(57)【要約】一例では、システムは、第１の光学デバイス、第２の光学デバイス、および光変調器を備える。第１の光学デバイスは、非極低温環境において、光信号を受信し、光信号を出力し、第１の変調光信号を受信し、第１の変調光信号を非極低温環境に出力する。第２の光学デバイスは、極低温環境において、第１の光学デバイスから光信号を受信し、光信号を出力し、第１の変調光信号を受信し、第１の変調光信号を出力する。光変調器は、極低温環境において、第２の光学デバイスから光信号を受信し、光信号を変調して第１の変調光信号および第２の変調光信号を生成し、第２の変調光信号を出力し、第１の変調光信号を第２の光学デバイスに出力する。
2021516791.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
システムであって、
非極低温環境において、光信号を受信し、前記光信号を出力し、第１の変調光信号を受信し、前記第１の変調光信号を極低温環境に出力する第１の光学デバイスと、
前記極低温環境において、前記第１の光学デバイスから前記光信号を受信し、前記光信号を出力し、前記第１の変調光信号を受信し、前記第１の変調光信号を出力する第２の光学デバイスと、
前記極低温環境において、前記第２の光学デバイスから前記光信号を受信し、前記光信号を変調して第１の変調光信号および第２の変調光信号を生成し、前記第２の変調光信号を出力し、前記第１の変調光信号を前記第２の光学デバイスに出力する光変調器と、を備えるシステム。
【請求項２】
前記光変調器は、１×２方向性結合器変調器およびシリコンマイクロ共振器集積光変調器のうちの１つである、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記第１の光学デバイスおよび前記第２の光学デバイスは、光学偏光ビームスプリッタおよびコンバイナである、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記第１の光学デバイスおよび前記第２の光学デバイスは、光サーキュレータである、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記第１の変調光信号の偏光軸を約９０度回転させ、前記第１の変調光信号の偏光軸回転バージョンを前記第２の光学デバイスに出力する回転子をさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記回転子と前記第２の光学デバイスとを結合するための速軸偏光導波路をさらに備える、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記光変調器に結合され、前記光変調器から前記第１の変調光信号を受信し、前記第１の変調光信号を第２の光学デバイスのうちの１つに出力する１８０度転回導波路と、
前記第１の変調光信号の偏光軸を約９０度回転させる回転子と、を更に備える請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記光変調器から出力される前記第１の変調光信号は、前記光変調器から出力される前記第２の変調光信号の相補である、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
方法であって、
非極低温環境において、第１の光学デバイスから極低温環境内の第２の光学デバイスに光信号を出力するステップと、
前記第２の光学デバイスから前記極低温環境内の光変調器に光信号を出力するステップと、
前記光変調器により前記光信号を変調して、第１の変調光信号および第２の変調光信号を生成するステップと、
前記光変調器から前記第２の変調光信号を出力するステップと、
前記光変調器から前記第２の光学デバイスに前記第１の変調光信号を出力するステップと、
前記第２の光学デバイスから前記第１の光学デバイスに前記第１の変調光信号を出力するステップと、
前記第１の光学デバイスから前記非極低温環境に第１の変調光信号を出力するステップと、を含む方法。
【請求項１０】
前記光変調器は、１×２方向性結合器変調器およびシリコンマイクロ共振器集積光変調器のうちの１つである、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１の光学デバイスおよび前記第２の光学デバイスは、光学偏光ビームスプリッタおよびコンバイナである、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１の光学デバイスおよび前記第２の光学デバイスは、光サーキュレータである、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１の変調光信号の偏光軸を回転子により約９０度回転させるステップをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
速軸偏光導波路を介して前記回転子と前記第２の光学デバイスとを結合するステップをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記光変調器に結合された１８０度転回導波路によって、前記光変調器からの前記第１の変調光信号を受信するステップをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１６】
前記光変調器から出力される前記第１の変調光信号は、前記光変調器から出力される前記第２の変調光信号の相補である、請求項９に記載のシステム。
【請求項１７】
システムであって、
非極低温環境において、光信号を受信し、前記光信号を出力し、第１の変調光信号を受信し、前記第１の変調光信号を非極低温環境に出力する第１の光偏光ビームスプリッタおよびコンバイナと、
極低温環境において、第１の光学デバイスから光信号を受信し、光信号を出力し、前記第１の変調光信号を受信し、前記第１の変調光信号を出力する第２の光偏光ビームスプリッタおよびコンバイナと、
前記極低温環境において、第２の変調光信号を出力し、第１の変調光信号を前記第２の光偏光ビームスプリッタおよびコンバイナに出力する１×２方向性結合器変調器と、
前記１×２方向性結合器変調器から前記第１の変調光信号を受信するように前記１×２方向性結合器変調器に結合された導波路と、を備えるシステム。
【請求項１８】
前記第１の変調光信号の偏光軸が回転されたバージョンを第２の光学デバイスに出力する回転子をさらに備える、請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記回転子と前記第２の光偏光ビームスプリッタおよびコンバイナとを結合するための速軸偏光導波路をさらに備える、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
前記１×２方向性結合器変調器から出力される前記第１の変調光信号は、前記１×２方向性結合器変調器から出力される前記第２の変調光信号の相補である、請求項１７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、概して、光変調器に関し、より具体的には、リダイレクトされる（ｒｅｄｉｒｅｃｔｅｄ）光変調器出力に関する。
【背景技術】
【０００２】
極低温コンピューティングは、処理コンポーネントが極低温環境（例えば、４〜７７ケルビン（Ｋ））内に配置されるコンピューティングの一つの形態である。このような極低温環境により、このような処理コンポーネントが、例えば、ゼロ抵抗ワイヤ、超高速ジョセフソン接合スイッチ、フラクソイドなどを含む超伝導コンポーネントと共に動作することが可能となる。光ファイバは、極低温コンピュータへの／からのデータ移動用の１つの媒体である。そのような光ファイバは、極低温環境および非極低温環境（例えば、室温環境（例えば、３００ケルビン（Ｋ））への／からの高速（例えば、１０〜１００Ｇｂｐｓ）デジタル通信リンク（単数または複数）を提供することができる。さらに、超低電力の極低温システムへの適用に関して、特定の変調器の使用は、極低温環境に悪影響を与える比較的大量の熱を発生するという点で制限されている。
【発明の概要】
【０００３】
一例では、システムは、第１の光学デバイス、第２の光学デバイス、および光変調器を含む。第１の光学デバイスは、非極低温環境において、光信号を受信し、光信号を出力し、第１の変調光信号を受信し、第１の変調光信号を非極低温環境に出力する。第２の光学デバイスは、極低温環境において、第１の光学デバイスから光信号を受信し、光信号を出力し、第１の変調光信号を受信し、第１の変調光信号を出力する。光変調器は、極低温環境において、第２の光学デバイスから光信号を受信し、光信号を変調して第１の変調光信号および第２の変調光信号を生成し、第２の変調光信号を出力し、第１の変調光を第２の光学デバイスに出力する。
【０００４】
別の例では、方法が提供される。方法は、非極低温環境において、第１の光学デバイスから極低温環境内の第２の光学デバイスに光信号を出力することと、第２の光学デバイスから極低温環境内の光変調器に光信号を出力することとを含む。方法はさらに、光変調器により光信号を変調して第１の変調光信号および第２の変調光信号を生成し、光変調器から第２の変調光信号を出力することを含む。方法はさらに、光変調器から第２の光学デバイスに第１の変調光信号を出力し、第２の光学デバイスから第１の光学デバイスに第１の変調光信号を出力することを含む。方法は、第１の光学デバイスから非極低温環境に第１の変調光信号を出力することをさらに含む。
【０００５】
さらに別の例では、システムは、第１の光偏光ビームスプリッタおよびコンバイナ、第２の光学偏光ビームスプリッタおよびコンバイナ、１×２方向性結合器変調器、および導波路を含む。非極低温環境において、第１の光偏光ビームスプリッタおよびコンバイナは、光信号を受信し、光信号を出力し、第１の変調光信号を受信し、第１の変調光信号を非極低温環境に出力する。第２の光偏光ビームスプリッタおよびコンバイナは、極低温環境において、第１の光学デバイスから光信号を受信し、光信号を出力し、第１の変調光信号を受信し、第１の変調光信号を出力する。１×２方向性結合器変調器は、極低温環境において、第２の変調光信号を出力し、第１の変調光信号を第２の光偏光ビームスプリッタおよびコンバイナに出力する。導波路は、１×２方向性結合器変調器からの第１の変調光信号を受信するように１×２方向性結合器変調器に結合される。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】未使用の光を極低温環境から非極低温環境にリダイレクトするシステムの例を示す図である。
【図２】未使用の光を極低温環境から非極低温環境にリダイレクトする別の例示的なシステムを示す図である。
【図３】未使用の光を極低温環境から非極低温環境にリダイレクトするさらに別の例示的なシステムを示す図である。
【図４】４Ａは、光変調器の例示的な概略図であり、４Ｂは、図４Ａに示されている光変調器４３０の例示的な光パワータイミング図である。
【図５】未使用の光を極低温環境から非極低温環境にリダイレクトする例示的な方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
極低温コンピューティングシステム内の未使用の光信号に関連する温度上昇に対する典型的な補償を排除するために、本明細書に開示される例示的なシステムは、この未使用の光信号を極低温環境から非極低温環境にリダイレクトする。従って、このリダイレクトされる出力信号は、極低温環境に散逸されない。そのような例示的なシステムは、非極低温環境において、光信号を受信し、光信号を出力し、第１の変調光信号を受信し、第１の変調光信号を非極低温環境に出力する第１の光学デバイスを含む。システムはさらに、極低温環境において、第１の光学デバイスから光信号を受信し、光信号を出力し、第１の変調光信号を受信し、第１の変調光信号を出力する第２の光学デバイスを含む。システムは、さらに、極低温環境において、第２の光学デバイスから光信号を受信し、光信号を（例えば、超伝導電気信号により）変調して第１の変調光信号および第２の変調光信号を生成し、第２の変調光信号を出力し、第１の変調光信号を第２の光学デバイスに出力する光変調器を含む。
【０００８】
いくつかの極低温コンピューティングシステムは、光変調器を使用して、非極低温環境から極低温環境内で受信した光信号を変調する。これらの光変調器は、光信号を変調する動作中に、未使用光の出力信号を生成する。そのような未使用の光信号を極低温環境内で出力すると、極低温環境の温度が上昇する。この温度上昇は、極低温環境の冷却の増強によって補償される。この温度上昇は、いくつかの極低温コンピューティングシステムが例えば、１００以上もの多数の光変調器を使用することに伴い、より多くの光変調器を追加することで、特定の極低温コンピューティングシステムに送信されるデータ量に基づいて、悪化する。例示的なシステムは、２つの光学デバイスを利用して、未使用の光信号（例えば、第１の変調光信号）を極低温環境から非極低温環境にリダイレクトする。そのような未使用の光信号を非極低温環境に出力することにより、未使用の光信号によって極低温環境の温度が上昇するのが防止され、かつ極低温環境内で所望の温度を維持するために使用される冷却量が減少する。例示的なシステムが光変調器の性能に影響を与えることなく、システムの光変調器からの２つの出力のうちの１つをリダイレクトすることによって、例示的なシステムは、第２の光学デバイスの出力における第２のファイバの必要性および関連する複雑性（例えば、嵩張り、コネクタ、ジャケット、スペースなど）を排除する。そのようなリダイレクトは、変調器チップ上に配置された集積光偏光ビームスプリッタコンバイナ（ＰＢＳＣ：ｏｐｔｉｃａｌ  ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  ｂｅａｍ  ｓｐｌｉｔｔｅｒ  ｃｏｍｂｉｎｅｒ）または変調器チップ上に配置された集積光サーキュレータを用いて実施することができる。
【０００９】
図１は、未使用の光を極低温環境１２１（例えば、４〜７７ケルビン（Ｋ））から室温環境（例えば、３００ケルビン（Ｋ）などの非極低温環境１１１にリダイレクトする例示的なシステム１００（例えば、超低電力電気光学低温論理システム（ｕｌｔｒａ−ｌｏｗ  ｐｏｗｅｒ  ｅｌｅｃｔｒｏ−ｏｐｔｉｃ  ｃｒｙｏ−ｌｏｇｉｃ  ｓｙｓｔｅｍ））を示す。一例では、極低温環境１２１は、極低温環境１２１内の温度を維持することが可能となるように、断熱バリア、例えば、断熱壁を介して非極低温環境１１１から分離される。システム１００は、非極低温環境１１１内の第１の光学デバイス１１０を含む。第１の光学デバイス１１０は、第１の光ファイバ１０２、第２の光ファイバ１１２（例えば、偏光保持ファイバ）、および第３の光ファイバ１０４に結合される。第１の光学デバイス１１０は、第１の光ファイバ１０２上の光信号を受信し、第２の光ファイバ１１２上に光信号を出力する。第１の光学デバイス１１０は、さらに、第２の光ファイバ１１２上の極低温環境１２１から第１の変調光信号を受信し、第１の変調光信号を非極低温環境１１１内で第３の光ファイバ１０４上に出力する。従って、第２の光ファイバ１１２は、光信号を非極低温環境１１１から極低温環境１２１に転送し、かつ第１の変調光信号を極低温環境１２１から非極低温環境１１１に転送して、極低温環境１２１から不要で未使用の光を非極低温環境１１１に除去または廃棄するために使用される双方向経路である。
【００１０】
システム１００はさらに、極低温環境１２１内の第２の光学デバイス１２０含む変調器モジュール１７０をさらに含む。第２の光学デバイス１２０は、第１の光導波路１２４を介して第２の光ファイバ１１２に結合され、さらに第２の光導波路１２２および第３の光導波路１３４に結合される。第２の光学デバイス１２０は、第２の光ファイバ１１２を介して第１の光学デバイス１１０から光信号を受信する。第２の光学デバイス１２０は、第２の光導波路１２２上に光信号を出力する。第２の光学デバイス１２０はまた、第３の光導波路１３４を介して第１の変調光信号を受信し、かつ第１の光導波路１２４を介して第２の光ファイバ１１２上に第１の変調光信号を出力する。
【００１１】
変調器モジュール１７０は、極低温環境１２１内の光変調器１３０（例えば、１×２方向性結合器変調器（１×２  ＤＣＭ：ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ  ｃｏｕｐｌｅｒ  ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）、シリコンマイクロ共振器（ＳＭＲ：ｓｉｌｉｃｏｎ  ｍｉｃｒｏ  ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）、または非極低温環境１１１にリダイレクトされる出力信号を生成する任意の他の光変調器）をさらに含む。従って、このリダイレクトされる出力信号は、極低温環境１２１に散逸されない。光変調器１３０は、第２の光導波路１２２、第３の光導波路１３４、および第４の光導波路１３２に結合される。光変調器１３０は、第２の光導波路１２２を介して第２の光学デバイス１２０から光信号を受信する。光変調器１３０は、この受信された光信号を（例えば、超伝導電気信号により）変調して、第１の変調光信号および第２の変調光信号を生成する。光変調器１３０は、第２の変調光信号を、光変調器１３０に結合される極低温環境１２１内の極低温デバイス１９０（例えば、極低温コンピューティングシステム）に第４の光導波路１３２を介して出力する。別の例では、極低温デバイス１９０は、極低温環境１２１内に通信経路を提供し、かつ／または極低温環境１２１内から非極低温環境１１１に信号を伝達する極低温システム（図示せず）の一部である。第４の光導波路１３２は、光変調器１３０と極低温デバイス１９０との間に第２の変調光信号用のデータ経路を提供するように第３の光ファイバ１３８に結合される。光変調器１３０は、第１の変調光信号を第２の光学デバイス１２０に第３の光導波路１３４を介して出力する。光変調器１３０は、実質的に無駄な光が変調器モジュール１７０の基板に入り込まず、かつ第４の光導波路１３２および第３の光ファイバ１３８を介して読み出される２つの「疑似相補（ｐｓｅｕｄｏ−ｃｏｍｐｌｉｍｅｎｔａｒｙ）」光出力を提供する。
【００１２】
従って、システム１００は、光変調器１３０の出力の１つである第３の光導波路１３４上の第１の変調光信号を、極低温環境１２１から非極低温環境１１１にリダイレクトする。特に、第２の光学デバイス１２０は、第１の変調光信号を受信し、第１の変調光信号を第２の光ファイバ１１２上に出力し、第１の変調光信号が第２の光ファイバ１１２上で非極低温環境１１１に渡される。その後、第１の光学デバイス１１０は、第１の変調光信号が極低温環境１２１の温度を上昇させるのを防止するように第１の変調光信号を非極低温環境１１１に出力する。さらに、例示的なシステム１００が光変調器１３０の性能に影響を与えることなく、システム１００の光変調器１３０からの２つの出力のうちの１つをリダイレクトすることによって、システム１００は、第２の光学デバイス１２０の出力における第２のファイバの必要性および関連する複雑性（例えば、嵩張り、コネクタ、スペースなど）を排除する。さらに、第２の光学デバイス１２０、光変調器１３０、およびそれらに関連する導波路１２２、１２４、１３２、および１３４は、同じ基板上に集積され、その結果、第１の変調光信号のほぼ全てが非極低温環境１１１にリダイレクトされるように、光がそのようなコンポーネント間を移動するので、光の損失が減少する。
【００１３】
図２は、未使用の光を極低温環境２２１から非極低温環境２１１にリダイレクトする別の例示的なシステム２００（例えば、超低電力電気光学低温論理システム）を示す。システム２００は、非極低温環境２１１内の第１の１×２方向性結合器２１０（例えば、オンチップ集積光偏光ビームスプリッタ／コンバイナ）を含む。第１の１×２方向性結合器２１０は、第１の光ファイバ２０２、第２の光ファイバ２１２（例えば、偏光保持ファイバ）、および第３の光ファイバ２０４（例えば、速軸）に結合される。第１の１×２方向性結合器２１０は、第１の光ファイバ２０２の遅軸上の光信号を受信し、第２の光ファイバ２１２上に光信号を出力する。第２の光ファイバ２１２は、偏光保持（ＰＭ）ファイバであり、その遅（例えば、水平）軸に沿って偏光連続波（ＣＷ）光を搬送する。第１の１×２方向性結合器２１０はさらに、第２の光ファイバ２１２上の第１の変調光信号を受信し、第１の変調光信号を第３の光ファイバ２０４を介して非極低温環境２１１に出力する。従って、第２の光ファイバ２１２は、光信号が極低温環境２２１に第２の光ファイバ２１２の遅軸上で転送され、第１の変調光信号が第２の光ファイバ２１２の速軸上で転送されることで、光信号を非極低温環境２１１から極低温環境２２１に転送し、かつ第１の変調光信号を極低温環境２２１から非極低温環境２１１に転送するために利用される双方向経路である。
【００１４】
一例では、第１の光ファイバ２０２は遅軸光路であり、第３の光ファイバ２０４は速軸光路である。しかしながら、第１の光ファイバ２０２および第３の光ファイバ２０４の複屈折材料（例えば、シリカ、フルオロジルコネート、フルオロアルミネート、カルコゲナイドガラス、サファイア、ポリスチレン、アクリル、または任意の他の電気光学材料）の反射率などの光学特性に応じて、別の例では、第１の光ファイバ２０２は速軸光路とすることができ、第３の光ファイバ２０４は遅軸光路とすることができる。第２の光ファイバ２１２は、遅軸光路および速軸光路の両方であり、第２の光ファイバ２１２は、非極低温環境２１１から極低温環境２２１への遅軸光路を提供し、かつ極低温環境２２１から非極低温環境２１１への速軸光路を提供する。同様に、別の例では、第２の光ファイバ２１２は、非極低温環境２１１から極低温環境２２１への速軸光路を提供し、極低温環境２２１から非極低温環境２１１への遅軸光路を提供することができる。
【００１５】
システム２００はさらに、極低温環境２２１内の第２の１×２双方向結合器２２０（例えば、オンチップ集積光偏光ビームスプリッタ／コンバイナ）を含む変調器モジュール２７０を含む。第２の１×２双方向結合器２２０は、第１の光導波路２２４を介して第２の光ファイバ２１２に結合され、さらに第２の光導波路２２２および第５の光導波路２３６に結合される。一例では、第２の光導波路２２２は遅軸であり、第５の光導波路２３６は速軸偏光導波路である。別の例では、第２の光導波路２２２は遅軸であり、第５の光導波路２３６は遅軸偏光導波路である。第１および第２の１×２双方向結合器２１０と２２０は、それらが双方向デバイスであり、かつ入力ファイバからの光をその偏光状態に従って並行して（ｃｏｎｃｕｒｒｅｎｔｌｙ）（例えば、垂直におよび水平に）分割し、２つの直交偏光ビームを単一の二重偏光ビームに結合するために使用されるという点で、偏光ベースのマルチプレクサ／デマルチプレクサとして機能する。図２の例では、第１および第２の１×２双方向結合器２１０および２２０は、水平方向に沿って存在するシステム２００の遅軸に沿って偏光されている。
【００１６】
第２の１×２双方向結合器２２０は、第２の光ファイバ２１２を介して第１の１×２双方向結合器２１０から光信号を受信する。第２の１×２双方向結合器２２０は、第２の光導波路２２２上に光信号を出力する。第２の１×２双方向結合器２２０はまた、第５の光導波路２３６を介して第１の変調光信号を受信し、第１の光導波路２２４を介して第２の光ファイバ２１２上に第１の変調光信号を出力する。第２の１×２双方向結合器２２０は、第２の光ファイバ２１２の遅（例えば、水平）軸を介して光信号を受信し、第２の光ファイバ２１２の速（例えば、垂直）軸を介して光信号を出力する。
【００１７】
変調器モジュール２７０はさらに、極低温環境１２１内の光変調器２３０（例えば、１×２方向性結合器変調器、シリコンマイクロ共振器光変調器、または非極低温環境２１１にリダイレクトされる出力信号を生成する任意の他の光変調器）を含む。従って、このリダイレクトされる出力信号は、極低温環境１２１に散逸されない。光変調器２３０は、第２の光導波路２２２、第３の光導波路２３４（例えば、１８０度転回導波路）、および第４の光導波路２３２に結合される。光変調器２３０は、第２の光導波路２２２を介して第２の１×２方向性結合器２２０から光信号を受信する。光変調器２３０は、この受信した光信号を変調して、第１の変調光信号および第２の変調光信号を生成する。光変調器２３０は、第２の変調光信号を、光変調器２３０に結合された極低温環境２２１内の極低温デバイス２９０（例えば、極低温コンピューティングシステム）に第４の光導波路２３２を介して出力する。別の例では、極低温デバイス２９０は、極低温環境２２１内に通信経路を提供し、かつ／または極低温環境２２１内から非極低温環境２１１に信号を伝達する極低温システム（図示せず）の一部である。第４の光導波路２３２は、光変調器２３０と極低温デバイス２９０との間に第２の変調光信号用のデータ経路を提供するように第３の光ファイバ２３８に結合される。変調器モジュール２７０は、第３の光導波路２３４および第５の光導波路２３６に結合される偏光回転子２４０をさらに含む。光変調器２３０は、また第１の変調光信号を第３の光導波路２３４を介して偏光回転子２４０に出力する。光変調器２３０は、実質的に無駄な光が変調器モジュール２７０の基板に入り込まず、かつ第４の光導波路２３２および第３の光ファイバ２３８を介して読み出される２つの「疑似相補」光出力を提供する。
【００１８】
偏光回転子２４０は、直線偏光された光ビームの偏光軸を任意の角度だけ回転させる光学デバイスである。この例では、偏光回転子２４０は９０度偏光回転子であり、かつ第３の光導波路２３４および第５の光導波路２３６と光学的に一体化されている。偏光回転子２４０は、光変調器２３０から第１の変調光信号を第３の光導波路２３４を介して受信し、第１の変調光信号の偏光軸を約９０度（例えば、５％の許容誤差内で）回転させ、第１の変調光信号の偏光軸回転バージョンを第２の１×２方向性結合器２２０に出力する。偏光回転子２４０は、第５の光導波路２３６上の第１の変調光信号の回転バージョンを、第２の１×２方向性結合器２２０の速軸（例えば、垂直軸）に出力する。従って、システム２００は、第３の光導波路２３４上の第１の変調光信号である光変調器２３０の出力の１つを極低温環境１２１から非極低温環境２１１にリダイレクトして、第１の変調光信号が極低温環境１２１の温度を増加させるのを防止する。さらに、例示的なシステム２００が、光変調器２３０の性能に影響を与えることなく、システム２００の光変調器２３０からの２つの出力のうちの１つをリダイレクトすることによって、システム２００は、第２の光学デバイス２２０の出力における第２のファイバの必要性および関連する複雑性（例えば、嵩張り、コネクタ、スペースなど）を排除する。さらに、第２の光学デバイス２２０、光変調器２３０、およびそれらに関連する導波路２２２、２２４、２３２、２３４、および２３６は、同じ基板上に集積され、その結果、第１の変調光信号のほぼ全てが非極低温環境２１１にリダイレクトされるように、光がそのようなコンポーネント間を移動するので、光の損失が減少する。
【００１９】
図３は、未使用の光を極低温環境３２１から非極低温環境３１１にリダイレクトするさらに別の例示的なシステム３００（例えば、超低電力電気光学低温論理システム）を示す。システム３００は、非極低温環境３１１内の第１の光サーキュレータ３１０（例えば、オンチップ集積光サーキュレータ）を含む。第１の光サーキュレータ３１０は、第１の光ファイバ３０２、第２の光ファイバ３１２（例えば、偏光保持ファイバ）、および第３の光ファイバ３０４（例えば、速軸）に結合される。第１の光サーキュレータ３１０は、第１の光ファイバ３０２の遅軸上の光信号を受信し、第２の光ファイバ３１２上に光信号を出力する。第２の光ファイバ３１２は、偏光保持（ＰＭ）ファイバであり、その遅（例えば、水平）軸に沿って偏光連続波（ＣＷ）光を搬送する。第１の光サーキュレータ３１０は、第２の光ファイバ３１２上の第１の変調光信号をさらに受信し、第１の光変調信号を第３の光ファイバ３０４を介して非極低温環境３１１に出力する。従って、第２の光ファイバ３１２は、光信号が極低温環境３２１に第２の光ファイバ３１２の遅軸上で転送され、第１の変調光信号が第２の光ファイバ３１２の速軸上で転送されることで、光信号を非極低温環境３１１から極低温環境３２１に転送し、かつ第１の変調光信号を極低温環境３２１から非極低温環境３１１に転送するために利用される双方向経路である。
【００２０】
一例では、第１の光ファイバ３０２は遅軸光路であり、第３の光ファイバ３０４は速軸光路である。しかしながら、例えば、第１の光ファイバ３０２および第３の光ファイバ３０４の複屈折材料（例えば、シリカ、フルオロジルコネート、フルオロアルミネート、カルコゲナイドガラス、サファイア、ポリスチレン、アクリル、または任意の他の電気光学材料）の反射率などの光学特性に応じて、別の例では、第１の光ファイバ３０２は速軸光路とすることができ、第３の光ファイバ３０４は遅軸光路とすることができる。第２の光ファイバ３１２は、遅軸光路および速軸光路の両方であり、第２の光ファイバ３１２は、非極低温環境３１１から極低温環境３２１への遅軸光路を提供し、かつ極低温環境３２１から非極低温環境３１１への速軸光路を提供する。同様に、別の例では、第２の光ファイバ３１２は、非極低温環境３１１から極低温環境３２１への速軸光路を提供し、極低温環境３２１から非極低温環境３１１への遅軸光路を提供することができる。
【００２１】
システム３００は、極低温環境３２１内の第２の光サーキュレータ３２０（例えば、オンチップ集積光サーキュレータ）を含む変調器モジュール３７０をさらに含む。第１および第２の光サーキュレータ３１０および３２０は、それらが双方向デバイスであり、かつ入力ファイバからの光をその偏光状態に従って同時に（即ち、垂直および水平に）分割し、２つの直交偏光ビームを単一の二重偏光ビームに結合するために使用されるという点で、偏光ベースのマルチプレクサ／デマルチプレクサとして機能する。図３の例では、第１および第２の光サーキュレータ３１０および３２０は、水平方向に沿って存在するシステム３００の遅軸に沿って偏光されている。
【００２２】
第２の光サーキュレータ３２０は、第２の光ファイバ３１２を介して第１の光サーキュレータ３１０から光信号を受信する。第２の光サーキュレータ３２０は、第１の光導波路３２４を介して第２の光ファイバ３１２に結合され、さらに第２の光導波路３２２（例えば、遅軸）および第３の光導波路３３４（例えば、１８０度転回導波路）に結合される。第２の光サーキュレータ３２０は、第２の光導波路３２２上に光信号を出力する。第２の光サーキュレータ３２０はまた、第３の光導波路３３４を介して第１の変調光信号を受信し、かつ第１の光導波路３２４を介して第２の光ファイバ３１２上に第１の変調光信号を出力する。第２の光サーキュレータ３２０は、第２の光ファイバ３１２の遅（例えば、水平）軸を介して光信号を受信し、第２の光ファイバ３１２の速（例えば、垂直）軸を介して光信号を出力する。
【００２３】
変調器モジュール３７０は、極低温環境３２１内の光変調器３３０（例えば、１×２方向性結合器変調器、シリコンマイクロ共振器、または非極低温環境３１１にリダイレクトされる出力信号を生成する任意の他の光変調器）をさらに含む。従って、このリダイレクトされる出力信号は、極低温環境３２１に散逸されない。光変調器３３０は、第２の光導波路３２２、第５の光ファイバ３３２、および第３の光導波路３３４に結合される。一例では、光変調器３３０は、第２の光サーキュレータ３２０と同じ集積回路チップ上に実装される。光変調器３３０は、第２の光導波路３２２を介して第２の光サーキュレータ３２０から光信号を受信する。光変調器３３０は、この受信した光信号を変調して、第１の変調光信号および第２の変調光信号を生成する。光変調器３３０は、第２の変調光信号を、光変調器３３０に結合された極低温環境３２１内の極低温デバイス３９０（例えば、極低温コンピューティングシステム）に第５の光ファイバ３３２を介して出力する。別の例では、極低温デバイス３９０は、極低温環境３２１内に通信経路を提供し、かつ／または極低温環境３２１内から非極低温環境３１１に信号を伝達する極低温システム（図示せず）の一部である。第５の光導波路３３２は、光変調器３３０と極低温デバイス３９０との間に第２の変調光信号用のデータ経路を提供するように第４の光ファイバ３３８に結合される。光変調器２３０は、第１の変調光信号を第２の光サーキュレータ３２０に第３の光導波路３３４を介して出力する。光変調器３３０は、実質的に無駄な光が変調器モジュール３７０の基板に入り込まず、かつ第５の光導波路３３２および第４の光ファイバ３３８を介して読み出すことができる２つの「疑似相補」光出力を提供する。
【００２４】
従って、システム３００は、第３の光導波路３３４上の第１の変調光信号である光変調器３３０の出力の１つを極低温環境３２１から非極低温環境３１１にリダイレクトして、第１の変調光信号が極低温環境の温度３２１を増加させることはない。特に、第２の光サーキュレータ３２０は、第１の変調光信号を受信し、第１の変調光信号を第２の光ファイバ３１２上に出力し、第１の変調光信号が第２の光ファイバ３１２上で非極低温環境３１１に渡される。その後、第１の光サーキュレータ３１０は、第１の変調光信号が極低温環境３２１の温度を上昇させるのを防止するように第１の変調光信号を非極低温環境３１１に出力する。さらに、例示的なシステム３００が、光変調器３３０の性能に影響を与えることなく、システム３００の光変調器３３０からの２つの出力のうちの１つをリダイレクトすることによって、システム３００は、第２の光サーキュレータ３２０の出力における第２のファイバの必要性および関連する複雑性（例えば、嵩張り、コネクタ、スペースなど）を排除する。さらに、第２の光サーキュレータ３２０、光変調器３３０、およびそれらに関連する導波路３２２、３２４、３３２、３３４は、同じ基板上に集積され、その結果、第１の変調光信号のほぼ全てが非極低温環境３１１にリダイレクトされるように、光がそのようなコンポーネント間を移動するので、光の損失が減少する。
【００２５】
図４Ａは、光変調器４３０（例えば、１×２方向性結合器変調器）の例示的な概略図を示す。一例では、光変調器４３０は、図１〜図３にそれぞれ示される光変調器１３０、光変調器２３０、および／または光変調器３３０として使用することができる。
【００２６】
光変調器４３０は、単一の入力、例えば、シングルモード導波路入力４３２を含む。一例では、光変調器４３０は、有機ＥＯ材料、プラスチックＥＯ材料、またはポリマー格子内の非線形光学発色団からなるポリマーＥＯ材料などの電気光学（ＥＯ）材料上に実装される。シングルモード導波路４３２は、２つの実質的に同一の平行なシングルモード結合導波路４３６および４４０を含む方向性結合器に結合された導波路「Ｙ」４３４で分岐する。一例では、この導波路「Ｙ」は、遅軸偏光導波路である。電極４５０は、２つの実質的に同一の平行なシングルモード結合導波路４３６および４４０に平行に配置される。一例では、２つの実質的に平行なシングルモード結合導波路４３６および４４０は、光変調器４３０の２つの実質的に平行なシングルモード結合導波路４３６および４４０の光パワーＰ１およびＰ２をそれぞれ制御するように電圧信号が電極４５０に印加されるという点で、結合導波路である。
【００２７】
図４Ｂは、図４Ａに示されている光変調器４３０の例示的な光パワータイミング図４６０を示す。特に、ゼロ入力電圧（Ｖ＝０）が電極４５０に印加されると、シングルモード導波路４３２に結合された光は、２つの実質的に同一の平行なシングルモード結合導波路４３６および４４０の間で均等に分割される。図４Ｂに示される場合では、出力光パワーは、Ｐ１＝Ｐ２＝０．５である。１つの入力電圧（Ｖ＝１）の値が電極４５０に印加されると、２つの実質的に同一の平行なシングルモード結合導波路４３６および４４０間に位相不整合が生じ、光変調器４３０内の対称性がなくなり、２つのシングルモード結合導波路４３６および４４０における光の不均等な分割が生じる。光変調器４３０の設計に応じて、１つの出力（例えば、シングルモード結合導波路４３６）はハイであり（光パワー＝１）、他の出力（例えば、シングルモード結合導波路４４０）はロウである（光パワー＝０）。図４Ｂの例では、Ｖ＝１が電極４５０に印加されると、シングルモード結合導波路４３６における光パワーＰ１はＰ１＝１であり、同時にシングルモード結合導波路４４０における光パワーＰ２はＰ２＝０である。図示の例では、光変調器４３０は、光変調器４３０によって生成された光パワーＰ２における第２の変調光信号と相補である第１の変調光信号を光パワーＰ１において生成する。
【００２８】
上述した構造的および機能的特徴を考慮して、本開示の様々な態様による方法は、図５を参照してよりよく理解されるであろう。説明を簡単にするために、図５の方法は、連続的に実行されるように示され、かつ説明されているが、いくつかの態様は、本開示に従って、異なる順序で、および／または本明細書に示され、かつ説明されたものからの他の態様と同時に生じる可能性があるので、本開示は、図示された順序によって限定されないことが理解および認識されるべきである。さらに、本開示の態様による方法を実施するために、例示されているすべての特徴が必要とならない場合がある。さらに、図５の方法には、図１〜図４で説明したコンポーネントについて上記で説明した追加の機能が含まれる場合がある。
【００２９】
図５は、未使用の光を極低温環境１２１、２２１、または３２１から非極低温環境１１１、２１１、または３１１にリダイレクトする例示的な方法５００を示す。このリダイレクトされる未使用の光は、極低温環境１２１、２２１、または３２１に散逸されない。５０５において、方法５００は、非極低温環境１１１、２１１、または３１１内の第１の光学デバイス（例えば、図１の第１の光学デバイス１１０、図２の第１の１×２方向性結合器２１０、および図３の第１の光サーキュレータ３１０）から極低温環境１２１、２２１、または３２１内の第２の光学デバイス（例えば、図１の第２の光学デバイス１２０、図２の第２の１×２方向性結合器２２０、および図３の第２の光サーキュレータ３２０）に光信号を出力することを含む。５１０において、方法５００は、第２の光学デバイスから極低温環境１２１、２２１、または３２１内の光変調器（例えば、図１の光変調器１３０、図２の光変調器２３０、および図３の光変調器３３０）に光信号を出力することをさらに含む。
【００３０】
５１５において、方法５００は、光変調器により光信号を変調して、第１の変調光信号および第２の変調光信号を生成することをさらに含む。５２０において、方法５００は、光変調器から第２の変調光信号を出力することをさらに含む。５２５において、方法５００は、光変調器から第２の光学デバイスに第１の変調光信号を出力することをさらに含む。
【００３１】
５３０において、方法は、第２の光学デバイスから第１の光学デバイスに第１の変調光信号を出力することをさらに含む。５３５において、方法５００は、第１の光学デバイスから非極低温環境１１１、２１１、または３１１に第１の変調光信号を出力することをさらに含む。
【００３２】
上記した説明は、本開示の例である。当然ながら、本開示を説明する目的で考えられるすべての構成要素または方法の組み合わせを説明することは不可能であるが、当業者は、本開示の多くのさらなる組み合わせおよび置換が可能であることを認識するであろう。従って、本開示は、添付の特許請求の範囲を含む本出願の範囲内にあるそのようなすべての変更、修正、および変形を包含することを意図している。
【図１】
2021516791.tif 000003
【図２】
2021516791.tif 000004
【図３】
2021516791.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年9月18日(2020.9.18)
【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】
システムであって、
非極低温環境において、光信号を受信し、前記光信号を出力し、第１の変調光信号を受信し、前記第１の変調光信号を極低温環境に出力する第１の光学デバイスと、
前記極低温環境において、前記第１の光学デバイスから前記光信号を受信し、前記光信号を出力し、前記第１の変調光信号を受信し、前記第１の変調光信号を出力する第２の光学デバイスと、
前記極低温環境において、前記第２の光学デバイスから前記光信号を受信し、前記光信号を変調して第１の変調光信号および第２の変調光信号を生成し、前記第２の変調光信号を出力し、前記第１の変調光信号を前記第２の光学デバイスに出力する光変調器と、を備えるシステム。
【請求項２】
前記光変調器は、１×２方向性結合器変調器およびシリコンマイクロ共振器集積光変調器のうちの１つである、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記第１の光学デバイスおよび前記第２の光学デバイスは、光学偏光ビームスプリッタおよびコンバイナである、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記第１の光学デバイスおよび前記第２の光学デバイスは、光サーキュレータである、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記第１の変調光信号の偏光軸を約９０度回転させ、前記第１の変調光信号の偏光軸回転バージョンを前記第２の光学デバイスに出力する回転子をさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記回転子と前記第２の光学デバイスとを結合するための速軸偏光導波路をさらに備える、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記光変調器に結合され、前記光変調器から前記第１の変調光信号を受信し、前記第１の変調光信号を第２の光学デバイスのうちの１つに出力する１８０度転回導波路と、
前記第１の変調光信号の偏光軸を約９０度回転させる回転子と、を更に備える請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記光変調器から出力される前記第１の変調光信号は、前記光変調器から出力される前記第２の変調光信号の相補である、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
方法であって、
非極低温環境において、第１の光学デバイスから極低温環境内の第２の光学デバイスに光信号を出力するステップと、
前記第２の光学デバイスから前記極低温環境内の光変調器に光信号を出力するステップと、
前記光変調器により前記光信号を変調して、第１の変調光信号および第２の変調光信号を生成するステップと、
前記光変調器から前記第２の変調光信号を出力するステップと、
前記光変調器から前記第２の光学デバイスに前記第１の変調光信号を出力するステップと、
前記第２の光学デバイスから前記第１の光学デバイスに前記第１の変調光信号を出力するステップと、
前記第１の光学デバイスから前記非極低温環境に第１の変調光信号を出力するステップと、を含む方法。
【請求項１０】
前記光変調器は、１×２方向性結合器変調器およびシリコンマイクロ共振器集積光変調器のうちの１つである、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１の光学デバイスおよび前記第２の光学デバイスは、光学偏光ビームスプリッタおよびコンバイナである、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１の光学デバイスおよび前記第２の光学デバイスは、光サーキュレータである、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１の変調光信号の偏光軸を回転子により約９０度回転させるステップをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
速軸偏光導波路を介して前記回転子と前記第２の光学デバイスとを結合するステップをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記光変調器に結合された１８０度転回導波路によって、前記光変調器からの前記第１の変調光信号を受信するステップをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
上記した説明は、本開示の例である。当然ながら、本開示を説明する目的で考えられるすべての構成要素または方法の組み合わせを説明することは不可能であるが、当業者は、本開示の多くのさらなる組み合わせおよび置換が可能であることを認識するであろう。従って、本開示は、添付の特許請求の範囲を含む本出願の範囲内にあるそのようなすべての変更、修正、および変形を包含することを意図している。
以下に、上記実施形態から把握できる技術思想を付記として記載する。
［付記１］
方法であって、
非極低温環境において、第１の光学デバイスから極低温環境内の第２の光学デバイスに光信号を出力するステップと、
前記第２の光学デバイスから前記極低温環境内の光変調器に光信号を出力するステップと、
前記光変調器により前記光信号を変調して、第１の変調光信号および第２の変調光信号を生成するステップと、
前記光変調器から前記第２の変調光信号を出力するステップと、
前記光変調器から前記第２の光学デバイスに前記第１の変調光信号を出力するステップと、
前記第２の光学デバイスから前記第１の光学デバイスに前記第１の変調光信号を出力するステップと、
前記第１の光学デバイスから前記非極低温環境に第１の変調光信号を出力するステップと、を含み、
前記光変調器から出力される前記第１の変調光信号は、前記光変調器から出力される前記第２の変調光信号の相補である、方法。
［付記２］
システムであって、
非極低温環境において、光信号を受信し、前記光信号を出力し、第１の変調光信号を受信し、前記第１の変調光信号を非極低温環境に出力する第１の光偏光ビームスプリッタおよびコンバイナと、
極低温環境において、第１の光学デバイスから光信号を受信し、光信号を出力し、前記第１の変調光信号を受信し、前記第１の変調光信号を出力する第２の光偏光ビームスプリッタおよびコンバイナと、
前記極低温環境において、第２の変調光信号を出力し、第１の変調光信号を前記第２の光偏光ビームスプリッタおよびコンバイナに出力する１×２方向性結合器変調器と、
前記１×２方向性結合器変調器から前記第１の変調光信号を受信するように前記１×２方向性結合器変調器に結合された導波路とを備えるシステム。
［付記３］
前記第１の変調光信号の偏光軸が回転されたバージョンを第２の光学デバイスに出力する回転子をさらに備える、付記２に記載のシステム。
［付記４］
前記回転子と前記第２の光偏光ビームスプリッタおよびコンバイナとを結合するための速軸偏光導波路をさらに備える、付記３に記載のシステム。
［付記５］
前記１×２方向性結合器変調器から出力される前記第１の変調光信号は、前記１×２方向性結合器変調器から出力される前記第２の変調光信号の相補である、付記２に記載のシステム。
【国際調査報告】
2021516791.tif 000008
2021516791.tif 000009
2021516791.tif 000010