(57)【要約】  フォトニックデバイス（例えば偏光制御器等）は、一つの結合器（１１０）（２×２ＭＭＩ結合器等）又は複数の結合器と、複数の光検出器（１３２、１３４、１３６）と、処理部（１４０）とを備える。結合器（１１０）は、全部で四つの入出力となるように二つの入力（１１２、１１４）と二つの出力（１１６、１１８）とを有する。光検出器（１３２、１３４、１３６）は、四つの入出力（１１２、１１４；１１６、１１８）のうち三つに結合され、四つの入出力（１１２、１１４；１１６、１１８）のうち三つの各々における光のパワーを示す信号を提供するように構成される。処理部（１４０）は、複数の光検出器（１３２、１３４、１３６）によって提供された信号を受信するように構成される。光検出器（１３２、１３４、１３６）の配置構成は、フォトニックデバイス内部の光の偏光状態を決定するためのフィードバック情報を提供することができる。フォトニックデバイスに集積される測定デバイスと、フォトニックデバイスにおいて光学測定を得るための方法も提供される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
全部で四つの入出力として二つの入力と二つの出力とを有する結合器と、
前記四つの入出力のうち三つに結合され、前記四つの入出力のうち三つの各々における光のパワーを示す信号を提供するように構成された複数の光検出器と、
前記複数の光検出器によって提供された信号を受信するように構成された処理部とを備えるフォトニックデバイス。
【請求項２】
前記フォトニックデバイスが偏光制御器であり、前記処理部が、前記複数の光検出器によって提供された信号に基づいて前記偏光制御器の一つ以上の移相器を調整するための制御信号を提供するように構成されている、請求項１に記載のフォトニックデバイス。
【請求項３】
入射光信号を受信して、前記入射光信号を二つの直交成分に分割するように構成された偏光回転分割器を更に備える請求項１に記載のフォトニックデバイス。
【請求項４】
光信号の二つの成分の間に相対的な位相シフトを導入することによって、前記光信号の二つの位相シフト成分を提供し、前記二つの位相シフト成分を前記結合器の二つの入力に提供するように構成された移相器を更に備える請求項１に記載のフォトニックデバイス。
【請求項５】
前記結合器が多モード干渉結合器である、請求項１に記載のフォトニックデバイス。
【請求項６】
前記処理部が、前記複数の光検出器が結合されている三つの入出力以外の前記結合器の四つの入出力のうち一つにおける光のパワーを推定するように更に構成されている、請求項１から５のいずれか一項に記載のフォトニックデバイス。
【請求項７】
前記結合器に直列に接続され、全部で四つの更なる入出力として二つの更なる入力と二つの更なる出力とを有する更なる結合器と、
前記更なる結合器の四つの更なる入出力のうち二つに結合され、前記更なる結合器の四つの更なる入出力のうち二つの各々における光のパワーを示す信号を提供するように構成された一組の更なる光検出器とを更に備え、
前記一組の更なる光検出器によって提供された信号が、前記処理部に提供される、請求項１から５のいずれか一項に記載のフォトニックデバイス。
【請求項８】
前記一組の更なる光検出器に、前記複数の光検出器のうち少なくとも一つが含まれる、請求項７に記載のフォトニックデバイス。
【請求項９】
前記処理部が、前記更なる光検出器が結合されている前記四つの更なる入出力のうち二つ以外の前記四つの更なる入出力のうち一つにおける光のパワーを推定するように更に構成されている、請求項７に記載のフォトニックデバイス。
【請求項１０】
入射光信号を受信して、前記入射光信号を二つの成分に分割するように構成された偏光回転分割器と、
前記二つの成分の間に相対的な位相シフトを導入することによって、光信号の第一対の位相シフト成分を提供し、前記第一対の位相シフト成分を前記結合器の二つの入力に提供するように構成された第一移相器と、
前記結合器の二つの出力の間に相対的な位相シフトを導入することによって、光信号の第二対の位相シフト成分を提供し、前記第二対の位相シフト成分を前記更なる結合器の二つの入力に提供するように構成された第二移相器とを更に備え、
前記処理部が、前記複数の光検出器及び前記一組の更なる光検出器によって提供された信号に基づいて前記第一移相器及び前記第二移相器を調整するための制御信号を提供するように構成されている、請求項７に記載のフォトニックデバイス。
【請求項１１】
前記結合器に直列に接続され、全部で四つの第二の更なる入出力として二つの第二の更なる入力と二つの第二の更なる出力とを有する第二の更なる結合器と、
前記四つの第二の更なる入出力のうち二つに結合され、前記第二の更なる結合器の四つの第二の更なる入出力のうち二つの各々における光のパワーを示す信号を提供するように構成された第二組の更なる光検出器とを更に備え、
前記第二組の更なる光検出器によって提供された信号が、前記処理部に提供される、請求項７に記載のフォトニックデバイス。
【請求項１２】
全部で四つの入出力として二つの入力と二つの出力とを有する結合器を有するフォトニックデバイスに集積される測定デバイスであって、前記測定デバイスが、
前記四つの入出力のうち三つに結合され、前記四つの入出力のうち三つの各々における光のパワーを示す信号を提供するように構成された複数の光検出器を備え、
前記フォトニックデバイスに動作可能に結合される処理部が、前記複数の光検出器によって提供された信号を受信するように構成される、測定デバイス。
【請求項１３】
前記処理部が、前記複数の光検出器に結合される三つの入出力以外の前記四つの入出力のうち一つにおける光のパワーを推定するように構成される、請求項１２に記載の測定デバイス。
【請求項１４】
前記フォトニックデバイスが、前記結合器に直列に接続され且つ全部で四つの更なる入出力として二つの更なる入力と二つの更なる出力とを有する更なる結合器を含み、前記測定デバイスが、前記更なる結合器の四つの更なる入出力のうち二つに結合され且つ前記更なる結合器の四つの更なる入出力の二つの各々における光のパワーを示す信号を提供するように構成された一組の更なる光検出器を更に備え、前記一組の更なる光検出器によって提供された信号が、前記処理部に提供される、請求項１２又は１３に記載の測定デバイス。
【請求項１５】
全部で四つの入出力として二つの入力と二つの出力とを有する結合器を有するフォトニックデバイスにおける光学測定を得るための方法であって、
前記結合器の四つの入出力のうち三つの各々に光学的に結合された複数の光検出器において光のパワーを測定することと、
前記四つの入出力のうち三つの各々における光のパワーを示す信号を、前記フォトニックデバイスに動作可能に結合された処理部に提供することとを備える方法。
【請求項１６】
前記フォトニックデバイスが偏光制御器であり、前記方法が、処理部によって、前記偏光制御器の一つ以上の移相器用の制御信号を生成することを更に備える、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記処理部によって、前記四つの入出力のうち三つ以外の前記結合器の入力又は出力における光のパワーの推定値を生成することを更に備える請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記フォトニックデバイスが、前記結合器に直列に接続された更なる結合器を更に備え、前記更なる結合器が、全部で四つの更なる入出力として二つの更なる入力と二つの更なる出力とを有し、前記方法が、
前記更なる結合器の四つの更なる入出力のうち二つの各々に光学的に結合された更なる複数の光検出器において光のパワーを測定することと、
前記四つの更なる入出力のうち二つの各々における光のパワーを示す信号を前記処理部に提供することと、
前記処理部によって、前記四つの更なる入出力のうち二つ以外の更なる入出力のうち一つ以上における光のパワーの推定値を生成することとを更に備える、請求項１５から１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
前記フォトニックデバイスが、前記結合器に直列に接続された複数の追加結合器を備え、前記方法が、前記複数の追加結合器の各々の各入力と各出力における光のパワーを測定することと、前記複数の追加結合器のうち少なくとも一つの未測定の一つの入力と未測定の一つの出力とにおける光のパワーを推定することとを更に備える、請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
単一の光検出器を用いて、第一結合器の出力と、前記第一結合器に隣接して接続された第二結合器の入力との両方における光のパワーを測定することを更に備える請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２０１６年８月３０日出願の「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｏｂｔａｉｎｉｎｇ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｎｔｓ  ｉｎ  ａ  Ｄｅｖｉｃｅ  Ｈａｎｄｌｉｎｇ  Ｓｐｌｉｔ‐Ｂｅａｍ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｉｇｎａｌｓ」との名称の米国特許出願第１５／２５１７８２号の優先権を主張し、その開示全体は参照として本願に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、フォトニックシステムの分野に係り、特にフォトニックデバイスにおける光学的測定、例えば光の偏光状態に関する測定を得るための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
フォトニック集積回路（ＰＩＣ，ｐｈｏｔｏｎｉｃ  ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ）等の特定のフォトニックデバイスは、典型的には、入射光信号が特定の偏光状態（ＳＯＰ，ｓｔａｔｅ  ｏｆ  ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）、例えばＴＥ（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ‐ｅｌｅｃｔｒｉｃ）ＳＯＰを有する場合に最良に動作する。しかしながら、実際には、入射光は様々なＳＯＰ（例えば、ランダムな偏光に起因する）を有し得る。偏光制御器を用いて、入射光のＳＯＰを動的に制御することができる。偏光制御は、光の偏光に敏感となる多様な状況において望まれる。例えば、コヒーレントエンジンのレシーバ、変調器、ＯＡＭファイバ等の特定の種類のファイバ、シリコンフォトニックデバイスは偏光に特に敏感であり得る。データセンターにおけるシリコンフォトニクスの使用は、入射項のＳＯＰの制御からの恩恵を特に受け得る。
【０００４】
他の制御方式と同様に、偏光制御は、フィードバックを用いて行うこができるものであり、監視されているＳＯＰに基づいて制御信号を調整する。しかしながら、ＳＯＰを測定するために現状で利用可能な方式は複雑なものとなり得て、その実施はコスト、拡張性、部品数、挿入損失、デバイスサイズの問題につながる。現状のＳＯＰ測定方式は、フォトニック構造に顕著なコストを課すものであり、拡張性が要される場合に応用を制限する。また、関連する測定及び制御のアルゴリズムの複雑性を顕著に増大させずに、ＳＯＰの測定方式を単純化することも難しい。
【０００５】
偏光制御器に加えて、他のフォトニックデバイスも、フォトニック測定、例えば、ＳＯＰを示す又はＳＯＰに関する測定や、フィードバック制御やデバイス監視に使用可能な測定からの恩恵を受け得る。
【０００６】
従って、従来技術の一つ以上の制限をなくす又は軽減するようなフォトニックデバイスにおける効率的な光学的測定を得るための方法及び装置が必要とされている。
【０００７】
この背景情報は本出願人が本願発明に関連している可能性があると考えている関連情報を明らかにするものであって、いずれの先行情報も本願発明に対する従来技術を構成することを認めた訳ではなく、またそのように解釈されるものでもない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許出願第１５／０６７７９８号
【特許文献２】米国特許出願第１５／０８７４４９号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の実施形態の一目的は、フォトニックデバイスにおいて光学測定を得るための方法及び装置を提供することである。本発明の一実施形態によって提供されるのはフォトニックデバイス、例えば偏光制御器であるが、必ずしもこれに限定されるものではない。フォトニックデバイスは、全部四つの入出力として二つの光入力と二つの光出力を有する２×２光結合器を含む。三つの光検出器が、光結合器の（全部で四つのうちの）三つの入出力の各々に結合される。光検出器は光タップを介して各入出力に結合され得る。一部実施形態では、移相器等の既知の部品が、光検出器と光結合器の対応する入力又は出力との間に配置される。各光検出器は、その光検出器の箇所において測定された光のパワーを示す信号を提供するように構成される。処理部は、複数の光検出器によって提供された信号を受信するように構成されて提供される。処理部は受信信号を処理するように構成され、例えば移相器を制御することによってフォトニックデバイスを制御するための制御信号を生成し得る。
【００１０】
一部実施形態では、フォトニックデバイスは、前記結合器に直列に接続された更なる２×２光結合器を含む。更なる２×２光結合器は、全部で四つの更なる入出力として二つの更なる入力と二つの更なる出力とを含む。一対の更なる光検出器が、更なる結合器の四つの更なる入出力のうち二つに結合される。また、更なる光検出器は、光のパワーを示す信号を処理部に提供する。重複を避けるために、可能であれば、第一光結合器の三つの光検出器のうち一つが、一対の更なる光検出器のうち一つになる。処理部は、三つの光検出器と一対の更なる光検出器によって提供された測定に基づいて、更なる光結合器の更なる入出力のうち一つにおける光のパワーを推定するように構成される。これは、他の未測定の入出力における光のパワーの中間推定を含み得る。
【００１１】
本発明の他の実施形態によると、フォトニックデバイスに集積される測定デバイスが提供される。フォトニックデバイスは、全部で四つの入出力となるように二つの入力と二つの出力とを有する２×２光結合器を有する。測定デバイスは、２×２光結合器の四つの入出力のうち三つに結合された（例えば、直接結合された、又は移相器等の中間部品を介して結合された）複数の光検出器を含む。光検出器は、四つの入出力のうち三つの各々における光のパワーを示す信号を提供するように構成される。フォトニックデバイスに動作可能に結合された処理部が、複数の光検出器によって提供された信号を受信するように構成される。
【００１２】
本発明の他の実施形態によると、フォトニックデバイスにおいて光学測定を得るための方法が提供され、そのフォトニックデバイスは、全部で四つの入出力となるように二つの入力と二つの出力とを有する結合器を有する。本方法は、結合器の四つの入出力のうち三つの各々に光学的に結合された複数の光検出器において光のパワーを測定することを含む。本方法は、四つの入出力のうち三つの各々における光のパワーを示す信号を、フォトニックデバイスに動作可能に結合された処理部に提供することを更に含む。一部実施形態では、フォトニックデバイスは偏光制御器であり、本方法は、処理部によって、偏光制御器の一つ以上の移相器用の制御信号を生成することを更に含む。
【００１３】
一部実施形態では、本方法は、四つの入出力のうち三つ以外の結合器の入力又は出力における光のパワーの推定値を生成することを更に含む。一部実施形態では、フォトニックデバイスは、前記結合器に直列に接続された更なる結合器を更に備え、その更なる結合器は、全部で四つの更なる入出力となるように二つの更なる入力と二つの更なる出力とを有する。こうした実施形態では、本方法は、更なる結合器の四つの更なる入出力のうち二つにそれぞれ光学的に結合された更なる複数の光検出器において光のパワーを測定することを更に含む。本方法は、四つの更なる入出力のうち二つの各々における光のパワーを示す信号を処理部に提供することを更に含む。本方法は、処理部によって、四つの更なる入出力のうち二つ以外の更なる入出力のうち一つ以上における光のパワーの推定値を生成することを更に含む。
【００１４】
本発明の更なる特徴及び利点は、添付図面と共に以下の詳細な説明から明らかとなるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る光学測定装置を示す。
【図２】本発明の他の実施形態に係る光学測定装置を示す。
【図３】本発明の一実施形態に係る光学測定を取り入れた二段偏光制御器を示す。
【図４】本発明の一実施形態に係る光学測定を取り入れた三段偏光制御器を示す。
【図５】本発明の一実施形態に係る光学測定を取り入れた多段偏光制御器を示す。
【図６Ａ】本発明の一実施形態に係る光学測定を得るための方法を示す。
【図６Ｂ】本発明の他の実施形態に係る光学測定を得るための方法を示す。
【図７】本発明の一実施形態に係る光検出器信号を受信及び処理するための処理部を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
添付図面全体にわたって同様の特徴は同様の参照番号で特定されている点に留意されたい。
【００１７】
本願において、「結合器」との用語は、光結合器、つまり光信号を結合、混合及び/又は分割するデバイスのことを称する。Ｎ個の入力及びＭ個の出力を有する結合器は、Ｎ×Ｍ結合器と称される。本明細書では、２×２結合器（つまり、Ｎ＝Ｍ＝２）について広く言及する。結合器が代わりに混合器や光学的結合器と称されることもある。結合器は、多モード干渉（ＭＭＩ，ｍｕｌｔｉｍｏｄｅ  ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）結合器、例えば、３ｄＢ  ＭＭＩ結合器であり得る。結合器は５０／５０方向性結合器であり得る。エバネセント結合器等の他の結合器も一部実施形態で使用され得る。
【００１８】
データセンターは、シリコン系のフォトニック部品を含む一つ以上の光ネットワークを含み得て又はより大型のネットワークの光学部分を含み得る。一般的には、情報が偏光にコード化されていない場合、つまり、偏光寸法がデータトラフィックを運ぶのに用いられていない場合、データセンターで用いられる光送受信器は非コヒーレントである。フォトニックスイッチ等のシリコンフォトニック部品は、ＴＥ（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ‐ｅｌｅｃｔｒｉｃ）偏光等の特定の直線偏光で最適に動作し得る。シリコンフォトニクスは、非ＴＥ偏光の入射光で動作する場合には追加の損失を招き得る。従って、偏光状態（ＳＯＰ）制御器を用いて、入射光のランダムな偏光をＴＥ偏光等の直線偏光に変換し得る。本発明の一部実施形態は、このような偏光制御器用の改善された設計、特にフィードバック制御に用いられる光学測定がより効率的に得られるものに関する。この設計パラダイムは、他のフォトニックデバイスにおいて及び／又はデータセンター以外の応用においても使用可能である。例えば、本発明は、信号の位相及び／又は偏光の実時間測定が望まれる結合器を取り込んだフォトニックデバイス、例えば、フォトニック集積回路内に配置されたフォトニックデバイスにおいて実施可能である。
【００１９】
本発明の実施形態は、一組の光検出器が集積されたフォトニックデバイス、例えば偏光制御器等を提供する。フォトニックデバイスは少なくとも一つの結合器を含み、光検出器が結合器の入力及び出力に結合されて、その入力及び出力における光のパワーを示す信号を提供するようにする。典型的には、結合器は２×２結合器であり、光検出器がその四つの入出力のうち三つに配置される。光検出器によって出力された信号は、フォトニックデバイスの処理部に提供される。処理部は、電子機器部、マイクロコントローラ等であり得る。処理部は、フォトニックデバイスのフィードバック制御用の制御器として構成され得て、光検出器の出力が制御器によって使用されるフィードバックを提供する。
【００２０】
フォトニックデバイス内部で結合器の入力及び出力に結合された光検出器の上記配置構成は、偏光制御器等のフォトニックデバイスを制御するために、光の状態の情報を提供するように使用可能な比較的単純で拡張可能で効率的な装置を提供する。この配置構成を、光の偏光状態を決定するための個別で複雑になり得るデバイスの代わりに使用し得る。特に、フォトニックデバイスの結合器が二重機能を果たす。第一に、結合器は、フォトニックデバイス内部でそれ自体の意図された機能を果たし、つまり、結合器は、デバイスの所与の機能をサポートするために所定の方法で光信号を混合、分割、又は操作する。第二に、結合器は、既知の方法で複数の入力信号に依存する光信号を出力することによって、その入力と出力との光信号の間の既知の関係を定める。入力と出力の信号のパワーを測定し（複数の光検出器を用いる）、既知の関係を用いることによって、入力信号同士の間の相対的な位相関係についての情報を得ることができる。この情報を用いて、例えば制御信号を生成することができる。
【００２１】
例えば、２×２結合器はその二つの入力信号を混合して、各出力が入力信号同士の間の位相差で異なるようにする。多様な実施形態において、また、当業者には容易に理解されるように、理想的な５０／５０  ２×２結合器は、その二つの入力において示されるパワーを均等に分割して、入力パワーの半分を第一出力に送り、入力パワーのもう半分を第二出力に送る。このような２×２結合器は、結合器の頂部入力から底部出力に、又は底部入力から頂部出力に送られる光信号に９０度の位相シフトを与える。従って、このような２×２結合器の動作をその伝達関数に関して以下のように表すことができる：
【００２２】
【数１】
2019525266.tif 000003
【００２３】
他の実施形態では、異なる種類の２×２結合器を使用し得て、例えば、パワーが不均等に分割されるものや、一部の入力について他の所定の位相シフトが一部の出力において適用されるものや、これらの組み合わせが挙げられる。従って、式（１）の伝達関数を色々と変更し得るが、これは、典型的にはパッシブ部品である結合器の設計を調整することによって為される。結合器が、伝達関数が変更可能であるアクティブ部品である場合には、本願で説明されるような光学測定を行う際に伝達関数に対する変化を考慮し得る。
【００２４】
本発明の実施形態は、実質的に限られた数の部品と、光検出器と、光検出器から信号を受信する比較的単純な処理電子機器とを用いて、偏光制御器のフィードバック制御に十分な情報を与えることができる。
【００２５】
本発明の実施形態は、偏光制御器に特に適している。偏光制御器は、ランダムに偏光した光を含み得る入射光信号を受信して、その光を所望の偏光に調整する。その調整は、例えば、当業者に容易に理解されるように、光の直交成分に適用される移相器を用いて行われ得る。また、偏光制御器は、位相シフトが適用された後の光を混合する一つ以上の結合器も備える。適用される位相シフトの量は光の現在の偏光状態に依存する。光検出器配置構成は、光の現在の偏光状態に関する情報を収集し、これは、必ずしも偏光状態を決定する必要なく、適用される位相シフトの量を制御するのに使用可能である。
【００２６】
本発明の実施形態は、偏光制御器等のフォトニックデバイスにおける光検出器の配置の改善された手法を与える。洗練された偏光状態測定モジュールを提供して、対応するデバイスに対する各入力についての偏光状態に基づいて偏光制御器を動作させようとするのではなくて、光検出器をフォトニックデバイス内部の戦略的な箇所に配置して、フィードバック制御等の所望の目的に十分な測定数が得られるようにする。入射光波信号の偏光状態の完全で明示的な測定は制御目的にとっては必要でなく関連性がないものとなり得るが、必要であれば、得られた測定から少なくとも近似的に決定可能である。例えば、一部実施形態では、フォトニックデバイスへの入力における偏光状態が推定され得る。しかしながら、多様な実施形態においては、偏光状態の決定は不必要であって省略され得る。当業者には容易に理解されるように、偏光状態は、ストークスパラメータＳ０、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３の値を与えることによって示され得る。フォトニックデバイス内部の異なる箇所においては偏光状態が異なるものであり得る。
【００２７】
本発明の実施形態は、偏光制御器等の光操作デバイス内部の所定の箇所に配置された光検出器の使用を備え、その光検出器は所定の箇所における光のパワーを監視して、デバイスのフィードバック制御用の信号を提供する。例えば、制御器の入力又は出力における光の偏光状態に基づいて偏光制御器を動作させるのではなくて、偏光制御器内部の特定の中間箇所における光の測定特性に基づいて偏光制御器を動作させ得る。測定が中間箇所において為されているので、偏光制御器の異なる段における各部分（例えば、各移相器等）をより正確且つ適切なデータでより容易に制御することができる。
【００２８】
本開示の光検出器配置構成の利点として考えられるものとして、設計及び構造の単純性、限られた数の部品、限られた部品サイズ、限られたパワー消費、限られた挿入損失が挙げられる。光検出器配置構成における単純性及び限られた数の部品は、多数の偏光制御器や他のデバイスが必要とされる場合、例えば、異なる複数の源から光信号を供給する多数の入力ポートを有する実際のフォトニック集積回路の場合における拡張性を促進する。干渉パターンを制御するために注意深く複数の光路を一致させることに対する要求も回避される。本発明は、ビート信号を検出するために監視信号が混合されるという位相検出に依存して偏光状態を決定する既存方法に対する代替案として使用可能である。
【００２９】
本発明の実施形態は、光検出器が配置されているフォトニックデバイスの動作で光学測定を密接に統合する。例えば、本願において認識されていることは、光の偏光状態を適切に制御するためには、完全で明示的なＳＯＰ測定は不要であるということである。むしろ、偏光制御器の多様は移相器の入力及び／又は出力における信号の位相を測定すれば十分である。結合器は、このような信号をタップするのに便利な箇所を与える。
【００３０】
結果として、光検出器の測定の解釈が光検出器の箇所及びホストデバイス構造に直接関係するものになる。データ相関を用いて所望のパラメータを抽出することができる。抽出される情報（フィードバック制御信号を生成するのに用いられる情報等）は、ホストフォトニックデバイスの構造及び機能に基づいた方法で生成され得る。本発明の実施形態は、フォトニックデバイスの内部に配置された光検出器を含み、ホストフォトニックデバイスの内部の光信号の状態に関する情報を提供する。これは、フォトニックデバイスを制御するために比較的単純で効率的な制御方式を採用することを可能にする。個別に内蔵されるＳＯＰ測定モジュールが省略されるので、所望の性能を維持しながらコスト及び複雑性が制限される。
【００３１】
一部実施形態では、データ相関を用いてパラメータを抽出することが、フォトニックデバイスに用いられている方向性結合器の既知の特性に基づいて行われ得る（例えば、数学的モデルを用いて）。モデルは、光が方向性結合器によって、例えば挿入損失を適用することによってどのように扱われるのかを記述し得る。例えば、２×２方向性結合器について５０％の挿入損失をモデル化し得る。光検出器によって測定されたパワーを用いて、ホストデバイスを制御するための、例えば、偏光制御器の移相器を制御するための読取値を導出することができる。光を光検出器に送る部分に関するタップ損失もモデルに組み込むことができる。
【００３２】
本発明の実施形態は、ホストフォトニックデバイスに集積される測定デバイスを提供する。ホストフォトニックデバイスは、例えば偏光制御器であり、一方、測定デバイスは、ホストフォトニックデバイスの戦略的な点において光信号の特性を測定するためにホストフォトニックデバイスに集積される光検出器を含む。フォトニックデバイスは、少なくとも一つの結合器、例えば２×２結合器等を含み、測定デバイスは、結合器の入力及び出力のうち一つを残して全てに結合される複数の光検出器を含む。光検出器は、入力及び出力における光のパワーを測定し、それを示す信号を処理部に提供する。
【００３３】
本発明の実施形態は、フォトニックデバイスにおいて光学測定を得るための方法を提供する。フォトニックデバイスは結合器、例えば２×２結合器等を含む。本方法は、結合器の入力及び出力のうち一つを残して全てにそれぞれ光学的に結合された複数の光検出器における光のパワーを測定することを含む。本方法は、入力及び出力のそれぞれにおいて測定された光のパワーを示す信号を、フォトニックデバイスに動作可能に結合された処理部に提供することを含む。本方法は、制御信号、ＳＯＰ情報又はこれらの組み合わせ等を生成するように信号を処理することを更に含み得る。
【００３４】
本願において認識されているのは、２×２結合器、例えばＭＭＩ結合器について、偏光制御器等のデバイス内部で、四つの入出力のうち三つにおいて光のパワーを測定することが、多くの場合において、フィードバック制御及び／又は偏光状態追跡に十分な情報を提供するということである。更に、標準的な設計の偏光制御器やＳＯＰ追跡器は、多段（例えば、２〜５段）の直列接続の段を用いるものであり、各段は２×２結合器と、一つ以上の移相器とを含む。従って、デバイスの各段において、その段の２×２結合器の三つの入出力における光のパワーの測定又は推定を用いて、その段内部での光の偏光状態の所望の情報を得ることができる。ホストデバイスの構造に合わせて光検出器のトポロジカル分布をカスタマイズすることができる。
【００３５】
図１は本発明の一実施形態に係る光学測定を示す。フォトニックデバイス１００は結合器１１０を有するものとして示されている。デバイス１００は偏光制御器の一部であり得る。結合器１１０を含むデバイス１００の部分が図示されていて、他の部分（移相器、偏光回転分割器、追加の結合器等）は明確性のため示されていない。結合器１１０は、それに接続された四つの光線路１１２、１１４、１１６、１１８を有する２×２結合器として示されている。光信号が左から右に流れる場合、光線路１１２、１１４が入力線路（結合器に向かう）であり、光線路１１６、１１８が出力線路である。光信号が右から左に流れる場合、光線路１１６、１１８が入力線路であり、光線路１１２、１１４が出力線路である。測定デバイスがデバイス１００に集積されていて、複数のタップ１２２、１２４、１２６と複数の光検出器１３２、１３４、１３６とを備える。タップ１２２、１２４、１２６はそれぞれ光線路１１２、１１４、１１６に結合される。各タップ１２２、１２４、１２６は限られた量（例えば、１％、２％、又は５％未満）の光信号を、対応する各光検出器１３２、１３４、１３６に光路（例えば、光伝送線路や導波路）を介して結合させる。各光検出器１３２、１３４、１３６は、それに入射した光のパワーを示す信号、例えば電気信号等を出力する。光検出器は例えばフォトダイオードであり得る。光検出器によって出力された信号は処理部１４０に提供され得て、その処理部１４０は、上述のように、コントローラ、マイクロプロセッサ、アナログ電子機器、デジタル電子機器、これらの組み合わせ等を備える。信号は処理部１４０によって処理され得る。一部実施形態では、処理部１４０は、デバイス１００の一つ以上の部品、例えば移相器（図１に示さず）等のフィードバック制御用の情報や制御信号を更に提供し得る。代わりに、処理部１４０は別のコントローラ（図示せず）に情報を提供し得る。追加的に又は代替的に、信号が処理部１４０によって処理されて、結合器１１０を通過する際の光の偏光状態についての情報を提供するようにし得る。
【００３６】
結合器１１０はデバイス１１０の一部を形成し、デバイス１００の動作の一部として固定された方法で光信号を混合するのに用いられる。しかしながら、結合器１１０による光信号の混合は、相互依存信号の組み合わせを光検出器１３２、１３４、１３６に提供するのにも役立ち、これは、デバイス１００の他の部品（図示せず）のフィードバック制御や偏光状態の決定等の所与の目的に有用である。
【００３７】
図２は本発明の他の実施形態に係る光学測定を示す。特に、図２のデバイス２００は、図１のデバイス１００に示されているよりも細部を含む。デバイス２００は偏光制御器であり得て、ビーム分割器２６０を含み、そのビーム分割器２６０は、入射光信号を二つの成分２６１、２６２、例えば直交成分等に分割する。ビーム分割器２６０は偏光回転分割器であり得る。デバイスは任意選択的な中間部２６５を更に含む可能性があり、その中間部２６５は、ビーム分割器によって提供された二成分信号を受信して、それら二成分信号に対する演算を行い、二つの更なる成分信号２６６、２６７を光結合器２１０を含む機能ブロック２７０に提供する。デバイスの並列分岐の成分信号は典型的には入射光信号の直交成分に対応する。機能ブロック２７０は移相器２７２、２７４も含む。代わりに、移相器２７２、２７４のうち一つが省略され得る。機能ブロック２７０は、マッハ・ツェンダー干渉器（ＭＺＩ，Ｍａｃｈ‐Ｚｅｈｎｄｅｒ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ）の一部として動作し得て、一対の結合器の間に介在させた移相器を備える。中間部２６５は機能ブロック２７０と同様の構成を有する前段であり得る。図１のように、結合器２１０は、それに接続された四つの光線路２１２、２１４、２１６、２１８を有する２×２結合器として示されている。
【００３８】
図２の測定デバイスは、複数のタップ２２２、２２４、２２６と、複数の光検出器２３２、２３４、２３６とを備える。タップ２２２、２２４、２２６はそれぞれ光線路２１２、２１４、２１６に結合される。各タップ２２２、２２４、２２６は限られた量の光信号を、対応する各光検出器２３２、２３４、２３６に光線路を介して結合させる。各光検出器２３２、２３４、２３６は、それに入射した光のパワーを示す信号、例えば電気信号等を出力する。図２は、タップ２２２及び光検出器２３２の代わりに使用可能な代替タップ２２２ａ及び対応する代替光検出器２３２ａを示す。より一般的には、入射信号の方向を無視して、タップは四箇所２２２、２２２ａ、２３４，２３６のうちいずれか三つに設けられ得て、これと共に、光検出器２３２、２３２ａ、２３４、２３６のうち三つの対応するものがそれぞれ設けられる。光検出器からの信号は処理部２４０に提供される。図２では、信号は左から右に来るものとしている。
【００３９】
図３は、本発明の他の実施形態に係る測定デバイスを備える二段偏光制御器を示す。測定デバイスを備えていないその偏光制御器の態様は、参照として本願に組み込まれる２０１６年３月１１日出願の米国特許出願第１５／０６７７９８号（特許文献１）を参照して理解することができるものである。
【００４０】
図３は、偏光回転分割器（ＰＲＳ，ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  ｒｏｔａｔｏｒ‐ｓｐｌｉｔｔｅｒ）３０５を備える偏光制御器を示し、その偏光回転分割器３０５は、第一及び第二の直交偏光成分を有する入射光を受信し、その入射光を第一及び第二の直交偏光成分にそれぞれ対応する第一及び第二のフィード３１２、３１４内に分割して回転させるように構成される。偏光制御器３００は、第一制御信号ＤＣ１（直流制御信号等）３５２に基づいて第一フィード３１２と第二フィード３１４との間に第一光（相対）位相遅延φ１を提供するための第一移相器（ＰＨＳ１）３１５、３１７を含む。次いで、位相シフト済みの第一及び第二のフィードが第一２×２多モード干渉（ＭＭＩ）結合器３２０に提供されて、それらの間に第一光位相遅延を有する第一及び第二のフィード３１２、３１４を混合して、結合器３２０の出力において第三及び第四のフィード３２２、３２４を提供する。
【００４１】
偏光制御器３００は、第二制御信号ＤＣ２（直流制御信号等）３５４に基づいて第三フィード３２２と第四フィード３２４との間に第二光位相遅延を提供するための第二移相器（ＰＨＳ２）３３５、３３７を含む。次いで、位相シフト済みの第三及び第四のフィード３２２、３２４が第二２×２多モード干渉（ＭＭＩ）結合器３４０に提供されて、それらの間に第二光位相遅延を有する第三及び第四のフィード３２２、３２４を混合する。
【００４２】
測定デバイスは、位相シフト済みの第一及び第二のフィードに結合された光検出器Ｐ１（３６２）及びＰ２（３６４）と、第四フィード３２４に結合された光検出器Ｐ３（３６６）との三つの光検出器を備える。光検出器３６２、３６４、３６６は、それらによって検出された光のパワーを示す信号を処理部３５０に提供し、今度は処理部３５０が制御信号３５２、３５４を生成して提供する。任意選択的な光検出器Ｐ４（３４２）も示されているが、これは例えば特許文献１に記載されているように異なる目的のために使用され得る。光検出器はタップを介してフィードに結合されるが、タップは、フィードの信号の一部を受信して光検出器に向け直す。
【００４３】
図３では、入力光を以下のように表すことができる：
【００４４】
【数２】
2019525266.tif 000004
【００４５】
偏光回転分割器３０５は、光成分Ｅｘを上部フィード３１２で伝播させ、光成分Ｅｙを下部フィード３１４で伝播させる。移相器ＰＨＳ１（３１５、３１７）は、上部フィードの光成分を、下部フィードの光成分に対して全部でφ１度で位相シフトさせる。光検出器は、適用された位相シフトにかかわらず同じパワーの光を測定する。頂部フィードで第一光検出器Ｐ１（３６２）によって出力されて３ｄＢ結合器に入力される信号は、パワー値Ｐ１＝｜Ｅｘ０｜２を示すものであり得て、底部フィードで第二光検出器Ｐ２（３６４）によって出力されて３ｄＢ結合器に入力される信号は、パワー値Ｐ２＝｜Ｅｙ０｜２を示すものであり得る。光検出器が出力する信号は例えば電流であり、光検出器の所定の挙動に従って検出されたパワーを示す。光検出器信号とそれが示すパワー値との間の相関付けが処理部３５０によって行われ得る。
【００４６】
また、既知の割合の光がフィードから光検出器にタップされると仮定すると、処理部は、フィードでの光をパワーの指標を生成する倍率を適用することもできる。例えば、タップがフィードの光のｘパーセントを光検出器に向け直す場合、１００／ｘの倍率を適用してタップ直前の光のパワーを決定することができ、同様にしてタップ直後の光のパワーを決定することができる。ここでは、このような倍率の適用が例えば処理部によって行われて考慮されるであると仮定しているので、パワー値Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３は、光検出器というよりもむしろ、結合器の入力及び出力における光のパワーを表す。
【００４７】
本発明の多様な実施形態は、回路の二つの並列フィードで対になっている移相器（例えば、ＰＨＳ１  ３１５、３１７）を示しているが、一部実施形態では、二つの移相器のうち一方が省略され得ることに留意されたい。いずれの場合でも、移相器は、一対の入力信号の間の位相差を制御可能に調整して、位相調整済みの入力信号を一対の出力信号として与える。
【００４８】
更に、ここでは簡単のため、光検出器が光信号の平均平方振幅に等しいパワー値の光信号を提供するものとしているが、実際には多様な方法で光パワーを示す信号を出力するように光検出器を較正することができる。処理部を用いて、光検出器によって提供される信号を所望の形式に変換し得る。
【００４９】
図３の２×２結合器３２０は３ｄＢ  ＭＭＩ結合器として示されている。３ｄＢ  ＭＭＩ結合器と直列の移相器ＰＨＳ１の伝達関数行列Ｈは以下のように与えられる：
【００５０】
【数３】
2019525266.tif 000005
【００５１】
ここで、φ１は、移相器によって適用される上部フィードと下部フィードとの間の相対的な位相差である。
【００５２】
ＰＲＳ３０５の出力に伝達関数Ｈを適用すると以下のように与えられる：
【００５３】
【数４】
2019525266.tif 000006
【００５４】
式（５）の下行は、３ｄＢ  ＭＭＩ結合器３２０の底部における出力を与え、これは第三光検出器３６６の箇所に対応する。第三光検出器Ｐ３（３６６）によって出力された信号は、パワー値Ｐ３を示すものであり得て、これは、式（５）の下行の平方振幅に等しく、具体的には以下のとおりである：
【００５５】
【数５】
2019525266.tif 000007
【００５６】
これは以下のように表すこともできる：
【００５７】
【数６】
2019525266.tif 000008
【００５８】
特に、移相器によって適用される位相シフトφ１と位相角φｙｘ＝φｙ−φｘとの間の差で、Ｐ３が変化する。これは、２×２結合器が第三光検出器３６６において与える出力が、第一光検出器３６２における入力信号と第二光検出器３６４における入力信号との間の干渉パターンに対応するからである。従って、三つの光検出器測定値、つまりＰ１、Ｐ２、Ｐ３を用いて、振幅と位相角の両方の情報を得ることができる。
【００５９】
上記によれば、図３に示されるような偏光制御器の動作方法が以下のように説明される。偏光制御器は、二つの制御可能な移相器ＰＨＳ１（３１５、３１７）とＰＨＳ２（３３５、３３７）を含む。本方法によると、第二移相器ＰＨＳ２を、入射光の成分、つまり、成分ＥｘとＥｙとの間のパワー比に基づいて制御することができる。つまり、ＰＨＳ２は、２×２結合器３２０の二つの入力において測定されたパワー値の間の比に基づいて制御され得る。特に、第二移相器ＰＨＳ２（３３５、３３７）によって適用される角度ＰＨＳ２を以下のように設定することができる：
ＰＨＳ２＝ａｒｃｔａｎ（Ｐ２／Ｐ１）      （８）
【００６０】
更に、第一移相器ＰＨＳ１（３１５、３１７）を、入射光の成分間の位相差に基づいて制御することができる。特に、第一移相器によって適用される角度ＰＨＳ１を以下のように設定することができる：
【００６１】
【数７】
2019525266.tif 000009
【００６２】
従って、図３の位相制御器の動作方法は、２×２結合器３２０の入力及び出力線路に結合された第一、第二、第三光検出器３６２、３６４、３６６から測定値を得ることを備える。本方法は、光検出器３６２、３６４の出力に基づいて、例えば式（９）に従って、第一移相器３１５、３１７を制御すること、及び、三つの光検出器３６２、３６４、３６６の出力に基づいて、例えば式（８）に従って第二移相器を制御することを更に備える。この手法は、シームレスな偏光状態制御をもたらし、偏光制御器から出力された光の偏光が所望の偏光、例えばＴＥ偏光等に実質的に保持される。本方法は、２×２結合器の入力又は出力において測定されていない光のパワーの推定値を生成することを更に備え得る。この推定値は以下で説明するようにして生成可能であり、更なる目的のために使用される。
【００６３】
光検出器によって測定を得ることを繰り返し行うことができ、例えば、所定の固定又は可変頻度で周期的に行うことができる。演算は、当業者に容易に理解されるように構成されているアナログ回路やデジタル回路を用いて行われ得て、又は代わりに、プログラム命令を実行するマイクロプロセッサを用いて演算を行う。他の代替例として、光検出器信号の多数の値について移相器の出力を予め計算して、ルックアップテーブルに記憶しておくことができる。次いで、ルックアップテーブルの操作を介して、移相器を光検出器信号に基づいて制御することができる。
【００６４】
二つの光検出器が２×２結合器の出力に結合され、一つの光検出器が２×２結合器の入力に結合される場合にも同様の制御方法を行うことができる。例えば、この場合、以下説明される方法を用いて三つの光検出器によって提供された信号に基づいて、２×２結合器の入力線路において測定されていない光の推定パワーを決定することができる。次いで、この推定を、上記式（９）及び（８）におけるＰ１やＰ２の値としてそれぞれ用いることができる。これに応じて、演算を行うための演算回路やルックアップテーブル値やプログラム命令を調整することができる。
【００６５】
２×２結合器の第四線路（未測定）における光のパワーの推定値を、測定値Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３と、２×２結合器に入力した光は２×２結合器によって出力される光とほぼ等しくなければならない（損失を無視）ということを反映するパワー保存の制約とに基づいて決定することができる。この推定値は、光検出器がこの第四線路に結合されている場合に提供されるである測定値に対応する。２×２結合器の未測定の線路における光のパワーの推定値を、２×２結合器のモデルに基づいて、例えば２×２結合器の特性を記述する数値関係式に基づいて（例えば上記式（１）の伝達関数Ｈｃｏｕｐｌｅｒを用いて）、決定することができる。モデルは、理論、観測、又はこれらの組み合わせに基づいたものとなり得る。数値計算及び／又はルックアップテーブルからのデータ回収を行うように構成されたマイクロプロセッサ、又は等価なデジタル回路やアナログ回路を、モデルに基づいた推定値を生成するように構成することができる。
【００６６】
例えば、図３において、光検出器Ｐ１（３６２）によって生成されたデータを用いて、移相器３１５の前のフィード３１２におけるパワーの推定値を生成することができる。その推定値は、例えば移相器３１５に起因する光損失の知識に基づいて生成可能である。
【００６７】
他の例として、図３において、光検出器Ｐ１（３６２）、Ｐ２（３６４）、Ｐ３（３６６）によって生成されたデータを用いて、２×２結合器３２０の測定されていない線路における光のパワーの推定値をＰ１＋Ｐ２−Ｐ３（対称な結合器の場合）として生成することができる。
【００６８】
所定の点における光のパワーの推定値を生成する場合、設計データや較正データ等に基づいて、光損失を考慮することができる。
【００６９】
図４は、本発明の一実施形態に従って設けられた三段偏光制御器４００を示す。光学測定部を有さないその偏光制御器については、参照として本願に組み込まれる２０１６年３月３１日出願の米国特許出願第１５／０８７４４９号（特許文献２）に詳細に記載されている。偏光制御器は、偏光回転分割器４０５と、第一制御可能移相器ＰＨＳ１（４１５、４１７）及び第一２×２結合器４２０を備える第一段と、第二制御可能移相器ＰＨＳ２（４３５、４３７）及び第二２×２結合器４４０を備える第二段と、第三制御可能移相器ＰＨＳ３（４７５、４７７）及び第三２×２結合器４７０を備える第三段とを含む。七つの光検出器４６２、４６４、４６６、４６８、４８２、４８４、４８６が設けられていて、光検出器が各２×２結合器の入出力のうち少なくとも三つに結合されるようになっている。
【００７０】
より具体的には、光検出器Ｐ１（４６２）は適用可能であれば移相器４１５による処理に続いてＰＲＳ４０５からの第一フィード４１２に結合され、光検出器Ｐ２（４６４）は適用可能であれば移相器４１７による処理に続いてＰＲＳ４０５からの第二フィード４１４に結合され、光検出器Ｐ３（４６６）は適用可能であれば移相器４３５による処理に続いて結合器４２０からの第三フィード４２２に結合され、光検出器Ｐ４（４６８）は適用可能であれば移相器４３７による処理に続いて結合器４２０からの第四フィード４２４に結合され、光検出器Ｐ５（４８２）は適用可能であれば移相器４７５からの処理に続いて結合器４４０からの第五フィード４４２に結合され、光検出器Ｐ６（４８４）は適用可能であれば移相器４７７による処理に続いて結合器４４０からの第六フィード４４４に結合され、光検出器Ｐ７（４８６）は結合器４７０の出力に結合される。
【００７１】
完全性のため、想定される第八光検出器４８８も結合器４７０の他方の出力に結合されて示されているが、その目的は以下で明らかにされるものである。ここで結合とは、光検出器が例えばタップを介して、結合器の入力又は出力に接続された光伝送線路に接続されることを意味する。光伝送線路（タップの箇所における）は、入力又は出力に直接接続されるか、又は移相器部を介して間接的に接続されるかのいずれかである。光のパワーを決定する際には、移相器部の影響が考慮され、例えば、検出器からの読取値を処理するための倍率を設定することによって考慮することができる。
【００７２】
図示されているように、光検出器は、各２×２結合器の各入力と、各２×２結合器の少なくとも一つの出力とに結合される。結合器に取り付けられた光線路が移相器を含む場合、光検出器を移相器の両側に設けることができるが、その条件は、光検出器によって提供される信号を解釈する際に移相器によって誘起される損失が補償されるというものである。適切な較正、及び／又は、２×２結合器等の部品と移相器の応答との正確なモデル化によって、検出器の数を更に減らすことができる。
【００７３】
光検出器４６２、４６４、４６６、４６８、４８２、４８４、４８６、４８８は、処理部４５０（フィードバック及び制御回路であり得る）に信号（図示せず）を提供する。処理部４５０は、光検出器によって提供された信号に少なくとも部分的に基づいて移相器を制御する。各移相器は、その移相器の直ぐ下流の２×２結合器の入力及び出力に接続された光検出器によって提供された信号に基づいて調整され得る。一実施形態では、ＰＨＳ１は、光検出器Ｐ１とＰ２とＰ４によって提供された測定に基づいた制御可能ＤＣ電流ＤＣ１（４５２）を用いて調整され、ＰＨＳ２は、光検出器Ｐ３とＰ４とＰ６によって提供された測定に基づいた制御可能ＤＣ電流ＤＣ２（４５４）を用いて調整され、ＰＨＳ３は、光検出器Ｐ５とＰ６とＰ７によって提供された測定に基づいた制御可能ＤＣ電流ＤＣ３（４５６）を用いて調整される。例えば、ＰＨＳ１は、式（９）で表されるものと同様の関係（例えば、Ｐ３の代わりにＰ４を用いる）に基づいたＥｘ成分とＥｙ成分との間の位相差に基づいて調整可能である。他の移相器は、偏光制御器の構造に依存し得る他の数値関係に基づいて制御可能である。しかしながら、その調整は、ＳＯＰ制御設計及び構造における各段の機能に応じた全ての検出器からの読取値のより複雑な組み合わせに基づいたものとなり得る。
【００７４】
一部実施形態では、図４に示される八つの光検出器４６２、４６４、４６６、４６８、４８２、４８４、４８６、４８８のうち最大三つが省略されて、二つの光検出器が一つの２×２結合器の入力に位置し、一つの検出器が同じ２×２結合器の二つの出力のうち一方に位置し、残りの２×２結合器の各々について、一つの光検出器が二つの入力のうち一方に位置し、一つの光検出器が二つの出力のうち一方の位置するようにする。
【００７５】
例えば、図４を参照すると、光検出器Ｐ３（４６６）、Ｐ５（４８２）及びＰ８（４８８）が省略され得る。この場合、二つの光検出器が第一２×２結合器の入力に配置され、一つの光検出器が第一結合器の出力と第二結合器の対応する入力との間に配置され、一つの光検出器が第二結合器の出力と第三結合器の対応する入力との間に配置され、一つの光検出器が第三結合器の出力に配置される。
【００７６】
光検出器の数を減らしたことを補償するため、光検出器のない箇所において光検出器が観測したであろう光のパワーの推定値を処理部で生成することができる。例えば、三つの光検出器を有する２×２結合器について、２×２結合器の第四線路（未測定）における光のパワーの推定値は、上述の方法を用いて、三つの光検出器からの出力とパワー保存とに基づいて決定可能である。
【００７７】
推定値が、２×２結合器とそれに直列に接続された更なる２×２結合器との間に位置する光伝送線路によって運ばれる光のパワーに対応する場合、今度は、その推定値を用いて、更なる２×２結合器の未測定線路における光のパワーの更なる推定値を生成することができる。例えば、図４において、Ｐ３（４６６）が省略されて、結合器４２０の出力４２２における光のパワーに対応する推定値が生成される場合、この推定値を用いて、ＰＨＳ２（４３５）によって誘起される損失を考慮して結合器４４０への入力における光のパワーを決定することもできる。今度は、この結合器４４０への入力における光の推定パワーを、結合器４４０の他の入力又は出力における光のパワーを推定する更なる演算の一部として使用することができる。つまり、第一の推定値を、上述の手順に入力される三つの光パワー測定値のうち一つとして用いることができる。従って、容易に理解されるように、一つの２×２結合器がそれに結合された少なくとも三つの光検出器を有し、直列に接続された他の全ての２×２結合器がそれに結合された少なくとも二つの光検出器を有するという配置構成では、全ての２×２結合器の未測定線路における光のパワーの推定値を例えば逐次的に又は同時に生成することができる。
【００７８】
上記では、光検出器が２×２結合器に結合されるとは、その光検出器が２×２結合器の入力又は出力に接続されて、移相器等の部品が任意選択的に光検出器のタップの箇所と２×２結合器の入力又は出力との間に配置されるという意味のものであり得る。第一２×２結合器の出力を第二２×２結合器の入力に接続する線路に所与の光検出器が結合される場合には、その光検出器が二つの異なる２×２結合器に同時に結合され得る点に留意されたい。このようにして、直列に設けられた各追加２×２結合器について、一つの追加光検出器が設けられる場合を検討することができる。
【００７９】
多様な実施形態において、光検出器のない箇所においてそのような光検出器によって観測されるであろう光のパワーの推定値を生成する処理部の演算は、その箇所に仮想的光検出器を設けることとみなすことができる。仮想的光検出器の使用は、信号処理の複雑性が無視可能な程度に増加することと引き換えに光学ハードウェアの複雑性を減少させることができる。図４において仮想的光検出器について考えられる箇所は、Ｐ３（４６６）、Ｐ５（４８２）及びＰ８（４８８）で測定値を与える光検出器に対応する。
【００８０】
偏光制御器の設計では、二つの入力信号を均等に分割して混合する方向性２×２結合器（５０／５０結合器と称する）を使用することがよくある。上記では、２×２結合器が５０／５０結合器であると仮定していたが、同様のプロセスを他の種類の結合器でも行うことができる。移相器及び結合器の伝達関数行列が既知であれば、各光検出器によって提供される光のパワーを決定することができ、用いられる２×２結合器の特定の伝達関数の代わりに用いられる上記式（１）から（９）に対応する計算を行うことができる。
【００８１】
図５は、本発明の一実施形態に従って提供される多段偏光制御器の部分を示す。偏光制御器の四つの直列接続の段５１０、５２０、５３０、５４０が示されていて、各段が移相器と、２×２結合器、例えば５０／５０方向性結合器等とを有する。例えば、第一段５１０は移相器５１２と２×２結合器５１４とを含む。同様の追加の段を設けることもできる。代わりに、より少ない数の段を設けることができる。本発明の実施形態に従って、全ての段に少なくとも二つの光検出器が設けられ、そのうち少なくとも一つの段に少なくとも三つの光検出器が設けられる。各段について、その段の２×２結合器の少なくとも一つの入力が光検出器に結合され、２×２結合器の少なくとも一つの出力が他の光検出器に結合される。二つの隣接する段の間に位置する光検出器がそれら二つの段で共有されることによって、光検出器の数を減らすことができる。つまり、二つの隣接する段の第一及び第二の２×２結合器が直列に接続される場合、単一の光検出器を、第一２×２結合器の出力に結合された光検出器と、第二２×２結合器の入力に結合された光検出器との両方として使用し得る。
【００８２】
一部実施形態では、初めの方の段のうち一つ（例えば第一段５１０等）に少なくとも三つの光検出器が設けられる。これは、制御を適用する前に入射光信号をより正確に測定することを可能にする。これは、制御安定性を改善し、可能な限り初期において測定の制限を取り除くことができる。
【００８３】
一部実施形態では、入力光が特定の特性を有するものであることを仮定して、一つ以上の追加光検出器によって提供される情報を、入力光の仮定された特定に基づいた推定値に置き換えることができるとして、そのような光検出器を除き得る。このような場合、段毎に二つの光検出器で、一つの段が三つの光検出器を有するという上記最小値よりも少ない数の光検出器を設け得る。
【００８４】
図６Ａは、本発明の一実施形態に係る多段フォトニックデバイス（例えば偏光制御器等）用の光学測定を得るための方法を示す。本方法は、２×２結合器の四つの端子のうち三つにおける光のパワーをそれら三つの端子に光学的に結合された光検出器を用いて測定すること６１０を備える。各端子は個別の光検出器に結合される。光検出器は、タップを介して、端子に結合され、又は端子に直接又は間接的に接続された光伝送線路に結合され得る。
【００８５】
本方法は、光検出器からの光のパワーを示す信号をフォトニックデバイスに動作可能に結合された処理部に提供すること６２０を更に備える。本方法は、例えば処理部によって、フォトニックデバイスを制御するための制御信号を生成すること６３０を更に備え得る。次いで、本方法は、生成された制御信号を用いてフォトニックデバイスを制御すること６３５を更に備え得る。
【００８６】
本方法は、測定された光のパワーを示す信号に基づいて、処理部によって、２×２結合器の未測定の第四端子における光のパワーを推定すること６４０を更に備え得る。
【００８７】
本方法は、更なる２×２結合器（第一２×２結合器に直列に取り付けられる）の端子における光のパワーを推定するための更なる推定工程を更に備え得る。その推定は、更なる２×２結合器の端子における光のパワーの更なる測定と共に、図６Ａに記載されるようにして得られた光のパワーの測定及び推定に基づいたものである。例えば、第一２×２結合器は図４の結合器４２０であり、更なる２×２結合器は結合器４４０であり得る。図６Ｂを参照すると、更なる推定工程は、光検出器を用いて（例えば、光検出器Ｐ４（４６８）及びＰ６（４８４）を用い、光検出器Ｐ３（４６６）及びＰ５（４８２）は省略）、更なる２×２結合器の四つの端子のうち二つにおける光のパワーを測定すること６５５を含む。また、更なる推定工程は、測定された光のパワーを示す信号を処理部に提供すること６６０も含む。また、更なる推定工程は、２×２結合器の他の端子における光のパワーの更なる推定と共に、更なる２×２結合器の二つの端子において測定された光のパワーを示す信号に基づいて、更なる２×結合器の未測定の端子における光のパワーを推定すること６６５も含む。この更なる推定は、推定６４０に基づいて提供され得る。他の２×２結合器についての他の更なる推定工程も同様に行うことができる。
【００８８】
以下、図６Ｂの更なる推定工程をより詳細に説明する。２×２結合器が端子Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤを有し、パワーが端子Ａ及びＣにおいてのみ測定されるものとする。更に、端子Ｂにおけるパワーの推定値が得られているものとする。そして、端子Ｂにおけるパワーの推定値と共に、端子Ａ及びＣにおけるパワーの測定値を用いて、端子Ｄにおけるパワーを推定することができる。このようにして、端子Ｄにおけるパワーを推定するのに、二つの測定値と一つの推定値のみが必要となる。
【００８９】
光検出器が第一２×２結合器と更なる２×２結合器との間に配置される場合、その光検出器によるパワーの測定と、その光検出器による測定パワーを示す信号の提供とは既に実行済みのものとなり得る。従って、図６Ｂの更なる推定工程の態様は、図６Ａに示される他の実行済み工程と重複し得る。
【００９０】
多様な実施形態において、図７を参照すると、処理部は、受信回路７１０と、処理回路７３０と、出力回路７５０とを備える。受信回路７１０は、光検出器７０５からの信号を受信して、その信号を処理回路によって利用可能な形式に変換する。受信回路７１０は、アナログデジタル変換回路、サンプリング回路、増幅回路等を備え得る。処理回路７３０は、受信回路７１０から信号を受信し、その信号を処理して、所望の出力、例えば、偏光状態の指標及び／又は制御信号７３５等を提供する。処理回路は、所定の方法で入力信号に基づいて出力信号を提供するためのアナログ電子機器やデジタル電子機器を含み得る。例えば、処理回路は、処理演算を行うようにメモリ７４２に記憶されたプログラム命令を実行するマイクロプロセッサ７４０を含み得る。メモリ７４２は、入力信号を出力信号に関連付けるルックアップテーブルを含み得る。出力回路７５０は、出力信号を受信して、その出力信号を更なる段で使用可能な形式に変換する。例えば、出力信号がフィードバック制御ループでＤＣ電流源を駆動させるのに用いられる場合、出力回路はアナログデジタル変換回路、電流ドライバ、これらの組み合わせ等を含み得る。図示されているように、また非限定的な例として、制御信号７３５が出力回路７５０に送られて、そこで制御済みのＤＣ電流７５５に変換されて、その制御のために移相器７６０に送られる。
【００９１】
受信回路７３０、処理回路７４０、出力回路７５０は同一箇所に配置され得て、又は一部が異なる箇所に配置され得る。例えば、処理回路７４０は、光検出器から分離した計算デバイス内に位置するマイクロプロセッサによって提供され得る。
【００９２】
処理回路７３０は、光検出器７０５から受信した信号のデジタル表現を、例えば倍率を適用することによって、光検出器に関連する特定の箇所における光のパワーを示す値に変換することができる。処理回路７３０は、異なる箇所における光のパワーを示す複数の値を共に処理して、制御信号を生成することができる。
【００９３】
用いられる制御方法の詳細は、偏光制御器の構造に依存し得ることを理解されたい。例えば、光検出器信号と移相器制御信号との間の定量的又は関数的な関係が、偏光制御器の構造に依存し得る。しかしながら、いずれの場合でも、光検出器は、偏光制御器の移相器（また、他の部品の場合もある）を制御するのに用いるのに十分なフィードバックデータを提供する。
【００９４】
以上の実施形態の説明によれば、本発明は、ハードウェアのみを用いて、又はソフトウェアと必要なユニバーサルハードウェアプラットフォームとを用いて、実施可能である。こうした理解に基づけば、本発明の技術的解決策の一部態様（フィードバック制御工程等）はソフトウェア製品の形式において実現可能である。ソフトウェア製品は、不揮発性又は非一時的な記録媒体に記録され得て、その記録媒体は、コンパクトディスクリードオンリメモリ（ＣＤ‐ＲＯＭ，ｃｏｍｐａｃｔ  ｄｉｓｋ  ｒｅａｄ‐ｏｎｌｙ  ｍｅｍｏｒｙ）や、ＵＳＢフラッシュディスクや、リムーバブルハードディスクであり得る。ソフトウェア製品は、コンピュータデバイス（パーソナルコンピュータや、サーバや、ネットワークデバイス）に本発明の実施形態において提供されている方法を実行させる複数の命令を含む。例えば、そのような命令は、本願で説明されている論理演算のシミュレーションに対応する。追加的に又は代替的に、ソフトウェア製品は、コンピュータデバイスに本発明の実施形態に従ってデジタル論理装置を構成又はプログラムするための演算を実行させる複数の命令を含み得る。ハードウェアを制御するソフトウェアは、同じモジュールに共に存在し得て、又は、外部コントローラがデータを読み取り、それに応じて動作する。これは、ソフトウェア定義型ネットワーキング（ＳＤＮ，ｓｏｆｔｗａｒｅ  ｄｅｆｉｎｅｄ  ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ）の場合により適していて、物理的構造の制御が、その制御される物理的構造以外の別のデバイスによって行われ得る。
【００９５】
本発明をその具体的な特徴及び実施形態を参照して説明してきたが、本発明から逸脱せずに、多様な修正や組み合わせが可能であることは明らかである。従って、明細書及び図面は、添付の特許請求の範囲によって定められる発明を単に例示するものであって、本発明の範囲内に落とし込まれる全ての修正、変更、組み合わせ、等価物をカバーするものである。
【符号の説明】
【００９６】
１００、２００  フォトニックデバイス
１１０、２１０  結合器
１１２、１１４、１１６、１１８、２１２、２１４、２１６、２１８  光線路
１２２、１２４、１２６、２２２、２２２ａ、２２４、２２６  タップ
１３２、１３４、１３６、２３２、２３２ａ、２３４、２３６  光検出器
１４０、２４０  処理部
２６０  ビーム分割器
２６５  中間部
２７０  機能ブロック
２７２、２７４  移相器
【図１】
2019525266.tif 000010
【図２】
2019525266.tif 000011
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
2019525266.tif 000015
【図６Ｂ】
2019525266.tif 000016
【図７】
2019525266.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成31年3月26日(2019.3.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
全部で四つの入出力として二つの入力と二つの出力とを有する結合器と、
前記四つの入出力のうち三つに結合され、前記四つの入出力のうち三つの各々における光のパワーを示す信号を提供するように構成された複数の光検出器と、
前記複数の光検出器によって提供された信号を受信するように構成された処理部とを備えるフォトニックデバイス。
【請求項２】
前記フォトニックデバイスが偏光制御器であり、前記処理部が、前記複数の光検出器によって提供された信号に基づいて前記偏光制御器の一つ以上の移相器を調整するための制御信号を提供するように構成されている、請求項１に記載のフォトニックデバイス。
【請求項３】
入射光信号を受信して、前記入射光信号を二つの直交成分に分割するように構成された偏光回転分割器を更に備える請求項１に記載のフォトニックデバイス。
【請求項４】
光信号の二つの成分の間に相対的な位相シフトを導入することによって、前記光信号の二つの位相シフト成分を提供し、前記二つの位相シフト成分を前記結合器の二つの入力に提供するように構成された移相器を更に備える請求項１に記載のフォトニックデバイス。
【請求項５】
前記結合器が多モード干渉結合器である、請求項１に記載のフォトニックデバイス。
【請求項６】
前記処理部が、前記複数の光検出器が結合されている三つの入出力以外の前記結合器の四つの入出力のうち一つにおける光のパワーを推定するように更に構成されている、請求項１から５のいずれか一項に記載のフォトニックデバイス。
【請求項７】
前記結合器に直列に接続され、全部で四つの更なる入出力として二つの更なる入力と二つの更なる出力とを有する更なる結合器と、
前記更なる結合器の四つの更なる入出力のうち二つに結合され、前記更なる結合器の四つの更なる入出力のうち二つの各々における光のパワーを示す信号を提供するように構成された一組の更なる光検出器とを更に備え、
前記一組の更なる光検出器によって提供された信号が、前記処理部に提供される、請求項１から５のいずれか一項に記載のフォトニックデバイス。
【請求項８】
前記一組の更なる光検出器に、前記複数の光検出器のうち少なくとも一つが含まれる、請求項７に記載のフォトニックデバイス。
【請求項９】
前記処理部が、前記更なる光検出器が結合されている前記四つの更なる入出力のうち二つ以外の前記四つの更なる入出力のうち一つにおける光のパワーを推定するように更に構成されている、請求項７に記載のフォトニックデバイス。
【請求項１０】
入射光信号を受信して、前記入射光信号を二つの成分に分割するように構成された偏光回転分割器と、
前記二つの成分の間に相対的な位相シフトを導入することによって、光信号の第一対の位相シフト成分を提供し、前記第一対の位相シフト成分を前記結合器の二つの入力に提供するように構成された第一移相器と、
前記結合器の二つの出力の間に相対的な位相シフトを導入することによって、光信号の第二対の位相シフト成分を提供し、前記第二対の位相シフト成分を前記更なる結合器の二つの入力に提供するように構成された第二移相器とを更に備え、
前記処理部が、前記複数の光検出器及び前記一組の更なる光検出器によって提供された信号に基づいて前記第一移相器及び前記第二移相器を調整するための制御信号を提供するように構成されている、請求項７に記載のフォトニックデバイス。
【請求項１１】
前記結合器に直列に接続され、全部で四つの第二の更なる入出力として二つの第二の更なる入力と二つの第二の更なる出力とを有する第二の更なる結合器と、
前記四つの第二の更なる入出力のうち二つに結合され、前記第二の更なる結合器の四つの第二の更なる入出力のうち二つの各々における光のパワーを示す信号を提供するように構成された第二組の更なる光検出器とを更に備え、
前記第二組の更なる光検出器によって提供された信号が、前記処理部に提供される、請求項７に記載のフォトニックデバイス。
【請求項１２】
全部で四つの入出力として二つの入力と二つの出力とを有する結合器を有するフォトニックデバイスに集積される測定デバイスであって、前記測定デバイスが、
前記四つの入出力のうち三つに結合され、前記四つの入出力のうち三つの各々における光のパワーを示す信号を提供するように構成された複数の光検出器を備え、
前記フォトニックデバイスに結合される処理部が、前記複数の光検出器によって提供された信号を受信するように構成される、測定デバイス。
【請求項１３】
前記処理部が、前記複数の光検出器に結合される三つの入出力以外の前記四つの入出力のうち一つにおける光のパワーを推定するように構成される、請求項１２に記載の測定デバイス。
【請求項１４】
前記フォトニックデバイスが、前記結合器に直列に接続され且つ全部で四つの更なる入出力として二つの更なる入力と二つの更なる出力とを有する更なる結合器を含み、前記測定デバイスが、前記更なる結合器の四つの更なる入出力のうち二つに結合され且つ前記更なる結合器の四つの更なる入出力の二つの各々における光のパワーを示す信号を提供するように構成された一組の更なる光検出器を更に備え、前記一組の更なる光検出器によって提供された信号が、前記処理部に提供される、請求項１２又は１３に記載の測定デバイス。
【請求項１５】
全部で四つの入出力として二つの入力と二つの出力とを有する結合器を有するフォトニックデバイスにおける光学測定を得るための方法であって、
前記結合器の四つの入出力のうち三つの各々に光学的に結合された複数の光検出器において光のパワーを測定することと、
前記四つの入出力のうち三つの各々における光のパワーを示す信号を、前記フォトニックデバイスに結合された処理部に提供することとを備える方法。
【請求項１６】
前記フォトニックデバイスが偏光制御器であり、前記方法が、処理部によって、前記偏光制御器の一つ以上の移相器用の制御信号を生成することを更に備える、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記処理部によって、前記四つの入出力のうち三つ以外の前記結合器の入力又は出力における光のパワーの推定値を生成することを更に備える請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記フォトニックデバイスが、前記結合器に直列に接続された更なる結合器を更に備え、前記更なる結合器が、全部で四つの更なる入出力として二つの更なる入力と二つの更なる出力とを有し、前記方法が、
前記更なる結合器の四つの更なる入出力のうち二つの各々に光学的に結合された更なる複数の光検出器において光のパワーを測定することと、
前記四つの更なる入出力のうち二つの各々における光のパワーを示す信号を前記処理部に提供することと、
前記処理部によって、前記四つの更なる入出力のうち二つ以外の更なる入出力のうち一つ以上における光のパワーの推定値を生成することとを更に備える、請求項１５から１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
前記フォトニックデバイスが、前記結合器に直列に接続された複数の追加結合器を備え、前記方法が、前記複数の追加結合器の各々の各入力と各出力における光のパワーを測定することと、前記複数の追加結合器のうち少なくとも一つの未測定の一つの入力と未測定の一つの出力とにおける光のパワーを推定することとを更に備える、請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
単一の光検出器を用いて、第一結合器の出力と、前記第一結合器に隣接して接続された第二結合器の入力との両方における光のパワーを測定することを更に備える請求項１９に記載の方法。
【国際調査報告】
2019525266.tif 000018
2019525266.tif 000019