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公開番号2024060573
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-05-02
出願番号2023139306
出願日2023-08-29
発明の名称フォトニック集積回路
出願人株式会社東芝
代理人弁理士法人鈴榮特許綜合事務所
主分類H04L 9/12 20060101AFI20240424BHJP(電気通信技術)
要約【課題】光チャネルによりもたらされる位相雑音を低減するフォトニック集積回路を提供する。
【解決手段】光学システム11において、フォトニック集積回路4は、集積チップ上に形成され、デマルチプレクサ14、第1～第5の位相制御素子18₁～18₅及びマルチプレクサ20を備える。デマルチプレクサは、第1の波長を有する第1の信号と、第2の波長を有する第2の信号とを備える多重化された光信号を受信する。第1の位相制御素子は第1の位相シフトを第1の信号に提供し第2の位相制御素子は第2の位相シフトを第2の信号に提供する。マルチプレクサは、変更された多重化信号を作り出すために第1の位相シフトをされた信号及び第2の位相シフトをされた信号を多重化する。第3の位相制御素子は、更なる変更された多重化された信号を作り出すために第3の位相シフトを変更された多重化信号に提供し、更なる変更された多重化信号を出力する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
集積チップ上に形成されたフォトニック集積回路であって、
デマルチプレクサと、
第１の位相制御素子、第２の位相制御素子、及び第３の位相制御素子と、
マルチプレクサと
を備え、前記デマルチプレクサは、
第１の波長を有する第１の信号と、前記第１の波長とは異なる第２の波長を有する第２の信号とを備える多重化された光信号を受信し、
前記第１の信号及び前記第２の信号を抽出するために前記多重化された光信号を逆多重化する、
ように構成され、前記第１の位相制御素子は、第１の変更された信号を作り出すために第１の位相シフトを前記第１の信号に提供するように構成され、
前記第２の位相制御素子は、第２の変更された信号を作り出すために第２の位相シフトを前記第２の信号に提供するように構成され、
前記マルチプレクサは、変更された多重化された信号を作り出すために前記第１の変更された信号及び前記第２の変更された信号を多重化するように構成され、
前記第３の位相制御素子は、更なる変更された多重化された信号を作り出すために第３の位相シフトを前記変更された多重化された信号に提供し、前記更なる変更された多重化された信号を出力するように構成される、フォトニック集積回路。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
前記第１の位相制御素子及び前記第２の位相制御素子は、熱位相シフタであり、前記第３の位相制御素子は、電気光学位相変調器である、請求項１に記載のフォトニック集積回路。
【請求項３】
前記第１の位相制御素子、前記第２の位相制御素子、及び前記第３の位相制御素子は、熱位相シフタ又は電気光学位相変調器のうちのいずれかである、請求項１に記載のフォトニック集積回路。
【請求項４】
前記デマルチプレクサ及び前記マルチプレクサのうちの少なくとも１つは、アレイ導波路回折格子である、請求項１に記載のフォトニック集積回路。
【請求項５】
前記デマルチプレクサ及び前記マルチプレクサのうちの少なくとも１つは、角度付きマルチモード干渉計である、請求項１に記載のフォトニック集積回路。
【請求項６】
前記デマルチプレクサ及び前記マルチプレクサのうちの少なくとも１つは、分散型波長マルチプレクサである、請求項１に記載のフォトニック集積回路。
【請求項７】
集積チップ上に形成されたフォトニック集積回路を動作させる方法であって、前記方法は、
第１の波長を有する第１の信号と、前記第１の波長とは異なる第２の波長を有する第２の信号とを備える多重化された光信号を受信することと、
デマルチプレクサを使用して、前記第１の信号及び前記第２の信号を抽出するために前記多重化された光信号を逆多重化することと、
第１の位相制御素子を使用して、第１の変更された信号を作り出すために第１の位相シフトを前記第１の信号に提供することと、
第２の位相制御素子を使用して、第２の変更された信号を作り出すために第２の位相シフトを前記第２の信号に提供することと、
マルチプレクサを使用して、変更された多重化された信号を作り出すために前記第１の変更された信号及び前記第２の変更された信号を多重化することと、
第３の位相制御素子を使用して、更なる変更された多重化された信号を作り出すために第３の位相シフトを前記変更された多重化された信号に提供することと、
前記更なる変更された多重化された信号を出力することと
を備え、前記デマルチプレクサ、前記第１の位相制御素子、前記第２の位相制御素子、前記第３の位相制御素子、及び前記マルチプレクサは、前記フォトニック集積回路中に含まれる、方法。
【請求項８】
前記第１の位相制御素子及び前記第２の位相制御素子は、熱位相シフタであり、前記第３の位相制御素子は、電気光学位相変調器である、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記第１の位相制御素子、前記第２の位相制御素子、及び前記第３の位相制御素子は、熱位相シフタ又は電気光学位相変調器のうちのいずれかである、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記デマルチプレクサ及びは前記マルチプレクサのうちの少なくとも１つは、アレイ導波路回折格子である、請求項７に記載の方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本明細書に説明する実施形態は、フォトニック集積回路に関する。
続きを表示（約 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
光学システムでは、情報は、光信号の位相に記憶され得る。そのような光信号は、光チャネル、例えば光ファイバを使用して、遠く離れたノード間で送信される。光チャネルは、位相ドリフトをもたらし得、それは、位相雑音の一因となる。そのような位相雑音の補償は、これらのシステムの性能にとって欠かせないものとなり得る。
【０００３】
多くの光通信システムは、波長分割多重化、即ち、同じ光チャネルに沿って別個の波長によって搬送される複数の情報信号を使用する。例えば、波長分割多重化は、所与の光チャネルに沿って送信されることができる別個の情報信号の数を増大させるために使用されることができる。光チャネルによってもたらされる位相雑音は、複数の情報信号の各々に影響を及ぼし得る。
【０００４】
量子通信システムでは、情報は、単一光子などの符号化された単一量子によって送信機と受信機との間で送られる。情報のビットは、その偏光、位相、時間、又はエネルギーなどの光子の特性に応じて符号化されることができる。
【０００５】
量子通信システムは、量子鍵配送（ＱＫＤ）を実施するために使用され得、それは、二者間での暗号鍵の共有を可能にする。ＱＫＤ方法の中には、受信側によって受信された光子の位相の正確な測定を必要とするものがある。
【０００６】
光チャネルによって引き起こされる位相ドリフトは、位相ベースのＱＫＤ方法の性能を低下させる可能性がある。典型的には、送信される情報を搬送する単一光子は、位相ドリフトを確実に決定するために使用されることができない。代わりに、波長分割多重化を使用して、強い基準信号が、光チャネルに組み合わせられ、光チャネルの変化を監視するために使用され得る。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
実施形態に従った実例的な光学システムの概略図である。
実施形態に従った図１の光学システムの変形形態の概略図である。
実施形態に従った図１の光学システムの更なる変形形態の概略図である。
実施形態に従った実例的な光通信システムの概略図である。
実施形態に従ったＱＫＤネットワークの概略図である。
実施形態に従った光学システムの更なる実施形態である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
実施形態では、フォトニック集積回路が提供される。フォトニック集積回路が、集積チップ上に形成され、デマルチプレクサと、第１、第２、及び第３の位相制御素子と、マルチプレクサとを備える。デマルチプレクサは、第１の波長を有する第１の信号と、第１の波長とは異なる第２の波長を有する第２の信号とを備える多重化された光信号を受信するように構成される。デマルチプレクサは、第１の信号及び第２の信号を抽出するために多重化された光信号を逆多重化するように更に構成される。第１の位相制御素子は、第１の変更された信号を作り出すために第１の位相シフトを第１の信号に提供するように構成される。第２の位相制御素子は、第２の変更された信号を作り出すために第２の位相シフトを第２の信号に提供するように構成される。マルチプレクサは、変更された多重化された信号を作り出すために第１の変更された信号及び第２の変更された信号を多重化するように構成される。第３の位相制御素子は、更なる変更された多重化された信号を作り出すために第３の位相シフトを変更された多重化された信号に提供し、更なる変更された多重化された信号を出力するように構成される。
【０００９】
フォトニック集積回路は、波長多重化された光信号の位相を柔軟な形でシフトするために使用されることができる。フォトニック集積回路は、全ての多重化された信号の位相を集合的にシフトするだけでなく、信号の位相を個々にシフトすることも可能にする。これは、フォトニック集積回路の様々な用途を可能にする。実施形態では、フォトニック集積回路は、光学システム又は光ネットワークの一部であり得、光チャネルによってもたらされる位相雑音が補正されるように位相補償を実行するために使用され得る。実施形態では、フォトニック集積回路は、光通信システム中の位相雑音を低減するために使用され得る。
【００１０】
単一の集積チップ上にフォトニック集積回路の全ての構成要素を設けることは、ディスクリートオフチップ構成要素（discrete, off-chip components）から成る従来のシステムと比較して遙かにより小さな設置面積、より低いコスト、及びより高い製造歩留まりを有することができるチップベースのデバイスにつながる。フォトニック集積回路は、大量生産に適した小型で安価なデバイスを可能にする。更に、フォトニック集積回路は、単一のチップ上に他のフォトニック集積デバイスとモノリシックに集積されることができる。対照的に、従来のシステムでは、典型的には、モノリシック集積と互換性がない。スケーラビリティ、大量生産、及びモノリシック集積の互換性を可能にすることによって、フォトニック集積回路は、従来の技術よりも拡張されたアーキテクチャを可能にする。
（【００１１】以降は省略されています）

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