(57)【要約】  光の生成と変調は光学の領域の中で実行され、適切な光学／電気転換ハードウェアを使用して、例えばTHｚ帯域に変換される。本発明の一実施形態によれば、電気光学変調器は光搬送信号上で側波帯を生成するべく著しくオーバードライブされる。その後、導波管列格子や他の適当なフォルタを使用して光信号をフィルタリングし、かつ搬送信号及び所望外の側波帯を排除する。その後、所望の側波帯は光信号を成すために統合され、適切な変調を介してデータを伴って符号化される。別の実施形態も開示される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導波管ネットワークと、側波帯ジェネレータと、光学フィルタとを有する光学装置であって、
前記導波管ネットワークは、前記光学装置の光入力部から前記側波帯ジェネレータと光学フィルタとを介して前記光学装置の光出力部へと光信号を導くように構成され、
前記側波帯ジェネレータは、第1及び第2導波管アームを有する電気光学干渉計と、前記干渉計のアーム間にπの位相シフトを誘起させる電圧Vπよりも実質上大きな制御電圧で前記側波帯ジェネレータを駆動するように構成され、前記光信号の搬送周波数回りの周波数側波帯を生成する変調コントローラと、を有し、
前記光学フィルタは、所定の側波帯を前記光出力部に導くことができるように、前記周波数側波帯と前記搬送周波数とを分離するように構成されていることを特徴とする光学装置。
【請求項２】
前記側波帯ジェネレータは、前記光信号の前記搬送周波数が、前記側波帯ジェネレータの出力では、前記搬送周波数の奇数次又は偶数次の高調和周波数側波帯によって占められるように構成されることを特徴とする請求項1に記載の光学装置。 
【請求項３】
前記奇数次又は偶数次の高調波周波数側波帯は、前記搬送周波数の3次またはそれより高次の奇数次又は偶数次の高調波周波数側波帯からなることを特徴とする請求項２に記載の光学装置。
【請求項４】
前記側波帯ジェネレータは、前記光信号の搬送周波数が、側波帯ジェネレータの出力では、前記搬送周波数の３次以上の奇数次又は偶数次の高調波周波数側波帯によって占められるように構成され、
前記制御信号は、前記３次以上の側波帯の振幅が最大値になるような正弦波電圧に近づくことを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
【請求項５】
前記側波帯ジェネレータは、第１及び第２導波管アームを有する電気光学干渉計として構成され、
前記側波帯ジェネレータは、前記干渉計の各アーム間にπの位相シフトを生じさせる電圧をVπとすれば、少なくとも約２Vπの制御電圧で前記側波帯ジェネレータを駆動する変調コントローラを有することを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
【請求項６】
導波管ネットワークと、側波帯ジェネレータと、光学フィルタとを有する光学装置であって、
前記導波管ネットワークは、前記光学装置の光入力部から前記側波帯ジェネレータと光学フィルタとを介して前記光学装置の光出力部へと光信号を導くように構成され、
前記側波帯ジェネレータは、光学導波管を有する電気光学干渉計と、前記光学導波管にπの位相シフトを誘起させる電圧Vπよりも実質上大きな制御電圧で前記側波帯ジェネレータを駆動するように形成され、前記光信号の搬送周波数回りの周波数側波帯を生成する変調コントローラと、を有し、
前記光学フィルタは、所定の側波帯を前記光出力部に導くことができるように、前記周波数側波帯と前記搬送周波数とを分離するように構成されていることを特徴とする光学装置。
【請求項７】
導波管ネットワークと、側波帯ジェネレータと、光学フィルタとを有する光学装置であって、
前記導波管ネットワークは、装置基板上に形成されると共に、前記光学装置の光入力部から前記側波帯ジェネレータと光学フィルタとを介して前記光学装置の光出力部へと光信号を導くように構成され、
前記側波帯ジェネレータは、前記装置基板上に形成されると共に、前記光信号の搬送周波数回りの周波数側波帯を生成するように構成され、
前記光学フィルタは、前記装置基板上に形成されると共に、所定の側波帯を前記光出力部に導くことができるように、前記周波数側波帯と前記搬送周波数とを分離するように構成されていることを特徴とする光学装置。
【請求項８】
前記側波帯ジェネレータは、前記光信号の前記搬送周波数が、前記側波帯ジェネレータの出力部において、前記搬送周波数の奇数次又は偶数次の高調和周波数側波帯によって占められるように構成され、
前記奇数次又は偶数次の高調波周波数側波帯は、前記搬送周波数の3次またはそれより高次の高調波周波数側波帯からなることを特徴とする請求項７に記載の光学装置。
【請求項９】
前記光学フィルタは、３次またはそれより高次の奇数次又は偶数次の高調波を通し、前記光信号の残留部分の実質上全てをブロックするように構成されることを特徴とする請求項８に記載の光学装置。
【請求項１０】
前記所定の周波数側波帯によって規定されるチャンネル間隔は、少なくとも約１００GHｚであることを特徴とする請求項７に記載の光学装置。
【請求項１１】
前記側波帯ジェネレータは、所定の周波数側波帯の振幅が、前記側波帯ジェネレータの出力部で、前記光学装置の前記光入力部における前記光学搬送信号の振幅の少なくとも約10%であることを特徴とする請求項７に記載の光学装置。
【請求項１２】
前記所定の周波数側波帯は、前記搬送周波数の3次またはそれより高次の高調波周波数側波帯を有することを特徴とする請求項１１に記載の光学装置。
【請求項１３】
前記側波帯ジェネレータは、 第1及び第2導波管アームを有する電気光学干渉計として構成され、
前記側波帯ジェネレータは、前記干渉計のアーム間にπの位相シフトを誘起させる電圧Vπよりも実質上大きな制御電圧で前記側波帯ジェネレータを駆動するように構成された変調コントローラを有することを特徴とする請求項７に記載の光学装置。
【請求項１４】
前記側波帯ジェネレータは、前記光信号が、前記側波帯ジェネレータの出力において前記搬送周波数の奇数次又は偶数次の高調波周波数側波帯によって占められるように構成され、
前記制御信号は、前記３次以上の側波帯の振幅が最大値になるような正弦波電圧に近づくことを特徴とする請求項１３に記載の光学装置。
【請求項１５】
前記側波帯ジェネレータは、第１及び第２導波管アームを有する電気光学干渉計として構成され、
前記側波帯ジェネレータは、前記干渉計の各アーム間にπの位相シフトを生じさせる電圧をVπとすれば、少なくとも約２Vπの制御電圧で前記側波帯ジェネレータを駆動する変調コントローラを有することを特徴とする請求項７に記載の光学装置。
【請求項１６】
前記側波帯ジェネレータは、前記光信号が、側波帯ジェネレータの出力において前記搬送周波数の３次以上の奇数又は偶数次の高調波周波数側波帯によって占められるように構成され、
前記制御信号は、前記３次以上の側波帯の振幅が最大値になるような正弦波電圧に近づくことを特徴とする請求項１５に記載の光学装置。
【請求項１７】
前記側波帯ジェネレータは位相変調器として構成され、
前記側波帯ジェネレータは、前記位相変調器にπの位相シフトを誘起させる電圧Vπよりも実質上大きな制御電圧で前記側波帯ジェネレータを駆動するように形成された変調コントローラを有することを特徴とする請求項７に記載の光学装置。
【請求項１８】
前記光学フィルタは、所定の側波帯に対応する波長チャンネルを有する導波管列格子を有し、
前記所定の側波帯に対応する波長チャンネルは、光信号コンバイナに取り付けられることを特徴とする請求項７に記載の光学装置。
【請求項１９】
前記導波管ネットワークは、前記装置の前記光入力部から前記装置の前記光出力部に延びる、実質上連続した導波管コアを有することを特徴とする請求項７に記載の光学装置。
【請求項２０】
前記導波管ネットワークは、前記側波帯ジェネレータと前記光学フィルタに形成された作動導波管部を有し、
前記導波管ネットワークは、前記光入力部と、前記側波帯ジェネレータと、前記光学フィルタと、前記光学装置の光出力部との間で光信号を導くように構成された過渡導波管部を有し、
前記作動導波管部と前記移行導波管部は、それらによって規定された各光路長さの少なくとも大多数に亘って存在する共通の光伝送媒体からなることを特徴とする請求項７に記載の光学装置。
【請求項２１】
前記導波管ネットワークは、前記側波帯ジェネレータと前記光学フィルタに形成された作動導波管部を有し、
前記導波管ネットワークは、前記光入力部と、前記側波帯ジェネレータと、前記光学フィルタと、前記光学装置の光出力部との間で光信号を導くように構成された過渡導波管部を有し、
前記作動導波管部と前記過渡導波管部は、実質上平坦な光波回路を形成することを特徴とする請求項７に記載の光学装置。
【請求項２２】
前記光学装置は更に、前記装置基板上に形成され、前記所定の周波数側波帯からの符号化された光学データ信号を生成するために構成されたデータ・エンコーダを有することを特徴とする請求項７に記載の光学装置。
【請求項２３】
前記光学装置は更に、前記所定の周波数側波帯を含み前記光学フィルタから導かれた光信号から符号化された光学データ信号を生成するために構成されたデータ・エンコーダを有することを特徴とする請求項７に記載の光学装置。
【請求項２４】
前記データ・エンコーダは、前記光学フィルタから導かれた前記光信号を変調するように形成された電気光学変調器を有することを特徴とする請求項２３に記載の光学装置。
【請求項２５】
前記電気光学変調器は干渉計の形状を定めることを特徴とする請求項２４に記載の光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学装置に関し、特にデータ符号化可能であり、かつ電気的なデータ信号に変換可能な高周波光信号を発生する光学装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
それに制限されない実例として、一般に、高周波信号の生成及び変調への関心が高まりつつある。例えば、本願発明者らはTHｚ（テラヘルツ）スペクトル（０．１〜１０THｚ）の信号が、撮像及びワイヤレスのアプリケーションにおいてかなりの有用性を示す可能性があることに着目した。撮像では、THｚスペクトルが壁、カーゴコンテナ、その他可視障壁を介し、高分解能光学撮像を提供するかもしれない。また、これらの高周波信号への変調は、その分解能を改善できると共に、所望の目標をクラッタから分離できる。ワイヤレスデータ通信では、THｚスペクトルは、圧縮されないハイビジョン・チャンネルの送信のための超高速なデータ伝送（１０GB／ｓ）を可能にするかもしれない。しかしながら、コヒーレントテラヘルツ波やその他の高周波信号の生成や変調するシステムを設計しようとするものにとっては、設計上重大な課題が直面している。
【発明の開示】
【０００３】
本発明によれば、生成と変調は光学の領域の中で実行され、例えば適切な光学／電気転換ハードウェアを使用してTHｚ帯域に変換される。本発明の一実施形態によれば、電気光学変調器は光搬送信号上に側波帯を生成するべく著しくオーバードライブされる。その後、導波管列格子や他の適当なフィルタを使用して光信号をフィルタリングし、かつ搬送信号及び所望外の側波帯を排除する。その後、所望の側波帯は光信号を成すために統合され、適切な変調を介してデータ符号化される。
【０００４】
本発明の別の実施形態によれば、共通のシリコン基板に一体化した側波帯ジェネレータと導波管列格子の組み合わせることにより集積型の光回路が提供される。これら２部品を単一のシリコン基板上への集積化することで、小型の集積型THｚジェネレータ／変調器チップが実現化できる。従って、本発明の範囲は一般的な装置構成にまで及び、必ずしもオーバードライブした電気光学変調器に限定されないことに留意されたい。
【０００５】
本発明のさらに別の実施形態によれば、光学装置は側波帯ジェネレータを有して提供され、側波帯ジェネレータは、第1及び第2導波管アームを有する電気光学干渉計と、該干渉計のアーム間にπの移相を誘起させる電圧Vπよりも実質上大きな制御電圧で側波帯ジェネレータを駆動するように形成された変調コントローラとを備える。このような構成によって、側波帯ジェネレータを駆動し、光信号の搬送周波数に関して周波数側波帯を生成することができる。光学フィルタは、当該の側波帯を光出力部に導くことができるように上記周波数側波帯と搬送周波数を分離する。
【０００６】
光信号の搬送周波数については、搬送周波数の奇数次、あるいは偶数次高調波周波数側波帯が主役となるように側波帯ジェネレータを構成することができる。典型例として、奇数次、あるいは偶数次高調波周波数側波帯は、搬送周波数の３次、又はそれより高次の奇数次、あるいは偶数次高調波周波数側波帯を有し、前記３次以上の側波帯の振幅が最大値に達する正弦波電圧に近づくような制御信号を選択することができる。側波帯ジェネレータを電気光学的干渉計として構成する場合、少なくとも約２Vπの制御電圧で側波帯ジェネレータを駆動する変調コントローラを有するように側波帯ジェネレータを形成することが可能である。
【０００７】
従って、本発明の目的は、高周波光信号を生成及び変調するべく改善された光学装置を供給することにある。本発明の他の目的は、本願発明の実施形態において明らかにする。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図1を初めに参照して、本発明の一実施形態による光学装置１０を説明する。一般に、図示された光学装置１０は、とりわけ側波帯ジェネレータ２０と、光学フィルタ３０と、導波管ネットワーク５５とを有し、導波管ネットワーク５５は光学装置１０の光入力部１２から側波帯ジェネレータ２０と光学フィルタ３０を介し光学装置１０の光出力部１４に光信号を導くように形成されている。その詳細は、図３乃至図５を参照して後述することになるが、側波帯ジェネレータ２０は、入力した光信号IINの搬送周波数λ０に関する周波数側波帯Sを生成するように構成される。光学フィルタ３０は、光出力部１４に当該の特定側波帯を、ミリメートル波の光信号IMMWの形態で導くように周波数側波帯Sと搬送周波数λ０を分離するように構成される。出力信号のデータ符号化変調が所望の場合、光学装置１０は更に、符号化された光学データ信号IDを生成するデータ・エンコーダ４０を有する。 
【０００９】
側波帯ジェネレータ２０は電気光学干渉計として形成することが可能である。更に具体的には、干渉計の入力部分に伝播した光信号が、例えばY−スプリッタなどで二分されるようなマッハ−ツェンダー型干渉計として構成することが可能である。例えばY−コンバイナをもって再結合される前に、２つの光信号が干渉計の２つのアームに下方伝播する。仮にこの２光信号がY−コンバイナにおいて同位相であるならば、信号はプラス側に干渉し合い、よって高強度信号が出力導波管に伝播する。他方、２つの光信号が異なる位相である場合には、信号同士がマイナス側に干渉して、出力強度が減少する。仮に信号がY−コンバイナにおいてπラジアン分の位相差がある場合には、これら２信号はマイナス側に干渉し、その出力は最小値を示すことになる。 
【００１０】
電気光学的に制御されたマッハ−ツェンダー型干渉計の場合、例えば、変調信号入力端子２２及び５０Ω制御信号端子２４を介して電気光学導波管に印加される１２GHzの電圧は移相を誘起し、それは信号コンバイナにおける上記プラス側干渉やマイナス側干渉を調整することになる。電気光学導波管に印加される電圧が2つのアーム間にπの位相差を生じた場合、その出力は最小となる。πの位相シフトを誘起させる電圧はVπとして知られている。それに限定されない例として、本発明の側波帯ジェネレータ２０やデータ・エンコーダ４０の使用に適する幾つかの適切な制御や導波管構造に関し、その教示は、米国特許（広告前）第２００５／０２２６５４７A1の「DC接続電極を使用する電気光学変調器」や同２００４／０１８４６９４A1の「電気光学変調器及びそれを組み込む導波管装置」に開示されている。 
【００１１】
電気光学干渉計が−π／２でバイアスされ、周波数ｆｍ（注: ωｍ＝２πｆｍ）で変調される場合、基本周波数及び各奇数次高調波(即ち、３ωｍ，５ωｍ，…)の出力光信号の振幅はベッセル関数を使用して算出できる。テーブル1に基本周波数及び各奇数次高調波の振幅を示す。
【表１】
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【００１２】
表1より、仮に変調器がVπ以下の電圧で駆動される場合、高調波の振幅が完全に低くなることがわかる。しかしながら、変調器をより激しく駆動すればそれだけ、高調波の振幅は基本周波数のそれより大きくなる。図３A乃至図３は、Vπ/4，Vπ/2，Vπ，２Vπの駆動電圧の時の干渉計の時間領域応答を示している。図３Cでは奇数次高調波３ωｍが搬送周波数ωｍを支配する。また図３Dでは、奇数次高調波５ωｍが搬送周波数ωｍを支配する。 
【００１３】
図4のグラフに、基本、３次、５次及び７次高調波の各振幅と、標準化された駆動電圧Vｍ／Vπとの関係を示す。図４からわかるように、仮に側波帯ジェネレータ２０として機能する電気光学変調器が、２Vπより若干大きな電圧振幅で駆動される場合、５次高調波（W5）の振幅は最大になる。当該側波帯としてどの側波帯を選択するかに関係なく、当該側波帯の振幅が最大となる正弦波電圧に近づくように制御信号を選択できることが企図される。
【００１４】
図５A乃至図５Cにおいて、例えば仮に波長1550nmの光信号が10GHzで変調されたとすると、基本変調周波数や他のいかなる高調波も、1550nm波長の光搬送波から＋／−0.08nmの範囲内にある光搬送波上側波帯として存在することになる。図５Aは変調されない光信号を示している。図５BはVｍ＝Vπの時の側波帯ジェネレータ２０の出力部における光学スペクトルを示す。図５Cは、Vｍ＝２Vπの光学スペクトルを示す。図５Cの光学スペクトルは波長1549.52 nm及び1550.48 nmの主側波帯を示す。周波数領域では、これらの波長は、193,608.4GHｚ及び193,488.4GHｚにそれぞれ相当する。これらの2つの周波数間の違いは120GHzとなる。また、これは１２GHｚの変調周波数の＋／−５次高調波（即ち、＋／−５＊１２GHz又は＋／−６０GHz） に相当する。 
【００１５】
当該側波帯は、側波帯ジェネレータ２０からの光信号出力を支配する必要はないことが企図される。むしろ、本発明の多くの実施形態では、当該の周波数側波帯の振幅は、側波帯ジェネレータの出力において、光学装置の光入力部での光学搬送信号の振幅の少なくとも約１０％を確保すれば十分である。 
【００１６】
光学フィルタ３０に関し、上述したように、その目的は、所望の側波帯を選択することと、搬送周波数と所望しないいかなる側波帯をも削除することにある。この光学的フィルタ機能は、ブラッグ格子反射フィルタ、波長選択マッハ−ツェンダー型フィルタ、多層薄膜光学フィルタ、導波管列格子(AWG)、マイクロリング共振フィルタ、及び波長選択型のカプラフィルタを含む様々なテクノロジーを駆使して達成することができる。導波管列格子は、それが非常に狭い帯域幅によって特徴づけられた多数のチャンネルを備えた一体型光学装置の場合、特に有効である。本発明によれば、他のフィルタも使用可能ではあるが以下の説明は、AWGを使用に焦点をあてたものである。 
【００１７】
AWGの役割は、所望されない側波帯を排除することと、信号コンバイナと組み合わせることで当該の２つの側波帯を組み合わせることにある。例えば、６０GHｚ(Δλ＝0.48nm)のチャンネル間隔や３０GHｚ(Δλ＝0.24nm)のチャンネル間隔のAWGは、上述した１２０GHｚシステムに良好に適合する。図６では側波帯ジェネレータから生成された側波帯波長が変調された光信号IMODとして光学フィルタ３０に供給される状態が概略的に示されているが、各側波帯は、それぞれの波長に応じて、フィルタ３０の分割出力チャンネルに現れる。それに限定されない例として、側波帯ジェネレータ２０の出力がAWGに挿入されるならば、図６に概略的に示すように、所望の２つの第5次高調波が第３ポートと第７ポートから出力されることになる。しかしながら、仮に６０GHｚ型AWGを使用した場合、所望の第5次側波帯は、上記ポートより若干位置を異ならしつつも分離した別のポート、即ちポート４とポート６に出力されることになる。３０GHｚ型AWGの1つの利点には、ポート帯域幅がかなり狭いことがある。しかしながら３０GHｚ型AWGは製造、運転がより困難な場合がある。このような理由により、本発明のいくつかの実施形態を具現化する際には光学フィルタ３０としては６０GHｚ型AWGを用いることが望ましいかもしれない。 
【００１８】
本発明による信号コンバイナ７０もまた図６に示されており、ここで所望の側波帯が導波管Y−コンバイナを以って結合されている。例えば、２つの第5次高調波側波帯が信号コンバイナ７０で統合する場合、光信号IMMWは１２０GHｚの連続波変調を有することになる。仮に、光学フィルタが、単一の光路に沿って当該の側波帯の伝播を維持するように構成された光学装置からなる場合、信号コンバイナは不要となるだろう。 
【００１９】
図７を参照し、ひとたび変調光信号IMMWが生成されたならば、例えばデータ信号入力端子４２と５０0Ω制御信号端子４４を介してデータ・エンコーダ４０にカップリングした１０GB／ｓの電気的データ信号を使用することで上記信号IMMWのデータをキャリアに組み込むことが可能となる。THｚ信号を変調するよりも光信号を変調する方が一般に簡単であるため、データは、光領域における信号IMMWの上に符号化される。ここで、マッハ−ツェンダー型干渉計である単純な変調器がデータ符号化するために使用される。本発明の範囲を逸脱することなく、他の手段を使用し、光領域や電気的領域において光信号IMMWを変調しても良い。
【００２０】
ひとたびデータが変調光信号へと符号化されたならば、その合成信号IDを増幅し、さらにスペクトルのTHｚ部へと変換することが可能である。光学的な増幅は比較的単純である。エルビウム添加型ファイバー・アンプのような光学増幅器は、光信号上でのデータ変調ロスを過度にすることなく光出力を増加する。 
【００２１】
それに限定されない例として、一作動モードにおいて、約1550nmを中心とした帯域幅で連続波（CW）モードで作動する標準的な通信型レーザーダイオード１５は、装置１０の光学部で使用される光学的搬送周波数λ０を提供する。 電気光学変調器は側波帯ジェネレータ２０として機能し、結果として生じる光信号が光学的搬送周波数λ０上に複数の側波帯Sを含むようにオーバドライブされる。例えば、Vπが変調器の各アーム間にπの位相シフトを発生させるような電圧を表すとして、2倍のVπで駆動される適切に形成された変調器は、調整周波数の5倍の周波数をもって所定の側波帯を生成する。従って、１２ＧＨｚで変調器をオーバードライブすることは、波長1550nmの光学キャリアに関して＋／−６０ＧＨｚ範囲内の当該側波帯を生成することになる。
【００２２】
６０ＧＨｚのチャンネルの通信型導波管列格子（ＡＷＧ）が、搬送光信号λ０を濾過し、かつ所定の２つの光学側波帯を組み合わせることで１２０ＧＨｚで変調されたミリメートル波の光信号を成す光学フィルタ３０として使用できる。ミリメートル波に調整された光信号へとデータを符号化し、データ符号化された信号ＩＤを生成するため、第２の電気光学変調器がデータ・エンコーダ４０として使用される。マッハ−ツェンダー型干渉計における位相制御のために電気光学効果を利用した通信型光学変調器は、１０ＧＢ／ｓ以上の速度でデータを符号化することができる。 
【００２３】
光増幅器７５は、適当な光/電気変換器８０での変換に先立ち、変調された光信号ＩＤを増幅する。０．１２ＴＨｚの周波数で作動するようにチューニングされた高速フォトダイオードを、光学キャリアを削除し、かつ信号ＩＤをＴＨｚ（テラヘルツ）信号ＥＤに変換するために使用することができる。 
【００２４】
ここでは本発明の各実施形態を、方向性結合領域の形態なる光信号スプリッタやコンバイナを引用して説明しているが、当然ながら本発明は、光信号を分割したり統合するための従来又は現在なお開発中の適当な構造を使用することも想定している。光信号を分割し統合するに適切な構造として、これらに限定されるものではないが、例えば２×２方向の結合領域、１×２方向の結合領域、１×２Ｙ信号スプリッタ及びコンバイナ、また１×２及び２×２マルチモード型干渉素子スプリッタ及びコンバイナなどがある。これらの特定設計パラメーターは本発明の範囲外ではあるが、本願に引用して援用される2005年2月８日付けの米国特許第6,853,758号を含め、現在あるか開発中のソースから情報収集することが可能である。
【００２５】
これまで本発明の説明では、最初のマッハ−ツェンダー型干渉計が２つのアーム間にVπ／２の位相差をもってバイアスされることを前提としてきた。しかしながら、仮に変調器が位相差がπ（又はπの倍数）に等しくなるようにバイアスされる場合、出力される光信号は変調信号の偶数倍の高調波（２ω，４ω，６ω, …）を有することになる。また仮に側波帯ジェネレータ２０がVπ以下の電圧で駆動される場合、高調波の振幅は比較的低いものとなる。しかしながら、側波帯ジェネレータ２０がより高い電圧で駆動されるならば、それだけ高調波の振幅は基本搬送周波数よりも大きくなる。図８Ａ乃至８Ｄは、Vπ／４，Vπ／２，Vπ，及び２Vπに等しい駆動電圧振幅での側波帯ジェネレータ２０の時間領域応答を示している。このバイアス形態に対し、基本周波数には変調がないことを留意されたい。代わりに、第２の高調波が直ちに成長し始めている。 
【００２６】
図9は、駆動電圧の一関数として偶数倍高調波の振幅を示したグラフである。グラフは、第２高調波（Ｗ２）、第４の高調波（Ｗ４）及び第６の高調波（Ｗ６）の振幅を示している。 Ｊ０のためのデータは、光信号の相対的な光バイアスに相当する。これまでに開発された分析法を使用することで、このπのバイアス形態を用い、２倍、４倍及び６倍調整周波数の場合の側波帯の生成が可能になるだろう。仮に、駆動周波数を１２ＧＨｚとすれば、このバイアス方法を使用し、９６ＧＨｚ（＋／− 第４高調波）及び１４４ＧＨｚ（＋／− 第６高調波）(+/- 第6の高調波)でＣＷ変調する光信号を生成することが可能になる。 
【００２７】
特定の値に駆動周波数を固定する必要はない。具体的に言えば、仮に１２ＧＨｚの変調制御信号が可変周波数ソースとして提供された場合、ＴＨｚ−帯域信号の周波数も変数となる。例えば、１２ＧＨｚzの制御信号が１２．５ＧＨｚへと変化した場合、その際第５高調波の差は１２０ＧＨｚから１２５ＧＨｚへと変化することになる。当然ながら、所定の新しい側波帯がフィルタ30を通る必要があるので、高調波の周波数のどんな変化も、フィルタ30の作動パラメーターの変化を必要とする可能性がある。同様に、光学フィルタとＹ−コンバイナの間に光学スイッチを加えると、様々な側波帯を組み合わせることができる。これにより、ある範囲の連続波変調光信号を得る際の柔軟性を得ることが可能になる。 
【００２８】
図１０に示すように、図１乃至図９を参照して上述した干渉計とは対照的に、側波帯ジェネレータ２０は位相変調器の形式をとるようにしてもよい。図１０は、本発明のこの観点に沿った適当な位相変調器の概略図である。一般に、 位相変調器側波帯ジェネレータ２０は、電気光学的コア及び／又はクラッディングを備えた真っ直ぐな導波管５２から構成され、コア及び／又はクラッディングは、側波帯ジェネレータ２０の電気光学的に機能する部分５６を横断するようにして電界印加された時、導波管５２中の屈折率は変化し、導波管５２の機能部分５６を介して伝播する光信号の位相を前進させるか後退するようになっている。
【００２９】
図１０のようなタイプの位相変調器の信号出力は以下の式で表わすことができる。
【数１】
2009506381.tif 000004
ここで、ωcは光周波数、ωmは変調周波数である。電界と信号強度は以下の式で表される。
Ｉ＝Ｅ２
仮に位相変調電圧の大きさがＶｍ＝Ｖπである場合、位相の項はsinωmtが−１から１へと変化する際には＋πと−πの間で変化することになる。別の言い方をすれば、Ｖｍ＝Ｖπの条件下で２πの位相シフトを生じることになる。
【００３０】
干渉計をベースにした側波帯ジェネレータ関連で注記したように、基本周波数及び各奇数次高調波（即ち３ωm，５ωm，…）での出力光信号の振幅はベッセル関数を使用して計算することができる。図１１Ａ乃至１１Ｄは、本発明による位相変調器側波帯ジェネレータ２０の出力部での基本周波数及び奇数次高調波の相対振幅（大きさ）であって、Ｖｍ＝０．０１Ｖπ，Ｖｍ＝０．５０Ｖπ，Ｖｍ＝Ｖπ及びＶｍ＝２．０４Ｖπの際の相対振幅を示している。干渉計をベースとした側波帯ジェネレータ２０と同様に、位相変調側波帯ジェネレータ２０の第５次高調波の大きさは、Ｖｍ＝２．０４Ｖπで最大値に到達する。 
【００３１】
干渉計をベースにした側波帯ジェネレータ２０と位相変調側波帯ジェネレータ２０との間で選択した際には、数多くの要因がその選択に関わることになる。特に、干渉計の場合には出力強度は駆動電圧と共に変化し、干渉計でのＤＣバイアスは、出力信号強度を調節し、かつ側波帯の相対的な高さを制御するために使用可能である。これに対し、側波帯ジェネレータ２０を位相変調器として用いる場合、駆動電圧が変動しても、出力強度は相対的に一定のままであり、光信号の過程だけが変化する。さらに駆動電圧のようなＤＣバイアスは出力強度に影響しないし、位相変調器によって生成された側波帯の高さを変えない。位相変調器は、側波帯を生成することに関しては干渉計と同じくらい効率的である。例えば図４及び図１１Ｄを参照すると、これら両タイプの側波帯ジェネレータは、約２．０４Ｖπの駆動信号を以って第５次高調波を最適化することになる。 
【００３２】
干渉計はプッシュプル構成にすることが可能であり、従って単一の導波管装置の長さの半分で位相シフトを達成することができる。位相変調器はプッシュプル状態になることはできない。従って、等価な電気光学的材料を使用すれば、位相変調器は干渉計の凡そ２倍の長さを有することになる。しかしながら、干渉計がπ／２でバイアスされるならば、それは３ｄＢ（５０％）の固有損失を持つことになる。これに対し、位相変調器はこの固有損失を被らない。従って、本発明を実行する当業者は、干渉計ベースの側波帯ジェネレータと位相変調型側波帯ジェネレータとの間の選択の際にこれらの要因と入手可能な電気光学的材料の光減衰度を考慮したいと思うかもしれない。 
【００３３】
図２に概略的に示すように、側波帯ジェネレータ２０、光学フィルタ３０、データ・エンコーダ４０及び導波管ネットワーク５５は、共通の装置基板６０上にそれらが都合よく形成できるような形状を有する。特に、文献や本願に援用して引用された米国特許文献に記載された光学の導波管、電気光学変調器、及び導波管列格子に馴染みのあるものには理解できるだろうが、側波帯ジェネレータ２０、光学フィルタ３０、データ・エンコーダ４０及び導波管ネットワーク５５の各機能的構造は、例えばシリコン下位層に支持されたシリカクラッド層からなる共通の基板６０上への組付けに適している。これらの装置夫々の構造が種々の部品や構成を組み込むような場合でさえも、共通の装置基板上に形成されるこの能力は有効である。従って、本発明の範囲が一般的な装置構成まで及び、しかもＶπより大きい制御電圧配置で駆動される側波帯ジェネレータ２０の提供に制限されることがないということに留意されたい。
【００３４】
図２に示した実施形態はさらに、装置１０の光入力部１２から装置１０の光出力部１４にまで延びる実質上連続した導波管コアからなる導波管ネットワーク５５を具備してもよい。図２を参照してより具体的に説明すると、導波管ネットワーク５５は、作動導波管部５２とこれに続く過渡導波管部５４から構成してもよい。この場合、作動導波管部は、側波帯ジェネレータ２０、光学フィルタ３０、データ・エンコーダ４０に形成されるのに対し、過渡導波管部分５４は、光学装置１０の光入力部１２、側波帯ジェネレータ２０、光学フィルタ３０、データ・エンコーダ４０及び光出力部１４、それぞれの間で光信号を導くために形成されることになる。これらの部分を考えると、作動及び過渡導波管部５２，５４は、それらによって形成された各光路長さの少なくとも大部分に渡って存在するような共通の光伝送媒体から構成することが可能である。さらに、作動及び過渡導波管部５２，５４は実質上平面である光波回路を形成するように構成することが可能である。 
【００３５】
導波管ネットワークの導波管媒体は、シリカクラッド層上形成されたシリカベースの導波管からなり、片や側波帯ジェネレータの導波管媒体は、高分子の電気光学的クラッド媒体に囲まれるか埋設される導波管コア芯からなるようにしても良い。しかしながら、個々の部品、しばしば平面の光波回路（ＰＬＣ）の本質上、共通の基板上の形成に大きく寄与している。本発明を定義し、記述する目的で、“Over(の上で)”という用語は２つの層や領域間の中間層の存在をも含んでいる。例えば、シリコン基板上に形成される導波管媒体は、導波管媒体とシリコン基板の間の介在する層の可能性をも含んでいる。導波管コアを形成する光伝送媒体の特定組成は、本発明の多くの実施形態における強調点ではなく、例えばドープされた又はドープされないシリカ、ドープされた又はドープされないシリコン、シリコン酸窒化物、重合体及びそれらの組合せからなる材料から選んでもよい。
【００３６】
本発明の限定及び記載に関連し、平面の光波回路（ＰＬＣ）は、単に、実質上共通面にあるか、実質上平坦な回路部品上に形成される光入力部、光出力部及びその間の伝播点を定義していることを留意されたい。本願明細書での用語“回路”の使用は、ＰＬＣを伝播した光信号がその起点に戻ることを推定させようにする意図はない。
【００３７】
本発明の電気光学変調器を成すために様々な構成を使用してもよい。例えば、これに限定されるものではないが、電気光学変調器の機能部分は次のもの、即ち電気光学的クラッドシリカ導波管; 注入された電荷によって導波管が不透明なるような、電界吸収型光変調器付きのシリコン導波管; 電気光学的クラッドを備えたゾルゲル導波管; その屈折率が印加された電界に依存する電場ニオブ酸リチウム導波管;及び電気光学ポリマー導波管、を有するようにしてもよい。例えば、これに限定されるものではないが、電気光学変調器が導波管コアと、このコアに光学的に繋がる光学機能的クラッド部分とを有するような場合、この光学機能的クラッド部分は、ポッケルス効果やカー効果やその他の電気光学的効果を有する分極（又は分極していない）電気光学ポリマーから構成するようにしてもよい。
【００３８】
本発明の限定及び記載に関連し、“電気光学的機能部分”とは、その領域に電気的な制御信号を印加することで、導波管構造体に形成された光軸に沿って伝播する光信号の性質が、同構造体の非電気光学的部分よりも著しく大きく変化するような、そのような光導波管構造部分を指しているに留意されたい。例えば、本発明による電気光学的機能部分は、制御電極によって生成される適当な電界の印加により変化するような屈折率を持つ電気光学ポリマーを有することもある。そのようなポリマーは、ポッケルス効果やカー効果やその他の電気光学的効果を有する分極（又は分極していない）電気光学ポリマーから構成するようにしてもよい。これらの効果及び種々の構造体、更にそれらを生成し使用するのに適した材料は、以下の特許公報の導波管装置関連部分に詳細に記述されている。その開示を本出願に引用して援用するものは、米国特許第6,931,164号（Waveguide Devices Incorporating Kerr-Based and Other Similar Optically Functional Mediums）、同6,610,219号（Functional Materials for use in Optical Systems）、同6,687,425号（Waveguides and Devices Incorporating Optically Functional Cladding Regions）、同6,853,758号（Scheme for Controlling Polarization in Waveguides）、米国特許（公告前）第2005/0226547A1号（Electrooptic Modulator Employing DC Coupled Electrodes）、同2004/0184694A1号（Electrooptic Modulators and Waveguide Devices Incorporating the Same）及び同2004/0131303A1号（Embedded Electrode Integrated Optical devices and Method of Fabrication）である。更に、光導波管構造体にポッケルス効果やカー効果やその他の電気光学的効果を発生させるのに適した材料・構造体に関する教示は、これら特許文献全般に示されているが、特にオプティマーフォトニクス（Optimer Photonics）社、又は発明者としてのRichard W. Ridgway, Steven M. Risser, Vincent McGinniss, 及び／又はDavid W. Noppaに受託された導波管関連の特許文献に記載されている。
【００３９】
本発明の限定及び記載に関連し、「光」あるいは「光信号」の波長は、特定の波長や電磁スペクトルの部分だけに制限されないことを留意されたい。もっと正確に言えば、「光」及び「光信号」(これらの用語は本願明細書全般に現亘り交互に使用されており、主題の個々の組合せをカバーする意図はないが)は、ここでは、光導波管中で伝播可能な、如何なる波長の電磁波もカバーするために定義されている。例えば、電磁スペクトルの可視・赤外線部分中の光あるいは光信号は、両方とも光導波管中で伝播可能である。光導波管は、如何なる信号伝播構造を有してもよい。それらに限定するものではないが光導波管の例としては、光ファイバ、スラブ導波管、例えば統合型光学回路で使用される薄膜などがある。 
【００４０】
本発明の限定及び記載に関連し、マッハ−ツェンダー型干渉計構造体は一般に、以下のような光学的構成、即ち導波管に沿って伝播する光信号が一対の導波管アームへと分割され、導波管アームの片方又は両方に伝播する各光信号の処理に続いて単一の導波管へ再度組み合わせられる、以上のような光学的構成を有することに留意されたい。例えば、前記導波管アームの1アーム中の信号は、そこに伝播する光信号が所定の位相遅延を被るように処理される場合もある。その結果として、それぞれの導波管アーム腕の信号が再度組み合わせられた時、それらは干渉しあい、その干渉状態を示す出力信号を生成する。多くのマッハ−ツェンダー型干渉計構造が、上記特許文献に詳細に示されている。 
【００４１】
“好ましくは”、“共通して”及び“典型的に”などの用語は、発明の範囲を制限したり、又ある特徴が本願発明の構造や機能にとって極めて重要だったり主要なものであったり、また必要不可欠なものであることを暗示する意図をもって使用されたものでないことに留意されたい。むしろこれらの用語は、本発明の特定実施形態中で利用される（或るいは利用されない）かもしれない選択的、付加的特徴を強調するうえで使用したに過ぎない。 
【００４２】
本発明の限定及び記載に関連し、“実質上”という用語は、如何なる量的比較、数値、測定値、あるいは他の表現に帰属し得る不確実さ、それ自体の程度を表わすために使用されていることに留意されたい。この“実質上”という用語はまた、量的表現が、現主題の基本機能に変化をもたらすことなく、表示した参照値と異なるかもしれない程の度合いを表わすために使用されている。 
【００４３】
以上特定実施形態に参照しながら本発明を詳細に記述したが、添付された請求項で限定した発明の範囲から逸脱することなく、種々の変形例が可能であることは明らかである。より明確に言えば、本発明のいくつかの側面はここでは好ましいものや特に有利なものとして認識されるが、本発明は必ずしもこれら好ましい側面に限定されるものではない。例えば、本発明の特定の実施形態にでてきた電気光学機能部分に関しては、カー効果の媒体が、ある特定構成ではポッケル効果に支配された媒体よりも著しく高い屈折率変化をもたらすという理由で、屈折率変動はカー効果による電気光学的レスポンスによって支配されるように電気光学機能部分を選択可能であるが、当然ながら、この電気光学機能部分はポッケルス効果、カー効果、その他の電気光学効果によって支配されるようにしてもよいことが理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の一実施形態による光学装置の概略図である。
【図２】平面光導波回路に関係した本発明光学装置の概略図である。
【図３】図３A乃至図３Dは、/4，Vπ/2，Vπ及び２Vπの駆動電圧による本発明の一実施形態による側波帯ジェネレータの時間領域応答を示すグラフである。
【図４】本発明の一実施形態による側波帯ジェネレータに関係した、奇数次高調波の振幅と、標準化された駆動電圧Vｍ/Vπとの関係を示したグラフである。
【図５】図５A乃至図５Cは、＝Vπ及びVｍ＝２Vπの場合の本発明による側波帯ジェネレータの出力部の変調されていない光信号及び光学スペクトルのグラフである。
【図６】本発明の一実施形態による光学フィルタ及び信号コンバイナの作動を示す概略図である。
【図７】本発明の一実施形態によるデータ・エンコーダの作動を示す概略図である。
【図８】図８A乃至図８Dは、/4，Vπ/2，Vπ及び２Vπの駆動電圧による本発明の別実施形態による側波帯ジェネレータの時間領域応答を示すグラフである。
【図９】本発明の一実施形態による側波帯ジェネレータに関係した、偶数次高調波の振幅と、標準化された駆動電圧Vｍ/Vπとの関係を示したグラフである。
【図１０】位相変調器を側波帯ジェネレータとして用いた本発明の実施形態による位相変調器形状を示す概略図である。
【図１１】図１１A乃至図１１Dは、＝0.01Vπ, Vｍ＝0.50Vπ,Vｍ＝Vπ及びVｍ＝２.04 Vπの場合の本発明による位相変調側波帯ジェネレータの出力部における光学スペクトルのグラフである。
【図１】
2009506381.tif 000005
【図２】
2009506381.tif 000006
【図３Ａ】
2009506381.tif 000007
【図３Ｂ】
2009506381.tif 000008
【図３Ｃ】
2009506381.tif 000009
【図３Ｄ】
2009506381.tif 000010
【図４】
2009506381.tif 000011
【図５Ａ】
2009506381.tif 000012
【図５Ｂ】
2009506381.tif 000013
【図５Ｃ】
2009506381.tif 000014
【図６】
2009506381.tif 000015
【図７】
2009506381.tif 000016
【図８Ａ】
2009506381.tif 000017
【図８Ｂ】
2009506381.tif 000018
【図８Ｃ】
2009506381.tif 000019
【図８Ｄ】
2009506381.tif 000020
【図９】
2009506381.tif 000021
【図１０】
2009506381.tif 000022
【図１１Ａ】
2009506381.tif 000023
【図１１Ｂ】
2009506381.tif 000024
【図１１Ｃ】
2009506381.tif 000025
【図１１Ｄ】
2009506381.tif 000026
【国際調査報告】
2009506381.tif 000027
2009506381.tif 000028
2009506381.tif 000029