(57)【要約】【解決手段】  半導体基板（１０７）に配置されたブラッグ格子（１１５）とゲイン媒体（１１３）とを使用した可同調波長変換の為の方法および装置の実施形態が、開示される。一実施形態では、第１の波長を有し、かつデータ成分に合わせて変調された入力光信号（１２１）は、少なくとも第１の波長とは異なる波長を有し、かつ入力光信号（１２１）におけるデータ成分に合わせて変調された光の放出を引き起こす為に、ゲイン媒体（例えば、量子カスケード・インターサブバンド間レーザ）へと導かれてよい。すると、放出光の少なくとも一部（１２５）は、選択されたブラッグ波長（λｃ）の誘導放出を引き起こす為に、注目すべきブラッグ格子（１１５）から反射されてよく、これにより、第１の波長とは異なる波長に相当し、かつ、入力光信号（１２１）のデータ成分に合わせて変調された出力光信号（１２９）を、生成する。
2005525707.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板に配置されたゲイン媒体であって、第１の波長を含み、その中に符号化されたデータを含んだ入力光信号を受け取るゲイン媒体と、
前記半導体基板に配置され、前記ゲイン媒体に接続されたレーザ共振器と、
前記レーザ共振器の第１の端を定める第１の反射板であって、前記半導体基板に配置された可同調ブラッグ格子を含み、当該可同調ブラッグ格子が、前記レーザ共振器における可同調中心波長を含む光の誘導放出を引き起こす為に、前記第１の波長とは異なる前記可同調中心波長を有する光を選択的に反射する為の、前記可同調ブラッグ格子に沿って複数の屈折率の摂動を形成する半導体基板に沿った複数の界面を有し、前記光が、前記ゲイン媒体によって生成される放出に相当する前記可同調中心波長を有すると共に、前記入力光信号との相互作用に応答して前記データに合わせて変調される、第１の反射板と、
前記レーザ共振器の第２の端を定める第２の反射板であって、前記可同調中心波長を有する前記光を少なくとも部分的に透過させる第２の反射板と、
を備える装置。
【請求項２】
前記ゲイン媒体によって生成された前記放出が、前記入力光信号の強度に比例した強度を含む前記可同調中心波長の光を備える請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記可同調ブラッグ格子を有する前記半導体基板の近くに配置されたヒータを更に備え、
前記半導体基板が、前記ヒータに応答可能な温度を含む前記可同調ブラッグ格子を有し、前記可同調中心波長が、前記半導体基板の前記温度に応答可能である、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記レーザ共振器が、前記半導体基板に配置されたリブ導波路を備える請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記複数の界面が、シリコンおよびポリシリコンの領域の間における複数の界面を備える請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記複数の界面が、電荷変調領域の間における複数の界面を備える請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記電荷変調領域における電荷濃度が、変調信号に応答して調節され、前記可同調中心波長が、当該電荷変調領域における前記電荷濃度に応答可能な請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記複数の界面が、様々な厚さの領域の間における複数の界面を備える請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記ゲイン媒体が、量子カスケード・サブバンド間レーザ（ｑｕａｎｔｕｍ  ｃａｓｃａｄｅ  ｉｎｔｅｒｓｕｂｂａｎｄ  ｌａｓｅｒ）を備える請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記量子カスケード・サブバンド間レーザが、多重の量子井戸を有しており、前記多重の量子井戸が、サブバンド間の遷移に応答して、約１５００ｎｍから約１６００ｎｍの範囲内の光を放出する材料を備える請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記材料が、少なくとも、ＡｌＧａＮ／ＧａＮの組み合わせの１つか、または、ＩｎＧａＡｓ／ＡｌＡｓＳｂの組み合わせを備える請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記可同調ブラッグ格子が、前記レーザ共振器に沿って多段接続（カスケード）された前記半導体基板に配置される第１の複数の可同調ブラッグ格子の１つを備え、前記第１の複数の可同調ブラッグ格子のそれぞれが、異なる可同調中心波長を有し、かつ、当該可同調中心波長のそれぞれにおいて、前記レーザ共振器における前記第１の端を定める請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
前記第２の反射板が、第２の可同調ブラッグ格子に沿って第２の複数の屈折率の摂動を形成するために前記半導体基板に配置された第２のブラッグ格子を有し、当該第２の可同調ブラッグ格子が、前記レーザ共振器における前記可同調中心波長を有する光の誘導放出を引き起こす為に、当該中心波長を有する光を選択的に反射する請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
半導体基板に配置されたレーザ共振器におけるゲイン媒体からの光を誘導放出するために、第１の波長を含み、かつ、その中に符号化されたデータを有する入力光信号を、前記半導体基板に配置された前記ゲイン媒体へと導く段階であって、前記放出光が、前記第１の波長とは別の少なくとも１つの可同調中心波長を有し、かつ、その中に、それに合わせて変調された前記データとを有する、入力光信号を前記ゲイン媒体へと導く段階と、
前記レーザ共振器において前記可同調中心波長を含む光を更に誘導放出する為に、前記レーザ共振器における第１の端から、前記可同調中心波長を有する光を反射する段階であって、前記光が、可同調ブラッグ格子に沿って複数の屈折率の摂動を形成する為に、前記半導体基板に沿った複数の界面を有する前記可同調ブラッグ格子によって、前記レーザ共振器の前記第１の端で反射された前記可同調中心波長を有する、光を反射する段階と、
前記レーザ共振器における第２の端から、前記可同調中心波長を有する光の少なくとも一部を透過させる段階と
を備える方法。
【請求項１５】
第２の可同調中心波長を有する光を選択的に反射する為に可同調ブラッグ格子を調整する段階を更に備える請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記可同調ブラッグ格子を調整する段階が、当該可同調ブラッグ格子を有する前記半導体基板の近くに配置されたヒータと共に当該可同調ブラッグ格子を有する当該半導体基板における温度を調節する段階を備える請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記可同調ブラッグ格子を調整する段階が、複数の電荷変調領域における電荷濃度を変調する段階を備え、当該複数の電荷変調領域が、前記半導体基板に沿って複数の界面を形成する請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１の波長を含み、かつ、その中に符号化されたデータを有する入力光信号を前記ゲイン媒体へと導く段階が、光通信ネットワークからの光通信信号を受信する段階を備える請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
前記可同調中心波長を含む前記光の少なくとも一部を透過させる段階が、光通信ネットワークにおける光通信信号を透過させる段階を備える請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
光通信ネットワークと、
前記光通信ネットワークに光学的に接続される可同調波長コンバータと
を備えるシステムであり、
前記可同調波長コンバータが、
半導体基板に配置され、第１の波長を含み、その中に符号化されたデータを含んだ入力光信号を受け取るゲイン媒体と、
前記半導体基板に配置され、前記ゲイン媒体に接続されたレーザ共振器と、
前記レーザ共振器の第１の端を定める第１の反射板であって、前記半導体基板に配置された可同調ブラッグ格子を含み、当該可同調ブラッグ格子が、前記レーザ共振器における可同調中心波長を含む光の誘導放出を引き起こす為に、前記第１の波長とは異なる前記可同調中心波長を有する光を選択的に反射する為の、前記可同調ブラッグ格子に沿って複数の屈折率の摂動を形成する半導体基板に沿った複数の界面を有し、前記光が、前記ゲイン媒体によって生成される放出に相当する前記可同調中心波長を有すると共に、前記入力光信号との相互作用に応答して前記データに合わせて変調される、第１の反射板と、
前記レーザ共振器の第２の端を定める第２の反射板であって、前記可同調中心波長を有する前記光を少なくとも部分的に透過させる第２の反射板と、
を備えるシステム。
【請求項２１】
前記可同調波長コンバータが、前記可同調ブラッグ格子を有する前記半導体基板の近くに配置されたヒータを更に備え、前記半導体基板が、前記ヒータに応答可能な温度を含む前記可同調ブラッグ格子を有し、前記可同調中心波長が、前記半導体基板の前記温度に応答可能な請求項２０に記載のシステム。
【請求項２２】
前記レーザ共振器が、前記半導体基板に配置されたリブ導波路を備える請求項２０に記載のシステム。
【請求項２３】
前記複数の界面が、シリコンおよびポリシリコンの領域の間における複数の界面を備える請求項２０に記載のシステム。
【請求項２４】
前記複数の界面が、電荷変調領域の間における複数の界面を備える請求項２０に記載のシステム。
【請求項２５】
前記電荷変調領域における電荷濃度が、変調信号に応答して調節され、前記可同調中心波長が、当該電荷変調領域における前記電荷濃度に応答可能な請求項２４に記載のシステム。
【請求項２６】
前記複数の界面が、様々な厚さの領域の間における複数の界面を備える請求項２０に記載のシステム。
【請求項２７】
前記ゲイン媒体が、量子カスケード・サブバンド間レーザを備える請求項２０に記載のシステム。
【請求項２８】
前記量子カスケード・サブバンド間レーザが、多重の量子井戸を有しており、前記多重の量子井戸が、サブバンド間の遷移に応答して、約１５００ｎｍから約１６００ｎｍの範囲内の光を放出可能な材料を備える請求項２７に記載のシステム。
【請求項２９】
前記可同調ブラッグ格子が、前記レーザ共振器に沿って多段接続（カスケード）された前記半導体基板に配置される第１の複数の可同調ブラッグ格子の１つを備え、前記第１の複数の可同調ブラッグ格子のそれぞれが、異なる可同調中心波長を有し、かつ、当該可同調中心波長のそれぞれにおいて、前記レーザ共振器における前記第１の端を定める請求項２０に記載のシステム。
【請求項３０】
前記第２の反射板が、第２の可同調ブラッグ格子に沿って第２の複数の屈折率の摂動を形成するために前記半導体基板に配置された第２のブラッグ格子を有し、当該第２の可同調ブラッグ格子が、前記レーザ共振器における前記可同調中心波長を有する光の誘導放出を引き起こす為に、当該中心波長を有する光を選択的に反射する請求項２０に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、広義には光デバイスに関しており、より詳細には、これに限られるわけではないが、半導体基板におけるブラッグ格子およびレーザを利用した可同調波長コンバータに関する。
【背景技術】
【０００２】
インターネットおよびマルチメディア通信の絶え間無い成長に伴って、ネットワークにおいて増大する容量の需要が、光ファイバの発展および利用に刺激を与えてきた。光ファイバネットワークのデータ伝達容量を最適化する試みでは、シングルファイバの中を複数の波長（即ち、複数のチャンネル）を介してデータを伝達するために、高密度波長分割多重システム（ＤＷＤＭ）等が実装される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
高速光ネットワークにおいて、１つの波長から別の波長へと光学的に情報が変換される波長変換が重要な役目を果す。例えば、大規模な光ネットワークにおいては、トラフィック密度が増加するにつれて、そのネットワークは、全てのリンク上に数多くの空チャネルを有してはいるが、２人のエンドユーザ間の如何なる経路においても、ただ一つの単波長が利用できないという場合があることは言うまでもない。このように、複数の信号がネットワークを妨害するようになるので、最も効率的に複数のユーザに対応するためには、これらの複数の信号の波長を変える必要がある。
【０００４】
波長変換に対する１つの直接的な解は、単純に、受信した光信号を電子的な形態に変換し、そして、所望の波長を持った第２の光信号を再送信することである。しかしながら、光から電子的な形態、そして更に光へと変換する処理は、相対的に速度が遅く、光ネットワークの効率および速度を制限してしまう。現在の典型的な全光波長コンバータにおいては、相互ゲイン変調、相互位相変調、４波長混合等の半導体光増幅器（ＳＯＡ）における非線形な光学的性質が利用される。これらの処理は、光−電子−光変換よりも効率的であるが、その一方で、これらの処理における波長変換の速度は、ＳＯＡにおけるキャリア・ダイナミクスによって根本的に制限される。例えば、ＳＯＡにおける光学的特性は、少なくとも部分的には、オージェ遷移のような比較的遅いプロセスを含んだキャリヤバンド間遷移によって決定される。
【０００５】
ＤＷＤＭシステムにおいて通常使用される光学部品は、波長分割多重の送信器や受信器、回折格子のような光学フィルタ、薄膜フィルタ、ファイバ・ブラッグ格子、アレイ型波長回折格子（ＡＷＧ）、光アドドロップマルチプレクサ（ＯＡＤＭ）、および波長可変レーザを含む。例えば、レーザは、誘導放出により光を放出し、赤外から紫外に至る周波数スペクトルを有するコヒーレントな光のビームを生成する周知のデバイスであり、様々なアプリケーション群において使用されてよい。例えば、光通信またはネットワークアプリケーションにおいて、半導体レーザは、データやその他の情報が符合化され伝送される光や光学ビームを生成するために使用されてよい。
【０００６】
光通信またはネットワークアプリケーションにおいて使用される他のデバイスは、ファイバを基礎とするブラッグ格子である。ファイバ・ブラッグ格子は、ファイバ長に沿って、ファイバのコア材料の屈折率を周期的に変えた光ファイバを含んだ光ファイバデバイスであり、強い光干渉縞へ感光性のあるコアを露光することで形成されてよい。ファイバ長に沿って屈折率が変化するので、所定の波長がブラッグ格子で反射され、一方で、その他の波長はファイバを伝って伝播することが許容される。
【０００７】
ファイバ・ブラッグ格子の１つの限界は、ブラッグ格子によって反射される所定の波長が、実質的に固定されることである。従って、異なる波長の光を反射させたい場合には、異なる複数のブラッグ格子が利用される。周知のファイバ・ブラッグ格子においては、反射した波長に対する名目上の調節は、光ファイバの長さを加減する為に、ファイバ・ブラッグ格子の光ファイバを物理的または機械的に伸ばすことで提供されてよい。この技術の不利な点は、反射した波長に対する調節の総量が相対的に小さいこと、そして、伸ばすことによる物理的な応力や歪からくる損傷を被る場合があるということである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
図において、類似の参照番号は、本発明の非限定的かつ非網羅的な実施形態の様々な図の全体にわたって類似の構成要素を参照する。またここでは、半導体基板に配置されたブラッグ格子およびレーザを用いた可同調波長コンバータの為の装置および方法に関する実施形態を詳述する。以下の記載では、本発明に係る実施形態の完全なる理解を提供するために、さまざまなシステムコンポーネントの識別などの、多数の具体的な詳細が提供される。しかしながら、本発明に係るそれぞれの実施形態は、その具体的な詳細で述べられたものの１つ以上が無かったとしても実施が可能であり、或いは、他の手段や部材や材料等が追加されても実施が可能であることが、当業者には理解できるであろう。更に、他の複数の例においては、本発明に係る様々な実施形態の様相を不明確にしてしまわないように、周知の構造や材料や動作は図示されておらず、また記載もされていない。
【０００９】
本明細書において「一実施形態」または「ある実施形態」と言う場合、その実施形態に関連して記載された、所定の特徴、構造、或いは特性が、本発明に係る少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。従って、本明細書を通して、様々な箇所で「一実施形態において」とか「ある実施形態において」という句が出現するが、これは、必ずしも、全てが同じ実施形態を指しているわけではない。更に、特定の特徴や構造や特性は、一つ以上の実施形態において、適切であればどのようにでも、組み合わせることができる。
【００１０】
概要を述べると、本発明に係る複数の実施形態は、半導体基板に配置されたブラッグ格子およびゲイン媒体（例えばレーザ）を用いた可同調波長コンバータの為の方法および装置を提供する。ある実施形態においては、第１の波長に対応する入力光信号は、データ成分に合わせて変調されてよいのであるが（例えば、入力信号は、光ネットワーク内を伝播する光伝達信号を有していてよい）、入力光信号は、第１の波長とは別の少なくとも１つの波長の光をゲイン媒体に放出させるために、ゲイン媒体へと導かれてよい。例えば、ある実施形態においては、ゲイン媒体は量子カスケード・サブバンド間レーザを有してよく、このレーザは、入力光信号による励起によって、入力光信号における第１の波長とは異なる少なくとも１つの波長の光を放出してよい。ある実施形態においては、ゲイン媒体から放出される光は、入力光信号の強度と比例した強度を有してよく、これにより、ゲイン媒体から放出される光を、入力光信号におけるデータ成分に合わせて変調する。
【００１１】
そして、入力光信号における第１の波長とは異なる少なくとも１つの波長の光は、レーザ共振器を通って、第１の反射板によって定義されたレーザ共振器における第１の端部へと、伝播してよい。一実施形態において、第１の反射板は、可同調ブラッグ格子を有してよく、このブラック格子は、加えられた条件（例えば熱や電荷など）に応答して、同調させることが可能な中心波長を有する光を選択的に反射してよい。すると反射光は、ゲイン媒体で同じ波長の光の誘導放出を引き起こすと共に、第２の反射板を介して、可同調波長コンバータからの可同調中心波長を有する光の少なくとも一部分を透過させてよく、レーザ共振器の第２の端部を定めると共に、可同調中心波長を有する光を少なくとも部分的に透過することが可能となる。ある実施形態においては、可同調波長コンバータの出力波長は、半導体を基礎とした可同調ブラッグ格子における中心波長をシフトすることにより、選択的に調整されてよい。
【００１２】
本発明に係るある実施形態においては、半導体を基礎とした可同調波長コンバータは、単一の集積回路チップ上に全体として集積するという解決方法で提供されてよい。開示された可同調波長コンバータの実施形態は、例えば、ブロードバンド光ネットワーク等を含んだアプリケーションにおける構成要素として、使用されてよい。例示された実施形態におけるその他の特徴は、上記の内容および添付の請求の範囲から、また、添付の図面とともに詳細な説明および議論が読み進まれるにつれて、読者にとって明らかとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
ここで図面を、特に図１を参照すると、可同調波長コンバータ１０１の一実施形態が、本発明に係る実施形態に従って示されている。図示されるように、可同調波長コンバータ１０１の一実施形態は、第１の半導体基板１０７と第２の半導体基板１１１とを有するＳＯＩウエハ（シリコン・オン・インシュレータ）１０３上に配置されてよい。一実施形態において、第１の半導体基板１０７は、ケイ素を有してよい。第１の半導体基板１０７は、第１の絶縁層１０５と第２の絶縁層１０９との間に配置されてよく、ある実施形態では、第２の絶縁層１０９は、第１の半導体基板１０７と第２の半導体基板１０７との間に配置される。
【００１４】
図に描かれた実施形態に示すように、可同調波長コンバータ１０１は、第１の半導体基板１０７の中に配置されたゲイン媒体１１３を含む。一実施形態において、ゲイン媒体１１３は、量子カスケード・サブバンド間レーザを有してよく、これについては、以下の図２で、より詳細に述べられる。更にある実施形態では、第１の半導体基板１０７の中に配置されたレーザ共振器１１７における第１の端部を定める為の第１の反射板を形成する為に、可同調波長コンバータ１０１は、第１の半導体基板１０７の中に配置された可同調ブラッグ格子１１５を有する。以下でより詳細に述べられるように、可同調ブラッグ格子１１５は、複数の界面を、第１の半導体基板１０７に沿って有しており、可同調中心波長を含んだ光を選択的に反射するために、複数の屈折率の摂動を可同調ブラッグ格子１１５に沿って形成する。一実施形態においては、可同調ブラッグ格子１１５を有する半導体基板のすぐ近くに配置されるヒータ１１９は、可同調ブラッグ格子１１５から反射された可同調中心波長を調節するために、可同調ブラッグ格子１１５を有する半導体基板の温度の局所的な調節に使用されてよい。ここで、「可同調中心波長（ｔｕｎａｂｌｅ  ｃｅｎｔｅｒ  ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ）」といった場合には、相対的に狭い範囲の波長における中心の波長（例えば、１０ピコメートル）を指しており、この波長が、本発明の実施形態に係る可同調ブラッグ格子から効率的に反射されてよいことは、いうまでもない。
【００１５】
一実施形態において、第１の半導体基板１０７に配置されたレーザ共振器１１７は、第１の絶縁層１０５および第２の絶縁層１０９と、可同調ブラッグ格子１１５を有する第１の反射板と、そして、ゲイン媒体１１３の構成要素を含む第２の反射板１３１とによって定められてよい。一実施形態において、第２の反射板１３１は、所望の反射率を持った、切断された表面や、刻面（ｆａｃｅｔ）や、またはコーティングされた表面を有してよい。ある実施形態においては、第２の反射板１３１は、可同調ブラッグ格子１１５から反射された可同調中心波長を持つ光を、少なくとも部分的に透過してよい。以下で詳細に述べられるように、レーザ共振器１１７は、ある実施形態においては、第１の半導体基板１０７に形成されるゲイン媒体１１３と導波路とを備える。
【００１６】
本動作において、まず、電気は、レーザ共振器１１７においてゲイン媒体１１３を経て、光に変換される。一実施形態において、第１の波長を有し、かつ、符号化されたデータを含んだ入力光信号１２１は、ゲイン媒体１１３からある範囲の波長を持った光１２３の放出を引き起こす為に、ゲイン媒体１１３へ導かれてよい。ゲイン媒体１１３の範囲内における特定のエネルギーバンドの範囲にある電子は、僅かに異なるエネルギーを有している場合があるので、あるエネルギーバンドから他のバンドへの遷移は、様々なエネルギーに相当しており、これにより、結果的には、複数の波長が、ゲイン媒体１１３からの放出光のスペクトルとなることはいうまでもない。入力光信号１２１に相当する第１の波長とは別の、少なくとも１つの波長を有する放出光１２３は、レーザ共振器１１７を通って、可同調ブラッグ格子１１５を有する第１の反射板へと伝播してよい。一実施形態においては、放出光１２３は、ゲイン媒体１１３における入力光信号１２１との相互作用に応答して、入力光信号１２１における符号化されたデータに合わせて変調されてよい。
【００１７】
一実施形態において、可同調ブラッグ格子１１５は、可同調ブラッグ格子１１５に関連したブラッグ波長（即ち、ブラッグ格子によって影響を受けた波長）に相当する、可同調中心波長を持った光１２３の一部を反射する。（ブラッグ波長に対応する可同調ブラッグ格子からの反射光の一部分は、参照番号１２５で示されている。）ブラッグ波長には対応しない、放出光１２３における残りの部分は、参照番号１２７に示されるように、実質的には影響を受けずにブラック格子を通過してよい。すると、光学ビーム１２３および１２５におけるブラッグ波長に対応する光は、レーザ発振、或いは放射線の誘導放出による光増幅がレーザ共振器１１７の中で生じるように、第２の反射板１３１と可同調ブラッグ格子１１５との間を前後に反射し続けてよい。
【００１８】
一実施形態において、可同調ブラッグ格子１１５の反射スペクトルは、比較的狭いバンド幅（例えば、１ｎｍ未満）に相当しているので、レーザ共振器１１７においては、これに対応した狭い周波数範囲で、レーザ発振が生じる。上記したように、第２の反射板１３１は、部分的に反射を行うので、これにより、ブラッグ波長（例えば、参照番号１２５を参照のこと）に相当する光の少なくとも一部は、第２の反射板１３１を通過し、そして、可同調中心波長を有し、かつ入力信１２１によって運ばれるデータに合うように変調された可同調波長コンバータからの出力光信号１２９として、伝達される。
【００１９】
主として図２を参照すると、第１の波長を持った入力光信号を有する量子カスケード・サブバンド間レーザ（ＱＣＩＬ）２０１の一例の概略図が、本発明に係る実施形態によって示されている。上記したように、ＱＣＩＬ２０１は、本発明に係る実施形態における可同調波長コンバータ（図１の参照番号１０１を参照）におけるゲイン媒体（図１の参照番号１１３を参照）を備えてよい。当業者には周知のように、ＱＣＩＬ２０１は、複数の量子井戸２０３ａ〜ｅを備える。一実施形態において、複数の量子井戸２０３ａ〜ｅは、量子井戸２０３ａ〜ｅの間における電子遷移に応答して、約１５００ｎｍから約１６００ｎｍの範囲内の光を放出可能な材料を備える。例えば、ある実施形態において、複数の量子井戸は、少なくとも、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ（アルミニウム−ガリウム−窒素／ガリウム−窒素）の組み合わせの１つ、或いは、ＩｎＧａＡｓ／ＡｌＡｓＳｂ（インジウム−ガリウム−砒素／アルミニウム−砒素−アンチモン）の組み合わせを備えてよい。本発明に係る他の実施形態においては、変換された異なる波長を利用するために、その他の量子井戸を利用してよいことはいうまでもない。
【００２０】
本動作において、電圧２０５は、ＱＣＩＬ２０１の入射器２０７に印加されてよく、入射器２０７は、印加された電圧２０５に応答して、第１の量子井戸２０３ａにおける高準位２０９ａへ電子を効果的に注入する。第１の量子井戸２０３ａの低準位２１１ａへ遷移した後、電子は、バリア２１７ａを通り抜け、第２の量子井戸２０３ｂの高準位２０９ｂへ至る。すると電子は、第２の量子井戸２０３ｂの低準位２１１ｂへと遷移し、このプロセスは、バリア２１７ｂ〜ｄのそれぞれによって分けられた、高準位２０９ｃ〜ｅおよび低準位２１１ｃ〜ｅをそれぞれ備える、第３の量子井戸２０３ｃ、第４の量子井戸２０３ｄ、および第５の量子井戸２０３ｅを通過して、電子が集光器２１３へ辿りつくまで繰り返される。ある実施形態において、現在の入射器は多重量子井戸２０３ａ〜ｅにおける上下のサブバンド（すなわち準位）の間の反転分布を誘発し、励起されたフォトンに反応して、レーザ発振の効果を生じる。サブバンド間の緩和時間は非常に短い（例えばピコ秒）ため、本発明に係る実施形態における可同調波長コンバータによって、超高速の波長変換が提供されてよい。
【００２１】
本発明に係る一実施形態においては、入力光信号（図２の参照番号２１５）は、ＱＣＩＬ２０１へ導かれ、多重量子井戸２０３ａ〜ｅにある高準位のサブバンド２０９ａ〜ｅの電子を消耗させてよく、これにより、ＱＣＩＬ２０１のゲインを減少させる。与えられた印加電圧（例えば印加電圧２０５）によって、多重量子井戸２０３ａ〜ｅにおける、高準位のサブバンド２０９ａ〜ｅおよび低準位のサブバンド２１１ａ〜ｅの間のそれぞれの電子密度差は、入力光信号２１５の強度に比例するので、ＱＣＩＬ２０１から放出される光（図１の光１２３参照）は、入力光信号２１５に対応する強度を持ち、そして、ある実施形態においては、入力信号２１５における符号化されたデータに合わせて変調されてよい。
【００２２】
主として図３を参照すると、半導体基板に配置され、可同調波長コンバータ（図１の参照番号１０１を参照）で利用されるヒータを有する可同調ブラッグ格子３０１の一例の断面のブロック図が、本発明の実施形態に従って示されている。一実施形態において、可同調ブラッグ格子３０１は、図１の可同調ブラッグ格子１１５の代わりに使用されてよい。一実施形態において、可同調ブラッグ格子３０１は、シリコン領域３０５とポリシリコン領域３１１との間に複数の界面を有したシリコン／ポリシリコン格子を備える。シリコンおよびポリシリコンは、説明の為の材料の一例として用いられているだけであり、ＩＩＩ−Ｖ族に含まれるその他の半導体材料や類似の材料を、本発明の他の実施形態で使用できることは、いうまでもない。
【００２３】
図示された実施形態においては、複数のポリシリコン領域３１１は、実効屈折率ｎｅｆｆの周期的摂動、もしくは準周期的摂動を形成するように、第１のシリコン半導体基板３０５を通る光路３１３に沿って、第１のシリコン半導体基板３０５に配置される。実効屈折率ｎｓｉおよびｎｐｏｌｙをそれぞれ有するシリコンおよびポリシリコンが利用される一実施形態においては、ポリシリコン領域３１１とシリコン領域３０５との間の複数の界面のそれぞれにおいて、微小な実効屈折率差Δｎｅｆｆ（または、ｎｐｏｌｙ−ｎｓｉ）が、与えられてよい。一実施形態においては、Δｎｅｆｆの値は、およそ、０．００５から０．０３の値の範囲内であってよい。しかしながら、本発明の他の実施形態においては、Δｎｅｆｆの為に、その他の範囲の値が利用されてもよいことは、いうまでもない。
【００２４】
図３に図示したように、第１のシリコン半導体基板３０５は、一実施形態において、ＳＯＩウエハ３１５の一部を備えてよい。このように、第１のシリコン半導体層３０５と、第２の半導体基板３０９との間に、第２の絶縁層３０７、或いは、埋設された酸化層が、配置されてよい。一実施形態においては、第１のシリコン半導体基板３０５が、第１の絶縁層３０３および第２の絶縁層３０７の間に配置されるように、第１の絶縁層３０３が含まれてよい。一実施形態において、第１の絶縁層３０３は、ＳＯＩウエハ３１５における層間絶縁層を備えてよい。一実施形態において、第１の絶縁層３０３および第２の絶縁層３０７は、酸化物材等を有してよい。その結果、光路３１３を有する導波路３１７は、第１の絶縁層３０３および第２の絶縁層３０７によって形成された被覆を有する第１のシリコン半導体基板３０５の中に備えられる。
【００２５】
一実施形態において、図４に示されるように、導波路３１７はリブ導波路を備える。図４は、本発明の実施形態に係る半導体基板に配置された可同調ブラッグ格子を備えたリブ導波路４０１の一実施形態の斜視図である。一実施形態において、リブ導波路４０１は、図３に示されたＳＯＩウエハ３１５における、第１の絶縁層３０３および第２の絶縁層３０７の間に配置されてよい。一実施形態において、リブ導波路４０１は、リブ導波路４０１を通る光路に沿って、屈折率の周期的摂動、または準周期的な摂動を形成するために、シリコン４０３とポリシリコン４０５との境界領域を有してよい。ある実施形態において、リブ導波路４０１が、リブ領域４０７とスラブ領域４０９とを備えてもよいことはいうまでもない。光学ビーム４１１の大部分が、リブ領域４０７の一部を通ってリブ導波路４０１の内部へ向かって伝播するように、シングルモードの光学ビーム４１１の強度分布は、図に示すように、リブ導波路４０１を通って伝播している。更に、光学ビーム４１１の一部は、スラブ領域４０９を通って、リブ導波路４０１の内部へ向かって伝播する。
【００２６】
続いて図３を参照すると、ある実施形態において、複数の波長λ１、λ２、およびλ３を有する光３１９（例えば、図１のゲイン媒体１１３から放出される）は、可同調ブラッグ格子３０１におけるシリコン領域３０５およびポリシリコン領域３１１の間で形成された複数の界面に入射してもよい。図示された実施形態においては３つの波長を含んでいるが、本発明に係る他の実施形態における光３１９は、これとは異なった数の波長を含んでよい。
【００２７】
上記したように、シリコン領域３０５およびポリシリコン領域３１１の間における複数の界面が、導波路３１７のおける光路３１３に沿った、屈折率の複数の摂動を形成する。このように屈折率ｎｅｆｆが異なっている結果として、光３１９の多重的な反射が、光路３１３に沿って、シリコン領域３０５とポリシリコン領域３１１との間で生じる。一実施形態においては、ブラッグ条件、または位相整合条件が満たされる場合、ブラッグ反射が生じる。例えば、均一なブラッグ格子において、ブラッグ条件ｍλＢ＝２ｎｅｆｆΛが満たされる場合、ここでｍは回折の次数、λＢはブラッグ波長、ｎｅｆｆは、導波路３１７にける実効屈折率、Λは、格子の周期であるが、この場合に、ブラッグ反射が生じる。
【００２８】
例えば、図３は、λＢがλ２に等しいブラッグ条件を示す。これにより、波長λ２に対応する光３２１が、複数の波長λ１、λ２、λ３を含んだ光３１９が導波路３１７へ入射した方向とは反対の方向へ反射されている様子が示されている。更に、光３１９の残り（即ち、格子界面で反射しなかった）は、光３１９が導波路３１７に入射した方向に、光路３１３に沿って導波路３１７の中を伝播しつづける。（例えば、参照番号３２３は、この光が波長λ１およびλ３に対応することを示している。）一実施形態において、ブラッグ波長λ２は、入力光信号（図１の参照番号１２１を参照）における符号化されたデータによって変調された、出力光信号１２９（図１参照）の変換された波長を備えてもよい。
【００２９】
一実施形態において、シリコン領域３０５とポリシリコン領域３１１との間の複数の界面で反射されるブラッグ波長（即ち、可同調中心波長）は、導波路３１７のすぐ近くに配置されたヒータ３２５を介して、同調可能、或いは調節可能であってよい。一実施形態において、ヒータ３２５は、第１のシリコン半導体基板３０５およびポリシリコン領域３１１の温度を制御する、薄膜ヒータやその類似のものを、光路３１３に沿って、導波路３１７に備える。シリコンおよびポリシリコンは、約２×１０−４／°Ｋのオーダーという、温度変化に応答した大きな屈折率変化を有しており、このシリコンおよび／またはポリシリコン等の半導体材料における温度に伴う屈折率の変化は、例えばシリカのような他の材料と比べて２桁以上大きいということは、いうまでもない。このように、本発明の実施形態によると、第１のシリコン半導体基板３０５およびポリシリコン領域３１１の温度を制御することによって、可同調ブラッグ格子３０１で反射された光の中心波長の相対的に意味のあるシフトが提供される。
【００３０】
主として図５を参照すると、可同調ブラッグ格子の一例において、異なる温度における反射率と波長との関係を示したグラフ表示５０１が、本発明に係る実施形態に従って示されている。一実施形態において、ブラッグ格子のシリコン／ポリシリコン領域の温度は、２５℃、７５℃、および１２５℃の間で調節されてよい。図示された実施形態において、シリコン領域とポリシリコン領域との間における実効屈折率の差は、およそ０．００８であり、格子周期Λは、およそ２μｍである。図示された実施形態において、第１のプロット５０３は、あるシリコン／ポリシリコンブラッグ格子で反射された光の中心波長が、２５℃において、約１．５４４μｍであることを示している。これと比べて、第２のプロット５０５は、シリコン／ポリシリコンブラッグ格子で反射された光の中心波長が、７５℃において、約１．５４８μｍであることを示しており、一方、第３のプロット５０７は、シリコン／ポリシリコンブラッグ格子で反射された光の中心波長が、１２５℃において、約１．５５２μｍへとシフトするか、或いは調整されることを示している。一実施形態において、薄膜ヒータ（例えば、図３のヒータ３２５参照）は、マイクロ秒のオーダーで、中心波長の調整速度を提供する。
【００３１】
図５と関連して記載され図示された、材料、寸法、波長、および屈折率の値は、一例として示されたに過ぎず、他の材料、寸法、波長、および屈折率の値が、本発明の他の実施形態において用いられてよいことは、言うまでもない。
【００３２】
一実施形態において、図５に図示されたプロット５０３、５０５、および５０７のそれぞれの極大値の縁には副ローブ（ｓｉｄｅｌｏｂｅｓ）があることが、読者には認められるであろう。均一な、或いは周期的なブラッグ格子が利用される場合、通常、副ローブは相対的に大きい。例えば、均一な、或いは周期的なブラッグ格子の光路に沿った実効屈折率の周期的摂動が、図６ａのグラフ表示６０１に示されている。Ｙ軸に沿って示されるように、実効屈折率ｎｅｆｆは、グラフ表示６０１のＸ軸に沿ってＺとして示されるように、光路で周期的または規則的に振動する。これと対照的に、重み付け（ａｐｏｄｉｚｅｄ）されたブラッグ格子を用いることで、図５に示されたプロット５０３、５０５、および５０７のそれぞれの極大値の縁における副ローブのサイズを減らしてよい。例えば、重み付けされたブラッグ格子の光路に沿った実効屈折率の周期的な摂動は、図６ｂのグラフ表示６０３で示される。重み付けされた他の種類の格子や、その他の格子が、本発明の他の実施形態に従って利用することができるのはいうまでもない。
【００３３】
主として図７を参照すると、半導体基板に配置され、可同調波長コンバータ（図１の参照番号１０１を参照）において利用可能な、電荷変調領域を有する可同調ブラッグ格子７０１の他の例の断面図を示したブロック図が、本発明の実施形態に関連して示されている。一実施形態において、可同調ブラッグ格子７０１は、図１における可同調ブラッグ格子１１５に代えて用いられてよい。図示された実施形態において、可同調ブラッグ格子７０１は、光路７０５を含んだ第１の半導体基板７０３を有しており、その光路７０５を通って、光（例えば、図１におけるゲイン媒体１１３から放出される光）が導かれてよい。一実施形態において、第１の半導体基板７０３は、ＳＯＩウエハ７０７の中に、第１の絶縁層７０９と第２の絶縁層７１１との間に含まれてよく、また、第２の絶縁層７１１によって第１の半導体基板７０３とは離間している第２の半導体基板７１３を有してよい。図３に関連して先に記載されているように、光導波路７１５は、第１の半導体基板７０３の範囲内において備えられてよい。
【００３４】
一実施形態において、可同調ブラッグ格子７０１は、例えば酸化金属半導体（ＭＯＳ）と同様に、導体−絶縁体−半導体構造７１７を複数備えた、複数の溝がつけられたシリコン構造を有しており、半導体構造７１７は、光路７０５に沿って配置される。複数の構造７１７のそれぞれは、導体７１９を通じて、変調信号ＶＧを受信するために第１の絶縁層７０９を通して接続されており、また複数の構造７１７のそれぞれに接続される。一実施形態において、複数の構造７１７のそれぞれの高さはｈであって、この高さｈは、導波路７１５における光の伝播損失が許容できるように選択される。
【００３５】
実効屈折率ｎｅｆｆにおける周期的摂動、または準周期的摂動は、使用されている特定のスペクトルにおける屈折率（例えば、ｎＳｉ）や導波路７１５を通って伝播する光の波長λと同様に、光路７０５に沿って、光路７０５に沿った導波路７１５の幾何形状の関数に関連するか等しくなるように定められてよい。従って、半導体基板７０３がシリコンを含む場合、実効屈折率ｎｅｆｆは、構造７１７を含めない導波路７１５の高さＨ、ｎｓｉ、およびλの関数である。それぞれの構造７１７を有する導波路７１５におけるそれぞれの領域７２１においては、実効屈折率ｎｅｆｆ’は、構造７１７を含めて、導波路７１５の高さ（Ｈ−ｈ）、ｎｓｉ、およびλの関数である。これにより、実効屈折率の差Δｎｅｆｆは、ｎｅｆｆ−ｎｅｆｆ’に等しい。
【００３６】
一実施形態において、複数の構造７１７の近傍の第１の半導体基板７０３における電荷変調領域７２３における自由電荷キャリアの濃度に影響を及ぼすために、構造７１７は、導体７１９を通る変調信号ＶＧに応答して、バイアスされてよい。例えば、導体７１９を通じて、変調信号ＶＧと共に正電圧が印加された場合、第１の半導体基板７０３における電子は、電荷変調領域７２３へ掃きだされる。より小さな正電圧が印加される場合、電荷変調領域７２３へ掃きだされる自由電荷キャリアの濃度は、減少してよい。本発明の他の実施形態においては、電荷と電圧の極性が反対であってもよく、また、構造７１７の個数が、より多くても、より少なくともよいことはいうまでもない。
【００３７】
一実施形態において、電荷変調領域７２３における実効屈折率ｎｅｆｆは、導波路７１５を通って伝播する光の光電界ベクトルと、光路７０５に沿って存在する自由電荷キャリアとの間の相互作用に応答して生じるプラズマ光学効果を介して、変調信号ＶＧに応答して、変調されてよい。シリコン基板において、自由電子濃度（ΔＮｅ）とホール（正孔）濃度（ΔＮｈ）の変化による実効屈折率における変化Δｎｅｆｆは、次式で与えられる。
【００３８】
【数１】
2005525707.tif 000003
ここで、Ｎ０は、シリコンの公称屈折率（ｎｏｍｉｎａｌ  ｒｅｆｒｅｃｔｉｖｅ  ｉｎｄｅｘ）、ｅは電子電荷、ｃは光速、ε０は自由空間における透過率、ｍｅ＊およびｍｈ＊は、それぞれ、電子およびホールの有効質量である。
【００３９】
本動作において、可同調ブラッグ格子７０１は、図３と関連して既に記載されたように機能してよい。一実施形態において、複数の波長λ１、λ２およびλ３を備えた光７２５（例えば、図１のゲイン媒体１１３から放出された光）は、電荷変調領域７２３を有する複数の領域７２１と、可同調ブラッグ格子７０１における第１の半導体基板７０３における残りの部分との間で形成された複数の界面へ、入射してよい。図示された実施形態においては、３つの波長を含んでいるが、本発明に係る他の実施形態における光７２５は、これとは異なった数の波長を含んでよい。光路７０５に沿った屈折率の周期的摂動、または準周期的な摂動を、光７２５が受けるに従って、先に述べたブラッグ条件が満足されてよく、可同調ブラッグ格子７０１に界面によって反射されるべきブラッグ波長（この場合は、波長λ２の光７２７）に相当する光が引き起こされる。入射した光７２５の残り（即ち、可同調ブラッグ格子７０１の界面では反射しなかった）は、光７２５が導波路７１５に入射した方向へと、影響を受けることなく、格子を通り抜けてよい。（例えば、参照番号７２９は、光が波長λ１およびλ３に対応することを示している。）
【００４０】
一実施形態において、電荷変調領域７２３を含んだ領域７２１と、可同調ブラッグ格子における第１の半導体基板７０３での残りの領域との間にある複数の界面で反射されるブラッグ波長（即ち、可同調中心波長）は、変調信号ＶＧを介して、電荷変調領域７２３における電荷変調によって、同調可能、あるいは調節可能であってよい。上記したように、光路７０５に沿った実効屈折率Δｎｅｆｆは、本発明の実施形態における可同調ブラッグ格子７０１の界面で反射された光の中心波長において、相対的に有意なシフトを生じさせるために、変調信号ＶＧに応答して、変調されてよい。
【００４１】
主として図８を参照すると、本発明に係る実施形態に関連して、可同調波長コンバータ８０１の他の例を図示したブロック図が示されている。図１で図示された実施形態と同様に、図８の可同調波長コンバータ８０１は、第２の絶縁層８０９によって第１の半導体基板８０７と分けられた第２の半導体基板８１１がそうであるのと同様に、第１の絶縁層８０５と第２の絶縁層８０９との間に配置された、第１の半導体基板８０７を有するＳＯＩウエハ８０３の上に配置されてよい。
【００４２】
図示された実施形態が示すように、可同調波長コンバータ８０１は、ゲイン媒体８１３と第１の半導体基板８０７に配置された複数の可同調ブラッグ格子８１５ａ〜ｃとを有し、ある実施形態において、ゲイン媒体８１３はＱＣＩＬを備えてよい。他の実施形態においては、より多くの、或いはより少ない個数のブラッグ格子を有してもよいことはいうまでもない。一実施形態において、複数の可同調ブラッグ格子は（例えば、可同調ブラッグ格子８１５ａ〜ｃ）は、ゲイン媒体８１３の全スペクトルを含んだ調整可能な全範囲を有する。一実施形態において、レーザ共振器８１７は、第１の半導体基板８０７において、第１の絶縁層８０５と第２の絶縁層８０９との間であって、かつ、複数の可同調ブラッグ格子８１５ａ〜ｃを備えた複数の反射板と、ゲイン媒体８１３の一部を備えた第２の反射板８１９との間に定められてよい。一実施形態において、第２の反射板８１９は、切断された表面または、刻面（ｆａｃｅｔ）を備えてよい。
【００４３】
一実施形態において、複数の可同調ブラッグ格子８１５ａ〜ｃのそれぞれは、異なるブラッグ波長λｃ１、λｃ２、およびλｃ３にそれぞれ一致するように調整されてよい。複数の可同調ブラッグ格子８１５ａ〜ｃは、ある実施形態において、可同調ブラッグ格子８１５ａ〜ｃのそれぞれに対応するそれぞれのブラッグ波長に対応する光を選択的に反射する反射板として作用する。本動作では、ある実施形態において、複数の波長（例えば、波長λｃ１、λｃ２、λｃ３）に対応する光８２３は、第１の波長に対応し、かつ、その中に変調されたデータを含む入力光信号８２１に応答して、ゲイン媒体８１３から生成されてよい。一実施形態において、放出光８２３は、入力光信号８２１における第１の波長とは少なくとも異なる１つの波長に相当しており、また、図１および図２に関連して既に述べられたように、データに合わせて変調される。
【００４４】
中心波長λｃ１を有する光８２３の一部は、ブラッグ波長λｃ１を有する第１の可同調ブラッグ格子８１５ａによって反射されてよい。（反射された一部は、参照番号８２５で図示されている。）放出光８２３残りの部分は、（残りの部分は、参照番号８２７で図示されている）、レーザ共振器８１７を通って、第２の可同調ブラッグ格子８１５ｂへと伝播を続けてよい。ここの点で、波長λｃ２の中心波長を持つ放出光８２３の他の部分は、ブラッグ波長λｃ２を持つ第２の可同調ブラッグ格子８１５ｂによって反射されてよい（反射された部分は、参照番号８２９で図示されている）。再び、放出光８２３の残りの部分（残りの部分は、参照番号８３１で図示されている）は、レーザ共振器８１７を通って、第３の可同調ブラッグ格子８１５ｃへと伝播を続けてよい。再度、波長λｃ３の中心波長を有する放出光８２３の他部分は、波長λｃ３を持った第３の可同調ブラッグ格子８１５ｃによって反射されてよい。（反射された部分は、参照番号８３３で図示されている）。ゲイン媒体８１３から放出された光の全スペクトルを反射するように複数の可同調ブラッグ格子が構成された実施形態においては、より広い波長の範囲が入力光信号８２１を変換するために利用可能となされて良い。
【００４５】
一実施形態において、入力光信号８２１において符号化されたデータを含み、変換された波長λｃ１、λｃ２、λｃ３の少なくとも１つに相当するような出力光信号８３５が可同調波長コンバータ８０１によって生成されるように、第２の反射板８１９は、部分的に反射を行う。一実施形態において、複数のブラッグ格子８１５ａ〜ｃは、図３に関連して既に述べたのと同様に、可同調ブラッグ格子８１５ａ〜ｃを含む半導体基板の近くに配置された複数のヒータ８３７ａ〜ｃを介して、調整されてよい。ゲイン媒体８１３から放出された光８２３に相当するいかなる波長も、もはや反射しないように、複数の可同調ブラッグ格子８１５ａ〜ｃのいずれかが「調整（ｔｕｎｅｄ）」されてよいことはいうまでもなく、これにより、それぞれ異なる選択され変換された波長（例えば、λｃ１、λｃ２、λｃ３）に相当し、かつ、複数の波長を有さない出力光信号（例えば、出力光信号８３５）を提供する。
【００４６】
主に図９を参照して、可同調波長コンバータ９０１の更に他の例を図示したブロック図が、本発明の実施形態に従って示されている。図１および図８で図示された実施形態と同様に、図９の可同調波長コンバータ９０１は、第２の絶縁層９０９によって第１の半導体基板９０７と分けられた第２の半導体基板９１１がそうであるのと同様に、第１の絶縁層９０５と第２の絶縁層９０９との間に配置された、第１の半導体基板９０７を有するＳＯＩウエハ９０３の上に配置されてよい。
【００４７】
図示された実施形態が示すように、可同調波長コンバータ９０１は、ゲイン媒体９１３と第１の半導体基板９０７に配置された複数の可同調ブラッグ格子９１５ａ〜ｆとを有し、ある実施形態において、ゲイン媒体９１３はＱＣＩＬを備えてよい。他の実施形態では、より多くの、或いはより少ない個数のブラッグ格子を有してもよいことは、いうまでもない。更に、ある一実施形態において可同調波長コンバータ９０１は、第１の絶縁層９０５および第２の絶縁層９０９によって、その一端は複数の可同調ブラッグ格子９１５ａ〜ｃに提供される反射板によって、その他端は複数の可同調ブラッグ格子９１５ｄ〜ｆに提供される反射板によってそれぞれ定められた、レーザ共振器９１７を有する。一実施形態においては、複数のブラッグ格子９１５ｄ〜ｆによって提供される反射板は、それらが全体として反射をしないように設計され、これにより、ブラッグ波長に相当する光の一部分が可同調波長コンバータ９０１を通過し、かつ、放出されることが許容される。可能となる。他の実施形態においては、複数の可同調ブラッグ格子９１５ｄ〜ｆによって提供された反射板は、全体として反射をしないように設計されてもよく、或いは、複数の可同調ブラッグ格子９１５ｄ〜ｆによって提供された反射板もまた、全体として反射をしないように設計されてもよく（即ち、格子９１５ｄ〜ｅに加えて）、これにより、ブラッグ波長に相当する光の一部分が通過し、波長コンバータ９０１から放出されることが可能となることは言うまでもない。可同調波長コンバータ９０１の他の機能は、図１および図８に関連して記した機能と同様であってよい。
【００４８】
一実施形態において、複数の可同調ブラッグ格子９１５ａ〜ｆのそれぞれは、それぞれのブラッグ波長に対応する光を選択的に反射する反射板として作用するために、異なるブラッグ波長λｃ１、λｃ２、λｃ３、λｃ１’、λｃ２’、λｃ３’に一致するようにそれぞれ調整されてよい。一実施形態において、ブラッグ波長λｃ１、λｃ２、またはλｃ３のうちの１つは、λｃ１’、λｃ２’、またはλｃ３’に適合するように、或いは等しくなるように調整されてよい。ブラッグ波長λｃ１、λｃ２、またはλｃ３における残った波長は、λｃ１’、λｃ２’、またはλｃ３’における残ったいずれの波長とも等しくないように調整されてよい。これらの場合、例えば、λ２＝λ２’、λ１≠λ１’、λ３≠λ３’である。一実施形態においては、可同調ブラッグ格子９１５ａ〜ｆは、ゲイン媒体９１３における全スペクトルをカバーするように調整されてもよい。
【００４９】
一実施形態において、第１の波長に相当し、その中で符号化されたデータを有する入力光信号９１９は、可同調波長コンバータ９０１へと導かれ、ゲイン媒体９１３から光を放出させてよい。すると、一実施形態において、ゲイン媒体９１３から放出される光は、図８と関連して上で述べたのと同様に、複数のブラッグ格子９１５ａ〜ｆのそれぞれから反射されてよい。本例では、λ２＝λ２’であり、波長λ２およびλ２’に相当する光の部分は、前述のように、相応に調整されたブラッグ格子の間で前後に反射し続け、その結果、レーザ共振器９１７において、レーザ発振が生じる。一実施形態において、ゲイン媒体９１３から放出される光は、図１および図２に関連して既に記載されているように、入力光信号９１９における符号化されたデータと合うように変調されてよく、これにより、変換された波長（例えば、λｃ１とλｃ１’、またはλｃ２とλｃ２’、またはλｃ３とλｃ３’）の１つに相当する出力光信号９２１は、その中で符号化されたデータと共に、可同調波長コンバータ９０１から放出されてよい。出力光信号９２１において、選択されていない波長（例えば、λｃ１とλｃ１’、またはλｃ３とλｃ３’）は、レーザ共振器９１７の中で、内部的に反射されず、従ってそれらの波長についてのレーザ発振が生じないので、出力光信号９２１において、選択されていない波長（例えば、λｃ１とλｃ１’、またはλｃ３とλｃ３’）の存在は、単に小さなローブとして現れているということは、いうまでもない。
【００５０】
他の実施形態においては、単一の格子は、多重の回折の次数を持っているので。分かれた格子９１５ａ〜ｃに代えてサンプルの格子（不図示）のような、単一の格子Ｇ１が、多重の波長を反射するのに使用されてよい。同様に、僅かに異なるピッチの第２の格子Ｇ２（不図示）は、多重の波長（例えば、λｃ１’、λｃ２’、λｃ３’）を反射するために使用されてもよく、分かれた格子９１５ａ〜ｃに置き換えられてよい。本実施形態において、ブラッグ格子Ｇ１における、ブラッグ次数の１つ、またはブラッグ波長の１つが、ブラッグ格子Ｇ２における、ブラッグ次数の１つ、或いは、ブラッグ波長の１つに適合または等しくなるように調整されてよい。別々の格子からではなく、単一の格子から反射が起こることを除き、図９と関連して既に記載されたのと同様に、反射のプロセスは進行する。
【００５１】
主として図１０を参照すると、可同調ブラッグ格子とレーザとを使用した可同調波長変換の為の、処理１００１におけるイベントの流れの一例を図示したフローチャートを、本発明に係る実施形態に従って示す。図１から図９に関連して既に記載されているように、処理１００１は、第１の波長を有し、符号化されたデータを含んだ入力光信号を、ゲイン媒体（処理１００３参照）へ導くことで始まる。すると、処理１００１は、第１の波長とは別の少なくとも１つの、可同調中心波長を有すると共に、データに合うように変調された、ゲイン媒体からの光の誘導放出を続ける。これに続き、処理１００１は、可同調中心波長を有する光の更なる誘導放出の為に、レーザ共振器における第１の端（例えば、可同調ブラッグ格子）から、可同調中心波長の光の反射を続ける。そして処理１００１は、レーザ共振器（処理１００９参照）の第２の端から、可変の中心波長を有する光の少なくとも一部の透過を続ける。
【００５２】
一実施形態において、次に処理１００１は、本発明に係る実施形態における可同調波長コンバータに、入力光信号、或いは別の入力光信号を、別の異なる波長へと変換させるために、第２の可同調中心波長を反射するための（処理１０１１を参照）ブラッグ格子の調整を続ける。
【００５３】
主として図１１を参照すると、光学システム１１０１の一例のブロック図が、本発明の実施形態に従って示されている。一実施形態において、光学システム１１０１は、可同調波長コンバータ１１０５に光学的に接続された光通信ネットワーク１１０３ａを有する。ある実施形態において、可同調波長コンバータ１１０５は、例えばファイバリボンを介して光通信ネットワーク１１０３と光学的に接続されてよい。可同調波長コンバータ１１０５は、図１から図９に関連して記載された全ての実施形態、または、いずれの実施形態を備えてもよいことは、いうまでもない。
【００５４】
一実施形態において、可同調波長コンバータ１１０５は、他の光ネットワーク１１０３ｂに光学的に接続されてもよく、この他の光ネットワーク１１０３ｂは、第１の光ネットワーク１１０３ａとは別のネットワークを備えてもよいし、または、より大きな別のネットワークを単純に備えてもよい。例えば、可同調波長コンバータ１１０５は、光通信を介して通信効率を向上させるために、ある波長（即ち、チャンネル）からのデータ情報を、別の波長へと変換する光ネットワーク（例えば、光ネットワーク１１０３ａと１１０３ｂ）のある部分間での相互接続としての役目を果してもよい。
【００５５】
本明細書中の、限られた数の実施形態の文脈の中で本発明が記載されそして図示されたが、本発明の本質的な特徴の趣旨から逸脱しない範囲内における多数の形態において、本発明は実施されてよい。従って、本開示における要約に記載された内容も含めて、図示され記載された実施形態は、あらゆる点において、例示的であるが限定的ではないと解される。本発明の範囲は、前述の記述ではなく、むしろ添付の請求の範囲によって示されており、請求の範囲と同等の意味に含まれる全ての変更、そして同等の範囲内にある全ての変更は、本発明の範囲内に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の実施形態に係る可同調波長コンバータの一例を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態に係る入力光信号（ポンプ）ビームを有する量子カスケード・サブバンド間レーザの一例を示す概略図である。
【図３】本発明の実施形態に係る可同調波長コンバータで利用されてよいヒータを有する半導体基板に配置された可同調ブラッグ格子の一例の断面図を示したブロック図である。
【図４】本発明の実施形態に係る可同調波長コンバータで利用されてよいリブ導波路を有する半導体基板に配置された可同調ブラッグ格子の一例の斜視図である。
【図５】本発明の実施形態に係る可同調波長コンバータの一例において、異なる温度での反射率と波長との関係を示したグラフ表示である。
【図６ａ】本発明の実施形態に係る、均一な可同調ブラッグ格子の一例における光路に沿って実効屈折率を示したグラフ表示である。
【図６ｂ】本発明の実施形態に係る、重み付けされた可同調ブラッグ格子の一例における光路に沿って実効屈折率を示したグラフ表示である。
【図７】本発明の実施形態に係る可同調波長コンバータにおいて利用されてよい、電荷変調領域を有する半導体基板に配置された可同調ブラッグ格子の他の例の断面図を示したブロック図である。
【図８】本発明の実施形態に係る他の可同調波長コンバータを示したブロック図である。
【図９】本発明の実施形態に係る更に他の可同調波長コンバータを示したブロック図である。
【図１０】本発明の実施形態に係る可同調波長コンバータの為の処理におけるイベントフローの一例を示したフロー図である。
【図１１】本発明の実施形態に係る光学システムの一例を示したブロック図である。
【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６ａ】
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【図６ｂ】
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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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【国際調査報告】
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