(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォトニック集積回路であって、
基板と、
上記基板上にパターニングされており、かつ、入力放射ビームを導くように構成された第１導波路と、
上記基板上にパターニングされた第２導波路と、
上記第１導波路および上記第２導波路のそれぞれが貫通する結合領域と、
上記第１導波路および上記第２導波路のそれぞれに結合された１つ以上の変調素子と、
上記第１導波路の端部に位置する第１ファセットおよび上記第２導波路の端部に位置する第２ファセットと、を備えており、
第１の反射および第２の反射が、上記第１ファセットおよび上記第２ファセットにおいて、上記第１導波路内および上記第２導波路内にそれぞれ発生し、
上記入力放射ビームは、上記第１導波路の上記第１ファセットから出射し、
上記第１導波路および上記第２導波路のそれぞれに結合された上記１つ以上の変調素子は、上記第１の反射および上記第２の反射が、上記結合領域を通過した後、（ｉ）上記第２導波路内においては建設的に干渉するとともに、（ｉｉ）上記第１導波路内においては破壊的に干渉するように、上記第１の反射および上記第２の反射が上記結合領域または他のいかなる結合領域を通過する前に、当該第１の反射および当該第２の反射の位相を調整するように構成されていることを特徴とするフォトニック集積回路。
【請求項２】
上記第１ファセットおよび上記第２ファセットは、上記基板を垂直に貫通する平面に対して８°〜１０°の角度を成していることを特徴とする請求項１に記載のフォトニック集積回路。
【請求項３】
上記結合領域は、２×２双方向カプラであることを特徴とする請求項１に記載のフォトニック集積回路。
【請求項４】
上記結合領域は、上記第１導波路と上記第２導波路との間の放射をエバネッセント結合するように構成されていることを特徴とする請求項３に記載のフォトニック集積回路。
【請求項５】
上記結合領域は、マルチモード干渉（ＭＭＩ）カプラであることを特徴とする請求項１に記載のフォトニック集積回路。
【請求項６】
上記１つ以上の変調素子は、受動的な位相シフト素子を含んでいることを特徴とする請求項１に記載のフォトニック集積回路。
【請求項７】
上記１つ以上の変調素子は、熱光学変調器を含んでいることを特徴とする請求項１に記載のフォトニック集積回路。
【請求項８】
上記１つ以上の変調素子は、電気光学変調器を含んでいることを特徴とする請求項１に記載のフォトニック集積回路。
【請求項９】
上記結合領域に縦列された第２結合領域をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載のフォトニック集積回路。
【請求項１０】
上記結合領域および上記第２結合領域は、マッハ・ツェンダー干渉計を形成するように、ともに構成されていることを特徴とする請求項９に記載のフォトニック集積回路。
【請求項１１】
上記結合領域と第２結合領域との間において、上記第１導波路および上記第２導波路のそれぞれに結合された、第２の１つ以上の変調素子の組をさらに備えていることを特徴とする請求項９に記載のフォトニック集積回路。
【請求項１２】
上記第１ファセットは、上記フォトニック集積回路の外部からの光を受光するように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載のフォトニック集積回路。
【請求項１３】
フォトニック集積回路であって、
基板と、
上記基板上にパターニングされており、かつ、入力放射ビームを導くように構成された第１導波路と、
上記基板上にパターニングされた第２導波路と、
上記第１導波路および上記第２導波路のそれぞれが貫通する結合領域と、
上記第１導波路および上記第２導波路のそれぞれに結合された１つ以上の変調素子と、
上記第１導波路の端部に位置する第１ファセットおよび上記第２導波路の端部に位置する第２ファセットと、
上記第１ファセットおよび上記第２ファセットと位置合わせされているとともに、増幅された放射を反射して上記第１導波路内および上記第２導波路内に戻すように構成された１つ以上の光増幅素子と、を備えており、
上記入力放射ビームは、上記第１導波路の上記第１ファセットから出射し、
上記第１導波路および上記第２導波路のそれぞれに結合された上記１つ以上の変調素子は、上記増幅された放射が、上記結合領域を通過した後、（ｉ）上記第２導波路内においては建設的に干渉するとともに、（ｉｉ）上記第１導波路内においては破壊的に干渉するように、上記増幅された放射が上記結合領域を通過する前に、上記第１導波路および上記第２導波路における当該増幅された放射の位相を調整するように構成されていることを特徴とするフォトニック集積回路。
【請求項１４】
上記結合領域は、２×２双方向カプラであることを特徴とする請求項１３に記載のフォトニック集積回路。
【請求項１５】
上記結合領域は、上記第１導波路と上記第２導波路との間の放射をエバネッセント結合するように構成されていることを特徴とする請求項１４に記載のフォトニック集積回路。
【請求項１６】
上記結合領域は、マルチモード干渉（ＭＭＩ）カプラであることを特徴とする請求項１３に記載のフォトニック集積回路。
【請求項１７】
上記１つ以上の変調素子は、受動的な位相シフト素子を含んでいることを特徴とする請求項１３に記載のフォトニック集積回路。
【請求項１８】
上記１つ以上の変調素子は、熱光学変調器を含んでいることを特徴とする請求項１３に記載のフォトニック集積回路。
【請求項１９】
上記１つ以上の変調素子は、電気光学変調器を含んでいることを特徴とする請求項１３に記載のフォトニック集積回路。
【請求項２０】
上記結合領域に縦列された第２結合領域をさらに備えていることを特徴とする請求項１３に記載のフォトニック集積回路。
【請求項２１】
上記結合領域および上記第２結合領域は、マッハ・ツェンダー干渉計を形成するように、ともに構成されていることを特徴とする請求項２０に記載のフォトニック集積回路。
【請求項２２】
上記結合領域と上記第２結合領域との間において、上記第１導波路および上記第２導波路のそれぞれに結合された第２の１つ以上の変調素子の組をさらに備えていることを特徴とする請求項２０に記載のフォトニック集積回路。
【請求項２３】
上記１つ以上の光増幅素子は、半導体光増幅器（ＳＯＡ）を備えていることを特徴とする請求項１３に記載のフォトニック集積回路。
【請求項２４】
上記１つ以上の光増幅素子は、上記基板に集積されていることを特徴とする請求項１３に記載のフォトニック集積回路。
【請求項２５】
上記１つ以上の光増幅素子は、上記基板に接着された第２基板上に設けられていることを特徴とする請求項１３に記載のフォトニック集積回路。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
〔関連出願の相互参照〕
本出願は、２０１５年３月１２日に出願された米国仮出願第６２／１３２，０３８号による利益を主張するものであり、仮出願で開示されたその全体が参照によって本明細書に組み込まれる。
【０００２】
〔背景〕
（分野）
本発明の実施形態は、好ましくない反射を抑制することが可能なフォトニック集積回路の設計に関する。
【０００３】
（背景）
フォトニック集積回路は、電気通信からイメージングに渡る多様な用途に用いられる。これらの回路は、時には同一の導波路内において、光が順方向および逆方向に伝播可能な、双方向である少なくともいくつかの部分を有するように設計されることが多い。これにより、好ましくない効果（例：他の信号への干渉）をもたらし得る反射が生じる可能性がある。
【０００４】
好ましくない反射を低減すべく、有効となり得る解決策がいくつか実施されている。これらの解決策は、（ｉ）空気と導波路のファセット（facet）との境界面において反射を低減するように、光の伝播方向に対してファセットを傾けることと、（ｉｉ）反射が好ましくないファセット上および他の表面上に反射防止コーティングを施すこととを含む。このような技術により、反射される放射の振幅は、−４０ｄＢも低減され得る。しかし、大きいダイナミックレンジの検出、ヘテロダイン混合、および／または弱い入力信号の検出を扱う場合は特に、この程度の抑制では、十分ではない場合がある。このような状況は、光コヒーレンストモグラフィ（ＯＣＴ）システムを含む、例えば低コヒーレンス干渉装置において見られる。
【０００５】
〔簡単な概要〕
本明細書に示す実施形態において、反射抑制機構を有するフォトニック集積回路のデバイス設計が示される。
【０００６】
ある実施形態において、フォトニック集積回路は、基板と、当該基板上にパターニングされた第１導波路および第２導波路とを備える。第１導波路は、入力放射ビームを導く。また、フォトニック集積回路は結合領域を含み、第１導波路および第２導波路はそれぞれ当該結合領域を貫通している。１つ以上の変調素子が、第１導波路および第２導波路のそれぞれに結合されている。第１導波路および第２導波路は、それぞれ第１ファセットおよび第２ファセットを有しており、第１の反射および第２の反射が、第１ファセットおよび第２ファセットにおいて、第１導波路内および第２導波路内にそれぞれ発生する。第１導波路および第２導波路のそれぞれに結合された１つ以上の変調素子は、第１の反射および第２の反射が結合領域を通過する前に、第１の反射および第２の反射の位相を調整するように設計されている。
【０００７】
別の実施形態において、フォトニック集積回路は、基板と、当該基板上にパターニングされた第１導波路および第２導波路とを備える。第１導波路は、入力放射ビームを導く。また、フォトニック集積回路は結合領域を含み、第１導波路および第２導波路はそれぞれ当該結合領域を貫通している。１つ以上の変調素子が、第１導波路および第２導波路のそれぞれに結合されている。第１導波路および第２導波路は、それぞれ第１ファセットおよび第２ファセットを有する。また、フォトニック集積回路は、１つ以上の光増幅素子を備える。当該１つ以上の光増幅素子は、第１ファセットおよび第２ファセットと位置合わせされているとともに、増幅された放射を反射して第１導波路および第２導波路内に戻すように設計されている。第１導波路および第２導波路のそれぞれに結合された１つ以上の変調素子は、増幅された放射が結合領域を通過する前に、第１導波路および第２導波路における増幅された放射の位相を調整するように設計されている。
【０００８】
〔図面の簡単な説明〕
添付の図面は、本明細書に引用され本明細書の一部を成すものであり、本発明に係る実施形態を示すものである。添付の図面は、本発明を当業者が製造かつ使用することができるように、本明細書の記載とともに本発明の原則を説明する役割をさらに果たす。
【０００９】
図１は、フォトニック集積回路を示す。
【００１０】
図２Ａは、ある実施形態に係るフォトニック集積回路を示す。
【００１１】
図２Ｂおよび図２Ｃは、光学シミュレーションの結果の一例を示す。
【００１２】
図３Ａは、ある実施形態に係るフォトニック集積回路を示す。
【００１３】
図３Ｂは、光学シミュレーションの結果の一例を示す。
【００１４】
図４は、フォトニック集積回路を示す。
【００１５】
図５は、ある実施形態に係るフォトニック集積回路を示す。
【００１６】
図６は、ある実施形態に係るフォトニック集積回路を示す。
【００１７】
図７は、ある実施形態に係る干渉システムのブロック図を示す。
【００１８】
本発明の実施形態は、添付の図面を参照して説明される。
【００１９】
〔詳細な説明〕
特定の構成および配置について説明されているが、これらは例示のみを目的として説明されていることを理解されるべきである。当業者であれば、本発明の精神および範囲を逸脱することなく、他の構成および配置を適用し得ることを理解するであろう。本発明が種々の他の用途にも用いることができることは当業者にとって明白であろう。
【００２０】
本明細書において、「一実施形態」（one embodiment）、「ある実施形態」（an embodiment）、「例示の実施形態」（an example embodiment）等の記載についての言及は、記載された実施形態が特定の構成、構造、または特性を含む場合があるものの、全ての実施形態が必ずしも特定の構成、構造、または特性を含むものではないことを意味する。さらに、そのような表現は、必ずしも同一の実施形態について言及するものではない。さらに、特定の構成、構造、または特性がある実施形態と関連づけて説明される場合は、そのような特定の構成、構造、または特性が他の実施形態と関連して機能することは、明示されていないとしても当業者の理解の範疇である。
【００２１】
本明細書に記載の実施形態は、フォトニック集積回路の種々の設計に関する。（ｉ）これらの回路は、ＯＣＴ等の種々のイメージング用途において使用でき、および／または、（ｉｉ）当該回路は、好ましくない反射が抑制される必要のある反射素子を備えていてよい。
【００２２】
なお、「電磁放射」、「光」、「放射ビーム（beam of radiation）」、および「光ビーム」の文言は、全て、本明細書に記載の種々の素子およびシステムを経由して伝播する同一の電磁放射信号について記載するために用いられている。
【００２３】
図１は、基板１０２とパターニングされた導波路１０４とを有するフォトニック集積回路１００を示す。パターニング形成された導波路１０４は、ファセット１０６において終端している。当該ファセット１０６では、光が導波路１０４から周囲の空気中へと出射する。撮像光１０８は、ファセット１０６から出射し、サンプル１１０に衝突する。このように、フォトニック集積回路１００は、撮像装置の一部として使用される。サンプル１１０からの反射は、サンプル１１０の画像を生成するために、導波路１０４に回収され、最終的には光ディテクタ（不図示）において検出される。
【００２４】
図１に示されるように、入力光ビームおよびサンプル１１０からの反射光の両方の伝送に導波路１０４を使用することにより、この入力光および反射光から成る好ましい光路が形成される。しかし、導波路１０４内には、ファセット１０６において反射された反射光も存在する。ファセット１０６から反射されたこの光は、サンプル１１０からの好ましい反射に干渉し得るため、好ましくない。ファセット１０６からの反射光は、サンプル１１０からの反射光の品質の低下を招く。サンプル１１０からの反射光の振幅が比較的小さい場合（ＯＣＴ等の、イメージングが実際に適用される多くの例に当てはまる）、この問題は悪化する。
【００２５】
図２Ａは、ある実施形態に係るフォトニック集積回路２００を示す。フォトニック集積回路２００は、基板２０２、第１導波路２０４、および第２導波路２０６を備える。導波路２０４および導波路２０６は、任意の種類の導波路（例：ストリップ導波路またはリブ導波路）であってよい。導波路２０４および２０６は、１つの光モードのみが導波路２０４および２０６のコアを通って伝播する寸法を有していてよい。
【００２６】
導波路２０４および導波路２０６は、半導体材料（例：シリコン、ガリウム砒素、またはリン化インジウム）によりパターニングされていてもよい。また、基板２０２は、導波路２０４および導波路２０６の下方にクラッド層を有する半導体材料を備えていてもよい。当業者によって理解されるように、伝播光を導波路のコア内に収めるために、種々の層構造および設計を用いることができる。なお、導波路２０４および導波路２０６は、結合領域（カップリング領域）２０８の両側において同様の符号で表されている。このことは、フォトニック集積回路２００の設計を限定するものではなく、明瞭化を期すために本明細書において用いられているものである。他の例において、結合領域２０８の両側に接続された導波路は、互いに異なる導波路と見なされてもよい。
【００２７】
ある実施形態によれば、導波路２０４および導波路２０６はそれぞれ、結合領域２０８を貫通している。結合領域２０８は、２×２エバネッセントカプラ等のハイブリッドカプラを規定し得る。また、２ポートより多くのポート（例：３×３、４×４）を有するカプラを用いてもよい。別の例において、結合領域２０８は、マルチモード干渉（multimode interference，ＭＭＩ）カプラを含む。完全に均衡したカプラの場合には、いかなる入力から入射する光も、２つの出力間で略５０：５０に分割される。他のタイプのカプラは、６０：４０、７０：３０、８０：２０、および９０：１０等の、様々な結合比率を使用し得る。結合領域２０８の一方における両方の入力において光が受光された場合、当該光はまた、両方の出力において、少なくとも部分的に結合される。ある実施形態によれば、詳細は後述するが、この光結合特性は反射を抑制するために利用される。
【００２８】
ある実施形態によれば、１つ以上の光変調素子２１０が、導波路２０４および導波路２０６のそれぞれに沿って配置される。さらに、下流には、導波路ファセット２１２ａおよび２１２ｂが位置している。導波路ファセット２１２ａおよび２１２ｂは、導波路２０４および導波路２０６をそれぞれ終端させる。図示のように、ファセット２１２ａおよび２１２ｂの両方で反射が生じ、当該反射は、両導波路２０４および２０６に沿って、結合領域２０８へ向かって上流へ戻るように伝播し得る。ファセット２１２ａおよび２１２ｂからの反射を低減すべく、ファセット２１２ａおよび２１２ｂは、基板２０２を垂直に貫通する平面に対して傾斜していてもよい。例えば、ファセット２１２ａおよび２１２ｂは、基板２０２を垂直に貫通する平面に対して８°〜１０°の角度で傾斜していてもよい。ある実施形態によれば、照明光ビーム２１４は、イメージングタイプの用途に使用される場合、ファセット２１２ａおよび２１２ｂのうち少なくとも１つから出射し、サンプル２１６に衝突する。従って、図２Ａに示すように、第１導波路２０４内の入力光、および同じく第１導波路２０４内のサンプル２１６からの反射光を含む、好ましい光路が存在し得る。
【００２９】
図２Ａにおいて、サンプル２１６から戻る光は、第１導波路２０４に対応するファセット２１２ａを通って、当該第１導波路２０４に再び入射する。この時点において、第１導波路２０４は、入力光、ファセット２１２ａからの反射光、および好ましいサンプル光を搬送する。また、この時点において、第２導波路２０６は、入力光、およびファセット２１２ｂからの反射光を搬送する。このようにして、第２導波路２０６における光は、第１導波路２０４に対する対照（control）として使用されてよい。１つ以上の光変調素子２１０は、反射光の位相をシフトするように設計されていてもよい。ある実施形態によれば、両導波路２０４および２０６における反射光の位相は、両導波路における反射光が、結合領域２０８を通過した後、（ｉ）第２導波路２０６内においては建設的に（constructively）干渉するとともに、（ｉｉ）第１導波路２０４内においては破壊的に（destructively）干渉するように、シフトされる。このようにして、ファセット２１２ａからの反射光は、当該反射光が第１導波路２０４におけるサンプル２１６からの好ましい反射光に干渉しないように、第１導波路２０４内において最小化される。
【００３０】
図２Ｂは、導波路２０６からの後方反射光（back reflected light）（好ましい出力）、および、導波路２０４に入射する入力光に関連する導波路２０４からの後方反射光（好ましくない出力）を示す。両導波路２０４および２０６における反射光の位相差は、最大で３６０°までシフトされる。図示のように、適切な位相差によれば、好ましくない光は、除去され得る。しかし、現実には、ファセット２１２ａおよび２１２ｂからの反射光は、不均衡である。例えば、一方のファセットにおける反射パワーは、もう一方のファセットにおける反射パワーよりも高い。図２Ｃは、不均衡な反射を伴うフォトニック集積回路２００の一例をシミュレートしている。両導波路における反射光の間の位相差は、０°に設定されている。消光比（extinction ratio）（好ましい出力と好ましくない出力との間のパワー差）は、パワーの不均衡が増加するにつれて、減少することが示されている。１〜２ｄＢのパワーの不均衡は、産業上においてしばしば見受けられ、約２０ｄＢの消光比を生じさせる。ＯＣＴ用途のためには、効果的なダイナミックレンジ（約４０〜５０ｄＢ）より大きな消光比が好ましいであろう。
【００３１】
別の実施形態において、反射は、光回路内において、導波路のテーパ領域および９０°のミラー等の特定の素子から発生し得る。不要な反射を別々に相殺するように、異なる変調素子を、このような反射素子と任意のカプラとの間に導入する必要があり得る。
【００３２】
別の実施形態において、不要な後方反射を、出力放射が構造体に入射した同一のカプラポートへと導いてもよい。こうすれば、他方のポートには反射が起こらなくなり、当該他方のポートを、影響を受けていない（clean）入力放射にアクセスするために使用できる。これは、ＯＣＴシステムにおいて、例えば、供給導波路および回収導波路が別々に設けられる伝送構成において、取り入れられ得る。
【００３３】
１つ以上の光変調素子２１０は、位相をシフトさせるための受動素子を備えていてもよい。そのような受動素子は、経路の長さを変更するための１つ以上のループ導波路を備えていてもよい。また、位相を変更するために、回折格子（grating）（例：ブラッグ格子）を導波路内に設けてもよい。別の例において、１つ以上の光変調素子２１０は、導波路２０４および２０６のうち１つまたは両方における光の位相をシフトするための熱光学変調器（thermal-optical modulator）または電気光学変調器（electro-optical modulator）等の能動素子を備えていてもよい。
【００３４】
図３Ａは、別の実施形態に係るフォトニック集積回路３００を示す。フォトニック集積回路３００は、基板３０２と、第１導波路３０４および第２導波路３０６と、端部ファセット３１６ａおよび３１６ｂとを含め、フォトニック集積回路２００に類似した多くの部材を備えている。しかし、ある実施形態によれば、フォトニック集積回路３００は、１つの結合領域を使用するのではなく、縦列された第１結合領域３０８および第２結合領域３１０を含んでいる。第２の１つ以上の光変調素子３１２の組が、第１結合領域３０８と第２結合領域３１０との間に加えられてもよい。フォトニック集積回路２００と同様に、第１の１つ以上の光変調素子３１４の組が、第２結合領域３１０と端部ファセット３１６ａおよび端部ファセット３１６ｂとの間に設けられている。
【００３５】
ある実施形態において、第１結合領域３０８および第２結合領域３１０は、マッハ・ツェンダー干渉計（Mach-Zehnder interferometer）として配置されている。これにより、第２の１つ以上の光変調素子３１２の組を用いて、第１導波路３０４と第２導波路３０６との間で正確にパワーを均衡させることが可能になり得る。一方、位相は、第１の１つ以上の光変調素子３１４の組を用いて、導波路部分において独立して制御され得る。このアプローチは、製造における不正確さ、不完全なクリーニング、またはカプラの不均衡を補償するために使用されてもよい。また、所定の波長帯または異なる偏光状態における不均衡をさらに補償するために、高次の実装を検討してもよい。フォトニック集積回路３００の全体的な動作は、フォトニック集積回路２００の動作に類似している。フォトニック集積回路３００では、端部ファセット３１６ａおよび３１６ｂからの反射が、当該反射の位相を１つ以上の光変調素子３１４を用いて調整することによって効果的に相殺される。
【００３６】
図３Ｂは、導波路３０６からの後方反射光（好ましい出力）、および、導波路３０４に入射する入力光に関連する導波路３０４からの後方反射光（好ましくない出力）を示す。例えば変調素子３１２の位相差は、最大で１８０°までシフトされる。例えば変調素子３１４の位相差は、好ましい出力と好ましくない出力との間の最大の消光比を実現するために、１８０°に設定される。図示のように、完全に均衡したファセット反射を仮定すれば、システムの性能を最大限に発揮するには、９０°が必要となる。それでもやはり、不均衡が生じる場合には、位相差を調整しなければならない。３ｄＢのファセット反射の不均衡に対して、最適な位相差が最大１００°まで増加することが理解できる。この場合、消光比は、いかなるファセット不均衡に対しても最大化され得る。
【００３７】
本明細書中に記載される、不要な反射を抑制するための実施形態は、様々な多くの用途に利用可能であり、撮像装置のみに限定されるものではない。例えば、不要な反射は、フォトニック集積回路において光増幅素子を用いる場合にも生じる。
【００３８】
図４は、基板４０２を有するフォトニック集積回路４００を示す。基板４０２は、第１のパターニングされた導波路４０４および第２のパターニングされた導波路４０６を備える。導波路４０４および４０６は、結合領域４０８を貫通している。また、第１導波路４０４は、ファセット４１０で終端している。光増幅素子４１２が、ファセット４１０と位置合わせされている。光増幅素子４１２は、アクティブゲイン領域を通して光を反射することにより、第１のパターニングされた導波路４０４からの入力光を増幅する。光の大部分をアクティブゲイン領域を通して反射させて戻すために、光増幅素子４１２内に反射コーティング４１４を塗布してもよい。反射光は、最終的に第１導波路４０４に再度入射し、結合領域４０８に向かって戻るように伝播する。
【００３９】
この設計においては、増幅された光が、結合領域４０８を通って第１導波路４０４および第２導波路４０６に戻って結合される場合に問題が生じる。理想的には、増幅された光の全てが第２導波路４０６に入射するように結合することが好ましい。しかし、実際には、増幅された光の少なくとも一部が、導波路４０４に戻って結合し、入力光に干渉する。実際のところ、この状況は、ＯＣＴシステムにおいて実施される場合、特に不都合である。なぜなら、光の伝播方向が、サンプルからの回収された後方反射から、励起光を分離させるからである。後方反射の増幅を試みるには、カプラが必要であり、増幅後に、両伝播方向を混合することになる。
【００４０】
図５は、ある実施形態に係るフォトニック集積回路５００を示す。フォトニック集積回路５００は、上述のフォトニック集積回路２００および３００に類似した多くの部材を備えている。基板５０２、第１導波路５０４および第２導波路５０６、結合領域５０８、光変調素子５１０、ならびにファセット５１２ａおよび５１２ｂ等の部材については、光増幅器５１４を用いる本実施形態に適用されるということを除き、詳細な説明を繰り返さない。光増幅器５１４の一例は、半導体光増幅器（semiconductor optical amplifier，ＳＯＡ）である。
【００４１】
光増幅器５１４は、ファセット５１２ａおよび５１２ｂの両方に位置合わせされた１つの素子であってもよい。あるいは、光増幅器５１４は、各ファセットにそれぞれ結合された２つの別々の増幅ユニットを備えていてもよい。光増幅器５１４は、当該光増幅器５１４のアクティブゲイン領域内の反射光の量を増加させるように、反射コーティング５１６を備えていてもよい。増幅された光は、最終的に、第１導波路５０４および第２導波路５０６に戻って結合する。図５に示すように、ファセット５１２ａおよび５１２ｂからも反射が生じる。
【００４２】
理想的には、第１導波路５０４および第２導波路５０６において、結合領域５０８に向かって戻るようにそれぞれ伝播する上記増幅された光は、同じである。これは、理論上は、結合領域５０８が完全に均衡しており、第１導波路５０４および第２導波路５０６に戻される両ビームに生じる増幅が等しいとともに同等にバイアスされており、かつ、光結合の質が両境界面において同等である場合に、起こる。しかし、実際には、この状態を生み出すのは不可能に近い。反射および増幅された光の位相をシフトするために、１つ以上の光変調素子５１０を実装してもよい。ある実施形態によれば、第１導波路５０４および第２導波路５０６における反射光の位相は、当該反射光が、（ｉ）結合領域５０８を通過した後、第２導波路５０６内においては建設的に干渉するとともに、（ｉｉ）第１導波路５０４内においては破壊的に干渉するように、シフトされる。これにより、増幅された光は、第１導波路５０４において入力光に干渉しない。
【００４３】
光増幅器５１４は、基板５０２内に集積されていてもよい。これにより、デバイスの製造時、両方の導波路５０４および第２導波路５０６と光増幅素子５１４のゲイン領域とを画定するために、同一のエッチング工程を行うことができる。このモノリシック集積化により、ファセット５１２ａおよび５１２ｂと光増幅器５１４との間の非常に良好な位置合わせが可能になる。別の例において、光増幅器５１４を別の基板上に作製し、基板５０２に貼り付けてもよい。これにより、光増幅器５１４により適した特定の材料を使用する場合に、非常に高いゲイン領域の形成が可能になり得る。その一方で、ファセット５１２ａとファセット５１２ｂとの位置合わせがより困難になり得る。反射光は、当業者に周知の方法（例：光ポンピングまたは電気ポンピング）を用いて光増幅器５１４内で増幅されてもよい。
【００４４】
図６は、ある実施形態に係るフォトニック集積回路６００を示す。フォトニック集積回路６００は、光増幅器６１８を備えていること以外は、フォトニック集積回路３００と多くの類似点を共有している。フォトニック集積回路３００と同様、フォトニック集積回路６００は、基板６０２、第１導波路６０４、第２導波路６０６、第１結合領域６０８、第２結合領域６１０、第１の光変調素子６１４の組、および第２の光変調素子６１２の組を有する。端部ファセット６１６ａおよび端部ファセット６１６ｂは、光増幅器６１８と位置合わせされている。
【００４５】
ある実施形態において、第１結合領域６０８および第２結合領域６１０は、マッハ・ツェンダー干渉計として配置されている。これにより、第２の光変調素子６１２の組を用いて、第１導波路６０４と第２導波路６０６との間でパワーを正確に均衡させることが可能になり得る。一方、位相は、第１の１つ以上の光変調素子６１４の組を用いて、導波路部分において独立して制御され得る。あるいは、この配置には、ファセット６１６ａおよび６１６ｂからの反射を、光増幅器６１８において増幅された反射光とは別々に導くことができるという利点がある。例えば、ファセット６１６ａおよび６１６ｂからの反射の位相を調整することにより、当該反射が、第１結合領域６０８および第２結合領域６１０の両方を通過した後、導波路６０４にのみ出力されるようにする一方、増幅された反射の位相を調整することにより、当該増幅された反射が、第１結合領域６０８および第２結合領域６１０の両方を通過した後、導波路６０６にのみ出力されるようにしてもよい。このアプローチはまた、製造における不正確さ、不完全なクリーニング、またはカプラの不均衡を補償するために使用されてもよい。また、所定の波長帯または異なる偏光状態における不均衡をさらに補正するために、高次の実装を検討してもよい。
【００４６】
図７には、サンプルに対してＯＣＴを実行するために使用できる干渉計の配置の一例が示されている。図２〜図３、および図５〜図６に示す光集積回路の種々の実施形態は、ディテクタにおいて受信される信号を劣化させ得る好ましくない反射の影響を軽減し易くするために、ＯＣＴシステム７０１に含まれ得る。ＯＣＴシステム７０１は、光源７０２、分割素子（分光素子）（splitting element）７０４、サンプルアーム７０６、リファレンスアーム７０８、ディレイユニット７１２、およびディテクタ７１４を備えている。ディレイユニット７１２は、種々の光変調素子を備えていてもよい。これらの変調素子は上記光における好ましくない光学的な影響を打ち消すため、および、撮像されるサンプル７１０の１つ以上の深さを選択するために、位相変調および／または周波数変調を実行してもよい。「光」という用語は、電磁スペクトルのあらゆる範囲を指すものとして使用され得る。ある実施形態において、「光」という用語は、波長約１．３μｍの赤外線を指す。
【００４７】
図示されている実施形態において、ディレイユニット７１２は、リファレンスアーム７０８内に配置されている。しかし、ディレイユニット７１２は、サンプルアーム７０６の中に配置されてもよいことが理解されるべきである。あるいは、ディレイユニット７１２の種々の部材は、サンプルアーム７０６およびリファレンスアーム７０８の両方の内部に存在していてもよい。例えば、光に対して様々な遅延を導入するディレイユニット７１２の素子は、サンプルアーム７０６内に配置されてもよい。一方、光の異なる偏光モードを変調する素子は、リファレンスアーム７０８内に配置されてもよい。一例において、サンプルアーム７０６およびリファレンスアーム７０８は、光学的な導波路（例：パターニングされた導波路または光ファイバ）である。ある実施形態において、ＯＣＴシステム７０１の全ての部材は、プレーナ光波回路（planar lightwave circuit，ＰＬＣ）に集積されている。別の実施形態では、少なくともディレイユニット７１２内の素子は、光集積回路の同じ基板上に集積されている。また、例えば、光ファイバシステム、自由空間光学システム、フォトニック結晶システム等の、その他の実装を検討してもよい。
【００４８】
ＯＣＴシステム７０１は、明瞭さを期すために図示されなかった他の光学素子を任意の数だけ備えていてもよいことが理解されるべきである。例えば、ＯＣＴシステム７０１は、ミラー、レンズ、回折格子、スプリッタ、マイクロメカニカル素子等を、サンプルアーム７０６またはリファレンスアーム７０８の行路に沿って備えていてもよい。
【００４９】
分割素子７０４は、光源７０２から受けた光を、サンプルアーム７０６またはリファレンスアーム７０８の両方に向かわせるために使用される。分割素子７０４は、例えば、双方向カプラ、光学的スプリッタまたは、１つの光線を２つ以上の光線に変換するその他の変調光学素子であってもよい。分割素子７０４は、例えば、図２Ａ、図３Ａ、図５、および図６を用いて説明された１つ以上のフォトニック回路を内蔵していてもよい。
【００５０】
サンプルアーム７０６を通る光は、最終的にサンプル７１０に衝突する。ある実施形態において、サンプルアーム７０６は、１つ以上のアドレス指定可能な素子９０２に向けて光を導く導波路を備えている。サンプル７１０は、撮像されることに適した任意のサンプル（例：組織）であってもよい。光は、散乱し、サンプル７１０内における様々な深さから反射する。そして、散乱／反射された放射は、サンプルアーム７０６に回収される。別の実施形態において、散乱／反射された放射は、伝送する導波路ではなく異なる導波路に回収される。スキャン深さは、ディレイユニット７１２内で光に与えられる遅延に応じて選択できる。
【００５１】
サンプルアーム７０６内およびリファレンスアーム７０８内の光は、ディテクタ７１４に受光される前に再結合される。図示されている実施形態において、上記光は、分割素子７０４によって再結合される。別の実施形態において、光は、分割素子７０４とは異なる光学結合素子において再結合される。ディテクタ７１４は、受光した光を電気信号に変換するためのフォトダイオード、電荷結合デバイス、および／またはＣＭＯＳ構造を任意の数だけ備えていてもよい。上記電気信号は、サンプル７１０に関する深さ分解光学データ（depth-resolved optical data）を含み、さらなる解析および信号処理プロセスのための処理デバイスによって受信されてもよい。本明細書で使用されているように、「深さ分解」（depth-resolved）という文言は、撮像されたサンプルの特定の深さと関連する、データの１つ以上の部分を特定できるデータを規定している。
【００５２】
光源７０２は、１つ以上の発光ダイオード（ＬＥＤｓ）またはレーザダイオードを含んでいてもよい。例えば、ＬＥＤｓは、時間領域解析および／またはスペクトル領域解析を行う場合に使用されてもよいし、波長可変レーザは、波長範囲に亘って光の波長を掃引するために使用されてもよい。
【００５３】
ある実施形態によれば、ＯＣＴシステム７０１は、マイケルソン干渉計（Michelson interferometer）と類似した干渉計の設計として例示されている。しかし、マッハ・ツェンダー干渉計またはミロー干渉計（Mireau interferometer）の設計を含め、他の干渉計の設計も可能である。
【００５４】
概要および要約の項目ではなく、詳細な説明の項目が特許請求の範囲の解釈に用いられることが意図されていることは、よく理解されるべきである。概要および要約の項目は、１つ以上の実施形態を示し得るが、発明者により予期される本発明の全ての例示の実施形態を示すわけではない。従って、概要および要約の項目は、本発明および添付の特許請求の範囲を、どんな形であれ限定することが意図されているのではない。
【００５５】
本発明の実施形態は、特定された機能およびその関連の実施を示す機能的に構築されたブロックを用いて上述されている。これらの機能的に構築されたブロックの境界は、本明細書においては、説明の便宜上、任意に定義されている。代替的な境界は、特定された機能およびその関連が適切に実施される限り定義できる。
【００５６】
特定の実施形態の上述の記載は、発明の一般的な性質を完全に明らかにするから、他の者は、当該技術分野の知識を適用することで、過度の実験なしに、本発明の一般的な考えから離れることなく、そのような特定の実施形態を容易に変更し、および／または、様々な用途に適合させる。従って、本明細書に記載した教示及び指図に基づいたそのような適合及び変更は、開示された実施形態と同等の意味および範囲内であることが意図される。ここでの表現または専門用語は、限定の目的ではなく記載のためであり、つまり本明細書の専門用語または表現は、当業者による教示および誘導に照らして解釈される必要があることは、理解されるべきである。
【００５７】
本発明の広がりおよび範囲は、上述したいかなる例示の実施形態に限定されるべきものではなく、以下の特許請求の範囲およびその均等物に従ってのみ定義されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】フォトニック集積回路を示す。
【図２Ａ】ある実施形態に係るフォトニック集積回路を示す。
【図２Ｂ】光学シミュレーションの結果の一例を示す。
【図２Ｃ】光学シミュレーションの結果の一例を示す。
【図３Ａ】ある実施形態に係るフォトニック集積回路を示す。
【図３Ｂ】光学シミュレーションの結果の一例を示す。
【図４】フォトニック集積回路を示す。
【図５】ある実施形態に係るフォトニック集積回路を示す。
【図６】ある実施形態に係るフォトニック集積回路を示す。
【図７】ある実施形態に係る干渉システムのブロック図を示す。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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