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技術 光回路デバイス及び方法

出願人 エンパイアテクノロジーディベロップメントエルエルシー
発明者 クルグリック,エゼキエル
出願日 2009年12月18日 (10年3ヶ月経過) 出願番号 2009-287072
公開日 2010年11月4日 (9年4ヶ月経過) 公開番号 2010-250270
状態 特許登録済
技術分野 光の変調 光偏向、復調、非線型光学、光学的論理素子
主要キーワード 共通出力ポート 電気光学変換器 中間構成要素 論理インバータ フォトダイオード接合 増分量 部分的範囲 アナログ光信号
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図面 (19)

課題

光信号により導波路屈折率を選択的に制御することを可能にする光回路デバイスを提供する。

解決手段

光学的手段によって様々な論理デバイス又は他の回路を実施するために用いることができる光デバイスのための技術が一般的に開示されている。例示的光デバイスは導波路内電荷キャリア集合を変更するためにフォトダイオードを使用し、それによって導波路の屈折率を変更する。フォトダイオードは、光導波路を介してフォトダイオードに結合され得る光信号によって駆動されてもよい。光信号は、導波路を介してコヒーレント光位相を制御するように構成されてもよい。様々な論理デバイス及び他の回路は、導波路を介して結合される光が別のコヒーレント光と建設的又は破壊的に干渉することを可能にすることによって実施することができる。

概要

背景

概要

光信号により導波路屈折率を選択的に制御することを可能にする光回路デバイスを提供する。光学的手段によって様々な論理デバイス又は他の回路を実施するために用いることができる光デバイスのための技術が一般的に開示されている。例示的光デバイスは導波路内電荷キャリア集合を変更するためにフォトダイオードを使用し、それによって導波路の屈折率を変更する。フォトダイオードは、光導波路を介してフォトダイオードに結合され得る光信号によって駆動されてもよい。光信号は、導波路を介してコヒーレント光位相を制御するように構成されてもよい。様々な論理デバイス及び他の回路は、導波路を介して結合される光が別のコヒーレント光と建設的又は破壊的に干渉することを可能にすることによって実施することができる。

目的

効果

実績

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牽制数
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請求項1

第1光導波路と、ギャップによって前記第1光導波路から離された第2光導波路と、前記第1光導波路と前記第2光導波路との間に延在する半導体材料であって、前記第2光導波路を介して前記半導体材料に結合される光に応答して前記第1光導波路の屈折率を変更するように構成されたフォトダイオード接合部を形成する、半導体材料とを含む、光回路デバイス

請求項2

前記第1光導波路及び前記第2光導波路はそれぞれシリコン光導波路を含む、請求項1に記載の光回路デバイス。

請求項3

前記半導体材料はシリコン及びゲルマニウムのうちの1つ以上を含む、請求項1に記載の光回路デバイス。

請求項4

前記第1光導波路及び前記第2光導波路は第1波長の光を優先的に結合するように構成されている、請求項1に記載の光回路デバイス。

請求項5

前記半導体材料は前記第1波長の光を優先的に吸収するように動作可能である、請求項4に記載の光回路デバイス。

請求項6

光源からの光との動作のために適合され、光信号に応答する光回路であって、前記光回路は、光供給ポート及び出力ポートを有する第1光導波路であって、前記第1光導波路は前記光供給ポートと前記出力ポートとの間で第1導波路分岐及び第2導波路分岐に分かれ、前記光供給ポートは前記光源からの光を受けるように適合されている、第1光導波路と、入力ポート及び出力ポートを有する第2光導波路であって、前記第2光導波路の前記出力ポートはギャップによって前記第1導波路分岐から離されている、第2光導波路と、前記第2光導波路の前記出力ポートと前記第1光導波路の前記第1導波路分岐との間に延在する半導体材料であって、前記第2光導波路の前記入ポートで受けて前記第2光導波路を介して前記半導体材料に結合される前記光信号に応答して前記第1光導波路の前記第1導波路分岐の前記屈折率を変更するように構成されたフォトダイオード接合部を形成する、半導体材料とを含む、光回路デバイス。

請求項7

前記光信号は振幅変調された光を含む、請求項6に記載の光回路デバイス。

請求項8

前記光源からの前記光はコヒーレント光を含み、前記光信号は前記光源からの前記光とコヒーレントである光を含む、請求項6に記載の光回路デバイス。

請求項9

前記振幅変調された光はデジタル的に変調された光信号を含む、請求項6に記載の光回路デバイス。

請求項10

前記第1導波路分岐の長さは前記第2導波路分岐の長さと実質的に同等である、請求項6に記載の光回路デバイス。

請求項11

前記第1導波路分岐の長さは、前記光源の前記光の波長の実質的に半分だけ前記第2導波路分岐の長さと異なる、請求項6に記載の光回路デバイス。

請求項12

前記半導体材料は、前記第1光導波路の前記第1導波路分岐の前記屈折率を前記光源からの前記光の波長の半分だけ変更するために前記光信号に応答して動作可能である、請求項6に記載の光回路デバイス。

請求項13

請求項6に記載の光回路デバイスであって、前記光信号は第1デジタル光信号を含み、前記光源からの前記光は第2デジタル光信号を含んでおり、前記光回路デバイスは、入力ポート及び出力ポートを有する第3光導波路であって、前記第3光導波路は前記光供給ポートと前記出力ポートとの間の第1導波路分岐及び第2導波路分岐に分かれ、前記第3光導波路の前記出力ポートは共通出力ポートを提供するために前記第1光導波路の前記出力ポートに結合され、前記第3光導波路の前記入力ポートは前記第1デジタル光信号を受ける、第3光導波路と、入力ポート及び出力ポートを有する第4光導波路であって、前記第4光導波路の前記出力ポートは第2のギャップによって前記第3光導波路の前記第1導波路分岐から離されている、第4光導波路と、前記第4光導波路の前記出力ポートと前記第3光導波路の前記第1導波路分岐との間に延在する第2半導体材料であって、前記第4光導波路の前記入力ポートで受けて前記第4光導波路を介して前記第2半導体材料に結合される前記第1デジタル光信号に応答して前記第3光導波路の前記第1導波路分岐の前記屈折率を変更するように構成されたフォトダイオード接合部を形成する、第2半導体材料とをさらに含む、請求項6に記載の光回路デバイス。

請求項14

前記第1光導波路の前記第1分岐の長さは前記第1光導波路の前記第2分岐の長さと実質的に同等であり、前記第3光導波路の前記第1分岐の長さは前記第3光導波路の前記第2分岐の長さと実質的に同等であり、前記第1光導波路の前記入力ポートから前記第1光導波路の前記出力ポートへの前記第1光導波路の長さは、前記第3光導波路の前記入力ポートから前記第3光導波路の前記出力ポートへの前記第3光導波路の長さと実質的に同等であり、前記半導体材料は、前記第1光導波路の前記第1導波路分岐の前記屈折率及び前記第3光導波路の前記第1分岐の前記屈折率をそれぞれ前記第2デジタル光信号及び前記第1デジタル光信号のそれぞれ含む光の波長の半分だけ変更するように前記第1デジタル光信号及び前記第2デジタル光信号に応答して動作可能である、請求項13に記載の光回路デバイス。

請求項15

各々が入力ポート及び出力ポートを有する複数の付加的光導波路であって、前記付加的光導波路のそれぞれの前記出力ポートは、前記第1導波路分岐の長さに沿って間隔をあけて配置されたそれぞれの位置におけるそれぞれのギャップによって前記第1導波路の前記第1導波路分岐から離されている、複数の付加的光導波路と、前記付加的光導波路の各々の前記出力ポートと前記第1光導波路の前記第1導波路分岐との間に延在する半導体材料であって、前記それぞれの付加的光導波路の前記入力ポートで受けるそれぞれの光信号に応答して前記第1光導波路の前記第1導波路分岐の前記屈折率を変更するように構成されたそれぞれのフォトダイオード接合部を形成する半導体材料とをさらに含む、請求項6に記載の光回路デバイス。

請求項16

前記付加的光導波路の各々の前記出力ポートと前記第1光導波路の前記第1導波路分岐との間に延在する前記半導体材料は、前記それぞれの光信号に応答して前記第1光導波路の前記第1導波路分岐の前記屈折率を均一に変更するように構成されている、請求項15に記載の光回路デバイス。

請求項17

光導波路を介して入力ポートから出力ポートへと光を結合することであって、前記光導波路は前記入力ポートと前記出力ポートとの間の第1導波路分岐及び第2導波路分岐に分かれる、ことと、前記光導波路の前記第1導波路分岐の前記屈折率を光学的に変更することとを含む、機能を光学的に行う方法。

請求項18

前記第1導波路分岐の前記屈折率を変更することは、前記光導波路の前記第1導波路分岐に結合される半導体材料によって形成されるフォトダイオード結合部に光を結合することを含む、請求項17に記載の方法。

請求項19

シリコンを基板上に配置することと、前記基板上に第1光導波路を形成するために前記シリコンをエッチングすることであって、前記エッチングすることは、入力ポートと出力ポートとの間の第1導波路分岐及び第2導波路分岐に分かれる第1光導波路を形成し、前記エッチングすることは、ギャップによって前記第1導波路分岐から離された入力ポート及び出力ポートを有する第2光導波路をさらに形成する、ことと、半導体材料の第1の層を前記第2光導波路の前記出力ポートと前記第1光導波路の前記第1導波路分岐との間の前記第1導波路及び前記第2導波路上に配置することであって、前記半導体材料の第1の層は、Pドープ半導体材料又はNドープ半導体材料のうちの1つを形成するためにドープされる、ことと、半導体材料の第2の層を前記半導体材料の第1の層上に配置することであって、前記半導体材料の第2の層は、Pドープ半導体材料又はNドープ半導体材料のうちの他方を形成するためにドープされる、こととを含む、光回路デバイスを製造する方法。

請求項20

Pドープ半導体材料又はNドープ半導体材料のうちの1つを形成するためにドープされた半導体材料の第1の層の堆積させることは、堆積される前に前記半導体材料をドープすることを含み、Pドープ半導体材料又はNドープ半導体材料のうちの他方を形成するためにドープされた半導体材料の第2の層を堆積させることは、堆積される前に前記半導体材料をドープすることを含む、請求項19に記載の方法。

技術分野

0001

背景
[001]光デバイス論理及び他の回路機能を行うために用いることができる。これらの光デバイスには一般的には2つの異なる種類、すなわち電気光学デバイス及び全光デバイスがある。電気光学デバイスは、例えば、導波路屈折率を変更するためにシリコン導波路内に電界電気的に誘発することによって、光の伝搬を生成する又は光の伝搬に影響を与えるために電気信号を用いてもよい。これらのデバイスは、シリコン基板で製造することが困難であるか、又は過度パワー消費するなどの性能及び他の制限を有し得る。全光デバイスは、光信号を用いて光の伝播を生成するか、又は光の伝搬に影響を与え得る。例えば、ぞれぞれのデータに対応する光パルスは様々な論理機能を実行するために組み合わされてもよい。

発明が解決しようとする課題

0002

しかしながら、従来の全光デバイスも性能又は他の制限を有し得る。例えば、そのようなデバイスは、既存の半導体製造技術及び設備を用いて製造することが困難であり、かつ大規模集積に従うためには大きすぎるマイクロリング共振器又は四波混合のような複合機構を用いる。

図面の簡単な説明

0003

図面の簡単な説明
[002] 本開示の上述した特徴及び他の特徴は、添付の図面を用いて説明される、以下の記載及び添付の請求の範囲から、さらに明らかになるであろう。これらの図面は、単に本開示にかかるいくつかの例を示すものであり、したがって本開示の範囲を限定するものとみなされるべきではないことを理解されたい。以下、本開示を添付の図面を用いてさらに具体的かつ詳細に説明する。
図1は、光デバイスの一例の等角図である。
図2は、図1の光デバイス又はいくつかの例による光デバイスを製造する方法の一例を示すフローチャートである。
図3A図3Jは、図1の光デバイス又はいくつかの更なる例による光デバイスを製造する方法の一例を示す概略図である。
図3Bは、図1の光デバイス又はいくつかの更なる例による光デバイスを製造する方法の一例を示す概略図である。
図3Cは、図1の光デバイス又はいくつかの更なる例による光デバイスを製造する方法の一例を示す概略図である。
図Dは、図1の光デバイス又はいくつかの更なる例による光デバイスを製造する方法の一例を示す概略図である。
図Eは、図1の光デバイス又はいくつかの更なる例による光デバイスを製造する方法の一例を示す概略図である。
図Fは、図1の光デバイス又はいくつかの更なる例による光デバイスを製造する方法の一例を示す概略図である。
図3Gは、図1の光デバイス又はいくつかの更なる例による光デバイスを製造する方法の一例を示す概略図である。
図3Hは、図1の光デバイス又はいくつかの更なる例による光デバイスを製造する方法の一例を示す概略図である。
図Iは、図1の光デバイス又はいくつかの更なる例による光デバイスを製造する方法の一例を示す概略図である。
図Jは、図1の光デバイス又はいくつかの更なる例による光デバイスを製造する方法の一例を示す概略図である。
図4は、光インバータの一例の概略図である。
図5は、光ANDゲートの一例の概略図である。
図6は、図5の光ANDゲートの演算を示す真理値表である。
図7は、光排他的ORゲートの一例の概略図である。
図8は、図7の光排他的ORゲートの演算を示す真理表である。
図9は、本開示によって全てが構成された光デジタルアナログ変換器の一例の概略図である。

実施例

0004

[003] 記載例に対して十分な理解を与えるためにいくつかの詳細を以下に説明する。しかしながら、考察する様々な特定の詳細を用いずにその例を実行してもよいことが当業者に明らかになるであろう。幾つかの場合では、例えば、周知の回路制御信号及びソフトウェアオペレーションは、記載例を不必要に不明瞭にするのを避けるために詳細に示されていない。

0005

[004] 本明細書中に記載されているのは、光デバイス及び光デバイスを製造する方法、さらには光デバイスを用いる論理及び他の回路並びにある機能を光学的に実行する方法の例である。幾つかの例では、光導波路の屈折率は、フォトダイオード印加される光信号に応答してフォトダイオードによって生成される電荷キャリア集合(charge carrier concentration)により変更される。結果的に、導波路を介して結合されるコヒーレント光位相は光信号によって変更することができる。光信号が導波路の屈折率を選択的に制御することを可能にすることにより、導波路を介して結合される光が別の導波路を介して結合される光と建設的又は破壊的に干渉するように構成することができる。それによって本明細書中に記載するもののうち全てではないが一部の様々な論理及び他の機能が実施されることを可能にする。

0006

[005]図1は、本開示によって構成された光デバイス2の一例の等角図である。光デバイス2は、出力ポート10で単一の導波路へと再結合される前に、2つの導波路分岐6及び8に分かれ得る導波路4を含み得る。導波路4は、例えば、シリコンから製造されてもよい。導波路4は、光源16からコヒーレント光を受けることができる光供給ポート14を含み得る。一例では、光源16はレーザダイオード(図示せず)である。別の例では、光源16はレーザ(図示せず)である。他の例は光源16に対して他のデバイスを用いてもよい。

0007

[006]光デバイス2は、入力ポート22で光入力信号SIを受けることができる、シリコンから製造され得る第2導波路20を含み得る。コヒーレンス性は必須ではないが、入力信号SIは、光源16からの光とコヒーレントであり得る振幅変調された光であってもよい。一例では、入力信号SIは光源16からの光を変調することによって生成される。第2導波路20は、小さなギャップ24によって導波路分岐8から離されてもよい。一例では、ギャップ24は約7ミクロンであり、導波路4、6、8及び10は幅0.6ミクロン及び高さ0.5ミクロンを有する。この寸法を有する導波路は1500nmの範囲の光を結合するために適し得る。しかしながら、他の例は異なる幅及び/又は高さを有する導波路4及び20を用いてもよく、それらは別の寸法を有するギャップ24によって互いから離されてもよい。

0008

[007]導波路4及び20が一度製造されると、半導体材料30の層は導波路分岐8及び導波路20の上かつギャップ24内に堆積される。この半導体材料30は、導波路20を介して結合される光の波長で光を吸収し得る。一例では、半導体材料30はSi0.15Ge0.85などのようにシリコン及びゲルマニウムのうちの1つ以上であるが、他の例では別の半導体材料を用いてもよい。半導体材料30は、半導体材料30の第1の層(図1に図示せず)がPドープされ、かつ第1の層の上に堆積される第2の層(図1に図示せず)がNドープされるように適切な手段によってドープされてもよい。結果的に、異なってドープされた材料との間の接合部にフォトダイオード接合部を半導体材料30内で形成することができる。

0009

[008] 動作中、入力信号SIは、フォトダイオード接合部によって導波路分岐8内に電荷キャリアを注入させることができ、それによって導波路分岐8内の電荷キャリア集合を変化させる。この電荷キャリア集合における変化は、導波路分岐8の屈折率を変更し、それによって光源16からの光が導波路分岐8を介して出力ポート10へと伝搬する速度を変更する。光が導波路分岐8を介して伝搬する速度におけるこの変化は、光出力信号SOが他の場合に有するであろう位相と比較して出力ポート10における光出力信号SOの大きさを変更する。したがって、電荷キャリアを導波路分岐8に挿入するために、例えば、電気信号を用いることとは対照的に、屈折率は光学的手段によって完全に変更できる。導波路分岐8を介して結合される光とは違って、導波路分岐6を介して結合される光の位相は変更されない。したがって、以下により詳細に説明されるように、導波路分岐8を介して結合される光の位相を変更することにより、様々な論理及び他の機能を実施するために導波路分岐8を介して結合される光は導波路分岐6を介して結合される光と建設的又は破壊的に干渉することができる。

0010

[009]光デバイス2を製造する方法40の一例を図2及び図3A図3Jを参照して説明する。図2は、図1の光デバイス又はいくつかの例による光デバイスを製造する方法の一例を示すフローチャートであり、図3A図4Jは、図1の光デバイス又はいくつかの更なる例による光デバイスを製造する方法の一例を示す概略図である。これらの全ては本開示によって構成されている。

0011

[010] 図示される製造方法は、図3Aで示されるように基板44上にシリコン42を堆積させること(ブロック48)を含む。さらに図3Aに示されるように、シリコン42が堆積されている基板44は、シリコンウェーハなどのウェーハ52上に堆積又は形成された二酸化ケイ素(SiO2)などの酸化物50の層によって形成されもよく、それによって絶縁体上シリコン(silicon-on-insulator)(「SOI」)構造を形成する。ブロック56では、シリコンは導波路4及び20のパターンに対応するパターンでマスクされる。図3Bで示される一例では、シリコン上にまずフォトレジスト58の層を堆積させ、次いでそのフォトレジストを導波路4及び20のパターンに対応するパターンで露光させるために光リソグラフィを用いることによってシリコンをマスクしてもよい。次いで、フォトレジスト58は、導波路4及び20のパターンに対応するエリア以外は除去される。しかしながら、シリコン42は、他の例では別の手段によってマスクされてもよい。図3Cに示されるように、マスクによって露出されたままであるエリア内のシリコン42を除去することによって導波路4及び20を形成するためにシリコン42をエッチングしてもよい(ブロック60)。次いで、導波路4及び20を酸化物50の絶縁層上に堆積させたまま、フォトレジスト58を除去する(ブロック64)。

0012

[011] 次に、図3Dに示されるように、窒化物層を形成するために窒化物の層74が残りのシリコン42上に堆積される(ブロック70)。窒化物層74は任意の適切な手段によって堆積されてもよい。一例では、窒化物層74は減圧化学気相成長法(「LPCVD」)によって堆積される。図3Eに示されるように、次いで、上述したように光リソグラフィを用いてフォトレジスト84のパターンを窒化物層74上に堆積させるなどして窒化物層74をパターンによってマスクする(ブロック80)。

0013

[012]窒化物層74がパターンによってマスクされた(ブロック80)後、フォトレジスト84によって露出されたままである窒化物層74のエリアは、エッチングされたパターンを現すためにエッチングされる(ブロック90)。次いで、図3Fに示されるように、マスクを形成するフォトレジスト84は除去される(ブロック94)。次いで、図3Gに示されるように、半導体材料30は露出された絶縁体及び導波路上に堆積される。一例では、半導体材料30は、ブロック100においてPドープ半導体材料30の層をまず堆積させることによって堆積する。半導体材料30のこの層は、半導体材料をホウ素又は何か別の適切な材料と混合することによってPドープされてもよく、この半導体材料30は堆積される前にドープされてもよい。半導体材料は、LPCVDなどによる任意の適切な手段によって堆積されてもよい。或いは、他の例では、材料は材料30が堆積された後でドープされてもよい。ブロック100で半導体材料30の第1の層が堆積された後、ブロック104でNドープ半導体材料30の層が堆積されてもよい。この材料30は、半導体材料30を燐又は何か別の適切な材料と混合することによってNドープされてもよく、この材料30は堆積される前にドープされてもよい。しかしながら、また、他の例では、半導体材料30は堆積された後でNドープされてもよい。Pドープ材料30とNドープ材料30との間の接合部は、半導体材料30の逆にドープされた層の間のインターフェースにおいてフォトダイオード接合部を形成してもよい。光デバイス2の例はPドープ半導体材料30の層上に堆積されたNドープ半導体材料30の層を使用するが、他の例では、Pドープ半導体材料30の層はNドープ半導体材料の層上に堆積されてもよい。

0014

[013]図2及び図3Hにさらに示されるように、半導体材料30はフォトレジスト114のパターンによってマスクされる(ブロック110)。次に、図3Iに示されるように、半導体材料30はエッチングされ(ブロック120)、それによって半導体材料30は導波路を形成するシリコン42の片面を覆う。図3Jに示されるように、フォトレジスト114によって形成されたマスクが除去された(ブロック126)後、不動態化層136が構造全体上に堆積され(ブロック130)、一部の例では、この層は酸化物層である。

0015

[014]図1を再び参照すると、幾つかの例では、光入力信号SIは、光デバイス2が光出力光信号SOの大きさを急速に変更することをもたらし得るデジタル信号である。そのような場合においては、導波路分岐8の屈折率を迅速に変更することができるように、注入された電荷キャリアが導波路分岐8から漏れることを可能にすることが望ましい。そのような場合においては、方法40は堆積された絶縁材料(例えば、不動態化層)内にビアを形成するためのブロック(図示せず)を含んでもよく、次いでビアは金属又はポリシリコンなどの導電性材料によって満たされ、導波路分岐から電荷キャリアを迅速に除去することができる導波路分岐8上に電気接点を形成する。

0016

[015]光デバイス2は、光変調器のようなスタンドアロンデバイスとして用いられてもよい。しかしながら、他の例では、光デバイス2は他の光デバイス又は光学部品と組み合わせて論理デバイス又は他の回路を実施するために用いられる。そのような例では、光出力信号SOは別の光デバイス又は光学部品に直接印加される。しかしながら、別の例では、光出力信号SOは、光出力信号SOを対応する電気信号に変換するために電気光学変換器(図示せず)に印加されてもよい。

0017

[016] 本開示による例示的な光インバータ170の概略図を図4に示す。光インバータ170はインバータとして機能するように設計されているかもしれないが、図1に示される光デバイス2と構造的に同じであってもよい。したがって、明確性のため、同一の部品には同一の参照番号が付与されている。光導波路分岐6は導波路分岐8と同じ長さを有してもよく、それによって導波路分岐6を介して結合される光源16からの光は導波路分岐8を介して結合される光源16からの光からの出力と同じ位相を有する。結果的に、光導波路分岐8を介して出力ポート10に結合される光は導波路分岐6を介して結合される光と建設的に干渉することができ、それによって比較的大きい量の光を出力ポート10から出力することができる。

0018

[017] 動作中、光インバータ170は、光が導波路20の入力ポート22に付与されたとき、導波路分岐8の屈折率が変更され得るように設計され得る。結果的に、導波路分岐8を介して結合される光の位相を180度変更することができる(例えば、論理反転型の演算)。そのような場合、光導波路分岐8を介して結合される光は、出力ポート10から光が実質的に出力されないように導波路分岐6を介して結合される光と破壊的に干渉してもよい。しかしながら、入力ポート22に付与される光がない場合、光導波路分岐8を介して出力ポート10に結合される光は、かなりの量の光が出力ポート10から出力され得るように光導波路分岐を介して結合される光と建設的に干渉してもよい。入力ポート22に付与される光がないことは論理0としてみなされ、入力ポート22に付与される光があることは論理1としてみなされてよい。したがって、光インバータ170は、入力光がないこと(例えば、論理0)に応答して光を出力し(例えば、論理1)、入力光があること(例えば、論理1)に応答して実質的に光を出力しない(例えば、論理0)ため、光インバータ170は電気論理インバータと同様の論理機能を光学的に行うことができる。

0019

[018]光デバイス2がインバータとして使用された場合、入力ポート22に印加される光信号はデジタル信号であり得る。しかしながら、光デバイス2は、アナログ光信号を入力ポート22に印加することによって、かつ、より大きな強度を有する光を光供給ポート14に付与する光源16を使用することによって光増幅器として機能し得る。結果的に、入力ポート22に印加される光信号の強度における比較的小さな変化は、出力ポート10から出る光においてかなり大きな変化をもたらし得る。したがって、光デバイス2は、増幅器が電気増幅機能を行う方法と類似するような光増幅機能を行ってもよい。

0020

[019]図5に示される別の例では、光デバイス2は、本開示による光ANDゲート200の一例を実施するために用いられ得る。光ANDゲート200は2つの違いを除いてインバータ170と同じ基本構造を有してもよい。まず、光源16から入力ポート14に光を付与する代わりに、第1光信号「A」はまだ第1入力ポート22に印加されたままであるが、第2光入力信号「B」が入力ポートに印加され得る。次に、導波路分岐8の屈折率が変更されなかった場合に導波路分岐6を介して結合される光の位相が導波路分岐8を介して結合される光の位相より180度大きくなるような距離の分だけ、導波路分岐6は導波路分岐8の長さより長くてもよい。

0021

[020]光ANDゲート200の演算は図6に示される真理値表によって図示される。そこで示されるように、入力ポート22に印加される第1入力信号「A」が、光が全く入力されないことに相当し得る論理0であった場合、出力ポート10における光出力(「出」)も、入力ポート14における第2入力「B」の状態に関わらず論理0である。これは、出力ポート10に結合される光が存在しないため、入力ポート14に光が全く印加されない(すなわち、B=0)場合、光出力は論理0としてみなされるからである。一方、光が第2入力信号「B」として入力ポート14に付与される(すなわち、B=1)場合、導波路分岐6を介して結合される光は導波路分岐8を介して結合される光と破壊的に干渉してもよい。なぜなら、導波路分岐6及び8を介して結合される光の位相は180度互いに異なるからである。結果的に、出力ポート10では光は全く見られず、よって光出力(例えば、「出」)は図6に示されるように論理0である。

0022

[021]図6にさらに示されるように、入力ポート14における第2入力信号「B」が論理0であった場合、入力ポート22における第1入力信号「A」の状態に関わらず光出力(例えば、「出」)も論理0である。これは、上述したように、B=0であった場合、入力ポート14に光が全く付与されず、よって出力ポート10に結合される光は存在しない。

0023

[022] 最後に、図6にさらに示されるように、入力ポート22における第1入力信号「A」が論理1であり、かつ入力ポート14における第2入力信号「B」も論理1であった場合、導波路20を介して結合される光は、導波路分岐8を介して結合される光の位相を180度分増加してもよく、それによって導波路分岐6を介して結合される光と建設的に干渉する。結果的に、出力ポート10における光出力「出」は論理1である。

0024

[023] 別の例では、光デバイス2は、本開示によって構成される図7に示されるような光排他的ORゲート220の例を実施するために用いられる。排他的ORゲート220は、2つの同一の光デバイス222及び224を利用してもよく、それらの入力ポートA及びBは互いに相互結合されている。光デバイス222及び224の各々は光インバータ170と構造的に類似していてもよい。

0025

[024] 光排他的ORゲート220の論理関数図8に示す。入力ポート14に印加される入力信号A及びBの両方が論理0であった場合、光デバイス222及び224のいずれにも光が付与されないため、光出力「出」は論理0である。入力信号A又はBのうち1つだけが論理1であった場合、入力ポート14で光を受けるデバイス222又は224の導波路分岐6及び8を介して結合される論理1に対応する光は互いに建設的に干渉する。なぜなら、入力信号A又はBのうちの他方が論理0であるため、導波路分岐6を介して結合される光の位相は変更されないからである。しかしながら、デバイスの入力ポート14に付与される光がないため、光デバイス222又は224のうちの他方を介して結合される光がない場合がある。それにもかかわらず、光出力「出」が論理1になるように十分な光が光デバイス222又は224のうちの1つを介して結合される。例えば、A=1及びB=0の場合、B=0であるため、デバイス224内の導波路分岐8の屈折率は変更されない。結果的に、光デバイス224の導波路分岐8を介して結合される光は、光デバイス224の導波路分岐6を介して結合される光と建設的に干渉する。しかしながら、光デバイス222の入力ポート14に光が付与されないため、光デバイス222の導波路分岐6及び8を介して結合される光はない。しかしながら、論理1としてみなされてもよい光出力「出」を提供するために十分な光が光デバイス224を介して結合されてもよい。

0026

[025]図8にも示されるように、入力ポート14における入力信号A及びBの両方が論理1であった場合、光出力「出」は論理0である。光デバイス222又は224の各々の導波路分岐8を介して結合される光の位相は、他方の光デバイス222又は224の導波路20を介して結合される光により180度分増加されるため、光出力「出」は論理0である。結果的に、各デバイス222及び224の導波路分岐6及び8を介して結合される光は互いに破壊的に干渉し得る。例えば、入力ポート14における入力信号Aは論理1であるため、光デバイス222の導波路分岐6を介して結合される光の位相は、光デバイス222の導波路分岐8を介して結合される光と破壊的に干渉するように180度分増加される。

0027

[026]光デバイス2は、様々な他の論理及び回路デバイスを実施するために用いられ得る。例えば、複数の光デバイス2は、図9に示されるようなデジタルアナログ(「D/A」)変換器250を実施するために用いられる。D/A変換器250は、同じ長さを有し得る第1導波路256及び第2導波路258へと分岐する入力ポート254を有する光供給導波路252を含む。導波路256及び258は、出力ポート264を有する出力導波路260を形成するためにお互い組み合わされてもよい。半導体材料276のそれぞれの層によって形成される複数のフォトダイオード2701−8は、第2導波路258の長さに沿って間隔をあけて配置されてもよい。フォトダイオード2701−8の各々はそれぞれの入力導波路2781−8を介して光を受けてもよく、各々はそれぞれのデジタル入力信号IN1−8を受けてもよい。

0028

[027] 動作中、論理1である各デジタル入力信号IN1−8は、導波路258を介して結合される光の位相が増分量だけ増加されることをもたらす。論理1であるデジタル入力信号がない場合、導波路256を介して結合される光は導波路258を介して結合される光と建設的に干渉し、それによって出力ポート264で比較的大量の光を生成する。入力信号IN1−8の各々が論理1に移行するにつれて、出力ポート264における光の大きさを徐々に減少させるために破壊的干渉が増加し得る。結果的に、出力ポート264における光の大きさは論理1であるデジタル入力信号IN1−8の数に対応し得る。

0029

[028]図9に示されるD/A変換器250の例では、全てのフォトダイオード2701−8を形成する半導体材料276の長さは同じである。しかしながら、他の例では、入力信号IN1−8は、導波路258の長さに沿って延在する異なる長さの半導体材料276でそれぞれのフォトダイオードを製造することによって「重み付け」されてもよい。

0030

[029] 上記詳細な説明では、ブロック図、フローチャート及び/又は例を用いて、デバイス及び/又はプロセスの多様な例について述べた。そのようなブロック図、フローチャート、及び/又は例が1つ以上の機能及び/又は動作を含む場合、当該ブロック図、フローチャート、又は例における各機能及び/又は動作は、広範囲ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はそれらの実質的にあらゆる組み合わせにより、個別に及び/又は総合的に実施可能であることが当業者には理解されるであろう。しかしながら、本明細書に開示される例のうちいくつかの態様は、全部又は一部において、他のデバイス又は方法によって同等に実施できることが当業者には認められるであろう。

0031

[030] 本明細書に記載する様式でデバイス及び/又はプロセスを説明すること、その後、技術的手法を用いてそのように説明されたデバイス及び/又はプロセスを他のシステムへと統合することは、当該技術分野において通常のことであることが当業者には認められるであろう。

0032

[031] 本明細書に記載される主題は、異なる構成要素内に含まれる、又は異なる構成要素に接続される他の異なる構成要素を例示することがある。そのように記載された構造は、単なる例に過ぎず、実際は、同様の機能性を達成する他の多くの構造が実施可能であることが理解されるであろう。概念的な意義において、同一の機能性を達成するための構成要素のあらゆる構成は、所望の機能性を達成するように効果的に「関連付けられる(associated)」。よって、本明細書において特定の機能性を達成するために組み合わされるあらゆる2つの構成要素は、構造や中間構成要素に関わらず、所望の機能性を達成するように互いに「関連付けられた(associated with)」とみなすことができる。同様に、そのように関連付けられたあらゆる2つの構成要素は、所望の機能性を達成するために互いに「動作可能に接続された(operably connected)」又は「動作可能に連結された(operably coupled)」とみなすこともでき、関連付けが可能なあらゆる2つの構成要素は、所望の機能性を達成するために互いに「動作可能に連結可能である(operably couplable)」とみなすこともできる。動作可能に連結可能であることの具体例としては、物理的に結合可能な及び/又は物理的に相互作用する構成要素、並びに/或いは無線で相互作用可能な及び/又は無線で相互作用する構成要素、並びに/或いは論理的に相互作用する及び/又は論理的に相互作用可能な構成要素を挙げることができるが、これらに限定されない。

0033

[032] 本明細書で使用される実質的にあらゆる複数の及び/又は単数の用語について、当業者は、文脈及び/又は用途に応じて適切に、複数の用語を単数に、及び/又は単数の用語を複数に置き換えることができる。本明細書では、明確性を目的として、多様な単数/複数の置き換えが明記され得る。

0034

[033] 一般的に、本明細書内、特に添付の請求の範囲内(例えば、添付の請求の範囲の主要部)で使用される用語は、一般的に「オープンな(open)」用語として意図されている(例えば、「含んでいる(including)」という用語は、「・・・を含んでいるが限定されない」と解釈されるべきであり、「有している(having)」という用語は、「少なくとも・・・を有している」と解釈されるべきであり、「含む(include)」という用語は、「・・・を含むが限定されない」と解釈されるべきである。)ことが当業者には理解されるであろう。さらに、導入されたクレーム記載において特定の数が意図される場合、そのような意図は当該クレーム中に明確に記載され、そのような記載がない場合は、そのような意図も存在しないことが当業者には理解されるであろう。理解を促すために、例えば、後続の添付する請求の範囲では、「少なくとも1つの(at least one)」及び「1つ以上の(one or more)」といった導入を使用し、クレーム記載を導入することがある。しかし、このような句を使用するからといって、「a」又は「an」といった不定詞によりクレーム記載を導入した場合に、たとえ同一のクレーム内に、「1つ以上の」又は「少なくとも1つの」といった導入句と「a」又は「an」といった不定冠詞との両方が含まれるとしても、当該導入されたクレーム記載を含む特定のクレームが、当該記載事項を1つのみ含む発明に限定されるということが示唆されると解釈されるべきではない(例えば、「a」及び/又は「an」は、「少なくとも1つの」又は「1つ以上の」を意味すると解釈されるべきである)。定冠詞を使用してクレーム記載を導入する場合にも同様のことが当てはまる。さらに、導入されたクレーム記載において特定の数が明示されている場合であっても、そのような記載は、少なくとも記載された数を意味するように解釈されるべきであることは、当業者には理解されるであろう(例えば、他に修飾語のない、単なる「2つの記載事項」という記載がある場合、この記載は、少なくとも2つの記載事項、又は2つ以上の記載事項を意味する)。さらに、「A、B及びCなどのうち少なくとも1つ」に類する表記が使用される場合、一般的に、そのような構造は、当業者がその表記を理解するであろう意味で意図されている(例えば、「A、B及びCのうち少なくとも1つを有するシステム」は、Aのみ、Bのみ、Cのみ、AとBの両方、AとCの両方、BとCの両方、及び/又はAとBとCの全て、などを有するシステムを含むがこれに限定されない)。また、「A、B又はCなどのうち少なくとも1つ」に類する表記が使用される場合、一般的に、そのような構造は、当業者がその表記を理解するであろう意味で意図されている(例えば、「A、B又はCのうち少なくとも1つを有するシステム」は、Aのみ、Bのみ、Cのみ、AとBの両方、AとCの両方、BとCの両方、及び/又はAとBとCの全て、などを有するシステムを含むがこれに限定されない)。さらに、2つ以上の選択可能な用語を表す実質的にあらゆる離接語及び/又は離接句は、説明文内であろうと、請求の範囲内であろうと、又は図面内であろうと、それら用語のうちの1つ、それらの用語のうちのいずれか、又はそれらの用語の両方を含む可能性を意図すると理解されるべきであることが、当業者には理解されるであろう。例えば、「A又はB」という句は、「A」又は「B」或いは「A及びB」の可能性を含むことが理解されよう。

0035

[034] さらに、本開示の特徴又は態様がマルクーシュグループの観点から説明されているところでは、本開示がマルクーシュグループのあらゆる個々のメンバー又はメンバーのサブグループの観点からも説明されていることが理解されよう。

0036

[035] 当業者に理解されるように、記載事項を提供するなどといった全てのあらゆる目的に対して、本明細書中に開示される全ての範囲は全てのあらゆる可能な部分的範囲及びその部分的範囲の組み合わせも包含する。あらゆる記載される範囲は、その同じ範囲を十分に記載し、少なくとも半分、三分の一、四分の一、五分の一、十分の一などに分類することが可能であることを容易に理解することができる。非限定例として、本明細書中に考察される各範囲は下部三分の一、中部三分の一、上部三分の一などに容易に分類することができる。当業者にさらに理解されるように、「〜まで」、「少なくとも」、「〜より大きい」、「〜より小さい」などの全ての文言は、記載された数を含み、かつ上述したように部分的範囲へと後で分類できる範囲を指す。最後に、当業者に理解されるように、一範囲は個々のメンバーを含む。したがって、例えば、1〜3つのセルを有するグループは、1、2又は3つのセルを有するグループを指す。同様に、1〜5つのセルを有するグループは、1、2、3、4又は5つのセルを有するグループなどを指す。

0037

[036] 様々な態様及び例が本明細書中に開示されたが、他の態様及び例も当業者には明らかになるであろう。本明細書中に開示された様々な態様及び例は例示目的であり限定を意図したものではなく、その真の範囲及び精神は以下の請求の範囲によって示される。

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