(57)【要約】  本願は可変光周波数コム発生器を備える光学デバイスに関する。本願発明に係るコム発生器は、干渉計及び光帰還ループ導波路を含む。
2014510948.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変光周波数コム発生器を備える光学デバイスであって、前記可変光周波数コム発生器は、
干渉計を含み、該干渉計は、基板上に位置する、入力光結合器、出力光結合器、並びに、第１及び第２の光導波路アームを含み、前記第１及び第２の光導波路アームは、前記入力光結合器の第１及び第２の出力部のそれぞれを、前記出力光結合器の第１及び第２の入力部のそれぞれに接続し、
前記第１の光導波路アームは、第１の光移相器及び第１の光位相変調器を含み、前記第２の光導波路アームは、第２の光位相変調器を含み、
前記可変光周波数コム発生器は、さらに、光帰還ループ導波路を含み、前記光帰還ループ導波路は、前記出力光結合器の第１の出力部に接続された一方の端部、及び、前記入力光結合器の第１の入力部に接続された他方の端部を有し、前記第１の光位相変調器及び前記第２の光位相変調器の内の少なくとも１つは、周期的な電気信号によって駆動される、光学デバイス。
【請求項２】
前記光帰還ループ導波路は、光増幅器を含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記第１の光位相変調器及び前記第２の光位相変調器の内の少なくとも１つを前記周期的な電気信号によって駆動するために構成された電子コントローラを備える、請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
前記電子コントローラは、入力源から前記入力光結合器の第２の入力部に伝送される入力光搬送波周波数が弱め合いの干渉によって抑制され、前記光搬送波の側波帯が増幅されるように、前記第１の光移相器を調節するように構成されている、請求項３に記載のデバイス。
【請求項５】
前記光帰還ループ導波路は、第２の光移相器を含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
前記第１の光位相変調器及び前記第２の光位相変調器の内の少なくとも１つを前記周期的な電気信号によって駆動するために構成された電子コントローラを更に備え、該電子コントローラは、入力源から前記入力光結合器の第２の入力部に伝送される入力光搬送波周波数が弱め合いの干渉によって抑制され、前記光搬送波の側波帯が増幅されるように、前記第１の光移相器及び前記第２の光移相器を調節するように構成されている、請求項５に記載のデバイス。
【請求項７】
前記電子コントローラは、前記第１の光移相器及び前記第２の光移相器の一方又は両方に、順方向バイアスされた直流を印加するように構成されている、請求項６に記載のデバイス。
【請求項８】
前記第２の光導波路アームは、無線周波数範囲で入力光搬送波周波数を変調するように構成された第３の光移相器を含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項９】
前記入力光結合器は、２ｘ２光結合器であり、前記出力光結合器は、２ｘ２光結合器である、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１０】
一連の等間隔の光搬送波周波数を形成するステップを含む使用方法であって、
前記一連の等間隔の光搬送波周波数を形成するステップは、干渉計の入力光結合器内に光搬送波を伝送するステップを含み、
前記干渉計は、基板上に位置する、入力光結合器、出力光結合器、並びに、第１及び第２の光導波路アームを含み、前記第１及び第２の光導波路アームは、前記入力光結合器の第１及び第２の出力部のそれぞれを、前記出力光結合器の第１及び第２の入力部のそれぞれに接続し、前記第１の光導波路アームは、第１の光移相器及び第１の調節可能な光位相変調器を含み、
前記方法は、さらに、光帰還ループ導波路を介して前記干渉計を通して前記光搬送波の一部を再循環させるステップを含み、前記光帰還ループ導波路は、前記出力光結合器の第１の出力部に接続された一方の端部、及び、前記入力光結合器の第１の入力部に接続された他方の端部を有し、
前記方法は、さらに、前記第１の光位相変調器を周期的な電気信号で駆動するステップを含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、本出願の譲受人に譲渡された、参照により本明細書に組み込まれている、「Ａ  ＴＵＮＡＢＬＥ  ＯＰＴＩＣＡＬ  ＦＲＥＱＵＥＮＣＹ  ＣＯＭＢ  ＧＥＮＥＲＡＴＯＲ」と題する、２０１１年３月７日にＬｏｎｇ  Ｌ．  Ｃｈｅｎらによって出願された米国仮出願第６１／４５０，０３４号の利益を主張するものである。
【０００２】
本発明は、一般に、光学装置を対象とし、より具体的には、光直交周波数分割多重伝送用の光周波数コム発生器及びその使用方法を対象とする。
【背景技術】
【０００３】
この段落では、本開示のよりよい理解を容易にするのを助けることができる態様を紹介する。したがって、これらの記述は、この観点から読まれるべきであり、何が従来技術であるか、又は、何が従来技術ではないかについての承認として理解されるべきではない。
【０００４】
光直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）は、その高いスペクトル効率、並びに、波長分散及び偏波モード分散に対する堅牢性のため、高データレート／チャネル（例えば、１００Ｇｂ／秒及びそれ以上）であるシステムにとって魅力的な伝送フォーマットである。光ＯＦＤＭでは、サブキャリア間のチャネル間隔は、ビットレートに等しい。光ＯＦＤＭ送信機は、通常、光周波数コム発生器を備える。光周波数コム発生器は、コヒーレント検出光ＯＦＤＭを使用する場合、スペクトル的に平坦であることができ、狭いライン幅を有することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願第１３／０４１，９７６号
【特許文献２】米国特許出願第１１／６５１８２４号
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｈ．Ｍｏｈｓｅｎｉ、Ｈ．Ａｎ、Ｚ．Ａ．Ｓｈｅｌｌｅｎｂａｒｇｅｒ、Ｍ．Ｈ．Ｋｗａｋｅｒｎａａｋ、及びＪ．Ｈ．Ａｂｅｌｅｓ、「Ｅｎｈａｎｃｅｄ  ｅｌｅｃｔｒｏ−ｏｐｔｉｃ  ｅｆｆｅｃｔ  ｉｎ  ＧａＩｎＡｓＰＩｎＰ  ｔｈｒｅｅ−ｓｔｅｐ  ｑｕａｎｔｕｍ  ｗｅｌｌｓ」、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．８４、１８２３−１８２５（２００４）
【非特許文献２】Ｃ．Ｒ．Ｄｏｅｒｒ、Ｌ．Ｚｈａｎｇ、Ｐ．Ｊ．Ｗｉｎｚｅｒ、Ｊ．Ｈ．Ｓｉｎｓｋｙ、Ａ．Ｌ．Ａｄａｍｉｅｃｋｉ、Ｎ．Ｊ．Ｓａｕｅｒ、及びＧ．Ｒａｙｂｏｎ、「Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｈｉｇｈ−Ｓｐｅｅｄ  ＩｎＰ  ＤＱＰＳＫ  Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ」、ＩＥＥＥ  Ｐｈｏｔｏｎ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｌｅｔｔ．１９、１１８４−１１８６（２００７）
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一実施形態は、可変光周波数コム発生器を備える光学デバイスを含む。コム発生器は、干渉計を含み、干渉計は、基板上に位置する、入力光結合器、例えば、２ｘ２入力光結合器、出力光結合器、例えば、２ｘ２出力光結合器、並びに、第１及び第２の光導波路アームを含み、第１及び第２の光導波路アームは、２ｘ２入力光結合器の第１及び第２の出力部のそれぞれを、２ｘ２出力光結合器の第１及び第２の入力部のそれぞれに接続する。第１の光導波路アームは、第１の光移相器及び第１の光位相変調器を含み、第２の光導波路アームは、第２の光位相変調器を含む。コム発生器は、光帰還ループ導波路を含み、光帰還ループ導波路は、２ｘ２出力光結合器の第１の出力部に接続された一方の端部、及び、２ｘ２入力光結合器の第１の入力部に接続された他方の端部を有し、光帰還ループ導波路は、光増幅器を含む。いくつかの実施形態では、コム発生器は、光位相変調器の少なくとも１つを周期的な電気信号で駆動するように接続された電子コントローラを含む。
【０００８】
別の実施形態は、使用方法である。方法は、一連の等間隔の光搬送波周波数を形成するステップを含み、このステップは、干渉計の入力光結合器内に光搬送波を伝送するステップを含む。干渉計は、基板上に位置する、入力光結合器、例えば、２ｘ２入力光結合器、出力光結合器、例えば、２ｘ２出力光結合器、並びに、第１及び第２の光導波路アームを含み、第１及び第２の光導波路アームは、２ｘ２入力光結合器の第１及び第２の出力部のそれぞれを、２ｘ２出力光結合器の第１及び第２の入力部のそれぞれに接続し、第１の光導波路アームは、第１の光移相器及び第１の調節可能な光位相変調器を含み、第２の光導波路アームは、第２の調節可能な光位相変調器を含む。方法は、光帰還ループ導波路を介して干渉計を通して光搬送波の一部を再循環させるステップを含み、光帰還ループ導波路は、２ｘ２出力光結合器の第１の出力部に接続された一方の端部、及び、２ｘ２入力光結合器の第１の入力部に接続された他方の端部を有し、光帰還ループ導波路は、光増幅器を含む。方法は、光位相変調器の少なくとも１つを周期的な電気信号で駆動するステップを含む。
【０００９】
本開示の実施形態は、添付図面と共に読まれる場合、以下の詳細な説明から最も良く理解される。様々な特徴が、一定の縮尺で描かれていない可能性があり、説明の明確化のためにサイズが任意に拡大又は縮小されている可能性がある。ここで、添付図面と併せて以下の説明が参照される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】デバイス１００の実施形態の一例の概略図を示す。
【図２】可変周波数コム発生器の一例の平面図を示す。
【図３】コム発生器を通る単回通過及び複数回通過後の、可変周波数コム発生器の光学スペクトルのシミュレーションを示す。
【図４Ａ】図２に示すような表示線４Ａ〜４Ａにそれぞれ対応する光帰還ループ導波路の増幅器の活性部分の断面図を示す。
【図４Ｂ】図２に示すような表示線４Ｂ〜４Ｂにそれぞれ対応する光帰還ループ導波路の不活性部分の断面図を示す。
【図５】方法の一例、例えば、図１〜４Ｂの文脈で説明される任意のデバイスを使用する方法を示す流れ図を示す。
【図６】可変周波数コム発生器の一例からの光学スペクトルの例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
説明及び図面は、単に本発明の原理を例示する。したがって、本明細書に明示的に説明されない又は示されないが、本発明の原理を具体化し、その範囲内に含まれる種々の構成を当業者が考案することができるであろうことが、理解されるであろう。さらに、本明細書に記載されたすべての例は、技術を促進するために発明者（複数可）によって与えられる本発明の原理及び概念を理解する上で読者を助けるための教育学的目的のためのみのものであることが明白に意図され、このような具体的に記載された例及び条件に限定されないものとして解釈されるべきである。さらに、本発明の原理、態様及び実施形態、並びに、それらの具体的な例を記載する本明細書のすべての記載は、それらの等価物を包含することが意図される。加えて、本明細書で使用されるとき、用語「又は」は、特に断らない限り、非排他的であることを意味する。また、新たな実施形態を形成するために、いくつかの実施形態を１つ又は複数の他の実施形態と組み合わせることができるように、本明細書に記載の種々の実施形態は、必ずしも相互に排他的ではない。
【００１２】
ＯＦＤＭ伝送プロトコルをより柔軟にするために、中心波長及びライン間隔を調整する機能を有する光周波数コム発生器を有することは、有利であろう。本開示の実施形態は、光ＯＦＤＭ伝送に使用することができる可変光周波数コム発生器を備える光学デバイスを含む。光搬送波に光側波帯を生成するために干渉計が使用され、側波帯が光ＯＦＤＭで使用可能な一連の等間隔の光搬送波周波数になるように、側波帯を増幅及び広幅化するために、光帰還ループ導波路が使用される。
【００１３】
図１は、本開示のデバイス１００（例えば、光学デバイス）の実施形態の一例の概略図を示す。デバイス１００は、可変光周波数コム発生器１０５を備える。コム発生器１０５は、干渉計１１０及び光帰還ループ導波路１１５を含む。
【００１４】
干渉計１１０は、基板１３０上に位置する、入力光結合器１２０、出力光結合器１２２、並びに、第１及び第２の光導波路アーム１２５、１２７を含む。第１及び第２の光導波路アーム１２５、１２７は、入力光結合器１２０を出力光結合器１２２に接続することができる。第１の光導波路アーム１２５は、第１の光移相器１３５及び第１の調節可能な光位相変調器１３７（ｐｈａｓｅ  ｍｏｄ）に結合される。いくつかの実施形態では、第２の光導波路アーム１２７は、第２の調節可能な光位相変調器１３９（ｐｈａｓｅ  ｍｏｄ）に結合されてよい。光帰還ループ導波路１１５は、光増幅器１４０を含み、いくつかの場合では、第２の光移相器１４５を含む。光増幅器１４０、及び、いくつかの場合では、第２の光移相器１４５は、帰還ループ導波路１１５に光学的に結合されてよい。
【００１５】
図２は、本開示の可変周波数コム発生器１０５の一例の平面図を示す。図２には、移相器１３５、１４５又は位相変調器１３７、１３９を制御するために使用することができる種々の電極構造２０２も示される。光帰還ループ導波路１１５は、出力光結合器１２２の第１の出力部２１０に接続された一方の端部２０５、及び、入力光結合器１２０の第１の入力部２２０に接続された他方の端部２１５を有する。
【００１６】
図１に示すように、デバイス１００のいくつかの実施形態は、さらに、例えば、入力源１５２から入力光結合器１２０の第２の入力部２２５（図２）に伝送される入力光搬送波周波数が、弱め合いの干渉によって抑制され、光搬送波の側波帯が増幅されるように、第１の光移相器１３５、及び、いくつかの場合では、第２の光移相器１４５を調節するように構成されたコントローラ１５０を含む。例えば、いくつかの場合では、コントローラ１５０は、順方向バイアスされた直流を（例えば、図２の電極２０２を介して）、第１の光移相器１３５及び第２の光移相器１４５の一方又は両方に印加するように構成される。いくつかの場合では、コントローラ１５０は、同様に基板１３０上に位置する集積回路（例えば、電子集積回路）を含んでよく、又は、このような集積回路であってよい。いくつかの場合では、デバイス１００は、さらに、周期的な駆動信号（複数可）を、位相変調器１３７、１３９の少なくとも第１のもの（時には、両方）に印加するように構成されたドライバ１５４を含んでよい。コントローラ１５０は、バイアス制御電圧を、第１の位相変調器１３７、及び、時には第２の位相変調器１３９に印加するように構成される。いくつかの場合では、コントローラ１５０は、ドライバ１５４からの周期的な駆動信号を制御するように構成されてよい。
【００１７】
図３は、コム発生器１０５を単回通過及び複数回通過後の、本開示の可変周波数コム発生器１０５の光学スペクトルのシミュレーションの例を示す。コム発生器１０５を通る（例えば、光帰還ループ導波路１１５及び第１の光導波路アーム１２５を通る）第１の通過後、光搬送波周波数３０５、及び、光搬送波周波数の中心周波数の周りの１つ若しくは２つ、又はそれより多くの側波帯３１０、３１２は、コム発生器からの（例えば、図２の出力光結合器１２２からの第２の出力部２３０からの）出力となる。複数回通過後、複数の側波帯３１０〜３２０が生成されるまで、各側波帯３１０、３１２が、追加の側波帯３１４、３１６、３１８、３２０を生成するように、側波帯３１０、３１２は、移相器１３５、１４５の一方又は両方によって変調される。定常状態では、複数の側波帯３１０〜３２０は、光直交周波数分割多重で使用するための、所望の一連の等間隔の光搬送波周波数として機能することができる。移相器１３５、１４５は、当業者には周知である、弱め合いの干渉機構によって光搬送波周波数３０５の振幅を低減するように（例えば、コントローラ１５０を介して）制御されてもよい。
【００１８】
側波帯３１０〜３２０がほぼ均一な振幅を有し、それによって、コム発生器１０５の出力のスペクトル形状をほぼ平坦にするように、側波帯３１０〜３２０の相対的な振幅（例えば、光強度）を変更するために、移相器１３５を、又は任意の移相器１４５、１５５を（例えば、暗探方式によって）調節する方法を、当業者は、本開示に基づいて理解するであろう。
【００１９】
図１に示すように、いくつかの場合では、さらに冗長な移相調整を提供するために、第２の光導波路アーム１２７は、第３の移相器１５５に結合される。例えば、冗長性は、１つの移相器１３５又は移相器１４５が移相調節範囲の限界に達した場合に、有用であり得る。
【００２０】
デバイス１００のいくつかの実施形態では、第１の調節可能な光位相変調器１３７及び第２の調節可能な光位相変調器１３９の一方又は両方は、無線周波数範囲で入力光搬送波周波数（例えば、図３の中心帯）を変調し、それによって、入力光搬送波周波数からずれた周波数の光側波帯（例えば、図３の側波帯３１０〜３２０）を生成するように構成される。例えば、無線周波数変調は、いくつかの場合では１０ＧＨｚであってよい。例えば、いくつかの場合では、コントローラ１５０は、さらに、第１及び第２の位相変調器１３７、１３９への無線周波数範囲の逆バイアス交流電圧の（ドライバ１５４を介する）印加を引き起こすように構成されてよい。位相変調器１３７、１３９の実施形態の例は、本出願と同日に出願され、その全体が参照により本明細書に組み込まれている、Ｃｈｒｉｓｔｏｐｈｅｒ  Ｄｏｅｒｒ、ＡＤＶＡＮＣＥＤ  ＭＯＤＵＬＡＴＩＯＮ  ＦＯＲＭＡＴ  ＵＳＩＮＧ  ＴＷＯ−ＳＴＡＴＥ  ＭＯＤＵＬＡＴＯＲＳに対する米国出願第１３／０４１，９７６号、（Ａｔｔｙ  Ｄｏｃｋｅｔ  ｎｏ．８０７１２７）、（「Ｄｏｅｒｒ」）に開示された実施形態を含んでよい。
【００２１】
いくつかの実施形態では、光増幅器１４０は、入力光搬送波周波数（例えば、図３の中心帯３０５）からずれた周波数の光側波帯（例えば、図３の側波帯３１０、３１２）の信号振幅（例えば、光強度）を増幅するように構成される。いくつかの場合では、コントローラ１５０は、光増幅器１４０が光帰還ループ導波路１１５を通過する光に適用する増幅度を制御するように構成されてよい。
【００２２】
いくつかの実施形態では、光増幅器１４０は、光帰還ループ導波路１１５を通過する光を、誘導放出プロセスによって増幅することができる活性部分を有する半導体光増幅器であってよい。半導体光増幅器１４０の一例の選択された構成要素が、図４Ａに示されており、図４Ａは、図２に示すような表示線４Ａ〜４Ａにそれぞれ対応する光帰還ループ導波路１１５の増幅器１４０の活性部分の断面図を示す。比較のため、図４Ｂは、図２に示すような表示線４Ｂ〜４Ｂにそれぞれ対応する光帰還ループ導波路１１５の不活性部分の断面図を示す。
【００２３】
光増幅器１４０は、「Ｄｏｅｒｒ」に記載のような、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体バリア層（例えば、量子井戸層より大きいバンド・ギャップを有する、例えば、ＧａＩｎＡｓＰ層）間に挟まれた、１つ又は複数の量子井戸層（例えば、１つ又は複数のＧａＩｎＡｓＰ層）を有する活性層４１０を含んでよい。活性層４１０は、基板１３０上に位置してよく、基板１３０は、ｎドープＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料層（例えば、１０１８ｃｍ−３でドープされたｎドープＩｎＰクラッド層４１５）を含み、活性層４１０は、５ｘ１０１７ｃｍ−３及び１．７μｍ厚にドープされたｐドープＩＩＩ−ＶＶ族化合物半導体クラッド層４２０（例えば、ｐドープＩｎＰクラッド層）によって覆われてよい。活性層は、電極接触層４２５（例えば、ＧａＩｎＡｓ三元接触層）を含んでよく、電極層４３０（例えば、銀、金、又は他の金属層）を含んでよい。
【００２４】
いくつかの実施形態では、図４Ｂに示すように、不活性部分は、ｐドープＩｎＰでの光損失を低減するために、上述したＩＩＩ−ＶＶ族化合物半導体層のすべて、及び、追加の真性ＩＩＩ−ＶＶ族化合物半導体層４４０（例えば、真性ＩｎＰ層）を含んでよい。いくつかの場合では、このような光損失の低減を容易にするために、追加の真性ＩＩＩ−ＶＶ族化合物半導体層４４０は、約２００ｎｍの厚さを有してよい。
【００２５】
キャリアの反転分布が脱励起され、結果として光子放射を生じる誘導放出プロセスによって、活性層４１０内の量子井戸内のキャリアを励起し、それによって、入力光の増幅を可能にするキャリア・ポンピングを電気的に引き起こすために、電圧を（例えば、コントローラ１５０を介して）活性部分に印加する方法を、当業者は、本開示に基づいて理解するであろう。
【００２６】
いくつかの実施形態では、干渉計１１０は、マッハ・ツェンダ干渉計（ＭＺＩ）として構成される。例えば、干渉計は、プッシュ・プル型ＭＺＩであってよい。
【００２７】
いくつかの実施形態では、入力光結合器１２０及び出力光結合器１２２は、２ｘ２結合器として構成されてよく、いくつかの場合では、２ｘ２多モード干渉結合器として構成されてよい。
【００２８】
いくつかの実施形態では、入力源１５２は、連続波形（ＣＷ）レーザとして構成されてよい。ＣＷレーザを使用することは、非常に狭いライン幅の入力信号を有する光搬送波を有利に提供することができ、例えば、信号の振幅の実質的にすべてが、単一の波長（例えば、±１ｎｍ）である。例えば、いくつかの場合では、入力レーザ源１５２に関するライン幅は、１００ｋＨｚである。
【００２９】
図１にさらに示すように、光学デバイス１００は、さらに、フィルタ１７０、デマルチプレクサ１７５（ｄｅｍｕｘ）、変調器アレイ１８０、パワーコンバイナ１８５、及び、当業者に周知の他の構成要素のような、追加の光学構成要素を含んでよい。いくつかの場合では、これらの光学構成要素は、光集積回路デバイス１００を形成するように、基板１３０上に集積されてもよく、他の場合では、１つ又は複数の構成要素は、そのように集積されなくてよい。
【００３０】
別の実施形態は、使用方法である。図５は、本開示の使用方法の一例を示す流れ図を示し、例えば、方法は、図１〜４Ｂの文脈で説明した任意のデバイスを使用する。
【００３１】
図１〜３の全体にわたって参照を続けると、方法は、一連の等間隔の光搬送波周波数（例えば、側波帯３１０〜３２０）を形成するステップ５１０を含む。一連の等間隔の光搬送波周波数を形成するステップ（ステップ５１０）は、干渉計１１０の入力光結合器１２０内に光搬送波（例えば、中心帯３０５）を伝送するステップ５１５を含む。いくつかの実施形態では、光搬送波は、信号がないものであってよく、又は、他の場合では、光通信システムで一般的に使用されるような、光の波長（例えば、約１３００〜１７００ｎｍ）上で変調された（例えば、アップ・コンバートされた）アナログ若しくはデジタル信号ストリームを含んでよい。しかしながら、光搬送波は、他の波長の光を有してよく、当業者に周知の種々の様式、例えば、光ＯＦＤＭ通信、ＰＳＫ、オン／オフ・キーイング、及び／又は、偏波多重に有用な種々の変調方法で符号化された情報を有してよい。干渉計１１０は、１つの光位相変調器１３７、１３９を含む任意の構成要素を含んでよく、図１〜４Ｂの文脈で説明した、又は、本明細書の他の箇所で説明した実施形態の例で説明した構成のいずれかを有してよい。
【００３２】
一連の等間隔の光搬送波周波数を形成するステップ（ステップ５１０）は、また、干渉計１１０及び光帰還ループ導波路１１５を介して光搬送波を複数回循環させるステップ５２０を含む。光帰還ループ導波路１１５は、任意の構成要素を含んでよく、図１〜４Ｂの文脈で説明した、又は、本明細書の他の箇所で説明した実施形態の例で説明した構成のいずれかを有してよい。
【００３３】
一連の等間隔の光搬送波周波数を形成するステップ（ステップ５１０）は、また、周期的な電気信号で干渉計１１０の少なくとも１つの光位相変調器１３７、１３９を駆動するステップ５２５を含む。
【００３４】
方法のいくつかの実施形態では、一連のほぼ等間隔の光搬送波周波数は、ステップ５３０で、干渉計１１０の出力光結合器１２２（例えば、第２の出力部２３０）から放射される。
【００３５】
いくつかの実施形態では、周期的な電気信号で駆動する方法（ステップ５２５）は、無線周波数範囲で光搬送波を変調するために、制御電圧（例えば、ドライバ１５４を介して印加され、いくつかの場合では、コントローラ１５０によって制御される、例えば、無線周波数範囲の逆バイアス交流電圧）を、少なくとも第１の調節可能な光位相変調器１３７、及び、いくつかの場合では、第２の調節可能な光位相変調器１３９に印加するステップ５４０を含む。これは、光搬送波の中心周波数（例えば、中心帯３０５）からずれた光側波帯（例えば、側波帯３１０〜３２０）の生成を結果として生じる。
【００３６】
いくつかの実施形態では、方法は、さらに、光搬送波の中心周波数（例えば、中心帯３０５）が弱め合いの干渉によって抑制され、光搬送波の側波帯（例えば、側波帯３１０〜３２０）が増幅されるように、制御電流（例えば、いくつかの場合では、コントローラ１５０を介して印加される、いくつかの場合では、順方向バイアス直流）を、第１の光移相器１３５及び第２の光移相器１４５に印加するステップ５５０を含む。例えば、いくつかの場合では、第１及び第２の移相器１３５、１４５に印加される電流は、直角位相で正弦的に駆動される。ステップ５５０の一部として、類似の制御電流が、第３の光移相器１５５に印加される。
【００３７】
いくつかの実施形態では、方法は、さらに、光搬送波の中心周波数（例えば、中心帯３０５）からずれた周波数の光側波帯（例えば、側波帯３１０〜３２０）の光強度の増幅を生成するために、制御電圧を、光増幅器１４０に印加する（例えば、いくつかの場合では、ポンピング電圧がコントローラ１５０を介して印加される）ステップ５６０を含む。
【００３８】
実施形態の例
例えば、光通信Ｃバンド又はＬバンドでの、開示されたコム発生器１０５の使用又は光ＯＦＤＭ伝送を実証するために、光集積回路として構成された光学デバイス１００が、本開示の原理にしたがって構築された。デバイス１００は、スペクトルの広幅化を容易にするために、増幅された光帰還ループ１１５によって側波帯を生成するために、直角位相で駆動されるＭＺＩ１１０を使用した。後述するように、デバイス１００の例は、有利には、低電圧正弦波ドライバを使用して動作されてよく、中心波長及びコム間隔は、広い光波長範囲にわたって調節可能であってよい。
【００３９】
可変周波数コム発生器１０５の実施形態の例は、ＩｎＰ基板１３０及び単一のＧａＩｎＡｓＰ量子井戸活性層４１０上に製作された。可変周波数コム発生器１０５を含むＰＩＣデバイス１００の例の態様が、図１及び２に示される。ＰＩＣデバイス１００は、ＭＺＩ１１０を含み、ＭＺＩ１１０は、第１の逆バイアス交流電圧位相変調器１３７、及び、任意に第２の逆バイアス交流電圧位相変調器１３９、並びに、順方向バイアス直流移相器１３５、１５５を、各アーム１２５、１２７に有する。２つの位相変調器１３７、１３９は、側波帯を生成するために、直角位相で正弦的に駆動されてよい。ＭＺＩ１１０は、２つの２ｘ２多モード干渉（ＭＭＩ）結合器１２０、１２２を含む。位相変調を高めるために、ＭＺＩ１１０の一方の出力２１０が増幅され、一方の入力２２０に接続され、すなわち、光帰還ループ１１５を形成した。光帰還ループ１１５は、また、光帰還ループ１１５の位相を微調節するための移相器１４５を組み込んだ。光帰還ループ１１５の長さは、約３．８ｍｍであった。
【００４０】
大きい位相変化の取得を容易にするために、位相変調器１３７、１３９のために、当業者には周知の非対称３ステップ平面量子井戸（ＱＷ）構造が使用された。例えば、その全体が参照により本明細書に組み込まれている、Ｈ．Ｍｏｈｓｅｎｉ、Ｈ．Ａｎ、Ｚ．Ａ．Ｓｈｅｌｌｅｎｂａｒｇｅｒ、Ｍ．Ｈ．Ｋｗａｋｅｒｎａａｋ、及びＪ．Ｈ．Ａｂｅｌｅｓ、「Ｅｎｈａｎｃｅｄ  ｅｌｅｃｔｒｏ−ｏｐｔｉｃ  ｅｆｆｅｃｔ  ｉｎ  ＧａＩｎＡｓＰＩｎＰ  ｔｈｒｅｅ−ｓｔｅｐ  ｑｕａｎｔｕｍ  ｗｅｌｌｓ」、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．８４、１８２３−１８２５（２００４）に記載されているのと同様のＧａＩｎＡｓＰ−ＩｎＰ・３ステップ量子井戸が使用された。非対称３ステップ平面量子井戸の例は、ＩｎＰに格子整合され、活性層は、ドープされなかった。非対称３ステップ平面量子井戸組成の一例は、１）バリア層（Ｂ）：Ｇａ０．０９３Ｉｎ０．９０７ＡＳ０．２０６Ｐ０．７３９；Ｌ＝９ｎｍ；Ｅｇｈｈ＝１．２ｅＶ（１０３３ｎｍ）、２）量子井戸層１（ＱＷ１）：Ｇａ０．４６８Ｉｎ０．５３２Ａｓ；Ｌ＝３ｎｍ；Ｅｇｈｈ＝０．７５ｅＶ（１６５３ｎｍ）、３）量子井戸層２（ＱＷ２）：Ｇａ０．４１３Ｉｎ０．５８７Ａｓ０．８９２Ｐ０．１０８；Ｌ＝３ｎｍ；Ｅｇｈｈ＝０．８ｅＶ（１５５０ｎｍ）、４）量子井戸層３（ＱＷ３）：Ｇａ０．３６８Ｉｎ０．６３２Ａｓ０．７９５Ｐ０．２０５；Ｌ＝３ｎｍ；Ｅｇｈｈ＝０．８５ｅＶ（１４５９ｎｍ）を含んでよい。いくつかの場合では、活性層４１０の一例は、約１８９ｎｍの合計の厚さを提供するために、上記の一連の層、Ｂ／ＱＷ１〜ＱＷ２〜ＱＷ３の１０周期のスタックを含んでよい。いくつかの場合では、このようなスタックは、０．８３８５９ｅＶ（１４７８ｎｍ）に等しい基本遷移Ｅ１−ＨＨ１を結果として生じることができる。
【００４１】
上述したように、図３は、側波帯３１０〜３２０が増幅される、光帰還ループ導波路１１５を通る単回通過（すなわち、光帰還ループ無し）及び複数回通過に関するコム発生器の出力の代表的な計算を示す。変調器の応答は、１１のバリア層と交互に配置された１０の量子井戸層を有するＧａＩｎＡｓＰ・３ステップ量子井戸構造を仮定して計算された。
【００４２】
変調器の応答を計算するステップは、当業者には周知の伝達行列法により吸収係数を計算するステップ、及び、Ｋｒａｍｅｒｓ−Ｋｒｏｎｉｇ積分から位相変化を演繹するステップを含んでいた。次に、導波路１１５、１２５、１２７、及び、２ｘ２結合器１２０、１２２の損失を計算に組み込まなかったため、増幅器１４０のために０ｄＢの利得を仮定して、ＰＩＣデバイス１００の伝達関数が計算された。図に示すように、光帰還ループ１１５は、ＭＺＩ１１０を通る複数回通過によって、多くの追加のラインの生成を可能にする。シミュレーションでは、コムの平坦さは、移相器の調節によって最適化されていないが、このような最適化は、本開示から当業者によって容易に理解されるであろうことを、留意されたい。
【００４３】
活性層４１０は、当業者に周知の低圧有機金属気相エピタキシ（ＭＯＶＰＥ）プロセスによって成長形成された。位相変調器１３７、１３９、及び、半導体光増幅器１４０の製造を、単一のエピタキシャル成長ステップに組み込むために、当業者に周知の選択領域成長（ＳＡＧ）プロセスを使用した。ＳＡＧプロセスの一部として、半導体光増幅器１４０のバンド・ギャップが変調器１３７のバンド端から約８０ｎｍ赤方偏移するように、ＳＡＧマスクが設計された。一実施形態では、約２ミクロンのＩｎＰ：ｎバッファ層１３０が成長され、次に、約３００ｎｍのＳｉＯ２マスク４５０（図４Ａ、４Ｂ）が堆積され、ＳＡＧマスクがパターン化された。これに、導波路損失を低減するために、約２００ｎｍの真性ＩｎＰ層（ＩｎＰ：ｉ）によって埋め込まれた、約１９０ｎｍの格子整合された複数の３ステップ量子井戸を選択的に成長させるステップが続けられた。位相変調器１３７、１３９、半導体光増幅器１４０、及び、移相器１３５、１４５、１５５の上面のＩｎＰ：ｉ層をエッチング除去した後、約１．７ミクロン厚のＩｎＰ：ｐ上部クラッド４２０が成長され、それに続いて、ＧａＩｎＡｓ三元電極接触層４２５が成長された。電極層４３０は、物理的気相堆積された銀を含んでよい。
【００４４】
活性層４１０の光ルミネッセンス・ピークは、約１４７０ｎｍに等しい光の波長に対応するエネルギーである。導波路構造は、両方ともその全体が参照により本明細書に組み込まれている、Ｃｈｒｉｓｔｏｐｈｅｒ  Ｄｏｅｒｒ、「Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ」に対する、２００７年１月に出願された米国特許出願第１１／６５１８２４号、又は、Ｃ．Ｒ．Ｄｏｅｒｒ、Ｌ．Ｚｈａｎｇ、Ｐ．Ｊ．Ｗｉｎｚｅｒ、Ｊ．Ｈ．Ｓｉｎｓｋｙ、Ａ．Ｌ．Ａｄａｍｉｅｃｋｉ、Ｎ．Ｊ．Ｓａｕｅｒ、及びＧ．Ｒａｙｂｏｎ、「Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｈｉｇｈ−Ｓｐｅｅｄ  ＩｎＰ  ＤＱＰＳＫ  Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ」、ＩＥＥＥ  Ｐｈｏｔｏｎ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｌｅｔｔ．１９、１１８４−１１８６（２００７）に記載されているものと同様に製作された。ＰＩＣデバイス１００の例の活性及び不活性部分のための積層は、それぞれ、図４Ａ及び図４Ｂに示されている。変調器１３７、１３９の長さは、約５５０ミクロンであり、半導体光増幅器１４０の長さは、約５００ミクロンであった。
【００４５】
実験が、室温で実行され、ＰＩＣデバイス１００の例は、レンズド・ファイバを介して光学的にアクセスされ、変調器１３７、１３９のための、内部に約５０オームの終端を有する高速プローブ、並びに、半導体光増幅器１４０及び移相器１３５、１４５、１５５のための単針ＤＣプローブを介して電気的にアクセスされた。バンド端より大幅に長い波長での導波路損失は、約１ｄＢ／ｍｍであった。コム・スペクトルを形成するために、約３０ｄＢの利得のＲＦ増幅器が後に続く、１０ＧＨｚ正弦波を生成するＲＦシンセサイザでＭＺＩ１１０を駆動した。直角位相を形成するために、信号は、２つの出力の一方で、約３ｄＢのＲＦ結合器、及び、π／２の移相器を用いて分割された。次に、信号は、高速プローブを介して、位相変調器１３７、１３９に印加された。各位相変調器１３７、１３９は、約６Ｖのピークピーク値、及び、約４∨のバイアスを用いて駆動された。ＭＺＩ１１０の上部アーム１２５内の半導体光増幅器１４０及び移相器１３５の電圧バイアスも、同様に制御された。出力光スペクトルは、約０．０１ｎｍの分解能を有するスペクトル・アナライザを用いて取得された。
【００４６】
図６は、本開示の可変周波数コム発生器の一例からの光スペクトルの例を示し、スペクトル（Ａ）〜（Ｄ）の各々は、異なる駆動条件及び異なる光搬送波波長に対応する。スペクトルは、約４０ｎｍを超えて調整可能であった、３ｄＢのスペクトル平坦さを有する、５ライン、１０ＧＨｚ間隔の周波数コムを示す。図６（Ａ）及び６（Ｂ）は、中心波長が１５５０ｎｍに設定された場合のスペクトルを示し、スペクトルは、半導体光増幅器１４０の最大利得ピークと実質的に等しかった。図６（Ａ）では、ＭＺＩ１１０内の移相器１３５は、ほぼ最大の出力パワーに調整された。この構成は、光帰還ループ無しのＭＺＩ１１０と実質的に同様である。スペクトルの非対称性は、側波帯の直角位相生成による可能性がある。第２のアーム１２５内の移相器１５５を使用するいくつかの場合では、スペクトルは、中心波長についてミラー化される。図６Ａに対応するこの駆動条件は、３ｄＢの縮小バンド幅内に２本のラインのみを生成した。図６（Ｂ）は、ＭＺＩ１１０内の移相器１３５が、光帰還ループ１１５を通過する光を有するように調整された場合の、スペクトルを示す。ＰＩＣデバイス１１０の出力ポート２３０での弱め合いの干渉のため、出力パワーは、図６（Ａ）より小さいが、コム発生器１０５の出力は、光帰還ループ１１５を通る複数回通過のため、広幅化される。これは、３ｄＢの減少バンド幅内の５本のラインの生成を結果として生じる。図６（Ｃ）及び６（Ｄ）は、図６（Ｂ）に示す構成に使用されたのと同じ駆動条件を使用したが、それぞれ、１５３０ｎｍ及び１５７０ｎｍの波長で得られたスペクトルを示す。これらの構成は、依然として、３ｄＢの減少バンド幅内の５本のラインの生成を結果として生じ、開示したコム発生器１０５の可変性を実証する。
【００４７】
本発明を詳細に説明してきたが、当業者は、本発明の範囲から逸脱することなく、本明細書内で種々の変更、置換、及び代替を行うことができることを、当業者は、理解すべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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