(57)【要約】      （修正有）【課題】光デバイスの長さを短くし、作製が複雑にならないようにしながら、複数の波長または偏光を有する光信号を操作することができる多モード干渉（ＭＭＩ）デバイスを提供する。【解決手段】多モード干渉デバイス１００は、基板層１０１と、基板層１０１上に成長し、光信号を伝搬するコア層と、コア層上に成長し、光信号を導波するクラッディング層とを含む。また、このＭＭＩデバイスは、ＭＭＩデバイス内に不均一な屈折率分布を形成する不均一なパッチパターンも含む。【選択図】図１
2014182371.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多モード干渉デバイスであって、
基板層と、
前記基板層上に成長し、光信号を伝搬するコア層と、
前記コア層上に成長し、前記光信号を導波するクラッディング層と
を備え、
前記多モード干渉デバイスは、前記多モード干渉デバイス内に不均一な屈折率分布を形成する不均一なパッチパターンを含む、多モード干渉デバイス。
【請求項２】
前記多モード干渉デバイスは、所定の作業に応じて前記光信号を操作し、前記不均一なパッチパターンは、前記所定の作業に対して最適化される、請求項１に記載の多モード干渉デバイス。
【請求項３】
前記光信号は、異なる波長を有する複数の信号を含み、前記所定の作業は、前記光信号を分割して別々の信号にすることを含み、前記不均一なパッチパターンが各波長の信号を分割するのに最適化されるようにする、請求項２に記載の多モード干渉デバイス。
【請求項４】
前記光信号は、異なる波長を有する複数の信号を含み、前記所定の作業は、別々のポートからの前記光信号を合成して１つのポートに入れることを含み、前記不均一なパッチパターンが各波長の信号を合成するのに最適化されるようにする、請求項２に記載の多モード干渉デバイス。
【請求項５】
各パッチは、長方形の形状を有し、前記クラッディング層を貫通して前記コア層の中に一定の厚みだけエッチングされ、前記不均一なパターン内の少なくとも２つのパッチの寸法は、異なる、請求項１に記載の多モード干渉デバイス。
【請求項６】
前記不均一なパターン内の少なくとも２つのパッチは、互いに重なり合う、請求項１に記載の多モード干渉デバイス。
【請求項７】
パッチ領域の屈折率は、非パッチ領域の屈折率よりも小さい、請求項１に記載の多モード干渉デバイス。
【請求項８】
前記不均一なパターン内の少なくとも２つのパッチは、形状または材料に関して異なる、請求項１に記載の多モード干渉デバイス。
【請求項９】
前記不均一なパターン内の少なくとも１つのパッチのエッジは、前記多モード干渉の入力面に対して傾けられる、請求項１に記載の多モード干渉デバイス。
【請求項１０】
多モード干渉デバイスによって所定の作業に応じて光信号を操作する方法であって、
前記多モード干渉デバイス内に不均一な屈折率分布を形成する不均一なパッチパターンを決定することであって、該不均一なパッチパターンが前記所定の作業に応じて前記光信号を操作するようにすることと、
前記不均一なパッチパターンを有する前記多モード干渉デバイスを作製することと
を含む、多モード干渉デバイスによって所定の作業に応じて光信号を操作する方法。
【請求項１１】
前記決定することは、
前記不均一なパッチパターンのランダムな１組のパラメーターを決定することと、
前記所定の作業を実行する前記多モード干渉デバイスの動作を定義する前記パラメーターの距離関数を最適化することであって、それにより最適な１組のパラメーターを生成することと、
前記最適な１組のパラメーターを用いて前記不均一なパッチパターンを決定することと
を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記最適化することは、共分散行列適応進化戦略を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
パッチに関する前記ランダムな１組のパラメーターは、前記パッチの横幅Ｗｐと、前記パッチのオフセットＯｐと、前記パッチの位置Ｐｐと、前記パッチの長さＬｐとを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記距離関数は、望ましい出力を最大化する項を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記距離関数は、望ましくない出力を最小化する項を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記距離関数Ｍｅｔｒｉｃの距離は
【数１】
2014182371.tif 000010
であり、ただし、
【数２】
2014182371.tif 000011
は、波長λｎにおける前記多モード干渉デバイスの第ｍの出力の第ｍのモード出力であり、ｎ＝１、２、ｍ＝１、２である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
前記不均一なパッチパターン内のパッチの数を決定することと、
前記不均一なパターン内のパッチごとの前記ランダムな１組のパラメーターを決定することと
をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
前記作製することは、
前記多モード干渉デバイスのコア層を堆積することと、
前記不均一なパッチパターンに従って前記コア層をエッチングすることであって、それによりエッチング部の不均一なパターンを形成することと、
前記エッチング部の不均一なパターンを充填するクラッディング層を堆積することと
を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１９】
前記作製することは、
前記多モード干渉デバイスの第１のコア層を成長させることと、
前記第１のコア層上に前記多モード干渉デバイスの第１のクラッディング層を成長させることと、
前記第１のクラッディング層上に前記多モード干渉デバイスの第２のコア層を成長させることと、
前記不均一なパッチパターンに従って前記第２のコア層をエッチングすることであって、それによりエッチング部の不均一なパターンを形成することと、
前記エッチング部の不均一なパターンを充填する第２のクラッディング層を成長させることと
を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項２０】
前記作製することは、
前記多モード干渉デバイスの第１のコア層を成長させることと、
前記多モード干渉デバイスのエッチング停止層を成長させることと、
前記エッチング停止層上に堆積した前記多モード干渉デバイスの第２のコア層を成長させることと、
前記不均一なパッチパターンに従って前記第２のコア層をエッチングすることであって、それによりエッチング部の不均一なパターンを形成し、前記エッチング停止層のエッチング速度は、前記第２のコア層のエッチング速度よりも遅いことと、
前記エッチング部の不均一なパターンを充填するクラッディング層を成長させることと
を含む、請求項１０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、包括的には光デバイスに関し、より詳細には、光信号を伝搬し、操作する多モード干渉（ＭＭＩ：multi-mode interference）デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信では、光搬送波内で光信号の波長および偏光を多重化することができる。電気通信ネットワークは、柔軟性および構成可能性に益々焦点を合わせつつあり、それには光通信用のフォトニック集積回路（ＰＩＣ：photonic integrated circuit）の機能を高めること、およびコンパクトなデバイスが必要とされる。多モード干渉（ＭＭＩ）に基づく光デバイスは、広い帯域幅を有し、偏光の影響を受けにくく、作製公差が大きい。
【０００３】
幾つかの応用形態の場合に、光信号を操作するＭＭＩデバイスの長さを最小化することが望ましい。例えば、１つのＭＭＩデバイスでは、Ｉｎ１−ｘＧａｘＡｓｙＰ１−ｙ（ｙ＝０．４）のようなインジウムガリウムヒ素リン（ＩｎＧａＡｓＰ）コアが、インジウムリン（ＩｎＰ）基板と上側クラッディングとの間に挟持される。
【０００４】
コアは、高い屈折率を有するので、光信号は、コア内に集中する。クラッディングは、相対的に低い屈折率を有し、デバイスの深さに沿って光信号を導波する。ＭＭＩデバイスの長さＬは、短い波長のビート長および長い波長のビート長の一連の繰返し数を必要とする。ビート長は、偏光が３６０度回転するのに必要とされる長さである。例えば、以下の式が成り立つ。
【数１】
2014182371.tif 000003
ただし、
【数２】
2014182371.tif 000004
は、それぞれ波長λ１およびλ２におけるビート長であり、Ｍは、整数である。幅ＷのＭＭＩデバイスの場合、波長λにおいて、Ｌπ∝Ｗ２／λであり、Ｗ＝８μｍを有する通常の１．２７／１．２９μｍ波長スプリッターの場合に必要とされるＬは、５ｍｍよりも長い。
【０００５】
しかしながら、４０／１００Ｇイーサネット（登録商標）の場合の波長分離は、通常、２０ｎｍ以下である。小さなデバイス内で類似の波長で振動している光信号を合成および分離するのは難しい。
【０００６】
例えば、Yao他による非特許文献１において、１つのＭＭＩ利用波長スプリッター／コンバイナーが記述されている。しかしながら、そのデバイスを動作させるために、波長分離は、非常に大きくなければならない（例えば、１．３μｍおよび１．５５μｍ）。別の光マニピュレーターがJiao他の非特許文献２によって記述されている。そのマニピュレーターによって用いられる方法は、フォトニック結晶にしか適用されず、そのようなマニピュレーターは、製造するのが難しい。特許文献１に記載されている別の方法は、外部制御信号を用いて光信号を多重化または逆多重化するが、応用形態の中には適していないものもある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第７，３４９，６２８号
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Optics Express 20 p.16 (2012）
【非特許文献２】IEEE J. Quantum Electronics, Vol.42, No.3, p.266 (2006)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
光デバイスの長さを短くし、作製が複雑にならないようにしながら、複数の波長または偏光を有する光信号を操作することが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の種々の実施の形態は、異なる波長または偏光からなる光信号が光マニピュレーター内の１回の屈折率変化、例えば、１段階の屈折率によって異なる影響を受けるという認識に基づく。１回の屈折率変化に対する信号の応答だけでは、通常、異なる波長の信号を合成または分割することのような、信号の所望の操作を行うには不十分である。しかしながら、複数の屈折率段階を合わせると、所望の効果を達成することができる。
【００１１】
したがって、本発明の幾つかの実施の形態は、多モード干渉（ＭＭＩ）を用いるデバイスのような光デバイスを、そのＭＭＩデバイス内の屈折率分布を不均一にして用いることによって光信号を操作する。通常、その不均一な屈折率分布は、所定の波長を有する信号を合成または分割することのような、特定の作業を行うように選択される。幾つかの実施の形態は、最適化技法を用いて、特定の作業に関する不均一な屈折率分布を決定する。
【００１２】
本発明の種々の実施の形態によるＭＭＩデバイスは、ＭＭＩデバイス内に不均一な、すなわち、不規則なパターンに配列されるパッチを含む。均一なパターンとは対照的に、不均一なパターンをなすパッチは、均等な間隔をおいて配置されない。各パッチは、１段階の屈折率を形成し、不均一なパッチパターンによって、ＭＭＩデバイス内に不均一な屈折率分布が生じるようにする。１つの実施の形態では、パッチは、異なる寸法を有するが、同一の形状、例えば、長方形の形状と、同一の厚みとを有する。さらに、パッチは、ＭＭＩデバイス内の同一の深さに配列することができ、同じ屈折率を有する材料によって形成することができる。代替の実施の形態では、パッチは、形状、サイズ、材料および深さに関して異なる。
【００１３】
幾つかの実施の形態は、最適化方法を用いて、結果として、長さが短くてもデバイス内で所望の波長が選択されるようにする不均一なパッチパターンを決定する。しかしながら、不均一な屈折率分布を用いる波長操作の根底にある理論が依然として発展過程にあるので、最適化パラメーターを選択するのは難しい。
【００１４】
幾つかの実施の形態は、屈折率分布をランダム化するパッチの１組のパラメーターを決定し、所定の作業に応じて、そのパラメーターを最適化する。例えば、１つの実施の形態は、最適化のために、共分散行列適応進化戦略（ＣＭＡ−ＥＳ：covariance matrix adaptation evolutionary strategy）を用いる。
【００１５】
したがって、１つの実施の形態は、多モード干渉（ＭＭＩ）デバイスを開示する。そのＭＭＩデバイスは、基板層と、基板層上に成長し、光信号を伝搬するコア層と、コア層上に成長し、光信号を導波するクラッディング層とを含む。ＭＭＩデバイスは、ＭＭＩデバイス内に不均一な屈折率分布を形成する不均一なパッチパターンを含む。
【００１６】
別の実施の形態は、多モード干渉（ＭＭＩ）デバイスによって所定の作業に応じて光信号を操作する方法を開示する。この方法は、ＭＭＩデバイス内に不均一な屈折率分布を形成する不均一なパッチパターンを決定し、所定の作業に応じて不均一なパッチパターンが光信号を操作するようにすることと、不均一なパッチパターンを有するＭＭＩデバイスを作製することとを含む。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の１つの実施の形態による、例示的な多モード干渉（ＭＭＩ）デバイスの等角図である。
【図２】本発明の１つの実施の形態による、不均一なパッチパターンを含むＭＭＩデバイスの断面図である。
【図３】図２のデバイスの不均一な屈折率分布の平面図である。
【図４Ａ】本発明の実施の形態による、図１のデバイスの平面図である。
【図４Ｂ】本発明の実施の形態による、図１のデバイスの平面図である。
【図５】本発明の１つの実施の形態による、不均一なパッチパターンを決定する方法のブロック図である。
【図６】本発明の１つの実施の形態に従って作製されたＭＭＩデバイスの断面図である。
【図７】本発明の別の実施の形態に従って作製されたＭＭＩデバイスの断面図である。
【図８】本発明のさらに別の実施の形態に従って作製されたＭＭＩデバイスの断面図である。
【図９】本発明のさらに別の実施の形態に従って作製されたＭＭＩデバイスの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１は、本発明の１つの実施の形態による、所定の作業に応じて光信号を操作する例示的な多モード干渉（ＭＭＩ）デバイス１００の等角図を示す。
【００１９】
以下に示されるように、そのＭＭＩデバイスは、基板層と、コア層と、クラッディング層とを有するエピタキシャル成長構造として実現することができる。例えば、１つの実施の形態では、ＭＭＩデバイスは、インジウムリン（ＩｎＰ）／インジウムガリウムヒ素リン（ＩｎＧａＡｓＰ）構造であり、その構造は、ＩｎＰ基板と、例えば、ＩｎＰに６０％格子整合したＡｓ組成を有するＩｎＧａＡｓＰコア層と、ＩｎＰクラッディング層とを含む。別の実施の形態では、そのＭＭＩデバイスは、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）／アルミニウムガリウムヒ素（ＡｌＧａＡｓ）を含む。他の変形形態も可能であり、本発明の実施の形態の範囲内にある。
【００２０】
例えば、ＭＭＩデバイス１００は、基板層、例えば、ＩｎＰ層１０１と、基板層上に成長し、光信号を伝搬するコア層、例えば、ＩｎＧａＡｓＰ層１０２と、コア層上に成長し、光信号を導波するクラッディング層、例えば、ＩｎＰ層１０３とを含む。
【００２１】
ＭＭＩデバイス１００は、光信号１２０を入力する入力導波路１１０と、２つの信号を出力する出力導波路１３０および１３５とを含む。１つの実施の形態では、光信号は、異なる波長からなる２つの信号を含む。例えば、光信号は、第１の波長λ１を有する第１の信号と、第２の波長λ２を有する第２の信号とを含む。この実施の形態では、所定の作業は、光信号を第１の信号および第２の信号に分割することを含む。
【００２２】
所定の作業は、実施の形態によって異なる。例えば、１つの実施の形態では、所定の作業は、複数の信号を合成して１つの信号にすることを含む。別の実施の形態では、所定の作業は、信号の偏光に基づいて複数の信号を合成または分割することを含む。また、種々の実施の形態において、信号の波長および／または偏光は、異なる可能性がある。
【００２３】
本発明の種々の実施の形態は、異なる波長または偏光からなる信号が、光マニピュレーター内の１回の屈折率変化、例えば、１段階の屈折率によって異なる影響を受けるという認識に基づく。１回の屈折率変化に対する信号の応答だけでは、通常、異なる波長の信号を合成または分割することのような、信号の所望の操作を行うには不十分である。しかしながら、複数の屈折率段階を合わせると、所望の効果を達成することができる。したがって、種々の実施の形態において、ＭＭＩデバイスは、ＭＭＩデバイス内に不均一な屈折率分布を形成する不均一なパッチパターン含む。
【００２４】
図２は、不均一なパッチパターンを含むＭＭＩデバイス２００の断面を示す。一例では、コア層２０２は、ＩｎＰ基板２０１と、ＩｎＰクラッディング層２０３との間に挟持されるＩｎ１−ｘＧａｘＡｓｙＰ１−ｙ（ｙ＝０．４）である。光信号は、クラッディング層の屈折率よりも高い屈折率を有するコア層内に集中する。基板の厚みは、Ｔｓｕｂであり、コア層の厚みは、Ｔｃｏｒｅである。クラッディング層の低い屈折率は、ＭＭＩデバイスの深さに沿った光信号伝搬を支援する役割を果たす。
【００２５】
この実施の形態では、Ｉｎ１−ｘＧａｘＡｓｙＰ１−ｙは、４元材料である。ただし、ｘ（０〜１）は、Ｇａの割合であり、ｙ（０〜１）は、Ａｓの割合である。例えば、ｘ＝０およびｙ＝０である場合には、その４元材料は、ＩｎＰである。同様に、ｘ＝１およびｙ＝１である場合には、その４元材料は、ＧａＡｓである。
【００２６】
ＩｎＰの上にＩｎＧａＡｓＰを成長させるために、格子整合条件が、ｘ＝−０．４２＊ｙのような、ｘとｙとの間の関係を定義する。１つの成分の値、例えば、ｙ＝０．４を指定することによって、その材料の完全な組成を決定することができる。
【００２７】
ＭＭＩデバイス２００は、パッチ２１０およびパッチ２２０を含む。パッチ２１０および２２０は、不均一なパターンに配列され、ＭＭＩデバイス内に不均一な屈折率分布を形成する。この例では、各パッチは、長方形の形状を有し、一定の厚みＴｇ２３０だけ、クラッディング層を貫通してコア層の中まで延在する。２つのパッチの寸法、例えば、パッチの幅Ｗ１およびＷ２は、異なる。代替の実施の形態では、パッチは、形状、サイズ、材料および深さに関して異なる。
【００２８】
図３は、デバイス２００の不均一な屈折率分布の平面図を示す。この実施の形態では、パッチ領域の屈折率、例えば、領域３１０および３２０の屈折率ｎｌｏｗは、非パッチ領域の屈折率、例えば、領域３３０の屈折率ｎｈｉｇｈよりも低い。代替の実施の形態では、この関係は、逆にすることができる。また、１つの実施の形態では、パッチの材料は、金属材料を含み、それにより、屈折率の虚数部が所定の偏光機能をもたらす。
【００２９】
幾つかの実施の形態は、最適化方法を用いて、結果として短いデバイスでも所望の波長が選択されるようにする不均一なパッチパターンを決定する。しかしながら、不均一な屈折率分布を用いる波長操作の根底にある理論が依然として発展過程にあるので、最適化パラメーターを選択するのは難しい。したがって、幾つかの実施の形態は、屈折率分布をランダム化するパッチの１組のパラメーターを決定し、所定の作業に応じて、そのパラメーターを最適化する。
【００３０】
例えば、１つの実施の形態は、最適化のために、共分散行列適応進化戦略（ＣＭＡ−ＥＳ）を用いる。ＣＭＡ−ＥＳ最適化は、事前に１つの入力しか必要としないので、自己適応にとって好都合である。
【００３１】
不均一パターンの最適化
図４Ａは、本発明の１つの実施の形態による、最適化方法を用いて決定された不均一な屈折率分布を有する図１のデバイス１００の平面図を示す。その最適化方法によれば、ＭＭＩデバイスの横幅Ｗは、一定であり、デバイス長の長さＬは、最適化中に可変にしておく。屈折率分布は、一定の数の長方形パッチを利用することによってランダム化される。この例では、その方法は、５つのパッチを用いる。各パッチは、４つのパラメーター、すなわち、パッチの横幅Ｗｐと、パッチのオフセットＯｐと、パッチの位置Ｐｐと、パッチの長さＬｐとによって特定される。入力導波路１１０並びに出力導波路１３０および１３５の位置は、横軸オフセット、Ｏｉｎ、Ｏｏｕｔ１およびＯｏｕｔ２によって特定される。３つ全ての導波路の幅Ｗportは、同じである。
【００３２】
図４Ａは、不均一なパターンを形成する５つのパッチを示す。１つのパッチの１組のパラメーターは、それらのパッチが重なり合い、少なくとも部分的にＭＭＩデバイスの内部に存在することができるように小さな制約および大きな制約を指定される。この例では、上記の最適化問題の変数の全数は、Ｎｖａｒ＝４×Ｎｐ＋５である。ただし、Ｎｐは、初期のパッチ数である。
【００３３】
均一なパターンとは対照的に、不均一なパターンをなすパッチは、均等な間隔で配置されない。例えば、パッチ４１０、４２０、４３０、４４０および４５０は、例えば、ランダムな配列、向きおよび互いの距離の違いを有する。例えば、パッチ４２０および４３０は、互いに交わり、パッチ４３０および４４０は、互いに隣接し、パッチ４１０および４５０は、互いから距離をおいて位置する。そのような不均一性は、本発明の幾つかの実施の形態によって利用される最適化方法によって少なくとも部分的に形成される。
【００３４】
図４Ｂは、本発明の別の実施の形態による図１のデバイス１００の平面図である。この実施の形態は、デバイス内から入力ポートに戻る反射によって、不安定になり、レーザデバイスからの雑音が増加するので、この反射を最小限に抑える必要があるという認識に基づく。この実施の形態では、ＭＭＩ入力／出力ポートのパッチおよび壁は、入力ポートに戻る反射が最小限に抑えられるように傾けられる。
【００３５】
図５は、所定の作業に応じて不均一なパッチパターンが光信号を操作するように、ＭＭＩデバイス内に不均一な屈折率分布を形成する不均一なパッチパターンを決定する１つの実施の形態の方法５００のブロック図を示す。その方法は、プロセッサ５０１を用いて実施することができる。
【００３６】
その方法は、不均一なパッチパターンのランダムな１組のパラメーター５２５を決定する。例えば、その方法は、パッチの数５１５を決定し（５１０）、パッチごとにパラメーター値をランダムに決定する（５２０）。次に、所定の作業を実行するＭＭＩデバイスの動作を定義するパラメーターの距離関数５５０を最適化して（５３０）、最適な１組のパラメーター５３５を生成する。最適な１組のパラメーター５３５を用いて、不均一なパッチパターン５４５が決定される（５４０）。
【００３７】
例えば、ＣＭＡ−ＥＳ法、すなわち、関数空間内の大域的最適の探索を利用する実施の形態は、幾つかの粒子に基づく。発展していく超楕円上に分布する関数評価の履歴が、次の繰返しにおけるその方法の方向を決定する。粒子の数Ｎｐａｒｔは、問題による。１つの実施の形態では、粒子の数は、以下の通りである。
【数３】
2014182371.tif 000005
【００３８】
最適化プロセスの別の態様は、所与の繰返しにおけるオプティマイザーの挙動を評価するのに用いられる距離関数、すなわち、各繰返しにおいて各粒子によって返される値である。波長コンバイナー／スプリッターは、所定の作業に向けて、例えば、クロストークを抑圧しながら、波長λ１およびλ２のビームをそれぞれの出力ポートに結合するように設計される。それゆえ、それに応じて、距離関数が、例えば、所定の作業を実行するＭＭＩデバイスの動作を定義するように選択される。種々の実施の形態によって用いられる幾つかの距離関数の中でも、１つの距離関数は、ＣＭＡ−ＥＳの平均収束を最大化する。この距離関数は、以下の通りである。
【数４】
2014182371.tif 000006
ただし、
【数５】
2014182371.tif 000007
は、波長λｎにおける第ｍの出力導波路の第ｍのモード出力であり、ｎ＝１、２、ｍ＝１、２である。幾つかの実施の形態は、以下の式に従って、入力導波路内に存在し、かつＭＭＩデバイスに結合する基本横電磁（ＴＥ）モードの出力に対して正規化された関数出力を用いる。
【数６】
2014182371.tif 000008
ただし、ｎ＝１、２、ｍ＝１、である。
【数７】
2014182371.tif 000009
は、それぞれ入力導波路、第１の出力導波路および第２の出力導波路内に存在し、波長λｎにおける基本ＴＥモードである。式（３）における距離関数の取り得る最大値は、０であり、両方の波長においてクロストークがない理想的な場合に生じる。
【００３９】
不均一なパターンの作製
ＭＭＩデバイス内に不均一な屈折率分布を形成する不均一なパッチパターンが決定された後に、不均一なパッチパターンを有するＭＭＩデバイスが作製される。
【００４０】
図６は、本発明の１つの実施の形態に従って作製されたＭＭＩデバイス６１０を示す。その実施の形態は、上側クラッディング層またはコア層をエッチングし、空気または誘電体材料、例えば、ＳｉＮｘおよびＳｉＯ２のような二酸化シリコンがパッチ６２０および６３０を形成する。この実施の形態は、実施するのが容易であるが、パターンの正確な形成を制御するのは難しい。具体的には、この実施の形態は、エッチングの停止を制御する必要があり、製造上の課題をもたらす可能性がある。
【００４１】
図７は、別の実施の形態に従って作製されたＭＭＩデバイス７００を示す。その作製は、基板７０１上にＭＭＩデバイスのコア層７０２を堆積する、例えば、成長させることと、不均一なパッチパターンに従ってコア層をエッチングし、エッチング部７１０および７２０の不均一なパターンを形成することと、エッチング部の不均一なパターンを充填するクラッディング層７０３を堆積することとを含む。この実施の形態の作製プロセスは、制御するのが容易である。
【００４２】
導波路の有効屈折率は、エッチング深さによって決まる。エッチングは、不要な材料を除去するプロセスである。エッチングの例は、ドライエッチングおよびウエットエッチングを含む。ウエットエッチングは、化学的ミリングとしても知られており、酸、塩基または他の化学物質を用いて、金属、半導体材料またはガラスのような不要な材料を溶解するプロセスである。ドライエッチングは、露出した表面から材料の一部を除去するイオンの衝撃に材料を曝すことによって材料を除去することを指している。いずれのタイプのエッチングプロセスの場合も、エッチング深さの制御は、困難である可能性があり、エッチング深さの変動が製造されたデバイス間の性能変動の一因になる可能性がある。
【００４３】
図８は、さらに別の実施の形態に従って作製されたＭＭＩデバイス８００を示す。その作製は、基板８０１上にＭＭＩデバイス８００の第１のコア層８０２を成長させることと、第１のコア層上にＭＭＩデバイスの第１のクラッディング層８０３を成長させることと、第１のクラッディング層上にＭＭＩデバイスの第２のコア層８０４を成長させることとを含む。不均一なパッチパターンに従って第２のコア層をエッチングし、エッチング部８１０および８２０の不均一なパターンを形成する。エッチング部の不均一なパターンを充填する第２のクラッディング層８０５を成長させる。この実施の形態では、エッチングは、第２のコア層が完全にエッチングされ、第１のクラッディング層が部分的にのみエッチングされるように制御される。第２のクラッディング層８０５は、第１のクラッディング層８０３と同じ材料からなり、２つのクラッディング層は、エッチングの差を補償するように合体する。そのように、エッチング速度にばらつきがあってもデバイス性能に影響を及ぼすことはなく、本実施の形態によるその作製は、エッチング深さの変動を最小限に抑える。
【００４４】
図９は、さらに別の実施の形態に従って作製されたＭＭＩデバイス９００を示す。この実施の形態は、エッチング停止層を用いて、異なるパッチのエッチングの変動を最小限に抑える。例えば、ＩｎＧａＡｓＰ材料の場合のエッチング速度は、組成（ｙ）およびエッチング溶液（ウエットエッチングの場合）またはガス（ドライエッチングの場合）によって決まる。特定の組成を選択することによって、ＩｎＧａＡｓＰ層は、層の材料に対して遅いエッチング速度を有するエッチング停止層としての役割を果たすことができる。この場合、エッチング条件変動にかかわらず、エッチング停止層がエッチングを減速し、エッチング深さの変動を低減する。
【００４５】
その作製は、基板９０１上にＭＭＩデバイス９００の第１のコア層９０２を成長させることを含む。第１のコア層上にＭＭＩデバイスのエッチング停止層９０３を成長させる。エッチング停止層上にＭＭＩデバイスの第２のコア層９０４を成長させる。不均一なパッチパターンに従って第２のコア層をエッチングし、エッチング部の不均一なパターンを形成する。エッチング部の不均一なパターンを充填するクラッディング層９０５を成長させる。この実施の形態による作製は、エッチング深さの変動を最小限に抑える。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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