特許 7183430 マルチモード成分を有する偏光無依存型フォトニックデバイス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-11-25

(45)【発行日】2022-12-05

(54)【発明の名称】マルチモード成分を有する偏光無依存型フォトニックデバイス

(51)【国際特許分類】

   G02F 1/025 20060101AFI20221128BHJP

   G02B 6/14 20060101ALI20221128BHJP

【ＦＩ】

G02F1/025

G02B6/14

【請求項の数】 17

(21)【出願番号】P 2021539347

(86)(22)【出願日】2020-05-13

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-02-24

(86)【国際出願番号】 CN2020089905

(87)【国際公開番号】W WO2020228711

(87)【国際公開日】2020-11-19

【審査請求日】2021-07-05

(31)【優先権主張番号】16/410,430

(32)【優先日】2019-05-13

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】503433420

【氏名又は名称】華為技術有限公司

【氏名又は名称原語表記】ＨＵＡＷＥＩ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ ＣＯ．，ＬＴＤ．

【住所又は居所原語表記】Ｈｕａｗｅｉ Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ， Ｂａｎｔｉａｎ， Ｌｏｎｇｇａｎｇ Ｄｉｓｔｒｉｃｔ， Ｓｈｅｎｚｈｅｎ， Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ ５１８１２９， Ｐ．Ｒ． Ｃｈｉｎａ

(74)【代理人】

【識別番号】100132481

【弁理士】

【氏名又は名称】赤澤 克豪

(74)【代理人】

【識別番号】100115635

【弁理士】

【氏名又は名称】窪田 郁大

(72)【発明者】

【氏名】パトリック ドゥメイ

【審査官】井部 紗代子

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－１８８９５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２１７８４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０５２０４１１３（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開平１０－０７３７９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１２／１２０３０６（ＷＯ，Ａ２）

【文献】特開２００５－０６２５００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１７－５３４９２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０７９０５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１８－５１２６２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１８２２１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０９６４７４２６（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０２０５５７８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】岡山 秀彰他，ＴＭ０－ＴＥ１偏波変換器とパワー分岐素子を使用した偏波ダイバーシティ用Ｓｉ光導波路素子，第７６回応用物理学会秋季学術講演会［講演予稿集］，０３－２３９、１４ｐ－ＰＡ４－２，公益社団法人応用物理学会，2015年，p. 1

【文献】CHEN, Zeyu et al.，Bridged Coupler and Oval Mode Converter Based Silicon Mode Division (De)Multiplexer and Terabit WDM-MDM System Demonstration，Journal of Lightwave Technology，IEEE，2018年07月，Vol. 36, No. 13，pp. 2757 - 2766

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｆ １／００ － １／１２５

Ｇ０２Ｆ １／２１ － ７／００

Ｇ０２Ｂ ６／１２ － ６／１４

ＩＥＥＥ Ｘｐｌｏｒｅ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

それぞれ異なる偏光状態で伝播する第１の成分及び第２の成分を有する光信号を受信し、両者が同じ偏光状態のそれぞれ異なるモードで伝播するように、前記第１の成分及び前記第２の成分の一方又は両方を変換するように構成される第１のモードコンバータと、
前記第１のモードコンバータの光出力を受信し、制御されたゲイン、又は前記制御されたゲインと制御された位相シフトとの両方を、前記第１のモードコンバータによって出力される前記第１の成分及び前記第２の成分の両方に適用するように構成されるモジュレータと、
前記モジュレータの光出力を受信することであって、前記光出力は、前記同じ偏光状態の前記それぞれ異なるモードで伝播する前記第１の成分及び前記第２の成分を含む、ことを行い、前記第１の成分及び前記第２の成分をそれぞれ異なる偏光状態で伝播させるために、前記モジュレータによって出力される前記第１の成分及び前記第２の成分の一方又は両方を変換するように構成される第２のモードコンバータと、
前記第１のモードコンバータの入力に作動的に接続された、又は前記第２のモードコンバータの出力に作動的に接続された追加モジュレータと、
を含み、
前記追加モジュレータは、他の制御されたゲイン、又は前記他の制御されたゲインと他の制御された位相シフトとの両方を、前記第１の成分及び前記第２の成分の両方に適用するように構成され、
前記モジュレータは、前記同じ偏光状態の前記それぞれ異なるモードのそれぞれにわたって変調強度の第１の相違を示すことがあり、前記追加モジュレータは、前記それぞれ異なる偏光状態のモードにわたって変調強度の第２の相違を示すことがあり、変調強度の前記第２の相違は、変調強度の前記第１の相違を補償するように構成される、
フォトニックデバイス。

【請求項2】

前記モジュレータは、前記同じ偏光状態の前記それぞれ異なるモードの両方を搬送するように構成されるマルチモード導波路を含み、前記モジュレータは、前記制御されたゲイン、又は前記制御されたゲインと前記制御された位相シフトとの両方を、前記マルチモード導波路の範囲内で、前記それぞれ異なるモードのそれぞれに同時に適用するようにさらに構成される、
請求項１に記載のフォトニックデバイス。

【請求項3】

前記モジュレータは、前記マルチモード導波路に作動的に接続され、且つキャリア注入効果を利用して、前記制御されたゲイン、又は前記制御されたゲインと前記制御された位相シフトとの両方を適用するように構成されるｐ－ｉ－ｎ接合構造をさらに含む、
請求項２に記載のフォトニックデバイス。

【請求項4】

前記モジュレータは、前記マルチモード導波路に作動的に接続され、且つ熱光学効果を利用して、前記制御されたゲイン、又は前記制御されたゲインと前記制御された位相シフトとの両方を適用するように構成されるヒーター又はクーラーをさらに含む、
請求項２、３のいずれか１項に記載のフォトニックデバイス。

【請求項5】

前記モジュレータは、前記同じ偏光状態の前記それぞれ異なるモードのそれぞれについて同じ又は類似の変調強度を有する、
請求項１～４のいずれか１項に記載のフォトニックデバイス。

【請求項6】

前記同じ又は類似の変調強度は、前記モジュレータのマルチモード導波路との、前記同じ偏光状態の前記それぞれ異なるモードのそれぞれの対応する同じ又は類似のモードオーバーラップによるものである、
請求項５に記載のフォトニックデバイス。

【請求項7】

前記マルチモード導波路は、リブ導波路であり、前記モードオーバーラップは、少なくとも部分的に前記リブ導波路の幅によるものとして構成される、
請求項６に記載のフォトニックデバイス。

【請求項8】

前記モジュレータは、可変光減衰器、移相器、又はそれらの組み合わせである、
請求項１～７のいずれか１項に記載のフォトニックデバイス。

【請求項9】

前記フォトニックデバイスは、シリコンオンインシュレータ構造で製造される、
請求項１～８のいずれか１項に記載のフォトニックデバイス。

【請求項10】

前記第１のモードコンバータの前で、前記第１の成分は、横方向電気（ＴＥ）偏光状態のモードで伝播し、前記第２の成分は、横方向磁気（ＴＭ）偏光状態のモードで伝播する、
請求項１～９のいずれか１項に記載のフォトニックデバイス。

【請求項11】

前記第１のモードコンバータは、モード変換せずに前記第１の成分を通過させ、モード次数及び偏光状態の両方について前記第２の成分を変換する、
請求項１～１０のいずれか１項に記載のフォトニックデバイス。

【請求項12】

前記第１のモードコンバータは、前記第２の成分を、基本モードから１次モードに変換する、
請求項１１に記載のフォトニックデバイス。

【請求項13】

前記第２のモードコンバータは、モード変換せずに前記第１の成分を通過させ、モード次数及び偏光状態の両方について前記第２の成分を変換する、
請求項１１又は１２に記載のフォトニックデバイス。

【請求項14】

前記第２のモードコンバータは、偏光状態の変換をせずに前記第２の成分を通過させ、偏光状態について前記第１の成分を変換する、
請求項１１又は１２に記載のフォトニックデバイス。

【請求項15】

フォトニックデバイスにおいて光信号を変調するための方法であって、前記光信号は、最初、それぞれ異なる偏光状態で伝播する第１の成分及び第２の成分を有し、前記方法は、
両者が同じ偏光状態のそれぞれ異なるモードで伝播するように、前記第１の成分及び前記第２の成分の一方又は両方を変換するステップと、
前記変換するステップの後、制御されたゲイン、又は前記制御されたゲインと制御された位相シフトとの両方を、前記第１の成分及び前記第２の成分の両方に適用するステップと、
前記適用するステップの後、前記第１の成分及び前記第２の成分をそれぞれ異なる偏光状態で伝播させるために、前記第１の成分及び前記第２の成分の一方又は両方を変換するステップと、
を含み、前記方法は、前記第１の成分及び前記第２の成分が前記それぞれ異なる偏光状態で伝播しているとき、他の制御されたゲイン、又は前記他の制御されたゲインと他の制御された位相シフトとの両方を、前記第１の成分及び前記第２の成分の両方に追加的に適用するステップをさらに含み、
前記適用するステップでは、前記同じ偏光状態の異なるモードの間で変調強度の第１の相違が生じることがあり、前記追加的に適用するステップでは、前記それぞれ異なる偏光状態のモードの間で変調強度の第２の相違が生じることがあり、変調強度の前記第２の相違は、変調強度の前記第１の相違を補償するように構成される、
方法。

【請求項16】

前記制御されたゲイン、又は前記制御されたゲインと前記制御された位相シフトとの両方は、単一のマルチモード導波路構造内をコプロパゲートする間、前記第１の成分及び前記第２の成分の両方に同時に適用される、
請求項１５に記載の方法。

【請求項17】

前記制御されたゲイン、又は前記制御されたゲインと前記制御された位相シフトとの両方は、前記同じ偏光状態の前記それぞれ異なるモードのそれぞれについて、同じ又は類似の変調強度を有するモジュレータを利用して適用される、
請求項１５又は１６に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連技術の相互参照
この出願は、２０１９年５月１３日に出願され、「マルチモード成分を有する偏光無依存型フォトニックデバイス」と題された米国特許出願番号１６／４１０，４３０の優先権の利益を主張し、その内容は参照によって本明細書に組み込まれる。

【0002】

本発明は、光学又はフォトニックデバイスの分野、特に、マルチモード成分を有する偏光無依存型フォトニックデバイスに関する。

【背景技術】

【0003】

シリコンフォトニクス（ＳｉＰｈ）は、製造コストの低さ、既存のＣＭＯＳ技術の活用、及びコンパクトさのため、通信システムにおいて多くの潜在的なアプリケーションを有する。現在、信号トランシーバは、シリコンフォトニクスデバイスの主要な商用アプリケーションである。典型的なアプリケーションは、低ファイバ－チップ挿入損失を要求し又はそれから利益を得るだろう。偏光無依存は、多くのアプリケーションの要件でもある。

【0004】

ナノフォトニックシリコン導波路は、典型的に高い複屈折を有する。ｐ－ｉ－ｎ接合ベース移相器及びモジュレータなどの能動デバイスは、また、シリコンコア内での所謂、横方向電気（ＴＥ）及び横方向磁気（ＴＭ）光学モードオーバーラップ（又は閉込め）の相違から生じる偏光依存性を有する。偏光依存性は、同じ光信号の異なる部分が異なるコンディションの影響を受けるときに問題を含むことができる。

【0005】

シリコンナノフォトニック回路の偏光依存性は、「偏光ダイバーシティ」として知られるものを通じて効果的に対処できる。このアプローチにおいて、光信号の両方の偏光成分は、シリコン光学チップに入った後すぐに分離され、一方の成分が他方と同じ偏光に変換される。次いで、２つの成分は、２つの同一であるが別個の回路によって処理され、その後、直交偏光に戻るように一方の成分が変換され、シリコン光学チップを出るときに他方と結合される。偏光ダイバーシティのいくつかの実装において、２つの成分は、同一であるが逆向きのフォトニック回路で処理される。任意のケースにおいて、偏光ダイバーシティを実装することが要求される偏光スプリッタ及びコンバータは、損失、偏光依存損失、及び偏光クロストークなどの、光信号に対するいくつかの減損をもたらす。このこと及びフォトニック回路の重複は、もしそれが使用される場合、これらのフォトニックデバイスのサイズ、複雑さ、及びコストを増加させる。

【0006】

可変光減衰器（ＶＯＡ）は、典型的には、専用高速モジュレータより低い周波数でのチャネル等化又は変調に利用できる便利な汎用光学コンポーネントである。ＶＯＡは、キャリアの注入によって（例えば、接合へ印加される電流を介して）光信号を制御可能に減衰できるｐ－ｉ－ｎ接合を利用して実装できる。他のＶＯＡ実装は、統合されたマッハツェンダ干渉計を利用する。そのようなモジュレータは、ｐ－ｉ－ｎ接合又は典型的に熱光学移相器と称される局所的に加熱された導波路セクションを利用して駆動できる光位相変化によって駆動される。

【0007】

ミクロンスケールシリコン導波路は、偏光無依存型デバイスをもたらすことができる。しかし、そのようなプラットフォームにおけるキャリア注入デバイスは、現在、変調周波数が最大で約１ＭＨｚに制限されている。

【0008】

従って、光信号を調整（例えば、減衰、位相シフト、又はその両方）するためのフォトニックデバイスへのニーズがあり、それは先行技術の１つ以上の限定の対象にならない。

【0009】

この背景情報は、出願人によって本発明に関連する可能性があると信じられている情報を明らかにするために提供される。必ずしも自白を意図するものではなく、前述の情報のいずれもが本発明に対する先行技術を構成するものと解釈されるべきでない。

【発明の概要】

【0010】

本発明の実施形態の目的は、マルチモード成分を有する偏光無依存型フォトニックデバイスを提供することである。これは、バイモード導波路を有する偏光無依存型モジュレータであってよい。様々な実施形態によれば、可変光減衰器などの偏光無依存型光電（フォトニック）モジュレータデバイスが提供される。発明は、比較可能な既存の偏光無依存型デバイスに比べて、低減された減損、複雑さ又はコスト、又はそれらの組み合わせを示しうる。

【0011】

本発明の実施形態によれば、第１及び第２のモードコンバータの間に位置するモジュレータを有するフォトニックデバイスが提供される。第１のモードコンバータは、それぞれ異なる偏光状態で伝播する第１の成分及び第２の成分を有する光信号を受信し、両者が同じ偏光状態のそれぞれ異なるモードで伝播するように、第１の成分及び第２の成分の一方又は両方を変換するように構成される。モジュレータは、第１のモードコンバータの光出力を受信し、制御されたゲイン、制御された位相シフト、又はその両方を、第１のモードコンバータによる出力として第１の成分及び第２の成分の両方に適用するように構成されている。第２のモードコンバータは、モジュレータの光出力を受信することであって、光出力は、同じ偏光状態のそれぞれ異なるモードで伝播する第１の成分及び第２の成分を含む、ことを行い、第１の成分及び第２の成分をそれぞれ異なる偏光状態で伝播させるために、モジュレータによって出力される第１の成分及び第２の成分の一方又は両方を変換するように構成される。フォトニックデバイスは、シリコンオンインシュレータ構造で製造されうる。

【0012】

様々な実施形態において、モジュレータは、同じ偏光状態のそれぞれ異なるモードの両方を搬送するように構成されるマルチモード導波路を含み、モジュレータは、制御されたゲイン、制御された位相シフト、又はその両方を、マルチモード導波路の範囲内で、それぞれ異なるモードのそれぞれに同時に適用するようにさらに構成される。モジュレータは、マルチモード導波路に作動的に接続されたｐ－ｉ－ｎ接合構造を含んでよく、モジュレータは、キャリア注入効果を利用して、制御されたゲイン、制御された位相シフト、又はその両方を適用するように構成されうる。モジュレータは、同じ偏光状態の前述したそれぞれ異なるモードのそれぞれについて同じ又は類似の変調強度を有しうる。同じ又は類似の変調強度は、モジュレータのマルチモード導波路との、同じ偏光状態のそれぞれ異なるモードのそれぞれの対応する同じ又は類似のモードオーバーラップによるものでありうる。マルチモード導波路は、リブ導波路であってよく、モードオーバーラップは、少なくとも部分的にリブ導波路の幅を構成することによって構成されうる。モジュレータは、可変光減衰器、移相器、又はそれらの組み合わせであってよい。

【0013】

様々な実施形態において、モードコンバータは、バイレベルテーパモードコンバータである。

【0014】

いくつかの実施形態において、追加モジュレータが、第１のモードコンバータの入力に作動的に接続され、又は第２のモードコンバータの出力に作動的に接続され、追加モジュレータは、モジュレータと協力し、第１の成分及び第２の成分が異なる偏光状態で伝播しているときに、他の制御されたゲイン、他の制御された位相シフト、又はその両方を、光信号の第１の成分及び第２の成分の両方に適用するように構成される。第１のモジュレータは、同じ偏光状態のそれぞれ異なるモードのそれぞれにわたって、変調強度にの第１の相違を示してよく、追加モジュレータは、異なる偏光状態のモードにわたって変調強度の第２の相違を示してよい。変調強度における第２の相違は、少なくとも部分的に、変調強度における第１の相違を補償する。

【0015】

いくつかの実施形態において、第１のモードコンバータの前で、第１の成分は、横方向電気（ＴＥ）偏光状態のモードで伝播し、第２の成分は、横方向磁気（ＴＭ）偏光状態のモードで伝播する。いくつかの実施形態において、第１のモードコンバータは、モード変換せずに第１の成分を通過させ、モード次数及び偏光状態の両方について第２の成分を変換する。第２の成分は、基本モードから１次モードに変換されうる。

【0016】

本発明の実施形態によれば、フォトニックデバイス内の光信号を変調するための方法が提供される。光信号は、最初、それぞれ異なる偏光状態で伝播する第１の成分及び第２の成分を有する。方法は、両者が同じ偏光状態のそれぞれ異なるモードで伝播するように、第１の成分及び第２の成分の一方又は両方を変換するステップを含む。方法は、変換するステップの後、制御されたゲイン、制御された位相シフト、又はその両方を、第１の成分及び第２の成分の両方に適用するステップを含む。方法は、制御されたゲインを適用するステップの後、第１の成分及び第２の成分をそれぞれ異なる偏光状態で伝播させるために、第１の成分及び第２の成分の一方又は両方を変換するステップを含む。

【0017】

いくつかの実施形態において、制御されたゲイン、制御された位相シフト、又はその両方は、単一のマルチモード導波路構造内をコプロパゲートする間、第１の成分及び第２の成分の両方に同時に適用される。制御されたゲイン、制御された位相シフト、又はその両方は、同じ偏光状態のそれぞれ異なるモードのそれぞれについて、同じ又は類似の変調強度を有するモジュレータを利用して適用される。

【0018】

いくつかの実施形態において、方法は、第１の成分及び第２の成分が異なる偏光状態で伝播しているとき、制御されたゲイン、制御された位相シフト、又はその両方の適用と協同的に、他の制御されたゲイン、他の制御された位相シフト、又はその両方を、光信号の第１の成分及び第２の成分の両方に適用するステップをさらに含む。

【図面の簡単な説明】

【0019】

本発明のさらなる特徴及び利点は、添付の図面と組み合わせて、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。

【0020】

【図1】本発明の実施形態に従って提供されるフォトニックデバイスを示すブロック図である。

【図2A】本発明の実施形態に従って提供されるフォトニックデバイスを示す。

【図2B】図２Ａのフォトニックデバイスの透視図である。

【図3A】本発明の実施形態による、フォトニックデバイスのマルチモードモジュレータの断面図である。

【図3B】本発明の実施形態による、ＴＥ０モードのモード強度プロファイル及びマルチモードモジュレータの導波路コアとのモードオーバーラップを示す。

【図3C】本発明の実施形態による、ＴＥ１モードのモード強度プロファイル及びマルチモードモジュレータの導波路コアとのモードオーバーラップを示す。

【図3D】本発明の実施形態による、ＴＭ０モードのモード強度プロファイル及びマルチモードモジュレータの導波路コアとのモードオーバーラップを示す。

【図4A】図３Ａに関連する本発明の実施形態の性能の態様の例を示す。

【図4B】図３Ａに関連する本発明の実施形態の性能の態様の例を示す。

【図5】偏光ダイバーシティを組み込んだ、本発明の実施形態の代替実装を示す。

【図6】中点偏光回転を組み込んだ、本発明の実施形態の代替の実装を示す。

【図7】追加モジュレータが提供される、本発明の他の実施形態に従って提供されるフォトニックデバイスを示す。

【図8】本発明の実施形態による、フォトニックデバイスにおいて光信号を変調するための方法を示す。

【0021】

添付の図を通して同様の参照番号によって同様の特徴が識別されることに注意されたい。

【発明を実施するための形態】

【0022】

別途定義されない限り、本明細書で使用される全ての技術的及び科学的用語は、この発明が属する分野の当業者によって共通理解されるものと同じ意味を有する。

【0023】

用語「モード」は、光信号（又はその成分）が伝播する空間モードを指す。本明細書で使用されるとき、モードは、導波路モードを指す。モードは、例えば、モードを横方向電気（ＴＥ）モードと横方向磁気（ＴＭ）モードとにグループ化するように偏光状態によって分類できる。ＴＥモードは、ＴＥ０（基本モード）、ＴＥ１（１次モード）、ＴＥ２などを含み、一方、ＴＭモードは、ＴＭ０、ＴＭ１、ＴＭ２などを含む。ＴＥ又はＴＭに続く異なる数値は、異なるモード次数に対応し、一般に、モードの断面の複雑さ（例えば、最大値及び最小値の数）を示しうる。本明細書で使用されるとき、モード次数は、水平又は面内モードを指し、本明細書で論じられる構造は、垂直方向に高次モードを有することはないため、垂直方向のそうした数字は省略される。２つの数値を使用するインデックスモード（例えば、ＴＥ_x,y又はＴＭ_x,y、ここで、ｘ及びｙは０から上の所与の整数）などの他のラベリング慣習も利用でき、本発明の実施形態に組み込まれることを理解されたい。

【0024】

用語「モジュレータ」は、光信号の振幅、位相、又は振幅と位相の両方を調整するように動作可能なフォトニックデバイスを指す。多くの場合において、調整は、入力制御信号に基づいて変更できる。調整は、キャリア信号を介してデータを伝送するために必ずしも実行されるとは限らない。モジュレータの例は、ＶＯＡ及び移相器を含む。

【0025】

用語「横方向電気」（ＴＥ）は、導波路光学モードの２つの主要な偏光状態の一方を指す。その用語は、モード電界の主成分が、集積型導波路について、フォトニック集積回路の平面に向けられている光学的な空間モードのクラスを説明するために使用される。

【0026】

用語「横方向磁気」（ＴＭ）は、導波路光学モードの２つの主要な偏光状態の他方を指す。その用語は、モード電界の主成分が、集積型導波路について、フォトニック集積回路の平面に対して垂直に向けられている光学的な空間モードのクラスを説明するために使用される。

【0027】

単一モード導波路は、所与の偏光状態について単一の空間モードをサポートする光導波路を指す。マルチモード導波路は、所与の１つ以上の偏光状態についての複数の空間モードをサポートする光導波路を指す。

【0028】

用語「シリコンオンインシュレータ」は、数ミクロンの熱酸化物層によって分離される、シリコン基板上のシリコンの薄層を含む集積型フォトニクスのプラットフォームを指す。薄層は、導波路を形成するためにエッチングされる。酸化物層及び金属層などの１つ以上のさらなる層が、パターン化されたシリコン層の上部に堆積され、電気的接続及び他の機能を追加するためにパターン化される。

【0029】

リッジ導波路は、断面がほぼ長方形であり、典型的には、薄いシリコン層又はいくつかの堆積層のフルエッチパターニングによって形成される光導波路を指す。

【0030】

リブ導波路は、導波路コアを形成する高架リブを囲む材料のスラブを残す、材料層（例えば、シリコン）の部分的なエッチングによって形成される光導波路を指す。

【0031】

本発明の実施形態は、相対的に、より大きな作用上の相違（例えば、異なる偏光状態を有することによるもの）を有する２つの光学モードが、相対的に、より小さな作用上の相違（例えば、同じ偏光状態を有することによるもの）を有する２つの光学モードに変換される、マルチモードモジュレータ及び関連方法を提供する。作用の相違は、所与のモジュレータによってなされる同じ変調入力に応じた相違、例えば、２つのモードについてのモジュレータの変調ゲインの相違によるもの、に対応することができる。変換は、光学モードの１つだけを変換することを含みうる。変換に続いて、例えば、キャリア注入の仕組みで動作するマルチモードモジュレータによって変調が実行される。変調に続いて、例えば、第１のモード変換の効果を逆にするために、他のモード変換が実行されてよい。

【0032】

本発明につながる重要な洞察は、同じ偏光状態の異なる空間モードが、異なる偏光状態の空間モードより容易に一緒に処理できるという所見である。モジュレータ（減衰器、移相器、及び類似デバイス）は、典型的に偏光依存型であり、同じ又は類似の調整（例えば、減衰）を同じ偏光状態の２つのモード（例えば、ＴＥ０及びＴＥ１）に適用するモジュレータは、同じ又は類似の調整を２つの異なる偏光状態の２つのモード（例えば、ＴＥ０及びＴＭ０）に適用するモジュレータより容易に構築されることは発明者によって認識されている。そのようなモジュレータは、本明細書ではマルチモードモジュレータと称される。従って、本発明の実施形態は、信号を、減衰作用などのモジュレータ作用にかける前に入力信号上での適切な偏光状態変換（典型的には、モード変換と一緒に）を実行することを含む。その作用の後、信号は、第２の偏光状態変換、モード変換、又はそれらの組み合わせを介して、その元の形に戻るように又は他の適切な形に変換されることができる。

【0033】

図１は、ブロック図形式で、本発明の実施形態に従って提供されるフォトニックデバイス１００を示す。デバイスは、第１のモードコンバータ１１０と、モジュレータ１２０（マルチモードアクチュエータとも称される）と、第２のモードコンバータ１３０とを含み、全てが作動的に直列で接続される。第１のモードコンバータ１１０は、光信号の２つの成分Ｘ及びＹを伝播する入力導波路に接続されうる。これらの２つの成分は、同じ全体信号又は異なる多重化信号の態様であることができる。Ｘ成分及びＹ成分は、異なる直交偏光状態の空間モードを介して入力導波路内を伝播し、即ち、Ｘ及びＹ成分の一方は、ＴＥ状態のモード（又は、できる限り、複数のモード）に従って伝播し、一方で、他方は、ＴＭ状態のモード（又は、できる限り、複数のモード）に従って伝播する。入力導波路は、フォトニックデバイス１００を含む、より大きなフォトニック回路の内部導波路、又は、できる限り、フォトニックデバイスに接続された外部導波路であってよい。簡単のために、Ｘ成分が、単一モード、典型的にはＴＥ０又はＴＭ０などの基本モードに従って伝播していると仮定できる。しかし、Ｘ成分が、高次モードに従って、又は複数のモードに従って伝播しているとすることも可能である。

【0034】

コントローラ１５０は、提供され、電気的な制御信号をモジュレータ１２０に提供するように構成されうる。これは、制御された量のキャリア注入位相シフト、熱光学位相シフト、又はそれらの組み合わせを生じさせるように、制御された電気的な駆動信号を、モジュレータのコンポーネントに提供することを含みうる。

【0035】

いくつかの実施形態において、追加モジュレータ１０５又は１３５が提供されることができる。追加モジュレータ１０５は、第１のモードコンバータ１１０の入力に接続され、一方、追加モジュレータ１３５は、第２のモードコンバータ１３０の出力に接続される。追加モジュレータの目的及び動作は、例えば、図７に関連して説明される。モジュレータ１２０及び追加モジュレータ（存在するとき）は、両方がコントローラ１５０に接続され、例えば、各モジュレータによって行われる変調の一部で、光信号を変調するために一緒に動作するように構成されている。

【0036】

第１のモードコンバータ１１０は、両方の成分が相互に同じ偏光状態で続けて伝播するが、また、Ｘ成分がＹ成分とは異なる空間モードに従って伝播するように、これらの成分を変換するために、Ｘ及びＹ成分の一方（又は、できる限り両方）に作用する。例えば、Ｘ成分は、変えられずに第１のモードコンバータを通過してよく、一方、Ｙ成分は、Ｘ成分と同じ偏光状態を有するが、Ｘ成分とは異なるモードを有するように変換されることができる。Ｘ及びＹ成分が異なるモードを有するようにさせることは、２つの成分の望まない混合を回避する。

【0037】

より具体的な例において、Ｘ成分は、ＴＥ０に従って入力導波路内を伝播してよく、Ｙ成分は、ＴＭ０に従って入力導波路内を伝播してよい。第１のモードコンバータ１１０は、Ｘ成分を実質的に変えずに通過させる一方、Ｙ成分をＴＭ０からＴＥ１へと変換する。しかし、他の変換も可能であることに注意されたい。従って、いくつかの実施形態において、第１のモードコンバータ１１０は、Ｘ又はＹのいずれかの成分を基本モードから高次モードへと変換し、一方で、その偏光状態も変える。このことは、Ｘ及びＹ成分が、ＴＥ又はＴＭモードのいずれかである同じ偏光状態の異なる空間モードで伝播するという結果になる。

【0038】

第１のモードコンバータ１１０の出力は、モジュレータ１２０に提供される。モジュレータは、同じ又は少なくとも類似の方式で第１のモードコンバータによって出力される全てのモードに同時に作用するように構成されている単一のデバイスである。このことは、同じ又は類似の振幅調整（例えば、減衰）、位相シフト、又はその両方を、これらのモードの全てに適用することを含む。それとして、モジュレータ１２０は、Ｘ及びＹ信号成分の両方を一緒に、同じ又は類似の方式で扱う。上述したように、また、以下でさらに論じられるように、そうしたモジュレータは、同じ方式で異なる偏光状態の信号成分を扱うことになるものよりも構築することが容易である。可能なモジュレータ構築及び動作の詳細は、本明細書の他の場所で論じられる。

【0039】

明確性のために、２つのモードに適用される減衰、位相シフト、又はその両方の量は、次の意味で類似であってよい。Ｘ信号成分は、２つのモードの一方で伝播し、時間ｔでの値ｘ（ｔ）を有すると仮定する。同様に、Ｙ信号成分は、２つのモードの他方で伝播し、時間ｔでの値ｙ（ｔ）を有する。減衰を受けると、Ｘ成分は、値ａｘ（ｔ）を有するように変えられ、Ｙ成分は、値ｂｙ（ｔ）を有するように変えられる。減衰量が類似である場合、比ａ／ｂは１に近く、例えば、０．９５と１．０５との間である。同様に、位相シフトを受けると、φ_x(t)と表示される瞬間Ｘ位相成分は、値φ_x(t)+cを有するように変えられ、φ_y(t)と表示される瞬間Ｙ位相成分は、時間ｔでの値φ_y(t)+dを有するように変えられる。位相シフト量が類似である場合、正規化された相違(c-d)/(2*pi)は０に近く、例えば、－０．０５と０．０５との間である。減衰及び位相シフトの両方が生じることもできることに注意されたい。

【0040】

モジュレータ１２０は、（コントローラ１５０から）提供された制御信号に応答し、Ｘ及びＹ信号成分を、例えば、制御信号に見合った、ある減衰量（ＶＯＡのケースで）、ある位相シフト量（移相器のケースで）、又はその両方を適用することによる、特別な方式で変調してよい。ある位相シフト量が（やむを得ない）減衰作用の副産物として適用されることがあり、同様に、ある減衰量が位相シフト作用の副産物として適用されることがあることに注意されたい。

【0041】

モジュレータ１２０は、Ｘ及びＹ成分が伝播している複数の空間モードをサポートするマルチモード導波路内に形成されうる。既に上述したように、モジュレータによって受信されるとき、Ｘ及びＹ成分は、同じ偏光状態の異なる空間モードで伝播しており、例えば、Ｘは、ＴＥ０に従って伝播しうるし、Ｙは、ＴＥ１に従って伝播しうる。モジュレータ１２０は、偏光方向の変化をもたらさない断熱性モード変換を実装するように構成されうる。

【0042】

モジュレータ１２０は、ｐ－ｉ－ｎ接合に作動的に接続された導波路を含み、キャリア注入効果を介して光信号成分を制御可能に変調するように構成されうる。モジュレータ１２０は、熱ヒーター又はクーラーに作動的に接続された導波路を含み、熱光学効果を介して光信号成分を制御可能に変調するように構成されうる。これは、例えば、モジュレータが主に移相器であるときのケースでありうる。

【0043】

モジュレータ１２０の出力は、第２のモードコンバータ１３０に提供される。第２のモードコンバータは、Ｘ成分がＹ成分とは異なる偏光状態で伝播するように、これらの成分を変換するために、Ｘ及びＹ成分の一方（できる限り、両方）に作用するように構成される。伝播モードは変更されてもよい。例えば、Ｘ成分は、再び変えられなくてよく、一方、Ｙ成分は、反対の偏光状態を有するように変換される。第２のモードコンバータは、Ｘ及びＹ成分をそれらの元の伝播モード及び偏光状態に戻すために、第１のモードコンバータの変換動作を本質的に逆にしうる。

【0044】

より具体的な例において、第２のモードコンバータ１３０への入力で、Ｘ成分は、ＴＥ０に従って伝播していてもよいし、Ｙ成分は、ＴＥ１に従って伝播していてもよい。第２のモードコンバータ１３０は、実質的に変えずにＸ成分を通過させてよく、一方で、Ｙ成分をＴＥ１からＴＭ０に戻すように変換する。しかし、他の変換も可能であることに注意されたい。従って、第２のモードコンバータ１３０は、Ｘ又はＹ成分のいずれかを、高次モードから基本モードに変換してよく、一方で、その偏光状態も変える。これは、Ｘ及びＹ成分が異なる偏光状態、且つできる限り同じ次数のモード（例えば、基本モード）で伝播する結果をもたらす。

【0045】

代替的に、第２のモードコンバータは、その偏光状態を変えるようにＸ信号成分に作用してよく、一方、Ｙ成分の偏光状態を変えないままにする。そのようにして、ＴＥモードがＴＭモードに又はその逆に変えられるように、装置全体の出力は、その入力に関して偏光について回転されうる。Ｘ及びＹ成分のモード次数は、変えられないままであっても変えられてもよい。例えば、Ｙのモード次数は、基本モード（例えば、ＴＥ０又はＴＭ０）に変換されてよい。

【0046】

第２のモードコンバータは出力導波路に作動的に接続されてよく、そこに提供されるＸ及びＹ成分を受信するように構成され、これらの成分が第２のモードコンバータ１３０によって提供される偏光状態及び空間モード（例えば、ＴＥ０及びＴＭ０）で、伝播させる。追加モジュレータ１３５は、存在するとき、第２のモードコンバータと出力導波路との間に挿入される。

【0047】

１つ以上の追加フォトニックコンポーネントは、第１のモードコンバータ１１０とモジュレータ１２０との間、又は、モジュレータ１２０と第２のモードコンバータ１３０との間に接続できることが考慮される。しかし、別途の補償がない限り、異なる空間モード（例えば、ＴＥ０対ＴＥ１）に従って伝播する信号の特性の潜在的な分岐のために、コンポーネントの数、及びモードコンバータ間の導波路長を制限することが要求されうる。これは、異なる伝播速度、異なる減衰率などによるものでありうる。

【0048】

図２Ａは、本発明の他の実施形態に従って提供されるフォトニックデバイス２００を示す。フォトニックデバイス２００は、図１に示したフォトニックデバイス１００の特別な実装である。デバイス２００は、ＶＯＡとして提供されうる。

【0049】

フォトニックデバイス２００は、導波路形式のｐ－ｉ－ｎ接合２２２を含み、且つ導波路２２４が少なくとも２つの横方向モードをサポートするモジュレータ２２０を含む。フォトニックデバイス２００は、偏光状態の一方（ＴＭ又はＴＥ）の基本モードを、代替偏光状態の高次モードに変換する第１のモードコンバータ２１０も含む。例えば、第１のモードコンバータ２１０は、ＴＭ０をＴＥ１に変換できる。そのような例において、コンバータ２１０の前で、ＴＭ０を介して伝播する入力信号の任意の成分は、コンバータの後で、この成分がＴＥ１を介して伝播するように変換される。同時に、第１のモードコンバータ２１０は、代替偏光状態の基本モード（例えば、ＴＥ０）を変えずに通過させる。

【0050】

フォトニックデバイス２００は、第１のモードコンバータ２１０の逆の機能を実行するように構成された第２のモードコンバータ２３０も含む。即ち、第２のモードコンバータ２３０は、（例えば、第１のモードコンバータが変換する偏光状態である）偏光状態の高次モードを他の偏光状態の基本モードに変換する。例えば、第２のモードコンバータ２３０はＴＥ１からＴＭ０に変換できる。そのような例において、コンバータ２３０の前で、ＴＥ１を介して伝播する入力信号の任意の成分は、コンバータの後で、この成分がＴＭ０を介して伝播するように変換される。同時に、第２のモードコンバータ２３０は、他の偏光状態の基本モード（例えば、ＴＥ０）を変えずに通過させる。

【0051】

当業者によって容易に理解されるように、モードコンバータは、リッジ導波路からリブ導波路への移行を導入し、伝播方向に沿った断面を、モードクロスオーバーを生成するように変えることでシリコン導波路内に実装されることができる。

【0052】

本発明の実施形態によれば、第１のモードコンバータ、第２のモードコンバータ、又はその両方は、バイレベルテーパモードコンバータ構造として提供されることができる。そのような応用可能な構造は、Jing Wang et al., "Proposal for fabrication-tolerant SOI polarization splitter-rotator based on cascaded MMI couplers and an assisted bi-level taper", Optics Express vol. 22 no 23 p 27869 (2014)及びYangjin Ma et al., "Symmetrical polarization splitter/rotator design and application in a polarization insensitive WDM receiver", Optics Express vol. 23 no. 12 p. 16052 (2015)において説明されており、その両方は、参照によって本明細書に組み込まれる。そのようなモードコンバータは、ＴＥ０モードの形でのＸ信号成分と、ＴＭ０モードの形でのＹ信号成分とを受信し、Ｙ信号成分をＴＥ１モードに変換でき、一方で、Ｘ信号成分のモード及び偏光を変えないままにする。これらのモードコンバータは、逆の方式で動作することもでき、ＴＥ０モードの形でのＸ信号成分とＴＥ１モードの形でのＹ信号成分とを受信し、Ｙ信号成分をＴＭ０モードに変換し、一方で、Ｘ信号成分のモード及び偏光を変えないままにする。

【0053】

モジュレータ２２０内で、導波路２２４は、第１のモードコンバータ２１０から光信号を受信し、第２のモードコンバータ２３０に向けて光信号を伝播する。導波路２２４は、キャリア注入を介して制御可能に導波路２２４の光学特性に影響を与えるｐ－ｉ－ｎ接合構造２２２に統合される。ｐ－ｉ－ｎ接合２２２は、キャリアが制御可能な強度でｐ－ｉ－ｎ接合２２２に注入されるように動作する電気的制御回路に作動的に接続される。キャリアがｐ－ｉ－ｎ接合２２２に注入されるとき、それは、関連する導波路２２４内を伝播する光信号の制御可能な減衰を引き起こすように作用する。この減衰は、複数の伝播モードの成分を含めることに影響を与える。制御可能な減衰に加えて又は代替的に、ｐ－ｉ－ｎ接合は、導波路２２４内を伝播する光信号の制御可能な位相シフトを引き起こすように作用しうる。

【0054】

導波路２２４内での所与のモードの減衰（又は位相シフト、又はその両方）が、キャリア注入の僅かな変化に応じて変えられることができる量は、その特定のモードについて、デバイスの変調強度を特徴付ける。変調強度は、実質的に、光学モードそれぞれと、排他的でない場合にシリコン内にしっかり位置する注入キャリアとのオーバーラップ（モードオーバーラップと称される）に比例する。従って、変調強度は、導波路断面におけるシリコン材料とのモードオーバーラップに依存する。導波路断面は、典型的に、シリコンと、シリカなどの少なくとも１つの周辺材料とを含む。

【0055】

導波路断面に依存して、ＴＥ状態のモード（ＴＥモードとも称される）と、ＴＭ状態のモード（ＴＭモードとも称される）との間のモードオーバーラップは著しく異なる。これは、２２０ｎｍ厚シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）構造の典型的な単一モード導波路のケースであるとして観察されている。２２０ｎｍ厚ＳＯＩのスラブ又はマルチモード導波路において、ＴＭモードは、一般に、シリコンとのＴＥモードより小さいオーバーラップを有することが観測できる。２２０ｎｍ厚ＳＯＩのマルチモード導波路を含むモジュレータにおいて、同じ偏光状態の２つのモードについてシリコン材料とのモードオーバーラップは、異なる偏光状態の２つのモードのシリコン材料とのモードオーバーラップよりも互いにより類似させることができるということになる。従って、例えば、ＴＭ０モード成分がＴＥ１モード成分に変換されるとき（本発明の実施形態においてなされるように）、次いで、ｐ－ｉ－ｎ接合において、両方のモードの減衰（又は位相シフト、又はその両方）は、ＴＭ０モードが変換されていない場合よりも、より類似させることができる。各モードのシリコン材料とのモードオーバーラップの値は、リブの幅、エッチング深さ、ドーピングプロファイル、及び波長を含む、導波路モジュレータの断面の構成に依存する。

【0056】

より具体的には、２２０ｎｍ厚シリコンプラットフォームのケースにおいて、１．５マイクロメートルのリブ幅と、１３０ｎｍのエッチング深さとを有するリブ導波路内で、シリコンとのＴＥ０及びＴＥ１モードオーバーラップは、１５５０ｎｍ波長でほぼ同じになる。従って、第１のモードコンバータ２１０の形で、ｐ－ｉ－ｎ接合の前にＴＭ０からＴＥ１へのモードコンバータを追加することで、最初にＴＥ０及びＴＭ０モードにそれぞれ接続される、入力信号のＸ及びＹ成分の減衰（又は位相シフト、又はその両方）は、実質的に等しくされ、従って、モジュレータは、より偏光無依存であるとみなすことができる。実施形態において、第２のモードコンバータ２３０は、Ｙ成分をＴＥ０モードに戻すように復元し、出力された光信号を、デバイスの入力でのものと類似の形式に復元する。第２のモードコンバータ２３０は、第１のモードコンバータ２１０と同じ一般的な構造を有しうるが、デバイス２００を通る光の伝播の方向に対して逆方向に向けられる。

【0057】

図２Ｂは、本発明の実施形態によるフォトニックデバイス２００の３次元透視図を示す。

【0058】

図３Ａは、本発明の実施形態によるモジュレータ２２０の断面図を示す。モジュレータの導波路２２２は、シリカ（ＳｉＯ₂）基板の上に載置されるシリコン部３１０を含むリブ導波路として構成される。しかし、他の材料も利用されうる。この例示的実施形態において、シリコン厚は２２０ｎｍであり、シリコン部３１０の全幅３１５は１．８マイクロメートルであり、シリコン部３１０のリブ幅３１７は１．５マイクロメートルである。導電部３２０及び３２５は、その拡大された基部でシリコン部３１０の側端に接続されている。Ｐ＋＋とラベリングされた導電部３２０と、Ｎ＋＋とラベリングされた導電部３２５と、導波路コアを形成する非ドープシリコン部３１０とは、ｐ－ｉ－ｎ接合として知られるものを形成する。コントローラによって供給される電圧及び電流の一方又は両方のいずれかを介した順方向バイアス下で、ｐ－ｉ－ｎ接合は、非ドープ領域３１０内に正及び負のキャリアを生成する。

【0059】

導波路は、例えば、その幅を構成することによって、モジュレータを通って信号が伝播することが予期されることを介して少なくとも２つのモードをサポートするように構成される。例えば、導波路は、ＴＥ０及びＴＥ１モードの両方をサポートするように構成されうる。

【0060】

図３Ｂは、例示的実施形態による、図３Ａの導波路内でのＴＥ０モード３５５の光強度プロファイルを示す。このケースでのシリコン部３１０とのモードオーバーラップは約０．８２である。比較のために、図３Ｃは、例示的実施形態による、図３Ａの同じ導波路内でのＴＥ１モード３６０の光強度プロファイルを示す。このケースでのシリコン部３１０とのモードオーバーラップも約０．８２である。従って、変調強度が実質的にモードオーバーラップに比例するため、変調強度は、ＴＥ０とＴＥ１とについて実質的に等しくされている。逆に、図３Ｄは、例示的実施形態による、図３Ａの導波路内でのＴＭ０モード３６５の光強度プロファイルを示す。このケースにおけるシリコン部３１０とのモードオーバーラップは約０．５０である。それとして、ＴＭ０は、ＴＥ０及びＴＥ１よりも著しく低い変調強度を経験するだろう。本例において、ＴＥ０とＴＥ１との間の微分群遅延（ＤＧＤ）は、約０．３ｐｓ／ｍｍであると計算でき、一方で、ＴＥ０とＴＭ０との間のＤＧＤは約２ｐｓ／ｍｍである。ＤＧＤは、２つの対象モード間での伝播速度差を表す。ＴＥ０及びＴＥ１についてのより小さいＤＧＤは、ＴＥ０及びＴＥ１を一緒に扱うことを容易にし、一方、これらの２つのモードを介して伝播される信号成分の広がりを軽減する。

【0061】

図４Ａ及び４Ｂは、さらなる例を通じて、図３Ａに関する本発明の例示的実施形態についてリブ幅に関する性能の変化を示す。図４Ａは、色々なリブ幅について、１．２ボルトの制御信号での、ＴＥ０ ４０５及びＴＥ１ ４１０の両方について有効屈折率変化を示す。理解できるように、リブ幅が約０．８マイクロメートルを超えるとき、ＴＥ０及びＴＥ１の両方は同様に振る舞い、従って、デバイスの変調強度は、これらのリブ幅で、ＴＥ０及びＴＥ１の両方について類似している。図４Ｂは、１．５マイクロメートルのリブ幅について、一連の制御信号電圧にわたって変化する、ＴＥ０ ４２５と、ＴＥ１ ４３０と、ＴＭ０ ４３５とについての有効屈折率を示す。理解できるように、ＴＥ０ ４２５と、ＴＥ１ ４３０とについての有効屈折率変化は、示された電圧範囲の全体にわたって類似しており、従って、デバイスの変調強度は、ＴＥ０及びＴＥ１の両方において、この電圧範囲にわたって類似している。ＴＥ０及びＴＥ１変調は、従って、リブ幅変化に対する顕著な耐性を持って実質的に同じ（０．１５ｄＢ範囲内）にされることができる。有効屈折率は典型的に位相シフトに関連している一方、それは、減衰性能の代用測定として同様に利用できる。

【0062】

図２Ａ及び２Ｂのデバイス２００は、典型的な偏光ダイバーシティ設計に要求されるであろうものよりも顕著に少ないコンポーネントを含む。偏光ダイバーシティ実装において、Ｘ及びＹ信号成分のそれぞれの経路内に、それの、第２の導波路のＴＥ０モードへの変換を通じてＴＥ１成分を分離及び結合することを提供する少なくとも２つの追加光学コンポーネントがあるだろう。また、典型的に、第２の能動コンポーネント（ｐ－ｉ－ｎ接合など）があるだろう。従って、デバイス２００は、先行技術と比較して、より低い複雑さ、より小さいフットプリント、及び低減された減損を潜在的に示す。このことは、挿入損失は、ＳｉＰｈ技術の採用のための重要な要素になることができるため、コスト低減及び市場機会の増加につながることができる。

【0063】

図５は、比較のために例示的な偏光ダイバーシティ実装を示し、それは必ずしも認められた先行技術ではない。上で論じられたような本発明の実施形態とは対照的に、図５の例示的実装は、第１のモジュレータを利用してＸ信号成分を扱い、第２の別途のモジュレータを利用してＹ信号成分を扱う。

【0064】

デバイス２００は、また、中点偏光回転アプローチに比べて性能上の利点を与えうる。基本モード偏光状態（即ち、ＴＥ０及びＴＭ０）の両方が回転される導波路偏光回転子は、損失（１ｄＢのオーダー）があるか又は高い偏光クロストーク（－１０ｄＢのオーダー）を示すかのいずれか、又はその両方である。このアプローチは、モジュレータ（例えば、ＶＯＡ）に、２つの部分に分離されることも要求し、複雑さを増加させ、導波路移行から、余分な損失をもたらす。

【0065】

図６は、比較のために、中点偏光回転アプローチを適用する例示的なデバイスを示し、それは必ずしも認められた先行技術ではない。上で論じられたような本発明の実施形態とは対照的に、図６の例示的な実装は、変調の前に、２つの異なる偏光状態の信号成分を同じ偏光状態の２つの異なるモードに変換しない。むしろ、２つの偏光状態についてモジュレータの変調強度の相違のバランスをとるために、変調作用は、その間で実行される偏光回転作用を伴って、２つの別々であるが類似のモジュレータによって２回実行される。

【0066】

本発明のいくつかの実施形態によれば、光学デバイスは、第１のモードコンバータの前又は第２のモードコンバータの後のいずれかに追加モジュレータを含むことができる。図７は、図２のフォトニックデバイス２００の第１のモードコンバータ２１０の入力に接続される追加モジュレータ７１０内の、そのような光学デバイス７００を示す。追加モジュレータ７１０は、モジュレータ２２０と同様に構築でき、例えば、リブ導波路を囲むｐ－ｉ－ｎ接合を含み、ｐ－ｉ－ｎ接合は、電気制御信号に作動的に接続される。断熱性テーパ７０５、７１５は、追加モジュレータ７１０の入力及び出力にそれぞれ接続されうる。

【0067】

発明の実施形態において、図７のデバイスにおいて例示されたように、導波路断面が、η_TE1>η_TE0>η_TM0又はη_TE1<η_TE0<η_TM0であって、η＿ｉがモードｉとシリコン材料とのモードオーバラップであるような場合、変調の等化は、（テーパ７０５、７１５及び追加モジュレータ７１０を含む）第１のセクションではＴＭ０として、（デバイス２００を含む）第２のセクションではＴＥ１としてＹ成分を伝播させることによって達成できる。このことは、第１及び第２のセクションの両方に起因するＹ成分の蓄積された減衰を、両セクション内をＴＥ０モードで伝播するＸ成分の減衰と実質的に同じにする。そのような実施形態は、例えば、３００ｎｍ厚シリコン層から製造され、かつ１．５マイクロメートルのリッジ幅を有するデバイスに実装でき、例えば、所望のモードオーバーラップ条件を有することができる。３００ｎｍシリコン内のモードオーバーラップは、η_TE1=0.87、η_TE0=0.90、及びη_TM0=0.92である。

【0068】

より一般的に、信号のＸ成分が、第１の偏光状態の第１のモード（例えば、ＴＥ０）に従って伝播するとき、信号のＹ成分は、第２の偏光状態のモード（例えば、ＴＭ０）に従ってデバイスの第１の部分を伝播させられ、かつ第１の偏光状態の第２のモード（例えば、ＴＥ１）に従ってデバイスの第２の部分を伝播させられることができる。さらに、デバイスの第１の部分は、（上記の追加減衰器に対応する）第１の減衰器を含むことができ、デバイスの第２の部分は、第２の減衰器を含むことができる。例えば、モードオーバーラップのために、第１の減衰器は、第２の偏光状態のモードに対し、第１の偏光状態の第１のモードに対してよりも高くなる変調強度を示すことができる。また、第２の減衰器は、第１の偏光状態の第２のモードに対し、第１の偏光状態の第１のモードに対してよりも低くなる変調強度を示すことができる。２つの減衰器を順に作用させることになり、モード変換が点在することになるが、これらの２つのモードオーバーラップの相違はバランスがとれる傾向にある。このことは、Ｘ及びＹ成分について、よりバランスがとれた減衰をもたらす。言い換えると、第１の減衰器は、第２の減衰器における変調強度の任意の相違を補償するように作用しうる。同様の効果は、位相シフト、又は位相シフトと減衰との組み合わせについて得ることができる。

【0069】

図７に示した実施形態は、本明細書で論じされた他の実施形態、例えば、偏光ダイバーシティアプローチに関するものに同様の利点を与える。しかし、追加モジュレータ７１０は複雑さを加え、追加的なリブからリッジへの導波路移行を必要としうることに注意されたい。リブからリッジへの移行は、２２０ｎｍのＳＯＩ実装において、０．０５ｄＢのオーダーでの挿入損失を有するように設計できることに注意されたい。そのような実施形態は、追加モジュレータの必要にもかかわらず、各個別の減衰器において、異なるモードの変調強度が正確に一致していなくてもよいという点で依然として利点を有しうる。

【0070】

図８は、本発明の実施形態による、フォトニックデバイスにおいて光信号を変調するための方法８００を示す。光信号は、最初、それぞれ異なる偏光状態（ＴＥ及びＴＭ状態）で伝播する第１の成分と第２の成分とを有し、方法は、そのような光信号を受信するステップ８１０を含みうる。方法は、第１の成分及び第２の成分の一方又は両方を、同じ偏光状態のそれぞれ異なるモード（例えば、ＴＥ０及びＴＥ１）で両者が伝播するように変換するステップ８２０をさらに含む。方法は、変換の後、制御されたゲイン、制御された位相シフト、又はその両方を、第１の成分及び第２の成分の両方に適用するステップ８３０をさらに含む。方法は、制御されたゲインを適用するステップの後、それぞれ異なる偏光状態（ＴＥ及びＴＭ状態）で第１の成分及び第２の成分を伝播させるように、第１の成分及び第２の成分の一方又は両方を変換するステップ８４０をさらに含む。

【0071】

いくつかの実施形態において、変換するステップは、一方の成分だけに適用されてよい。例えば、第２（Ｙ）の信号成分は、動作８２０においてＴＭ０からＴＥ１に変換され、動作８４０においてＴＥ１からＴＭ０に戻るように変換されてよく、一方、第１（Ｘ）の信号成分は、動作８２０及び８４０の両方で実質的に変化されなくてよい。先の議論及び装置説明の観点から直ちに理解されるように、方法８００の他の特徴及び変形が含まれることができる。

【0072】

本発明の実施形態は、パイロットトーン生成又は他のアプリケーションで使用するためのＶＯＡの部分として提供されうる。本発明の実施形態は、熱光位相モジュレータなどの位相モジュレータの部分として、又は、必要と思われる、偏光無依存型カプラを実装できるという条件で、マッハツェンダデバイスに提供されうる。

【0073】

本発明の実施形態は、複数の、できる限り全てのモードが同じ導波路内で同時に作動される（例えば、変調される）マルチモードアクチュエータ（本明細書ではマルチモードモジュレータとも称される）を提供する。マルチモードアクチュエータは、入力光信号の偏光成分の一方を、入力信号の他方の偏光成分とは異なる偏光状態を有し、且つ異なる空間モードを有するモードに変換するモードコンバータの前に置かれうる。マルチモードアクチュエータは、出力信号が入力信号と同じ偏光特性を有するようにモードコンバータの前置き及び後置きの両方とされてよい。代替的に、マルチモードアクチュエータは、出力信号が、入力信号に関して逆の偏光特性を有するようにモードコンバータの前置き及び後置きとされてよい。

【0074】

説明の目的で、技術の具体的な実施形態が本明細書で説明されたけれども、技術の範囲から逸脱することなく様々な修正がなされうることが認識されるであろう。従って、明細書及び図面は、添付された特許請求の範囲によって画定される発明の説明と単にみなされるべきものであり、本発明の範囲内に含まれる任意の及び全ての修正、変形、組み合わせ、又は均等物をカバーすると考えられる。特に、マシンによって読み取り可能な信号を格納するための、技術の少なくとも１つの方法に従ってコンピュータの動作を制御するための、そして、技術のシステムに従って、その一部又は全てのコンポーネントを構造化するための、コンピュータプログラム製品又はプログラム要素、或いは、磁気又は光ワイヤ、テープ又はディスクなどのプログラムストレージ又はメモリデバイスを提供することは技術の範囲内である。

【0075】

本明細書で論じされた方法に関連する動作は、少なくとも部分的にコンピュータプログラム製品内のコード化された命令を利用することによって実装できる。言い換えると、コンピュータプログラム製品は、コンピュータプログラム製品がメモリにロードされ、無線通信デバイスのマイクロプロセッサ上で動作されるときに方法を実行するための、ソフトウェアコードが記録されているコンピュータ可読媒体である。コンピュータ（例えば、コントローラ）は、本明細書で論じされたようなモジュレータなどのデバイスを指揮又は駆動することができる。

【0076】

さらに、方法の各動作は、パーソナルコンピュータ、サーバ、ＰＤＡなどの任意のコンピューティングデバイス上で、１つ以上のプログラム要素、モジュール、又は、Ｃ＋＋、Ｊａｖａなどの任意のプログラム言語から生成されたオブジェクトの、１つ以上又は一部に従って実行されうる。加えて、各動作、又は、各動作を実装するファイル又はオブジェクトなどは、特定用途向けハードウェア、又はその目的のために設計された回路モジュールによって実行されてよい。

【0077】

発明の上述した実施形態は例であり、多くの方法で変形できることは明らかである。そうした現在又は将来の変形は、本発明の精神及び範囲からの逸脱と見なされず、全てのそうした修正は、当業者にとって明らかであるように、以下の特許請求の範囲の範囲内に含まれることが意図されている。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図3D】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】