JP7445359B2 - モノリシックフォトニック集積回路およびこれを備える光電子システム - Google Patents

Description

本発明は、例えば、限定されないが遠距離通信用途またはセンサ用途に使用され得るモノリシックリン化インジウム（ＩｎＰ）ベースのフォトニック集積回路（ＰＩＣ）に関する。本発明はさらに、例えば、限定されないが遠距離通信用途またはセンサ用途に使用され得る光電子システムに関し、この光電子システムは、上記モノリシックＩｎＰベースのＰＩＣを備える。

例えば、限定されないが光遠距離通信用途の分野におけるＰＩＣは、できる限り小さい設置面積を有することが好ましい単一のダイに集積される光学および電気機能の数が増大しているため、ますます複雑になっている。特に光遠距離通信用途のＰＩＣのための最も多目的の技術プラットフォームは、ＩｎＰベースの半導体材料を備えるウエハを使用する。ＩｎＰベースの技術は、単一ダイ上の１つのＰＩＣにおける、例えば、光生成および／または光吸収光学デバイスなどの能動コンポーネント、ならびに、例えば、導光および／または光スイッチング光学デバイスなどの受動コンポーネントの両方のモノリシック集積化を可能にする。

ＰＩＣのパッケージングに関連した一般的問題は、光ファイバまたはレンズとＰＩＣの集積光導波路とのアライメントである。ＰＩＣの集積光導波路内の光放射は、非常に小さい領域に、通常、サブミクロンスケールに集中される。結合損失を低減するため、光ファイバまたはレンズとＰＩＣの集積光導波路とのアライメントは、それらがパッケージングの最中に互いに対して所定の位置に固定される前に、最適化される必要がある。

一般に、光ファイバとＰＩＣの集積光導波路とのアライメントは、３つの連続したステージ、すなわち、いわゆる第１の光ステージ、それに続く能動的アライメントステージ、および結合測定ステージ、において行われる。

第１の光ステージにおいて、光ファイバは、ＰＩＣの集積光導波路に対する正しい位置をおおまかに見出すように操作される。これを行うために、光放射または光は、ＰＩＣによって生成され、この光放射または光は、集積光導波路のところでＰＩＣから出射し、この集積光導波路の前に光ファイバが位置付けられる。外部光学的測定設備は、ＰＩＣの集積光導波路に対して様々な場所に位置付けられているときに光ファイバ内へ結合する光の光パワーの量を測定するために使用される。最大量の光パワーが光ファイバ内に結合される、ＰＩＣの集積光導波路に対する光ファイバの位置が、能動的アライメントステージのための開始位置として選択される。

能動的アライメントステージにおいて、アルゴリズムが、光ファイバ内に結合する光パワーの量を最適化するように、運動軸のスイープ、例えば、らせん状スイープを実施するために使用される。このやり方では、最適化されたアライメントの場所は、光ファイバおよびＰＩＣの集積光導波路が互いに対して最適に整列される場所で見出され得る。

結合測定ステージにおいて、通常、一定の量の光パワーが、能動的アライメントステージの間に決定された最適化したアライメントの場所に位置付けられる光ファイバ内へ注入される。ＰＩＣの集積光検出器を使用して、集積光導波路内に結合される光パワーの量を測定することにより、結合損失の量が、最適化したアライメントの場所について決定され得る。最適化したアライメントの場所における決定された結合損失の量は、プロセス制御のために使用され得る。

一般的に使用されるファイバ対ＰＩＣアライメントの上述の３つのステージの欠点は、３つのステージを実施することが、かなり厄介であり、結果として、ファイバ対ＰＩＣアライメントが実施される生産ステーションのスループットを制限することである。したがって、ファイバ対ＰＩＣアライメントが実施される生産ステーションの改善されたスループットを可能にする、所望の結合損失を伴うファイバ対ＰＩＣアライメントを達成する改善された方法を提供することが必要とされる。

本発明の目的は、当該技術において知られるファイバ対ＰＩＣアライメントと関連付けられた、上述の欠点および／または他の欠点のうちの少なくとも１つを阻止するか、または少なくとも低減する、例えば、限定されないが遠距離通信用途またはセンサ用途に使用され得るモノリシックＩｎＰベースのＰＩＣを提供することである。

本発明の目的はさらに、本発明に従うモノリシックＩｎＰベースのＰＩＣを備える、例えば、限定されないが遠距離通信用途またはセンサ用途に使用され得る光電子システムを提供することである。

本発明の態様は、添付の独立請求項および従属請求項に明記される。従属請求項からの特徴は、必要に応じて、および単に請求項に明示的に明記されるのみならず、独立請求項からの特徴と組み合わされ得る。さらには、すべての特徴は、技術的に等価の特徴と置き換えられ得る。

上述の目的のうちの少なくとも１つは、第１のフォトニック組立体を備えるモノリシックＩｎＰベースのＰＩＣであって、
少なくとも第１の光インターフェースが設けられる第１の端部、ならびに少なくとも第２の光インターフェースおよび第３の光インターフェースが設けられる第２の端部を有する、第１の光スプリッタ－コンバイナ装置と、
第１の光スプリッタ－コンバイナ装置の第１の光インターフェースと光通信状態に配置される第１の光導波路と、
第１の光スプリッタ－コンバイナ装置の第２の光インターフェースと光通信状態に配置される第１の主フォトニック回路と、
第１の光スプリッタ－コンバイナ装置の第３の光インターフェースと光通信状態に配置される第１の補助フォトニック回路とを備え、第１の補助フォトニック回路が、
第１のレーザ装置と、
第１の光スプリッタ－コンバイナ装置の第３の光インターフェースと光通信状態に配置される第１の端面、および第１のレーザ装置と光通信状態に配置される第２の端面を有する第１の半導体光増幅器（ＳＯＡ）とを備え、第１のＳＯＡが、
第１のレーザ装置と第１の光スプリッタ－コンバイナ装置との間の光通信が許可される第１の動作状態、または
第１のレーザ装置と第１の光スプリッタ－コンバイナ装置との間の光通信が妨げられる第２の動作状態
にあるように構成可能である、モノリシックＩｎＰベースのＰＩＣによって達成される。

本発明に従うモノリシックＩｎＰベースのＰＩＣの第１の主フォトニック回路は、例えば、多素子調整可能レーザなどの複雑なＩｎＰベースの主レーザを通常備える、例えば、光受信器または光送信器などの任意の光学回路であり得る。

第１の補助フォトニック回路の第１のレーザ装置は、第１の主フォトニック回路のタイプに関わらず、ファイバ対ＰＩＣアライメントの上述の第１の光ステージおよび後続の能動アライメントステージにおいて使用され得るレーザ光のオンチップ生成のために使用され得る。第１のレーザ装置は、典型的には、例えば、ファブリペロー（ＦＰ）レーザ、リングレーザ、分布帰還型（ＤＦＢ）レーザ、単区間または多区間分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）レーザなどの、単純なタイプのレーザを備える。当業者は、スーパールミネッセント発光ダイオード（ＳＬＤ）または半導体光増幅器（ＳＯＡ）が第１のレーザ装置において使用され得ることを理解するものとする。その場合、第１のレーザ装置は、少なくとも２つの光反射器を備える。ＳＬＤまたはＳＯＡは、ＰＩＣと結合されなければならない光ファイバ内への光放射の十分な結合を可能にするために十分な指向性を有する光放射を提供するために、少なくとも２つの光反射器の間に配置されなければならない。自発発光または増幅された自発発光に依拠する光源によって放出される光放射の指向性の欠如が理由で、この種の光放射は、高品質ファイバ対ＰＩＣアライメントを達成するために必要とされる光ファイバ内への結合の度合いを可能にしない。したがって、発光ダイオード（ＬＥＤ）はそういうものとして、本発明に従うモノリシックＩｎＰベースのＰＩＣの第１の補助フォトニック回路に適用されるのに好ましい光放射源ではない。

特に、第１の主フォトニック回路が複雑な主レーザを備える光送信器である場合、生産ステーションにおいてファイバ対ＰＩＣアライメントを実施するとき、第１の主フォトニック回路の複雑な主レーザの代わりに第１の補助フォトニック回路の第１のレーザ装置の単純なレーザを使用することが有利である。複雑な主レーザを動作させることは、典型的には、数ある中でも、かなりの数の電流源をオンにすること、ならびに、ファイバ対ＰＩＣアライメント生産ステーションにおいて、またはこれの前に、かなりの制御およびモードマッピングを必要とする。後者の結果として、複雑な主レーザを動作させることは、幾分厄介である。これは、ファイバ対ＰＩＣアライメント生産ステーションのスループットを低減させ得る。オンチップレーザ光を生成するための第１の補助フォトニック回路の第１のレーザ装置の単純なレーザを動作させることは、それほど厄介ではなく、したがって、ファイバ対ＰＩＣ生産ステーションのスループットが改善され得る。

第１の補助フォトニック回路の第１のレーザ装置を使用する別の利点は、ファイバ対ＰＩＣアライメントの目的のためのオンチップレーザ光が、たとえ第１の主フォトニック回路が光受信器であるとしても利用可能であることである。

当業者は、ファイバ対ＰＩＣアライメントを実施するには、第１の補助フォトニック回路の第１のＳＯＡが、第１のレーザ装置と第１の光スプリッタ－コンバイナ装置との間の光通信を可能にするために、第１の動作状態をとるように構成されなければならないことを理解するものとする。このやり方では、第１のレーザ装置によって生成されるレーザ光は、ファイバ対ＰＩＣアライメントの上述の第１の光ステージおよび後続の能動的アライメントステージにおいて使用され得る。加えて、第１のＳＯＡが第１の動作状態にあるように構成されるとき、それは、第１のレーザ装置によって生成される短い高出力光パルスがＰＩＣに接続される光ファイバに提供されることを可能にする。これらの短い光パルスは、例えば、光時間領域後方散乱測定法（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｉｍｅ－Ｄｏｍａｉｎ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ：ＯＴＤＲ）などのファイバ診断において使用され得る。

ファイバ対ＰＩＣアライメントの上述の結合測定ステージにおいて、第１の補助フォトニック回路の第１のＳＯＡは、結合損失測定において既知のフォトダイオードとして使用され得る。その場合、第１のＳＯＡは、第１のＳＯＡがその第１の端面に入射する光放射を吸収することができる第２の動作状態にあるように構成されなければならない。

当業者は、第１のＳＯＡが第２の動作状態にあるように構成され、第１のレーザ装置がレーザ光を放出するように構成されるとき、第１のＳＯＡが第１のレーザ装置によって放出されるレーザ光の光パワーを測定するために使用され得ることを理解するものとする。このやり方では、本発明に従うモノリシックＰＩＣは、自己診断能力を備える。

第１の主フォトニック回路の通常動作において、その実際の機能性に関わらず、本発明に従うモノリシックＰＩＣの第１の主フォトニック回路と光通信状態に配置される外部光学システムにおける障害を防ぐために、補助フォトニック回路の第１のレーザ装置と第１の光スプリッタ－コンバイナ装置との間の光通信がないことが必須である。これは、第１のＳＯＡの第１の端面に入射する光放射が吸収される第２の動作状態にあるように第１のＳＯＡを構成し、それにより、第１のレーザ装置と第１の光スプリッタ－コンバイナ装置との間の光通信、ならびに／または外部光学システムおよび本発明に従うモノリシックＰＩＣを相互接続する光ファイバ内へのレーザ光の後方反射を防ぐことによって達成され得る。当業者は、第１の光スプリッタ－コンバイナ装置が、マルチモード干渉（ＭＭＩ）ベースの光スプリッタ－コンバイナ装置であり得ることを理解するものとする。

さらには、当業者は、第１の主フォトニック回路の通常動作において、その実際の機能性に関わらず、第１の補助フォトニック回路の第１のＳＯＡが、第２の動作状態にあるとき、フィールド内電力モニタリングのため、および／または電力モニタ（ＲＳＳＩまたはＲＸ強度）制御信号を提供するために、使用され得ることを理解するものとする。これらは、本発明に従うモノリシックＰＩＣの第１の補助フォトニック回路の第１のＳＯＡによって提供される追加の便益である。

当業者は、本発明が、フォトニックシステムの送信器（ＴＸ）または受信器（ＲＸ）チャネルの両方のために使用され得る、３つの目的のモノリシックＰＩＣを提供することを理解するものとする。第１の使用は、第１のレーザ装置によるオンチップレーザ光の生成である。第１の補助フォトニック回路の第１のＳＯＡが第１の動作状態にあるように構成されるとき、オンチップ生成されたレーザ光が、ファイバ対ＰＩＣアライメントのために使用され得る。第１のレーザ装置が短い高出力光パルスを生成するように構成される場合、これらの短い光パルスは、例えば、ＯＴＤＲなどのファイバ診断において使用され得る。第２の使用は、第１のＳＯＡが第２の動作状態にあるように構成されるときの、第１のＳＯＡによる光検出である。第３の使用は、第１の主フォトニック回路が通常使用状態にある光受信器である場合、例えば、受信した光信号の、インライン光パワーモニタリングである。

当業者は、本発明に従うモノリシックＰＩＣが、改善されたファイバ対ＰＩＣアライメントを達成するために使用され得る、生成または受信される光信号を提供する問題に対するソリューションを提供することを理解するものとする。ファイバ対ＰＩＣアライメントを改善するための先行技術から知られるソリューションは、オンチップ光検出器、光反射器、またはループバック導波路の適用を伴う。オンチップ光検出器の欠点は、それらが、ファイバ対ＰＩＣアライメントの第１の光発見ステージに必要とされる光放射を生成することができないことである。光反射器またはループバック導波路の欠点は、それらが、外部光学システムの通常の使用に有害であり得る外部光学システムへの光の後方反射を引き起こし得ることである。

本発明に従うＰＩＣは、例えば、オンチップ光検出器、光反射器、またはループバック導波路の使用を不必要にし、以て、先行技術から知られるソリューションと比較して減少したコンポーネント数を可能にする。減少したコンポーネント数に起因して、本発明に従うＰＩＣの面積は、先行技術から知られるソリューションと比較して減少され得る。その結果、本発明に従うＰＩＣの費用は、低減され得る。

上に基づいて、当業者は、ファイバ対ＰＩＣアライメントが本発明に従うモノリシックＩｎＰベースのＰＩＣによって改善され得ることを理解するものとする。その結果、ファイバ対ＰＩＣアライメントが実施される生産ステーションのスループットは、改善され得る。故に、本発明に従うモノリシックＩｎＰベースのＰＩＣは、当該技術において知られるファイバ対ＰＩＣアライメントと関連付けられた上述の欠点および／または他の欠点のうちの少なくとも１つを阻止し、または少なくとも低減し、費用を低減することを可能にする。

本発明に従うモノリシックＩｎＰベースのフォトニック集積回路の実施形態において、第１のＳＯＡは、第１の動作状態にあるとき、第１のＳＯＡの第２の端面に入射する光放射を増幅するように、および増幅された光放射を、第１のＳＯＡの第１の端面において、第１の光スプリッタ－コンバイナ装置の第３の光インターフェースへ向けて放出するように構成され、第１のＳＯＡは、第２の動作状態にあるとき、第１のＳＯＡの第１の端面に入射する光放射を吸収するように構成される。

第１のＳＯＡの第１の動作状態は、第１のＳＯＡを電気的に順方向バイアスすることによって達成され得る。上で述べたように、第１の動作状態にあるとき、第１のＳＯＡは、第１のレーザ装置によって生成され、第１のＳＯＡの第２の端面に入射するレーザ光を増幅することができる。第１のＳＯＡの第１の端面において放出される増幅されたレーザ光は、ＰＩＣの第１の光スプリッタ－コンバイナ装置の第３の光インターフェースに入射する。上で述べたように、増幅された光は、ファイバ対ＰＩＣアライメント、およびＯＴＤＲなどのファイバ診断のうちの少なくとも一方のために使用され得る。第１のレーザ装置によって生成されるレーザ光の第１のＳＯＡによる増幅は、使用されるレーザ光の高められた光パワーが、第１の光検索の捕捉範囲を増大させることができるため、ファイバ対ＰＩＣアライメントの上述の第１の光ステージにとって有利である。その結果、後続の能動的アライメントステージのための、ＰＩＣの集積光導波路に対する光ファイバの良好な開始位置が、より素早く決定され得る。これは、ファイバ対ＰＩＣアライメント生産ステーションのスループットを改善し得る。

能動的アライメントステージにおいて、増大された光パワーを有するレーザ光の使用もまた、有益である。当業者は、能動的アライメントステージにおいて、強力な基本モード（ＴＥ０）を有するレーザ光は、これが、アライメントアルゴリズムが対処する最もクリーンなガウスビームプロファイルを生成することから、所望されるということを理解するものとする。

第１のＳＯＡは、第１のＳＯＡを電気的に逆バイアスすることによって、第２の動作状態にあるように構成され得る。上で述べたように、第１の主フォトニック回路の通常使用の間、第１のＳＯＡは、典型的には、第１のＳＯＡの第１の端面および第２の端面のうちの少なくとも一方に入射するすべての入射光を吸収することによって第１の補助フォトニック回路を第１の主フォトニック回路から守るために第２の動作状態に留まる。第１のＳＯＡを電気的に逆バイアスされたままにすることによって、第１のレーザ装置と第１の主フォトニック回路との間の光通信は、第１の主フォトニック回路の通常使用の間、妨げられ得る。このやり方では、第１の主フォトニック回路の通常使用の間第１の主フォトニック回路から生じる光放射の後方反射を少なくとも低減する、および究極的には防ぐという上述の利点が達成され得る。その結果、第１の主フォトニック回路と光学的に相互接続される遠距離通信ネットワーク内の障害は、低減され得、また究極的には防がれ得る。

第１の主フォトニック回路の通常使用の間第１のＳＯＡを電気的に逆バイアスすることはまた、フィールド内電力モニタリング、および電力モニタ（ＲＳＳＩまたはＲＸ強度）制御信号を提供することに関する上述の利点のうちの少なくとも１つを提供することができる。加えて、逆バイアスされた第１のＳＯＡは、第１のレーザ装置によって放出されるレーザ光の光パワーを測定するために使用され得る。上で述べたように、このやり方では、本発明に従うモノリシックＰＩＣは、自己診断能力を備える。

本発明に従うモノリシックＩｎＰベースのフォトニック集積回路の実施形態において、第１のレーザ装置および第１のＳＯＡには、共通Ｐ型オーミック接触が設けられる。

このやり方では、第１のレーザ装置および第１のＳＯＡには、光生成および電力モニタリングの両方における使用のための単一接点が設けられ得る。単一接点はまた、第１のレーザ装置および第１のＳＯＡを同時に電気的に順方向バイアスまたは逆バイアスすることを可能にする。さらに、第１のレーザ装置および第１のＳＯＡに共通Ｐ型オーミック接触を提供する利点は、ワイヤボンディング複雑性が低減され得ることである。

本発明に従うモノリシックＩｎＰベースのフォトニック集積回路の実施形態において、第１の主フォトニック回路は、光受信器であるように構成および配置される。

この場合、第１の主フォトニック回路は、第１の主フォトニック回路と光通信状態に配置される光学モジュールのＩｎＰベースのレーザ装置によって放出される光放射を受信するように構成および配置され得る。当業者は、光学モジュールが、光ファイバを介してＰＩＣの第１の主フォトニック回路と光通信状態に配置される外部光学モジュールであり得ることを理解するものとする。

第１の主フォトニック回路はまた、第１の補助フォトニック回路の第１のレーザ装置によって放出される光放射を受信するように構成され得る。この場合、本発明に従うＰＩＣは、第１の主フォトニック回路の動作に関する自己試験能力を備え得る。

第１の主フォトニック回路の通常動作の間、すなわち、第１の主フォトニック回路が、それと光通信状態に配置される意図した光学モジュールのＩｎＰベースのレーザ装置から光放射を受信するとき、第１の補助フォトニック回路によって引き起こされ得る、第１の主フォトニック回路の方への望ましくない後方反射は、第１の補助フォトニック回路の第１のＳＯＡを逆バイアスされたままにすることによって、少なくとも低減され得、究極的には防がれ得る。上で述べたように、第１のＳＯＡを逆バイアスすることによって、ＳＯＡの第１の端面に入射する、意図した光学モジュールのＩｎＰベースのレーザ装置によって放出される光放射は、吸収され得、以て、第１の補助フォトニック回路を第１の主フォトニック回路から守る。

本発明に従うモノリシックＩｎＰベースのフォトニック集積回路の実施形態において、第１のレーザ装置は、
第３の端面および第４の端面を有する第２のＳＯＡと、
第１の光反射器であって、
第１のＳＯＡの第２の端面、および
第２のＳＯＡの第３の端面と光通信状態に配置される、第１の光反射器と、
第２のＳＯＡの第４の端面と光通信状態に配置される第２の光反射器と
を備える。

第１の光反射器および第２の光反射器の両方と光通信状態に配置される第２のＳＯＡの組み合わせは、光子の誘導放出の結果として光放射を放出するように構成され得る面レーザと解釈され得る。当業者は、第２のＳＯＡが面レーザの利得媒体として使用されることを理解するものとする。第２のＳＯＡは、上述のＳＬＤによって置き換えられ得る。

本発明に従うＰＩＣの例示的な実施形態において、第１のＳＯＡおよび第２のＳＯＡは、必要とされるチップ面積を減少させるために、同一の光学キャビティ長を有する。

本発明に従うモノリシックＩｎＰベースのフォトニック集積回路の実施形態において、第１の補助フォトニック回路は、
第１の光スプリッタ－コンバイナ装置の第３の光インターフェースおよび第１のＳＯＡの第１の端面を光学的に相互接続するように配置される第２の光導波路と、
第１のＳＯＡの第２の端面および第１の光反射器を光学的に相互接続するように配置される第３の光導波路と、
第１の光反射器および第２のＳＯＡの第３の端面を光学的に相互接続するように配置される第４の光導波路と
をさらに備える。

２つのＳＯＡおよび４つの光導波路を備える本発明に従うモノリシックＩｎＰベースのＰＩＣのこの実施形態は、上述の利点が実践に至ることを可能にする。

本発明に従うモノリシックＩｎＰベースのフォトニック集積回路の実施形態において、第１のＳＯＡおよび第２のＳＯＡのうちの少なくとも一方は、直流源により駆動されるように構成および配置される。

第１のレーザ装置の第２のＳＯＡを駆動するための直流（ＤＣ）を印加することは、第１のレーザ装置が、高い光出力パワーを有する連続した光放射を生成することを可能にする。第１のＳＯＡが第１の動作状態にあるため、すなわち、第２のＳＯＡと第１の主フォトニック回路の第１の光スプリッタ－コンバイナ装置との間の光通信を可能にすることにより、第１の補助フォトニック回路によって第１の主フォトニック回路に提供される高パワーの連続的な光放射は、ファイバ対ＰＩＣアライメントプロセスの第１の光検出ステージにおいて有益である。

第１のＳＯＡおよび第２のＳＯＡの両方がＤＣ電流により駆動される場合、第２のＳＯＡによって生成される連続的な光放射の光出力パワーは、第１のＳＯＡによってさらに増大され得る。その結果、第１の補助フォトニック回路は、さらに高い光出力パワーを有する連続的な光放射を第１の主フォトニック回路に提供することができる。これは、ファイバ対ＰＩＣアライメントプロセスの第１の光検出ステージにとってさらにより有益である。

第１のＳＯＡおよび第２のＳＯＡをＤＣ電流源により別々に駆動することも可能である。例えば、第２のＳＯＡをＤＣ電流源により駆動しながら、第１のＳＯＡを逆バイアスすることが可能である。この場合、第１の補助フォトニック回路の自己診断は、順方向バイアスされた第２のＳＯＡによって放出される連続的な光放射が、逆バイアスされた第１のＳＯＡによってモニタされ得る際に、実施され得る。加えて、第２のＳＯＡによって放出される連続的な光放射が第１の主フォトニック回路の第１の光スプリッタ－コンバイナ装置において検出されないかどうかをチェックすることによって、第１のＳＯＡが第２のＳＯＡによって放出される光放射のすべてを吸収するかどうかが決定され得る。

本発明に従うモノリシックＩｎＰベースのフォトニック集積回路の実施形態において、第１のＳＯＡおよび第２のＳＯＡが、パルス電流源により駆動されるように構成および配置されるか、または第２のＳＯＡが、パルス電流源により駆動されるように構成および配置される。

第１のレーザ装置の第２のＳＯＡにパルス電流を印加することは、第１のレーザ装置が、高い光出力パワーを有するパルス光放射を生成することを可能にする。第１のＳＯＡが第１の動作状態にあるため、すなわち、第２のＳＯＡと第１の主フォトニック回路の第１の光スプリッタ－コンバイナ装置との間の光通信を可能にすることにより、この場合第１の補助フォトニック回路によって第１の主フォトニック回路に提供される高パワーのパルス光放射は、ファイバ対ＰＩＣアライメントプロセスの第１の光検出ステージにおいて有益である。加えて、第２のＳＯＡによって生成される短い高出力光パルスは、例えば、ＯＴＤＲなどのファイバ診断のために使用され得る。

第１のＳＯＡおよび第２のＳＯＡの両方がパルス電流により駆動される場合、第２のＳＯＡによって生成されるパルス光放射の光出力パワーは、第１のＳＯＡによってさらに増大され得る。その結果、第１の補助フォトニック回路は、さらにより高い光出力パワーを有するパルス光放射を第１の主フォトニック回路に提供することができる。これは、ファイバ対ＰＩＣアライメントプロセスの第１の光検出ステージ、およびＯＴＤＲなどのファイバ診断にとってさらにより有益である。

本発明に従うモノリシックＩｎＰベースのフォトニック集積回路の実施形態において、第１のレーザ装置は、第１のＳＯＡの第２の端面と光通信状態に配置される光出力面を有するレーザを備える。

当業者は、レーザが、典型的には、例えば、ファブリペロー（ＦＰ）レーザ、リングレーザ、分布帰還型（ＤＦＢ）レーザ、単区間または多区間分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）レーザなどの、単純なタイプのレーザであることを理解するものとする。第１のレーザ装置において第２のＳＯＡの代わりにレーザを適用することにより、第１の光反射器および第２の光反射器が省略され得る。このやり方では、本発明に従うＰＩＣのコンポーネント数は、さらに減少され得る。

本発明に従うモノリシックＩｎＰベースのフォトニック集積回路の実施形態において、第１の補助フォトニック回路は、
第１の光スプリッタ－コンバイナ装置の第３の光インターフェースおよび第１のＳＯＡの第１の端面を光学的に相互接続するように配置される第２の光導波路と、
第１のＳＯＡの第２の端面およびレーザの光出力面を光学的に相互接続するように配置される第３の光導波路と
を備える。

ＳＯＡ、レーザ、および３つの光導波路を備える本発明に従うモノリシックＩｎＰベースのＰＩＣのこの実施形態は、２つのＳＯＡおよび４つの光導波路を備えるＰＩＣの上述の実施形態と比較して減少したコンポーネント数という追加の便益を伴って、上述の利点が実践に至ることを可能にする。

本発明に従うモノリシックＩｎＰベースのフォトニック集積回路の実施形態において、第１のＳＯＡおよびレーザのうちの少なくとも一方は、直流源により駆動されるように構成および配置される。

レーザにＤＣ電流を印加することは、レーザが、高い光出力パワーを有する連続的な光放射を生成することを可能にする。第１のＳＯＡが第１の動作状態にあるため、すなわち、レーザと第１の主フォトニック回路の第１の光スプリッタ－コンバイナ装置との間の光通信を可能にすることにより、第１の補助フォトニック回路によって第１の主フォトニック回路に提供される高パワーの連続的な光放射は、ファイバ対ＰＩＣアライメントプロセスの第１の光検出ステージにおいて有益である。

レーザおよび第１のＳＯＡの両方がＤＣ電流により駆動される場合、レーザによって生成される連続的な光放射の光出力パワーは、第１のＳＯＡによってさらに増大され得る。その結果、第１の補助フォトニック回路は、さらにより高い光出力パワーを有する連続的な光放射を第１の主フォトニック回路に提供することができる。これは、ファイバ対ＰＩＣアライメントプロセスの第１の光検出ステージにとってさらにより有益である。

第１のＳＯＡおよびレーザをＤＣ電流源により別々に駆動することも可能である。例えば、レーザをＤＣ電流源により駆動しながら、第１のＳＯＡを逆バイアスすることが可能である。この場合、第１の補助フォトニック回路の自己診断は、順方向バイアスされたレーザによって放出される連続的な光放射が、逆バイアスされた第１のＳＯＡによってモニタされ得る際に、実施され得る。加えて、レーザによって放出される連続的な光放射が第１の主フォトニック回路の第１の光スプリッタ－コンバイナ装置において検出されないかどうかをチェックすることによって、第１のＳＯＡがレーザによって放出される光放射のすべてを吸収するかどうかが決定され得る。

本発明に従うモノリシックＩｎＰベースのフォトニック集積回路の実施形態において、第１のＳＯＡおよびレーザが、パルス電流源により駆動されるように構成および配置されるか、またはレーザが、パルス電流源により駆動されるように構成および配置される。

レーザにパルス電流を印加することは、レーザが、高い光出力パワーを有するパルス光放射を生成することを可能にする。第１のＳＯＡが第１の動作状態にあるため、すなわち、レーザと第１の主フォトニック回路の第１の光スプリッタ－コンバイナ装置との間の光通信を可能にすることにより、この場合第１の補助フォトニック回路によって第１の主フォトニック回路に提供される高パワーのパルス光放射は、ファイバ対ＰＩＣアライメントプロセスの第１の光検出ステージにおいて有益である。加えて、レーザによって生成される短い高出力光パルスは、例えば、ＯＴＤＲなどのファイバ診断のために使用され得る。

第１のＳＯＡおよびレーザの両方がパルス電流により駆動される場合、レーザによって生成されるパルス光放射の光出力パワーは、第１のＳＯＡによってさらに増大され得る。その結果、第１の補助フォトニック回路は、さらにより高い光出力パワーを有するパルス光放射を第１の主フォトニック回路に提供することができる。これは、ファイバ対ＰＩＣアライメントプロセスの第１の光検出ステージ、およびＯＴＤＲなどのファイバ診断にとってさらにより有益である。

本発明に従うモノリシックフォトニック集積回路の例示的な実施形態において、レーザは、０．０５ｍｍ～１ｍｍの範囲にある光学キャビティ長を有する。当業者は、上述の範囲にある光学キャビティ長を有するレーザが、短キャビティレーザと解釈されることを理解するものとする。短キャビティレーザを第１の補助回路内の光源として適用する利点は、第１の補助回路が占める面積量が減少され得ることである。結果として、全体としてのモノリシックＰＩＣの面積が減少され得る。これは、モノリシックＰＩＣの費用に対してプラスの効果を有する。

本発明に従うＰＩＣの例示的な実施形態において、第１のＳＯＡおよびレーザは、必要とされるチップ面積をさらに減少させるために、同一の光学キャビティ長を有する。

本発明に従うモノリシックＩｎＰベースのフォトニック集積回路の実施形態において、モノリシックフォトニック回路は、第２のフォトニック組立体をさらに備え、第２のフォトニック組立体は、
少なくとも第４の光インターフェースが設けられる第３の端部、ならびに少なくとも第５の光インターフェースおよび第６の光インターフェースが設けられる第４の端部を有する第２の光スプリッタ－コンバイナ装置と、
第２の光スプリッタ－コンバイナ装置の第４の光インターフェースと光通信状態に配置される第５の光導波路と、
第２の光スプリッタ－コンバイナ装置の第５の光インターフェースと光通信状態に配置される第２の主フォトニック回路と、
第２の光スプリッタ－コンバイナ装置の第６の光インターフェースと光通信状態に配置される第２の補助フォトニック回路とを備え、第２の補助フォトニック回路が、
第２のレーザ装置と、
第２の光スプリッタ－コンバイナ装置の第６の光インターフェースと光通信状態に配置される第５の端面、および第２のレーザ装置と光通信状態に配置される第６の端面を有する第３のＳＯＡとを備え、第３のＳＯＡが、
第２のレーザ装置と第２の光スプリッタ－コンバイナ装置との間の光通信が許可される第１の動作状態、または
第２のレーザ装置と第２の光スプリッタ－コンバイナ装置との間の光通信が妨げられる第２の動作状態にあるように構成可能であり、
第１のフォトニック組立体および第２のフォトニック組立体は、第１のフォトニック組立体の第１の光導波路によって導かれる光放射、および第２のフォトニック組立体の第５の光導波路によって導かれる光放射が、異なる光学偏光状態を有することを可能にするように構成される。

異なる偏光状態を使用することにより、最終製品が増大した帯域幅を有することを可能にする。当業者は、直線偏光状態、円偏光状態、および楕円偏光状態のうちのいずれか１つが使用され得ることを理解するものとする。

本発明に従うモノリシックＩｎＰベースのフォトニック集積回路の実施形態において、第１のフォトニック組立体および第２のフォトニック組立体のうちの少なくとも一方には、光学偏光装置および光学位相シフタのうちの少なくとも一方が設けられる。

当業者は、光学偏光装置が、異なる直線偏光状態を選択するために使用され得ることを理解するものとする。特定の位相関係に応じて、光学位相シフタは、直線偏光状態、円偏光状態、および楕円偏光状態を、あるものから別のものへと変換するために使用され得る。

本発明の別の態様によると、本発明に従うモノリシックＩｎＰベースのフォトニック集積回路を備える光電子システムが提供される。光電子システムは、例えば、限定されないが遠距離通信用途のために使用され得る。その場合、光電子システムは、送信器、受信器、送受信器、コヒーレント送信器、コヒーレント受信器、およびコヒーレント送受信器のうちの１つであり得る。上に基づいて、本発明に従う光電子システムのための費用は、光ファイバが本発明に従うＰＩＣに対して整列され得る改善された方法が理由で、低減され得ることは明らかである。改善されたファイバ対ＰＩＣアライメントの結果として、ファイバ対ＰＩＣアライメントが実施される生産ステーションのスループットは、改善され得る。改善されたスループットは、ＰＩＣの費用、したがって本発明に従う光電子システムの費用を低減することに有益である。

本発明のさらなる特徴および利点は、本発明に従うモノリシックＩｎＰベースのＰＩＣ、およびそのようなＰＩＣを備える光電子システムの例示的かつ非限定的な実施形態の説明から明らかになるものとする。

当業者は、モノリシックＩｎＰベースのＰＩＣおよび光電子システムの説明された実施形態が、本質的に例示にすぎず、いかようにも保護の範囲を制限するものと解釈されるべきではないことを理解するものとする。当業者は、モノリシックＩｎＰベースのＰＩＣおよび光電子システムの代替案および等価の実施形態が、本発明の保護の範囲から逸脱することなく、想起され、また実践に至ることができることを認識するものとする。

添付の図面シート上の図が参照される。図は、本質的に概略的であり、したがって必ずしも縮尺通りに描写されない。さらには、等しい参照番号は、等しい部分または同様の部分を示す。

２つのＳＯＡを備える第１の補助フォトニック回路を備える、本発明に従うモノリシックＩｎＰベースのＰＩＣの第１の例示的な非限定的な実施形態の一部の概略上面図である。 代替構成に従って配置される共通Ｐ型オーミック接触が設けられる第１の補助フォトニック回路を備える、本発明に従うモノリシックＩｎＰベースのＰＩＣの第２の例示的な非限定的な実施形態の一部の概略上面図である。 ＳＯＡおよびレーザを備える第１の補助フォトニック回路を備える、本発明に従うモノリシックＩｎＰベースのＰＩＣの第３の例示的な非限定的な実施形態の一部の概略上面図である。 第１のフォトニック組立体の光導波路によって導かれる光放射および第２のフォトニック組立体の別の光導波路によって導かれる光放射が異なる光学偏光状態を有することを可能にするように構成される、第１のフォトニック組立体および第２のフォトニック組立体を備える、本発明に従うモノリシックＩｎＰベースのＰＩＣの第４の例示的な非限定的な実施形態の一部の概略上面図である。 本発明に従うモノリシックＩｎＰベースのＰＩＣを備える、例えば、限定されないが遠距離通信用途またはセンサ用途に使用され得る光電子システムの第１の例示的な非限定的な実施形態の概略図である。

図１は、本発明に従うモノリシックＩｎＰベースのＰＩＣ１の第１の例示的な非限定的な実施形態の一部の概略上面図を示す。ＰＩＣ１は、第１の光インターフェース５が設けられる第１の端部４、ならびに第２の光インターフェース７および第３の光インターフェース８が設けられる第２の端部６を有する、第１の光スプリッタ－コンバイナ装置３を備える第１のフォトニック組立体２を備える。第１の光導波路９は、第１の光スプリッタ－コンバイナ装置３の第１の光インターフェース５と光通信状態に配置される。第１の光導波路９は、ＰＩＣ１の第１のフォトニック組立体２へ、およびそこから、光放射を導くように構成および配置される。外部光電子システムとモノリシックＩｎＰベースのＰＩＣ１との間の光学接続を確立するために、外部光ファイバは、ＰＩＣ１のエッジ（示されない）において第１の光導波路９に対して整列され得る。

第１のフォトニック組立体２は、第１の光スプリッタ－コンバイナ装置３の第２の光インターフェース７と光通信状態に配置される第１の主フォトニック回路１０と、第１の光スプリッタ－コンバイナ装置３の第３の光インターフェース８と光通信状態に配置される第１の補助フォトニック回路１１とをさらに備える。第１の主フォトニック回路１０は、例えば、多素子調整可能レーザなどの複雑なＩｎＰベースの主レーザを通常備える、例えば、光受信器または光送信器などの任意の光学回路であり得る。

第１の補助フォトニック回路１１は、第１のレーザ装置１２と、第１の光スプリッタ－コンバイナ装置３の第３の光インターフェース８と光通信状態に配置される第１の端面１４、および第１のレーザ装置１２と光通信状態に配置される第２の端面１５を有する第１のＳＯＡ１３とを備える。第１のＳＯＡ１３は、第１のレーザ装置１２と第１の光スプリッタ－コンバイナ装置３との間の光通信が許可される第１の動作状態、または第１のレーザ装置１２と第１の光スプリッタ－コンバイナ装置３との間の光通信が妨げられる第２の動作状態のいずれかにあるように構成され得る。

第１のレーザ装置１２は、第３の端面１８および第４の端面１９を有する第２のＳＯＡ１７を備える。第１のレーザ装置１２は、第１のＳＯＡ１３の第２の端面１５、および第２のＳＯＡ１７の第３の端面１８と光通信状態に配置される第１の光反射器２０をさらに備える。さらに、第１のレーザ装置１２は、第２のＳＯＡ１７の第４の端面１９と光通信状態に配置される第２の光反射器２１を備える。第１の光反射器２０および第２の光反射器２１の間に配置される第２のＳＯＡ１７の組み合わせは、光子の誘導放出の結果として光放射を放出するように構成され得る面レーザと解釈され得る。当業者は、第２のＳＯＡ１７が面レーザの利得媒体として使用されることを理解するものとする。第２のＳＯＡ１７は、放出された光放射が光ファイバへの十分な結合を可能にするために十分な指向性を有することを前提に、別のタイプの集積発光デバイスによって置き換えられ得る。そのような集積発光デバイスの例は、スーパールミネッセント発光ダイオード（ＳＬＤ）である。

図１に示されるＰＩＣ１の例示的な実施形態によると、第１のＳＯＡ１３および第２のＳＯＡ１７は、必要とされるチップ面積を減少させるために、同一の光学キャビティ長を有する。ＰＩＣ１の要件に応じて、第１のＳＯＡ１３および第２のＳＯＡ１７が非同一の光学キャビティ長を有し得ることは明らかである。

第１の補助フォトニック回路１１は、第１の光スプリッタ－コンバイナ装置３の第３の光インターフェース８および第１のＳＯＡ１３の第１の端面１４を光学的に相互接続するように配置される第２の光導波路２２と、第１のＳＯＡ１３の第２の端面１５および第１の光反射器２０を光学的に相互接続するように配置される第３の光導波路２３と、第１の光反射器２０および第２のＳＯＡ１７の第３の端面１８を光学的に相互接続するように配置される第４の光導波路２４とをさらに備える。

第１の補助フォトニック回路１１の第１のレーザ装置１２は、第１の主フォトニック回路１０のタイプに関わらず、ファイバ対ＰＩＣアライメントの第１の光ステージおよび後続の能動的アライメントステージにおいて使用され得るレーザ光のオンチップ生成のために使用され得る。特に、第１の主フォトニック回路１０が複雑な主レーザを備える光送信器である場合、生産ステーションにおいてファイバ対ＰＩＣアライメントを実施するとき、第１の主フォトニック回路１０の複雑な主レーザの代わりに、生成するために第１のレーザ装置１２の単純な第２のＳＯＡ１７を使用することが有利である。複雑な主レーザを動作させることは、典型的には、数ある中でも、かなりの数の電流源をオンにすること、ならびに、ファイバ対ＰＩＣアライメント生産ステーションにおいて、またはこれの前に、かなりの制御およびモードマッピングを必要とする。後者の結果として、複雑な主レーザを動作させることは、幾分厄介である。これは、ファイバ対ＰＩＣアライメント生産ステーションのスループットを低減させ得る。オンチップレーザ光を生成するための単純な第２のＳＯＡ１７を動作させることは、それほど厄介ではなく、したがって、ファイバ対ＰＩＣ生産ステーションのスループットが改善され得る。

第１の補助フォトニック回路１１の第１のレーザ装置１２を使用する別の利点は、ファイバ対ＰＩＣアライメントの目的のためのオンチップレーザ光が、たとえ第１の主フォトニック回路１０が光受信器であるとしても利用可能であることである。

当業者は、ファイバ対ＰＩＣアライメントを実施するには、第１のＳＯＡ１３が、第１のレーザ装置１２と第１の光スプリッタ－コンバイナ装置３との間の光通信を可能にするために、第１の動作状態をとるように構成されなければならないことを理解するものとする。このやり方では、第２のＳＯＡ１７によって生成されるレーザ光は、ファイバ対ＰＩＣアライメントの上述の第１の光ステージおよび後続の能動的アライメントステージにおいて使用され得る。加えて、第１のＳＯＡ１３が第１の動作状態にあるように構成されるとき、それは、第２のＳＯＡ１７によって生成される短い高出力光パルスがＰＩＣ１に接続される光ファイバ（示されない）に提供されることを可能にする。これらの短い光パルスは、例えば、光時間領域後方散乱測定法（ＯＴＤＲ）などのファイバ診断において使用され得る。

ファイバ対ＰＩＣアライメントの上述の結合測定ステージにおいて、第１のＳＯＡ１３は、結合損失測定において既知のフォトダイオードとして使用され得る。その場合、第１のＳＯＡ１３は、第１のＳＯＡ１３がその第１の端面１４に入射する光放射を吸収することができる第２の動作状態にあるように構成されなければならない。正確な結合損失測定を達成するために、当業者は、第２のＳＯＡ１７が、レーザ光放出が防がれるように構成されなければならないことを理解するものとする。

当業者は、第１のＳＯＡ１３が第２の動作状態にあるように構成され、第２のＳＯＡ１７がレーザ光を放出するように構成されるとき、第１のＳＯＡ１３が第２のＳＯＡ１７によって放出されるレーザ光の光パワーを測定するために使用され得ることを理解するものとする。このやり方では、本発明に従うモノリシックＰＩＣ１は、自己診断能力を備える。

第１の主フォトニック回路１０の通常動作において、その実際の機能性に関わらず、モノリシックＰＩＣの第１の主フォトニック回路１０と光通信状態に配置される外部光学システム（示されない）における障害を防ぐために、第１のレーザ装置１２と第１の光スプリッタ－コンバイナ装置３との間の光通信がないことが必須である。特に、第１のレーザ装置１２の第１の光反射器２０は、外部光学システムおよびモノリシックＰＩＣ１を相互接続する光ファイバ（示されない）内へのレーザ光の後方反射を引き起こすべきではない。これは、第１のＳＯＡ１３を、その第１の端面１４に入射する光放射が吸収される第２の動作状態にあるように構成することによって達成され得る。

当業者は、第１の主フォトニック回路１０の通常動作において、その実際の機能性に関わらず、第１のＳＯＡ１３が、第２の動作状態にあるとき、フィールド内電力モニタリングのため、および／または電力モニタ（ＲＳＳＩまたはＲＸ強度）制御信号を提供するために、使用され得ることを理解するものとする。

第１のＳＯＡ１３の第１の動作状態は、第１のＳＯＡ１３を電気的に順方向バイアスすることによって達成され得る。上で述べたように、第１の動作状態にあるとき、第１のＳＯＡ１３は、第２のＳＯＡ１７によって生成され、第１のＳＯＡ１３の第２の端面１５に入射するレーザ光を増幅することができる。第１のＳＯＡ１３の第１の端面１４において放出される増幅されたレーザ光は、ＰＩＣ１の第１の光スプリッタ－コンバイナ装置３の第３の光インターフェース８に入射する。上で述べたように、増幅された光は、ファイバ対ＰＩＣアライメント、およびＯＴＤＲなどのファイバ診断のうちの少なくとも一方のために使用され得る。第２のＳＯＡ１７によって生成されるレーザ光の第１のＳＯＡ１３による増幅は、使用されるレーザ光の高められた光パワーが、第１の光検索の捕捉範囲を増大させることができるため、ファイバ対ＰＩＣアライメントの上述の第１の光ステージにとって有利である。その結果、後続の能動的アライメントステージのための、ＰＩＣ１の集積光導波路に対する光ファイバの良好な開始位置が、より素早く決定され得る。これは、ファイバ対ＰＩＣアライメント生産ステーションのスループットを改善し得る。

能動的アライメントステージにおいて、増大された光パワーを有するレーザ光の使用もまた、有益である。当業者は、能動的アライメントステージにおいて、強力な基本モード（ＴＥ０）を有するレーザ光は、これが、アライメントアルゴリズムが対処する最もクリーンなガウスビームプロファイルを生成することから、所望されるということを理解するものとする。

第１のＳＯＡ１３は、第１のＳＯＡ１３を電気的に逆バイアスすることによって、第２の動作状態にあるように構成され得る。上で述べたように、第１の主フォトニック回路１０の通常使用の間、第１のＳＯＡ１３は、典型的には、第１のＳＯＡ１３の第１の端面１４および第２の端面１５のうちの少なくとも一方に入射するすべての入射光を吸収することによって第１の補助フォトニック回路１１を第１の主フォトニック回路１０から守るために、第２の動作状態に留まる。第１のＳＯＡ１３を電気的に逆バイアスされたままにすることによって、第１のレーザ装置１２と第１の主フォトニック回路１０との間の光通信は、第１の主フォトニック回路１０の通常使用の間、妨げられ得る。

図１に示されるＰＩＣ１の第１のＳＯＡ１３および第２のＳＯＡ１７には、共通Ｐ型オーミック接触１６が設けられる。このやり方では、第１のＳＯＡ１３および第２のＳＯＡ１７には、光生成および電力モニタリングの両方における使用のための単一接点が設けられ得る。単一接点は、第１のＳＯＡ１３および第２のＳＯＡ１７を同時に電気的に順方向バイアスまたは逆バイアスすることを可能にする。第１のＳＯＡ１３および第２のＳＯＡ１７に共通Ｐ型オーミック接触１６を提供する別の利点は、ワイヤボンディング複雑性が低減され得ることである。

上に基づいて、当業者は、ファイバ対ＰＩＣアライメントが図１に示されるモノリシックＩｎＰベースのＰＩＣ１の例示的な実施形態によって改善され得ることを理解するものとする。その結果、ファイバ対ＰＩＣアライメントが実施される生産ステーションのスループットは、改善され得る。故に、本発明に従うモノリシックＩｎＰベースのＰＩＣ１は、当該技術において知られるファイバ対ＰＩＣアライメントと関連付けられた上述の欠点および／または他の欠点のうちの少なくとも１つを阻止するか、または少なくとも低減する。さらに、それは、費用を低減することを可能にする。

図２は、図１に示される共通Ｐ型オーミック接触１６の構成と比較して代替構成に従って配置される共通Ｐ型オーミック接触１６が設けられる第１の補助フォトニック回路１１を備える、本発明に従うモノリシックＩｎＰベースのＰＩＣ１の第２の例示的な非限定的な実施形態の一部の概略上面図を示す。図１に示される共通Ｐ型オーミック接触の構成によると、共通Ｐ型オーミック接触の金属トラックは、第１の補助フォトニック回路１１の第３の光導波路２３を越える。図２に示される構成によると、金属トラックは、光導波路を越える必要はない。

図３は、第１のＳＯＡ１３を備える第１の補助フォトニック回路１１を備える、本発明に従うモノリシックＩｎＰベースのＰＩＣ１の第３の例示的な非限定的な実施形態の一部の概略上面図を示し、第１のレーザ装置１２はレーザ２５によって実装される。レーザ２５は、第１のＳＯＡ１３の第２の端面１５と光通信状態に配置される光出力面２６を有する。図１および図２示されるような第２のＳＯＡ１７の代わりにレーザ２５を適用することにより、図１および図２に示されるような第１の光反射器２０および第２の光反射器２１は、省略され得る。このやり方では、図３に示される実施形態に従うＰＩＣ１のコンポーネント数は、図１および図２に示されるＰＩＣ１の実施形態と比較してさらに減少され得る。

図３に示されるＰＩＣ１の第１の補助フォトニック回路１１は、第１の光スプリッタ－コンバイナ装置３（示されない）の第３の光インターフェース８および第１のＳＯＡ１３の第１の端面１４を光学的に相互接続するように配置される第２の光導波路２２を備える。第１の補助フォトニック回路１１は、第１のＳＯＡ１３の第２の端面１５およびレーザ２５の光出力面２６を光学的に相互接続するように配置される第３の光導波路２３をさらに備える。

図３に示されるレーザ２５は、０．０５ｍｍ～１ｍｍの範囲にある光学キャビティ長Ｌを有し得る。当業者は、上述の範囲にある光学キャビティ長を有するレーザが、短キャビティレーザと解釈されることを理解するものとする。短キャビティレーザ２５を第１の補助回路１１内の光源として適用する利点は、第１の補助回路１１が占める面積量が減少され得ることである。結果として、全体としてのモノリシックＰＩＣ１の面積が減少され得る。これは、モノリシックＰＩＣ１の費用に対してプラスの効果を有する。

図３に示されるＰＩＣ１の例示的な実施形態において、第１のＳＯＡ１３およびレーザ２５は、必要とされるチップ面積をさらに減少させるために、同一の光学キャビティ長を有する。ＰＩＣ１の要件に応じて、第１のＳＯＡ１３およびレーザ２５が非同一の光学キャビティ長を有し得ることは明らかである。

図４は、第１のフォトニック組立体２および第２のフォトニック組立体２７を備える、本発明に従うモノリシックＩｎＰベースのＰＩＣ１の第４の例示的な非限定的な実施形態の一部の概略上面図を示す。第１のフォトニック組立体２の詳細は、図１に関連して論じられているため、ここでは繰り返されない。

図４に示されるＰＩＣ１の第２のフォトニック組立体２７は、少なくとも第４の光インターフェース３０が設けられる第３の端部２９、ならびに少なくとも第５の光インターフェース３２および第６の光インターフェース３３が設けられる第４の端部３１を有する第２の光スプリッタ－コンバイナ装置２８を備える。第５の光導波路３４は、第２の光スプリッタ－コンバイナ装置２８の第４の光インターフェース３０と光通信状態に配置される。第５の光導波路３４は、ＰＩＣ１の第２のフォトニック組立体２７へ、およびそこから、光放射を導くように構成および配置される。第２のフォトニック組立体２７の第５の光導波路３４および第１のフォトニック組立体２の第１の光導波路９は、組み合わされて共通光導波路（示されない）にされ得る。外部光電子システムとモノリシックＩｎＰベースのＰＩＣ１との間の光学接続を確立するために、外部光ファイバは、ＰＩＣ１のエッジ５１において共通光導波路に対して整列され得る。

第２のフォトニック組立体２７は、第２の光スプリッタ－コンバイナ装置２８の第５の光インターフェース３２と光通信状態に配置される第２の主フォトニック回路３５と、第２の光スプリッタ－コンバイナ装置２８の第６の光インターフェース３３と光通信状態に配置される第２の補助フォトニック回路３６とをさらに備える。第２の主フォトニック回路３５は、例えば、多素子調整可能レーザなどの複雑なＩｎＰベースの主レーザを通常備える、例えば、光受信器または光送信器などの任意の光学回路であり得る。

第２の補助フォトニック回路３６は、第２のレーザ装置３７と、第２の光スプリッタ－コンバイナ装置２８の第６の光インターフェース３３と光通信状態に配置される第５の端面３９、および第２のレーザ装置３７と光通信状態に配置される第６の端面４０を有する第３のＳＯＡ３８とを備える。第３のＳＯＡ３８は、第２のレーザ装置３７と第２の光スプリッタ－コンバイナ装置２８との間の光通信が許可される第１の動作状態、または第２のレーザ装置３７と第２の光スプリッタ－コンバイナ装置２８との間の光通信が妨げられる第２の動作状態のいずれかにあるように構成され得る。

第２のレーザ装置３７は、第７の端面４２および第８の端面４３を有する第４のＳＯＡ４１を備える。第２のレーザ装置３７は、第３のＳＯＡ３８の第６の端面４０、および第４のＳＯＡ４１の第７の端面４２と光通信状態に配置される第３の光反射器４４をさらに備える。さらに、第２のレーザ装置３７は、第４のＳＯＡ４１の第８の端面４３を光通信状態に配置される第４の光反射器４５を備える。図１に示される第１のフォトニック組立体２の第１のレーザ装置１２に関して説明されるのと同様に、第３の光反射器４４と第４の光反射器４５との間に配置される第４のＳＯＡ４１の組み合わせは、光子の誘導放出の結果として光放射を放出するように構成され得る面レーザと解釈され得る。

さらには、第３の光反射器４４と第４の光反射器４５との間に配置される第４のＳＯＡ４１の組み合わせは、ＰＩＣ１のコンポーネント数を減少させるために、レーザによって置き換えられ得ることが明らかである。

当業者は、第２のフォトニック組立体２７が、第１のフォトニック組立体２に関連して上に説明されるのと同じやり方で動作され得ることを理解するものとする。さらには、図１に示されるＰＩＣ１の第１のフォトニック組立体２の個々のコンポーネントまたはコンポーネントの組み合わせに関する上で述べたすべての検討事項は、図４に示されるＰＩＣ１の第１のフォトニック組立体２および第２のフォトニック組立体２７の個々のコンポーネントまたはコンポーネントの組み合わせに、必要な変更を加えて、当てはまる。

図４に示されるＰＩＣ１の第１のフォトニック組立体２および第２のフォトニック組立体２７は、第１のフォトニック組立体２の第１の光導波路９によって導かれる光放射、および第２のフォトニック組立体２７の第５の光導波路３４によって導かれる光放射が、異なる光学偏光状態を有することを可能にするように構成される。異なる偏光状態を使用することにより、最終製品が増大した帯域幅を有することを可能にする。当業者は、直線偏光状態、円偏光状態、および楕円偏光状態のうちのいずれか１つが使用され得ることを理解するものとする。

図４に示されるモノリシックＩｎＰベースのＰＩＣ１の実施形態によると、第１のフォトニック組立体２の第１の光導波路９には、光学偏光装置４９が設けられ、第２のフォトニック組立体２７の第５の光導波路３４には、光学位相シフタ５０が設けられる。当業者は、光学偏光装置４９が、異なる直線偏光状態を選択するために使用され得ることを理解するものとする。特定の位相関係に応じて、光学位相シフタ５０は、直線偏光状態、円偏光状態、および楕円偏光状態を、あるものから別のものへと変換するために使用され得る。

図５は、本発明に従うモノリシックＩｎＰベースのＰＩＣ１を備える、例えば、限定されないが遠距離通信用途またはセンサ用途に使用され得る光電子システム６０の第１の例示的な非限定的な実施形態の概略図を示す。光電子システム６０は、例えば、送信器、受信器、送受信器、コヒーレント送信器、コヒーレント受信器、およびコヒーレント送受信器のうちの１つであり得る。

本発明は、第１の光導波路９と光学的に接続される第１の端部ならびに第１の主フォトニック回路１０および第１の補助フォトニック回路１１と光学的に接続される第２の端部を有する第１の光スプリッタ－コンバイナ装置３を備える第１のフォトニック組立体２を備えるモノリシックＩｎＰベースのＰＩＣ１に関連すると要約され得る。第１の補助フォトニック回路は、第１のレーザ装置１２および第１のＳＯＡ１３を備える。第１のＳＯＡ１３は、第１のＳＯＡ１３が第１のレーザ装置１２と第１の光スプリッタ－コンバイナ装置３との間の光通信を可能にする第１の動作状態、または第１のＳＯＡ１３が第１のレーザ装置１２と第１の光スプリッタ－コンバイナ装置３との間の光通信を妨げる第２の動作状態にあるように構成可能である。本発明はまた、上記ＰＩＣ１を備える光電子システム６０に関する。

本発明の範囲が上述において論じられた例に限定されないこと、ならびにそれらのいくつかの変更および修正が添付の特許請求の範囲によって規定されるような本発明の範囲から逸脱することなく可能であることは当業者には明らかである。特に、本発明の様々な態様の特定の特徴の組み合わせがなされ得る。本発明の態様は、本発明の別の態様に関連して説明された特徴を追加することによって、さらに有利に強化され得る。本発明は、図および説明において詳細に例証および説明されているが、そのような例証および説明は、単に例証的または例示的であり、制限的ではないと見なされるべきである。

本発明は、開示された実施形態に限定されない。開示された実施形態に対する異形は、図、説明、および添付の特許請求の範囲の研究により、特許請求される発明を実践するにあたって当業者により理解および達成され得る。特許請求の範囲において、用語「備える」は、他のステップまたは要素を除外せず、不定冠詞「ａ（１つの）」または「ａｎ（１つの）」は、複数を除外しない。特定の手段が相互に異なる従属請求項に列挙されるということだけでは、これらの手段の組み合わせを有利に使用することができないということは示さない。特許請求の範囲における任意の参照番号は、本発明の範囲を限定するものと解釈されるべきではない。

１ モノリシックＩｎＰベースのＰＩＣ
２ 第１のフォトニック組立体
３ 第１の光スプリッタ－コンバイナ装置
４ 第１の光スプリッタ－コンバイナ装置の第１の端部
５ 第１の光インターフェース
６ 第１の光スプリッタ－コンバイナ装置の第２の端部
７ 第２の光インターフェース
８ 第３の光インターフェース
９ 第１の光導波路
１０ 第１の主フォトニック回路
１１ 第１の補助フォトニック回路
１２ 第１のレーザ装置
１３ 第１のＳＯＡ
１４ 第１のＳＯＡの第１の端面
１５ 第１のＳＯＡの第２の端面
１６ 共通Ｐ型オーミック接触
１７ 第２のＳＯＡ
１８ 第２のＳＯＡの第３の端面
１９ 第２のＳＯＡの第４の端面
２０ 第１の光反射器
２１ 第２の光反射器
２２ 第２の光導波路
２３ 第３の光導波路
２４ 第４の光導波路
２５ レーザ
２６ レーザの光出力面
２７ 第２のフォトニック組立体
２８ 第２の光スプリッタ－コンバイナ装置
２９ 第２の光スプリッタ－コンバイナ装置の第３の端部
３０ 第４の光インターフェース
３１ 第２の光スプリッタ－コンバイナ装置の第４の端部
３２ 第５の光インターフェース
３３ 第６の光インターフェース
３４ 第５の光導波路
３５ 第２の主フォトニック回路
３６ 第２の補助フォトニック回路
３７ 第２のレーザ装置
３８ 第３のＳＯＡ
３９ 第３のＳＯＡの第５の端面
４０ 第３のＳＯＡの第６の端面
４１ 第４のＳＯＡ
４２ 第４のＳＯＡの第７の端面
４３ 第４のＳＯＡの第８の端面
４４ 第３の光反射器
４５ 第４の光反射器
４６ 第６の光導波路
４７ 第７の光導波路
４８ 第８の光導波路
４９ 光学偏光装置
５０ 光学位相シフタ
５１ ＰＩＣのエッジ
６０ 光電子システム
Ｌ レーザの光学キャビティ長

Claims (14)

1. 第１のフォトニック組立体（２）と第２のフォトニック組立体（２７）とを備えるモノリシックリン化インジウム（ＩｎＰ）ベースのフォトニック集積回路（１）であって、
   前記第１のフォトニック組立体（２）が、
   少なくとも第１の光インターフェース（５）が設けられる第１の端部（４）、ならびに少なくとも第２の光インターフェース（７）および第３の光インターフェース（８）が設けられる第２の端部（６）を有する、第１の光スプリッタ－コンバイナ装置（３）と、
   前記第１の光スプリッタ－コンバイナ装置（３）の前記第１の光インターフェース（５）と光通信状態に配置される第１の光導波路（９）と、
   前記第１の光スプリッタ－コンバイナ装置（３）の前記第２の光インターフェース（７）と光通信状態に配置される第１の主フォトニック回路（１０）と、
   前記第１の光スプリッタ－コンバイナ装置（３）の前記第３の光インターフェース（８）と光通信状態に配置される第１の補助フォトニック回路（１１）とを備え、前記第１の補助フォトニック回路（１１）が、
   第１のレーザ装置（１２）と、
   前記第１の光スプリッタ－コンバイナ装置（３）の前記第３の光インターフェース（８）と光通信状態に配置される第１の端面（１４）、および前記第１のレーザ装置（１２）と光通信状態に配置される第２の端面（１５）を有する第１の半導体光増幅器（ＳＯＡ）（１３）とを備え、前記第１のＳＯＡ（１３）が、
   前記第１のレーザ装置（１２）と前記第１の光スプリッタ－コンバイナ装置（３）との間の光通信が許可される第１の動作状態、または
   前記第１のレーザ装置（１２）と前記第１の光スプリッタ－コンバイナ装置（３）との間の光通信が妨げられる第２の動作状態にあるように構成可能であり、
   前記第２のフォトニック組立体（２７）が、
   少なくとも第４の光インターフェース（３０）が設けられる第３の端部（２９）、ならびに少なくとも第５の光インターフェース（３２）および第６の光インターフェース（３３）が設けられる第４の端部（３１）を有する、第２の光スプリッタ－コンバイナ装置（２８）と、
   前記第２の光スプリッタ－コンバイナ装置（２８）の前記第４の光インターフェース（３０）と光通信状態に配置される第５の光導波路（３４）と、
   前記第２の光スプリッタ－コンバイナ装置（２８）の前記第５の光インターフェース（３２）と光通信状態に配置される第２の主フォトニック回路（３５）と、
   前記第２の光スプリッタ－コンバイナ装置（２８）の前記第６の光インターフェース（３３）と光通信状態に配置される第２の補助フォトニック回路（３６）とを備え、前記第２の補助フォトニック回路（３６）が、
   第２のレーザ装置（３７）と、
   前記第２の光スプリッタ－コンバイナ装置（２８）の前記第６の光インターフェース（３３）と光通信状態に配置される第５の端面（３９）、および前記第２のレーザ装置（３７）と光通信状態に配置される第６の端面（４０）を有する第３のＳＯＡ（３８）とを備え、前記第３のＳＯＡ（３８）が、
   前記第２のレーザ装置（３７）と前記第２の光スプリッタ－コンバイナ装置（２８）との間の光通信が許可される第１の動作状態、または
   前記第２のレーザ装置（３７）と前記第２の光スプリッタ－コンバイナ装置（２８）との間の光通信が妨げられる第２の動作状態にあるように構成可能であり、
   前記第１のフォトニック組立体（２）および前記第２のフォトニック組立体（２７）は、前記第１のフォトニック組立体（２）の前記第１の光導波路（９）によって導かれる光放射、および前記第２のフォトニック組立体（２７）の前記第５の光導波路（３４）によって導かれる光放射が、異なる光学偏光状態を有することを可能にするように構成される、
   モノリシックリン化インジウム（ＩｎＰ）ベースのフォトニック集積回路（１）。
2. 前記第１のＳＯＡ（１３）は、前記第１の動作状態にあるとき、前記第１のＳＯＡ（１３）の前記第２の端面（１５）に入射する光放射を増幅するように、および増幅された前記光放射を、前記第１のＳＯＡ（１３）の前記第１の端面（１４）において、前記第１の光スプリッタ－コンバイナ装置（３）の前記第３の光インターフェース（８）へ向けて放出するように構成され、前記第１のＳＯＡ（１３）は、前記第２の動作状態にあるとき、前記第１のＳＯＡ（１３）の前記第１の端面（１４）に入射する光放射を吸収するように構成される、請求項１に記載のモノリシックＩｎＰベースのフォトニック集積回路（１）。
3. 前記第１のレーザ装置（１２）および前記第１のＳＯＡ（１３）には、共通Ｐ型オーミック接触（１６）が設けられる、請求項１または２に記載のモノリシックＩｎＰベースのフォトニック集積回路（１）。
4. 前記第１の主フォトニック回路（１０）は、光受信器であるように構成および配置される、請求項１から３のいずれか一項に記載のモノリシックＩｎＰベースのフォトニック集積回路（１）。
5. 前記第１のレーザ装置（１２）は、
   第３の端面（１８）および第４の端面（１９）を有する第２のＳＯＡ（１７）と、
   第１の光反射器（２０）であって、
   前記第１のＳＯＡ（１３）の前記第２の端面（１５）、および
   前記第２のＳＯＡ（１７）の前記第３の端面（１８）と光通信状態に配置される、第１の光反射器（２０）と、
   前記第２のＳＯＡ（１７）の前記第４の端面（１９）と光通信状態に配置される第２の光反射器（２１）と
   を備える、請求項１から４のいずれか一項に記載のモノリシックＩｎＰベースのフォトニック集積回路（１）。
6. 前記第１の補助フォトニック回路（１１）は、
   前記第１の光スプリッタ－コンバイナ装置（３）の前記第３の光インターフェース（８）および前記第１のＳＯＡ（１３）の前記第１の端面（１４）を光学的に相互接続するように配置される第２の光導波路（２２）と、
   前記第１のＳＯＡ（１３）の前記第２の端面（１５）および前記第１の光反射器（２０）を光学的に相互接続するように配置される第３の光導波路（２３）と、
   前記第１の光反射器（２０）および前記第２のＳＯＡ（１７）の前記第３の端面（１８）を光学的に相互接続するように配置される第４の光導波路（２４）と
   をさらに備える、請求項５に記載のモノリシックＩｎＰベースのフォトニック集積回路（１）。
7. 前記第１のＳＯＡ（１３）および前記第２のＳＯＡ（１７）のうちの少なくとも一方は、直流源により駆動されるように構成および配置される、請求項５または６に記載のモノリシックＩｎＰベースのフォトニック集積回路（１）。
8. 前記第１のＳＯＡ（１３）および前記第２のＳＯＡ（１７）が、パルス電流源により駆動されるように構成および配置されるか、または前記第２のＳＯＡ（１７）が、パルス電流源により駆動されるように構成および配置される、請求項５または６に記載のモノリシックＩｎＰベースのフォトニック集積回路（１）。
9. 前記第１のレーザ装置（１２）は、前記第１のＳＯＡ（１３）の前記第２の端面（１５）と光通信状態に配置される光出力面（２６）を有するレーザ（２５）を備える、請求項１から４のいずれか一項に記載のモノリシックＩｎＰベースのフォトニック集積回路（１）。
10. 前記第１の補助フォトニック回路（１１）は、
    前記第１の光スプリッタ－コンバイナ装置（３）の前記第３の光インターフェース（８）および前記第１のＳＯＡ（１３）の前記第１の端面（１４）を光学的に相互接続するように配置される第２の光導波路（２２）と、
    前記第１のＳＯＡ（１３）の前記第２の端面（１５）および前記レーザ（２５）の前記光出力面（２６）を光学的に相互接続するように配置される第３の光導波路（２３）と
    を備える、請求項９に記載のモノリシックＩｎＰベースのフォトニック集積回路（１）。
11. 前記第１のＳＯＡ（１３）および前記レーザ（２５）のうちの少なくとも一方は、直流源により駆動されるように構成および配置される、請求項９または１０に記載のモノリシックＩｎＰベースのフォトニック集積回路（１）。
12. 前記第１のＳＯＡ（１３）および前記レーザ（２５）が、パルス電流源により駆動されるように構成および配置されるか、または前記レーザ（２５）が、パルス電流源により駆動されるように構成および配置される、請求項９または１０に記載のモノリシックＩｎＰベースのフォトニック集積回路（１）。
13. 前記第１のフォトニック組立体（２）および前記第２のフォトニック組立体（２７）のうちの少なくとも一方には、光学偏光装置（４９）および光学位相シフタ（５０）のうちの少なくとも一方が設けられる、請求項１に記載のモノリシックＩｎＰベースのフォトニック集積回路（１）。
14. 請求項１から１３のいずれか一項に記載のモノリシックＩｎＰベースのフォトニック集積回路（１）を備える光電子システム（６０）であって、前記光電子システム（６０）は、送信器、受信器、送受信器、コヒーレント送信器、コヒーレント受信器、およびコヒーレント送受信器のうちの１つである、光電子システム（６０）。

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