(57)【要約】  例えば再構成可能な光チャネル・ルータであるシステムは、波長デマルチプレクサに光学的に接続されている入力導波管を含む。複数のマイクロキャビティ共振器を含む第１の入力マイクロキャビティ共振器の組が、入力導波管に隣接して配置される。マイクロキャビティ共振器は、前記入力導波管の内部を伝搬する光信号の複数の周波数チャネルの中の対応する１つに制御可能に結合するように、構成されている。
2015526966.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の複数の別々の組の光リング共振器と、
第２の複数の別々の組の光リング共振器と、
１組の光入力と１組の光出力とを有する光マルチプレクサ／デマルチプレクサと、
を備えており、
前記第１の複数の別々の組の中のそれぞれの組は、前記光マルチプレクサ／デマルチプレクサの前記光入力の中の対応する１つに光学的に接続されており、
前記第２の複数の別々の組の中のそれぞれの組は、前記光マルチプレクサ／デマルチプレクサの前記光出力の中の対応する１つに光学的に接続されている、システム。
【請求項２】
複数の第１のデバイスを更に備えており、それぞれの第１のデバイスは、前記第１の複数の組の中の対応する１つの前記リング共振器を経由する光キャリア上にデジタル・データ・ストリームを変調するように接続されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
複数の第１の装置を更に備えており、それぞれの第１の装置は、前記第２の複数の組の中の対応する１つの前記リング共振器を経由する光キャリアからのデジタル・データ・ストリームを復調するように接続されている、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
光デマルチプレクサの入力に光学的に接続されている入力導波管と、
それぞれのマイクロキャビティ共振器が前記入力導波管の内部を伝搬する光信号の複数の波長チャネルの中の対応する１つに結合することができるように、前記入力導波管に隣接して配置されている複数のマイクロキャビティ共振器を含む第１のマイクロキャビティ共振器の組と、
を備えている、システム。
【請求項５】
複数の出力導波管を更に備えており、それぞれの出力導波管は、前記波長デマルチプレクサの対応する光出力と光学的に接続されている、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
対応する複数のマイクロキャビティ共振器をそれぞれが含む複数の出力マイクロキャビティ共振器の組を更に備えており、それぞれのマイクロキャビティ共振器の組は、前記出力導波管の中の対応する１つに光学的に結合され、それぞれの出力の組の前記マイクロキャビティ共振器は、前記出力導波管の中の前記対応する１つの内部を伝搬する光信号の波長チャネルと別々に結合することができる、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
波長デマルチプレクサに光学的に接続されている入力導波管を提供するステップと、
それぞれのマイクロキャビティ共振器が前記入力導波管の内部を伝搬する複数の波長チャネルの中の対応する１つに結合することができるように、前記入力導波管に隣接して配置されている複数のマイクロキャビティ共振器を含む第１の入力マイクロキャビティ共振器の組を提供するステップと、
を含む、方法。
【請求項８】
前記波長デマルチプレクサと光学的に接続されている複数の出力導波管を提供するステップを更に含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
対応する複数のマイクロキャビティ共振器をそれぞれが含む複数の出力マイクロキャビティ共振器の組を提供するステップを更に含んでおり、それぞれのマイクロキャビティ共振器の組は、前記出力導波管の中の対応する１つと光学的に結合されている、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
波長デマルチプレクサと光学的に接続されている入力導波管、及び前記入力導波管に隣接して配置されている複数のマイクロキャビティ共振器を含む第１の入力マイクロキャビティ共振器の組を有する第１の基板を提供するステップであって、前記マイクロキャビティ共振器のそれぞれは、前記入力導波管の内部を伝搬する光信号の異なる周波数に結合するように構成されている、ステップと、
その上に電子コントローラが形成されている第２の基板を提供するステップであって、前記電子コントローラは、周波数チャネルの中の対応する１つに制御可能に結合するように前記マイクロキャビティ共振器を制御できるように構成されている、ステップと、
前記第１の基板と前記第２の基板とを結合することにより、前記コントローラを前記マイクロキャビティ共振器に接続するステップと、
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、２０１２年６月２９日に出願され参照により本明細書に組み入れられている米国特許出願第１３／５３８，５２５号（’５２５出願）と関連する。本出願は、更に、本出願と同日に出願され参照により本明細書に組み入れられている米国特許出願第１３／８００，４０３号（弁護士整理番号８１２２５８−ＵＳ−ＮＰ）（’２５８出願）と関連する。本出願は、同一の名称を有し２０１２年７月２日に出願され参照によりその全体が本明細書に組み入れられている本出願以前の出願である米国仮特許出願第６１／６６７，３７４号の優先権を主張するものである。本出願は、更に、同一の名称を有し２０１２年７月２日に出願され参照によりその全体が本明細書に組み入れられている本出願以前の出願である米国仮特許出願第６１／６６７，３８０号（’３８０出願）の優先権を主張するものである。
【０００２】
この出願は、一般に、光通信システムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
このセクションでは、本発明のよりよい理解を容易にする助けとなり得る態様を紹介する。従って、このセクションにおける記載は、そのような観点から読まれるべきであって、従来技術には何が存在するのか、または、従来技術には何が存在しないのか、に関する承認として理解されるべきではない。
【０００４】
光スイッチング・ネットワークは、「光スイッチ・ファブリック」と称されることがあるスイッチング・トポロジを用いる。そのようなネットワークのサイズおよび速度が高度成長化するにつれて、そのような高度成長化から取り残されないためには、より高い性能を提供する新たな光スイッチ・ファブリックが必要とされる。取り組まれるべき性能に関する態様としては、そのような光ネットワークの構成（ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ）がある。
【発明の概要】
【０００５】
一態様によると、例えば再構成可能な光チャネル・ルータなどのシステムが、提供される。このシステムは、波長デマルチプレクサに光学的に接続されており光キャリア信号の複数の波長チャネルを伝搬するように構成されている入力導波管を含む。第１の入力マイクロキャビティ共振器の組が、入力導波管に隣接して配置されている。この組は、複数のマイクロキャビティ共振器を含んでおり、これら複数のマイクロキャビティ共振器は、それぞれが、入力導波管の内部を伝搬する光信号の複数の周波数チャネルの中の対応する１つに制御可能に結合するように、構成されている。
【０００６】
別の態様によると、例えば再構成可能な光チャネル・ルータなどの光システムを例えば形成するための方法が、提供される。この方法は、波長デマルチプレクサに光学的に接続されている入力導波管を形成するステップを含む。マイクロキャビティ共振器の第１の入力の組のマイクロキャビティ共振器が、入力導波管に隣接して配置されるように、形成される。それぞれのマイクロキャビティ共振器は、入力導波管の内部を伝搬する複数の周波数チャネルの中の対応する１つに制御可能に結合するように、構成される。
【０００７】
更に別の態様によると、例えば再構成可能な光ルータなどの光システムを例えば形成するための方法が、提供される。この方法の第１のステップでは、第１の基板が提供される。第１の基板は、波長デマルチプレクサに光学的に接続されている入力導波管を有する。第１の入力マイクロキャビティ共振器の組は、入力導波管に隣接して配置されている複数のマイクロキャビティ共振器を含む。マイクロキャビティ共振器の組は、入力導波管の内部を伝搬する光信号の異なる周波数チャネルに結合するようにそれぞれが構成されている複数のマイクロキャビティ共振器を含む。この方法の第２のステップでは、第２の基板が提供される。第２の基板は、その上に電子コントローラが形成されている。このコントローラは、周波数チャネルの中の対応する１つに制御可能に結合するように、マイクロキャビティ共振器のそれぞれを制御するように構成されている。この方法の第３のステップでは、第１の基板と第２の基板とが結合されることにより、コントローラをマイクロキャビティ共振器に動作可能に接続する。
【０００８】
いずれの実施形態においても、複数の出力導波管が形成され得るのであって、それぞれの導波管は、波長デマルチプレクサに光学的に接続されている。そのような実施形態において、波長デマルチプレクサは、それぞれのキャリア信号を出力導波管の中の対応する１つにルーティングするように構成され得る。いずれの実施形態も、複数の出力マイクロキャビティ共振器の組を形成するステップを含み得る。それぞれの共振器の組は、対応する複数のマイクロキャビティ共振器を含む。それぞれの出力の組のそれぞれのマイクロキャビティ共振器は、それぞれの出力の組のマイクロキャビティ共振器が、対応する出力導波管の内部を伝搬する対応する別の波長チャネルに制御可能に結合し得るように、出力導波管の中の同一の対応する１つに隣接して配置されている。
【０００９】
いくつかのそのような実施形態においては、複数の光／電気トランスデューサが形成され得るのであるが、それらのトランスデューサはそれぞれが出力マイクロキャビティ共振器の中の対応する１つに光学的に結合されている。それぞれのトランスデューサは、その対応する共振器の内部の光信号を電気信号に変換するように構成されている。
【００１０】
いずれの実施形態においても、波長デマルチプレクサは、アレイ導波路格子（ＡＷＧ）を含み得る。いずれの実施形態においても、ＡＷＧは、ＡＷＧの入力と出力との間で波長チャネルの光経路の巡回置換を提供するように、構成され得る。いずれの実施形態においても、導波管と波長デマルチプレクサとは、シリコンから形成され得る。いずれの実施形態も、マイクロキャビティ共振器の共振周波数を変調するように構成されている制御電子装置を含み得る。いずれの実施形態においても、マイクロキャビティ共振器はリング共振器であり得る。
【００１１】
一実施形態は、第１の複数の別々の組の光リング共振器と、第２の複数の別々の組の光リング共振器と、光マルチプレクサ／デマルチプレクサとを備えているシステムである。光マルチプレクサ／デマルチプレクサは、１組の光入力と１組の光出力とを有する。第１の複数の別々の組の中のそれぞれの組は、光マルチプレクサ／デマルチプレクサの光入力の中の対応する１つに光学的に接続されている。第２の複数の別々の組の中のそれぞれの組は、光マルチプレクサ／デマルチプレクサの光出力の中の対応する１つに光学的に接続されている。
【００１２】
いくつかのそのような実施形態は、複数の第１のデバイスを更に備えており、それぞれの第１のデバイスは、第１の複数の組の中の対応する１つのリング共振器を経由する光キャリア上に、デジタル・データ・ストリームを変調するように接続されている。いくつかのそのような実施形態は、複数の第１の装置を更に備えており、それぞれの第１の装置は、第２の複数の組の中の対応する１つのリング共振器を経由する光キャリアからのデジタル・データ・ストリームを復調するように接続されている。いくつかのそのような実施形態は、複数の第１の装置を更に備えており、それぞれの第１の装置は、第２の複数の組の中の対応する１つのリング共振器を経由する光キャリアからのデジタル・データ・ストリームを復調するように接続されている。いくつかのそのような実施形態は、更に、第１の複数の組のリング共振器のいくつかの共振周波数を別々に調整することができる電子コントローラを備えている。いくつかのそのような実施形態は、複数の第１の光ファイバを更に備えており、それぞれの第１の光ファイバは、第１の複数の組の中の対応する１つを、マルチ波長チャネルの光源に接続する。いくつかのそのような実施形態では、それぞれの第１の光ファイバが、光マルチプレクサ／デマルチプレクサの光入力の中の対応する１つに接続する。
【００１３】
ここで、次の添付図面を用いて行われる以下の説明が参照される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】例えば、一実施形態によるＭｘＮの再構成可能な光ネットワークなど、波長分割多重化（ＷＤＭ）された信号の受信された波長チャネルの光ドメイン・スイッチングを提供するシステムの図解である。
【図１Ａ】非限定的実施形態において入力電気デバイスと出力電気デバイスとの間のデータ接続を光学的に提供する、図１の光ネットワークの動作の概略的な図解である。
【図２】複数の波長チャネルを含む周波数コムの態様の図解である。
【図３】様々な実施形態において用いられ変調された光信号を電気ドメインに変換する光／電気ドメイン・コンバータの図解である。
【図４Ａ】図１のシステムのスイッチング段において用いられ得るアレイ導波路格子による、例証のための一実施形態における信号ルーティングの図解である。
【図４Ｂ】図１のシステムのスイッチング段において用いられ得るアレイ導波路格子による、例証のための一実施形態における信号ルーティングの図解である。
【図４Ｃ】図１のシステムのスイッチング段において用いられ得るアレイ導波路格子による、例証のための一実施形態における信号ルーティングの図解である。
【図４Ｄ】図１のシステムのスイッチング段において用いられ得るアレイ導波路格子による、例証のための一実施形態における信号ルーティングの図解である。
【図５Ａ】結合されることにより例えば図１のシステムなどのシステムを形成する、別個の基板の上にシステムの部分が形成される様々な実施形態の図解である。
【図５Ｂ】結合されることにより例えば図１のシステムなどのシステムを形成する、別個の基板の上にシステムの部分が形成される様々な実施形態の図解である。
【図５Ｃ】結合されることにより例えば図１のシステムなどのシステムを形成する、別個の基板の上にシステムの部分が形成される様々な実施形態の図解である。
【図６】様々な実施形態により、例えば図１のシステムなどのシステムを、例えば形成するための方法の流れ図である。
【図７】様々な実施形態により、例えば図１のシステムなどのシステムを、例えば形成するための方法の流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
発明者らは、光ネットワークにおいてデータをスイッチングするためのコンパクトで柔軟性を有するアーキテクチャが、例えば、光／電気スイッチング・マトリクスの内部において、変調された光信号を選択的に追加および削除するための導波管に結合されたマイクロキャビティ共振器を用いて実装され得る、と考えている。複数の実施形態が、例えばフォトニック集積回路内部などのように小規模に、例えばデータ・センタ内部などのように中規模に、または、例えば長距離光通信システムなどのように大規模に、コンパクトで低コストである信号ルーティングを提供するために、用いられ得る。
【００１６】
’３８０出願および／または’２５８出願に記載されているいくつかの構造および／または方法は、本出願の同様の構造および／または方法を構成する、または、用いるのに適切であり得る。
【００１７】
図１は、例えば、ＭＮｘＮＭの再構成可能な電気クロスコネクト１００の実施形態である、システム１００を与えている。クロスコネクト１００は、光波長チャネルを用いて、Ｎ個の出力デバイスのＭ個の電気ポートからＭ個の入力デバイスのＮ個のポートまでの間で、入力および出力デバイスの個々のポートに関して１対１の態様で、デジタル・データ信号ストリームを選択的にルーティングする。個々の入力ポートは、ｍ＝１、２、・・・Ｍおよびｎ＝１、２、・・・Ｎという１対の整数（ｍ，ｎ）によってインデックスが付され、個々の出力ポートは、ｎ＝１、２、・・・Ｎおよびｍ＝１、２、・・・Ｍという１対の整数（ｎ，ｍ）によってインデックスが付されている。パラメータＮは、データを送信するのに利用可能である波長分割多重化（ＷＤＭ）キャリアの個数を示す。システム１００は、位置分散型の送信機段１０５、受動的スイッチング段１１０、および位置分散型の受信機段１１５という順に説明がなされる３つの主要部分を含む。システム１００は、ＭおよびＮの異なる値をサポートするように構成可能である。従って、一般化されたアーキテクチャを用いてシステム１００が説明されるのであるが、システム１００のいくつかの詳細な態様を説明するためには、より具体的な例が用いられる。
【００１８】
送信段１０５は、集合的に導波管１２０と称される、Ｎ個の光パワー導波管１２０−１、１２０−２・・・１２０−Ｎを含む。送信段１０５は、更に、Ｎ個の入力マイクロキャビティ共振器の組１２５−１、１２５−２・・・１２５−Ｎを含むのであるが、それぞれの組は、光パワー導波管１２０−１、１２０−２〜１２０−Ｎの中の対応する１つに光学的に結合されている。マイクロキャビティ共振器の組１２５−１〜１２５−Ｎのそれぞれは、後述されるように、Ｍ個のマイクロキャビティ共振器１３０を含む。それぞれのマイクロキャビティ共振器の組１２５は、例えばＳバンド（１４６０ｎｍ〜１５３０ｎｍ）、Ｃバンド（１５３０ｎｍ〜１５６５ｎｍ）またはＬバンド（１５６５ｎｍ〜１６２５ｎｍ）におけるある光波長で共振するように再構成可能に構成されている、例えば光リング共振器（マイクロリング）または光ディスク共振器（マイクロディスク）を含み得る。以下の議論では、それに限定することなく、リング共振器としては、マイクロキャビティ共振器を参照する。マイクロキャビティ共振器の組１２５は、従って、リング共振器の組１２５とも称され得る。
【００１９】
Ｎ個の導波管１２０−１〜１２０−Ｎのそれぞれは、変調されていない波長成分の重ね合わせである、変調されていないマルチチャネルの光信号２００（図２を参照のこと）を受信する。図２は、６つの等しい間隔を有する波長成分λ１、・・・λ６を含む、代表的な変調されていないマルチチャネルの光信号２００のスペクトルを概略的に図解している。個々の波長は、ＷＤＭグリッドの周波数間隔Δｆ（または、同等の波長間隔Δλ）の間隔を有し得るのであり、これは例えば、例えば約１００ＧＨｚの同じ周波数差だけの波長成分の規則的でほぼ等しい間隔である。６つの波長成分が示されているが、実施形態は、波長成分のどのような特定の個数にも限定されない。
【００２０】
再び図１を参照して、リング共振器の組１２５−１を例として考察すると、この組は、Ｍ個のリング共振器１３０−１１、１３０−２１・・・１３０−Ｍ１を含む。リング共振器１３０−１１、１３０−２１・・・１３０−Ｍ１のそれぞれは、変調されていないマルチチャネルの光信号２００のＭ個の波長成分の中心波長、すなわち、λ１、λ２、・・・λＭの中の１つにほぼ等しい共振波長で動作するように制御され得る。
【００２１】
送信機段１０５では、特定のｋ番目のリング共振器１３０−１ｋの共振波長に近い波長を有する光信号の波長成分がそのリング共振器に結合するように、リング共振器１３０−１１、１３０−２１・・・１３０−Ｍ１のそれぞれが光パワー導波管１２０−１に光学的に結合されている。コントローラ１３５は、リング共振器１３０−１１、１３０−２１・・・１３０−Ｍ１の中の一意的な１つの公称共振周波数を波長成分の１つに設定する準静的な制御信号を提供し得る。公称共振周波数は、共振器１３０の光経路の長さの電気的光学的、熱的、または自由キャリアの変調によって、変更され得る。データ変調器（図示せず）は、例えばバイナリ位相シフト・キーイングまたはオン・オフ・キーイングによって、リング共振器１３０の共振周波数を変調し、結合された信号上にデータを与え得る。例えば、それぞれの共振器１３０の共振周波数は、公称共振周波数から僅かな量だけ外れた２つの共振周波数の間で、高速でスイッチングされ得る。そのような変調の追加的な適切な例は、’５２５出願に記載があり得る。よって、コントローラ１３５は、それぞれのリング共振器１３０に運ばれるデータ・ストリームを、特定の波長チャネルにマッピングするように動作し得る。
【００２２】
それぞれの導波管１２０の内部を伝搬する波長成分λ１・・・λＭは、独立に変調され得る。よって、送信機段は、ＭｘＮ個の独立にデータ変調された光キャリアを生じることができる。導波管１２０−１・・・１２０−Ｎの出力においては、それぞれの光信号は、波長λ１・・・λＭの中の任意のものを有し得る。
【００２３】
スイッチング段１１０において、波長デマルチプレクサ１４５は、入力ポート１５０−１・・・１５０−Ｎと出力ポート１５５−１・・・１５５−Ｍとを含む。入力ポート１５０において、波長デマルチプレクサ１４５は、導波管１２０から、対応する光経路１４０−１・・・１４０Ｎを経由して、変調された光信号を受け取る。図解されている実施形態では、光経路１４０は、送信段１０５とスイッチング段１１０との間に物理的に配置されているものとして示されているが、他の実施形態では、光経路１４０のセグメントが、スイッチング段１１０と受信機段１１５との間に物理的に配置されることがあり得る。光経路１４０は、例えば、様々な長さのシングル・モード光ファイバのセグメントを含み得る。例えば一体化されたフォトニック光プロセッサとしてシステム１００が実装される実施形態では、短い経路長が用いられることがあり得る。例えば長距離通信システムとしてシステム１００が実装される実施形態では、長い経路長が用いられることがあり得る。例えばデータ処理センタの内部における通信ネットワークとしてシステム１００が実装される実施形態では、中間的な経路長が用いられることがあり得る。
【００２４】
様々な実施形態において、波長デマルチプレクサ１４５は、それぞれの入力ポート１５０において受け取られた光キャリア信号の波長成分をデマルチプレクスして、それらの成分を、波長選択的に、出力ポート１５５にルーティングする。例えば、波長デマルチプレクサ１４５は、導波管１２０−１から受け取られたＭ個の波長成分の中のそれぞれを、Ｍ個の出力ポート１５５の中の対応する１つにルーティングし得る。
【００２５】
様々な実施形態において、波長デマルチプレクサ１４５は、典型的に、ＷＤＭ光信号の個々の波長成分を、シーケンシャルおよび巡回的に、出力ポート１５５にルーティングする。例えば、入力１５０−１が波長順のシーケンスλ１、λ２、λ３・・・λＭとしてＭ個の波長成分を有するＷＤＭ光信号を受け取る場合には、波長λ｛ｋ＋Ｍ−１｝がＭ番目の出力１５５−Ｍにおいて出力されるというように、ｋ番目の波長λｋが第１の出力１５５−１において出力され、次の巡回的にシーケンシャルな波長λｋ＋１が第２の出力１５５−２において出力される等のように、これらの成分が出力ポート１５５までルーティングされ得る。ここで、｛ｋ＋Ｍ−１｝は、モジュロＭでｋ＋Ｍ＋１に等しく区間［１，Ｍ］の中にある整数を指定している。
【００２６】
よって、デマルチプレクサ１４５は、例えばＡＷＧベースの光デマルチプレクサなど、任意の従来型の波長巡回的な光デマルチプレクサであり得る。本明細書においては、そのようなデマルチプレクサを、巡回的な光デマルチプレクサと称することがある。
【００２７】
図４Ａ〜図４Ｄは、より具体的な実施形態における波長デマルチプレクサ１４５の出力におけるチャネル周波数の順序を、限定することなしに、図解している。以下の議論では、例示であって、限定を意味することなく、ＮおよびＭはそれぞれ４であり、波長デマルチプレクサ１４５が波長成分の巡回置換を実装している。それぞれの波長チャネルの中心波長は、λＭと記載される。図４Ａでは、入力ポート１５０−１において受け取られる波長成分λ１、λ２、λ３、およびλ４は、波長デマルチプレクサ１４５によって、波長選択的に、出力ポート１５５−１、１５５−２、１５５−３、および１５５−４に、それぞれルーティングされる。図４Ｂでは、入力ポート１５０−２において受け取られる波長成分λ１、λ２、λ３、およびλ４は、波長デマルチプレクサ１４５によって、波長選択的に、出力ポート１５５−４、１５５−１、１５５−２、および１５５−３に、それぞれルーティングされる。図４Ｃでは、入力ポート１５０−３において受け取られる波長成分λ１、λ２、λ３、およびλ４は、波長デマルチプレクサ１４５によって、波長選択的に、出力ポート１５５−３、１５５−４、１５５−１、および１５５−２に、それぞれルーティングされる。図４Ｄでは、入力ポート１５０−４において受け取られる波長成分λ１、λ２、λ３、およびλ４は、波長デマルチプレクサ１４５によって、波長選択的に、出力ポート１５５−２、１５５−３、１５５−４、および１５５−１に、それぞれルーティングされる。
【００２８】
波長デマルチプレクサ１４５は、どの特定の実装例にも限定されない。いくつかの便利な実装例は、アレイ導波路格子（ＡＷＧ）ベースの光クロスコネクトを含む。光学技術分野の当業者に知られているように、ＡＷＧベースの光クロスコネクトは、ＷＤＭ光信号の一連の波長成分を、波長選択的に、光出力の並列的な空間的シーケンスにルーティングするのに用いられ得る。上述したように、ＡＷＧベースの波長選択的なクロスコネクトは、成分のシーケンスにおいて巡回的に、波長チャネルを出力にルーティングすることもできる。更に、ＡＷＧベースのデバイスは、例えばＳＯＩ基板上のシリカなど平坦な導波管プロセスにおいて実装することができ、それにより、フォトニック集積回路（ＰＩＣ）における一体化に非常に適している。
【００２９】
波長デマルチプレクサ１４５の実施形態は、ＡＷＧを用いる実装例に限定されることはない。例えば、巡回的な波長デマルチプレクサもまた、エシェル（Ｅｃｈｅｌｌｅ）格子に基づく場合もあり得る。そのような格子は、実質的な量の受けとった光を、複数の回折次数に導き、よって、デバイス１４５のＭ個の光出力のそれぞれが、複数の次数からの光を受け取るように接続され得る。いくつかの別の実施形態では、スイッチング段１１０が、電子的に制御されるスイッチング・マトリクスを用いて、実装され得る。例えば、２ｘ２の電気的光学的スイッチが、電子的に制御されるスイッチを用いて、ＭｘＮマトリクスを実装するように構成され得る。光学技術分野の当業者であれば、そのようなスイッチング・マトリクスに習熟している。しかし、そのようなマトリクスのサイズは、Ｎが増大するにつれて急激に大きくなり、Ｎによりそのような実施形態が扱い困難で高価になり得る。
【００３０】
図１を再び参照すると、受信機段１１５は、例えば、１つの導波管１６０−１、１６０−２・・・１６０−Ｍが波長デマルチプレクサ１４５の出力ポート１５５の中の対応する１つに光学的に接続されている、複数の導波管１６０を含む。それぞれの導波管１６０は、出力リング共振器の組１６５と関連している。よって、例えば、導波管１６０−１は出力リング共振器の組１６５−１と関連し、導波管１６０−２は出力リング共振器の組１６５−２と関連する、などである。リング共振器の組１６５−１はＮ個のリング共振器１７０−１１・・・１７０−Ｎ１を含んでおり、例えば、１つのリング共振器はリング共振器の組１２５のそれぞれと対応している。
【００３１】
それぞれのリング共振器１７０−１１・・・１７０−Ｎ１は、チャネル波長λ１〜λＭの中の１つにおいて導波管１６０−１を伝搬する光に選択的に結合するように構成され得る。よって、例えば、リング共振器１７０−１１はλ１で伝搬する光に結合され得る、リング共振器１７０−２１はλ２で伝搬する光に結合され得る、などである。同様にして、リング共振器１７０−１２は導波管１６０−２の内部をλ１で伝搬する光に結合され得る、リング共振器１７０−２２は導波管１６０−２の内部をλ２で伝搬する光に結合され得る、などである。
【００３２】
受信機コントローラ１７５は、リング共振器１７０のそれぞれの共振周波数を制御する。コントローラ１７５は、リング共振器１７０のそれぞれを、チャネル波長λ１、λ２、λ３、およびλ４の中のいずれか１つに対応する公称共振周波数を有するように、構成し得る。すなわち、リング共振器の組１６５−ＱのＮ個のリング共振器１７０−１Ｑ、・・・、１７０−ＮＱのそれぞれの共振周波数を、Ｎ個のチャネル波長の中の選択された１つと結合するように設定し得ることにより、光導波管１６０におけるＮ個の波長成分の中の１つがそのリング共振器１７０に選択的に結合される。典型的には、波長の組１６５の中では、チャネル波長λ１、λ２、λ３、およびλ４のそれぞれが、リング共振器の組１６５−Ｑの中のただ１つのリング共振器に割り当てられる。
【００３３】
リング共振器１７０のそれぞれは、本明細書においてドメイン・コンバータ３００と称される光／電気トランスデューサ３００とペアになる。図３は、代表的なドメイン・コンバータ３００の詳細図を図解している。それぞれのドメイン・コンバータ３００は、導波管部分３１０とフォトダイオード３２０とを含む。導波管部分３１０は、光がリング共振器１７０から導波管部分３１０に結合されるように、関連するリング共振器１７０に近接して配置される。フォトダイオード３２０は、例えば受信されたデータ・ストリームの復調などの更なる処理のために、結合された光信号を対応する電気信号に変換する。ドメイン・コンバータ３００のそれぞれは、その関連するリング共振器１７０と同じ添え字によって識別され得る。このように、例えば、ドメイン・コンバータ３００−１１はリング共振器１７０−１１と関連し、ドメイン・コンバータ３００−２１はリング共振器１７０−２１と関連する、などである。
【００３４】
再び図１を参照すると、コントローラ１３５とコントローラ１７５とは、協調された態様で作用して、ＮＭのリング共振器１３０の中の選択された１つからＭＮのリング共振器１７０の中の選択された１つにデータを送信する。例えば、リング共振器１３０−２１によって受信されたデータ・ストリームをリング共振器１７０−２２に送信することが望まれる場合には、コントローラ１３５は、リング共振器１３０−２１を、チャネル波長λ２に結合することによって、データ・ストリームを用いてλ２のキャリアを変調するように構成し得る。波長デマルチプレクサ１４５は、λ２のキャリアを出力１５５−２にルーティングする（図４Ａを参照のこと）。受信機コントローラ１７５は、リング共振器１７０−２２をやはりチャネル波長λ２に結合するように構成する。次に、トランスデューサ３００−２２が、処理のために光信号を電気ドメインに変換する。この技術分野の当業者にとっては、説明されている原理を用いて、リング共振器１３０のいずれかによって受信されたデータをトランスデューサ３００のいずれかの所望のインスタンスに送信することにより一般的なＭｘＮの光／電気スイッチング・ネットワークを実装し得ることは明らかであろう。
【００３５】
図１Ａは、Ｎ個の電気デバイス８００−１、・・・、８００−ＮとＭ個の電気デバイス９００−１、・・・、９００−Ｍとの間において、光ネットワーク１００がどのようにしてデータ接続を光学的に提供し得るかを、概略的に図解している。それぞれの電気デバイス８００−Ｒは、Ｍ個のデータ・ストリームを、対応するＭ個のリング共振器の組１２５−Ｒに電気的に送信するように接続されている。それぞれの電気デバイス９００−Ｓは、対応するＮ個のリング共振器の組１６５−ＳからのＮ個のデータ・ストリームを電気的にモニタするように接続されている。その理由のために、いずれの個別的な電気デバイス８００−Ｒも、デジタル・データ・ストリームを、光ネットワーク１００を経由して、いずれかの個別的な電気デバイス９００−Ｓに通信することができる。すなわち、Ｎ個の電気デバイス８００−１〜８００−Ｎは、光ネットワーク１００を経由して、Ｍ個の電気デバイス９００−１〜９００−Ｍと、独立に、並列的に通信し得る。例としては、電気デバイス８００−１〜８００−Ｎは、データ・センタのＮ個のデジタル・データ・プロセッサであり得るし、電気デバイス９００−１〜９００−Ｍは、データ・センタのＭ個のデジタル・データ・ストレージ・デバイスであり得る。次に、光ネットワーク１００は、Ｎ個のデジタル・データ・プロセッサのそれぞれが、別々のデジタル・データ・ストリームをＭ個のデジタル・データ・ストレージ・デバイスのそれぞれに選択的にルーティングすることを可能にする。
【００３６】
他の実施形態では、光ネットワーク１００は、Ｎ個のデータ・デバイスの第１の組とＭ個のデータ・デバイスの第２の組との間において、そのような並列的なデジタル・データ接続を提供し得る。第１の組においては、Ｎ個の個別的なデバイスは、デジタル・データ・ストリームを出力する様々なタイプの従来型のデバイスを含み得る。第２の組においては、Ｍ個の個別的なデバイスは、デジタル・データ・ストリームを入力する様々なタイプの従来型のデバイスを含み得る。
【００３７】
上述した実施形態では、例えばλ１、λ２、λ３、およびλ４など、同じ組のチャネル波長の中の１つに結合するように構成されているリング共振器１３０のそれぞれを用いて説明を行った。そのような実施形態では、様々な実施形態において既に説明されたように、波長デマルチプレクサ１４５が入力チャネル波長の巡回置換を出力に提供することが好ましいことがあり得る。いくつかの他の実施形態では、それぞれのリング共振器の組１２５が光キャリアに結合する波長の組は、リング共振器の組１２５の他のものがそうする場合の波長の組と同じであるように拘束されることはない。そのような場合には、波長デマルチプレクサ１４５は、その出力において、入力波長チャネルの巡回置換を提供する必要がない。特に、いくつかのそのような実施形態は、同じ波長を備えているどの２つのチャネルも同じ導波管上を同時に伝搬することがないように、波長を選択し得る。
【００３８】
コントローラ１３５とコントローラ１７５とが同じ位置に配置されている実施形態においては、これらのコントローラの動作の調整が、例えば、通信のために選択されるデータ・チャネルを運ぶタイミング情報および／またはデータを通信するデータ経路１８０を用いて、容易に達成され得る。長距離通信の場合のようにコントローラ１３５とコントローラ１７５とが物理的に離れている実施形態においては、データ経路１８０は、コントローラ１３５とコントローラ１７５との動作を調整するために、選択されたデータ・チャネルおよび／またはチャネル・スケジュリング・データを通信し得る。
【００３９】
システム１００の光コンポーネントは、例えばシリコン・ウエハなどのシリコン基板の上に形成された例えばプレーナ構造として、従来型の態様で、形成され得る。その上にシステム１００を形成すべき便利なプラットフォームとして、シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）ウエハがあるが、本発明の実施形態が、それに限定されることはない。例えばプラズマ酸化物などの誘電層を任意の適切な基板の上に形成することが可能であり、その上にシリコン層を任意の適切な方法によって形成することが可能である。他の実施形態は、例えばガラス、サファイアまたは化合物半導体から形成された基板を用いることがあり得る。関連する技術分野の当業者であれば、そのような製造技術に精通している。
【００４０】
いくつかの実施形態では、システム１００の光コンポーネントと電気コンポーネントとが、同一の基板の上に形成される。そのようなシステムでは、例えばシリコン・ベースの電子コンポーネントが、あるフォトニック集積回路（ＰＩＣ）のある領域の上に形成され、光コンポーネントが、そのＰＩＣの別の領域の上に形成されることがあり得る。相互接続が、ドメイン・コンバータ３００から制御段１１０への導電性経路を提供し得る。
【００４１】
図５Ａ〜図５Ｃによって表されているような他の実施形態では、ある光学的電気的システムの各部分が、別々の基板の上に形成されることがあり得る。図５Ａは、ある実施形態に従って形成されたそのようなシステム５００を図解している。電気コンポーネントが電気的にアクティブな基板５１０上に形成され、光コンポーネントが光基板５２０上に形成され、相互接続が相互接続基板５３０上に形成される。次に、基板５１０、５２０および５３０が面結合されて、動作可能なシステム５００を形成する。
【００４２】
電子基板５１０は、システム１００の電気的機能を実装するためのトランジスタ、ダイオード、抵抗およびコンデンサなどの電子コンポーネントを含み得る。これらの機能は、限定されることはないが、スイッチング、信号調整および増幅を含むコントローラ１３５および１７５の機能を含み得る。電子基板５１０は、例えばシリコン・ウエハなどのベース層５４０と、電子デバイスと相互接続とを含むアクティブ層５５０とを含み得る。基板５１０は、任意の従来型のおよび／または将来発見されるプロセスから形成され得るのであって、どのような特定の材料のタイプにも限定されない。例示であって、限定ではないが、そのような材料は、シリコン、シリカ、ＳｉＮ、ＩｎＰ、ＧａＡｓ、銅製の相互接続、アルミニウム製の相互接続、および／または様々なバリア材料を含み得る。
【００４３】
光基板５２０は、送信段１０５、スイッチング段１１０、および受信機段１１５の光コンポーネントを含み得る。そのようなコンポーネントは、例えば、格子カプラ、ＡＷＧ、光導波管、マイクロキャビティ共振器、光パワー・スプリッタ、光パワー・コンバイナおよびフォトダイオードなどを含む。光導波管は、従来型のおよび／または新規なプロセスによって、プレーナまたは隆起構造から形成され得る。そのようなコンポーネントは、光コア領域と光クラッド領域とを含むのが典型的である。コア領域は、例えば、シリカ、シリコン、ＬｉＮｂＯ３、ＧａＡｌＡｓやＧａＡｌＮもしくはＩｎＰなどの化合物半導体合金、または電気的光学的ポリマなど、任意の従来型または非従来型の光材料系から形成され得る。本明細書で説明されているいくつかの実施形態は、非限定的な例であるシリコン（Ｓｉ）に実装されている。本発明の範囲に属する実施形態はＳｉに限定されないが、この材料は、他の材料系と比較すると、例えば、比較的低コストであること、十分に進んだ製造用インフラストラクチャが存在すること、のようないくつかの利点を提供する。クラッド領域は、例えばシリカやベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）などの均一または不均一な誘電性材料を含み得る。クラッド領域のいくつかの部分は空気を含み得るのであるが、ここでの議論の目的として真空も含まれる。
【００４４】
相互接続基板５３０は、システム５００の動作を構成し得る追加的な相互接続構造を含む。相互接続基板５３０は、所望の接続性を実装するのに必要とされる任意の誘電性材料と導電性（例えば金属製の）材料とを含み得る。いくつかの場合には、基板５３０の形成は、機械的なサポートを提供するハンドル・ウエハを用いることを含み得るが、その後では、基板５３０はハンドルから取り外される。
【００４５】
電子基板５１０は、例えばバンプ・プロセスによって、または、図解されているようなウエハ・ボンディング・プロセスによって、相互接続基板５３０に結合され得る。これらのプロセスは、半導体製造の当業者に広く知られており、例えば、ボンディングのために基板表面を準備するための化学的機械的研磨（ＣＭＰ）を含み得る。相互接続基板５３０は、例えば、図５Ａに図解されているバンプ・プロセスによって、または、図５Ｂに図解されているウエハ・ボンディング・プロセスによって、光基板５２０に結合され得る。バンプ・プロセスでは、半田ボール５６０が、基板５３０における相互接続構造を、光基板５２０におけるメタライゼーション処理がなされたバイア（ｖｉａ）構造５７０に結合する。バイア構造５７０は、基板５２０と基板５３０との間において、電気的および／または機械的な接続を提供し得る。
【００４６】
図５Ｃは、システム１００の別の実施形態を図解しているのであるが、この実施形態では、相互接続と光機能とが、一体化された基板５８０の中に組み合わされている。図解されている実施形態では、基板５８０は、光基板５２０と、光基板５２０の両側に形成されている相互接続層５３０ａおよび５３０ｂとを含む。一体化された基板５８０は、例えばウエハ・ボンディングによって、基板５１０に結合され得る。
【００４７】
電子基板５１０と相互接続基板５３０と光基板５２０とが別個に形成されることによって、いくつかの目的の中の少なくとも１つにおいて役立つことがある。第１に、例えば光基板５２０における高品質の導波管などのいくつかの特徴を形成するのに要求される熱収支（ｂｕｄｇｅｔ）により、電気的にアクティブな基板５１０におけるトランジスタのドーピング・プロファイルなどの他の特徴と互換性がない可能性がある。第２に、基板５１０、５２０および５３０は、特定の技能および／または製造設備を有する企業によって別々に形成され、別の企業によって結合されることが可能である。第３に、組み立てられたシステム５００の機能に関するセキュリティが望まれる場合であっても、どの１つの企業もデバイスの特定の機能性を判断するのに十分な知識を取得することがないように、製造作業を、様々な企業に割り当てることが可能である。このようにして、最終的な組み立ては、組み立てられたシステム５００の動作に関する機密性が保証される安全な状況の下で、完成され得るのである。
【００４８】
次に図６を参照すると、例えば、様々な実施形態によるシステム１００を形成するための方法６００が与えられている。方法６００のステップは、例えば図１〜図５においてなど、本明細書で既に説明された要素を参照することによって、限定されることなく、説明される。方法６００のステップは、図解されている順序とは異なる順序で実行されることがあり得るし、いくつかの実施形態では、完全に省略されること、および／または、同時もしくは並列的なグループとして実行されることがあり得る。この方法６００は、異なる基板における別個の処理によるなど、そのステップが連続的に実行されるものとして、限定されることなく、図解されている。他の実施形態、例えば共通の複合基板を用いる実施形態では、部分的に並列的にまたは完全に並列的に、そして任意の順序で、ステップを実行することもあり得る。
【００４９】
ステップ６１０では、例えば導波管１２０−１などの入力導波管が形成され、例えば波長デマルチプレクサ１４５などの波長デマルチプレクサに光学的に接続される。ステップ６２０では、第１の入力組のマイクロキャビティ共振器のマイクロキャビティ共振器が、形成される。これらの共振器は、それぞれのマイクロキャビティ共振器が入力導波管の内部を伝搬する複数の周波数チャネルの中の対応する１つに制御可能に結合するように構成されるように、入力導波管に隣接して配置されている。
【００５０】
方法６００のいくつかの実施形態は、複数の出力導波管が形成されるステップ６３０を含む。それぞれの導波管は、波長デマルチプレクサに光学的に接続されている。波長デマルチプレクサは、それぞれのキャリア信号を出力導波管の中の対応する１つにルーティングするように、構成されている。
【００５１】
そのような実施形態のいくつかは、複数の出力マイクロキャビティ共振器の組が形成されるステップ６４０を含む。それぞれの共振器の組は、対応する複数のマイクロキャビティ共振器を含む。それぞれの出力の組の中のそれぞれのマイクロキャビティ共振器は、それぞれの組のマイクロキャビティ共振器が対応する出力導波管の内部を伝搬する対応する異なる波長チャネルと制御可能に結合し得るように、出力導波管の中の同じ対応する１つに隣接して配置されている。
【００５２】
図７は、例えばシステム１００を形成する方法７００を与えている。方法７００のステップは、例えば図１〜図５など、本明細書において既に説明された要素を参照することによって、限定されることなく、説明される。方法７００のステップは、図解されている順序とは異なる順序で実行されることがあり得るし、いくつかの実施形態では、完全に省略されること、および／または、並列的にもしくは並列的なグループとして実行されることがあり得る。本明細書および特許請求の範囲では、「提供される」または「提供する」とは、デバイス、基板、構造的要素などが、開示されている方法を実行する個人もしくは企業によって製造され得ること、または、別の個人もしくは企業を含む個人もしくは企業とは異なるソースからそのようにして取得され得ること、を意味する。
【００５３】
この方法は、第１の基板が提供されるステップ７１０を含む。この基板は、波長デマルチプレクサに光学的に接続された入力導波管を有する。複数のマイクロキャビティ共振器を含む第１の入力マイクロキャビティ共振器の組は、入力導波管に隣接して配置されている。
【００５４】
ステップ７２０では、第２の基板が提供される。第２の基板は、その上に電子コントローラが形成されている。このコントローラは、マイクロキャビティ共振器のそれぞれを、入力導波管の内部を伝搬する光信号の複数の周波数チャネルの中の対応する１つに制御可能に結合するように、マイクロキャビティ共振器を制御できるように構成されている。
【００５５】
ステップ７３０では、第１および第２の基板が結合され、それによって、コントローラをマイクロキャビティ共振器に接続する。
【００５６】
本出願と関係する技術分野の当業者であれば、他のおよび更なる追加、削除、置換および修正を、説明されている実施形態に対して行い得ることを、理解するであろう。
【図１】
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【図１Ａ】
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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４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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