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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-10-29
(54)【発明の名称】光デインターリーバを有するフォトニック集積回路
(51)【国際特許分類】
G02B 6/12 20060101AFI20241022BHJP
G02B 6/125 20060101ALI20241022BHJP
【ＦＩ】
G02B6/12 331
G02B6/125 301
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2024519619
(86)(22)【出願日】2022-06-14
(85)【翻訳文提出日】2024-05-29
(86)【国際出願番号】 US2022033386
(87)【国際公開番号】W WO2023055445
(87)【国際公開日】2023-04-06
(31)【優先権主張番号】17/489,640
(32)【優先日】2021-09-29
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】516326438
【氏名又は名称】エックス デベロップメント エルエルシー
(74)【代理人】
【識別番号】100079108
【弁理士】
【氏名又は名称】稲葉 良幸
(74)【代理人】
【識別番号】100126480
【弁理士】
【氏名又は名称】佐藤 睦
(72)【発明者】
【氏名】シューベルト，マーティン
(72)【発明者】
【氏名】ウィリアムソン，イアン アレクサンダー デュラント
(72)【発明者】
【氏名】チャン，アルフレッド カ チュン
【テーマコード（参考）】
2H147
【Ｆターム（参考）】
2H147AB04
2H147AB05
2H147AB17
2H147BA01
2H147BE13
2H147BE14
2H147CA08
2H147EA13A
2H147EA13C
2H147EA14B
2H147FA09
2H147FC03
(57)【要約】
【課題】 最適化されたデバイス設計を介してこれらの改善を最大限に活用すること。
【解決手段】 フォトニック集積回路は、入力領域と、分散領域と、少なくとも２つの出力領域とを含む光デインターリーバを備える。入力領域は、複数のチャネルを含む入力光信号を受信するように適合されている。分散領域は、入力光信号を受信するように、入力領域に光学的に結合されている。分散領域は、入力光信号を第１のマルチチャネル光信号と第２のマルチチャネル光信号とを含む複数のマルチチャネル光信号に分離するように分散領域を構造化するために、第１の材料及び第２の材料の不均質な配置を含む。少なくとも２つの出力領域は、分散領域に光学的に結合された、第１の出力領域及び第２の出力領域を含む。第１の出力領域は、第１のマルチチャネル光信号を受信するように位置決めされており、第２の出力領域は、第２のマルチチャネル光信号を受信するように位置決めされている。
【選択図】 図４Ａ
【解決手段】 フォトニック集積回路は、入力領域と、分散領域と、少なくとも２つの出力領域とを含む光デインターリーバを備える。入力領域は、複数のチャネルを含む入力光信号を受信するように適合されている。分散領域は、入力光信号を受信するように、入力領域に光学的に結合されている。分散領域は、入力光信号を第１のマルチチャネル光信号と第２のマルチチャネル光信号とを含む複数のマルチチャネル光信号に分離するように分散領域を構造化するために、第１の材料及び第２の材料の不均質な配置を含む。少なくとも２つの出力領域は、分散領域に光学的に結合された、第１の出力領域及び第２の出力領域を含む。第１の出力領域は、第１のマルチチャネル光信号を受信するように位置決めされており、第２の出力領域は、第２のマルチチャネル光信号を受信するように位置決めされている。
【選択図】 図４Ａ
【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、光デインターリーバを備え、前記光デインターリーバは、
各々が別個の波長によって特徴付けられる複数のチャネルを含む光信号を受信するように適合された入力領域と、
前記光信号を受信するように前記入力領域に光学的に結合された分散領域であって、前記分散領域は、前記光信号を第１のマルチチャネル光信号と第２のマルチチャネル光信号とを含む複数のマルチチャネル光信号に分離するように前記分散領域を構造化するために、第１の材料及び第２の材料の不均質な配置を含む、分散領域と、
前記分散領域に光学的に結合されており、前記入力領域から物理的に分離された、第１の出力領域と第２の出力領域とを含む少なくとも２つの出力領域であって、前記第１の出力領域は、前記第１のマルチチャネル光信号を受信するように位置決めされており、前記第２の出力領域は、前記第２のマルチチャネル光信号を受信するように位置決めされている、少なくとも２つの出力領域と、
を含む、フォトニック集積回路。
【請求項2】
前記複数のチャネルは、前記複数のチャネルが前記別個の波長によって順次的に配置されたときに、奇数チャネル及び偶数チャネルを含み、前記分散領域が、前記奇数チャネル及び前記偶数チャネルを、前記少なくとも２つの出力領域のうちのそれぞれの出力領域に別々に誘導する、請求項１に記載のフォトニック集積回路。
【請求項3】
前記光デインターリーバの前記分散領域が、前記第２の材料で形成された外周領域によって横方向に取り囲まれた固定された面積を有する、請求項１に記載のフォトニック集積回路。
【請求項4】
前記光デインターリーバが、前記入力領域から前記分散領域を通って前記第１の出力領域まで延在する前記第１の材料で形成された第１の連続経路と、
前記入力領域から前記分散領域を通って前記第２の出力領域まで延在する前記第１の材料で形成された第２の連続経路であって、前記第１の連続経路及び前記第２の連続経路が、前記入力領域内で重なる、第２の連続経路と、を更に含む、請求項３に記載のフォトニック集積回路。
【請求項5】
前記分散領域に近接した前記光デインターリーバの前記外周領域に含まれる前記第２の材料が、前記入力領域及び前記少なくとも２つの出力領域を除いて、前記分散領域の周りに連続的に延在する、請求項３に記載のフォトニック集積回路。
【請求項6】
前記分散領域内の前記第１の材料及び前記第２の材料の前記不均質な配置が、各々が前記第１の材料で形成されており、前記第２の材料によって取り囲まれた複数の第１のアイランド、
各々が前記第２の材料で形成されており、前記第１の材料によって取り囲まれた複数の第２のアイランド、
各々が前記第２の材料で形成されており、前記外周領域から前記分散領域の中へ延在する複数の突出部、又は
第１の方向に沿って交互に変化する幅を有する少なくとも１つの樹状突起構造、
のうちの少なくとも１つを含む、請求項３に記載のフォトニック集積回路。
【請求項7】
前記複数の第１のアイランド又は前記複数の第２のアイランドに含まれる一群のアイランドが、前記分散領域内で共通方向に沿って配置されている、請求項６に記載のフォトニック集積回路。
【請求項8】
前記共通方向が、前記入力領域から前記第１の出力領域又は前記第２の出力領域まで延在する、請求項７に記載のフォトニック集積回路。
【請求項9】
前記分散領域内の前記第１の材料及び前記第２の材料の前記不均質な配置が、全体的な周期性に欠ける、請求項１に記載のフォトニック集積回路。
【請求項10】
前記分散領域内の１つ以上の領域の前記不均質な配置が、局所的な周期性を有し、前記１つ以上の領域の各１つが、前記分散領域の断面積の１０％未満に対応する、請求項９に記載のフォトニック集積回路。
【請求項11】
前記第１のマルチチャネル光信号を逆多重化するように、前記光デインターリーバの前記第１の出力領域に光学的に結合された第１のデマルチプレクサと、前記第２のマルチチャネル光信号を逆多重化するように、前記光デインターリーバの前記第２の出力領域に光学的に結合された第２のデマルチプレクサと、を更に備える、請求項１に記載のフォトニック集積回路。
【請求項12】
前記第１のデマルチプレクサ及び前記第２のデマルチプレクサが各々、それぞれの分散領域を含み、前記それぞれの分散領域が、前記第１のマルチチャネル光信号又は前記第２のマルチチャネル光信号を前記複数のチャネルに含まれる個々のチャネルに分離するように前記それぞれの分散領域を構造化するために、前記第１の材料及び前記第２の材料の対応する不均質な配置を含む、請求項１１に記載のフォトニック集積回路。
【請求項13】
前記第１のデマルチプレクサ及び前記第２のデマルチプレクサが各々、４チャネルデマルチプレクサである、請求項１２に記載のフォトニック集積回路。
【請求項14】
前記光デインターリーバの前記分散領域と前記第１のデマルチプレクサとの間に光学的に結合された第１の中間デインターリーバを更に備え、前記第１の中間デインターリーバが、前記光デインターリーバの前記分散領域から受信した前記第１のマルチチャネル光信号を、２つ以上の低減されたマルチチャネル光信号に分離するように構造化されている、請求項１１に記載のフォトニック集積回路。
【請求項15】
前記光デインターリーバの前記分散領域と前記第２のデマルチプレクサとの間に光学的に結合された第２の中間デインターリーバと、第３のデマルチプレクサであって、前記第１の中間デインターリーバが、前記光デインターリーバの前記分散領域と前記第３のデマルチプレクサとの間に光学的に結合されている、第３のデマルチプレクサと、
第４のデマルチプレクサであって、前記第２の中間デインターリーバが、前記光デインターリーバの前記分散領域と前記第４のデマルチプレクサとの間に光学的に結合されている、第４のデマルチプレクサと、を更に備える、請求項１４に記載のフォトニック集積回路。
【請求項16】
前記光デインターリーバ、前記第１の中間デインターリーバ、前記第２の中間デインターリーバ、前記第１のデマルチプレクサ、前記第２のデマルチプレクサ、前記第３のデマルチプレクサ、及び前記第４のデマルチプレクサが、基板材料の中又は上に含まれるモノリシック構造を形成する、請求項１５に記載のフォトニック集積回路。
【請求項17】
前記第１のマルチチャネル光信号から逆多重化された第１のチャネルを受信し、前記第１のチャネルの外側の光を実質的に減衰させるように第１のデマルチプレクサに光学的に結合されたフィルタを更に備え、前記第１のデマルチプレクサが、第１の前記フィルタと前記光デインターリーバの前記分散領域との間に光学的に結合されている、請求項１１に記載のフォトニック集積回路。
【請求項18】
前記光デインターリーバの前記分散領域内の前記第１の材料及び前記第２の材料の不均質な配置が、逆設計プロセスで得ることができる設計に実質的に比例する、請求項１に記載のフォトニック集積回路。
【請求項19】
命令を提供する少なくとも１つの非一時的な機械アクセス可能記憶媒体であって、前記命令は、機械によって実行されるときに、前記機械に、フォトニック集積回路のための設計を概略的に再現するための動作を実行させ、前記フォトニック集積回路は、光デインターリーバを含み、前記光デインターリーバは、
各々が別個の波長によって特徴付けられる複数のチャネルを含む光信号を受信するように適合された入力領域と、
前記光信号を受信するように前記入力領域に光学的に結合された分散領域であって、前記分散領域は、前記光信号を第１のマルチチャネル光信号と第２のマルチチャネル光信号とを含む複数のマルチチャネル光信号に分離するように前記分散領域を構造化するために、第１の材料及び第２の材料の不均質な配置を含む、分散領域と、
前記分散領域に光学的に結合されており、前記入力領域から物理的に分離された、第１の出力領域と第２の出力領域とを含む少なくとも２つの出力領域であって、前記第１の出力領域は、前記第１のマルチチャネル光信号を受信するように位置決めされており、前記第２の出力領域は、第２のマルチチャネル光信号を受信するように位置決めされている、少なくとも２つの出力領域と、
を含む、少なくとも１つの非一時的な機械アクセス可能記憶媒体。
【請求項20】
前記複数のチャネルは、前記複数のチャネルが前記別個の波長によって順次的に配置されたときに、奇数チャネル及び偶数チャネルを含み、前記光デインターリーバの前記分散領域が、前記奇数チャネル及び前記偶数チャネルを、前記少なくとも２つの出力領域のうちのそれぞれの出力領域に別々に誘導する、請求項１９に記載の少なくとも１つの非一時的な機械アクセス可能記憶媒体。
【請求項21】
前記フォトニック集積回路の前記設計が、前記第１のマルチチャネル光信号を逆多重化するように、前記光デインターリーバの前記第１の出力領域に光学的に結合された第１のデマルチプレクサと、
前記第２のマルチチャネル光信号を逆多重化するように、前記光デインターリーバの前記第２の出力領域に光学的に結合された第２のデマルチプレクサと、
前記光デインターリーバの前記分散領域と前記第１のデマルチプレクサとの間に光学的に結合された第１の中間デインターリーバであって、前記第１の中間デインターリーバが、前記光デインターリーバの前記分散領域から受信した前記第１のマルチチャネル光信号を、２つ以上の低減されたマルチチャネル光信号に分離するように構造化されており、前記２つ以上の低減されたマルチチャネル光信号の各々が、前記複数のチャネルに含まれる少なくとも２つのチャネルを含む、第１の中間デインターリーバと、を更に含む、請求項１９に記載の少なくとも１つの非一時的な機械アクセス可能記憶媒体。
【請求項22】
前記フォトニック集積回路の前記設計に含まれる前記光デインターリーバが、前記分散領域の固定された面積を横方向に取り囲む前記第２の材料で形成された前記光デインターリーバの外周領域と、
前記入力領域から前記分散領域を通って前記第１の出力領域まで延在する前記第１の材料で形成された第１の連続経路と、
前記入力領域から前記分散領域を通って前記第２の出力領域まで延在する前記第１の材料で形成された第２の連続経路であって、前記第１の連続経路及び前記第２の連続経路が、前記入力領域内で重なる、第２の連続経路と、を更に含む、請求項１９に記載の少なくとも１つの非一時的な機械アクセス可能記憶媒体。
【請求項23】
前記フォトニック集積回路の前記設計に含まれる前記光デインターリーバの分散領域内の前記第１の材料及び前記第２の材料の前記不均質な配置が、各々が前記第１の材料で形成されており、前記第２の材料によって取り囲まれた複数の第１のアイランド、
各々が前記第２の材料で形成されており、前記第１の材料によって取り囲まれた複数の第２のアイランド、
各々が前記第２の材料で形成されており、前記外周領域から前記分散領域の中へ延在する複数の突出部、又は
第１の方向に沿って交互に変化する幅を有する少なくとも１つの樹状突起構造、
のうちの少なくとも１つを更に含む、請求項１９に記載の少なくとも１つの非一時的な機械アクセス可能記憶媒体。
【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、２０２１年９月２９日に出願された米国特許出願第１７／４８９，６４０号に対する優先権を主張するものであり、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
本出願は、２０２１年９月２９日に出願された米国特許出願第１７／４８９，６４０号に対する優先権を主張するものであり、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【0002】
本開示は、概して、フォトニックデバイスに関するものであり、特に、排他的ではないが、フォトニック集積回路に関するものである。
【背景技術】
【0003】
光ファイバ通信は、通常、情報を搬送するように変調された光を介して、ある場所から別の場所に情報を送信するために用いられる。例えば、多くの電気通信会社は、電話信号、インターネット通信、及びケーブルテレビ信号を送信するために光ファイバを使用する。しかし、光ファイバ通信のために光ファイバを展開するコストは法外なものになることがある。したがって、単一の光ファイバ内で利用可能な帯域幅をより効率的に使用するための技術が開発されている。波長分割多重化は、異なる波長を使用して複数の光搬送波信号を単一の光ファイバ上にバンドルする１つのそのような技術である。
【0004】
波長分割多重化及びその変形例えば、高密度波長分割多重化、粗波長分割多重化など）は、複数の光キャリア信号を単一の光ファイバに束ねることによって、光ファイバの帯域幅を利用する。複数の搬送波信号が一緒に束ねられると、それらは、単一の光ファイバを通じてある場所から別の場所に送信され、そこで、束ねられた光搬送波信号が個々に読み出され得るように逆多重化され得る。
【図面の簡単な説明】
【0005】
本発明の非限定的かつ非網羅的な実施形態は、以下の図を参照して説明され、同様の参照番号は、別段の指定がない限り、様々な図全体を通して同様の部分を指す。適切な場合に図面を混乱させないように、要素の全てのインスタンスが必ずしもラベル付けされているわけではない。図面は、必ずしも縮尺通りではなく、代わりに、説明される原理を例示することに重点が置かれている。
【図1A】本開示の一実施形態による、光信号を介した２つの光通信デバイス間の光通信のためのシステムを例示する機能ブロック図である。
【図2A】本開示の一実施形態による、光デインターリーバを含む例示的なフォトニック集積回路を例示する。
【図2B】本開示の一実施形態による、２つの出力領域を有する例示的な光デインターリーバを例示する。
【図2C】本開示の一実施形態による、３つの出力領域を有する例示的な光デインターリーバを例示する。
【図2D】本開示の一実施形態による、中間デインターリーバを含む例示的なフォトニック集積回路を例示する。
【図2E】本開示の一実施形態による、光デインターリーバと、デマルチプレクサと、フィルタと、を含む、例示的なフォトニック集積回路を例示する。
【図3A】本開示の一実施形態による、光デインターリーバに含まれる分散領域の例示的な図を例示する。
【図3B】本開示の一実施形態による、光デインターリーバに含まれる分散領域の例示的な図を例示する。
【図3C】本開示の一実施形態による、光デインターリーバに含まれる分散領域の例示的な図を例示する。
【図3D】本開示の一実施形態による、光デインターリーバに含まれる分散領域の例示的な図を例示する。
【図4A】本開示の一実施形態による、光デインターリーバを含むフォトニック集積回路の概略的な一実施例を例示する。
【図5】本開示の実施形態による、フォトニック集積回路の設計を生成するためのシステムを例示する機能ブロック図である。
【図6】本開示の一実施形態による、フォトニック集積回路の設計を生成するための例示的な方法を示す。
【発明を実施するための形態】
【0006】
光デインターリーバを含むフォトニック集積回路の実施形態、並びにフォトニック集積回路の設計を生成する方法が本明細書で説明される。以下の説明では、実施形態の完全な理解を提供するために、多数の特定の詳細が記載される。しかしながら、当業者は、本明細書で説明される技術が、特定の詳細のうちの１つ以上を伴わずに、又は他の方法、構成要素、材料などを用いて実施され得ることを認識するであろう。他の場合では、ある特定の態様を不明瞭にすることを回避するために、既知の構造、材料、又は動作については、詳細に図示又は説明しない。
【0007】
本明細書全体を通して「１つの実施形態」又は「一実施形態」というのは、実施形態に関連して記載された特定の特徴、構造、又は特性が本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書全体にわたる様々な箇所における「１つの実施形態では」又は「一実施形態では」という句の出現は、必ずしも全てが同じ実施形態を指しているわけではない。更に、特定の特徴、構造、又は特性は、１つ以上の実施形態では任意の好適な方法で組み合わされ得る。
【0008】
フォトニックデバイスの機能が向上し、デバイスの特徴サイズをより小さくできるように製造公差が改善されるにつれて、サイズ及びコストも低減しながらデバイスの機能、性能、及び堅牢性を高めるために、最適化されたデバイス設計を介してこれらの改善を最大限に活用することがますます重要になっている。光通信に使用されるような従来のフォトニックデバイスは、因習的に、所定の設計又はビルディングブロックからの少数の設計パラメータが特定の用途に適合するように調整又は配置される単純な推測及びチェック方法又は手動でガイドされるグリッドサーチを使用して設計されている。しかしながら、実際には、これらのデバイスは、デバイスのサイズ及び機能に応じて、数百から数十億以上の範囲の設計パラメータを有し得る。
【0009】
本明細書では、従来のフォトニック設計に対して増加した設計パラメータの考慮を可能にするために、第一原理シミュレーションを利用する逆設計プロセスによって得られる設計を有し得る、フォトニック集積回路（例えば、１つ以上の光デインターリーバ、デマルチプレクサ、フィルタ、又はそれらの組み合わせ）の実施形態が説明される。より具体的には、本明細書で説明される技術は、フォトニック集積回路の動作を管理することが予想される基礎をなす物理学に基づいて設計を生成するために、第一原理シミュレーションと組み合わせて勾配ベースの最適化を利用し得る。しかしながら、他の実施形態では、勾配ベースの技術を用いないフォトニック集積回路の設計最適化も使用され得ることが理解される。有利に、本明細書で説明される実施形態及び技術は、フォトニック回路を設計するための従来の技術に限定されない。むしろ、本明細書で説明される第一原理ベースの方法論は、性能、サイズ、堅牢性、又はそれらの組み合わせにおいて現在の最先端の設計を凌駕する設計をもたらし得る。更に、従来の技術に起因する少数の設計パラメータに限定されるのではなく、本明細書で説明される実施形態及び技術は、ほぼ無制限の数の設計パラメータのスケーラブルな最適化を提供し得る。
【0010】
更なる設計最適化を容易にし、かつ逆設計されたフォトニック集積回路の性能を向上させるために、本開示の実施形態は、１つ以上の光デインターリーバを組み込んだフォトニック集積回路を説明する。本明細書で定義される光デインターリーバは、複数のチャネルを含む入力信号（例えば、チャネルの総数が少なくとも４つである広帯域光信号）を受信することに応答して互いに空間的に分離された複数のマルチチャネル光信号を出力する、（例えば、別個のデバイスとしての、又はモノリシックフォトニック集積回路の構成要素としての）フォトニックデバイスに対応する。複数のマルチチャネル光信号の各々は、光デインターリーバの分散領域内で入力信号から分離された少なくとも２つのチャネルを含む。いくつかの実施形態では、光デインターリーバの分散領域は、入力信号に含まれる個々のチャネルを互いに空間的に分離された特定の出力領域に空間的に誘導して又は別様にマッピングして複数のマルチチャネル光信号を形成するように構造化された共振器又は光キャビティであり得る。
【0011】
本明細書の実施形態に記載される光デインターリーバは、デマルチプレクサとは異なることが理解される。当業者は、デマルチプレクサが入力光信号から個々に分離したチャネルを出力し、一方で、光デインターリーバがマルチチャネル光信号を出力することを認識するであろう。いくつかの実施形態では、光デインターリーバが１つ以上のデマルチプレクサに結合されたモノリシックフォトニック集積回路が説明される。有利に、最初に、光デインターリーバで入力光信号を複数のマルチチャネル光信号に分離し、次いで、１つ以上のデマルチプレクサを使用して、マルチチャネル光信号を個々のチャネルに分離することによって、マルチステージ逆多重化プロセスが可能になり得る。マルチステージ逆多重化プロセスは、個々のチャネルがフォトニック集積回路を通って伝搬するときの光信号に含まれる個々のチャネル間の波長分離距離の増加に起因する、所与のフォトニック集積回路の性能特性の向上及び分散領域設計の簡素化を促進し得る。
【0012】
図１Ａは、本開示の一実施形態による、光信号１１０を介した２つの光通信デバイス１０１－Ａと１０１－Ｂとの間の（例えば、波長分割多重化又は他の技術を介した）光通信のためのシステム１００を例示する機能ブロック図である。光通信デバイス１０１－Ａは、コントローラ１０５と、１つ以上の光源１１１（例えば、発光ダイオード、レーザ、など）と、１つ以上のセンサ１１３（例えば、フォトダイオード、フォトトランジスタ、フォトレジスタ、など）と、１つ以上のインターフェースデバイス１１５（例えば、光ファイバカプラ、導光路、導波路、他の光学部品、など）と、１つ以上の光デインターリーバ１１７と、１つ以上の光デマルチプレクサ１１９と、互いに結合された１つ以上の光マルチプレクサ１２１と、を含む。コントローラ１０５は、１つ以上のプロセッサ１０７（例えば、１つ以上の中央処理ユニット、特定用途向け集積回路、フィールドプログラマブルゲートアレイ、テンソル処理ユニット、グラフィック処理ユニット、又はそれらの組み合わせ）と、メモリ１０９（例えば、ダイナミックＲＡＭ若しくはスタティックＲＡＭなどの揮発性メモリ、フラッシュメモリなどの不揮発性メモリ、他のタイプのメモリ、又はそれらの組み合わせ）と、を含む。いくつかの実施形態では、光通信デバイス１０１－Ａはまた、１つ以上のインターフェースデバイス１１５、１つ以上の光デインターリーバ１１７、１つ以上の光デマルチプレクサ１１９、又はそれらの組み合わせから形成され得る１つ以上のフォトニック集積回路（例えば、図２Ａ～図２Ｅ、図３Ａ～図３Ｄ、又は図４Ａ～図４Ｃを参照されたい）も含み得る。
【0013】
コントローラ１０５は、光通信デバイス１０１－Ａの動作を編成するように構成されている。より具体的には、コントローラ１０５は、コントローラ１０５によって実行されるときに、（例えば、１つ以上のプロセッサ１０７に結合されたメモリ１０９に記憶されたソフトウェア命令、１つ以上のプロセッサ１０７に含まれるメモリに記憶されたファームウェア命令、及び／又はハードウェア特定用途向け集積回路、フィールドプログラマブルゲートアレイ、などに対応する命令のような）コントローラ１０５、光通信デバイス１０１－Ａ、及び／又はシステム１００に動作を実行させる命令を含む。いくつかの実施形態では、動作は、１つ以上の光源１１１を介して光を変調して、変調された光の別個の波長又はモードに対応する個々のチャネルの情報を符号化することと、１つ以上のマルチプレクサ１２１を介して個々のチャネルを多重化して光信号１１０を形成することと、１つ以上のインターフェースデバイス１１５を介して光信号１１０を送信することと、を含む。同じ又は他の実施形態では、動作は、１つ以上のインターフェースデバイス１１５を介して光信号１１０を受信することと、１つ以上の光デインターリーバ１１７、１つ以上のデマルチプレクサ１１９、他の光学構成要素、又はそれらの組み合わせを含む１つ以上のフォトニック集積回路によって光信号１１０を逆多重化することと、１つ以上のセンサ１１３を介して光信号１１０から逆多重化された個々のチャネルを検出することによって光信号１１０を復号して情報を抽出することと、含む。
【0014】
いくつかの実施形態では、光通信デバイス１０１－Ａ及び１０１－Ｂは、別個の分離したデバイスであり得る（例えば、光トランシーバ又は送信機は、１つ以上の光ファイバを介して、分離した光トランシーバ又は受信機に通信可能に結合される）。しかしながら、他の実施形態では、光通信デバイス１０１－Ａ及び１０１－Ｂは、単一の構成要素又はデバイス（例えば、スマートフォン、タブレット、コンピュータ、サーバ、光通信デバイス、など）の一部であり得る。例えば、光通信デバイス１０１－Ａ及び１０１－Ｂはどちらも、モノリシック集積回路内に埋め込まれ、かつ光通信デバイス１０１－Ａと１０１－Ｂとの間で光信号１１０を搬送するように適合された導波路（例えば、シリコン導波路）を介して互いに結合された、モノリシック集積回路上の構成要素であり得る。
【0015】
光通信デバイス１０１－Ｂは、明確にするために省略された光通信デバイス１０１－Ａと同じ又は同様の構成要素を含み得ることが理解される。追加的に、光通信デバイス１０１－Ａを参照して説明される任意の機能は、光通信デバイス１０１－Ｂにも同様に適用可能であることが理解される。光通信デバイス１０１－Ａは、光受信機、送信機、若しくはトランシーバとして構成され得ること、及びいくつかの実施形態では、図１Ａに例示される特定の構成要素は、（例えば、目標とする機能に応じて）光通信デバイス１０１－Ａから省略され得ることが更に理解される。例えば、１つの実施形態では、光通信デバイス１０１－Ａは、光受信機として構成され、また、１つ以上の光源１１１及びマルチプレクサ１２１を省略し得る。追加的に、いくつかの実施形態では、本開示の特定の態様を不明瞭にすることを回避するために、光通信デバイス１０１－Ａの特定の要素が省略され得ることに留意されたい。例えば、光通信デバイス１０１－Ａは、光信号１１０を送信、受信、符号化、又は複合するのを容易にするために、増幅回路、レンズ、又は他の構成要素を含み得る。
【0016】
図１Ｂは、本開示の一実施形態による、波長によって配置された光信号１１０の複数のチャネル１０８に含まれる個々のチャネル（例えば、第１のチャネル１０８－１、第２のチャネル１０８－２、第３のチャネル１０８－３、及び第４のチャネル１０８－４）を有する、図１Ａに例示される光信号１１０を例示する。より具体的には、図１Ｂは、光信号１１０の送信（Ｔ）に関して波長（λ）毎に昇順に配置された複数のチャネル１０８を例示する。例えば、例示される実施形態では、第２のチャネル１０８－２は、第１のチャネル１０８－１の波長よりも大きい波長を有し、第３のチャネル１０８－３は、第２のチャネル１０８－２の波長よりも大きい波長を有する。大部分の実施形態では、複数のチャネル１０８に含まれる各チャネルは、互いに異なる別個の波長（例えば、それぞれのチャネルの中心波長）によって特徴付けられる。言い換えれば、第１のチャネル１０８－１が第１の中心波長によって特徴付けられる、第２のチャネル１０８－２が第２の中心波長によって特徴付けられる、第３のチャネル１０８－３が第３の中心波長によって特徴付けられる、などである。いくつかの実施形態では、複数のチャネル１０８を特徴付ける別個の波長は、所定の増分１１２（例えば、５ｎｍ、１０ｎｍ、２０ｎｍ、５０ｎｍ、又は任意の他の好適な増分）だけ周期的に離間される。１つの実施形態では、複数のチャネル１０８を特徴付ける別個の波長としては、１２７０ｎｍ、１２８０ｎｍ、１２９０ｎｍ、及び１３００ｎｍが挙げられる。同じ又は他の実施形態では、複数のチャネル１０８を特徴付ける別個の波長としては、１２７１ｎｍ、１２９１ｎｍ、１３１１ｎｍ、１３３１ｎｍ、１５１１ｎｍ、１５３１ｎｍ、１５５１ｎｍ、１５７１ｎｍ、などが挙げられる。光信号１１０の複数のチャネル１０８には４つのチャネルだけが例示されているが、他の実施形態では、４つよりも多い又は少ないチャネルが複数のチャネル１０８に含まれ得ることが理解される。
【0017】
図１Ｃは、本開示の一実施形態による、別個の波長によって特徴付けられる、図１Ｂの光信号１１０に含まれる例示的なチャネル（例えば、第１のチャネル１０８－１、第２のチャネル１０８－２、第３のチャネル１０８－３、第４のチャネル１０８－４、など）を例示する。例示されるように、例示的なチャネルは、例示的なチャネルの中心波長（λＮ）に対応する別個の波長によって特徴付けられる。いくつかの実施形態では、中心波長は、通過帯域領域の中間点として定義され（すなわち、ＰＢ１とＰＢ２との間にある領域として定義され）、チャネル帯域幅１１６は、通過帯域領域１１８の幅として定義され得る。通過帯域領域１１８は、フォトニック集積回路に含まれる１つ以上の構成要素（例えば、光デインターリーバ、デマルチプレクサ、など）の近似電力若しくは送信、又はフォトニック集積回路の集合的な送信を表し得る。いくつかの実施形態では、通過帯域領域１１８は、通過帯域領域１１８内の変動に対応する、図１Ｃに例示されるようなリップル１１４を含み得ることが理解される。１つ以上の実施形態では、通過帯域領域１１８の中のリップル１１４は、±２ｄＢ以下、±１ｄＢ以下、±０．５ｄＢ以下、などであり得る。いくつかの実施形態では、チャネル帯域幅１１６は、通過帯域領域１１８によって定義され得る。他の実施形態では、チャネル帯域幅１１６は、閾値（例えば、ｄＢｔｈ）を超える測定電力を有する波長範囲として定義され得る。
【0018】
図２Ａは、本開示の一実施形態による、光デインターリーバ２１７－Ａを含む例示的なフォトニック集積回路２５０を例示する。フォトニック集積回路２５０は、マルチステージ逆多重化プロセスを実施し、また、光デインターリーバ２１７－Ａと、第１のデマルチプレクサ２１９－Ａと、第２のデマルチプレクサ２１９－Ｂと、を含む。より具体的には、フォトニック集積回路２５０は、図１Ａに例示される光通信デバイス１０１－Ａに含まれるフォトニック集積回路の１つの可能な実装形態であり得る。図２Ａを再度参照すると、光デインターリーバ２１７－Ａは、入力領域２０２（例えば、導波路）と、分散領域２３０－Ａと、少なくとも２つの出力領域２０４－Ａ及び２０４－Ｂ（例えば、空間的に分離された導波路）と、を含む。同様に、第１のデマルチプレクサ２１９－Ａ及び第２のデマルチプレクサ２１９－Ｂは、入力領域（すなわち、２５２－Ａ及び２５２－Ｂ）と、分散領域（すなわち、２８０－Ａ及び２８０－Ｂ）と、出力領域（すなわち、２５４－Ａ１、２５４－Ａ２、２５４－Ｂ１、及び２５４－Ｂ２）と、を含む。
【0019】
例示されるように、光デインターリーバ２１７－Ａの入力領域２０２は、別個の波長によって特徴付けられる複数のチャネル１０８を含む光信号１１０を受信するように適合されている。分散領域２３０－Ａは、光信号１１０を受信するように、入力領域２０２に光学的に結合されている。分散領域２３０－Ａは、光信号１１０を複数のマルチチャネル光信号（例えば、第１のマルチチャネル光信号２６０－Ａ及び第２のマルチチャネル光信号２６０－Ｂ）に分離するように分散領域２３０－Ａを構造化するために、第１の材料及び第２の材料の不均質な配置を含む（例えば、第１の材料が第２の材料とは異なる図４Ａ～図４Ｃを参照されたい）。少なくとも２つの出力領域（例えば、第１の出力領域２０４－Ａ及び第２の出力領域２０４－Ｂ）は、分散領域２３０－Ａに光学的に結合され、かつ入力領域２０２から物理的に分離されている。第１の出力領域２０４－Ａは、第１のマルチチャネル光信号２６０－Ａを受信するように位置決めされており、第２の出力領域２０４－Ｂは、第２のマルチチャネル光信号２６０－Ｂを受信するように位置決めされている。追加的に、分散領域２３０－Ａの第１の材料及び第２の材料の不均質な配置は、逆設計プロセス（例えば、図６を参照されたい）によって得られる設計に実質的に比例することに更に留意されたい。
【0020】
例示される実施形態では、第１のデマルチプレクサ２１９－Ａは、第１のマルチチャネル光信号２６０－Ａを個々のチャネルに逆多重化するために、第１の出力領域２０４－Ａに光学的に結合されている（例えば、第１のマルチチャネル光信号２６０－Ａに含まれる第１のチャネル１０８－１は、逆多重化されて出力ポート２５４－Ａ２の方へ誘導され、第１のマルチチャネル光信号２６０－Ａに含まれる第３のチャネル１０８－３は、逆多重化されて出力ポート２５４－Ａ１の方へ誘導される）。第２のデマルチプレクサ２１９－Ｂは、第２のマルチチャネル光信号２６０－Ｂを個々のチャネルに逆多重化するために、光デインターリーバ２１７－Ａの第２の出力領域２０４－Ｂに光学的に結合されている（例えば、第２のマルチチャネル光信号２６０－Ｂに含まれる第２のチャネル１０８－２は、逆多重化されて出力ポート２５４－Ｂ２の方へ誘導され、第２のマルチチャネル光信号２６０－Ｂに含まれる第４のチャネル１０８－４は、逆多重化されて出力ポート２５４－Ｂ１の方へ誘導される）。光デインターリーバ２１７－Ａと同様に、第１のデマルチプレクサ２１９－Ａ及び第２のデマルチプレクサ２１９－Ｂの各々は、第１のマルチチャネル光信号２６０－Ａ又は第２のマルチチャネル光信号２６０－Ｂを光信号１１０の複数のチャネル１０８に含まれる個々のチャネルに分離するようにそれぞれの分散領域２８０－Ａ及び２８０－Ｂを構造化するために、第１の材料及び第２の材料の対応する不均質な配置を含む（例えば、図４Ａを参照されたい）、それぞれの分散領域（例えば、２８０－Ａ及び２８０－Ｂ）を含む。追加的に、分散領域２８０－Ａ及び２８０－Ｂの第１の材料及び第２の材料の対応する不均質な配置は、逆設計プロセス（例えば、図６を参照されたい）によって得られる設計に実質的に比例することに更に留意されたい。
【0021】
例示されるように、分散領域２３０－Ａは、入力領域２０２で受信した特定の光モードを有する個々のチャネルを少なくとも２つの出力領域２０４のうちの対応する１つに結合する光キャビティ又は共振器として構造化される。分散領域２３０－Ａは、第１のチャネル及び第３のチャネルに関連付けられた光の大部分を、入力領域２０２から第１の出力領域２０４－Ａへと誘導させる。同時に、分散領域２３０－Ａはまた、第２のチャネル及び第４のチャネルに関連付けられた光の大部分も、入力領域２０２から第２の出力領域２０４－Ｂへと誘導させる。そのような実施形態では、少なくとも２つの出力領域２０４のうちの対応する１つにおいて受信した誘導された光は、閾値送信（Ｔｔｈ）を超えている。しかしながら、閾値送信（Ｔｔｈ）よりも低い対応する送信によって意図しない出力領域に伝搬する（例えば、第２及び第４のチャネルに関連付けられた光の一部分が、意図せずに第１の出力領域２０４－Ａに伝搬する）残留光（例えば、ノイズ）が存在し得ることが理解される。いくつかの実施形態では、閾値送信は、５０％、４０％、３０％、２０％、１０％、５％、又は１％であり得る。
【0022】
同様に、デマルチプレクサ２１９－Ａ及び２１９－Ｂはそれぞれ、分散領域２８０－Ａ及び２８０－Ｂを含み、これらの分散領域は、入力領域２５２－Ａ及び２５２－Ｂで受信した特定のモードを有する個々のチャネルを出力領域（すなわち、２５４－Ａ１、２５４－Ａ２、２５４－Ｂ１、及び２５４－Ｂ２）のうちの対応する１つに結合する光キャビティ又は共振器として機能するように構造化されている。例示されるように、分散領域２８０－Ａは、第３のチャネルの別個の波長に関連付けられた光の大部分を、入力領域２５２－Ａから出力領域２５４－Ａ１へと誘導させる。同時に、分散領域２８０－Ａはまた、第１のチャネルの別個の波長に関連付けられた光の大部分も、入力領域２５２－Ａから出力領域２５４－Ａ２へと誘導させる。分散領域２８０－Ｂは、第４のチャネルの別個の波長に関連付けられた光の大部分を、入力領域２５２－Ｂから出力領域２５４－Ｂ１へと誘導させる。同時に、分散領域２８０－Ｂはまた、第２のチャネルの別個の波長に関連付けられた光の大部分も、入力領域２５２－Ｂから出力領域２５４－Ｂ２へと誘導させる。上述したように、出力領域２５４のうちの対応する１つにおいて受信した誘導された光は、閾値送信（Ｔｔｈ）のを超えている。しかしながら、閾値送信（Ｔｔｈ）よりも低い対応する送信によって意図しない出力領域に伝搬する（例えば、第１、第２、及び第４のチャネルに関連付けられた光の一部分が、意図せずに出力領域に２５４－Ａ１に伝搬する）残留光（例えば、ノイズ）が存在し得ることが理解される。
【0023】
したがって、光デインターリーバ（例えば、光デインターリーバ２１７－Ａ又は本明細書で論じられる任意の他の光デインターリーバ）及びデマルチプレクサ（例えば、２８０－Ａ、２８０－Ｂ、又は本明細書で論じられる任意の他のデマルチプレクサ）の文脈における「分離する」という用語は、光信号１１０に含まれる所与のチャネルの別個の波長に関連付けられた光の大部分（例えば、少なくとも５０％）が、対応する出力領域（例えば、出力領域２０４及び２５４）に誘導されることを示すことが理解される。送信は、特定の構成要素の相対的な用語である（例えば、出力領域２０４における送信は、対応する入力領域における光電力に対する、予測される出力領域における所与のチャネルの光電力に基づく）ことが更に理解される。例えば、第２の出力領域２０４－Ｂにおける第２のチャネル１０８－２の送信は、入力領域２０２における第２のチャネル１０８－２の光電力に対する、出力領域２０４－Ｂにおける第２のチャネル１０８－２の光電力に基づく。
【0024】
図２Ａの例示される実施形態において、マルチステージ逆多重化プロセスは、分散領域２３０－Ａに光学的に結合された入力領域２０２を介して、光信号１１０を光デインターリーバ２１７－Ａに提供することを含む。マルチステージ逆多重化プロセスは、（例えば、中心波長又は別個の波長を増減させることによって複数のチャネル１０８が配置されたときの波長に基づいて）分散領域２３０－Ａを介して、光信号１１０に含まれる隣接するチャネル対を分離することと、分離したチャネルを光デインターリーバ２１７－Ａの物理的に分離した出力領域（例えば、２０４－Ａ及び２０４－Ｂ）に誘導させて、第１のマルチチャネル光信号２６０－Ａ及び第２のマルチチャネル光信号２６０－Ｂを形成することと、を更に含む。マルチステージ逆多重化プロセスは、（例えば、光デインターリーバ２１７－Ａの第１の出力領域２０４－Ａを第１のデマルチプレクサ２１９－Ａの入力領域２５２－Ａに結合する導波路を介して）第１のマルチチャネル光信号２６０－Ａを第１のデマルチプレクサ２１９－Ａに提供することと、（例えば、光デインターリーバ２１７－Ａの第２の出力領域２０４－Ｂを第２のデマルチプレクサ２１９－Ｂの入力領域に結合する導波路を介して）第２のマルチチャネル光信号２６０－Ｂを第２のデマルチプレクサ２１９－Ｂに提供することと、を追加的に含む。マルチステージ逆多重化プロセスは、個々のチャネル（例えば、λ１、λ２、λ３、又はλ４）が（例えば、複数のデマルチプレクサ２１９の出力領域２５４に結合された１つ以上の光センサを介して）個々に読み出され得るように、第１のデマルチプレクサ２５２－Ａの分散領域２８０－Ａ及び第２のデマルチプレクサ２５２－Ａの分散領域２８０－Ｂを介して、第１のマルチチャネル光信号２６０－Ａ及び第２のマルチチャネル光信号２６０－Ｂをそれぞれ個々のチャネルに逆多重化することを含む。
【0025】
いくつかの実施形態では、フォトニック集積回路２５０は、光信号１１０及び光デインターリーバ２１７－Ａの機能（例えば、光デインターリーバ２１７－Ａの出力領域２０４の数）に応じて、追加の又はより少ない構成要素（例えば、図２Ｄに例示されるような中間デインターリーバ、追加のデマルチプレクサ、など）を含み得ることが理解される。更にまた、マルチステージ逆多重化プロセスは、（例えば、図２Ａに例示されるような）１つのデインターリーブステージ又は（例えば、図２Ｄに例示されるような）２つのデインターリーブステージに限定されないことが理解される。むしろ、フォトニック集積回路２５０の目標機能に応じて、追加のデインターリーブステージ（例えば、二次中間デインターリーバ、三次中間デインターリーバ、など）が含まれ得る。
【0026】
図２Ｂは、本開示の一実施形態による、２つの出力領域（すなわち、２０４－Ａ及び２０４－Ｂ）を有する例示的な光デインターリーバ２１７－Ｂを例示する。光デインターリーバ２１７－Ｂは、図２Ａに例示される光デインターリーバ２１７－Ａの代替的な実施形態であり、また、図１Ａに例示される光通信デバイス１０１－Ａに含まれ得る。図２Ｂを再度参照すると、光デインターリーバ２１７－Ｂは、光信号１１０が「ｎ」個（すなわち、４以上の任意の自然数）のチャネルを含む、一般化された実施形態を表す。「ｎ」個のチャネルは、別個の波長又は中心波長によって順次的に配置されたときに、奇数チャネル及び偶数チャネルを含む（例えば、第１のチャネル１０８－１が奇数チャネルであり、第２のチャネル１０８－２が偶数チャネルである）。次いで、分散領域２３０－Ｂが、奇数チャネル及び偶数チャネルを少なくとも２つの出力領域２０４のうちのそれぞれの出力領域に誘導させるように構造化される。例えば、例示される実施形態では、奇数チャネルが第１の出力領域２０４－Ａに誘導され、偶数チャネルが第２の出力領域２０４－Ｂに誘導されて、それぞれ、第１のマルチチャネル光信号２６０－Ａ及び第２のマルチチャネル光信号２６０－Ｂを形成する。したがって、光信号１１０に含まれる隣接するチャネルの別個の波長又は中央波長間の波長間隔は、マルチチャネル光信号２６０に含まれる隣接するチャネルの別個の波長又は中央波長間の波長間隔の半分である。隣接するチャネル間の波長間隔を増加させることによって、フォトニック集積回路内のその後の構成要素の設計がより容易になり得ることが理解される（例えば、光信号１１０の波長間隔に対するマルチチャネル光信号２６０－Ａ及び２６０－Ｂの波長間隔の増加に起因して、デマルチプレクサ２５２－Ａ及び２５２－Ｂの設計がより容易になり得る）。
【0027】
図２Ｃは、本開示の一実施形態による、３つの出力領域（すなわち、２０４－Ａ、２０４－Ｂ、及び２０４－Ｃ）を有する例示的な光デインターリーバ２１７－Ｃを例示する。光デインターリーバ２１７－Ｃは、図２Ａに例示される光デインターリーバ２１７－Ａの代替的な実施形態であり、追加のデマルチプレクサに更に結合され得、また、図１Ａに例示される光通信デバイス１０１－Ａのフォトニック集積回路に含まれ得る。図２Ｃを再度参照すると、光デインターリーバ２１７－Ｃは、光信号１１０が「ｎ」個（すなわち、６以上の任意の自然数）のチャネルを含む、一般化された実施形態を表す。次いで、分散領域２３０－Ｃが、光信号１１０に含まれる複数のチャネルを出力領域（すなわち、２０４－Ａ、２０４－Ｂ、又は２０４－Ｃ）のうちの１つにデインターリーブするように構造化される。より具体的には、３つの隣接するチャネルの群毎に含まれる個々のチャネル（例えば、第１のチャネル、第２のチャネル、及び第３のチャネルを含む第１の群、第４のチャネル、第５のチャネル、及び第６のチャネルを含む第２の群、など）が、出力領域２０４－Ａ、２０４－Ｃ、又は２０４－Ｄのうちの対応する１つに誘導されて、マルチチャネル光信号２６０－Ｃ、２６０－Ｄ、及び２６０－Ｅを形成する。同じ又は他の実施形態では、マルチチャネル光信号２６０－Ｃは、３ｍ－２に関連付けられた各チャネルを含み、マルチチャネル光信号２６０－Ｄは、３ｍ－１に関連付けられた各チャネルを含み、マルチチャネル光信号２６０－Ｅは、３ｍに関連付けられた各チャネルを含み、ここで、「ｍ」は、「ｎ」が余りを伴わずに３で割り切れる自然数である場合の、ｎ／３以下のあらゆる自然数を含む。同じ又は他の実施形態では、少なくとも２つの出力領域に含まれる隣接する出力領域間の分離距離２３２（例えば、出力領域２０４－Ａと２０４－Ｂとの間の距離及び２０４－Ｂと２０４－Ｃとの間の距離）は等しい。
【0028】
本明細書に記載される実施形態では、所与の光デインターリーバ（例えば、図２Ａの光デインターリーバ２１７－Ａ、図２Ｂの光デインターリーバ２１７－Ｂ、図２Ｃの光デインターリーバ２１７－Ｃ）によって形成されたマルチチャネル光信号は、同じ数のチャネルを含むことが理解される。例えば、マルチチャネル光信号２６０－Ａに含まれるチャネルの数は、図１Ａに例示される光デインターリーバ２１７－Ａのためのマルチチャネル光信号２６０－Ｂに含まれるチャネルの数に等しい。しかしながら、他の実施形態では、所与の光デインターリーバのそれぞれの出力ポートに関連付けられたチャネルの数は、必ずしも等しいわけではない。例えば、いくつかの実施形態では、マルチチャネル光信号２６０－Ｂに含まれるチャネルの数よりも多いチャネルがマルチチャネル光信号２６０－Ａに含まれ得る（例えば、よって、光信号１１０に含まれるチャネルの総数は偶数ではない）。追加的に、少なくとも２つの出力領域（例えば、図２Ａ～図２Ｃに例示される２０４－Ａ、２０４－Ｂ、及び／又は２０４－Ｃ）が、２つを超える出力領域を含み得ること、及び２つの出力領域だけに限定されないことが理解される。むしろ、分散領域（例えば、２３０－Ａ、２３０－Ｂ、又は２３０－Ｃ）は、目標数の光信号１１０のチャネルにマッピングされる目標数の出力領域に基づいて、逆設計プロセス（例えば、図６を参照されたい）によって設計され得る。
【0029】
図２Ｄは、本開示の一実施形態による、中間デインターリーバ２１７－Ｄ及び２１７－Ｅを含む例示的なフォトニック集積回路２９０を例示する。フォトニック集積回路２９０は、図１Ａに例示される光通信デバイス１０１－Ａに含まれ得る。図２Ｄを再度参照すると、フォトニック集積回路２９０は、マルチステージ逆多重化プロセスを実装しており、また、光デインターリーバ２１７－Ｂと、第１の中間デインターリーバ２１７－Ｄと、第２の中間デインターリーバ２１７－Ｅと、デマルチプレクサ２１９（例えば、２１９－Ｃ、２１９－Ｄ、２１９－Ｅ、２１９－Ｆ）と、を含む。第１の中間デインターリーバ２１７－Ｄは、光デインターリーバ２１７－Ｂの分散領域２３０－Ｂと第１のデマルチプレクサ（例えば、２１９－Ｃ）との間に光学的に結合されている。中間デインターリーバ２１７－Ｄは、光デインターリーバ２１７－Ｂの分散領域２３０－Ｂから受信した第１のマルチチャネル光信号２６０－Ａを、２つ以上の低減されたマルチチャネル光信号２７２に分離するように構造化されている（例えば、第１の低減されたマルチチャネル光信号２７２－Ａは、第１のチャネルと、第５のチャネルと、を含み、第２の低減されたマルチチャネル光信号２７２－Ｂは、第３のチャネルと、第７のチャネルと、を含む）。低減されたマルチチャネル光信号２７２のそれぞれ１つに含まれるチャネルの数は、第１のマルチチャネル光信号２６０－Ａ及び第２のマルチチャネル光信号２６０－Ｂに含まれるチャネルの数よりも少ないことが理解される。第２の中間デインターリーバ２１７－Ｅは、光デインターリーバ２１７－Ｂの分散領域２３０－Ｂと第２のデマルチプレクサ（例えば、２１９－Ｅ）との間に光学的に結合されている。第１の中間デインターリーバ２１７－Ｄは、更に、光デインターリーバ２１７－Ｂの分散領域２３０－Ｂと第３のデマルチプレクサ（例えば、２１９－Ｄ）との間に光学的に結合されている。第２の中間デインターリーバ２１７－Ｅは、更に、光デインターリーバ２１７－Ｂの分散領域２３０－Ｂと第４のデマルチプレクサ（例えば、２１９－Ｆ）との間に光学的に結合されている。いくつかの実施形態では、光デインターリーバ２１７－Ｂ、第１の中間デインターリーバ２１７－Ｄ、第２の中間デインターリーバ２１７－Ｅ、第１のデマルチプレクサ２１９－Ｃ、第２のデマルチプレクサ２１９－Ｅ、第３のデマルチプレクサ２１９－Ｄ、及び第４のデマルチプレクサ２１９－Ｆは、基板材料の中又は上に含まれるモノリシック構造（例えば、シリコンオンインシュレータ）を形成する。
【0030】
例示されるように、マルチステージ逆多重化プロセスは、分散領域２３０－Ｂに光学的に結合された入力領域を介して、光信号１１０を光デインターリーバ２１７－Ｂに提供することを含む。マルチステージ逆多重化プロセスは、分散領域２３０－Ｂを介して、光信号１１０に含まれる奇数チャネル及び偶数チャネルを分離することと、奇数チャネル及び偶数チャネルを光デインターリーバ２１７－Ｂの物理的に分離した出力領域に誘導させて、第１のマルチチャネル光信号２６０－Ａ及び第２のマルチチャネル光信号２６０－Ｂを形成することと、を更に含む。マルチステージ逆多重化プロセスは、（例えば、光デインターリーバ２１７－Ｂの出力領域のうちの１つを第１の中間デインターリーバ２１７－Ｄの入力領域に結合する導波路を介して）第１のマルチチャネル光信号２６０－Ａを第１の中間デインターリーバ２１７－Ｄに提供することと、（例えば、光デインターリーバ２１７－Ｂの出力領域のうちの１つを第２の中間デインターリーバ２１７－Ｅの入力領域に結合する導波路を介して）第２のマルチチャネル光信号２６０－Ｂを第２の中間デインターリーバ２１７－Ｅに提供することと、を追加的に含む。マルチステージ逆多重化プロセスは、２つ以上の低減されたマルチチャネル光信号のうちの任意の１つに含まれる隣接するチャネル間の波長分離距離が第１のマルチチャネル光信号２１７－Ｄに含まれる隣接するチャネル間の波長分離距離よりも大きくなるように、第１のマルチチャネル光信号２６０－Ａを、第１の中間光デインターリーバ２１７－Ｄの分散領域を介して、２つ以上の低減されたマルチチャネル光信号（例えば、２７２－Ａ及び２７２－Ｂ）に分離することを含む。マルチステージ逆多重化プロセスは、２つ以上の低減されたマルチチャネル光信号のうちの任意の１つに含まれる隣接するチャネル間の波長分離距離が第１のマルチチャネル光信号２１７－Ｄに含まれる隣接するチャネル間の波長分離距離よりも大きくなるように、第２のマルチチャネル光信号２６０－Ｂを、第２の中間光デインターリーバ２１７－Ｅの分散領域を介して、２つ以上の低減されたマルチチャネル光信号（例えば、２７２－Ｃ及び２７２－Ｄ）に分離することを更に含む。マルチステージ逆多重化プロセスは、２つ以上の低減されたマルチチャネル光信号２７２（例えば、２７２－Ａ、２７２－Ｂ、２７２－Ｃ、及び２７２－Ｄ）を複数のデマルチプレクサ２１９（例えば、２１９－Ｃ、２１９－Ｄ、２１９－Ｅ、又は２１９－Ｆ）のうちのそれぞれのデマルチプレクサに提供することを追加的に含む。マルチステージ逆多重化プロセスは、個々のチャネル（例えば、λ１、λ２、λ３、λ４、λ５、λ６、λ７、又はλ８）が（例えば、複数のデマルチプレクサ２１９の出力領域に結合された光センサを介して）読み出され得るように、複数のデマルチプレクサ２１９の対応する１つの分散領域を介して、２つ以上の低減されたマルチチャネル光信号２７２を個々のチャネルに逆多重化することを含む。
【0031】
いくつかの実施形態では、フォトニック集積回路２９０は、光信号１１０及び個々のデインターリーバの機能（例えば、各光デインターリーバ又は中間デインターリーバの出力領域の数）に応じて、追加の又はより少ない構成要素（例えば、追加の中間デインターリーバ、追加のデマルチプレクサ、など）を含み得ることが理解される。更にまた、マルチステージ逆多重化プロセスは、（例えば、図２Ａに例示されるような）１つのデインターリーブステージ又は（例えば、図２Ｄに例示されるような）２つのデインターリーブステージに限定されないことが理解される。むしろ、フォトニック集積回路２９０の目標機能に応じて、追加のデインターリーブステージ（例えば、二次中間デインターリーバ、三次中間デインターリーバ、など）が含まれ得る。
【0032】
図２Ｅは、本開示の一実施形態による、光デインターリーバ２１７－Ｂと、デマルチプレクサ２１９－Ｇ及び２１９－Ｈと、複数のフィルタ２９７と、を含む、例示的なフォトニック集積回路２９５を例示する。フォトニック集積回路２９５は、図１Ａに例示される光通信デバイス１０１－Ａに含まれ得、また、多くの点で、図２Ａに例示されるフォトニック集積回路２５０と同様である。図２Ｅを再度参照すると、フォトニック集積回路２９５が異なる１つの点は、（例えば、光信号１１０が８つの個々のチャネルを含む場合に、中間デインターリーバが省略され得るが、それでも、光信号１１０を逆多重化するように）デマルチプレクサ２１９－Ｇ及び２１９－Ｈの各々が４チャネルデマルチプレクサであることである。別の相違点は、フォトニック集積回路２９５が、複数のフィルタ２９７（例えば、デマルチプレクサ２１９－Ｇの出力領域のうちのそれぞれの出力領域に個々に結合された第１群のフィルタ２９７－Ａ、及びデマルチプレクサ２１９－Ｈの出力領域のうちのそれぞれの出力領域に個々に結合された第２群のフィルタ２９７－Ｂ）を含むことである。１つの実施形態では、複数のフィルタ２９７のうちの１つは、第１のマルチチャネル光信号２６０－Ａから逆多重化された第１のチャネル（λ１）を受信して、第１のチャネルの外側の光を実質的に減衰させる（例えば、光電力又は光強度を少なくとも５０％、６０％、７０％、８０％、９０％、又はそれ以上低減する）ように、デマルチプレクサ２１９－Ｇに結合されている。例示されるように、デマルチプレクサ２１９－Ｇは、第１群のフィルタ２９７－Ａと光デインターリーバ２１７－Ｂの分散領域２３０－Ｂとの間に光学的に結合されている。
【0033】
いくつかの実施形態では、複数のフィルタ２９７の各々は、光信号１１０の複数のチャネルに含まれる選択チャネルの追加の隔離を提供する。同じ又は他の実施形態では、複数のフィルタ２９７は、特定のチャネルに対応する特定の波長範囲外の光を減衰させるアド／ドロップフィルタである。いくつかの実施形態では、複数のフィルタ２９７の各々は、アド／ドロップフィルタの意図した機能を提供するように構造化された、対応する分散領域を有する。他の実施形態では、複数のフィルタ２９７は、光信号１１０に含まれる特定のチャネルと共振するように構造化された、１つ以上の光リング共振器に対応し得る。そのような実施形態では、光リング共振器は、所与のチャネルに関連付けられた光を特定の出力領域に誘導させ、一方で、所与のチャネルの外側の光は、特定の出力領域から空間的に分離された異なる出力領域に誘導させる。いくつかの実施形態では、複数のフィルタ２９７は、本明細書に記載される任意の他のフォトニック集積回路に含まれ得る（例えば、図２Ａ又は図２Ｄのデマルチプレクサ２１９の出力領域は、複数のフィルタ２９７に光学的に結合され得る）。
【0034】
図３Ａ～図３Ｄは、本開示の一実施形態による、光デインターリーバ３１７に含まれる分散領域３３０の例示的な図を例示する。光デインターリーバ３１７は、図１Ａに例示される光デインターリーバ１１７又は図２Ａ～図２Ｅに例示される光デインターリーバ２１７（例えば、２１７－Ａ、２１７－Ｂ、２１７－Ｃ、２１７－Ｄ、又は２１７－Ｅのうちのいずれか）の１つの可能な実装形態である。ここからの議論は、光デインターリーバを対象とするが、本開示の実施形態によれば、同様の構造がデマルチプレクサ、フィルタ、などに利用され得ることが更に理解される。言い換えれば、図３Ａ～図３Ｄに例示される断面は、本開示の全体を通して論じられるデマルチプレクサ及びフィルタの実施形態にも同様に適用可能であり得る。
【0035】
図３Ａは、光デインターリーバ３１７の幅３２１及び長さ３２３によって画定された活性層内の横方向平面に沿った光デインターリーバ３１７の断面図を例示する。例示されるように、光デインターリーバ３１７は、入力領域３０２（例えば、図２Ａに例示される入力領域２０２に相当する）と、複数の出力領域３０４（例えば、図２Ａに例示される少なくとも２つの出力領域２０４に相当する）と、入力領域３０２と複数の出力領域３０４との間に光学的に配設された分散領域３３０と、を含む。入力領域３０２及び複数の出力領域３０４（例えば、３０４－Ａ及び３０４－Ｂ）の各々は、分散領域３３０に光学的に結合され、また、導波路の経路に沿って光を伝搬させることができる導波路（例えば、スラブ導波路、ストリップ導波路、スロット導波路、など）に対応し得る。分散領域３３０は、複数の界面を形成するように第１の材料３３２（例えば、シリコン）及び第２の材料３３４（例えば、二酸化ケイ素）の不均質な配置を含み、界面の各々は、分散領域３３０の屈折率の変化に対応し、入力信号（例えば、図１Ａ～図２Ｅに例示される光信号１１０）を複数のマルチチャネル光信号（例えば、図２Ａ～図２Ｅに例示される第１のマルチチャネル光信号２６０－Ａ及び第２のマルチチャネル光信号２６０－Ｂ）に分離するように分散領域３３０を集合的に構造化し、また、入力領域３０２が入力信号を受信したときに、それぞれがマルチチャネル光信号の各々を複数の出力領域３０４のうちの対応する１つへ案内する。
【0036】
図３Ａに例示されるように、光デインターリーバ３１７の分散領域３３０は、第２の材料３３４によって形成された外周領域３２２によって横方向に取り囲まれた（例えば、幅３２５及び長さ３２７によって画定された）固定された面積を有する。いくつかの実施形態では、分散領域３３０に近接した、光デインターリーバ３１７の外周領域３２２に含まれる第２の材料３３４は、入力領域３０２及び複数の出力領域３０４（例えば、少なくとも２つの出力領域３０４－Ａ及び３０４－Ｂ）を除いて、分散領域３３０の周りに連続的に延在することが理解される。いくつかの実施形態では、周辺領域３２２は、第２の材料の均質な組成を有する。例示される実施形態では、分散領域３３０は、各々が内側境界（すなわち、分散領域３３０と周辺領域３２２の外側境界に対応する一点鎖線との間に配設された周辺領域３２２のラベル付けされていない破線）と境界する第１の側３３１及び第２の側３３３を含む。第１の側３３１及び第２の側３３３は、分散領域３３０の両側に対応する。入力領域３０２は、第１の側３３１に配設され（例えば、入力領域３０２の一方の側が、分散領域３３０の第１の側３３１に当接する）、一方で、複数の出力領域３０４の各々は、第２の側３３３に近接して配設されている（例えば、複数の出力領域３０４の各々の一方の側が、分散領域３３０の第２の側３３３に当接する）。
【0037】
例示される実施形態では、複数の出力領域３０４の各々は、複数の出力領域３０４のうちの１つと互いに平行である。しかしながら、他の実施形態では、複数の出力領域３０４は、互いに平行でない場合があり、又は同じ側に配置されない場合がある（例えば、複数の出力領域３０４及び／又は入力領域３０２のうちの１つ以上が、第１の側３３１及び／又は第２の側３３３に隣接する分散領域３３０の側に近接して配設され得る）。１つの実施形態では、第１の出力領域３０４－Ａは、５０μｍ未満、３０μｍ未満、１０μｍ未満、５μｍ未満、２μｍ未満、約１．１μｍ未満、などに対応する分離距離３０６だけ第２の出力領域３０４－Ｂから分離される。
【0038】
分散領域３３０の第１の材料及び第２の材料は、材料界面パターンが、本開示において後でより詳細に論じられる逆設計プロセス（例えば、図６を参照されたい）によって得られる設計に実質的に比例するように、分散領域３３０内に配置及び成形されることに留意されたい。より具体的には、いくつかの実施形態では、逆設計プロセスは、性能損失（例えば、機能を実施するために）と、同じく製造可能な目標仕様内の設計が得られるまで集合的に低減又は反復的に調整される製造損失（例えば、第１の材料及び第２の材料の製造可能性及び二値化を実施するために）とを組み込む損失関数に少なくとも部分的に基づいて、設計の反復最適化（例えば、勾配ベース又はその他）を含むことができる。同じ又は他の実施形態では、勾配ベースの最適化の代わりに、又は勾配ベースの最適化とともに、他の最適化技術が使用され得る。有利に、これは、ほぼ無制限の数の設計パラメータの最適化を可能にして、従来の設計技術では可能でなかった可能性がある所定のエリア内での機能及び性能を達成する。
【0039】
１つの実施形態では、分散領域３３０は、１００μｍ×１００μｍ未満、３５μｍ×３５μｍ未満、などの固定された面積を有する光キャビティである。同じ又は他の実施形態では、分散領域３３０の固定された面積は、３μｍ×３μｍよりも大きい。いくつかの実施形態では、分散領域３３０の幅３２５は、１００μｍ未満、５０μｍ未満、３５μｍ未満、２０μｍ未満、１０μｍ未満、５μｍ未満、約３．２μｍ、などであり得る。同じ又は他の実施形態では、分散領域３３０の長さ３２７は、１００μｍ未満、５０μｍ未満、３５μｍ未満、１０μｍ未満、約６．４μｍ、などであり得る。例示されるように、分散領域３３０は、長さ３２７に実質的に等しい（例えば、少なくとも１％、５％、又は１０％を伴う）幅３２５を有する正方形エリアを有する。しかしながら、他の実施形態では、分散領域３３０は、異なる長さ及び幅（例えば、長方形、八角形、円形、卵形、など）を有し得る。例えば、１つの実施形態では、分散領域３３０の幅３２５及び長さ３２７は、それぞれ、３．２μｍ及び６．４μｍであり得る。いくつかの実施形態では、入力領域３０２及び複数の出力領域３０４の各々は、１μｍ未満、０．５μｍ未満、約０．４μｍ、などに対応し得る、（例えば、幅３２５の方向に平行な）共通の幅を有し得る。
【0040】
図３Ｂは、図３Ａに例示される光デインターリーバ３１７の例示される実施形態に含まれる様々な層の垂直概略図又はそのスタックを例示する。しかしながら、例示される実施形態は網羅的ではなく、本発明の特定の態様を不明瞭にすることを回避するために、特定の特徴又は要素が省略され得ることが理解される。例示される実施形態では、光デインターリーバ３１７は、基板３０２と、誘電体層３０４と、（例えば、図３Ａの断面例解に示されるような）活性層３０６と、クラッド層３０８と、を含む。いくつかの実施形態では、光デインターリーバ３１７は、部分的に又は別様に、従来の製造技術（例えば、フォトリソグラフィ、電子ビームリソグラフィ、スパッタリング、熱蒸着、物理蒸着、及び化学蒸着、など）と互換性がある、フォトニック集積回路又はシリコンフォトニックデバイスであり得る。
【0041】
１つの実施形態では、支持基板（例えば、シリコン基板）、二酸化シリコン層、及びシリコン層（例えば、ドープシリコン、非ドープシリコン、など）を含む順次的に積み重ねられた層を含むシリコンオンインシュレータ（silicon on insulator、ＳＯＩ）ウェハが提供され得る。ＳＯＩウェハの支持基板は、基板３０２に対応し得る。ＳＯＩウェハの二酸化ケイ素層は、誘電体層３０４に対応し得る。ＳＯＩウェハのシリコン層は、シリコン層の部分を除去するためにドライエッチングプロセスを介して（例えばフォトレジストマスク又は任意の他のマスクを介して）ＳＯＩウェハに転写されるパターンをＳＯＩウェハ上に（例えば、シリコン層の上に直接）リソグラフィで作成することによって選択的にエッチングされてもよい。ＳＯＩウェハに含まれるシリコン層のエッチングされた部分は、次いで、二酸化ケイ素で埋め戻され、平坦化されて、活性層３０６に集合的に対応し得るシリコン及び二酸化ケイ素のパターン化された層を形成し得る。酸化物層（例えば、二酸化ケイ素、など）は、クラッド層３０８に対応し得るＳＯＩウェハのエッチングされた／埋め戻されたシリコン層の上に成長、堆積、又は別様に提供され得る。エッチングプロセス中に、活性層３０６内のシリコンが誘電体層３０４まで選択的にエッチングされてボイドが形成され得、その後に、ボイドが二酸化ケイ素で埋め戻され、平坦化され、次いで、二酸化ケイ素で更にカプセル化されて、クラッド層３０８が形成され得ることが理解される。１つの実施形態では、活性層３０６の形成は、目標構造を得るためのシリコンの完全なエッチング深さを含むいくつかのエッチング深さを含み得る。１つの実施形態では、シリコンは、２２０ｎｍの厚さであり得、したがって、完全なエッチング深さは、少なくとも２２０ｎｍであり得る。いくつかの実施形態では、光デインターリーバ３１７を形成することは、活性層３０６の平坦面をもたらすために使用される中間化学機械平坦化によって２つの二酸化ケイ素の堆積が実行される、２ステップカプセル化プロセスを含み得る。
【0042】
図３Ｃは、図３Ａの入力領域３０２を含む周辺領域３２２の一部分に沿った（図３Ｂに対する）活性層３０６のより詳細な図を例示する。例示される実施形態では、活性領域３０６は、ε１の屈折率を有する第１の材料３３２とε１とは異なるε２の屈折率を有する第２の材料３３４と、を含む。第１の材料３３２及び第２の材料３３４の均質な領域は、図３Ａ及び図３Ｃに例示されるように、入力領域３０２及び複数の出力領域３０４に対応する導波路又は導波路の一部分を形成し得る。
【0043】
図３Ｄは、分散領域３３０に沿った（図３Ｂに対する）活性層３０６のより詳細な図を例示する。上で説明したように、分散領域３０６は、光デインターリーバ３１７の目標機能を提供するように材料界面パターンを集合的に形成する複数の界面３３６を形成するように不均質に散在させた、第１の材料３３２（例えば、シリコン）及び第２の材料３３４（例えば、二酸化ケイ素）を含む。
【0044】
図４Ａは、本開示の一実施形態による、光デインターリーバ４１７及びデマルチプレクサ４１９を含むフォトニック集積回路４５０の例示的な概略図を例示する。フォトニック集積回路４５０は、図２Ａに例示されるフォトニック集積回路２５０の１つの可能な実装形態であり、また、図１Ａに例示される光通信デバイス１０１－Ａに含まれ得る。より具体的には、図４Ａによって例示される図は、フォトニック集積回路４５０に含まれる活性層（例えば、図３Ｂに例示される活性層３０６）の断面図に対応する。例示されるように、フォトニック集積回路４５０は、（例えば、白色領域で表され、シリコンに対応し得る）第１の材料と、及び（例えば、黒色領域で表され、二酸化ケイ素に対応し得る）第２の材料と、を含む。光デインターリーバ４１７は、図２Ａに例示される分散領域２３０－Ａ又は図２Ｂに例示される分散領域２３０－Ｂの１つの可能な設計を表す、分散領域４３０を含む。同様に、デマルチプレクサ４１９は、分散領域４８０－Ａ及び４８０－Ｂを含み、これらは、図２Ａに例示される分散領域２８０－Ａ及び２８０－Ｂの可能な設計を表す。例示されるように、光デインターリーバ４１７の分散領域４３０は、入力領域４０２と少なくとも２つの出力領域４０４－Ａと４０４－Ｂとの間に光学的に結合されている。分散領域４８０（例えば、４８０－Ａ又は４８０－Ｂ）は、少なくとも２つの出力領域（例えば、４０４－Ａ又は４０４－Ｂ）のうちの１つと、デマルチプレクサ４１９のうちの対応する１つの出力領域４５４（例えば、４５４－Ａ１及び４５４－Ａ２又は４５４－Ｂ１及び４５４－Ｂ２）との間に光学的に結合されている。いくつかの実施形態では、デマルチプレクサ４１９の所与の１つの入力領域は、少なくとも２つの出力領域４０４（例えば、４０４－Ａ又は４０４－Ｂ）のうちの１つに対応することが理解される。
【0045】
分散領域４３０（分散領域４８０－Ａ及び４８０－Ｂ）内の構造は、逆設計プロセスから得られた設計であり、逆設計プロセスは、フォトニック集積回路４５０が目標機能（例えば、モノリシックフォトニック集積回路内のマルチステージ逆多重化プロセス）を提供するように比例様式又は拡大縮小様式で分散領域４３０によって実質的に複製された設計を生成するために、フォトニックデバイスを管理する基礎をなす物理学の第一原理シミュレーションと組み合わせられた反復最適化（例えば、勾配ベースの最適化、マルコフ連鎖モンテカルロ最適化、又は他の最適化技術）を利用し得る。逆設計プロセスは、例えば、設計の製造可能性を保証するために、最小特徴サイズを実施する製造損失を含み得る。図４Ａ～図４Ｃに例示される分散領域４３０の実施形態では、第１の材料（例えば、白色領域）及び第２の材料（例えば、黒色領域）によって形成される材料界面パターンは、特定の形状を有する最小特徴サイズを実施するように形状設定される。１つの実施形態では、第１の材料及び第２の材料によって形成される界面は、分散領域４３０内の材料界面によって形成される任意の所与の曲率半径を画定する曲率が閾値サイズ未満の大きさを有するように形状設定され得る。例えば、最小特徴サイズが１５０ｎｍである場合、複数の界面のいずれかの曲率が、最小特徴サイズの半分の逆数（すなわち、１／７５ｎｍ－１）に対応する閾値サイズ未満の大きさを有する。他の実施形態では、最小特徴サイズは、最小特徴サイズ（例えば、１００ｎｍ、１４０ｎｍ、１５０ｎｍ、１８０ｎｍなど）に対応する幅を有する最小特徴形状（例えば、正方形、円形、六角形、八角形、又は任意の他の形状）を含むことができる。したがって、最小特徴サイズの幅を有する最小特徴形状（例えば、八角形）を使用して分散領域４３０が形成され得る（例えば、構造を表す設計が描かれ得る、ペイントされ得る、又は別様に構築され得る）ように、第１の材料及び第２の材料の任意の部分が分散領域４３０内に構造化され得る。そのような最小特徴サイズ及び／又は形状の実施は、逆設計プロセスが、製造制約、限界、及び／又は歩留まりを考慮することによって製造可能でない設計を生成することを防止する。同じ又は他の実施形態では、製造可能性に関連するメトリクスに対する異なる又は追加のチェックを利用して、最小特徴サイズとして最小幅又は間隔を実施し得る。本開示の実施形態によれば、デマルチプレクサ４１９の分散領域４８０－Ａ及び４８０－Ｂにも同様の制約が課され得ることが更に理解される。
【0046】
図４Ｂ及び図４Ｃは、本開示の一実施形態による、図４Ａに例示される光デインターリーバ４１７に含まれる分散領域４３０のより詳細な図を例示する。より具体的には、分散領域４３０の選択特徴は、図４Ｂ及び図４Ｃで明確に指示され、論じられる。しかしながら、本開示の実施形態によれば、論じられる同じ又は同様の特徴はまた、任意の光デインターリーバ（例えば、図１Ａに例示されるデインターリーバ１１７、図２Ａに例示されるデインターリーバ２１７－Ａ、図２Ｂ、図２Ｄ、及び図２Ｄ、及び図２Ｅに例示されるデインターリーバ２１７－Ｂ、図２Ｃに例示されるデインターリーバ２１７－Ｃ、図３Ａに例示されるデインターリーバ３１７）、及び任意のデマルチプレクサ（例えば、図１Ａに例示されるデマルチプレクサ１１９、図２Ａに例示されるデマルチプレクサ２１９－Ａ及び２１９－Ｂ、図２Ｄに例示されるデマルチプレクサ２１９－Ｃ、２１９－Ｄ、２１９－Ｅ、及び２１９－Ｆ、並びに図２Ｅに例示されるデマルチプレクサ２１９－Ｇ及び２１９－Ｈ）の分散領域、又はフィルタ（例えば、図２Ｅに例示されるフィルタ２９７）にも含まれ得ることが理解される。
【0047】
図４Ｂを再度参照すると、分散領域４３０は、第１の材料（例えば、白色領域）及び第２の材料（例えば、黒色領域）の不均質な配置を含む。「不均質」という用語は、第１の材料及び第２の材料の配置が均一でないことを意味する。言い換えれば、第１及び第２の材料の形状及び配置は、非周期的である。しかしながら、分散領域４３０は、概して、非周期的構造を有するが、局所的な周期性（例えば、第１の材料のアイランド、又は規則的に離間されているが等しいサイズ及び／又は形状を有しない第２の材料）を有する１つ以上の領域が存在し得ることに留意されたい。図４Ｂに例示されるように、分散領域内の第１の材料及び第２の材料の不均質な配置は、複数の第１のアイランド４５１（例えば、複数の第１のアイランド４５１に含まれる各アイランドは、第１の材料で形成される）、複数の第２のアイランド４５３（例えば、複数の第２のアイランド４５３に含まれる各アイランドは、第２の材料で形成される）、入力領域４０２から分散領域４３０を通って第１の出力領域４０４－Ａまで延在する第１の材料で形成された第１の連続経路４５９、入力領域４０２から分散領域４３０を通って第２の出力領域４０４－Ｂまで延在する第１の材料で形成された第２の連続経路４６１、複数の突出部４５５又は４５７（例えば、各々が第１の材料又は第２の材料で形成され、外周領域から分散領域４３０の中へ延在する）、又は、少なくとも１つの樹状突起構造（例えば、白色矢印によって示される方向に沿って交互に変化する幅を有する、図４Ｃに例示される樹状突起の構造４７１を参照されたい）、のうちの少なくとも１つ含む。いくつかの実施形態では、第１の連続経路４５９及び第２の連続経路４６１は、入力領域４０２及び／又は分散領域４３０内で重なる。
【0048】
図４Ｃは、本開示の特定の態様を不明瞭にすることを回避するために異なる特徴が強調された、分散領域４３０の同じ図を例示する。例示されるように、複数の第２のアイランドに含まれる第１群のアイランド４６５は、分散領域４３０内の共通方向４６３に沿って配置されている。同様に、複数の第２のアイランドに含まれる第２群のアイランド４６９は、分散領域４３０内の共通方向４６７に沿って配置されている。例示されるように、共通方向４６３は、第１の出力領域４０４－Ａに向かって延在し、共通方向４６７は、第２の出力領域４０４－Ｂに向かって延在している。例示される実施形態では、共通方向４６３は、入力領域４０２から第１の出力領域４０４－Ａまで延在し、共通方向４６７は、入力領域４０２から第２の出力領域４０４－Ｂまで延在している。分散領域４３０は、第１の方向（例えば、少なくとも１つの樹状突起構造４７１に近接した白色矢印）に沿って交互に変化する幅を有する少なくとも１つの樹状突起構造４７１を更に含む。いくつかの実施形態では、第１の方向は、第１の出力領域４０４－Ａ又は第２の出力領域４０４－Ｂに向かって延在し得る。
【0049】
いくつかの実施形態では、分散領域４３０内の第１の材料及び第２の材料の不均質な配置は、全体的な周期性に欠けることが理解される。しかしながら、いくつかの実施形態では、分散領域４３０は、局所的な周期性を有し得る（例えば、複数の第１のアイランド又は複数の第２のアイランドに含まれる一群のアイランドは、規則的に離間されるように配置されるが、必ずしも共通の形状、サイズ、又は配向を有するわけではない）。同じ又は他の実施形態では、局所的な周期性を形成した１つ以上の領域のそれぞれ１つは、分散領域４３０の断面積の１０％未満に対応する。例えば、１つの実施形態では、第１群のアイランド４６５は、分散領域４３０に含まれる局所的な周期性の領域に対応し得る。
【0050】
図４Ａを再度参照すると、いくつかの実施形態では、フォトニック集積回路４５０の設計、光デインターリーバ４１７、デマルチプレクサ４１９などのフォトニック集積回路４５０の個々の構成要素、本明細書に記載される任意の他のフォトニック集積回路、及び／又はそれらの対応する構成要素は、機械（例えば、コンピュータ）によって実行されるときに、フォトニック集積回路のための設計を概略的に再現するための動作を機械に実行させる命令を提供する、少なくとも１つの非一時的な機械アクセス可能記憶媒体に記憶され得ることが理解される。
【0051】
図５は、本開示の一実施形態による、フォトニック集積回路の設計を生成するためのシステム５００を例示する機能ブロック図である。システム５００は、逆設計プロセスを実行するために利用され得る。より具体的には、システム５００は、第一原理シミュレーション（例えば、励起源に対するフォトニックデバイスのフィールド応答を判定するための電磁シミュレーション）及び反復最適化に基づいて、フォトニック集積回路（例えば、光デインターリーバ、デマルチプレクサ、フィルタ、など）の構造パラメータ（例えば、本開示に記載される実施形態の分散領域内の第１の材料及び第２の材料の形状及び配置）を最適化するために利用され得る設計ツールである。言い換えれば、システム５００は、本開示の様々な実施形態に記載される分散領域を再現する（すなわち、比例的にスケーリングする）逆設計プロセスを介して得られる設計を提供し得る。
【0052】
例示されるように、システム５００は、コントローラ５０５、ディスプレイ５０７、入力デバイス５０９、通信デバイス５１１、ネットワーク５１３、リモートリソース５１５、バス５２１、及びバス５２３を含む。コントローラ５０５は、プロセッサ５３１、メモリ５３３、ローカルストレージ５３５、及びフォトニックデバイスシミュレータ５３９を含む。フォトニックデバイスシミュレータ５３９は、動作シミュレーションエンジン５４１、製造損失計算ロジック５４３、計算ロジック５４５、アドジョイントシミュレーションエンジン５４７、及び最適化エンジン５４９を含む。いくつかの実施形態では、コントローラ５０５が分散システムであってもよいことは諒解されたい。
【0053】
コントローラ５０５は、フォトニックデバイス（すなわち、デマルチプレクサ）の構造パラメータを最適化するためにシステム５００を利用しているユーザに情報を表示するために、バス５２３を通してバス５２１に結合されたディスプレイ５０７（例えば、発光ダイオードディスプレイ、液晶ディスプレイ、など）に結合されている。入力デバイス５０９は、情報及びコマンド選択をプロセッサ５３１に通信するために、バス５２３を通じてバス５２１に結合されている。入力デバイス５０９は、ユーザとコントローラ５０５との間のインタラクションを容易にするために、マウス、トラックボール、キーボード、スタイラス、又は他のコンピュータ周辺機器を含んでもよい。それに応答して、コントローラ５０５は、ディスプレイ５０７を通じてインタラクションの検証を提供することができる。
【0054】
任意選択的にコントローラ５０５に結合され得る別のデバイスは、ネットワーク５１３を介して分散システムのリモートリソース５１５にアクセスするための通信デバイス５１１である。通信デバイス５１１は、イーサネット、インターネット、又は広域ネットワークなどに結合するために使用されるものなど、任意の数のネットワーキング周辺デバイスを含み得る。通信デバイス５１１は、コントローラ５０５と外部世界との間の接続性を提供するメカニズムを更に含み得る。図５に例示されるシステム５００の構成要素及び関連するハードウェアのいずれか又は全てが、本開示の様々な実施形態において使用され得ることに留意されたい。リモートリソース５１５は、分散システムの一部であり得、任意の数のプロセッサ、メモリ、及びフォトニックデバイスの構造パラメータを最適化するための他のリソースを含み得る。
【0055】
コントローラ５０５は、フォトニックデバイスの構造パラメータを最適化するためのシステム５００の動作を編成する。プロセッサ５３１（例えば、１つ以上の中央処理ユニット、グラフィックス処理ユニット、及び／又はテンソル処理ユニットなど）、メモリ５３３（例えば、ＤＲＡＭ及びＳＲＡＭなどの揮発性メモリ、ＲＯＭ、フラッシュメモリなどの不揮発性メモリなど）、ローカルストレージ５３５（例えば、コンピュータディスクドライブなどの磁気メモリ）、並びにフォトニックデバイスシミュレータ５３９は、バス５２３を通して互いに結合されている。コントローラ５０５は、コントローラ５０５によって実行されるときに、コントローラ５０５又はシステム５００に動作を実行させるソフトウェア（例えば、プロセッサ５３１に結合されたメモリ５３３に含まれる命令）及び／又はハードウェアロジック（例えば、特定用途向け集積回路、フィールドプログラマブルゲートアレイなど）を含む。動作は、メモリ５３３、ローカルストレージ５３５、物理デバイスシミュレータ５３９、及びネットワーク５１３を通してアクセスされるリモートリソース５１５のうちのいずれか１つ又はそれらの組み合わせ内に記憶された命令に基づき得る。
【0056】
例示される実施形態では、フォトニックデバイスシミュレータ５３９のモジュール５４１～５４９は、本明細書の実施形態に記載されるフォトニック集積回路の構成要素の構造パラメータを最適化するために利用される。いくつかの実施形態では、システム５００は、とりわけ、有限差分時間領域（finite-difference time-domain、ＦＤＴＤ）法を利用してフィールド応答（例えば、フォトニック集積回路内の電磁場）をモデル化するシミュレーション（例えば、動作シミュレーション及びアドジョイントシミュレーション）を介して、フォトニック集積回路に含まれる構成要素の構造パラメータ（例えば、１つ以上の光デインターリーバに対応するフォトニックデバイス、デマルチプレクサ、フィルタ、など）を最適化し得る。動作シミュレーションエンジン５４１は、シミュレーション環境内の励起源に応答して動作するフォトニックデバイスの電磁シミュレーションを実行するための命令を提供する。特に、動作シミュレーションは、（例えば、複数のボクセルを有するシミュレーション環境内のフォトニックデバイスの構造パラメータを記述するフォトニックデバイスの初期記述又は入力設計に基づいて）物理デバイスの性能メトリックを判定するための励起源に応答して、シミュレーション環境（したがって、シミュレーション環境によって記述されるフォトニックデバイス）のフィールド応答を判定する。構造パラメータは、例えば、物理デバイスの特定の設計、材料組成、寸法などに対応し得る。製造損失計算ロジック５４３は、製造可能性を保証するために最小特徴サイズ及び／又は形状を実施するために利用される製造損失を判定するための命令を提供する。いくつかの実施形態では、製造損失は、設計の二値化を実施するためにも使用される（すなわち、フォトニックデバイスが、複数の界面を形成するように散在する第１の材料及び第２の材料を含むようにする）。計算ロジック５４５は、性能メトリック及び製造損失に基づいて、性能損失を組み込む損失関数を介して判定される損失メトリックをコンピューティングする。アドジョイントシミュレーションエンジン５４７は、フォトニックデバイスのアドジョイントシミュレーションを実行して、損失関数を介してシミュレーション環境を通して損失メトリックを逆伝播させて、フォトニックデバイスの構造パラメータの変化が損失メトリックにどのように影響するかを判定するために、動作シミュレーションエンジン５４１と併せて利用される。最適化エンジン５４９は、フォトニックデバイスの構造パラメータを更新して損失メトリックを低減し、フォトニックデバイスの改訂された記述を生成する（すなわち、設計を改訂する）ために利用される。
【0057】
図６は、本開示の一実施形態による、フォトニック集積回路の設計を生成するための例示的な方法６００を示す。方法６００は、本明細書に記載されるフォトニック集積回路の構成要素（例えば、光デインターリーバ、デマルチプレクサ、フィルタ、など）のうちのいずれか１つを生成するための、１つの可能な逆設計プロセスである。方法６００は、性能損失及び製造損失を含む損失関数から判定される損失メトリックの反復最適化を実行するためにシステム（例えば、図５のシステム５００）で動作を実行することによって達成され得る逆設計プロセスであることが理解される。同じ又は他の実施形態では、方法６００は、機械によって実行されるときに、機械にフォトニック集積回路の設計を生成するための動作を実行させる、少なくとも１つの機械アクセス可能記憶媒体（例えば、非一時的メモリ）によって提供される命令として含まれ得る。方法６００においてプロセスブロックのいくつか又は全てが現れる順序は、限定的なものとみなされるべきではないことが更に理解される。むしろ、本開示の利益を有する当業者は、プロセスブロックのうちのいくつかが、例示されていない様々な順序で、又は並列でさえ実行され得ることを理解するであろう。
【0058】
ブロック６１０は、受信された又は別様に得られたフォトニック集積回路構成要素（例えば、フォトニックデバイス）の初期記述を表すシミュレーション環境を構成することを例示する。いくつかの実施形態では、フォトニック集積回路構成要素は、最適化後に特定の機能を有する（例えば、光デインターリーバとして実行する）ことが期待され得る。初期記述は、シミュレーション環境内のフォトニック集積回路の構造パラメータを記述し得る。シミュレーション環境は、フォトニックデバイスの構造パラメータを集合的に記述する複数のボクセルを含み得る。複数のボクセルの各々は、構造パラメータを記述するための構造値と、物理刺激（例えば、１つ以上の励起源）に対するフィールド応答（例えば、１つ以上の直交方向における電場及び磁場）を記述するためのフィールド値、及び物理刺激を記述するためのソース値に関連付けられる。初期記述が受信されるか又は他の方法で得られると、シミュレーション環境が構成される（例えば、ボクセルの数、ボクセルの形状／配置、並びにボクセルの構造値、フィールド値、及び／又はソース値の特定の値が、初期記述に基づいてセットされる）。いくつかの実施形態では、初期記述は、物理デバイスの第１の記述であり得、構造パラメータの値が、初期（例えば第１の）設計に対するバイアスがないように入力領域及び出力領域の外側のランダム値又はヌル値であり得る。初期記述又は入力設計は、相対的な用語であり得ることが理解される。したがって、いくつかの実施形態では、初期記述は、シミュレーション環境のコンテキスト内で記述される物理デバイスの第１の記述であり得る（例えば、第１の動作シミュレーションを実行するための第１の入力設計）。
【0059】
しかしながら、他の実施形態では、初期記述という用語は、（例えば、動作シミュレーションを実行すること、アドジョイントシミュレーションを動作させること、及び構造パラメータを更新すること）の特定のサイクルの初期記述を指し得る。そのような実施形態では、初期記述又はその特定のサイクルの設計は、（例えば、以前のサイクルから生成された）改訂された記述又は洗練された設計に対応し得る。１つの実施形態では、シミュレーションした環境は、フォトニックデバイスの構造パラメータを最適化するために更新、改訂、又は別様に変更され得る構造パラメータを有する複数のボクセルの一部分を含む設計領域（例えば、本開示の全体を通して論じられる分散領域を表す）を含む。同じ又は他の実施形態では、構造パラメータは、シチュエーション環境の材料特性（例えば、比誘電率、屈折率など。）に基づいて物理デバイスの幾何学的境界及び／又は材料組成に関連付けられる。
【0060】
１つの実施形態では、シミュレーション環境は、第１の通信領域と複数の第２の通信領域との間に光学的に結合された設計領域を含む。いくつかの実施形態では、第１の通信領域は、入力領域又はポート（例えば、励起源が発生する）に対応し得、一方で、（例えば、入力ポートで受信した入力信号を出力領域の対応する１つへとそれぞれ案内される複数のマルチチャネル光信号に光学的に分離する、光デインターリーバを設計するとき）第２の通信領域は、複数の出力領域又はポートに対応し得る。
【0061】
ブロック６１５は、別個の波長によって特徴付けられる複数のチャネルの各々を、複数の第２の通信領域のうちのそれぞれの出力領域にマッピングして、複数のマルチチャネル光信号を形成することを示す。別個の波長チャネルは、フォトニックデバイスの初期記述によって第２の通信領域にマッピングされ得る。例えば、フォトニックデバイスの性能メトリックを、マッピングされたチャネルの入力ポートから個々の出力ポートへの電力送信と関連付ける損失関数が選択され得る。１つの実施形態では、複数の第２の通信領域は、２つの第２の通信領域を含み、光信号に含まれる複数のチャネルは、２つの通信領域のうちの対応する１つにそれぞれマッピングされた２つのチャネルの群を有する少なくとも４つのチャネルを含む。同じ又は他の実施形態では、チャネルは、設計領域の最適化が奇数チャネル及び偶数チャネルを異なる出力領域に分離することを実施するように、波長順にマッピングされ得る。他の実施形態では、異なる数の第２の通信領域（例えば、３つの領域、４つの領域、など）、及び第２の通信領域のうちのそれぞれの通信領域にマッピングされる異なる数のチャネル（例えば、８つのチャネル、１２個のチャネル、など）が存在し得る。
【0062】
ブロック６２０は、性能メトリックを判定するために、１つ以上の励起源に応答して動作するシミュレーション環境内のフォトニック集積回路の動作シミュレーションを実行することを例示する。より具体的には、フォトニックデバイスのフィールド応答が励起源に起因してどのように変化するかを判定するために、フォトニック集積回路のフィールド応答が複数の時間ステップにわたって漸増的に更新される電磁シミュレーションが実行される。複数のボクセルのフィールド値は、励起源に応答して、集積フォトニック回路の構造パラメータに少なくとも部分的に基づいて更新される。追加的に、特定の時間ステップでの各更新動作はまた、前の（例えば、直前の）時間ステップに少なくとも部分的に基づき得る。
【0063】
その結果、動作シミュレーションは、物理刺激に応答した（例えば、出力ポート又は領域のうちの１つ以上での）フォトニックデバイスのシミュレートされた出力を判定するために、フォトニックデバイス（すなわち、フォトニック集積回路）と物理刺激（すなわち、１つ以上の励起源）との間の相互作用をシミュレートする。相互作用は、フォトニックデバイスの構造パラメータ及びフォトニックデバイスの動作を支配する基礎物理に少なくとも部分的に起因する、電磁領域内の物理刺激の摂動、再送信、減衰、分散、屈折、反射、回折、吸収、散乱、増幅、又は他のもののうちのいずれか１つ又はそれらの組み合わせに対応し得る。したがって、動作シミュレーションは、シミュレーション環境のフィールド応答が複数の時間ステップにわたって（例えば、所定のステップサイズを有する初期時間ステップから最終時間ステップまで）励起源に起因してどのように変化するかをシミュレートする。
【0064】
いくつかの実施形態では、シミュレートされた出力は、フォトニック集積回路の１つ以上の性能メトリックを判定するために利用され得る。例えば、励起源は、複数の第２の通信領域のうちの１つにマッピングされる複数のチャネルのうちの選択された１つに対応し得る。励起源は、動作シミュレーションを実行するときに、第１の通信領域（すなわち、入力ポート）で始まるか、又は第１の通信領域に近接して配設され得る。次いで、動作シミュレーション中に、複数のチャネルのうちの選択された１つにマッピングされた第２の通信領域（例えば、出力ポート）のフィールド応答が、選択されたチャネルのフォトニック集積回路に対するシミュレートされた電力送信を判定するために利用され得る。言い換えれば、動作シミュレーションは、第１の通信領域から、設計領域を通って、複数のチャネルのうちの選択された１つにマッピングされた複数の第２の通信領域のうちのそれぞれの通信領域への励起源のシミュレートされた電力送信を判定することを含む性能メトリックを判定するために利用され得る。いくつかの実施形態では、励起源は、フォトニック集積回路の別個の波長チャネルの各々に関連付けられた性能メトリック（すなわち、シミュレートされた電力送信）を判定するために、複数の出力ポートの全てのスペクトルをカバーし得る（例えば、励起源は、少なくとも、複数のチャネルの各々の通過帯域領域、及び対応する阻止帯域領域の少なくとも一部分の目標周波数範囲に及ぶ）。いくつかの実施形態では、複数のチャネルのうちの所与の１つの通過帯域に及ぶ１つ以上の周波数は、設計（例えば、目標仕様を満たす通過帯域内のリップルを含む各通過帯域の全幅を有しながらのバッチ勾配降下を最適化するためにランダムに選択される）。同じ又は他の実施形態では、複数のチャネルの各々は、異なる中心波長を有する共通の帯域幅を有する。
【0065】
ブロック６２５は、性能メトリックに関連付けられ性能損失、及び最小特徴サイズに関連付けられた製造損失に基づいて損失メトリックを判定することを示す。いくつかの実施形態では、損失メトリックは、性能損失及び製造損失の両方を入力値として含む損失関数を介して判定される。性能損失は、フォトニック集積回路の性能メトリックと目標性能メトリックとの間の差に対応し得る。いくつかの実施形態では、シミュレーション環境の設計領域のための最小特徴サイズが、逆設計プロセスによって生成される設計の製作可能性を促進するために提供され得る。製造損失は、最小特徴サイズ及び設計領域の構造パラメータに少なくとも部分的に基づく。より具体的には、製造損失は、設計領域が最小特徴サイズ未満の直径を有する構造要素を有しないように、設計の最小特徴サイズを実施する。これは、このシステムが特定の製造可能性及び／又は歩留まり要件を満たす設計を提供するのに役立つ。いくつかの実施形態では、製造損失はまた、設計の二値化も実施するのに役立つ（すなわち、第１及び第２の材料を一緒に混合して第３の材料を形成するのではなく、設計は、不均質に配置された第１の材料及び第２の材料の領域を含む）。同じ又は他の実施形態では、最小特徴サイズは、最小特徴形状を含み得る。
【0066】
いくつかの実施形態では、逆設計プロセスによって生成された設計は、所定の幅を有する特徴形状によって概略的に再現可能であるように、設計領域（例えば、図３Ａの分散領域３３０）内に構造化される第１の材料（例えば、図３Ｃの第１の材料３３２）又は第２の材料（例えば、図３Ａの第２の材料３３４）のうちの少なくとも一方を最適化する。例えば、設計領域内の第１の材料及び／又は第２の材料の形状及び配置は、特徴形状に対応するサイズ及び所定の幅に対応する幅を有するブラシを用いて再現されてもよい（例えば、描かれてもよい）。１つの実施形態では、特徴形状は、円形、正方形、六角形、八角形、又は任意の他の形状、の少なくとも１つを含む。いくつかの実施形態では、特徴形状は、回転、反転、及び／又は別の特徴形状の一部と重複され得る、単一形状である。例えば、特徴形状が八角形である場合、特徴形状に各々対応する２つの重なり合う八角形は、異なる形状を生成するために互いに部分的に重なり合ってもよい。他の実施形態では、特徴形状は、重なり合わないタイリング可能な単位（すなわち、設計の分割不可能な単位）のみであってもよい。同じ又は他の実施形態では、特徴形状の所定の幅は、２０ｎｍ～２００ｎｍであり得る。例えば、特徴形状の所定の幅は、１００ｎｍ、１４０ｎｍ、１８０ｎｍなどであってもよい。いくつかの実施形態では、特徴形状及び特徴形状の所定の幅は、設計の最小特徴サイズに対応する。例えば、図４Ａの分散領域４３０の第１の材料（例えば、白色領域）は、１００ｎｍの幅を有する八角形によって概略的に再現され得る。
【0067】
図６を再度参照すると、いくつかの実施形態では、製造損失は、最小特徴サイズに等しい幅を有する畳み込みカーネル（例えば、円形、正方形、八角形、など）を生成することによって判定される。次いで、畳み込みカーネルは、シミュレーション環境の設計領域を通ってシフトされて、設計領域を超えて延在することなく、設計領域内の畳み込みカーネルに適合する設計領域内のボクセル位置すなわち、個々のボクセル）を判定する。次いで、畳み込みカーネルは、ボクセル位置の各々において、ボクセル位置に関連付けられた構造パラメータと畳み込まれて、第１の製造値を判定する。次いで、構造パラメータが逆数にされ、畳み込みカーネルが、ボクセル位置の各々において、逆数にされた構造パラメータと再び畳み込まれて、第２の製造値が判定される。次いで、第１及び第２の製造値が続いて組み合わされて、設計領域の製造損失を判定する。製造損失を判定するこのプロセスは、設計領域の構造要素が、閾値サイズよりも小さい曲率（すなわち、最小特徴サイズの半分の逆数）を有することを促進し得る。
【0068】
ブロック６３０は、損失メトリックに対する構造パラメータの変化（すなわち、構造勾配）の影響を判定するために、シミュレーション環境を通じた損失関数を介して損失メトリックを逆伝播させることを例示する。損失メトリックは、アドジョイントソース又は仮想ソースとして扱われ、フォトニックデバイスの構造勾配を判定するために、バックワードシミュレーションにおいて最終時間ステップからより早い時間ステップへと漸増的に逆伝播される。
【0069】
ブロック６３５は、損失メトリックを調整するために構造パラメータを更新することによって、フォトニック集積回路の設計を修正する（例えば、改訂された記述を生成する）ことを示す。いくつかの実施形態では、損失メトリックを調整することは、損失メトリックを低減し得る。しかしながら、他の実施形態では、損失メトリックは、必ずしも損失メトリックを低減しない様式で調整され得るか又は別様に補償され得る。１つの実施形態では、損失メトリックを調整することは、最終的にデバイスの製造可能性及び目標性能メトリックを維持しながら性能の向上をもたらす設計を得るために、パラメータ化空間内の一般的方向を提供しながら同じく製造可能性を維持し得る。いくつかの実施形態では、改訂された記述は、勾配降下アルゴリズム、マルコフ連鎖モンテカルロアルゴリズム、又は他の最適化技術を介した動作及びアドジョイントシミュレーションのサイクル後に、最適化方式を利用することによって生成される。別の言い方をすれば、フォトニック集積回路をシミュレートし、損失メトリックを判定し、損失メトリックを逆伝播させ、構造パラメータを更新して損失メトリックを調整する反復サイクルは、製造可能性及び製造損失に起因する二値化も考慮しながら、性能メトリックと目標性能メトリックとの間の差が閾値範囲内にあるように損失メトリックが実質的に収束するまで連続的に実行され得る。いくつかの実施形態では、「収束する」という用語は、単に、差が閾値範囲内にあること、及び／又は何らかの閾値を下回ることを示し得る。
【0070】
ブロック６４０は、性能メトリックと目標性能メトリックとの間の差が閾値範囲内にあるように、損失メトリックが実質的に収束するかどうかを判定することを例示する。性能メトリックと目標性能メトリックとの間の差が閾値範囲内にあるように損失メトリックが実質的に収束するまで損失メトリックを低減するために、複数の別個の波長チャネルから選択された励起源でフォトニック集積回路をシミュレートし、損失メトリックを逆伝播させ、構造パラメータを更新することによって設計を改訂する、反復サイクル。いくつかの実施形態では、ブロック６１５のマッピングに基づいて、フォトニック集積回路の設計領域に、光信号を複数の第２の通信領域のうちのそれぞれの通信領域へとガイドされる複数のマルチチャネル信号に分離させるサイクルを実行したときに、集積フォトニック回路の設計領域の構造パラメータが改訂される。
【0071】
ブロック６４５は、最小特徴サイズ及び二値化も実施しながら、性能メトリックと目標性能メトリックとの間の差が閾値範囲内にあるように構造パラメータが更新された、フォトニック集積回路の最適化された設計を出力することを例示する。
【0072】
上記で説明したプロセスは、コンピュータソフトウェア及びハードウェアに関して説明されている。説明される技術は、機械によって実行されるときに、機械に説明された動作を実行させる、有形又は非一時的な機械（例えば、コンピュータ）可読記憶媒体内に具現化される機械実行可能な命令を構成し得る。更に、プロセスは、特定用途向け集積回路（「application specific integrated circuit、ＡＳＩＣ」）など、又はその他のハードウェア内で具体化され得る。
【0073】
有形の機械可読記憶媒体は、機械（例えば、コンピュータ、ネットワークデバイス、個人情報端末、製造ツール、１つ以上のプロセッサのセットを有する任意のデバイスなど）がアクセス可能な非一時的形態の情報を提供（すなわち、記憶）する任意のメカニズムを含む。例えば、機械可読記憶媒体は、記録可能／記録不可能な媒体（例えば、読み取り専用メモリ（read only memory、ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（random access memory、ＲＡＭ）、磁気ディスク記憶媒体、光学記憶媒体、フラッシュメモリ装置など）を含む。
【0074】
要約書に説明されているものを含め、本発明の例示される実施形態の上記の説明は、網羅的であること、又は本発明を開示された厳密な形態に限定することを意図していない。本発明の特定の実施形態及び例が例示の目的で本明細書に説明されているが、当業者が認識するように、本発明の範囲内で様々な修正が可能である。
【0075】
これらの変更は、上記の詳細な説明に照らして本発明に対して行うことができる。一般に、以下の特許請求の範囲において使用される用語は、本明細書に開示される特定の実施形態に本発明を限定するものと解釈されるべきではない。むしろ、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲によって完全に判定されるべきであり、特許請求の範囲は、請求項の解釈の確立された原則に従って解釈されるべきである。
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図2D】
【図2E】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図3D】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図5】
【図6】
【国際調査報告】