(57)【要約】      （修正有）【課題】光デバイス、および光デバイスを製造および使用する方法を提供する。【解決手段】光デバイスは、光格子カプラ１１０と、それに結合される複数の光導波路１２０とを備える。光格子カプラ１１０は、基板の平坦面に沿って形成され、平坦面上に位置する隆起部の同心円上のリング１１５のパターンを含む。隆起部の各隣接ペアは、溝によって隔てられる。複数の光導波路１２０の各光導波路は、同心円上のリング１１５の中心に対して半径方向に向けられ、隆起部のうちの最も外側の隆起部で末端をなす第１の端部を有する。第１の端部は、隆起部のうちの最も外側の隆起部に沿ってほぼ均一に間隔をおいて配置される。【選択図】図１
2015108842.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の平坦面に沿って形成され、前記面上に位置する隆起部の同心円状のリングのパターンを含む光格子カプラであって、隆起部の各隣接ペアが、溝によって隔てられている光格子カプラと、
前記隆起部のうちの最も外側の隆起部で末端をなす第１の端部を有する複数の光導波路であって、前記第１の端部が、前記隆起部のうちの前記最も外側の隆起部に沿ってほぼ均一に間隔をおいて配置され、前記同心円状のリングの中心に対して半径方向に向けられる光導波路とを備え、
前記複数の光導波路が、対応する複数の光信号を前記最も外側の隆起部に供給するように構成され、前記対応する複数の光信号の位相が、前記最も外側の隆起部に沿って徐々に増加しており、前記最も外側の隆起部の１周で２πのゼロでない整数倍だけ進んでいる、
光デバイス。
【請求項２】
複数の光移行部をさらに備え、各移行部が、前記導波路の前記第１の端部のうちの隣接する端部の間の領域を一部埋める、請求項１に記載の光デバイス。
【請求項３】
前記移行部の各々が、第１の厚さを有する第１の小部分と前記第１の厚さよりも少ない第２の厚さを有する第２の小部分とを含む、請求項１に記載の光デバイス。
【請求項４】
前記複数の光導波路の個数に等しい個数の入出力ポートを有するスターカプラをさらに備え、前記入出力ポートの各々が、前記光導波路のうちの対応する光導波路に接続され、複数の偏光ビームスプリッタをさらに備え、各偏光ビームスプリッタが、前記スターカプラの対応する入出力ポートに結合される、請求項１に記載の光デバイス。
【請求項５】
複数の光信号源をさらに備え、前記偏光ビームスプリッタの各々が、前記複数の光信号源のうちの２つに接続され、前記２つのうちの１つが、ＴＥモード光を生成するように構成され、前記２つのうちの他方が、ＴＭモード光を生成するように構成される、請求項４に記載の光デバイス。
【請求項６】
前記光格子カプラにわたって位置すると共に前記光格子カプラに向いている端部を有するリングコアマルチモード光ファイバをさらに備え、前記隆起部のうちの前記最も外側の隆起部が、前記リングコアの外径にほぼ等しい直径を有する、請求項１に記載の光デバイス。
【請求項７】
基板の平坦面に沿って光媒体の光格子カプラを形成するステップであって、前記光格子カプラが、前記面上に位置する隆起部の同心円状のリングのパターンを含み、隆起部の各ペアが溝によって隔てられている、光格子カプラを形成するステップと、
前記隆起部のうちの最も外側の隆起部で末端をなす第１の端部を有する複数の光導波路を形成するステップであって、前記第１の端部が、前記複数の隆起部のうちの前記最も外側の隆起部に沿ってほぼ均一に間隔をおいて配置され、前記同心円状のリングの中心に対して半径方向に向けられる、複数の光導波路を形成するステップとを含み、
前記複数の光導波路が、対応する複数の光信号を前記最も外側の隆起部に供給するように構成され、前記対応する複数の光信号の位相が、前記最も外側の隆起部に沿って徐々に増加しており、前記最も外側の隆起部の１周で２πのゼロでない整数倍だけ進んでいる、方法。
【請求項８】
前記複数の光導波路の個数に等しい個数の入出力ポートを有する前記基板の前記表面に沿って、スターカプラを形成するステップをさらに含み、前記形成するステップが、各入出力ポートを前記複数の光導波路のうちの対応する光導波路に接続するステップを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
各偏光ビームスプリッタが、前記スターカプラの対応する入出力ポートに接続される複数の偏光ビームスプリッタを用意するステップをさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記複数の偏光ビームスプリッタを対応する複数の光信号源に結合するステップであって、前記偏光ビームスプリッタの各々が、前記複数の光信号源のうちの２つの信号源に接続され、前記光信号源のうちの前記２つの信号源のうちの第１の信号源が、ＴＭモード光を生成するように構成され、前記光信号源のうちの前記２つのうちの第２の信号源が、ＴＥモード光を生成するように構成される、結合するステップをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、「Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｆｉｂｅｒｓ  Ｗｉｔｈ  Ｔｕｂｕｌａｒ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｒｅｓ（チューブ状の光コアを有する光ファイバ）」と題されたＤｏｅｒｒの出願番号１３／０７７，１４９（整理番号８０９１７０−ＵＳ）（’１４９出願）、および「Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ−Ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ  Ｇｒａｔｉｎｇ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｕｐｌｅｒ（偏光から独立した格子光カプラ）」と題されたＤｏｅｒｒの出願番号１３／０４１，３６４（整理番号８０９１７３−ＵＳ）（’３６４出願）に関し、それらのそれぞれは、本明細書と同時に出願され、参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本出願は、一般に、光デバイス、および光デバイスを製造および使用する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
一部の光ファイバ、例えば、マルチモードファイバは、光搬送波の複数の空間モードを伝搬するように構成され得る。そのようなファイバは、情報が利用可能な伝搬モードの間で多重化できるので単一モードファイバよりも多くの情報を運ぶ可能性をもたらす。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ｃ．Ｄｒａｇｏｎｅ、Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．、９４２ページ、１９８８
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一態様は、光格子カプラと、それに結合される複数の光導波路とを備える光デバイスを提供する。光格子カプラは、基板の平坦面に沿って形成され、その上の中心を中心にして上記面上に同心円状に位置する隆起部によって形成されるパターンを含む。隆起部の各隣接ペアは、溝によって隔てられている。複数の導波路の各導波路は、中心に対してほぼ放射方向に向けられ、複数の隆起部のうちの最も外側の隆起部の近くで末端をなす第１の端部を有する。第１の端部は、複数の隆起部のうちの最も外側の隆起部に沿ってほぼ均一に間隔をおいて配置される。
【０００６】
別の態様は、方法を提供する。この方法は、光格子カプラと、基板の平坦面に沿って光格子カプラに結合される複数の光導波路とを形成するステップを含む。光格子カプラは、その上の中心を中心にして面上に同心円状に位置する隆起部によって形成されるパターンを含む。隆起部の各隣接ペアは、溝によって隔てられている。複数の導波路の各導波路は、中心に対してほぼ放射方向に向けられ、複数の隆起部のうちの最も外側の隆起部の近くで末端をなす第１の端部を有する。第１の端部は、複数の隆起部のうちの最も外側の隆起部に沿ってほぼ均一に間隔をおいて配置される。
【０００７】
添付図面と併せて以下の説明の参照がなされる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】同心円状の隆起部および溝、ならびに放射方向導波路を含む本開示の円形格子カプラの一実施形態を示す図である。
【図２Ａ】隣接した２つの放射方向導波路の間に位置する移行部を含む図１の円形格子カプラの態様を示す図である。
【図２Ｂ】隣接した２つの放射方向導波路の間に位置する移行部を含む図１の円形格子カプラの態様を示す図である。
【図２Ｃ】隣接した２つの放射方向導波路の間に位置する移行部を含む図１の円形格子カプラの態様を示す図である。
【図２Ｄ】隣接した２つの放射方向導波路の間に位置する移行部を含む図１の円形格子カプラの態様を示す図である。
【図２Ｅ】隣接した２つの放射方向導波路の間に位置する移行部を含む図１の円形格子カプラの態様を示す図である。
【図３】例えば、合焦した方位角方向偏光ビームまたは放射方向偏光ビームを生成するように構成される光デバイスを示す図である。
【図４】例えば、合焦した方位角方向偏光ビームまたは放射方向偏光ビームを生成するように構成される光デバイスを示す図である。
【図５】円形格子カプラ、例えば、図１の円形格子カプラの顕微鏡写真である。
【図６】リングコア光ファイバ（ｒｉｎｇ−ｃｏｒｅ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｆｉｂｅｒ）中の伝搬モードを引き起こすように構成される図１の円形格子カプラを用いた光デバイスを示す図である。
【図７】リングコア光ファイバと図６の円形格子カプラの間の関係を示す図である。
【図８】偏光および伝搬モード多重化光信号を図６の円形格子カプラを介してリングコア光ファイバに伝送するように構成される光信号源およびスターカプラ（ｓｔａｒ  ｃｏｕｐｌｅｒ）を含む図６の光デバイスの一部を示す図である。
【図９Ａ１】平面光導波路によって図１の円形格子カプラへ伝送される光の偏光、および偏光光によって引き起こされるリングコア光ファイバ内の伝搬モードを示す図である。
【図９Ａ２】平面光導波路によって図１の円形格子カプラへ伝送される光の偏光、および偏光光によって引き起こされるリングコア光ファイバ内の伝搬モードを示す図である。
【図９Ｂ１】平面光導波路によって図１の円形格子カプラへ伝送される光の偏光、および偏光光によって引き起こされるリングコア光ファイバ内の伝搬モードを示す図である。
【図９Ｂ２】平面光導波路によって図１の円形格子カプラへ伝送される光の偏光、および偏光光によって引き起こされるリングコア光ファイバ内の伝搬モードを示す図である。
【図９Ｃ１】平面光導波路によって図１の円形格子カプラへ伝送される光の偏光、および偏光光によって引き起こされるリングコア光ファイバ内の伝搬モードを示す図である。
【図９Ｃ２】平面光導波路によって図１の円形格子カプラへ伝送される光の偏光、および偏光光によって引き起こされるリングコア光ファイバ内の伝搬モードを示す図である。
【図９Ｄ１】平面光導波路によって図１の円形格子カプラへ伝送される光の偏光、および偏光光によって引き起こされるリングコア光ファイバ内の伝搬モードを示す図である。
【図９Ｄ２】平面光導波路によって図１の円形格子カプラへ伝送される光の偏光、および偏光光によって引き起こされるリングコア光ファイバ内の伝搬モードを示す図である。
【図９Ｅ１】平面光導波路によって図１の円形格子カプラへ伝送される光の偏光、および偏光光によって引き起こされるリングコア光ファイバ内の伝搬モードを示す図である。
【図９Ｅ２】平面光導波路によって図１の円形格子カプラへ伝送される光の偏光、および偏光光によって引き起こされるリングコア光ファイバ内の伝搬モードを示す図である。
【図１０】偏光および伝搬モード多重化光信号をリングコア光ファイバから逆多重化するように構成される光受信器を示す図である。
【図１１】リングコア光ファイバを介してデータを伝送するように構成される通信システムを示す図である。
【図１２】例えば、図１〜図１１によって説明されるように、例えば、本開示の光デバイスを形成する方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は、光デバイス１００、例えば、フォトニック集積回路（ＰＩＣ）を示す。デバイス１００は、平面基板（図示せず）上に形成された、円形格子カプラ１１０と、複数の平面放射方向導波路１２０、例えば、単一モード導波路とを備える。円形格子カプラ１１０は、隆起部および溝からなる複数の交互する同心円状のリング１１５を含む。いくつかの実施形態では、同心円状のリング１１５は、実質的に放射対称性であり、例えば、各リングは、導波路１２０の個数以上の個数の縁を有する円形または正多角形に密接に似ている。同心円状のリング１１５の個数は、任意の特定の個数に限定されないが、以下にさらに述べるように、様々な実施形態における他の要因によって制約され得る。いくつかの実施形態では、’３６４出願に記載されるように偏光の独立を実現するために、サブ波長ピッチを有する方位角方向の追加のパターン形成があり得る。
【００１０】
例示の実施形態は、例えば、６４個の放射方向導波路１２０を含むが、本開示の実施形態は、その任意の特定の個数に限定されない。様々な実施形態では、放射方向導波路１２０は、円形格子カプラ１１０の外周部に沿ってほぼ均等に分散される。したがって、例えば、例示の実施形態では、放射方向導波路１２０は、円形格子カプラ１１０の外周部に沿って３６０°／６４≒５．６°の増分で位置する。便宜上、放射方向導波路１２０は、デバイス１００の３：００の位置から反時計周りに０…６３で番号が付けられる。
【００１１】
放射方向導波路１２０の各々は、交差点において円形格子カプラ１１０の最も外側の隆起部２１０（図２）でまたはその近くで末端をなす。本明細書では、放射方向導波路１２０が、最も外側の隆起部２１０に物理的に接触する、または放射方向導波路１２０によって伝搬される光信号の一波長の範囲内で終わる、または放射方向導波路１２０が伝搬するように構成される光信号の一波長の範囲内で終わるとき、放射方向導波路１２０は、最も外側の隆起部２１０で末端をなすとみなされる。したがって、放射方向導波路１２０は、最も外側の隆起部２１０が、そこに物理的に接続されない場合でも、光学的に結合され得る。いくつかの好ましい実施形態では、放射方向導波路１２０は、同心円状のリング１１５の半径にほぼ平行である。したがって、そのような実施形態では、放射方向導波路１２０は、交差点における最も外側の隆起部２１０の接線にほぼ直角をなす。
【００１２】
円形格子カプラ１１０は、便宜のために最も外側の隆起部２１０の直径として定義される直径φを有する。直径φは、任意の特定の値に限定されないが、デバイス１００が結合するように設計されるファイバ導波路の直径に整合され得る。この態様は、図７および関連した説明を参照して以下にさらに述べられる。他の実施形態では、（以下に述べるように）格子が合焦された光点を形成するようにチャープされる（ｃｈｉｒｐｅｄ）ときなどに、直径φは、合焦したスポットの所望の焦点距離および／または開口数（ＮＡ）の関数として選ぶことができる。
【００１３】
図２Ａ〜図２Ｅは、 光デバイス１００の部分をさらに詳細に示す。図２Ａは、いくつかの同心円状のリング１１５と、最も外側の隆起部２１０で末端をなすいくつかの放射方向導波路１２０との部分を含む平面図を示す。図２Ｂは、放射方向導波路１２０の１つを貫いてとった断面図を示す。図２Ｃは、放射方向導波路１２０のうちの２つの間に位置する適宜の移行部２２０（図２Ｃ）を貫いてとった断面図を示す。
【００１４】
放射方向導波路１２０および同心円状のリング１１５は、基板２３０の平坦面（図２Ｂ）の上に位置する平坦な光媒体２７０から形成される。光媒体２７０は、任意の適切な材料、例えば、シリコンまたはＩｎＧａＡｓＰなどの半導体、あるいはＳｉ３Ｎ４またはＳｉＯ２などの誘電体であり得る。本明細書中の議論は、制限なしで媒体をシリコンとして参照し得る。基板２３０には、半導体ウェハ、例えばシリコンウェハ、あるいは半導体ウェハの一部が含まれ得る。デバイス１００は、基板２３０と円形格子カプラ１１０および放射方向導波路１２０との間の光絶縁層２８０、例えば、ＳｉＯ２をさらに含んでもよい。
【００１５】
図２Ｂを考えると、円形格子カプラ１１０は、隆起部２５０を隔てる溝２４０を含む。溝２４０は、例えば、従来の深紫外線リソグラフィおよびプラズマエッチプロセスによって、光媒体２７０に形成することができる。溝２４０は、ピッチＰおよび深さＤを有し、これらは任意の特定の値に限定されない。溝２４０の幅Ｗは、以下に説明されるように決定される溝２４０の縁と縁の間の距離によって制約され得る。円形格子カプラ１１０および放射方向導波路１２０は、任意の特定の値に限定されない厚さＴを有する。
【００１６】
深さＤ、厚さＴおよび周期Ｐが、デバイス１００によって伝搬される光の波長および光媒体の屈折率に適するように選択することができる。非限定の例として、Ｔは、約２２０ｎｍであり得、Ｄは約９５ｎｍであり得、シリコン中を伝搬する１．５５μｍの波長信号であり得る。いくつかの実施形態では、ピッチＰは、約５００ｎｍから約１μｍの範囲内であり、幅は、約２５０ｎｍから約５００ｎｍの範囲内である。ＰおよびＷの追加の態様は、以下にさらに述べられる。
【００１７】
図２Ｃを考えると、移行部２２０は、領域２６０を一部埋める。領域２６０は、図２Ｅに示すように、ほぼ楔形の体積であり、隣接した放射方向導波路１２０の両側壁によって境界される側部の長さＬおよび高さＴである。移行部２２０の存在は、放射方向導波路１２０中の円形ブロッホモード（ｃｉｒｃｕｌａｒ  Ｂｌｏｃｈ  ｍｏｄｅ）と円形格子カプラ１１０に作用する円形平面波の間のより効率的な変換になると信じられている。
【００１８】
様々な実施形態では、領域２６０内の光媒体は、一部除去されて移行部２２０を形成する。例えば、図２Ｃでは、移行部２２０は、２つの小部分２２２および２２４を含む。小部分２２２は、Ｔ未満の第１の厚さを有すると共に、小部分２２４は、第１の厚さよりも少ない第２の厚さを有する。小部分２２４は、溝２４０を形成する同じまたは異なるパターン形成プロセスによって形成することができる。小部分２２２は、別個のパターン形成ステップによって形成され得る。一実施形態では、小部分２２２から最も外側の隆起部２１０へのステップの高さは約４０ｎｍ、およびステップ高さは、小部分２２４から小部分２２２へは約４５ｎｍである。
【００１９】
小部分２２２は、最も外側の隆起部２１０から長さｌ１延び、および小部分２２４は、小部分２２２から長さｌ２延びる。いくつかの実施形態では、長さｌ１は、放射方向導波路１２０のうちの１つの中を伝搬する光信号の約５％が、隣り合った放射方向導波路１２０に重なる長さである。いくつかの実施形態では、長さｌ１＋ｌ２は、光信号の約１％が隣り合った放射方向導波路１２０に重なる長さである。
【００２０】
図２Ｄは、溝２４０の半径が増加するにつれて溝２４０の格子の周期Ｐが変化する一実施形態を示す。言い換えれば、例示の実施形態では、円形格子カプラ１１０がチャープである。チャープのとき、円形格子カプラ１１０を使用して、例えば、放射方向導波路１２０によって円形格子カプラ１１０に供給される光信号の焦点を合わせて、以下に説明されるように、サブ波長光ビームを形成してもよい。
【００２１】
図５は、放射方向導波路１２０が円形格子カプラ１１０に会う光デバイス１００のある特定の実施形態の一部の走査型電子顕微鏡による顕微鏡写真を示す。顕微鏡写真は、小部分２２２、２２４、隆起部２５０、および溝２４０、最も外側の隆起部２１０、放射方向導波路１２０、および光絶縁層２８０をはっきりと示す。
【００２２】
図３は、光デバイス３００、例えば、チャープ円形格子カプラ（ｃｈｉｒｐｅｄ  ｃｉｒｃｕｌａｒ  ｇｒａｔｉｎｇ  ｃｏｕｐｌｅｒ）３１０を含むＰＩＣを示す。チャープ格子カプラ（ｃｈｉｒｐｅｄ  ｇｒａｔｉｎｇ  ｃｏｕｐｌｅｒ）３１０は、光源３２０によって生成された光信号を受信する。導波路３３０は、ほぼ等しい電力および位相で光源３２０からチャープ格子カプラ３１０へ光を分散させる。例えば、導波３３０は、光源３２０から放射方向導波路１２０の各々への光路長が、ほぼ等しいように構成される。スプリッタ３４０は、光を連続した分枝に分割して、放射方向導波路１２０の各々へほぼ等しい電力を与える。分枝の一部においては、熱光学位相シフタ３５０を使用して、例えば、分枝中のプロセスの変化を考慮するようにその光路長を微調整することができる。
【００２３】
例示の実施形態は、チャープ格子カプラ３１０に供給される光信号の６４個の部分の合計ついてスプリッタ３４０の６つのレベルを含む。したがって、本特定の実施形態では、放射方向導波路は、約５．６°の増分でチャープ格子カプラ３１０の外周部の周りに分散される。
【００２４】
図４は、チャープ格子カプラ３１０および放射方向導波路１２０を含む光デバイス３００の一部の斜視図を示す。適切に構成された光信号が、チャープ格子カプラ３１０に供給されるとき、合焦された方位角方向偏光または放射方向偏光のビーム４１０は、チャープ格子カプラ３１０の上方の距離ｆで形成され得る。
【００２５】
方位角方向または放射方向に偏光したビームは、従来の一様に偏光したビームよりも鋭い焦点を与えることができる。焦点において、伝搬しない強い長手宝庫の磁場または電場が、それぞれ方位角方向または放射方向に偏光したビームについて形成されると考えられる。このより鋭い焦点を使用して、例えば、リソグラフィまたはイメージングの分解能を増加させ、光記憶媒体の光データ記憶容量を増加させ、光トラッピング強度を増大させ、または分子の光励起をより良く局在化させることができる。
【００２６】
一実施形態では、チャープ格子カプラ３１０および放射方向導波路１２０は、シリコンウェハ４２０の上で、厚さ約２μｍの熱酸化層４３０の上の厚さ約２２０ｎｍのシリコン層から形成される。厚さの約２μｍの適宜の堆積した酸化層４４０は、チャープ格子カプラ３１０および放射方向導波路１２０を覆う。一実施形態では、チャープ格子は、２４本の円形溝２４０を含む。
【００２７】
チャープのとき、図４にあるように、チャープ格子カプラ３１０上方の距離ｆでビームを合焦するために、チャープ格子カプラ３１０の格子周期Ｐは、半径の関数として増加し得る。半径ｒは、式１
【００２８】
【数１】
2015108842.tif 000003
による格子のｍ番目の縁部に関連し得る。ただし、ｍ＝１から２Ｍ、Ｍはチャープ格子カプラ３１０の周期Ｐの値である。
ｎｓは、光媒体２７０、例えば、シリコンの屈折率である。
ｎｇは、チャープ格子カプラ３１０、例えば、ＳｉＯ２（ガラス）を覆う媒体の屈折率である。
λは、光信号の自由空間の波長である。
【００２９】
式１のルートは、溝２４０のいくつかの縁の直径ごとに半径ｒについて求められ、解くことができる。
【００３０】
円形格子カプラ１１０に結合した光は、横方向電気（ＴＥ）または横方向磁場（ＴＭ）モードとして偏光され得る。ＴＥ光を使用して方位角方向偏光ビーム４１０を発生させることができ、ＴＭ光を使用して放射方向偏光ビーム４１０を形成することができる。ＴＥ光を用いる一実施形態では、シリコンにおいてλ＝１．５５μｍおよびｎｓ＝２．９である。この例におけるチャープ格子カプラ３１０の直径は、約２７μｍであり、２４個の溝２４０を有する。格子ピッチＰは、チャープ格子カプラ３１０の中心で約５４０ｎｍから、その外縁で約６４０ｎｍへ増大する。（ＳｉＯ２の屈折率について）ｎｇ＝１．４５を用いると、ｆ≒４０μｍである。一実施形態では、シリコンにおいてｎｓ＝２．１であるＴＭ光を用いるとき、チャープ格子カプラ３１０の直径は約３８μｍであり、ｆ≒６０μｍである。ピッチＰは、約６４０ｎｍから約１０８０ｎｍへ増加する。これらの条件の下で、合焦した方位角方向偏光ビーム４１０のＮＡは約０．４６であり、合焦した放射方向偏光ビーム４１０のＮＡは約０．４３である。他の実施形態では、ＮＡは、ｆを減少させることよって、または溝の個数を増加させることによって増加することができ、これは、チャープ格子カプラ３１０のチャープを増加させることが必要である。
【００３１】
図６は、円形格子カプラ６１０を含むＰＩＧ６００の別の実施形態を示す。円形格子カプラ６１０を使用してＰＩＣ６００と円形格子カプラ６１０の上に位置する光ファイバとの間の光信号を結合することができる。ＰＩＣ６００は、６４個の放射方向導波路６２０を含むが、より少ないまたはより多い個数が、他の実施形態において使用されてもよい。一実施形態では、円形格子カプラ６１０は、非チャープ（ｕｎｃｈｉｒｐｅｄ）であり、ピッチＰは約５６０ｎｍである。平面導波路６３０は、放射方向導波路６２０をスターカプラ６４０の対応する個数の出力ポートに接続する。以下にさらに述べる光源６５０は、スターカプラ６４０の入力ポートに与えるように構成される。
【００３２】
平面導波路６３０は、本明細書中で伝搬される信号と円形格子カプラ６１０の間の特定の位相関係を維持するように構成される。したがって、いくつかの実施形態では、各放射方向導波路６２０は、熱光位相調整器などの位相調整器（図示せず）を含み、各放射方向導波路６２０が、使用される光の波長λの整数倍である光路長を、全ての導波路について同じである一定の値を加えて有することを確実にする。いくつかの実施形態では、放射方向導波路６２０は、それぞれがほぼ同じ物理的な経路長を有するように、フォトリソグラフィにより定められ、それによって各物理的な経路長は、λの同じ整数倍である。本実施形態では、位相調整器を使用して物理的な経路長の不正確さを補償し、導波路ごとの光路長が、全て導波路について同じである一定の値を加えて、使用差される光の波長λの整数倍になることをやはり確実にする。
【００３３】
図７は、円形格子カプラ６１０、およびその上に位置するリングコア光ファイバ７００の断面を示す。リングコア光ファイバは、’１４９の出願において詳細に説明されており、これは参照により本明細書に組み込まれている。概要では、リングコア光ファイバ７００は、中央円筒形クラッド領域７１０、チューブ状のコア流域７２０、およびチューブ状のクラッド領域７３０を含む。チューブ状のコア領域７２０の屈折率は、クラッド領域７１０および７３０のものより高い。したがって、リングコア光ファイバ７００内の伝搬モードは、チューブ状のコア領域７２０に実質的に限られたまたはその周りに実質的に限られたままとなることが期待される。伝搬モードは、複数の方位角方向モードおよび放射方向モードを含み得る。チューブ状のコアファイバ７００は、放射方向光カプラに結合するのに良く適している複数の方位角方向モードを有する。リングコアファイバ７００の追加の詳細は、’１４９出願に見出すことができ、それによればチューブ状のコアファイバとしてリングコアファイバを指し、参照により本明細書に組み込まれる。
【００３４】
ＰＩＣ６００は、光信号の伝搬モードをリングコア光ファイバ７００に放つように構成され、リングコア光ファイバ７００は、ＰＩＣ表面にほぼ直角をなすように向けられ得る。様々な実施形態では、光学的ＰＩＣ６００は、ＰＩＣ６００上の平面偏光光信号をリングコア領域７２０内の方位角方向偏光光信号へ変換することができる。以下にさらに述べるように、複数の光信号は、異なる伝搬モードによって伝搬することができ、単一モードファイバリンクより大きいスループットを与える。
【００３５】
図７を続けて参照すると、チューブ状のコア領域７２０は、外径Ｄ１および内径Ｄ２を有する。いくつかの実施形態では、円形格子カプラ６１０は、直径φが外径Ｄ１にほぼ等しいように形成される。円形格子カプラ６１０とリングコア光ファイバ７００の間のカップリングは、Ｄ２の内部に生ずることがほとんど期待されず、Ｄ２の内側に光は、リングコアファイバにおいて伝搬しない可能性があるので、内径Ｄ２内で、円形格子カプラ６１０の同心円状のリングは適宜である。しかし、本開示の範囲は、リングコア光ファイバ７００がＤ２で他の伝搬要素を含む実施形態を含む。
【００３６】
図８は、ＰＩＣ６００の特定の一実施形態におけるスターカプラ６４０および光源６５０の相互接続を概略的に示す。スターカプラ６４０は、ポート１乃至ポート５と呼ばれる入力を含む。５つの入力ポートが示されているが、実施形態は、任意の特定の個数の入力ポートに限定されない。また、図示の入力ポートの１つまたは複数は、未使用またはない場合がある。スターカプラ６４０は、出力ポートＯ０〜Ｏ６３を有する。出力ポートの個数は、任意の特定の個数にやはり限定されない。様々な実施形態では、出力ポートの個数は、放射方向導波路６２０の個数、例えば、例示の実施形態における６４個に等しい。
【００３７】
入力ポートに存在する光のパワーを出力ポートの間で等しく分割するように構成されてもよいことが当業者にも理解されよう（例えば、Ｃ．Ｄｒａｇｏｎｅ、Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．、９４２ページ、１９８８参照。これは、全体として参照により本明細書に組み込まれる）。典型的には、出力における光の部分の位相は、スターカプラの幾何学的側面によってある程度決定される特定の位相関係に従う。また、典型的には、スターカプラは双方向性であり、そこでポートは、入力ポートまたは出力ポートとして構成され得る。代表する例として図８に概略的に示されるスターカプラ６４０を用いるとき、光学的ＰＩＣ６００の動作を理解するのを助けるために、下記のものは、スターカプラ６４０の動作の非限定の説明を与える。以下の議論において与えられる値は、およそであり、例えば、製造上のばらつきは、挙げられた理想的な値から離れる変化をもたらし得ることが、光分野の当業者には理解されよう。
【００３８】
スターカプラ６４０は、レーザ光がポート１に入力されるときに、出力ポートにおける光の出力Ｏ０…Ｏ６３が、出力ポートＯ０から出力ポートＯ６３へ２π−π／３２＝６３／３２πラジアンだけトータル位相角が増分するように構成される。すなわち、ｋ  ε［０，６３］についてのｋ番目の出力ポートＯｋと（ｋ＋１）番目の出力ポートＯ（ｋ＋１）の間の増分の実際の位相の変化は、ｅｘｐ（ｉδ）、およびδ＝２π／６４＝π／３２ラジアンである。図９を参照すると、カプラの位相プロット９Ａ１、９Ｂ１、９Ｃ１、９Ｄ１および９Ｅ１は、出力ポートＯ０…Ｏ６３による光の出力の実際の位相の実数部を示し、すなわち、ｙ軸は、ｋのｘ軸の値についてＲｅ｛ｅｘｐ（ｉｋ（δ＋δ’））｝を示し、これは、出力ポートＯｋおよびｋ  ε［０，６３］の指標（ｉｎｄｅｘ）である。ここで、δ’は、任意の位相偏移であり、円形格子カプラが、ほぼ回転対称であることを認識する。したがって、例えば、δ’は、プロット９Ａ１において約π／２であり得る。実際の位相プロット９Ａ１は、スターカプラ６４０のポート１へ入力される光が、６４個の出力ポートにわたって２πの１サイクル（ｃｙｃｌｅ）でトータル位相角が変化し、０ラジアンで開始する出力Ｏ０…Ｏ６３における光をもたらすことを示す。
【００３９】
光がポート２に入力されるとき、ポートＯ０…Ｏ６３での光の出力は、ポートＯ０における−πの角度位相から始まる４π−π／１６＝６３／１６πラジアンだけトータル位相角が増分する。すなわち、光がポート２に入力されるとき、ｋ  ε［０，６３］についてのｋ番目の出力ポートＯｋと（ｋ＋１）番目のＯ（ｋ＋１）の間の増分の実際の位相の変化は、ｅｘｐ（ｉ２δ）、およびδ＝４π／６４＝π／１６ラジアンである。この場合は、プロット９Ｂ１中の出力ポートインデックス「ｋ」の関数として、様々な出力ポートＯ０…Ｏ６３での光の実際の位相の実数部によって示される。同様に、光がポート３、４および５に入力されるとき、位相プロット９Ｃ１、９Ｄ１および９Ｅ１における出力ポートインデックス「ｋ」の関数として対応する実際の位相についてそれぞれ示されるように、ポートＯ０…Ｏ６３での光の出力は、それぞれ６π、８πおよび１０πだけトータル位相角が増分する。
【００４０】
出力ポートＯ０…Ｏ６３の各々は、方位角方向のシーケンシャルなやり方で（ｉｎ  ａｎ  ａｚｉｍｕｔｈａｌｌｙ  ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ  ｍａｎｎｅｒ）図６の放射方向導波路６２０のうちの１つに接続される。例えば、出力ポートＯ０は、０°で放射方向導波路６２０に結合することができ、出力ポートＯ１は、５．６°で放射方向導波路６２０に結合することができるなどである。図１に示される番号付けのやり方を参照すると、出力ポートは、等しく番号が付けられた放射方向導波路６２０に結合することができる。したがって、円形格子カプラ６１０に結合された光信号の位相は、図６の円形格子カプラ６１０の周りで２πの整数倍だけ反時計回りの方向に進む。
【００４１】
図８を参照すると、光源６５０は、光信号をスターカプラ６４０の入力ポートに供給する。例示の実施形態は、５つの光チャンネルを含む。各チャンネルは、２つの光信号源８１０を含む。したがって、例えば、チャンネル１は、光信号源８１０−１ａおよび８１０−１ｂを含む。一実施形態では、チャンネルごとの光信号源８１０の一方、例えば、８１０−１ａは、ＴＥ偏光光を生成するように構成される。他方、８１０−１ｂは、ＴＭ偏光光を生成するように構成される。各光信号源８１０は、変調されて、適切な変調技法、例えば、ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、８ＰＳＫ、ＱＡＭ、ＯＯＫなどによって情報を運ぶことができる。光信号は、単色光であってもよく、またはチャンネル１〜５ごとに多重化された波長であってもよい。
【００４２】
各チャンネル内では、コンバイナ（ｃｏｍｂｉｎｅｒ）として構成される偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）８２０は、信号源８１０からＴＥおよびＴＭ偏光信号を受信することができる。次いで、ＰＢＳ８２０は、ＴＥおよびＴＭ偏光信号を組み合わせて、ＰＢＳ８２０の出力に偏光多重化信号８３０を生成する。
【００４３】
スターカプラ６４０は、信号８３０の各々を、前述のようにそれらの間で増加的に変化する位相を有する相互に位相のそろった光信号の並行パターンに変換するように動作する。パターンは、これらの光信号が円形格子カプラ６１０に結合されるとき、リングコア光ファイバ７００の伝搬モードの個々の１つを引き起こすことができる。
【００４４】
図９を再び参照すると、ファイバの偏光のプロット９Ａ２、９Ｂ２、９Ｃ２、９Ｄ２および９Ｅ２は、リングコア光ファイバ内のＴＥ偏光信号の５つの異なる伝搬モードの計算した電場振幅を示す。電場の方向は、電場振幅の隣の矢印によって示される。この方向は、電場の時計回りの方位角方向偏光を示す。ＴＭ偏光伝搬モードの同様のプロットは、ファイバの中心に対して半放射方向外側に向けられた電場を示す。伝搬モードはほぼ直交し、そして伝搬モードの間のクロストークが低いことが予想される。
【００４５】
例示の伝搬モードは、円形格子カプラ６１０の周りの光の適切に構成された位相パターンにより、刺激によって引き起こされ得る。位相プロット９Ａ１では、例えば、円形格子カプラ６１０の外周部に伝送された光の実際の位相は、円形格子カプラ６１０の周りで一周期にわたって変化し、それによってファイバの偏光のプロット９Ａ２に示されるダイポール伝搬モードを引き起こす。位相プロット９Ｂ１では、位相は、円形格子カプラ６１０の周りの２つの周期にわたって変化し、それによってファイバの偏光のプロット９Ｂ２に示される四重極伝搬モードを引き起こす。同様に、位相プロット９Ｃ１、９Ｄ１および９Ｅ１に示される位相パターンは、ファイバの偏光のプロット９Ｃ２、９Ｄ２および９Ｅ２に示される伝搬モードを刺激する。同様の伝搬モードであるが直交電場を有する伝搬モードが、円形格子カプラ６１０でＴＭ偏光光によって刺激でき、６つ以上の直交モードをもたらすことが示され得る。
【００４６】
図１０は、受信用円形格子カプラ （図示せず）を使用して、リングコアファイバからの光信号を平面光導波路に結合するＰＩＣ１０００の一実施形態を示す。ＰＩＣ１０００は、偏光および伝搬モードのデマルチプレクサとして特に機能して、ＰＩＣ６００によって与えられる偏光および伝搬モードの多重化を逆にする。したがって、いくつかの実施形態では、ＰＩＣ１０００は、ＰＩＣ６００に物理的にほぼ同一である。したがって、スターカプラ６４０および円形格子カプラ６１０に関連して先に説明したマッピング（ｍａｐｐｉｎｇ）は、受信用円形格子カプラとスターカプラ１０１０の入力Ｉ０〜Ｉ６３の間のカップリングを説明することができる。それによって受信した光は、平面導波路によるスターカプラ１０１０の入力ポートＩ０…Ｉ６３に結合される。受信した光は、多重化された偏光、例えば、ＴＥまたはＴＭであり得る。スターカプラ１０１０は、出力ポートＯ１…Ｏ５から受信したチャンネル１〜５をそれぞれの偏光ビームスプリッタ１０２０−１、１０２０−２、１０２０−３、１０２０−４および１０２０−５に出力する。偏光ビームスプリッタ１０２０−１、１０２０−２、１０２０−３、１０２０−４ および１０２０−５は、ＴＥ偏光成分およびＴＭ偏光成分を分離し、電気ドメインへのさらなる光学的な処理および／または変換のために受信した成分をＰＩＣ１０００に送る。
【００４７】
図１１は、ＰＩＣ８００、ＰＩＣ１０００、およびそれらの間のリングコア光ファイバ７００を含むシステム１１００を示す。ＰＩＣ８００は、リングコア光ファイバ７００の伝搬モードによって伝送のために複数の光通信チャンネルを変調することができる。ＰＩＣ８００および１０００の例示の実施形態は、５つの伝搬モードのチャンネルを実現し、それぞれがＴＥおよびＴＭ偏光多重化を用いて、リングコア光ファイバ７００にわたって計１０個の直交チャンネルとなる。位相偏移変調および／または周波数分割多重化は、リングコア光ファイバ７００のデータ容量をさらに増大させることができる。
【００４８】
図１２に移ると、例えば、光デバイスを製造するための方法１２００が示される。方法１２００のステップは、本明細書中、例えば図１〜図１１に前述の要素を参照することによって制限なしで記載される。方法１２００のステップは、例示の順序ではなく、別の順序で実行されてもよい。
【００４９】
ステップ１２１０は、基板の平坦面に沿って光媒体の格子カプラ、例えば、円形格子カプラ１１０を形成するステップを含む。格子カプラは、表面上の中心に同心円状に位置する複数の隆起部２５０を含む。隣接した隆起部の各ペアは、溝２４０によって隔てられる。適宜、格子カプラは、円形格子カプラである。適宜、格子カプラはチャープである。
【００５０】
ステップ１２２０では、放射方向導波路１２０などの複数の光導波路は、光媒体で形成される。光導波路は、複数の隆起部のうちの最も外側の隆起部、例えば、最も外側の隆起部２１０の近くで末端をなす第１の端部を有する。第１の端部は、複数の隆起部のうちの最も外側の隆起部に沿ってほぼ均一に間隔をおいて配置され、中心に対して放射方向に向けられる。
【００５１】
適宜のステップ１２３０では、放射方向導波路の隣接したペアの間の領域を一部埋める媒体の移行部が形成される。適宜、移行部は、第１の厚さを有する第１の小部分と、第２の厚さを有する第２の小部分とを含む。
【００５２】
適宜のステップ１２４０では、複数の放射方向導波路は、対応する複数の光信号を最も外側の隆起部に供給するように構成され、それによって対応する複数の位相が、使用中に最も外側の隆起部の周りに２πの整数倍だけ進む。
【００５３】
適宜のステップ１２５０では、複数の導波路は、対応する複数の光信号を最も外側の隆起部にほぼ等しい位相で供給するように構成される。例えば、そのような構成は、ほぼ等しい物理的長さを有する導波路３３０などの複数の導波路の形成、および導波路の光路長を変更するために熱光学位相シフタ３５０などの位相調整器の形成の一方または両方を含んでもよい。
【００５４】
適宜のステップ１２６０は、基板の表面に沿ってスターカプラ６４０などのスターカプラを形成することを含む。スターカプラは、放射方向導波路の個数に等しい個数の入出力ポートを有する。この形成は、光学的接続を入出力ポートに形成することを含み、それによって各入出力ポートは、放射方向導波路のうちの対応する放射方向導波路に接続される。
【００５５】
適宜のステップ１２７０では、ＰＢＳ８２０などの偏光ビームスプリッタが形成され、スターカプラの入出力ポートに結合される。適宜、複数のそのような偏光ビームスプリッタが形成される。各偏光ビームスプリッタは、第１および第２の直交偏光光信号を偏光多重化光信号に組み合わせるように構成されてもよい。
【００５６】
適宜のステップ１２８０では、リングコアマルチモード光ファイバは、円形格子カプラの上に位置し、システム１１００を形成するなどのために、円形格子カプラに適宜結合される。適宜、最も外側の隆起部は、リングコアの外放射にほぼ等しい直放射を有する。
【００５７】
適宜のステップ１２９０では、光信号源は、システム１１００の組立てなどのために、各偏光ビームスプリッタに結合される。各光信号源は、偏光多重化光信号を供給するように構成することができる。
【００５８】
本出願に関連する当業者は、他のおよびさらなる追加、削除、置換および修正が、記載した実施形態になされてもよいことを理解されよう。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ１】
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【図９Ａ２】
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【図９Ｂ１】
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【図９Ｂ２】
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【図９Ｃ１】
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【図９Ｃ２】
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【図９Ｄ１】
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【図９Ｄ２】
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【図９Ｅ１】
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【図９Ｅ２】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図５】
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