(57)【要約】多数の光学機能を、設置面積の小さな単一の光学チップ上に集積させることができる、高密度集積光学チップを提供する。光学モード変換器は、低屈折率コア、第1のテーパ部領域を有する高屈折率コアを備え、高屈折率コアは低屈折率コアに埋め込まれ、低屈折率コアは、低屈折率コアに埋め込まれた高屈折率コアにより規定される導波管に対するクラッドとして機能し、さらに、光学モード変換器は、低屈折率コアを取り囲むクラッド層を備え、クラッド層は低屈折率コアおよび高屈折率コアの屈折率とは異なる屈折率を有する1または複数の材料を含む。
2005538426.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
低屈折率コアと、
第1のテーパ部領域を有する高屈折率コアであって、前記高屈折率コアは前記低屈折率コア内に埋め込まれ、前記低屈折率コアは、前記低屈折率コアに埋め込まれた前記高屈折率コアにより規定される導波管のためのクラッドとして機能する高屈折率コアと、
前記低屈折率コアを取り囲むクラッド層であって、前記クラッド層は前記低屈折率コアおよび高屈折率コアの屈折率とは異なる屈折率を有する1または複数の材料で構成され、前記低屈折率コアおよびクラッド層により規定される第1のチャネル様モードは、前記低屈折率コア内に埋め込まれた前記高屈折率コアにより規定される第2のチャネル様モードに徐々に変換される、クラッド層と、
を備える光学モード変換器。
【請求項２】
前記低屈折率コアの寸法は、前記高屈折率コアを埋め込んでいる間、増加する、請求項1記載の光学モード変換器。
【請求項３】
前記低屈折率コアの寸法を、マルチモード導波管寸法まで増加させる、請求項2記載の光学モード変換器。
【請求項４】
前記低屈折率コアの寸法は、クラッドを形成するスラブ導波管領域まで増加させる、請求項2記載の光学モード変換器。
【請求項５】
前記低屈折率コアはスラブ導波管に接続されている、請求項1記載の光学モード変換器。
【請求項６】
前記光学モード変換器の第1の領域は、前記低屈折率コアに埋め込まれた高屈折率コアにより規定される導波管であり、第2の領域は、前記高屈折率コアを埋め込んでいない低屈折率コアにより規定される、請求項1記載の光学モード変換器。
【請求項７】
前記第1のテーパ部領域は、前記低屈折率コアに埋め込まれた前記高屈折率コアにより規定される導波管の先頭を形成し、前記低屈折率コアは、前記高屈折率コアを有する導波管の先頭域において前記高屈折率コアの周囲で減少した寸法を形成する、テーパ部を含む請求項6記載の光学モード変換器。
【請求項８】
前記低屈折率コアの寸法は、テーパ部後方で増大し、クラッドを形成する、請求項7記載の光学モード変換器。
【請求項９】
前記第1の領域が高屈折率差導波管であり、前記第2の領域が低屈折率差導波管を形成する、請求項6記載の光学モード変換器。
【請求項１０】
前記第2の領域が、前記低屈折率コア内のある位置でピーク光学強度を有し、前記ピーク光学強度の位置は、光の伝播方法に対し垂直な断面内で規定される、請求項6記載の光学モード変換器。
【請求項１１】
前記第1の領域は、前記高屈折率コア内のある位置でピーク光学強度を有する、請求項10記載の光学モード変換器。
【請求項１２】
前記低屈折率コアの屈折率は、前記高屈折率コアの屈折率よりも比較的低い、請求項1記載の光学モード変換器。
【請求項１３】
前記低屈折率コアの屈折率は、前記クラッド層の屈折率よりもわずかに低い、請求項1記載の光学モード変換器。
【請求項１４】
前記高屈折率コアの屈折率は、前記低屈折率コアおよび前記クラッド層の屈折率よりも実質的に高い、請求項1記載の光学モード変換器。
【請求項１５】
伝播する光学モードは、前記低屈折率コアと前記高屈折率コアとの間で伝播する時に、サイズ、形状、速度が変換される、請求項1記載の光学モード変換器。
【請求項１６】
伝播する光学モードは、前記低屈折率コアと前記高屈折率コアとの間で双方向に伝播することができる、請求項1記載の光学モード変換器。
【請求項１７】
伝播する光学モードは、前記クラッド層により囲まれた前記低屈折率コアと前記低屈折率コアにより囲まれた前記高屈折率コアとの間で双方向に伝播することができる、請求項1記載の光学モード変換器。
【請求項１８】
前記高屈折率コアの前記第1のテーパ部領域は、伝播光学モードに実効屈折率変化を提供する、請求項1記載の光学モード変換器。
【請求項１９】
前記高屈折率コアの前記第1のテーパ部領域は連続または線形である、請求項1記載の光学モード変換器。
【請求項２０】
前記高屈折率コアの前記第1のテーパ部領域はセグメントまたは非線形である、請求項1記載の光学モード変換器。
【請求項２１】
前記低屈折率コアおよび前記高屈折率コアは、層形成プロセスとエッチングプロセスの組み合わせにより作製され、前記層形成プロセスは堆積プロセスおよびウエハボンディングプロセスのうちの1つである、請求項1記載の光学モード変換器。
【請求項２２】
前記低屈折率コアの一部は前記高屈折率コアの前記層形成およびエッチング前に堆積され、前記低屈折率コアの残りの部分は前記高屈折率コアの前記層形成およびエッチング後に堆積される、請求項21記載の光学モード変換器。
【請求項２３】
前記低屈折率コアは、前記高屈折率コアの前記層形成およびエッチング後に、エッチングによりパターニングされる、請求項21記載の光学モード変換器。
【請求項２４】
前記高屈折率コアは、シリカよりも屈折率がかなり高い高屈折率材料から形成される、請求項1記載の光学モード変換器。
【請求項２５】
前記高屈折率コアは、窒素含有化合物から形成される、請求項1記載の光学モード変換器。
【請求項２６】
前記窒素含有化合物は、シリコンオキシナイトライド、窒化ケイ素、およびケイ素リッチ窒化ケイ素から選択される、請求項25記載の光学モード変換器。
【請求項２７】
前記高屈折率コアは、ドープシリカおよびケイ素のうちの1つから形成される、請求項1記載の光学モード変換器。
【請求項２８】
前記低屈折率コアは、アンドープシリカ、ドープシリカ、およびシリコンオキシナイトライドのうちの1つから形成される、請求項1記載の光学モード変換器。
【請求項２９】
前記クラッド層は、アンドープシリカ、ドープシリカ、およびシリコンオキシナイトライドのうちの1つから形成される、請求項1記載の光学モード変換器。
【請求項３０】
2またはそれ以上の光学モード変換器を備える光学装置であって、各光学モード変換器が、
低屈折率コアと、
第1のテーパ部領域を有する高屈折率コアであって、前記高屈折率コアは前記低屈折率コア内に埋め込まれ、前記低屈折率コアは、前記低屈折率コアに埋め込まれた前記高屈折率コアにより規定される導波管のためのクラッドとして機能する、高屈折率コアと、
前記低屈折率コアを取り囲むクラッド層であって、前記クラッド層は前記低屈折率コアおよび高屈折率コアの屈折率とは異なる屈折率を有する1または複数の材料で構成され、前記低屈折率コアおよびクラッド層により規定される第1のチャネル様モードは、前記低屈折率コア内に埋め込まれた前記高屈折率コアにより規定される第2のチャネル様モードに徐々に変換される、クラッド層と、
を備える光学装置。
【請求項３１】
前記光学モードコンバータの2またはそれ以上の前記低屈折率コアが、前記低屈折率コア内に埋め込まれた前記高屈折率コアにより規定される前記導波管に対するクラッドを形成する単一のスラブ導波管領域に接続される、請求項30記載の光学装置。
【請求項３２】
各光学モード変換器が、前記低屈折率コアに埋め込まれた前記高屈折率コアにより規定される導波管である第1の領域と、前記高屈折率コアを埋め込んでいない前記低屈折率コアにより規定される第2の領域を有する、請求項31記載の光学装置。
【請求項３３】
各光学モード変換器に対し、第1のテーパ部領域は前記低屈折率コアに埋め込まれた前記高屈折率コアにより規定される導波管の先頭を形成し、前記低屈折率コアは、前記高屈折率コアを有する前記導波管の先頭域内の前記高屈折率コアの周りで寸法が減少するテーパを含む、請求項32記載の光学装置。
【請求項３４】
各光学モード変換器に対し、前記低屈折率コアの寸法は、テーパ部後方で増加し、クラッドを形成する、請求項33記載の光学装置。
【請求項３５】
クラッド層により取り囲まれた第1のコア材料を含む第1の誘電性チャネル導波管と、
第2のコア材料を含み第1のテーパ部領域を有する第2の誘電性チャネル導波管であって、第1のテーパ部領域が前記第2の誘電性チャネル導波管の一端を形成し、第2のコア材料は前記第1のコア材料内に埋め込まれ、前記第1のコア材料は外に向かってテーパが付けられ、寸法が増大し、第2のコア材料を有する前記第2の誘電チャネル導波管に対するクラッドとして機能する、第2の誘電性チャネル導波管と、
を備える、誘電性導波管光学モード変換器。
【請求項３６】
第1の誘電性チャネル導波管は、低屈折率差導波管であり、第2の誘電性チャネル導波管は高屈折率差導波管である、請求項35記載の誘電性導波管光学モード変換器。
【請求項３７】
前記第1のコア材料は、前記第1のコア材料が外に向かってテーパ付けられる前に、第2のコア材料の第1のテーパ部領域付近で寸法が減少するテーパを含む、請求項36記載の誘電性導波管光学モード変換器。
【請求項３８】
低屈折率差導波管と高屈折率差導波管との間で、伝播する光学モードを双方向で結合する方法であって、該方法が、
低屈折率コアを提供する工程と、
第1のテーパ部領域を有する高屈折率コアを提供する工程であって、前記高屈折率コアは前記低屈折率コア内に埋め込まれ、前記低屈折率コアは、前記低屈折率コアに埋め込まれた前記高屈折率コアにより規定される前記高屈折率差導波管に対するクラッドとして機能させる、工程と、
前記低屈折率コアを取り囲むクラッド層を提供し、前記低屈折率差導波管を形成する工程であって、前記クラッド層が前記低屈折率コアおよび高屈折率コアの屈折率とは異なる屈折率を有する1または複数の材料から構成される、工程と、
伝播する光学モードを前記低屈折率差導波管および前記高屈折率差導波管のうちの1つに導入する工程であって、前記伝播する光学モードは、前記低屈折率差導波管により規定される第1のチャネル様モードと前記高屈折率差導波管により規定される第2のチャネル様モードとの間で徐々に変換される、工程と、
を含む方法。
【請求項３９】
クラッド層により取り囲まれた低屈折率コアを含む第1の誘電性チャネル導波管と、
前記低屈折率コア内に少なくとも部分的に埋め込まれた高屈折率コアを含む第2の誘電性チャネル導波管であって、前記低屈折率コアが、前記高屈折率コアを有する第2の誘電性チャネル導波管に対するクラッドとして機能する、第2の誘電性チャネル導波管と、
変換器領域であって、該変換器領域は前記第1の誘電性チャネル導波管と前記第2の誘電性チャネル導波管との間に存在し、変換器領域では、前記高屈折率コアが前記第2の誘電性チャネル導波管から延在し、下方にテーパが付けられ寸法が減少し、そのため、前記高屈折率コアが前記第１の誘電性チャネル導波管の付近の前記変換領域内に一端を有し、前記低屈折率コア材料は前記第1の誘電性チャネル導波管から前記変換器領域内に延在し、前記高屈折率コアを埋め込み、外に向かってテーパが付けられ、前記第2の誘電性チャネル導波管付近で寸法が増大する、変換器領域と、
を備える誘電性導波管光学モード変換器。
【請求項４０】
前記第2の誘電性チャネル導波管では、前記高屈折率コアは前記低屈折率コアにより上側および下側に結合される、請求項39記載の誘電性導波管光学モード変換器。
【請求項４１】
前記第2の誘電性チャネル導波管では、前記高屈折率コアは前記低屈折率コアにより左および右側では結合されないが、代わりに、左および右側で、クラッド層により結合される、請求項40記載の誘電性導波管光学モード変換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般には光学コンバータに関し、より一般的には、2つの導波管での光学モードを双方向で変換するための光学コンバータに関する。
【背景技術】
【０００２】
光学機能を備えた集積光学チップは典型的には、低屈折率差導波管を使用し、これらの光学チップは一般に、たった2または3までの光学機能を含む。図1は、典型的な誘電性平面導波管を示し、これは2次元導波管の例である。低屈折率差導波管、例えば、光学チップにおいて、光学チップへの入力および光学チップからの出力用の光ファイバ導波管のために使用されるもの、はそのような誘電性平面導波管の三次元バージョンである。これらの低屈折率差導波管10は、コア材料12を含み、その周囲をクラッド材料14が取り囲む。コア材料12は、クラッド材料14中に埋め込まれ、任意の断面、例えば、円形、楕円、正方形、または長方形断面を有することができる。コア材料12の屈折率n1は、クラッド材料14の屈折率n2よりもわずかに大きい。コア材料12の屈折率n1およびクラッド材料14の屈折率n2に対する屈折率差Δn(Δn=n1-n2)は、そのため、一般に非常に小さい。有益な測定基準はデルタ(Δ)であり、これは、この型の導波管に対してはΔn/ncladdingとして規定され、一般に約0.01(1%)〜0.04(4%)であり、0.1(10%)未満であることは確かである。言い換えれば、
Δ=(n1-n2)/n2<<1
である。
【０００３】
図1のz方向に進む光線(左から右へ)は、コア材料12とクラッド材料14との間の界面に対する光線の入射角θが臨界角θcよりも大きい場合、コア材料12内の全内部反射により案内される。この臨界角θcはsin-1(n2/n1)に等しい。低屈折率差導波管では、屈折率n1、n2のために、入射角θは、全内部反射が導波管を通って光線を案内するように、大きくなくてはならない。
【０００４】
低屈折率差導波管を有する典型的な光学チップは一般に大きな、ウエハサイズのチップである。低屈折率差導波管は、導波管内での屈曲が大きな半径を有する場合のみ、十分光を案内することができるためにこのようにサイズが大きくなる。小さな曲げ半径をこれらの低屈折率差導波管と共に使用すると、コア材料12内への光の閉じ込めが緩いため、多くの損失が起こる。そのため低屈折率差導波管は、曲げ半径が比較的高い場合のみ、大きな損失無く十分機能し、そのため、これらの低屈折率差導波管を使用する小領域では光学機能を実施することは難しい。
【０００５】
高屈折率差導波管を使用すると、最小曲げ半径が減少するが、十分な性能が維持され(すなわち、損失が低い)、そのため、光学機能を実施するのに必要とされる領域が減少する。そのような屈折率差のより高い導波管では、コア材料12の屈折率n1は、クラッド材料14の屈折率n2よりかなり大きい。高屈折率差導波管に対するデルタ(Δ)は典型的には、少なくとも0.l、0.2または0.3もの大きさである。言い換えれば：
Δ=(n1-n2)/n2≧1
である。そのような、高屈折率差導波管では、導波管を通って伝播する光の全内部反射は、光線のより小さな入射角θで達成され、性能が十分な最小曲げ半径が減少する。
【０００６】
高屈折率差導波管の使用には欠点がある。光学チップへの入力およびそこからの出力のために使用される光ファイバ導波管は、典型的には低屈折率差導波管であるため、光学チップ上での、屈折率差の低い光ファイバ導波管と高屈折率差導波管との間の結合において損失がより高くなる。さらに、屈折率差がより高い導波管では散乱損失が増大し、そのため、典型的な低屈折率差導波管の場合よりも、より短い長さで光学信号のより大きな損失が起こることがある。
【０００７】
2つの異なる導波管間のモードコンバータは、1つの光学構成要素からの光波(モード)を、もう1つの構成要素のモードに変換する場合の光学システムの重要な一部である。光通信では、光ファイバ導波管(典型的には低屈折率差導波管である)と、高屈折率差平面導波管との間のモードコンバータは、高度集積光回路の実装を成功させるのに重要である。
【０００８】
屈折率差および/またはコア屈折率の異なる2つの導波管の間のモードを変換する場合、2つの導波管間のモードサイズ、形状およびモード速度の違いにより、結合損失が生じる。例えば、光ファイバ導波管の屈折率差およびモードは、屈折率差の高い平面導波管のものとは異なり、そのため、光ファイバ導波管および屈折率差の高い平面導波管を直接結合させた場合結合損失が高くなる。光ファイバ導波管の屈折率差が、高屈折率差導波管のものより小さいと、光ファイバ導波管のモードは高屈折率差導波管のモードよりも大きくなる。さらに、光ファイバ導波管のコア屈折率は、高屈折率差平面導波管のものよりも低く、これにより、2つの導波管でモード速度差が生じる。そのようなモード特性の変化が非常に早く起こると、高い電力損失が起こることがある。
【特許文献１】米国特許第６，２５３，０１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、本発明は多数の光学機能を、設置面積の小さな単一の光学チップ上に集積させることができる、高密度集積光学チップを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の1つの態様は、高密度集積光学チップを特徴とする。本発明の1つの観点では、光学チップは最小曲げ半径の低い誘電性導波管、モードフィールドサイズの大きな誘電性導波管、および光学機能を特徴とする。光学機能は最小曲げ半径が低い誘電性導波管と関係があり、モードフィールドサイズの大きさ誘電性導波管は外部光学装置、例えば光ファイバとインタフェースする。モードフィールドサイズの大きな誘電性導波管は、選択的に、光学チップ上で最小曲げ半径の低い誘電性導波管に接続される。光学機能は、1または複数の光パルスの振幅、振動数、波長、分散、タイミング、伝播方向、および/または偏光特性を生成、修飾および/または測定に使用される任意の構造または装置とすることができる。他の態様では、複数の、最小曲げ半径の低い誘電性導波管および光学機能が光学チップ上に存在することができ、最小曲げ半径の低い誘電性導波管は光学機能を接続することができる。そのような態様は、光学チップに対する入力/出力のために使用される複数の、モードフィールドサイズの大きな誘電性導波管を含むことができる。これらの態様では、多数の光学機能を、設置面積の小さな単一の光学チップ上に集積させることができる。
【００１１】
本発明の別の観点によれば、上記光学チップは、高屈折率コア材料、高屈折率コア材料を大体取り囲むクラッド領域、および高屈折率コア材料の少なくとも1つの側とクラッド領域の間に適用されたグレーデッドインデックス(graded index)領域を含む最小曲げ半径の低い誘電性導波管を特徴とする。このグレーデッドインデックス領域により、高屈折率コア材料とクラッド領域との間のインタフェースでの散乱損失が減少する。
【００１２】
本発明の別の観点によれば、カップラーを使用して、低屈折率差導波管を高屈折率差導波管に結合させることができる。1つの態様では、そのようなカップラーは低屈折率差導波管の内側に埋め込まれた高屈折率差導波管を特徴とすることができる。高屈折率差導波管は、低屈折率差導波管に向かってテーパが付けられ、損失の低いモード変換が得られる。高屈折率差導波管が埋め込まれた低屈折率差導波管は、高屈折率差導波管に向かってテーパがつけられ、大きなスラブ領域で終結する。このように、低屈折率差導波管のコアは、高屈折率差導波管のクラッドとなる。
【発明の効果】
【００１３】
多数の光学機能を、設置面積の小さな単一の光学チップ上に集積させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の態様は、最小曲げ半径が低い導波管を備えた光学チップを提供する。非常に簡単に説明すると、光学チップは1または複数のモードサイズの大きな導波管と一体化された1または複数の最小曲げ半径が低い導波管および光学機能を含む。モードサイズの大きい導波管を使用して、光学チップの外側にある光学装置と接続させる。これらの外部光学装置は光ファイバまたは他の光学チップを含むことができる。
【００１５】
図2は本発明の第1の態様による光学チップの平面図である。図2の光学チップは、基板20上に作製された、少なくとも1つのモードサイズの大きな導波管22、少なくとも1つの最小曲げ半径が低い導波管24、および少なくとも1つの光学または電気光学機能26を含む。図2の光学チップの態様は、2つの最小曲げ半径の低い導波管24を示しており、最小曲げ半径の低い導波管24はそれぞれ、別個のモードサイズの大きな導波管22および光学機能26に光学的に接続される。別の態様では、単一のモードサイズの大きな導波管22、単一の最小曲げ半径の低い導波管24、および単一の光学機能26を基板20上に配置することができ、さらに別の態様では、これらの構成要素の各々の3以上を基板20上に配置することができる。
【００１６】
モードフィールドサイズの大きな導波管22、最小曲げ半径が低い導波管24、および光学機能26は、単一の基板20上でモノリシックに作製される。別個の光学機能または導波管を含む、多くの他の構成要素もまた、任意の様式で基板20上にボンディングさせることができる。基板20は任意の材料、例えば、ケイ素、リン化インジウム、セラミック、または石英から作製することができる。基板20はまた、様々な形状とすることができ、例えば、側面プロファイルが薄い長方形、正方形、楕円、または円形形状とすることができる。一般に、光学チップは平面基板20ならびに平面光波回路(PLC)または光学回路を規定するパターニングしたコア材料およびクラッド層を含む。基板20上の少なくとも1つのモードフィールドサイズの大きな導波管22は、基板20の側面、縁、またはアクセス可能部分で終わる第1の端30を有し、そのため、外部光学装置、例えば図2で示した光ファイバ28に接続することができる。モードフィールドサイズの大きな導波管22の第2の端32は、基板20上の最小曲げ半径が低い導波管24の1つに光学的に結合できる。基板20上のモードフィールドサイズの大きな導波管22はそのため、光学チップに対する入力/出力ポートとして機能することができる。さらに、光学チップは情報キャリヤ信号を光学信号からエネルギーの異なる形態に、またはその逆に変化させる機能を含むことができる。情報を搬送するエネルギーの別の形態の例としては、音響(音/オーディオ)、無線周波数、赤外、およびマイクロ波、ならびに電磁スペクトルの他のバンドが挙げられる。
【００１７】
少なくとも1つの光学機能26は、基板20上の最小曲げ半径の低い導波管24の1つに接続される。光学機能26は一般に、1または複数の光パルスの振幅、振動数、波長、分散、タイミング、伝播方向、および/または偏光特性を生成、修飾および/または測定するのに使用される任意の構造または装置である。光学機能26はスプリッタ、カプラ、モジュレータ、スイッチ、フィルタ、アイソレーター、ディテクタ、および増幅器を含むことができる。そのため、単一の光学機能26は、少なくとも1つの機能、例えば上記列挙したものを実施する構造である。光学機能または複数の光学機能26は、様々な用途に対し選択することができる。さらに、光学機能26は、単一の基板20上で電気機能および電気光学機能と一体化させることができる。単一の光学チップが複数の光学または電気光学機能26を含む場合、最小曲げ半径が低い導波管24を使用して、これらの光学または電気光学機能26を相互接続させることができる。
【００１８】
図3は図2の光学チップの断面図であり、基板上20で結合された単一のモードフィールドサイズの大きな導波管22および単一の最小曲げ半径の低い導波管24が示されている。カプラまたは変換器100を使用して、基板20上で、モードフィールドサイズの大きな導波管22を最小曲げ半径が低い導波管24に結合させる。本発明の範囲内で、様々なカプラまたは変換器100を使用し、この結合機能を提供することができる。1つの適したカプラ100について下記で詳細に記述する。
【００１９】
1つの態様では、モードフィールドサイズの大きな導波管22は、チャネル導波管である低屈折率差導波管であるが、別の態様では、モードフィールドサイズの大きな導波管22として別の型の導波管を使用することができる。一般に、モードフィールドサイズの大きな導波管は、低屈折率差導波管である外部光ファイバと同様のモードフィールドサイズを有する。図3の低屈折率差導波管22は、屈折率n1を有するコア材料42および屈折率n3を有するクラッド材料46を含む。同様に、高屈折率差導波管24は、屈折率n2を有するコア材料44および屈折率n3を有するクラッド材料46を含む。クラッド材料46の屈折率n3は低屈折率コア材料42の屈折率n1よりも小さく、屈折率n1は高インデックスコア材料44の屈折率n2よりも小さい。図3の態様では、低屈折率差導波管22および最小曲げ半径の低い導波管24は両方とも、そのコア42、44の周囲に同じクラッド材料46を有するが、別の態様では、異なるクラッド材料を使用することができる。この明細書全体を通して使用されているように、低屈折率差導波管は、コア材料42の屈折率n1およびクラッド材料46の屈折率n3に対するデルタ(Δ)が一般に非常に低い、例えば0.1(10%)未満である導波管である。言い換えると、
Δ=(n1-n3)/n3<0.1
である。
いくつかの態様では、この屈折率差Δnは、Δが0.01(1%)または0.04(4%)未満となるようなものである。他方、高屈折率差導波管は、コア材料44の屈折率n2およびクラッド材料46の屈折率n3に対するデルタ(Δ)が少なくとも0.1である導波管である。言い換えると、
Δ=(n2-n3)/n3≧0.1
である。
別の態様では、この屈折率差Δnは、Δが高屈折率差導波管では少なくとも0.2となるようなものであり、さらに別の態様では、Δが少なくとも0.3となるようなものである。本発明のいくつかの態様では、最小曲げ半径の低い導波管24は高屈折率差導波管とすることができる。
【００２０】
低屈折率差導波管22では、コア材料42の屈折率n1およびクラッド材料46の屈折率n3は、低屈折率差導波管22が外部光ファイバ28に近い実効屈折率およびモードサイズを有するように選択される。外部光ファイバ28は、クラッド材料49に囲まれたコア材料48を含む。光ファイバ28のコア材料48は正方形、長方形、楕円または円形断面を有することができ、別の態様では、任意の断面を使用することができる。1つの態様では、基板20上の低屈折率差導波管22に対し、外部光ファイバ28で使用されるのと同じ形状および屈折率を選択することができる。外部光ファイバ28と低屈折率差導波管22との間の結合損失は、低屈折率差導波管22のモードサイズを外部光ファイバ28のモードサイズに合わせることにより最小に抑えられる。さらに、低屈折率差導波管22の実効屈折率を外部光ファイバ28のそれに合わせることにより反射が最小に抑えられる。
【００２１】
低屈折率コア42およびクラッド材料46の屈折率n1、n3は、1つの態様では、低屈折率差導波管22が少なくとも2μmのモードフィールド1/e直径サイズを有するように選択される。モードフィールド1/e直径サイズ(モードサイズ)は、光学場振幅(optical field amplitude)がピーク光学場振幅の1/eである場合のモードの直径である。この態様では、コア材料42およびクラッド材料46は、モードフィールド1/e直径サイズが外部光ファイバ28との結合スループットおよび許容誤差を最大とするのに十分大きくなるように選択される。
【００２２】
モードサイズにより導波管を設計するために、下記手順を使用することができる。屈折率n1、n3の特別な選択に対し、および導波管を通って伝播する光の一定の波長に対し、導波管の寸法は、単一モードカットオフ寸法以下となるように選択することができ、この寸法によりモードサイズが決定される。約2μmのモードフィールド1/e直径サイズの下限により、低屈折率差導波管22のモードフィールド1/e直径サイズが、外部光ファイバ28に効果的に結合するのに十分大きなままであることが保証される。別の態様では、このモードフィールド1/e直径の下限は約3μmとすることができ、さらに別の態様では、5μmとすることができる。典型的な光ファイバ導波管は、約8〜10μmのモードフィールド1/e直径サイズを有する。そのため、1つの態様では、低屈折率差導波管22は約8〜10μmのモードフィールド1/e直径サイズを有することができる。低屈折率差導波管22のモードフィールド1/e直径サイズの上限範囲は、外部光ファイバ28のために典型的に使用される最大モードフィールド1/e直径サイズとすることができる。1つの態様では、モードフィールド1/e直径サイズに対するそのような上限範囲は、約15〜20μmとすることができるが、この上限モードフィールド1/e直径サイズは大きく変動することがある。
【００２３】
この明細書全体を通して、モードフィールドサイズの大きな導波管(モードサイズの大きな導波管)は、少なくとも2μmのモードフィールド1/e直径サイズを有する導波管と同様のモードフィールド1/e面積を有する導波管である。そのような態様では、例えば、モードフィールド1/e面積はπ平方ミクロンであろう。同様に、モードフィールド1/e直径が3μmである態様では、モードフィールド1/e面積は約2.25π平方ミクロンであろう。より特定的には、モードフィールドサイズの大きな導波管は、約16π平方ミクロン(8ミクロンのモードフィールド1/e直径に対し)または25π平方ミクロン(10ミクロンのモードフィールド1/e直径に対し)を有することができる。そのような8〜10ミクロンの直径を有するモードフィールドサイズが大きな導波管としては光ファイバを挙げることができる。モードフィールドサイズが大きな導波管は任意の構造の導波管とすることができ、例えば、チャネル導波管が挙げられるがこれに限定されない。
【００２４】
1つの態様では、上記のように、基板20上のモードフィールドサイズの大きな導波管22は低屈折率差導波管22とすることができる。低屈折率差導波管22はシリカから作製されたコア材料42およびドープシリカから作製されたクラッド材料46を有することができる。様々な鈍的(blunt)接続またはカプラーを使用して外部光ファイバ28を基板20上の低屈折率差導波管22に接続することができる。例えば、光ファイバ28の端は、低屈折率差導波管22の端に接することができ、これらの2つの端は共に接着させることができる。低屈折率差導波管22の材料および設計は、外部光ファイバ28に適合するように選択することができるので、外部光ファイバ28と低屈折率差導波管22との間の結合損失を低くすることができ、例えば、約1デシベル(dB)以下とすることができる。図2および3で示した外部光ファイバ28は任意の低屈折率差導波管と置き換えることができ、図に示した光ファイバ28に限定されない。そのため、外部光ファイバ28は基板上の別の光学チップからの入出力を表すことができ、または任意の他の光学装置とすることができる。
【００２５】
最小曲げ半径が低い導波管24により、基板20上の光学機能26の小型化が可能となる。そのため、多数の光学機能26を備えた小型光学チップが得られる。最小曲げ半径が低い導波管は、モードサイズの大きな導波管および低屈折率差導波管よりも小さな曲げ半径を有するので、これらの最小曲げ半径の低い導波管を用い、より小さな面積に、光学機能26および伝搬光の曲げおよび分裂を実装することができる。「最小曲げ半径」は、90°の曲げに対する半径としてき規定することができ、この場合、曲げ中の損失は、一定量、例えば1つの態様では0.5dB、以下である。別の態様では、最小曲げ半径は、90°の回転で、0.1dB以下の損失に対するものとすることができ、さらに別の態様では、90°の回転で、0.01dB以下の損失に対するものとすることができる。この明細書を通して、「最小曲げ半径が低い」という用語は、90°の曲げに対し、半径が50μm以下であることを示し、この場合、曲げ中の損失は0.5dB以下である。例えば、0.3のデルタ(Δ)を有し、ncladdingが1.5であり、コア寸法が1μm×1μmである高屈折率差導波管に対する最小曲げ半径は、50μm以下とすることができ、別の態様では、20μm以下とすることができ、さらに別の態様では、10μm以下とすることができる。そのような導波管は最小曲げ半径が低い導波管である。別の例としては、Δが0.01であり、ncladdingが1.5であり、コア寸法が10μm×10μmである低屈折率差導波管に対する最小曲げ半径は1cmのオーダーである。そのような導波管は最小曲げ半径が低い導波管ではない。
【００２６】
光学チップ上で最小曲げ半径が低い導波管を使用すると、1つの基板20上で多数の光学機能26を集積化することが可能となる。基板20上の光学機能26および最小曲げ半径が低い導波管24は、外部光ファイバ28、チップ、または光学装置と、基板20上のモードフィールドサイズの大きな導波管22を介して連絡する。一方、低屈折率差導波管を備えた典型的なウエハサイズのチップは、寸法が約10cm×10cmであり、約1〜3または4の光学機能を備えることができ、最小曲げ半径が低い導波管24を使用した基板20上の光学チップは寸法が約1cm×1cmであり、1〜10,000またはそれ以上の光学機能を備える。とにかく、最小曲げ半径が低い導波管を使用すると、低屈折率差導波管を使用するウエハサイズのチップに対して使用されるよりも小さな面積で、5または10を超える光学機能が基板上で実行できる。
【００２７】
上記のように、本発明の1つの態様では、モードサイズの大きさの導波管は低屈折率差導波管とすることができ、最小曲げ半径が低い導波管は高屈折率差導波管とすることができる。下記はそのような態様に対するものであるが、他のモードサイズが大きな導波管および最小曲げ半径が低い導波管を、下記態様の様々なバリエーションで使用することができる。
【００２８】
図2にもどると、光学チップは1を超える入力または出力低屈折率差導波管22を含むことができる。図2では、例えば、第1の低屈折率差導波管22は、光学チップからの第1の入力/出力ポートを提供し、第2の低屈折率差導波管22は、光学チップからの第2の入力/出力ポートを提供する。さらに、図2に示した光学機能26の各々は1を超える高屈折率差導波管24に結合させることができる。光学チップの特別な設計は、光学チップが使用される用途に依存する。
【００２９】
図4は本発明による光学チップの第2の態様を示したものである。図4の態様は、基板20上の低屈折率差導波管22の1つと、外部光ファイバではなく外部チップ60(図4の左側)との間で光接続が形成されることを除き、図2の態様と同様である。しかしながら、図4では、基板20上の低屈折率差導波管22と外部光ファイバ(図4の右側)との間で第2の光接続が形成されることが示されている。図2では、低屈折率差導波管22はどちらも外部光ファイバ28に接続される。このように、図4は、光信号は別個の光学チップ上の低屈折率差導波管の間で直接伝送させることができる可能性を示す。そのため、基板20上の低屈折率差導波管22は、外部チップ60ならびに外部光ファイバ28に直接接続することができる。さらに、図4で特異的に示されるように、外部チップ60上の低屈折率差導波管62を使用して、基板20上の低屈折率差導波管22と結合させることができる。
【００３０】
図5は本発明による別の態様の拡大断面図である。図5の態様では、少なくとも1つの発光/受光(emitting/receiving)機能64が第2の基板61上で作製され、光学的に基板20上の低屈折率差導波管22に接続される。この態様では、基板20は上記態様と同様である。そのため、基板20は、少なくとも1つの高屈折率差導波管24に結合された少なくとも1つの低屈折率差導波管22、および高屈折率差導波管24に光接続された光学機能(図5に示さず)を含む。図5の発光/受光機能64は任意の様々な装置とすることができる。例えば、発光/受光機能64はエッジ発光／受光装置または垂直発光／受光装置とすることができる。特定の例としては、表面発光LED、エッジ発光LED、および表面発光レーザダイオードが挙げられる。表面発光/受光光学機能は一般に、エッジ発光/受光機能よりも作製が容易であり、いくつかの表面発光機能、例えば表面発光LEDはエッジ発光LEDよりも効率がよい。
【００３１】
図5で示した態様では、低屈折率差導波管22と発光/受光機能64との間の結合は、導波管22と発光/受光機能64のモードサイズが同じまたは同様である場合に最も効率がよい。そのため、低屈折率差導波管22は、発光/受光機能64と同様のモードサイズを生成するように設計することができる。しかしながら、発光/受光機能64の実効屈折率を低屈折率差導波管22のものに効果的に適合させることは困難または不可能である。このため、抗反射コーティング66を、基板20上の低屈折率差導波管22のエッジに、または発光/受光機能64上に適用し、望ましくない反射を抑制し、結合効率を支援することができる。例えば、基板61上の発光/受光機能64が表面発光LEDである場合、抗反射コーティング66は基板20上の低屈折率差導波管22のエッジに、または発光/受光機能64上に適用することができる。同様に、基板61上の発光/受光機能64が受光器である場合、抗反射コーティング66はこの受光器に、または低屈折率差導波管22上に適用することができる。
【００３２】
図5の態様は、基板20上の低屈折率差導波管22の使用により、2またはそれ以上の光学チップを光学的に接続することができることを示している。基板20は高屈折率差導波管24および光学機能26を含み、モードサイズが低屈折率差導波管22と同様の別個の光学チップ上の別の外部機能は、低屈折率差導波管22を介して基板に光学的に接続させることができる。さらに別の態様では、2またはそれ以上の光学チップ、例えば図2〜5で示されるものを光学的に結合させることができる。例えば、第1の光学チップは、高屈折率差導波管24に結合された低屈折率差導波管22を含むことができ、高屈折率差導波管24は光学機能26に結合される。第2の光学チップは同様のレイアウトを有することができる。これらの2つの光学チップは、低屈折率差導波管22を介して光学的に接続することができる。
【００３３】
上記光学チップはまた、より大きなサブシステムの一部とすることができる。例えば、そのようなサブシステムは、外部のモードフィールドサイズの大きな誘電性導波管に接続された上記光学チップの1つを含むことができる。そのような態様の光学チップは、最小曲げ半径が低い導波管、その最小曲げ半径が低い導波管に接続された光学機能、およびその最小曲げ半径が低い導波管に結合されたモードフィールドサイズが大きな導波管を含む。この態様では、外部のモードフィールドサイズの大きな誘電性導波管は光学チップの外側にあり、光学チップ上のモードフィールドサイズの大きな導波管に光学的に結合される。光学チップおよび外部のモードフィールドサイズの大きな誘電性導波管(その1つの例はモジュールとすることができる)を含むそのようなサブシステムは多くの用途、例えば以下で記述したものにおいて使用することができる。
【００３４】
上記光学チップは、受動または能動用途を含む様々な用途に使用することができる。1つの態様では、上記光学チップは通信用途に使用することができる。例えば、スプリッタは、1つの光信号を小さな面積で8または16または32の信号に分割するように作製することができる。典型的なスプリッタは一連の1×2スプリッタを使用して分割機能を実施するように作製される。例えば、1つの信号を16の信号に分割するには15の1×2スプリッタが必要である。低屈折率差導波管を使用する場合、この分割機能は大きな設置面積を必要とするであろう。上述したような高屈折率差導波管を有する光学チップは、かなり小さな設置面積でこの分割機能を実施することができるであろう。
【００３５】
別の通信用途は、多重化または多重分離におけるものとすることができる。例えば、基板20上の光学機能26として、波長分割多重(WDM)機能を実装することができる。そのようなWDM機能は、異なるチャネルの情報信号を表す異なる波長の光を結合または除去する工程を含むことができる。最小曲げ半径が低い導波管または高屈折率差導波管を有する光学チップは小さな設置面積でそのような機能を実施することができる。
【００３６】
光学チップはまた、イーサネット用途において使用することができ、光学適用によりそのようなシステムの速度および帯域幅が増大する。例えば、光学チップを使用して、イーサネットを10ギガビット/秒の性能を有する光学システムとするように光学機能を実施することができる。光学チップはまた、光学機能を実施するのに必要な空間を減少させることにより、イーサネット用途を増強することができる。
【００３７】
上記光学チップを使用すると、光学または電気光学回路においてコンピューティングおよびマイクロプロセシング機能を強化することもできる。これらの装置は、単一のチップ上に光学および電子機能を含むことができ、デジタルまたはアナログ信号処理用途を含むことができる。例えば、信号を同期させこれらの信号を調整するための光学クロックを、光学チップ上で作製することができる。
【００３８】
感知用途もまた実施することができる。例えば、高屈折率差導波管を用いて光学チップを作製することができ、光導波管モード自体の特性の変化を使用してある一定の化学物質の存在または温度変化を検出することができる。要するに、最小曲げ半径が低い導波管または高屈折率差導波管を有する上記光学チップは様々な用途において使用することができる。
【００３９】
さらに、光学チップは光信号から別のエネルギー形態の信号に、またはその逆に情報担体を変化させる機能を含むことができる。情報を伝達する別のエネルギー形態としては、音響(音/音声)、ラジオ周波数、赤外線、およびマイクロ波、ならびに電磁スペクトルの他の帯域があげられる。この機能により、光学チップは、光ファイバと、搬送周波数がkHz〜数十THzの範囲である無線通信を備える一般的な光波通信法とをインタフェースすることができる。
【００４０】
光学チップは、機能の基本的なビルディングブロックとして、他のよく知られている最新技術、例えば、MEMS、レーザ、検出器、マイクロ共振器、干渉装置、多モード干渉計、アレイ導波路回折格子、およびマッハ-ツェンダ変調器を組み入れることができる。他の装置と共に、受動および能動用途を含む、単一の光学チップ上のサブシステムを実装させることができる。
【００４１】
上記のように、基板20は、少なくとも1つの最小曲げ半径の低い導波管24に結合させた少なくとも1つのモードサイズの大きな導波管22を含む。1つの導波管における光信号の1または複数の特性の変化が、中間で電気信号に変換されることなく、第2の導波管の光信号の特性に影響を与える場合、2つの導波管は「結合され」または「光学的に接続され」る。本発明によれば、多くの光学カプラーを使用することができる。そのような光学カプラの1つがUkrainczykらの米国特許第6,253,015号において記述されている。
【００４２】
一般に、第1の導波管と第2の導波管との間のカプラでの光信号の損失は可能な限り低いことが望ましい。例えば、この結合損失は、効率的なカプラでは約1デシベル以下とすることができる。同様のモードサイズおよび屈折率を有する導波管の結合では、単純な結合方法、例えば、1つの導波管の端を他の導波管の端に隣接させる方法を使用することができる。しかしながら、導波管のモードサイズが異なる場合、より複雑なカプラを使用することができる。
【００４３】
図6〜10は、本発明により使用することができる第1のモード変換器またはカプラ100の例示的な態様の簡略化した概略図である。そのようなモード変換器またはカプラ100を基板20上のカプラ100として使用し(図2〜5)、モードサイズの大きな導波管22を最小曲げ半径が低い導波管24に光学的に結合させることができるが、そのようなカプラは、同様に他の結合用途のために使用することができる。下記カプラまたはモード変換器100の態様では、モードサイズの大きな導波管22は低屈折率差導波管であり、最小曲げ半径が低い導波管24は高屈折率差導波管24であるが、上記のように、他の態様では、他の最小曲げ半径の低い導波管またはモードサイズの大きな導波管を使用することができる。図6はモード変換器100の平面図であり、図7は同じ変換器100の側面図である。
【００４４】
モード変換器100は低屈折率差導波管のコア材料102(図6の左側)と、高屈折率差導波管のコア材料104(図6の右側)、および両方のコア材料102、104を取り囲むクラッド材料106を含む。左側のコア材料104およびクラッド材料106は、大モードを形成する低屈折率差導波管を規定し、右側のコア材料102およびクラッド材料106は、小モードを形成する高屈折率差導波管を規定する。1つの態様では、高および低屈折率差導波管はどちらもチャネル導波管である。チャネル導波管はコア材料を有し、その側面を、コア材料よりも低い屈折率を有する1または複数のクラッド材料が取り囲んでいる導波管である。そのようなチャネル導波管のコア材料の断面形状は長方形、正方形、楕円、または円形とすることができる。別の態様では、コア材料の断面形状は任意とすることができる。光のモードフィールド分布は主にチャネル導波管のコア材料内に存在する。光のピーク光強度が典型的に存在するのは、典型的なチャネル導波管のこのコア材料内である。チャネル様モードは、クラッドに完全に囲まれたコアにより規定され、この場合、クラッドはコアよりも低い屈折率を有する1または複数の材料で形成される。チャネルおよびストリップ導波管はチャネル様モードを有する導波管の例である。図9および図10に示したモード変換器100の断面は、チャネル導波管中の正方形のコア材料を示している。図9は低屈折率コア102の図6の左側の断面図であり、図10は高屈折率コア104の図6の右側の断面図である。
【００４５】
コア102材料の長さL1のテーパ部領域108が低屈折率差導波管の一端に備えられる。図6で示したこの先細部分108は、コア材料104のテーパが付けられていない部分に向かって移動するにつれ幅が減少する(すなわち、図6の左から右へ)。コア材料上の104上の長さL2のテーパ部領域110は高屈折率差導波管の1つの端で提供される。このテーパ110ではコア材料102のテーパが付けられていない部分に向かって移動するのに伴い幅が減少する(すなわち、図6の右から左)。これらのテーパ部領域108、110は絡み合って、長さL3のテーパ部領域110の一部112がテーパ部領域108内に埋め込まれるように構成される。図7は、長さL3の一部112を示すモード変換器100の側面図である。図6および7で示した態様では、テーパ部領域108、110は、水平方向にのみ先細となっている。例えば、図6の平面図では、テーパ部領域108、110の幅(すなわち、図では上から下)は横方向の距離(すなわち、図では左から右)と共に変動する。そのため、図7の側面図は、コア102、104が垂直方向(すなわち、図では上から下)ではテーパが付けられていないことを示している。しかしながら、図7は、コア材料102の垂直幅がコア材料104の垂直幅よりも大きいことを示している。そのため、コア材料102に埋め込まれている長さL3のコア材料104の部分112はあらゆる面がコア材料102により取り囲まれている。図8は長さL3の一部112の図7の断面であり、コア材料104のテーパ部領域110のあらゆる面がコア材料102のテーパ部領域108により取り囲まれていることを示している。
【００４６】
図6および7は水平方向でのみテーパ108、110を示しているが、モード変換器100の他の態様では、テーパ108、110は垂直方向にテーパを付けることができ、例えばピラミッド形状または円錐形状である。そのような態様では、高屈折率コア104のテーパ108は埋め込み部分112内で1つの点を形成し、低屈折率コア110のテーパ110もまた垂直方向にテーパが付けられる。そのため、図2の側面図は、そのような態様では、図6とより類似して見える。他の態様では、各テーパ108、110は鋭くない先端を有することができるが、その代わりに、各コア材料102、104より小さい認識可能な幅を有する。すなわち、尖っていない、または丸い。他の態様では、コア102上の単一のテーパ108およびコア104上の単一のテーパ110ではなく、複数のテーパ108、110、すなわち「フィンガー」がコア102、104から突き出ることができる。これらのフィンガーは絡み合い、図6および7のデュアルテーパ108、110により引き起こされるのと同様の実効屈折率およびモードの段階的変化を引き起こすことができる。さらに別の態様では、高屈折率コア材料104および低屈折率コア材料102の断面形状は、変換器100の低屈折率側の外部光ファイバの形状に適合するように、および変換器100の高屈折率側の光学機能のために使用される高屈折率導波管の形状に適合するように変更することができる。
【００４７】
コア材料104の屈折率n2はコア材料102の屈折率n1よりも大きく、この屈折率n1はクラッド材料106の屈折率n3よりも大きい。図示した例示的な態様では、n1はわずかにn3よりも大きい。コア材料102およびクラッド材料106により規定される低屈折率差導波管(図9に断面を示す)は小さな屈折率差Δnを有する。n1がn3よりもわずかにしか大きくないからである：0<(n1-n3)/n3<0.1。他方、コア材料104およびクラッド材料106により規定される高屈折率差導波管(図10に断面を示す)は、より大きな屈折率差Δnを有する。n2がn3よりもずっと大きいからである：0.1≦(n2-n3)/n3。
【００４８】
図9は、コア材料102のテーパが付けられていない部分の、図6および7のモード変換器100の断面図である。入力光ファイバまたは低屈折率差導波管のモードフィールドサイズは、図9で示したものと同様の断面寸法を有する。そのような入力光ファイバは、モード変換器100を使用して光ファイバを高屈折率差導波管に結合させる場合、図6および2に示されるようにモード変換器100の左側に結合させることができる。図2の光学チップにおいて使用する場合、低屈折率差導波管22はモード変換器100の左側に結合させることができる。図10はコア材料104のテーパが付けられていない部分におけるモード変換器100の断面図である。モード変換器100の右側に結合させることができる高屈折率差導波管のモードフィールドサイズは、図10に示したものと同様の断面寸法を有する。図2の光学チップにおいて使用する場合、高屈折率差導波管24はモード変換器100の右側に結合させることができる。
【００４９】
動作中、図6に示されるようにモード変換器100において左から右に進む伝搬光波のモードは、低屈折率差導波管(コア/クラッド屈折率はn1/n3である)のモードから、高屈折率差導波管(コア/クラッド屈折率はn2/n3である)のモードに変換される。
【００５０】
図6の左側でモード変換器100に入るモードは、図9で示した低屈折率差導波管断面により規定される。図9において示されるような1つの態様では、このモードは低屈折率差チャネル導波管により規定されるモードである。光学モードは低屈折率差導波管により案内され、高屈折率コア104のテーパ110が低屈折率コア102中に導入されるまで、低屈折率差導波管のモード特性が保存される。テーパ110では、高屈折率コア104が水平方向でテーパが付けられ、実効屈折率が、低屈折率差導波管の屈折率から高屈折率差導波管の屈折率まで徐々に変化する。「実効屈折率」は、導波管の全断面に対し計算した有効な屈折率、または平均屈折率であり、この導波管は1を超える別個の材料層を含むことができる。そのような実効屈折率は、導波管内の光のモードフィールドを決定する。高屈折率コア104がテーパ108で狭くなると、実効屈折率は低屈折率コア102(およびクラッド106)の屈折率n1に近くなる。そのため、この点でのモード特性はまた、低屈折率差導波管のモード特性と同様である。そのため、大部分のモードフィールド分布は、この点で、高屈折率コア104の外側に存在する。高屈折率コア104が徐々に広がると、それに従い実効屈折率が増加し、高屈折率差導波管の屈折率n2に到達する。モードは、高屈折率差導波管に対し図10で示した導波管断面により規定されるモードに変換される。実効屈折率が変動すると、それに従い、伝搬光波のモードが変動する。1つの態様では、図10の断面に対するモードは高屈折率差チャネル導波管により規定されるモードである。
【００５１】
コア材料102は、図6に示されるように、コア材料104から反対方向にテーパが付けられる。モードが高屈折率差導波管内に結合されると、直ちに、このテーパ108により低屈折率差導波管が終了する。このテーパ108はまた、モードの集束および反射を最適化することによりモード変換の効率を強化する。例えば、テーパ108は、光をコア104に向けて反射させることにより、光を高屈折率コア材料104内に集束させるのを支援する。低屈折率差導波管のコア102は大きく、コア102とクラッド106との間の屈折率差Δnは小さいので、テーパ108の集束効果は導波管内のこの点でのモードサイズの変化を支配する。高屈折率コア104のテーパ110がテーパ108内に導入される点より前では、例えば、テーパ108により実効屈折率がわずかに減少し、これによりモードサイズが増加することができる。しかしながら、実効屈折率のわずかな減少はテーパ108の集束効果により支配される。そのため、テーパ108は光を高屈折率コア104内に集束させ、これにより変換器100の効率が増大する。テーパ108の形状により本質的に後方反射が減少する。
【００５２】
低屈折率差導波管のテーパの付いた領域108および高屈折率差導波管のテーパ部領域110は、効率的な双方向モード変換器100を提供する。モードが低屈折率差導波管のモードに結合されると、高屈折率差導波管のテーパ110により高屈折率差導波管が終了し、逆もまた同様である。モード変換器100は図6および7において示されるように右から左へ、左から右へ進む光に有効であり、このため双方向モード変換器となる。
【００５３】
高屈折率コア104のテーパ長L2は、モード変換損失が最小に抑えられるように設計することができる。言い換えれば、この長さL2は、モード(および実効屈折率)を、低屈折率差導波管のものから高屈折率差導波管のものに徐々に変化させるように設計される。低屈折率コア102のテーパ108の設計は、反射を最小に抑え、集束を最大とし、効率を最大とするように設計することができる。低屈折率コア102のテーパ108は、例えば、光を高屈折率差導波管のモードに集束させるのを支援する。テーパ部領域108、110の埋め込み部分112はまた、結合効率が最大となるように選択することができる。
【００５４】
モード変換器100は、光ファイバからのモードを高屈折率差導波管に結合させるのに有益である。光ファイバは図6で示されるように変換器100の左側で結合させることができる。典型的な光ファイバの断面は、図9で示した変換器100の左側の断面図と同様のプロファイルを有することができる。コア材料102とクラッド材料106との間の屈折率差Δnは、ファイバと類似するように選択することができる(〜0.01)。コア/クラッド屈折率n1、n3およびモードは、光ファイバと類似しており、そのような光ファイバに対し高効率な結合が得られる。モードが光ファイバと結合されると直ちに、モードは変換器100により、上記のように、高屈折率差導波管のモードに変換される。
【００５５】
この結合技術は、低屈折率差導波管を高屈折率差導波管に結合させる任意のシステムに適用できる。クラッド材料106としてSiO2を、低屈折率差導波管コア材料102としてSiOxNyを、高屈折率差導波管コア材料104としてSi3N4を使用することができる。これらの材料は様々な態様において変動可能である。図示した例示的な態様では、低屈折率コア102は10μm×10μm平方の寸法であり、高屈折率コアは1μm×1μm平方の寸法であり、L1=L2=50μm、およびL3=40μmである。さらに、テーパ108、110は線形テーパである。これらの寸法は他の態様では変動可能である。この設計により、1.55μmの光波長で、75%の効率のシミュレート値が得られる。これは、デュアルテーパを用いないで、低屈折率コアを高屈折率コアに突き合わせ結合させた場合に比べ、30%を超える効率の改善である。変換器100はまた、双方向変換器であり、両方の方向のモード変化に対し同様の効率を示す。
【００５６】
上記変換器100の態様は様々な様式で作製することができる。例えば、変換器100はリソグラフィ技術により形成することができる。そのようなプロセスは材料層を堆積させる工程、その後、望ましくない材料部分をエッチングにより除去する工程を含むことができる。材料を堆積させ、望ましくない部分をエッチングにより除去するプロセスは、変換器100が形成されるまで繰り返すことができる。テーパの付いた縁は、マスクを使用して、材料層をパターニングすることにより形成することができる。材料層の堆積後、材料の一部にマスクを通して照射し、テーパの付いた部分をエッチして所望の形状とする。低屈折率コア102内の高屈折率コア104の埋め込み部分112(図7)を形成するために、高屈折率コア104としてSi3N4層を堆積させ、エッチしてテーパ110を形成することができ、その後、続いて低屈折率コア102としてSiOxNy層を、テーパ110の周囲に堆積させ、エッチし、低屈折率コア102内のテーパ108を形成することができる。クラッド材料106のためのSiO2を適当な層に堆積させ、変換器100の作製が完了する。
【００５７】
上記作製方法は、低屈折率コア102内のテーパ108の異なる部分を形成するために、および高屈折率コア104内のテーパ110を形成するために、多くの堆積およびエッチング工程を含む。別の作製方法では、テーパ110を形成するために高屈折率コア材料104を堆積させ、エッチングすることができ、その後、テーパ110の周囲に低屈折率感光材料層を堆積させ、続いてクラッド材料を堆積させることができる。低屈折率感光性材料は、この材料の屈折率が、光への露光により変化する前に、クラッド領域様の使用した材料の屈折率と適合するように選択することができる。その後、クラッド材料と同じ屈折率を保持すべき低屈折率感光性材料の一部(クラッド領域の一部となる)を被覆するようにマスクを作製することができる。マスクにより被覆されず、露光される低屈折率感光性材料の一部については、屈折率が変化する。そのため、低屈折率感光性材料のこれらの部分は、マスクが適当な形状である場合低屈折率コア102のテーパが付いた部分108を含む、低屈折率コア102となる。そのような製造技術により、変換器100を形成するのに必要とされる堆積およびエッチング工程の数が減少する。エネルギーに曝露されると屈折率が減少または増加する低屈折率感光性材料も使用することができる。この場合、クラッドとなる層の部分はポジティブまたはネガティブにマスクし、適した構造を形成することができる。
【００５８】
変換器100の例示的な態様について連続または線形(フラットエッジ)テーパを用いて説明してきたが、本発明によればセグメント化された、または非線形テーパを使用することもできることは認識されるであろう。例えば、テーパは段階的なテーパエッジ、または凹もしくは凸形状のテーパエッジを有することができる。
【００５９】
図11Aは、図9または10のいずれかの導波管の断面図である。図11B〜11Iは図11Aの線5-5についてのいくつかの可能な屈折率プロファイルである。これらの屈折率プロファイルは水平または垂直方向の変化に伴う屈折率変化を示したものであり、これらの屈折率プロファイルは、低屈折率コアとクラッド材料との間、または高屈折率コアとクラッド材料との間の界面に対するものとすることができる。図11Aおよび11Bにおいて図示した低および高屈折率差導波管の両方に対するコア材料とクラッド材料との間の階段状屈折率プロファイルを用いて例示的な態様を説明してきたが、コアとクラッドとの間の他の屈折率プロファイルもまた使用できることは認識されるであろう。
【００６０】
例えば、コア材料の屈折率が、平均して、クラッド材料の屈折率よりも高い限り、様々な他の屈折率プロファイル、例えばグレーデッド・インデックスおよび階段状のグレーデッド・インデックスプロファイルを使用することができる。そのようなプロファイルを図11C〜11Iで示す。図11B〜11Iの様々な屈折率プロファイルを、説明目的で、水平(または垂直)方向に沿って図示するが、他の方向でも適用することができる。
【００６１】
変換器100の例示的な態様について、第2のテーパが第1のテーパ内に埋め込まれたものを用いて説明してきたが、先端が光学的に接触する2つのテーパもまた使用することができることは認識されるであろう。そのような態様では、一方のコアは他方のコア内に埋め込まれない。代わりに、各テーパの先端を物理的に接触させることができ、他の態様では、先端を物理的に分離させるが、光学的には接触したままとすることができる。先端が光学的に接触していると考えられる2つのテーパ108、110の例を図12に示す。図12に示した2つのテーパ108、110の2つの先端間の距離Dが、相当の伝達効率を得るのに十分短い場合、たとえ、テーパに重なり部分または埋め込み部分が無くても、テーパ108、110の先端が物理的に分離されていても、テーパ108、110は光学的に接触していると考えられる。例示的な態様では、Dは3λ以下であり、ここでλは導波管に沿って伝播する光の波長である。相当の伝達効率は、1〜10%以上の効率として規定される。
【００６２】
2つのチャネル導波管を備える、変換器100の例示的な態様について説明してきたが、断面積のモードフィールドサイズが、図示した態様で使用したチャネル導波管におけるものと同様である限り、他の導波管構成を使用することができることは認識されるであろう。
【００６３】
図21〜27は本発明により使用することができる第2のモード変換器またはカプラの例示的な態様の簡略化した概略図である。そのようなモード変換器またはカプラを基板20上のカプラとして使用し(図2〜5)、光学的に、モードサイズの大きな導波管22を最小曲げ半径が低い導波管24に結合させることができるが、そのようなカプラを同様に、他の結合用途に使用することができる。以下で記述するこのカプラまたはモード変換器の態様では、モードサイズの大きな導波管22は低屈折率差導波管であり、最小曲げ半径の低い導波管24は高屈折率差導波管24であるが、上記のように、他の態様では、他の、最小曲げ半径の低い導波管またはモードサイズの大きな導波管を使用することができる。
【００６４】
図21はこのモード変換器の1つの態様の3次元図である。高屈折率差導波管のコア1103は、低屈折率差導波管のコア1101の内側に完全に埋め込まれている。モードコンバータの低屈折率差導波管端は大きなモードサイズを有し、そのため、外部装置、例えば光ファイバまたは別のモードサイズの大きな導波管に結合される場合、接続損失が小さい。高屈折率差導波管コア1103は、図21に示されるように、低屈折率差導波管のコア1101の内側に埋め込まれたテーパの付いた端部(テーパ1108)を有する。テーパ1108は連続もしくは線形、またはセグメントもしくは非線形とすることができる。低屈折率差導波管は、クラッド1102に取り囲まれた低屈折率コア1101により形成される。低屈折率差導波管コア1101は高屈折率差導波管コア1103に対するクラッドとなる。低屈折率差導波管コア1101は、高屈折率差導波管コア1103よりも低い屈折率を有するからである。
【００６５】
高屈折率差導波管コア1103のテーパ1108により、左の低屈折率差導波管から右の高屈折率差導波管へ実効屈折率が徐々に変化する。低屈折率差導波管を通って右方向に進行する光(図21に図示)は、低屈折率差導波管のモードから高屈折率差導波管のモードへのモード変換を通り抜ける。低屈折率差導波管のコア1101は高屈折率差導波管のクラッド1103となる。低屈折率差コア1101が完全に高屈折率差導波管コア1103を取り囲むからである。低屈折率差導波管に対するコア/クラッド界面(1101/1102)は事実上、高屈折率差導波管コア1103におけるモード伝播に何の影響も与えない。高屈折率差導波管は、高閉じ込め導波管であり、消えていくフィールドは、低屈折率差導波管のコア/クラッド界面(1101/1102)に向かって十分遠くまで延在しないからである。
【００６６】
図21において光が左から右へ進むにつれ、光が高屈折率差導波管コア1103内に結合されると直ちに、低屈折率差導波管のコア1101はテーパが付けられる(すなわち、少なくとも1つの面内で高屈折率コア1103から離れる)。この外側に向かうテーパは図21では符号1107により示される。コア1101はテーパが付けられ、スラブ導波管領域1106となり、この領域では、1または複数の高屈折率差導波管コアが埋め込まれる。図21では、説明目的で、3つのコア1103、1104、1105として示される。コア1101はまた、テーパが付けられ(1107)、より大きな幅を有する導波管となることができる。例えば、左側の低屈折率差導波管がシングルモード導波管である場合、コアがシングルモード導波管よりも大きなマルチモード導波管となることができる。高屈折率差導波管コアは、その後、完全に、このより大きな導波管のコア内に浸漬される。高屈折率差導波管の存在下で低屈折率差導波管にテーパをつける(1107)ことにより、低屈折率差導波管内での横方向の閉じ込めが除去され、低屈折率導波管コア1101が、図21に示されるように、高屈折率差導波管コア1103、1104、1105に対する1つの大きなクラッド領域(スラブ導波管領域1106)となる。
【００６７】
低屈折率差導波管コアにより提供されるスラブ領域1106内では、高屈折率差コア1103、1104、1105を埋め込むことにより、高屈折率差導波管に基づく装置を構築することができる。スラブ領域1106は全領域にわたって同じ厚さを有する必要はない。このスラブの厚さはモードコンバータの動作にとって重要ではないからである。モードコンバータ部分を越えると、スラブ領域1106は高屈折率導波管コア1103、1104、1105に対するクラッドとして作用するのに十分厚くなければならず、これは、低屈折率導波管コア1101に対するクラッド1102よりもずっと薄くすることができる。
【００６８】
図22は図21のモードコンバータの平面図である。低屈折率差導波管のコア/クラッド界面1101/1102は左側でチャネル導波管を形成する。いったん光が高屈折率差導波管コア1103内に結合されると、低屈折率差導波管のコア1101にはテーパが付けられ(1107)、スラブ導波管1204となり、そのため横方向のクラッド領域1102が除去される。高屈折率差導波管コア1103内のテーパ1108は低損失でモードを徐々に変換するのを支援する。
【００６９】
図23は、図21のモードコンバータの1つの側面図であり、図21の線A-Aについての断面図である。高屈折率差導波管コア1105は、モード変換の間中、低屈折率差導波管コア1011内の内側に完全に埋め込まれる。低屈折率差導波管コア1011はアンダークラッド1202およびアッパークラッド1203の間に挟まれている。機械的な支持体のために基板305を使用することができる。低屈折率差導波管コア1011およびクラッド1202、1203を、説明目的のためだけに、平面として示す。実際、高屈折率差コア1105が低屈折率差コア1011に埋め込まれている領域では、界面1011/1202、1011/1203、および1202/305は平面である必要はなく、曲面、傾斜または階段状であってもよい。
【００７０】
図24は図21の線B-Bについての断面図である。高屈折率差導波管コア1105は、モード変換領域の間中、低屈折率差導波管コア1011の内側に完全に埋め込まれる。低屈折率差導波管コア1011はクラッド1102により取り囲まれる。基板305を機械的支持体として使用することができる。図24に示した態様の高屈折率コア1105は低屈折率コア1011の中央に、またはその付近に存在し、最適なモード変換効率が達成される。高屈折率コア1105をより大きな低屈折率コア1011の中央またはその付近に配置すると、低屈折率コア1011のいくらかの部分は高屈折率コア1105の下に存在し、低屈折率コア1011のいくらかの部分は高屈折率コア1105の上方に存在する。
【００７１】
図25は、図21に示した型のマルチプルモードコンバータを示した平面図である。低屈折率差導波管コア501、502には外に向かってテーパが付けられ、単一のスラブ領域509に接続される。スラブ領域は高屈折率差導波管コア507、508を含む。領域503、504、505は低屈折率差導波管コア501、502に対するクラッド領域である。
【００７２】
図26は、図21の低屈折率差導波管テーパの設計の変形の平面図である。低屈折率差導波管コア601は初め、内に向かってテーパが付けられ(テーパ602)、低屈折率差導波管コア601から高屈折率差導波管コア607へのモード変換効率が最適化される。低屈折率差導波管コア601は、その後、外に向かってテーパが付けられ(テーパ603)、スラブ導波管604に至る。高屈折率差導波管のコア607はテーパが付けられ、左に向かって小さくなり(テーパ(610)、そのため、高屈折率差導波管コア607のテーパ610は低屈折率差導波管コア601のテーパ602内に存在する。
【００７３】
図21では、高屈折率差コア1103の屈折率、n2はn1およびn3、低屈折率差コア1101およびクラッド1102の屈折率より大きい。図示した例示的な態様では、n1はn3よりもわずかに大きい。低屈折率差導波管は、図21に示されるように、コア1101およびクラッド1102により規定される。n1はn3よりわずかに大きいだけだからである：0<(n1-n3)/n3<<1。他方、高屈折率差導波管は、図21に示されるように、コア1103およびクラッド1101により規定される。n2がn1よりもずっと大きいからである：0<(n1-n3)/n3<(n2-n1)/n3
【００７４】
図21の左側に示した低屈折率差導波管の断面寸法と同様の断面寸法を有する光ファイバをモードコンバータ100の左側に結合させる。
【００７５】
動作中、図21で示されるようにモードコンバータ100において左から右へ進むモードは、低屈折率差導波管のモードから高屈折率差導波管のモードに変換される。低屈折率差導波管のコア/クラッド屈折率はn1/n3であり、高屈折率差導波管のコア/クラッド屈折率はn2/n1である。
【００７６】
図21に示されるように、図21の左側のモードコンバータに入るモードは、低屈折率差導波管により案内され、高屈折率コア1103のテーパ1108が導入されるまでモード特性が保存される。テーパ1108では、コア1103は、水平方向にテーパが付けられ、低屈折率導波管内の導波管モードの実効屈折率から実効屈折率が徐々に変化する。コア1103がテーパ1108内で狭くなると、実効屈折率は低屈折率差コア1101の実効屈折率に近く付き、そのためモード特性が同様になる。右に向かって移動しコア1103が徐々に広くなるにつれ、実効屈折率が増加し、高屈折率差導波管の実効屈折率に到達する。実効屈折率の変化により、モードは徐々に、高屈折率差導波管1103のモードに変換される。
【００７７】
コア1101は外に向かってテーパが付けられ(テーパ1107)、スラブ領域1106に至る。モードが高屈折率差導波管内に結合されると直ちに、低屈折率差導波管のこのテーパ1107が存在する。このテーパ1107により、高屈折率差導波管1103は完全に単一の材料系に埋め込まれ、高屈折率差コアに対するクラッドがいくつかの異なる材料により構成される他のモードコンバータ設計に比べ、製造が容易になる。
【００７８】
低屈折率差導波管コアのテーパは様々な設計を有することができ、モード変換効率が最適化される。例えば、このテーパは最初、図26のテーパ602のようにテーパが小さくなり、モード変換効率が最大化された後、広がり(テーパ603)、スラブ領域604に至る。テーパ602の設計はまた、出力でノイズを増大させモードコンバータが双方向となる可能性を減少させることがある1204(図22)、509(図25)、および604(図26)における高次スラブモードの励起を抑制するように最適化される。また、吸収もしくは散乱領域または界面を使用して、これらのモードがスラブを通って伝播するのを抑制することができる。
【００７９】
高屈折率差コアのテーパ長は、モード変換損失を最小に抑えるように設計することができる。低屈折率コアのテーパの設計は、反射を最小に抑え、集束を最大にし、効率を最大とするように設計することができる。
【００８０】
図21〜27のモードコンバータは、光ファイバと高屈折率差導波管との間のモードを結合させるのに有益である。ファイバモードは図21で示されるようにコンバータの左側で結合させることができる。低屈折率差コア1101とクラッド1102との間の屈折率差は、光ファイバと同様になるように選択することができる(〜0.01)。コア/クラッド屈折率、およびモードは光ファイバのものと同様であり、当業者に周知の方法を使用すると効率の高い結合が得られる。結合されると、モードは上記のように、高屈折率差導波管のモードに変換される。
【００８１】
図21〜27の態様はまた、異なる基板上の光導波管を異なる屈折率コントラスト導管と効率よく結合させるのに有益である。この場合、モードコンバータは2つの基板のうちの1つ上に含められ、これにより2つの基板間でモードフィールドサイズが適合した結合が得られる。
【００８２】
図21〜27で示したモードコンバータはまた、同じ基板上で作製した異なる屈折率コントラストを有する導波管を接続するのに使用することができる。例えば、リング共振器を備えた光学装置は、光増幅器よりも異なる屈折率差を必要とするかもしれない。様々な屈折率差導波管を使用するこれらの光学装置は全て、同じチップ上で作製し、効率よく結合させることができる。
【００８３】
図21〜27で示したモードコンバータは双方向であり、低屈折率差導波管出力と高屈折率差導波管出力がシングルモードである場合、同様の効率で動作する。そのため、高屈折率差導波管内の光は、低屈折率導波管内に結合することができ、光の経路を逆にすることにより、選択的に光ファイバ内に結合させることができる。図21では、右から左へ進む導波管1103内の光がモード変換により導波管1101に結合される。テーパ1108は、高屈折率差導波管のコア1103の実効屈折率を減少させるように設計され、そのため、テーパ1108の最も狭い点の実効屈折率は、導波管1101の実効屈折率と適合、または大体適合する。導波管1101内に結合される光はその後、この導波管に突き合わせ結合された外部光ファイバのものに適合することができる。
【００８４】
このモードコンバータの設計は、選択的に最適化することができ、異なる作製および集積化要求を適応させることができる。1つのそのような設計では、スラブ領域(例えば、1106を参照のこと)のコア(例えば、図21のコア1101)は、高屈折率テーパ(例えば、1108)から数波長以上離れた位置で、厚さが減少してもよい。この場合、アンダークラッド1202と基板305との間の界面にはステップが存在する(図23を参照のこと)。このステップにより光学的損失が増大しない。この付加的な特徴によっては、基本的にはモードコンバータの動作は変わらないが、他の光学装置、例えば検出器との集積化にとってフレキシビリティが増大する。原則として、モードコンバータの設計は、スラブ領域の連続性に大きく依存することはない。
【００８５】
この図21〜27のモードコンバータ技術は任意の高屈折率差導波管システムに適用することができる。例えば、クラッドとしてアンドープまたはドープシリカ(SiO2)またはシリコンオキシナイトライド(SiON)、低屈折率差導波管コアとしてSiON、および高屈折率差導波管コアとして窒化ケイ素(Si3N4)を使用することができる。シリコンオキシナイトライドまたはケイ素リッチ窒化ケイ素もまた、高屈折率差導波管コアとして使用することができる。SiONの代わりに、低屈折率差導波管コアとしてアンドープSiO2もしくはGeまたはリンドープSiO2を使用することができる。低屈折率差導波管コアとしてシリカ(SiO2)を使用することもでき、クラッドとして、屈折率が低屈折率差導波管コアよりも低いドープシリカを使用することもできる。使用してもよい1組の材料の別の例は、クラッドしてSiO2、低屈折率差導波管コアとしてドープSiO2、および高屈折率差導波管コアとしてSiであり、SiO2のドーパントまたは複数のドーパントはGe、B、F、PまたはNとしてもよい。別の例示的な材料系はIII-V系であり、この場合、低屈折率差半導体導波管内の光は、適当な材料を選択することにより、高屈折率差導波管に、またはその導波管から結合させることができる。
【００８６】
図27A〜27Eは、図21の線B-Bについての断面を使用して、本発明の製造例を示したものである。図27Aでは、低屈折率差導波管コア層703の下部を低屈折率差導波管クラッド702層上に構築し、このクラッド層は機械的支持のために基板701上に存在する。パターニングした高屈折率差導波管コア704を低屈折率コア層703の上面に配置する。高屈折率差導波管コア704は最初に、堆積により、またはウエハボンディングプロセスにより、パターニングされていない層として作製することができる。その後、この層を、従来のフォトリソグラフィおよびエッチングプロセスにより、パターニングし高屈折率差導波管コア704の形状とすることができる。その後、低屈折率差導波管コア705の上部を、図27Bに示されるように、パターニングした高屈折率差コア704の上面に堆積させる。低屈折率差導波管コア705の堆積が正角であれば、化学機械研磨(CMP)を適用し、この層を平坦化させることができる。図27Cに示されるように、高温リフローもまた平坦化のために適用することができる。しかしながら、平坦化プロセスは、特定の機能要求によっては必要ないかもしれない。図27Dでは、低屈折率差導波管コア705および低屈折率コア層703がパターニングされる。最後に、図27Eに示されるように、上部クラッド706が上面に堆積される。
【００８７】
典型的には、低屈折率コア層703は、低屈折率コア層703のエッチングプロセス後も、高屈折率差コア704が完全に低屈折率コア層703の内側に完全に埋め込まれるようにパターニングされる。しかしながら、高屈折率差コア704のいくらかの部分が低屈折率コア層703内に埋め込まれないように、低屈折率コア層703をエッチすることを選択することができる。その後、クラッド706を堆積させると、低屈折率コア層703、705内に埋め込まれていない高屈折率差コア704の部分における高屈折率差コア704およびクラッド706の間のコア/クラッド界面が提供される。高屈折率差コア704とクラッド706のこのコア/クラッド界面は、高屈折率差コア704が低屈折率コア層703、705内に埋め込まれている場合の高屈折率差コア704と低屈折率コア層703、705との間の界面と同様である。高屈折率差コア704が低屈折率コア層703、705内に完全に埋め込まれていない場合、装置の光学的性能に対する影響は最小に抑えられる。低屈折率コア層703、705およびクラッド706の屈折率が、特に高屈折率差コア704の屈折率と比較すると、互いに近接しているからである。例えば、低屈折率コア705、705の設計および製造により、図27Dの低屈折率コア層703、705の側壁の一方または両方が高屈折率コア704の側壁と一致する態様を作成することは容易である。
【００８８】
他の製造方法は、低屈折率導波管705および703のコア(図27Aおよび27B)用の感光性材料の使用を含む。この場合も、平坦化工程が好ましいが、選択的である。この場合、エッチを実施しないが、低屈折率導波管のコアは、層705および703の電磁エネルギー(光エネルギー)への選択的露光により規定される。このエネルギーはこれらの層に選択的に露光され、クラッド706に対し導波管のコアの屈折率が増大する。また、光エネルギーによりコア領域に対し屈折率が減少する場合、光エネルギーをクラッド領域に露光することができる。
【００８９】
本発明の例示的な態様について、連続または線形(フラットエッジ)テーパを用いて説明してきたが、本発明によれば、セグメントテーパまたは非線形テーパもまた使用できることは認識されるであろう。例えば、テーパは階段状テーパエッジ、または凹凸形状テーパエッジを有することができる。
【００９０】
上記変換器100および光学チップにおいて使用される、屈折率差Δnが少なくとも0.1であるものなどの高屈折率差導波管は、光の伝播に対し大きな散乱損失を引き起こすことができる。コア材料とクラッド材料の間の界面に衝突する光は、界面の不完全性または粗さにより散乱させることができる。このように、粗い界面を有するエッジは散乱損失を引き起こす傾向がある。高屈折率差導波管は典型的には、低屈折率差導波管よりも小さなコア直径を有する。そのため、光はコア材料とクラッド材料との間の界面に、高屈折率差導波管では、低屈折率差導波管に対する場合よりも大きな周波数で衝突し、散乱損失がより大きくなる。さらに、散乱損失は、コア材料とクラッド材料間の屈折率差が増加するにつれ増大する。
【００９１】
本明細書で記述した変換器100内、および光学チップ内で使用した高屈折率差導波管は、側壁散乱損失を減少または抑制するように作成することができる。
【００９２】
１つの態様では、高屈折率コア材料上、高屈折率コア材料とクラッド材料との間に、別個のグレーデッド・インデックス領域を適用し、散乱損失を減少させることができる。図13はグレーデッド・インデックス平面導波管200の例示的な態様の断面図である。そのような導波管200は、上記のように光学チップまたは変換器100上で使用される最小曲げ半径が低い導波管とすることができる。図13に示したそのような最小曲げ半径が低い導波管の１つの例は、高屈折率差導波管である。図13の導波管200は機械的支持のための基板205（図2〜5の基板20とすることができる）、第１の低屈折率クラッド204、高屈折率コア201、グレーデッド・インデックス領域203、および第2の低屈折率クラッド202を含む。コア201の屈折率n1は、クラッド領域202、204の屈折率n2、n4よりも大きい。1つの態様では、クラッド領域202はクラッド領域204と同じ材料で製造することができる。別の態様では、これらのクラッド領域202、204は異なる材料から作製することができ、異なる屈折率を有することができる。グレーデッド・インデックス領域203は、コア201とクラッド202との間の別個の独特な領域である。グレーデッド・インデックス領域203の屈折率は、高屈折率コア201の屈折率から低屈折率クラッド202、204の屈折率まで徐々に変化する。コア201とクラッド202との間の粗い界面による光の散乱は最小に抑えられる。コア201からクラッド202への屈折率変化が、グレーデット・インデックス領域203のため段階的であるからである。
【００９３】
図13は、高屈折率コア201上に、3つの側面に堆積させたグレーデッド・インデックス領域203の層を示したものである。高屈折率コア201の第4の側面210はグレーデッド・インデックス領域203により被覆されない。しかしながら、コア201とクラッド204との間の界面が粗い場合、コア201とクラッド204との間、側面210上に追加のグレーデッド・インデックス領域を適用することができる。この層はまた、導波管の外観をより対称的なものとし、偏波分散を減少させる。
【００９４】
別の態様では、グレーデッド・インデックス領域203を、高屈折率コア201の1、2、または全ての側面に適用することができる。さらに別の態様では、高屈折率コア201は、図13で示した長方形断面とは異なる断面を有することができる。そのような態様では、グレーデッド・インデックス領域203を高屈折率コア201の縁の一部または高屈折率コア201の周囲全体に適用することができる。一般に、高屈折率コア201の縁の部分は、高屈折率コア201を作製するのに使用される製造方法により粗くなる。いくつかの態様では、これらの粗い縁にグレーデッド・インデックス領域203を適用することが望ましい。粗い縁では平滑な縁よりも散乱損失が大きくなり、そのため、いくつかの態様では、平滑な縁にグレーデッド・インデックス領域203を適用することはあまり重要ではない。
【００９５】
図13で示した態様では、高屈折率コア201の側縁212、214は、高屈折率コアの製造技術のため、他の縁よりも粗い表面を有することがある。例えば、エッチングプロセスを使用して、側縁212、214を形成することができ、そのためこれらの側縁212、214は粗くなることがある。そのため、1つの態様では、高屈折率コア201のこれらの側縁212、214のみにグレーデッド・インデックス領域203が適用される。そのため、この態様では、低屈折率クラッド202が高屈折率コア201の上面に接し(図13で図示せず)、低屈折率クラッド204が高屈折率コア201の底面210に接し、グレーデッド・インデックス領域203が高屈折率コア201と低屈折率クラッド202との間、側縁212、214上に存在する。
【００９６】
図13の態様に対する高屈折率コア201、クラッド202およびグレーデッド・インデックス領域203の屈折率断面を図14のグラフで明らかにする。グレーデッド・インデックス領域の屈折率プロファイルは、図14で示すように線形である必要はない。高屈折率コア201の屈折率は、クラッド202よりも高い。グレーデッド・インデックス領域203の屈折率は段階的であり、そのため、高屈折率コア201とクラッド202との間で屈折率の急激な変化が少なくなる。グレーデッド・インデックス領域203の屈折率は、任意の屈折率プロファイル、例えば曲線および階段状を使用し、低屈折率領域と高屈折率領域との間で変化させることができる。界面でのコア201からクラッド202への屈折率の急激な変化を減少させる任意のプロファイルにより散乱損失が低くなる。グレーデッド・インデックス領域203は、損失が最適に最小化されるように設計することができる。同時に、グレーデッド・インデックス領域203の設計では、グレーデッド・インデックス領域203の存在により閉じ込め因子(すなわち、導波管コア201においてどのくらいタイトに光が閉じ込められるか)の変化に対処することができる。グレーデッド・インデックス領域203は、導波管性能において、例えば導波管における曲がりなどの領域において役割を果たす。グレーデッド・インデックス領域203の設計により、モードおよび偏波分散もまた減少させることができる。
【００９７】
図15は、本発明によるグレーデッド・インデックス導波管の例示的な製造プロセスを示した図である。低屈折率クラッド204は、高屈折率コア201をクラッド204上に堆積させるように堆積させる。パターニングした導波管コア201は、使用したパターニング技術により生じる粗い縁212、214を有する。その後、グレーデッド・インデック領域203をコア201上に堆積させる。堆積プロセス中、層の屈折率はコア210の屈折率からクラッド202の屈折率まで変動する。屈折率グレーディングは、層の化学組成を変化させることにより達成することができる。最後に、クラッド領域202を上面に堆積させる。
【００９８】
グレーデッド・インデックス領域203の屈折率におけるそのような勾配はまた、薄膜成長法により得ることができる。成長プロセス中、導波管コア表面の衝突材料の組成を変化させると、屈折率勾配が得られる。
【００９９】
導波管内のグレーデッド・インデックス領域203を形成する別の方法は、化学反応により、導波管コア201の表面で原子組成の勾配を得るものである。導波管コア201の組成は、化学反応により変化させることができ、そのような化学反応では、対象の波長に対し透明であり、コア201よりも低い屈折率を有する生成物が得られる。化学反応の反応物の濃度は表面で最も高く、反応物がコア材料内に拡散することにより指数関数的に減少するので、表面からコア材料内までの生成物の濃度勾配が存在する。表面近くの屈折率は、化学組成物勾配により段階的なものとなる。
【０１００】
グレーデッド・インデックス窒化ケイ素導波管は、この型の導波管の一例である。図13に示されるように、この場合のグレーデッド・インデックス領域203はシリコンオキシナイトライド層であり、その屈折率は窒化ケイ素コア201から二酸化ケイ素クラッド202まで変化する。屈折率変化は、シリコンオキシナイトライド層内の酸素および窒素の比率を変化させることにより達成される。化学蒸着またはスパッタリングなどの堆積技術を使用してこの層を堆積させることができる。
【０１０１】
グレーデッド・インデックスゲルマニウム(Ge)/ケイ素(Si)導波管は、薄膜成長技術により得られるグレーデッド・インデックス導波管の一例である。ゲルマニウムがコア材料201であり、ケイ素がクラッド材料202である場合、SixGe1-xはグレーデッド・インデックス領域203となり、このグレーデッド・インデックス領域203の屈折率は成長プロセス中に段階的になる。
【０１０２】
化学反応を使用してグレーデッド・インデックス領域を得る例は、窒化ケイ素のコア201および二酸化ケイ素のクラッド202を有する導波管を用いて説明することができる。窒化ケイ素導波管コア201を酸化剤にさらすことにより、シリコンオキシナイトライド層が表面に形成される。このプロセスは酸化剤の窒化ケイ素導波管コア201への拡散により制御されるので、酸素および窒素の濃度勾配が表面で形成され、その表面が最も高いレベルの酸素を有する。酸素濃度は導波管コア内に入ると減少するが窒素濃度は増大する。そのため、コア201とクラッド202との間でグレーデッド・インデックス領域203が形成される。
【０１０３】
本発明の他の態様では、導波管の粗い表面が平滑化され、表面の二乗平均平方根(rms)粗さが減少し、これにより、散乱損失が減少する。上記のように、エッチングなどの導波管パターニングプロセスにより粗い、でこぼこの側縁となる。コア/クラッド界面を平滑化し、および/または導波管コア寸法を変化させる処理にパターニングした導波管をさらすことにより損失の低い導波管が得られる。この方法は、散乱損失が高い、特に導波管が光学チップ装置内で小さな曲げ半径まで曲げられる場合、最小曲げ半径が低い導波管システムに対し、特に有益である。そのような最小曲げ半径が低い導波管の1つの例は、高屈折率差導波管である。この方法は、シングルモードカットオフ寸法がコア内の導波管の約２．５倍よりも低い場合のシングルモード導波管において散乱損失を減少させるのに有益である。特に、方法は2ミクロン(μm)未満のモードサイズを有する導波管に対して使用することができる。
【０１０４】
例示的な態様では、方法は、導波管のパターニング後、高温でコアを酸化することによりシリコン・オン・インシュレータ(SOI)系導波管(Si/SiO2)のコア/クラッド界面を平滑化する工程を含む。他の例示的な態様では、方法は、導波管のパターニング後、導波管コアをウエット化学エッチングする工程を含む。さらに他の例示的な態様では、方法は、導波管のパターニング後、水素を含むガス状雰囲気内で導波管をアニールする工程を含む。
【０１０５】
本発明の例示的な態様は、Si/SiO2(SOI)導波管のコア/クラッド界面の粗さを減少させる酸化平滑化技術を提供する。図16は、ケイ素含有導波管が形成される最初のSOIプラットフォーム1600のブロック斜視図である。いくつかの態様では、導波管はケイ素または窒化ケイ素である。最上ケイ素層1620は導波管コアとされ、SiO2層1640はアンダークラッド領域となる。基板1660は任意の材料、ケイ素、リン化インジウム、セラミック、または石英から作製することができ、機械的支持のために提供される。
【０１０６】
図17は、図16の最上ケイ素層1620のフォトリソグラフィおよびエッチングを含む典型的なパターニングプロセス後の、導波管コア1680を含むプラットフォームのブロック斜視図である。コア1680の側壁の粗さ1700は導波管パターニングプロセスによるものである。この粗さは導波管における散乱損失の原因である。その後、コア1680は酸化剤、例えば、O2またはH2Oガスに、高温でさらされる。図18で示されるように、コアの表面は酸化剤と反応し、SiO2のコーティング層1720が形成される。粗い表面1700の凸点は凹点よりも速く酸化されるので、反応はコアの粗さを減少させる傾向がある。
【０１０７】
反応速度は反応温度に伴い増加する。反応温度が低すぎると、酸化は迅速にかつ大規模には進まない。反応温度が高すぎると、反応速度が高いため、形成されるSiO2の厚さを良好に制御することができない。数分〜数時間の期間で、ナノメートル(nm)〜ミクロン(μm)の厚さのSiO2層を成長させるためには、典型的な反応温度は600〜1200℃の間の範囲である。酸化時間は酸化温度に依存する。反応速度が温度に依存するからである。
【０１０８】
いくつかの態様では、酸化時間は、所望の導波管コア寸法が達成されるように選択される。酸化生成物の形成によりケイ素導波管コアが消費されるので、最初のコア寸法はこの要因を考慮に入れて選択される。このように、最初のコア寸法は、どちらも、酸化反応によりコアの一部が消費された後所望のコア寸法を提供する寸法である。いくつかの態様では、酸化条件は、表面粗さを反応で取り除くだけの酸化生成物を形成するように選択される。その後、得られた酸化層を除去し、適したクラッドを適用する。他の態様では、酸化条件は、最終装置においてクラッドまたはクラッド領域の一部として機能することができる酸化物層を提供するように選択される。この場合、導波管の後製造は必要ない。最終導波管寸法が酸化プロセス中に得られるからである。さらに別の態様では、追加のクラッド材料が酸化層上に堆積される。クラッド材料は酸化層と同じてあっても異なってもよい。
【０１０９】
例示的なクラッド材料としては、SiO2、空気および真空、アルミナ、有機ポリマ、およびシリカ変形物、例えば、スピンオンガラス、ホウ素-リン-ドープシリカガラス(BPSG)、リンドープシリカガラス(PSG)、ホウ素ドープシリカガラス(BSG)、窒化ケイ素およびシリコンオキシナイトライド(SiOxNy)が挙げられる。図19は、平滑化後のケイ素コア表面1740を示すために、SiO2層1720を除去した後のプラットフォームのブロック斜視図である。側壁の粗さ値rmsは、数倍、例えば2〜5倍減少させることができる。また、SiO2層1720を除去しないことを選択することができる。図18の導波管コアに対するクラッド層として機能することができるからである。
【０１１０】
異なる酸化剤を使用して、ケイ素と反応させ、SiO2を形成することができる。例示的な酸化剤としては、O2、H2/O2、H2O2、オゾンなどが挙げられる。適した酸化剤は当業者により容易に決定される。酸化温度および時間は、選択した酸化剤に従い選択すべきである。反応速度が使用した酸化剤の特定の種類に依存するからである。
【０１１１】
本発明の方法を使用して他の形状、例えばリッジ導波管の導波管コア表面を平滑化することができる。コアが表面の粗さを生じさせるパターニングプロセスにより規定される任意のAOI導波管は、この技術により平滑化することができる。
【０１１２】
導波管側壁の酸化平滑化を証明するために実験を実施した。酸化平滑化によりSi/SiO2導波管を作製するために、1μmの厚さのSiO2上に0.2μmの厚さの最上Si層を有するウルトラボンドSi・オン・インシュレータウエハを使用した。ウエハをフォトリソグラフィおよび反応イオンエッチング(RIE)によりパターニングすると、図17に示されるストリップ導波管が得られる。フォトリソグラフィでは、436nmで放射するG-線UVランプを備えた10Xステッパーを使用した。RIEでは、SF6ガスを使用し、露出したSiをエッチした。0.5〜8μmの幅の直線導波管を作製した。その後、導波管を、H2OおよびO2を用い1000℃で43分間、湿式酸化工程にかけた。酸化工程後、最小導波管の寸法は、幅約0.5μm、高さ0.05μmであった。作製工程を図17〜19に示した。これらの図では、得られたSiO2層が除去され、原子間力顕微鏡(AFM)分析のためのコア/クラッド界面が露呈している。伝送損失を決定するために、1μmの厚さのSiO膜のブランケット層を、プラズマ増強化学蒸着により導波管上に上部クラッドとして堆積した。
【０１１３】
酸化平滑化により作製した導波管の側壁をAFMにより観察した。垂直粗さは従来の方法により作製された導波管のものとははっきり異なり、10nmのrms粗さおよび50nmの自己相関長を有する。対照的に、酸化平滑化したサンプルのrms側壁粗さ値は、同じ自己相関長に対し2nmであった。酸化反応により、導波管のパターニングプロセス(フォトリソグラフィおよびRIE)中に現れた粗さを平滑化される。粗いSi表面の凸点が凹点よりも速く反応するからである。不均一な反応速度により平滑なSi表面が得られ、これは表面エネルギーがより低い状態である。
【０１１４】
実験中、導波管の厚さはSiO2を形成するためにケイ素が消費されることにより減少した。厚さが減少すると、コアの実効屈折率が減少することになり、このため、コアとクラッドの間の実効屈折率差が減少することになる。コアとクラッドの間の実効屈折率差が減少すると散乱損失がさらに減少することになる。散乱損失はコアとクラッドの間の実効屈折率差の強い関数であるからである。
【０１１５】
すでに作製された導波管コアを化学ウエットエッチにさらすと、コア／クラッド界面が平滑化し、粗さも減少し、このため伝送損失が減少する。異方性および当方性エッチャントの両方を使用することができる。異方性エッチャントを使用して単結晶コア材料を平滑化する場合、コア表面のいくらかまたは全てを結晶面とすることができ、原子的に平滑な表面が得られる。単結晶ケイ素コアに対する異方性エッチャントの例はKOH(水酸化カリウム)およびTMAH(テトラメチルアミンヒドロキシド)である。異方性エッチャントを使用する場合、エッチングプロセスによりコア表面上の粗さが減少し、粗い表面のエネルギーが最小に抑えられる。異方性エッチングによりSi/SiO2導波管を作製するために、1μmの厚さのSiO2層上に存在するSOIウエハの0.34μmの厚さの(100)Si層をパターニングし、0.2μmの厚さのSiコア層の上面に3μmのSiO層を提供した。図20について説明すると、最上SiO2層をその後、フォトリソグラフィおよびRIEによりパターニングし、<100>方向にある導波管のコアに対するハードマスクを作製した。その後、サンプルをNHOH(TMAH)の25wt%の水溶液に80℃で1分間、浸漬させた。これは、導波管でない領域からSiを完全にエッチして除去するのに十分であった。金属イオンを用いない相補型金属酸化物半導体(CMOS)処理との適合性のため、TMAHを異方性エッチャントとして使用した。酸化物ハードマスクをその後除去した。1μmの厚さのSiO2膜のブランケット層をプラズマ増強化学蒸着により導波管上に上部クラッド層として堆積させた。
【０１１６】
異方的に平滑化した導波管のAFM画像は、結晶配向に依存する異方性エッチング比のために、TMAHによるエッチングプロセス中に現れた{111}-型原子面を示した。{111}面は、最も低いエネルギー表面を有するので最も遅いエッチング面である。導波管は<110>方向に沿って(100)Si表面上で整合させるので、{111}表面は導波管側壁上に現れ、マスクが導波管上面に存在する。{111}表面は(100)Siウエハの劈開面と一致する。この劈開面は(100)Si表面と54.7°の角度をなし、この角度は側壁と最上面との角度である。AFM画像分析により、異方性エッチサンプルに対するrms値は約2nmであることが示される。
【０１１７】
酸化平滑化および異方性エッチングサンプルの両方に対し、伝送損失を決定した。λ=1.54nmでの伝送損失をカットバック、散乱光のIR捕獲およびファブリー・ペロー共振法を用いて測定した。酸化平滑化したシングルモード導波管は0.8dB/cm未満の散乱損失を示し、酸化平滑化をしていない、30dB/cmを超える損失を示す同等のサイズの導波管と比較すると非常に好都合である。異方的にエッチしたサンプルは同様に低い損失を示した。散乱損失は、導波管の幅が従来通りに処理した導波管では、側壁の粗さ散乱が増大するため、減少するので、急激に増加する。そのような影響は、酸化平滑化導波管では効果的に抑制された。酸化平滑化および異方性エッチ側壁に対するrms粗さ値は、従来通りに作製された導波管のわずか5分の1にすぎなかった。
【０１１８】
本発明の例示的な態様について、すでに作製されたSi/SiO2導波管コアを酸化反応にさらし、コア/クラッド界面の粗さを減少させることにより、およびコア/クラッド界面のウエット化学エッチングにより、説明してきたが、すでに作製されたSi/SiO2導波管コアを水素ガスを含むガス状雰囲気中、高温でアニーリングすると、コア/クラッド界面が平滑化されること、粗さが減少でき、このため損失が減少することは認識されるであろう。ケイ素コア材料は、粗いコア表面のエネルギーを最小化する傾向がある散乱プロセスを受け、粗いコア/クラッド界面が平滑化される。アニーリングは高温、例えば約100℃で実施される。
【０１１９】
前後、左右、上部および下部、上下、ならびに水平および垂直への言及はいずれも、特に記載がなければ、説明の都合上であり、本発明またはその構成要素を、任意の1つの位置または空間配向に制限しようとするものではない。添付の図面内の構成様子の寸法はすべて、本発明の範囲から逸脱せずに、可能な設計およびある態様の使用目的により変動させることができる。
【０１２０】
本発明について、そのいくつかの態様を参照して説明してきたが、当業者であれば、クレームした発明の精神および範囲から逸脱せずに様々な変更が可能であることは、認識されるであろう。したがって、本発明は、図面に示され、明細書で記述されているものに特に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【０１２１】
【図１】従来の平面誘電性導波管の斜視図である。
【図２】本発明の1つの態様による光学チップのブロック図である。
【図３】図2の光学チップの一部の拡大断面図である。
【図４】本発明の第2の態様による2つの光学チップのブロック図である。
【図５】本発明の1つの態様による図4の光学チップの一部の拡大断面図である。
【図６】本発明の1つの観点によるモード変換器の例示的な態様の概略平面図である。
【図７】図6のモード変換器の側面図である。
【図８】埋め込み部分112における図6および7のモード変換器の断面図である。
【図９】図6および7の左側の低屈折率差コアにおけるモード変換器の断面図である。
【図１０】図6および7の右側の高屈折率差コアにおけるモード変換器の断面図である。
【図１１】(A)図6および7のモード変換器の断面図であり、(B〜I)図11Aの線5-5についての例示的な屈折率プロファイルのグラフである。
【図１２】テーパ端が光学的に接触しているが、物理的には接触していない例示的なモード変換器の概略平面図である。
【図１３】本発明の1つの観点による、グレーデッドインデックス平面導波管の例示的な態様の断面図である。
【図１４】図13の断面に沿った例示的な屈折率プロファイルのグラフである。
【図１５】薄膜蒸着技術を用いた、図13のグレーデッドインデックス導波管に対する製造工程図である。
【図１６】導波管が形成される初期SOIプラットフォーム100の斜視ブロック図である。
【図１７】典型的なパターニングプロセス後の導波管コアを含む図16のプラットフォームの斜視ブロック図である。
【図１８】コアの表面が酸化剤と反応し、SiO2のコーティング層が形成された後の図17のプラットフォームの斜視ブロック図である。
【図１９】SiO2層の除去に続き、スムージング後、ケイ素コア表面が現れた、図18のプラットフォームの斜視ブロック図である。
【図２０】異方性エッチング導波管の製造工程を示す斜視ブロック図であり、基板は(100)Siであり、SiO2マスクが〈110〉方向に整合され、得られたSiコアが側壁に{111}-型表面を示している。
【図２１】本発明の1つの観点による、3つのモードカプラーを備えた、第２のモード変換器の例示的な態様の概略図の斜視図である。
【図２２】図21のモードカプラーの1つの平面図である。
【図２３】線A-Aについての図21のモードカプラーの1つの側断面図である。
【図２４】線B-Bについての図21のモードカプラーの1つの前断面図である。
【図２５】図21のモード変換器の平面図である。
【図２６】図21のモードカプラーの1つの変形物の平面図である。
【図２７】(A〜E)図21のモード変換器の1つの作製法を示す図である。
【図１】
2005538426.tif 000003
【図２】
2005538426.tif 000004
【図３】
2005538426.tif 000005
【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】
2005538426.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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2005538426.tif 000013
2005538426.tif 000014
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
2005538426.tif 000029
【図２７】
2005538426.tif 000030
【手続補正書】
【提出日】平成17年4月26日(2005.4.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２１】
2005538426.tif 000031
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２２】
2005538426.tif 000032
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２３】
2005538426.tif 000033
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２４】
2005538426.tif 000034
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２５】
2005538426.tif 000035
【手続補正６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２６】
2005538426.tif 000036
【手続補正７】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２７Ａ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２７Ａ】
2005538426.tif 000037
【手続補正８】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２７Ｂ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２７Ｂ】
2005538426.tif 000038
【手続補正９】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２７Ｃ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２７Ｃ】
2005538426.tif 000039
【手続補正１０】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２７Ｄ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２７Ｄ】
2005538426.tif 000040
【手続補正１１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２７Ｅ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２７Ｅ】
2005538426.tif 000041
【国際調査報告】
2005538426.tif 000042
2005538426.tif 000043