可能である。

本発明の別の目的は、波長検出器を提供することである。この検出器は、ＴｘＰＩＣまたはＥＭＬ内のレーザーソースのようなアクティブまたはパッシブ装置からの出力信号波長、またはＲｘＰＩＣ内の波長選択性デコンバイナからの出力信号波長を検出するために用いられる、フォトニック集積回路またはＰＩＣ内に集積される。

他の目的は、本発明の残りの説明を通して明らかになろう。

（発明の概要）
本発明によれば、ＥＭＬ、ＴｘＰＩＣ、およびＲｘＰＩＣのようなＰＩＣは、広い温度範囲にわたって非冷却で動作することができるので、長距離、メトロ、ＷＡＮ、またはＬＡＮでの使用に関わらず、光伝送ネットワークまたは光通信ネットワークにおける光トランスポンダモジュールまたは光送受信モジュールのための使用において、密封パッケージおよび付属のクーラーを備えたＴＥＣサブマウントのような高価なパッケージングを、排除できないにせよ、多くの場合抑制することができる。非冷却ＷＤＭ送信器を実現するための主要な課題は、動作波長の制御であり、今日知られているように、ＤＷＤＭシステムなどにおいて、送信波長の正確な制御を意味し、一方で、送信器の波長を変化させるために、温度における環境の変化が本質的に機能することである。本発明は、斬新な検出スキームおよび適応型アルゴリズムによって、新しいＤＷＤＭシステムの方法を目的とし、その性能を最適化し、ＤＷＤＭシステム内の光送受信器が非冷却で動作するために、ＰＩＣの高機能な制御を提供する。送信器のチャープのような高速動作のパラメータの制御は、満足な品質データが実現されることを、依然として継続的に確保する。

本発明の別の重要な特徴は、ミッドスパン光熱交換器またはリピータ（ＯＥＯ再生）として、または光送信器の動作波長が浮動であるミッドスパンのアッド／ドロップ／パススルーモジュールとして、光送信ネットワーク内の端子端部に配置するための光送信器および光受信器の提供である。すなわち、動作波長は、標準化されたグリッド上の波長に近似するように保持されず、むしろそれぞれが温度の上下によって、より高くまたは低く移動するが、光送信器群の波長グリッドは同じままであり、例えば、５０ＧＨｚ、１００ＧＨｚ、または２００ＧＨｚの間隔で一定に保持される。この原理は、光送信器に離散レーザーおよび外部変調器を用いたもの、または光受信器において光検出器を用いたもの、およびチャネルＥＭＬを用いたものなどのように、今日導入されている現在の従来のトランスポンダにも同様に適用することができる。

したがって、本明細書で開示されるように、複数の波長の信号チャネルの浮動波長グリッドの概念は、ＥＭＬまたはＰＣＩだけに適用可能なだけではなく、ＩＴＵグリッドのような所定の、または既定の波長グリッドに近似するように送信チャネル波長を保持するための大型冷却システムを有する、今日のトランスポンダにも同様に適用可能である。したがって、本発明は、今までに十分確立された規格から大きく、また前例のないほど離脱する。今までの規格では、ネットワークチャネルの信号発生器における個々の光送信器の波長動作を、Ｃ帯域の波長のような波長グリッドに沿った指定された波長位置のわずかナノメートルほどの範囲に保持される必要がある。その代わりに、各レーザーから出力される光信号の波長は温度とともに変化し得るが、波長の間隔は固定のままである。波長はＣ帯域またはＬ帯域などの他の帯域内で変化し得る。この接続において、全ての信号チャネル間の固定間隔は、一様または同一にすることが可能である。または、送信波長の浮動波長グリッド全体の隣接する信号チャネル間の波長間隔が、継続的かつ実質的に固定されたままであれば、他の信号チャネルよりも広い間隔を有する信号チャネル、または特別な関係で単調に増減するような、所定のパターンの範囲内で不均一にすることができる。

本発明の別の特徴は、１つまたは複数のクーラーレス半導体電界吸収変調器／レーザー（ＥＭＬ）、または光送信ＰＩＣ（ＴｘＰＩＣ）のようなフォトニック集積回路（ＰＩＣ）内に集積された被変調ソースのアレイを提供することである。各ＥＭＬは、電界吸収変調器（ＥＡＭ）またはマッハツェンダ変調器のような、ＣＷ動作のレーザーソースおよび電気光学変調器を備え、ＣＷ動作のレーザーソースによって発生された光を、形成された導波管コアを介して導くために、ＥＭＬまたはＰＩＣに形成されたときに、アクティブ領域が、四次構造ＡｌＧａＩｎＡｓ（ＡＱ）を含み、１つまたは複数のレーザーソースは、アクティブ領域材料の天然フォトルミネセンス（ＰＬ）ピークまたはゲインピークに対して正に離調される。ＥＭＬまたはＴｘＰＩＣは、周囲の冷却を必要とせずに、広い温度範囲にわたって動作することができ、また、広い温度範囲、特に、ほほ室温乃至１００℃未満、より詳しくは、約２０℃乃至７０℃から８５℃の範囲のような、広い高温範囲にわたって、実質的に均一な出力およびレーザーの閾値電流を提供することができる。

本発明の別の特徴は、２つ以上の集積要素を備えたＩｎＰベースのＰＩＣのようなＩＩＩ−Ｖ族ベースのＰＩＣ（例、ＥＭＬ、ＴｘＰＩＣ、またはＲｘＰＩＣ）を提供することであり、固定動作点を保持するために、またはＰＩＣの動作条件を設定するために、ＰＩＣのクーラーおよびヒーターを用いることなく動作する。ＰＩＣのヒーターは、レーザー、変調器、半導体光増幅器（ＳＯＡ、可変光減衰器（ＶＯＡ）、波長選択性コンバイナ／デコンバイナまたはフィルタ、またはＰＩＣ内に集積された他の出力変更要素（ＰＣＥ）のような、ＰＩＣ上の少なくとも１つの要素に適用される。

本発明の更なる特徴は、同様にＰＩＣ上に集積された１つ以上の要素からの出力波長を検出するための、集積波長検出器を備えたＰＩＣである。この点に関して、検出器は、波長安定化または波長グリッド安定化のための集積波長ロッカーとして用いることが可能である。したがって、この特徴は、他の集積ＰＩＣ要素とともにＰＩＣ内に集積された、集積波長制御要素を備えたＰＩＣを備える。当該のＰＩＣは、クーラーレス（加熱）か、またはＴＥＣのようなクーラーによって動作することができる。

本発明の完全なる理解とともに他の目的および実現は、添付図面（種々の図面において類似した参照符号は類似した要素および特徴を示す）とともに取り入れられた以下の説明および請求項を参照することによって明らかになり、また理解されるであろう。図面は、本発明の原理を示すことに重点を置くことによって、必ずしも一定の縮尺ではない。

種々の図面において類似した参照符号は類似した要素および特徴を示す。

図１乃至３を参照する。これらの図は、本発明を備えたクーラーレス電界吸収変調器／レーザーまたはＥＭＬ１０の形態のクーラーレスＰＩＣを対象とする。ＥＭＬ１０は、モノリシック形態で、集積レーザーソース１２と、電界吸収変調器（ＥＡＭ）１４と、を備える。レーザーソース１２は、ＤＦＢまたはＤＢＲレーザーであってよいが、この実施態様ではＤＦＢレーザーが好ましい。ＥＭＬ１０は、図３に示されるように、浅いリッジの導波管３６を備える。しかし、このリッジは、深いリッジの導波管、リブロード（ｒｉｂ−ｌｏａｄｅｄ）導波管、または埋設へテロ構造導波管とすることもできる。

本発明の目的に関して、変調器１４は、その一例が上記の組み込まれた特許出願第１０／２６７，３３１号に開示される、マッハツェンダ変調器（ＭＺＭ）であってもよい。ＭＺＭは、その帯域端付近で動作しないものか、または帯域端ＭＺＭ、すなわちその帯域端で動作するものであってよい。

図２および３に示されるように、クーラーレスＥＭＬ１０は、ＭＯＣＶＤなどによって、ｎ−ＩｎＰバッファ層（図示せず）、ｎ−ＩｎＰ封止層１８、続けてＩｎＧａＡｓＰ（「ＰＱ」）またはＡｌＩｎＧａＡｓ（「ＡＱ」）とすることが可能な四次構造（「Ｑ」）格子層２０をエピタキシャル堆積した、ｎ−ＩｎＰタイプまたは半絶縁性（ＩｎＰ：Ｆｅ）基板を含むことが可能である。ＤＦＢ格子２２は、従来から公知であり、業界で実施されるように、レーザーソース１２の領域内のＱ格子層２０内に形成される。示される構造は、ｎ−ＩｎＰ平坦化／分離層２４をさらに含み、続けてＡＱ、すなわちＡｌＩｎＧａＡｓを含むアクティブ層２６を含む。ＡｌＩｎＧａＡｓは、バルク層であってよいが、例えば約４つ乃至６つの量子ウェルとすることが可能な複数の量子ウェルおよびバリアであることがより好ましい。非意図的にドープした（ＮＩＤ）ＩｎＰの任意の平坦化層２８は、ＩｎＰ、ＡｌＩｎＡｓ、ＩｎＡｌＧａＡｓ、ＩｎＡｌＡｓＰ、またはＩｎＡｌＧａＡｓＰの光ＮＩＤ層３０を備え、付け加えることが可能であり、浅いリッジの導波管３６を形成するストップエッチ層として機能するように成長させる。この後には、ｐ−ＩｎＰ封止層３２および、周知のように、ｐ^＋＋−ＩｎＧａＡｓのコンタクト層３４が続く。

上記ではＩｎＰベースのレジームを例示したが、ＧａＡｓベースのレジームを含む他のＩＩＩ−Ｖ族のレジームを用いてもよい。

適切な分離メタライゼーション（図示せず）は、その接触が分離領域３５によって分離される、コンタクト層３４の表面に形成される。分離領域３５は、例えば従来技術で公知のように、溝またはイオン注入であってよい。ｎ−コンタクトメタライゼーション（図示せず）は、基板１６の底面に提供される。

アクティブ領域２６内に形成される導波管コアは、ＤＦＢレーザーソースの高温動作を提供し、同様に、可能なレーザー発光波長の帯域幅に対して、特にマルチチャネル／複数波長ＰＩＣに対してより広い変調器ウィンドウを提供する、ＡｌＩｎＧａＡｓ、すなわちＡＱであることが好ましい。レーザーソース１２は、十分に正に離調される。すなわち、ＤＦＢレーザー１２の格子ピッチ２２は、レーザーが、ゲインピークまたはアクティブ領域２６のＰＬピークのより長い波長側で動作するように選択される。この離調は、レーザーの性能が、より広い温度範囲にわたって実質的に均一であるようにし、特にレーザーゲインは、動作または周囲温度の増加によって保持されるか、またはある程度増加する。レーザー１２は、例えば、ゲインピークから６０ｎｍ乃至１００ｎｍの範囲で、ある波長で動作するように作られる。その波長は、変調器のＡＱのアクティブ導波管コアにより吸収される光子のエネルギーに近いエネルギーを有する。すなわち、ＥＡＭ１４の送信波長に関するレーザー１２の放出波長に対するレーザー変調器の離調は、長波長へとシフトされる。レーザーソース１２の動作における広いゲインスペクトラムは、歪ませた複数の量子ウェル層をレーザーのアクティブ領域２６に用いることによって得られる。ＥＡＭ１４での負のチャープレジームの配置に加えて、このＤＦＢレーザー１２の離調は、高分散ファイバを通じた光信号の拡張送信を可能にする、初期の被変調パルス圧縮を提供するので、当該のファイバの比較長さにわたってより低いＢＥＲがもたらされる。レーザー出力およびレーザー閾値電流は、それぞれ図４および５のグラフに示されるように、非常に広い温度範囲にわたって大きく変化しない。図４および５のグラフのデータは、複数のＥＭＬのＰＩＣ、特に６０個の当該の装置の平均結果である。図４の曲線３８に関する結果から、これらの装置の出力が１４ｍＷ乃至１５ｍＷの間で変化すること、すなわち、１５℃乃至４０℃の動作温度範囲にわたって約１ｍＷ以内であることがわかる。同様に、図５に示されるように、曲線３９に関して、閾値電流は、この温度範囲にわたって約５ｍＡしか変化していないことがわかる。したがって、ＥＭＬ１０が、ＡＱのアクティブ領域で作られ、レーザーの放出波長がアクティブ領域の波長に対して正に離調され、またレーザーの放出波長が広く提供された変調器の動作ウィンドウ内にある場合、いかなる周囲冷却も用いずに、約２５℃の温度範囲にわたって、実質的に均一な主力およびレーザー閾値電流が得られることがわかる。

また、ＥＡＭ１４およびレージング（ｌａｓｉｎｇ）波長の離調（レーザー変調器の離調）が減じられるので、周波数のチャープ特性が向上し、より低いＢＥＲがもたらされる、という更なる利益が得られる。

さらに、正の離調を低減したレーザーソース１２は、ＰＬピークの方へシフトし、ＰＬピークも、装置温度の上昇によって離調されたレーザーの動作波長の方へシフトする。したがって、ＥＭＬのＰＩＣ１０の周囲温度の上昇は、ＤＦＢレーザー１２のアクティブ領域２６の帯域ギャップのシフトをもたらす。上述のように、最終的な出力およびレーザー閾値電流は、図４および５の結果からわかるように、広い動作温度範囲にわたって、ほとんど変化しないままである。ＥＭＬ１０の周囲温度が上昇するとき、レーザーゲインは、例えば、一般的に約０．１６ｎｍ／℃のレートで、ＰＬピークの方へ移動し、同様に、ＰＬスペクトラムは、例えば、一般的に約０．５ｎｍ／℃のレートで、正に離長されたレーザー発光波長の方へ移動し、レーザー温度の上昇によるレーザーゲインの上昇という最終結果を伴う。したがって、ＥＭＬ１０が加熱されると、レーザーの動作ゲインは、フォトルミネセンス（ＰＬ）ピークの方へ増加し、一方で、本明細書に述べられる属性を持たない大部分の他のレーザーの正味効果は、レーザーゲインが温度の上昇によって減少する。当該のレーザーは、通常はフォトルミネセンスピークに同調させるか、または負に離調させるので、温度の上昇によって、より高い温度でのレーザーゲインが低下する。したがって、レーザー／変調器の波長互換性の提供において、およびＥＭＬのＰＩＣの動作温度が上昇したときに、ゲインを増加または少なくとも安定させることができることにおいて、正の離調は、本発明の重要な一側面である。

図１乃至３の実施態様に提供することが可能な更なる特徴は、図６に示されるように、ヒーター３３のＥＭＬのＰＩＣ１０への追加である。ＰＩＣのアクティブ要素の近傍にヒーター３３を備えることによって、ＥＭＬのＰＩＣ１０Ａの温度エクスカーションを最小限に抑える。図６に示されるように、ＥＭＬのＰＩＣ１０Ａは、集積電気光学要素１２および１４両方の側面に沿って、帯状ヒーター３３を備える。帯状ヒーター３３は薄膜ヒーターであり、ＥＭＬのＰＩＣ１０Ａの上面に堆積されるＰｔ／Ｔｉ二層、Ｗ層、Ｐｔ膜、Ｃｒ膜、ＮｉＣｒ膜、ＴａＮ膜および当該の帯状またはバルクヒータを作るための公知の他の材料であってよい。

ＤＦＢレーザー１２は、例えば、約３０℃乃至約７０℃の間の４０℃の温度範囲にわたって動作可能なように構成される。上述のように、レーザーは、一般に約０．１６ｎｍ／℃で動作波長を増加させるので、それらの動作波長を、この温度範囲にわたって、約４ｎｍの同調可能な波長範囲内で変化させることができる。本明細書において、図６のヒーター３３は、特に加熱レーザー１２に関連してＥＭＬのＰＩＣ１０Ａを、レーザー１２の最高動作温度に加熱するように配置される。次いで、周囲温度は、レーザー１２の温度を監視するためのサーミスタを備えた、監視回路を介して監視される。最高動作温度はまた、ＤＦＢレーザー１２の所望の動作波長のウィンドウ内でもある。特定の一例として、レーザー１２の動作温度範囲が約４０℃乃至約７０℃であり、レーザー１２の所望の波長動作が約４５℃である場合、ヒーター３３は、ＥＭＬのＰＩＣ１０Ａの周囲温度を、例えば約４０℃乃至約５０℃に保持するように、プレバイアスされる。その結果、生じる最大温度偏差は、約７０℃から約２０℃に減じられる。動作性能における正味の変化は小さい。２０℃の温度エクスカーションは、ＤＦＢレーザーの放出波長を約２００ＧＨｚに制限するが、それでも長距離の光信号の品質を保持しながら、ＣＷＤＭチャネル間隔の要件を満たす。

上述のことから、レーザー結合ＴＥＣの変わりにヒーター３３を配置することによって、所望の適用温度に対して最小の温度エクスカーションを行い得ることがわかる。ヒーター３３は、ＩＴＵ波長グリッド上のＷＤＭ信号に対して、結果として波長のシフトが起こるあらゆる温度エクスカーションを許容される波長帯域に保持し得る。ヒーター３３は機能的にＴＥＣまたは他のそのようなクーラーを置き換えるが、ＴＥＣすなわち熱電クーラーは、比較的高価なＰＩＣ構成要素になり、大きな設置面積をもたらし、また密封パッケージが必要となる。これらは全て光送信器のような集積ＰＩＣのコストを上昇させるが、本発明のクーラーレスＥＭＬのＰＩＣ１０および１０Ａの場合、そのコストは概ね不要である。したがって、ヒーター３３によって、ＥＭＬのＰＩＣ１０Ａのための密封パッケージを実質的に必要とせずに、クーラーレスの環境でレーザー１２の温度制御が可能になり、一方で、チャネル信号に対して、所要のレーザーの動作温度を波長帯域の許容範囲内に保持することが可能になる。これまでＤＦＢレーザーまたはＥＭＬのＰＩＣのための技術には認識されていなかったように、集積ヒーター３３の使用によって、ＴＥＣの必要性が排除され、一方で、所望のレーザー許容可能温度および波長動作条件、ならびに高温動作範囲にわたって性能を保持する。

上述の温度同調に加えて、他の方法による微同調を、加熱および冷却以外に、またはこれに加えて、レーザーソース１２の波長を調整するためにさらに含むことが可能である。例えば、レーザーソース１２がＤＢＲレーザーであり、位相同調部を有するなどの場合、レーザー駆動電流に対する変化を介して、または位相同調を介して用いる。

クーラーレスＥＭＬのＰＩＣの更なる実施態様を図７の１０Ｂに示す。これは、可変ゲイン／損失要素３５をさらに備え、ＳＯＡ／ＶＯＡとして機能し、ＥＡＭ１４の後のＥＭＬの光学経路内に集積される。レーザー１２への駆動電流の変化を介してレーザー波長を微同調する場合、これは出力も変化することになり、要素３５の印加された正バイアスを介して所望の保持された出力レベルに出力を上昇させるために、出力の減少を伴う電流の変化によって、ゲイン／損失要素３５は、ＳＯＡとして機能する、正バイアスによって動作する。これは、温度の上昇に応じて出力も高くなるので、非冷却ＥＭＬのＰＩＣにおいて特に重要である。また、非冷却環境におけるＥＭＬのＰＩＣの動作温度の上昇によって、レーザーソースの電流も動作特性を保持するように上昇する場合がある。電流の増加の結果、出力が増加するので、ゲイン／損失要素３５は、信号出力を許容可能なレベルに上昇させるように動作することが可能である。同様に、当該の電流が、付随する出力の増加によって変化するか、または特定のレーザーの動作特性を最大化するために、高い最適出力で動作する場合、ゲイン／損失要素３５は、印加された要素３５の負バイアスを介して所望の保持された出力レベルにＥＭＬのＰＩＣ１０Ｂの出力を減少させるために、負バイアスによって動作し、ＶＯＡとして機能する。

一般的に、ＥＭＬのＰＩＣ１０Ｂまたはそれに関するいずれかの上述の実施態様の温度が上昇すると、レーザー変調器の離調は減少する。これによって、ＥＡＭ１４のＱは向上または一定に保持されるが、ＥＭＬのＰＩＣ１０Ｂの出力は減少または悪化する。集積出力制御要素３５の配置は、設計の自由度を提供して、高温での一定の出力を確保し、一方で、可能な温度動作範囲にわたって、ＥＭＬのＰＩＣのＱの性能を保持する。これに関して、図６および７の実施態様を組み合わせて、帯状ヒーター３３および要素３５の両方を用いて、高温動作範囲にわたって、レーザーソース１２およびＥＡＭ１４の動作特性を制御することが可能である。この点に関しては、上述の概念のクーラーレス動作を適用することが可能である、送信フォトニック集積回路またはＴｘＰＩＣに関して、後に詳述するように、１つをレーザーソース１２のために、またもう１つをＥＡＭのために、帯状ヒーター３３を２つの独立した部品３３Ａおよび３３Ｂの２つに分割して、これら２つの電気光学要素を独立して互いに制御する場合があることを認識しておかなければならない。

上述の実施態様は、クーラーレスＥＭＬのＰＩＣの動作方法を取り扱った。クーラーレス動作のための概念はまた、図８に示されるタイプのようなモノリシックＩｎＰベースのチップを備えた、クーラーレスマルチチャネルＰＩＣのアレイにも適用可能である。図８は、送信機フォトニック集積回路またはＩｎベースのチップであるＴｘＰＩＣチップ５０を示し、それらの構造的な詳細は、上述の米国特許出願第１０／２６７，３３０号および１０／２６７，３３１号に開示されている。しかし、この場合、ＴｘＰＩＣチップ５０は、クーラーレスモードで動作し、ＴＥＣのようなあらゆるクーラーを使用せずに動作する。図８に示されるように、クーラーレスのモノリシックＰＩＣチップ５０は、ＤＦＢ半導体レーザーまたはＤＢＲ半導体レーザーのようなレーザーソース５２の集積されたアレイを備える、複数群の集積されて光学的に接続されたアクティブおよびパッシブな構成要素を備える。各レーザーソース５２は、互いに異なる波長λ_１−λ_Ｎで動作し、波長の群は、ＩＴＵの波長グリッドのような標準化された波長グリッドに近似する波長グリッドを提供する。当該の波長グリッドを図２８に示す。図２８に示されるように、レーザーソースの波長グリッドは、可能な限り最良に、均一の、または周期的なチャネル波長ピッチまたはアレイスペクトル間隔Δλ、および均一なチャネル幅を有するように提供される。しかし、本発明の１つの重要な特徴は、後に詳述するが、チップ５０は、所定の温度範囲内で浮動することが可能であり、一方で、グリッドまたはチャネル間隔は、一定または固定されたままであることである。すなわち、一方で、波長グリッドは温度の変化とともに波長を変化させることができるが、これは、レーザーソースの個々の波長も温度とともに変化することを意味する。しかし他方では、アレイスペクトル間隔は同じ状態のままに設定され、例えば、均一な間隔の場合には、２５ＧＨｚ、５０ＧＨｚ、１００ＧＨｚ、または２００ＧＨｚに設定される。グリッド間隔は、固定されたままの非均一な間隔にすることができる。

レーザーソース５２の背面には、任意に集積背面光検出器５１を備えることが可能である。光検出器５１は、例えば、ＰＩＮフォトダイオードまたはアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）であってよい。レーザーソース５２は、直接変調するか、またはＣＷで動作することが可能であり、図８の構成に示されるように、関連する外部電気光学変調器５４を備える。したがって、レーザーソース５２のＣＷ出力は、被変調ソースを形成するそれぞれの電気光学変調器５４に光学的に接続される。当該の光強度変調器５４は、上述の特許出願第１０／２６７，３３１号に詳述されているように、電界吸収変調器（ＥＡＭ）またはマッハツェンダ変調器（ＭＺＭ）であってよいが、ここではＥＡＭがＤＦＢレーザーソースに関連してクーラーレス動作に好適である。変調器５４のそれぞれは、レーザーソース５２から受信したＣＷの光に電気的な被変調信号を印加し、光トランスポートまたは送信ネットワーク内の光リンク上の送信のために、複数のチャネルからの異なる波長の複数の光学的な被変調信号を発生する。変調器５４からの被変調出力は、前面光検出器５６に光学的に接続することができる。光検出器５６のオンチップ配置は、任意である。別様には、光検出器５６はまた、オンチップ光タップによって、レーザーソースの出力を軸外れに製造されることもある。これは、主光チャネルまたは導波管経路からオフセットされた集積光検出器に向かう、被変調出力のごく一部を提供するためである。前面光検出器５６は、ＰＩＮフォトダイオードまたはアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）であってよい。光検出器５１および５６はまた、出力またはそれぞれのレーザーソース５２からの動作波長を監視するために、互いに用いることも可能である。その代わりに、またはこれ加えて、光検出器５６はまた、レーザーソース５２のアレイ全体にわたる光出力を均一にすることによって、オンチップの集積プレエンファシスを提供するように、被変調ソース出力を選択的に調整するために、負バイアスの下で、可変光減衰器（ＶＯＡ）として機能することも可能である。さらに、その代わりに、またはこれ加えて、光検出器５６は、正バイアスの下でオンチップ半導体光増幅器（ＳＯＡ）として用いることが可能である。したがって、これらの装置は、図７のＰＩＣの実施態様に関連して述べた方法において、出力レベルの補償を提供するようにＶＯＡ／ＳＯＡ機能を実行することができる。また、更なる実施態様として、上述の特許出願第１０／２６７，３３０号に開示および示されているように、レーザーソースのタグ付けまたは識別を提供するために、各前面光検出器５６に異なる周波数トーンを適用することが可能である。

上述のように、また上述の特許出願第１０／２６７，３３１号に詳述されているように、前面光検出器５６を介した変調器５４の被変調光信号の出力は、それぞれオンチップ波長選択性コンバイナまたはフィルタに接続され、ここでは、光入力導波路５８を介したアレイ導波管格子、すなわちＡＷＧ６０で示され、被変調ソースの信号チャネル数に番号を付してある。例えば、エシェル格子、カスケード式マッハツェンダ干渉計（ＭＺＩ）、例えば米国特許第６，５８０，８４４号に示されるタイプの広帯域マルチプレクサ（参考として、本明細書に援用される）、またはいわゆる自由空間回折格子（ＦＳＤＧ）などで使用する場合に、他の波長選択式コンバイナまたはデコンバイナを含むことは、本発明の範囲内である。当該の波長選択式コンバイナまたはマルチプレクサは、ＴｘＰＩＣチップ５０上のより多数のチャネル信号に、さらに貢献する。しかし、出力カプラー、スターカプラー、ＭＭＩカプラー、または米国特許第２００３／００１２５１０号（参考として、本明細書に援用される）に開示および説明されているように、複数の導波管を備えた多モード接続領域、または米国特許第７，７４５，６１８号（参考として、本明細書に援用される）に開示されているように、一部は複数の導波管であり、一部は自由空間である多モード接続領域を有する光カプラーのような、非波長選択性光コンバイナに関連して本発明を実施することは、本発明の範囲内である。

被変調ソースのそれぞれ、または、例えば半導体変調器／レーザー（ＳＭＬ）信号チャネル、あるいは特にＥＭＬ信号チャネルは、代表的なＴｘＰＩＣチップ５上の光信号チャネルであり、例えば、４０個以上の信号チャネルを有することが可能である。図８では、ＴｘＰＩＣチップ５０上に複数のＮ＝１０のチャネルがある。チップ５０上には、１０個を超えるチャネルがある場合もあれば、１０個未満のチャネルがある場合もある。図８において、集積ＥＭＬ信号チャネルのそれぞれからの各信号チャネルの出力は、ＡＷＧ６０のゼロ次ブリュアン領域の入力への導波管５８（１）乃至５８（１０）のそれぞれに接続される。

光検出器５６が、被変調ソースアレイにわたるプレエンファシスのために、ＶＯＡまたはＳＯＡとして機能し、より高い温度範囲で動作する場合にプレエンファシスが異なることは、本発明の範囲内である。ＰＩＣ要素は、より高い動作温度で（ゲインまたは損失に対する）より広い感度有することが可能であるという点において異なるので、チャネル出力を設定するためのより広いダイナミックレンジが必要になる場合がある。また、上記の本明細書に援用された特許出願から、光検出器５１および５６、レーザーソース５２および変調器５４が互いに電気的に絶縁されていることは、十分に理解されよう。

また、各レーザーソース（ＤＦＢまたはＤＢＲ）の出力機能は、アクティブ領域波長のピークからその放出波長を設定するように設計されたレーザーソースの格子の検出機能であることに留意されたい。温度にわたる性能の向上は、より高い温度での２つの間のアライメントを改善するなどの、ゲインピークに関するレーザーソースの格子の設計によって得ることができるので、クーラーレスＴｘＰＩＣ５０は、当該のゲインの利点によってより多くを実現できる。特に、比較的高い離調波長を有するレーザーソースは、場合によってはレーザーソースの閾値電流を上昇させうるが、この利点の良好な効果を享受することができる。また、ＴｘＰＩＣレーザーソースの高温度動作は、約７０℃でもそれらのサイドモード抑圧比（ＳＭＳＲ）が４０ｄＢに近いことからわかるように、それらの単一モードの特性に影響を及ぼさない。オンチップレーザーソース５２としてのＤＦＢレーザーの総同調レートは、約０．１６ｎｍ／℃、または−２０ＧＨｚ／℃である。一方では、オンチップコンバイナとしてのＡＷＧの同調レートは、約−１６．２５ＧＨｚ／℃である。ＤＦＢレーザーのバイアスが不変であれば、その自然な同調レートは２０ＧＨｚ／℃未満であり、ＡＷＧの同調レートに近づくことになる。いずれにせよ、高温動作範囲全体にわたって、光コンバイナの通過帯域によるレーザーソース波長グリッド間の実質的なグリッドのアライメントを保持するための、一定出力でのＤＦＢレーザーとＡＷＧとの間の差異の同調は約３．７５ＧＨｚ／℃であり、共熱トラッキングおよび制御を容易に実現するには、かなり小さく、本発明の基本的な目的である。また、より高い温度動作範囲にわたるＡＷＧの挿入損失は、ほぼ一定である。しかし、コンバイナを備えたレーザーソースの局所的な動作温度の変化は、２つのオンチップ要素間（レーザーソースとＡＷＧまたはコンバイナとの間）の信号チャネルにおいて、関連する変調器に不利益な影響をもたらす場合がある。ＴｘＰＩＣの周囲温度が上昇すると、ＰＬピークに対するレーザーソースの波長の離調が減じられるので、アクティブ領域の帯域端は、レーザーソースの動作波長よりも速く赤方偏移する。これは、吸収端がレーザーソースの信号または動作波長に近づくので、ＥＡＭチャネルのオン状態の損失またはその全体の挿入損失の増加をもたらす。ＴｘＰＩＣ送信器の光ファイバに到達する光信号が実質的に影響を受けるので、当該の挿入損失は許容されないことが好ましい。したがって、当該の温度環境の変化において、ＥＡＭの有効なチャープパラメータの調整が必要になるので、ＥＡＭの吸収端をレーザーソースの動作波長からさらに遠ざけるために変調器を加熱する。この場合、レーザーおよび変調器のヒーターを別々のヒーターとする必要があることに留意されたい。また、温度が変化する条件の下で、ＥＡＭの性能を最適化するという複雑さを最小限に抑えるために、変調器のスイング電圧を一定に保ち、変調器のバイアス電圧を変調器の温度の変化とともに変化させることが好ましい。

上述のように、各信号チャネルは、他の光チャネルとのクロストークを回避するために、一般に、最小のチャネル間隔または帯域幅が割り当てられる。例えば、５０ＧＨｚ、１００ＧＨｚ、または２００ＧＨｚが、信号チャネル間の共通のチャネル間隔である。例えば１０Ｇｂｉｔ／秒の高データ転送率での電気的または熱的なクロストークを最小限に抑え、複数のＰＩＣの構成要素のボンディングパッド間、またはチップ上に形成された要素間の相互接続のルーティングを容易にするために、信号チャネルの物理的な間隔または中心−中心間距離６８を、１００μｍ、２００μｍ、または２５０μｍとすることが可能である。簡略化のために示されていないが、チップ端のボンディングパッド群５５に加えて、特にオンチップの電気光学構成要素に対するワイヤボンディングを収容するために、ボンディングパッドをＰＩＣチップ５０の内部に提供することが可能である。

ＡＷＧを備えたコンバイナ６０を参照する。電気光学変調器５２からの被変調出力のそれぞれは、図８に示されるように、ＡＷＧ６０への入力の光導波路５８（１）乃至５８（１０）に接続される。ＡＷＧ６０は、出力自由空間領域６２に接続された複数の回折格子導波管、すなわちアーム６１に接続される入力自由空間領域５９を備える。ＡＷＧ６０から出力される多重化光信号は、自由空間領域６２の出力面６２Ａにおけるゼロ次のブリュアン領域に沿った出力バーニヤを備える、複数の出力導波管６３に供給される。出力導波管６３は、出力面６９のＴｘＰＩＣチップ６０に延在し、選択されたバーニヤ出力６３は、出力ファイバ（図示せず）に光学的に接続することが可能である。複数のバーニヤ出力６３の配置によって、レーザーソースの既定の波長グリッドによる異なる高動作温度の範囲内の、ＡＷＧ６０の波長グリッドの通過帯域の最良の一致を有する、ＡＷＧ６０からの最良または最適な出力を選択することができる、手段を提供する。７つのバーニヤ出力６３を図８に示す。あらゆる数の当該のバーニヤ出力を用いることが可能であると理解されたい。また、当該のバーニヤ出力の数は、奇数または偶数である場合がある。

動作に際し、ＡＷＧ６０は、波長が回折格子アーム、すなわち導波管６１に分配される、入力自由空間６９を介して伝播する、接続された入力導波路５８からＮ個の光チャネル信号λ_１乃至λ_Ｎを受信する。回折格子導波管６１は、隣接する導波管からの長さがΔＬ異なる複数の格子アームであり、所定の位相差は、波長λ_１乃至λ_Ｎによって導波管６１内に確立される。格子アーム６１における波長の間の所定の位相差によって、出力自由空間領域６２内の格子アーム６１における各々の信号の集束位置は実質的に同じであり、それぞれの信号波長λ_１乃至λ_Ｎが、出力面６２Ａの中心部またはゼロ次ブリュアン領域で主に集束する。バーニヤ６３は、ＡＷＧ６０から出力された多重化信号の様々な通過帯域表示を受信する。出力面６２Ａに沿った高次ブリュアン領域は、多重化信号出力の反復通過帯域表示を受信するが、強度は低い。格子アームの出力のゼロ次ブリュアン領域への集束は、チップ５０の製造に用いられた製造技術における不正確さによって、このゼロ次を含む出力面６２Ａに沿って均一ではない場合がある。しかし、複数の出力バーニヤによって、出力および強度に関して最良または最適な結合信号出力を有する１つのバーニヤを選択することができる。

Ｎ個の被変調ソースの集積されたアレイを備えたＰＩＣチップ５０は、ＥＭＬのＰＩＣに関して上述の実施態様で説明したように、クーラーレスで動作することができる。チップ５０のアクティブ領域は、単一のＥＭＬのＰＩＣに対して図４に示されるように、信号チャネル１乃至１０を備えた被変調ソースアレイ全体に、より広い、実質的に安定した温度ウィンドウを提供するために、ＡＱを備えることが可能である。ＡＱのアクティブ領域の配置によって、適切な離調とともに約４０℃乃至７０℃のような広い温度範囲の動作にわたって、チップ全体のレーザーソースアレイの出力はほとんど変化しない。また、チップ全体のＡＱのアクティブ領域の利用との組み合わせによって、レーザーソース１２は正に離調される。すなわち、ＤＦＢレーザー５２それぞれのフィードバック格子の格子ピッチは、レーザーがゲインピークのより長い波長側で動作するように選択される。この離調は、レーザーの性能が、より広い温度範囲にわたって実質的に均一であるようにし、特にレーザーゲインは、上述のように、動作または周囲温度の増加によって保持されるか、またはある程度増加する。レーザーソース５２は、例えば、ゲインピークから約２５ｎｍ乃至約４０ｎｍの範囲で、正に離調された波長のそれぞれにおいて動作するように作ることが可能である。レーザーの離調された放出波長は、変調器のＡＱのアクティブ導波管コアの吸収端に近いので、正の離調の適用によってレーザーソースの性能を著しく低下させずに、レーザーソース５２と対応するＥＡＭ５４との間の最適の波長互換性を確保する。

さらに、チップ５０は、図８に示されるように、各レーザーソース５２に隣接して、またはその近傍に形成される帯状ヒーター５３Ａを備えることが可能である。これらのヒーターは、動作波長を微同調させるために用いられ、アレイ内の隣接するレーザーソース間の波長間隔となる。帯状ヒーター５３Ｂはまた、ＥＡＭ５４に隣接して、またはこれに近接して用いることも可能である。チップ５０上のＭＺＭの場合、ヒーター５３Ｂは、マッハツェンダ干渉計の各アームの一部に沿って配置される。また、図２９に示されるように、図８のそれぞれの信号チャネル内の被変調ソースの一部であってよい、ＥＡＭ構造１５は、その上部にＳｉ_３Ｎ_４などの誘電層３５を備え、変調器の長さ方向、ヒーターの帯３７に沿って長手方向に形成される。ヒーター３７は、誘電体３５の上面に堆積されるＰｔ／Ｔｉ二層、Ｗ層、Ｐｔ膜、Ｃｒ膜、ＮｉＣｒ膜、ＴａＮ膜を含むことが可能である。各ＥＡＭ１５または５４の上部にヒーター３７が在ることによって、ヒーターは、変調器のアクティブ領域から約１μｍしか離れないので、熱の移動に対して最も効率的である。これは、例えば米国特許第６，６６５，１０５号（有効ではなく、製造も困難である）に提案されたヒーターの位置よりも効率的である。ヒーター３７または５３Ｂは、レーザーアレイの波長グリッドにおける波長を変化させて、変調器１５および５４の動作を最適化するために用いられる。ＥＡＭの動作特性は、熱的な変化、およびその対応するレーザーソース１２または５２のその結果の波長によって、最適化された状態からオフセットすることが可能である。したがって、レーザーソースの離調された放出波長からのＥＡＭの帯域ギャップが、レーザーソースに対する動作温度の変化によって変化しうるので、変調器の温度を監視しなければならない。監視される温度は、温度とともに変調器のＤＣバイアス電圧を変化させるために使用される。また、変調器のＤＣバイアス電圧は、最適な変調器の性能を達成するために、温度の変化による変調器の吸収の変化に対して調整しなければならない。したがって、ヒーター５３Ｂは、吸収および帯域端、ならびにそれらの消光比（ＥＲ）を最適化するために印加されたバイアスによって変調器のチャープまたはそれらの吸収の調整を最適化するために、ＥＡＭを単独で調整するために用いることが可能である。さらに、図８に示されるように、ヒーター６０Ａをコンバイナ６０に提供することが可能である。ＤＦＢレーザーソース５２とコンバイナ６０との間の同調またはスルーレートは近似しているので、近似したグリッドの関係を互いに保持するために、波長グリッドを並行して同調させることができる。このヒーター６０Ａは、チップのコンバイナ領域上に形成される、例えば蛇行金属帯であってよい。ヒーターの蛇行帯は、コンバイナ６０の領域上に形成されるＳｉ_３Ｎ_４などの誘電体の上面に堆積される、Ｐｔ／Ｔｉ二層、Ｗ層、Ｐｔ膜、Ｃｒ膜、ＮｉＣｒ膜、ＴａＮ膜であってよい。また、レーザーソース５２の波長グリッドに一致する実質的なグリッドを保持するために、ＡＷＧ６０の中心波長を制御するように、ＡＷＧマルチプレクサ６０の格子アーム６１全体にヒーターを使用することも、本発明の範囲内である。上述の加熱格子アームの一例は、米国特許第５，６１７，２３４号に開示され、参考として、本明細書に援用される。

ＥＡＭ５４と前面ＰＤ５６との間の各チャネル内に、出力変更要素（ＰＣＥ）を備えることも、図８の実施態様の範囲内である。当該のＰＣＥは、ＳＯＡ、ＶＯＡ、またはそれらを組み合わせたものであってよい。ＰＣＥはまた、ゲインピークを移動させるか、またはレーザーソースのゲインピークと並行してゲインピークを移動させるために、付属のヒーターを備えることが可能である。

上述のように、ＴｘＣＩＰチップ５０のクーラーレス動作に必要な信号チャネルのチャンネル間隔を保持するために、ヒーター５３Ａおよび６０Ａによって温度が変化させられる場合に、ＴＥＣまたはペルチェクーラーを必要とせずに、被変調ソースの制御を達成できるように、ヒーター３７および５３Ｂを用いることによって、高価なクーラーの構成要素を取り除いている。ＴＥＣを使用するのではなく、レーザーソース５２の動作温度を許容可能な温度範囲内に安定させるために、これらのヒーター５０および６０Ａを使用することで、パッケージングコストを大幅に削減し、また、設置面積をより小さくし、密封チップパッケージの要件を、取り除けないにせよ削減するための、クーラーレスのＴｘＰＩＣ送信チップがもたらされる。

図９を参照する。図９はＲｘＰＩＣ４０の代表的なレイアウトを示す。ＲｘＰＩＣチップ４０は、デジタル光送信ネットワークに用いることが可能な多くの実施態様のうちの１つに過ぎないことに留意されたい。例えば、参考として本明細書に援用される、米国特許第１０／２６７，３０４号に示される別の実施態様を参照されたい。特定の例には、半導体光増幅器（ＳＯＡ）またはゲイン固定半導体光増幅器（ＧＣ−ＳＯＡ）のような集積光増幅器（ＯＡ）４２のＲｘＰＩＣチップ４０への提供がある。ＲｘＰＩＣ４０は、光学的に接続されたファイバリンクから複合光信号を受信するために、オンチップ導波管４１での入力を有する、ＩｎＰベースの半導体チップである。光増幅器４２は、逆多重化に先立って、多重化信号のゲインを高めるために、回路内に集積することが可能である。当該の増幅は、ＷＤＭ信号のオンチップ導波管４１への入力の前に配置される、オフチップの光ファイバ増幅器によって代わりに行うことができる。多重化信号は、チップの導波管４３で受信され、例えばＡＷＧであってよいデコンバイナ４４に入力として提供される。多重化信号は、ＡＷＧ４４の入力スラブまたは自由空間領域４６Ａに提供される。ＡＷＧ４４は、周知のように、入力スラブ４６Ａと、異なる長さの格子アーム４４Ａと、出力スラブ４６Ｂと、を備える。出力スラブ４６Ｂは、一次ブリュアン領域内に複数の出力を有し、その１つは各逆多重化されたチャネル波長のためのものであり、それぞれＰＩＮフォトダイオード４９（１）乃至４９（１２）に提供される。また、チップ４０に対して１２個のチャネルが示されているが、対応する光検出器４９を備えたＡＷＧ４４からの４０個以上のチャネル信号出力を有することが可能である。４７Ａでの高次ブリュアン領域の出力チャネルはまた、波長、信号の出力を監視するために、またはＦＥＣ復号化を提供するために、ＰＩＮフォトダイオード４８にチャネルライト出力を提供するように、ＲｘＰＩＣチップ４０上に備えることも可能である。また、本発明に関連して、デコンバイナ４４は、図８のヒーター６０Ａに類似するローカルヒーター４５も備えることに留意されたい。このヒーター６０Ａは、チップのデコンバイナ領域上に形成される、例えば蛇行金属帯であってよい。ヒーターの蛇行帯は、デコンバイナ４４の領域上に形成されるＳｉ_３Ｎ_４などの誘電体の上面に堆積される、Ｐｔ／Ｔｉ二層、Ｗ層、Ｐｔ膜、Ｃｒ膜、ＮｉＣｒ膜、ＴａＮ膜であってよい。

図１０を参照する。図１０は、浮動グリッド内に、上述のクーラーレスＴｘＰＩＣチップ４０およびＲｘＰＩＣチップ５０を用いた、本発明を実行するための実施態様を示す。光通信ＷＤＭネットワークは、被変調ソースの動作波長グリッドのコムが「浮動する」条件の下で動作する。「浮動する」とは、被変調ソースの動作波長が、所与の温度範囲内での周囲温度の変化によってドリフトできるようにするか、または被変調ソースが、ＰＩＣの高温動作範囲内の最高温度まで加熱できること、を意味する。しかし、レーザーソースアレイ内の隣接する被変調ソース間の所与の、または所定の波長またはアレイスペクトル間隔は、固定値に保持される。すなわち、ＴｘＰＩＣレーザーレイの波長のコムは、固定周波数間隔にロックされ、ＴｘＰＩＣ内のいずれか２つのレーザーソース間のアレイスペクトル間隔は、均一（全て同じ帯域幅）または不均一（グリッド内の他の全てと異なる１つ以上の帯域幅を含む異なる帯域幅、またはグリッド全体の隣接するレーザーソース間の帯域幅の単調な増減）になる場合がある。Ｎ個の信号チャネルから構成される浮動波長グリッドは、ＰＩＣの周囲温度が変化するときに、所定の高温動作範囲によって所与の波長帯域幅内を上下に波長を変化させることができるが、信号チャネル間のレーザーソースのアレイ波長スペクトル間隔は固定されたままである。ＴｘＰＩＣチップは、例えば、室温乃至７０℃以上（おそらく８５℃のような高温）などの高温環境において動作することができる。

この浮動波長グリッドによる方法は、信号チャネルが、標準化されたＩＴＵ波長グリッドに従って保持される、ＳＯＮＥＴ／ＳＤＨ規格とは反対のものである。しかし、この浮動グリッド方法の導入によって特定の利点が得られる。第一に、単一のＰＩＣチップ上への複数の信号チャネルの適用は、ＴＥＣクーラーを介してチップの周囲を安定させようとするのではなく、チップ上のアクティブまたはパッシブの構成要素または要素のより良い温度制御に適する。第二に、コストのかかるチップクーラーを多数含むＰＩＣチップの温度安定化システムは高価であるが、軍用配備用の高温で危険な環境を含む、高温環境においては費用がかからず、ＰＩＣチップがより動作しやすくなる。第三に、概してＴｘＰＩＣのパッケージを密封パッケージにする必要がない。

図１０に示される浮動グリッドの光送信ネットワークは、ＲｘＰＩＣ１２０への光リンク１１９を介したポイントツーポイント光送信システムに光学的にリンクした、ＴｘＰＩＣ１００を備える。ＴｘＰＩＣ１００は、ＡＷＧマルチプレクサ１１０へのＮ個の信号チャネルの複数の経路（λ_１乃至λ_Ｎ）に複数の集積された構成要素を備え、当該の経路のそれぞれは、ここではＤＦＢレーザーと示されるレーザーソース１０２と、電気光学変調器１０６と、ＡＷＧ１１０の一次入力に接続されたＳＯＡまたはＶＯＡ１０８と、を備える。各レーザーソース１０２は、他のソースと異なるピーク波長においてＣＷで動作する。各レーザーソース１０２の出力は、それぞれの変調器１０６（１）乃至（Ｎ）での情報信号によって変調される。変調器１０６は、上述したように、例えば、半導体電界吸収（ＥＡ）変調器またはマッハツェンダ（ＭＺ）変調器であってよい。被変調信号には、出力変更要素（ＰＣＥ）１０８として示されるＳＯＡまたはＶＯＡを介して更なるゲインまたは減衰が提供される。ＳＯＡおよび／またはＶＯＡ１０８は、任意である。別様には、ＰＣＥ１０８は、出力および／または波長を監視し、ＶＯＡのようなＰＣＥとして動作するための、前方光検出器（ＦＰＤ）であってよい。要素１０８からの出力は、ＡＷＧマルチプレクサ１１０に入力として提供される。ＡＷＧマルチプレクサ１１０の結合されたＷＤＭの出力は、オフチップで光リンク１１９に光学的に接続される。

ＴｘＰＩＣをクーラーレスモードで動作させるために、各ＤＦＢソース１０２は、対応する集積ヒーター１０２Ａを備え、各変調器１０６は、任意で対応するヒーター１０６Ａを備える。また、ＡＷＧ１１０は、任意にヒーター１１０Ａを備える。ＤＦＢヒーター１０２Ａは、隣接する信号チャネルに対する適切な波長グリッドのチャネル間隔を保持するために、レーザー波長の微同調を行うものである。変調器のヒーター１０６Ａは、レーザーソース１０２の動作特性として、最適な消光比およびバイアスを有する変調器の吸収特性を保持するためのものであり、アクティブ領域の波長のゲインピークから離調され、温度の変化によっても影響され、変調器の性能にも影響を及ぼす。ＡＷＧ１１０第３のヒーター１１０Ａは、レーザーソース１０２の波長コムまたはグリッドによって、ＡＷＧの波長コムまたはグリッドのアライメントを保持する。ヒーター１１０Ａは、ＡＷＧ１１０上の蛇行帯ヒーターであってよく、誘電層によってＡＷＧ１１０から分離される。ヒーター１１０Ａが、ＡＷＧ１１０に隣接して形成されることも、本発明の範囲内である。

ＡＷＧ１１０からの多重化チャネル信号出力の小さなサンプルは、ＡＷＧ１１０からの多重化信号出力での光タップを介して、プログラマブル論理制御器（ＰＬＣ）１１６に光電流入力を提供する、フォトダイオード（ＰＤ）１１２に提供される。ＰＬＣ１１６は、ＤＦＢソースの動作波長が、ピークアクティブ領域波長から離調されるときに、適切な周波数またはスペクトル間隔に対する所望の放出波長でのものであるかどうかを判断するために、異なるチャネル信号（λ_１乃至λ_Ｎ）の中で識別する。この識別処理は、ＴｘＰＩＣ１００上の各被変調ソースに対する被変調チャネル信号にディザリング（ｄｉｔｈｅｒｉｎｇ）信号を用いることによって実行することができ、識別タグを有するそれぞれの当該の信号を提供する。その結果、チャネル信号のそれぞれは、隣接する信号チャネルに対して、図２８に示されるように、所望の固定されたチャネルスペクトル間隔での動作であるかどうかを判断するために、その波長に関して分割および分析するこができ、また、状況に応じて、チャネル帯域幅の範囲内で、その所望のピークのチャンネル波長の十分に近くで動作する。いずれか特定のレーザーソース１０２のチャネル間隔が、隣接する信号チャネルに対する所望の固定されたチャネル間隔から外れている場合、その動作波長は、ＰＬＣ１１６からヒーター制御回路（ＨＣＣ）１２０Ａおよび１２０Ｂに提供される信号によって所望の波長間隔に変更することができる。この回路は、動作波長の帯域幅を実質的に所望のチャネルのスペクトル間隔で増減させるために必要な量で、対応するレーザーソース１０２の動作温度を上下させることによって、例えば数ナノメートルまたは１０分の数ナノメートルの微同調のために、対応するレーザーソースのヒーター１０４Ａに温度制御信号を提供する。レーザーソース１０２（１）乃至１０２（Ｎ）の電流は、出力制御のために調整することが可能であるが、それを生じさせる付属の波長同調のために、望ましくはない。好適な方法は、信頼性の限度および所望の動作波長の範囲内での可能な最高電流レベルにおいて、レーザーソース１０２を付勢するものであり、また、レーザーソースの波長コムまたはグリッドとコンバイナの波長グリッドまたは通過帯域との間のミスアライメントの結果、または温度によるレーザーソース１０２の出力低下または経時変化による出力損失を補うために、オンチップのＶＯＡまたは１０８でのＶＯＡまたは他のＰＣＥとして機能する前面光検出器を用いる。当該の好適な方法において、上述のレーザーソースのヒーター１０２Ａを介したレーザーソース１０２の微同調は、ＴｘＰＩＣの高性能な動作における有用な利点である。このように、ヒーター１０２Ａはまた、固定チャネル間隔を有する浮動チャネルグリッドとして、レーザーソースアレイの動作を保持するように、レーザーソース１０２（１）乃至１０２（Ｎ）の動作波長を同調させるために配置される。したがって、ヒーター１０２Ａは、所与の温度範囲にわたる波長の微同調を実行する能力を提供する。図８の実施態様のヒーター５３Ａおよび５３Ｂに対しても同じである。

ヒーター５３Ａおよび１０２Ａを介した同調レートは、ほぼ一定であり、約２０℃乃至約７０℃（おそらくは８５℃まで）、約１ＧＨｚ／ｍＷである。この波長同調はまた、ヒーターの出力損に関して線形である。レーザーの波長グリッドを所定の浮動グリッドのスペクトル間隔にロックするために、それぞれのレーザーソースの放出波長は、この所与の温度範囲内で既知でなければならない。具体的な例として、アレイ内のＤＦＢレーザーの同調レートが、約−２０ＧＨｚ／℃である場合、２００ＧＨｚのチャネルのスペクトル間隔を有するＴｘＰＩＣに対しては約１０℃の温度範囲となる。レーザーソースの同調レートの情報によって、レーザーソースの粗同調は、上述の本明細書に援用された米国特許第１０／２６７，３３０号に開示されているように、ＴｘＰＩＣに対するキャリア上にサーミスタ（図示せず）を用いた、ＴｘＰＩＣチップ１００の温度を制御することから達成することができる。制御器（ＰＬＣ）１１６のルックアップテーブルを使用することによって、例えば、レーザーソースの温度は、サーミスタの抵抗値の変化から推定することができる。

上述のように、ＲＰＤ１０１は、レーザーソースの出力を測定するために独立して用いることが可能である。ＴｘＰＩＣ１００からのＴｘＰＩＣの出力の小部分は、エタロンによって動作するファブリーペローの波長ロッカー（ＦＰＷＬ）に分岐および提供され、ＴｘＰＩＣ１００の平均出力の指示の提供、および上述の本明細書に援用された米国特許第１０／２６７，３３０号に説明されている方法のように、それぞれのチャネル信号上に異なる低周波数トーンを用いた、個々の信号チャネルの平均出力および波長の指示の提供を行う。制御器１１６は、次いで以下のフィードバック訂正信号を提供して、以下のパラメータを調整する。（１）レーザーソースに対して、最も信頼性の高い出力にレーザーソースのバイアス電流を調整する。これは、それぞれのレーザーソースの動作波長も変化させる。（２）微同調のために、すなわち、経時的にレーザーソースの波長ドリフトに対する、およびレーザーソースのバイアス電流および温度の変化による波長の変化に対する調整のために、レーザーヒーターの電流を調整する。（３）ＴｘＰＩＣのプレエンファシス、すなわち、ＴｘＰＩＣ１００全体のＮ個の信号チャネル全体の出力の平坦化のために、ＦＰＤ（ＶＯＡ）１０８のバイアスレベルを調整する。

本発明の別の実施態様では、サーミスタの使用は、集積背面光検出器（ＲＰＤ）１０１（１）乃至１０１（Ｎ）、および１０８（１）乃至１０８（Ｎ）で示される位置の集積前面光検出器（ＦＰＤ）に置き換えることができる。ＦＰＤ１０８対ＲＰＤ１０１の比率は、ＴｘＰＩＣ温度の良好なインジケータである。それ自体とレーザーソース１０２との間に変調器１０６を備えるＦＰＤ（ＶＯＡ）１０８では、ＦＰＤ１０８からの光電流は、ＲＰＤ１０１からのものと比較して、ＴｘＰＩＣの温度の影響をより多く受ける。図３０は、Ｎ＝１０、ＴｘＰＩＣ１００に関して、チャネル１と１０との間の平均比率に対する、ＦＰＤ１０８対ＲＰＤ１０１の比率の片対数グラフである。光電流の比率は、全てのチャネルに対して、ほぼ温度との指数関数である。これに関して、図３１の片対数線形グラフを参照する。図３１は、ＦＤＰ１０８およびＲＰＤ１０１それぞれからの光電流の比率に対する、広い温度範囲にわたる１０チャネルのＴｘＰＩＣ１００のレーザーソースの放出波長の関係を示す。温度範囲の制御の限度を除いて、レーザーソースの放出波長は、ＦＰＤ／ＲＰＤの光電流の比率に対して実質的に線形である。この情報は、次いで、とりわけレーザーソース１０２の微同調に用いられる。レーザーソースの波長の制御にＦＰＤ／ＲＰＤ光電流比率を使用する利点のうちの１つは、これらの装置が、制御を行うための広いダイナミックレンジを持っていることである。ＦＰＤ１０８の集積された組み立て長さをＲＰＤ１０１の集積された組み立て長さと異なるものにすることによって、感度がさらに向上する。

状況に応じて、ＴｘＰＩＣ１００におけるＡＷＧ１１０の温度は、ＰＬＣ１１６に入力１１５を介したＡＷＧの周囲温度の現在情報を提供する、サーミスタ１１３で監視することが可能である。ＰＬＣ１１６は、次いで、ヒーター制御回路（ＨＣＣ）１１８に制御信号を提供して、ＡＷＧ１１０の周囲温度を上下させるために、ヒーター１１０Ａに温度制御信号を提供する。このように、ＡＷＧ１１０の波長通過帯域グリッドは、Ｎ個のレーザーソース１０２の浮動波長コムによって、ＡＷＧ１１０の波長グリッドまたは通過帯域を最適化するために、シフトおよび調整することが可能である。

また、ＡＷＧ１１０の入力側は、光リンク１１９を介してＲｘＰＩＣ１２０からサービス信号λ_Ｓを受信するために、ＡＷＧ１１０の入力側の高次ブリュアン領域に対するポート１１７を備え、以下に詳述する。このサービス信号は、ＡＷＧ１１０によって逆多重化され、出力信号としてポート１１７に提供され、次いで集積オンチップＰＤ１１４によって電気ドメインに変換される。ＰＤ１１４からの電気信号は、オフチップに搬送され、ＰＬＣ１１６に入力１１９として提供される。

ＲｘＰＩＣチップ１２０において、ＡＷＧデマルチプレクサ１２３は、波長グリッドの浮動できる温度範囲によって決定される、決定された範囲内の波長で、リンク１１９を介してＴｘＰＩＣ１００から受信する浮動波長グリッドまたはコムの位置を判断するために、例えばλ_１およびλ_２または他の当該の信号の対のような、それぞれのチャネル信号を受信するように、高次ブリュアン領域の出力１２５Ａおよび１２５Ｂを含む。また、これらの２つのチャネル信号を波長グリッドのサンプルとして使用することによって、ＡＷＧの波長がシフトしたかどうか、シフトした場合はどのくらいなのか、という判断を行うことができる。光検出器１２５Ａおよび１２５Ｂは、プログラマブル論理制御器（ＰＬＣ）１２７に、出力ライン１２６Ａおよび１２６Ｂ上の光信号への電気的応答を提供する。これらのＰＤ１２５Ａおよび１２５Ｂは、グリッドをロックし、チャネル信号のロックグリッドを逆多重化し、次いでそれらをチップ１２０上の集積光検出器１２６（１）乃至１２６（Ｎ）を介して電気信号に変換するために、総グリッド出力のうちのピークの光応答に感応し、浮動波長グリッドのスペクトル位置を判断するために電気ドメイン内に配置することができる。信号グリッドのデルタ偏移δが、赤方偏移または青方偏移として検出された場合、受信チップ１２０で直前に受信したチャネル信号グリッドによる更なる熱的なアライメントにおいて、送信チップ１１０からそれ以降に送信されたチャネル信号グリッドを配列するために、サービスチャネルλ_ＯＳＣを介して、デルタ偏移の値をＴｘＰＩＣ１１０に返すことができる。受信器ＰＬＣ１２７は、ＡＷＧのヒーター１２３Ａへのライン１３２を介したヒーター制御回路（ＨＣＣ）１３０を介して、受信器のＡＷＧの波長グリッドの調整を行い、ＡＷＧ３０の周囲動作温度を上下させ、またＷＤＭの信号浮動グリッドの決定したデルタ偏移δに基づいて、入ってきたチャネル信号の浮動グリッドに一致するように、より長いまたはより短い中心波長にその波長グリッドをシフトさせる。このグリッド調整が十分でない場合、チャネル信号の浮動グリッドに関連するデータは、浮動波長グリッドの送信器端での熱的な調整のために、サービスチャネル信号λ_Ｓとして転送することが可能である。これらの状況において、ＰＬＣ１２７は、サービス信号チャネル変調器１２９に、出力ライン１２８上の電気的補正データ信号を介して、当該のグリッド補正データをサービスチャネル信号λ_Ｓとして転送することができる。ＰＬＣ１２７は、ネットワークの送信器端において、ＡＷＧ１２３および光リンク１１９のサービスチャネルを介したカウンタ伝搬を通じて、ＴｘＰＩＣチップ１００にこの信号を提供するために、オンチップの組み合わせ集積レーザーソースおよび電気光学変調器を備えることが可能である。このサービスチャネル信号λ_Ｓは、次いでＡＷＧ１１０を介して逆多重化され、ＰＤ１１４への高次ブリュアン出力１１７に提供される。電気的に変換されたサービス信号データは、ＰＬＣ１１６によって解読されるが、ＰＬＣ１１６は、必要に応じてＨＣＣ１１８を介してＡＷＧ１１０の熱的環境の補正を行うとともに、ＨＣＣ１２０Ａを介してレーザーソース１０２の熱的環境の補正を行う。以下の説明で分かるように、レーザーソース１０２およびＡＷＧ１１０の熱的環境は、熱的な特性の変化の割合によって実質的に同一に保持され、その結果、波長グリッドの変化は互いにほぼ均衡する。この処理は、状況に応じて、ソース１０２の電流レベルの変更、およびＰＬＣ１１６からのバイアスレベルの変化およびヒーター１０６Ａを介したそれらの動作温度の変化による、対応する変調器１０６Ａのバイアスレベルおよび拡張割合の変更を伴うことも可能である。また、１０８（１）乃至１０８（Ｎ）の前面光検出器（ＦＰＤ）は、これらのレーザーソースによって形成される浮動波長コムまたはグリッドの調整におけるレーザーソース１０２の動作電流レベルの変化により、オンチップのプレエンファシスを提供するために、出力変更要素として動作することが可能である。

図１１は、浮動グリッド１４０を備えた、本発明を実行するための更なる実施態様を示す図である。ネットワーク１４０は、送信器端上に少なくとも１つのＴｘＰＩＣ１４２と、少なくとも１つのＲｘＰＩＣ１４４とを備え、それらは光送信リンク１４６に接続される。ＴｘＰＩＣ１４２は、レーザーソースＬＤ（１）乃至ＬＤ（Ｎ）、変調器Ｍ（１）乃至Ｍ（Ｎ）、および光検出器ＰＤ（１）乃至ＰＤ（Ｎ）の複数のＮ信号チャネルを備える。別様には、図１０の実施態様に示されるように、光検出器は、代わりに出力変更要素（ＰＣＥ）であってもよい。Ｎ個のチャネルの信号出力は、入力としてコンバイナ１４８に接続されるが、ここでは波長選択性コンバイナとして示され、コンバイナはリンク１４６に結合されたＷＤＭ信号を提供する。図１０の実施態様のように、ＴｘＰＩＣ１４２は、プログラマブル論理制御器（ＰＬＣ）１５０に提供されるＷＤＭ出力信号の一部を有する、タップ１４９においてフィードバックを含む。ＰＬＣ１５０で、タップ１４９からのフィードバック信号は、当業者に公知の方法での波長の識別に使用される電気信号に変換される。ＰＬＣ１５０はまた、Ｎ個のレーザーソースのためのヒーター１４１への電気信号出力と、Ｎ個の変調器のためのヒーター１４３への電気信号出力と、コンバイナ１４８のためのヒーター１４５への電気信号出力と、を有する。

受信器端上では、ＷＤＭ信号は、ＰＩＣ入力で、光増幅器１５５を介してＲｘＰＩＣ１４４によってリンク１４６から受信される。ＲｘＰＩＣ１４４は、ここでは波長選択性デコンバイナとして示されるデコンバイナ１４７ｍを備え、逆多重化された信号のＯＥ変換のために、それぞれのオンチップ光検出器（ＰＤ）１５１に１つずつＨ個の光信号出力を有する。変換された信号は、トランスインピーダンス増幅器／自動ゲイン制御回路１５２で増幅され、その後、公知のようにＣＤＲ回路１５４でクロック・データリカバリが行われる。また、回路１５２からのＮ個全ての信号は、加算回路１５６で合計され、合計された値は受信器のプログラマブル論理制御器１５８に提供される。図１１からわかるように、ＰＬＣ１５８の出力は、デコンバイナ１５３のヒーター１５３の温度を制御するために提供される。

図１１の上部に示されるように、ＴｘＰＩＣ１４２は、例えば所与の温度Ｔ_１でのグリッドの中心波長を有する結合信号１５７の浮動波長グリッドを提供する。ＴｘＰＩＣ１４２は、いずれの冷却機構も備えず、むしろオンチップヒーター１４１、１４３、および１４５へのヒーター制御信号の適用を介して、温度制御される。これに関して、温度制御は、ほぼ室温乃至約７０℃以上のような高い温度範囲に拡張することが可能であり、ＴｘＰＩＣの動作は、この高い温度範囲内の最高動作温度に設定することができる。いずれにせよ、ＴｘＰＩＣ１４２がいかなる適用されたメンテナンス温度にもよらずに動作するか、または適用されたメンテナンス温度によって動作するかに関わらず、周囲温度（所与の温度範囲内であることが好ましい）の変化によるチャネル波長の波長シフト（そのシフトを図１１上部に矢印１５７Ａで示す）は可能になるが、隣接する信号チャネル間のスペクトル間隔は、上述のように固定値に保持される。しかし、レーザーソースの波長グリッドの温度の浮動によって、浮動波長グリッドは、異なる周囲温度Ｔ_２により波長がシフトされた異なるグリッドの中心波長で、ＲｘＰＩＣ１４４において受信することが可能である。破線１６０によって示されるように、ＰＬＣ１５０と１５８との間の通信を介して、ＰＬＣ１５８は、温度Ｔ_２の中心波長を有するシフトされたチャネル波長のコムを認識（検出）し、検出した波長グリッドを追尾するために、デコンバイナ１４７の波長フィルタリングコムをシフトさせることができる。

一般に、図１２の実施態様の動作方法は、ＰＬＣ１５８によって受信され、所定の帯域幅内の浮動波長グリッドの位置、および温度に関する判断を参照する手段として使用される、ＲｘＰＩＣ１４４からの１５６で分割された全ての信号値を合計するステップを伴う。このために、合計された値は、ＰＬＣ１５８を介してデマルチプレクサヒーター１５３の温度を制御することによって、入力される浮動波長グリッドの追尾状態を得るために、受信でコンバイナヒーター１５３に必要な熱的な増分値を判断するためのルックアップテーブルを含む、受信側の制御器１５８によって用いられる。すなわち、制御器１５８は、受信デコンバイナフィルタグリッドを浮動グリッドに一致させるように同調させ、受信したＷＤＭ信号内のＮ個のチャネル信号の高機能な分割または逆多重化を実現する。

図１２は、ＲｘＰＩＣ１６２の受信側で受信するＷＤＭ信号の浮動波長グリッドに関連して本発明を実行するための別の実施態様を示す図である。受信側のＴｘＰＩＣ１４２は、図１１のＴｘＰＩＣ１４２と同一である。しかし、受信側において、ＲｘＰＩＣ１６２は、浮動波長グリッドが受信器で検出されるという点で異なる。ＲｘＰＩＣ１６２は、例えば、アレイ格子アームのコムフィルタまたは他の波長選択性フィルタであってよい、少なくとも１つの広帯域同調型グリッドフィルタ１６４を備える。フィルタ１６４は、フィルタヒーター１６５を用いることによって、リンク１４６を通じて受信したＷＤＭ信号コム１５７を追尾するために配置される。したがって、フィルタ１６４は、検出および信号コム１５７に集中させるようにフィルタ１６４の波長コムを調整するための、いくつかの方法で調整することができるあらゆるグリッドフィルタであってよい。

フィルタ１６４が波長コム１５７を追尾できるようになった後、ＷＤＭ信号は波長選択性デコンバイナ１６６で分割される。分割された出力は、次いでＯＥ変換のために光検出器１６８に提供される。入力信号コム１５７はまた、信号コム１５７の予想される中心温度Ｔ_１に対する参照キーのＰＬＣ１６９への指示、およびチャネル信号間の固定された波長コムのスペクトル間隔を提供する、信号ヘッダー内のＯＳＣ信号またはデータ、基準信号λ_Ｒなども含む。別様には、この信号は、開始中心波長信号（λ_Ｃ）であってよく、ＴｘＰＩＣ１４２での温度Ｔ_１に対する信号コムの中心波長を示す。これらの情報信号のうちの１つに基づいて、ＰＬＣ１６９は、ヒーター１６５を介してフィルタ１６４のフィルタコムをシフトすることができ、その後、例えば温度Ｔ_２での新しいコム中心波長を有する可能性のある、発見されたグリッドにロックすることができる。

図１２の実施態様の動作方法は、第一に、ＴｘＰＩＣ１４２からの信号チャネルのコムのスペクトル間隔の通信、およびグリッドの波長基準信号λ_Ｒ、または開始中心波長基準信号λ_Ｃの通信を伴う。第二に、送信波長コムに関する信号λ_Ｒまたはλ_Ｃに基づいて、ＲｘＰＩＣ１６２での公知の信号帯域幅内のグリッド位置の判断、および受信したＷＤＭ信号の検出されたグリッドまたはコムへのロックを伴う。第三に、フィルタ１６４で達成される、発見されたグリッドに基づいた受信チャネル信号のデコンバイナ１６６の波長グリッドの位置の調整を伴う。第四に、電気ドメインの信号への変換のための、１つ以上のコンバイナ１６６を介したチャネル波長の分割または逆多重化を伴う。第五に、決定したグリッド位置が得られたことをＴｘＰＩＣ１４２に返す通信を伴い、必要に応じて、送信された浮動波長グリッドの追尾が達成されたことを示す光送信器に送信することができる、光受信器での浮動波長グリッドの瞬間的な追尾位置を示す、基準信号λ_ＲをＴｘＰＩＣ１４２に返す通信を伴う。光サービスチャネル（ＯＳＣ）において波長基準信号λ_Ｒを送信するのではなく、送信された信号フレームは、基準または制御信号情報に関する情報を含むように、フレームのオーバーヘッドにおいてリザーブされたバイトまたは他のバイトを指定することが可能である。

図１２の実施態様に関する別の手法では、対応する送信器および受信器におけるＴｘＰＩＣ１４２とＲｘＰＩＣ１６２との間の通信の開始時に、光送信器から光受信器に浮動波長グリッドに対する周波数キーλ_Ｋが送信されるので、受信器ＰＩＣは、キーの情報によってグリッドをトラッキングできる。一例として、送信側のキーは、送信器の浮動波長グリッドの瞬間的な中心波長に関連付けた、送信制御器のルックアップテーブルに基づいた設定値であってよい。起動後にはいくつかの一時的な現象が存在するが、いずれにせよ、周波数キーによるトラッキングは、光受信器が、送信器の浮動グリッドと受信器で認識された浮動グリッドとの間の温度のトラッキングが基本的に一致することを示す、入力試験または相関信号の波長グリッドに追尾できるまでに、開始することができる。この点で、ハンドシェイクは、追尾状態が達成された光送信器に確認応答を送信することにより、送信器によって確立することができるので、これでクライアントのチャネル信号を送信することができる。周波数キーによるその波長グリッドのシフトを介して光受信デコンバイナの波長グリッドを同調させることによって、光送信器からの結合チャネル信号の適切な逆多重化または分割を可能にするために、グリッドを継続的に変化させることができる。それで、温度による浮動グリッドの経時的な動きが、当該の追跡のレンダリングを容易にする、より遅くて段階的な形態となることが期待されるように、送信器と受信器との間で、トラッキングをオンザフライ（ｏｎ−ｔｈｅ−ｆｌｙ）のように連続的に継続することができる。一例では、受信器でのトラッキングは、送信器と通信するＢＥＲフィードバックシステムによって達成されることができる。

図１１、１２、および２６に既に示され、前提とされたように、ＴｘＰＩＣ上の波長グリッド形態における隣接するレーザーソース間の周波数またはチャネルスペクトル間隔は、均一または周期的であるか、すなわちレーザーアレイ全体で実質的に均一であるか、または、ＴｘＰＩＣ上の波長グリッド形態における隣接するアレイスペクトル間隔は、非均一非周期的であるか、すなわちスペクトル幅がアレイ全体で単調に変化（増減）するか、あるいはアレイ内のいくつかの隣接するレーザーソースが１つのスペクトル幅であり、一方で他のものは異なるスペクトル幅である。周期的なまたは非周期的グリッドのいずれの場合も、互いからの２つの検出されたチャネル波長だけが、クーラーレスＴｘＰＩＣの許容された温度スイングに基づいて、所与の波長帯域内にグリッドの位置を定めるキーとなる。この２つの波長キーが同時に発見されると、他のグリッドの波長は、２つの周波数キーとの固定関係により自動的に発見されるので、グリッドをロックすることができる。デマルチプレクサは、自動発見されたグリッドを同調させるか、または非多重化するために同調させることができる。別の実施態様において、この自動発見を達成する１つの方法では、信頼できそうなＴｘＰＩＣの温度範囲の許容された最低温度で受信デマルチプレクサを起動し、次いで２つの周波数キーに同時に一致するまで、光受信制御器またはＰＬＣの制御下で、デマルチプレクサを逐次的に加熱する、ということがわかる。当該の機能は、起動中に、デマルチプレクサのグリッドを入力送信ＷＤＭのチャネル信号グリッドに初めに一致させることに最も有用である。この点で、ＴｘＰＩＣにおいてチャネル波長に影響を及ぼす温度変化は、非常に微小なレベルでなければならない。このキーイング機能による方法は、チャネル信号グリッド内の２つの空間的なチャネル波長または２つの参照波長が、チャネル周波数またはスペクトル間隔が固定されてから、チャネルグリッド全体にロックするので、最も現実的な方法である。

キーイングに関する別の実施態様では、上述の周波数キーイングを用いた実施態様で説明したように、トーンキーイングを当該の周波数キーイングの代わりに配置することができる。数十ＫＨｚの範囲の被変調信号のような低周波トーンは、信号チャネル上の信号チャネル識別タグとして用いることができる。これらの低周波信号チャネルタグは、周波数ドメイン内で非常に遠く離れているので互いに透過的であるため、ギガビットの範囲において高い被変調信号を妨げない。場合によっては、当該のトーン信号は、例えば、任意でＴｘＰＩＣ上のそれぞれのレーザーソースにおいて、または前面光検出器において、あるいは各チャネルのＳＯＡまたはＶＯＡにおいて、チャネル上に重ね合わせることができる。これらの種類のトーンチャネル識別タグの例は、援用された米国特許出願第１０／２６７，３３０号に開示されている。本実施態様では、送信器はまた、送信器に送信されるチャネルグリッドを検出するために、送信器にこれらのトーンをキーとして送信する。トーンキーは、信号フレームのオーバーヘッドにおいて、起動時に、またはＯＳＣ信号として送信することができる。当該の低周波トーンを配置する利点は、トーンが４０ｄＢと低くても、受信器が容易にそれらを識別できることであり、送信器の浮動チャネルグリッドがかなり移動したことを意味する。回路は、公知のファブリーペローの識別技術を使用して、異なるトーンの中から識別するために受信器に配置することができ、また検出されたトーンに基づいて、グリッドおよびトーンキーに基づくグリッドの帯域幅を検出するために広帯域同調型グリッドフィルタのフィルタスペクトラムを移動させる。当該のフィルタスペクトラムのシフトは、熱光学効果、電気光学効果、または屈折率の変更効果によって達成することができる。また、更なる利点は、これらの低周波トーンが、チャネル周波数キーとして配置されるより高いチャネル周波数と比較して、はるかに良好な感度を有することである。入力信号のチャネルグリッドを識別するために受信器に用いられた同調型フィルタは、１つ、２つ以上、または全ての検出されたトーンに基づいてそのグリッドを一致させるために同調させることができ、チャネルグリッド内の信号チャネルにタグを付け、次いで広帯域同調型グリッドフィルタのフィルタスペクトラムを移動させて、検出されたグリッド帯域幅を一致させる。いかなる固定周期的または非周期的チャネル間隔もチャネルグリッド全体に固定されているので、少なくとも１つのチャネルトーンを使用したチャネルグリッドへのトーンキーイングを得ることができる。

送信器における光送信ネットワークの浮動波長グリッドの動作の導入には２つの方法がある、ということを図１０乃至１２の実施態様に関して認識および理解されたい。第１の方法では、ＰＩＣでの温度制御の不足により信号波長は熱的に浮動する。すなわち、信号波長は、ＴｘＰＩＣでの温度変化とともに自由にシフトすることが可能である、一方で、隣接する信号波長間のスペクトル間隔は固定値に保持される。この場合、ＴｘＰＩＣ上のアクティブ要素の周囲温度は、送信されたＷＤＭ信号の波長コム１５７が、受信器側でより容易に検出できるように、温度を調整することが可能である。この温度調整は、送信器から受信器へのフィードバックによって達成することが可能であり、熱的に浮動する信号コム１５７の受信器によるグリッド発見のレートが高められる。第２の方法では、送信器の波長コム１５７は、ＴｘＰＩＣ上のアクティブ要素のヒーターの動作を介して、例えばＴｘＰＩＣの設定された温度動作範囲内の、最高温度Ｔ_１に設定することが可能である。温度Ｔ_１に到達した後、レーザーソース、変調器、およびＰＣＥまたはＰＤの動作パラメータは、この温度で最適化されるように設定することが可能である。当該のパラメータには、電流バイアス、チャープ、変調消光比、および電圧スイング限度がある。波長コム１５７のいかなるシフトまたはドリフトも、ＴｘＰＩＣのＰＬＣによって継続的に調整することができる。このように、送信器は、設定された最高動作温度Ｔ_１がわかっており、送信器から受信器にＯＳＣ信号として、または送信されたＷＤＭ信号のＷＤＭ信号ヘッダーの一部として通信される、受信したＷＤＭ信号の浮動波長グリッドに迅速を追尾することができる。

一方の波長グリッドが他方の波長よりも長く、２つのグリッドが波長グリッドにおいて重ならない場所に、少なくとも２つの固定チャネル間隔を有する浮動信号波長グリッドが存在するように、送信器に１つ以上のＴｘＰＩＣを備えることも、本発明の範囲内である。この場合、２つのＴｘＰＩＣは、室温乃至約７０℃以上のような高い温度範囲内の異なる温度レベルに操作および保持され、送信器の制御を介してグリッドの帯域が所定かつ別々のグリッドの帯域幅に保たれるので、例えば周囲温度の所定の温度範囲内での変化によって、どちらのグリッドも他方のグリッドに入らない。受信器の少なくとも２つのデマルチプレクサは、通常帯域デインターリーバが先行し、次いで別々のグリッドを独立して追尾し、入力非多重化チャネル信号を逆多重化することができる。本実施態様では、送信器は、信号フレームのオーバーヘッドにおいて、またはＯＳＣ信号チャネルを介して、異なる信号帯域およびそれらの熱的な動作範囲の所定の境界条件を送信することができる。本実施態様では、受信器が、光送信ネットワーク内の１つ以上の異なる光送信器によって送信される、異なるが空間的に分離された多数または幾つかの浮動信号チャネルグリッドを高機能に検出できるように、受信器は、実際に送信されるよりもずっと多くの異なる波長のチャネルを受信する能力を有することが好ましい。

また、例えばチャネル間隔が５０ＧＨｚであるような狭いチャネル間隔により、レーザーソースの帯域幅が狭い場合、光送信器から送信された浮動信号グリッドの良好な追尾を可能にするために、複数のカスケード式デマルチプレクサステージが光受信器に必要になる場合があることは、当業者には明らかになろう。具体的な例には、それぞれがフィルタ機能を実行する、すなわち異なる２つのフィルタ機能を実行する、光受信器における２つのカスケード式ＡＷＧデマルチプレクサシステムが挙げられる。第１のフィルタ機能はキーイングである。すなわち、ＡＷＧ波長グリッドは、入力多重化チャネル信号の浮動波長グリッドによって、アライメントが行われる。そのような場合、送信器は、現在の動作温度またはＡＷＧ波長グリッドがキーイングされなければならない参照波長に関して、キーを送信している場合がある。第２のフィルタは、信号経路における低クロストークの存在を確保するように配置される。第１のＡＷＧからの出力を受信する各ＡＷＧによってこの第２の機能を実行する１つ以上のＡＷＧが存在する場合がある。別の実施態様では、カスケード式フィルタは、浮動しているが固定されたチャネル間隔のグリッドを発見および同調させる第１の広帯域デマルチプレクサと、光ドメインから電気ドメインへの変換のための複数のチャネル信号としてチャネル信号を逆多重化する第２の狭帯域デマルチプレクサと、と備えることができる。更なる実施態様は、タップを有する２つの格子を備えた第１のフィルタ機能のためのものであり、１つの格子は、入力信号波長グリッドの予想されるスペクトルの長波長端にあり、もう１つの格子は、入力信号波長グリッドの予想されるスペクトルの短波長端にある。グリッドの最低および最高の両方の潜在的周波数が同時に発見されたときに、入力信号グリッドのコム全体は検出およびロックされる。第２のＡＷＧデマルチプレクサのグリッドは、多重化チャネル信号を逆多重化するために、第１のＡＷＧマルチプレクサによって達成されたグリッドの追尾に基づいて、入力信号グリッドに一致させることができる。

入力信号チャネルの追尾を好ましくは含むために、特に起動時に、信号チャネルが検出されたか、または自動発見され、適切なハンドシェイク方法のための追尾条件が達成された送信器にＯＳＣ信号を返すことを、上記説明および図１０乃至１２実施態様に関して理解されたい。

また、送信器は、受信器が予想する指定された起動温度が何度であるかに関して、起動時に、最初のＯＳＣ信号、またはダミー信号フレームのオーバーヘッド内を通過させることができることを、上述の実施態様のいくつかから認識されたい。例えば、許容可能な動作温度範囲の下端、例えば４０℃で起動する受信器の代わりに、指定された起動温度が５０℃のようなより高い温度範囲である送信器によって送信することができる。受信器は、次いでデマルチプレクサを、この温度に、または入力チャネルグリッドの帯域幅とは異なってよい、デマルチプレクサの帯域幅に好適なルックアップテーブルに対応する温度に、最初に追尾することができる。この初期の起動プロシージャの後に、受信器のマルチプレクサは、送信器での周囲温度の変化による入力チャネルグリッドの変化またはシフトの検出を継続することとができ、その変化は、光送信器から継続的に送信されるか、または光受信器での自動発見を介して検出される。いずれの場合も、受信器が入力信号チャネルグリッドの追尾状態を失った場合は、非追尾状態が生じ、起動プロセスを再起動した後に失われたチャネル信号の再送信する必要があることを、ＯＳＣ信号を介して送信器に通知することができる。

当業者は、送信器および受信器において熱的に起動させたＡＷＧを、熱的同調型ではなく代わりに電気光学的同調型にできることを例証した、上述の本発明のネットワーク送信の実施態様を理解されよう。電気光学的同調型の例は、２００２年１１月２１日に公開された米国特許公開第２００２／０１７２４６３号に開示され、参考として本明細書に援用される。この例では、ＡＷＧの格子アームの長さは、被変調ソースアレイの波長グリッドまたは多重化チャネル信号を一致させるように、ＡＷＧを同調させるために、複数のアームのそれぞれに電場を印加することによって、単独で変化させることが可能である。

場合によっては、ＴｘＰＩＣ上に存在する個々の信号チャネルのピーク波長の、オフチップのレーザーソース波長安定化およびフィードバックシステムを用いる必要はないが、むしろレーザーソースの波長および／または出力を検出および再調整し、その後ＴｘＰＩＣ上の隣接するレーザーソース間の波長チャネルのスペクトル間隔の保持し、および／または上述のように被変調ソースの信号出力全体にプレエンファシスを提供する、周波数検出システムを用いることを、上述の実施態様に関連してさらに認識されたい。この目標を達成するためのレーザーソースの波長動作検出の好適な方法は、例えば、１つまたは２つのレーザーソースの出力を監視する一対の高速応答光検出器からの干渉パターンを検出することができる、フィードバックシステムにおいて狭帯域の電気的フィルタを用いることである。この場合、これらの光検出器がＴｘＰＩＣに集積されることが好ましい。このスキームでは、レーザーソースの波長の検出に一般的に用いられる、現在のより大きな外部エタロンを置き換える。ＴｘＰＩＣ上に配置することが可能な当該の二重波長、集積検出器の例を、図１３乃至１９および２５乃至２７に示し、以下に説明する。オンチップコンバイナ（例、ＡＷＧ）の出力に複数のオンチップ波長光検出器を備えた他の実施態様を、図２０、２１、２３、および２４に示す。チップ上に集積される最も感度の良い波長監視装置はＡＷＧであり、公知技術である従来の外部エタロンを導入する代わりに、波長制御のための図１３乃至２７における他の検出スキームのように使用することができる。図２２では、各被変調ソースのための単一の光検出器と組み合わせて、１つ以上の光リング共振器によって動作する。しかし、レーザーソースの動作波長のトラッキングおよび識別のために温度に依存しない、オフセットエタロンを用いることは、本発明の範囲内であることを理解されたい。また、レーザーソースの放出波長をトラッキングするために、関連するレーザーソースに温度を一致させたエタロンを有することも、本発明の範囲内である。この点に関して、好適な実施態様は、ＴｘＰＩＣチップ上に当該のエタロンを集積するもの、すなわち、ＩｎＰベースの集積エタロンである。

図１３乃至２７の集積波長検出器の種々の実施態様を説明する前に、これらの集積検出器は、ヒーターを介してクーラーレスで動作するＰＩＣに配置することが必要なだけでなく、ＴＥＣのようなクーラーで温度が制御されるＰＩＣとともに用いることが可能であることに留意することが重要である。すなわち、本明細書に示される集積検出器は、あらゆる温度制御（クーラーまたはヒーター）または非制御（浮動）環境に用いることができることを明確に理解されたい。

図１３乃至１９に示される検出器のそれぞれは、レーザーソースからの背面出力を監視する、ＴｘＰＩＣ上の集積二重光検出器である。図１３では、前面ＰＩＮフォトダイオード１７１、ＥＡＭ１７２、およびレーザーダイオードソース（ＬＤ）１７３を備えた、Ｎ個のチャネルのうち１つのＰＩＣ信号チャネル１７０を示す。レーザーソース１７３の背面にはＹ分岐導波管１７４があり、レーザーソース１７３の後面に集積された一端１７４Ａを備え、Ｙ分岐導波管のアーム１７４Ｂおよび１７４Ｃの端部には、ＰＩＮまたはＡＰＤフォトダイオードのような光検出器１７５Ａおよび１７５Ｂがある。一次格子１７６Ａおよび１７６Ｂもまた、Ｙ分岐導波管１７４のそれぞれのアーム１７４Ｂおよび１７４Ｃ内にある。それぞれの格子１７６の中心波長は、光検出器１７５Ａおよび１７５Ｂのゼロ交差のガウス出力が目標波長にあるような、レーザーソースＬＤ１７３の目標放出波長の反対側からオフセットされる。これらの２つの格子は、レーザーソース１７３へのあらゆる不利益な反射フィードバックを最小限に抑えるために、フィルタリング強度を十分に弱くすることができる。状況に応じて、Ｙ分岐アーム１７４Ｂおよび１７４Ｃのうちの１つには、位相シフトを導入することが可能である。

図１４の実施態様の集積チャネル１７０Ａでは、２つの格子１７６Ａおよび１７６Ｂが、レーザーソース１７３の目標放出波長に中心波長を設定され、１／２位相シフト領域１７７がＹ分岐アームのうちの１つの１７４Ｃに形成されることを除いて、図１３の実施態様と同一である。目標放出波長が共振しない限り、アーム光検出器１７５Ａおよび１７５Ｂによって検出される光電流は異なる。共振、すなわち目標放出波長において、強い光散乱があるが、２つの光検出器１７５Ａおよび１７５Ｂの応答は、目標波長での格子光散乱によって最小またはゼロに近くなる。この検出スキームが伴う単一の目標放出波長には、１７７での位相シフトが必要である。レーザーソース１７３への後方散乱光は、Ｙ分岐アーム１７４Ａにおいて破壊的に干渉し、それによって抑制され、それ以外ならばレーザーソース１７３への可能な干渉周波数のフィードバックを取り除く。

図１５の実施態様では、チャネル１７０Ｂは、上述の２つの実施態様にある格子１７６または位相シフター１７７を備えない。むしろアブソーバ１７８が、アームのうちの１つ１７４Ｂに配置され、それぞれの光検出器１７５Ａおよび１７５Ｂによって検出される光に対する光検出器の出力および位相差を提供する、複素屈折率を変化させる。

図１６は、ＰＩＣ上の１つの信号チャネル１８０に対する集積光検出器の対の側面図であり、示されるチャネル導波管部は、単一の導波管１８１を介してレーザーソース（図示せず）の背面に接続される。ここでの概念は、レーザーソースのための目標放出波長における中心波長を有する高次格子１８２を備え、導波管１８１内に配置され、導波管内の後方反射を取り除き、主に２つのうちの第１の１８３の導波管外の光検出器ＰＤ１への後方に伝播する光を上方に散乱させる。１８４の光検出器ＰＤ２は、検出のために比較的少ない光を受信する。検出器１８４は、他の光検出器１８３よりもレーザーソースからさらに離れているので、これらの異なる光検出器の吸収された光電流の比率は異なる。温度または電流バイアスの変化などによって、目標放出波長がレーザーソース内で得られる時点で、散乱光が一方の光検出器によって吸収される光の量をより等しくするので、光検出器１８３と１８４との間で検出される光の比率は最小になる。図１６に関する別の実施態様として、図１６の格子は、軸外の反射を得ながら、導波管１８１の端部１８５への逆格子の導波管内反射も取り除くために、目標放出波長において、ブレーズ（ｂｌａｚｅｄ）格子または傾斜格子と置き換えることができる。

図１７の実施態様（平面図）は、チャンネル１８０Ａ内の１８６の１つの光検出器ＰＤ１が、導波管１８７のキャビティの外側にあることを除いて、図１６の実施態様と同じ方法で動作し、レーザーソース（図示せず）に接続され、一方で、１８８の別の光検出器ＰＤ２は、導波管１８７内の端に位置する。したがって、光検出器１８６および１８８からの光電流の比率は、レーザーソースに接続された１つの導波管１８７によって達成することができる。格子１８２は、１８６のＰＤ１によって受信される光の量が非共振状態で最小となるように、レーザーソースに対する目標放出波長に設定される。レーザーソースの動作温度または電流バイアスの変化などにより共振が得られる場合、格子１８２によって光検出器１８６および１８８の両方に大量の光が散乱され、散乱光が一方の光検出器によって吸収される光の量をより等しくするので、これらの光検出器の間で検出される光の比率は最小になる。格子１８２は、１８６のＰＤ１よりも多くの光を１８８のＰＤ２に散乱させるように調整できることに留意されたい。この実施態様の別の方法では、光検出器１８６および１８８が異なる光を有するように作ることによって、吸収長さが異なり、またレーザーソースからより等しい量の光を受信するために、光検出器１８６および１８８の両方を再配置する。光検出器の吸収の比率が異なることによって、共振が得られた場合、散乱光が一方の光検出器によって吸収される光の量をより等しくするので、光検出器１８６と１８８との間で検出される光の比率は最小になる。

信号チャネル１９０のための図１８の集積光検出器配置は、マッハツェンダ干渉計（ＭＺＩ）１９２を備え、装置のカプラー１９５Ａと１９５Ｂとの間のアーム１９３および１９４は、長さが異なり（アーム１９３＞アーム１９４）、非対称のＭＺホモダインとして機能する。ＭＺＩ１９２のカプラー１９５Ａからの位相シフトまたは他の出力は、集積光検出器１９６および１９７によって検出される。この検出器は、レーザーソース（図示せず）での波長の変化に非常に感度が良く、狭範囲で動作する。一実施態様では、この検出器スキームは、レーザーソースの放出波長を微同調し、一方で粗調整を、図２０のバーニヤベースの検出器の配置のように別の検出器の配置によって処理できるようにするために配置することが可能である。

図１９の実施態様のチャネル１９０Ａは、結合領域１９８が１つしかないことを除いて、図１８の実施態様を変化させたものである。この共指向性結合領域１９８は長さが長く、レーザーソースが目標放出波長で動作することにより、一対の光検出器１９６および１９７がゼロ交差ポイントにある場合に、相互結合だけが存在するように設計されている。検出された出力は、差動増幅器に提供されて、その出力はヌル（ｎｕｌｌ）またはゼロとなる。検出された信号がゼロクロスオーバであれば、その信号は同一であり、ロック状態が達成されていることを示す。図１９の別の実施態様では、ディザー（ｄｉｔｈｅｒ）信号のレーザーソースへの印加を使用することができるので、ヌル（ピーク）に到達した場合、信号のクロスオーバーがドリフトしたかどうかを判断することは困難である。レーザーソースのディザリングによって、この未検出の状態位置を取り除くことができる。

図２０に示される実施態様は、ＰＩＣのコンバイナ２００の使用を含み、ここでは、ＡＷＧのような波長選択性コンバイナとして示される。本実施態様および以降の実施態様におけるコンバイナは、代わりに、図２７に示されるマルチモード干渉カプラーのような非波長選択性コンバイナまたはデコンバイナ、あるいは波長選択性コンバイナとすることができる、ということに留意されたい。むしろ、ＴｘＰＩＣの複数の被変調ソースからの放出波長を判断または検出するための個々のレーザーソースである。図２０に示されるように、ＡＷＧの中心出力は、ＡＷＧ２０１からのゼロブリュアン多重化したＷＤＭ信号出力である。中心出力２０１の隣接した側の他のゼロ次ブリュアン出力２０２は、それらの端に集積される光検出器２０４を備える。相対的な異なる光検出器２０４の出力比率は、光検出器２０４によって検出されるそれぞれのチャネル出力に現れる、複数の放出波長の波長シフトを測る基準となる。図２０のバーニヤ検出器は、放出波長の微同調のための波長の自動発見に提供されるが、バーニヤ出力２０２はまた、放出波長の粗同調処理を提供するために、ある程度の複数の温度のシフト（例、１４０ＧＨｚ＝１０℃）に用いられる。

図２１の実施態様のコンバイナ２０５では、公知のように、高次ブリュアン領域（ＢＺ）１０６Ａおよび１０６Ｂは、ゼロ次ブリュアンの正確な波長のレプリカである。光検出器（ＰＤ）２０１は、それぞれの信号チャネルの目標波長の両側に対する通過帯域のオフセットとともに、ＢＺの出力番号２０６Ａおよび２０６Ｂで表されるそれぞれのチャネルに提供される。２０６Ａの出力＋１ＢＺおよび２０６Ｂの出力−１ＢＺからの検出信号は、ゼロ交差差分検出器としての役割を果たすことができる。

図２２の実施態様には、ＴｘＰＩＣまたは単一のＥＭＬの単一のチャネル２１０が示され、リングのサイズに基づいて所与の波長で共振するリング発振器２１１を同じチップ上に集積する。リング発振器２１１は、レーザーソース（ＬＤ）２１２の目標放出波長を設定するように設計することができる。リング発振器２１１は、一方がレーザーソース２１２と変調器（ＥＡＭ）２１４との間の導波管２１３に接続され、もう一方が、導波管２１５の両端に配置することができる光検出器（ＰＤ）２１６を含む、導波管２１５に接続される。ＰＤ２１６で検出された信号は、レーザーソース２１２の放出波長がリング発振器２１１のリング周波数と同じである場合に最大となる。直列に接続した複数のリング発振器２１１も有り得るが、チャネルごとに１つのリング発振器２１１があれば十分である。

図２３の実施態様には、図１９および図２０の両方に示された集積検出器の概念を組み合わせたものを示す。コンバイナ２２０の２２２Ａおよび２２２Ｂの２つの高次＋および−ブリュアン領域（ＢＺ）において、光検出器２２６と光学的に接続された複数のリング発振器２２４は、ブリュアン領域（ＢＺ）の導波管２２２Ａおよび２２２Ｂに沿って接続される。リング発振器２２４は、それぞれのオンチップレーザーソースのそれぞれの目標放出波長のリング周波数を有するように設定される。したがって、ＴｘＰＩＣのＮ個の信号チャネルのためのＮ個の組み合わせリング発振器／光検出器が存在する。本実施態様では、Ｎ＝８である。導波管２２Ａおよび２２Ｂ上のブリュアン領域（ＢＺ）の出力は、複数の組み合わせた波長のＷＤＭ信号を有する。個の出力の波長のうちのいずれかが、所与のリング発振器２２４と共振している場合、検出されたレーザー周波数は、発振器のリング周波数と同じであることを示す。そのリング周波数の光の一部は、リング発振器２２４から対応するＰＤ２２６に漏れ、レーザーソースの放出波長が得られたことを示す。図２３の別の実施態様では、波長オフセット技術を波長検出に導入するか、またはゼロ交差差分検出器スキームをこの実施態様に使用することができる。

コンバイナ２３０に関する図２４の実施態様は、図２３に示されるコンバイナ２２０の実施態様をさらに変化させたものであり、波長によって格子２３２から所定の角度でＢＺの出力を分散させるための、一組のオンチップまたは集積エシェル格子を配置する。接続しているそれぞれのレーザーソースの分散された波長は、受信される光の振幅を検出するためにその端部に光検出器２３６を有する、それぞれのオンチップ導波管２３４に接続される。別の実施態様では、ＢＺの検出された出力のそれぞれから２つの異なる出力を使用して微分検出を用いることができるように、エシェル格子の分散特性を同調させることができる。

図２５の実施態様の単一の導波管チャネル２４０は、図１６に示される実施態様に類似しており、検出器２４４および２４６は、レーザーソース（図示せず）に接続された導波管２４２に沿って直列に配置されるが、いかなる格子も使用しない。光検出器２４４および２４６によって検出される信号の比率は、これらの検出器の吸収が波長とともに変化すると、その波長とともに変化する。光検出器２４４および２４６の吸収長さは温度とともに変化するので、光検出器２４４および２４６はまた、レーザーソースの温度変化による波長の変化を検出し、周囲温度に依存する光検出器２４４および２４６の光電流の信号差の大きさの違いにより、２つの光検出器間の位相効果が増幅される。当該の増幅状態は、図１６の実施態様では不可能であるが、これは、格子の存在により信号差の大きさが増幅されないからである。別の実施態様では、代替となる実施態様が図１５に示される実施態様と同様であるが、導波管内格子が無く、アーム１７４Ｂおよび１７４Ｃの内の１つにアブソーバ１７８を備えており、アブソーバを備えたアーム１７４Ｂは、アブソーバ１７８の存在によって、周囲温度に依存する光検出器２４４および２４６の光電流の信号差の大きさの違いにより、２つの光検出器間の位相効果が増幅されるので、少し異なって光を吸収する。その結果、この検出スキームは、ＯＳＮＲ（光ＳＮ比）の改善により、これらの上述の実施態様のうちのいくつか以上に好適となりうる。

図２５の集積光検出器の実施態様に関して、検出感度を高めるために、更なる直列の光検出器をそなえることができる、ということを認識されたい。また、直前に述べた図１５に類似する実施態様では、この実施態様は、各導波管２４２の端部に出力スプリッタを備え、光検出器によって成端された各分岐導波管端および当該の各導波管から延在する複数のアームを有するように、延在させることができる。この場合、チャネル毎の光検出器の数を増加させることによって、検出感度が高められる。

図２６を参照する。図２６は、オンチップ集積波長検出の更なる実施態様を示す。前述の実施態様のように、この実施態様では、レーザーソース２５１、変調器２５２、およびＰＩＮ光検出器または出力変更要素（ＰＣＥ）２５３を備えた、信号チャネル２５０が１つだけ示されている。集積された装置は、レーザーソース２５１の導波管２５０Ａの２５４Ａで非対称的に接続された、非対称的に励起されるマルチモードの導波管である、２モード干渉（ＴＭＩ）導波管２５４を備えるが、図２６においてその結合のオフセットは誇張して示される。導波管２５４は、単一モードのＹ分岐スプリッタ２５５を有し、Ｙ分岐スプリッタ２５５からの導波管２５４Ｂおよび２５４Ｃの端部に、２５６の光検出器ＰＤ１および２５７のＰＤ２をそれぞれ有する。この装置はまた、米国特許第６，７１４，５６６号の図１に２０、２２、２４ａ、２４ｂ、および４０で示され、参考として、本明細書に援用される。動作の概念はマルチモード干渉（ＭＭＩ）カプラーに類似したものであり、オンチップ集積Ｙ分岐導波管２５４へのレーザーソース背面の出力は、２５４Ａのマルチモード導波管の入力に対する導波管２５０Ａとはオフセットされており、オフセットは、マルチモード導波管２５４の２つの低次モードを励起し、波長に依存する干渉パターンを生じさせるようにビートする。二次モードがＹ分岐２５５と連動すると、そのモードは、光検出器２５６および２５７のそれぞれへの導波管分岐２５４Ｂおよび２５４Ｃにおいて異なって作用し、その作用の差異は、温度によるレーザー発光波長の変化で示される。

図２７を参照する。図２７の実施態様は、マルチモード干渉（ＭＭＩ）カプラー２６０の形態の波長検出器である。当該のカプラーの大部分のデザインは、それらが波長の影響をほとんど受けないように、従来的に、共振で動作するように設計される。しかし、波長検出のために、カプラーは波長感度を高めるように設計しなければならない。図２７に示されるように、ＭＭＩカプラー２６０への入力２６２は、例えば２つの隣接する信号チャネルから、オフセットされた背面出力２６３および２６４を備え、同様に、カプラー２６０への入力２６２もオフセンターである。両チャネルからの出力は、示されるように、オンセンターまたはオフセンターとすることができ、これらのチャネルの２つの出力２６３および２６４は、それぞれの光検出器（図示せず）に出力２６３および２６４で接続することができ、光検出器の２つのガウスの出力間の交差点２６５は、それらの空間周波数分離、すなわち隣接する信号チャネル間のスペクトル間隔を示す。このように、所望の空間周波数は、２つの隣接するチャネル間で観察することができ、１つまたは両方の波長は、所望のチャネルの空間周波数分離を保持するように変更することができる。

上述のように、ＰＩＣ上のＡＷＧは、現在送信器の複数の波長検出に使用されている従来の外部エタロンを置き換える、オンチップの波長検出スキームのための最も感度の良い装置である。ＩｎＰベースのＡＷＧでは、中心波長がほぼ１６．２５ＧＨｚ／℃のレートで同調されるが、スペクトルチャネル間隔は比較的一定のままである。例えば、約２０℃乃至８０℃の温度範囲において、ＰＩＣのＡＷＧおよび対応するＤＦＢレーザーソースは、約１，０００ＧＨｚにわたって同調するが、チャネル間の分離の変化は比較的少ないままである。ＤＦＢレーザーソースの場合、その範囲は、約±２０ＧＨｚ乃至約±３０ＧＨｚである。しかし、オンチップＡＷＧでは、総同調範囲のほぼ約０．５％でしかない約±５ＧＨｚの変化でさらに安定する。この温度安定度は、図２０乃至２４の実施態様のオンチップの波長検出が、おそらくは好適な実施態様であると考えられる理由である。

浮動波長グリッドによるＴｘＰＩＣの動作温度範囲を広げるための未解決の課題は、例えば、これらの装置が、高い動作温度での対応するチャネルＤＦＢの放出波長に関する帯域端ＥＡＭの帯域端の赤方シフトを許容するように設計された場合の、より低い温度でのＥＡＭの大きな離調による、室温未満でのオンチップＥＡＭの動作の制限である。この大きな離調によって、消光比およびＥＡＭのチップの挙動がより乏しくなる。このＥＡＭの挙動を軽減し、ＴｘＰＩＣの動作範囲を広げるための２つの方法があり、より低い温度での動作に対して、約２０℃乃至約７０℃の範囲で最適である。第１の手法では、ＴｘＰＩＣ上の各信号チャネル内にＥＡＭの次のＳＯＡを備え、レーザー変調器の離調の量を減じている。離調の低減は、低音でのＥＡＭの適切な動作を確保し、オンチップＳＯＡは、ＥＡＭのより高いオン状態損失を補償し、その結果は、ＤＦＢレーザーソースに関するＥＡＭの離調の低減によるものである。また、ＳＯＡは、より高い温度での所望の出力レベルを保持するために用いることもでき、レーザーソース上のバイアスは、周囲温度とともに増加させることが可能である。また、上述のように、対応するＳＯＡの次の各チャネルのためのオンチップＶＯＡは、被変調ソースアレイ全体のオンチップのプレエンファシスのために、負バイアスを使用することができる。

第２の手法では、すでに上述されているが、ＤＦＢレーザーソースのヒーターとは別に、各ＥＡＭに関連するヒーターを提供し、ＥＡＭのヒーターを用いてレーザー変調器の大きな離調を保持する。ＥＡＭヒーターは、ＴｘＰＩＣチップの周囲温度を監視するためのサーミスタなどの、粗動用熱センサーまたは検出器からのフィードバックに基づいて動作する。ＴｘＰＩＣチップの温度が下がると、例えば、ローカルなＥＡＭヒーターは、それらの最適化された温度に保持するために、それらの対応するＥＡＭの温度を上昇させて温度の降下を補償し、それによって、変調器の消光比（ＥＲ）およびチャープ性能を保持する。ＤＦＢおよび類似した発光装置とは異なり、ＥＡＭの動的な性能は、より大きな度合いの温度を変化させるレーザー変調器の離調を除いて、温度の変化に対してあまり感度が良くない。

本発明をいくつかの特定の実施態様とともに説明してきたが、上述の説明を考慮すれば、多数の代替案、改良、およびバリエーションが明白であることは、当業者には明らかである。これに関する重要な例は、本発明の浮動波長グリッド技術は、送信器が同じ周囲温度内で熱的に浮動する波長を有することができれば、離散的な送信器を有する従来のＷＤＭ送信システムにも展開できることである。しかし、当該の離散的な送信器によって、複数の信号チャネルの中でのチャネル間隔の制御が、より困難になりうる、ということを認識されたい。したがって、従来のＷＤＭシステムへの取り組みは、より条件にあったものであり、信号チャネルの熱的な周囲環境は比較的小さく、等温線の変化が、全ての信号チャネルに対して同時に、実質的に同じ様態で生じる。当該の小規模な環境は、言うまでもなく、例えば、単一の半導体チップ上に１０乃至８０のチャネルを有することが可能な、ＴｘＰＩＣチップにおける当然の結果である。したがって、本明細書に開示される発明は、添付の請求項の精神および範囲内で、全ての当該の代替案、改良、アプリケーション、およびバリエーションを包含することを意図するものである。

本発明を備えたクーラーレス電界吸収変調器／レーザー（ＥＭＬ）を備えたクーラーレスＰＩＣの平面図である。 図１のＥＭＬの側面図である。 図２のライン３−３に沿ったＥＭＬの断面図である。 複数のＥＭＬの平均出力対周囲温度のグラフであり、広い動作温度範囲にわたる出力における実質的な均一性を示す。 複数のＥＭＬの平均レーザー閾値出力対周囲温度のグラフであって、広い動作温度範囲にわたる閾値電流における実質的な均一性を示す。 図１に示されるクーラーレスＥＭＬを備えたクーラーレスＰＩＣの別の実施態様の平面図である。このＰＩＣは、ＥＭＬのための帯状ヒーターを含む。 図１に示されるクーラーレスＥＭＬを備えたクーラーレスＰＩＣの更なる実施態様の平面図である。このＰＩＣは、集積半導体光増幅器（ＳＯＡ）を備えた出力変更要素（ＰＣＥ）を含む。 本発明の特徴を用いた、光送信フォトニック集積回路（ＴｘＰＩＣ）を備えたクーラーレスＰＩＣの平面図である。 本発明の特徴を用いた、光受信フォトニック集積回路（ＲｘＰＩＣ）を備えたクーラーレスＰＩＣの平面図である。 本発明を備えた、浮動波長グリッドを用いたマルチチャネルＰＩＣを有する光送信ネットワークの第１の実施態様の概略図である。 本発明を備えた、浮動波長グリッドを用いたマルチチャネルＰＩＣを有する光送信ネットワークの第２の実施態様の概略図である。 本発明を備えた、浮動波長グリッドを用いたマルチチャネルＰＩＣを有する光送信ネットワークの第３の実施態様の概略図である。 ＰＩＣ内に集積されたオンチップ波長検出器の第１の実施態様の概略図である。 ＰＩＣ内に集積されたオンチップ波長検出器の第２の実施態様の概略図である。 ＰＩＣ内に集積されたオンチップ波長検出器の第３の実施態様の概略図である。 ＰＩＣ内に集積されたオンチップ波長検出器の第４の実施態様の概略図である。ＰＩＣ内に集積されたオンチップ波長検出器の第５の実施態様の概略図である。 ＰＩＣ内に集積されたオンチップ波長検出器の第６の実施態様の概略図である。 ＰＩＣ内に集積されたオンチップ波長検出器の第７の実施態様の概略図である。 ＰＩＣ内に集積されたオンチップ波長検出器の第８の実施態様の概略図である。 ＰＩＣ内に集積されたオンチップ波長検出器の第９の実施態様の概略図である。 ＰＩＣ内に集積されたオンチップ波長検出器の第１０の実施態様の概略図である。 ＰＩＣ内に集積されたオンチップ波長検出器の第１１の実施態様の概略図である。 ＰＩＣ内に集積されたオンチップ波長検出器の第１２の実施態様の概略図である。 ＰＩＣ内に集積されたオンチップ波長検出器の第１３の実施態様の概略図である。 ＰＩＣ内に集積されたオンチップ波長検出器の第１４の実施態様の概略図である。 ＰＩＣ内に集積されたオンチップ波長検出器の第１５の実施態様の概略図である。 ＰＩＣ内に集積されたオンチップ波長検出器の第１６の実施態様の概略図である。 ＴｘＰＩＣ内などの複数のレーザーソースの波長グリッドまたはコムの一例のグラフである。 電気光学変調器のリッジ導波管上に載置されるヒーターを備えた、ＥＭＬまたはＴｘＰＩＣのようなＰＩＣ内の電気光学変調器の断面図である。 温度の関数として、１０個の信号チャネル全体の、前面光検出器（ＦＰＤ）または前面ＰＩＮフォトダイオードすなわちＦＰＩＮの光電流対、背面光検出器（ＲＦＤ）または背面ＰＩＮフォトダイオードすなわちＢＰＩＮの光電流の比率の片対数グラフである。 線形フィットを介した温度の関数として、１０個の信号チャネル全体の、前面光検出器（ＦＰＤ）または前面ＰＩＮフォトダイオードすなわちＦＰＩＮの光電流対、背面光検出器（ＲＦＤ）または背面ＰＩＮフォトダイオードすなわちＢＰＩＮの光電流の比率の片対数グラフである。

Claims (15)

1. 光送信ネットワークであって、
   前記光送信ネットワークは、
   クーラーレス光送信器であって、前記光送信器は、複数の光源と、前記複数の光源に結合された第１回路と、複数の入力および１つの出力を有する光コンバイナとを含み、前記複数の光源の各々は、前記光送信器が第１温度を有することに応答して、複数の第１光信号のうちの対応する１つの第１光信号を出力するように構成され、前記複数の第１光信号の各々は、複数の第１波長のうちの対応する１つの第１波長を有し、前記複数の第１波長は、波長グリッドを形成し、前記光送信器が第２温度を有することに応答して、前記複数の光源の各々は、複数の第２光信号のうちの対応する１つの第２光信号を出力し、前記第１回路は、前記複数の第２光信号の各々が複数の第２波長のうちの対応する１つの第２波長を有するように前記複数の光源を制御するように構成され、前記複数の第２波長の各々は、前記複数の第１波長のうちの対応する１つの第１波長に対して均一にシフトされており、前記光コンバイナの前記複数の入力の各々は、前記複数の第２光信号のうちの対応する１つの第２光信号を受信し、前記複数の第２光信号を組み合わせて、前記光コンバイナの前記出力において提供される波長分割多重（ＷＤＭ）光信号を生成するように構成される、光送信器と、
   光受信器であって、前記光受信器は、１つの入力および複数の出力を有する光デコンバイナを含み、前記光デコンバイナはさらに、関連フィルタグリッドを有し、前記光デコンバイナの前記入力は、前記ＷＤＭ信号を受信するように構成される、光受信器と、
   複数のフォトダイオードであって、前記複数のフォトダイオードの各々は、前記光デコンバイナの前記複数の出力のうちの１つの出力に結合されており、前記複数のフォトダイオードは、電気信号を生成する、フォトダイオードと、
   第２回路であって、前記第２回路は、前記光デコンバイナに結合されており、前記第２回路は、前記フィルタグリッドの少なくとも一部が前記波長グリッドの少なくとも一部とマッチするように、制御信号に応答して前記フィルタグリッドをスペクトル的にシフトさせるように構成され、前記光デコンバイナは、前記複数の第２光信号の各々が前記光デコンバイナの前記複数の出力のうちの対応する１つの出力により提供されるように、前記ＷＤＭ信号を逆多重化する、第２回路と、
   第３回路であって、前記第３回路は、少なくとも部分的に前記電気信号に基づいて前記制御信号を生成するように構成される、第３回路と
   を含み
   前記複数の第１波長の各々は、複数の第１チャネル間隔のうちの対応する１つの第１チャネル間隔だけ互いにスペクトル的に離れており、前記複数の第２波長の各々は、複数の第２チャネル間隔のうちの対応する１つの第２チャネル間隔だけ互いにスペクトル的に離れており、前記第１回路はさらに、複数のヒーターおよび１つの制御器を備え、前記複数のヒーターの各々は、前記複数の光源のうちのそれぞれの１つの光源に結合され、前記制御器は、前記複数の第１チャネル間隔および前記複数の第２チャネル間隔の各々が実質的に一定に維持されるように、前記複数のヒーターのうちの対応する１つのヒーターに複数のバイアス値のうちの１つのバイアス値を適用する、光送信ネットワーク。
2. 前記複数の第１波長の各々は、複数の第１チャネル間隔のうちの対応する１つの第１チャネル間隔だけ互いにスペクトル的に離れており、前記複数の第２波長の各々は、複数の第２チャネル間隔のうちの対応する１つの第２チャネル間隔だけ互いにスペクトル的に離れており、前記複数の第１チャネル間隔および前記第２チャネル間隔の各々は、実質的に同一である、請求項１に記載の光送信ネットワーク。
3. 前記光送信器は、送信フォトニック集積回路（ＴｘＰＩＣ）チップを含む、請求項１に記載の光送信ネットワーク。
4. 前記光受信器は、受信フォトニック集積回路（ＲｘＰＩＣ）チップを含む、請求項１に記載の光送信ネットワーク。
5. 前記第２回路は、前記光デコンバイナに結合されたヒーターを含み、前記光デコンバイナの前記波長グリッドが前記ヒーターによりスペクトル的にシフトされる、請求項１に記載の光送信ネットワーク。
6. 前記第２回路は、前記光デコンバイナに結合された電気光学デバイスを含み、前記光デコンバイナの前記波長グリッドが前記電気光学デバイスによりスペクトル的にシフトされる、請求項１に記載の光送信ネットワーク。
7. 前記光デコンバイナは、複数の格子アームを有するアレイ波長格子であり、前記電気光学デバイスは、前記複数の格子アームにわたって電場を印加するように構成される、請求項５に記載の光送信ネットワーク。
8. 前記光送信器の前記第２温度は、周囲の室温よりも高い、請求項１に記載の光送信ネットワーク。
9. 前記第２温度は、約３０℃〜約８５℃の範囲内にある、請求項１に記載の光送信ネットワーク。
10. 前記複数の第１波長の各々は、複数の第１チャネル間隔のうちの対応する１つの第１チャネル間隔だけ互いにスペクトル的に離れており、前記複数の第２波長の各々は、対応する間隔だけ互いにスペクトル的に離れており、前記複数の第１チャネル間隔のうちの少なくとも１つおよび複数の第２チャネル間隔のうちの少なくとも１つは、前記複数の第１および第２チャネル間隔のうちの残りの間隔とは異なる、請求項１に記載の光送信ネットワーク。
11. 前記光コンバイナは、波長選択性コンバイナである、請求項１に記載の光送信システム。
12. 前記波長選択性コンバイナは、アレイ波長格子、エシェル格子、カスケード式マッハツェンダ干渉計、および自由空間回折格子からなる群より選択される、請求項１１に記載の光送信システム。
13. 前記光コンバイナは、出力カップラー、スターカップラー、およびＭＭＩカップラーからなる群より選択される、請求項１に記載の光送信ネットワーク。
14. 光送信ネットワークであって、
    前記光送信ネットワークは、
    クーラーレス光送信器であって、前記光送信器は、複数の光源と、前記複数の光源に結合された第１回路と、複数の入力および１つの出力を有する光コンバイナとを含み、前記複数の光源の各々は、前記光送信器が第１温度を有することに応答して、複数の第１光信号のうちの対応する１つの第１光信号を出力するように構成され、前記複数の第１光信号の各々は、複数の第１波長のうちの対応する１つの第１波長を有し、前記複数の第１波長は、波長グリッドを形成し、前記光送信器が第２温度を有することに応答して、前記複数の光源の各々は、複数の第２光信号のうちの対応する１つの第２光信号を出力し、前記第１回路は、前記複数の第２光信号の各々が複数の第２波長のうちの対応する１つの第２波長を有するように前記複数の光源を制御するように構成され、前記複数の第２波長の各々は、前記複数の第１波長のうちの対応する１つの第１波長に対して均一にシフトされており、前記光コンバイナの前記複数の入力の各々は、前記複数の第２光信号のうちの対応する１つの第２光信号を受信し、前記複数の第２光信号を組み合わせて、前記光コンバイナの前記出力において提供される波長分割多重（ＷＤＭ）光信号を生成するように構成される、光送信器と、
    光サービスチャネル送信器であって、前記光サービスチャネル送信器は、光サービスチャネルを供給するように構成される、光サービスチャネル送信器と、
    光受信器であって、前記光受信器は、１つの入力および複数の出力を有する光デコンバイナを含み、前記光デコンバイナはさらに、関連フィルタグリッドを有し、前記光デコンバイナの前記入力は、前記ＷＤＭ信号を受信するように構成される、光受信器と、
    複数のフォトダイオードであって、前記複数のフォトダイオードの各々は、前記光サービスチャネルの少なくとも一部を受信するように構成される、フォトダイオードと、
    第２回路であって、前記第２回路は、前記光デコンバイナに結合されており、前記第２回路は、前記フィルタグリッドの少なくとも一部が前記波長グリッドの少なくとも一部とマッチするように、制御信号に応答して前記フィルタグリッドをスペクトル的にシフトさせるように構成され、前記光デコンバイナは、前記複数の第２光信号の各々が前記光デコンバイナの前記複数の出力のうちの対応する１つの出力により提供されるように、前記ＷＤＭ信号を逆多重化する、第２回路と、
    第３回路であって、前記第３回路は、前記光サービスチャネルに応答して前記制御信号を生成するように構成される、第３回路と
    を含み、
    前記複数の第１波長の各々は、複数の第１チャネル間隔のうちの対応する１つの第１チャネル間隔だけ互いにスペクトル的に離れており、前記複数の第２波長の各々は、複数の第２チャネル間隔のうちの対応する１つの第２チャネル間隔だけ互いにスペクトル的に離れており、前記第１回路はさらに、複数のヒーターおよび１つの制御器を備え、前記複数のヒーターの各々は、前記複数の光源のうちのそれぞれの１つの光源に結合され、前記制御器は、前記複数の第１チャネル間隔および前記複数の第２チャネル間隔の各々が実質的に一定に維持されるように、前記複数のヒーターのうちの対応する１つのヒーターに複数のバイアス値のうちの１つのバイアス値を適用する、光送信ネットワーク。
15. 前記制御信号は、前記電気信号に関連したビットエラーレート（ＢＥＲ）に少なくとも部分的に基づいて生成される、請求項１４に記載の光送信ネットワーク。

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