特許 7480031 フォトニック回路における光学温度測定

(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】2024-04-26

(45)【発行日】2024-05-09

(54)【発明の名称】フォトニック回路における光学温度測定

(51)【国際特許分類】

   G02F 1/01 20060101AFI20240430BHJP

   G02F 1/015 20060101ALI20240430BHJP

   H01S 5/026 20060101ALI20240430BHJP

   G01K 11/3206 20210101ALI20240430BHJP

【ＦＩ】

G02F1/01 B

G02F1/015 502

H01S5/026 618

H01S5/026 610

G01K11/3206

【請求項の数】 20

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2020198408

(22)【出願日】2020-11-30

(65)【公開番号】P2022060987

(43)【公開日】2022-04-15

【審査請求日】2023-11-08

(31)【優先権主張番号】17/062,885

(32)【優先日】2020-10-05

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】522446306

【氏名又は名称】オープンライト フォトニクス インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＯｐｅｎＬｉｇｈｔ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ， Ｉｎｃ．

【住所又は居所原語表記】６８６８ Ｃｏｒｔｏｎａ Ｄｒｉｖｅ， Ｓｕｉｔｅ Ｃ， Ｇｏｌｅｔａ， Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ ９３１１７ Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ

(74)【代理人】

【識別番号】110003708

【氏名又は名称】弁理士法人鈴榮特許綜合事務所

(72)【発明者】

【氏名】クリス・バーナード

(72)【発明者】

【氏名】ジョン・パーカー

【審査官】大西 孝宣

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１６／０７３５０６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許第１０５２７７８４（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】特表２０１０－５０６１７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０２０／０２８０１７３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｆ １／００ － １／１２５

Ｇ０２Ｆ １／２１ － ７／００

Ｈ０１Ｓ ５／００ － ５／５０

Ｇ０１Ｋ １／００ － １９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

フォトニック集積回路（ＰＩＣ）であって、
基板のデバイス層における第１の光導波路と、
前記第１の光導波路に結合されたアクティブフォトニックデバイスと、前記アクティブフォトニックデバイスは、ダイオード接合部を備え、
前記基板の前記デバイス層における第２の光導波路と、前記第２の光導波路は、前記ダイオード接合部に感知近接した光学温度センサを備える、
を備えるフォトニック集積回路。

【請求項2】

前記光学温度センサは、ブラッグ回折格子、リング共振器、または非対称マッハツェンダー干渉計のうちの少なくとも１つを備える、請求項１に記載のフォトニック集積回路。

【請求項3】

前記アクティブフォトニックデバイスは、レーザ、光変調器、波長基準光学フィルタ、または光マルチプレクサ／デマルチプレクサのうちの１つである、請求項１に記載のフォトニック集積回路。

【請求項4】

前記アクティブフォトニックデバイスは、対称または非対称マッハツェンダー干渉計、アレイ導波路回折格子、または電界吸収変調器のうちの少なくとも１つを備える、請求項１に記載のフォトニック集積回路。

【請求項5】

フォトニック集積回路（ＰＩＣ）におけるフォトニックデバイスの温度を測定するための方法であって、前記方法は、
第１の光導波路を介して前記フォトニックデバイスに光を結合することと、
光学温度センサのスペクトル特性を決定するために、第２の光導波路を介して、前記フォトニックデバイスに感知近接して配置された前記光学温度センサを光学的に調査することと、
前記スペクトル特性の較正された温度依存性に基づいて、前記決定されたスペクトル特性を前記測定された温度に計算的に変換することと、
を備える、方法。

【請求項6】

前記光学温度センサを光学的に調査することは、前記ＰＩＣの外部にあるレーザを使用して、前記第２の光導波路に光を結合することと、外部光検出器を使用して、前記光学温度センサにおいて反射された光または前記光学温度センサによって透過された光のうちの少なくとも１つを測定することとを備える、請求項５に記載の方法。

【請求項7】

前記光学温度センサを光学的に調査することは、波長範囲にわたって前記外部レーザの波長をチューニングすることと、前記波長範囲にわたって前記反射されたまたは透過された光を測定することとを備える、請求項６に記載の方法。

【請求項8】

前記スペクトル特性の前記温度依存性を、
前記ＰＩＣを、第１の温度で温度制御された環境に置くことと、
前記第１の温度での実質的な熱平衡化に続いて、前記スペクトル特性の第１の値を決定するために、前記第２の光導波路を介して前記光学温度センサを光学的に調査することと、
前記ＰＩＣを、第２の温度で温度制御された環境に置くことと、
前記第２の温度での実質的な熱平衡化に続いて、前記スペクトル特性の第２の値を決定するために、前記第２の光導波路を介して前記光学温度センサを光学的に調査することと、
前記第１および第２の値ならびに前記第１および第２の温度に少なくとも部分的に基づいて、前記スペクトル特性の前記温度依存性を決定することと、
によって較正することをさらに備える、請求項７に記載の方法。

【請求項9】

前記フォトニックデバイスは、ダイオード構造と、前記ダイオード構造に電圧を印加するための電気的接続とを備えるアクティブフォトニックデバイスであり、ここにおいて、前記ダイオード構造への電力は、前記温度依存性の較正中はオフであり、前記較正された温度依存性に基づいて前記フォトニックデバイスの前記温度を測定するためにはオンである、請求項６に記載の方法。

【請求項10】

フォトニック集積回路（ＰＩＣ）におけるフォトニックデバイスの温度を測定するための方法であって、前記方法は、
第１の伝搬方向において、第１の光信号を前記フォトニックデバイスに結合することと、
前記第１の伝搬方向とは反対の第２の伝搬方向において前記フォトニックデバイスに結合される第２の光信号を使用して、前記フォトニックデバイスのスペクトル特性を決定するために、前記フォトニックデバイスを光学的に調査すること、ここにおいて、前記第１の光信号と前記第２の光信号は、前記フォトニックデバイスを互いに反対方向に伝搬する、と、
前記スペクトル特性の較正された温度依存性に基づいて、前記決定されたスペクトル特性を前記測定された温度に計算的に変換することと、
を備える、方法。

【請求項11】

前記第１の光信号は、前記ＰＩＣのレーザによって生成され、前記第２の光信号は、前記ＰＩＣの外部にあるレーザによって生成される、請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

前記フォトニックデバイスを光学的に調査することは、前記第２の光信号の透過された部分の、または前記第２の光信号の反射された部分の光パワーを測定することを備える、請求項１０に記載の方法。

【請求項13】

前記フォトニックデバイスを光学的に調査することは、前記第２の伝搬方向において、前記フォトニックデバイスの出力における光タップとモニタフォトダイオードとを使用して、前記第２の光信号の前記透過された部分の前記光パワーを測定することを備える、請求項１２に記載の方法。

【請求項14】

前記フォトニックデバイスを光学的に調査することは、前記第２の伝搬方向において、前記フォトニックデバイスの出力における前記ＰＩＣの第２のフォトニックデバイスを使用して、前記第２の光信号の前記透過された部分の前記光パワーを測定することを備え、前記第２のフォトニックデバイスは、光検出器として動作可能であり、ならびに、別個のミッションモード機能を有する、請求項１２に記載の方法。

【請求項15】

前記第２の光信号は、波長の範囲にわたってチューニングされ、前記第２の光信号の前記反射されたまたは透過された部分の前記光パワーは、前記波長の範囲にわたって測定される、請求項１２に記載の方法。

【請求項16】

前記フォトニックデバイスは、光学フィルタであり、前記波長の範囲は、前記光学フィルタの少なくとも自由スペクトル範囲を備える、請求項１５に記載の方法。

【請求項17】

前記スペクトル特性の前記温度依存性を、
前記ＰＩＣを、第１の温度で温度制御された環境に置くことと、
前記第１の温度での実質的な熱平衡化に続いて、前記フォトニックデバイスの前記スペクトル特性の第１の値を決定するために、前記第２の伝搬方向において前記フォトニックデバイスに結合される光信号を使用して、前記フォトニックデバイスを光学的に調査することと、
前記ＰＩＣを、第２の温度で温度制御された環境に置くことと、
前記第２の温度での実質的な熱平衡化に続いて、前記フォトニックデバイスの前記スペクトル特性の第２の値を決定するために、前記第２の伝搬方向において前記フォトニックデバイスに結合される光信号を使用して、前記フォトニックデバイスを光学的に調査することと、
前記第１および第２の値ならびに前記第１および第２の温度に少なくとも部分的に基づいて、前記スペクトル特性の前記温度依存性を決定することと、
によって較正することをさらに備える、請求項１０に記載の方法。

【請求項18】

前記フォトニックデバイスは、光学フィルタであり、前記フォトニックデバイスは、前記光学フィルタの少なくとも１つの自由スペクトル範囲を備える波長の範囲にわたって調査され、前記第１および第２の温度間の前記スペクトル特性に関連付けられたスペクトルシフトは、前記自由スペクトル範囲より少ない、請求項１７に記載の方法。

【請求項19】

前記ＰＩＣに関連付けられたメモリに前記スペクトル特性の前記温度依存性を記憶することをさらに備える、請求項１７に記載の方法。

【請求項20】

前記ＰＩＣは、較正中に低電力モードで動作される、請求項１７に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

[0001]本開示は、フォトニック集積回路（ＰＩＣ）における温度測定のための方法およびセンサに関する。

【背景技術】

【0002】

[0002]例えば、レーザおよび光変調器などを含む、多くのフォトニック回路構成部品は、それらの性能が非常に温度に対して敏感である。したがって、フォトニック回路の設計の１つの重要な側面が、ＰＩＣの熱設計であり、これは、ＰＩＣが確実に動作するであろう周囲温度範囲を最適化することを目標として、熱源（発熱フォトニックデバイスを含む）ならびにヒートスプレッダおよびヒートシンクのレイアウトを指定する。熱設計および妥当性検査（validation）は、正確な温度測定に依拠する。しかしながら、温度は、ＰＩＣにわたって大きなばらつきがあり得るので、ＰＩＣ全体としての温度測定は、多くの場合、不十分である。一方、個々のＰＩＣ素子の温度測定は、熱設計の目的のためには望ましいが、多くの場合、関連するフォトニック構成部品の近くへの熱センサの配置が、空間制約および／または熱センサ（例えば、抵抗温度センサ（ＲＴＤ）など）のフォトニック構成部品との電気的干渉の可能性によって妨げられるので、困難であり得る。

【図面の簡単な説明】

【0003】

【図1】[0003]図１は、様々な実施形態による、集積光学フィルタを用いた（with）温度測定を可能にするように構成された、例となるフォトニックトランシーバの概略ブロック図である。

【図2】[0004]図２は、様々な実施形態による、集積マルチプレクサを用いた光学温度測定を可能にするように構成された、例となるフォトニックトランシーバの概略ブロック図である。

【図3A】[0005]図３Ａは、様々な実施形態による、３５℃の受信機ケース温度（receiver case temperatures）で２つのスペクトル範囲にわたって測定された、低電力モードで動作される図２のトランシーバのマルチプレクサの例となるスペクトル応答のグラフを示す。

【図3B】図３Ｂは、様々な実施形態による、７０℃の受信機ケース温度で２つのスペクトル範囲にわたって測定された、低電力モードで動作される図２のトランシーバのマルチプレクサの例となるスペクトル応答のグラフを示す。

【図3C】図３Ｃは、様々な実施形態による、８０℃の受信機ケース温度で２つのスペクトル範囲にわたって測定された、低電力モードで動作される図２のトランシーバのマルチプレクサの例となるスペクトル応答のグラフを示す。

【図3D】[0006]図３Ｄは、様々な実施形態による、７０℃の受信機ケース温度で測定された、高電力モードで動作される図２のトランシーバのマルチプレクサの例となるスペクトル応答のグラフを示す。

【図4】[0007]図４は、様々な実施形態による、光学温度測定のために、別個のミッションモード機能（mission-mode function）を有するフォトニックデバイスを較正および動作させる方法のフローチャートである。

【図5】[0008]図５は、様々な実施形態による、レーザと変調器の近くに追加された光学温度センサを装備した、例となるフォトニックトランシーバの概略ブロック図である。

【図6A】[0009]図６Ａは、様々な実施形態による、ＰＩＣの化合物半導体レーザに隣接して配置されたブラッグ回折格子ベースの光学温度センサの上面図である。

【図6B】図６Ｂは、様々な実施形態による、ＰＩＣの化合物半導体レーザに隣接して配置されたブラッグ回折格子ベースの光学温度センサの断面側面図である。

【図7】[0010]図７は、様々な実施形態による、フォトニックデバイスの温度測定のために、ミッションモード機能なしの専用光学温度センサを較正および使用する方法のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0004】

[0011]本明細書には、フォトニック回路構成部品の温度を、ＲＴＤまたは他の従来の電子温度センサを使用してではなく、光学的に測定するための様々なアプローチが開示される。いくつかの実施形態では、例えば、光を多重化／逆多重化するまたは変調するなどの、様々なミッションモード機能を果たすフォトニックデバイスは、温度センサとしての機能をも果たすように、使用中に較正および選択的に動作される。例えば、マッハツェンダー干渉計（ＭＺＩ）もしくは非対称ＭＺＩ（ＡＭＺＩ）などの光学フィルタ、アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）、または電界吸収変調器（ＥＡＭ）における温度依存のスペクトルシフトが、これらの構成部品の温度を測定するために利用され得る。他の実施形態では、ＰＩＣは、ミッションモード機能を有していない、それらの光学（例えば、スペクトル）特性における温度依存の変化に基づいて温度を決定するようにのみ機能する光学部品で拡張される。有益には、このような光学温度センサは、電気的に干渉することなく、レーザ、変調器、光検出器などにおけるダイオード接合部（diode junctions）に非常に近接して配置され得る。さらに、導波路および他の光学的にパッシブな構成部品を含むシリコンデバイス層上で化合物半導体（例えば、ＩＩＩ－Ｖ族）アクティブデバイスを使用するハイブリッドプラットフォームでは、光学温度センサは、その温度が測定されるべきアクティブデバイスの下にあるシリコンデバイス層において実装され得、化合物半導体層において存在する空間制約を回避する。

【0005】

[0012]全体としてのフォトニック回路の温度ではなく、個々のフォトニック構成部品の温度を測定することによって得られる利益を理解するために、例えば、４つのレーザを含む光トランシーバを考慮する。これらレーザにわたる温度が、例えば、ＰＩＣ内の光学部品または隣接する電子集積回路（ＥＩＣ）内の電子部品などの、他の近くの熱源からの熱クロストークに起因して、最大動作電流において２０度ずつ（by twenty degrees）異なると仮定する。これらレーザのうちの最も高温なものは、これらレーザのうちの最も低温なものよりも著しく（例えば、３倍も）短い動作寿命を有し得、そしてさらに、（例えば、モードホッピングをもたらす）不安定性を被り、より低い光パワー（optical power）を出力し得る。しかしながら、レーザの不安定性および低減された出力パワーは、必ずしも熱点（hotspot）を示すとは限らず、それらはまた、ＰＩＣの製造または組み立て中に生じたレーザの損傷によるものであるか、あるいは光学設計における欠陥によるものであり得る。したがって、レーザの損傷および／または光学設計の問題からの温度影響を区別することが重要である。本明細書で説明されるような光学温度測定を使用すると、４つ全てのレーザの接合部における温度は、個々に、および電子温度測定を使用するよりも正確に測定され得、これは、熱点を識別し、次いで、熱点の温度を低減させるために熱設計（例えば、ヒートスプレッダ、ＰＩＣダイ内のまたはＰＩＣダイに隣接する構成部品の間隔などを含む）を修正することを促進する。

【0006】

[0013]ＰＩＣにおける光学温度測定のためのデバイス、システム、および方法の様々な例となる実施形態が、以下で添付の図面を参照して説明される。

【0007】

[0014]図１は、様々な実施形態による、集積光学フィルタ１０２を用いた光学温度測定を可能にするように構成された、例となるフォトニックトランシーバ１００の概略ブロック図である。フォトニックトランシーバ１００は、送信機経路１０４に沿って、光搬送波信号を生成するためのレーザ１０６と、振幅変調を介して光搬送波信号上にデータを付与する（impart）ための光変調器１０８と、レーザ１０６のための波長基準として機能する光学フィルタ１０２とを含む。さらに、フォトニックトランシーバ１００は、光受信機として機能する光検出器１１０および関連する受信機経路１１１を含む。加えて、光学フィルタ１０２での温度測定を促進するために、トランシーバ１００は、光学フィルタ１０２を取り囲む（bracketing）光タップ１１２、１１４を含み、各々が、固定された割合の光（例えば、５％）を分離させ、かつ、分離した光を、送信機経路１０４におけるどちらの方向の光伝搬においても光学フィルタ１０２に入っていくおよびそれから出てくる光パワーを測定することを可能にする２つのそれぞれのモニタフォトダイオード１１６、１１７および１１８、１１９に導く２つの出力を有する。フォトニックトランシーバ１００は、例えば、（例えば、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）基板の）シリコンデバイス層において形成された導波路（例えば、送信機経路１０４および受信機経路１１１を実装する）および他のパッシブデバイスまたはデバイス構成部品に結合された、レーザ１０６と、変調器１０８と、受信機光検出器１１０と、モニタフォトダイオード１１６、１１７、１１８、１１９との化合物半導体（例えば、ＩＩＩ－Ｖ族）アクティブデバイス構成部品を備えるハイブリッド材料プラットフォームにおいて、実装され得る。

【0008】

[0015]光学フィルタ１０２は、例えば、ＡＭＺＩとして実装され得、これは、強度が光の周波数（the frequency of the light）とともに周期的に変化する干渉信号を生成する、２つの干渉計アーム間の光路長差によって特徴付けられる。この変化の周期（period of that variation）は、フィルタ１０２の自由スペクトル範囲（ＦＳＲ：free spectral range）である。ＡＭＺＩ（または他の光学フィルタ１０２）は、指摘された基準波長において、出力光パワーと入力光パワーの比率として測定される、指定された透過（transmission）を達成するために較正される。レーザ１０６の波長が基準波長から外れたとき、この偏差は、（それぞれ、フォトダイオード１１８、１１６によって測定される入力および出力光パワーから決定されるような）フィルタ１０２の透過率の変化として現れることになり、レーザ１０６を基準波長にチューニングするためのフィードバックを提供する（providing for）。しかしながら、フィルタ１０２の透過スペクトルは、一般に温度依存であり、フィルタ１０２の温度は、例えば、レーザ１０６から発せられる熱により、ミッションモード使用において異なり得る。任意のこのような加熱を最小限にするように、フォトニック回路を設計することが望ましい。たとえフィルタ１０２の温度が使用中にモニタされ、波長基準としてのフィルタの較正時における温度からのずれが、例えば、集積加熱器または熱電冷却器（thermo-electric cooler）を使用して、アクティブに補償されたとしても、このようなアクティブな熱調節の所要電力を最小限にすることが望ましい。

【0009】

[0016]様々な実施形態によれば、光学フィルタ１０２は、トランシーバ１００の熱設計中に、それ自体の温度センサとして使用される。この目的のために、外部レーザ１２０は、例えば、送信機出力ポート１２２（これは、ミッションモードでは、変調された光信号を送信する役割を果たす）を介して、光を光学フィルタ１０２に結合し、（外部レーザ１２０から到来する光の伝搬方向における）フィルタ１０２の透過率および／または出力光パワーが測定される。いくつかの実施形態では、外部レーザ１２０は、フィルタ１０２に後続するモニタフォトダイオード１１９における相対的な光出力パワーの測定を介して、透過がピーク（最大）またはヌル（最小）に達する波長を識別するために、例えば、フィルタ１０２の１つまたは複数のＦＳＲを含む、波長の範囲にわたって段階付けられる（stepped over）チューナブルレーザ光源である。較正によって決定されるピークまたはヌル波長の既知の温度依存性に基づいて、測定されたピークまたはヌル波長は、次いで、光学フィルタ１０２の測定された温度に変換され得る。代替の実施形態では、外部レーザ１２０は、単一の指定された波長で動作され、その波長での光学フィルタ１０２の透過率は、フィルタ１０２に先行および後続するモニタフォトダイオード１１７、１１９を使用して測定される。外部レーザ１２０の選択された波長でのフィルタ透過率の既知の温度依存性に基づいて、フィルタ１０２の温度は、次いで、測定された透過率から計算され得る。

【0010】

[0017]光学フィルタ１０２の温度に対する他のトランシーバ構成部品の影響を調査するために、熱設計は、トランシーバレーザ１０６がフルミッションモード電力にある状態で、ミッションモードでトランシーバ１００を動作させることを伴う。したがって、光学フィルタ１０２が外部レーザ１２０からの光信号によって光学的に調査される（optically interrogated）とともに、それは、トランシーバレーザ１０６からの光信号を同時に受信する。これら２つの光信号は、外部レーザ信号の透過された部分の測定が、トランシーバレーザ１０６からの信号によって影響を受けないように、反対方向に伝搬する。外部レーザ１２０は、トランシーバレーザ１０６から受信された光による損傷を防止する光アイソレータを含み得る。逆に、トランシーバレーザ１０６に到達する外部レーザ１２０からの光は、フィルタ温度の測定中にトランシーバレーザ１０６の光学性能を幾分か劣化させ得るが、これは、一般に、設計フェーズ中の問題ではない。トランシーバ１００への好適な拡張（例えば、変調器１０８およびレーザ１０６を、外部レーザ１２０によって送信機経路１０４へと注入される光から保護するアイソレータ）で、またはトランシーバ動作波長から遠離調された（far detuned）外部レーザ波長を使用することによって、原理上は、光学フィルタ１０２を、トランシーバの寿命を通じて通常のミッションモード中にそれ自体の温度をモニタするために使用することもまた可能であることに留意されたい。

【0011】

[0018]図１がフォトニックトランシーバ１００の単一のレーンのみを示す一方で、マルチレーントランシーバが、送信機構成部品および受信機構成部品を複製することによって実装され得ることが、当業者には容易に明らかとなるであろう。この場合、各レーンにおける光学フィルタ１０２の温度は、上記で説明されたのと同じように測定され得、外部レーザ１２０を順次に（または、複数の外部レーザを同時に）様々な送信機経路へと結合する。

【0012】

[0019]別個のミッションモード機能を持つフォトニックデバイスを用いた温度測定の別の例を提供するために、図２は、様々な実施形態による、集積マルチプレクサを用いた光学温度測定を可能にするように構成された、例となるフォトニックトランシーバ２００の概略ブロック図である。トランシーバ２００は、４つのレーンを含み、各々がレーザ２０２と、光搬送波信号上にデータを付与するための関連するＥＡＭ２０４とを含む。レーザ２０２は、４つの異なる波長λ_０、λ_１、λ_２、およびλ_３で光を放射し、４つの波長での変調された光信号は、組み合わされた光トランシーバ出力信号へと２つのステージにおいて多重化される。レーザ波長は、例えば、λ_０≒１２９５ｎｍ、λ_１≒１３００ｎｍ、λ_２≒１３０５ｎｍ、およびλ_３≒１３１０ｎｍにおいて、等間隔であり得る。この例では、その温度が測定されるべき構成部品は、第１のステージにおけるマルチプレクサ２０６であり、これらは、それぞれλ_０、λ_１およびλ_２、λ_３を、第２のステージのマルチプレクサ２０８への入力として供給される２つの部分的に多重化された信号に多重化する。マルチプレクサ２０６（ならびに２０８）は、例えば、各々が、（トランシーバレーザ２０２からの光の伝搬方向において）２つの入力ポート２０９と１つの共通の出力ポートとを有するＡＭＺＩとして実装され得る。

【0013】

[0020]第１のステージのマルチプレクサ２０６の温度を測定するために、それらは、送信機出力ポートと、第２のステージのマルチプレクサ２０８（ここで、このマルチプレクサの出力ポートも、送信機出力ポートを構成し得る）とを介して、トランシーバへと結合され、かつ、トランシーバレーザ２０２によって放射される光信号のものとは反対の方向に伝搬する、外部チューナブルレーザ（図示せず）で調査される。外部レーザは、マルチプレクサ２０６の、一方または両方の入力ポート２０９（外部レーザ信号の伝搬方向では、出力ポートに対応する）において出力された光のスペクトル透過ピークを決定するために、波長範囲にわたって掃引される。マルチプレクサ２０６がそれらのターゲット動作温度にある場合、これらの透過ピークは、λ_０、λ_１、λ_２、およびλ_３において生じることになる。ターゲット動作温度からの任意の偏差は、概して、（温度がターゲット動作温度より高いかまたはそれより低いかに依存して）より短いまたはより長い波長へのピークのシフトを引き起こすことになる。トランシーバ２００は、トランシーバレーザ２０２、ＥＡＭ２０４、およびマルチプレクサ２０６、２０８の間の様々な入力および出力において、タップ２１０と、関連するモニタフォトダイオード２１２とを含むが、それらのタップ２１０は、トランシーバレーザ２０２から送信機出力ポートへの方向に進む光を測定するようにのみ構成され、したがって、外部レーザ信号の、マルチプレクサ２０６において透過された部分を測定するために使用されることができないことに留意されたい。回路において外部レーザからの光を測定するために、タップ２１０を構成し、モニタフォトダイオード２１２を追加する代わりに、図１のトランシーバ１００で行われ、かつ、原理上は、トランシーバ２００においても同様に実装され得るように、図示される実施形態は、マルチプレクサ２０６によって透過された外部レーザ信号の光パワーを測定するために、ＥＡＭ２０４を使用する。ＥＡＭ２０４は、高電圧バイアスで動作され、これは、高光吸収をもたらし、ＥＡＭによって生成される光電流は、測定された信号の光パワーに比例する。

【0014】

[0021]図３Ａ～図３Ｃは、様々な実施形態による、それぞれ、３５℃、７０℃、および８０℃の受信機ケース温度で２つのスペクトル範囲にわたって測定された、低電力モード（「ＬＰＭ」）で動作される図２のトランシーバ２００のマルチプレクサの例となるスペクトル応答のグラフを示す。低電力モードでは、電力は、ＥＡＭ２０４を動作させおよび読み取る（read）のに十分であるが、トランシーバレーザ２０２および他の構成部品はオフにされている。低電力モードでのトランシーバ２００の自己発熱はごくわずかであり、かつ、トランシーバ２００は、マルチプレクサ温度が受信機ケース温度に近くなるように、平衡化する時間があったと仮定する。各図における４つのグラフは、マルチプレクサ２０６の入力ポート２０９における光パワー出力の測定から生じるＥＡＭ２０４での光電流（「ＩＰｈ」）を示す。見て分かるように、光電流において反映されているように、４つの光信号の透過ピークおよびヌルは、ＦＳＲにわたってほぼ均等に分散されている（予想どおりに（as is to be expected）、トランシーバレーザ２０２のレーザ波長の均一な間隔をミラーリングしている）。３５℃（図３Ａ）、７０℃（図３Ｂ）、および８０℃（図３Ｃ）におけるグラフを比較すると、より長い波長へのスペクトル応答のシフトが観察され得る。例えば、λ_２に関連付けられたマルチプレクサの入力ポート２０９において測定された信号の透過最小値（transmission minimum）は、３５℃での約１２９７．５ｎｍから、７０℃で約１３００ｎｍに、および８０℃でほぼ１３０１ｎｍにシフトする。

【0015】

[0022]図３Ｄは、様々な実施形態による、７０℃の受信機ケース温度で測定された、高電力モード（「ＨＰＭ」）で動作される図２のトランシーバ２００のマルチプレクサの例となるスペクトル応答のグラフを示す。高電力モードでは、トランシーバレーザ２０２は、オンにされ、マルチプレクサ２０６を含む、他のトランシーバ構成部品を加熱する傾向にある。したがって、マルチプレクサ２０６の局所温度は、周囲温度より高いことが予期される。実際、高電力モードでλ_２に関連付けられたマルチプレクサの入力ポート２０９において測定された信号を、７０℃（図３Ｂ）の同じ受信機ケース温度において、低電力モードで測定されたものと比較すると、透過最小値が、ほぼ１３０１ｎｍにシフトしたことが分かり、マルチプレクサ２０６の温度が約８０℃であることを示している。

【0016】

[0023]波長基準およびデマルチプレクサの例とともに上記で例示された、フォトニックデバイスのそれら同じデバイスをセンサとして使用する光学温度測定への説明されたアプローチは、一般に、何らかの温度依存のスペクトル特性を特徴とする任意のフォトニックデバイスに適用可能であり、かつ、何らかの温度依存のスペクトル特性の測定に適している。このような特性は、例えば、光の透過、反射、または吸収スペクトルのピークおよびヌルの波長または振幅のようなスペクトル特性、ならびに所与の波長での透過、反射、または吸収レベルを含み得る。温度測定のための光学調査に適しているフォトニックデバイスは、例えば、光学フィルタ、マルチプレクサ／デマルチプレクサ、または変調器のミッションモード機能を果たし得るような、例えば、対称もしくは非対称ＭＺＩ、ＡＷＧ、またはＥＡＭに基づくデバイスを含む。

【0017】

[0024]上記アプローチへの様々な修正が行われ得る。例えば、対象となるフォトニックデバイスの調査は、実際、多くの場合には、ＰＩＣの外部にあるレーザを利用する一方で、原理上は、内部レーザを使用することも可能である（例えば、その出力信号が、フォトニックデバイスのミッションモード機能のために使用される光とは反対方向に伝搬するようにルーティングされる）。内部レーザが温度モニタリングに好適であるためには、自己発熱を防止するために低電力であり得、光スペクトラムアナライザ（ＯＳＡ）などの外部波長モニタを使用して、２つ以上の温度で較正され得る。代替として、内部レーザは、ＰＩＣの比較的温度が安定した部分（temperature-stable portion）（例えば、低パワー密度の領域）に配置され得るとともに、それは、ＰＩＣの反対側（the other side）にある（例えば、高パワー密度の領域における）熱点をモニタする。さらに、上述の例となる実施形態がＰＩＣに統合された光検出器を使用する一方で、温度決定目的のために測定されることになる光信号を、外部光検出器による検出のためにオフチップにルーティングすることも可能である。外部光検出器は、例えば、フォトニックデバイスのスペクトル特性が、透過モードではなく反射で測定されるときに、使用され得る。

【0018】

[0025]図４は、様々な実施形態による、光学温度測定のために、別個のミッションモード機能を有するフォトニックデバイスを較正および動作させる方法４００のフローチャートである。較正フェーズ４０２中、フォトニックデバイスを含むＰＩＣ（例えば、フォトニックトランシーバＰＩＣ）は、初期温度に設定された、温度制御された環境（例えば、オーブンなど）に置かれ、例えば、約１時間のあいだ、熱平衡化させる（動作４０４）。十分な時間が経過した後、対象となるフォトニックデバイスを含むＰＩＣ全体が、実質的に設定温度にある（例えば、数ケルビン以内、または、一般に、平衡時間に影響を及ぼすことになる、所与の用途についての偏差の何らかの許容可能なマージン内）と仮定され得る。集積光検出器が、較正のために使用されることになる場合には、ＰＩＣは、オンにされ、集積光検出器を使用するのに十分な低電力モードで動作されるが、加熱を最小限にするために、他の電力消費を回避する（動作４０６）。この状態において、フォトニックデバイスは、フォトニックデバイスのスペクトル特性を決定するために、光学的に調査される（動作４０８）。通常（必ずしもではないが）、この目的のための光は、外部レーザ光源からフォトニックデバイスに結合される。例えば、フォトニックトランシーバの送信機経路において、光変調器、マルチプレクサ、または波長基準の透過スペクトルを測定するために、外部レーザからの光信号が、ＰＩＣレーザからのミッションモード光信号の伝搬方向とは反対の伝搬方向において、送信機経路を介してフォトニックデバイスに結合され得る。外部レーザの波長は、典型的に、フォトニックデバイスの１つまたは複数のＦＳＲを含む、波長範囲にわたって段階付けられ得、このようにして（thus）測定されたスペクトル応答のヌルおよび／またはピークでの波長が記録される。

【0019】

[0026]次いで、温度制御された環境は、第２の温度に変更され（動作４１０）、ＰＩＣは、第２の温度で熱平衡化させられ（動作４０４）、低電力モード中のスペクトル特性を測定するためのフォトニックデバイスの調査は、第２の温度で繰り返される（動作４０８）。オプションで、スペクトル特性は、熱特性評価（thermal characterization）の所望の精度、ならびにコストと時間の考慮事項に依存して、１つまたは複数の追加の温度で測定される。例えば、いくつかの実施形態では、較正（フェーズ４０２）は、１つの部分に対して一度だけ行われ、その後、多くの部分に適用され、このケースでは、数個または数十個の温度で測定することが実現可能であり得る。一方、較正が部分ごとに行われる場合、それは、例えば、ＦＳＲより少ないスペクトル特性における相対シフトを引き起こす２つの温度において取得された、わずか２つの測定値に依拠し得る。

【0020】

[0027]次いで、２つ以上の温度でのスペクトル特性の決定された値は、連続した温度範囲にわたるスペクトル特性の温度依存性を決定するために使用され、これは、測定が行われた温度間を補間すること、および／またはそれら温度を超えて補外することを伴い得る（動作４１２）。例えば、２つのそれぞれの温度Ｔ_１およびＴ_２での透過ピークまたはヌル波長λ_１およびλ_２の測定値に基づいて、温度依存の波長シフトが、ｄλ／ｄＴ＝（λ_２－λ_１）／（Ｔ_２－Ｔ_１）として計算され得る。決定された温度依存性は、後の使用のためにメモリに記憶される。いくつかの実施形態では、温度依存性は、ＰＩＣに関連付けられたＥＩＣのメモリに記憶され、例えば、ＥＩＣは、トランシーバＰＩＣのために制御信号およびデータ読み出しを提供し、ここで、対象となるトランシーバ構成部品の温度依存性は、ターゲットバイアスおよび変調設定などのような、他の較正データと共に記憶され得る。しかしながら、スペクトル特性の較正された温度依存性の記憶もまた可能である。

【0021】

[0028]一旦較正フェーズ４０２が完了すると、較正データは、フェーズ４１４でのＰＩＣのミッションモード熱性能を特性評価することの一部として、フォトニックデバイスの温度を測定するために使用され得る。ここでＰＩＣは、ミッションモードで動作され、すなわち、ミッションモード（これは、一般に高電力モードである）でのように電源オンにされ、例えば、内部ＰＩＣレーザ（トランシーバレーザなど）からの、ミッションモード光信号が、一方向においてフォトニックデバイスに結合される（動作４１６）。フォトニックデバイスのスペクトル特性を測定するために、デバイスは、例えば、外部レーザによってＰＩＣに結合される、逆方向に伝搬する調査信号で調査される（動作４１８）。記憶された、スペクトル特性の較正された温度依存性を使用することで、測定されたスペクトル特性は、次いで、デバイスの温度に変換され得る（動作４２０）。透過波長測定の上記の例を続けると、ミッションモード中に測定されたｌの透過ピークまたはヌル波長が、Ｔ＝Ｔ_１＋（λ－λ_１）／（ｄλ／ｄＴ）に従って、フォトニックデバイスの温度に変換され得る。

【0022】

[0029]前述の例は全て、その温度が測定されるべきフォトニックデバイスが、それ自体の温度センサとしての機能をも果たす実施形態を例示している。様々な代替の実施形態では、ＰＩＣは、代わりに、１つまたは複数の専用光学温度センサ、すなわち、いかなる独立したミッションモード機能も果たさない追加された構成部品を含む。各このような専用温度センサは、その温度がモニタされるべきフォトニックデバイスに「感知近接（ｓensing proximity）」して配置され、つまり、温度センサが、実質的に同じ温度（例えば、数Ｋ以内）であるように、そこの温度が対象となる、フォトニックデバイスにおけるロケーションに物理的に十分近いことを意味する。様々な実施形態では、モニタすべきフォトニックデバイスは、ダイオード接合部を含む光学的にアクティブなデバイスであり、その接合部における温度が測定されることになる。いくつかの実施形態では、温度センサは、それがアクティブフォトニックデバイスにおけるダイオード接合部などの対象となるロケーションから１０μｍ未満、好ましくは３μｍ未満離れている場合、そのロケーションから感知近接内にある。

【0023】

[0030]図５は、様々な実施形態による、レーザ５０６と変調器５０８の近くに追加された光学温度センサ５０２、５０４を装備した、例となるフォトニックトランシーバ５００の概略ブロック図である。ここで、レーザ５０６および変調器５０８は、第１の光導波路５１０に結合され、これは、伝送路を実装する一方で、光学温度センサ５０２、５０４は、第１の導波路５１０とは別個のそれぞれの第２および第３の光導波路５１２、５１４内に配置されるか、またはそれらに結合される。受信機の光検出器５１６は、第４の光導波路５１８に結合され、これは、（通常どおり）受信機経路を実装する。４つ全ての導波路５１０、５１２、５１４、５１８が、それら自体のそれぞれの入力／出力ポートを有する。

【0024】

[0031]図１のトランシーバ１００と同様に、送信機のレーザ５０６および変調器５０８、ならびに受信機の光検出器５１６は、シリコンデバイス層における導波路が、その上の化合物半導体（例えば、ＩＩＩ－Ｖ族）層において形成された光学的にアクティブな領域に結合されている状態で、化合物半導体オンシリコンハイブリッドプラットフォーム（compound-semiconductor-on-silicon hybrid platform）において実装され得る。アクティブフォトニックデバイスは、例えば、ダイオード構造に電圧を印加するための、ｐ型およびｎ型層への電気的接続を有するＩＩＩ－Ｖ族ｐ－ｉ－ｎダイオード構造であるか、またはそれを含み得、当該技術分野で知られているように、真性アクティブ層（intrinsic, active layer）においてダイオード接合部を形成する。このダイオード接合部の温度は、それぞれのデバイスの光学性能に著しい影響を及ぼし、したがって、モニタすることが重要である。電子温度センサの実装では、センサの配置をダイオード接合部に近づけ過ぎることは、電気的干渉を引き起こすリスクがある。一方、光学温度センサ５０２、５０４は、この問題を提起せず、したがって、格段により近くに配置され得、より正確な温度測定を促進する。例えば、いくつかの実施形態では、光学センサ５０２、５０４は、ダイオード接合部から約１μｍほどの近さにある。

【0025】

[0032]温度センサとしての機能をも果たす、ミッションモード機能を有するフォトニックデバイスと同様に、光学温度センサ５０２、５０４は、一般に、指定された波長での透過または反射レベル、あるいは透過または反射ピークまたはヌルなどの、温度依存のスペクトル特性を温度測定のために利用する。温度センサ５０２、５０４として有用なフォトニックデバイスの例は、ブラッグ回折格子、リング共振器、およびＡＭＺＩを含み、これらは全て、電気的接続のいかなる必要性もなしに、パッシブ光学部品として実装され得る。光学温度センサ５０２、５０４は、外部レーザ５２０および外部光検出器５２２または集積光検出器を使用してイタロゲートされ得る。例えば、示されるように、外部レーザ５２０によって生成される調査信号は、光導波路５１２の入力／出力ポート５２１において光導波路５１２へと結合されて、トランシーバ５００の変調器５０８に関連付けられた光学温度センサ５０４へと伝搬し得、および、温度センサ５０４によって反射された光は、導波路５１２の入力／出力ポート５２１に戻り、外部光検出器５２２に結合され得る。３ポート光サーキュレータ５２４が、第１のサーキュレータポート５２６において受信される光を、第２のサーキュレータポート５２７を介して導波路５１２に導くように、および第２のサーキュレータポート５２７において受信される反射された光を、第３のサーキュレータポート５２８を介して光検出器５２２に導くように機能し得る。容易に理解されるように、外部レーザ５２０、サーキュレータ５２４、および外部光検出器５２２によって集合的に形成される調査装置は、トランシーバレーザ５０６における光学温度センサ５０２に関連付けられた光導波路５１２の入力／出力ポート５３０に移動され得、この場合、その温度センサ５０２が、同様に調査され得る。

【0026】

[0033]調査信号の反射された部分を測定する代わりに、透過された部分を測定することも可能である。このケースでは、トランシーバ５００は、導波路５１２（または５１４）を、温度センサ５０４（または５０２）を通り越して、集積光検出器まで、または、光を外部光検出器で測定するために、導波路５１２（または５１４）の第２の入力／出力ポートまで延在させるように修正され得る。外部光検出器が使用されるか、あるいは集積光検出器が使用されるかは、一般に、特定の用途における実施上の考慮事項に依存することになる。集積光検出器の使用は、それが、調査装置を単に外部レーザのみに変え（reduces）、同様にセンサのための較正データを記憶するメモリを含み得る、ＰＩＣに関連付けられたＥＩＣにおける温度センサの読出しを統合することによって、温度測定の合理化を促進するという点で有益である。しかしながら、これらの利点は、温度センサに関連付けられた増大された製造の複雑さとチップ面積という代償を払って成り立つ。

【0027】

[0034]図６Ａおよび図６Ｂは、それぞれ、様々な実施形態による、ＰＩＣのアクティブ化合物半導体フォトニックデバイス６０２に隣接して配置されたブラッグ回折格子ベースの光学温度センサ６００の断面上面図および側面図である。アクティブデバイス６０２は、例えば、（例えば、トランシーバＰＩＣ上の）レーザ、変調器、または光検出器であり得る。それは、ＳＯＩ基板６０８のシリコンデバイス層６０６において形成されたシリコン導波路６０４の上に形成され、かつ、シリコン導波路６０４に光学的に結合された、ＩＩＩ－Ｖ族（または他の化合物半導体）材料のダイオード構造を含む。図６Ｂに示されるように、ダイオード構造は、例えば、ｎ型最下層６１０と、ｎ型最下層６１０の上に配設された、真性の、またはアクティブな層６１２を含むダイオードメサと、ｐ型最上層６１４とを含み得る。使用中、シリコン導波路６０４において誘導される光は、（光学モード６１６、６１７によって示されるように）アクティブ層６１２へと垂直に結合する。ダイオード構造への電圧または電流の印加を可能にするために、デバイス６０２は、ｎ型最下層およびｐ型最上層６１０、６１４への電気的接続を含む。電気的接続は、（例えば、ダイオードメサの両側にまたはダイオードメサを取り囲んで）ｎ型最下層６１０の上に配設された接触金属層６１８と、ｐ型最上層６１４の上に配設されたｐ型接触金属層６１９と、ドライバー回路の電気端子にｎ型およびｐ型接触金属層６１８、６１９を電気的に接続している垂直ビア６２０、６２２とを含む。ダイオード構造は、誘電体クラッディング（dielectric cladding）６２４で囲まれている（enclosed in）。

【0028】

[0035]温度センサ６００は、第２のシリコン導波路６３０における周期的な屈折率変化によって形成されるブラッグ回折格子である。この第２のシリコン導波路６３０において伝搬する光は、有効屈折率によって乗算された回折格子周期の２倍の波長において強い反射を受ける。回折格子周期は、熱膨張または熱収縮により、温度とともにわずかに変化するので、反射がピークとなる波長は、センサ温度の良い指標である。図６Ａに示されるように、第２のシリコン導波路６３０は、第１のシリコン導波路６０４（これは、アクティブフォトニックデバイス６０２に結合されている）と平行に延びており、かつ、アクティブデバイス６０２のダイオード構造のｎ型最下層６１０の下にあり得る。したがって、光学モード６３２によって示される、第２のシリコン導波路６３０において誘導されかつブラッグ回折格子において反射される光は、フォトニックデバイスのアクティブ領域６１２に非常に近いところまでくる。

【0029】

[0036]図７は、様々な実施形態による、フォトニックデバイスの温度測定のために、ミッションモード機能なしの専用光学温度センサを較正および使用する方法７００のフローチャートである。温度センサおよびフォトニックデバイスは、例えば、図５のフォトニックトランシーバ５００の、レーザ５０６に隣接したセンサ５０２に、または光変調器５０８に隣接したセンサ５０４に対応し得る。較正フェーズ７０２中、（例えば、フォトニックトランシーバ５００を実装する）ＰＩＣは、初期温度に設定された、温度制御された環境（例えば、オーブンなど）に置かれ、（１つまたは複数の）温度センサおよび（１つまたは複数の）フォトニックデバイスが全て、（許容可能なマージン内で）設定温度に達するように、実質的に熱平衡化させられる（動作７０４）。外部レーザ（例えば、５１０）および外部光検出器（例えば、５２８）が較正のために使用される場合、ＰＩＣへの電力は、ゼロに設定される（動作７０６）。（さもなければ、集積光検出器が使用されている場合、ＰＩＣは、低電力モードで動作される。）光学温度センサは、例えば、外部レーザからの光をこのセンサに関連付けられた光導波路に結合し、外部（または集積）光検出器を用いて光の反射されたまたは透過された部分を測定することよって、調査される（動作７０８）。いくつかの実施形態では、外部レーザの波長は、例えば、光学温度センサの１つまたは複数のＦＳＲを含む、波長範囲にわたって段階付けられ、測定されたスペクトル応答のヌル（例えば、温度センサを実装しているＡＭＺＩまたはオールパスリング（all-pass ring）の場合）および／またはピーク（例えば、ブラッグ反射器またはアドドロップリング（add-drop ring）の場合）での波長が記録され得る。

【0030】

[0037]次いで、温度制御された環境は、第２の温度に変更され（動作７１０）、ＰＩＣは、第２の温度で熱平衡化させられ（動作７０４）、スペクトル特性を測定するための光学温度センサの調査は、第２の温度で繰り返される（動作７０８）。オプションで、スペクトル特性は、熱特性評価の所望の精度、ならびにコストと時間の考慮事項に依存して、１つまたは複数の追加の温度で測定される。次いで、２つ以上の温度でのスペクトル特性の決定された値は、連続した温度範囲にわたるスペクトル特性の温度依存性を決定するために使用され、これは、測定が行われた温度間を補間すること、および／またはそれら温度を超えて補外することを伴い得る（動作７１２）。例えば、２つのそれぞれの温度Ｔ_１およびＴ_２での反射ピーク波長λ_１およびλ_２の測定値に基づいて、温度依存の波長シフトが、ｄλ／ｄＴ＝（λ_２－λ_１）／（Ｔ_２－Ｔ_１）として計算され得る。決定された温度依存性は、後の使用のためにメモリ（例えば、ＰＩＣに関連付けられたＥＩＣのものまたは外部メモリ）に記憶される。

【0031】

[0038]温度センサの較正時に、センサは、フェーズ７１４でのＰＩＣのミッションモード熱性能を特性評価することの一部として、隣接するフォトニックデバイスの温度を測定するために、較正データと併せて使用され得る。ここでＰＩＣは、ミッションモードで動作され、すなわち、ミッションモード（これは、一般に高電力モードである）でのように電源オンにされ、例えば、内部ＰＩＣレーザ（トランシーバレーザなど）からの、ミッションモード光信号が、関連する第１の導波路を介してフォトニックデバイスに結合される（動作７１６）。同時に、温度センサは、例えば、外部レーザによって、ＰＩＣに結合される調査信号で、その関連する導波路（これは、モニタすべきフォトニックデバイスの導波路とは別個である）を介して調査される（動作７１８）。光学温度センサの記憶された、スペクトル特性の較正された温度依存性を使用することで、測定されたスペクトル特性は、次いで、温度センサの温度、および、ひいては、その近接さにより、フォトニックデバイスの温度に変換され得る（動作７２０）。例えば、測定された反射ピーク波長は、Ｔ＝Ｔ_１＋（λ－λ_１）／（ｄλ／ｄＴ）に従って、温度センサおよびフォトニックデバイスの温度に変換され得る。

【0032】

[0039]以下の番号付けされた実施例は、様々な例示的な実施形態をさらに定義する。

【0033】

[0040] １．フォトニック集積回路（ＰＩＣ）であって、基板のデバイス層における第１の光導波路と、前記第１の光導波路に結合されたアクティブフォトニックデバイスと、前記アクティブフォトニックデバイスは、ダイオード接合部を備え、前記基板の前記デバイス層における第２の光導波路と、前記第２の光導波路は、前記ダイオード接合部に感知近接した光学温度センサを備える、を備えるフォトニック集積回路。

【0034】

[0041] ２．前記光学温度センサは、ブラッグ回折格子、リング共振器、または非対称マッハツェンダー干渉計のうちの少なくとも１つを備える、実施例１に記載のフォトニック集積回路。

【0035】

[0042] ３．前記アクティブフォトニックデバイスは、前記第１の光導波路の上に配設されかつ前記ダイオード接合部を備える化合物半導体ダイオード構造と、前記ダイオード構造に電圧を印加するための電気的接続とを備える、実施例１または実施例２に記載のフォトニック集積回路。

【0036】

[0043] ４．前記アクティブフォトニックデバイスは、レーザ、光変調器、波長基準光学フィルタ、または光マルチプレクサ／デマルチプレクサのうちの１つである、実施例１～３のいずれかに記載のフォトニック集積回路。

【0037】

[0044] ５．前記アクティブフォトニックデバイスは、対称または非対称マッハツェンダー干渉計、アレイ導波路回折格子、または電界吸収変調器のうちの少なくとも１つを備える、実施例１～４のいずれかに記載のフォトニック集積回路。

【0038】

[0045] ６．フォトニック集積回路（ＰＩＣ）におけるフォトニックデバイスの温度を測定するための方法であって、前記方法は、第１の光導波路を介して前記フォトニックデバイスに光を結合することと、光学温度センサのスペクトル特性を決定するために、第２の光導波路を介して、前記フォトニックデバイスに感知近接して配置された前記光学温度センサを光学的に調査することと、前記スペクトル特性の較正された温度依存性に基づいて、前記決定されたスペクトル特性を前記測定された温度に計算的に変換することと、を備える、方法。

【0039】

[0046] ７．前記光学温度センサを光学的に調査することは、前記ＰＩＣの外部にあるレーザを使用して、前記第２の光導波路に光を結合することと、外部光検出器を使用して、前記光学温度センサにおいて反射された光または前記光学温度センサによって透過された光のうちの少なくとも１つを測定することとを備える、実施例６に記載の方法。

【0040】

[0047] ８．前記光学温度センサを光学的に調査することは、波長範囲にわたって前記外部レーザの波長をチューニングすることと、前記波長範囲にわたって前記反射されたまたは透過された光を測定することとを備える、実施例７に記載の方法。

【0041】

[0048] ９．前記スペクトル特性の前記温度依存性を、前記ＰＩＣを、第１の温度で温度制御された環境に置くことと、前記第１の温度での実質的な熱平衡化に続いて、前記スペクトル特性の第１の値を決定するために、前記第２の光導波路を介して前記光学温度センサを光学的に調査することと、前記ＰＩＣを、第２の温度で温度制御された環境に置くことと、前記第２の温度での実質的な熱平衡化に続いて、前記スペクトル特性の第２の値を決定するために、前記第２の光導波路を介して前記光学温度センサを光学的に調査することと、前記第１および第２の値ならびに前記第１および第２の温度に少なくとも部分的に基づいて、前記スペクトル特性の前記温度依存性を決定することと、によって較正することをさらに備える、実施例６～８のいずれかに記載の方法。

【0042】

[0049] １０．前記スペクトル特性の前記温度依存性を決定することは、前記第１および第２の温度間で前記スペクトル特性を補間すること、または前記第１または第２の温度を超えて前記スペクトル特性を補外することのうちの少なくとも１つを備える、実施例９に記載の方法。

【0043】

[0050] １１．前記温度依存性を較正することは、前記ＰＩＣを、第３の温度で温度制御された環境に置くことと、前記第３の温度での実質的な熱平衡化に続いて、前記スペクトル特性の第３の値を決定するために、前記第２の光導波路を介して前記光学温度センサを光学的に調査することと、ここにおいて、前記温度依存性は、前記第３の値および前記第３の温度にさらに基づく、をさらに備える、実施例９または実施例１０に記載の方法。

【0044】

[0051] １２．前記フォトニックデバイスは、ダイオード構造と、前記ダイオード構造に電圧を印加するための電気的接続とを備えるアクティブフォトニックデバイスであり、ここにおいて、前記ダイオード構造への電力は、前記温度依存性の較正中はオフであり、前記較正された温度依存性に基づいて前記フォトニックデバイスの前記温度を測定するためにはオンである、実施例９～１１のいずれかに記載の方法。

【0045】

[0052] １３． フォトニック集積回路（ＰＩＣ）におけるフォトニックデバイスの温度を測定するための方法であって、前記方法は、第１の伝搬方向において、第１の光信号を前記フォトニックデバイスに結合することと、前記第１の伝搬方向とは反対の第２の伝搬方向において前記フォトニックデバイスに結合される第２の光信号を使用して、前記フォトニックデバイスのスペクトル特性を決定するために、前記フォトニックデバイスを光学的に調査することと、前記スペクトル特性の較正された温度依存性に基づいて、前記決定されたスペクトル特性を前記測定された温度に計算的に変換することと、を備える、方法。

【0046】

[0053] １４．前記第１の光信号は、前記ＰＩＣのレーザによって生成され、前記第２の光信号は、前記ＰＩＣの外部にあるレーザによって生成される、実施例１３に記載の方法。

【0047】

[0054] １５．前記フォトニックデバイスを光学的に調査することは、前記第２の光信号の透過された部分の、または前記第２の光信号の反射された部分の光パワーを測定することを備える、実施例１３または実施例１４に記載の方法。

【0048】

[0055] １６．前記フォトニックデバイスを光学的に調査することは、前記第２の伝搬方向において、前記フォトニックデバイスの出力における光タップとモニタフォトダイオードとを使用して、前記第２の光信号の前記透過された部分の前記光パワーを測定することを備える、実施例１５に記載の方法。

【0049】

[0056] １７．前記フォトニックデバイスを光学的に調査することは、前記第２の伝搬方向において、前記フォトニックデバイスの出力における前記ＰＩＣの第２のフォトニックデバイスを使用して、前記第２の光信号の前記透過された部分の前記光パワーを測定することを備え、前記第２のフォトニックデバイスは、光検出器として動作可能であり、ならびに、別個のミッションモード機能を有する、実施例１５に記載の方法。

【0050】

[0057] １８．前記フォトニックデバイスは、マルチプレクサ／デマルチプレクサであり、前記第２のフォトニックデバイスは、電界吸収変調器である、実施例１７に記載の方法。

【0051】

[0058] １９．前記第２の光信号は、波長の範囲にわたってチューニングされ、前記第２の光信号の前記反射されたまたは透過された部分の前記光パワーは、前記波長の範囲にわたって測定される、実施例１５～１８のいずれかに記載の方法。

【0052】

[0059] ２０．前記フォトニックデバイスは、光学フィルタであり、前記波長の範囲は、前記光学フィルタの少なくとも自由スペクトル範囲を備える、実例的１９に記載の方法。

【0053】

[0060] ２１．前記スペクトル特性は、前記光学フィルタのヌルまたはピークを備える、実施例２０に記載の方法。

【0054】

[0061] ２２．前記スペクトル特性の前記温度依存性を、前記ＰＩＣを、第１の温度で温度制御された環境に置くことと、前記第１の温度での実質的な熱平衡化に続いて、前記フォトニックデバイスの前記スペクトル特性の第１の値を決定するために、前記第２の伝搬方向において前記フォトニックデバイスに結合される光信号を使用して、前記フォトニックデバイスを光学的に調査することと、前記ＰＩＣを、第２の温度で温度制御された環境に置くことと、前記第２の温度での実質的な熱平衡化に続いて、前記フォトニックデバイスの前記スペクトル特性の第２の値を決定するために、前記第２の伝搬方向において前記フォトニックデバイスに結合される光信号を使用して、前記フォトニックデバイスを光学的に調査することと、前記第１および第２の値ならびに前記第１および第２の温度に少なくとも部分的に基づいて、前記スペクトル特性の前記温度依存性を決定することと、によって較正することをさらに備える、実施例１３～２１のいずれかに記載の方法。

【0055】

[0062] ２３．前記フォトニックデバイスは、光学フィルタであり、前記フォトニックデバイスは、前記光学フィルタの少なくとも１つの自由スペクトル範囲を備える波長の範囲にわたって調査され、前記第１および第２の温度間の前記スペクトル特性に関連付けられたスペクトルシフトは、前記自由スペクトル範囲より少ない、実施例２２に記載の方法。

【0056】

[0063] ２４．前記スペクトル特性の前記温度依存性を決定することは、前記第１および第２の温度間で前記スペクトル特性を補間すること、または前記第１または第２の温度を超えて前記スペクトル特性を補外することを備える、実施例２２または実施例２３に記載の方法。

【0057】

[0064] ２５．前記温度依存性を較正することは、前記ＰＩＣを、第３の温度で温度制御された環境に置くことと、前記第３の温度での実質的な熱平衡化に続いて、前記フォトニックデバイスの前記スペクトル特性の第３の値を決定するために、前記第２の伝搬方向において前記フォトニックデバイスに結合される光信号を使用して、前記フォトニックデバイスを光学的に調査することと、をさらに備え、ここにおいて、前記温度依存性は、前記第３の値および前記第３の温度にさらに基づく、実施例２２～２４のいずれかに記載の方法。

【0058】

[0065] ２６．前記ＰＩＣに関連付けられたメモリに前記スペクトル特性の前記温度依存性を記憶することをさらに備える、実施例２２～２５のいずれかに記載の方法。

【0059】

[0066] ２７．前記ＰＩＣは、較正中に低電力モードで動作される、実施例２２～２６のいずれかに記載の方法。

【0060】

[0067]本発明の主題は、特定の例となる実施形態を参照して説明されてきたが、様々な修正および変更が、本発明の主題のより広い範囲から逸脱することなく、これらの実施形態に対して行われ得ることが明らかであろう。したがって、本明細書および図面は、限定的な意味ではなく、例示的な意味で考慮されるべきである。
以下に、出願当初の特許請求の範囲に記載の事項を、そのまま、付記しておく。
［Ｃ１］
フォトニック集積回路（ＰＩＣ）であって、
基板のデバイス層における第１の光導波路と、
前記第１の光導波路に結合されたアクティブフォトニックデバイスと、前記アクティブフォトニックデバイスは、ダイオード接合部を備え、
前記基板の前記デバイス層における第２の光導波路と、前記第２の光導波路は、前記ダイオード接合部に感知近接した光学温度センサを備える、
を備えるフォトニック集積回路。
［Ｃ２］
前記光学温度センサは、ブラッグ回折格子、リング共振器、または非対称マッハツェンダー干渉計のうちの少なくとも１つを備える、Ｃ１に記載のフォトニック集積回路。
［Ｃ３］
前記アクティブフォトニックデバイスは、レーザ、光変調器、波長基準光学フィルタ、または光マルチプレクサ／デマルチプレクサのうちの１つである、Ｃ１に記載のフォトニック集積回路。
［Ｃ４］
前記アクティブフォトニックデバイスは、対称または非対称マッハツェンダー干渉計、アレイ導波路回折格子、または電界吸収変調器のうちの少なくとも１つを備える、Ｃ１に記載のフォトニック集積回路。
［Ｃ５］
フォトニック集積回路（ＰＩＣ）におけるフォトニックデバイスの温度を測定するための方法であって、前記方法は、
第１の光導波路を介して前記フォトニックデバイスに光を結合することと、
光学温度センサのスペクトル特性を決定するために、第２の光導波路を介して、前記フォトニックデバイスに感知近接して配置された前記光学温度センサを光学的に調査することと、
前記スペクトル特性の較正された温度依存性に基づいて、前記決定されたスペクトル特性を前記測定された温度に計算的に変換することと、
を備える、方法。
［Ｃ６］
前記光学温度センサを光学的に調査することは、前記ＰＩＣの外部にあるレーザを使用して、前記第２の光導波路に光を結合することと、外部光検出器を使用して、前記光学温度センサにおいて反射された光または前記光学温度センサによって透過された光のうちの少なくとも１つを測定することとを備える、Ｃ５に記載の方法。
［Ｃ７］
前記光学温度センサを光学的に調査することは、波長範囲にわたって前記外部レーザの波長をチューニングすることと、前記波長範囲にわたって前記反射されたまたは透過された光を測定することとを備える、Ｃ６に記載の方法。
［Ｃ８］
前記スペクトル特性の前記温度依存性を、
前記ＰＩＣを、第１の温度で温度制御された環境に置くことと、
前記第１の温度での実質的な熱平衡化に続いて、前記スペクトル特性の第１の値を決定するために、前記第２の光導波路を介して前記光学温度センサを光学的に調査することと、
前記ＰＩＣを、第２の温度で温度制御された環境に置くことと、
前記第２の温度での実質的な熱平衡化に続いて、前記スペクトル特性の第２の値を決定するために、前記第２の光導波路を介して前記光学温度センサを光学的に調査することと、
前記第１および第２の値ならびに前記第１および第２の温度に少なくとも部分的に基づいて、前記スペクトル特性の前記温度依存性を決定することと、
によって較正することをさらに備える、Ｃ７に記載の方法。
［Ｃ９］
前記フォトニックデバイスは、ダイオード構造と、前記ダイオード構造に電圧を印加するための電気的接続とを備えるアクティブフォトニックデバイスであり、ここにおいて、前記ダイオード構造への電力は、前記温度依存性の較正中はオフであり、前記較正された温度依存性に基づいて前記フォトニックデバイスの前記温度を測定するためにはオンである、Ｃ６に記載の方法。
［Ｃ１０］
フォトニック集積回路（ＰＩＣ）におけるフォトニックデバイスの温度を測定するための方法であって、前記方法は、
第１の伝搬方向において、第１の光信号を前記フォトニックデバイスに結合することと、
前記第１の伝搬方向とは反対の第２の伝搬方向において前記フォトニックデバイスに結合される第２の光信号を使用して、前記フォトニックデバイスのスペクトル特性を決定するために、前記フォトニックデバイスを光学的に調査することと、
前記スペクトル特性の較正された温度依存性に基づいて、前記決定されたスペクトル特性を前記測定された温度に計算的に変換することと、
を備える、方法。
［Ｃ１１］
前記第１の光信号は、前記ＰＩＣのレーザによって生成され、前記第２の光信号は、前記ＰＩＣの外部にあるレーザによって生成される、Ｃ１０に記載の方法。
［Ｃ１２］
前記フォトニックデバイスを光学的に調査することは、前記第２の光信号の透過された部分の、または前記第２の光信号の反射された部分の光パワーを測定することを備える、Ｃ１０に記載の方法。
［Ｃ１３］
前記フォトニックデバイスを光学的に調査することは、前記第２の伝搬方向において、前記フォトニックデバイスの出力における光タップとモニタフォトダイオードとを使用して、前記第２の光信号の前記透過された部分の前記光パワーを測定することを備える、Ｃ１２に記載の方法。
［Ｃ１４］
前記フォトニックデバイスを光学的に調査することは、前記第２の伝搬方向において、前記フォトニックデバイスの出力における前記ＰＩＣの第２のフォトニックデバイスを使用して、前記第２の光信号の前記透過された部分の前記光パワーを測定することを備え、前記第２のフォトニックデバイスは、光検出器として動作可能であり、ならびに、別個のミッションモード機能を有する、Ｃ１２に記載の方法。
［Ｃ１５］
前記第２の光信号は、波長の範囲にわたってチューニングされ、前記第２の光信号の前記反射されたまたは透過された部分の前記光パワーは、前記波長の範囲にわたって測定される、Ｃ１２に記載の方法。
［Ｃ１６］
前記フォトニックデバイスは、光学フィルタであり、前記波長の範囲は、前記光学フィルタの少なくとも自由スペクトル範囲を備える、Ｃ１５に記載の方法。
［Ｃ１７］
前記スペクトル特性の前記温度依存性を、
前記ＰＩＣを、第１の温度で温度制御された環境に置くことと、
前記第１の温度での実質的な熱平衡化に続いて、前記フォトニックデバイスの前記スペクトル特性の第１の値を決定するために、前記第２の伝搬方向において前記フォトニックデバイスに結合される光信号を使用して、前記フォトニックデバイスを光学的に調査することと、
前記ＰＩＣを、第２の温度で温度制御された環境に置くことと、
前記第２の温度での実質的な熱平衡化に続いて、前記フォトニックデバイスの前記スペクトル特性の第２の値を決定するために、前記第２の伝搬方向において前記フォトニックデバイスに結合される光信号を使用して、前記フォトニックデバイスを光学的に調査することと、
前記第１および第２の値ならびに前記第１および第２の温度に少なくとも部分的に基づいて、前記スペクトル特性の前記温度依存性を決定することと、
によって較正することをさらに備える、Ｃ１０に記載の方法。
［Ｃ１８］
前記フォトニックデバイスは、光学フィルタであり、前記フォトニックデバイスは、前記光学フィルタの少なくとも１つの自由スペクトル範囲を備える波長の範囲にわたって調査され、前記第１および第２の温度間の前記スペクトル特性に関連付けられたスペクトルシフトは、前記自由スペクトル範囲より少ない、Ｃ１７に記載の方法。
［Ｃ１９］
前記ＰＩＣに関連付けられたメモリに前記スペクトル特性の前記温度依存性を記憶することをさらに備える、Ｃ１７に記載の方法。
［Ｃ２０］
前記ＰＩＣは、較正中に低電力モードで動作される、Ｃ１７に記載の方法。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図3D】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図7】