JP7462554B2 - コヒーレント送信システムのためのチューナブル・レーザー - Google Patents
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本出願は、２０１７年９月２０日に出願された米国仮出願第６２／５６０，９６０号明細書の利益を主張し、その内容全体は、参照により本明細書に組み込まれている。
本出願は、２０１７年９月２０日に出願された米国仮出願第６２／５６０，９６０号明細書の利益を主張し、その内容全体は、参照により本明細書に組み込まれている。
シリコン・フォトニクス（ＳｉＰｈ）において、光学デバイスは、半導体材料を使用して電子コンポーネントと一体化されており、半導体製造技法を使用してモノリシックに加工されている。他の使用のなかでも、ＳｉＰｈデバイスは、光学トランスミッターと光学レシーバーとの間でデータを通信するための光ファイバー通信において信頼され得る。光学トランスミッターにおいて、データは、発光ダイオードまたはレーザー・ダイオードによって作り出されるものなどのような光を変調させるために使用され、変調された光は、導波路、光ファイバー・ケーブルなどの上を、光学レシーバーへ送信され得る。変調された光ストリーム（たとえば、光学的なデータ・ストリーム）は、電気ドメインの中で送信されるデータと比較して、長距離の低損失データ送信にとって、より適切である。
チューナブル・レーザー・デバイスが説明されている。１つの例では、チューナブル・レーザー・デバイスは、アダプティブ・リング・ミラー、ゲイン導波路、ループ・ミラー導波路、およびブースター増幅器導波路を含む。ゲイン導波路およびブースト増幅器導波路は、チューナブル・レーザー・デバイスの半導体光増幅器（ＳＯＡ）領域の中に形成され得り、アダプティブ・リング・ミラーおよびループ・ミラー導波路は、チューナブル・レーザー・デバイスのシリコン・フォトニクス領域の中に形成され得る。アダプティブ・リング・ミラーは、複数のＭＭＩカップラーの間に光学的に連結されている位相シフターを含む。位相シフターを使用して位相シフトを誘発させることによって、チューナブル・レーザー・デバイスの出力の波長は、たとえば、他の用途のなかでも、コヒーレント光ファイバー通信において使用するために変更または調節され得る。
本開示の態様は、以下の図面を参照して、より良好に理解され得る。図面の中のエレメントは、必ずしも正しい縮尺であるわけではなく、その代わりに、実施形態の原理を明確に図示するときに強調がされた状態になっているということが留意される。図面において、同様の参照番号は、いくつかの図を通して、同様のまたは対応する（しかし、必ずしも同じであるわけではない）エレメントを指定している。
光ファイバー通信において、波長分割多重（ＷＤＭ）方式は、レーザー光の複数の光学的なキャリアが単一の光ファイバーの上に多重化される技術である。例として、ＷＤＭは、データ通信のための１つのシングルモード光ファイバーの上で、２つのチャネル（１３１０および１５５０の波長）を使用することが可能である。ＷＤＭに対する拡張は、疎密度（ｃｏａｒｓｅ）ＷＤＭ（ＣＷＤＭ）および高密度（ｄｅｎｓｅ）ＷＤＭ（ＤＷＤＭ）を含む。たとえば、ＣＤＷＭは、１６チャネルを使用することが可能であり、ＤＷＤＭは、４０チャネルを使用することが可能である。
周波数グリッドは、通信システムの中で許容されるチャネルの中心周波数（および、対応する波長）の表である。たとえば、ＤＷＤＭに関して、ＩＴＵ－Ｔ Ｇ．６９４．１によって規定されているように、１５５０ｎｍの周りの波長が使用される。グリッドは、１９３．１ＴＨｚに対して規定されており、１９１．７ＴＨｚから１９６．１ＴＨｚへ１００ＧＨｚ間隔で延在している。周波数グリッドは、波長の観点から表現されることが多い。その文脈において、ＤＷＤＭに関する例示的な周波数グリッドは、１５２８．７７ｎｍから１５６３．８６ｎｍへの波長範囲を約０．８ｎｍチャネル間隔でカバーすることが可能であるが、他のグリッドが、より大きい範囲をカバーするように延在および分割されている。
ＷＤＭ、ＣＷＤＭ、およびＤＷＤＭを使用する従来の光ファイバー通信において、強度変調（ＩＭ）またはオン／オフ・キーイング（ＯＯＫ）が、光のパルスを使用して任意の所与のチャネルにわたってデータを伝送するために使用されてきた。ＩＭは、比較的に低いスループットの短距離光学通信に適切であるということが判明している。しかし、ＩＭは、スペクトル利用においてとりわけ効率的ではなく、なかでも、波長分散（ＣＤ）および偏波モード分散（ＰＭＤ）などのような、ファイバー機能障害を受けやすい。より長い距離において光学通信システムの中のデータ転送のスループットおよび／または信号対雑音比を増加させるために、ＩＭ以外の他の変調技法も考えられている。たとえば、長距離の高バンド幅コヒーレント光学的送信に関して、光学的デュオバイナリー（ＯＤＢ）、差動四位相偏移変調（ＤＱＰＳＫ）、および他の変調スキーム（高次コヒーレント変調スキームを含む）が考えられている。しかし、ＤＱＰＳＫおよび他の高次コヒーレント変調スキームに関して、半導体レーザー出力の波長および位相制御がとりわけ重要である。
したがって、半導体レーザーは、光ファイバー通信システムの中のキー・コンポーネントとして信頼されている。半導体レーザーは、レフレクターまたはミラーを使用し、レージング（ｌａｓｉｎｇ）領域を画定することが可能であり、レージング領域では、光子が反射され、ゲイン媒体からの放出をシミュレートする。なかでも、クリーブド・ファセット（ｃｌｅａｖｅｄ ｆａｃｅｔｓ）、エッチド・ファセット（ｅｔｃｈｅｄ ｆａｃｅｔｓ）、エッチド・ミラー、およびグレーチング・レフレクターを含む、さまざまな構造が、半導体デバイスからレーザー出力を提供するのに適切な反射を実現することが知られている。また、コーティングが、反射を制御するために、クリーブド・ファセットおよびエッチド・ファセットに追加され得る。いくつかのケースでは、複数のコーティングが、複数の波長における反射を制御するために必要とされ得る。グレーチングの反射特性は、波長依存性であり、グレーチングの慎重な設計およびキャリブレーションが、幅の広いチューニング範囲を可能にするために必要とされる。
上記に概説されている文脈において、新しいチューナブル半導体レーザー・デバイスが説明されている。デバイスのレーザー出力の波長は、光ファイバー通信を含むさまざまな用途に関して制御され得る。１つの例では、チューナブル・レーザー・デバイスは、アダプティブ・リング・ミラーと、ゲイン導波路と、ループ・ミラー導波路と、ブースター増幅器導波路とを含む。ゲイン導波路およびブースト増幅器導波路は、チューナブル・レーザー・デバイスの半導体光増幅器（ＳＯＡ）領域の中に形成され得り、アダプティブ・リング・ミラーおよびループ・ミラー導波路は、チューナブル・レーザー・デバイスのシリコン・フォトニクス領域の中に形成され得る。アダプティブ・リング・ミラーは、複数のＭＭＩカップラー同士の間に光学的に連結されている位相シフターを含む。位相シフターを使用して位相シフトを誘発させることによって、チューナブル・レーザー・デバイスの出力の波長は、たとえば、他の用途のなかでも、コヒーレント光ファイバー通信において使用するために変更または調節され得る。
図面を見てみると、図１は、本明細書で説明されているさまざまな実施形態による例示的なチューナブル・レーザー１０を図示している。チューナブル・レーザー１０は、本明細書で説明されている実施形態による１つの代表的な例として提示されている。チューナブル・レーザー１０は、必ずしも正しい寸法で描かれているわけではなく、図１に示されているものと比較してサイズおよび割合が変化することが可能である。たとえば、ループおよびアダプティブ・リング・ミラー、導波路、ならびに他のエレメントのサイズおよび割合は、特定の波長または波長範囲における光出力の発生のために変化または調節され得る。追加的に、チューナブル・レーザー１０のエレメントの構造または配置に関する変形例は、本実施形態の範囲内にあり、図７は、本明細書で説明されている概念と一貫する別のチューナブル・レーザー構成を図示している。
図１に示されているように、チューナブル・レーザー１０は、アダプティブ・リング・ミラー２０と、アダプティブ・リング・ミラー２０に光学的に連結されているゲイン導波路３０と、ゲイン導波路３０に光学的に連結されているループ・ミラー４０と、１つの端部においてループ・ミラー４０に光学的に連結されており、別の端部においてチューナブル・レーザー１０のレーザー出力を提供するように適合されているブースター増幅器５０とを含む。ゲイン導波路３０およびブースター増幅器５０は、チューナブル・レーザー１０の半導体光増幅器（ＳＯＡ）領域６０の中の導波路として形成され得り、アダプティブ・リング・ミラー２０およびループ・ミラー４０は、チューナブル・レーザー１０のシリコン・フォトニクス（ＳｉＰｈ）領域７０の中に形成され得る。また、チューナブル・レーザー１０は、制御ドライバー８０を含み、チューナブル・レーザー１０のエレメントへのパワー・バイアスを制御および供給する。また、制御ドライバー８０は、制御信号および他の関係の信号をチューナブル・レーザー１０に提供し、チューナブル・レーザー１０からフィードバックを取得することが可能である。
チューナブル・レーザー１０は、１つまたは複数の波長においてピーク・パワーを有するレーザー出力を提供することが可能である。チューナブル・レーザー１０によるレーザー出力の波長は、経時的に適合または調節され得る。１つの例では、チューナブル・レーザー１０によるレーザー出力の波長は、制御ドライバー８０に提供されるデータ８１のストリームに基づいて適合され得る。換言すれば、チューナブル・レーザー１０によるレーザー出力の波長は、データ８１のストリームに基づいて経時的に変調され得る。したがって、チューナブル・レーザー１０の出力は、他の実用的な用途のなかでも、たとえば、コヒーレント光ファイバー通信に関して信頼され得る。チューナブル・レーザー１０の動作が、さらに詳細に下記に説明される。
ゲイン導波路３０およびブースター増幅器５０がその中に形成されている半導体光増幅器（ＳＯＡ）領域６０は、光の生成のためのゲインを提供し、それは、チューナブル・レーザー１０のレーザー出力につながる。チューナブル・レーザー１０の中のＳＯＡ領域６０は、光ゲインを提供するためのゲイン媒体を含む半導体領域として具現化され得る。したがって、ゲイン導波路３０およびブースター増幅器５０は、アクティブ増幅領域を含むことが可能であり、アクティブ増幅領域は、制御ドライバー８０から供給されるエネルギー（たとえば、特定の電圧および／または電流）によってバイアスされ得る。ゲイン導波路３０およびブースター増幅器５０の中へのバイアスの注入は、伝導帯から価電子帯への光子の光学的な移行につながるキャリア密度を生成させる。最大ゲインは、バンドギャップ・エネルギーの直ぐ上方の光子エネルギーに関して起こる。
ＳＯＡ領域６０は、リン化インジウム（ＩｎＰ）ホスト材料から形成され得り、半導体製造技法を使用してアクティブ媒体がその上に成長させられてモノリシックに処理された状態になっている。したがって、ゲイン導波路３０およびブースター増幅器５０は、半導体光増幅器を含む光電子的なデバイスに関して適切な直接的なバンドギャップを示す材料から構築され得る。他の実施形態では、ＳＯＡ領域６０は、インジウム、アルミニウム、ガリウム、ヒ化物、リン、および他の元素の組み合わせを含む他のＩＩ－Ｖ族またはＩＩＩ－Ｖ族の化合物材料半導体、たとえば、なかでも、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ、およびＩｎＰ／ＩｎＡｌＧａＡｓなどから形成され得る。ＳｉＰｈ領域７０は、他の適切なＳｉＰｈ材料のなかでも、シリコンウエハーまたはシリコンオンインシュレーター（ＳＯＩ）材料の上の埋め込み酸化物層（ｂｕｒｉｅｄ ｏｘｉｄｅ ｌａｙｅｒ）（ＢＯＸ）であることが可能である。
１つの例では、ゲイン導波路３０およびブースター増幅器５０を形成するチューナブル・レーザー１０の層は、たとえば、ＡｌＩｎＧａＡｓベースの量子井戸、バリア、および、隣接する上側および下側クラッディング領域（たとえば、レージング媒体および／または領域を提供するため）によって形成されたアクティブ領域を含むことが可能である。層は、基板の上にエピタキシャルに形成され得り、上側および下側クラッディング領域がＩｎＰなどのような半導体材料から形成された状態になっており、それは、アクティブ領域のインデックスよりも低いインデックスを有している。ＩｎＧａＡｓ封鎖層は、上側クラッディング層の上部表面の上に提供され、１つまたは複数のオーミック接触を提供することが可能である。動作の間に、ゲイン導波路３０およびブースター増幅器５０は、制御ドライバー８０によってバイアスされ、特定の波長において、または、比較的に狭い範囲の波長にわたって、パワーを示す光を放出することが可能である。
ＳｉＰｈ領域７０に対するＳＯＡ領域６０の相対的なサイズおよび設置は、実施形態の間で変化することが可能である。図１に示されているものに対する変形例では、ＳＯＡ領域６０は、ＳｉＰｈ領域７０によって取り囲まれていなくてもよい。たとえば、ＳＯＡ領域６０は、ＳＯＡ領域６０と隣り合わせの構成で配置され得る。ＳＯＡ領域６０およびＳｉＰｈ領域７０は、一緒に形成されるかまたは互いから別個に形成され得る。互いから別個に形成される場合には、ＳＯＡ領域６０およびＳｉＰｈ領域７０は、別個の処理ステップとして一緒に整合させられ得る。
アダプティブ・リング・ミラー２０は、チューナブル・レフレクターを提供し、アダプティブ・リング・ミラー２０の１つまたは複数の反射特性は、光ファイバー通信のためのチューナブル・レーザー１０のレーザー出力の波長をチューニングするために調節され得る。また、ループ・ミラー４０は、チューナブル・レーザー１０の中のレフレクターを提供する。いくつかのケースでは、ループ・ミラー４０は、たとえば図６に示されている実施形態などのように、省略され得る。
ゲイン導波路３０およびブースター増幅器５０は、ＳＯＡ領域６０とＳｉＰｈ領域７０との間のインターフェース１１０を横切っておよびそれに沿って、ループ・ミラー４０およびアダプティブ・リング・ミラー２０と光学的に整合させられ得る。それらは、米国特許第８，００９，７１１号明細書（その開示全体は、参照により本明細書に組み込まれている）に説明されているものと同様に、ＳＯＡ領域６０およびＳｉＰｈ領域７０の縁部に沿って、嵌合する自己整合ファセット（たとえば、Ｌｏｗｅｌｌ、ＭａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓのＭＡＣＯＭ（商標）のＳｅｌｆ－Ａｌｉｇｎｅｄ Ｅｔｃｈ Ｆａｃｅｔ（ＳＡＥＦＴ（商標））技術）を使用して、または、任意の他の適切なアプローチを使用して、アライメント処理ステップの間にそれらを通過する光の測定を通して、インターフェース１１０を横切って光学的に整合させられ得る。したがって、チューナブル・レーザー１０は、レーザー光子集積回路として形成され得る。
アダプティブ・リング・ミラー２０は、複数のマルチモード干渉（ＭＭＩ）カップラー２１～２３を含み、それらは、図１に示されている実施形態によるシングル入力－ダブル出力－ＭＭＩカップラーをそれぞれ含む。ＭＭＩカップラーの他のタイプおよび配置が、他の実施形態の中のアダプティブ・リング・ミラー２０の代わりに使用され得る。示されているように、ＭＭＩカップラー２１の第１の出力は、ＭＭＩカップラー２２の入力に光学的に連結されており、ＭＭＩカップラー２１の第２の出力は、ＭＭＩカップラー２３の入力に光学的に連結されている。
ＭＭＩカップラー２１～２３は、アダプティブ・リング・ミラー２０の中に一体化されたパッシブ・コンポーネントとして具現化され得る。ＭＭＩカップラー２１～２３は、それらを通してガイドされる光の完全な干渉を可能にするように形成され得る。したがって、ＭＭＩカップラー２１～２３を通してガイドされる光は、建設的にまたは破壊的に、ＭＭＩカップラー２１～２３の中で干渉することが可能である。
複数の線形導波路２５～２８が、ＭＭＩカップラー２２および２３の出力に光学的に連結されている。また、アダプティブ・リング・ミラー２０は、線形導波路２５と２６との間に位置決めされている第１のリング導波路Ｒ１と、線形導波路２７と２８との間に位置決めされている第２のリング導波路Ｒ２とを含む。Ｒ１およびＲ２の自由スペクトル範囲（ＦＳＲ）を制御するために、アダプティブ・リング・ミラー２０は、また、ヒーター２４Ａおよび２４Ｂを含む。ヒーター２４Ａおよび２４Ｂのサイズおよび設置は、図１において代表的なものであり、第１および第２のリング導波路Ｒ１およびＲ２のＦＳＲを制御するための適切なヒーターが、他の場所に位置決めされ得る。制御ドライバー８０は、ヒーター２４Ａおよび２４Ｂに電流を供給し、第１および第２のリング導波路Ｒ１およびＲ２のＦＳＲを制御することが可能であり、それは、アダプティブ・リング・ミラー２０の少なくとも１つの反射特性の調節につながる。
また、アダプティブ・リング・ミラー２０は、位相シフター２９を含む。図１に示されているように、位相シフター２９は、（たとえば、温度変化を通した）第２のリング導波路Ｒ２に提供される光の位相の適合のために、ＭＭＩカップラー２１の出力とＭＭＩカップラー２２の入力との間に光学的に連結されている。代替的に、位相シフター２９は、第２のリング導波路Ｒ２に提供される光の位相の適合のために、ＭＭＩカップラー２１の別の出力とＭＭＩカップラー２３の入力との間に連結され得る。他の実施形態では、第１および第２のリング導波路Ｒ１およびＲ２の両方のための位相シフターなどのような、２つ以上の位相シフターが使用され得る。
位相シフター２９は、ＭＭＩカップラー２１とＭＭＩカップラー２２との間の所定の長さの導波路を加熱することが可能である。位相シフター２９は、たとえば、抵抗率のために、プラチナがドープされたアダプティブ・リング・ミラー２０の中の領域として形成され得る。制御ドライバー８０から供給されるバイアス電流の印加によって、位相シフター２９は、ＭＭＩカップラー２１とＭＭＩカップラー２２との間の所定の長さの導波路を加熱することが可能である。加熱されるときに、導波路の屈折率が変化し、それは、導波路を通してガイドされる光の位相のシフト（たとえば、伝搬遅延に基づく）につながる（たとえば、それらの入力と比較して、それらの出力において測定される）。バイアス電流は、データ８１に基づいて制御ドライバー８０から位相シフター２９へ供給され、コヒーレント光ファイバー通信のためにチューナブル・レーザー１０の出力を変調させることが可能である。
アダプティブ・リング・ミラー２０において、導波路２５～２８からの光は、リング導波路Ｒ１およびＲ２の中へ光学的に連結することが可能である。リング導波路Ｒ１およびＲ２の中において、光は、建設的におよび／または破壊的に、特定の波長においてそれ自身と干渉することが可能である。光の特定の波長（または、波長の範囲）だけが建設的に干渉することとなるので、アダプティブ・リング・ミラー２０は、所定のタイプの光学的なフィルターまたは波長フィルターとして作用することが可能であり、光のうちのいくらかは、アダプティブ・リング・ミラー２０から外へミラー・バックする（ｍｉｒｒｏｒ ｂａｃｋ）ことが可能である。さらに、位相シフター２９は、ＭＭＩカップラー２１とＭＭＩカップラー２２との間の導波路を通してガイドされる光の位相（たとえば、伝搬遅延）を調節することが可能であるので、リング導波路Ｒ１およびＲ２およびＭＭＩカップラー２１～２３の中の干渉は、位相シフター２９の調節に基づいて変化することが可能である。
制御ドライバー８０は、特定の電圧および電流バイアスをチューナブル・レーザー１０の中のエレメント（他のエレメントのなかでも、ＳＯＡ領域６０、位相シフター２９、ならびにヒーター２４Ａおよび２４Ｂを含む）に供給および／またはポンプ送りするように構成され得る。本明細書で説明されているように、制御ドライバー８０は、それぞれ、レーザー発振および変調させるために、ＳＯＡ領域６０、位相シフター２９、ならびにヒーター２４Ａおよび２４Ｂに別個のバイアスを提供することが可能である。
制御ドライバー８０は、特定のインクリメントでバイアス電圧および／または電流バイアスの範囲を提供するように設計され得り、いくつかのケースでは、プログラムされ得る。１つの構成では、制御ドライバー８０は、ヒーター２４Ａおよび２４Ｂのうちの一方または両方に提供される電圧および／または電流バイアスを制御し、アダプティブ・リング・ミラー２０の中の温度の比較的に小さく正確な変化（たとえば、摂氏０．２４度から０．４０度の間の範囲の中の変化）を結果として生じさせるように設計され得り、それは、アダプティブ・リング・ミラー２０の少なくとも１つの反射特性における調節につながる。アダプティブ・リング・ミラー２０の反射特性の変化は、光ファイバー通信のためにチューナブル・レーザー１０のレーザー出力の波長を最終的に変化させる。したがって、チューナブル・レーザー１０のレーザー出力の波長は、データ８１のストリームに基づいて経時的に変調され得り、チューナブル・レーザー１０の出力は、コヒーレント光ファイバー通信に関して信頼され得る。
さまざまな実施形態では、制御ドライバー８０は、少なくとも１つの処理回路、および、少なくとも１つのメモリーまたはメモリー・デバイスを含むことが可能である。処理回路は、１つまたは複数のプロセッサーを含むことが可能であり、ローカル・インターフェースを介してメモリー・デバイスに連結され得る。メモリーは、処理回路の１つまたは複数のプロセッサーによって実行可能なコンピューター可読のインストラクションを記憶することが可能である。したがって、制御ドライバー８０は、ハードウェアの形態で、ハードウェアによって実行可能なソフトウェアコンポーネントとして、または、ソフトウェアおよびハードウェアの組み合わせとして具現化され得る。
ハードウェアとして具現化されている場合には、制御ドライバー８０は、任意の適切なハードウェア技術を用いる回路またはステート・マシンとして実装され得る。ハードウェア技術は、１つまたは複数のプロセッサーまたはマイクロプロセッサー、１つまたは複数のデータ信号の適用のときにさまざまなロジック関数を実装するための論理ゲートを有する個別論理回路、適当な論理ゲートを有するＡＳＩＣ、プログラマブル・ロジック・デバイス（たとえば、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡＳ）、コンプレックス・プログラマブル・ロジック・デバイス（ＣＰＬＤ）など）を含むことが可能である。
他の実施形態では、チューナブル・レーザー１０は、１つまたは複数のコンピューティング・デバイスの上でシミュレートされ得る。たとえば、半導体製造プロセスの１つまたは複数の態様、たとえば、ドーパント分布、応力分布、デバイス幾何学形状、および、チューナブル・レーザー１０の他の態様などが、シミュレートされ得る。製造プロセス・シミュレーションは、チューナブル・レーザー１０、チューナブル・レーザー１０に関連付けられる半導体デバイス（たとえば、トランジスター）、および他のエレメント（たとえば、抵抗器、インダクター、キャパシターなど）の特性をモデル化するために信頼され得る。また、チューナブル・レーザー１０の１つまたは複数の動作特性、たとえば、ピーク波長反射特性、反射パワー特性、反射ディファレンス・パワー特性、および他の特性などが、シミュレートされ得る。
シミュレーションは、アダプティブ・リング・ミラー２０、ゲイン導波路３０、ループ・ミラー４０、およびブースター増幅器５０、ならびに、他の半導体デバイス（たとえば、トランジスター）、および、チューナブル・レーザー１０のエレメント（たとえば、抵抗器、インダクター、キャパシターなど）の特性モデル化するために信頼され得る。
したがって、チューナブル・レーザー１０は、１つまたは複数の回路シミュレーター、半導体デバイス・モデリング、半導体プロセス・シミュレーション、または、関連技術コンピューター支援設計（ＴＣＡＤ）ソフトウェア・ツールを使用してシミュレートされ得る。図１に示されているチューナブル・レーザー１０および／または図６に示されているチューナブル・レーザー１００の評価のためのプロセスは、１つまたは複数の適切なＴＣＡＤシミュレーション・プログラムを使用して、チューナブル・レーザー１０および／またはチューナブル・レーザー１００のエレメントをシミュレートすることを含むことが可能である。
したがって、チューナブル・レーザー１０は、１つまたは複数の回路シミュレーター、半導体デバイス・モデリング、半導体プロセス・シミュレーション、または、関連技術コンピューター支援設計（ＴＣＡＤ）ソフトウェア・ツールを使用してシミュレートされ得る。図１に示されているチューナブル・レーザー１０および／または図６に示されているチューナブル・レーザー１００の評価のためのプロセスは、１つまたは複数の適切なＴＣＡＤシミュレーション・プログラムを使用して、チューナブル・レーザー１０および／またはチューナブル・レーザー１００のエレメントをシミュレートすることを含むことが可能である。
チューナブル・レーザー１０の動作特性に関して、図２Ａおよび図２Ｂは、本明細書で説明されているさまざまな実施形態による、図１に示されているチューナブル・レーザー１０のアダプティブ・リング・ミラー２０の例示的なピーク波長反射特性を図示している。とりわけ、図２Ａは、摂氏約０度から５度の間のリング導波路Ｒ１およびＲ２の温度変化（たとえば、相対的な温度差）に関して、約１５２０ｎｍから約１５８０のより幅広い波長範囲に対する反射波長を図示している。図２Ｂは、摂氏約０度から０．５度の間のリング導波路Ｒ１およびＲ２の温度変化に関して、約１５４０ｎｍから約１５５０ｎｍのより幅の狭い波長範囲に対する反射波長を図示している。図２Ｂに示されているように、リング導波路Ｒ１およびＲ２のうちの１つの約０．１～０．２度の相対的な温度変化に関して、約２ｎｍのアダプティブ・リング・ミラー２０のピーク波長反射特性の変化が実現され得る。図２Ａおよび図２Ｂに示されている温度変化は、制御ドライバー８０によって制御されるように、ヒーター２４Ａおよび２４Ｂによって付与され得る。
図３は、本明細書で説明されているさまざまな実施形態による、図１に示されているチューナブル・レーザー１０のアダプティブ・リング・ミラー２０の例示的な反射パワー特性を図示している。とりわけ、図３は、摂氏約０度から０．５度の間のリング導波路Ｒ１およびＲ２の温度変化に関して、約－６デシベルから約０デシベルの反射パワーを図示している。示されているように、リング導波路Ｒ１およびＲ２のうちの１つの約０．１～０．２度の相対的な温度変化に関して、ほぼ６デシベルのアダプティブ・リング・ミラー２０の反射パワー特性の変化が実現され得る。図３に示されている温度変化は、制御ドライバー８０によって制御されるように、ヒーター２４Ａおよび２４Ｂによって付与され得る。
図４は、本明細書で説明されているさまざまな実施形態による、図１に示されているチューナブル・レーザー１０のアダプティブ・リング・ミラー２０の例示的な反射ディファレンス・パワー（ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｐｏｗｅｒ）特性を図示している。とりわけ、図４は、摂氏約０度から０．５度の間のリング導波路Ｒ１およびＲ２の温度変化に関して、約－６０デシベルから約０デシベルの反射ディファレンス・パワーを図示している。示されているように、リング導波路Ｒ１およびＲ２のうちの１つの約０．１～０．２度の相対的な温度変化に関して、約６０デシベルもの大きさのアダプティブ・リング・ミラー２０の反射ディファレンス・パワー特性の変化が実現され得る。図３に示されている温度変化は、制御ドライバー８０によって制御されるように、ヒーター２４Ａおよび２４Ｂによって部分的に付与され得る。追加的にまたは代替的に、図３に示されている温度変化は、制御ドライバー８０による位相シフター２９のアダプティブ制御に基づいて部分的に付与され得る。
図５Ａおよび図５Ｂは、本明細書で説明されているさまざまな実施形態による、図１に示されているチューナブル・レーザー１０のアダプティブ・リング・ミラー２０の波長に対する例示的なパワー反射特性を図示している。図５Ａと図４Ｂとの間で、リング導波路Ｒ１の温度の相対的な差（ｄＴ１）は、摂氏０．３５度である。図５Ａと図５Ｂとの間のリング導波路Ｒ２の温度の相対的な差（ｄＴ２）は、摂氏０．０２である。したがって、図５Ａと図５Ｂとの間で、リング導波路Ｒ１は、リング導波路Ｒ２と比較して相対的により重要な温度の変化を見る（たとえば、リング導波路Ｒ２の温度は、別個に制御される必要はない）。リング導波路Ｒ１に関するそのような重要な変化なしに、リング導波路Ｒ２の温度が変化させられるときに、図５Ａおよび図５Ｂに示されている特性は同様である。
繰り返しになるが、図５Ａと図５Ｂとの間に示されているように、アダプティブ・リング・ミラー２０のパワー反射特性は、波長に関してシフトさせられる。したがって、アダプティブ・リング・ミラー２０のアダプティブまたはチューナブルの性質が、明確に示されている。図５Ａおよび図５Ｂに示されているそれぞれのピーク以外において、アダプティブ・リング・ミラー２０のパワー反射特性は、他の波長に関して著しく低減される。本明細書で説明されているように、コントローラー８０は、リング導波路Ｒ１およびＲ２のそれぞれの温度（または、温度差）を制御することによって、アダプティブ・リング・ミラー２０のパワー反射特性、ひいては、レーザー出力を変調させることが可能である。コントローラー８０は、他の要因の中でも、データ８１に基づいて、リング導波路Ｒ１およびＲ２のそれぞれの温度を制御することが可能である。追加的にまたは代替的に、図５Ａおよび図５Ｂに示されているパワー反射特性は、データ８１に基づく制御ドライバー８０による位相シフター２９のアダプティブ制御によって部分的に付与され得る。それらの方式のうちの１つまたは複数において、チューナブル・レーザー１０のレーザー出力の波長は、光ファイバー通信を含むさまざまな用途に関して制御され得る。
他の例示的な実施形態を見てみると、図６は、本明細書で説明されているさまざまな実施形態による別の例示的なチューナブル・レーザー１００を図示している。チューナブル・レーザー１００は、本明細書で説明されている実施形態による別の代表的な例として提示されている。チューナブル・レーザー１００は、必ずしも正しい寸法で描かれているわけではなく、図７に示されているものと比較して、サイズおよび割合が変化することが可能である。たとえば、ループ・ミラーおよびアダプティブ・リング・ミラー、導波路、ならびに他のエレメントのサイズおよび割合は、特定の波長または波長範囲における光出力の発生のために調節され得る。追加的に、チューナブル・レーザー１００のエレメントの構造または配置に関する変形例は、本実施形態の範囲内にある。
図１に示されているチューナブル・レーザー１０と比較して、チューナブル・レーザー１００は、また、ＳＯＡ領域６０およびＳｉＰｈ領域７０を含み、アダプティブ・リング・ミラー２０がＳｉＰｈ領域７０の中に形成された状態になっている。また、チューナブル・レーザー１００は、ゲイン導波路１３０およびブースター増幅器１５０を含む。いくつかの実施形態では、小さいギャップが、ゲイン導波路１３０とブースター増幅器１５０との間に形成され得る。チューナブル・レーザー１００は、制御ドライバー８０による位相シフター２９のアダプティブ制御に基づいて、チューナブル・レーザー１０によって提供されるものと同様のアダプティブ・レーザー出力を提供することが可能である。ゲイン導波路およびブースター増幅器の他の配置も、本実施形態の範囲内にある。
本明細書で説明されているように、コントローラー８０は、リング導波路Ｒ１およびＲ２のそれぞれの温度（または、温度差）を制御することによって、チューナブル・レーザー１００のアダプティブ・リング・ミラー２０のパワー反射特性、ひいては、レーザー出力を変調させることが可能である。コントローラー８０は、他の要因の中でも、データ８１に基づいて、リング導波路Ｒ１およびＲ２のそれぞれの温度を制御することが可能である。追加的にまたは代替的に、コントローラー８０は、データ８１に基づく制御ドライバー８０による位相シフター２９のアダプティブ制御によって、パワー反射特性を変調させることが可能である。それらの方式のうちの１つまたは複数において、チューナブル・レーザー１００のレーザー出力の波長は、光ファイバー通信を含むさまざまな用途に関して制御され得る。
他の実施形態を見てみると、図７は、通信のためのレーザー出力チューニングのプロセスを図示している。プロセスは、たとえば、チューナブル・レーザー１０またはチューナブル・レーザー１００によって実施され得る。図７に示されているプロセス・ダイアグラムは、光ファイバー通信のためのチューナブル・レーザー１０またはチューナブル・レーザー１００のレーザー出力の波長を調節するために使用され得るステップのシーケンスの１つの例を提供する。図７に示されているステップの配置は、代表的な例として提供される。他の実施形態では、ステップの順序は、示されているものとは異なることが可能である。たとえば、ステップのうちの２つ以上の実行の順序は、示されている順序に対してスクランブルされ得る。また、いくつかのケースでは、ステップのうちの２つ以上は、同時にまたは部分的に同時に実施され得る。さらに、いくつかのケースでは、ステップのうちの１つまたは複数は、スキップまたは省略され得り、また、他のステップが追加され得る。追加的に、そのプロセスは、図１および図６に示されているチューナブル・レーザー・デバイスに関連して説明されているが、同様のチューナブル・レーザー・デバイスも、そのプロセスを実施することが可能である。
ステップ２０２において、プロセスは、制御ドライバー８０が、チューナブル・レーザー１０またはチューナブル・レーザー１００のＳＯＡ領域６０の１つまたは複数の領域またはコンポーネントをバイアスし、レーザー出力を発生させるステップを含む。たとえば、制御ドライバー８０は、ゲイン導波路３０および／またはブースター増幅器５０に１つまたは複数のバイアスを提供することが可能である。バイアスに応答して、ゲイン導波路３０および／またはブースター増幅器５０は、レーザーを放出することが可能であり、また、レーザー光を発生させることが可能である。上記に説明されているように、ゲイン導波路３０およびブースター増幅器５０は、アクティブな増幅領域を含むことが可能であり、増幅領域は、制御ドライバー８０から供給されるエネルギー（たとえば、特定の電圧および／または電流）によってバイアスされ得る。ＳＯＡ領域６０の中へのバイアスの注入は、光子の光学的な移行につながるキャリア密度を生成させ、レーザー光を発生させる。そして、レーザー光は、アダプティブ・リング・ミラー２０および／またはループ・ミラー４０に連結され得り、それによって反射され得り、最終的に、チューナブル・レーザー１０またはチューナブル・レーザー１００からのレーザー出力の発生につながる。さまざまな実施形態において、レーザー出力は、特定の波長において、または、比較的に幅の狭い範囲の波長にわたって、パワーを示すことが可能である。
ステップ２０４において、プロセスは、通信のための入力データを受信する制御ドライバー８０を含む。たとえば、データ８１のストリームは、制御ドライバー８０によって受信され得る。さまざまな実施形態では、任意のデータが受信され得る。データは、プロセスのもっと後のステップにおいて、チューナブル・レーザー１０またはチューナブル・レーザー１００からのレーザー出力を変調させるために使用され得る。
ステップ２０６において、プロセスは、制御ドライバー８０が、ステップ２０４において受信されるデータ８１のストリームに基づいて、アダプティブ・リング・ミラー２０の少なくとも１つの反射特性を経時的に調節し、ステップ２０２において発生させられるレーザー出力を変調させるステップを含む。ここで、制御ドライバー８０は、位相シフター２９ならびにアダプティブ・リング・ミラー２０のヒーター２４Ａおよび２４Ｂのうちの１つまたは複数を含む、チューナブル・レーザー１０またはチューナブル・レーザー１００の中のエレメントに、特定の電圧および電流バイアスを供給および／またはポンプ送りすることが可能である。制御ドライバー８０は、ステップ２０６において、必要に応じて、位相シフター２９およびヒーター２４Ａおよび２４Ｂに別個のバイアスを提供することが可能である。
制御ドライバー８０は、データ８１のストリームに基づいて、電圧および／または電流バイアスを提供することが可能である。１つの例として、制御ドライバー８０は、データ８１のストリームの状態（たとえば、データ「０」値またはデータ「１」値）に基づいて、ヒーター２４Ａおよび２４Ｂのうちの一方または両方に提供される電圧および／または電流バイアスを制御することが可能である。バイアスは、第１のリング導波路Ｒ１、第２のリング導波路Ｒ２、またはその両方の比較的に小さい正確な温度の変化を結果として生じさせることが可能である。温度の変化は、アダプティブ・リング・ミラー２０の第１のリング導波路Ｒ１および第２のリング導波路Ｒ２のうちの一方または両方に関して、摂氏約０．２４度から０．４０度の間にあることが可能である。したがって、ステップ２０６は、データ８１に基づいて、ヒーター２４Ａおよび２４Ｂのうちの一方または両方の温度を経時的に調節することを含むことが可能である。
温度の変化は、図２Ａ、図２Ｂ、図３、および図４に示されているものなどのような、アダプティブ・リング・ミラー２０の少なくとも１つの反射特性における調節につながることが可能である。反射特性の変化は、光ファイバー通信に関して、図５Ａおよび図５Ｂに示されているものなどのように、チューナブル・レーザー１０またはチューナブル・レーザー１００からのレーザー出力の波長を最終的に変化させる。したがって、チューナブル・レーザー１０またはチューナブル・レーザー１００のレーザー出力の波長は、コヒーレント光ファイバー通信に関して、データ８１のストリームに基づいて経時的に変調され得る。
別の例として、制御ドライバー８０は、位相シフター２９に提供される電圧および／または電流バイアスを制御し、アダプティブ・リング・ミラー２０の少なくとも１つの反射特性を調節することが可能である。制御ドライバー８０からのバイアスの適用によって、位相シフター２９は、ＭＭＩカップラー２１とＭＭＩカップラー２２との間の所定の長さの導波路を加熱することが可能である。加熱されるときに、導波路の屈折率が変化し、それは、導波路を通してガイドされる光の位相のシフト（たとえば、伝搬遅延に基づく）につながる（たとえば、それらの入力と比較して、それらの出力において測定される）。バイアス電流は、データ８１に基づいて制御ドライバー８０から位相シフター２９へ供給され、コヒーレント光ファイバー通信のためにチューナブル・レーザー１０の出力を変調させることが可能である。したがって、ステップ２０６は、データ８１に基づいて位相シフター２９の温度を経時的に調節することを含むことが可能である。
ソフトウェア・インストラクションまたはプログラム・インストラクションを含む、本明細書で説明されているコンポーネントのうちの１つまたは複数は、コンピューター・システムまたは他のシステムの中のプロセッサーなどのような、インストラクション実行システムによってまたはそれに関連して使用するために、任意の非一時的なコンピューター可読の媒体の中に具現化され得る。コンピューター可読の媒体は、インストラクション実行システムによってまたはそれに関連して使用するために、ソフトウェア・インストラクションまたはプログラム・インストラクションを含有するか、記憶するか、または維持することが可能である。
コンピューター可読の媒体は、磁気媒体、光学媒体、半導体媒体、または他の適切な媒体などのような、物理的な媒体を含むことが可能である。適切なコンピューター可読の媒体の例は、それに限定されないが、ソリッド・ステート・ドライブ、磁気ドライブ、およびフラッシュ・メモリーを含む。さらに、本明細書で説明されている任意のロジックまたはコンポーネントは、さまざまな方式で実装および構造化され得る。
ソフトウェアの中でシミュレートされる場合には、それぞれの回路エレメントは、モジュールとして、または、特定のパラメーターに関連付けられるコードのリスティングとして具現化され、エレメントをシミュレートすることが可能である。回路エレメントをシミュレートするためのソフトウェアは、たとえば、ソース・コードの形態で具現化されているプログラム・インストラクションを含むことが可能であり、ソース・コードは、プログラミング言語またはマシン・コードで書かれたヒューマン・リーダブル・ステートメントを含み、プログラミング言語またはマシン・コードは、コンピューター・システムまたは他のシステムの中のプロセッサーなどのような、適切な実行システムによって認識可能なマシンインストラクションを含む。ハードウェアの中で具現化される場合には、それぞれのエレメントは、１つの回路または複数の相互接続された回路を表すことが可能である。
１つまたは複数のコンピューティング・デバイスは、なかでも、本明細書で説明されている分配された増幅器を形成する回路エレメントをシミュレートするために、ソフトウェアを実行することが可能である。コンピューティング・デバイスは、少なくとも１つの処理回路を含むことが可能である。そのような処理回路は、たとえば、１つまたは複数のプロセッサー、および、１つまたは複数のストレージまたはメモリー・デバイスを含むことが可能であり、それは、ローカル・インターフェースに連結されている。ローカル・インターフェースは、たとえば、同伴するアドレス／制御バスまたは任意の他の適切なバス構造体を備えたデータ・バスを含むことが可能である。
ストレージまたはメモリー・デバイスは、処理回路のプロセッサーによって実行可能なデータまたはコンポーネントを記憶することが可能である。たとえば、分配された増幅器の１つまたは複数の回路エレメントと関連付けられるデータは、１つまたは複数のストレージ・デバイスの中に記憶され得り、また、コンピューティング・デバイスの中の１つまたは複数のプロセッサーによって処理するために参照され得る。同様に、回路エレメントおよび／または他のコンポーネントをシミュレートするためのソフトウェアは、１つまたは複数のストレージ・デバイスの中に記憶され得り、また、コンピューティング・デバイスの中の１つまたは複数のプロセッサーによって実行可能であることが可能である。
また、ソフトウェア・インストラクションまたはプログラム・インストラクションを含む、本明細書で説明されているコンポーネントのうちの１つまたは複数は、コンピューター・システムまたは他のシステムの中のプロセッサーなどのような、インストラクション実行システムによってまたはそれに関連して使用するために、任意の非一時的なコンピューター可読の媒体の中に具現化され得る。コンピューター可読の媒体は、インストラクション実行システムによってまたはそれに関連して使用するために、ソフトウェア・インストラクションまたはプログラム・インストラクションを含有し、記憶し、および／または維持することが可能である。
コンピューター可読の媒体は、磁気媒体、光学媒体、半導体媒体、または他の適切な媒体などのような、物理的な媒体を含むことが可能である。適切なコンピューター可読の媒体の例は、それに限定されないが、ソリッド・ステート・ドライブ、磁気ドライブ、またはフラッシュ・メモリーを含む。さらに、本明細書で説明されている任意のロジックまたはコンポーネントは、さまざまな方式で実装および構造化され得る。たとえば、説明されている１つまたは複数のコンポーネントは、単一の用途のモジュールまたはコンポーネントとして実装され得る。さらに、本明細書で説明されている１つまたは複数のコンポーネントは、１つのコンピューティング・デバイスの中で実行されるか、または、複数のコンピューティング・デバイスを使用することによって実行され得る。
実施形態の追加的な態様は、以下の条項のうちの１つまたは複数の中に説明されている。
条項１： チューナブル・レーザー・デバイスであって、チューナブル・レーザー・デバイスは、アダプティブ・リング・ミラーと、アダプティブ・リング・ミラーに光学的に連結されているゲイン導波路と、ゲイン導波路に光学的に連結されているループ・ミラーと、ブースター増幅器であって、ブースター増幅器は、１つの端部においてループ・ミラーに光学的に連結されており、別の端部においてチューナブル・レーザー・デバイスのレーザー出力を提供するように適合されている、ブースター増幅器とを含み、ゲイン導波路およびブースト増幅器は、チューナブル・レーザー・デバイスの半導体光増幅器（ＳＯＡ）領域の中に形成されており、アダプティブ・リング・ミラーおよびループ・ミラーは、チューナブル・レーザー・デバイスのシリコン・フォトニクス領域の中に形成されている、チューナブル・レーザー・デバイス。
条項２： アダプティブ・リング・ミラーは、シングル入力－ダブル出力－ＭＭＩカップラーをそれぞれ含む複数のマルチモード干渉（ＭＭＩ）カップラーを含み、ＭＭＩカップラーのうちの第１のＭＭＩカップラーの第１の出力は、ＭＭＩカップラーのうちの第２のＭＭＩカップラーの入力に光学的に連結されており、第１のＭＭＩカップラーの第２の出力は、ＭＭＩカップラーのうちの第３のＭＭＩカップラーの入力に光学的に連結されている、条項１に記載のチューナブル・レーザー・デバイス。
条項３： アダプティブ・リング・ミラーは、第２のＭＭＩカップラーおよび第３のＭＭＩカップラーの出力に光学的に連結されている複数の線形導波路と、第１の対の線形導波路の間でアダプティブ・リング・ミラーの中に位置決めされている第１のリング導波路と、第２の対の線形導波路の間でアダプティブ・リング・ミラーの中に位置決めされている第２のリング導波路とをさらに含む、条項１または２に記載のチューナブル・レーザー・デバイス。
条項４： アダプティブ・リング・ミラーは、第１のＭＭＩカップラーと第２のＭＭＩカップラーおよび第３のＭＭＩカップラーのうちの少なくとも１つとの間に光学的に連結されている位相シフターをさらに含む、条項１～３のいずれか１つに記載のチューナブル・レーザー・デバイス。
条項５： アダプティブ・リング・ミラーは、第１のリング導波路と、第１のリング導波路の第１のヒーターと、第２のリング導波路と、第２のリング導波路の第２のヒーターとを含み、チューナブル・レーザー・デバイスは、制御ドライバーをさらに含み、制御ドライバーは、第１のリング導波路および第２のリング導波路のうちの少なくとも１つの温度を制御し、アダプティブ・リング・ミラーの少なくとも１つの反射特性を調節するように構成されている、条項１～４のいずれ１つに記載のチューナブル・レーザー・デバイス。
条項６： 制御ドライバーは、第１のヒーターまたは第２のヒーターのうちの少なくとも１つを使用して、第１のリング導波路および第２のリング導波路のうちの少なくとも１つの温度を制御し、光ファイバー通信のためのチューナブル・レーザー・デバイスのレーザー出力の波長を調節するように構成されている、条項１～５のいずれ１つに記載のチューナブル・レーザー・デバイス。
条項７： アダプティブ・リング・ミラーは、位相シフターを含み、チューナブル・レーザー・デバイスは、制御ドライバーをさらに含み、制御ドライバーは、アダプティブ・リング・ミラーの少なくとも１つの反射特性を調節するように位相シフターを制御するように構成されている、条項１～６のいずれ１つに記載のチューナブル・レーザー・デバイス。
条項８： チューナブル・レーザー・デバイスのＳＯＡ領域とチューナブル・レーザー・デバイスのシリコン・フォトニクス領域との間のインターフェースをさらに含む、条項１～７のいずれ１つに記載のチューナブル・レーザー・デバイス。
条項９： ＳＯＡ領域とシリコン・フォトニクス領域との間のインターフェースは、ＳＯＡ領域およびシリコン・フォトニクス領域の縁部に沿って、自己整合ファセットを使用して整合させられる、条項１～８のいずれ１つに記載のチューナブル・レーザー・デバイス。
条項１０： チューナブル・レーザー・デバイスであって、チューナブル・レーザー・デバイスは、アダプティブ・リング・ミラーと、ゲイン導波路であって、ゲイン導波路は、１つの端部においてアダプティブ・リング・ミラーに光学的に連結されており、別の端部においてチューナブル・レーザー・デバイスのレーザー出力を提供するように適合されている、ゲイン導波路と、制御ドライバーであって、制御ドライバーは、アダプティブ・リング・ミラーの少なくとも１つの反射特性を調節し、光ファイバー通信のためのチューナブル・レーザー・デバイスのレーザー出力の波長を適合させるように構成されている、制御ドライバーとを含む。
条項１１： 制御ドライバーは、アダプティブ・リング・ミラーの温度を調節し、チューナブル・レーザー・デバイスのレーザー出力の波長を適合させるように構成されている、条項１０に記載のチューナブル・レーザー・デバイス。
条項１２： ゲイン導波路は、チューナブル・レーザー・デバイスの半導体光増幅器（ＳＯＡ）領域の中に形成されており、アダプティブ・リング・ミラーは、チューナブル・レーザー・デバイスのシリコン・フォトニクス領域の中に形成されている、条項１０または１１に記載のチューナブル・レーザー・デバイス。
条項１３： チューナブル・レーザー・デバイスのＳＯＡ領域とチューナブル・レーザー・デバイスのシリコン・フォトニクス領域との間のインターフェースをさらに含む、条項１０～１２のいずれか１つに記載のチューナブル・レーザー・デバイス。
条項１４： ＳＯＡ領域とシリコン・フォトニクス領域との間のインターフェースは、ＳＯＡ領域およびシリコン・フォトニクス領域の縁部に沿って、自己整合ファセットを使用して整合させられる、条項１０～１３のいずれか１つに記載のチューナブル・レーザー・デバイス。
条項１５： アダプティブ・リング・ミラーは、シングル入力－ダブル出力－ＭＭＩカップラーをそれぞれ含む複数のマルチモード干渉（ＭＭＩ）カップラーを含み、ＭＭＩカップラーのうちの第１のＭＭＩカップラーの第１の出力は、ＭＭＩカップラーのうちの第２のＭＭＩカップラーの入力に光学的に連結されており、第１のＭＭＩカップラーの第２の出力は、ＭＭＩカップラーのうちの第３のＭＭＩカップラーの入力に光学的に連結されている、条項１０～１４のいずれか１つに記載のチューナブル・レーザー・デバイス。
条項１６： アダプティブ・リング・ミラーは、第２のＭＭＩカップラーおよび第３のＭＭＩカップラーの出力に光学的に連結されている複数の線形導波路と、第１の対の線形導波路の間でアダプティブ・リング・ミラーの中に位置決めされている第１のリング導波路と、第２の対の線形導波路の間でアダプティブ・リング・ミラーの中に位置決めされている第２のリング導波路とをさらに含む、条項１０～１５のいずれか１つに記載のチューナブル・レーザー・デバイス。
条項１７： アダプティブ・リング・ミラーは、第１のＭＭＩカップラーと第２のＭＭＩカップラーおよび第３のＭＭＩカップラーのうちの少なくとも１つとの間に光学的に連結されている位相シフターをさらに含む、条項１０～１６のいずれか１つに記載のチューナブル・レーザー・デバイス。
条項１８： アダプティブ・リング・ミラーは、第１のリング導波路と、第１のリング導波路の第１のヒーターと、第２のリング導波路と、第２のリング導波路の第２のヒーターとを含み、制御ドライバーは、第１のリング導波路および第２のリング導波路のうちの少なくとも１つの温度を制御し、アダプティブ・リング・ミラーの少なくとも１つの反射特性を調節するように構成されている、条項１０～１７のいずれか１つに記載のチューナブル・レーザー・デバイス。
条項１９： 制御ドライバーは、第１のヒーターまたは第２のヒーターのうちの少なくとも１つを使用して、第１のリング導波路および第２のリング導波路のうちの少なくとも１つの温度を制御し、光ファイバー通信のためのチューナブル・レーザー・デバイスのレーザー出力の波長を調節するように構成されている、条項１０～１８のいずれか１つに記載のチューナブル・レーザー・デバイス。
条項２０： チューナブル・レーザー・デバイスのレーザー出力を変調させる方法であって、チューナブル・レーザー・デバイスは、アダプティブ・リング・ミラーと、ゲイン導波路であって、ゲイン導波路は、１つの端部においてアダプティブ・リング・ミラーに光学的に連結されており、別の端部においてチューナブル・レーザー・デバイスのレーザー出力を提供するように適合されている、ゲイン導波路と、制御ドライバーとを含み、方法は、ゲイン導波路をバイアスし、レーザー出力を発生させるステップと、通信のための入力データを受信するステップと、アダプティブ・リング・ミラーの少なくとも１つの反射特性を調節し、入力データに基づいてレーザー出力を変調させるステップとを含む、方法。
条項２１： チューナブル・レーザー・デバイスのレーザー出力を変調させる方法であって、チューナブル・レーザー・デバイスは、アダプティブ・リング・ミラーと、ゲイン導波路であって、ゲイン導波路は、１つの端部においてアダプティブ・リング・ミラーに光学的に連結されており、別の端部においてチューナブル・レーザー・デバイスのレーザー出力を提供するように適合されている、ゲイン導波路と、制御ドライバーとを含み、方法は、ゲイン導波路をバイアスし、レーザー出力を発生させるステップと、通信のための入力データを受信するステップと、アダプティブ・リング・ミラーの少なくとも１つの反射特性を調節し、入力データに基づいてレーザー出力を変調させるステップとを含む、方法。
条項２２： アダプティブ・リング・ミラーの少なくとも１つの反射特性を調節するステップは、アダプティブ・リング・ミラーの温度を調節し、チューナブル・レーザー・デバイスのレーザー出力の波長を適合させるステップを含む、条項２１に記載のチューナブル・レーザー・デバイスのレーザー出力を変調させる方法。
条項２３： ゲイン導波路は、チューナブル・レーザー・デバイスの半導体光増幅器（ＳＯＡ）領域の中に形成されており、アダプティブ・リング・ミラーは、チューナブル・レーザー・デバイスのシリコン・フォトニクス領域の中に形成されている、条項２１または２２に記載のチューナブル・レーザー・デバイスのレーザー出力を変調させる方法。
条項２４： チューナブル・レーザーは、チューナブル・レーザー・デバイスのＳＯＡ領域とチューナブル・レーザー・デバイスのシリコン・フォトニクス領域との間のインターフェースをさらに含み、ＳＯＡ領域とシリコン・フォトニクス領域との間のインターフェースは、ＳＯＡ領域およびシリコン・フォトニクス領域の縁部に沿って、自己整合ファセットを使用して整合させられる、条項２１～２３のいずれか１つに記載のチューナブル・レーザー・デバイスのレーザー出力を変調させる方法。
条項２５： アダプティブ・リング・ミラーは、シングル入力－ダブル出力－ＭＭＩカップラーをそれぞれ含む複数のマルチモード干渉（ＭＭＩ）カップラーを含み、ＭＭＩカップラーのうちの第１のＭＭＩカップラーの第１の出力は、ＭＭＩカップラーのうちの第２のＭＭＩカップラーの入力に光学的に連結されており、第１のＭＭＩカップラーの第２の出力は、ＭＭＩカップラーのうちの第３のＭＭＩカップラーの入力に光学的に連結されている、条項２１～２４のいずれか１つに記載のチューナブル・レーザー・デバイスのレーザー出力を変調させる方法。
条項２６： アダプティブ・リング・ミラーは、第２のＭＭＩカップラーおよび第３のＭＭＩカップラーの出力に光学的に連結されている複数の線形導波路と、第１の対の線形導波路の間でアダプティブ・リング・ミラーの中に位置決めされている第１のリング導波路と、第２の対の線形導波路の間でアダプティブ・リング・ミラーの中に位置決めされている第２のリング導波路とをさらに含む、条項２１～２５のいずれか１つに記載のチューナブル・レーザー・デバイスのレーザー出力を変調させる方法。
条項２７： アダプティブ・リング・ミラーは、第１のＭＭＩカップラーと第２のＭＭＩカップラーおよび第３のＭＭＩカップラーのうちの少なくとも１つとの間に光学的に連結されている位相シフターをさらに含む、条項２１～２６のいずれか１つに記載のチューナブル・レーザー・デバイスのレーザー出力を変調させる方法。
条項２８： アダプティブ・リング・ミラーは、第１のリング導波路と、第１のリング導波路の第１のヒーターと、第２のリング導波路と、第２のリング導波路の第２のヒーターとを含み、アダプティブ・リング・ミラーの少なくとも１つの反射特性を調節するステップは、第１のリング導波路および第２のリング導波路のうちの少なくとも１つの温度を制御するステップを含む、条項２１～２７のいずれか１つに記載のチューナブル・レーザー・デバイスのレーザー出力を変調させる方法。
条項２９： アダプティブ・リング・ミラーの少なくとも１つの反射特性を調節するステップは、第１のヒーターまたは第２のヒーターのうちの少なくとも１つを使用して、第１のリング導波路および第２のリング導波路のうちの少なくとも１つの温度を制御し、光ファイバー通信のためのチューナブル・レーザー・デバイスのレーザー出力の波長を調節するステップを含む、条項２１～２８のいずれか１つに記載のチューナブル・レーザー・デバイスのレーザー出力を変調させる方法。
実施形態が本明細書で詳細に説明されてきたが、説明は例としてのものである。本明細書で説明されている実施形態の特徴は、代表的なものであり、代替的な実施形態では、特定の特徴およびエレメントが、追加または省略され得る。追加的に、本明細書で説明されている実施形態の態様に対する修正が、以下の特許請求の範囲の中で定義されている本発明の精神および範囲から逸脱することなく、当業者によって行われ得り、特許請求の範囲は、修正例および均等の構造体を包含するように最も広い解釈を与えられるべきである。
Claims (28)
- チューナブル・レーザー・デバイスであって、前記チューナブル・レーザー・デバイスは、
アダプティブ・リング・ミラーであって、前記アダプティブ・リング・ミラーは、第１のリング導波路、前記第１のリング導波路の第１のリング導波路ヒーター、前記第１のリング導波路ヒーターから分離した位相シフター、第２のリング導波路、および、前記第２のリング導波路の第２のリング導波路ヒーターを含む、アダプティブ・リング・ミラーと、
前記アダプティブ・リング・ミラーに光学的に連結されているゲイン導波路と、
前記ゲイン導波路に光学的に連結されているループ・ミラーと、
ブースター増幅器であって、前記ブースター増幅器は、１つの端部において前記ループ・ミラーに光学的に連結されており、別の端部において前記チューナブル・レーザー・デバイスのレーザー出力を提供するように適合されている、ブースター増幅器と、
コヒーレント通信のための前記チューナブル・レーザー・デバイスのレーザー出力の波長を変調および調節するために、前記第１のリング導波路ヒーターおよび前記位相シフターのそれぞれの動作を別個に制御するように構成されている制御ドライバーと
を含み、
前記ゲイン導波路および前記ブースター増幅器は、前記チューナブル・レーザー・デバイスの半導体光増幅器（ＳＯＡ）領域の中に形成されており、
前記アダプティブ・リング・ミラーおよび前記ループ・ミラーは、前記チューナブル・レーザー・デバイスのシリコン・フォトニクス領域の中に形成されている、チューナブル・レーザー・デバイス。 - 前記アダプティブ・リング・ミラーは、
シングル入力－ダブル出力－ＭＭＩカップラーをそれぞれ含む複数のマルチモード干渉（ＭＭＩ）カップラーを含み、
前記ＭＭＩカップラーのうちの第１のＭＭＩカップラーの第１の出力は、前記ＭＭＩカップラーのうちの第２のＭＭＩカップラーの入力に光学的に連結されており、
前記第１のＭＭＩカップラーの第２の出力は、前記ＭＭＩカップラーのうちの第３のＭＭＩカップラーの入力に光学的に連結されている、請求項１に記載のチューナブル・レーザー・デバイス。 - 前記アダプティブ・リング・ミラーは、
前記第２のＭＭＩカップラーおよび前記第３のＭＭＩカップラーの出力に光学的に連結されている複数の線形導波路をさらに含み、
前記第１のリング導波路は、第１の対の前記線形導波路の間で前記アダプティブ・リング・ミラーの中に位置決めされており、
前記第２のリング導波路は、第２の対の前記線形導波路の間で前記アダプティブ・リング・ミラーの中に位置決めされている、請求項２に記載のチューナブル・レーザー・デバイス。 - 前記位相シフターは、前記第１のＭＭＩカップラーと前記第２のＭＭＩカップラーおよび前記第３のＭＭＩカップラーのうちの少なくとも１つとの間に光学的に連結されている、請求項２に記載のチューナブル・レーザー・デバイス。
- 前記制御ドライバーは、前記第１のリング導波路および前記第２のリング導波路のうちの少なくとも１つの温度を制御し、前記アダプティブ・リング・ミラーの少なくとも１つの反射特性を調節するようにさらに構成されている、請求項１に記載のチューナブル・レーザー・デバイス。
- 前記制御ドライバーは、前記第１のリング導波路ヒーターまたは前記第２のリング導波路ヒーターのうちの少なくとも１つを使用して、前記第１のリング導波路および前記第２のリング導波路のうちの少なくとも１つの温度を別個に制御し、コヒーレント光ファイバー通信のための前記チューナブル・レーザー・デバイスの前記レーザー出力の波長を調節するように構成されている、請求項５に記載のチューナブル・レーザー・デバイス。
- 前記制御ドライバーは、コヒーレント通信のための前記チューナブル・レーザー・デバイスの前記レーザー出力の位相を調節するように前記位相シフターを別個に制御するようにさらに構成されている、請求項１に記載のチューナブル・レーザー・デバイス。
- 前記チューナブル・レーザー・デバイスの前記ＳＯＡ領域と前記チューナブル・レーザー・デバイスの前記シリコン・フォトニクス領域との間のインターフェースをさらに含む、請求項１に記載のチューナブル・レーザー・デバイス。
- 前記ＳＯＡ領域と前記シリコン・フォトニクス領域との間の前記インターフェースは、前記ＳＯＡ領域および前記シリコン・フォトニクス領域の縁部に沿った嵌合する自己整合式のファセットである、請求項８に記載のチューナブル・レーザー・デバイス。
- チューナブル・レーザー・デバイスのレーザー出力を変調させる方法であって、
前記チューナブル・レーザー・デバイスは、
アダプティブ・リング・ミラーであって、前記アダプティブ・リング・ミラーは、第１のリング導波路、前記第１のリング導波路の第１のリング導波路ヒーター、前記第１のリング導波路ヒーターから分離した位相シフター、第２のリング導波路、および、前記第２のリング導波路の第２のリング導波路ヒーターを含む、アダプティブ・リング・ミラーと、
前記アダプティブ・リング・ミラーに光学的に連結されているゲイン導波路と、
ブースター増幅器であって、前記ブースター増幅器は、前記ゲイン導波路に光学的に連結されており、前記チューナブル・レーザー・デバイスのレーザー出力を提供するように適合されている、ブースター増幅器と、
制御ドライバーと
を含み、
前記方法は、
前記ゲイン導波路をバイアスし、前記レーザー出力を発生させるステップと、
通信のための入力データを受信するステップと、
コヒーレント通信のための前記入力データに基づいて、前記レーザー出力の波長を変調および調節するために、前記第1のリング導波路ヒーターおよび前記位相シフターのそれぞれの動作を別個に制御するステップと
を含む、方法。 - 前記アダプティブ・リング・ミラーの少なくとも１つの反射特性を調節するステップは、前記アダプティブ・リング・ミラーの温度を調節し、前記チューナブル・レーザー・デバイスの前記レーザー出力の波長を適合させるステップを含む、請求項１０に記載のチューナブル・レーザー・デバイスのレーザー出力を変調させる方法。
- 前記ゲイン導波路は、前記チューナブル・レーザー・デバイスの半導体光増幅器（ＳＯＡ）領域の中に形成されており、
前記アダプティブ・リング・ミラーは、前記チューナブル・レーザー・デバイスのシリコン・フォトニクス領域の中に形成されている、請求項１０に記載のチューナブル・レーザー・デバイスのレーザー出力を変調させる方法。 - 前記チューナブル・レーザー・デバイスは、前記チューナブル・レーザー・デバイスの前記ＳＯＡ領域と前記チューナブル・レーザー・デバイスの前記シリコン・フォトニクス領域との間のインターフェースをさらに含み、
前記ＳＯＡ領域と前記シリコン・フォトニクス領域との間の前記インターフェースは、前記ＳＯＡ領域および前記シリコン・フォトニクス領域の縁部に沿った嵌合する自己整合式のファセットである、請求項１２に記載のチューナブル・レーザー・デバイスのレーザー出力を変調させる方法。 - 前記アダプティブ・リング・ミラーの少なくとも１つの反射特性を調節するステップは、前記第１のリング導波路および前記第２のリング導波路のうちの少なくとも１つの温度を制御するステップを含む、請求項１０に記載のチューナブル・レーザー・デバイスのレーザー出力を変調させる方法。
- 前記アダプティブ・リング・ミラーの少なくとも１つの反射特性を調節するステップは、前記第１のヒーターまたは前記第２のヒーターのうちの少なくとも１つを使用して、前記第１のリング導波路および前記第２のリング導波路のうちの少なくとも１つの温度を制御し、光ファイバー通信のための前記チューナブル・レーザー・デバイスの前記レーザー出力の波長を調節するステップを含む、請求項１４に記載のチューナブル・レーザー・デバイスのレーザー出力を変調させる方法。
- チューナブル・レーザー・デバイスであって、前記チューナブル・レーザー・デバイスは、
アダプティブ・リング・ミラーであって、前記アダプティブ・リング・ミラーは、第１のリング導波路、前記第１のリング導波路の第１のリング導波路ヒーター、前記第１のリング導波路ヒーターから分離した位相シフター、第２のリング導波路、および、前記第２のリング導波路の第２のリング導波路ヒーターを含む、アダプティブ・リング・ミラーと、
前記アダプティブ・リング・ミラーに光学的に連結されているゲイン導波路と、
ブースター増幅器であって、前記ブースター増幅器は、前記ゲイン導波路に光学的に連結されており、前記チューナブル・レーザー・デバイスのレーザー出力を提供するように適合されている、ブースター増幅器と、
コヒーレント光ファイバー通信のための前記チューナブル・レーザー・デバイスのレーザー出力の波長を変調および調節するために、前記第１のリング導波路ヒーターおよび前記位相シフターのそれぞれの動作を別個に制御するように構成されている制御ドライバーと
を含む、チューナブル・レーザー・デバイス。 - 前記制御ドライバーは、前記アダプティブ・リング・ミラーの温度を調節し、前記チューナブル・レーザー・デバイスの前記レーザー出力の波長を適合させるようにさらに構成されている、請求項１６に記載のチューナブル・レーザー・デバイス。
- 前記チューナブル・レーザー・デバイスは、前記ゲイン導波路と前記ブースター増幅器との間に光学的に連結されているループ・ミラーをさらに含み、
前記ゲイン導波路および前記ブースター増幅器は、前記チューナブル・レーザー・デバイスの半導体光増幅器（ＳＯＡ）領域の中に形成されており、
前記アダプティブ・リング・ミラーおよび前記ループ・ミラーは、前記チューナブル・レーザー・デバイスのシリコン・フォトニクス領域の中に形成されている、請求項１６に記載のチューナブル・レーザー・デバイス。 - 前記チューナブル・レーザー・デバイスの前記ＳＯＡ領域と前記チューナブル・レーザー・デバイスの前記シリコン・フォトニクス領域との間のインターフェースをさらに含む、請求項１８に記載のチューナブル・レーザー・デバイス。
- 前記ＳＯＡ領域と前記シリコン・フォトニクス領域との間の前記インターフェースは、前記ＳＯＡ領域および前記シリコン・フォトニクス領域の縁部に沿った嵌合する自己整合されたファセットである、請求項１９に記載のチューナブル・レーザー・デバイス。
- 前記アダプティブ・リング・ミラーは、
シングル入力－ダブル出力－ＭＭＩカップラーをそれぞれ含む複数のマルチモード干渉（ＭＭＩ）カップラーを含み、
前記ＭＭＩカップラーのうちの第１のＭＭＩカップラーの第１の出力は、前記ＭＭＩカップラーのうちの第２のＭＭＩカップラーの入力に光学的に連結されており、
前記第１のＭＭＩカップラーの第２の出力は、前記ＭＭＩカップラーのうちの第３のＭＭＩカップラーの入力に光学的に連結されている、請求項１６に記載のチューナブル・レーザー・デバイス。 - 前記アダプティブ・リング・ミラーは、
前記第２のＭＭＩカップラーおよび前記第３のＭＭＩカップラーの出力に光学的に連結されている複数の線形導波路と、
第１の対の前記線形導波路の間で前記アダプティブ・リング・ミラーの中に位置決めされている第１のリング導波路と、
第２の対の前記線形導波路の間で前記アダプティブ・リング・ミラーの中に位置決めされている第２のリング導波路と
をさらに含む、請求項２１に記載のチューナブル・レーザー・デバイス。 - 前記位相シフターは、前記第１のＭＭＩカップラーと前記第２のＭＭＩカップラーおよび前記第３のＭＭＩカップラーのうちの少なくとも１つとの間に光学的に連結されている、請求項２１に記載のチューナブル・レーザー・デバイス。
- 前記制御ドライバーは、前記第１のリング導波路および前記第２のリング導波路のうちの少なくとも１つの温度を制御し、前記アダプティブ・リング・ミラーの少なくとも１つの反射特性を調節するようにさらに構成されている、請求項１６に記載のチューナブル・レーザー・デバイス。
- 前記制御ドライバーは、前記第１のリング導波路ヒーターまたは前記第２のリング導波路ヒーターのうちの少なくとも１つを使用して、前記第１のリング導波路および前記第２のリング導波路のうちの少なくとも１つの温度を別個に制御し、コヒーレント光ファイバー通信のための前記チューナブル・レーザー・デバイスの前記レーザー出力の波長を調節するように構成されている、請求項２４に記載のチューナブル・レーザー・デバイス。
- 前記ゲイン導波路は、前記アダプティブ・リング・ミラーと前記ループ・ミラーとの間に光学的に位置決めされており、前記ループ・ミラーは、前記ゲイン導波路と前記ブースター増幅器との間に光学的に位置決めされている、請求項１に記載のチューナブル・レーザー・デバイス。
- 第１のＭＭＩカップラーは、前記ゲイン導波路と第２のＭＭＩカップラーとの間に光学的に位置決めされており、前記位相シフターは、前記第１のＭＭＩカップラーと前記第２のＭＭＩカップラーとの間に光学的に位置決めされている、請求項２６に記載のチューナブル・レーザー・デバイス。
- チューナブル・レーザー・デバイスであって、前記チューナブル・レーザー・デバイスは、
アダプティブ・リング・ミラーと、
前記アダプティブ・リング・ミラーに光学的に連結されているゲイン導波路と、
前記ゲイン導波路に光学的に連結されているループ・ミラーと、
ブースター増幅器であって、前記ブースター増幅器は、１つの端部において前記ループ・ミラーに光学的に連結されており、別の端部において前記チューナブル・レーザー・デバイスのレーザー出力を提供するように適合されている、ブースター増幅器と
を含み、
前記アダプティブ・リング・ミラーは、
シングル入力－ダブル出力－ＭＭＩカップラーをそれぞれ含む複数のマルチモード干渉（ＭＭＩ）カップラーを含み、
前記ＭＭＩカップラーのうちの第１のＭＭＩカップラーの第１の出力は、前記ＭＭＩカップラーのうちの第２のＭＭＩカップラーの入力に光学的に連結されており、
前記第１のＭＭＩカップラーの第２の出力は、前記ＭＭＩカップラーのうちの第３のＭＭＩカップラーの入力に光学的に連結されており、
前記アダプティブ・リング・ミラーは、
前記第２のＭＭＩカップラーおよび前記第３のＭＭＩカップラーの出力に光学的に連結されている複数の線形導波路と、
第１の対の前記線形導波路の間で前記アダプティブ・リング・ミラーの中に位置決めされている第１のリング導波路と、
第２の対の前記線形導波路の間で前記アダプティブ・リング・ミラーの中に位置決めされている第２のリング導波路と
をさらに含み、
前記ゲイン導波路および前記ブースター増幅器は、前記チューナブル・レーザー・デバイスの半導体光増幅器（ＳＯＡ）領域の中に形成されており、
前記アダプティブ・リング・ミラーおよび前記ループ・ミラーは、前記チューナブル・レーザー・デバイスのシリコン・フォトニクス領域の中に形成されている、チューナブル・レーザー・デバイス。
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