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公開番号2025037882
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-18
出願番号2024198274,2023139300
出願日2024-11-13,2023-08-29
発明の名称フォトニックアセンブリ
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G02F 1/01 20060101AFI20250311BHJP(光学)
要約【課題】干渉計を利用した量子状態の符号化および復号を実装するフォトニックアセンブリを提供する。
【解決手段】フォトニックアセンブリは、第1の基板を備える第1の部分と、第2の基板を備える第2の部分と、を備える。フォトニックアセンブリは、複数の受動フォトニック素子および位相変調器を備える干渉計を備え、位相変調器は、第2の部分上に設けられ、複数の受動フォトニック素子は、第1の部分上に設けられる。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項１】
第１の基板を備える第１の部分と、
第２の基板を備える第２の部分と、
複数の受動フォトニック素子および位相変調器を備える干渉計と、
を備え、
前記位相変調器は、前記第２の部分上に前記第２の部分と同じ材料により設けられ、
前記第２の部分は、能動材料を含み、電気通信波長帯域において印加された電界により屈折率を変化させる電気光電効果を示す第２の材料を含み、
前記複数の受動フォトニック素子は、前記第１の部分上に前記第１の部分と同じ材料により設けられ、
前記第１の部分は、受動材料を含み、前記第２の材料よりもバンドギャップの大きい第１の材料であって、前記電気通信波長帯域において前記第２の部分よりも低い光子吸収係数を有する第１の材料を含み、
前記第１の材料は、材料内を伝搬する光子のエネルギーよりも大きなバンドギャップを有する材料を含み、
前記第２の材料は、量子鍵配送方式で使用されるパルス周波数に相当するバンドギャップを有する、フォトニックアセンブリ。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
前記位相変調器は、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アセンブリ。
【請求項３】
前記複数の受動フォトニック素子は、１つまたは複数の導波路を備え、前記干渉計は、前記第２の部分上に設けられた１つまたは複数のさらなる導波路をさらに備え、前記１つまたは複数の導波路のうちの少なくとも１つは、前記１つまたは複数のさらなる導波路のうちの少なくとも１つに結合される、請求項１に記載のフォトニックアセンブリ。
【請求項４】
前記干渉計は、第１の光路および第２の光路を備え、
前記複数の受動フォトニック素子は、第１のカプラ、第２のカプラ、および遅延線を備え、
前記第１のカプラは、前記干渉計の入力を、前記第１の光路の入力および前記第２の光路の入力に結合し、
前記第２のカプラは、前記第１の光路の出力と前記第２の光路の出力とを結合し、
前記遅延線は、前記第１の光路に設けられるか、または前記第２の光路に設けられる、
請求項１に記載のフォトニックアセンブリ。
【請求項５】
前記位相変調器は、前記第２のカプラの出力に設けられる、請求項４に記載のフォトニックアセンブリ。
【請求項６】
前記位相変調器は、前記第１の光路に設けられ、前記干渉計は、前記第２の部分上に設けられたさらなる位相変調器をさらに備え、前記さらなる位相変調器は、前記第２の光路に設けられる、請求項４に記載のフォトニックアセンブリ。
【請求項７】
光源をさらに備え、
前記光源の出力は、前記干渉計の前記入力に結合され、
前記光源は、前記第２の部分上に設けられるか、または前記光源は、第３の部分上に設けられる、
請求項５に記載のフォトニックアセンブリ。
【請求項８】
前記位相変調器は、前記第１のカプラの入力に設けられる、請求項４に記載のフォトニックアセンブリ。
【請求項９】
少なくとも１つの光検出器をさらに備え、
前記少なくとも１つの光検出器は、前記干渉計の出力に結合され、
前記少なくとも１つの光検出器は、前記第２の部分上に設けられるか、または前記少なくとも１つの光検出器は、第３の部分上に設けられる、
請求項６に記載のフォトニックアセンブリ。
【請求項１０】
前記干渉計は、第１の光路および第２の光路を備え、
前記複数の受動フォトニック素子は、第１のカプラおよび第２のカプラを備え、
前記第１のカプラは、前記干渉計の入力を、前記第１の光路の入力および前記第２の光路の入力に結合し、
前記第２のカプラは、前記第１の光路の出力と前記第２の光路の出力とを結合し、
前記位相変調器は、前記第１の光路に設けられる、
請求項１に記載のフォトニックアセンブリ。
（【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】
本明細書に記載の実施形態は、フォトニックアセンブリに関する。
続きを表示（約 2,900 文字）【背景技術】
【０００２】
量子鍵配送（ＱＫＤ）とは、多くの場合「アリス」と呼ばれる送信機と多くの場合「ボブ」と呼ばれる受信機の二者間での暗号鍵の共有をもたらす技法である。この技法の魅力は、多くの場合「イブ」と呼ばれる承認されていない盗聴者に、鍵の一部が知られた可能性があるかどうかのテストを提供するということである。量子鍵配送の多くの形態で、アリスとボブは、ビット値を符号化するための２つ以上の非直交基底を使用する。量子力学の法則によれば、イブが各々の符号化基底を事前に知ることなく光子を測定すると、一部の光子の状態の変化を不可避的に引き起こすとされている。これらの光子の状態の変化により、アリスとボブとの間で送られるビット値に誤りが生じることになる。したがって、それらの共通のビット列の一部を比較することによって、アリスとボブは、イブが情報を得たかどうかを決定することができる。
【０００３】
単一光子などの符号化された単一量子によって情報が送信機と受信機との間で送られる量子通信システムにおいて、ＱＫＤ方式が実装される。量子通信システムにおける送信機および受信機は、量子状態の符号化および復号を実装するために干渉計を利用する。
【０００４】
次に実施形態について、添付図面を参照して例として説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
図１は、１つの実施形態に係る符号化フォトニックアセンブリの概略図である。
図２は、１つの実施形態に係る符号化フォトニックアセンブリの概略図である。
図３は、１つの実施形態に係る復号フォトニックアセンブリの概略図である。
図４は、１つの実施形態に係る符号化または復号フォトニックアセンブリの概略図である。
図５は、１つの実施形態に係る符号化または復号フォトニックアセンブリの概略図である。
図６は、１つの実施形態に係る符号化フォトニックアセンブリの概略図である。
図７は、１つの実施形態に係る符号化フォトニックアセンブリの概略図である。
図８は、１つの実施形態に係る復号フォトニックアセンブリの概略図である。
図９は、１つの実施形態に係る復号フォトニックアセンブリの概略図である。
図１０は、１つの実施形態に係る強度変調器フォトニックアセンブリの概略図である。
図１１は、１つの実施形態に係る強度変調器フォトニックアセンブリの概略図である。
図１２は、１つの実施形態に係るサニャック干渉計を含むフォトニックアセンブリの概略図である。
図１３は、１つの実施形態に係る偏光素子を備えるフォトニックアセンブリの概略図である。
図１４は、１つの実施形態に係る反射器素子を備えるフォトニックアセンブリの概略図である。
図１５Ａは、本明細書に記載の実施形態に係る異なる位相変調器配置構成の概略図である。
図１５Ｂは、マッハツェンダ干渉計を例示する。
図１６Ａは、本明細書に記載の実施形態に係る光入力および光出力の配置構成を有するフォトニックアセンブリの概略図を例示する。
図１６Ｂは、本明細書に記載の実施形態に係る光入力および光出力の配置構成を有するフォトニックアセンブリの概略図を例示する。
図１６Ｃは、本明細書に記載の実施形態に係る光入力および光出力の配置構成を有するフォトニックアセンブリの概略図を例示する。
図１６Ｄは、本明細書に記載の実施形態に係る光入力および光出力の配置構成を有するフォトニックアセンブリの概略図を例示する。
図１６Ｅは、本明細書に記載の実施形態に係る光入力および光出力の配置構成を有するフォトニックアセンブリの概略図を例示する。
図１６Ｆは、本明細書に記載の実施形態に係る光入力および光出力の配置構成を有するフォトニックアセンブリの概略図を例示する。
図１７は、一実施形態に係る量子通信システムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
一実施形態では、フォトニックアセンブリが提供され、本フォトニックアセンブリは、第１の基板を備える第１の部分と、
第２の基板を備える第２の部分と、
複数の受動フォトニック素子および位相変調器を備える干渉計と、
を備え、
位相変調器は、第２の部分上に設けられ、
複数の受動フォトニック素子は、第１の部分上に設けられる。
【０００７】
フォトニックアセンブリは、速いスイッチング速度で能動フォトニックコンポーネントを動作させながら損失を最小限に抑える干渉計を有するフォトニック集積回路を提供する。フォトニックアセンブリは、ハイブリッドフォトニックアセンブリであり、少なくとも１つの第１のフォトニックコンポーネントを備える第１の部分と、少なくとも１つの第２のフォトニックコンポーネントを備える第２の部分とを備える。少なくとも１つの第１のフォトニックコンポーネントは、導波路、カプラ、および遅延線などの受動フォトニック回路素子を含み、第１の部分上に形成される。少なくとも１つの第２のセットのフォトニックコンポーネントは、高速位相変調器を含み、第２の部分上に形成される。
【０００８】
受動フォトニック素子および位相変調器は、異なる機械加工およびツールを用いて、異なる製作工程を経て製造される。受動フォトニック素子および位相変調器はまた、異なる材料を使用して形成され得る。フォトニックアセンブリの異なる部分上に受動素子および高速位相変調器を設けることによって、各部分を別個に製造することができる。これにより、より効率的かつ迅速な製造工程がもたらされる。
【０００９】
さらに、フォトニックアセンブリの各部分の製造および構造を独立して最適化することができる。第１の部分および第１の部分上の受動フォトニック素子の製作を、受動フォトニック回路素子による伝搬損失を最小限に抑えるように最適化することができる。これとは別個に、第２の部分および第２の部分上の位相変調器の製作を、位相変調器が速い応答時間で動作することを可能にするとともに変調構成をより速い速度で（例えば、ＧＨｚまたはそれより高速に）切り替えることができるように最適化することができる。
【００１０】
そのため、独立して最適化された部分から組み立てられたフォトニックアセンブリ上の干渉計は、より速い変調器スイッチング速度のために最適化された単一部分上にすべての干渉計素子を有する干渉計と比較して、より低い伝搬損失で動作する。組み立てられたフォトニックアセンブリはまた、低い伝搬損失のために最適化された単一部分上にすべての干渉計素子を有するように形成された干渉計よりも速いスイッチング速度で動作することができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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