(57)【要約】      （修正有）【課題】導波路入力カプラと、テーパのついた分岐導波路と、導波路入力カプラ近位端および分岐導波路近位端に物理的に接続される導波路アダプタとを含む装置を提供する。【解決手段】導波路入力カプラ２２０は、遠位端幅Ｗ１１を有する遠位端２２２、および近位端幅Ｗ１２を有する近位端２２４を含む。テーパのついた分岐導波路２３０は、遠位端幅Ｗ２１を有する遠位端２３２、および近位端幅Ｗ２２を有する近位端２３４を含み、分岐導波路遠位端幅Ｗ２１は分岐導波路近位端幅Ｗ２２より大きい。導波路入力カプラ２２０、分岐導波路２３０、および導波路アダプタ２４０は、基準横導波モードを有する入力光を高次導波モードを有する出力光に変換するよう構成される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
遠位端幅を有する遠位端と近位端幅を有する近位端とを含む導波路入力カプラと、
遠位端幅を有する遠位端と近位端幅を有する近位端とを含むテーパのついた分岐導波路とを含み、前記分岐導波路遠位端幅は前記分岐導波路近位端幅よりも大きく、さらに、
前記導波路入力カプラ近位端と前記分岐導波路近位端とに物理的に接続される導波路アダプタを含み、
前記導波路入力カプラ、前記分岐導波路、および前記導波路アダプタは、基準横導波モードを有する入力光を高次導波モードを有する出力光に変換するよう構成される、装置。
【請求項２】
前記分岐導波路は弓状の中間線を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記分岐導波路は、コサインまたはコサイン状曲線によって規定される中間線を有する、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記分岐導波路は前記分岐導波路遠位端から前記分岐導波路近位端に線形にテーパをつけられる、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記導波路入力カプラ近位端幅と前記分岐導波路近位端幅とは、各近位端が前記導波路アダプタに結合されるところにおいて、実質的に等しい、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記導波路入力カプラと前記分岐導波路とは、それらの間において、前記遠位端の各々から前記近位端の各々まで、隙間を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記導波路入力カプラと前記分岐導波路とは、それらの間において、各近位端が前記導波路アダプタに接続されるところにおいて、隙間を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記導波路入力カプラ遠位端幅は、前記導波路入力カプラ近位端が前記導波路入力アダプタに接続されるところにおける前記導波路入力カプラ近位端幅よりも、小さい、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記導波路アダプタから出力される高次横導波モード光を目標に集束させるよう構成される固浸ミラーをさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記導波路アダプタは、前記導波路入力カプラおよび前記分岐導波路から出力される高次横導波モード光を目標に向けるよう構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記導波路入力カプラ遠位端幅は前記導波路入力カプラ近端幅よりも小さく、
前記テーパのついた分岐導波路の中間線はコサインまたはコサイン状の曲線によって規定され、
前記導波路入力カプラ近位端幅は前記分岐導波路近端幅と同じである、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記導波路入力カプラ、前記分岐導波路、および前記導波路アダプタは、ＴＥ00またはＴＭ00のＴＥまたはＴＭ導波モードを有する入力光を、高次のＴＥまたはＴＭ導波モードを有する出力光に変換するよう構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
近位端幅を有する近位端を含む導波路入力カプラを含み、前記導波路入力カプラは第１の横導波モードを有する光を受けるよう構成され、さらに、
遠位端幅を有する遠位端と近位端幅を有する近位端とを含む分岐導波路を含み、前記分岐導波路遠位端幅は前記分岐導波路近位端幅よりも大きく、さらに、
前記導波路入力カプラ近位端と前記分岐導波路近位端とに動作可能に接続される導波路アダプタを含み、前記導波路入力カプラ、前記分岐導波路、および前記導波路アダプタは、前記第１の導波モードにおける光の励起を防止するよう構成される、装置。
【請求項１４】
前記導波路入力カプラ、前記分岐導波路、および前記導波路アダプタは、さらに、ある高次の導波モードにおける光の励起を可能にするよう構成される、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
光源およびプラズモニックトランスデューサをさらに含み、前記導波路アダプタは、前記高次の導波モード光を目標に向けるよう構成される、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記導波路アダプタは、前記導波路入力カプラ近位端幅と前記分岐導波路近位端幅との合計にほとんど等しいかまたはそれより大きい入力幅を有する、請求項１３に記載の装置。
【請求項１７】
前記導波路入力カプラは、さらに、遠位端幅を含む遠位端を有し、前記導波路入力カプラ遠位端幅は前記導波路入力カプラ近位端幅よりも小さい、請求項１３に記載の装置。
【請求項１８】
前記導波路入力カプラは、第１のＴＥまたはＴＭ導波モードを有する光を受けるよう構成される、請求項１３に記載の装置。
【請求項１９】
第１の横導波モードを有する光を導波路入力カプラに結合することと、
前記第１の導波モードを有する前記光を、前記導波路入力カプラと、前記導波路入力カプラから物理的に離間されたテーパのついた分岐導波路とを介して、高次導波モードを有する光に変換することと、
前記高次導波モードを有する前記光を、前記導波路入力カプラと前記テーパのついた分岐導波路とに接続される導波路アダプタから出力することとを含む、方法。
【請求項２０】
前記横導波モードはＴＥ00であり、前記高次ＴＥモードはＴＥ10である、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記横導波モードはＴＭ00であり、前記高次ＴＭモードはＴＭ10である、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記出力された高次モード光を目標に当てることをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
前記目標はプラズモニックトランスデューサである、請求項２２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
背景
熱アシスト磁気記録（ＨＡＭＲ）データ記憶媒体は、現在、従来的なハードドライブ媒体の面積データ密度を制限する超常磁性効果（たとえば磁気配向における、熱的に誘導される、ランダムな変化）に抗することができる高い磁気保磁力材料を用いる。ＨＡＭＲ装置では、磁気媒体の小さな部分または「ホットスポット」がそのキュリー温度に局所的に加熱され、それによって、媒体の磁気配向がホットスポットにおいて変更され、したがって、トランスデューサによって書込まれる。熱が除去された後、その領域はその磁気状態を維持し、それによって、データを後の検索のために信頼性を持って記憶する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００２】
概要
本開示は、たとえば、ＨＡＭＲ装置において用いることに対して好適である光伝送システムに向けられる。
【０００３】
本開示の１つの特定の実現例は、遠位端幅を有する遠位端と近位端幅を有する近位端とを含む導波路入力カプラと、遠位端幅を有する遠位端と近位端幅を有する近位端とを含むテーパのついた分岐導波路とを含み、分岐導波路遠位端幅は分岐導波路近位端幅よりも大きく、さらに、導波路入力カプラ近位端と分岐導波路近位端とに物理的に接続される導波路アダプタを含む、装置である。導波路入力カプラ、分岐導波路、および導波路アダプタは、基準横導波モードを有する入力光を高次導波モードを有する出力光に変換するよう構成される。
【０００４】
本開示の別の特定の実現例は、近位端幅を有する近位端を含む導波路入力カプラを含み、導波路入力カプラは第１の横導波モードを有する光を受けるよう構成され、さらに、遠位端幅を有する遠位端と近位端幅を有する近位端とを含む分岐導波路を含み、分岐導波路遠位端幅は分岐導波路近位端幅よりも大きく、さらに、導波路入力カプラ近位端と分岐導波路近位端とに動作可能に接続される導波路アダプタを含み、導波路入力カプラ、分岐導波路、および導波路アダプタは、第１の導波モードにおける光の励起を防止するよう構成される、装置である。
【０００５】
本開示のさらに別の特定の実現例は、第１の横導波モードを有する光を導波路入力カプラに結合することと、第１の導波モードを有する光を、導波路入力カプラと、導波路入力カプラから物理的に離間されたテーパのついた分岐導波路とを介して、高次導波モードを有する光に変換することと、高次導波モードを有する光を、導波路入力カプラとテーパのついた分岐導波路とに接続される導波路アダプタから出力することとを含む、方法である。
【０００６】
これらならびにさまざまな他の特徴および利点は、以下の詳細な説明を読むことにより明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】例示的な光伝送システムが引出されたデータ記憶装置の上面図である。
【図２】近接場トランスデューサ整列光源のための例示的な光伝送システムを示す図であり、図２Ａは線Ａ−Ａに沿った断面図であり、図２Ｂは線Ｂ−Ｂに沿った断面図であり、図２Ｃは線Ｃ−Ｃに沿った断面図であり、図２Ｄは線Ｄ−Ｄに沿った断面図であり、図２Ｅは線Ｅ−Ｅに沿った断面図である。
【図３】近接場トランスデューサ整列光源のための別の例示的な光伝送システムの概略図である。
【図４】光伝送システムからの例示的な分岐導波路の概略図である。
【図５Ａ】矩形コア導波路の概略的な二次元図である。
【図５Ｂ】図５ＡのＸ方向において見られた、導波路のための単一のスラブ構成の概略的な一次元図である。
【図５Ｃ】図５ＡのＹ方向において見られた、導波路のための単一のスラブ構成の概略的な一次元図である。
【図６】一次導波モードから高次導波モードに光を変換するための例示的な動作のフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
詳細な記載
本記載は、基準または縦導波モードにおいて与えられる光を高次の導波モードに変換する導波路構成に向けられ、この導波モードは、たとえば、電界ベクトルが常に伝搬方向に垂直（ＴＥ）であってもよく、磁界ベクトルが常に伝搬方向に垂直（ＴＭ）であってもよい。導波路構成は、第１のまたは一次導波路入力カプラおよび第２のテーパのついた分岐導波路を含み、それらは導波路アダプタにおいて繋がる。テーパのついた分岐導波路幅はモード変換（たとえばＴＥ00導波モードからＴＥ10導波モード、またはたとえばＴＭ00導波モードからＴＭ10導波モード）を制御する。加えて、導波路入力カプラにテーパをつけることによって、入力カプラは、光源からの光を結合し、一部のモード変換を打消しもする。加えて、分岐導波路の端部幅が、導波路入力カプラの端部幅と等しいか、または等しいに近い場合には、導波路アダプタにおける基本モードの励起は最小限にされ、ある実現例では防止される。
【０００９】
以下の記載では、記載の一部を形成し、例示的に少なくとも１つの具体的な実施例を示す、添付の図面を参照する。以下の記載では、さらなる具体的な実施例が与えられる。他の実施例も企図され、本発明の範囲または精神から逸脱することなくなされてもよいことが理解される。以下の詳細な記載は、したがって、限定的な意味において取られるものではない。本発明は、そのように限定されない一方で、本発明のさまざまな局面の理解が、以下に与えられる例の議論を通して得られることになる。
【００１０】
ここで用いられるとおりでは、単数形「ａ」、「an」、および「the」は、内容が明らかにそうではないと示さない限り、複数の指示物を有する実施例を包含する。本明細書および特許請求の範囲に用いられるとおりでは、「または」という語は、その内容が明らかにそうではないと示さない限り、一般的に、「および／または」を含むその意味において用いられる。
【００１１】
ここに記載される技術の実現例は、データ記憶システムの文脈において用いられてもよいが、他の適用例も、そのような技術を用いる光伝送に対して企図されてもよい。
【００１２】
図１は、破断図１０２により詳細に示される、例示的な光伝送システムを有するデータ記憶装置１００を示す。他の実現例も企図されるが、示された実現例においては、データ記憶装置１００は、書込磁極を用いてデータビットが記録され得、磁気抵抗素子を用いてデータビットが読出され得る記憶媒体１０４（たとえば磁気データ記憶ディスク）を含む。記憶媒体１０４は、回転中において、スピンドル中心またはディスクの回転軸１０５の周りを回転し、ある数の同心データトラック１１０が間に存在する内径１０６と外径１０８とを含む。記載される技術は、連続する磁気媒体、不連続トラック（ＤＴ）媒体、シングル（屋根瓦状）媒体などを含む、さまざまな記憶フォーマットとともに用いられてもよいことが理解されるべきである。
【００１３】
情報は、記憶媒体１０４上におけるデータトラックにおけるデータビット位置に書込まれおよびそこから読出されてもよい。アクチュエータアセンブリ１２０は、アクチュエータ回転軸１２２を有し、トランスデューサヘッドアセンブリ１２４をその遠位端においてサスペンション１２６を介して支持する。トランスデューサヘッドアセンブリ１２４は、ディスク回転中において、記憶媒体１０４の表面上の非常に近くを「飛行する」。アクチュエータアセンブリ１２０は、「シーク」動作中において、アクチュエータ回転軸１２２の周りを回転する。シーク動作は、読出および書込動作に対して、トランスデューサヘッドアセンブリ１２４を目標データトラック上に位置決めする。
【００１４】
熱アシスト磁気記録（ＨＡＭＲ）を用いるある実現例では、記録動作は、記憶媒体１０４上においてあるビット位置に適用される熱源によって支援される。データビット（たとえばユーザデータビット、サーボビットなど）は、記憶媒体１０４の層内に埋込まれる非常に小さな磁気粒子に記憶される。データビットは、記憶媒体上におけるトラック１１０内の磁気粒子に記録される。
【００１５】
一般に、ＨＡＭＲ技術は、非常に高い磁気非等方性を有する（記憶媒体１０４などのような）記憶媒体を用い、それは、記憶媒体１０４における小さな磁気粒子の磁化の熱的安定性に貢献する。記憶媒体１０４を記録プロセス中において一時的に加熱することによって、磁気粒子の磁気保磁力は、個のデータビットに実質的に対応する記憶媒体１０４の密に集束された領域において、印加される書込磁界より下に選択的に下げられ得る。加熱された領域は、次いで、印加された書込磁界の存在下で急速に冷却され、それは、加熱された領域における記録されたデータを、印加された書込磁界の極性に基づいてエンコードする。冷却後、磁気保磁力は実質的にその加熱前のレベルに戻り、それによって、そのビットに対する磁化を安定化させる。この書込プロセスは、記憶媒体１０４上において複数のデータビットに対して繰返され、そのようなデータビットは磁気抵抗読取ヘッドを用いて読取られ得る。
【００１６】
図１における破断面図１０２は、トランスデューサヘッドアセンブリ１２４の斜視図を示し、その主面は、アセンブリ１２４のダウントラック側または後縁側である。トランスデューサヘッドアセンブリ１２４は、アクチュエータアセンブリ１２０のアームから延在するサスペンション１２６によって支持される。破断図１０２に示される実現例においては、トランスデューサヘッドアセンブリ１２４は、特に、スライダ１２８、光源１３０（たとえばレーザ）、導波路構成１３２、および近接場トランスデューサ（ＮＦＴ）などのようなプラズモニックトランスデューサ１３４を含む。スライダ１２８の空気軸受面（ＡＢＳ）１３６は、記憶媒体１０４が回転する中、媒体１０４の表面を横切って「飛行」し、記憶媒体１０４の表面における磁気粒子からデータビットを読取り、およびそれにデータビットを書込む。
【００１７】
光源１３０は光を導波路構成１３２に向け、導波路１３２は、導波路コアとそのクラッディングとの間における屈折率において高いコントラストを有する。導波路構成１３２を通って伝搬する光は近接場トランスデューサ（ＮＦＴ）１３４に集束される。（ＮＦＴ１３４における）近接場光学素子は、アパーチャおよび／またはアンテナを利用して、（たとえば表面プラズモン効果を介して）記憶媒体１０４の表面上におけるデータビット位置において熱的増大を引起す。その結果、表面上のデータビット位置は加熱され、データビット位置における磁気粒子の磁気保磁力を、その表面の他の領域に対して、選択的に低減する。したがって、その加熱されたデータビット位置に印加される磁界は、（加熱されたデータビット位置が冷却するので、）近接する加熱されていないビット位置におけるデータビットを乱すことなく、その位置においてデータビットを記録するのに十分である。１つの実現例においては、磁界は、ＮＦＴ１３４の近くに位置決めされる書込磁極に供給される。この態様で、加熱領域は書込可能な領域（たとえばデータビット寸法）を実質的に決定し得る。
【００１８】
光をスライダ、たとえばスライダ１２８に発するさまざまな方法がある。１つの実現例では、自由空間光伝送は、光を、自由空間から、スライダにおいて形成される格子カプラに向けることを伴う。図１に示される実現例では、レーザダイオードのような光源１３０は、導波路構成１３２に突合せ結合され、そのような実現例は「スライダ上レーザ」光伝送と称される。別の構成は、「スライダ内レーザ」光伝送と呼ばれ、これも突合せ結合を用いるが、他の光伝送方法を用いてもよい。
【００１９】
光源１３０によって送出される光は、通常は、縦または基準導波モードを有する。あるシステムに対しては、π位相シフトされた高次モードが好ましい。導波路構成１３２は光を高次導波モードに変換する。
【００２０】
一部の実現例では、光源１３０によって送出される光は縦または基準ＴＥ導波モードＴＥ00を有する。導波路構成１３２は光を第１の高次導波モードであるＴＥ10のような高次ＴＥ導波モードに変換する。加えて、または代替的に、光源１３０によって送出される光は、縦または基準ＴＭ導波モードＴＭ00を有する。導波路構成１３２は光を第１の高次導波モードであるＴＭ10のような高次ＴＭ導波モードに変換する。
【００２１】
図２は、近接場トランスデューサ整列光源のための光伝送システム２０２を有するトランスデューサヘッドアセンブリ２００の例示的実現例を示す。図示されるように、この実現例においてはレーザダイオード２０４である光送出源はスライダ２０６上に固定される。レーザダイオード２０４から発された光は、導波路構成２１０によってＮＦＴ２０８上に伝送される。ＮＦＴ２０８は、表面プラズモン効果などを介して、記憶媒体１０４（図１）におけるあるビット位置において加熱を引起す。導波路構成２１０は、導波路入力カプラ２２０として識別される第１のまたは一次導波路、分岐導波路２３０として識別される第２のまたは二次導波路、および導波路アダプタ２４０からなる。
【００２２】
示される図においては、導波路構成２１０は、縦または基準ＴＥ導波モードＴＥ00を有するレーザダイオード２０４からの光を結合し、その光をＴＥ10のような高次ＴＥ導波モードに変換する。レーザダイオード２０４からの基本モードＴＥ00は、分岐導波路２３０の支援で、導波路入力カプラ２２０によって第１の高次モードＴＥ10に変換される。導波路アダプタ２４０はＮＦＴ励起効率のために最適化され、したがって、ＮＦＴ２０８はＴＥ10導波モード光によって励起される。一部の実現例では、導波路構成２１０は縦または基準ＴＭ導波モードＴＭ00光をＴＭ10のような高次ＴＭ導波モードに変換する。
【００２３】
導波路構成２１０は２つの導波路（つまり導波路入力カプラ２２０および分岐導波路２３０）からなるため、２つの導波路構造が伝搬方向において変動しない場合には、出力光に対して、縦モードとしばしば称される２つのシステムモードがあり、縦モードの一方は対称状（または偶数）空間プロファイルを有し、他方は非対称状（または奇数）空間プロファイルを有する。２つの導波路が、図２に示される実現例にあるように、類似しておらず、十分に分離されている場合には、対称状（非対称状）縦モードの場は、主に、より大きな（より小さな）伝搬定数の導波路に位置する。光が、より低い伝搬定数の導波路から入力され、伝搬方向に沿った２つの導波路構造の遷移が十分に遅い（しばしば「断熱的」と称される）場合には、奇数縦モードのみが、結合されたシステムにおいて励起され、それは、最終的に、ＴＥ10またはＴＭ10導波モードを形成する。ある実現例では、断熱カプラ／スプリッタを設計して２つの縦モード間の変換を最小限にすることが望まれる。
【００２４】
導波路入力カプラ２２０は第１の端部２２２と第２の対向する端部２２４とを有する。第１の端部２２２はここでは遠位端と称され、なぜならば、それはＮＦＴ２０８および記憶媒体１０４（図１）から遠位にあるからであり、第２の端部２２４はここでは近位端と称され、なぜならばそれはＮＦＴ２０８および記憶媒体１０４（図１）に対して近位にあるからである。導波路入力カプラ２２０は、その全長に沿って、ある幅を有するが、それは、この示される実現例においては、遠位端２２２から近位端２２４に逆テーパがついており；つまり、近位端２２４は遠位端２２２より幅が広い。遠位端２２２の幅はＷ11として識別され、近位端２２４の幅はＷ12として識別される。
【００２５】
同様に、分岐導波路２３０は第１の端部２３２と第２の対向する端部２３４とを有する。第１の端部２３２はここでは遠位端と称され、なぜならばそれはＮＦＴ２０８および記憶媒体１０４（図１）から遠位にあるからであり、第２の端部２３４はここでは近位端と称され、なぜならばそれはＮＦＴ２０８および記憶媒体１０４（図１）に対して近位にあるからである。分岐導波路２３０は、その全長に沿って、ある幅を有するが、それは、この示される実現例においては、遠位端２３２から近位端２３４にテーパがついている。遠位端２３２の幅はＷ21として識別され、近位端２３４の幅はＷ22として識別される。
【００２６】
導波路入力カプラ２２０と分岐導波路２３０とＮＦＴ２０８との間に動作可能に位置決めされるのは、導波路アダプタ２４０である。図２のこの実現例では、導波路アダプタ２４０は、導波路入力カプラ近位端２２４および分岐導波路近位端２３４からＮＦＴ２０８に延在する。
【００２７】
導波路入力カプラ２２４はレーザダイオード２０４にその遠位端２２２において突合せ結合され、導波路アダプタ２０４にその近位端２２４において物理的に接続される。分岐導波路２３０も、導波路アダプタ２４０にその近位端２３４において物理的に接続される。導波路入力カプラ２２０および分岐導波路２３０は、それらの重複する長さの少なくとも一部に関して、互いから離間され；つまり、それらの重複する長さの少なくとも一部に関して、導波路入力カプラ２２０および分岐導波路２３０は互いから物理的に分離される。図２に示される実現例では、導波路入力カプラ２２０および分岐導波路２３０はそれらの間に変動する空間および距離を有し；つまり、導波路入力カプラ２２０と分岐導波路２３０との間の距離は、導波路入力カプラ２２０の長さおよび分岐導波路２３０の長さに沿って変動する。１つの実現例では、導波路入力カプラ遠位端２２２と分岐導波路遠位端２３２との間の距離は、導波路入力カプラ近位端２２４と分岐導波路近位端２３４との間の距離よりも大きい。さらに、図２に示される実現例では、導波路入力カプラ２２０と分岐導波路２３０とは、導波路入力カプラ近位端２２４および分岐導波路近位端２３４を含むそれらの全長で互いから離間される。他の実現例では、導波路入力カプラ近位端２２４と分岐導波路近位端２３４とは、それらの間に空間がないか、または最小限の空間を有する。
【００２８】
図２Ａ〜図２Ｅは、レーザダイオード２０４とＮＦＴ２０８との間における導波路構成２１０のさまざまな位置に沿った断面図であり、導波路入力カプラ２２０、分岐導波路２３０および導波路アダプタ２４０の相対的な幅、ならびに導波路入力カプラ２２０と分岐導波路２３０との間の距離を示す。
【００２９】
断面線Ａ−Ａの位置では、図２Ａに示されるように、導波路入力カプラ２２０のみが存在する。レーザダイオード２０４から離れるように進むにつれて、分岐導波路２３０が始まる。断面線Ｂ−Ｂでは、図２Ｂに示されるように、導波路入力カプラ２２０および分岐導波路２３０の両方が存在し、分岐導波路２３０は、この位置では、導波路入力カプラ２２０よりも大きな幅を有する。線Ｃ−Ｃでは、導波路入力カプラ近位端２２４と分岐導波路近位端２３４とが導波路アダプタ２４０と繋がる場所に対して遠位であり、導波路入力カプラ近位端２２４と分岐導波路近位端２３４とは図２Ｃに示されるように、本質的に同じ幅Ｗ12およびＷ22を有し、それらの間において線Ｂ−Ｂよりも小さな間隔を有する。線Ｄ−Ｄにおける図２Ｄでは、導波路入力カプラ近位端２２４と分岐導波路近位端２３４とが導波路アダプタ２４０と繋がる場所に対して近位にあり、導波路アダプタ２４０は、導波路入力カプラ近位端２２４および分岐導波路近位端２３４の結合された幅Ｗ12およびＷ22よりも大きい幅を有する。加えて、導波路アダプタ２４０の幅は、導波路入力カプラ近位端２２４および分岐導波路近位端２３４の結合された幅Ｗ12およびＷ22ならびにそれらの間の隙間とほとんど等しいかまたはそれより大きい。図２Ｅからわかるように、この実現例では、導波路アダプタ２４０の幅は線Ｅ−Ｅにおいて低減しているが、他の実現例では同じかまたは増大することも考えられ、なぜならば、アダプタ２４０はＮＦＴ２０８の効率を最適化するよう設計されるからである。
【００３０】
共働して、導波路入力カプラ２２０、分岐導波路２３０および導波路アダプタ２４０は、レーザダイオード２０４（つまりＴＭ00またはＴＥ00）によって与えられるよりも高次のＴＥまたはＴＭ導波モード（たとえばＴＥ10またはＴＭ10）を有する出力光を、ＮＦＴ２０８に与える。加えて、ある実現例では、導波路入力カプラ２２０、分岐導波路２３０および導波路アダプタ２４０は、共働して、基本導波路入力光の励起を少なくとも最小限にし、好ましくは防止する。
【００３１】
一般的に、分岐導波路２３０は、その近位端２３０においてよりも、その遠位端２３２において、より幅の広い断面幅を有し、分岐導波路遠位端２３２において導波路入力カプラ２２０から十分に分離されている。そのような構成では、奇数縦モードが支配的に励起される。加えて、導波路入力カプラ２２０および分岐導波路２３０の両方は、基本横モードのみを支持するよう（それらの幅に沿って）サイズ決めおよび形状化される。２つの導波路（たとえば導波路入力カプラ２２０および分岐導波路２３０）はゆっくりと引き合わせられる（つまり導波路入力カプラ２２０と分岐導波路２３０との間の距離はそれらの遠位端２２２、２３２からそれらの近位端２２４、２３４に減少する）ので、レーザダイオード２０４から導波路入力カプラ２２０を介したライトフィールドは、分岐導波路２３０に徐々に結合される。導波路入力カプラ２２０および分岐導波路２３０は、それらの近位端２２４、２３４において、２つのモード、つまり基本導波モードおよびＴＥ10またはＴＭ10のような高次導波モードを支持する導波路アダプタ２４０において組合せられる。
【００３２】
ある実現例では、導波路アダプタ２４０において高次導波モードを効率的に励起するため、導波路入力カプラ近位端２２４および分岐導波路近位端２３４はアダプタカプラ２４０において非常に近く等しい幅を有する（つまりＷ12はＷ22に等しいに近いかまたは等しい）。さらに、導波路入力カプラ近位端２２４における局所的な奇数縦モードと導波路アダプタ２４０のＴＥ10またはＴＭ10との間のモード重複を最大限にするために、導波路アダプタ２４０の幅が最適化されるが、それは、通常、導波路入力カプラ近位端２２４の幅Ｗ12と、導波路入力カプラ近位端２２４と分岐導波路近位端２３４との間の隙間と、分岐導波路近位端幅Ｗ22との合計よりも僅かに広い。入力カプラと分岐導波路との間の隙間は、製造能力、２つの導波路（たとえば導波路入力カプラ２２０と分岐導波路２３０）間の相互作用、および導波路入力カプラ２２０から繋がれたアダプタ２４０に通過する散乱／放射損失の妥協である。加えて、分岐導波路２３０の形状の選択は、２つの導波路の近位端２２４、２３４間における分離がゆっくりと減少し、それによってどのような波面傾斜効果も最小限にするように、行なわれる。
【００３３】
図３は、スライダ３０６に取付けられる（レーザダイオード３０４のような）近接場トランスデューサ整列光源のための光伝送システム３０２を有するトランスデューサヘッドアセンブリ３００の別の実現例を示す。レーザダイオード３０４から発せられた光は、光伝送システム３０２によって結合され、ＮＦＴ３０８に集束される。そうではないと示されない限り、図３の実現例における同様の特徴は、図２の実現例における同じ特徴と同じであるかまたは同様である。
【００３４】
図２におけるように、図３の光伝送システム３０２は、導波路入力カプラ３２０および分岐導波路３３０からなる導波路構成３１０を有する。導波路入力カプラ３２０は、幅Ｗ11を有する遠位端３２２と、幅Ｗ12を有する対向する近位端３２４とを含む。分岐導波路３３０は、幅Ｗ21を有する遠位端３３２と、幅Ｗ22を有する近位端３３４とを含む。導波路入力カプラ３２０および分岐導波路３３０の全体的な形状および構成は、図２の導波路入力カプラ２２０および分岐導波路２３０と同じである。
【００３５】
導波路入力カプラ３２０と分岐導波路３３０とＮＦＴ３０８との間に位置決めされるのは、導波路アダプタ３４０である。しかしながら、この実現例においては、導波路アダプタ３４０とＮＦＴ３０８との間に位置決めされるのは固浸ミラー（ＳＩＭ）３５０である。示される実現例では、ＳＩＭ３５０の形状は楕円形または実質的に放物線状であるが、さまざまな形状を用いてもよい。ある実現例では、ビーム拡大器を導波路アダプタ３４０の端部に取付けて、ＮＦＴ３０８を効率的に励起し得る。入力カプラ３２０、分岐導波路３３０、導波路アダプタ３４０およびＳＩＭ３５０は、ともになって、ＮＦＴ３０８に光を集束させ、中央の集束されたスポットは、長手方向に偏光される。
【００３６】
図４は、テーパのついた分岐導波路、特に、分岐導波路４００のある実現例を示す。分岐導波路４００は、遠位端幅Ｗ1を有する遠位端４０２と、近位端幅Ｗ2を有する近位端４０４と、遠位端４０２から近位端４０４への公称長さＬとを含む。分岐導波路４００は中間線Ｍを有する。分岐導波路４００は遠位端４０２から近位端４０４へとテーパがつけられる；つまり、遠位端幅Ｗ1は近位端幅Ｗ2よりも大きい。一部の実施例では、遠位端４０２から近位端４０４へのこのようなテーパまたは減少は、線形関数によって規定される。代替的に、テーパまたは減少の率は、遠位端４０２から近位端４０４に、長さＬに沿って変動してもよい。
【００３７】
分岐導波路４００は、非線形の曲線形状を有して示されているが、他の実現例では、それは線形または真っ直ぐでもあり得る。分岐導波路４００のテーパする性質のため、その形状は、その中間線Ｍの曲率（または線形性）によって容易に規定され得る。線形の分岐導波路は、たとえその全体の幅がその遠位端からその近位端にテーパをつけられる場合であっても、線形の中間線Ｍを有するであろう。非線形の分岐導波路は、非線形である中間線Ｍを有し、たとえば、導波路入力カプラに関して凹状であるか、導波路入力カプラに関して凸状であるか、またはさまざまな弓状のセクションの組合せであってもよい。以下に詳細に記載される数値的モデル化は、コサイン状の形状が分岐導波路に対して好適な選択であることを示す。
【００３８】
連成モード理論に従って、２つの局所的な縦モード間における結合を記述する微分方程式は以下のように記載されてもよい：
【００３９】
【数１】
2015184680.tif 000003
【００４０】
式中、As (Aa)は、伝搬ｚにおける局所的な対称状（非対称状）の縦モードの複素振幅であり、βs (βa)は、局所的な対称状（非対称状）縦モードの伝搬定数を表わす。Ｎは行列であり、その非対角要素は２つの局所的な縦モード間における結合を記述する。波面傾斜および導波路テーパが無視される場合、Ｎは以下のように記載されてもよい：
【００４１】
【数２】
2015184680.tif 000004
【００４２】
上記の連立方程式に対する近似解を得るために、低減された振幅asおよびaaが考慮され、伝搬位相はAsおよびAaからそれぞれ取除かれる
【００４３】
【数３】
2015184680.tif 000005
【００４４】
連立方程式（１ａ）、（１ｂ）、（１ｃ）は以下のようになる
【００４５】
【数４】
2015184680.tif 000006
【００４６】
式中、uは２つの縦モード間における伝搬位相差の積分値であり、z0は、分岐導波路が開始するｚ座標を示す。断熱的な導波路カプラおよびスプリッタに対しては、２つの縦モード間の結合は通常は弱い。結合の二次に対して、方程式（２ａ）、（２ｂ）に対する近似解が導き出される：
【００４７】
【数５】
2015184680.tif 000007
【００４８】
ＴＥ00からＴＥ10へのモード次数変換器に対しては、
【００４９】
【数６】
2015184680.tif 000008
【００５０】
となり、
【００５１】
【数７】
2015184680.tif 000009
【００５２】
である。
モード次数変換器を設計することの目的は、２つの縦モード間における変換を最小限にすること、つまり偶数モード振幅asを最小限にすることである。その概念は、(βs − βa)（つまり２つの縦モード間における伝搬定数における差）をすべてのzにおいて可能な限り大きくすることによって、変換を打消すように、位相項exp(-ju)における高速振動を有することである。方程式（５）を深く理解するために、直交連成モード理論が用いられ、それは、２つの導波路間におけるエンドファイア結合を無視する。縦モード結合係数Ｎ12および伝搬定数差(βs − βa)は以下のように近似される
【００５３】
【数８】
2015184680.tif 000010
【００５４】
ここでβ1およびβ2は、２つの隔離された導波路、つまり分岐導波路および入力導波路カプラそれぞれの伝搬定数を示す。kは２つの導波路間における平均結合係数である。
【００５５】
断熱的なモード次数変換器に対しては、N12およびΔβsaは、通常は、ゆっくりと変動する伝搬ｚの関数である。方程式（５）は、さらに、以下のように近似される。
【００５６】
【数９】
2015184680.tif 000011
【００５７】
方程式（８）から、この不等式からの最大モード変換が見出される：
【００５８】
【数１０】
2015184680.tif 000012
【００５９】
方程式（９）を方程式（６ａ）および（６ｂ）で置換することにより、方程式（１０）が得られ、それは、短いモード次数変換器を設計することに対する基礎を据える。
【００６０】
【数１１】
2015184680.tif 000013
【００６１】
結合係数kならびに伝搬定数β1およびβ2を得るために、実効屈折率法が用いられ；実効屈折率法を図５Ａに示される一般的な導波路カプラに適用する際のステップが図５Ｂおよび図５Ｃに示される。ＴＥ0モードのモード指数（このモード指数は、伝搬定数を自由空間波数で除したものとして定義される）が、まず、厚みｔのスラブから計算され、実効屈折率nxを形成する。図５Ｃに示されるように、d3によって分離される厚みd2およびd4のこれらの２つの平行なスラブによって形成される複合導波路のＴＭ0（ＴＭ1）モードの伝搬定数を次いで用いて、元の二次元カプラの対称状（非対称状）のＴＥ縦モードの伝搬定数を近似し、さらに、２つのスラブ間の結合を用いて、元の二次元カプラの結合を近似する。
【００６２】
２つのスラブ間の結合係数は以下のように定義される。
【００６３】
【数１２】
2015184680.tif 000014
【００６４】
これらの式では、ε0は電気的な真空誘電率であり、ωは光の角周波数であり、P1(P2)は、隔離されたスラブ１（スラブ２）におけるパワーの単位を表現する正規化定数である。
【００６５】
【数１３】
2015184680.tif 000015
【００６６】
は、それぞれ、スラブ１およびスラブ２の電界ベクトルである。類似しない導波路に対しては、ｋ12≠ｋ21である。首尾一貫した直交連成モード理論では、結合係数ｋは、ｋ12およびｋ21の平均を取る：
【００６７】
【数１４】
2015184680.tif 000016
【００６８】
一般的な５層スラブの場合では、図５Ｃに示されるように、方程式（１１）が、冗長ではあるが単純明快であり、その結果、結合係数に対して以下の式となる（以下の方程式（１３ａ）および（１３ｂ））。
【００６９】
【数１５−１】
2015184680.tif 000017
【００７０】
【数１５−２】
2015184680.tif 000018
【００７１】
低い縦モード変換を達成するために、方程式（１０）の第１の括弧内における項は、図４およびさらには図２に示されるように、分岐導波路を幅広い開始部から狭い終端部へとテーパをつけることによって、減少される。一例として、導波路（たとえば図２の分岐導波路２３０）は、屈折率ｎc＝２．３６の１２０ｎｍの厚みのＴｉＯｘコアを有し、シリカクラッディング（ｎt＝１．４６）を伴う。補助的な層は、ＳｉＯＮｘであり、７００ｎｍの厚みであり、屈折率ｎa＝１．７０を伴う。光源（たとえば図２の光源２０４）は、端縁発光レーザダイオードであり、ＴＥ偏光され、発光波長λ＝８３０ｎｍである。ダイオードの遅相軸は導波路面と平行であり、ＴＥ00モードは導波路入力カプラにおいて励起されることになる。導波路入力カプラ（たとえば図２の導波路入力カプラ２２０）は開始部において１７０ｎｍ幅であり（たとえば遠位端２２２においてＷ11）、その終端部に向かって線形に幅広くなる（たとえば近位端２２４においてＷ12）。終端部幅（たとえば近位端２２４におけるＷ12）は、効率およびモード次数変換の両方に対して最適化される。導波路入力カプラの開始部（たとえば導波路入力カプラ２２０の遠位端２２２）から変換器の終端部（たとえば近位端２２４）までの伝搬長は１２０μｍである。
【００７２】
図４に戻って、上に示されるように、分岐導波路４００は、コサイン状の形状を辿る中間線Ｍを有する：
【００７３】
【数１６】
2015184680.tif 000019
【００７４】
式中、分岐オフセットＯおよびＬは図４に示されており、ｍはその形状の傾きを制御するパラメータである。ｍ＝２であるとき、それはコサイン形状を与え、ｍ＜２であるときは、それは、変換器端部の近位端４０４付近において、より滑らかな変化を与える。
【００７５】
方程式（１０）における第１の括弧内における項は、分岐導波路開始幅（つまり図４のＷ1）に対する伝搬長の関数である。この項は、増大する分岐開始幅とともに、大きく低減される。遠位端４０２の近くで、この項はすべての場合に対してほとんど０になり、なぜならば、Ｘは非常に大きいからであり；変換器の終端部（つまり近位端４０４）では、この項はさまざまな開始幅について等しく、なぜならば、分岐導波路近位端幅は導波路入力カプラ近位端幅と同じ幅であるからであり、したがって、Ｘ＝０である。
【００７６】
等式（１０）における第２の括弧内における項、つまり−(dX/dz)の寄与で、方程式（１６）が見出される：
【００７７】
【数１７】
2015184680.tif 000020
【００７８】
方程式（１６）において、第１項は位相速度のテーパd(β1 − β2)/dzからきており、第２項は２つの導波路間における結合におけるテーパdk/dzからの結果である。これら２つの項は、d(β1 − β2)/dz≦０およびdk/dz≧０のため、相殺されないかもしれない。dX/dZがどのように導波路幅における変化およびそれらの分離と関係付けられるかを理解するために、実効屈折率法を用いて以下の方程式を得る：
【００７９】
【数１８−１】
2015184680.tif 000021
【００８０】
【数１８−２】
2015184680.tif 000022
【００８１】
【数１８−３】
2015184680.tif 000023
【００８２】
方程式（１６）を方程式（１７）で置換して、以下を得る。
【００８３】
【数１９】
2015184680.tif 000024
【００８４】
方程式（１８）においては、括弧内における第１項は分岐導波路におけるテーパd(d2)/dzからの結果であるが、dX/dzに対するその寄与は、その係数における２つの項の相殺のため、小さい。括弧内における第２項は、２つの導波路間における分離における変化のため、２つの導波路間における結合におけるテーパd(d3)/dzからきており、第３項は導波路入力カプラのテーパd(d4)/dzからきている。最後の２つの項はある程度まで相殺されることになる。導波路入力カプラは、通常は、光源からの効率的な結合を有するように設計され、変換器の設計を修正するのに利用可能な自由度はあまりない。最終的に、dX/dzに対する結合におけるテーパの寄与が支配的となる。
【００８５】
最適な分岐テーパは、方程式（１０）における第１の括弧内における項、方程式（１０）における第２の括弧内における項、および方程式（５）における指数関数的な位相項に対するその影響の妥協点である。分岐導波路幅におけるより大きなテーパは、２つの導波路間における結合係数kにおいて、より急速な変化を引起し、したがって、より大きなdX/dzに至る。dX/dz×２kの大きさは、増大されるテーパとともに増大する。分岐テーパの影響は、方程式（１０）の第１の括弧内における項および方程式（１０）の第２の括弧内における項に対して、異なるように影響し、dX/dz×２kにおける増大は、主に、変換器の開始部付近であり、そこでは、第１の括弧内における項はほとんど０である。方程式（１０）から、|as(z)|maxはｚの関数であり、分岐導波路にテーパをつけることは縦モード変換を低減することを確認する。
【００８６】
テーパのついた分岐導波路を有する導波路構成を用いるためのある実現例が図６に示される。プロセス６００は、導波路入力カプラおよびテーパのついた分岐導波路を有する導波路構成を与える第１の動作６０２を含む。動作６０４において、光が基本導波モード（たとえばＴＥ00またはＴＭ00）で導波路入力カプラに入力される。動作６０６で、第１の横導波モードが分岐導波路によって高次導波モード（たとえばＴＥ10またはＴＭ10）に変換される。動作６０８で、高次導波モードを有する光が出力される。
【００８７】
まとめると、本開示は、光を基準または縦導波モードから高次導波モードに結合する導波路入力カプラを含む導波路構成を含む光伝送システムを提供する。導波路構成は、入力カプラにおける励起された基本導波モード（たとえばＴＥ00またはＴＭ00）を高次モード（たとえばＴＥ10またはＴＭ10）に変換する分岐された導波路を含む。分岐導波路は、幅広いその開始部から狭いその終端部に向かってテーパがつけられ、一部の実現例では、分岐導波路幅は、その終端部においては、導波路入力カプラのそれとほとんど等しいかまたは等しく、繋げられた導波路におけるＴＥ00の励起を防止する。一部の実現例では、導波路入力カプラは、逆テーパで光源からの結合効率に対して最適化される。繋がれた導波路幅（たとえば導波路アダプタ）は２つのモードのみ（たとえばＴＥ00およびＴＥ10またはたとえばＴＭ00およびＴＭ10）を可能にするよう設計され得、繋げられた導波路の高次モード（たとえばＴＥ10またはＴＭ10モード）と結合された導波路の端部における奇数縦モードとの間におけるモード場重複を最大にするよう最適化されてもよい。
【００８８】
上記の明細書、例およびデータは、この発明の例示的実施例の構造、特徴および使用の完全な記載を提供する。この発明の多くの実施例が、この発明の精神および範囲から逸脱することなくなされ得るため、この発明は以下に掲載される特許請求の範囲にある。さらに、異なる実施例の構造上の特徴を、さらに他の実施例において、特許請求の範囲から逸脱することなく組合せてもよい。
【符号の説明】
【００８９】
２２０  導波路入力カプラ、２３０  テーパのついた分岐導波路、２４０  導波路アダプタ
【図１】
2015184680.tif 000025
【図２】
2015184680.tif 000026
【図３】
2015184680.tif 000027
【図４】
2015184680.tif 000028
【図５Ａ】
2015184680.tif 000029
【図５Ｂ】
2015184680.tif 000030
【図５Ｃ】
2015184680.tif 000031
【図６】
2015184680.tif 000032
【手続補正書】
【提出日】平成27年6月11日(2015.6.11)
【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】
遠位端幅を有する遠位端と近位端幅を有する近位端とを含む導波路入力カプラと、
遠位端幅を有する遠位端と近位端幅を有する近位端とを含むテーパのついた分岐導波路とを含み、前記分岐導波路遠位端幅は前記分岐導波路近位端幅よりも大きく、さらに、
前記導波路入力カプラ近位端と前記分岐導波路近位端とに物理的に接続される導波路アダプタを含み、
前記導波路入力カプラ、前記分岐導波路、および前記導波路アダプタは、基準横導波モードを有する入力光を高次導波モードを有する出力光に変換するよう構成される、装置。
【請求項２】
前記分岐導波路は、コサインまたはコサイン状曲線によって規定される中間線を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記導波路入力カプラ遠位端幅は、前記導波路入力カプラ近位端が前記導波路入力アダプタに接続されるところにおける前記導波路入力カプラ近位端幅よりも、小さい、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
近位端幅を有する近位端を含む導波路入力カプラを含み、前記導波路入力カプラは第１の横導波モードを有する光を受けるよう構成され、さらに、
遠位端幅を有する遠位端と近位端幅を有する近位端とを含む分岐導波路を含み、前記分
岐導波路遠位端幅は前記分岐導波路近位端幅よりも大きく、さらに、
前記導波路入力カプラ近位端と前記分岐導波路近位端とに動作可能に接続される導波路アダプタを含み、前記導波路入力カプラ、前記分岐導波路、および前記導波路アダプタは、前記第１の導波モードにおける光の励起を防止するよう構成される、装置。
【請求項５】
第１の横導波モードを有する光を導波路入力カプラに結合することと、
前記第１の導波モードを有する前記光を、前記導波路入力カプラと、前記導波路入力カプラから物理的に離間されたテーパのついた分岐導波路とを介して、高次導波モードを有する光に変換することと、
前記高次導波モードを有する前記光を、前記導波路入力カプラと前記テーパのついた分岐導波路とに接続される導波路アダプタから出力することとを含む、方法。
【外国語明細書】
2015184680000001.pdf