JP2017143533A - 再構成可能な光ネットワーク - Google Patents

Abstract

【課題】ネットワークのサイズおよび速度が高度成長化するにつれて、そのような高度成長化から取り残されないためには、より高い性能を提供する新たな光スイッチ・ファブリックが必要とされる。
【解決手段】例えば再構成可能な電気的光学的ネットワークであり、第１の入力導波管と第１の出力導波管とを含むシステムが提供される。
【選択図】図１

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１２年６月２９日に出願され参照により本明細書に組み入れられている米国特許出願第１３／５３８，５２５号（’５２５出願）と関連する。本出願は、更に、本出願と同日に出願され参照により本明細書に組み入れられている米国特許出願第１３／８００６３４号（弁護士整理番号８１２２４９−ＵＳ−ＮＰ）（’２４９出願）と関連する。本出願は、同一の名称を有し２０１２年７月２日に出願され参照によりその全体が本明細書に組み入れられている本出願以前の出願である米国仮特許出願第６１／６６７，３８０号の優先権を主張するものである。本出願は、更に、やはり同一の名称を有し２０１２年７月２日に出願され参照によりその全体が本明細書に組み入れられている本出願以前の出願である米国仮特許出願第６１／６６７，３７４号（’３７４出願）の優先権を主張するものである。

この出願は、一般に、光通信システムおよび方法に関する。

この項目では、本発明のよりよい理解を容易にする助けとなり得る態様を紹介する。従って、この項目における記載は、そのような観点から読まれるべきであって、従来技術には何が存在するのか、または、従来技術には何が存在しないのか、に関する承認として理解されるべきではない。

光スイッチング・ネットワークは、「光スイッチ・ファブリック」と称されることがあるスイッチング・トポロジを用いる。そのようなネットワークのサイズおよび速度が高度成長化するにつれて、そのような高度成長化から取り残されないためには、より高い性能を提供する新たな光スイッチ・ファブリックが必要とされる。取り組まれるべき性能に関する一態様としては、そのような光ネットワークの構成（ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ）がある。

ある態様によると、例えば再構成可能な電気的光学的ネットワークであり、第１の入力導波管と第１の出力導波管とを含むシステムが提供される。入力導波管は、第１の入力光信号を受け取るように構成されている。この信号は、第１の変調された入力波長チャネルを含む。出力導波管は、変調されていない出力波長チャネルを含む搬送波信号を受け取るように構成されている。第１の入力マイクロキャビティ共振器は、変調された入力波長チャネルから、変調された電気制御信号を導くように構成されている。第１の出力マイクロキャビティ共振器は、制御信号に応答して、出力波長チャネルを変調するように構成されている。

別の態様によると、例えば再構成可能な電気的光学的ネットワークを形成するための方法が提供される。この方法は、第１の変調された入力波長チャネルを含む第１の入力光信号を受け取ることができる第１の入力導波管を形成するステップを含む。変調されていない出力波長チャネルを含む搬送波信号を受け取ることができる第１の出力導波管が、形成される。変調された入力波長チャネルから、変調された電気制御信号を導くように構成されている第１の入力マイクロキャビティ共振器が、形成される。制御信号に応答して、出力波長チャネルを変調するように構成されている第１の出力マイクロキャビティ共振器が、形成される。

上述した実施形態のいくつかでは、第１の入力マイクロキャビティ共振器は、対応する複数の変調された入力波長チャネルのそれぞれから電気制御信号を導くように構成された複数の入力マイクロキャビティ共振器の１つであり得る。第１の出力マイクロキャビティ共振器は、制御信号の対応する１つに応答して、対応する出力波長チャネルを変調するようにそれぞれが構成された複数の出力マイクロキャビティ共振器の１つであり得る。コントローラは、入力マイクロキャビティ共振器と出力マイクロキャビティ共振器との間の接続性を再構成するように構成されている。

上述した実施形態のいずれにおいても、コントローラは、Ｎ個の入力とＮ個の出力とを有しており入力マイクロキャビティ共振器と出力マイクロキャビティ共振器との間において制御信号の信号経路の複数の一意的な組合せを提供するように構成されたクロスコネクト・スイッチを含み得る。そのような実施形態のいくつかでは、クロスコネクト・スイッチは、Ｎ個の出力を有しており、Ｎ^１／２個の入力をＮ^１／２個の出力に切り替えるようにそれぞれが構成されている複数のサブスイッチを含む。いくつかの実施形態では、クロスコネクト・スイッチは、信号経路のＮ！個の一意的な組合せを提供する。

上述した実施形態のいずれにおいても、入力導波管と出力導波管とは第１の基板の上に配置され、コントローラは第２の基板の上に配置され得る。そのような実施形態のいくつかでは、第１の基板と第２の基板とは、共に、間に置かれた相互接続基板にボンディングされ得る。

上述した実施形態のいずれにおいても、マイクロキャビティ共振器は、リング共振器を含み得る。上述した実施形態のいずれにおいても、入力波長チャネルと出力波長チャネルとは、それぞれが、同一の波長を用い得る。上述した実施形態のいずれにおいても、このシステムは、搬送波信号を生成するように構成されている光源を含み得る。そのような実施形態では、光源は、光学的なＳ、Ｃ、またはＬバンドにおける複数の波長成分を生成するように構成され得る。

別の実施形態は、Ｎ個の第１の組とＮ個の第２の組とを有するＮＭｘＮＭの電気クロスコネクトを備えているシステムである。Ｎ個の第１の組においては、それぞれの第１の組は、同じ第１の組と対応する光導波管に光学的に結合されたＭ個のリング共振器を含み、第１の組のそれぞれのリング共振器は、ＮＭｘＮＭの電気クロスコネクトの対応する電気的入力に接続された光／電気出力を有している。Ｎ個の第２の組においては、それぞれの第２の組は、同じ第２の組と対応する光導波管に光学的に結合されたＭ個のリング共振器を含み、第２の組のそれぞれのリング共振器は、ＮＭｘＮＭの電気クロスコネクトの対応する出力に接続された光／電気入力を有している。

そのような実施形態のいくつかは、Ｍ個の光送信チャネルの上に送信することができるＮ個の光送信機を更に備えており、それぞれの送信機は、第１の組の１つに光学的に結合された光導波管の対応する１つに光学的に結合されている。そのような実施形態のいくつかは、Ｍ個の光受信チャネルの上で受信することができるＮ個の光受信機を更に備えており、それぞれの受信機は、第２の組の１つに光学的に結合された光導波管の対応する１つに光学的に結合されている。そのような実施形態のいずれにおいても、電気クロスコネクトは、第１の組の中の同じ１つのそれぞれのリング共振器を第２の組の中の別の１つに接続するように、構成され得る。そのような実施形態のいずれにおいても、電気クロスコネクトは、第１の組の中の１つのそれぞれのリング共振器を第２の組の中の別の１つに接続するように、構成され得る。そのような実施形態のいずれにおいても、電気クロスコネクトは、第２の組の中の１つのそれぞれのリング共振器を第１の組の中の別の１つに接続するように、構成され得る。そのような実施形態のいずれにおいても、電気クロスコネクトは、第２の組の中の１つのそれぞれのリング共振器を第１の組の中の別の１つに接続するように、構成されている。そのような実施形態のいずれにおいても、ＮＭｘＮＭの電気クロスコネクトは、動的に再構成可能であり得る。

ここで、次の添付図面を用いて行われる以下の説明が参照される

例えば、再構成可能な電気的光学的スイッチングマトリクスなど、一実施形態によるシステムの図解である。このシステムでは、データ変調された光キャリアから得られた電気データ信号が、再構成可能な電気スイッチによって、出力光信号の波長チャネルをデータ変調するために、複数の出力マイクロキャビティ共振器（例えばリング共振器）にルーティングされる。 データ変調された光キャリアを送信するＮ個の電子デバイスとデータ変調された光キャリアを受信するＮ個の電子デバイスとの間において、どのように図１のシステムを用いて光通信システムを実装し得るのかを図解するブロック図である。 ＷＤＭ光信号の複数の波長チャネルを含む波長コムの態様の概略的図解である。 様々な実施形態において、例えばバイナリ位相シフト・キーイングされた（ＢＰＳＫ）光信号などの光信号を、対応する電気信号に変換するのに用いられる光／電気コンバータの図解である。 図１のシステムの詳細な図解である。ある受信されたＷＤＭ光信号が信号変換され、再構成可能な電気スイッチの入力サブスイッチにルーティングされる様子が示されている。 図１のシステムの詳細な図解である。図１の再構成可能な電気スイッチの１つの出力から、出力光波長チャネルを変調するように構成されているマイクロキャビティ共振器への、信号ルーティングおよび変換の様子が示されている。 図１のシステムのコンポーネントの様々な実施形態を製造するのに用いられ得るプレーナ構造の断面図である。 図１のシステムのコンポーネントの様々な実施形態を製造するのに用いられ得るプレーナ構造の断面図である。 図１のシステムのコンポーネントの様々な実施形態を製造するのに用いられ得るプレーナ構造の断面図である。 例えば図１のシステムなど、例えば様々な実施形態によるシステムを形成するための方法の流れ図である。 例えば図１のシステムなど、例えば様々な実施形態によるシステムを形成するための方法の流れ図である。

発明者らは、光ネットワークにおける光ＷＤＭ（波長分割多重化された）チャネルの間でデータをスイッチングするためのコンパクトであり柔軟性のあるアーキテクチャが、マイクロキャビティ共振器を用いることにより実装され得ると判断した。なお、このマイクロキャビティ共振器は、入力導波管に結合されており、受け取ったデータ変調された光信号ストリームを、対応するデータ変調された電気信号ストリームに変換し、データ変調された電気信号ストリームを、複数のマイクロキャビティ共振器へ電気的にスイッチングするものであり、そして、複数のマイクロキャビティ共振器が、個々のデータ変調された電気信号を、出力データ変調された光キャリアに再変換するのである。

’３７４出願および／もしくは’２４９出願に記載されているいくつかの構造および／または方法は、本出願の同様の構造および／もしくは方法を作成する、または用いるのに適切であり得る。

図１は、１つの非限定的な例として、例えばＭｘＮの再構成可能な光ネットワーク１００の実施形態であるシステム１００を与えている。パラメータＭは、波長分割多重化（ＷＤＭ）変調された光信号のそれぞれにおいて、システム１００によって受信され得るＷＤＭ光信号における波長チャネルの数を記述している。システム１００は、限定を意味することはないが、Ｍ＝Ｎ＝６として図解されている。関連する技術分野の当業者であれば、開示されている実施形態の原理はＭおよびＮの異なる値にも適応可能であり、ＭとＮとが等しいことも必要ない、ということを認識するであろう。

システム１００は、光／電気変換を実行する受信機段１０５と、電気的スイッチング段１１０と、電気／光変換を実行する送信機段１１５という、順に説明がなされる３つのセクションを含む。

受信機段１０５は、集合的に入力導波管１２０と称される、複数の入力導波管１２０−１、・・・、１２０−６を含む。それぞれの導波管１２０−１、・・・、１２０−６は、Ｍ（例えば６）個のデータ変調された波長チャネルと同じ数のＷＤＭ光信号１２２−１、・・・、１２２−６を受信し得る。

マルチチャネル光信号１２２のそれぞれは、例えば格子カプラを経由して、システム１００に結合され得る。光学技術分野の当業者であれば理解されるように、ＷＤＭ信号は、周波数または波長コムによって、概略的に記述され得る。図２は、６つの波長チャネルλ_１、・・・、λ_６を含む代表的な波長コム２００を図解している。コム２００の波長チャネル成分は、ＷＤＭ格子間隔Δλによって離隔され得るのであるが、例えば、このＷＤＭ格子間隔とは、例えば約１００ＧＨｚの同じ周波数差だけの波長成分の規則的でほぼ等しい間隔である。

受信機段１０５は、それぞれがＭ個のマイクロキャビティ共振器１３０（例えばＭ＝６）を含む複数の入力マイクロキャビティ共振器の組１２５−１、・・・、１２５−Ｎ（例えばＮ＝６）を、更に含む。それぞれのマイクロキャビティ共振器１３０は、例えば、隣接する導波管１２０を伝搬する光信号１２２の特定の波長チャネルに結合するように構成されたリング共振器（マイクロリング）またはディスク共振器（マイクロディスク）であり得る。共振波長は、どのような特定の値にも限定されておらず、例えば、個々のマイクロキャビティ共振器の屈折率を調節することによって、例えば、Ｓバンド（１４６０ｎｍ〜１５３０ｎｍ）、Ｃバンド（１５３０ｎｍ〜１５６５ｎｍ）またはＬバンド（１５６５ｎｍ〜１６２５ｎｍ）などにおける光通信で用いられる任意の波長帯域に属するように選択され得る。

以下の議論では、マイクロキャビティ共振器１３０は、それへの限定を意味することはないが、リング共振器として説明される。マイクロキャビティ共振器の組１２５は、従って、リング共振器の組１２５とも称され得る。個々のリング共振器は、「１３０−ＭＮ」と指定され得るのであるが、ここで、整数ＭおよびＮは、Ｍ個の波長チャネルの中の特定の１つとＮ個の受信された入力信号の中の特定の１つとへの共振器の割り当てによって、置換される。更に、光信号は、その周波数によって、または同様にその波長λ_Ｍによって、記述され得る。それぞれのリング共振器の組１２５は、入力導波管１２０の中の対応する１つに、光学的に結合される。

それぞれの組１２５におけるリング共振器１３０の中の個別の１つは、受信されたマルチチャネル光信号の波長チャネルの中の対応する１つに結合するように構成されている。それぞれのリング共振器１３０が共振波長を有するのであるが、共振波長とは、その光経路の長さによって部分的に決定され、関連する入力導波管１２０からそのリング共振器１３０に光電力が共振結合する波長である。リング共振器１３０の一部または全部において、共振波長の調節が、例えば、リング共振器１３０の中の対応する１つの実効屈折率を調節することができるヒータによって、実行され得る。このように、例えば、リング共振器１３０−１１、１３０−１２、・・・、１３０−１６は、λ_１の波長チャネルに結合するように構成され、リング共振器１３０−２１、１３０−２２、・・・、１３０−２６は、λ_２の波長チャネルに結合するように構成される等である。

光／電気（ＯＥ）コンバータ３００が、それぞれのリング共振器１３０に隣接して配置されている。１つのそのようなＯＥコンバータ３００が、図３に図解されている。ＯＥコンバータ３００は、導波管セグメント３１０とフォトダイオード３２０とを含む。フォトダイオード３２０は、導波管セグメント３１０の内部を伝搬する光電力を電気信号に変換する。特定の波長チャネルが特定のリング共振器１３０に結合すると、そのリング内部の光電力もまた関連する波長セグメント３１０に結合される。このようにして、ＯＥコンバータ３００は、受信された光信号を電気的領域に転送する。集合的には、ＭｘＮ個のＯＥコンバータ３００は、受信されたＭｘＮ個の別個のデータ変調された光キャリアから、ＭｘＮ個までのデータ変調された電気信号１３８（図１）を生成し得る。なお、この例示的な実施形態では、ＭｘＮ＝３６である。

図１を再び参照すると、電気的スイッチング段１１０は、ＭｘＮ個の電気信号をその入力において受け取り、それぞれの信号を、コントローラ１４５の制御の下で、そのＭｘＮ個の出力の中の対応する１つまでルーティングするＭｘＮ行ＭｘＮ列の電気クロスコネクト・スイッチ１４０（例えば、ＮＭｘＮＭの電気クロスコネクト）を含む。特に、電気クロスコネクト・スイッチ１４０は、それぞれのＯＥコンバータの組１２５−１〜１２５−Ｎからの変換された電気信号ストリームの中の１つを、電気／光（ＥＯ）コンバータの組１７５−１〜１７５−Ｍのそれぞれに向けるように構成されている。スイッチ１４０の入力から出力へのデータ変調された電気信号ストリーム１３８のマッピングは、以下で論じられるコントローラ１４５の動作によって、選択的に変更され得る。

スイッチ１４０の実装は、どのような特定の形式にも限定されない。図解されている例示的な実施形態では、スイッチ１４０は「スクエア（ｓｑｕａｒｅ）」であり、これは、入力の個数が出力の個数に等しく、かつ、例えばＭ＝Ｎ＝６の場合にＭｘＮ＝３６であるように、その個数が整数の平方であることを意味する。そのような実施形態では、スイッチ１４０は、約Ｎ^１／２個の入力サブスイッチ１５０−１、・・・、１５０−６と、約Ｎ^１／２個の出力サブスイッチ１５５−１、・・・、１５５−６と、約Ｎ^１／２個の中間サブスイッチ１６０−１、・・・、１６０−６とを用いて、効率的に実装され得る。あるいは、そして限定されることなく、スイッチ１４０は、Ｎ^２ｘＮ^２（例えば３６ｘ３６）個のスイッチとして直接的に実装され得る。いくつかの実施形態では、受信された光信号１２２の波長チャネルの個数が受信された光信号１２２の個数と等しくないときなどのように、Ｍ≠Ｎである。

図４は、例えば組１２５−１などの１つのマイクロキャビティ共振器の組と例えばサブスイッチ１５０−１などのサブスイッチ１５０の入力との間の接続を、より詳細に図解している。例えば電気信号１３８の中の１つであるそれぞれのＯＥコンバータ３００の出力は、個々の電気経路を経由して、サブスイッチ１５０−１の対応する入力に接続される。図解されている実施形態は、ＯＥコンバータ３００とサブスイッチ１５０−１との間の単なる１つの可能な相互接続である。スイッチ１４０は入力を出力に任意にマップし得るので、信号１３８は、任意の順序でスイッチ１４０に提供され得る。

図１を再び参照すると、送信機段１１５は、例えばＭ＝６として、光源１６２とＭ個の光導波管１６５とを含む。光源１６２は、例えば、図２に記載されているような変調されていない周波数コムによって図解されているように、Ｎ個の波長成分チャネルを有するＭ個の連続波（ＣＷ）光信号１７０−１〜１７０−Ｍを生成する。光源１６２は、例えば、マルチ波長チャネルのレーザ源や光電力分割器など、様々なコンポーネントを含み得る。波長成分チャネルは、受信された光信号１２２と同じ波長を有し得るが、それに限定されることはない。導波管１６５は、例えばＮ＝６として、Ｎ個の波長チャネルを有する光信号１７０を受け取る。

対応するマイクロキャビティ共振器の組１７５−１〜１７５−Ｍは、導波管１６５の中の対応する１つのセグメントに光学的に結合され、そのセグメントに隣接して配置されており、Ｎ個のマイクロキャビティ共振器１８０を含む。共振器１８０は、また、ＭおよびＮによって、例えば１８０−ＭＮのように指定され得る。それぞれの組１７５の内部のそれぞれのマイクロキャビティ共振器１８０は、その導波管１６５の内部を伝搬するＣＷ信号１７０の波長チャネルの１つに結合するように構成されている。よって、図解されている例では、それぞれの組１７５におけるあるマイクロキャビティ共振器１８０を、約λ_１、λ_２、λ_３、λ_４、λ_５、およびλ_６のそれぞれにおいて共振周波数を有するように構成することができる。これらのマイクロキャビティ共振器の一部または全部が、それらにおいて共振光波長を設定する同調ヒータを含み得る。

それぞれのリング共振器１８０の共振光波長は、また、クロスコネクト・スイッチ１４０からのＭｘＮ個の電気的なデータ変調された電気信号ストリーム１４２の中の１つによって、変調される。サブスイッチ１５５の中の１つからのデータ変調された信号ストリーム１３８の中のＮ個の部分集合が、共振器の組１７５のそれぞれの対応する１つを制御するのであるが、これら対応するものは、波長チャネルの中の１つに結合するように構成されている。例えば、サブスイッチ１５５−１はＮ個の信号を提供するが（例えば、図１においてＮ＝６）、それぞれの信号は、λ_１を変調するように構成されているそれぞれの組１７５におけるリング共振器１８０を制御するように構成されている。別の観点から考察すると、スイッチ１４０からのデータ変調された信号ストリーム１４２の中のＭ個の部分集合が、例えばＭ＝６として、λ_１、λ_２、・・・、λ_Ｍと対応するＭ個のリング共振器１８０を含む対応する組１７５におけるリング共振器を制御する。スイッチ１４０からの残りの信号１４２は、同様に、光導波管１６５−１〜１６５−Ｍにおける残りの波長チャネルを変調するように構成されている。

図５は、例えばサブスイッチ１５５−１などのサブスイッチ１５５と例えばλ_１の波長チャネルと対応するリング共振器１８０の列との間の接続を更に詳細に図解している。サブスイッチ１５５−１のそれぞれの出力は、リング共振器１８０の中の１つにそれぞれルーティングされる。しかし、従前のように、スイッチ１４０は、入力を出力へ任意にマップし得るのであるから、波長チャネル・データは、任意の順序でリング共振器１８０に接続され得る。

再び図１を参照すると、リング共振器１８０の変調は、例えば光経路の長さの電気的光学的、熱的、または自由キャリア変調によるものであり得る。変調は、対応する導波管１６５を伝搬する搬送波信号の結合された波長チャネルをデータ変調する。そのような変調の追加的な態様は、’５２５出願に記載されている。リング共振器１８０のそれぞれの共振周波数を変調することにより、システム１００は、出力光信号ストリーム１８５を生成する。システム１００は、これにより、入力信号１２２の波長チャネルのそれぞれにおいて受信したデータを、出力信号１８５の中の対応する１つの選択された対応する１つの波長チャネルに転送し得る。

こうして、システム１００は、光通信システムの光スイッチ・ファブリックを構成するための高速で柔軟なアーキテクチャを提供することが期待される。システム１００は、多くのタイプの光システムにおいて用いられ得る。ある例では、このシステムは、集積型のフォトニック光プロセッサの内部で光信号をルーティングするのに用いられ得る。別の例では、システム１００は、例えば長距離にわたる光通信システムなどの通信システムにおいて、光経路の擬似静的なまたは動的な再構成を提供し得る。システム１００は、また、データ・センタにおいてマシン間の光通信を可能にするのに用いられ得る。

図１Ａは、データ変調された光キャリアを出力するＮ個のマシンの組９００−１〜９００−Ｎとデータ変調された光キャリアを受け取って処理するＮ個のマシンの組１０００−１〜１０００−Ｎとの間で、どのようにしてシステム１００がマシン間通信を可能にするのかを図解している。それぞれのマシン９００−１〜９００−Ｎは、対応する光ファイバ１２０−１〜１２０−Ｎを経由して、対応するマイクロキャビティ共振器の組１２５−１〜１２５−Ｎに接続する。それぞれのマシン１０００−１〜１０００−Ｎは、対応する光ファイバ１６５−１〜１６５−Ｎを経由して、対応するマイクロキャビティ共振器の組１７５−１〜１７５−Ｎに接続する。

システム１００では、それぞれのマシン９００−１〜９００−Ｎは、データ変調された光キャリアをＭ個の波長チャネルにおいて出力することができる光送信機を有する。

システム１００では、それぞれのマシン１０００−１〜１０００−Mは、データ変調された光キャリアをＭ個の波長チャネルにおいて入力して処理することができる光受信機を有する。

ある実施形態では、システム１００は、Ｎ個のデジタル・データ・プロセッサ９００−１〜９００−ＮとＮ個のデジタル・データ・ストレージ・デバイス１０００−１〜１０００−Ｎとを備えたデータ・センタである。他の実施形態では、デバイス９００−１〜９００−Ｎは、データ変調された光キャリアをＭ個の波長チャネルにおいて送信することができる異なるタイプのデバイスであり得る。他の実施形態では、デバイス１０００−１〜１０００−Ｎは、データ変調された光キャリアをＭ個の波長チャネルにおいて受け取り、処理することができる異なるタイプのデバイスであり得る。マシン９００−１〜９００−ＮのＭ個の波長チャネルの波長は、そうである必要はないが、マシン１０００−１〜１０００−ＮのＭ個の波長チャネルと同一であり得る。

いくつかのそのような実施形態では、システム１００により、Ｎ個のデジタル・データ・プロセッサのそれぞれが、別個のデジタル・データ・ストリームを、デジタル・データ・ストレージ・デバイス１０００−１〜１０００−Ｎの任意のものに通信することが可能になる。

システム１００の光コンポーネントは、例えばシリコン・ウエハなどのシリコン基板の上に形成された例えばプレーナ構造として、従来型の態様で、形成され得る。その上にシステム１００を形成する便利なプラットフォームは、シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）ウエハであるが、本発明の実施形態が、それに限定されることはない。例えばプラズマ酸化物などの誘電層を任意の適切な基板の上に形成することが可能であるし、その上にシリコン層を任意の適切な方法によって形成することが可能である。他の実施形態は、例えばガラス、サファイアまたは化合物半導体から形成された基板を用いることがあり得る。関連する技術分野の当業者であれば、そのような製造技術に精通している。

いくつかの実施形態では、システム１００の光コンポーネントと電気コンポーネントとが、同一の基板の上に形成される。そのようなシステムでは、例えばシリコン・ベースの電気コンポーネントが、あるフォトニック集積回路（ＰＩＣ）のある領域の上に形成され、光コンポーネントが、ＰＩＣの別の領域の上に形成されることがあり得る。相互接続が、ドメイン・コンバータ３００から電気スイッチング段１１０への導電性経路を提供し得る。

図６Ａによって表されているような他の実施形態では、ある光学的電気的システムの複数の部分が、別々の基板の上に形成されることがあり得る。図６Ａは、ある実施形態に従って形成されたシステム６００を図解している。電気コンポーネントが電気的にアクティブな基板６１０上に形成され、光コンポーネントが光基板６２０上に形成され、相互接続が相互接続基板６３０上に形成される。次に、基板６１０、６２０および６３０が結合されて、動作可能なシステム６００を形成する。

電子基板６１０は、例えば、システム１００の電気的機能を実装するのに必要とされるトランジスタ、ダイオード、抵抗およびコンデンサなどの電子コンポーネントを含み得る。これらの機能は、限定されることはないが、スイッチング、信号調整および増幅を含むスイッチ１４０とコントローラ１４５とを含む。電子基板６１０は、例えばシリコン・ウエハなどのベース層６４０と、電子デバイスと相互接続とを含むアクティブ層６５０とを含み得る。基板６１０は、任意の従来型のおよび／または将来発見されるプロセスから形成され得、どのような特定の材料のタイプにも限定されない。例示であって、限定ではないが、そのような材料は、シリカ、ＳｉＮ、シリコン、ＩｎＰ、ＧａＡｓ、および銅またはアルミニウムの相互接続を含み得る。

光基板６２０は、例えば導波管、マイクロキャビティ共振器、パワー・スプリッタ、パワー・コンバイナおよびフォトダイオードなど、システム１００の様々な光コンポーネントを含む。光コンポーネントは、従来型のおよび／または新規なプロセスによって、プレーナまたは棟（ｒｉｄｇｅ）構造から形成され得る。そのようなコンポーネントは、コア領域とクラッド領域とを含むのが典型的である。コア領域は、例えば、シリコン、ＬｉＮｂＯ_３、ＧａＡｓもしくはＩｎＰなどの化合物半導体または電気的光学的ポリマなど、任意の従来型または非従来型の光学材料系から形成され得る。本明細書で説明されているいくつかの実施形態は、非限定的な例として、Ｓｉに実装される。本発明の範囲に属する実施形態はＳｉに限定されないのであるが、この材料は、他の材料系と比較すると、例えば、比較的低コストであること、十分に進んだ製造用インフラストラクチャが存在するなど、いくつかの利点を提供する。クラッド領域は、例えばシリカやベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）など、均一または不均一な誘電性材料を含み得る。クラッド領域のいくつかの部分は空気を含み得るのであるが、ここでの議論のために真空も含まれる。

相互接続基板６３０は、システム６００の動作を構成し得る追加的な相互接続構造を含む。相互接続基板６３０は、所望の接続性を実装するのに必要とされる任意の誘電性材料と導電性（例えば金属）材料とを含み得る。いくつかの場合には、基板６３０の形成は、力学的なサポートを提供するハンドル・ウエハの仕様を含み得るが、その後で、基板６３０はハンドルから取り外される。

電子基板６１０は、例えばバンプ・プロセスによって、または、図解されているようなウエハ・ボンディング・プロセスによって、相互接続基板６３０に結合され得る。これらのプロセスは、例えば半導体製造の当業者に広く知られており、ボンディングのために基板表面を準備するための化学的機械的研磨（ＣＭＰ）を含み得る。相互接続基板６３０は、例えば図６Ａに図解されているバンプ・プロセスによって、または、図６Ｂに図解されているウエハ・ボンディング・プロセスによって、光基板６２０に結合され得る。バンプ・プロセスでは、ソルダ・ボール６６０が、基板６３０における相互接続構造を、光基板６２０におけるバイア（ｖｉａ）構造６７０に結合する。バイア構造６７０は、基板６２０と基板６３０との間において、電気的および／または力学的な接続を提供し得る。

図６Ｃは、システム６００の別の実施形態を図解しているのであるが、この実施形態では、相互接続および光学的機能が一体化された基板６８０の中に組み合わされている。図解されている実施形態では、基板６８０が、光基板６２０と、基板６２０の両側の上に形成された相互接続層６３０ａおよび６３０ｂとを含む。次に、一体化された基板６８０は、例えばウエハ・ボンディングによって、電気基板６１０に結合され得る。

電子基板６１０と相互接続基板６３０と光基板６２０との別々の形成は、いくつかの目的の中の少なくとも１つを実現させ得る。第１に、例えば光基板６２０における高品質の導波管などいくつかの特徴を形成するのに要求される熱収支（ｂｕｄｇｅｔ）により、基板６１０におけるトランジスタのドーピング・プロファイルなど他の特徴との互換性を有することが可能になる。第２に、基板６１０、６２０および６３０は、特定の技能および／または製造設備を有する企業によって別個に形成され、別の企業によって結合されることが可能である。第３に、組み立てられたシステム６００の機能に関するセキュリティが望まれる場合であっても、どの１つの企業もデバイスの機能性を判断するのに十分な知識を取得することが不可能であるように、製造作業を、様々な企業に割り当てることが可能である。こうして、最終的な組み立ては、組み立てられたシステム６００の動作に関する機密性が提供されるような安全な状況の下で、完成され得るのである。

次に図７を参照すると、例えば、様々な実施形態によるシステム１００を形成するための方法７００が与えられている。方法７００のステップは、例えば図１〜図６など、本明細書において既に説明された要素を参照することによって、限定されることなく、説明される。方法７００のステップは、図解されている順序とは異なる順序で実行されることがあり得るし、いくつかの実施形態では、完全に省略されること、および／または、同時もしくは並列的なグループとして実行されることがあり得る。この方法７００は、共通の基板における同時処理によるなど、そのステップが並列的な態様で実行されるものとして、限定されることなく、図解されている。他の実施形態では、例えば複数の基板を用いるなど、部分的にシーケンシャルにまたは完全にシーケンシャルに、そして任意の順序で、実行することもあり得る。

方法７００は、エントリ７１０によって、開始する。ステップ７２０では、例えば入力導波管１２０−１など、第１の入力導波管が形成される。この導波管は、第１の変調された入力波長チャネルを含む第１の入力光信号を受け取るように構成されている。ステップ７３０では、例えば導波管１６５−１など、第１の出力導波管が形成される。この導波管は、変調されていない出力波長チャネルを含む搬送波信号を受け取るように構成されている。ステップ７４０では、例えばリング共振器１３０−１１など、第１の入力マイクロキャビティ共振器が形成される。このリング共振器は、例えば光電力を領域コンバータ３００に転送することによって、変調された入力波長チャネルから、変調された電気制御信号を導くように構成されている。ステップ７５０では、例えばリング共振器１８０−１１など、第１の出力マイクロキャビティ共振器が形成される。このマイクロキャビティ共振器は、前記制御信号に応答して、前記出力波長チャネルを変調するように構成されている。

図８は、例えばシステム１００を形成するための別の方法８００を与えている。方法８００のステップは、例えば図１〜図６など、本明細書において既に説明された要素を参照することによって、限定されることなく、説明される。方法８００のステップは、図解されている順序とは異なる順序で実行されることがあり得るし、いくつかの実施形態では、完全に省略されること、および／または、並列的にもしくは並列的なグループとして実行されることがあり得る。本明細書および特許請求の範囲では、「提供される」または「提供する」とは、デバイス、基板、構造的要素などが、開示されている方法を実行する個人もしくは企業によって製造され得ること、または、別の個人もしくは企業を含む個人もしくは企業とは異なるソースからそのようにして取得され得ることを意味する。

この方法は、例えば基板６２０など、第１の基板が提供されるステップ８１０を含む。この基板は、例えば導波管１２０−１などの入力導波管と、例えば導波管１６５−１などの出力導波管とを含む。例えば共振器１３０−１１などの入力マイクロキャビティ共振器は、入力導波管の内部を伝搬する変調された入力波長チャネルから、変調された電気制御信号を導くように構成されている。例えば共振器１７５−１１などの出力マイクロキャビティ共振器は、制御信号に応答して、出力導波管の内部を伝搬する出力波長チャネルを変調するように構成されている。

ステップ８２０では、例えば基板６１０などの第２の基板が、提供される。第２の基板は、例えば電気スイッチング段１１０など、その上に形成される制御段を含む。制御段は、入力マイクロキャビティ共振器からの電気制御信号を、出力マイクロキャビティ共振器にルーティングするように構成されている。

ステップ８３０では、第１および第２の基板が結合され、それによって、制御段をマイクロキャビティ共振器に接続する。

方法８００のいくつかの実施形態では、第１および第２の基板を結合することは、両方の基板を、コントローラを出力マイクロキャビティ共振器に接続する導電性相互接続を含む第３の基板に結合することを含む。

本出願と関係する技術分野の当業者であれば、他のおよび更なる追加、削除、置換および修正を、説明されている実施形態に対して行い得ることを、理解するであろう。

Claims (1)

1. 第１の基板上に位置し、複数の変調された入力波長チャネルを含む第１の入力光信号を受け取るように構成された第１の入力導波管と、
   前記第１の基板上に位置し、複数の変調されていない出力波長チャネルを含む搬送波信号を受け取るように構成された第１の出力導波管と、
   前記変調された入力波長チャネルの対応する１つから、対応する変調された電気制御信号を導くようにそれぞれが構成されている複数の入力マイクロキャビティ共振器と、
   前記制御信号に応答して、前記出力波長チャネルの対応する１つを変調するようにそれぞれが構成されている複数の出力マイクロキャビティ共振器と、
   第２の基板上に位置し、前記入力マイクロキャビティ共振器と前記出力マイクロキャビティ共振器との間の接続（ｃｏｎｎｅｃｔｉｖｉｔｙ）を再構成するように構成されたコントローラと、
   を備えているシステム。

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