(57)【要約】  交差導波路は、第１導波路（２００）と、第２導波路（３００）の幅と等しいギャップ（Ｇ）が第１導波路（２００）内に形成されるように第１導波路（２００）と交差する第２導波路（３００）と、を含み、第２導波路（３００）は対称面を定める中心線（ＣＬ）を有する。第１導波路（２００）は、単一光モードの伝搬する第１導波路部分（２０２）、続いて第１非断熱分散テーパ（２０４）、続いて第１導波路部分（２０２）より広く、２つの偶数次光モードの伝搬する第２導波路部分（２０６）、続いて第２非断熱分散テーパ（２０８）、続いて第２導波部分（２０６）より広く３つの偶数次光モードの伝搬する第３導波路部分（２１０）、を有する。３つの偶数次光モードは、合成して、ギャップ（Ｇ）に渡り対称的に自己複製する擬似ガウスビームを形成し、それにより、光交換のために有用な低損失交差導波路を提供する。
2019511741.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交差導波路であって、
第１導波路と、
前記第１導波路と交差する第２導波路であって、前記第２導波路の幅に等しいギャップが前記第１導波路内に形成されるようにする、第２導波路と、
を含み、
前記第１導波路は、単一光モードの伝搬する第１導波路部分、続いて第１非断熱分散テーパ、続いて２つの偶数次光モードの伝搬する、前記第１導波路部分より広い第２導波路部分、続いて第２非断熱分散テーパ、続いて３つの偶数次光モードの伝搬する、前記第２導波路部分より広い第３導波路部分を含み、
前記第１導波路は、前記ギャップの下流に、第４導波路部分、続いて第１非断熱収束テーパ、続いて前記第４導波路部分より狭い第５導波路部分、続いて第２非断熱収束テーパ、続いて前記第５導波路部分より狭い第６導波路部分を更に含む、
交差導波路。
【請求項２】
前記第２導波路は、対称面を定める中心線を有し、前記第４及び第５導波路部分は、前記対称面に関してそれぞれ前記第３及び第２導波路部分と対称であり、前記第１及び第２収束非断熱テーパは、前記対称面に関して前記対称面にそれぞれ前記第２及び第１分散非断熱テーパと対称である、請求項１に記載の交差導波路。
【請求項３】
前記第１及び第２非断熱分散テーパ、及び前記第２及び第３導波路部分は、前記３つの偶数次光モードが前記第３導波路部分と前記ギャップとの間の第１界面で干渉して、前記ギャップ内でビームウエストを有する収束光ビームを形成するように構成される、請求項１に記載の交差導波路。      
【請求項４】
前記第２導波路は対称面を定める中心線を有し、前記第１及び第２非断熱分散テーパ並びに前記第２及び第３導波路部分は、前記３つの偶数次光モードが前記第３導波路部分と前記ギャップとの間の第１界面で干渉して、前記ギャップに渡り収束疑似ガウスビームを形成するように構成され、前記疑似ガウスビームは前記対称面に関して実質的に対称的である、請求項２に記載の交差導波路。
【請求項５】
前記第１乃至第６導波路部分は、一定幅を有する、請求項１に記載の交差導波路。
【請求項６】
前記第１導波路部分は、前記第１非断熱分散テーパに向かって拡大する断熱テーパを含む、請求項１に記載の交差導波路。
【請求項７】
前記第２導波路部分は、前記第２非断熱分散テーパに向かって拡大する断熱テーパを含む、請求項１に記載の交差導波路。
【請求項８】
前記第３導波路部分は、前記ギャップに向かって拡大する断熱テーパを含む、請求項１に記載の交差導波路。
【請求項９】
前記第２導波路部分は、前記２つの偶数次光モードの間の位相オフセットを調整するよう選択される長さＬＡを有する、請求項１に記載の交差導波路。
【請求項１０】
前記第３導波路部分は、前記３つの偶数次光モードの間の位相オフセットを調整するよう選択される長さＬＢを有する、請求項１に記載の交差導波路。
【請求項１１】
前記第２導波路は、単一光モードの伝搬する第１導波路部分、続いて第１非断熱分散テーパ、続いて２つの偶数次光モードの伝搬する、前記第１導波路部分より広い第２導波路部分、続いて第２非断熱分散テーパ、続いて３つの偶数次光モードの伝搬する、前記第２導波路部分より広い第３導波路部分を含み、
前記第１導波路は、前記ギャップの下流に、第４導波路部分、続いて第１非断熱収束テーパ、続いて前記第４導波路部分より狭い第５導波路部分、続いて第２非断熱収束テーパ、続いて前記第５導波路部分より狭い第６導波路部分を更に含む、
請求項１に記載の交差導波路。
【請求項１２】
交差導波路に渡り光を伝搬する方法であって、前記交差導波路は、第２導波路の幅に等しいギャップが第１導波路内に形成されるように、前記第２導波路と交差する前記第１導波路を有し、前記方法は、
前記第１導波路の第１導波路部分を通じて単一光モードを有する光を伝搬するステップと、
第１非断熱分散テーパを通じて、前記単一光モードから２つの偶数次光モードに前記光を変換するステップと、
前記第１導波路部分より広い第２導波路部分を通じて、前記２つの偶数次光モードを有する前記光を伝搬するステップと、
第２非断熱分散テーパを通じて、前記２つの偶数次光モードから３つの偶数次光モードに前記光を変換するステップと、
前記第２導波路部分より広い第３導波路部分を通じて、前記ギャップへ前記光を伝搬するステップであって、前記ギャップで、前記３つのモードが干渉して、前記ギャップに渡り自己複製するビームプロファイルを形成する、ステップと、
を含む方法。
【請求項１３】
第４導波路部分を通じて、前記３つの偶数次光モードを有する前記光を伝搬するステップと、
第１非断熱収束テーパを通じて、前記３つの偶数次光モードから２つの偶数次光モードに前記光を変換するステップと、
前記第４導波路部分より狭い第５導波路部分を通じて、前記２つの偶数次光モードを有する前記光を伝搬するステップと、
第２非断熱分散テーパを通じて、前記２つの偶数次光モードから単一光モードに前記光を変換するステップと、
前記第５導波路部分より狭い第６導波路部分を通じて、前記光を伝搬するステップと、
を更に含む請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１導波路部分の中の且つ単一モード導波路から前記第１導波路部分へ拡大する断熱テーパを通じて、前記光を伝搬するステップ、を更に含む請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記第２及び第３導波路部分の中の断熱テーパを通じて、前記光を伝搬するステップ、を更に含む請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の参照］
本願は、参照されることによりその全体が本願明細書に組み込まれる米国特許出願番号１５／０６７４４３、２０１６年３月１１日出願の優先権を主張する。
【０００２】
［技術分野］
本開示は、概して、光導波路に関し、より詳細には、交差光導波路に関する。
【背景技術】
【０００３】
シリコンフォトニクスは、特に光ネットワーク交換に関連する様々な使用及び用途のための高速、低コスト、且つ高密度光装置の製造を可能にする最先端技術である。光交換構造は、デジタル領域に変換することなく光信号を交換可能であり、特に全光ネットワーク、データセンサ、及び光相互接続のような用途のために、特に関心のある領域である。
【０００４】
シリコンフォトニクス交換は、標準的に、多数の可変長の光導波路、複数の光スイッチセル、及び交差する導波路を有する複数の交差導波路を組み込む。大規模なスイッチマトリクスは、多数の交差導波路を必要とする。交差導波路により低光損失及びクロストークを達成することは、大規模スイッチマトリクスにとって特に重要になっている。シリコンフォトニクスコンポーネントにより、スイッチポート数の大きさは、合計挿入損失及び光クロストークにより制限されるようになる場合がある。したがって、ＣＭＯＳ互換プロセスを用いて製造可能な低損失、低クロストークの交差導波路は、非常に望ましい。
【発明の概要】
【０００５】
以下は、本発明の基本的理解を提供するために、本発明の幾つかの態様又は実施形態の簡単な概要を提示する。この概要は、本発明の広範囲に及ぶ概略ではない。これは、本発明の要所又は重大要素を特定すること、又は本発明の範囲の輪郭を描くことを意図しない。この概要の唯一の目的は、本願明細書の幾つかの実施形態を後述する更なる詳細な説明の前置きとして簡略化した形式で表すことである。
【０００６】
概して、本願明細書は、低損失交差導波路を開示する。交差導波路は、シリコンフォトニクス交差導波路であって良い。
【０００７】
本開示の１つの新規な態様は、第１導波路、及び第２導波路の幅に等しいギャップが第１導波路内に形成されるように第１導波路と交差する第２導波路、を含む交差導波路、例えばシリコンフォトニクス交差導波路である。第１導波路は、単一光モードの伝搬する第１導波路部分、続いて第１非断熱分散テーパ、続いて第１導波路部分より広く、２つの偶数次光モードの伝搬する第２導波路部分、続いて第２非断熱分散テーパ、続いて第２導波部分より広く３つの偶数次光モードの伝搬する第３導波路部分、を含む。第１導波路は、ギャップの下流に、第４導波路部分、続いて第１非断熱収束テーパ、続いて第４導波路部分より狭い第５導波路部分、続いて第２非断熱収束テーパ、続いて第５導波路部分より狭い第６導波路部分、を更に含む。一実装では、第４、第５、及び第６導波路部分は、第２導波路の中心線により定められる対称面に関して、それぞれ第３、第２、及び第１導波路部分と対称である。ここで、第１及び第２収束非断熱テーパは、それぞれ第２及び第１分散非断熱テーパと対称である。
【０００８】
本開示の別の新規な態様は、第２導波路の幅に等しいギャップが第１導波路内に形成されるように第２導波路と交差する第１導波路を有する交差導波路、例えばシリコン交差導波路、に渡り光を伝搬する方法である。方法は、第１導波路の第１導波路部分を通じて単一光モードを有する光を伝搬するステップと、第１非断熱分散テーパを通じて単一光モードから２つの偶数次光モードに光を変換するステップと、第１導波路部分より広い第２導波路部分を通じて２つの偶数次光モードを有する光を伝搬するステップと、第２非断熱分散テーパを通じて２つの偶数次光モードから３つの偶数次光モードに光を変換するステップと、第２導波路部分より広い第３導波路部分を通じてギャップへ光を伝搬するステップであって、ギャップにおいて、３つのモードが合成して、ギャップに渡り自己複製する合成ビームプロファイルを形成する、ステップと、を伴う。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本開示の上述及び他の特徴は、以下の添付の図面を参照する説明から一層明らかになる。
【図１】疑似ガウスビームの自己複製を示す。
【図２】導波路幅の関数としての、波長１５５０ｎｍにおける、厚さ２２０ｎｍを有する、シリカに埋め込まれたシリコン導波路の実効屈折率のグラフである。
【図３】本開示の幾つかの実施形態による、シリコン交差導波路の一部の上面図である。
【図４】交差導波路の入力及び出力の基本横電気モードＴＥ０として発射及び受信される光パワーについて、波長の関数として、交差導波路を通過する光パワーの部分を示すグラフである。
【図５】一実施形態によるシリコン交差導波路を示す。
【図６】別の実施形態によるシリコン交差導波路を示す。
【図７】更に別の実施形態によるシリコン交差導波路を示す。
【図８】更なる実施形態によるシリコン交差導波路を示す。
【図９】フォトニクス交換におけるシリコン交差導波路の概略表現である。
【図１０】シリコン交差導波路に渡り光を伝搬する方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下の詳細な説明は、説明を目的として、本発明の完全な理解を提供するために、多くの特定の実施形態、実装、例、及び詳細事項を含む。しかしながら、実施形態がこれらの特定の詳細事項を有さずに、又は等価な構成により、実施できることが明らかである。他の例では、幾つかの良く知られた構造及び装置が、本発明の実施形態を不必要に不明瞭にしないために、ブロック図の形式で示される。本開示は、いかようにも、本願明細書に図示し記載する例示的設計及び実装を含む以下の説明的実施形態、図面及び記載される技術に限定されず、添付の請求の範囲の範囲内で該請求の範囲の等価範囲全てに従って変更できる。
【００１１】
概して、本願明細書に開示されるものは、例えばシリコン交差導波路のような低損失交差導波路である。
【００１２】
本願明細書の目的のために、断熱性遷移は、遷移前に所与のモードで伝搬する光パワーが、遷移後の単一モードへの無損失遷移を経験することを意味する。一方で、非断熱性遷移は、ある光パワーの、遷移前の単一の所与のモードから遷移後に２以上のモードへの、例えば基本モードから第１偶数次モードへ、又は第１偶数次モードから第２偶数次モードへの、変換を生じる。更なる明確性のために、用語「断熱性」は、あるモードと別のモードとの間の且つ追加モードへのパワー転送を伴わない、無損失モード遷移を記述すると理解されるべきである。
【００１３】
シリコン交差導波路は、広い帯域幅に渡り非常に低損失を示し得る。この交差導波路は、絶縁体上シリコン（silicon−on−insulator、ＳＯＩ）ウェハ、例えば２２０ｎｍＳＯＩプラットフォームから製造され得る。幾つかの実施形態では、シリコン交差導波路は、ガウスビーム１対１像に類似する方法で光を伝搬させる。これは、図１に概念的に示される。図１は、左にシリコン交差導波路１００を、右に平行に間隔の空けられたレンズ１０５により生成される相似性１対１像を示す。シリコン交差導波路は、第１シリコン導波路２００と、第２シリコン導波路３００と、を含む。疑似ガウスビームウェストｗ０は、実線両側矢印により図１に示される。以下に詳述されるように、交差導波路は、単一モード光ビームを、交差する第２導波路により定められるギャップに渡り光学的に干渉して自己成像する、つまり自身を複製するマルチモード光ビームに変換する。
【００１４】
図２は、導波路幅の関数としての実効屈折率のグラフである。以下に更に詳述するように、シリコン交差導波路は、それぞれ第１、第２、及び第３偶数導波路モード（又は「導波モード」）をサポートする連続する部分に分けられる。幾つかの実施形態では、第１、第２、及び第３偶数導波路モードは、ＴＥ０、ＴＥ２及びＴＥ４である。他の実施形態では、第１、第２、及び第３偶数導波路モードは、ＴＭ０、ＴＭ２及びＴＭ４である。図２に示すように、導波路の連続する部分は拡大され、導波路は追加モードをサポートできる。図２に示すように、導波路が第１導波路幅ＷＧＷ１より狭い導波路幅（waveguide  width、ＷＧＷ）を有するとき、導波路は、所与の極性で単一モードのみ、例えば基本モードＴＥ０又はＴＭ０をサポートできる。導波路が第１導波路幅ＷＧＷ１と第２導波路幅ＷＧＷ２との間の導波路幅を有するとき、導波路は、２つのモード、例えばＴＥ０及びＴＥ２、又はＴＭ０及びＴＭ２をサポートできる。導波路が第２導波路幅ＷＧＷ２と第３導波路幅ＷＧＷ３との間の導波路幅（ＷＧＷ）を有するとき、導波路は、３つのモード、例えばＴＥ０、ＴＥ２及びＴＥ４、又はＴＭ０、ＴＭ２及びＴＭ４をサポートできる。
【００１５】
図３に示すように、基本モード（モード１）で伝搬する光は、（第１導波路２００）の入力導波路２０２に入射される。第１テーパ２０４は、モード１を送信し、モード２（第１偶数対称高次モード）を励起する。長さＬＡの直線部分Ａ（２０６とも示される）は、モード１とモード２との間の位相オフセットを調整する。第２テーパ２０８は、モード３（第２偶数対称高次モード）を励起する。長さＬＢの第２直線部分Ｂ（２１０とも示される）は、モード１、モード２、及びモード３の間の位相を調整する。所要モード振幅及びモード位相は、したがって、最適な又は準最適なオーバラップについて得られ、第１及び第２導波路２００、３００の交差導波路１００において所望の収束ビームを生成する。疑似ガウスビームは、ギャップＧに渡り対称的に自己成像する又は自己複製する、適切に湾曲した近似的に球形の位相プロファイル（phase  profile）を有する。疑似ガウスビームは、適切な位相関係を有する３つの導波路モードの重ね合わせ（つまり、干渉）により「合成」される。合成疑似ガウスビームは、面内交差導波路に渡り自己成像する。
【００１６】
図３に示す実施形態では、第１部分は、単一モード（例えば、ＴＥ０）のみをサポートする。第２部分は、２つの偶数モード、つまり第１モード（例えばＴＥ０）及び第２偶数モード（ＴＥ２）をサポートする。第３部分は、３つの偶数モード、つまり第１モード（例えばＴＥ０）、第２偶数モード（ＴＥ２）、及び第３偶数モード（ＴＥ４）をサポートする。したがって、導波路は、異なるモード変換（非断熱）部分で構成される。非断熱部分のお陰で、導波路は、単一モード光を２モードの光に、次に３モードの光に変換する。擬似ガウス収束ビーム（又は別の収束ビーム）は、したがって、３つの偶数導波路モードのオーバラップ／干渉により交差部において形成され又は「合成」される。
【００１７】
図４は、１５５０ｎｍ帯における、波長の関数として、交差部を通じて伝搬に成功したＴＥ０成分の比率のグラフである。１．５５ミクロンにおいて、交差部の光転送効率は０．９９９５であることが分かり、第１導波路の上流部分からギャップに入る光の９９．９５％が、下流導波路の基本モードで第１導波路の下流部分により捉えられることを意味する。この結果は、交差部が非常に低損失を示すことを示唆する。
【００１８】
図５の例を用いて示される実施形態では、シリコン交差導波路１００は、第１導波路２００と、第１導波路１００と交差する第２導波路３００と、を含む。第１導波路２００は、幅ｗ１の第１導波路部分２０２、その直後の長さＬ１の第１分散非断熱テーパ２０４、その直後の長さＬＡ及び幅ｗ２の第２導波路部分２０６、その直後の長さＬ２の第２分散非断熱テーパ２０８、その直後の長さＬＢ及び幅ｗ３の第３導波路部分２１０、を含む。図５に示すように、交差部においてギャップＧは、第２導波路３００の幅ｗ３に等しい。したがって、第２導波路部分２０６は第１導波路部分２０２より広く、一方で第３導波路部分２１０は第２導波路部分２０６より広い。図５に示す実施形態では、第１導波路２００は、第２導波路３００の中心線ＣＬにより定められる対称面に渡り対称である。したがって、第１導波路２００の出力側（下流側）には、幅ｗ３の第４導波路部分２１２、続いて長さＬＡ及び幅ｗ２の第５導波路部分２１６、続いて長さＬ１の第２収束非断熱テーパ２１８、続いて幅ｗ１の第６部分２２０、がある。したがって、第２導波路部分２１６は第４導波路部分２１２より狭く、一方で第６導波路部分２２０は第５導波路部分２１６より狭い。留意すべきことに、本実施形態では、第１、第２、及び第３導波路部分２０２、２０６、２１０は、それぞれ第６、第５、及び第４導波路部分２１２、２１６、２２０と対称である。図示の実施形態では、第１及び第２分散非断熱テーパ２０４、２０８は、それぞれ第２及び第１収束非断熱テーパ２１８、２１４と対称である。留意すべきことに、第３導波路部分２１０、ギャップＧ（ｗ３に等しい）、及び第４導波路部分２１２の長さの和は、ＬＢと示される。
【００１９】
図５の例を用いて示される実施形態では、第２導波路３００は、第１導波路２００と実質的に直交する（横断する）。他の実施形態では、第１及び第２導波路２００、３００は直交しない。第１及び第２導波路２００、３００は、同一平面上にある、つまり同じ平面内に配置される。第１及び第２導波路２００、３００は、シリコンフォトニクススタックの中の同じシリコン層から形成されて良い。したがって、第１及び第２導波路２００、３００が同一平面上にあるので、つまりそれらが同一面内に存在するので、交差導波路１００は同一平面上の交差部である。
【００２０】
図５の例を用いて示される実施形態では、第２導波路３００は幅ｗ３を有する、つまり第１及び第２導波路２００、３００は同じ幅を有する。別の実施形態では、第１及び第２導波路２００、３００は異なる幅を有する。第２導波路３００について、ギャップに渡り低損失を示すために、第１導波路２００と同じ又は同様の形状を有するべきである。
【００２１】
下表は、図５の形状を有する交差導波路１００の１つの特定例のパラメータ（寸法）である。
【表１】
2019511741.tif 000003
【００２２】
図６の例を用いて示される代替実施形態では、シリコン交差導波路１００は、幅ｗ０の規定単一モード導波路部分２２２、続いて幅ｗ０から幅ｗ１へ線形に分散する長さＬ０の断熱分散テーパ２２４、を含む。規定単一モード導波路部分２２２及び断熱分散テーパ２２４は、図５の実施形態において示された幅ｗ１の第１導波路部分を置き換えて良い。長さＬ０の断熱分散テーパ２２４に続いて、長さＬ１の第１分散非断熱テーパ２０４がある。第１分散非断熱テーパ２０４の後に、第２導波路部分２０６が続く。第２導波路部分２０６の後に、第２分散非断熱テーパ２０８、及び次に第３導波路部分２１０が続く。図６に示す実施形態では、第１導波路２００は、第２導波路３００の中心線ＣＬにより定められる対称面に関して対称である。したがって、図５の第６導波路部分２２０は、長さＬ０の収束断熱テーパ２２６及び幅ｗ０の規定単一モード導波路部分２２８により置き換えられる。
【００２３】
下表は、図６の形状を有する交差導波路１００の１つの特定例のｗ０及びＬ０の追加パラメータ（寸法）である。残りのパラメータは、この特定例において、図５の例について上述したパラメータと同一である。これらのパラメータは、単に一例として提示される。これは厳格に一例であること、及び他のパラメータ寸法を有する交差導波路が同様に機能可能であることが強調されるべきである。
【表２】
2019511741.tif 000004
【００２４】
図７の例を用いて示される更に別の実施形態では、交差導波路１００は、異なる形状の第１導波路２００の第２導波路３００との交差により形成される。図７の実施形態では、幅ｗ２及び長さＬＡの第２導波部分は、開始幅ｗ２Ａ及び終了幅ｗ２Ｂを有する第２断熱テーパ２３０により置き換えられる。本実施形態におけるこの第２断熱テーパ２３０も長さＬＡを有する。交差部の上流で、この第２断熱テーパ２３０は分散し、一方で、交差部の下流にあるその対称的な対応部分２３２は収束する。
【００２５】
図７の実施形態に示されるように、第１導波路２００は、（上流又は入力の観点から）規定単一モード導波路で開始し、続いて長さＬ０の第１断熱テーパ、続いて長さＬ１の第１テーパ、続いて長さＬＡの第２断熱テーパ２３０がある。後者の後に、長さＬ２の第２非断熱テーパ２０８、次に幅ｗ３の第３導波路部分２１０が続く。
【００２６】
図８の例を用いて示される交差導波路１００の更なる実施形態では、第１導波路２００は、幅Ｗ３から幅ｗ４まで線形に収束する長さＬＣの第３断熱テーパ２３４を有する。この第３断熱テーパ２３４は、第３導波路部分２１０を置き換える。この図示の実施形態において、第１導波路２００は、第２導波路３００の中心線により定められる対称面に関して対称である。したがって、第１導波路２００は、ギャップの下流側に、つまり第２導波路３００を超えて、長さＬＣの収束断熱テーパ２３６を更に含む。本実施形態では、規定単一モード導波路部分２２２から第２導波路３００までに、幾つかの断熱及び他の非断熱の５個の連続するテーパがある。さらに、長さＬＢは２ＬＣ＋ｗ４に等しいことに留意する。
【００２７】
第２導波路３００は、第１導波路２００と同様に、次第に増大する幅の第１、第２、及び第３導波路部分を更に有して良い。したがって、第２導波路３００の第２導波路部分は第２導波路３００の第１導波路部分より広くなり、第２導波路３００の第３導波路部分は第２導波路３００の第２導波路部分より広くなる。第２導波路３００は、第１及び第２導波路部分の間に第１非断熱分散テーパを更に含んで良く、第２及び第３導波路部分の間に第２非断熱分散テーパを更に含んで良い。第２導波路３００は、第１導波路２００のそれぞれ対応部分と同様である、第４、第５、及び第６導波路部分、並びに第１及び第２収束非断熱テーパを更に含んで良い。幾つかの実施形態では、第２導波路３００は、第１導波路２００と同一である。
【００２８】
交差導波路１００は、図示の実施形態ではシリコンから成る。しかしながら、別の実施形態では、交差導波路１００は、窒化シリコン（以後、「ＳｉＮ」と示すが、ＳｉＮは主にＳｉｘＮｙの形式であって良く、正規組成窒化シリコンＳｉ３Ｎ４を含む）から成って良い。適切な光学特性を有する他の光伝搬材料が代用され得る。同等に機能すると信じられる幾つかの材料は、１３１０ｎｍ及び１５５０ｎｍの波長の周辺で窒化シリコンと同様の屈折率、及びこれらの波長で高い光透過性を有するために、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２及びＴａ２Ｏ５のような特定の金属酸化物を含む。
【００２９】
シリコン導波路は、シリコン蒸着層からエッチングされ、形成され又は生成されて良い。シリコン、窒化シリコン、及びシリカは、種々の既存のＣＭＯＳ互換製像技術、例えば化学蒸着（chemical  vapor  deposition、ＣＶＤ）、リソグラフィ、及びエッチングを用いて、ＳＯＩウェハ上に蒸着されて良い。層は、ＦＥＯＬ層スタックを形成するために基板工程（front−end−of  line、ＦＥＯＬ）プロセスを、又はＢＥＯＬ層スタックを形成するために配線工程（back−end−of−line、ＢＥＯＬ）プロセスを用いて、ＳＯＩウェハ上に蒸着されて良い。
【００３０】
以上から、ここで、３つの偶数次モードが干渉して、所定（所望）位相プロファイルを有する収束ビームを交差ギャップにおいて形成する（又は「合成する」）ことが理解できる。ギャップ前（上流）の形状は、２つの中間テーパにより連結される３つの部分を有する。各導波路部分は、それぞれ、全てが横電気モード（ＴＥ０、ＴＥ２、ＴＥ４）又は横磁気モード（ＴＭ０、ＴＭ２、ＴＭ４）である１、２、及び３個の偶数モードをサポートする。図示の実施形態における第１導波路２００は、第１関心偏光の偶数モードだけを励起する。第１導波路２００により生成された３つの偶数次モードは、合成して、第２導波路３００の幅ｗ３により定められる第１導波路２００内のギャップＧのほぼ中央に集中する収束光ビームを形成する。言い換えると、３つの偶数次光モードは、第３導波路部分２１０及びギャップＧの第１界面で合成して、ギャップＧ及び第４導波路部分２１２の第２界面で対称的に複製される合成ビームプロファイルを形成する。図示の実施形態では、交差導波路１００の第１導波路２００は、３つの別々の幅だけを有し、３つの偶数次光モードだけを伝搬させる。
【００３１】
本願明細書に開示される交差導波路１００は、従来既知の技術により示される４０＋ｍｄＢ損失よりかなり良好な、より低い損失を示す（１５３５〜１５６５ｎｍの範囲に渡り２０ｍｄＢより少ない）。さらに、交差導波路を、特定の独立した機能を有する別個の構造的コンポーネント又は部分に分解することは、交差導波路の単純な反復最適化を可能にする。したがって、本願明細書に開示される交差導波路は、最適化し及び製造するのに単純且つ直感的である。
【００３２】
複数のシリコン交差導波路１００は、Ｎ×Ｎフォトニクススイッチ、ここでＮ＞２、に組み込まれて良く、それにより低損失光スイッチを提供する。図９の例を用いて示されるように、交差導波路１００は、複数の２×２フォトニクススイッチ４００に接続されて良く、第１導波路２００により伝達される光に第２導波路３００に交差させる。光スイッチマトリクスは、複数のこのような交差導波路を組み込むことにより製造できる。
【００３３】
本開示の別の新規な態様は、第２導波路３００の幅に等しいギャップＧが第１導波路２００内に形成されるように第２導波路３００と交差する第１導波路２００を有する交差導波路１００、例えばシリコン交差導波路、に渡り光を伝搬する方法である。幾つかの実施形態では、第２導波路３００は、対称面を定める中心線ＣＬを有する。方法は、第１導波路２００の幅ｗ１の第１導波路部分２０２を通じて単一光モードを有する光を伝搬するステップ（５００）と、第１非断熱分散テーパ２０４を通じて単一光モードから２つの偶数次光モードに光を変換するステップ（５１０）と、ｗ１より大きな幅ｗ２の第２導波路部分２０６を通じて２つの偶数次光モードを有する光を伝搬するステップ（５２０）と、第２非断熱分散テーパ２０８を通じて２つの偶数次光モードから３つの偶数次光モードに光を変換するステップ（５３０）と、ｗ２より大きな幅ｗ３の第３導波路部分２１０を通じてギャップへ光を伝搬するステップ（５４０）であって、ギャップにおいて、３つのモードが合成して、ギャップに渡り自己複製する合成ビームプロファイルを形成する、ステップ（５４０）と、を伴う。言い換えると、方法は、第１導波路部分２０２を通じて光を伝搬するステップと、第１非断熱分散テーパ２０４を通じて光をモード変換するステップ（５１０）と、第１導波路部分２０２より広い第２導波路部分２０６を通じて光を伝搬するステップ（５２０）と、第２非断熱分散テーパ２０８を通じて光をモード変換するステップ（５３０）と、第２導波路部分２０６より広い第３導波路部分２１０を通じて光を伝搬するステップ（５４０）と、を伴う。
【００３４】
方法は、幅ｗ３の第４導波路部分を通じて、３つの偶数次光モードを有する前記光を伝搬するステップと、第１非断熱収束テーパを通じて、３つの偶数次光モードから２つの偶数次光モードに光を変換するステップと、ｗ３より小さな幅ｗ２の第５導波路部分を通じて、２つの偶数次光モードを有する光を伝搬するステップと、第２非断熱分散テーパを通じて、２つの偶数次光モードから単一光モードに光を変換するステップと、ｗ２より小さな幅ｗ１の第６導波路部分を通じて、光を伝搬するステップと、を更に含んで良い。
【００３５】
方法の一実施形態では、光は、第１導波路部分に先行し且つ単一モード導波路から第１導波路部分の幅ｗ１へ拡大する断熱テーパを通じて、伝搬される。別の実施形態では、方法は、第２及び第３導波路部分として機能する断熱テーパを通じて、光を伝搬するステップ、を更に含む。
【００３６】
単数形（「ある」、「１つの」及び「該」）は、特に文脈上明示されない限り、複数の指示物も含むことが理解されるべきである。したがって、例えば「ある装置」は、１又は複数のそのような装置への参照を含む。つまり、少なくとも１つの装置がある。用語「含む」、「有する」、「含む」、「伴う」、「備える」、又はそれらの動詞の時制の変形は、特に断りのない限り広義の語として考えられるべきである（つまり、「を含む、しかし限定されない」）。本願明細書に記載の全ての方法は、本願明細書に示されない限り、又は文脈上明らかに矛盾しない限り、任意の適切な順序で実行できる。例又は例示的言語（例えば、「のような」）の使用は、単に、本発明の実施形態をより良好に説明し又は記載することを意図しており、特に断りのない限り本発明の範囲を限定することを意図しない。
【００３７】
幾つかの実施形態が本開示で提供されたが、開示のシステム及び方法は、本開示の範囲から逸脱することなく、多くの他の特定の形式で実施されても良いことが理解される。本例は、説明として考えられるべきであり、制限であると考えられるべきではない。また、意図は、ここに与えた詳細事項に限定されない。例えば、種々の要素又は構成要素は、別のシステムに結合され又は統合されて良い。或いは、特定の特徴が省略され又は実装されなくて良い。
【００３８】
さらに、種々の実施形態で分散又は別個として記載され図示された技術、システム、サブシステム、及び方法は、本開示の範囲から逸脱することなく、他のシステム、モジュール、技術又は方法に結合され又は統合されて良い。互いに結合され又は直接結合され又は通信するとして示され又は議論された他のアイテムは、電気的に、機械的に又は他の方法かに関わらず、特定のインタフェース、装置又は中間構成要素を通じて間接的に結合され又は通信して良い。変更、置換及び代替の他の例は、当業者により解明可能であり、本願明細書に開示された本発明の概念から逸脱することなく行われ得る。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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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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【図１０】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年9月20日(2018.9.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交差導波路であって、
第１導波路と、
前記第１導波路と交差する第２導波路であって、前記第２導波路の幅に等しいギャップが前記第１導波路内に形成されるようにする、第２導波路と、
を含み、
前記第１導波路は、単一光モードの伝搬する第１導波路部分、続いて第１非断熱分散テーパ、続いて２つの偶数次光モードの伝搬する、前記第１導波路部分より広い第２導波路部分、続いて第２非断熱分散テーパ、続いて３つの偶数次光モードの伝搬する、前記第２導波路部分より広い第３導波路部分を含み、
前記第１導波路は、前記ギャップの下流に、第４導波路部分、続いて第１非断熱収束テーパ、続いて前記第４導波路部分より狭い第５導波路部分、続いて第２非断熱収束テーパ、続いて前記第５導波路部分より狭い第６導波路部分を更に含む、
交差導波路。
【請求項２】
前記第２導波路は、対称面を定める中心線を有し、前記第４及び第５導波路部分は、前記対称面に関してそれぞれ前記第３及び第２導波路部分と対称であり、前記第１及び第２非断熱収束テーパは、前記対称面に関してそれぞれ前記第２及び第１非断熱分散テーパと対称である、請求項１に記載の交差導波路。
【請求項３】
前記第１及び第２非断熱分散テーパ、及び前記第２及び第３導波路部分は、前記３つの偶数次光モードが前記第３導波路部分と前記ギャップとの間の第１界面で干渉して、前記ギャップ内でビームウエストを有する収束光ビームを形成するように構成される、請求項１に記載の交差導波路。  
【請求項４】
前記第２導波路は対称面を定める中心線を有し、前記第１及び第２非断熱分散テーパ並びに前記第２及び第３導波路部分は、前記３つの偶数次光モードが前記第３導波路部分と前記ギャップとの間の第１界面で干渉して、前記ギャップに渡り収束疑似ガウスビームを形成するように構成され、前記疑似ガウスビームは前記対称面に関して実質的に対称的である、請求項２に記載の交差導波路。
【請求項５】
前記第１乃至第６導波路部分は、一定幅を有する、請求項１に記載の交差導波路。
【請求項６】
前記第１導波路部分は、前記第１非断熱分散テーパに向かって拡大する断熱テーパを含む、請求項１に記載の交差導波路。
【請求項７】
前記第２導波路部分は、前記第２非断熱分散テーパに向かって拡大する断熱テーパを含む、請求項１に記載の交差導波路。
【請求項８】
前記第３導波路部分は、前記ギャップに向かって拡大する断熱テーパを含む、請求項１に記載の交差導波路。
【請求項９】
前記第２導波路部分は、前記２つの偶数次光モードの間の位相オフセットを調整するよう選択される長さＬＡを有する、請求項１に記載の交差導波路。
【請求項１０】
前記第３導波路部分は、前記３つの偶数次光モードの間の位相オフセットを調整するよう選択される長さＬＢを有する、請求項１に記載の交差導波路。
【請求項１１】
前記第２導波路は、単一光モードの伝搬する第１導波路部分、続いて第１非断熱分散テーパ、続いて２つの偶数次光モードの伝搬する、前記第１導波路部分より広い第２導波路部分、続いて第２非断熱分散テーパ、続いて３つの偶数次光モードの伝搬する、前記第２導波路部分より広い第３導波路部分を含み、
前記第１導波路は、前記ギャップの下流に、第４導波路部分、続いて第１非断熱収束テーパ、続いて前記第４導波路部分より狭い第５導波路部分、続いて第２非断熱収束テーパ、続いて前記第５導波路部分より狭い第６導波路部分を更に含む、
請求項１に記載の交差導波路。
【請求項１２】
交差導波路に渡り光を伝搬する方法であって、前記交差導波路は、第２導波路の幅に等しいギャップが第１導波路内に形成されるように、前記第２導波路と交差する前記第１導波路を有し、前記方法は、
前記第１導波路の第１導波路部分を通じて単一光モードを有する光を伝搬するステップと、
第１非断熱分散テーパを通じて、前記単一光モードから２つの偶数次光モードに前記光を変換するステップと、
前記第１導波路部分より広い第２導波路部分を通じて、前記２つの偶数次光モードを有する前記光を伝搬するステップと、
第２非断熱分散テーパを通じて、前記２つの偶数次光モードから３つの偶数次光モードに前記光を変換するステップと、
前記第２導波路部分より広い第３導波路部分を通じて、前記ギャップへ前記光を伝搬するステップであって、前記ギャップで、前記３つの偶数次光モードが干渉して、前記ギャップに渡り自己複製するビームプロファイルを形成する、ステップと、
を含む方法。
【請求項１３】
第４導波路部分を通じて、前記３つの偶数次光モードを有する前記光を伝搬するステップと、
第１非断熱収束テーパを通じて、前記３つの偶数次光モードから２つの偶数次光モードに前記光を変換するステップと、
前記第４導波路部分より狭い第５導波路部分を通じて、前記２つの偶数次光モードを有する前記光を伝搬するステップと、
第２非断熱分散テーパを通じて、前記２つの偶数次光モードから単一光モードに前記光を変換するステップと、
前記第５導波路部分より狭い第６導波路部分を通じて、前記光を伝搬するステップと、
を更に含む請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１導波路部分の中の且つ単一モード導波路から前記第１導波路部分へ拡大する断熱テーパを通じて、前記光を伝搬するステップ、を更に含む請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記第２及び第３導波路部分の中の断熱テーパを通じて、前記光を伝搬するステップ、を更に含む請求項１４に記載の方法。
【国際調査報告】
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