シリコンベースの光学変調器用最新型変調フォーマット
自由キャリア分散ベースの変調に伴う位相変調非線形及び減衰の問題を解決するように変形した電気データ入力信号フォーマットを用いたマルチセグメント装置として構成したシリコンベースの光学変調器。この変調器は、Ｍ個の分離セグメントを具えるように形成されており、デジタル信号エンコーダを用いて、Ｎビットの入力データ信号をＭ個の変調セグメント用の複数のＭ駆動信号に 変換する。ここで、Ｍ≧２Ｎ／２である。変調器セグメントの長さを調整して、非線形と減衰の問題を解決することができる。追加の位相調整を、変調器の出力に（組み合わせた導波路を超えて）用いることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願のクロスリファレンス
本出願は、２００９年８月１９日に出願された米国暫定特許出願第６１／２３５，１０６号及び２０１０年６月１６日に出願された米国暫定特許出願６１／３５５，３７４号の利益を主張する。両出願とも、引用によって個々に組み込まれる。
【０００２】
技術分野
本発明は、シリコンベースの光学変調器に関し、特に、シリコンベースの変調器独自の特性に関連する性能の問題（例えば、減衰）に取り組むように選択された組み合わせで、マルチビット入力データ信号を別々の変調器セグメントを駆動する複数の信号にマッピングするのにデジタルエンコーダを使用するセグメント化したシリコンベースの光学変調器に関する。
【背景技術】
【０００３】
何年もの間、光学変調器はニオブ酸リチウムなどの電気光学材料で作られてきた。この電気光学材料の中に光導波器が形成されており、各導波器アームの表面に金属のコンタクト領域が配置されている。連続波（ＣＷ）光学信号が導波器に入り、電気データ信号入力が金属のコンタクト領域に入力信号として与えられる。与えられた電気信号は、コンタクト領域の下の導波領域の屈折率を変えて、導波器に沿う伝達速度を変更する。２本のアーム間に位相シフトπを作る電圧を加えることによって、非線形（デジタル）マッハツェンダー変調器が形成される。
【０００４】
このタイプの外付け変調器は非常に便利なものであるが、シリコンベースのプラットフォームに様々な光学要素、サブシステム、及びシステムを形成するといった要求が高まっている。更に、このようなシステムに関連する様々な電気部品（例えば、電気光学変調器用の入力電気データ駆動回路）を、同じシリコン基板上の光学部品に一体化することが望まれている。明らかに、このような場合にニオブ酸リチウムベースの電気光学装置を使用することは選択肢ではない。その他の従来の様々な電気光学装置は、同様に、シリコンプラットフォームと直接に互換性がない材料（ＩＩＩ−Ｖ化合物等）でできている。更に、これらの現場ベースの装置はいずれも、例えば１ＧＢ/ｓを超えるデータレートでは固有の性能に制限があることはよく知られている。特に、ニオブ酸リチウムベースの構成は、移動する波動構造としてモデル化する必要があり、装置を必須の速度で稼働させることが要求される比較的複雑な電気駆動構造を伴う。
【０００５】
２００５年１月１８日に、Ｒ．Ｋ．Ｍｏｎｔｇｏｍｅｒｙ ｅｔ ａｌ． に発行され、本出願の譲受人に譲渡され、ここに引用として組み込まれている米国特許第６，８４５，１９８号に開示されているように、シリコンベースのプラットフォームに光学変調器を設ける能力には有意な進歩があった。図１は、Ｍｏｎｔｇｏｍｅｒｙ ｅｔ ａｌ．特許に開示されているシリコンベースの変調器装置の例示的な一構成を示す。この場合、シリコンベースの光学変調器１は、ドープシリコン層２（通常、ポリシリコン）であって、サブミクロンの厚いシリコン表面層３（この分野では、ＳＯＩ層と呼ばれる）の逆ドープ部分に重なる構成に配置された層を具える。ＳＯＩ層３は、従来のシリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）構造体４の表面層として示されており、この構造体は更に、シリコン基板５と埋め込み酸化物層６を具える。重要なことは、比較的薄い誘電層７（例えば、二酸化シリコン、窒化シリコン、酸化カリウム、酸化ビスマス、酸化ハフニウム、またはその他の高誘電率電気絶縁材料等）が、ＳＯＩ層３とドープポリシリコン層２との間のオーバーラップ領域に沿って配設されていることである。ポリシリコン層２と、誘電層７と、ＳＯＩ層３によって規定されるオーバーラップ領域は、光学変調器１の「活性領域」を規定する。一の実施例では、ポリシリコン層２は、ｐ−型にドープされており、ＳＯＩ層３はｎ−型にドープされており、相補型ドープ構造（すなわち、ｎ−型ドープポリシリコン層２とｐ−型ドープＳＯＩ層）もまた用いられている。
【０００６】
図２は、変調器１の活性領域を示す拡大図であり、構造体を伝達する信号（紙面に直交する方向）に関連する光強度を示し、ポリシリコン層２とＳＯＩ層３との間のオーバーラップ領域の幅Ｗも示している。作動時に、ドープポリシリコン層２（ＶＲＥＦ２）とＳＯＩ層３（ＶＲＥＦ３）にかかる電圧（すなわち、電気データ入力信号）に応じて、誘電層７の両側に自由キャリアが蓄積し空乏化する。自由キャリア濃度の調節によって、活性領域の有効屈折率が変わり、従って活性領域によって規定された導波路に沿って伝達する光学信号の位相変調を取り入れる。図２では、光学信号は紙面に直交する方向において、ｙ軸に沿って伝達する。
【０００７】
図３は、従来のシリコンベースのマッハツェンダー干渉計（ＭＺＩ）１０の一例を示す図であり、この干渉計は、上述したようなシリコンベースの変調装置１を使用するように構成されている。図に示すように、従来のＭＺＩ１０は、入力導波路部分１２と、出力導波路部分１４を具える。導波変調器アーム対１６と１８が示されており、この例では、導波アーム１６が上述した変調装置１を有するように形成されている。
【０００８】
動作中は、レーザ源（図示せず）からの入射連続波（ＣＷ）光信号が、入力導波路部分１２にカップリングされる。ＣＷ信号は、その後、分かれて導波アーム１６と１８に沿って伝達する。アーム１６に沿って変調器１に電気駆動信号を与えることで、光学信号を変調する所望の位相シフトを提供し、出力導波路１４に沿って変調光学出力信号を形成する。電極対２０が、変調器１と共に記載されており、これを使用して電気駆動信号（ＶＲＥＦ２，ＶＲＥＦ３）を提供している。同様の変調装置を導波アーム１８に沿って配置して、伝達する光学信号の上に同様に位相遅れを取り入れるようにしてもよい。デジタルドメインで作動中は、論理信号「１」を送信したい場合は電極をオンにし、論理信号「０」を送信したい場合はオフにする。
【０００９】
まず、上記に示す従来の変調器の出力電力は、式：
Ｐｏｕｔ＝Ｐｉｎ／２（１＋ｃｏｓΔφ）
で与えられる。ここで、Ｐｏｕｔは変調器からの出力電力であり、Ｐｏは入力電力であり、Δφは２本のアーム（例えば、図３の変調器１０のアーム１６及び１８）間の正味光学位相差である。この結果、光学出力電力レベルは、２本のアーム間の正味位相シフトφの値を変えることで制御される。図４は、この関係をプロットしたものであり、２本のアーム間の位相シフトの関数としての出力電力を示す（「１」の出力は、最大出力電力Ｐｏｕｔに関連し、「０」出力は、最小出力電力Ｐｏｕｔに関連する）。すなわち、変調器の２本のアーム間の異なる位相シフトが、建設的干渉（例えば「１」）又は相殺的干渉（例えば「０」）のいずれかを提供する。図示しておらず、説明はないが、変調器などの実装において、ＤＣセクションを利用して、このアームを光学的にバランスさせており、図４に示す転送曲線に沿って所望の位置に操作ポイントを設定することができると解される。
【００１０】
最新の信号フォーマットを使用する点において、シリコンベースの光学変調器の分野は改良されている。例えば、本出願人に譲渡された、２００９年１月２７日にＫ．Ｓｈａｓｔｒｉ ｅｔ ａｌ．に発行された米国特許第７，４８３，５９７号である。この特許は、引用によりここに組み込まれている。この特許に開示されているように、マルチビット電気入力データが用いられており、変調器自体が、トータル長さが位相シフトπに等しく、長さが異なる複数部分を有する少なくとも一の変調器アームを具えるように構成されている。この例示的変調器２５が図５に示されている。各分割部分がデジタル論理信号「１」又はデジタル論理信号「０」で駆動され、これらの信号は、デジタル的に「オン」又は「オフ」に駆動されて、マルチレベルの変調を行う。
【００１１】
各変調器部分は、変調器アームに沿ったこの部分の位置（すなわち、コサインベースの電力曲線に対するその「位置」）にかかわらず、公称長さで最適化して、絶対値でほぼ同じ電力レベルを提供することができる。図４に示す伝達関数曲線を参照すると、コサイン曲線のピークと谷で動作して、伝達関数のより「急な」中央領域に関連する部分と同じ出力電力変化を提供するには、より長い変調部分が必要であることが明かである。
【００１２】
Ｓｈａｓｔｒｉ ｅｔ ａｌ．に開示された構成は、マルチビットデータ信号をシリコンベースの光学変調器を駆動させるのに便利であるが、シリコン中の光学位相変調に用いる自由キャリア分散効果が非線形位相変調応答を示し、一方で位相変調量に比例する減衰を示すことがわかっている。図６（ａ）は、非線形位相変調応答対印加電をプロットしたものであり、図６（ｂ）は、図５に示す従来技術の装置に対する印加電圧に応じたシリコンベースの光学変調器の減衰をプロットしたものである。図６（ａ）に示すように、位相変調は約１ボルトより低い印加電圧に対して非線形であり、ここで、図６（ｂ）に示す減衰は、印加電圧が上がるにつれて大きくなって、印加電圧２Ｖと動作波長１５５０ｎｍについて、３ｄＢ／ｍｍに近い値になっている。
【００１３】
このように、シリコンベースの光学変調器に関する分野には、これらのシリコン装置における自由キャリア分散効果に関連する非線形及び減衰の問題を認識し、取り組む必要性がある。
【発明の概要】
【００１４】
本発明は従来技術に足りないものに取り組んでおり、シリコンベースの光学変調器に関する。特に、本発明は導波領域に沿った自由キャリアの分散ベースの変調に関する位相変調非線形及び減衰の問題に取り組むため、変形電気データ入力信号フォーマットを用いたマルチセグメント装置として構成されたシリコンベースの光学変調器に関する。
【００１５】
本発明によれば、非線形位相変調と自由キャリア分散ベースの減衰が、Ｎビットの入力信号に対してＭ個のセグメント変調器（Ｍ≧２Ｎ／２）を用いた、マルチセグメント変調器構造を用いることによって軽減される。Ｎ−ｔｏ−Ｍデジタルエンコーダが変調器構成に含まれており、Ｎビットの入力信号を変調器セグメントの選択的な駆動に用いる所望のＭ個の信号へのマッピングに用いる。
【００１６】
変調器セグメントの長さを調整することによっても非線形と減衰の問題を解決できることが、本発明の一態様である。追加の位相調整を、変調器の出力地点（足し合わせた導波路を超えて）で使用することができる。
【００１７】
有利なことに、デジタル入力信号のコード化によって制御されたマルチ変調器セグメントを具えることによって、セグメント自体に対する入力をデジタル信号の形にすることができ、ＣＭＯＳベースの構造を用いることが可能となる。
【００１８】
本発明の変調器は、限定するものではないが、直交振幅変調（ＱＡＭ）、ＱＡＭ−ｍ、スター−ＱＡＭ、四相位相シフトキーイング（ＱＰＳＫ）、ＰＡＭ（位相増幅変調）、ＯＦＤＭ（直交周波数分割多重方式）、などを含む様々な高度の変調スキームにより有益であると考えられる。
【００１９】
本発明のその他の態様及び更なる態様は、添付図面を参照することによって、以下の説明において明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、例示的なシリコンベースの変調装置の断面図である。
【図２】図２は、図１に記載の装置の活性領域を拡大した図である。
【図３】図３は、図１に示すシリコンベースの変調装置を用いた例示的なマッハツェンダー干渉計（ＭＺＩ）を示す図である。
【図４】図４は、図３に示すＭＺＩの転送機能を示す図である。
【図５】図５は、マルチレベルの電気入力（データ）信号に使用する例示的なセグメント化したＭＺＩを示す図である。
【図６】図６（ａ）は、シリコンベースの変調装置の非線形位相応答を示すグラフである。図６（ｂ）は、シリコンベースの変調装置に関連する減衰を示すグラフである。
【図７】図７は、本発明によって形成した、例示的なセグメント化したシリコンベースの光学変調器を示す図であり、従来技術の位相非直線性と減衰の問題を解決する電気データ入力信号のコード化を提供する。
【図８】図８は、本発明によって形成した、例示的ＱＡＭ変調器を示す図である。
【図９】図９は、従来技術の３セグメント変調器を用いたＱＡＭ−６４についての矩形配置図である。
【図１０】図１０（ａ）は、本発明によって形成した４セグメントＭＺＩとそれに関連する入力信号エンコーダを使用した、ＱＡＭ−６４の図である。図１０（ｂ）は、本発明によって形成した６セグメントＭＺＩとそれに関連する入力信号エンコーダを使用した、ＱＡＭ−６４の図である。
【図１１】図１１は、本発明の代替の実施例を示す図であり、単一のＭＺＩを用いてＱＡＭ信号を提供しており、ＭＺＩの出力を超えて配置した追加のセグメントを使用して、更なる補償を提供している。
【図１２】図１２は、図１１の構成の代替実施例であり、変調器構造の各セグメントの長さが異なっている。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図７は、本発明によって形成した例示的なシリコンベースの光学変調器３０を示す図であり、マルチセグメント変調器構成において自由キャリア分散ベースの変調を用いて非線形及び減衰の問題に対処している。図に示すように、変調器３０は、上述したものと同じＭＺＩアーキテクチュアを具え、これは、入力導波路１２、出力導波路１４、及び、一対の導波アーム１６、１８を有している。ＣＷ光学信号は入力導波路１２にカップリングされ、「変調した」光学信号が出力導波路１４に沿って現れており、導波アーム１６、１８に沿って配置された変調装置に入力信号として加えた電気入力（データ）信号によって変調が行われる。各導波アーム１６、１８は、マルチセグメントを具えるものとして、伝達する光学信号へ導入された位相変調の度合いを制御するのに使用する電気（データ）入力信号と共に示されている。
【００２２】
特に、光学導波アーム１６は、第１の複数セグメント４０を具えるものとして示されている。４つ以上のセグメントを使用することもできるが、この場合は、長さが異なる（図７に、Ｌ０、Ｌ１、Ｌ２及びＬ３として示されている）４つのセグメント４１、４２、４３及び４４である。このセグメントの長さは、特に、非線形位相変調と自由キャリアによって誘発される減衰の補償を含む以下に述べる設計基準によって定められている。光学導波アーム１８は、第２の複数セグメント５０（ここでも、規定された長さの４つのセグメント５１、５２、５３及び５４を含む）として形成されている。各セグメントは、図１乃至３に示すように、変調器１の構造と同様に形成することができる。代替的に、この分野で知られているＰ−Ｎ接合シリコンベースの変調器を、本発明の変調器に使用することができる。
【００２３】
本発明によれば、入力信号エンコーダ６０を用いて、Ｎ個の入力電気データ信号ビットセットをＭ個の電気駆動信号セットに変換して、第１及び第２の複数セグメント４０及び５０の制御に用いる。上述したように、セグメント数Ｍは、関係式Ｍ≧２Ｎ／２によってビット数Ｎに関連する。図７に示す例示的な実施例では、Ｎ＝３、Ｍ＝４である。入力信号エンコーダ４０は、８個の可能な入力条件を、３ビットの入力電気データ信号（ｂ０、ｂ１、ｂ２）から、セグメント２０、３０についての制御信号（Ｍ０、Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３）にマッピングするよう機能する。出力もデジタル信号であり、ＣＭＯＳベースの回路素子を変調器の製造に使用できることは、有利である。以下に示す表１は、制御信号Ｍ０−Ｍ３を生成するのに使用することができる一の例示的エンコードスキームを示す。
【００２４】
この場合、入力信号エンコーダ６０は、３ビットの電気データ入力信号の８個の可能な入力条件を、Ｍ０−Ｍ３を制御する８個の可能な１６の出力状態にマッピングする。「最も良い」８個の状態をうまく選択することによって、シリコンベースの変調器が、自由キャリア分散ベースの変調に関連する非線形位相応答と、減衰の問題を克服することができる。この表又は関連する図面に明確に示されてはいないが、変調器セグメントに与えられたＭ個の制御信号の各々は、実際は一対の逆の信号を具えていると解するべきである。更に、追加の一定の位相バイアスが変調器３０に与えられており、変調器が所望の動作ポイントで機能するようにしていると解するべきである。
【００２５】
図８は、ＱＡＭ光学変調器１００として構成された本発明の実施例を示す。この場合、導波路１６は、ＱＡＭ変調スキームの同相（Ｉ）成分に関連し、導波路１８は、このスキームの直角位相（Ｑ）成分に関連するものとして示されている。図に示すように、第１のマルチセグメント変調器１１０と関連する第１の入力信号エンコーダ１２０は、導波路１６に沿って配置されている。第２のマルチセグメント変調器１３０と関連する第２の入力信号エンコーダ１４０は、同様に、導波路１８に沿って配置されている。アーム１６及び１８に沿って信号を再結合するためには、π／２位相シフト素子１３５を変調器１３０の出力に配置して、直交成分が再整列するようにする。
【００２６】
図に示すように、同相データビット入力Ｉ０、Ｉ１及びＩ２を第１の入力信号エンコーダ１２０への入力として用いており、この特定の実施例では、第１の入力信号エンコーダ１２０は、６つの制御信号Ｍ０−Ｍ５のセット（特に、６対の相補制御信号）を生成するものとして示されている。この６つの制御信号Ｍ０−Ｍ５セットを用いて、第１の導波路１６−１に沿ったセグメント１５０と、第２の導波路１６−２に沿ったセグメント１５２として示した、６セグメント変調器構造を制御する。同様に、直交データビット入力Ｑ０、Ｑ１及びＱ２セットは、第２の入力信号エンコーダ１４０への入力として用いられ、ここでも、導波路１８−１及び１８−２に沿ってそれぞれ配置されたセグメント１５４と１５６の６つの制御信号セットを生成する。ここでも、エンコーダ１２０と１４０を用いて入力信号ビットを、シリコンベースの光学変調器に関連する非線形の問題と減衰の問題を解決する「最良の」出力信号セットにマッピングする。
【００２７】
図９は、ＱＡＭ−６４に関する従来技術の配置図であり、３セグメント変調器を用いて３ビットの入力信号（ｂ０、ｂ１及びｂ２）を、図８と同様の構成のＩ及びＱ変調器へ直接加えるようにしている（この場合、各変調器に沿って３つのセグメントのみを使用している）。「理想的な」変調器構造によると、等間隔ポイントのアレイでなる配置図ができると解される。しかし、ＭＺＩの様々な非線形特性（すなわち、固有の非線形伝達関数や、信号路に沿った減衰の存在と非線形位相変調）は、すべて、仮の配置に対して６４の可能なデータ信号のうちのさまざまな信号への偏位の誘発に寄与する。この偏位は、図９に示すように、「外信号」に対して特に問題である。
【００２８】
本発明によれば、変調器に用いるセグメント数を増やすことによって、及び、エンコーダによって供給された制御信号入力パターンを賢明に選択することによって、これらの信号に伴う減衰を低減することができる。図１０（ａ）は、４セグメント変調器構造を用いた本発明の実施例の配置図であり、図１０（ｂ）は、６セグメント変調器を用いた実施例の配置図である。従来技術の３セグメント構造を超えた改良点を見ることができる。実際、セグメント数を増やすことによって、関連する光学受信機における変調出力信号から回復したデータのエラー率が有意に少なくなる。
【００２９】
図１１は、単一の変調器２００を有するＱＡＭ−６４を実装した場合の、本発明の代替の実施例を示す図である。６４の可能なデータビットをすべて完全に表示するために、位相変調セグメントセット２１０が出力信号路１４に沿って変調器２００の「外側」に配置されている。図に示すように、３つの同相データビット（Ｉ０、Ｉ１及びＩ２）、並びに３つの直交データビット（Ｑ０、Ｑ１及びＱ２）が、入力として単一のエンコーダ２２０へ加えられる。図１１に示す特定の実施例は、６セグメント変調器構造２３０を具えており、セグメント２３１、２３２、２３３、２３４、２３５及び２３６をそれぞれ分離する駆動信号入力として制御信号Ｍ０−Ｍ５（及び、この相補信号）を加えて、変調器構造２３０を形成している。従ってエンコーダ２２０は、Ｉ、Ｑ入力信号を使って、変調器セグメント２３０の駆動信号のみならず、位相変調セグメント２１０のデジタル駆動信号φ０、φ１及びφ２も生成している。ここで、セグメント２３０の長さと駆動信号のパターンも、シリコンベースの光学変調装置に関連する減衰の問題を解決するように選択されている。
【００３０】
特に図示はしていないが、図８に関して上述した本発明の実施例は、更に、出力導波路１４に沿って、変調器１００の「外側」に配置した複数の位相変調セグメントを具えるように変形することができると解される。
【００３１】
いくつかの設計アプリケーションでは、個別基準で各セグメントの長さを最適化する必要がある。特定のシリコンベースの制限（自由キャリア分散ベースの減衰など）は、ＭＺＩ構造の長さの関数であることが知られており（例えば、図６（ａ）及び（ｂ）のグラフを参照）、これは、位相変調と、シリコンベースの変調装置の長さ（ｍｍ）の関数としての減衰を示す。しかしながら、等比級数に基づいてこの長さを選択することも有利である。例えば、５セグメントの実施例では、この長さは、Ｌ／２、Ｌ／４、Ｌ／８、Ｌ／１６及びＬ／３２の幾何学的関係にあり、ここでＬは、最大光学変調振幅（ＯＭＡ）や、消光比などのある基準に基づいて選択される。この特別に選択された基準は、特定の実装の設計考察であると考えられ、本発明の要件ではない。図１２は、図１１の実施例の代替構成３００を示す図であり、このようなスキームを、各変調セグメント（ＭＺＩ３００「内部」のセグメント３１０と、ＭＺＩ３００の「外部」のセグメント３２０）の長さを規定するのに用いている。この方法では、変調器セグメントがある方法で駆動される結果、Ｌ／３２インクリメント中の３１Ｌ／３２の有効トータル長さとなる。上述のその他の構成と同様に、好適にプログラムされたエンコーダ３３０を用いて、ＭＺＩのセグメント３１０に対する第１のデジタル駆動信号セットＭ０−Ｍ４（相補型の）と、出力導波路１４に沿って配置された位相セグメント３２０に対する第２のデジタル駆動信号φ０−φ４（単波）セットとして示した、別のセグメントに対する複数のデジタル駆動信号を提供する。
【００３２】
本発明の変調器に使用したコード化技術は、様々な変調スキームに適用できると解される。例示的な変調フォーマットには、限定するものではないが、この分野で振幅偏移変調（ＡＳＫ）と呼ばれるパルス振幅変調（ＰＡＭ−ｎ）、ＱＡＭ−ｎ（矩形並びに星型配置を実装している）、直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）、などが含まれる。実際、本発明をここに示すいくつかの実施例を参照して説明したが、当業者は本発明の精神と範囲から外れることなく、様々な変更を行うことができると認識される。従って、本発明は、図面に示され、明細書に説明されている事項に限定されることなく、特許請求の範囲に記載されている。
【技術分野】
【０００１】
関連出願のクロスリファレンス
本出願は、２００９年８月１９日に出願された米国暫定特許出願第６１／２３５，１０６号及び２０１０年６月１６日に出願された米国暫定特許出願６１／３５５，３７４号の利益を主張する。両出願とも、引用によって個々に組み込まれる。
【０００２】
技術分野
本発明は、シリコンベースの光学変調器に関し、特に、シリコンベースの変調器独自の特性に関連する性能の問題（例えば、減衰）に取り組むように選択された組み合わせで、マルチビット入力データ信号を別々の変調器セグメントを駆動する複数の信号にマッピングするのにデジタルエンコーダを使用するセグメント化したシリコンベースの光学変調器に関する。
【背景技術】
【０００３】
何年もの間、光学変調器はニオブ酸リチウムなどの電気光学材料で作られてきた。この電気光学材料の中に光導波器が形成されており、各導波器アームの表面に金属のコンタクト領域が配置されている。連続波（ＣＷ）光学信号が導波器に入り、電気データ信号入力が金属のコンタクト領域に入力信号として与えられる。与えられた電気信号は、コンタクト領域の下の導波領域の屈折率を変えて、導波器に沿う伝達速度を変更する。２本のアーム間に位相シフトπを作る電圧を加えることによって、非線形（デジタル）マッハツェンダー変調器が形成される。
【０００４】
このタイプの外付け変調器は非常に便利なものであるが、シリコンベースのプラットフォームに様々な光学要素、サブシステム、及びシステムを形成するといった要求が高まっている。更に、このようなシステムに関連する様々な電気部品（例えば、電気光学変調器用の入力電気データ駆動回路）を、同じシリコン基板上の光学部品に一体化することが望まれている。明らかに、このような場合にニオブ酸リチウムベースの電気光学装置を使用することは選択肢ではない。その他の従来の様々な電気光学装置は、同様に、シリコンプラットフォームと直接に互換性がない材料（ＩＩＩ−Ｖ化合物等）でできている。更に、これらの現場ベースの装置はいずれも、例えば１ＧＢ/ｓを超えるデータレートでは固有の性能に制限があることはよく知られている。特に、ニオブ酸リチウムベースの構成は、移動する波動構造としてモデル化する必要があり、装置を必須の速度で稼働させることが要求される比較的複雑な電気駆動構造を伴う。
【０００５】
２００５年１月１８日に、Ｒ．Ｋ．Ｍｏｎｔｇｏｍｅｒｙ ｅｔ ａｌ． に発行され、本出願の譲受人に譲渡され、ここに引用として組み込まれている米国特許第６，８４５，１９８号に開示されているように、シリコンベースのプラットフォームに光学変調器を設ける能力には有意な進歩があった。図１は、Ｍｏｎｔｇｏｍｅｒｙ ｅｔ ａｌ．特許に開示されているシリコンベースの変調器装置の例示的な一構成を示す。この場合、シリコンベースの光学変調器１は、ドープシリコン層２（通常、ポリシリコン）であって、サブミクロンの厚いシリコン表面層３（この分野では、ＳＯＩ層と呼ばれる）の逆ドープ部分に重なる構成に配置された層を具える。ＳＯＩ層３は、従来のシリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）構造体４の表面層として示されており、この構造体は更に、シリコン基板５と埋め込み酸化物層６を具える。重要なことは、比較的薄い誘電層７（例えば、二酸化シリコン、窒化シリコン、酸化カリウム、酸化ビスマス、酸化ハフニウム、またはその他の高誘電率電気絶縁材料等）が、ＳＯＩ層３とドープポリシリコン層２との間のオーバーラップ領域に沿って配設されていることである。ポリシリコン層２と、誘電層７と、ＳＯＩ層３によって規定されるオーバーラップ領域は、光学変調器１の「活性領域」を規定する。一の実施例では、ポリシリコン層２は、ｐ−型にドープされており、ＳＯＩ層３はｎ−型にドープされており、相補型ドープ構造（すなわち、ｎ−型ドープポリシリコン層２とｐ−型ドープＳＯＩ層）もまた用いられている。
【０００６】
図２は、変調器１の活性領域を示す拡大図であり、構造体を伝達する信号（紙面に直交する方向）に関連する光強度を示し、ポリシリコン層２とＳＯＩ層３との間のオーバーラップ領域の幅Ｗも示している。作動時に、ドープポリシリコン層２（ＶＲＥＦ２）とＳＯＩ層３（ＶＲＥＦ３）にかかる電圧（すなわち、電気データ入力信号）に応じて、誘電層７の両側に自由キャリアが蓄積し空乏化する。自由キャリア濃度の調節によって、活性領域の有効屈折率が変わり、従って活性領域によって規定された導波路に沿って伝達する光学信号の位相変調を取り入れる。図２では、光学信号は紙面に直交する方向において、ｙ軸に沿って伝達する。
【０００７】
図３は、従来のシリコンベースのマッハツェンダー干渉計（ＭＺＩ）１０の一例を示す図であり、この干渉計は、上述したようなシリコンベースの変調装置１を使用するように構成されている。図に示すように、従来のＭＺＩ１０は、入力導波路部分１２と、出力導波路部分１４を具える。導波変調器アーム対１６と１８が示されており、この例では、導波アーム１６が上述した変調装置１を有するように形成されている。
【０００８】
動作中は、レーザ源（図示せず）からの入射連続波（ＣＷ）光信号が、入力導波路部分１２にカップリングされる。ＣＷ信号は、その後、分かれて導波アーム１６と１８に沿って伝達する。アーム１６に沿って変調器１に電気駆動信号を与えることで、光学信号を変調する所望の位相シフトを提供し、出力導波路１４に沿って変調光学出力信号を形成する。電極対２０が、変調器１と共に記載されており、これを使用して電気駆動信号（ＶＲＥＦ２，ＶＲＥＦ３）を提供している。同様の変調装置を導波アーム１８に沿って配置して、伝達する光学信号の上に同様に位相遅れを取り入れるようにしてもよい。デジタルドメインで作動中は、論理信号「１」を送信したい場合は電極をオンにし、論理信号「０」を送信したい場合はオフにする。
【０００９】
まず、上記に示す従来の変調器の出力電力は、式：
Ｐｏｕｔ＝Ｐｉｎ／２（１＋ｃｏｓΔφ）
で与えられる。ここで、Ｐｏｕｔは変調器からの出力電力であり、Ｐｏは入力電力であり、Δφは２本のアーム（例えば、図３の変調器１０のアーム１６及び１８）間の正味光学位相差である。この結果、光学出力電力レベルは、２本のアーム間の正味位相シフトφの値を変えることで制御される。図４は、この関係をプロットしたものであり、２本のアーム間の位相シフトの関数としての出力電力を示す（「１」の出力は、最大出力電力Ｐｏｕｔに関連し、「０」出力は、最小出力電力Ｐｏｕｔに関連する）。すなわち、変調器の２本のアーム間の異なる位相シフトが、建設的干渉（例えば「１」）又は相殺的干渉（例えば「０」）のいずれかを提供する。図示しておらず、説明はないが、変調器などの実装において、ＤＣセクションを利用して、このアームを光学的にバランスさせており、図４に示す転送曲線に沿って所望の位置に操作ポイントを設定することができると解される。
【００１０】
最新の信号フォーマットを使用する点において、シリコンベースの光学変調器の分野は改良されている。例えば、本出願人に譲渡された、２００９年１月２７日にＫ．Ｓｈａｓｔｒｉ ｅｔ ａｌ．に発行された米国特許第７，４８３，５９７号である。この特許は、引用によりここに組み込まれている。この特許に開示されているように、マルチビット電気入力データが用いられており、変調器自体が、トータル長さが位相シフトπに等しく、長さが異なる複数部分を有する少なくとも一の変調器アームを具えるように構成されている。この例示的変調器２５が図５に示されている。各分割部分がデジタル論理信号「１」又はデジタル論理信号「０」で駆動され、これらの信号は、デジタル的に「オン」又は「オフ」に駆動されて、マルチレベルの変調を行う。
【００１１】
各変調器部分は、変調器アームに沿ったこの部分の位置（すなわち、コサインベースの電力曲線に対するその「位置」）にかかわらず、公称長さで最適化して、絶対値でほぼ同じ電力レベルを提供することができる。図４に示す伝達関数曲線を参照すると、コサイン曲線のピークと谷で動作して、伝達関数のより「急な」中央領域に関連する部分と同じ出力電力変化を提供するには、より長い変調部分が必要であることが明かである。
【００１２】
Ｓｈａｓｔｒｉ ｅｔ ａｌ．に開示された構成は、マルチビットデータ信号をシリコンベースの光学変調器を駆動させるのに便利であるが、シリコン中の光学位相変調に用いる自由キャリア分散効果が非線形位相変調応答を示し、一方で位相変調量に比例する減衰を示すことがわかっている。図６（ａ）は、非線形位相変調応答対印加電をプロットしたものであり、図６（ｂ）は、図５に示す従来技術の装置に対する印加電圧に応じたシリコンベースの光学変調器の減衰をプロットしたものである。図６（ａ）に示すように、位相変調は約１ボルトより低い印加電圧に対して非線形であり、ここで、図６（ｂ）に示す減衰は、印加電圧が上がるにつれて大きくなって、印加電圧２Ｖと動作波長１５５０ｎｍについて、３ｄＢ／ｍｍに近い値になっている。
【００１３】
このように、シリコンベースの光学変調器に関する分野には、これらのシリコン装置における自由キャリア分散効果に関連する非線形及び減衰の問題を認識し、取り組む必要性がある。
【発明の概要】
【００１４】
本発明は従来技術に足りないものに取り組んでおり、シリコンベースの光学変調器に関する。特に、本発明は導波領域に沿った自由キャリアの分散ベースの変調に関する位相変調非線形及び減衰の問題に取り組むため、変形電気データ入力信号フォーマットを用いたマルチセグメント装置として構成されたシリコンベースの光学変調器に関する。
【００１５】
本発明によれば、非線形位相変調と自由キャリア分散ベースの減衰が、Ｎビットの入力信号に対してＭ個のセグメント変調器（Ｍ≧２Ｎ／２）を用いた、マルチセグメント変調器構造を用いることによって軽減される。Ｎ−ｔｏ−Ｍデジタルエンコーダが変調器構成に含まれており、Ｎビットの入力信号を変調器セグメントの選択的な駆動に用いる所望のＭ個の信号へのマッピングに用いる。
【００１６】
変調器セグメントの長さを調整することによっても非線形と減衰の問題を解決できることが、本発明の一態様である。追加の位相調整を、変調器の出力地点（足し合わせた導波路を超えて）で使用することができる。
【００１７】
有利なことに、デジタル入力信号のコード化によって制御されたマルチ変調器セグメントを具えることによって、セグメント自体に対する入力をデジタル信号の形にすることができ、ＣＭＯＳベースの構造を用いることが可能となる。
【００１８】
本発明の変調器は、限定するものではないが、直交振幅変調（ＱＡＭ）、ＱＡＭ−ｍ、スター−ＱＡＭ、四相位相シフトキーイング（ＱＰＳＫ）、ＰＡＭ（位相増幅変調）、ＯＦＤＭ（直交周波数分割多重方式）、などを含む様々な高度の変調スキームにより有益であると考えられる。
【００１９】
本発明のその他の態様及び更なる態様は、添付図面を参照することによって、以下の説明において明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、例示的なシリコンベースの変調装置の断面図である。
【図２】図２は、図１に記載の装置の活性領域を拡大した図である。
【図３】図３は、図１に示すシリコンベースの変調装置を用いた例示的なマッハツェンダー干渉計（ＭＺＩ）を示す図である。
【図４】図４は、図３に示すＭＺＩの転送機能を示す図である。
【図５】図５は、マルチレベルの電気入力（データ）信号に使用する例示的なセグメント化したＭＺＩを示す図である。
【図６】図６（ａ）は、シリコンベースの変調装置の非線形位相応答を示すグラフである。図６（ｂ）は、シリコンベースの変調装置に関連する減衰を示すグラフである。
【図７】図７は、本発明によって形成した、例示的なセグメント化したシリコンベースの光学変調器を示す図であり、従来技術の位相非直線性と減衰の問題を解決する電気データ入力信号のコード化を提供する。
【図８】図８は、本発明によって形成した、例示的ＱＡＭ変調器を示す図である。
【図９】図９は、従来技術の３セグメント変調器を用いたＱＡＭ−６４についての矩形配置図である。
【図１０】図１０（ａ）は、本発明によって形成した４セグメントＭＺＩとそれに関連する入力信号エンコーダを使用した、ＱＡＭ−６４の図である。図１０（ｂ）は、本発明によって形成した６セグメントＭＺＩとそれに関連する入力信号エンコーダを使用した、ＱＡＭ−６４の図である。
【図１１】図１１は、本発明の代替の実施例を示す図であり、単一のＭＺＩを用いてＱＡＭ信号を提供しており、ＭＺＩの出力を超えて配置した追加のセグメントを使用して、更なる補償を提供している。
【図１２】図１２は、図１１の構成の代替実施例であり、変調器構造の各セグメントの長さが異なっている。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図７は、本発明によって形成した例示的なシリコンベースの光学変調器３０を示す図であり、マルチセグメント変調器構成において自由キャリア分散ベースの変調を用いて非線形及び減衰の問題に対処している。図に示すように、変調器３０は、上述したものと同じＭＺＩアーキテクチュアを具え、これは、入力導波路１２、出力導波路１４、及び、一対の導波アーム１６、１８を有している。ＣＷ光学信号は入力導波路１２にカップリングされ、「変調した」光学信号が出力導波路１４に沿って現れており、導波アーム１６、１８に沿って配置された変調装置に入力信号として加えた電気入力（データ）信号によって変調が行われる。各導波アーム１６、１８は、マルチセグメントを具えるものとして、伝達する光学信号へ導入された位相変調の度合いを制御するのに使用する電気（データ）入力信号と共に示されている。
【００２２】
特に、光学導波アーム１６は、第１の複数セグメント４０を具えるものとして示されている。４つ以上のセグメントを使用することもできるが、この場合は、長さが異なる（図７に、Ｌ０、Ｌ１、Ｌ２及びＬ３として示されている）４つのセグメント４１、４２、４３及び４４である。このセグメントの長さは、特に、非線形位相変調と自由キャリアによって誘発される減衰の補償を含む以下に述べる設計基準によって定められている。光学導波アーム１８は、第２の複数セグメント５０（ここでも、規定された長さの４つのセグメント５１、５２、５３及び５４を含む）として形成されている。各セグメントは、図１乃至３に示すように、変調器１の構造と同様に形成することができる。代替的に、この分野で知られているＰ−Ｎ接合シリコンベースの変調器を、本発明の変調器に使用することができる。
【００２３】
本発明によれば、入力信号エンコーダ６０を用いて、Ｎ個の入力電気データ信号ビットセットをＭ個の電気駆動信号セットに変換して、第１及び第２の複数セグメント４０及び５０の制御に用いる。上述したように、セグメント数Ｍは、関係式Ｍ≧２Ｎ／２によってビット数Ｎに関連する。図７に示す例示的な実施例では、Ｎ＝３、Ｍ＝４である。入力信号エンコーダ４０は、８個の可能な入力条件を、３ビットの入力電気データ信号（ｂ０、ｂ１、ｂ２）から、セグメント２０、３０についての制御信号（Ｍ０、Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３）にマッピングするよう機能する。出力もデジタル信号であり、ＣＭＯＳベースの回路素子を変調器の製造に使用できることは、有利である。以下に示す表１は、制御信号Ｍ０−Ｍ３を生成するのに使用することができる一の例示的エンコードスキームを示す。
【００２４】
この場合、入力信号エンコーダ６０は、３ビットの電気データ入力信号の８個の可能な入力条件を、Ｍ０−Ｍ３を制御する８個の可能な１６の出力状態にマッピングする。「最も良い」８個の状態をうまく選択することによって、シリコンベースの変調器が、自由キャリア分散ベースの変調に関連する非線形位相応答と、減衰の問題を克服することができる。この表又は関連する図面に明確に示されてはいないが、変調器セグメントに与えられたＭ個の制御信号の各々は、実際は一対の逆の信号を具えていると解するべきである。更に、追加の一定の位相バイアスが変調器３０に与えられており、変調器が所望の動作ポイントで機能するようにしていると解するべきである。
【００２５】
図８は、ＱＡＭ光学変調器１００として構成された本発明の実施例を示す。この場合、導波路１６は、ＱＡＭ変調スキームの同相（Ｉ）成分に関連し、導波路１８は、このスキームの直角位相（Ｑ）成分に関連するものとして示されている。図に示すように、第１のマルチセグメント変調器１１０と関連する第１の入力信号エンコーダ１２０は、導波路１６に沿って配置されている。第２のマルチセグメント変調器１３０と関連する第２の入力信号エンコーダ１４０は、同様に、導波路１８に沿って配置されている。アーム１６及び１８に沿って信号を再結合するためには、π／２位相シフト素子１３５を変調器１３０の出力に配置して、直交成分が再整列するようにする。
【００２６】
図に示すように、同相データビット入力Ｉ０、Ｉ１及びＩ２を第１の入力信号エンコーダ１２０への入力として用いており、この特定の実施例では、第１の入力信号エンコーダ１２０は、６つの制御信号Ｍ０−Ｍ５のセット（特に、６対の相補制御信号）を生成するものとして示されている。この６つの制御信号Ｍ０−Ｍ５セットを用いて、第１の導波路１６−１に沿ったセグメント１５０と、第２の導波路１６−２に沿ったセグメント１５２として示した、６セグメント変調器構造を制御する。同様に、直交データビット入力Ｑ０、Ｑ１及びＱ２セットは、第２の入力信号エンコーダ１４０への入力として用いられ、ここでも、導波路１８−１及び１８−２に沿ってそれぞれ配置されたセグメント１５４と１５６の６つの制御信号セットを生成する。ここでも、エンコーダ１２０と１４０を用いて入力信号ビットを、シリコンベースの光学変調器に関連する非線形の問題と減衰の問題を解決する「最良の」出力信号セットにマッピングする。
【００２７】
図９は、ＱＡＭ−６４に関する従来技術の配置図であり、３セグメント変調器を用いて３ビットの入力信号（ｂ０、ｂ１及びｂ２）を、図８と同様の構成のＩ及びＱ変調器へ直接加えるようにしている（この場合、各変調器に沿って３つのセグメントのみを使用している）。「理想的な」変調器構造によると、等間隔ポイントのアレイでなる配置図ができると解される。しかし、ＭＺＩの様々な非線形特性（すなわち、固有の非線形伝達関数や、信号路に沿った減衰の存在と非線形位相変調）は、すべて、仮の配置に対して６４の可能なデータ信号のうちのさまざまな信号への偏位の誘発に寄与する。この偏位は、図９に示すように、「外信号」に対して特に問題である。
【００２８】
本発明によれば、変調器に用いるセグメント数を増やすことによって、及び、エンコーダによって供給された制御信号入力パターンを賢明に選択することによって、これらの信号に伴う減衰を低減することができる。図１０（ａ）は、４セグメント変調器構造を用いた本発明の実施例の配置図であり、図１０（ｂ）は、６セグメント変調器を用いた実施例の配置図である。従来技術の３セグメント構造を超えた改良点を見ることができる。実際、セグメント数を増やすことによって、関連する光学受信機における変調出力信号から回復したデータのエラー率が有意に少なくなる。
【００２９】
図１１は、単一の変調器２００を有するＱＡＭ−６４を実装した場合の、本発明の代替の実施例を示す図である。６４の可能なデータビットをすべて完全に表示するために、位相変調セグメントセット２１０が出力信号路１４に沿って変調器２００の「外側」に配置されている。図に示すように、３つの同相データビット（Ｉ０、Ｉ１及びＩ２）、並びに３つの直交データビット（Ｑ０、Ｑ１及びＱ２）が、入力として単一のエンコーダ２２０へ加えられる。図１１に示す特定の実施例は、６セグメント変調器構造２３０を具えており、セグメント２３１、２３２、２３３、２３４、２３５及び２３６をそれぞれ分離する駆動信号入力として制御信号Ｍ０−Ｍ５（及び、この相補信号）を加えて、変調器構造２３０を形成している。従ってエンコーダ２２０は、Ｉ、Ｑ入力信号を使って、変調器セグメント２３０の駆動信号のみならず、位相変調セグメント２１０のデジタル駆動信号φ０、φ１及びφ２も生成している。ここで、セグメント２３０の長さと駆動信号のパターンも、シリコンベースの光学変調装置に関連する減衰の問題を解決するように選択されている。
【００３０】
特に図示はしていないが、図８に関して上述した本発明の実施例は、更に、出力導波路１４に沿って、変調器１００の「外側」に配置した複数の位相変調セグメントを具えるように変形することができると解される。
【００３１】
いくつかの設計アプリケーションでは、個別基準で各セグメントの長さを最適化する必要がある。特定のシリコンベースの制限（自由キャリア分散ベースの減衰など）は、ＭＺＩ構造の長さの関数であることが知られており（例えば、図６（ａ）及び（ｂ）のグラフを参照）、これは、位相変調と、シリコンベースの変調装置の長さ（ｍｍ）の関数としての減衰を示す。しかしながら、等比級数に基づいてこの長さを選択することも有利である。例えば、５セグメントの実施例では、この長さは、Ｌ／２、Ｌ／４、Ｌ／８、Ｌ／１６及びＬ／３２の幾何学的関係にあり、ここでＬは、最大光学変調振幅（ＯＭＡ）や、消光比などのある基準に基づいて選択される。この特別に選択された基準は、特定の実装の設計考察であると考えられ、本発明の要件ではない。図１２は、図１１の実施例の代替構成３００を示す図であり、このようなスキームを、各変調セグメント（ＭＺＩ３００「内部」のセグメント３１０と、ＭＺＩ３００の「外部」のセグメント３２０）の長さを規定するのに用いている。この方法では、変調器セグメントがある方法で駆動される結果、Ｌ／３２インクリメント中の３１Ｌ／３２の有効トータル長さとなる。上述のその他の構成と同様に、好適にプログラムされたエンコーダ３３０を用いて、ＭＺＩのセグメント３１０に対する第１のデジタル駆動信号セットＭ０−Ｍ４（相補型の）と、出力導波路１４に沿って配置された位相セグメント３２０に対する第２のデジタル駆動信号φ０−φ４（単波）セットとして示した、別のセグメントに対する複数のデジタル駆動信号を提供する。
【００３２】
本発明の変調器に使用したコード化技術は、様々な変調スキームに適用できると解される。例示的な変調フォーマットには、限定するものではないが、この分野で振幅偏移変調（ＡＳＫ）と呼ばれるパルス振幅変調（ＰＡＭ−ｎ）、ＱＡＭ−ｎ（矩形並びに星型配置を実装している）、直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）、などが含まれる。実際、本発明をここに示すいくつかの実施例を参照して説明したが、当業者は本発明の精神と範囲から外れることなく、様々な変更を行うことができると認識される。従って、本発明は、図面に示され、明細書に説明されている事項に限定されることなく、特許請求の範囲に記載されている。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎ−ビットの電気データ信号を変調光学出力信号に変換するシリコンベースの光学変調装置において：
連続波（ＣＷ）光学入力信号を受信する入力導波部分と；
前記入力導波部分の出力に接続された、前記ＣＷ光学入力信号を１対のＣＷ光学信号に分割する入力光学スプリッタと；
前記入力光学スプリッタの出力に接続された一対の光学導波路であって、前記一対のＣＷ光学信号の伝達を支持する一対の変調器アームを形成し、少なくとも一方の変調器アームが複数のＭ個の変調器セグメントに区分けされた、一対の光学導波路と；
前記Ｎ−ビットの電気データ信号を、前記複数のＭ変調セグメント用の複数Ｍ個の駆動信号に、Ｍ≧２Ｎ／２で変換し、当該複数Ｍ個の駆動信号が前記シリコンベースの光学変調装置に関連する減衰を補償するように選択されている、デジタルエンコーダと；
前記一対の変調光学信号を、変調した光学出力信号に組み入れる出力光学コンバイナと；
前記変調した光学出力信号の伝達をサポートするために、前記出力光学コンバイナの出力に接続された出力導波部分と；
を具えることを特徴とするシリコンベースの光学変調装置。
【請求項２】
請求項１に記載のシリコンベースの光学変調装置において、各変調器アームが複数Ｍ個の変調器セグメントに区分けされており、前記デジタルエンコーダが複数Ｍ対の駆動信号を提供することを特徴とするシリコンベースの光学変調装置。
【請求項３】
請求項２に記載のシリコンベースの光学変調装置において、前記複数Ｍ対の駆動信号が、複数Ｍ対の相補駆動信号を具えることを特徴とするシリコンベースの光学変調装置。
【請求項４】
請求項１に記載のシリコンベースの光学変調装置において、前記変調装置が更に、前記出力導波部分に沿って配置されており、前記デジタルエンコーダからの駆動信号出力によって制御される複数の位相変調セグメントを具えることを特徴とする光学変調装置。
【請求項５】
請求項１に記載のシリコンベースの光学変調装置において、前記複数Ｍ個の駆動信号が、複数のデジタル信号を具えることを特徴とするシリコンベースの光学変調装置。
【請求項６】
請求項５に記載のシリコンベースの光学変調装置において、前記複数のデジタル信号が、複数のＣＭＯＳ対応のデジタル信号を具えることを特徴とするシリコンベースの光学変調装置。
【請求項７】
請求項１に記載のシリコンベースの光学変調装置において、前記複数の変調器セグメントが、前記シリコンベースの変調装置に関連する減衰の存在下で、所定の光学変調振幅（ＯＭＡ）を提供するように選択された、組み合わせた長さＬを示すように構成されていることを特徴とするシリコンベースの光学変調装置。
【請求項８】
請求項１に記載のシリコンベースの光学変調装置において、前記複数の変調器セグメントが、前記シリコンベースの変調装置に関連する減衰の存在下で、所定の消光比を提供するように選択された、組み合わせた長さＬを示すように構成されていることを特徴とするシリコンベースの光学変調装置。
【請求項９】
請求項１に記載のシリコンベースの光学変調装置において、前記複数のセグメントが、組み合わせた長さＬを示すように構成されており、ここで、個々のセグメントの長さはＬ／２ｎ、ｎ＝１、２、３、・・・に基づくことを特徴とするシリコンベースの光学変調装置。
【請求項１０】
シリコンベースの直交振幅変調（ＱＡＭ）光学装置において：
連続波（ＣＷ）光学入力信号を受信する入力導波部分と；
前記入力導波部分の出力に接続された、前記ＣＷ光学入力信号を１対のＣＷ光学信号に分割する入力光学スプリッタと；
前記入力光学スプリッタの出力に接続された一対の光学導波路アームと；
前記一対の光学導波路アームのうちの第１の光学導波路アームであって、
前記ＣＷ光学信号の第１の部分の伝達をサポートする第１の変調器アーム対を作る第１の光学スプリッタであって、前記第１の変調器アーム対の各変調アームが第１の複数のＭ変調器セグメントに区分けされている、第１の光学スプリッタと；
ＱＡＭデータ信号を第１の複数のＭ変調器セグメント用の第１の複数のＭ駆動信号に変換する第１のデジタルエンコーダであって、前記第１の複数のＭ駆動信号が、前記シリコンベースの光学変調装置に関連する減衰を補償するように選択されている、第１のデジタルエンコーダと；
前記第１の変調器アーム対の各変調器アームに沿って伝達する変調光学信号を組み合わせる第１の光学コンバイナと；
を具える第１の光学導波路アームと；
前記１対の光学導波路アームの第２の光学導波路アームであって、更に、
前記ＣＷ光学信号の第２の部分の伝達をサポートする第２の変調器アーム対を作る第２の光学スプリッタであって、前記第２の変調器アーム対の各変調器アームが第２の複数のＭ変調器セグメントに区分けされている、第２の光学スプリッタと；
ＱＡＭデータ信号を第２の複数のＭ変調器セグメント用の第２の複数のＭ駆動信号に変換する第２のデジタルエンコーダであって、前記第２の複数のＭ駆動信号が、前記シリコンベースの光学変調装置に関連する減衰を補償するように選択されている、第２のデジタルエンコーダと；
前記第２の変調器アーム対の各変調器アームに沿って伝達する変調光学信号を組み合わせる第２の光学コンバイナと；
を具える第２の光学導波路アームと；
前記第２の光学コンバイナの出力に配置したπ／２位相シフト素子と；
前記第１及び第２の光学コンバイナの出力における変調光学信号対を、ＱＡＭ変調光学出力信号に組み合わせる出力光学コンバイナと；
前記ＱＡＭ変調光学出力信号の伝達をサポートする前記出力光学コンバイナの出力に接続した出力導波路部分と；
を具えることを特徴とするシリコンベースの直交振幅変調（ＱＡＭ）光学装置。
【請求項１】
Ｎ−ビットの電気データ信号を変調光学出力信号に変換するシリコンベースの光学変調装置において：
連続波（ＣＷ）光学入力信号を受信する入力導波部分と；
前記入力導波部分の出力に接続された、前記ＣＷ光学入力信号を１対のＣＷ光学信号に分割する入力光学スプリッタと；
前記入力光学スプリッタの出力に接続された一対の光学導波路であって、前記一対のＣＷ光学信号の伝達を支持する一対の変調器アームを形成し、少なくとも一方の変調器アームが複数のＭ個の変調器セグメントに区分けされた、一対の光学導波路と；
前記Ｎ−ビットの電気データ信号を、前記複数のＭ変調セグメント用の複数Ｍ個の駆動信号に、Ｍ≧２Ｎ／２で変換し、当該複数Ｍ個の駆動信号が前記シリコンベースの光学変調装置に関連する減衰を補償するように選択されている、デジタルエンコーダと；
前記一対の変調光学信号を、変調した光学出力信号に組み入れる出力光学コンバイナと；
前記変調した光学出力信号の伝達をサポートするために、前記出力光学コンバイナの出力に接続された出力導波部分と；
を具えることを特徴とするシリコンベースの光学変調装置。
【請求項２】
請求項１に記載のシリコンベースの光学変調装置において、各変調器アームが複数Ｍ個の変調器セグメントに区分けされており、前記デジタルエンコーダが複数Ｍ対の駆動信号を提供することを特徴とするシリコンベースの光学変調装置。
【請求項３】
請求項２に記載のシリコンベースの光学変調装置において、前記複数Ｍ対の駆動信号が、複数Ｍ対の相補駆動信号を具えることを特徴とするシリコンベースの光学変調装置。
【請求項４】
請求項１に記載のシリコンベースの光学変調装置において、前記変調装置が更に、前記出力導波部分に沿って配置されており、前記デジタルエンコーダからの駆動信号出力によって制御される複数の位相変調セグメントを具えることを特徴とする光学変調装置。
【請求項５】
請求項１に記載のシリコンベースの光学変調装置において、前記複数Ｍ個の駆動信号が、複数のデジタル信号を具えることを特徴とするシリコンベースの光学変調装置。
【請求項６】
請求項５に記載のシリコンベースの光学変調装置において、前記複数のデジタル信号が、複数のＣＭＯＳ対応のデジタル信号を具えることを特徴とするシリコンベースの光学変調装置。
【請求項７】
請求項１に記載のシリコンベースの光学変調装置において、前記複数の変調器セグメントが、前記シリコンベースの変調装置に関連する減衰の存在下で、所定の光学変調振幅（ＯＭＡ）を提供するように選択された、組み合わせた長さＬを示すように構成されていることを特徴とするシリコンベースの光学変調装置。
【請求項８】
請求項１に記載のシリコンベースの光学変調装置において、前記複数の変調器セグメントが、前記シリコンベースの変調装置に関連する減衰の存在下で、所定の消光比を提供するように選択された、組み合わせた長さＬを示すように構成されていることを特徴とするシリコンベースの光学変調装置。
【請求項９】
請求項１に記載のシリコンベースの光学変調装置において、前記複数のセグメントが、組み合わせた長さＬを示すように構成されており、ここで、個々のセグメントの長さはＬ／２ｎ、ｎ＝１、２、３、・・・に基づくことを特徴とするシリコンベースの光学変調装置。
【請求項１０】
シリコンベースの直交振幅変調（ＱＡＭ）光学装置において：
連続波（ＣＷ）光学入力信号を受信する入力導波部分と；
前記入力導波部分の出力に接続された、前記ＣＷ光学入力信号を１対のＣＷ光学信号に分割する入力光学スプリッタと；
前記入力光学スプリッタの出力に接続された一対の光学導波路アームと；
前記一対の光学導波路アームのうちの第１の光学導波路アームであって、
前記ＣＷ光学信号の第１の部分の伝達をサポートする第１の変調器アーム対を作る第１の光学スプリッタであって、前記第１の変調器アーム対の各変調アームが第１の複数のＭ変調器セグメントに区分けされている、第１の光学スプリッタと；
ＱＡＭデータ信号を第１の複数のＭ変調器セグメント用の第１の複数のＭ駆動信号に変換する第１のデジタルエンコーダであって、前記第１の複数のＭ駆動信号が、前記シリコンベースの光学変調装置に関連する減衰を補償するように選択されている、第１のデジタルエンコーダと；
前記第１の変調器アーム対の各変調器アームに沿って伝達する変調光学信号を組み合わせる第１の光学コンバイナと；
を具える第１の光学導波路アームと；
前記１対の光学導波路アームの第２の光学導波路アームであって、更に、
前記ＣＷ光学信号の第２の部分の伝達をサポートする第２の変調器アーム対を作る第２の光学スプリッタであって、前記第２の変調器アーム対の各変調器アームが第２の複数のＭ変調器セグメントに区分けされている、第２の光学スプリッタと；
ＱＡＭデータ信号を第２の複数のＭ変調器セグメント用の第２の複数のＭ駆動信号に変換する第２のデジタルエンコーダであって、前記第２の複数のＭ駆動信号が、前記シリコンベースの光学変調装置に関連する減衰を補償するように選択されている、第２のデジタルエンコーダと；
前記第２の変調器アーム対の各変調器アームに沿って伝達する変調光学信号を組み合わせる第２の光学コンバイナと；
を具える第２の光学導波路アームと；
前記第２の光学コンバイナの出力に配置したπ／２位相シフト素子と；
前記第１及び第２の光学コンバイナの出力における変調光学信号対を、ＱＡＭ変調光学出力信号に組み合わせる出力光学コンバイナと；
前記ＱＡＭ変調光学出力信号の伝達をサポートする前記出力光学コンバイナの出力に接続した出力導波路部分と；
を具えることを特徴とするシリコンベースの直交振幅変調（ＱＡＭ）光学装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０（ａ）】
【図１０（ｂ）】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０（ａ）】
【図１０（ｂ）】
【図１１】
【図１２】
【公表番号】特表２０１３−５０２６１３（Ｐ２０１３−５０２６１３Ａ）
【公表日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５２５６２３（Ｐ２０１２−５２５６２３）
【出願日】平成２２年８月１４日（２０１０．８．１４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０４５５５５
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０２２３０８
【国際公開日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【出願人】（５０９１７０６９３）ライトワイヤー，インク． (6)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月１４日（２０１０．８．１４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０４５５５５
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０２２３０８
【国際公開日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【出願人】（５０９１７０６９３）ライトワイヤー，インク． (6)
【Ｆターム（参考）】
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