(57)【要約】      （修正有）【課題】製造中の困難性を低減し、製造に関連する経費を削減し、加えて光カプラの受光角を増加させるような、ステップ構造を有する、光ビームを導波路に結合するための光カプラを提供する。【解決手段】光カプラ１０４は、製造中の困難性を低減し、製造に関連する経費を削減し、加えて光カプラの受光角を増加させるように、ステップ構造を含む。導波路は、ガイド領域内のエバネッセント出結合による損失を低減するように、結合領域に対してクラッド１０８の厚さを増加させることができるガイド領域を含むことができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ビームを受光し、ガイド中に前記光ビームの低減されたエバネッセント結合を有する光ビームをガイドするための平面導波路であって、
前記導波路の長さに沿って前記光ビームをガイドする導波路コアと、第１および第２の光クラッドと、
ガイド領域とは別個の第１の結合領域を有する光カプラであって、前記光カプラは、前記第１の結合領域と前記ガイド領域との間に少なくとも１つの段階的な厚さの減少を含み、前記第１の光クラッドは、前記第１の結合領域と前記ガイド領域との間に少なくとも１つの対応する段階的な厚さの増加を含み、前記光カプラの前記第１の結合領域は、前記導波路コアへ光を入結合するように構成されている、光カプラと、を備える、平面導波路。
【請求項２】
前記光カプラの前記第１の結合領域は、近接場指数関数プロファイルと重なる近接場プロファイルを有する前記光ビームの部分を入結合するように構成されている、請求項１に記載の平面導波路。
【請求項３】
前記光カプラは、前記第１の結合領域と前記ガイド領域との間に一連の変化する段階的な厚さの減少を含み、前記第１の光クラッドは、前記第１の結合領域と前記ガイド領域との間に対応する変化する段階的な厚さの増加を含む、請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の平面導波路。
【請求項４】
光ビームの指定された部分を入結合することを提供する、前記導波路コアと前記光カプラとの間の距離を画定する少なくとも１つのスペーサを備え、
前記第１の光クラッドは、液晶材料を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の平面導波路。
【請求項５】
前記光カプラは、前記ガイド領域とは別個の第２の結合領域と、前記第２の結合領域と前記ガイド領域との間に段階的な厚さの増加と、を含み、前記第１の光クラッドは、前記第２の結合領域における結合を増加させるために、前記第２の結合領域と前記ガイド領域との間に段階的な厚さの減少を含み、
前記光カプラの前記第２の結合領域は、前記導波路コアによってガイドされる前記光ビームの部分を横断して出結合するように構成されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の平面導波路。
【請求項６】
前記光カプラは、前記第２の結合領域と前記ガイド領域との間に一連の変化する段階的な厚さの増加を含み、前記第１の光クラッドは、前記第２の結合領域と前記ガイド領域との間に対応する変化する段階的な厚さの減少を含む、請求項５に記載の平面導波路。
【請求項７】
前記変化する段階的な厚さの増加は、前記段階的な厚さの増加の個々の増加の変化する高さおよび幅を含み、前記変化する段階的な厚さの増加を調節して、前記導波路コアによってガイドされる前記光ビームの出結合する部分のプロファイルを改変することができる、請求項６に記載の平面導波路。
【請求項８】
自由空間光ビームを平面導波路に結合する方法であって、
光カプラおよび第１の厚さを有する第１のクラッドを介して前記平面導波路の第１の領域のコアに光を入結合することと、
前記第１のクラッドが前記第１の厚さよりも大きい第２の厚さを有する前記平面導波路の第２の領域を通して前記入結合された光をガイドすることと、を含み、前記第１の厚さと前記第２の厚さとの間の少なくとも１つのステップが、前記平面導波路の前記第１の領域と第２の領域との間の前記第１のクラッド内に位置する、方法。
【請求項９】
前記平面導波路のコアと前記導波路の前記第１の領域の光カプラとの間に指定された距離を機械的に画定するためのスペーサを提供すること、を含み、前記第１のクラッドは液晶材料を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記導波路の前記第１の領域と前記導波路の前記第２の領域との間に一連の段階的な厚さの減少を含むステップ構造を有する光カプラを提供することと、前記導波路の前記第１の領域と前記導波路の前記第２の領域との間に一連の段階的な厚さの増加を含む対応するステップ構造を有する第１の光クラッドを提供することと、を含む、請求項８または請求項９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
平面導波路を製作する方法であって、
光学的に透明な基板を提供することと、
第１の結合領域とガイド領域との間に少なくとも１つの段階的な厚さの減少を形成するように前記光学的に透明な基板の一部をエッチングすることと、
前記光学的に透明な基板の表面上の前記第１の結合領域と前記ガイド領域との間に少なくとも１つの対応する段階的な厚さの増加を有する第１の光クラッドを堆積させることと、
前記第１の光クラッドの表面上に積み重ねられたコア材料を堆積させることと、
前記コア材料の表面上に積み重ねられた第２の光クラッドを堆積させることと、を含む、方法。
【請求項１２】
前記平面導波路のコアと前記第１の結合領域内の前記光カプラとの間の指定された距離を画定するための少なくとも１つのスペーサを提供することと、前記少なくとも１つのスペーサに隣接して液晶材料を提供することと、を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
第１の結合領域と前記ガイド領域との間に一連の変化する段階的な厚さの減少を形成するように前記光学的に透明な基板の一部をエッチングすることと、前記第１の結合領域と前記ガイド領域との間に一連の段階的な厚さの増加を有する第１の光クラッドを堆積させることと、を含む、請求項１１または請求項１２のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、光ビームを平面導波路に結合するためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ある光カプラは、自由空間光ビームを導波路に結合することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
あるシステムでは、滑らかに先細にされた光カプラを使用して、自由空間光ビームを導波路に結合することができる。滑らかに先細にされた光カプラは、製造するのに困難かつ／または高価であり得る。加えて、滑らかに先細にされた光カプラは、光カプラの受光角を制限することがある。本発明者らは、とりわけ、製造中の困難性を低減し、製造に関連する経費を削減し、加えて光カプラの受光角を増加させるような、ステップ構造を有する光カプラの必要性を認識した。本開示のさらなる特徴は、添付の特許請求の範囲において提供され、これらの特徴は、本明細書の他の箇所で他に明示的に示されていない限り、任意の順列または組み合わせで互いに任意選択的に組み合わされてもよい。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一態様では、本開示は、光ビームを受光し、ガイド中に光ビームの低減されたエバネッセント結合を有する光ビームをガイドするための平面導波路を特徴とすることができる。平面導波路は、導波路の長さに沿って光ビームをガイドするような、導波路コアと、第１および第２の光クラッドとを含むことができる。平面導波路はまた、ガイド領域とは別個の第１の結合領域を有する光カプラを含むことができ、光カプラは、第１の結合領域とガイド領域との間に少なくとも１つの段階的な厚さの減少を含み、第１の光クラッドは、第１の結合領域とガイド領域との間に少なくとも１つの対応する段階的な厚さの増加を含み、そうしてガイド領域におけるエバネッセント結合を低減し、光カプラの第１の結合領域は、導波路コア内に光を入結合することができる。光カプラの第１の結合領域は、近接場指数関数プロファイルと重なる近接場プロファイルを有する光ビームの部分を入結合することができる。光カプラは、第１の結合領域とガイド領域との間に一連の段階的な厚さの減少を含むことができ、第１の光クラッドは、第１の結合領域とガイド領域との間に対応する段階的な厚さの増加を含むことができ、光カプラは、近接場指数関数プロファイルと重なる近接場プロファイルを有する光ビームの部分を結合するように構成することができる。光カプラは、第１の結合領域とガイド領域との間に一連の変化する段階的な厚さの減少を含むことができ、第１の光クラッドは、第１の結合領域とガイド領域との間に対応する変化する段階的な厚さの増加を含むことができる。変化する段階的な厚さの減少は、段階的な厚さの減少の個々の増加の変化する高さおよび幅を含むことができ、光カプラは、近接場プロファイルの大部分が近接場指数関数プロファイルと重なる近接場プロファイルを有する光ビームの部分を結合するように構成することができる。平面導波路はまた、近接場指数関数プロファイルと重なる近接場プロファイルを有する光ビームの部分を導波路コアに入結合させることができる導波路コアと光カプラとの間の距離を画定するような、少なくとも１つのスペーサを含むことができ、第１の光クラッドは、液晶材料を含むことができる。平面導波路はまた、液晶材料と光カプラとの間に位置することができる固体充填材料を含むことができる。光カプラは、ガウスプロファイルを有する自由空間光ビームを少なくとも８０％の効率で結合するように構成することができる。光カプラは、ガイド領域とは別個の第２の結合領域を含むことができ、第２の結合領域とガイド領域との間で段階的な厚さ増加があり、第１の光クラッドは、第２の結合領域とガイド領域との間に段階的な厚さの減少を含むことができ、第２の結合領域の結合を増加させるように、光カプラの第２の結合領域は、導波路コアによってガイドされる光ビームの部分を横断して出結合することができる。光カプラは、第２の結合領域とガイド領域との間に一連の変化する段階的な厚さの増加を含むことができ、第１の光クラッドは、第２の結合領域とガイド領域との間に対応する変化する段階的な厚さの減少を含むことができる。変化する段階的な厚さの増加は、段階的な厚さの増加の個々の増加の変化する高さおよび幅を含むことができ、導波路コアによってガイドされる光ビームの出結合部分のプロファイルを改変するように、変化する段階的な厚さの増加を調整することができる。
【０００５】
一態様では、本開示は、自由空間光ビームを平面導波路に結合する方法を特徴とすることができる。本方法は、光カプラおよび第１の厚さを有する第１のクラッドを介して平面導波路の第１の領域のコアに光を入結合することを含むことができる。本方法はまた、第１のクラッドが第１の厚さよりも大きい第２の厚さを有する平面導波路の第２の領域を通して入結合された光をガイドすることを含むことができ、第１の厚さと第２の厚さとの間に少なくとも１つのステップが、導波路の第１の領域と第２の領域との間の第１のクラッド内に位置することができる。本方法はまた、導波路の第３の領域においてコアからの光を出結合することを含むことができ、光カプラを介して導波路の第２の領域によって導波路の第１の領域から分離することができ、第１のクラッドは第２の厚さよりも小さい第３の厚さを有することができ、第２の厚さと第３の厚さとの間のステップは、導波路の第２の領域と第３の領域との間の第１のクラッド内に位置することができる。本方法はまた、平面導波路のコアと導波路の第１の領域の光カプラとの間の距離を機械的に画定するような、かつ導波路の第１の領域でエバネッセント結合を提供するような、スペーサを提供することを含むことができ、第１のクラッドは液晶材料を含むことができる。本方法はまた、液晶材料と光カプラとの間に位置する固体充填材料を提供することを含むことができる。本方法はまた、導波路の第１の領域と導波路の第２の領域との間に一連の段階的な厚さの減少を含むことができるステップ構造を有する光カプラを提供することと、導波路の第１の領域と導波路の第２の領域との間に一連の段階的な厚さの増加を含む対応するステップ構造を有する第１の光クラッドを提供することと、を含むことができる。平面導波路のコアと導波路の第３の領域の長さとの間の距離は、導かれた光ビームの出結合部分のサイズおよびプロファイルを決定することができる。
【０００６】
一態様では、本開示は、平面導波路を製造する方法を特徴とすることができる。本方法は、光学的に透明な基板を提供することを含むことができる。本方法はまた、第１の結合領域とガイド領域との間に少なくとも１つの段階的な厚さの減少を形成するように光学的に透明な基板の一部をエッチングすることを含むことができる。本方法はまた、光学的に透明な基板の表面上の第１の結合領域とガイド領域との間に少なくとも１つの対応する段階的な厚さの増加を有することができる第１の光クラッドを堆積させることを含むことができる。本方法はまた、第１の光クラッドの表面上に積み重ねられたコア材料を堆積させることを含むことができる。本方法はまた、コア材料の表面上に積み重ねられた第２の光クラッドを堆積させることを含むことができる。本方法はまた、平面導波路のコアと第１の結合領域内の光カプラとの間の距離を決定するような、少なくとも１つのスペーサを提供することと、少なくとも１つのスペーサに隣接し得る液晶材料を提供することと、を含むことができる。本方法はまた、第１の結合領域とガイド領域との間に一連の変化する段階的な厚さの減少を形成するように光学的に透明な基板の一部をエッチングすることと、第１の結合領域とガイド領域との間に一連の段階的な厚さの増加を有する第１の光クラッドを堆積させることと、を含むことができる。
【０００７】
本開示はここで、例として、添付の図面を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】平面光導波路の一例を図示する図である。
【図２Ａ】導波路における結合効率のシミュレーション結果の一例を図示する図である。
【図２Ｂ】導波路における結合効率のシミュレーション結果の一例を図示する図である。
【図３Ａ】導波路における結合効率のシミュレーション結果の一例を図示する図である。
【図３Ｂ】導波路における近接場パワー密度プロファイルの例を図示する図である。
【図４】出結合光ビームの遠方場パワー密度の一例を図示する図である。
【図５Ａ】入結合領域の例を図示する図である。
【図５Ｂ】入結合領域の例を図示する図である。
【図６】導波路における近接場パワー密度プロファイルの例を図示する図である。
【図７】平面光導波路の一例を図示する図である。
【図８】平面光導波路の製造方法を説明する図である。
【図９】平面光導波路を使用する方法を説明する図である。
【図１０】平面光導波路の一例を図示する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
光カプラは、光ビームを導波路に結合することができる。特定の光カプラは、光ビームを導波路に結合することができる滑らかに先細にされた領域を含むことができる。しかしながら、滑らかに先細にされた領域は、製造するのに困難かつ／または高価であり得る。以下で説明するのは、製造中の困難性を低減し、製造に関連する経費を削減し、加えて光カプラの受光角を増加させるように、ステップ構造を有する光カプラである。
【００１０】
図１は、平面光導波路１００の一例を図示する。光導波路１００は、光カプラ１０４、第１の光クラッド１０８、導波路コア１１２、および第２の光クラッド１１６を含むことができる。光カプラ１０４、第１の光クラッド１０８、導波路コア１１２、および第２の光クラッド１１６は、図１に図示するようにスタックを形成することができる。平面光導波路１００は、入結合領域１２０、ガイド領域１２４、および出結合領域１２８を含むことができる。入結合領域１２０において、光カプラ１０４から導波路コア１１２への光ビームのエバネッセント結合を容易にするように、第１の光クラッド１０８（Ｄ１）の厚さを選択することができる。エバネッセント結合強度は、式（１）
【数１】
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によって表すことができ、ここで、ｈは、エバネッセント結合強度を表すことができ、ｋは、波数を表すことができ、Ｓは、光がトンネル通過している領域の幅を表すことができ、βは、光ビームの有効屈折率を表すことができ、ｎｇａｐは、光がトンネル通過している領域の有効屈折率を表すことができる。光ビームは、導波路コア１１２からの距離の関数として指数関数的に減衰するエバネッセントテールを含むことができる。エバネッセント結合は、光ビームのエバネッセントテールが光カプラ１０４に浸透するときに起こり得る。導波路コア１１２から光カプラ１０４への光ビームのエバネッセント結合は、光ビームのエバネッセントテールが光カプラ１０４にさらに浸透するにつれて増加し得る。第１の光クラッド１０８の厚さは、導波路１１２と光カプラ１０４との間のエバネッセント結合の量を調整するために使用することができる。例えば、第１の光クラッド１０８の厚さを増加させることにより、導波路コア１１２と光カプラ１０４との間のエバネッセント結合を低減することができ、第１の光クラッド１０８の厚さを減少させることにより、導波路コア１１２と光カプラ１０４との間のエバネッセント結合を増加させることができる。光カプラは、光カプラ１０４と第１の光クラッド１０８との間の界面に光ビームを提供するような切り子面１０５を含むことができる。切り子面の角度θｐは、光カプラ１０４と第１の光クラッド１０８との間の界面によって決定される臨界角を超える入射角（例えば、臨界角を超えて０．１度から１０度の間）を有する光ビームを提供するように選択することができる。光ビームの入射角は、光ビームのエバネッセントテールの減衰長を決定することができる。一例では、光カプラ１０４は、切り子面１０５の代わりに回折格子を含むことができ、回折格子は、光カプラ１０４と第１の光クラッド１０８との間の界面によって決定される臨界角を超える入射角（例えば、臨界角を超えて０．１度から１０度の間）で、光カプラ１０４と第１の光クラッド１０８との間の界面に光ビームを提供することができる。ガイド領域１２４において、導波路コア１１２から光カプラ１０４への光ビームのエバネッセント結合を低減または防止するように、第１の光クラッド１０８の厚さ（Ｄ２）を選択することができる。第１の光クラッド１０８の厚さ（Ｄ２）は、ガイド領域１２４の損失を１ｄＢ／ｃｍ未満に制限するように選択することができる。一例では、ガイド領域１２４内の第１の光クラッド１０８の厚さは、２μｍ〜１０μｍの範囲であり得る。入結合領域１２０とガイド領域１２４との間の第１の光クラッド１０８の厚さの変化は、ステップ状構造１３２を含むことができる。ステップ状構造１３２の傾斜は、少なくとも１００対１であり得る。出結合領域１２８において、導波路コア１１２から光カプラ１０４への光ビームのエバネッセント結合を容易にするように、第１の光クラッド１０８の厚さ（Ｄ３）を選択することができる。出結合領域１２８とガイド領域１２４との間の第１の光クラッド１０８の厚さの変化は、ステップ状構造１３６を含むことができる。ステップ状構造１３６の傾斜は、少なくとも１００対１であり得る。第１の光クラッド１０８は、図１に���示するように、導波路コア１１２に隣接することができ、かつ導波路コア１１２の上に位置することができる。第２の光クラッドは、図１に図示するように、導波路コア１１２に隣接することができ、かつ導波路コア１１２の下に位置することができる。光カプラ１０４は、第１の光クラッド１０８に隣接することができ、かつ第１の光クラッド１０８の上に位置することができる。光カプラ１０４は、シリコン材料を含むことができる。第１の光クラッド１０８は、ガラス材料、結晶材料、またはプラスチック材料を含むことができる。第２の光クラッド１１６は、ガラス材料、結晶材料、プラスチック材料、または液晶材料を含むことができる。動作中、自由空間光ビーム１２４を光カプラ１０４の切り子面１０５に入射させることができる。自由空間光ビーム１２４は、ブルースター角近くの角度で切り子面１０５に入射させることができる。光ビームはその後、光カプラ１０４を通って、結合領域１２０とガイド領域１２４との間の境界付近の光カプラの部分に進行することができる。近接場指数関数プロファイルとの重なりを有する光ビームの部分はその後、導波路コア１１２に結合することができる。近接場という用語は、界面の１レイリー長（ＺＲ）内の領域を指すことができ、ここでレイリー長は、式（２）
【数２】
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によって記述することができ、ここで、ｎは、屈折率を表すことができ、ｗ０は、ビームウエストを表すことができ、λは、光の波長を表すことができる。光ビーム１２４の結合された部分はその後、ガイド領域１２４を通ってガイドすることができる。ガイド領域１２４と出結合領域１２８との間の境界の近くで、自由空間光ビームの部分を導波路コアから光カプラ１０４に出結合することができる。光カプラ１０４を通過した後、光ビームの出結合部分は、切り子面１０６で光カプラ１０４を出ることができる。
【００１１】
図２Ａは、図１に示す平面光導波路１００のような導波路における結合効率のシミュレーション結果の一例を図示する。結合効率は、第１の光クラッド１０８の厚さによって変化し得る。本例では、第１の光クラッドの厚さは、約０．５μｍから約１．２μｍの範囲で変化させることができる。図２に図示する例では、結合効率は、約８０％の極大値を有することができ、第１の光クラッドの厚さは、約０．８μｍとすることができる。一例では、光カプラ１０４の屈折率は、第１の光クラッド１０８の屈折率より大きくすることができ、導波路コア１０８の屈折率は、第１の光クラッド１０８の屈折率よりも大きくすることができる。
【００１２】
図２Ｂは、図１に示す平面光導波路１００のような導波路における結合効率のシミュレーション結果の一例を図示する。結合効率は、光ビーム１２４の入射角によって変化し得る。結合効率は、光ビーム１２４の入射角が、第１の光クラッド１０８と導波路コア１１２との間の臨界角を超えているとき（例えば、臨界角を超えて０．１度から２０度の間）に最大にすることができる。図２Ｂに図示するように、導波路の受光角は約０．２度とすることができる。
【００１３】
図３Ａは、図１に示す平面光導波路１００のような導波路における結合効率のシミュレーション結果の一例を図示する。結合効率は、導波路の長手方向に沿った光ビーム１２４の位置で変化し得る。結合効率は、光ビームの位置が入結合領域１２０とガイド領域１２４との間の境界に近接しているときに最大にすることができる。図３Ａに図示する結合効率の半値全幅は、約５つのビームウエストに対応することができる。
【００１４】
図３Ｂは、出結合光ビームの近接場パワー密度プロファイル３０８、および入結合領域１２０とガイド領域１２４との間の界面における入結合された光ビームの近接場パワー密度プロファイル３０４の一例を図示する。出結合光ビームの近接場パワー密度プロファイル３０８は、図３Ｂに示すようなステッププロファイルと組み合わせた指数関数プロファイルを含むことができる。近接場パワー密度プロファイル３０８のステップは、ガイド領域１２４と入結合領域１２０との間の境界に対応することができる。遠方場に伝播した後、近接場パワー密度プロファイル３０８は、ローレンツプロファイルに変換することができる。入結合された光ビームの近接場パワー密度プロファイル３０４は、ガウスプロファイルを含むことができる。ガウス光ビームが、入結合領域１２０と導波路コア１２４との境界近傍に入射するとき、ガウスプロファイルを有する光ビームの最適結合効率が起こり得る。例えば、最適結合効率は、ガウス光ビームの中心が、入結合領域１２０と導波路コア１２４との境界から約１つのビームウエスト離れている状況に対応することができる。一例では、入結合領域１２０とガイド領域１２４との間の界面において、出結合光ビームの近接場パワー密度プロファイル３０８と入結合された光ビームの近接場パワー密度プロファイル３０４との間の重なりが最大になるとき、最適結合効率が起こり得る。近接場パワー密度プロファイル間の重なりは、式（３）のように表すことができる。
【数３】
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ここで、ηは、図２Ａに示す入結合効率と同じように、入結合効率を表すことができ、Ωは、界面に沿って出結合ビーム内の電界分布を表すことができ、位相情報は維持され、Ｖｉｎは、入射光ビームの界面に沿った電界分布を表すことができ、位相情報は再び維持される。ブラケット（＜｜＞）は、重なり積分を表すことができる。
【００１５】
図４は、図１に示された出結合領域１２８から外に出ることができるような出結合光ビームの遠方場パワー密度の一例を示す。遠方場パワー密度はローレンツプロファイルを含むことができる。一例では、遠方場ローレンツプロファイルは、近接場指数関数プロファイルに対応することができる。
【００１６】
図５Ａは、図１に示した入結合領域１２０のような入結合領域の一例を図示する。図５Ａにおいて、ステップ状構造１３２は、高さｈ１を有する第１のテラス１４０、および高さｈ２を有する第２のテラス１４２を含むことができる。テラスの高さは、図１に示す単一ステップのような単一ステップを有するステップ状構造よりもガウスプロファイルとの重なりが大きい近接場パワー密度プロファイルを提供するように選択することができる。一例では、各テラスの高さは、式（４）
【数４】
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で決定することができ、ここで、ｍは、回折次数を表し、λは、光ビーム１２４の光の波長を表し、ｎｏｐｔｉｃａｌ  ｃｏｕｐｌｅｒは、光カプラ１０４の屈折率を表し、およびｎｅｆｆは、平面光導波路１００の下のコアにガイドされる光ビームの有効屈折率を表すことができる。一例では、各テラスの高さは、フレネル型素子を形成するように、光の波長よりも小さくなるように選択することができる。例えば、フレネルレジームで動作するために、各テラスの高さは、１．５μｍの動作波長で１０ｎｍ〜４００ｎｍの範囲内であることができる。フレネルレジームでは、各テラスは異なる高さを有することができる（例えば、テラスの高さは、テラスからテラスまで４００ｎｍまで変化することができる）。図５Ａに示す例では、出結合する光ビームの近接場パワー密度プロファイルは、図６に示すように、一連の指数関数領域を含むことができる。一例では、単一のテラスの結合効率は約８０％であり得、２つのテラスの結合効率は約９０％であり得る。一例では、各テラスの高さは、滑らかで先細にされたプロファイルを、それぞれが光ビームの波長よりも小さい高さを有する一連のテラス（例えば、テラスは、２０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲の高さを有することができる）と近似させることによって決定することができる。
【００１７】
図５Ｂは、図１に示した入結合領域１２０のような入結合領域の一例を図示する。図５Ｂにおいて、ステップ状構造１３２は、高さｈ１を有する第１のテラス１４０、高さｈ２を有する第２のテラス１４２、および高さｈ３を有する第３のテラス１４４を含むことができる。テラスの高さは、図５Ａに示す２つのテラスのような２つのテラスを有するステップ状構造よりもガウスプロファイルとの重なりが大きい近接場パワー密度プロファイルを提供するように選択することができる。各テラスの高さは、図５Ａに関して上述した式によって決定することができる。図５Ｂに示す例では、出結合する光ビームの近接場パワー密度プロファイルは、一連の指数関数領域を含むことができる。一例では、単一のテラスの結合効率は約８０％であり、２つのテラスの結合効率は約９０％であり、３つのテラスの結合効率は９０％よりも大きくすることができる。
【００１８】
図７は、平面光導波路７００の一例を図示する。平面光導波路７００は、光カプラ１０４、第１の光クラッド１０８、導波路コア１１２、および第２の光クラッド１１６を含むことができる。光カプラ１０４、第１の光クラッド１０８、導波路コア１１２、および第２の光クラッド１１６は、図７に図示するようにスタックを形成することができる。第１の光クラッド１０８は、液晶材料のような液体材料を含むことができる。光導波路７００は、平面光導波路７００内の液体材料の厚さを画定することができるスペーサ１０９を含むことができる。一例では、スペーサ１０９は、光カプラ１０４の一体式部分を形成することができる。例えば、柱またはスタンドオフが、光カプラ１０４から導波路コア１１２の表面まで延在することができる。光導波路７００はまた、平面光導波路７００からの液体材料の漏れを低減することができるシールを含むことができる。第１の光クラッド１０８が液体を含むことができる例では、第１の光クラッド１０８は、図７に示すように液体材料の上に位置する固体充填材料１０９を含むことができ、液体材料がコーナーまたはエッジを取り囲んでいるときに生じる可能性のある望ましくないエッジ効果を低減するようにすることができる。望ましくないエッジ効果は、整列していない液晶分子（例えば、望ましくない方向に整列した液晶分子）を含み得る。このような整列していない液晶分子は、望ましくない光ビームの散乱を引き起こす可能性がある。平面光導波路７００は、入結合領域１２０、ガイド領域１２４、および出結合領域１２８を含むことができる。入結合領域１２０において、第１の光クラッド１０８（Ｄ１）の厚さは、スペーサ１０９の幅によって決定することができる。一例では、スペーサ１０９は、ガラスビーズまたはガラス球を含むことができる。スペーサの幅は、光カプラ１０４から導波路コア１１２への光ビームのエバネッセント結合を容易にするように選択することができる。光カプラは、光カプラ１０４と第１の光クラッド１０８との間の界面に光ビームを提供するような切り子面１０５を含むことができる。切り子面の角度θｐは、光カプラ１０４と第１の光クラッド１０８との間の界面によって決定される臨界角を超える入射角（例えば、臨界角を超えて０．１度から１０度の間）を有する光ビームを提供するように選択することができる。一例では、光カプラ１０４は、切り子面１０５の代わりに回折格子を含むことができ、回折格子は、光カプラ１０４と第１の光クラッド１０８との間の界面によって決定される臨界角を超える入射角（例えば、臨界角を超えて０．１度から１０度の間）で、光カプラ１０４と第１の光クラッド１０８との間の界面に光ビームを提供することができる。ガイド領域１２４において、導波路コア１１２から光カプラ１０４への光ビームのエバネッセント結合を低減または防止するように、第１の光クラッド１０８の厚さ（Ｄ２）を選択することができる。入結合領域１２０とガイド領域１２４との間の第１の光クラッド１０８の厚さの変化は、ステップ状構造１３２を含むことができる。出結合領域１２８において、導波路コア１１２から光カプラ１０４への光ビームのエバネッセント結合を容易にするように、第１の光���ラッド１０８の厚さ（Ｄ３）を選択することができる。出結合領域１２８とガイド領域１２４との間の第１の光クラッド１０８の厚さの変化は、ステップ状構造１３６を含むことができる。
【００１９】
動作中、自由空間光ビーム１２４を光カプラ１０４の切り子面１０５に入射させることができる。自由空間光ビーム１２４は、ブルースター角近くの角度で切り子面１０５に入射させることができる。光ビームはその後、光カプラ１０４を通って、結合領域１２０とガイド領域１２４との間の境界付近の光カプラの部分に進行することができる。近接場指数関数プロファイルとの重なりを有する光ビームの部分はその後、導波路コア１１２に結合することができる。光ビーム１２４の結合された部分はその後、ガイド領域１２４を通ってガイドすることができる。ガイド領域１２４と出結合領域１２８との間の境界の近くで、自由空間光ビームの部分を導波路コアから光カプラ１０４に出結合することができる。光カプラ１０４を通過した後、光ビームの出結合部分は、切り子面１０６で光カプラ１０４を出ることができる。第２の光クラッド１１６の下に、少なくとも１つの電極を含めることができる。第１の光クラッド１０８内の液晶材料の屈折率を変調するように、少なくとも１つの電極に電圧を印加することができる。
【００２０】
図８は、平面光導波路１００、または７００のような平面光導波路の製造方法を説明する。光学的透明基板を提供することができる（ステップ８１０）。次に、光カプラ１０４などの光カプラを提供するように、基板をエッチングすることができる（ステップ８２０）。次いで、第１の光クラッド１０８などの第１の光クラッドを提供することができる（ステップ８３０）。一例では、第１の光クラッドを光カプラ上に堆積することができる。第１の光クラッドは、光学的透明材料を含むことができる。次いで、堆積された光クラッドをエッチングして、第１の光クラッドの厚さを調整することができる。次いで、導波路コア１１２のようなコア材料を提供することができる（ステップ８４０）。一例では、導波路コアを第１の光クラッド上に堆積させることができる。導波路コアは、光学的透明材料を含むことができる。次いで、第２の光クラッド１１６などの第２の光クラッドを提供することができる（ステップ８５０）。一例では、第２の光クラッドを導波路コア上に堆積させることができる。第２の光クラッドは、光学的透明材料を含むことができる。一例では、第２の光クラッドは、基板として提供することができ、導波路コアは、第２の光クラッド上に堆積することができる。次に、図７に示すスペーサ１０９のようなスペーサを導波路コアに取り付けることができ、その後、液晶材料などの液体材料をスペーサ間の領域に提供することができる。次いで、光カプラをスペーサの頂部に積み重ねて、図７に示す導波路７００のような導波路を形成することができる。
【００２１】
図９は、自由空間光ビームを平面導波路に結合する方法を説明する。光は、光カプラおよび第１の厚さを有する第１のクラッドを介して、平面導波路の第１の領域内の導波路コアに結合することができる（ステップ９１０）。次いで、結合された光は、第１のクラッドが第１の厚さよりも大きい第２の厚さを有することができる平面導波路の第２の領域を通って導かれ、第１の厚さと第２の厚さとの間の少なくとも１つのステップが、導波路の第１の領域と第２の領域との間の第１のクラッド内に位置することができる（ステップ９２０）。次いで、光は、導波路の第３の領域において導波路コアから出結合することができ、光カプラを介して導波路の第２の領域によって導波路の第１の領域から分離することができ、第１のクラッドは第２の厚さよりも小さくなり得る第３の厚さを有することができ、第２の厚さと第３の厚さとの間のステップは、導波路の第２の領域と第３の領域との間の第１のクラッド内に位置することができる。導波路の第１の領域にエバネッセント結合を提供するように、平面導波路のコアと導波路の第１の領域内の光カプラとの間の距離を機械的に画定するスペーサを提供することができる。第１のクラッドは、液晶材料を含むことができる。固体充填材料が、液晶材料と光カプラとの間に位置することができる。導波路の第１の領域と導波路の第２の領域との間に一連の段階的な厚さの減少を含むステップ構造を含む光カプラを提供することができる。導波路の第１の領域と導波路の第２の領域との間に一連の段階的な厚さの増加を含む、対応するステップ構造を含む第１の光クラッドを提供することができる。平面導波路のコアと導波路の第３の領域の長さとの間の距離は、導かれた光ビームの出結合部分のサイズおよびプロファイルを決定することができる。
【００２２】
図１０は、第１の光クラッド１０８の幅が、導波路１０００の第１の領域１２０および第３の領域１２８において傾斜し得る平面光導波路１０００の一例を図示する。
【００２３】
本明細書に記載される非限定的な態様のそれぞれは、独自の立場を有することができ、または１つ以上の他の実施例との様々な順列もしくは組み合わせで組み合わせることができる。上記の詳細な説明は、詳細な説明の部分を形成する添付の図面の参照を含む。図面は、例示として、本発明を実施することができる特定の実施形態を示す。これらの実施形態は、本明細書では「実施例」とも称される。そのような実施例は、図示または説明されたものに加えて要素を含むことができる。しかしながら、本発明者はまた、図示または説明された要素のみが提供される実施例も想定している。さらに、本発明者はまた、特定の実施例（またはその１つ以上の態様）に関してであろうが、または本明細書に図示または説明された他の実施例（またはその１つ以上の態様）に関してであろうが、図示または説明された要素（またはその１つ以上の態様）の任意の組み合わせまたは並べ替えを使用する実施例も想定している。本書と参照により組み込まれている任意の文書との間に矛盾した使用法がある場合は、この文書の使用法が優先する。
【００２４】
本明細書では、特許文書において一般的であるように、「１つの（ａ）」または「１つの（ａｎ）」という用語は、「少なくとも１つ」または「１つ以上」の他の事例または使用法とは独立して、１つ以上を含むように使用される。本明細書では、「または（ｏｒ）」という用語は、特に明記しない限り、「ＡまたはＢ」は、「ＡでありＢでない」、「ＢでありＡでない」、および「ＡおよびＢ」を含むように、非排他的ＯＲを指すために使用される。本明細書では、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」および「そこで（ｉｎ  ｗｈｉｃｈ）」という用語は、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」および「そこで（ｗｈｅｒｅｉｎ）」というそれぞれの用語の平易な英語の同義語として使用される。また、以下の特許請求の範囲において、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」および「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、制限がない、すなわち、請求項のそのような用語の後に列挙された要素に加えて要素を含むシステム、デバイス、物品、合成物、調合物、またはプロセスが、依然としてその請求項の範囲内にあるとみなされる。さらに、以下の特許請求の範囲において、「第１の」、「第２の」、および「第３の」などの用語は単にラベルとして使用され、それらの対象に数値的な要件を課すことを意図しない。
【００２５】
本明細書に記載の方法の例は、少なくとも部分的に機械的またはコンピュータで実施することができる。いくつかの実施例は、上記の例で説明した方法を実行するように電子デバイスを構成するように動作可能な命令でコード化されたコンピュータ可読媒体または機械可読媒体を含むことができる。そのような方法の実施には、例えばマイクロコード、アセンブリ言語コード、高水準言語コード、などのコードを含めることができる。そのようなコードは、様々な方法を実行するためのコンピュータ可読命令を含むことができる。コードは、コンピュータプログラム製品の部分を形成してもよい。さらに、一例では、コードは、実行中または他のときなどに、１つ以上の揮発性、非一時的、または不揮発性の有形のコンピュータ可読媒体に明白に格納することができる。これらの有形のコンピュータ可読媒体の例には、限定はされないが、ハードディスク、リムーバブル磁気ディスク、リムーバブル光ディスク（例えば、コンパクトディスクおよびデジタルビデオディスク）、磁気カセット、メモリカードまたはスティック、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）などを含むことができる。
【００２６】
上記の説明は例示的なものであり、限定的なものではない。例えば、上記の例（またはその１つ以上の態様）は、互いに組み合わせて使用されてもよい。当業者によるなど、上記の説明をよく調べることにより、他の実施形態を使用することができる。３７Ｃ．Ｆ．Ｒ．§１．７２（ｂ）に従う要約が提供され、読者が技術的開示の性質を迅速に確認することを可能にする。請求項の範囲または意味を解釈または制限するために使用されないことを理解して提出される。また、上記の発明を実施するための形態では、開示を合理化するために様々な特徴をグループ化してもよい。これは、請求されていない開示された特徴が、いずれかの請求項に不可欠であることを意図していると解釈されるべきではない。むしろ、発明の主題は、特定の開示された実施形態のすべての特徴よりも少なくてもよい。したがって、添付の特許請求の範囲は、実施例または実施形態として発明を実施するための形態に組み込まれ、各請求項は別個の実施形態として独自の立場を有し、そのような実施形態は、様々な組み合わせまたは順列で互いに組み合わせることができると想定される。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲を参照して、そのような特許請求の範囲が権利化される等価物の全範囲とともに決定されるべきである。
【符号の説明】
【００２７】
１００    平面光導波路
１０４    光カプラ
１０８    第１の光クラッド
１１２    導波路コア
１１６    第２の光クラッド
１２０    入結合領域
１２４    ガイド領域
１２８    出結合領域
【図１】
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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４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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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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【外国語明細書】
2019040187000001.pdf