(57)【要約】  本発明は、光学波モードを変換する方法および装置を提供する。本装置は、基材、および該基材上の導波材料の第一層を包含し、該第一層は、第一屈折率、第一水平寸法、および第一垂直寸法を有する。本装置は、該第一層に隣接した導波材料の第二層も包含し、該第二層は、第二屈折率、第二水平寸法、および第二垂直寸法を有する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材と、
前記基材上にある、第一屈折率、第一水平寸法、および第一垂直寸法を有する導波材料の第一層と
前記第一層に隣接した、第二屈折率、第二水平寸法、および第二垂直寸法を有する導波材料の第二層と
を備えてなる、装置。
【請求項２】
選択された電磁モードが、前記第一層の、前記第二水平寸法、前記第一垂直寸法、前記第一屈折率、および前記第二屈折率の少なくとも一つにより概ね規定される部分の中を伝搬する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記選択された電磁モードが、選択された偏光モードである、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記選択された偏光モードが、ＴＥモードである、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記第二垂直寸法が前記第一垂直寸法より小さく、前記第二水平寸法が前記第一水平寸法より小さく、前記第二屈折率が前記第一屈折率より大きい、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記第二垂直寸法が約３５０オングストロームである、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記第一屈折率が約１．５であり、前記前記第二屈折率が約２である、請求項５に記載の装置。
【請求項８】
前記基材がＣＭＯＳチップ基材である、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記第二層の上、および前記第一層の少なくとも一部の上に上側クラッド層をさらに備えてなる、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記第二層の一部の上に活性素子をさらに含んでなり、前記選択された電磁モードの一部が前記活性素子の中を伝搬するように、前記活性素子が第三の屈折率を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記活性素子が、電気−光学的活性素子および磁気−光学的活性素子の少なくとも一方を備えてなる、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記活性素子の近くに配置された、前記活性素子に電界を供給できる複数の電極をさらに備えてなる、請求項１０に記載の装置。
【請求項１３】
基材と、
前記基材上にある、第一屈折率を有する導波材料の第一層と、
前記第一層の上にある、第二屈折率を有する導波材料の第二層と、
前記第二層の一部の上にある活性素子と
を備えてなり、前記活性素子が、前記選択された電磁モードの一部が前記活性素子の中を伝搬するように選択された第三屈折率を有する、装置。
【請求項１４】
前記選択された電磁モードが、選択された偏光モードである、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記選択された偏光モードが、ＴＥモードである、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記導波材料の第一層が、第一水平寸法および第一垂直寸法を有し、前記導波材料の第二層が、第二水平寸法および第二垂直寸法を有し、前記第二垂直寸法が前記第一垂直寸法より小さく、前記第二水平寸法が前記第一水平寸法より小さい、請求項１３に記載の装置。
【請求項１７】
選択された電磁モードが、前記第一層の、前記第二水平寸法および前記第一垂直寸法により概ね規定される部分の中を伝搬するように、前記第二屈折率が前記第一屈折率よりも大きい、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記第三屈折率が、前記第一屈折率と前記第二屈折率の中間にある、請求項１３に記載の装置。
【請求項１９】
前記第三屈折率が、前記第一屈折率および前記第二屈折率より大きい、請求項１３に記載の装置。
【請求項２０】
前記活性素子が、電気−光学的活性素子および磁気−光学的活性素子の少なくとも一方を備えてなる、請求項１３に記載の装置。
【請求項２１】
前記第三屈折率が、前記活性素子に印加された電界に応答して、ある屈折率範囲内で変化し得る、請求項１３に記載の装置。
【請求項２２】
前記活性素子の近くに配置された、前記活性素子に電界を供給できる複数の電極をさらに備えてなる、請求項１３に記載の装置。
【請求項２３】
前記活性素子が２個の末端を有し、各末端が先細になっている、請求項１３に記載の装置。
【請求項２４】
前記導波材料の第一層に通信できるように連結された集積回路をさらに備えてなる、請求項１３に記載の装置。
【請求項２５】
前記集積回路が、前記複数の電極の少なくとも一個と通信できるように連結されている、請求項２４に記載の装置。
【請求項２６】
基材上に導波材料の第一層を、前記第一層が第一屈折率、第一水平寸法、および第一垂直寸法を有するように形成し、そして
前記第一層の上に導波材料の第二層を、前記第二層が第二屈折率、第二水平寸法、および第二垂直寸法を有するように形成すること
を含んでなる、方法。
【請求項２７】
前記第二層の形成が、選択された電磁モードが、前記第一層の、前記第二水平寸法および前記第一垂直寸法により概ね規定される部分の中を伝搬するように、前記第二層を形成することを含んでなる、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記第二層の形成が、前記第二垂直寸法が前記第一垂直寸法より小さく、前記第二水平寸法が前記第一水平寸法より小さく、前記第二屈折率が前記第一屈折率より大きくなるように、前記第二層を形成することを含んでなる、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記第二層の上、および前記第一層の少なくとも一部の上に上側クラッド層を形成することをさらに含んでなる、請求項２６に記載の方法。
【請求項３０】
前記第二層の一部の上に活性素子を形成することをさらに含んでなり、前記選択された電磁モードの一部が前記活性素子の中を伝搬するように、前記活性素子が第三の屈折率を有する、請求項２６に記載の方法。
【請求項３１】
前記活性素子の形成が、電気−光学的活性素子および磁気−光学的活性素子の少なくとも一方の形成を含んでなる、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記活性素子の近くに、前記活性素子に電界を供給できる複数の電極を形成することをさらに含んでなる、請求項３０に記載の方法。
【請求項３３】
基材上に、第一屈折率、第一水平寸法、および第一垂直寸法を有する導波材料の第一層を形成し、
前記第一層の上に、第二屈折率、第二水平寸法、および第二垂直寸法を有する導波材料の第二層を形成し、ここで、選択された電磁モードが、前記第一層の、前記第二水平寸法および前記第一垂直寸法により概ね規定される部分の中を伝搬するように、前記第二垂直寸法が前記第一垂直寸法より小さく、前記第二水平寸法が前記第一水平寸法より小さく、前記第二屈折率が前記第一屈折率より大きいものとし、そして
前記第二層の一部の上に活性素子を形成し、ここで、前記選択された電磁モードの一部が前記活性素子の中を伝搬するように、前記活性素子が第三の屈折率を有するものとすることを含んでなる、方法。
【請求項３４】
前記活性素子の形成が、前記第一屈折率と前記第二屈折率の中間にある前記第三屈折率を有する前記活性素子を形成することを含んでなる、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記活性素子の形成が、前記第一屈折率および前記第二屈折率より大きい前記第三屈折率を有する前記活性素子を形成することを含んでなる、請求項３３に記載の方法。
【請求項３６】
前記活性素子の形成が、電気−光学的活性素子および磁気−光学的活性素子の少なくとも一方を形成することを含んでなる、請求項３３に記載の方法。
【請求項３７】
前記活性素子の形成が、前記活性素子に印加された電界に応答して、ある屈折率範囲内で変化し得る前記第三屈折率を有する前記活性素子を形成することを含んでなる、請求項３３に記載の方法。
【請求項３８】
前記活性素子の近くに、前記活性素子に電界を供給できる複数の電極を形成することをさらに含んでなる、請求項３３に記載の方法。
【請求項３９】
光学波モードを変換するシステムであって、
光源に光学的に連結された光学波モード変換装置、ただし、前記光学波モード変換装置が、基材上にある、第一屈折率、第一水平寸法、および第一垂直寸法を有する導波材料の第一層、および 前記第一層上にある、第二屈折率、第二水平寸法、および第二垂直寸法を有する導波材料の第二層を備えてなるものと、
選択された電磁モードを受けるための、前記光学波モード変換装置に光学的に連結された光学素子と
を備えてなる、システム。
【請求項４０】
前記第一屈折率、前記第一水平寸法、前記第一垂直寸法、前記第二屈折率、前記第二水平寸法、および前記第二垂直寸法の少なくとも一つが、前記光源により供給される選択された電磁モードが、前記第一層の、前記第二水平寸法および前記第一垂直寸法により概ね規定される部分の中を伝搬するように選択される、請求項３９に記載のシステム。
【請求項４１】
前記第二垂直寸法が前記第一垂直寸法より小さく、前記第二水平寸法が前記第一水平寸法より小さく、前記第二屈折率が前記第一屈折率より大きい、請求項４０に記載のシステム。
【請求項４２】
前記光学波モード変換装置が、
前記第二層の一部の上にある活性素子、ただし、前記選択された電磁モードの一部が前記活性素子の中を伝搬するように、前記活性素子が第三の屈折率を有するものと、
前記電気−光学的活性素子の近くに配置され、前記電気−光学的活性素子に電界を供給できる複数の電極と
をさらに備えてなる、請求項４１に記載のシステム。
【請求項４３】
前記活性素子が、電気−光学的活性素子および磁気−光学的活性素子の少なくとも一方を備えてなる、請求項３９に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【発明の背景】
【０００１】
１．発明の分野
本発明は、一般的には光伝送装置に関し、より詳しくは、光導波路伝送装置における光学波モードを変換する方法および装置に関する。
【０００２】
２．関連技術の説明
フォトニクス、すなわち情報を保存、伝送および／または処理するための光の使用、は、日用品および高度技術製品の市場に急速に浸透している。例えば、光学は、多くの都市および区域内通信情報網に特に選ばれた伝送媒体である。光デバイスに対する光の供給にはレーザーが使用されることが多く、光デバイスは、導波路により、レーザーに光学的に連結することができる。導波路は、光をレーザーから光デバイスに伝送し、場合により、インピーダンス整合デバイスおよび／またはフィルターとして作用することができる。例えば、レーザー供給源、検出器、および他のマイクロ電子デバイスを、導波路技術を使用して形成された光デバイスと密に集積することに、多くの努力がなされている。
【０００３】
図１Ａ−Ｃは、図１Ｃに示すように下側緩衝層１０５、導波路素子１１０、および上側緩衝層１１５を包含する導波路１００を形成するための、従来の処理フローを概念的に例示する。様々な実施態様で、下側緩衝層１０５、導波路素子１１０、および上側緩衝層１１５は、特定の用途に好適な光学品質を有する材料を使用して形成することができる。ここで図１Ａに関して、垂直寸法Ｔｗを有する導波材料の層１２０を下側緩衝層１１０の上に堆積させる。次いで、水平寸法Ｄｐおよび垂直寸法Ｔｐを有するフォトレジストマスク１２５を導波材料の層１２０の上に形成する。水平寸法Ｄｐは、エッチング処理により形成される導波路素子１１０の所望の水平寸法Ｄｗ（図１Ｂに示す）にほぼ対応する。フォトレジストマスク１２５の垂直寸法Ｔｐは、少なくとも部分的に、エッチング処理の所望の異方性および垂直寸法Ｔｗにより決定される。
【０００４】
エッチング剤１３０を供給し、導波材料の層１２０の露出した部分を除去する。例えば、反応性イオンエッチング技術を使用し、導波材料の層１２０の露出した部分を除去することができる。エッチングが完了した後、フォトレジストマスク１２５を除去し、図１Ｂに示すように、導波路素子１１０を残す。次いで、導波路素子１１０および下側緩衝層１０５の一部の上に上側緩衝層１１５を形成することができる。例えば、上側緩衝層１１５は、導波路素子１１０および下側緩衝層１０５の上に適合するように堆積させることができる。
【０００５】
上記の導波路１００には、特にレーザーから光デバイスに光モードを伝送する時に、多くの欠点がある。エッチングされた導波路素子１１０の水平寸法Ｄｗは、少なくとも部分的に、水平寸法Ｄｐにより決定され、その水平寸法Ｄｐは少なくとも部分的に、Ｔｗに応じて、上記の垂直寸法Ｔｐにより決定される。従って、エッチング処理の異方性および／または導波路材料の層１２０の垂直寸法Ｔｗによって課せられる束縛により、エッチングされた導波路素子１１０の水平寸法Ｄｗが制限されることがある。例えば、従来のエッチングされた導波路素子１１０は、水平寸法Ｄｗが約４〜６ミクロンである。
【０００６】
その上、エッチング処理の際にフォトレジストマスク１２５が浸食されることがある。エッチング処理の持続時間は、導波材料層１２０の垂直寸法Ｔｗに概ね比例するので、エッチング処理の際に浸食されることがあるフォトレジストマスク１２５の量は、この垂直寸法Ｔｗに概ね比例する。垂直寸法Ｔｗが増加すると、フォトレジストマスク１２５の浸食が増加することがある。フォトレジストマスク１２５の浸食により、対応してフォトレジストマスク１２５のパターンを導波材料層１２０に転写できるエッチング処理の精度が低下することがある。
【０００７】
さらに、レーザー、導波路、および伝送系ファイバーのモード上のコンファインメントファクターが異なっていることがある。例えば、レーザーモードは、通常デバイスに対して水平な平面における強い直線偏光が特徴であり、レーザーの出力フェーセットにおけるレーザーモードは、高度に長円形であり、異方性発散度を有する。レーザーの出力フェーセットにおける高度に長円形のモードは、標準的な単一モードファイバーの典型的な偏光モードに変換するのが困難である。従って、レーザーを標準的な単一モードファイバーに低損失で連結させるのが困難な場合がある。従来の組み合わせた組立構造では、アナモフィックレンズを使用して発射効率を最適化する。あるいは、レーザー構造にモノリシックに一体化された光学的デバイスを使用し、レーザースポットの変換を試みている。しかし、アナモフィックレンズ、モノリシックに一体化された光学的デバイス、等を包含することによる複雑さ、およびその結果発生するコストは、製造の観点からは、非常に好ましくない。
【発明の概要】
【０００８】
本発明の一態様では、光学波モードを動的に変換する装置を提供する。本装置は、基材、および該基材上の導波材料の第一層を包含し、該第一層は、第一屈折率、第一水平寸法、および第一垂直寸法を有する。本装置は、該第一層に隣接した導波材料の第二層も包含し、該第二層は、第二屈折率、第二水平寸法、および第二垂直寸法を有する。
【０００９】
本発明の別の態様では、光学波モードを動的に変換する装置の製造方法を提供する。本方法は、基材上に導波材料の第一層を、該第一層が第一屈折率、第一水平寸法、および第一垂直寸法を有するように形成すること、および該第一層の上に導波材料の第二層を、該第二層が第二屈折率、第二水平寸法、および第二垂直寸法を有するように形成することを包含する。
【００１０】
本発明は、類似の番号が類似の部品を示す添付の図面を参照する、下記の説明により、理解することができる。
【００１１】
本発明には、様々な修正および選択できる形態が可能であるが、図面には本発明の具体的な実施態様を示し、ここで詳細に説明する。しかし、無論、この具体的な実施態様の説明は、本発明をここに開示する特定の形態に限定するものではなく、反対に、請求項に規定する本発明の精神および範囲内に入るすべての修正、等価物および代案を含む。
【具体的な実施態様の詳細な説明】
【００１２】
本発明の代表的な実施態様を以下に説明する。明瞭にするために、本明細書では、現実的な実施態様のすべての特徴を説明してはいない。無論、そのようなすべての現実的な実施態様の展開では、開発者の特別な目標を達成するために、多くの実施態様に特別な決定を行うこと、例えば実施態様毎に異なる、装置に関連する、および仕事に関連する束縛に従うこと、が必要である。その上、そのような開発努力は複雑で、時間がかかるが、当業者には本開示の有益性を保証する手順である。
【００１３】
ここで、本発明を添付の図面を参照しながら説明する。図面に示す様々な区域および構造は、非常に正確で、鮮明な配置および輪郭を有するが、当業者には明らかなように、実際には、これらの区域および構造は図面に示す程正確ではない。さらに、図面に示す様々な特徴の相対的な大きさは、製造されるデバイス上のこれらの特徴付けられるの大きさと比較して、誇張または縮小されていることがある。従って、これらの図面は、寸法通りに描かれてはいないが、本発明の代表的な例を記載および説明するために含まれる。
【００１４】
本明細書で使用する用語および句は、関連する分野における当業者によるこれらの用語および句の理解と一致した意味を有すると理解および解釈すべきである。これらの用語または句の特殊な定義、すなわちこの分野における当業者により理解される通常の、習慣的な意味とは異なった定義は、本明細書における用語または句の用法とは一致していないと理解する。用語または句に特殊な意味、すなわち当業者により理解される以外の意味、を持たせる場合、そのような特殊な定義は、その用語または句に直接的で明確に特殊な定義を与える限定的な様式で、本明細書に記載する。
【００１５】
図２Ａは、導波路デバイス２００の一実施態様を概念的に例示するが、これは、以下、細片を付けた導波路２００と呼ぶ。細片を付けた導波路２００は、基材２０５を含む。他の様々な実施態様では、基材２０５は、シリコン、シリカ、一種以上の重合体、等の材料を包含することができる。導波層２１０は基材２０５の上に配置し、細片導波路２１５は導波層２１０の上に配置する。図２Ａに示す細片を付けた導波路２００の実施態様が好ましいが、当業者には明らかなように、細片を付けた導波路２００の部品の相対的な位置は、別の実施態様では変えることができる。例えば、上記の構造は、細片導波路２１５が導波層２１０の下になるように、反転させることもできよう。
【００１６】
本発明の一実施態様では、細片導波路２１５は、導波層２１０の対応する垂直寸法よりも小さい垂直寸法を有することができる。例えば、細片導波路２１５の垂直寸法が約３５０オングストロームであり、導波層２１０の垂直寸法が約４〜６ミクロンでよい。さらに、別の実施態様では、細片導波路２１５は、導波層２１０の対応する垂直および／または水平寸法よりも小さい垂直および／または水平寸法を有することができる。例えば、細片導波路２１５の水平寸法が約４〜６ミクロンであり、導波層２１０の水平寸法が細片導波路２１５の水平寸法以上でよい。
【００１７】
細片導波路２１５は、導波層２１０の対応する屈折率より大きい屈折率を有する。一実施態様では、選択された電磁モードが、導波層２１０の、細片導波路２１５の下にある部分を実質的に伝搬するように、細片導波路２１５および導波層２１０の屈折率を選択する。他の様々な実施態様では、選択されるモードは、いずれかの所望の電磁モード、例えばＴＥＭモード、すなわち電界ベクトルが基材２０５に対して実質的に平行である電磁モード、でよい。選択された電磁モードが導波層２１０の中を実質的に伝搬するように、細片導波路２１５の、波長約１５５０ｎｍにおける屈折率を約２に選択し、導波層２１０の、波長約１５５０ｎｍにおける屈折率を約１．５に選択することができる。
【００１８】
導波層２１０の、中を選択された電磁モードが実質的に伝搬する部分２２０の境界は、細片導波路２１５の水平および垂直寸法、導波層２１０の垂直寸法、および層２１０、２１５屈折率によって概ね規定される。しかし、当業者には明らかなように、部分２２０の境界は、図２Ａに示す程精確ではないことがある。その上、部分２２０の境界は、細片導波路２１５の直下にある区域と精確に対応せず、細片導波路２１５の水平寸法および導波層２１０の垂直寸法により限定されない場合がある。そのため、選択された電磁モードの一部が、細片導波路２１５の水平寸法および導波層２１０の垂直寸法により限定された境界の外を伝搬することがある。
【００１９】
本発明の実施に必要という訳ではないが、一実施態様では、細片を付けた導波路２００は、細片導波路２１５の上に配置された活性素子２２５を含むことができる。様々な実施態様で、活性素子２２５は、電気−光学的および／または磁気−光学的に活性でよい。活性素子２２５は、液晶、重合体分散した液晶、電気−光学的重合体、等の材料を含むことができる。活性素子２２５の屈折率は、印加された電界に応答して変化することができる。例えば、液晶の屈折率は、１ミクロンあたり約１Ｖ〜１０Ｖの電界を印加すると、約１．６〜約１．８変化することができる。その上、活性素子２２５複屈折性でよい。一実施態様では、複屈折活性素子２２５の複数の屈折率が、印加された電界に応答して変化することができる。
【００２０】
一実施態様では、複数の電極２３０を活性素子２２５の近くに配置する。図２Ａでは、ほぼ平行に整列した２個の電極２３０を示すが、本発明は、そのように制限されるものではない。他の様々な実施態様では、所望の数の電極２３０を、所望の配置で、活性素子２２５の近くに配置することができる。例えば、電極２３０を別の様式で配置し、電気的に活性な、または磁気−光学的な媒体の操作における様々な様式が得られるように、様々な異なった電界配分を与えることができる。
【００２１】
選択された電磁モードの一部が活性素子２２５中を伝搬するように、活性素子２２５の一つ以上の屈折率を選択することができる。一実施態様では、活性素子２２５の屈折率を、細片導波路２１５および導波層２１０の屈折率の中間になるように選択することができる。例えば、細片導波路２１５の屈折率を約２になるように選択し、導波層２１０の屈折率を約１．５になるように選択し、活性素子２２５の屈折率を約１．６になるように選択することができる。あるいは、活性素子２２５の屈折率を、細片導波路２１５および導波層２１０の屈折率よりも大きくなるように選択することもできる。
【００２２】
図２Ｂは、細片を付けた導波路２００の、活性素子２２５を含む一実施態様の断面図を概念的に例示する。例示目的のために、図２Ｂに示す細片を付けた導波路２００断面図を、破線で示す５つの区域２３１、２３２、２３３、２３４、２３５に分割することができる。しかし、当業者には明らかなように、区域２３１、２３２、２３３、２３４、２３５は、単に例示のためであり、本発明を制限するものではない。特に、区域２３１、２３２、２３３、２３４、２３５は、本発明のどの特定の構造部品にも対応しなくてもよい。その上、図２Ｂでは、分かり易くするために、選択された電磁モードが、矢印２４１、２４２、２４３、２４４、２４５により示される経路に沿って伝搬するように示してある。しかし、当業者には明らかなように、矢印２４１、２４２、２４３、２４４、２４５により示される選択された電磁モードの一部は、細片を付けた導波路２００の他の経路中を伝搬することができる。例えば、矢印２４３により示される選択された電磁モードのエバネッセント部分は、細片導波路２１５および／または導波層２１０の中を伝搬することができる。
【００２３】
区域２３１では、矢印２４１により示される選択された電磁モードは、導波層２１０の部分２２０中を伝搬する。区域２３２では、選択された電磁モードは、矢印２４２により示されるように、導波層２１０から、細片導波路２１５を通り、活性素子２２５の中に移動することができる。例示する実施態様では、活性素子２２５の、ほぼ区域２３２中に位置する末端は先細になっており、それによって、選択された電磁モードが、導波層２１０から活性素子２２５へ滑らかに移動することができる。
【００２４】
区域２３３では、選択された電磁モードは、矢印２４３により示されるように、活性素子２２５の中を伝搬する。以下に詳細に説明するように、選択された電磁モードの特性、例えば偏光、位相輪郭、等、は、選択された電磁モードが活性素子２２５の中を伝搬する時に、変化させることができる。
【００２５】
区域２３４では、選択された電磁モードは、矢印２４４により示されるように、活性素子２２５から、細片導波路２１５を通り、導波層２１０の中に移動することができる。例示する実施態様では、活性素子２２５の、ほぼ区域２３４中に位置する末端は先細になっており、それによって、選択された電磁モードが、活性素子２２５から導波層２１０へ滑らかに移動することができる。区域２３５では、矢印２４５により示されるように、選択された電磁モードは、導波層２１０の部分２２０中を伝搬する。別の実施態様では、細片を付けた導波層２１５の幅も、モードが活性素子２２５の中または外を移動し易いような形状を有することができる。
【００２６】
図３Ａ、３Ｂ、および３Ｃは、細片を付けた導波路２００の形成に使用できる処理フローの一実施態様を概念的に例示す。図３Ａに示すように、導波層２１０は、良く知られている様々な技術のいずれかを使用して基材２０５の上に形成することができる。例示する実施態様では、導波層２１０は、水平寸法Ｄｗおよび垂直寸法Ｔｗを有する。例えば、導波層２１０の垂直寸法Ｔｗは約４〜６ミクロンでよい。他の様々な実施態様では、導波層２１０は、ドーピングした、またはドーピングしていない二酸化ケイ素、シリコン、一種以上の重合体、および他の類似の材料を含んでなることができる。
【００２７】
細片導波路層３００は、様々な公知の技術のいずれかにより、導波層２１０の上に形成する。他の様々な実施態様では、細片導波路層３００は、シリコン、窒化ケイ素、ダイヤモンドまたはダイヤモンド状炭素、一種以上の重合体、および／または他の類似の材料を含んでなることができる。細片導波路層３００は、導波層２１０の垂直寸法Ｔｗより小さい垂直寸法Ｔｓｌを有する。例えば、細片導波路層３００は約３５０オングストロームの垂直寸法Ｔｓｌを有し、導波層２１０は約４〜６ミクロンの垂直寸法を有することができる。
【００２８】
パターン形成されたフォトレジストマスク３０５を、様々な公知の技術のいずれかにより、細片導波路層３００の上に形成する。パターン形成されたフォトレジストマスク３０５は、垂直寸法Ｔｐおよび水平寸法Ｄｐを有する。本発明をそのように限定するものではないが、例示する実施態様では、垂直寸法Ｔｐは、細片導波路層３００の垂直寸法Ｔｓｌに比例する。例えば、非常に薄い細片導波路層３００を使用する実施態様では、比例して薄いパターン形成されたフォトレジストマスク３０５を使用することができる。垂直寸法Ｔｐおよび垂直寸法Ｔｓｌは、導波層２１０の垂直寸法Ｔｗより小さいので、細片導波路層３００をエッチングするのに使用するエッチング処理の持続時間は、導波層２１０をエッチングするのに使用するエッチング処理の持続時間と比較して短縮することができる。従って、エッチング処理する際のパターン形成されたフォトレジストマスク３０５の浸食を少なくすることができる。
【００２９】
例示する実施態様では、水平寸法Ｄｐは導波層２１０の水平寸法Ｄｗより小さく、パターン形成されたフォトレジストマスク３０５の垂直寸法Ｔｐより大きい。しかし、本発明は、そのように限定されるものではない。別の一実施態様では、パターン形成された水平寸法Ｄｐおよび／または縦方向長さ（図には示していない）を最小寸法に縮小し、パターン形成されたフォトレジストマスク３０５の能力および分解能によってのみ制限される周期的または非周期的パターンを形成することができる。例えば、水平寸法Ｄｐは、３５０オングストロームにほぼ等しくてもよいし、あるいは水平寸法Ｄｐは、幾つにも分割することができる。パターン形成されたフォトレジストマスク３０５の分解能は、選択する印刷技術、例えば紫外光、ｅ−線、ナノ平版印刷技術、等によって概ね制限されるが、非常に薄い層だけをエッチングする必要があるので、垂直寸法Ｔｐは、導波層２１０の垂直寸法Ｔｗより小さいために、その分解能は、導波層２１０をエッチングする時に使用するフォトレジストマスク（図には示していない）の分解能よりも低くすることができる。
【００３０】
細片導波路層３００は、パターン形成されたフォトレジストマスク３０５を使用してエッチングし、図３Ｂに示すように、細片導波路２１５を形成することができる。一実施態様では、反応性イオンエッチング技術を使用し、細片導波路層３００をエッチングすることができる。しかし、別の実施態様では、いずれかの所望のエッチング技術を使用し、細片導波路層３００をエッチングすることができる。細片導波路２１５の水平寸法Ｄｓｌは、パターン形成されたフォトレジストマスク３０５の水平寸法Ｄｍにほぼ等しい。あるいは、細片導波路２１５は、デバイス設計の要件に適切な制限精度を与えることができる様々な技術、例えばソフト平版印刷または接触印刷、により直接印刷することもできる。
【００３１】
本発明の実施に必要という訳ではないが、図３Ｃに示すように、活性素子２２５を細片導波路２１５の上に形成することができる。一実施態様では、活性素子２２５は、細片導波路２１５の一部に湿潤材料（図には示していない）を塗布し、湿潤し得るパッド（図には示していない）を限定することができる。例えば、ポリメチルジシロキサンを細片導波路２１５の一部に塗布することができる。次いで、活性素子２２５を限定された湿潤し得るパッド（図には示していない）の上に形成することができる。別の実施態様では、他のソフト平版印刷法を使用し、活性素子２２５を形成することができる。
【００３２】
上記のソフト平版印刷法を使用して形成された活性素子２２５の寸法は、活性素子２２５の形成に使用した材料の粘弾性または誘電正接、ならびに湿潤材料の特性を使用して決定することができる。その結果、活性素子２２５を使用し、選択された電磁モードの適応性のあるモード変換を行うことができる。一実施態様では、活性素子２２５の特性を使用し、選択された電磁モードの輪郭を変えることができる。例えば、選択された電磁モードの輪郭は、長円形から円形に変化させることができる。別の実施態様では、活性素子２２５の特性を使用し、選択された電磁モードの伝搬の空間的程度および平面を調節することができる。
【００３３】
上記のように、一個以上の電極２３０を、電気−光学的活性導波素子２２５の近くに形成することもできる。その上、別の一実施態様では、上側クラッド層３１０（破線で示す）を、電極２３０、活性素子２２５、細片導波路２１５、および導波層２１０の一部の上に形成することができる。上側クラッド層３１０は、シリコーン、シリコン含有重合体、一種以上の重合体、等を包含する材料で形成することができる。あるいは、ケイ酸塩ガラス、等を使用して上側クラッド層３１０を形成することもできる。例えば、重合体以外の材料で実質的に実現されるデバイス機能が優先される実施態様では、ケイ酸塩ガラス、および他の類似材料を使用し、上側クラッド層３１０を形成することができる。
【００３４】
一実施態様では、図３Ａ、３Ｂ、および３Ｃに関して上に記載したプロセスフローは、低温製法でよい。例えば、上記の製法は、約４７３°Ｋ未満の温度で行うことができる。対照的に、従来の導波路を形成するためのプロセスフローは、約１０００°Ｋを超える温度で行うことができる。従って、図３Ａ、３Ｂ、および３Ｃに関して上に記載したプロセスフローは、細片を付けた導波路２００の機能性を活性深ＣＭＯＳチップ３２０の上に直接一体化するのに有利である。
【００３５】
図４は、細片を付けた導波路２００の別の一実施態様を概念的に例示する。図４に示す細片を付けた導波路２００の別の実施態様では、導波層２１０がパターン形成され、基材２０５の垂直寸法より小さな垂直寸法を有する導波素子４００を形成している。上記のように、選択された電磁モードは、導波素子４００の区域４１０の中を実質的に伝搬する。区域４１０の境界は、導波素子４００の上にある細片導波路２１５の水平寸法および導波素子４００の垂直寸法により概ね決定される。図４には示していないが、細片を付けた導波路２００の別の実施態様は、一個以上の電極、例えば図２Ａに示す電極２３０、および細片導波路２１５上の電気−光学的に活性な素子、例えば図２Ａに示す活性素子２２５、を含むことができる。
【００３６】
図５は、細片を付けた導波路２００を使用する光学モード変換用の機構５００を概念的に例示する。光源５０５が校正５１０を、細片を付けた導波路２００に供給する。一実施態様では、光源５０５はレーザーである。光５１０は、選択された電磁モード、例えば一つ以上の軸５１５に沿って偏光される電磁モード、でよい。例えば、選択された電磁モードは、ＴＥモードでよい。光５１０は、少なくとも部分的に光源５０５により決定され得る選択された輪郭も有することができる。例えば、光５１０は、略円形の輪郭５２０を有することができる。しかし、別の実施態様では、光５１０は、長円形（これに限定しない）を包含する、所望の、どのような輪郭でも有することができる。
【００３７】
例示する実施態様では、細片を付けた導波路２００が、光５１０の選択された電磁モードの光学的モード変換を行う。透過した光５２５は、ほぼ長円形の光学的輪郭５３０を有し、軸５３５に概ね沿って偏光した、変換された電磁モードを有する。しかし、特定の光学的モード変換が本発明にとって重要なのではなく、当業者には明らかなように、細片を付けた導波路２００は、選択された電磁モードを、どのような所望の変換された電磁モードにでも光学的にモード変換することができる。他の様々な実施態様では、光学的モード変換は、選択された電磁モードの輪郭、選択された電磁モードの偏光、輪郭と偏光のあらゆる組合せ、あるいは選択された電磁モードの他のすべての、所望の特性を変化させることができる。
【００３８】
電磁モードが変換された光５２５は、光デバイス５４０に供給することができる。一実施態様では、光デバイス５４０は光ファイバーの一部である。しかし、別の実施態様では、光デバイス５４０は、導波路、リング共振器、ささやきの回廊モード物体、格子を限定するキャビティ、光結晶、および光バンド−ギャップ物体
包含するすべての所望の光学的素子でよいが、これらに限定するものではない。
【００３９】
細片を付けた導波路２００には、従来の導波路に対する、幾つかのさらなる利点がある。これらの利点としては、性能／コスト特性、例えば光路長の短縮による低光学的損失、高周波数用途に対する低誘電率、低電圧（約１Ｖ）ドライブを低光学的損失と組み合わせ、「Ｖｐｉｘ損失」数を低くする利点、広帯域機能性、低コスト製造技術の使用、信頼性の向上（複雑さが低い有機発色団の使用による）、および高密度で複雑なデバイス配置を可能にする配列能力がある。上記の利点は、一実施態様では、一つの設計原型(primitive)内で実現することができる。
【００４０】
上記のように、細片を付けた導波路２００は、低温製法を使用して形成することができるので、細片を付けた導波路２００を、伝統的な通信用途空間を越えて使用することができる。特に、上記の細片を付けた導波路２００は、現在シリコンおよびシリコン−ゲルマニウムデバイスを１０Ｇｂ／ｓで使用しているデバイス業界にとって、非常に魅力的であることを立証できる。従って、細片を付けた導波路２００の機能性を、デバイス用の基材としての活性深ＣＭＯＳチップ上に直接一体化することができる。例えば。シリコン系ＣＭＯＳデバイスを細片を付けた導波路２００と共に使用し、１０Ｇｂ／ｓイーサネット標準に非常に適しており、都市および区域内通信情報網で使用するのに有利な、低コストで高度に機能的なチップ設定が可能になる。
【００４１】
本発明は、異なってはいるが、同等の、当業者には明らかな、本明細書で開示する有益性を有する様式で変形し、実施することができるので、上記の特別な実施態様は、例として記載しただけである。さらに、請求項に規定する以外、本明細書に示す構造または設計の詳細を限定するものではない。従って、上記の特別な実施態様は、変形および修正が可能であり、そのような変形はすべて本発明の範囲および精神の中に入ると考えられる。従って、本明細書で求める保護は、請求項に規定される。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１Ａ】導波路を形成するための従来の方法を概念的に例示する。
【図１Ｂ】導波路を形成するための従来の方法を概念的に例示する。
【図１Ｃ】導波路を形成するための従来の方法を概念的に例示する。
【図２Ａ】細片を付けた導波路デバイスの一実施態様を概念的に例示する。
【図２Ｂ】図２Ａに示す細片を付けた導波路の、電気−光学的活性素子を含む一実施態様の断面図を概念的に例示する。
【図３Ａ】図２Ａに示す細片を付けた導波路の形成に使用できる処理フローの一実施態様を概念的に例示する。
【図３Ｂ】図２Ａに示す細片を付けた導波路の形成に使用できる処理フローの一実施態様を概念的に例示する。
【図３Ｃ】図２Ａに示す細片を付けた導波路の形成に使用できる処理フローの一実施態様を概念的に例示する。
【図４】図２Ａに示す細片を付けた導波路の別の実施態様を概念的に例示する。
【図５】図２Ａに示す細片を付けた導波路を使用する光波モードを変換する系を概念的に例示する。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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