(57)【要約】  光源は、光学信号を提供する半導体光増幅器と、バーニヤリングとして動作する第１および第２のリング共振器を有するフォトニックチップとを含む。光源がレイジングしきい値を下回って動作される場合、第１のリング共振器および／または第２のリング共振器に熱的に結合され得る１つ以上の熱調整メカニズムは、第１および第２のリング共振器に光学的に結合される共有の光導波路上で測定される光学パワーに基づいて、第１のリング共振器および第２のリング共振器の共振を整合するために調節され得る。また、光源がレイジングしきい値を上回って動作される場合、共通熱調整メカニズムは、第１のリング共振器に光学的に結合される光導波路上で測定される光学パワーに基づく光源の光学キャビティモードで、整合された共振をロックするために調節され得る。
2019503080.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン以外の半導体において規定される半導体光増幅器を備え、
前記半導体光増幅器は、第１のエッジおよび第２のエッジを有し、前記第１のエッジ上に反射コーティングを含み、動作中に、前記第２のエッジにおいて光学信号を提供し、
前記半導体光増幅器に光学的に結合されるフォトニックチップをさらに備え、
前記フォトニックチップは、
前記半導体光増幅器の前記第２のエッジに光学的に結合される第３のエッジと、第４のエッジとを有する第１の光導波路と、
前記第１の光導波路に光学的に結合される第１のリング共振器と、
前記第１のリング共振器に光学的に結合され、第５のエッジと、第１の終端に光学的に結合される第６のエッジとを有する第２の光導波路と、
前記第２の光導波路に光学的に結合される第２のリング共振器と、
前記第１のリング共振器および前記第２のリング共振器に熱的に結合される共通熱調整メカニズムと、
前記第１のリング共振器に熱的に結合される第１の熱調整メカニズムと、
前記第２のリング共振器に熱的に結合される第２の熱調整メカニズムと、
前記第４のエッジおよび前記第５のエッジに光学的に結合されるモニタリングデバイスと、
前記モニタリングデバイス、前記共通熱調整メカニズム、前記第１の熱調整メカニズムおよび前記第２の熱調整メカニズムに電気的に結合される制御ロジックとを含み、
前記制御ロジックは、動作中に、前記第１のリング共振器および前記第２のリング共振器を調整する、光源。
【請求項２】
前記制御ロジックは、
前記光源がレイジングしきい値を下回って動作される場合、前記第５のエッジにおいて測定される光学パワーに基づいて、前記第１のリング共振器の第１の共振および前記第２のリング共振器の第２の共振を整合させるように、前記第１の熱調整メカニズムおよび前記第２の熱調整メカニズムの少なくとも１つを調節することと、
前記光源が前記レイジングしきい値を上回って動作される場合、整合された前記第１および第２の共振を、前記第４のエッジにおいて測定される光学パワーに基づくキャリア波長を有する前記光源の光学キャビティモードでロックするよう前記共通熱調整メカニズムを調節することと、
により前記第１のリング共振器および前記第２のリング共振器を調整する、請求項１に記載の光源。
【請求項３】
動作中に、前記制御ロジックは、
前記第４のエッジにおいて測定される前記出力パワーを最小化するために前記共通熱調整メカニズムを調節することと、
前記第５のエッジにおいて測定される前記出力パワーを最小化するために前記第１の熱調整メカニズムおよび前記第２の熱調整メカニズムの少なくとも１つを調節することと、
により前記光学キャビティモードでの前記第１および第２の共振の整合を維持する、請求項２に記載の光源。
【請求項４】
前記第１および第２の共振は、前記第５のエッジにおいて測定される前記光学パワーを最小化することにより整合される、請求項２に記載の光源。
【請求項５】
前記第１および第２の共振は、前記第４のエッジにおいて測定される前記光学パワーを最小化することにより整合される、請求項２に記載の光源。
【請求項６】
前記半導体光増幅器は、前記フォトニックチップに結合されるエッジと、前記フォトニックチップに結合される表面法線とのうちの一方である、先行する請求項のいずれかに記載の光源。
【請求項７】
所与の熱調整メカニズムは、ドーピングされた半導体ヒータと、金属ヒータとのうちの一方を含む、先行する請求項のいずれかに記載の光源。
【請求項８】
前記光源は、前記第１の光導波路に光学的に結合される位相変調器をさらに含む、先行する請求項のいずれかに記載の光源。
【請求項９】
前記フォトニックチップは、
基板と、
前記基板に配置される埋込酸化層と、
前記埋込酸化層に配置される半導体層とを含み、
光学コンポーネントは、前記半導体層において規定される、先行する請求項のいずれかに記載の光源。
【請求項１０】
前記基板、前記埋込酸化層および前記半導体層は、シリコンオンインシュレータ技術を構成する、請求項９に記載の光源。
【請求項１１】
プロセッサと、
前記プロセッサに結合されるメモリと、
先行する請求項のいずれかに記載の光源とを含む、システム。
【請求項１２】
バーニヤリングとして動作する第１のリング共振器および第２のリング共振器を含む光源を調整するための方法であって、
第１の光導波路において、半導体光増幅器からの光学信号を伝達することと、
前記第１のリング共振器を介して前記第１の光導波路から第２の光導波路に前記光学信号を光学的に結合することと、
前記第２の光導波路において前記光学信号を伝達することと、
第２のリング共振器を介して前記第２の光導波路から第３の光導波路に前記光学信号を光学的に結合することと、
前記光源がレイジングしきい値を下回って動作される場合、前記第２の光導波路のエッジにおいて測定される光学パワーに基づいて、前記第１のリング共振器の第１の共振および前記第２のリング共振器の第２の共振を整合させるように、前記第１のリング共振器に熱的に結合される第１の熱調整メカニズムおよび前記第２のリング共振器に熱的に結合される第２の熱調整メカニズムのうちの１つを調節することと、
前記光源が前記レイジングしきい値を上回って動作される場合、整合された前記第１および第２の共振を、前記第１の光導波路のエッジにおいて測定される光学パワーに基づくキャリア波長を有する前記光源の光学キャビティモードでロックするよう共通熱調整メカニズムを調節することとを含む、方法。
【請求項１３】
前記光源がレイジングしきい値を下回って動作される場合、前記第５のエッジにおいて測定される光学パワーに基づいて、前記第１のリング共振器の第１の共振および前記第２のリング共振器の第２の共振を整合させるように、前記第１の熱調整メカニズムおよび前記第２の熱調整メカニズムの少なくとも１つを調節することと、
前記光源が前記レイジングしきい値を上回って動作される場合、整合された前記第１および第２の共振を、前記第４のエッジにおいて測定される光学パワーに基づくキャリア波長を有する前記光源の光学キャビティモードでロックするよう前記共通熱調整メカニズムを調節することと、
によって前記第１のリング共振器および前記第２のリング共振器を調整することをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記第４のエッジにおいて測定される前記出力パワーを最小化するために前記共通熱調整メカニズムを調節することと、
前記第５のエッジにおいて測定される前記出力パワーを最小化するために前記第１の熱調整メカニズムおよび前記第２の熱調整メカニズムの少なくとも１つを調節することと、
により、動作中に、前記光学キャビティモードでの前記第１および第２の共振の整合を維持することをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記第４のエッジと前記第５のエッジとを含む群から選択される１つにおいて測定される前記光学パワーを最小化することによって前記第１および第２のリング共振を整合させることをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明者：Jin-Hyoung Lee, Xuezhe Zheng and Ashok V. Krishnamoorthy
背景
分野
本開示は光源を動作させるための技術に関する。より具体的には、本開示は外部キャビティレーザ（external cavity laser）を調整するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
関連技術
ハイブリッドＩＩＩ−Ｖ族半導体−シリコンレーザは、シリコンフォトニクス光源として研究されている。ＩＩＩ−Ｖ族半導体およびシリコンフォトニクスの成熟技術を独立して完全に利用することによって、最も効率的かつ製造可能な光源がシリコンフォトニクスプラットホームを使用して実現され得る。特に、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ： silicon-on-insulator）プラットホームは波長選択性を提供し得、また、ＩＩＩ−Ｖ族半導体チップは光学ゲインを提供し得る。
【０００３】
さらに、レーザ波長調整可能性は、光通信において光源について重要な能力になっている。これは特に、光学信号が複数の波長を含む波長分割多重（ＷＤＭ： wavelength-division-multiplexing）適用例での場合である。したがって、これらの適用例では、調整可能なレーザ源は柔軟性を提供し得、複数の単一波長レーザについての必要性を除去し得る。さらに、レーザ調整可能性は、レーザ波長が共振器ベースの変調器のような他のコンポーネントにマッチされることを可能にする点で重要である。
【０００４】
ハイブリッドレーザ構成では、レーザ波長制御回路は典型的にＳＯＩチップ上に実現される。さらに、それらの共振する性質（ローレンツタイプの線形状）と（熱光学効果および／または自由キャリア分散のような）効率的な波長調整メカニズムとにより、マイクロリング共振器は優れた波長選択性を提供し得る。たとえば、１×２スプリッタ（またはＹ接合部）に関連するマイクロリング共振器は、光学キャビティにマイクロリング共振器の共振波長をフィードバックするループタイプの反射器を形成し得る。なお、フィードバック信号の光学帯域幅は、マイクロリング共振器の品質係数（Ｑ値）によって決定され、マイクロリング共振器の結合係数を調節することにより制御可能であり得る。
【０００５】
シングルリング共振器反射器は典型的に、良好な単一波長フィードバックを提供するが、調整範囲は通常、１つの自由スペクトル範囲（free-spectral range）すなわちＦＳＲに限定される（たとえば５μｍの半径を有するリング共振器は約２０ｎｍのＦＳＲを提供する）。その結果、広い調整範囲を有するために、リング共振器は典型的に非常に小さな半径を有する必要がある。たとえば、４０ｎｍの調整範囲を有するために、典型的にシングルリング共振器は３μｍ未満の半径を有する。しかしながら、この小さな曲げ半径方式においては、リング共振器の曲げ損失は著しく増加し、（金属ヒータまたはシリコンヒータのような）典型的なヒータは短い長さにより非能率的になる。さらに、リング共振器のＱ値が低減される（したがって、フィードバックフィルタが広げられる）ので、複数の光学キャビティモードがリング共振内でレイジングし得、これにより、レーザの安定性に悪影響を与え得、モードホッピングに帰着し得る。
【０００６】
原則として、これらの問題は、バーニヤデュアルリング共振器反射器（Vernier dual ring-resonator reflector）を使用して対処され得る。特に、わずかに異なる半径を有する２つのマイクロリング共振器は、バーニヤ効果を介して波長調整範囲の拡張を提供し得る。たとえば、４５ｎｍの調整範囲（すなわちＦＳＲ）は、７．５μｍおよび１０μｍの半径を有するリング共振器を使用して得られ得る。この広いＦＳＲは安定したシングルモードのレーザ動作を促進し得る。
【０００７】
しかしながら、実際上、バーニヤデュアルリング共振器反射器はしばしば、付加的な問題をもたらす。たとえば、バーニヤデュアルリング共振器反射器についての問題の１つは波長制御である。それらが互いに整合（align）されたままであるように、かつ、１つの反射波長のみが全レーザキャビティにおいて通過し得るように、２つの独立したリング共振器の正確な制御を必要とするからである。特に、この要件は典型的に、各リング共振器の共振帯域があらかじめ検討され、互いに整合され、スペクトルドメインにおいて確認されることを必要とする。このアプローチは通常、高価であるとともに遅く、これにより、バーニヤデュアルリング共振器反射器はあまり魅力的でなくなり得る。
【０００８】
したがって、上記の問題のない光源が必要とされている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
概要
本開示の１つの実施形態は、シリコン以外の半導体において規定されるとともに第１のエッジおよび第２のエッジを有する半導体光増幅器を含む光源を提供する。この半導体光増幅器は、第１のエッジ上に反射コーティングを含んでおり、半導体光増幅器は第２のエッジにおいて光学信号を提供し得る。さらに、光源は、半導体光増幅器に光学的に結合されるフォトニックチップを含んでいる。このフォトニックチップは、半導体光増幅器の第２のエッジに光学的に結合される第３のエッジと、第４のエッジとを有する第１の光導波路と、第３のエッジと第４のエッジとの間で第１の光導波路に光学的に結合され、キャリア波長を有する光学信号を出力する出力光導波路と、第１の光導波路に光学的に結合される第１のリング共振器とを含む。
【００１０】
さらに、フォトニックチップは、第１のリング共振器に光学的に結合され、第５のエッジと、第１の終端に光学的に結合される第６のエッジとを有する第２の光導波路と、第２の光導波路に光学的に結合される第２のリング共振器と、第２のリング共振器に光学的に結合され、反射器に光学的に結合される第７のエッジと第２の終端に光学的に結合される第８のエッジとを有する第３の光導波路とを含む。さらに、フォトニックチップは、第１のリング共振器および第２のリング共振器に熱的に結合される共通熱調整メカニズムと、第１のリング共振器に熱的に結合される第１の熱調整メカニズムと、第２のリング共振器に熱的に結合される第２の熱調整メカニズムと、第４のエッジおよび第５のエッジに光学的に結合されるモニタリングデバイスと、モニタリングデバイス、共通熱調整メカニズム、第１の熱調整メカニズムおよび第２の熱調整メカニズムに電気的に結合される制御ロジックとを含む。
【００１１】
制御ロジックは、光源がレイジングしきい値を下回って動作される場合、第５のエッジにおいて測定される光学パワーに基づいて、レイジング波長帯域内で第１のリング共振器の第１の共振を第２のリング共振器の第２の共振に整合させるように、第１の熱調整メカニズムおよび／または第２の熱調整メカニズムを調節することと、光源がレイジングしきい値を上回って動作される場合、整合された第１および第２の共振を、第４のエッジにおいて測定される光学パワーに基づく光源の光学キャビティモードでロックするよう共通熱調整メカニズムを調節することと、により第１のリング共振器および第２のリング共振器を調整する。
【００１２】
なお、第１および第２の共振は、第５のエッジにおいて測定される光学パワーを最小化することにより整合されてもよい。
【００１３】
さらに、第１および第２の共振は、第４のエッジにおいて測定される光学パワーを最小化することにより整合されてもよい。
【００１４】
さらに、半導体光増幅器は、フォトニックチップに結合されるエッジ、および／または、フォトニックチップに結合される表面法線であってもよい。
【００１５】
さらに、所与の熱調整メカニズムは、ドーピングされた半導体ヒータおよび／または金属ヒータを含んでもよい。
【００１６】
いくつかの実施形態では、光源は、第１の光導波路に光学的に結合される位相変調器を含む。
【００１７】
さらに、フォトニックチップは、基板と、基板に配置される埋込酸化層と、埋込酸化層に配置される半導体層とを含んでもよく、光学コンポーネントが半導体層において規定される。たとえば、基板、埋込酸化層および半導体層は、シリコンオンインシュレータ技術を構成してもよい。
【００１８】
さらに、制御ロジックは、第４のエッジにおいて測定される出力パワーを最小化するために共通熱調整メカニズムを調節することと、第５のエッジにおいて測定される出力パワーを最小化するために第１および／または第２の熱調整メカニズムを調節することとによって、光学キャビティモードでの第１および第２の共振の整合を維持してもよい。
【００１９】
別の実施形態は、プロセッサ、メモリおよび光源を含むシステムを提供する。
別の実施形態は、バーニヤリングとして動作する第１のリング共振器および第２のリング共振器を含む光源を調整するための方法を提供する。
【００２０】
この概要は単に、本願明細書において記載される主題のいくつかの局面の基本的な理解を提供するよう、いくつかの例示的な実施形態を説明する目的で提供されている。したがって、上記特徴は、単に例であり、本願明細書において記載される主題の範囲または精神を狭くするようには如何なる態様でも解釈されるべきでないということが認識されるであろう。本願明細書において記載される主題の他の特徴、局面および利点は、以下の詳細な説明、図面および請求の範囲から明白になるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本開示の実施形態に従ったハイブリッド外部キャビティレーザのブロック図である。
【図２】本開示の実施形態に従った図１のハイブリッド外部キャビティレーザにおけるデュアルリング共振器整合を示す図である。
【図３】本開示の実施形態に従った図１のハイブリッド外部キャビティレーザにおけるデュアルリング共振器整合を示す図である。
【図４】本開示の実施形態に従った図１のハイブリッド外部キャビティレーザにおけるデュアルリング共振帯域へのレーザキャビティモード整合を示す図である。
【図５】本開示の実施形態に従った図１のハイブリッド外部キャビティレーザにおけるデュアルリング共振帯域へのレーザキャビティモード整合を示す図である。
【図６】本開示の実施形態に従った図１のハイブリッド外部キャビティレーザにおけるデュアルリング共振帯域へのレーザキャビティモード整合を示す図である。
【図７】本開示の実施形態に従った図１のハイブリッド外部キャビティレーザにおけるデュアルリング共振帯域へのレーザキャビティモード整合を示す図である。
【図８】本開示の実施形態に従った図１のハイブリッド外部キャビティレーザにおける、レイジング中のデュアルリング共振器整合を示す図である。
【図９】本開示の実施形態に従った図１のハイブリッド外部キャビティレーザにおける、レイジング中のデュアルリング共振器整合を示す図である。
【図１０】本開示の実施形態に従った図１のハイブリッド外部キャビティレーザにおけるデュアルリング共振器調整を示す図である。
【図１１】本開示の実施形態に従った図１のハイブリッド外部キャビティレーザにおけるデュアルリング共振器調整を示す図である。
【図１２】本開示の実施形態に従った光源を含むシステムを示すブロック図である。
【図１３】本開示の実施形態に従った、バーニヤリングとして動作する第１のリング共振器および第２のリング共振器を含む光源を調整するための方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
なお、図面の全体にわたって、同様の参照番号は対応する部分を指す。さらに、同じ部分の複数のインスタンスは、ダッシュによってインスタンス番号から分離される共通のプレフィックスによって指定される。
【００２３】
詳細な説明
（ハイブリッド外部キャビティレーザのような）光源、当該光源を含むシステム、当該光源を調整するための技術の実施形態が記載される。光源は、光学信号を提供する半導体光増幅器と、バーニヤリングとして動作する第１および第２のリング共振器を有するフォトニックチップとを含む。光源がレイジングしきい値を下回って動作される場合、第１および／または第２のリング共振器に熱的に結合される熱調整メカニズムが、第１および第２のリング共振器に光学的に結合される共有の光導波路上で測定される光学パワーに基づいて、第１のリング共振器の第１の共振および第２のリング共振器の第２の共振を整合するために調節され得る。また、光源がレイジングしきい値を上回って動作される場合、共通熱調整メカニズムは、第１および第２のリング共振器の整合された第１および第２の共振を、第１のリング共振器に光学的に結合される光導波路上で測定される光学パワーに基づく光源の光学キャビティモードでロックするよう調節し得る。
【００２４】
光源のキャリア波長の調整およびその後の制御を促進することによって、このフィードバック制御技術は、第１および第２のリング共振器のリアルタイム光学パワーモニタリングおよびフィードバックループ制御を可能にし、同時に光学キャビティモードでそれらを整合し得る。このフィードバック制御技術はレーザ動作中にレーザモードの安定化を提供し得る。特に、有効なフィルタ幅を低減するためにバーニヤリングの使用を促進することによって、フィードバック制御技術は、レイジングのために単一の光学キャビティモードの選択を促進し得、これによりレーザの安定性が向上される。さらに、フィードバック制御技術はシンプルかつ高速の波長調整を提供し得る。その結果、フィードバック制御技術は、光源の複雑さおよびコストを低減しつつ、その性能を向上する。
【００２５】
したがって、フィードバック制御技術は、波長分離多重化（ＷＤＭ）シリコンフォトニックリンクのようなチップ間およびチップ内接続において、低コストで、コンパクトで、エネルギー効率の良い光源として、上記光源が使用されることを可能にし得る。さらに、上記光源は、高速のチップ間およびチップ内シリコンフォトニック相互接続と、このコンポーネントを含み得る（高性能コンピューティングシステムのような）関連するシステムとを促進することを支援し得る。
【００２６】
ここで、（例示として使用される）ハイブリッド外部キャビティレーザのような光源の実施形態を記載する。図１は、ハイブリッド外部キャビティレーザ１００のブロック図を提示する。このハイブリッド外部キャビティレーザは、エッジ１１２を有する、（たとえば砒化ガリウム、燐化インジウム、エルビウムあるいはゲルマニウムといった、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体またはダイレクトバンドギャップを有する半導体のような）シリコン以外の半導体において規定される半導体光増幅器（ＳＯＡ： semiconductor optical amplifier）１１０を含む。この半導体光増幅器は、エッジ１１２−１上に（ミラーのような）反射コーティング（または層）１１４を含んでおり（したがって、半導体光増幅器１１０は反射半導体光増幅器であり得る）、半導体光増幅器１１０はエッジ１１２−２において光学信号１２６を提供し得る。
【００２７】
さらに、ハイブリッド外部キャビティレーザ１００は、半導体光増幅器１１０に光学的に結合されたフォトニックチップ１１６を含んでいる。たとえば、半導体光増幅器１１０は、（ファセットツーファセット光学結合のような）フォトニックチップ１１６に結合されるエッジ、および／または、フォトニックチップ１１６に結合される表面法線（surface-normal）であり得る。特に、エッジツーエッジの結合は、半導体光増幅器１１０において（幅が２〜３μｍである光導波路のような）広い光導波路を使用することにより促進され得、フォトニックチップ１１６における光導波路１１８は数百ナノメートルの幅を有し得る。代替的には、半導体光増幅器１１０は、フォトニックチップ１１６上に接合されるフリップチップであり得、表面法線結合は、エッチングまたは角度付けされたミラー、（回折格子のような）格子結合器、ならびに／または、（たとえば反射ミラーおよび／もしくはエバネッセント結合を使用する）光学近接通信を伴い得る。
【００２８】
フォトニックチップ１１６は、エッジ１２０を有し、光学信号１２６を伝達する光導波路１１８と、（たとえば方向性結合器によって）エッジ１２０同士の間で光導波路１１８に光学的に結合され、キャリア波長を有する光学信号１２６を出力する（しかしながら、光学信号１２６は、部分反射ミラーからの直接出力のようなさまざまな方法でハイブリッド外部キャビティレーザ１００から抽出され得る）出力光導波路１２２と、光学信号１２６中の少なくとも共振波長を反射する、光導波路１１８に光学的に結合されるとともに共振波長を有するリング共振器１２４（さらに一般的には、波長選択フィルタまたは反射器）とを含む。
【００２９】
さらに、フォトニックチップ１１６は、リング共振器１２４に光学的に結合され、エッジ１３０（エッジ１３０−１は終端（ＴＥＲＭ．）１３２−１に光学的に結合される）を有する光導波路１２８と、光導波路１２８に光学的に結合されるリング共振器１３４と、リング共振器１３４に光学的に結合され、エッジ１３８（エッジ１３８−１が（ループミラーのような）反射器（ＲＥＦＬ．）１４０に光学的に結合され、エッジ１３８−２が終端１３２−２に光学的に結合される）を有する光導波路１３６とを含み得る。なお、反射コーティング１１４と、リング共振器１２４および１３４とは、光学キャビティを規定し得る。
【００３０】
さらに、フォトニックチップ１１６は、リング共振器１２４および１３４に熱的に結合される共通熱調整メカニズム１４２と、リング共振器１２４に熱的に結合される熱調整メカニズム１４４−１と、リング共振器１３４に熱的に結合される熱調整メカニズム１４４−２と、エッジ１２０−２および１３０−２に光学的に結合される１つ以上の（光検出器および／または光学干渉計のような）モニタリングデバイス（Ｍ．Ｄ．）１４６と、モニタリングデバイス１４６、共通熱調整メカニズム１４２、熱調整メカニズム１４４−１および熱調整メカニズム１４４−２に電気的に結合される（電気回路を実現し得る）制御ロジック（Ｃ．Ｌ．）１４８とを含み得る。なお、所与の熱調整メカニズムは、ドーピングされた半導体ヒータおよび／または金属ヒータを含み得る。
【００３１】
図２〜図９を参照してさらに以下に記載されるように、制御ロジック１４８は、ハイブリッド外部キャビティレーザ１００がレイジングしきい値を下回って動作される場合、エッジ１３０−２において測定される光学パワーに基づいてリング共振器１２４および／または１３４の温度を調節することによってリング共振器１２４および１３４の共振を整合させるように熱調整メカニズム１４４−１を調節することと、ハイブリッド外部キャビティレーザ１００がレイジングしきい値を上回って動作される場合、エッジ１２０−２において測定される光学パワーに基づいてリング共振器１２４および／または１３４の温度を調節することによって、上記キャリア波長を有するハイブリッド外部キャビティレーザ１００の光学キャビティモードで、リング共振器１２４および１３４の整合された共振をロックするよう共通熱調整メカニズム１４２を調節することとにより、リング共振器１２４および１３４を調整し得る。
【００３２】
なお、リング共振器１２４および１３４の共振は、エッジ１３０−２において測定される光学パワーを最小化することにより整合され得る。
【００３３】
さらに、制御ロジック１４８は、エッジ１２０−２で測定される出力パワーを最小化するために共通熱調整メカニズム１４２を調節することと、エッジ１３０−２において測定される出力パワーを最小化するために熱調整メカニズム１４４−１および／または１４４−２を調節することとにより、光学キャビティモードでの整合された共振の整合を維持し得る。
【００３４】
いくつかの実施形態では、ハイブリッド外部キャビティレーザ１００は、光導波路１１８に光学的に結合される（ヒータのような、または電気キャリア注入を使用することによる）任意の位相変調器１５０を含んでいる。いくつかの実施形態において、位相調整が（たとえば位相調整メカニズム１５２によって）半導体光増幅器１１０において実行されるが、フォトニックチップ１１６において位相調整を実行することが有利であり得る。なぜならば、（電気キャリア注入が位相を調整するために使用される場合にしばしば発生する）付加的な自由キャリア吸収の損失を引き起こすことなく、（たとえばヒータまたは抵抗器を使用して光導波路１１８を加熱することによって）熱的に位相調整を行うことができるからである。
【００３５】
さらに、フォトニックチップ１１６は、基板と、基板に配置される埋込酸化層と、埋込酸化層に配置される半導体層とを含み得、光学コンポーネントが半導体層において規定される。たとえば、基板、埋込酸化層および半導体層は、シリコンオンインシュレータ技術を構成し得る。
【００３６】
一つの例示的な実施形態では、光学信号１２６の基本波長またはキャリア波長は１．１μｍ〜１．７μｍの間である。たとえば、光学信号１２６は、１．３μｍまたは１．５５μｍの基本波長またはキャリア波長を有し得る。さらに、半導体層は、１μｍ未満（たとえば０．２μｍ〜０．５μｍ）である厚さを有し得る。たとえば、半導体層の厚さは０．３μｍであり得る。さらに、埋込酸化層は、０．３μｍと３μｍとの間の厚さ（たとえば０．８μｍ）を有し得る。さらに、リング共振器１２４および１３４における所与のリング共振器の半径は、５μｍ〜３０μｍの間であり得る。
【００３７】
なお、制御ロジック１４８は、フォトニックチップ１１６上でモノリシックに、または、ＶＬＳＩ回路へのフリップチップボンディングを用いてヘテロジニアスに、ハイブリッド外部キャビティレーザ１００に統合され得る。当該フィードバック制御技術を使用して、レーザ動作は、レイジングキャビティモードがリング共振器１２４および１３４の共振波長にロックされるようにアクティブに安定化され得、これにより、レイジングキャビティモードおよび共振波長が連続的に同期されることと、外部の影響にかかわらず一緒にドリフトすることとが可能になる。フィードバックシステムは光学パワー強度をリアルタイム（または十分なサンプリングレート）でモニタリングするので、制御システム設計およびモニタリング構成が簡素化され得る。
【００３８】
いくつかの実施形態において、所与のリング共振器は、（ハイブリッド）光学キャビティに関連付けられる光学モードスペーシング未満である半値全幅（ＦＭＨＷ： full width at half maximum）を有する共振を有する非常に狭い帯域のリング共振器フィルタである。これは、いくつかのキャビティモードのみ（または好ましくは１つのキャビティモードのみ）がリング共振器フィルタの通過帯域内に存在し得ることを保証し得る。たとえば、リング共振器１２４または１３４は、５μｍの半径と約２０ｎｍのＦＳＲとを有し得る。その結果、高品質ファクタを有するリング共振器フィルタが調整ミラーとして使用され得る。代替的または付加的には、他の調整可能なミラー構造が使用され得る。
【００３９】
一つの例示的な実施形態において、バーニヤ反射器におけるデュアルリング共振器構成により、レーザ波長制御は、シングルリング共振器の場合より複雑であり得る。リング共振器の両方からの共振波長は、最適なレーザ動作を達成するために互いに整合され得、そうでなければ、レーザ性能は、有意な光学キャビティラウンドトリップ損失によって悪影響を受け得る。２つのリング共振器を整合するために、２つのリング共振器のリング共振応答は別々に測定され、次いで整合される必要があり得る。しかしながら、既存の整合アプローチはしばしば非常に遅く、通常、光学スペクトルを分析するために高価な光学コンポーネントを必要とする。
【００４０】
開示されるハイブリッド外部キャビティレーザ１００において、フィードバック制御技術は、レーザ波長が低コストおよびシンプルな態様で制御され得るように、レーザ反射器におけるバーニヤデュアルリング共振器を制御するために使用され得る。特に、図１では、バーニヤデュアルリング共振器構造は、ハイブリッド外部キャビティレーザ１００において、波長選択的なコンポーネントとして統合される。さらに、共通熱調整メカニズム１４２、熱調整メカニズム１４４−１および／または熱調整メカニズム１４４−２（互いから独立して動作され得る）を使用して、ハイブリッド外部キャビティレーザ１００から出力されるキャリア波長は、ハイブリッド外部キャビティレーザ１００におけるスルーポート（through port）において測定される光学パワーに基づいて、リング共振器１２４および／または１３４に熱的に結合されるヒータにフィードバックを適用することによって調整され得る。
【００４１】
バーニヤリング反射器およびハイブリッド外部キャビティレーザの動作のためのフィードバック制御技術は、デュアルリング共振器整合とレーザキャビティモード整合とを含む２つの主動作を含み得る。
【００４２】
デュアルリング共振器整合中、光学キャビティへ光学信号が提供されるがレイジングが引き起こされないことを確実にするよう、固定されたしきい値下（under-threshold）バイアス電流が光学ゲインチップ上に適用される。最初に、２つのリング共振帯域は必ずしも互いに一致してはいない場合がある。これは図２に示されており、図２は、ハイブリッド外部キャビティレーザ１００（図１）におけるデュアルリング共振器整合を示す図を提示している。この場合、より多くの光がエッジ１３０−２へと通過し得、より少ない光がリング共振器１３４へ光学的に結合され得る。
【００４３】
次いで、リング共振器１３４の共振波長は、エッジ１３０−２における光学パワーを最小化するために、熱調整メカニズム１４４−１および／または１４４−２（図１）を使用して制御ロジック１４８（図１）によって動かされる。これにより、リング共振器１２４および１３４の共振波長が整合され得る。制御ロジック１４８（図１）が一定の状態にひとたび整定すると、リング共振器１２４および１３４の伝送ピークは整合および同期され得る。これは図３に示されており、図３は、ハイブリッド外部キャビティレーザ１００（図１）におけるデュアルリング共振器整合を示す図を提示している。
【００４４】
次に、リング共振器の共振波長はレーザキャビティモードと整合される。特に、ひとたびデュアルリング共振器同士が整合されると、レイジングが開始するように、対象の動作バイアス電流が光学ゲインチップに適用される。最適なレーザ動作のために、レーザはそれでも、レーザキャビティモードにデュアルリング共振器共振波長を整合する必要がある。これは図４に示されており、図４は、ハイブリッド外部キャビティレーザ１００（図１）におけるデュアルリング共振帯域へのレーザキャビティモードの整合を示す図を提示している。これを達成するために、制御ロジック１４８（図１）は、エッジ１２０−２における光学パワーをモニタリングしつつ、共通熱調整メカニズム１４２（図１）を使用して、デュアルリング共振器共振波長を同時に動かし得る。ハイブリッド外部キャビティレーザ１００（図１）におけるデュアルリング共振帯域へのレーザキャビティモード整合を示す図を提示する図５に示されるように、制御ロジック１４８（図１）は、エッジ１２０−２において光学パワーを最小化するために、共通熱調整メカニズム１４２（図１）への調整パワーを調節し得る。その後、制御ロジック１４８（図１）は、フィードバックループにより調整状態をロックインし得る。調整状態が安定化された後、レーザは、最適状態（すなわち最低の光学キャビティ損失）にて動作し得る。
【００４５】
バーニヤデュアルリングレーザ動作を安定させるために、より少ないモードホップが存在するようにこのフィードバック制御技術についての変形例が使用されてもよい。リング共振位置における突然で、大きく連続的でない変化の場合（たとえば始動時またはパワーサイクリング時）には、好ましいモードでのレイジングを再確立するために前述の処置が繰り返され得る。しかしながら、その内容が参照により援用される２０１５年５月１５日に出願された米国特許出願連続番号第１４／７１４，０７８号であるAshok V. Krishnamoorthy、Jin-Hyoung LeeおよびXuezhe Zhengによる「光学モードホッピングが低減された外部キャビティレーザ（External Cavity Laser with Reduced Optical Mode Hopping）」に記載されるモニタリングおよびフィードバック技術を用いて、制御ロジック１４８（図１）を使用して、環境ドリフトおよび温度ドリフトが存在する状態でレーザを制御することが可能である。
【００４６】
特に、リング共振器反射器の共振波長がモニタリングポートにおいてパワーを最小化するように制御される場合、レイジングは、あらかじめ選択された光学キャビティモードで発生し得る。以下の議論では、このモニタリングおよびフィードバック技術についての変形例が、バーニヤデュアルリング共振器反射器と共に使用される。バーニヤデュアルリング共振器の場合、レーザの安定性は、共通のデュアルリング共振波長からのレーザキャビティモードのウォークオフ（walk-off）と、２つのリング共振器同士間のオフセットとの両方によって影響を受ける。したがって、キャビティモードドリフトおよび２つのリング共振器の共振波長オフセットの両方は、同時にモニタリングされる必要があり得る。
【００４７】
レーザの動作中のレーザキャビティモードでのリング共振波長の整合の制御が図６に示されており、図６は、ハイブリッド外部キャビティレーザ１００（図１）におけるデュアルリング共振帯域へのレーザキャビティモード整合を示す図を提示している。特に、２つのリング共振器についてリング共振伝送帯域１および２が整合され得るが、レーザキャビティモードは外部環境変化によりリング共振ピークから外れ得る。それでも、（円によって示されるような）リング反射ピークに最も近い光学キャビティモードでレイジングが発生し得るが、有意な量の光学パワーがモニタリングポートを通って失われ得るので、光学キャビティの内部に残存する光学パワーがより少なくなり得る。その結果、デュアルリング共振器の共振が光学キャビティモード位置に動かされる必要がある。これは、エッジ１２０−２において光学パワーを最小化するために共通熱調整メカニズム１４２（図１）を使用してデュアルリング共振器共振波長をシフトするよう、制御ロジック１４８（図１）によって実現されるフィードバック制御ループによって成し遂げられ得る。これは図７に示されており、図７は、ハイブリッド外部キャビティレーザ１００（図１）におけるデュアルリング共振帯域へのレーザキャビティモード整合を示す図を提示している。ひとたび調整状態がロックインされると、レーザは安定状態にあるはずである。
【００４８】
さらに、ハイブリッド外部キャビティレーザ１００（図１）におけるレイジング中のデュアルリング共振器整合を示す図を提示する図８に示されるように、リング共振器のいずれかまたは両方が、外部変動によりメインピーク位置からウォークオフし得る。この場合、エッジ１３０−２における光学パワーは、共振波長不整合により増加され得る。また、制御ロジック１４８（図１）は、エッジ１３０−２において光学パワーを最小化するために、リング共振器１３４の共振波長を動かし得る。さらに、エッジ１３０−２がひとたび最も低いパワー範囲に整定すると、２つのリング共振器は再びレーザキャビティモードに整合し得、レーザは安定状態に戻り得る。これは図９に示されており、図９はハイブリッド外部キャビティレーザ１００（図１）におけるレイジング中のデュアルリング共振器整合を示す図を提示している。
【００４９】
バーニヤデュアルリング共振器は、広い波長調整範囲を提供し得る。しかしながらそれでも、整合されたリング共振波長を特定のキャリア波長に動かすために、各リング共振器の調整特性はあらかじめ構成される必要があり得、２つのリング共振器は正確に制御される必要があり得る。したがって、所望のレーザ波長について、熱調整メカニズムに調整パワーをマッチするために、ルックアップテーブルが使用されてもよい。このプロセスは、発生し得る環境温度変化と、実効屈折率における関連する変動とにより、非能率的であり、時に信頼性がない。この問題に対応するために、各リング共振器のスペクトル情報を有することなく、波長調整範囲全体にわたって調整を行うように、記載される波長制御技術が使用され得る。
【００５０】
詳細には、始動レーザ波長が最初に識別される。これは図１０に示されており、ハイブリッド外部キャビティレーザ１００（図１）におけるデュアルリング共振器調整を示す図を提示している。特に、図１０における上面図は、調整制御の前の２つのリング共振器共振がオーバーラップした図を示す。この時点では、完全に整合された共振は存在しないが、最も近く近接した帯域がλ１の近くに位置している。熱調整メカニズム１４４−２を調節することによって、λ１の近くのリング共振器１３４の共振は、λ１に位置するリング共振器１２４の共振と整合され得る。この波長は、始動波長となるようにセットされ、以前に記載されたレーザ始動処置によって識別され得る。
【００５１】
次に、レーザ波長が共通熱調整メカニズムを使用して調整される。特に、ひとたびレーザがこの波長（λ１）において安定化されると、共通熱調整メカニズムがリング共振波長を同時に動かし得、これにより、レーザ波長調整が可能になる。図１０における下面図に示されるように、リング共振帯域１の１つの自由スペクトル範囲のシフトによって、λ１からλ２までの波長調整範囲が達成され得る。共通の調整パワーがさらに増加され得る場合、レーザ波長は、拡張されたバーニヤリング自由スペクトル範囲全体にわたって調整され得る。しかしながら、これは全体的なパワーの消費を増加させることになる。
【００５２】
さらに、次の始動レーザ波長が識別される。以前に記載したバーニヤリング整合技術において、安定したレーザ動作に帰着する複数の調整パワー状態が識別され得る。図１０について以前に記載された調整動作では、λ１はフィードバック制御ループを使用して第１の始動波長として識別された。この第１のリング整合状態を見つけた後、（図１におけるリング共振器１３４のような）リング共振器のうちの１つに熱的に結合される熱調整メカニズムに適用される調整パワーは、次のリング整合状態を探すためにさらに増加され得る。これにより、ハイブリッド外部キャビティレーザ１００（図１）におけるデュアルリング共振器調整を示す図を提示する図１１における上面図において示されるように、２つのリング共振器の共振波長がλ２に整合され得る。これは第２の始動レーザ波長となる。
【００５３】
ここで、レーザ波長は共通のヒータを使用して調整され得る。特に、レーザがひとたびこの新しい始動波長（λ２）において安定されると、共通熱調整メカニズムは、２つのリング共振器の共振波長を同時に動かし得、これにより、（図１１における下面図に示されるような）レーザ波長調整が可能になる。また、λ２からλ３までの波長調整範囲は、リング共振器１２４（図１）の１つの自由スペクトル範囲のシフトによって達成され得る。図１１に示される動作は、複数の始点を有するバーニヤリング自由スペクトル範囲全体にわたってレーザ波長を調整するために繰り返され得る。
【００５４】
したがって、フィードバック制御技術は、シリコン／ＩＩＩ−Ｖ族半導体ハイブリッド外部キャビティにおけるバーニヤリングレーザ波長を制御するために使用され得る。以前は、バーニヤリング共振制御は、しばしば各リング共振器についてのスペクトル情報と正確な共振シフトとを必要とするため、困難であった。開示されたフィードバック制御技術では、バーニヤリング波長制御は、光学スペクトル解析の必要なしで光学パワー測定およびフィードバック制御技術を使用して達成され得る。したがって、フィードバック制御技術は、光学スペクトル解析ツールなしでレーザ波長を制御するシンプルで高速かつ経済的な方法を可能にし得る。このフィードバック制御技術はさらに、レーザモード安定性および波長調整を同時に提供し得、完全にパッケージにされたオンチップレーザを提供するためにハイブリッド外部キャビティレーザにおいて実現され得る。
【００５５】
光源の上記の実施形態のうちの１つ以上は、システムおよび／または電子デバイスに含まれてもよい。これは図１２に示されており、図１２は、光源の上記の実施形態のうちの１つのような光源１２１０を含むシステム１２００を示すブロック図を提示している。いくつかの実施形態では、システム１２００は、（１つ以上のプロセッサを有する）処理サブシステム１２１２と、（メモリを有する）メモリサブシステム１２１４とを含んでいる。
【００５６】
一般に、光源１２１０およびシステム１２００の機能は、ハードウェアおよび／またはソフトウェアにおいて実現され得る。したがって、システム１２００は、動作中に処理サブシステム１２１２によって実行され得るメモリサブシステム１２１４（ＤＲＡＭ、または、別のタイプの揮発性もしくは不揮発性のコンピュータ読取可能メモリのような）に格納される１つ以上のプログラムモジュールまたは命令のセットを含み得る。なお、１つ以上のコンピュータプログラムはコンピュータプログラムメカニズムを構成し得る。さらに、メモリサブシステム１２１４におけるさまざまなモジュールにおける命令は、ハイレベル手続言語、オブジェクト指向プログラミング言語、および／または、アセンブリ言語もしくはマシン語で実現され得る。なお、プログラミング言語は、処理サブシステムによって実行されるようにコンパイルまたは翻訳され得、たとえば、構成可能であり得るかまたは構成され得る。
【００５７】
システム１２００におけるコンポーネントは、信号ライン、リンクまたはバスによって結合され得る。これらの接続は、信号および／またはデータの電気的、光学的、または電気光学的通信を含み得る。さらに、上記の実施形態では、いくつかのコンポーネントは互いに直接的に接続されているのが示されている一方、他のコンポーネントは中間コンポーネントを介して接続されているのが示されている。各場合において、相互接続、すなわち「結合」の方法は、２つ以上の回路ノードまたはターミナル間にいくつかの所望の通信を確立する。そのような結合はしばしば、当業者によって理解されるであろうように、多くの回路構成を使用して達成され得、たとえば、交流結合および／または直流結合が使用され得る。
【００５８】
いくつかの実施形態では、これらの回路、コンポーネントおよびデバイスにおける機能は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）および／または１つ以上のデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）のうちの１つ以上において実現され得る。さらに、上記の実施形態における機能は、当該技術において分かり得るように、ハードウェアにおいてより多く、ソフトウェアにおいてより少なく実現されてもよく、ハードウェアにおいてより少なく、ソフトウェアにおいてより多く実現されてもよい。一般に、システム１２００は１つの位置に存在してもよく、または、複数の地理的に分散した位置にわたって分散されてもよい。
【００５９】
システム１２００は、ＶＬＳＩ回路、スイッチ、ハブ、ブリッジ、ルータ、（波長分割多重通信システムのような）通信システム、ストレージエリアネットワーク、データセンタ、（ローカルエリアネットワークのような）ネットワーク、および／または、（複数コアプロセッサコンピュータシステムのような）コンピュータシステムを含んでもよい。さらに、コンピュータシステムは、（マルチソケットおよびマルチラックサーバのような）サーバ、ラップトップコンピュータ、通信デバイスもしくはシステム、パーソナルコンピュータ、ワークステーション、メインフレームコンピュータ、ブレード、エンタープライズコンピュータ、データセンタ、タブレットコンピュータ、スーパーコンピュータ、ネットワークアタッチトストレージ（ＮＡＳ： network-attached-storage）システム、ストレージエリアネットワーク（ＳＡＮ： storage-area-network）システム、（ＭＰ３プレイヤーのような）メディアプレイヤー、電気製品、サブノートブック／ネットブック、タブレットコンピュータ、スマートフォン、携帯電話、ネットワーク電気製品、セットトップボックス、携帯情報端末（ＰＤＡ： personal digital assistant）、玩具、コントローラ、デジタル信号プロセッサ、ゲームコンソール、デバイスコントローラ、電気製品内のコンピュータエンジン、コンシューマ電子デバイス、ポータブルコンピューティングデバイスもしくはポータブル電子デバイス、パーソナルオーガナイザ、および／または、別の電子デバイスを含んでもよいがこれらに限定されない。
【００６０】
さらに、光源１２１０は、（たとえばトランシーバにおける、チップ内もしくはチップ間通信のためのもののような光学相互接続もしくは光学リンク）通信、無線周波数フィルタ、バイオセンサ、（光学ストレージデバイスもしくはシステムのような）データストレージ、（診断技術または手術のような）医学、バーコードスキャナ、（距離の精密測定のような）計測、製造（切断または溶接）、リソグラフィプロセス、（光学ストレージデバイスもしくはシステムのような）データストレージ、および／または、エンターテインメント（レーザライトショー）といったさまざまな用途において用いられ得る。
【００６１】
さらに、光源１２１０および／またはシステム１２００の実施形態は、より少ないコンポーネントまたは付加的なコンポーネントを含んでもよい。たとえば、半導体基板は、（ルーティングおよびブリッジ層を含む交互に対向するチップが光学近接通信を使用して結合されるマルチチップモジュールのような）マルチチップモジュールにおける複数の基板のうちの１つであってもよい。さらに、当業者には分かり得るように、上記の光源の実施形態における光源を作製するためにさまざまな作製技術が使用されてもよい。たとえば、フリップチップまたはウェハボンディングの代わりに、半導体光増幅器１１０（図１）は、エピタキシャル成長によってまたは別の作製技術を使用して、シリコンオンインシュレータ基板上にモノリシックに統合され得る。さらに、さまざまな光学コンポーネントが、光源において使用されてもよく、または、当該光源に関連して使用されてもよい。
【００６２】
いくつかの実施形態では、第１のリング共振器に関連付けられる熱調整メカニズムと、第１のリング共振器および第２のリング共振器に関連付けられる共通熱調整メカニズムとの代わりに、光源は、第２のリング共振器に関連付けられる熱調整メカニズムと、第１のリング共振器および第２のリング共振器に関連付けられる共通熱調整メカニズムとを含むか、第１のリング共振器に関連付けられる熱調整メカニズムと、第２のリング共振器に関連付けられる熱調整メカニズムとを含むか、または、第１のリング共振器に関連付けられる熱調整メカニズムと、第２のリング共振器に関連付けられる熱調整メカニズムと、第１のリング共振器および第２のリング共振器に関連付けられる共通熱調整メカニズムとを含んでもよい。
【００６３】
これらの実施形態は、多くの別個の項目を有することが示されているが、これらの光学コンポーネント、集積回路およびシステムは、本願明細書に記載される実施形態の構造的概略ではなく、存在し得るさまざまな特徴の機能説明であるように意図される。その結果、これらの実施形態において、２つ以上のコンポーネントが単一のコンポーネントへと組み合わされてもよく、および／または、１つ以上のコンポーネントの位置が変更されてもよい。さらに上記光源、光源１２１０および／またはシステム１２００の上記の実施形態における機能は、当該技術において分かり得るように、ハードウェアにおいてより多くソフトウェアにおいてより少なく実現されてもよく、または、ハードウェアにおいてより少なくソフトウェアにおいてより多く実現されてもよい。
【００６４】
上記の実施形態が特定の要素および化合物を有するように示されているが、当業者には分かり得るように、さまざまな材料および（化学量論的組成または非化学量論的組成を含む）組成が使用されてもよい。したがって、シリコン光導波路が上記の実施形態において示されたが、当業者には分かり得るように、通信技術は、（ゲルマニウムおよび／またはシリコンゲルマニウムのような）他の材料と共に使用されてもよい。さらに、半導体層はポリシリコンまたはアモルファスシリコンを含んでもよい。さらに、光源１２１０における材料および化合物は、蒸着、スパッタリング、化学蒸着、分子線エピタキシー、（フォトリソグラフィまたは直接書込リソグラフィのような）ウェットエッチングまたはドライエッチング、研摩などを含むさまざまな処理技術を使用して作製されてもよい。さらに、光学デバイスおよび／もしくは光源１２１０においてまたは当該光学デバイスおよび／もしくは光源１２１０に関連してさまざまな光学コンポーネントが使用されてもよい。
【００６５】
ここで、光源を調整するための方法の実施形態を記載する。図１３は、光源の実施形態によって実行され得るバーニヤリングとして動作する第１のリング共振器および第２のリング共振器を含む光源を調整するための方法１３００を示すフローチャートを提示する。動作中に、第１の光導波路は半導体光増幅器からの光学信号を伝達する（動作１３１０）。その後、光学信号は、第１のリング共振器を介して第１の光導波路から第２の光導波路に光学的に結合される（動作１３１２）。さらに、第２の光導波路は光学信号を伝達する（動作１３１４）。次に、光学信号は、第２のリング共振器を介して第２の光導波路から第３の光導波路に光学的に結合される（動作１３１６）。
【００６６】
光源がレイジングしきい値を下回って動作される場合、第２の光導波路のエッジにおいて測定される光学パワーに基づいて、第１のリング共振器の第１の共振および第２のリング共振器の第２の共振を整合させるように、第１のリング共振器に熱的に結合される第１の熱調整メカニズムおよび／または第２のリング共振器に熱的に結合される第２の熱調整メカニズムが調節される（動作１３１８）。さらに、光源がレイジングしきい値を上回って動作される場合、共通熱調整メカニズムは、第１のリング共振器および第２のリング共振器の整合された第１および第２の共振を、第１の光導波路のエッジにおいて測定される光学パワーに基づく光源の光学キャビティモードでロックする（動作１３２０）。
【００６７】
方法１３００のいくつかの実施形態では、付加的な動作またはより少ない動作が存在してもよい。さらに、動作の順序は変更されてもよく、および／または、２つ以上の動作が単一の動作へ組み合わされてもよい。
【００６８】
したがって、光学信号を提供する半導体光増幅器と、バーニヤリングとして動作する第１および第２のリング共振器を有するフォトニックチップとを含む光源が１つの観点から記載されている。光源がレイジングしきい値を下回って動作される場合、第１のリング共振器および／または第２のリング共振器に熱的に結合され得る１つ以上の熱調整メカニズムは、第１および第２のリング共振器に光学的に結合される共有の光導波路上で測定される光学パワーに基づいて、第１のリング共振器および第２のリング共振器の共振を整合させるために調節され得る。また、光源がレイジングしきい値を上回って動作される場合、共通熱調整メカニズムは、第１のリング共振器に光学的に結合される光導波路上で測定される光学パワーに基づく光源の光学キャビティモードで、整合された共振をロックするよう調節され得る。
【００６９】
本開示のさらに別の例および本開示と一貫したさらに別の例が、以下の番号が付けられた付記において記載される。
【００７０】
付記１  シリコン以外の半導体において規定される半導体光増幅器を含み、上記半導体光増幅器は、第１のエッジおよび第２のエッジを有し、上記第１のエッジ上に反射コーティングを含み、動作中に、上記第２のエッジにおいて光学信号を提供し、さらに上記半導体光増幅器に光学的に結合されるフォトニックチップを含み、上記フォトニックチップは、上記半導体光増幅器の上記第２のエッジに光学的に結合される第３のエッジと、第４のエッジとを有する第１の光導波路と、上記第１の光導波路に光学的に結合される第１のリング共振器と、上記第１のリング共振器に光学的に結合され、第５のエッジと、第１の終端に光学的に結合される第６のエッジとを有する第２の光導波路と、上記第２の光導波路に光学的に結合される第２のリング共振器と、上記第１のリング共振器および上記第２のリング共振器に熱的に結合される共通熱調整メカニズムと、上記第１のリング共振器に熱的に結合される第１の熱調整メカニズムと、上記第２のリング共振器に熱的に結合される第２の熱調整メカニズムと、第４のエッジおよび第５のエッジに光学的に結合されるモニタリングデバイスと、上記モニタリングデバイス、上記共通熱調整メカニズム、上記第１の熱調整メカニズムおよび上記第２の熱調整メカニズムに電気的に結合される制御ロジックとを含み、上記制御ロジックは、動作中に、上記第１のリング共振器および上記第２のリング共振器を調整する、光源。
【００７１】
付記２  上記制御ロジックは、上記光源がレイジングしきい値を下回って動作される場合、上記第５のエッジにおいて測定される光学パワーに基づいて、上記第１のリング共振器の第１の共振および上記第２のリング共振器の第２の共振を整合させるように、上記第１の熱調整メカニズムおよび上記第２の熱調整メカニズムの少なくとも１つを調節することと、上記光源が上記レイジングしきい値を上回って動作される場合、整合された上記第１および第２の共振を、上記第４のエッジにおいて測定される光学パワーに基づくキャリア波長を有する上記光源の光学キャビティモードでロックするよう上記共通熱調整メカニズムを調節することと、により上記第１のリング共振器および上記第２のリング共振器を調整する、付記１に記載の光源。
【００７２】
付記３  動作中において、上記制御ロジックは、上記第４のエッジにおいて測定される上記出力パワーを最小化するために上記共通熱調整メカニズムを調節することと、上記第５のエッジにおいて測定される上記出力パワーを最小化するために上記第１の熱調整メカニズムおよび上記第２の熱調整メカニズムの少なくとも１つを調節することと、により上記光学キャビティモードでの上記第１および第２の共振の整合を維持する、付記２に記載の光源。
【００７３】
付記４  上記第１および第２の共振は、上記第５のエッジにおいて測定される上記光学パワーを最小化することにより整合される、付記２または３に記載の光源。
【００７４】
付記５  上記第１および第２の共振は、上記第４のエッジにおいて測定される上記光学パワーを最小化することにより整合される、付記２または３に記載の光源。
【００７５】
付記６  上記半導体光増幅器は、上記フォトニックチップに結合されるエッジと、上記フォトニックチップに結合される表面法線とのうちの一方である、先行する付記のいずれかに記載の光源。
【００７６】
付記７  所与の熱調整メカニズムは、ドーピングされた半導体ヒータと、金属ヒータとのうちの一方を含む、先行する付記のいずれかに記載の光源。
【００７７】
付記８  上記光源は、上記第１の光導波路に光学的に結合される位相変調器をさらに含む、先行する付記のいずれかに記載の光源。
【００７８】
付記９  上記フォトニックチップは、基板と、上記基板に配置される埋込酸化層と、上記埋込酸化層に配置される半導体層とを含み、光学コンポーネントが上記半導体層において規定される、先行する付記のいずれかに記載の光源。
【００７９】
付記１０  上記基板、上記埋込酸化層および上記半導体層はシリコンオンインシュレータ技術を構成する、付記９に記載の光源。
【００８０】
付記１１  プロセッサと、上記プロセッサに結合されるメモリと、光源とを含み、上記光源は、シリコン以外の半導体において規定される半導体光増幅器を含み、上記半導体光増幅器は、第１のエッジおよび第２のエッジを有し、上記第１のエッジ上に反射コーティングを含み、動作中に、上記第２のエッジにおいて光学信号を提供し、上記光源はさらに、上記半導体光増幅器に光学的に結合されるフォトニックチップを含み、上記フォトニックチップは、上記半導体光増幅器の上記第２のエッジに光学的に結合される第３のエッジと、第４のエッジとを有する第１の光導波路と、上記第１の光導波路に光学的に結合される第１のリング共振器と、上記第１のリング共振器に光学的に結合され、第５のエッジと、第１の終端に光学的に結合される第６のエッジとを有する第２の光導波路と、上記第２の光導波路に光学的に結合される第２のリング共振器と、上記第１のリング共振器および上記第２のリング共振器に熱的に結合される共通熱調整メカニズムと、上記第１のリング共振器に熱的に結合される第１の熱調整メカニズムと、上記第２のリング共振器に熱的に結合される第２の熱調整メカニズムと、第４のエッジおよび第５のエッジに光学的に結合されるモニタリングデバイスと、上記モニタリングデバイス、上記共通熱調整メカニズム、上記第１の熱調整メカニズムおよび上記第２の熱調整メカニズムに電気的に結合される制御ロジックとを含み、上記制御ロジックは、動作中に、上記第１のリング共振器および上記第２のリング共振器を調整する、システム。
【００８１】
付記１２  上記制御ロジックは、上記光源がレイジングしきい値を下回って動作される場合、上記第５のエッジにおいて測定される光学パワーに基づいて、上記第１のリング共振器の第１の共振および上記第２のリング共振器の第２の共振を整合させるように、上記第１の熱調整メカニズムおよび上記第２の熱調整メカニズムの少なくとも１つを調節することと、上記光源が上記レイジングしきい値を上回って動作される場合、整合された上記第１および第２の共振を、上記第４のエッジにおいて測定される光学パワーに基づくキャリア波長を有する上記光源の光学キャビティモードでロックするよう共通熱調整メカニズムを調節することと、により上記第１のリング共振器および上記第２のリング共振器を調整する、付記１１に記載のシステム。
【００８２】
付記１３  動作中において、上記制御ロジックは、上記第４のエッジにおいて測定される上記出力パワーを最小化するために上記共通熱調整メカニズムを調節することと、上記第５のエッジにおいて測定される上記出力パワーを最小化するために上記第１の熱調整メカニズムおよび上記第２の熱調整メカニズムの少なくとも１つを調節することと、により上記光学キャビティモードでの上記第１および第２の共振の整合を維持する、付記１２に記載のシステム。
【００８３】
付記１４  上記第１および第２のリング共振は、上記第５のエッジにおいて測定される上記光学パワーを最小化することにより整合される、付記１３に記載のシステム。
【００８４】
付記１５  上記第１および第２のリング共振は、上記第４のエッジにおいて測定される上記光学パワーを最小化することにより整合される、付記１３に記載のシステム。
【００８５】
付記１６  上記光源は、上記第１の光導波路に光学的に結合される位相変調器をさらに含む、付記１１〜１５のいずれかに記載のシステム。
【００８６】
付記１７  所与の熱調整メカニズムは、ドーピングされた半導体ヒータと、金属ヒータとのうちの一方を含む、付記１１〜１６のいずれかに記載のシステム。
【００８７】
付記１８  上記フォトニックチップは、基板と、上記基板に配置される埋込酸化層と、上記埋込酸化層に配置される半導体層とを含み、光学コンポーネントが上記半導体層において規定される、付記１１〜１７のいずれかに記載のシステム。
【００８８】
付記１９  上記基板、上記埋込酸化層および上記半導体層はシリコンオンインシュレータ技術を構成する、付記１８に記載のシステム。
【００８９】
付記２０  バーニヤリングとして動作する第１のリング共振器および第２のリング共振器を含む光源を調整するための方法であって、第１の光導波路において、半導体光増幅器からの光学信号を伝達することと、上記第１のリング共振器を介して上記第１の光導波路から第２の光導波路に上記光学信号を光学的に結合することと、上記第２の光導波路において上記光学信号を伝達することと、第２のリング共振器を介して上記第２の光導波路から第３の光導波路に上記光学信号を光学的に結合することと、上記光源がレイジングしきい値を下回って動作される場合、上記第２の光導波路のエッジにおいて測定される光学パワーに基づいて、上記第１のリング共振器の第１の共振および上記第２のリング共振器の第２の共振を整合させるように、上記第１のリング共振器に熱的に結合される第１の熱調整メカニズムおよび上記第２のリング共振器に熱的に結合される第２の熱調整メカニズムのうちの１つを調節することと、上記光源が上記レイジングしきい値を上回って動作される場合、整合された上記第１および第２の共振を、上記第１の光導波路のエッジにおいて測定される光学パワーに基づくキャリア波長を有する上記光源の光学キャビティモードでロックするよう共通熱調整メカニズムを調節することとを含む、方法。
【００９０】
上記の記載では、「いくつかの実施形態」に言及した。なお、「いくつかの実施形態」は、可能な実施形態のすべてのサブセットを記載するが、実施形態の同じサブセットを常に特定するわけではない。
【００９１】
上記の記載は、如何なる当業者も本開示を作製および使用することを可能にするように意図されており、特定の用途およびその要件の文脈で提供されている。さらに、本開示の実施形態の上記の記載は、例示および説明の目的のためにのみ提示されている。すべてを網羅するかまたは本開示を開示された形態に限定することは意図されていない。したがって、多くの修正例および変形例が当業者には明白であり、本願明細書において規定される一般的な原理は、本開示の精神および範囲から逸脱することがなければ、他の実施形態および適用例に適用されてもよい。さらに、上記の実施形態の議論は、本開示を限定するようには意図されない。したがって、本開示は、示された実施形態に限定されるようには意図されず、本願明細書において開示される原理および特徴と一貫する最も広い範囲が与えられる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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