【手続補正書】
【提出日】平成27年6月8日(2015.6.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【発明の名称】格子に基づく光結合器
【技術分野】
【０００１】
本明細書は格子を用いて光を結合することに関する。
【背景技術】
【０００２】
光がフォトニック集積回路内を伝搬し、フォトニック集積回路上に作製された格子を通して外部媒体に結合される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００７／０２６３９７３号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１３／０２７９８４４号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２００４／０１１４６４２号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第２０１２／０８２０１６号明細書
【特許文献５】欧州特許出願公開第２６３４６０５号明細書
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Chen et al., “Fabrication-Tolerant Waveguide Chirped Grating Coupler for Coupling to a Perfectly Vertical Optical Fiber, IEEE Photonics Technol Lett., ２００８年１２月, 20(23), P.1914-1916
【非特許文献２】Covey and Chen, “Efficient perfectly vertical fiber-to-chip grating coupler for silicon horizontal multiple slot waveguides, Optics Express, ２０１３年５月, 21(9), p10886-10896
【非特許文献３】Ding et al., “Ultrahigh-efficiency apodized grating coupler using fully etched photonic crystals,”Optics Lett, ２０１３年８月, 38(15), p2732-2734
【非特許文献４】Lalanne and Hugonin, “Bloch-Eave Engineering for High-Q, Small-V Microcavities,” IEEE J Quantum Electronics, ２００３年１１月, 39(11), P1430-1438
【非特許文献５】Li et al., “CMOS-compatible high efficiency double-etched apodized waveguide grating coupler,” Optics Express, ２０１３年４月, 21(7), p7868-7874
【非特許文献６】Mekis et al., “A Grating-Coupler-Enabled CMOS Photonics Platform,” IEEE J Selected Topics Quantum Electronics, ２０１１年５月／６月, 17(3), p597-608
【非特許文献７】Na et al., “Efficient broadband silicon-on-insulator grating coupler with low backreflection,” Optics Lett., ２０１１年６月, 36(11), P2101-2103
【非特許文献８】Roelkens et al., “High efficiency grating coupler between silicon-on-insulator waveguides and perfectly vertical optical fibers,” Optics Lett., ２００７年６月, 32(11), p1495-1497
【非特許文献９】Schrauwen et al., “Polymer wedge for perfectly vertical light coupling to silicon,” Integrated Optics: Devices, Materials, and Technologies XIII, ２００９年１月, ８項
【非特許文献１０】Taillaert et al., “A Compact Two-Dimensional Grating Coupler Used as a Polarization Splitter,” IEEE Photonics Technol Lett., ２００３年９月, 15(9), P1249-1251
【非特許文献１１】Wang et al., “Embedded Slanted Grating for Vertical Coupling Between Fibers and Silicon-on-Insulator Planar Waveguides,” IEEE Photonics Technol Lett., ２００５年９月, 17(9), p1884-1886
【非特許文献１２】Wu st al., “A critically coupled Germanium photodetector under vertical illumination,” Optics Express, ２０１２年１２月, 20(28), p29338-29346
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書において記述される発明内容の一つの革新的な態様によれば、フォトニック集積システムの一つまたは複数の能動光学構成要素および受動光学構成要素のうちの少なくとも一方によって、光を生成するか、導光するか、処理するか、または検出することができる。フォトニック集積回路の干渉領域上に格子が形成され、干渉領域は一つまたは複数の反射体によって境界が定められる。格子プロファイルを一つまたは複数の反射体によって生成される干渉パターンと一致させることによって、光が特定の角度で相互に、外部媒体からフォトニック集積回路に入ることができるか、またはフォトニック集積回路から外部媒体に出ることができる。
【０００６】
一般的に、本明細書において記述される発明内容の一つの革新的な態様は、光学装置において具現することができ、その光学装置は、第１の方向に沿って伝搬する光を導光するように構成される導波路領域と、入射光を反射するように構成される反射体領域と、導波路領域と反射体領域との間に形成される干渉領域であって、干渉領域は、入射光と、反射された入射光とによって形成された干渉光の少なくとも一部を閉じ込めるように構成される、干渉領域と、干渉光の少なくとも一部を閉じ込める領域上に形成された格子を含む格子領域であって、格子は第１の方向とは異なる第２の方向に沿って光の少なくとも一部を結合するように構成される、格子領域とを含む。
【０００７】
この実施態様および他の実施態様はそれぞれオプションで以下の特徴のうちの一つまたは複数を含むことができる。第２の方向は第１の方向に対して実質的に垂直にすることができる。導波路領域は、（ｉ）入射光の一部を特定の反射率によって反射し、（ｉｉ）入射光の別の部分を透過するように構成される第２の反射体領域を含むことができる。干渉領域内で一循環伝搬した後に、一循環減衰係数に基づいて光が減衰することができる。第２の反射体領域の反射率は、一循環減衰係数と実質的に一致するように構成することができる。第２の反射体領域上に格子領域の一部を形成することができる。
【０００８】
その光学装置は、ｎドープ領域およびｐドープ領域を含むことができ、ｎドープ領域およびｐドープ領域は、ｎドープ領域およびｐドープ領域に電圧を印加するか、または電流を流すことによって第２の反射体領域内に電界を与えるように構成され、第２の反射体領域は、ｎドープ領域およびｐドープ領域に電圧を印加するか、または電流を流すことによって異なる反射率を与えるように構成することができる。
【０００９】
その光学装置は、ｎドープ領域およびｐドープ領域を含むことができ、ｎドープ領域およびｐドープ領域は、ｎドープ領域およびｐドープ領域に電圧を印加するか、または電流を流すことによって反射体領域内に電界を与えるように構成され、反射体領域は、ｎドープ領域およびｐドープ領域に電圧を印加するか、または電流を流すことによって異なる反射率を与えるように構成することができる。
【００１０】
その光学装置は、ｎドープ領域およびｐドープ領域を含むことができ、ｎドープ領域およびｐドープ領域は、ｎドープ領域およびｐドープ領域に電圧を印加するか、または電流を流すことによって干渉領域内に電界を与えるように構成され、干渉領域は、ｎドープ領域およびｐドープ領域に電圧を印加するか、または電流を流すことによって干渉光のための異なる干渉パターンを与えるように構成することができる。
【００１１】
その光学装置は、光を生成するように構成される光源領域を含むことができ、光源領域は干渉領域、導波路領域または反射体領域に結合される。その光学装置は、格子領域の上方に開口部を有する光学パッケージを含むことができ、開口部は第２の方向に沿って光を透過するように構成される。
【００１２】
その光学装置は、光の少なくとも一部を吸収するように構成される光吸収領域を含むことができ、光吸収領域は干渉領域、導波路領域または反射体領域に結合される。
格子領域は、光を２つの方向に沿って伝搬する２つの光部分に分離するか、または２つの方向に沿って伝搬する２つの光部分を一つの光部分に合成するように構成される２次元格子を含むことができる。
【００１３】
格子領域と異なる側にある、干渉領域の側に第２の格子領域を形成することができ、第２の格子領域は第３の方向に沿った光の少なくとも一部を結合するように構成される。反射体領域は、コーナミラー、ＤＢＲミラー、分散ミラー、導波路ループミラーまたは金属層のうちの一つを含むことができる。格子領域の格子周期性は、干渉領域内の光の干渉周期性と実質的に一致することができる。格子は、干渉領域内の光の同相波腹の場所が、格子谷部または山部の場所と実質的に一致するように形成された格子ベクトルを有することができる。格子領域の一部は、干渉領域、反射体領域または導波路領域上に形成することができる。
【００１４】
本明細書において記述される発明内容の別の革新的な態様は、光学装置において具現することができ、その光学装置は、光子を生成するように構成される光源領域と、第１の反射体領域および第２の反射体領域と、第１の反射体領域と第２の反射体領域との間に形成され、光源領域に結合される干渉領域であって、干渉領域は、（ｉ）光源領域によって生成された入射光を、第１の方向に沿って伝搬するように導光し、（ｉｉ）第１の反射体領域と第２の反射体領域との間で反射された光によって形成される干渉光を第１の方向に沿って閉じ込めるように構成される、干渉領域と、干渉光の少なくとも一部を閉じ込める領域上に形成された格子を含む格子領域であって、格子は、干渉光の一部を、第１の方向とは異なる第２の方向に沿って放射するように構成される、格子領域とを含む。
【００１５】
この実施態様および他の実施態様はそれぞれオプションで以下の特徴のうちの一つまたは複数を含むことができる。干渉領域の実効屈折率は、格子領域の実効屈折率より低くすることができる。
【００１６】
本明細書において記述される発明内容の別の革新的な態様は、光学装置において具現することができ、その光学装置は、第１の反射体領域および第２の反射体領域と、第１の反射体領域と第２の反射体領域との間に形成される干渉領域であって、干渉領域は、第１の反射体領域と第２の反射体領域との間で反射され、第１の方向に沿って伝搬する光によって形成される干渉光を閉じ込めるように構成される、干渉領域と、干渉領域に結合される光吸収領域であって、光吸収領域は干渉光の少なくとも一部を吸収するように構成される、光吸収領域と、干渉光の少なくとも一部を閉じ込める領域上に形成された格子を含む格子領域であって、格子は、外部媒体から、第１の方向とは異なる第２の方向に沿って伝搬する光を受光するように構成される、格子領域とを含む。
【００１７】
この実施態様および他の実施態様はそれぞれオプションで以下の特徴のうちの一つまたは複数を含むことができる。光吸収領域および格子領域は異なる材料組成を有することができ、格子領域は第２の方向に沿って伝搬する光を光吸収領域に結合する表面プラズモン効果を形成する金属を含むことができる。
【００１８】
有利な実施態様は以下の特徴のうちの一つまたは複数を含むことができる。フォトニック集積回路内の光の伝搬方向に対して実質的に垂直である角度で光をフォトニック集積回路の内外に結合することができる。このように垂直であることは、パッケージングコストを削減し、複雑さを緩和することができる。フォトニック集積回路に戻される反射光は、干渉領域内の一つまたは複数のミラーによって最小限に抑えられ、フォトニック集積回路の安定性を保持することができる。格子を出る光の光学モードプロファイルを、外部媒体の光学モードプロファイルと一致するように整形し、モード整合損失を最小限に抑えることができる。干渉領域内の電界は完全に均一であるので、チャープ格子が、進行波によって引き起こされる指数関数的に減衰する電界プロファイルと一致する必要はない。干渉領域または格子を電界、磁界または機械的な動きを含む機構によって能動的に調整して、光の結合を制御することができる。干渉領域が、広い波長範囲において光を生成する能動媒体に結合されるとき、干渉領域を用いて、広い波長範囲から狭い波長範囲を選択することができる。干渉領域が光を検出する吸収媒体に結合されるとき、干渉領域を用いて、干渉領域内の複数の反射を通して吸収効率を高めることができる。
【００１９】
この態様および他の態様の他の実施態様は、対応するシステムと、装置と、その方法の動作を実行するように構成され、コンピュータ記憶デバイス上に符号化されるコンピュータプログラムとを含む。一つまたは複数のコンピュータからなるシステムは、システム上に導入され、動作時にシステムにそれらの動作を実行させるソフトウェア、ファームウェア、ハードウェアまたはその組み合わせによって、そのように構成することができる。一つまたは複数のコンピュータプログラムは、データ処理装置によって実行されるときに、その装置にそれらの動作を実行させる命令を有することによって、そのように構成することができる。
【００２０】
一つまたは複数の実施態様の詳細が添付の図面および以下の説明において示される。その説明、図面および特許請求の範囲から、他の潜在的な特徴および利点も明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１Ａ】例示的なフォトニック集積回路のブロック図。
【図１Ｂ】光結合器の例を示す図。
【図１Ｃ】光結合器の例を示す図。
【図１Ｄ】光結合器の例を示す図。
【図２】干渉パターンの一例の図。
【図３】Ａ−Ｅは、格子パターンの例の図。
【図４Ａ】光源と一体化される光結合器の例の図。
【図４Ｂ】光源と一体化される光結合器の例の図。
【図４Ｃ】光源と一体化される光結合器の例の図。
【図４Ｄ】光源と一体化される光結合器の例の図。
【図４Ｅ】光源と一体化される光結合器の例の図。
【図４Ｆ】光源と一体化される光結合器の例の図。
【図５Ａ】光検出器と一体化される光結合器の例の図。
【図５Ｂ】光検出器と一体化される光結合器の例の図。
【図５Ｃ】光検出器と一体化される光結合器の例の図。
【図６】ｐ−ｎ接合と一体化される光結合器の例の図。
【図７Ａ】複数の出力経路を有する光結合器の例の図。
【図７Ｂ】複数の出力経路を有する光結合器の例の図。
【図８】パッケージングのための光結合器の一例の図。
【図９Ａ】ミラーの例の図。
【図９Ｂ】ミラーの例の図。
【図９Ｃ】ミラーの例の図。
【図９Ｄ】ミラーの例の図。
【図９Ｅ】ミラーの例の図。
【図１０】光結合器を設計するための流れ図の一例を示す図。
【図１１】光結合器を作製するための流れ図の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
種々の図面において同じ参照番号および指示は同じ要素を示す。複数の図において示される種々の例示的な実施形態は説明のための表現にすぎず、必ずしも縮尺どおりに描かれていないことも理解されたい。
【００２３】
図１Ａは、フォトニック集積回路１００の内外に光を結合できるようにするための、格子に基づく光結合器を含む例示的なフォトニック集積回路１００のブロック図である。一般的に、実質的に垂直に放射する光結合器は、表面発光／受光型の光電子デバイスとのインターフェースを構成するのに有用であり、パッケージングコストを削減し、垂直でない構成に起因して複雑になるのを緩和することができる。
【００２４】
フォトニック集積回路１００は、基板１１６上に作製された一つまたは複数の光学構成要素を含む。光学構成要素は、導波路領域１０２と、第１の反射体領域１０６と、干渉領域１１０と、第２の反射体領域１１４と、格子領域１２０とを含む。基板１１６は、フォトニック集積回路を作製するのに適した任意のタイプの基板とすることができる。例えば、基板１１６は、シリコンウエハ、シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）ウエハ、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）またはインジウムリン（ＩｎＰ）ウエハのようなＩＩＩ−Ｖ材料、またはガラスウエハとすることができる。別の例として、基板１１６は、集積電子回路上に堆積された不活性材料層または活性材料層とすることができる。別の例として、基板１１６は、別の集積フォトニック回路上に堆積された不活性材料層または活性材料層とすることができる。
【００２５】
一般的に、導波路領域１０２は、一つまたは複数の次元に沿って光を閉じ込め、特定の方向に沿って光を導光するように構成される。幾つかの実施態様では、導波路領域１０２は、一つの次元に沿って光を閉じ込める。例えば、導波路領域１０２は、ｚ方向に沿って光を閉じ込めるスラブ導波路とすることができる。幾つかの実施態様では、導波路領域１０２は、２つの次元に沿って光を閉じ込めることができる。例えば、導波路領域１０２は、矢印１２２によって指示されるように、光がｘ方向に沿って伝搬することができるように、光をｙ方向およびｚ方向に沿って閉じ込めるリブ導波路またはチャネル導波路とすることができる。「ｘ方向に沿って」という用語およびその派生語は、本明細書において用いられるときに、双方向（±ｘ方向）または１方向（＋ｘ、−ｘ）を表すために用いられる。さらに、光がｘ方向に沿って配置された多モードファイバ内を進行しているときに、その光のある部分がファイバ内でジグザグ経路内を進む場合があるが、方向全体はそれでもｘ方向に沿っていると見なされる場合がある。
【００２６】
一般的に、第１の反射体領域１０６および第２の反射体領域１１４は、入射光を反射するように構成される。例えば、導波路領域１０２内の光が界面１０４に入射するとき、その光のある部分は反射され、導波路領域１０２に戻される場合があり、一方、その光の残りの部分は第１の反射体領域１０６に透過する場合がある。同様に、第１の反射体領域１０６内の光が界面１０８に入射するとき、その光のある部分は反射される場合があり、一方、その光の残りの部分は干渉領域１１０に透過する場合がある。同様に、干渉領域１１０内の光が界面１１２に入射するとき、その光のある部分は反射される場合があり、一方、その光の残りの部分は第２の反射体領域１１４に透過する場合がある。幾つかの実施態様では、反射体は、異なる屈折率を有する２つの媒体間の界面とすることができる。
【００２７】
反射体によって反射される光の部分は、設計によるが、概ね０パーセントから概ね１００パーセントに及ぶことができる。幾つかの実施態様では、第１の反射体領域１０６または第２の反射体１１４は高反射性とすることができる。例えば、第２の反射体１１４は、高反射率を達成するために、アルミニウムのような金属でコーティングされる場合がある。別の例として、光が内部全反射を通して反射される臨界角を超えて第２の反射体１１４に入射するように、光が構成される場合がある。別の例として、第２の反射体１１４は、ある波長範囲にわたって高反射率を与えるブラッグ反射体とすることができる。別の例として、第１の反射体領域１０６は、導波路領域１０２と干渉領域１１０とを切断する一つまたは複数のスリットを備えることができる。別の例として、第１の反射体領域１０６はＤＢＲ構造を備えることができる。別の例として、第１の反射体領域１０６は、干渉領域の波長依存性の光位相を補償し、より広い動作帯域幅を達成するために、ｘ方向において複数の高／低屈折率構造を有する異常分散ミラーとすることができる。
【００２８】
幾つかの実施態様では、第１の反射体領域１０６または第２の反射体１１４は部分透過性および部分反射性とすることができる。例えば、第１の反射体領域１０６は、（ｉ）特定の反射率によって、入射光の一部を反射し、（ｉｉ）入射光の別の部分を透過するように構成することができる。部分反射性反射体は、例えば、対応する反射体領域内に導波路領域１０２の材料より低い屈折率を有する誘電体材料を堆積することによって実現することができる。反射光および透過光のパーセンテージは、フレネル方程式を用いて計算することができる。
【００２９】
一般的に、干渉領域１１０は、導波路領域１０２と第２の反射体領域１１４との間に形成される、共振器長ＬＣａｖｉｔｙを有する共振器としての役割を果たす。幾つかの実施態様では、第１の反射体領域１０６は、導波路領域１０２と干渉領域１１０との間に形成することができ、ＬＣａｖｉｔｙは第１の反射体領域１０６と第２の反射体領域１１４との間の長さとして規定することができる。幾つかの実施態様では、導波路領域１０２の実効屈折率は、干渉領域１１０の実効屈折率と実質的に等しくすることができる。例えば、導波路領域１０２および干渉領域１１０はいずれもシリコン内に作製することができ、ｙ−ｚ次元に沿って同じ断面の導波路寸法を有する。この場合、導波路領域１０２の実効屈折率は、干渉領域１１０の実効屈折率に等しい。別の例として、導波路領域１０２および干渉領域１１０はいずれもシリコン内に作製することができるが、ｙ−ｚ次元に沿った断面の導波路寸法は異なる場合があり、それにより、導波路領域１０２の実効屈折率と干渉領域１１０の実効屈折率との間に違いが生じる場合がある。この場合、実効屈折率の違いによって引き起こされる、光学損失のような結果として生じる性能劣化が、対象とする応用形態の場合に許容できる範囲内にある限り、導波路領域１０２の実効屈折率は干渉領域１１０の実効屈折率と実質的に等しいとして扱われる。
【００３０】
干渉領域１１０は、入射光および反射された入射光によって形成される干渉光を閉じ込めるように構成される。例えば、第１の反射体１０６と第２の反射体１１４との間の定在波パターンが干渉領域１１０内に形成される場合がある。干渉領域１１０内に干渉を形成するために、共振器の長さＬＣａｖｉｔｙおよび格子領域１２０のパラメータは、第１の反射体１０６から第２の反射体１１４まで伝搬する最初の通過時に入射光が完全に減衰することなく、第２の反射体１１４に達し、反射できるように選択される。幾つかの実施態様では、閉じ込めは、干渉光の一部が第１の反射体１０６を透過して導波路領域１０２に戻ること、および干渉光の一部が第２の反射体１１４を透過することのうちの少なくとも一方が行われる部分的な閉じ込めとすることができる。入射光および反射した入射光によって形成される光の干渉は図２においてさらに詳細に説明される。
【００３１】
幾つかの実施態様では、干渉領域１１０の光路長は、導光される光の波長より長くすることができる。幾つかの他の実施態様では、干渉領域１１０の光路長は、導光される光の波長より短くすることができる。例えば、０．４μｍの共振器長および３．４５の屈折率を有するシリコンから構成される干渉領域１１０の場合、干渉領域１１０は、０．４μｍ×３．４５＝１．３８μｍの光路長を有する。導光される光の波長が１．５５μｍの波長を有する場合には、干渉領域１１０の光路長は、導光される光の波長より短い。この場合、１．５５μｍの波長を有する光は、干渉領域１１０内に閉じ込められる（部分的に閉じ込められる）光のエバネッセント場を通して格子領域１２０に結合される場合がある。
【００３２】
一般的に、ＬＧｒａｔｉｎｇの格子長を有する格子領域１２０は、フォトニック集積回路１００内の光の少なくとも一部を外部媒体１３０に結合するように、または外部媒体１３０からの光の少なくとも一部をフォトニック集積回路１００に結合するように構成される。幾つかの実施態様では、格子長ＬＧｒａｔｉｎｇは、共振器長ＬＣａｖｉｔｙより短くすることができる。幾つかの他の実施態様では、格子長ＬＧｒａｔｉｎｇは、共振器長ＬＣａｖｉｔｙに等しくすることができる。幾つかの他の実施態様では、格子長ＬＧｒａｔｉｎｇは、共振器長ＬＣａｖｉｔｙより長くすることができる。例えば、格子領域１２０は、干渉領域１１０上に作製することができるが、格子領域１２０の一部が導波路領域１０２、第１の反射体領域１０６、および第２の反射体領域１１４のうちの少なくとも一つの中に延在することができる。本明細書において用いられるときに、「格子がある領域上に形成されるか、または作製される」は、格子がその領域の上方に形成されるか、または格子がその領域内に少なくとも部分的に埋め込まれることを意味する。例えば、領域の一面に格子が配置される領域内にエッチングすることによって、格子が形成される場合がある。
【００３３】
幾つかの実施態様では、干渉領域１１０および格子領域１２０は同じ材料組成を有することができる。例えば、格子領域１２０は、干渉領域１１０の表面上に直接格子パターンをエッチングすることによって作製することができる。幾つかの他の実施態様では、干渉領域および格子領域は、異なる材料組成を有することができる。例えば、格子領域１２０は、シリコン系干渉領域１１０の表面上に二酸化シリコンを堆積することによって作製することができる。その後、二酸化シリコンの表面上に格子パターンをエッチングして、酸化物格子を形成することができる。別の例として、格子領域１２０は、干渉領域１１０の表面上に金属を堆積することによって作製することができ、その後、エッチングして金属格子を形成することができる。別の例として、格子領域１２０は、低い屈折率を有する干渉領域１１０の表面上に高い屈折率の材料を堆積することによって作製することができ、光学モードを格子側に向かって引き寄せることによって格子効率を改善することができる。低い方の屈折率材料は、例えば、ＩｎＰとすることができ、高い方の屈折率材料は、例えば、Ｓｉとすることができる。
【００３４】
一般的に、格子領域１２０は、第１の方向に沿って伝搬する光を、第１の方向とは異なる第２の方向に変更する。幾つかの実施態様では、格子領域１２０は、第１の方向に沿って伝搬する光を、第１の方向に対して実質的に垂直である第２の方向に変更することができる。例えば、格子領域１２０の格子周期性を干渉領域１１０内の定在波パターンの干渉周期性と実質的に一致させることによって、格子領域１２０は、矢印１２２によって指示されるような、ｘ方向に沿って導波路領域１０２内を伝搬する光を、矢印１２３によって指示されるような、ｚ方向に沿った垂直方向に変更することができる。本出願において用いられるときに、「実質的に一致させる」という用語は、不一致に起因する光学損失のような結果として生じる性能劣化が、対象となる応用形態の許容範囲内にあることを意味する。許容範囲は、例えば、１桁内とすることができる。幾つかの他の実施態様では、格子領域１２０は、第１の方向に沿って伝搬する光を、第１の方向に対して実質的に垂直でない第２の方向に変更することができる。本出願において用いられるときに、「実質的に垂直な」という用語は、９０度であるが、対象となる応用形態の場合に許容できる許容誤差があることを意味する。
【００３５】
外部媒体１３０は、光を透過するか、導光するか、検出するか、または生成することができる任意の媒体とすることができる。例えば、外部媒体１３０は、光ファイバとすることができる。別の例として、外部媒体１３０は、光検出器とすることができる。別の例として、外部媒体１３０は、光源とすることができる。幾つかの実施態様では、格子領域１２０と外部媒体１３０との間にクラッディング１２４を形成することができる。クラッディング１２４は、フォトニック集積回路１００を保護するために、または格子領域１２０と外部媒体１３０との間に特定の距離を与えるために形成することができる。幾つかの実施態様では、格子領域１２０から放射される光の断面モードプロファイルが、格子領域から放射された光を受光するように構成された外部媒体１３０の断面モードプロファイルと実質的に一致するように設計することができる。例えば、ｘ−ｙ次元において格子領域１２０から放射される光の断面モードプロファイルは、ｘ−ｙ次元における単一モードファイバの断面モードプロファイルと実質的に一致するように設計することができる。
【００３６】
図１Ｂは、フォトニック集積回路１００内に実装される場合がある光結合器１０１の一例を示す。光結合器１０１は、本出願全体を通して記述される他のフォトニック集積回路のいずれかに、または本出願において記述されない別のフォトニック集積回路内に実装することもできる。
【００３７】
光結合器１０１は、干渉領域１１０および格子領域１２０を含む。格子領域１２０は、格子谷部１１８および格子山部１２６を含み、それらの部分は合わせて格子長ＬＧｒａｔｉｎｇを有する格子を形成する。格子山部１２６と格子谷部１１８との間の高さの差が格子高を決定する。波長伝搬方向に沿った、格子の山部の幅と、山部の幅および谷部の幅の和との比が、格子のデューティサイクルを決定する。格子山部の幅および格子谷部の幅の和は、格子の周期を決定する。格子高、デューティサイクル、格子周期、格子形状、格子を覆うクラッディング、または上記の組み合わせを調整することによって、格子領域１２０によって放射／受光される光の指向性および遠距離場角を決定することができる。例えば、格子高およびデューティサイクルを変更して、光の指向性を最適化することができる。別の例として、格子周期およびデューティサイクルを調整して、対象となる応用形態の場合に最も適している可能性がある所望の遠距離場角を達成することができる。
【００３８】
幾つかの実施態様では、格子山部の高さは、第１の反射体領域１０６および第２の反射体領域１１４のうちの少なくとも一つの高さより高くすることができる。例えば、第１の反射体領域１０６、干渉領域１１０および第２の反射体領域１１４は研磨することにより平坦化することができ、その後、平坦化された表面上に別の材料層が堆積され、パターニングし、エッチングすることによって格子領域１２０を形成することができる。
【００３９】
幾つかの他の実施態様では、格子谷部の高さは、第１の反射体領域１０６および第２の反射体領域１１４のうちの少なくとも一方の高さより低くすることができる。図１Ｃは、光結合器１０３の一例を示しており、格子谷部１１９は第１の反射体領域１０６および第２の反射体領域１１４の高さより低い。例えば、第１の反射体領域１０６、干渉領域１１０および第２の反射体領域１１４を研磨することにより平坦化することができ、その後、干渉領域１１０をパターニングし、エッチングすることによって、研磨された表面上に格子領域１２０を形成することができる。光結合器１０３はフォトニック集積回路１００内に実装することができる。また、光結合器１０３は、本出願を通して記述される他のフォトニック集積回路のいずれかに、または本出願において記述されない別のフォトニック集積回路内に実装することもできる。
【００４０】
図１Ｄは光検出器１０５の一例を示しており、その光結合器は、導波路領域１０２と、干渉領域１１０と、格子領域１２０と、第２の反射体領域１１４とを含むが、第１の反射体領域１０６を含まない。幾つかの実施態様では、導波路領域１０２および干渉領域１１０は同じ材料から構成されるか、または実質的に等しい実効屈折率を有するので、導波路領域１０２と干渉領域１１０との間の境界１３０は破線１３０によって表される。
【００４１】
光結合器１０５は、干渉領域１１０内で一循環伝搬した後に干渉領域１１０内の光がしきい値未満に減衰する場合、第１の反射体領域１０６を含まない。例えば、第２の反射体領域１１４に入射する前方光と、第２の反射体領域１１４によって反射される後方光との間の干渉を通して、干渉領域１１０内に定在波を生成することができる。第２の反射体領域１１４によって反射された光は境界１３０を超えてしきい値未満に減衰するので、定在波は、導波路領域１０２と干渉領域１１０との間の境界１３０付近において減少する場合がある。しきい値は、例えば、初期入射光電力の１０％未満とすることができる、格子領域１２０内の格子パターンと干渉領域１１０内の定在波パターンとを実質的に一致させることによって、第１の反射体領域１０６を用いることなく、光結合器１０５を用いて、第１の方向に沿って伝搬する光を、第１の方向とは異なる第２の方向に変更することができる。例えば、光結合器１０５を用いて、光を、第１の方向に対して実質的に垂直である第２の方向に変更することができる。幾つかの実施態様では、第１の反射体領域１０６を用いない場合でも、干渉領域１１０内を一循環伝搬した後に光がしきい値未満に減衰する場合には、光結合器は依然として高い効率で入射光の方向を変更することができる。幾つかの実施態様では、第１の反射体領域１０６を導入することなく高い効率を保持するために、格子領域１２０は、十分な一循環減衰を与える必要がある。例えば、格子長ＬＧｒａｔｉｎｇは、境界１３０に達する前に十分な一循環減衰を与えるに十分な長さである必要がある。
【００４２】
図２は、格子パターン２０７の一例であり、そのパターンは、干渉領域内の定在波２０５の干渉周期性と実質的に一致する。図２の説明は、本出願において記述される光結合器のいずれにも適用することができる。一般的に、往復位相シフトは、一循環伝搬によって導入される位相シフトと、反射体によって導入される位相シフトとの和である。説明を簡単にするために、「往復位相シフトが２ｍπに等しい」という共振条件が、「一循環位相シフトが２ｍπに等しい」と同じであると見なすことができるように、反射体によって導入される位相シフトがゼロであると仮定することができる。ただし、ｍは任意の整数である。
【００４３】
幾つかの実施態様では、導波路内を伝搬する光は、２つの次元によって閉じ込められる場合がある。例えば、図１Ａを参照すると、導波路領域１０２内を伝搬する光は、ｙ次元およびｚ次元において閉じ込められる。光が干渉領域に入るとき、導波路の閉じ込めは弱められる場合があり、光は干渉領域内で点波（ｐｏｉｎｔ  ｗａｖｅ）のように伝搬する。例えば、干渉領域１１０は、ｚ次元において光を強く閉じ込め、ｙ次元において光を緩く閉じ込めるように設計することができる。点波は反射体２１１に達し、反射され、前方伝搬波２０１と後方伝搬波２０３との干渉を通して、干渉領域内にｄ１の周期性を有する定在波パターン２０５を形成することができる。
【００４４】
幾つかの実施態様では、定在波パターン２０５と実質的に一致するように格子パターン２０７を設計することができる。定在波パターン２０５と一致することによって、格子パターン２０７は、光学アンテナとしての役割を果たすことができ、光が干渉領域から離れるのに最も効率的な方法になる。各格子構造は、光を点波として放射するように作用することができ、個々の格子構造から放射される全ての点波面が合成され、一つの平面波面になり、平面波面がわずかな損失で垂直方向に伝搬する。例えば、理想的な一致のための一つの理論的条件はｄ２＝２×ｄ１とすることができる。
【００４５】
干渉領域および格子構造の材料品質および物理的寸法に基づいて、干渉領域内の共振条件のための対応する位相シフトとともに、一循環減衰係数αを計算することができる。例えば、干渉領域は、一循環減衰係数に寄与する、導光される光のための比吸光係数を有する材料から構成される場合がある。別の例として、光は伝搬中に格子領域によって放射される場合があり、それも一循環減衰係数に寄与する。一般的に、光は干渉領域内を一循環伝搬した後に（すなわち、境界２１３から反射体２１１まで前方に伝搬し、その後、反射体２１１から境界２１３まで後方に伝搬した後に）一循環減衰係数に基づいて減衰する。本出願において用いられるときに、「一循環減衰係数α」という用語は、一循環減衰後の残りの光電力と初期光電力との比を指している。
【００４６】
幾つかの実施態様では、後方反射損失を大きく削減するために、反射体領域（例えば、第１の反射体領域１０６）を境界２１３に配置することができ、境界２１３にある反射体領域の反射率は、一循環減衰係数αに実質的に一致するように構成される。境界２１３にある反射体領域の反射率をαと実質的に一致させることによって、境界２１３から反射され、入射光源（２１３の左側にある）に戻される（２１３の左側からの）光と、境界２１３を透過して入射光（２１３の左側にある）に戻される（２１３の右側からの）光とが、何度も通過した後に弱め合う干渉に起因して相殺し合い、それは、元の入射光（２１３の左から２１３と２１１との間の領域に入射する）の概ね全ての電力が、２１３と２１１との間の領域の中に伝達されることを意味する。幾つかの実施態様では、一循環減衰係数αは概ねゼロにすることができる。この場合、境界２１３における対応する反射率ｒはゼロと設定することができ、それは、光結合器１０５に第１の反射体領域１０６が含まれない、図１Ｄの光結合器１０５に対応する。幾つかの実施態様では、境界２１３から反射率ｒを、反射体２１１の反射率程度に高く（例えば、１近くに）設定して、ｘ方向に沿って強く閉じ込められる共振器を形成することができ、光はｚ方向のような別の方向を通って共振器に出入りすることができる。
【００４７】
幾つかの実施態様では、性能に影響を及ぼす非理想因子が存在する場合がある。例えば、干渉領域上に格子領域をエッチングすることから、実効屈折率の変化が生じる場合がある。別の例として、エッチング工程は、格子山部から格子谷部まで直線を作り出さない場合がある。理論的な整合条件はｄ２＝２ｄ１であるが、実際の実施態様では、厳密な条件からわずかに逸脱することが予想される場合がある。そのような逸脱は、光結合器の機能を変更するのではなく、効率に影響を及ぼす場合がある。しかしながら、その効率が対象となる応用形態の場合に許容できる場合、理想的な場合からの任意の適度な逸脱は本開示の範囲内にある。光結合器を作製し、光結合器を試験し、光結合器を設計し直す反復工程がこの問題を改善する場合がある。
【００４８】
図３Ａは、ｘ−ｙ次元に沿った平面上の格子パターン３３１の外観の例を示す。図３Ａの説明は本出願において記述される光結合器のいずれにも適用することができる。格子パターン３３１は、ｘ方向に沿った１次元格子構造３０１ａ−ｎおよび３０３ａ−ｎのアレイを含み、ただし、ｎは１より大きい任意の整数である。幾つかの実施態様では、格子構造３０１ａ−ｎおよび３０３ａ−ｎは、異なる材料から構成される場合がある。例えば、格子構造３０１ａ−ｎはシリコンから構成される場合があり、格子構造３０３ａ−ｎはＩｎＰから構成される場合がある。別の例として、格子構造３０３ａ−ｎは、外部媒体からの光を干渉領域に結合する表面プラズモン効果を形成する金属層を含む場合がある。３０１ａ、３０３ａ、３０１ｂ、３０３ｂ、．．．、３０１ｎ、３０３ｎの配列は格子領域内の格子を形成する。
【００４９】
図３Ｂは、ｘ−ｙ次元に沿った平面上の格子パターン３３２の外観の例を示す。図３Ｂの説明は本出願において記述される光結合器のいずれにも適用することができる。格子パターン３３２はｘ方向に沿った１次元格子構造３０５ａ−ｎのアレイを含む。ただし、ｎは１より大きい任意の整数である。幾つかの実施態様では、格子構造３０５ａ−ｎは格子の格子山部とすることができる。幾つかの他の実施態様では、格子構造３０５ａ−ｎは格子の格子谷部とすることができる。３０５ａ、３０５ｂ、．．．、３０５ｎの配列は格子領域内の格子を形成する。
【００５０】
図３Ｃは、ｘ−ｙ次元に沿った平面上の格子パターン３３３の外観の例を示す。図３Ｃの説明は本出願において記述される光結合器のいずれにも適用することができる。格子パターン３３３は、ｘ方向に沿った２次元長方形格子構造３０７ａ〜３０７ｎと、ｙ方向に沿った３０７ａ〜３０７ｋとのアレイを含む。幾つかの実施態様では、長方形格子構造３０７ａは格子の格子山部とすることができる。幾つかの他の実施態様では、長方形格子構造３０７ａは格子の格子谷部とすることができる。幾つかの実施態様では、長方形格子構造３０７ａは、シリコンのような、層３０８と同じ材料から構成される場合がある。幾つかの実施態様では、長方形格子構造３０７ａは、層３０８とは異なる材料から構成される場合がある。例えば、長方形格子構造３０７ａはシリコンから構成される場合があり、層３０８はＩｎＰから構成される場合がある。幾つかの実施態様では、長方形格子構造３０７ａは正方形、若しくは非正方形、または両方の構造の組み合わせとすることができる。ｘ−ｙ平面上の長方形格子構造３０７ａ−ｎおよび３０７ａ−ｋの配列は格子領域内の格子を形成する。幾つかの実施態様では、ｘ方向３２１に沿った格子の周期およびｙ方向３２２に沿った格子の周期はそれぞれｘ方向およびｙ方向に沿った層３０８内の干渉パターンと実質的に一致する。
【００５１】
図３Ｄは、ｘ−ｙ次元に沿った平面上の格子パターン３３４の外観の例を示す。図３Ｄの説明は本出願において記述される光結合器のいずれにも適用することができる。格子パターン３３４は、２次元の任意形状の格子構造３０９ａ〜３０９ｎのアレイを含む。ただし、ｎは１より大きい任意の整数である。幾つかの実施態様では、任意形状の格子構造３０９ａは、格子の格子山部とすることができる。幾つかの他の実施態様では、任意形状の格子構造３０９ａは、格子の格子谷部とすることができる。幾つかの実施態様では、任意形状の格子構造３０９ａは、層３１０とは異なる材料から構成される場合がある。例えば、任意形状の格子構造３０９ａは、二酸化シリコンから構成される場合があり、層３０８はシリコンから構成される場合がある。幾つかの実施態様では、任意形状の格子構造３０９ａは、三角形若しくは楕円形または異なる形状の組み合わせとすることができる。ｘ−ｙ平面上の任意形状の格子構造３０９ａ−ｎの配列は、格子領域内の格子を形成する。
【００５２】
図３Ｅは、ｘ−ｙ次元に沿った平面上の格子パターン３３５の外観の例を示す。図３Ｅの説明は本出願において記述される光結合器のいずれにも適用することができる。格子パターン３３５は、２次元の任意形状の格子構造３１３ａ〜３１３ｎのアレイを含む。ただし、ｎは１より大きい任意の整数である。幾つかの実施態様では、任意形状の格子構造３１３ａ〜３１３ｎのうちのいずれか一つの形状は、数値解析を用いて決定することができる。例えば、有限差分時間領域（ＦＤＴＤ）解析プログラムを用いて、結合効率を最適化する任意形状の構造３１３ａ〜３１３ｎのそれぞれの構造の形状を設計することができる。幾つかの実施態様では、任意形状の格子構造３１３ａ〜３１３ｎの各構造間の距離は、数値解析を用いて決定することができる。例えば、有限差分時間領域（ＦＤＴＤ）解析プログラムを用いて、結合効率を最適化する任意形状の構造３１３ａ〜３１３ｎの各構造間の距離を求めることができる。ｘ−ｙ平面上の任意形状の格子構造３１３ａ−ｎの配列は格子領域内の格子を形成する。
【００５３】
幾つかの実施態様では、図３Ｃ、図３Ｄおよび図３Ｅに示される２次元格子は、干渉領域の同相波腹の場所が格子谷部および山部のうちの少なくとも一方の場所と実質的に一致するように設計された格子ベクトル（単位セルサイズおよび形状を定義する）を有することができる。
【００５４】
図４Ａは、光源上に形成された、格子に基づく光結合器を有する例示的なフォトニック集積回路４００を示す。フォトニック集積回路４００は、入射光を生成するように構成された光源領域４３０を含む。幾つかの実施態様では、光源領域４３０は非コヒーレント光を生成することができる。例えば、ＩＩＩ−Ｖ量子井戸レーザダイオードが、電気的キャリアでポンピングされるときに非コヒーレント光を生成する一つまたは複数の活性材料層を含むことができる。幾つかの実施態様では、非コヒーレント光は、自然放出を通して干渉領域４１０に結合することができる。幾つかの実施態様では、光源領域４３０は、干渉領域４１０に結合される表面を除く、他の表面において閉じ込められる場合がある。
【００５５】
光結合器は、第１の反射体領域４０６と、第２の反射体領域４１４と、干渉領域４１０と、格子領域４２０とを含む。第１の反射体領域４０６と、第２の反射体領域４１４と、干渉領域４１０と、格子領域４２０と、格子４１８とからなる構造は、本出願を通して記述される任意の対応する構造、例えば、図１Ａ〜図３Ｅの対応する構造によって実現することができる。幾つかの実施態様では、干渉領域４１０および格子領域４２０は、シリコンまたはＩＩＩ−Ｖ材料から構成され、光源領域はＩＩＩ−Ｖ材料から構成され、第１の反射体領域４０６および第２の反射体領域４１４はＤＢＲ構造または金属コーティングを含む。
【００５６】
第１の反射体領域４０６および第２の反射体領域４１４は、矢印４３４によって指示されるように入射光の伝搬方向と反対の方向に入射光を反射するように構成される。干渉領域４１０は、第１の反射体領域４０６と第２の反射体領域４１４との間に形成され、光源領域４３０に結合される。干渉領域４１０は、（ｉ）光源領域４３０によって生成された光を第１の方向（図４Ａのｘ方向）に沿って伝搬するように導光し、（ｉｉ）第１の反射体領域４０６と第２の反射体領域４１４との間で反射された光によって形成される干渉光を閉じ込めるように構成することができる。
【００５７】
光源領域４３０において生成された光の一部は、自然放出または任意の他の適切な結合機構を通して干渉領域４１０に結合することができる。干渉領域４１０に結合された光は、矢印４３４によって指示されるように、ｘ方向に沿って共振することができる。図１Ａにおいて記述された動作と同じように、第１の反射体領域４０６および第２の反射体領域４１４は反射面を与え、それらの反射面は干渉領域４１０内に共振器を形成し、その中に定在波パターンを形成することができる。干渉領域４１０は固定共振器長ＬＣａｖｉｔｙを有するので、定在波パターンは特定の波長によってのみ形成することができ、それゆえ、干渉領域４１０は波長フィルタとしての役割を果たすことができる。幾つかの実施態様では、光源領域４３０によって生成された非コヒーレント光は、干渉領域４１０内で共振しない波長をフィルタリングして除去することによって、干渉領域４１０においてコヒーレント光に変換することができる。
【００５８】
格子領域４２０は、干渉光の少なくとも一部を閉じ込める領域上に形成された格子４１８を含む。格子４１８は、ｘ方向に対して実質的に垂直であるｚ方向において光の一部を放射するように構成される。幾つかの実施態様では、格子４１８は、干渉領域４１０内の定在波パターンと実質的に一致するように設計し、格子領域４２０内に作製することができる。定在波パターンと一致させることによって、格子４１８は光学アンテナとしての役割を果たすことができ、光が干渉領域４１０から離れるのに最も効率的な方法になる。各格子構造は、光を点波として放射するように作用することができ、個々の格子構造から放射される全ての点波面が合成され、一つの平面波面になり、平面波面がわずかな損失でｚ方向に伝搬する。
【００５９】
図４Ｂは、格子に基づく光結合器を有する例示的なフォトニック集積回路４０１を示しており、光源領域４３１が、干渉領域４１１内に埋め込まれることによって干渉領域４１１に結合される。光源領域は、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）とアルミニウムガリウムヒ素（ＧａＡｌＡｓ）との交互層、またはＩｎＧａＡｓＰとＩｎＰとの交互層のような活性材料層を含む。非コヒーレント光またはコヒーレント光を生成する量子ドット、ワイヤおよび井戸構造を形成する活性材料層の任意の他の組み合わせも本開示の範囲内にある。
【００６０】
干渉領域４１１は第１の反射体領域４１６と第２の反射体領域４２４との間に形成される。第１の反射体領域４１６および第２の反射体領域４２４は、例えば、端面上に金属層または複数の誘電体層をコーティングすることによって、またはＤＢＲ構造を形成することによって形成することができる。
【００６１】
光が干渉領域４１０外で生成された図４Ａの説明に比べて、図４Ｂでは、光が干渉領域４１１内で生成される。生成された光は、干渉領域４１１内の第１の反射体領域４１６と第２の反射体領域４２４との間でｘ方向に沿って共振し、コヒーレント光を生成し、定在波パターンを形成する。格子領域４２１は、定在波パターンと実質的に一致するように設計することができ、コヒーレント光は、ｚ方向に沿って、格子領域４２１を通ってフォトニック集積回路４０１から放射される。幾つかの実施態様では、基板４４０は支持層として用いることができる。幾つかの実施態様では、基板４４０は、−ｚ方向に伝搬する光をさらに低減するＤＢＲ構造を含むことができる。
【００６２】
図４Ｃは、光源と一体化される、格子に基づく光結合器を有する例示的なフォトニック集積回路４０３を示しており、干渉光はｐ−ｎ接合によって制御することができる。フォトニック集積回路４０３は、光源領域４４１と、ｐドープ領域４４２と、干渉領域４４３と、ｎドープ領域４４４と、格子領域４４５と、第１の反射体領域４４６と、第２の反射体領域４４８とを含む。光源領域４４１と、ｐドープ領域４４２と、干渉領域４４３と、ｎドープ領域４４４と、格子領域４４５と、第１の反射体領域４４６と、第２の反射体領域４４８とからなる構造は、本出願を通して記述される任意の対応する構造、例えば、図１Ａ〜図３Ｅの対応する構造によって実現することができる。
【００６３】
図４Ａの説明と同様に、光源領域４４１において非コヒーレント光が生成され、その光の一部が干渉領域４４３に結合される。結合された光は干渉領域４４３内の第１の反射体領域４４６と第２の反射体領域４４８との間でｘ方向に沿って共振し、定在波パターンを形成し、コヒーレント光を生成する。格子領域４４５内の格子は、定在波パターンと実質的に一致するように設計され、格子４４５の設計に応じて、コヒーレント光を＋ｚ方向または−ｚ方向において格子４４３を通ってフォトニック集積回路４０３から放射することができる。
【００６４】
幾つかの実施態様では、ｎ−ドープ領域４４４およびｐ−ドープ領域４４２は、ｎ−ドープ領域４４４およびｐ−ドープ領域４４２に電圧を印加するか、または電流を流すことによって干渉領域４４３内に電界を与えるように構成することができる。干渉領域４４３は、自由キャリアの生成、再結合、注入または空乏に起因して、ｎ−ドープ領域４４４およびｐ−ドープ領域４４２に電圧を印加するか、または電流を流すことによって異なる干渉パターンを与えるように構成することができる。屈折率の変化に起因して干渉パターンが変更される場合、干渉領域４４３はレージング（ｌａｓｉｎｇ）を中止することができるか、または別のレージング波長に対応することができる。それゆえ、ｎ−ドープ領域４４４およびｐ−ドープ領域４４２に電圧を印加するか、または電流を流すことは、波長可変レージング機構、またはコヒーレント光に対する変調としての役割を果たすことができる。
【００６５】
図４Ｄは、導波路領域を通して干渉領域に結合される光源領域を有する例示的なフォトニック集積回路４０５を示しており、格子に基づく光結合器が、生成された光を放射するように構成される。フォトニック集積回路４０５は、光源領域４５０と、導波路領域４５１と、第１の反射体領域４５２と、第２の反射体領域４５３と、干渉領域４５４と、格子領域４５５とを含む。光源領域４５０と、導波路領域４５１と、第１の反射体領域４５２と、第２の反射体領域４５３と、干渉領域４５４と、格子領域４５５とからなる構造は、本出願を通して記述される任意の対応する構造、例えば、図１Ａ〜図３Ｅの対応する構造によって実現することができる。
【００６６】
ここでは、光源領域４５０において非コヒーレント光が生成され、その光の一部が導波路領域４５１に結合される。例えば、光源領域４５０は、シリコン導波路に結合されるインジウムリン（ＩｎＰ）量子井戸（ＱＷ）構造を含むことができ、ＱＷによって生成された光はシリコン導波路に結合される。結合された光は、干渉領域４５４内の第１の反射体領域４５２と第２の反射体領域４５３との間で共振し、コヒーレント光を生成し、定在波パターンを形成する。例えば、第１の反射体領域４５２および第２の反射体領域４５３の導波路構造は、干渉領域４５４内でより高次のモードをフィルタリングして除去することができる単一モード伝搬に対応するように設計することができる。格子領域４５５内の格子は定在波パターンと実質的に一致するように設計され、コヒーレント光は、光源領域４５０によって生成された光の共振方向に対して実質的に垂直である方向に沿って、格子領域４５５を通ってフォトニック集積回路４０５から放射される。幾つかの実施態様では、干渉領域内でテーパ領域を用いて、広い格子領域と狭い導波路領域とを橋渡しする。狭い導波路領域を用いて、高次モードを抑圧することができ、広い格子領域を用いて、異なるビーム形状、面積および開口数要件を有する外部結合デバイスを一致させることができる。テーパ領域の説明は、本出願において記述される光結合器のいずれにも適用することができる。
【００６７】
図４Ｅは、格子領域４６６を通して、格子に基づく光結合器に結合される光源領域を有する例示的なフォトニック集積回路４０７を示す。フォトニック集積回路４０７は、光源領域４６２と、第１の反射体領域４７８と、第２の反射体領域４７６と、干渉領域４７２と、境界４７４と、格子領域４６６とを含む。光源領域４６２と、第１の反射体領域４７８と、第２の反射体領域４７６と、干渉領域４７２と、格子領域４６６とからなる構造は、本出願を通して記述される任意の対応する構造、例えば、図１Ａ〜図３Ｅの対応する構造によって実現することができる。
【００６８】
ここでは、非コヒーレント光が光源領域４６２において生成され、自然放出または別の適切な結合機構を通して、干渉領域４７２に結合される。結合された非コヒーレント光は、反射体領域４７６および４７８によって反射され、ｘ方向に沿って共振する。コヒーレント光は、レージングしきい値に達するとき、格子領域４６６の設計に応じて、＋ｚ方向または−ｚ方向のいずれかにおいて放射することができる。幾つかの実施態様では、格子領域４６６は、放射光が光源領域４６２に戻って結合しないように、光を主として−ｚ方向に導光するように設計することができる。
【００６９】
幾つかの実施態様では、反射体４７８は、反射体４７６より低い反射率を有する部分反射体とすることができる。光源領域４６２において生成された非コヒーレント光は、自然放出を通して干渉領域４７２に結合することができ、方向４７０に沿って共振する。レージングしきい値に達すると、コヒーレント光は、境界４７４を通って−ｘ方向に部分反射体４７８の中に伝搬し、その後、導波路の中に伝搬することができ、同時に、さらに処理するために、＋ｚ方向または−ｚ方向において外部媒体の中に伝搬することができる。
【００７０】
図４Ｆは、図４Ｂと同様の層スタックを有するフォトニック回路４０８の一例を示す。干渉領域４９１は、ＩＩＩ−Ｖ材料のような、非コヒーレント光を生成する活性材料から構成される。非コヒーレント光は第１の反射体４８６と第２の反射体４８４との間でｘ方向に沿って共振し、コヒーレントになる。ＤＢＲ構造４９４を用いて下方に伝搬する光を低減するので、コヒーレント光は格子４９２を通って上方に放射される。
【００７１】
図５Ａは、光検出器と一体化された光結合器を有する例示的なフォトニック集積回路５００を示す。フォトニック集積回路５００は、干渉領域５１０と、第１の反射体領域５０６と、第２の反射体領域５１４と、格子領域５２０とを含む。干渉領域５１０は、干渉領域５１０内の光の少なくとも一部を吸収するように構成される光吸収領域を含む。干渉領域５１０と、第１の反射体領域５０６と、第２の反射体領域５１４と、格子領域５２０とからなる構造は、本出願を通して記述される任意の対応する構造、例えば、図１Ａ〜図３Ｅの対応する構造によって実現することができる。フォトニック集積回路５００は基板５３０上に形成することができる。
【００７２】
格子領域５２０は格子５１８を含む。幾つかの実施態様では、格子５１８は、外部媒体から、矢印５３６によって指示される方向において伝搬する光を受光するように構成することができる。光は、第１の反射体領域５０６と第２の反射体領域５１４との間に形成される干渉領域５１０に結合することができる。干渉領域５１０は、第１の反射体領域５０６および第２の反射体領域５１４によって反射された光によって形成される干渉光を、矢印５３４によって指示される方向に沿って閉じ込めるように構成される。
【００７３】
干渉領域５１０は、干渉光の少なくとも一部を吸収する光吸収材料から構成することができる。例えば、干渉領域５１０は、電気通信波長内の光を吸収するように構成されるゲルマニウムから構成することができる。吸収された光は、自由キャリアに変換され、自由キャリアは、印加された電界によって収集され、受光された光の光電力レベルを決定するために用いられる。さらに、光は第１の反射体領域５０６と第２の反射体領域５１４とによって形成される共振器内で反射され、実効的な光吸収を与える。幾つかの実施態様では、干渉領域５１０は、光を吸収するためにシリコンおよびゲルマニウムのうちの少なくとも一方を含み、格子領域は誘導表面プラズマモードを作り出す金属を含む。
【００７４】
図５Ｂは、光検出器と一体化される、格子に基づく光結合器を有する例示的なフォトニック集積回路５０１を示しており、光検出効率をｐ−ｎ接合によって変調することができる。フォトニック集積回路５０１は、干渉領域５４１と、ｐドープ領域５４６と、ｎドープ領域５４５と、格子５４２と、第１の反射体領域５４３と、第２の反射体領域５４４とを含む。
【００７５】
図５Ａの説明と同様に、光が外部媒体から受光され、光の一部が格子５４２を通して干渉領域５４１に結合される。結合された光は、干渉領域５４１内の第１の反射体領域５４３と第２の反射体領域５４４との間でｘ方向に沿って共振する。干渉領域５４１内の光吸収材料が干渉光を吸収し、光を自由キャリアに変換する。
【００７６】
幾つかの実施態様では、ｎドープ領域５４５およびｐドープ領域５４６は、ｎドープ領域５４５およびｐドープ領域５４６に電圧を印加するか、または電流を流すことによって干渉領域５４１内に電界を与えるように構成することができる。干渉領域５４１内の光吸収材料の吸収効率は、ｎドープ領域４４４およびｐドープ領域４４２に電圧を印加するか、または電流を流すことに基づいて変更することができる。それゆえ、ｎドープ領域４４４およびｐドープ領域４４２に電圧を印加するか、または電流を流すことは、構成可能または波長可変光検出器としての役割を果たす。
【００７７】
図５Ｃは、導波路領域を通して干渉領域に結合される光吸収領域を有する例示的なフォトニック集積回路５０５を示しており、格子に基づく光結合器が、外部媒体から光を受光するように構成される。フォトニック集積回路５０５は、光吸収領域５５０と、導波路領域５５１と、第１の反射体領域５５２と、第２の反射体領域５５３と、干渉領域５５４と、格子領域５５５とを含む。光吸収領域５５０と、導波路領域５５１と、第１の反射体領域５５２と、第２の反射体領域５５３と、干渉領域５５４と、格子領域５５５とからなる構造は、本出願を通して記述される任意の対応する構造、例えば、図１Ａ〜図３Ｅの対応する構造によって実現することができる。
【００７８】
ここでは、光が外部媒体から格子領域５５５に結合される。結合された光は、干渉領域５５４内の第１の反射体領域５５２と第２の反射体領域５５３との間で共振し、定在波パターンを形成する。光吸収領域５５０が導波路領域５５１に結合され、光は検出のために導波路領域５５１から光吸収領域５５０に結合される。例えば、光吸収領域５５０は、シリコン導波路に結合されたゲルマニウム光検出器とすることができ、シリコン導波路内を伝搬する光は、干渉領域５５４および導波路領域５５１に閉じ込められ、ゲルマニウム光検出器にエバネッセント結合される。
【００７９】
図６は、ｐ−ｎ接合と一体化された光結合器６００の一例を示す。光結合器６００は、第１の反射体領域６０６と、干渉領域６２０と、第２の反射体領域６１４とを含む。干渉領域６２０は、格子領域６３０を含む。第１の反射体領域６０６、干渉領域６２０、第２の反射体領域６１４および格子領域６３０は、本出願を通して説明されるような対応する領域のうちのいずれか一つを用いて実現することができる。
【００８０】
光結合器６００は、ｐドープ領域６２１、６２３および６２５と、ｎドープ領域６３１、６３３および６３５とを含むｐ−ｎ接合対も含む。一般的に、一つまたは複数のｐ−ｎ接合対を制御することによって、出力電力および出力波長のようなパラメータを、電圧印加またはキャリア注入によって能動的に制御することができる。幾つかの実施態様では、ｐ−ｎ接合対６２１／６３１、６２３／６３３および６２５／６３５のうちの少なくとも一つのｐ−ｎ接合対は、より良好な可制御性のために、それぞれ第１の反射体領域６０６、干渉領域６２０および第２の反射体領域６１４ののうちの一つの中に延在することができる。幾つかの実施態様では、ｐドープ領域およびｎ−ドープ領域を交互に配置して、互いに入り込むパターンまたは他のパターンを形成することができる。ドープ領域の説明は、本出願において記述される光結合器のいずれにも適用することができる。
【００８１】
幾つかの実施態様では、ｎ−ドープ領域６３１およびｐ−ドープ領域６２１は、ｎ−ドープ領域６３１およびｐ−ドープ領域６２１に電圧を印加するか、または電流を流すことによって第１の反射体領域６０６内に電界を与えるように構成することができ、第１の反射体領域６０６は、ｎ−ドープ領域６３１およびｐ−ドープ領域６２１に電圧を印加するか、または電流を流すことによって異なる反射率を与えるように構成することができる。
【００８２】
幾つかの実施態様では、ｎ−ドープ領域６３５およびｐ−ドープ領域６２５は、ｎ−ドープ領域６３５およびｐ−ドープ領域６２５に電圧を印加するか、または電流を流すことによって第２の反射体領域６１４内に電界を与えるように構成することができ、第２の反射体領域６１４は、ｎ−ドープ領域６３５およびｐ−ドープ領域６２５に電圧を印加するか、または電流を流すことによって異なる反射率を与えるように構成することができる。
【００８３】
幾つかの実施態様では、ｎ−ドープ領域６３３およびｐ−ドープ領域６２３は、ｎ−ドープ領域６３３およびｐ−ドープ領域６２３に電圧を印加するか、または電流を流すことによって干渉領域６２０内に電界を与えるように構成することができ、干渉領域６２０は、ｎ−ドープ領域６３３およびｐ−ドープ領域６２３に電圧を印加するか、または電流を流すことによって、干渉光のための異なる干渉パターンを与えるように構成することができる。
【００８４】
例えば、逆バイアス電圧を印加することによって、電界が領域内の自由キャリアを抽出することができ、それゆえ、その領域の屈折率を変更することができる。別の例として、順バイアス電圧を印加することによって、領域内に自由キャリアを注入することができ、それゆえ、その領域の屈折率を変更することができる。
【００８５】
図７Ａは、複数の出力を有する例示的なフォトニック集積回路７００を示す。フォトニック集積回路７００は、矢印７２２によって指示されるような方向において光を導光するように構成される第１の導波路領域７０２を含む。フォトニック集積回路７００は、干渉領域７１０の一方の側に形成される第１の格子領域７２０を含む。フォトニック集積回路７００は、干渉領域７１０の異なる側、例えば、図７Ａに示されるように向かい側に形成される第２の格子領域７２１を含む。フォトニック集積回路７００は、反射体領域７１４を含み、オプションで、別の反射体領域７０６を含むことができる。フォトニック集積回路７００は、他の受動光学構成要素および能動光学構成要素のうちの少なくとも一方に結合される場合がある第２の導波路領域７２８を含む。
【００８６】
幾つかの実施態様では、第１の導波路領域７０２からの光は干渉領域７１０に入り、第１の外部媒体７３０、第２の外部媒体７３２または第２の導波路領域７２８に導光され得る。例えば、図６の説明と同様に、ｎ−ドープ領域およびｐ−ドープ領域に電圧を印加するか、または電流を流すことによって干渉領域７１０内に電界を与えるように、ｎ−ドープ領域およびｐ−ドープ領域を構成することができ、ｎ−ドープ領域およびｐ−ドープ領域に電圧を印加するか、または電流を流すことによって、＋ｚ方向に放射される光の部分および−ｚ方向に放射される光の部分を制御することができる。別の例として、図６の説明と同様に、ｎ−ドープ領域およびｐ−ドープ領域に電圧を印加するか、または電流を流すことによって第２の反射体領域７１４内に電界を与えるように、ｎ−ドープ領域およびｐ−ドープ領域を構成することができる。第２の反射体領域７１４内の反射率を調整することができ、第２の導波路領域７２８に光を透過することができる。
【００８７】
幾つかの実施態様では、光は干渉領域７１０に入り、第１の外部媒体７３０、第２の外部媒体７３２および第２の導波路領域７２８のうちの少なくとも一方に向かって出射する異なる光部分に分割され得る。例えば、第１の格子領域７２０内の格子は、格子周期性がＴＥ偏光の定在波と実質的に一致するように設計することができる。同様に、第２の格子領域７２１内の格子は、格子周期性がＴＭ偏光の定在波と実質的に一致するように設計することができる。フォトニック集積回路７００内のＴＥ偏光およびＴＭ偏光の割合を制御することによって、第１の外部媒体７３０および第２の外部媒体７３２に向かってフォトニック集積回路７００を出射する光部分を制御することができる。上記の例は、実効的な偏光ビームスプリッタとしての役割を果たすことができる。
【００８８】
幾つかの実施態様では、第１の格子領域７２０と第１の外部媒体７３０との間に第１の層７２４を形成することができる。第１の層７２４は、フォトニック集積回路７００を保護するために、または第１の格子領域７２０と第１の外部媒体７３０との間に特有の距離を与えるために形成することができる。幾つかの実施態様では、第２の格子領域７２１と第２の外部媒体７３２との間に第２の層７１６を形成することができる。第２の層７１６は、フォトニック集積回路７００を保護するために、または第２の格子領域７２１と第２の外部媒体７３２との間に特有の距離を与えるために形成することができる。例えば、第１の層７２４はクラッディングとすることができ、第２の層７１６は、フォトニック集積回路７００の基板とすることができる。別の例として、第１の層７２４は、格子領域７２０に比べて低い屈折率を有することができる。
【００８９】
図７Ｂは、複数の入力および出力を有する例示的なフォトニック集積回路７０１を示す。フォトニック集積回路７０１は、第１の導波路領域７５１と、第２の導波路領域７５２と、第３の導波路領域７５３と、第４の導波路領域７５４と、ｐ−ｎ接合７５５〜７６０および７９５〜７９８と、第１の反射体領域７６１と、第２の反射体７６２と、第３の反射体領域７９１と、第４の反射体領域７９２と、干渉領域７７０と、２次元格子７８０とを含むことができる。第１の導波路領域７５１と、第２の導波路領域７５２と、第３の導波路領域７５３と、第４の導波路領域７５４と、ｐ−ｎ接合７５５〜７６０および７９５〜７９８と、第１の反射体領域７６１と、第２の反射体７６２と、第３の反射体領域７９１と、第４の反射体領域７９２と、干渉領域７７０と、２次元格子７８０とからなる構造は、本出願を通して記述される任意の対応する構造、例えば、図１Ａ〜図６の対応する構造によって実現することができる。
【００９０】
幾つかの実施態様では、第１の導波路領域７５１および第３の導波路領域７５３からの光は干渉領域７７０に入り、第２の導波路領域７５２、第４の導波路領域７５４に向かって、または外向きの矢印７６４によって指示されるようにｚ方向において格子から出るように導光され得る。幾つかの実施態様では、第１の導波路領域および第３の導波路領域からの入力光の後方反射を最小限に抑えるために、第１の反射体領域７６１および第３の反射体領域７９１の反射率を初期設計中に、または動的に電界をかけることを通して調整し、それぞれｘ方向およびｙ方向に沿って伝搬する波の一循環減衰係数を一致させることができる。
【００９１】
幾つかの実施態様では、第１の導波路領域７５１からの光は干渉領域７７０に入り、第２の導波路領域７５２、第３の導波路領域７５３、第４の導波路領域７５４に向かう部分、および外向き矢印７６４に指示されるようにｚ方向において格子から出る部分のうちの少なくとも一つの異なる部分に分割され得る。例えば、格子領域は、光を波長に応じて２つの方向ｘおよびｙに沿って伝搬する２つの光部分に分離するように構成される２次元格子７８０を含むことができる。別の例として、格子領域は、光を偏光に応じて２つの方向ｘおよびｙに沿って伝搬する２つの光部分に分離するように構成される２次元格子７８０を含むことができる。別の例として、２次元格子７８０は、２つの方向ｘおよびｙに沿って伝搬する２つの光部分を逆に合成して一つの光部分にするように構成することができる。
【００９２】
幾つかの実施態様では、２次元格子７８０は、ｘ方向およびｙ方向に沿った格子７８０の周期をそれぞれｘ方向およびｙ方向に沿った干渉パターンの周期に実質的に一致させることにより、２つの方向ｘおよびｙから到来する２つの光を合成することによって、ｚ方向において光を上方に放射するように構成することができる。幾つかの実施態様では、２次元格子７８０は、ｐドープ領域とｎドープ領域との間に電界をかけることを通して、ｘ方向およびｙ方向に沿った干渉パターンを変更し、それぞれｘ方向およびｙ方向に沿った格子７８０のパターンと一致させることにより、２つの方向ｘおよびｙから到来する２つの光を合成することによって、ｚ方向において光を上方に放射するように構成することができる。別の例として、２次元格子７８０は、一つの方向（例えば、−ｚ）に伝搬する一つの光を逆に分割し、２つの方向ｘおよびｙに沿って伝搬する２つの光部分にするように構成することができる。
【００９３】
図７Ａの説明と同様に、幾つかの実施態様では、ｎ−ドープ領域およびｐ−ドープ領域に電圧を印加するか、または電流を流すことによって干渉領域内に電界を与えるように、ｎ−ドープ領域およびｐ−ドープ領域を構成することができ、ｎ−ドープ領域およびｐ−ドープ領域に電圧を印加するか、または電流を流すことによって、２つの方向に沿って伝搬する２つの光部分のそれぞれの割合が制御される。例えば、入力光のルーティングまたは分割を制御するために、ｎドープ領域７５９およびｐドープ領域７５６に電圧を印加することができる。幾つかの実施態様では、対応する領域の屈折率を変調する必要がない場合には、一つまたは複数のドープ領域を除去することができる。例えば、干渉領域７７０を動的に変調する必要がない場合には、ドープ領域７５６および７５９を除去することができる。
【００９４】
図８は、パッケージングするのに適しているフォトニック集積回路８００の一例を示す。フォトニック集積回路８００は、導波路８０３に当接結合される端面発光光源８０１を含む。その光は、図８に示されるようにオプションで一体変調器８０５を含むことによって、または端面発光光源８０１の直接変調を通して変調することができる。変調された光は、先行する図において示されるように、格子に基づく光結合器８０７に結合される。光結合器８０７によって放射された光は、端面発光光源８０１によって放射された光の方向に実質的に垂直である方向に沿って放射するように設計することができるので、フォトニック集積回路８００は、容易に試験することができ、標準化された光学機器とともにパッケージすることができる。例えば、その上にフォトニック集積回路８００が作製されたダイを、トランジスタアウトライン（ＴＯ）金属缶の内面に取り付けることができ、格子をＴＯ金属缶の開口部に位置合わせすることができ、それにより、パッケージから垂直に光を伝搬させることができるようになる。
【００９５】
図９Ａは、高反射率を与えるコーナミラー９０２を含む、光学装置９０１の一例を示す。図９Ａの説明は、本出願において記述される反射体領域のいずれにも適用することができる。一般的に、光は格子領域９２０を通って伝搬し、コーナミラー９０２の小平面９３１ａおよび９３１ｂ上に入射する。光は全反射角を超えて小平面９３１ａおよび９３１ｂ上に入射するので、全反射に起因してかなりの光が反射され、高反射率を達成する。
【００９６】
図９Ｂは、部分反射率または高反射率を与える円形または楕円形小平面９０４を含む、光学装置９０３の一例を示す。図９Ｂの説明は、本出願において記述される反射体領域のいずれにも適用することができる。一般的に、光は曲線格子領域９２１を通って伝搬し、小平面９０４上に入射する。幾つかの実施態様では、小平面９１４は高反射率を与えるために金属層でコーティングすることができる。曲線小平面９０４は、高反射率曲線小平面９０４によって、導波路領域の方向に向かって後方に光を再合焦する。
【００９７】
図９Ｃは、高反射率を与える分布ブラッグ反射体（ＤＢＲ）ミラー９０６を含む、光学装置９０５の一例を示す。図９Ｃの説明は、本出願において開示される反射体領域のいずれにも適用することができる。一般的に、光が格子領域９２２を通って伝搬し、ＤＢＲミラー９０６に入射する。幾つかの実施態様では、ＤＢＲミラー９０６は、ある波長範囲にわたって高い反射率を与えるように設計することができる。
【００９８】
図９Ｄは、部分反射率または高反射率を与える小平面９０８を含む、光学装置９０７の一例を示す。図９Ｄの説明は、本出願において開示される反射体領域のいずれにも適用することができる。一般的に、光が格子領域９２３を通って伝搬し、小平面９０８に入射する。更なるコーティングを用いることなく、フレネル方程式を用いて反射率を求めることができる。幾つかの実施態様では、小平面９０８は、反射率を高めるために、一つまたは複数の材料層でコーティングすることができる。例えば、小平面９０８は、反射率を高めるために、金属層でコーティングすることができる。別の例として、小平面９０８は、ある波長範囲にわたって反射率を高めるために複数の誘電体層でコーティングすることができる。別の例として、小平面９０８は、ある波長範囲にわたって反射率を高めるために、４分の１波長誘電体層と、その後に金属層とでコーティングすることができる。
【００９９】
図９Ｅは、表面波形ミラー９３６を含む、光学装置９０９の一例を示す。図９Ｅの説明は、本出願において開示される反射体領域のいずれにも適用することができる。一般的に、光が格子領域９３２を通って伝搬し、ミラー９３６に入射し、反射され、干渉パターンを形成する。
【０１００】
図９Ａ〜図９Ｅにおいて記述される反射体に対する代替物として、フォトニック集積回路内に組み込むことができる任意の他のタイプの反射体を用いることもできる。例えば、反射体領域は、代替的には、異常分散ミラーまたは導波路ループミラーを含むことができる。
【０１０１】
図１０は光結合器を設計するための流れ図の一例を示す。工程１０００は、一つまたは複数のコンピュータのようなデータ処理装置によって実行することができる。
そのシステムは共振器寸法を得る（１００２）。幾つかの実施態様では、目的とする光偏光／モード／波長／スポットサイズと、外部媒体（例えば、格子の上にあるファイバまたは第２の側１１４に接続される導波路など）に基づいて、共振器および基板の寸法および材料を決定することができる。例えば、約１３１０ｎｍの中心波長を有する単一モード光信号の場合、酸化物層上に２５０ｎｍの厚みを有するＳｉ層共振器を用いることができる。外部ファイバのスポットサイズが約１０μｍである場合には、外部ファイバを格子構造に結合できるようにするために、共振器の寸法は約１０μｍまたはそれより大きくする必要がある。
【０１０２】
そのシステムは格子寸法を決定する（１００４）。一般的に、格子寸法の設計は、共振器内の定在波パターンによって決まる。格子パターンの周期は、定在波パターンに実質的に一致する必要があり、デューティサイクル、格子高、格子構造の形状のような他のパラメータが、入射光スポットサイズ、光のモード、光の波長、共振器の材料、意図する放射角などのパラメータに基づいて最適化することができる他の設計パラメータである。定在波パターンは、特定のミラー反射率を仮定して推定することができる。
【０１０３】
そのシステムは格子特性を決定する（１００６）。例えば、ＦＤＴＤシミュレーションシステムのような数値解析ツールを用いて、高い指向性と、意図した放射角、例えば、実質的に垂直の放射との両方が達成されるまで、設計パラメータを最適化することができる。
【０１０４】
そのシステムはミラー特性を決定する（１００８）。幾つかの実施態様では、ＦＤＴＤシミュレーションシステムのような数値解析ツールを用いて、１００％に近い反射を有する後方ミラーを設計するために、設計パラメータを最適化することができる。例えば、その設計は、テーパ付き導波路分布ブラッグ反射体（ＤＢＲ）、導波路ループミラーまたはＳｉ−ＳｉＯ２金属コーティング層とすることができる。
【０１０５】
幾つかの実施態様では、ＦＤＴＤシミュレーションシステムを用いて、図２に示されるような、一循環減衰係数αを決定することができる。計算された一循環減衰係数αに基づいて、そのシステムは、一循環減衰係数αと実質的に一致する反射率を有する前方ミラーを設計することができる。幾つかの実施態様では、それらの領域付近に複数のドープ領域を配置して、電界をかけることを通して領域の特性を変更することができる。
【０１０６】
設計フローの幾つかの実施態様では、共振器寸法を得た（１００２）後に、適切なミラー設計（例えば、テーパ付きＤＢＲまたはコーナミラーまたは酸化物−金属コーティングなど）を決定して、干渉波パターンを形成することができる。その後、初期干渉波パターンに基づいて、干渉領域の上の格子構造を設計することができる。格子構造を追加することによって、干渉領域の特性が変化し、結果として、干渉領域内の干渉波パターンが変化する場合がある。それゆえ、最適化するために、何回かの反復工程が必要とされる場合がある。干渉領域および格子の材料品質および物理的寸法に基づいて、共振条件のための対応する位相シフトとともに、一循環減衰係数（α）を求めることができる。その後、干渉領域の別の側に別のミラーまたは反射体を追加することができる。
【０１０７】
図１１は、光結合器を作製するための流れ図の一例を示す。工程１１００は、作製ステップを実行する一つまたは複数の装置を制御する一つまたは複数のコンピュータのようなデータ処理装置を含むシステムによって実行される場合がある。
【０１０８】
そのシステムは格子を作製する（１１０２）。格子の作製は、ＣＭＯＳ適合作製技法の組み合わせによって行うことができる。例えば、投影リソグラフィ、電子ビームリソグラフィ、接触リソグラフィ、または任意の他の適切なリソグラフィ技法のようなリソグラフィ技法を用いて、格子をパターニングすることができる。別の例として、ドライエッチング、ウエットエッチング、または任意の他の適切なエッチング技法のようなエッチング技法を用いて、パターニングされた格子をエッチングすることができる。別の例として、化学気相成長、プラズマ化学気相成長、スパッタリングまたは任意の他の適切な薄膜堆積技法のような薄膜堆積技法を用いて、格子上に一つまたは複数の材料層を堆積することができる。
【０１０９】
そのシステムは、オプションで、工程中間チェックポイントとして、格子特性を測定することもできる（１１０４）。幾つかの実施態様では、格子特性の測定はダイレベルにおいて実行することができる。幾つかの実施態様では、格子特性の測定はウエハレベルにおいて実行することができる。幾つかの実施態様では、入力光は入力端に作製された格子を通してフォトニック集積回路内に結合され、出力光は出力端に作製された別の格子を通してフォトニック集積回路外に結合される。幾つかの実施態様では、入力光は、作製された格子を通してフォトニック集積回路内に結合され、光は高反射率反射体によって反射される。反射された光は同じ格子を通してフォトニック集積回路外に結合し、光サーキュレータによって分離して取り出すことができる。一循環減衰係数のような格子特性は、出力光と入力光とを比較することによって、測定および解析することができる。幾つかの実施態様では、格子特性の測定は、作製された格子上にある傾斜角で光を照射し、別の角度において反射光を測定することによって実行することができる。
【０１１０】
そのシステムはミラーを作製する（１１０６）。幾つかの実施態様では、システムが一循環減衰係数を決定した後に、そのシステムは、一循環減衰係数と一致する反射体のためのパラメータを最適化することができる。一つまたは複数の反射体の作製は、ＣＭＯＳ適合作製技法の組み合わせによって行うことができる。幾つかの実施態様では、電界をかけることを通して変更される必要がある領域付近の場所に、ドープ領域をリソグラフィによって画定し、埋め込み、活性化することができる。
【０１１１】
幾つかの実施態様が説明されてきた。それにもかかわらず、本開示の主旨および範囲から逸脱することなく種々の変更を加えることができることは理解されよう。例えば、先に示されたフローの種々の形態を、ステップを並べ替えるか、追加するか、または除去して用いることができる。例えば、図１０において、ステップ１００８はステップ１００４の前に行うこともできる。別の例として、図１１において、ステップ１１０４はステップ１１０６の後に行うこともできる。
【０１１２】
説明および例示を容易にするために、種々の実施態様が２次元の断面を用いて論じられる場合があった。それにもかかわらず、３次元構造の中に対応する２次元断面が存在する限り、３次元の変形形態および派生形態も本開示の範囲内に含まれるべきである。
【０１１３】
本明細書において記述される実施形態および全ての機能的動作は、本明細書において開示される構造およびその構造的均等物を含む、デジタル電子回路において、コンピュータソフトウェア、ファームウェアまたはハードウェアにおいて、またはそれらの一つまたは複数の組み合わせにおいて実現することができる。複数の実施形態が、一つまたは複数のコンピュータプログラム製品として、すなわち、データ処理装置によって実行するために、またはデータ処理装置の動作を制御するためにコンピュータ可読媒体上に符号化されるコンピュータプログラム命令の一つまたは複数のモジュールとして実現される場合がある。コンピュータ可読媒体は、機械可読記憶デバイス、機械可読記憶基板、メモリデバイス、機械可読伝搬信号に影響を及ぼす物質からなる構成物、またはそれらの一つまたは複数の組み合わせとすることができる。コンピュータ可読媒体は、非一時的コンピュータ可読媒体とすることもできる。「データ処理装置」という用語は、例として、プログラマブル・プロセッサ、コンピュータ、または複数のプロセッサ若しくはコンピュータを含む、データを処理するための全ての装置、デバイスおよび機械を包含する。装置は、ハードウェアに加えて、当該コンピュータプログラムのための実行環境を作り出すコード、例えば、プロセッサ・ファームウェア、プロトコルスタック、データベース管理システム、オペレーティングシステム、またはそれらの一つまたは複数の組み合わせを構成するコードを含むことができる。伝搬信号は、人工的に生成された信号、例えば、適切な受信機装置に送信するための情報を符号化するために生成された、機械によって生成された電気信号、光信号または電磁信号である。
【０１１４】
コンピュータプログラム（プログラム、ソフトウェア、ソフトウェア・アプリケーション、スクリプトまたはコードとしても知られている）は、コンパイラ型言語またはインタプリタ型言語を含む、任意の形のプログラミング言語において書くことができ、スタンドアロン・プログラムとして、またはコンピューティング環境において用いるのに適したモジュール、コンポーネント、サブルーチン若しくは他のユニットとして、任意の形において展開することができる。コンピュータプログラムは必ずしもファイルシステム内のファイルに対応する必要はない。プログラムは、他のプログラム若しくはデータ（例えば、マークアップ言語文書内に記憶される一つまたは複数のスクリプト）を保持するファイルの一部に、当該プログラム専用の単一のファイルに、または複数の協調ファイル（例えば、一つまたは複数のモジュール、サブプログラム、またはコードの部分を記憶するファイル）に記憶することができる。コンピュータプログラムは、一つのコンピュータ上で、または一つのサイトに位置するか、若しくは複数のサイトにわたって分散し、通信ネットワークによって相互接続される複数のコンピュータ上で実行されるように展開することができる。
【０１１５】
本明細書において記述される工程および論理フローは、入力データに関して演算を行い、出力を生成することによって機能を実行する一つまたは複数のコンピュータプログラムを実行する一つまたは複数のプログラマブル・プロセッサによって実行される場合がある。また、その工程および論理フローは、特殊用途論理回路、例えば、ＦＰＧＡ（フィールド・プログラマブル・ゲートアレイ）またはＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）として実行することもでき、装置は、特殊用途論理回路、例えば、ＦＰＧＡ（フィールド・プログラマブル・ゲートアレイ）またはＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）として実現することもできる。
【０１１６】
コンピュータプログラムを実行するのに適したプロセッサは、例として、汎用および専用両方のマイクロプロセッサ、並びに任意の種類のデジタルコンピュータの任意の一つまたは複数のプロセッサを含む。一般的に、プロセッサはリード・オンリー・メモリ若しくはランダム・アクセス・メモリまたはその両方から命令およびデータを受信する。コンピュータの不可欠な要素は、命令を実行するためのプロセッサ、並びに命令およびデータを記憶するための一つまたは複数のメモリデバイスを含む。一般的に、コンピュータは、データを記憶するための一つまたは複数の大容量記憶デバイス、例えば、磁気ディスク、光磁気ディスクまたは光ディスクも含むか、または一つまたは複数の大容量記憶デバイスからデータを受信するか、若しくは一つまたは複数の大容量記憶デバイスにデータを転送するために動作可能に結合されるか、またはその両方である。しかしながら、コンピュータはそのようなデバイスを有する必要はない。さらに、コンピュータは別のデバイス、例えば、数例を挙げるにすぎないが、タブレットコンピュータ、モバイル電話、携帯情報端末（ＰＤＡ）、モバイル・オーディオ・プレーヤ、グローバル・ポジショニング・システム（ＧＰＳ）受信機に埋め込まれる場合がある。コンピュータプログラム命令およびデータを記憶するのに適したコンピュータ可読媒体は、例として、半導体メモリデバイス、例えば、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭおよびフラッシュメモリデバイス；磁気ディスク、例えば、内部ハードディスクまたはリムーバブル・ディスク；光磁気ディスク；並びにＣＤ−ＲＯＭディスクおよびＤＶＤ−ＲＯＭディスクを含む、全ての形の不揮発性メモリ、媒体およびメモリデバイスを含む。プロセッサおよびメモリは、特殊用途論理回路によって補われる場合があるか、またはその中に組み込まれる場合がある。
【０１１７】
ユーザとのやりとりを提供するために、複数の実施形態が、ユーザに情報を表示するための表示デバイス、例えば、ＣＲＴ（陰極線管）またはＬＣＤ（液晶ディスプレイ）モニタと、ユーザがコンピュータに入力を与えることができるキーボードおよびポインティングデバイス、例えば、マウスまたはトラックボールとを有するコンピュータ上に実装される場合がある。他の種類のデバイスを用いて、同様にユーザとのやりとりを提供することができる。例えば、ユーザに提供されるフィードバックは、任意の形の感覚フィードバック、例えば、視覚フィードバック、聴覚フィードバックまたは触覚フィードバックとすることができ、ユーザからの入力は、音響、会話または触覚入力を含む、任意の形で受信することができる。
【０１１８】
複数の実施形態が、例えば、データサーバとしてバックエンド・コンポーネントを含むコンピューティングシステムか、またはミドルウェア・コンポーネント、例えば、アプリケーション・サーバを含むコンピューティングシステムか、またはユーザが開示された技法の実施態様とそれを通してやりとりすることができるフロントエンド・コンポーネント、例えば、グラフィカル・ユーザ・インターフェースまたはウエブ・ブラウザを有するクライアントコンピュータか、または一つまたは複数のそのようなバックエンド・コンポーネント、ミドルウェア・コンポーネントまたはフロントエンド・コンポーネントの任意の組み合わせを含むコンピューティングシステムおいて実現される場合がある。システムのコンポーネントは、任意の形または媒体のデジタルデータ通信、例えば、通信ネットワークによって相互接続される場合がある。通信ネットワークの例は、ローカル・エリア・ネットワーク（「ＬＡＮ」）およびワイド・エリア・ネットワーク（「ＷＡＮ」）、例えば、インターネットを含む。
【０１１９】
コンピューティングシステムは、クライアントおよびサーバを含む場合がある。クライアントおよびサーバは一般的に互いに遠隔しており、通常、通信ネットワークを通してやりとりする。クライアントとサーバとの関係は、それぞれのコンピュータ上で実行され、互いにクライアント−サーバ関係を有するコンピュータプログラムによって生じる。
【０１２０】
本明細書は数多くの仕様を含むが、これらの仕様は限定するものと解釈されるべきではなく、むしろ、個々の実施形態に特有の特徴を説明するものと解釈されるべきである。別々の実施形態との関連で本明細書において記述される特定の特徴は、単一の実施形態において組み合わせて実施することもできる。逆に、単一の実施形態との関連で記述される種々の特徴は、複数の実施形態において別々に、または任意の適切な部分的な組み合わせにおいて実施することもできる。さらに、複数の特徴が特定の組み合わせにおいて働くように先に説明される場合があり、さらには最初にそのように特許請求される場合もあるが、特許請求される組み合わせからの一つまたは複数の特徴が、場合によっては、その組み合わせから削除されてもよく、特許請求される組み合わせは、部分的な組み合わせ、または部分的な組み合わせの変形形態に向けられる場合もある。
【０１２１】
同様に、動作が図面において特定の順序において表されるが、これは、所望の結果を達成するために、そのような動作が図示される特定の順序で若しくは順次に実行されること、または記述される全ての動作が実行されることを必要とするものと理解されるべきではない。状況によっては、マルチタスクおよび並列処理が好都合な場合がある。さらに、上記の実施形態内の種々のシステム構成要素の区別は、全ての実施形態においてそのような区別を必要とすると理解されるべきではなく、記述されるプログラムコンポーネントおよびシステムは一般的に、単一のソフトウェア製品に統合することができるか、または複数のソフトウェア製品の中にパッケージングできることは理解されたい。
【０１２２】
このようにして、特定の実施形態が説明されてきた。他の実施形態も添付の特許請求の範囲内にある。例えば、特許請求の範囲において列挙される動作は、異なる順序において実行される場合があり、それでも所望の結果を達成することができる。