(57)【要約】  光学部品間で光信号の効率的な伝送をするための光結合デバイス。本デバイスは、その入力端に接続された送信部品から光信号を受信し、その信号をその出力端に接続された受信部品へ効率的に送信することができる。本発明のデバイスは、２つまたはそれ以上の誘電体の組み合わせを含み、本デバイスを通して光信号が伝播する間のインピーダンスの一定保持に加え、入力端及び出力端におけるインピーダンス整合をも達成する。入力端、出力端におけるインピーダンス整合は、相互接続される部品との緊密な実効誘電率の整合を実現するための、入力断面及び出力断面における本デバイスの構成誘電体の相対的な比率を変化させることを通して制御される。本デバイス内でのインピーダンスの一定保持は、本デバイスの断面形状及び構成誘電体の断面充填率の、同時的変化を通して実現される。このインピーダンス状態と入力端及び出力端における高い空間的重なりとが相まって、相互接続された光学部品間で送信される信号の出力の損失を極小化する。【選択図】図３
2008500581.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の誘電体と第２の誘電体を含む光結合デバイスであって、
入力断面を有し、該入力断面が前記第１の誘電体の第１の充填率を有する、光信号を受けるための入力端と、
出力断面を有し、該出力断面が前記第１の誘電体の第２の充填率を有する、前記光信号を送るための出力端と、
前記第１及び第２の誘電体を有し、前記入力部が複数の内部断面を有する、前記入力端と出力端との間の内部部分とを有し、
前記第１の充填率が前記第２の充填率とは異なる、光結合デバイス。
【請求項２】
前記第１の誘電体が前記第２の誘電体内に散在する、請求項１に記載の結合デバイス。
【請求項３】
前記第１の誘電体が、前記第２の誘電体内に１つまたはそれ以上の独立領域を形成する、請求項３に記載の結合デバイス。
【請求項４】
前記独立領域が１つまたはそれ以上のフィラメント状領域を含み、該フィラメント状領域が前記入力端から前記内部部分を通って前記出力端に連続的に延在し、各前記フィラメント状領域が前記入力断面、前記内部断面、前記出力断面の各々内に１つの充填域を占め、該充填域が充填サイズ及び充填形状を持つ、請求項４に記載の結合デバイス。
【請求項５】
前記１つまたはそれ以上のフィラメント状領域の前記充填形状が、前記入力断面、前記内部断面、前記出力断面の中で同一である、請求項５に記載の結合デバイス。
【請求項６】
前記１つまたはそれ以上のフィラメント状領域の前記充填形状が、前記結合デバイスの前記入力端と出力端との間で変化する、請求項５に記載の結合デバイス。
【請求項７】
前記１つまたはそれ以上のフィラメント状領域の前記充填形状が、前記入力断面、前記出力断面のうちのいずれか１つでは正方形であり、前記入力断面、前記出力断面のうちの他方では長方形である、請求項９に記載の結合デバイス。
【請求項８】
前記フィラメント状領域の前記充填域が、前記入力断面、前記内部断面、前記出力断面の中に周期的に配置される、請求項５に記載の結合デバイス。
【請求項９】
前記第１の誘電体が、前記第２の誘電体内に２つまたはそれ以上の独立領域を形成する、請求項１に記載の結合デバイス。
【請求項１０】
前記独立領域が、前記第２の誘電体の中に周期的に配置される、請求項１４に記載の結合デバイス。
【請求項１１】
前記入力断面及び前記出力断面のサイズ及び形状が異なる、請求項１に記載の結合デバイス。
【請求項１２】
前記内部断面の形状又はサイズが、前記入力端と前記出力端との間で変化する、請求項１に記載の結合デバイス。
【請求項１３】
前記内部部分の特性インピーダンスが一定である、請求項１に記載の結合デバイス。
【請求項１４】
請求項１の光結合デバイスと、
前記結合デバイスの前記入力端に相互接続され、前記入力端により受け取られる前記光信号を供給する送信素子と、
前記結合デバイスの前記出力端に相互接続され、前記出力端により供給される前記光信号を受ける受信素子とを含む、光学回路。
【請求項１５】
前記送信素子が光ファイバ又はスラブ導波路であり、前記受信素子が光ファイバ又はスラブ導波路である、請求項２４に記載の光学回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光素子を相互接続する光結合デバイスに関する。本光結合デバイスは、光を１つの光素子から他の光素子に相互接続経路に沿って効率的に転送する。より詳細には、本発明は、光結合デバイスの断面積及び／又は屈折率が光素子間の相互接続経路に沿ってなだらかに変化するような方法で、２つまたはそれ以上の光媒体を統合する光結合デバイスに関する。
【０００２】
背景技術
歴史的に見ると通信システムの発達は、文明の発展の中核をなしていた。通信の進化は、主として通信の帯域幅、速度、距離の増大に貢献した技術上の進化の物語であった。電子通信の時代は、モールスの電信の開発から始まったが、これは瞬時の通信を達成する技術であるものの、１秒間にたった数ビットの速度であった。１８７０年代に開発されたベルの電話は、電信の最初の大きな拡張であり、４ｋＨｚの帯域幅を提供した。そして、通信の潮流は、高い情報搬送の帯域幅を周波数に比例して有するより高い周波数の搬送波へと進化を続けた。初期のラジオは、１ＭＨ域で作動し１５ｋＨｚの帯域幅を提供した。アナログテレビは、約６ＭＨｚの帯域幅を必要とし、５４ＭＨｚから８０６ＭＨｚにかけて分布する搬送周波数を使用することにより達成可能であった。通信の進歩は、半導体エレクトロニクスの出現と１９５０年代のトランジスタの開発を通して続いた。そして、シリコンベースの電子デバイスは、ＧＨｚ域の帯域幅を提供している。
【０００３】
光源をベースとした通信が、電子システムよりもはるかに大きな帯域幅を提供するということは、長く認識されてきた。光の周波数は、数百ＴＨｚの域にあり、電子システムのスイッチング速度及び変調速度を大幅に上回る。光通信システムの実現へ向けての主要ステップには、適切に低い吸収損失及び散乱損失を有する材料の発見及び処理を含む、導波管及び光ファイバの開発と、レーザの出現とが含まれている。しかしながら、初期の及び殆どの今日の光通信システムは事実上オプトエレクトロニックであり、光の制御を電子部品（例えば、スイッチ、変調器、制御装置、増幅器、コネクタ、フィルタ）に依存することから、ＴＨｚ域の通信周波数の達成は予想以上に難しいことがわかってきた。これらの部品は、光搬送周波数の全潜在力を実現するための通信業界の能力を制限する電子的な隘路をとなってている。電子部品の性能は過去数十年に大幅に改善されたが、電子部品がそれらの究極的な速度に急速に近づきつつあるということが広く信じられている。帯域幅の更なる改善には、電子工学の限界に拘束されない新たな光を制御するための方策が必要である。理想としては、全光学的なシステムが望まれている。
【０００４】
全光学通信ネットワークを達成するためには、光学的な類似物即ち今日のオプトエレクトロニックシステムに用いられている既存の電子デバイスに取って代わるものを開発することが必要であり、それらの部品を効率的且つ小型なシステムにまとめる必要がある。今日の努力の多くは、デバイスのレベルにおける光コネクタ、光スイッチ、光変調器等の開発と、これらのデバイスを、集積回路に用いて効を奏した設計に類似した態様で集積することに向けられている。生産過程という観点から見ると、平面構造が望ましく、その結果、平面導波管が集積光システムの中で光を導くための主な導管である。この平面導波管は、集積化された電子回路のワイヤ相互接続の光学的類似物になる。光の長距離にわたる伝送はしかしながら、単一モード光ファイバを通して光を導くことにより達成できる。というのは、キロメートルの桁の長さを持つ低損失光ファイバが今や経済的に作る事が可能だからである。
【０００５】
全光学通信ネットワークの大部分の設計においては、光は集積された光部品間を光ファイバを用いて伝送される。この集積光学部品とは、光信号を生成、処理、検出する能動部品であり、また光ファイバはネットワーク中の集積光学部品間で光を伝達する働きをする受動部品である。従って、全面的光通信ネットワークの導入に成功するには、集積光学部品、特に平面部品への光ファイバの効率的な連結が要求される。集積光学部品が受信する入力光信号は最初に導波管に導入されることから、ファイバを平面集積光学部品へ連結する上での中心課題は、ファイバから平面導波管に光を効率的に伝送することである。
【０００６】
ファイバ−導波管の接合点は、全光学システムの主要な損失源である。この損失の源は、光媒体及び光の閉じ込め度の違いによる異なる光部品内での光の伝播特性の相違に起因する。例えば光ファイバは、コアとクラッド間の屈折率の差が小さいことによってもたらされる弱い閉じ込め度のため、大きな径の出力プロファイルを有する光モードを運ぶ。集積導波管はこれと対照的に、ファイバに用いられる材料（例えば、シリカ）よりもより高い屈折率及び／又はより強い閉じ込め度を有する導波材料（例えば、シリコン）を主に用い、結果的に導波モード径はファイバ内よりも集積導波管内の方が遥かに小さい。一般的に、モード径は、単一モードのシリカファイバで１０μｍ、シリコン導波管では０．５μｍである。従って、効率的にファイバを導波管に結合するには、ファイバ特有の径を持つモードから導波管特有の径を持つモードへ変換する機構が必要であり、逆の場合も同様である。この変換における損失の可能性は、特にファイバから導波管への方向では、大きな径のビームを大幅なパワー損失無しで小さな径のビームに変換する必要があるため、高い。ファイバを集積導波管へ単純に端部連結（背中合わせの配置）すると、ファイバと導波管間の断面積の大幅な不整合による多大な損失につながる。ファイバを出る信号の多くは、ファイバと導波管間の乗り換え地点での物理寸法すなわち断面の空間的重なりの不整合により、ずっと小さな導波管に入ることが出来ない。大きな径のファイバを出る光の一部は、やむを得ず小さな断面を持つ導波管を少なくとも１つの方向には通り抜け、この光が必然的に光信号の損失に相当することとなる。
【０００７】
ファイバから導波管への光信号の乗り換え時のモード径の調整のための、従来技術での１つの解決策はテーパーをつけることである。テーパーをつける目的は、ファイバ又は導波管の物理寸法を、モード径のより良い整合が実現できるように調整することである。ファイバのテーパーつけでは、目標は、集積導波管の受け入れ開口に対してｎおより良い整合性を提供するために、物理寸法の縮小を通じて出力端を狭くすることによりモード径を減少することである。このようにして、ファイバを出るビームと導波管により最適に導かれるビームとの、より良い断面の重なりの整合が実現できる。ファイバの収束化（ｌｅｎｓｉｎｇ）は、同様にこの目的のために用いられてきた。ファイバのテーパーつけ及び集束化は改善をもたらしたものの、得ることが出来るモード径は自由空間でのビーム径の限界によって制限され、この限界は典型的なシリコン導波管の開口よりもまだ大きい。また、位置合わせに対する要求も厳しい。
【０００８】
従来技術の他の解決策は、導波管にテーパーをつけること（ｔａｐｅｒｉｎｇ）である。導波管のテーパーづけでは、目的は、ファイバとのよりよい整合が得られるように、導波管の受け入れ端（受信端）におけるモード径を拡大することである。導波管のテーパーづけは、アップ・テーパーづけ又はダウン・テーパーづけを通して達成される。アップ・テーパーづけ構造では、平面導波管の端部は、ファイバコアの物理寸法に整合するために寸法調整され、つまり外側及び上側に広げられて、断面の重なりの増大をもたらす。広げられた端部は、ファイバから大きな径のビームを受け取り、その広げられた端部が収斂して平面導波管と融合していくにつれ、そのビームを徐々に望ましいサブミクロン寸法へと絞り込んでいく。この広げられた端部は同様に逆にも働き、小さな径の導波管モードを、ファイバに送信することが出来る大きな径のモードに変換する。
【０００９】
アップ・テーパーづけ構造の実用上の問題は、処理方法である。アップ・テーパーづけは、平面処理技術の中で製造するには複雑な、平面から外れた高さのある構造を必要とする。他の問題は、モードの保持と損失の極小化のためには、長いテーパが必要だということである。長いテーパは、モード径の緩やかな変換をもたらし、伝送されたモードがそのパワーを、集積導波管の多くの許容モードの中に分布させてしまう傾向を極小化する。ファイバモードを、２つまたはそれ以上の導波管の許容モード又は放射モードへ分配することは、散乱損失につながる。これらの損失は、長い、延長されたテーパ構造（ｍｍスケールの）を通してのみ極小化することができる。このようなテーパは、集積光学デバイスの有効領域の多くを費やしてしまう。
【００１０】
導波管テーパーづけはまた、導波管の受信端が、モード電磁場の非局在化を許容するほどに充分に小さなｎｍ域のサイズを持つ先端にまで縮小している、ダウン・テーパーをつける構造でも実現できる。非局在化は、導波管モードを導波管コアを超えてクラッドにまで拡張することにつながり、ファイバコアとのより良い空間的な重なりをもたらす。ダウン・テーパーづけの欠点は、要求されたナノスケールのテーパーづけされた先端を形成することに特有の処理の複雑さと、位置あわせの難しさである。
【００１１】
ファイバコアと集積導波管の間の如何なる屈折率の不整合も、反射損失につながり、それが更にパワー伝送の効率を低下させる。
【００１２】
光ファイバを集積導波管に連結するための従来の方法のこれらの欠陥は、光ファイバと導波管との間でのより効率的な光モードの結合を達成する新たな結合デバイスの必要性をはっきりと示している。理想的には、この結合デバイスは、モードの対称性の維持と散乱及び放射損失の回避をしながら、ファイバから導波管及び導波管からファイバへのパワーの効率的な伝送を達成するべきである。その多くの応用例の中では、ファイバから現れるランダムに偏光したビームから、導波管にとって望ましい偏光のモード（例えば、ＴＥ又はＴＭ）を生成することも更に望まれる。
【００１３】
発明の概要
本発明は、送信する光素子から受信する光素子へ光モードを効率的に受け渡す光結合デバイスを提供する。この光結合デバイスは、その入力端に接続された送信部品から光信号を受信して、その出力端に接続された受信部品にその信号を効率的に送信することができる。
【００１４】
本デバイスは、２つ又はそれ以上の誘電体の組み合わせを含み、本デバイスを通って光信号が伝播する間のインピーダンスの一定保持のみならず、入力端及び出力端におけるインピーダンス整合を達成する。入出力端におけるインピーダンス整合は、相互接続される部品のものと密に整合する実効誘電率を実現するために、入力及び出力端の断面内での本デバイスを構成する誘電体の相対的な比率の変化を通して制御される。本デバイス内のインピーダンスの一定保持は、本デバイスの断面形状と構成誘電体の断面充填比の同時的変化を通して実現される。このインピーダンス状態は、入出力端における高度の空間的重なりと相まって、相互接続される光学部品間で伝送される信号のパワーの損失を極小化する。
【００１５】
本発明の一実施形態では、光結合デバイスは、送信素子としての円断面ファイバからの光信号を、受信素子としての正方形又は長方形のスラブ導波管につなぐ。この実施形態では、光信号は円形の断面を持つビームから長方形の断面をもつビームに変換される。本発明の他の実施形態の結合デバイスでは、２つのファイバ間（例えば、大きな径のファイバからの光信号の小さな径のファイバへの伝送、又はその逆）、又は２つのスラブ導波管間（例えば、正方形の断面を有する導波管からの光信号の長方形の断面の導波管への伝送、又はその逆、長い辺長の正方形導波管から短い辺長の正方形導波管への伝送、又はその逆、或る長方形断面を持つ導波管から異なる長方形断面を持つ導波管への伝送、等々）で、光信号をつなぐことを可能にしている。
【００１６】
また別の実施形態では、任意の断面形状を有するビームの光信号が本発明の結合デバイスにより受信され、またこのデバイスを通して伝送される。例えば、楕円形の断面を持つ光ビームを送信素子と受信素子との間で結合してもよく、また円形又は長方形のビームに変換することができる（その逆も同様）。更に別の実施形態では、任意の断面形状のビームを別の任意の形状に変換することができる。また別の実施形態では、特定の断面形状のビームが、本発明の結合デバイスを通って伝播する間に寸法が拡大又は縮小されても、その形状を維持することができる。本発明の結合デバイスの入力、出力断面は、円形、正方形、長方形、あるいは円形や直線の辺（対称、非対称形状を含む）を含む任意の形状であってもよい。
【００１７】
更に他の実施形態では、偏光の状態が無偏光、ランダム偏光、垂直偏光、水平偏光、中間偏光状態のうちの一つからそのうちの他の状態に変換することができる。偏光の変更は、光ビームの断面の形状又は寸法の変化と共に、またはそれらとは独立して起こすことができる。偏光の変化は、第２の誘電体中に挿入された第１の誘電体の断面形状を、光信号の伝播方向にそって変化させることにより実現できる。
【００１８】
２つの材料の組み合わせに加え本発明の結合デバイスは、３つまたはそれ以上の誘電体を含むことができ、またこの結合デバイスは、空気、ガラス、シリコン以外の材料を含んでも良い。空気、シリコン、ゲルマニウム、ＩＩＩ−Ｖ属（例えば、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓ、ＡｌＩｎＧａＡｓなどの合金及び化合物を含む）及びＩＩ−ＶＩ属（例えば、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅなど）の酸化物などの化合物半導体、カルコゲニド結晶及びガラス一般（金属酸化物、ケイ酸塩、ゼオライト、灰チタン石、ガーネットを含む）、重合体、ゲル、ダイアモンド、及びそれらの組み合わせを含む（ただし、これに限定するものではない）誘電体を、本発明の結合デバイスの誘電体として採用することができる。本発明の結合デバイスに含まれる誘電体は、相互接続される送信デバイス及び受信デバイス内に存在する材料と同じでもあっても良いし、異なっていてもよい。本作動原理は、入力端、出力端におけるインピーダンス整合、及び結合デバイスを通してのインピーダンスの一定保持に関する考察に依存している。
【００１９】
実施の形態の詳細な説明
本発明は、送信光素子から受信光素子に光モードを効率的に伝送する光結合デバイスを提供する。１つの光素子から他の光素子へ光信号を効率的に伝送するには、伝送された光信号の出力すなわち強度を最大にする結合デバイスが必要である。多くの応用例ではまた、光信号の伝送に当たってモードの対称性のような特性を維持することや、多数の導波モードや放射モードへの出力の分散を避けることも望まれる。
【００２０】
１つの素子から他の素子へと伝送される出力の最大化には、結合デバイスの入力端における送信素子と結合デバイスの適切な空間的重なり、送信素子と結合デバイス間の結合部における反射損失の極小化、結合デバイスを通過するときの光信号の散乱又は反射の極小化、結合デバイスの出力端における結合デバイスと受信素子の充分な空間的重なり、及び結合素子と受信素子との間の結合部における反射損失の極小化が必要とされる。
【００２１】
本発明の結合デバイスは、送信素子から受信素子へ光信号を効率的に伝送するように設計された相互接続素子である。本発明の結合デバイスは、送信素子から光信号を受け入れる入力端と、受信素子に該光信号を提供する出力端を備えている。この中の一実施形態では、本発明の結合デバイスの入力端は送信素子に物理的に接続され、本結合デバイスの出力端は受信素子に物理的に接続される。光信号は本結合デバイスを相互接続経路に沿って通過する。本結合デバイスは、次のうちの１つまたはそれ以上を提供することにより結合損失を極小化する。すなわち、送信素子を出る光信号の高度の受け入れを可能とする入力端での送信素子との充分な空間的重なり、光信号受け入れ時の反射損失を極小化するための入力端での送信素子との屈折率の近似及びインピーダンスの整合、本デバイスを通る光信号の内部伝播の間の反射及び／又は散乱損失を極小化するために光信号が本デバイスを通過する時に相互接続経路にそってその特性（例えば、径、閉じ込め度、モード形状、モードプロファイル）が変化しても光信号のインピーダンスを一定保持又はそれに非常に近く近似すること、光信号が本結合デバイスを出る時の反射損失を極小化するための出力端での受信素子との屈折率の近似及びインピーダンスの整合、本結合デバイスを出る光信号の受信素子による高度の受け入れを可能とするための出力端での受信素子との充分な空間的重なりとである。
【００２２】
本結合デバイスは、入力端における導波モード特性が送信素子のそれと相似するように、及び／又は出力端における導波モード特性が受信素子のそれと相似するように設計されている。本結合デバイスは従って、１つまたはそれ以上の次の特性を組み込むことにより損失を極小化した状態で、光信号の送信素子のモード状態の特性から受信素子のモード状態特性への変換を達成する。すなわち、それらの特性とは、入力端と送信素子との結合部分で屈折率又はインピーダンスが整合すること、及び／又は出力端と受信素子との結合部分で屈折率又はインピーダンスが整合すること、及び／又は光信号のモード特性（例えば、モード径、モード場、閉じ込め度）が本結合デバイスを通しての伝播の間に変化させられても本結合デバイス内での相互接続経路に沿ってのインピーダンスが整合すること、とである。
【００２３】
本結合デバイスの中で採用された方策では、従来の結合デバイス内の損失の大部分は、結合デバイスを通しての光信号の伝播中はもちろん、結合デバイスと他のデバイス（例えば、送信、受信素子）との結合部すなわちインターフェースで起こっていると認識に基づいている。光信号が或る媒体から他の媒体へ通過するとき、又は徐々に且つ連続的にその形状又は光学的性質が変わる媒体を通して送信されるとき、特性インピーダンスが一定のままでない限りそれは反射又は散乱する。反射及び散乱は光信号の損失に相当するので、伝送される光信号の出力を最大化するためには、それらを最小化する必要がある。本結合デバイスは、反射及び散乱損失を最小化するために、インピーダンスを整合及び一定保持する方策を採用している。本結合デバイスは、デバイス間の結合部すなわちインターフェースでのインピーダンスを整合又は概ね整合させ、結合デバイス内の相互接続経路に沿ってインピーダンスを一定保持又は概ね一定保持する。
【００２４】
最小の損失で光学的回路を構成する観点からすると、結合デバイスの設計の重要な目的は、入力インピーダンスを一定保持するデバイスを実現することである。以下で論ずる理論では、我々は結合デバイスの特性インピーダンスと称する数量を導入し、結合デバイスに沿っての特性インピーダンスの一定保持を意図する設計的な考慮についての説明に焦点をおく。結合デバイスの特性インピーダンスは、無負荷状態にあるときの入力インピーダンスに相当する。特性インピーダンスは、結合デバイスを表現するには入力インピーダンスよりもより便利な理論構成の枠組みであるが、その理由は、入力インピーダンスに影響する可能性のある結合デバイス外の影響（例えば、結合デバイスの出力端に接続された素子、及びその回路の中の更に後段の素子）よりも結合デバイスそのものの特性に我々が集中することを可能とするからである。結合デバイスの特性インピーダンスの一定保持は、それが回路の中に配置されたときその入力インピーダンスを一定保持することを保証することから、我々はより好都合な特性インピーダンス値の観点から本発明を論ずることを選択する。
【００２５】
我々のインピーダンスを考察するための理論的枠組みは、伝送線理論に基礎を置いている。伝送線理論の中では、受動的光素子（例えば、導波管（ファイバと、平面すなわち集積導波管を含む）及び結合デバイス）は、光の電磁場（Ｅ、Ｈ）又は材料（μ、σ、ε）パラメータの観点から定義される波動インピーダンスを有する伝送線とみなされる。伝送線理論の主要パラメータは、伝送線のインダクタンスＬ及びキャパシタンスＣである。
【００２６】
伝送線理論のなかで光導波管は、導波管の実効インダクタンスＬ及び実効キャパシタンスＣが、その導波管構造の光電磁場及び材料パラメータから決定されるという類推を使ってモデル化される。本理論の中では、誘電体光導波管すなわち結合デバイスの特性インピーダンスＺｃは、以下のように書くことができる。
【数１】
2008500581.tif 000003
【００２７】
ここで、εは誘電率、μは透磁率、μ０は真空透磁率（これは、通常の誘電体ではμに近似している）、ε０は真空誘電率、εｅはその導波管構造の実効誘電率である。導波管すなわち結合デバイス構造の実効キャパシタンスＣは、εｅと、導波管つまり結合デバイスの断面形状とモード形状の無次元の関数であるＣｇの積で表せることから、次のように書くことができる。
【数２】
2008500581.tif 000004
【００２８】
μ０及びε０は定数なので、導波管すなわち結合デバイス構造の形状若しくは物理的寸法又はモード形状若しくは閉じ込め度の変化（すなわち、Ｃｇの任意の変化）による実効インピーダンスの如何なる変化も、実効誘電率εｅを相殺するようにさせる変化によって埋め合わせされ、一定のインピーダンスが保持される。
【００２９】
材料の誘電率は、材料の誘電定数又は屈折率に直接関係するので、上記の分析はこれらの量を使っても同様に行うことが出来る。誘電定数は、材料の誘電率（すなわち実効誘電率）と真空の誘電率の比であるだけだあり、屈折率は、誘電定数の平方根である。従って、結合デバイスの実効インピーダンスの変化は、このように実効誘電率、誘電定数、又は屈折率の適切な相殺的な変化により、補償することができる。
【００３０】
結合デバイスは、結合デバイスを通してモードが伝播する方向に沿って結合デバイスの物理的寸法（例えば、断面積又は形状）が変化する時に、特定のモードプロファイルを有する入力モード（結合デバイスの入力端で受信されるモード）を、異なるモードプロファイルを持つ出力モード（結合デバイスの出力端にて発信されるモード）に変換することが出来る。結合デバイスの物理的な寸法の変化は、関数Ｃｇを介して結合デバイスのインピーダンスの変化をもたらす。本発明の結合デバイスでは、モード伝播経路に沿っての結合デバイスの形状の変化によるインピーダンスへの影響は、モード伝播経路に沿って一定の又は殆ど一定のインピーダンスを有する結合デバイスが提供できるように、モード伝播経路に沿って結合デバイスの実効誘電率が相殺するように変化することを通して、相殺又は殆ど相殺される。結果として、結合デバイスの入力端から出力端へのモードの伝播に関連する反射及び／又は散乱損失は極小化され、結合デバイスを通して伝達される出力は最大化される。
【００３１】
本発明の結合デバイスは、２つまたはそれ以上の挿入された誘電体媒体の組み合わせを含み、光信号を送信素子から受信素子へと効率的に伝送するための相互接続デバイスとして用いことができる。本結合デバイスの入力端は送信素子のものと良く整合した断面形状とインピーダンスを有し、本結合デバイスの出力端は受信素子のものと良く整合した断面形状とインピーダンスを有している。典型的な応用例では、本結合デバイスに相互接続される送信素子及び受信素子は、送信素子及び受信素子に存在するモードプロファイル（モードの断面形状及びモード断面内の光強度分布を含む）が異なるようにすることができるように、異なる断面形状及び／又は断面積を有する。そのような実施例では、本発明の結合デバイスは、光信号が横切る経路に沿って結合デバイスの断面形状又は断面積を連続的に変えることを通して、送信素子のモードプロファイルを受信素子のモードプロファイルに変換する。上述したように、結合デバイスの断面形状若しくは断面積又は他の物理的寸法の変化は、それ単独では結合デバイスのインピーダンスの変化につながり、従って結合デバイスを通して伝播する光信号の損失源に相当する可能性がある。
【００３２】
本発明の結合デバイスは、結合デバイスを通しての光信号の伝播経路に沿って起こる、配置、形状、断面、又は他の物理的寸法の変化に起因する如何なるインピーダンス変化をも、実効誘電率の相殺的な変化を達成することによって補償する。本発明の結合デバイスの実効誘電率は、結合デバイスに含まれる２つまたはそれ以上の挿入された誘電体の各々の相対的な比率を変えることにより、入力端と出力端との間で変化させることができる。好ましい一実施形態では、実効誘電率は、２つまたはそれ以上の誘電体の各々の結合デバイス断面に対する充填比を伝播経路に沿って変化させることにより、入力端と出力端との間で連続的に変化する。（充填率は、結合デバイスの断面積における或る材料の相対的な寄与すなわち寄与の割合のことを指し、ここで上記断面積は一般に光信号の伝播方向又は結合デバイスの中心軸に対して断面として直交している。）本結合デバイスの伝播経路に沿っての断面寸法及び実効誘電率の同時的且つ相殺的変化は、伝播経路に沿って一定又は殆ど一定のインピーダンスを提供する。
【００３３】
本結合デバイスの作動及び設計の原理の更なる説明は、以下の例示的実施例の中で提供される。
【００３４】
実施例１
本実施例では、異なる誘電率を有する２つの挿入された誘電体を含む、本発明の結合デバイスの実施形態を考える。本結合デバイスは、入力断面を有する入力端と出力断面を有する出力端を有し、結合デバイスの断面積が結合デバイスの長さに沿って入力断面から出力断面へと連続的に変化する。この入力断面及び出力断面は、１つの誘電体の特定の充填率と他方の誘電体の特定の充填率を持つ断面積（これらの２つの誘電体の充填率は、入力断面と出力断面とで異なる）を持っている。好ましい一実施形態では、上記２つの誘電体の充填率は結合デバイスを通しての伝播経路に沿った異なる断面にわたって連続的に変化する。
【００３５】
本実施例の結合デバイスは、光ファイバ及び平面導波管を図１に概略的に示すように相互接続する。ファイバ１０は、ガラスのコアを有する円形のファイバであり、平面導波管３０はシリコンスラブ導波管である。典型的な一実施形態では、ファイバのガラスコアは約１．４５の屈折率と約９μｍの直径を持ち、シリコンスラブ導波管は約１．５μｍの幅と約３．４の屈折率を持っている。このシリコンスラブ導波管はまた、通常は正方形又は長方形の断面を有する。本実施例では光は、結合デバイスの入力端４０がファイバに接続することができるように、且つ結合デバイスの出力端５０が導波管に接続することができるように、ファイバから結合デバイス２０を通って導波管の中に伝播していく。結合デバイス２０はテーパの付いた形状をしており、伝播する光信号が遭遇する断面積が入力端と出力端との間で減少する。本実施例では、ファイバの中心軸は導波管の中心軸と一致している。
【００３６】
図２は、入力端４０の端面図である。この端面図は、結合デバイスの入力断面に相当している。この入力断面は、散在挿入したシリコン領域７０をその中に有するガラス領域６０を含んでいる。図２の実施形態では、シリコン領域７０は入力断面において正方形の形状を持つ独立の領域である。本結合デバイスの断面における散在挿入した誘電体の領域により占められた空間は、ここでは上記独立領域の充填域又は充填部と呼んでもよい。全ての充填域すなわち充填部は、それぞれの形状とサイズを有している。本実施例では、この独立のシリコン領域は、正方形の充填形状と図２に示すような相対的充填サイズを有する充填域を有している。ファイバコアの輪郭８０もまた図２の中に示されている。結合デバイスの入力断面とファイバコアとの充分な空間的重なりは、結合デバイスによる光信号の高い受容性を可能とする。
【００３７】
座標軸ｘ及びｙもまた、図２に示されている。ｘ方向及びｙ方向は、図２の破線Ｃ−Ｃ及びＢ−Ｂにより示される方向にそれぞれ相当する。ｚ方向は、この図の紙面への垂直方向に相当する。このｘ、ｙ、ｚ方向は、本結合デバイスの３次元的見方が出来るようにするために、本実施例の説明及び図に含まれている。図２では、入力端はｘ−ｙ平面に配置され、結合デバイスはこのページの平面の後方にｚ方向に延在している。ｚ方向は、本実施例での光信号の伝播方向である。
【００３８】
入力端におけるファイバと結合デバイスの緊密なインピーダンス整合は、ガラス領域６０をファイバコアの中にあるものと同じガラスから形成することと、入力断面でのシリコン領域７０の充填率を低くすることにより実現される。上述のように、この充填率はシリコン領域７０の入力断面４０における相対的面積である。本実施例では、充填率は、独立シリコン領域７０の充填域の全てを合わせたものと結合デバイスの入力端の総断面の比に相当する。シリコン領域７０が少ないことと、ファイバ中で使われていると同じガラスを用いることとにより、結合デバイスの入力端における誘電率はファイバコアのものに極めて近いものとすることが出来る。殆ど同じ誘電率と高い空間的重なり具合の組み合わせは、密接なインピーダンス整合と入力端における高い受容性を保証する。これにより、ファイバと結合デバイスの結合部での損失は最小化される。
【００３９】
図３は、ｙｚ平面における本結合デバイスの断面の俯瞰図である。この図は、図２の直線Ｂ−Ｂを含む垂直平面に相当する本結合デバイスの中央断面を示している。ファイバコア１０、入力端４０、出力端５０、及び平面シリコン導波管３０が、図３に示されている。また、本結合デバイスのガラス領域６０、シリコン領域７０も示されている。この透視図は、結合デバイスの長さに沿ってのシリコン領域の独立性を表している。この独立シリコン領域は、ファイバあるいはフィラメント状の形状特性を持っているので、ここではファイバ領域又はフィラメント状領域とも称することができる。この図３の透視図は、結合デバイス２０のテーパ付けされた形状と、結合デバイス２０の断面のｙ軸方向に生じるｚ軸方向に沿っての減少を表している。この断面が減少するにつれて、光信号は漸減していく空間の中に閉じ込められる。閉じ込め度が大きくなるにつれ、結合デバイスの実効誘電率は、フィラメント状シリコン領域７０が広くなり且つガラス領域６０が狭まることから増加する。
【００４０】
結合デバイス２０の断面がｚ方向に向かって減少していくにつれて生じる実効誘電率の増加は、入力端と出力端の間でｚ方向に生じるシリコン領域７０の充填率の増加の結果によるものである。本結合デバイスの実効誘電率は、このデバイスを構成する材料又は複数の材料の実効誘電率の局所関数である。２つまたはそれ以上の材料が存在する場合、局所実効誘電率は個々の材料の実効誘電率の平均（光信号の波長程度の長さスケールに亙っての）である。
【００４１】
入力端４０では、本結合デバイスの断面は図２に示されている通りであり、この断面内のガラス領域６０の充填率は、シリコン領域７０の充填率を大幅に超えている。結果として、入力端における本結合デバイスの実効誘電率は、ガラスの値に非常に接近したものとなる。出力端５０では、状況は逆であり、出力断面でのシリコン領域７０はガラス領域６０の充填率よりもきわめて高い充填率を有している。その結果、出力端における実効誘電率は非常にシリコンの値に接近する。実効誘電率は、シリコンの充填率が大きくなって結合デバイスのテーパ付けの結果として生じるインピーダンスの変化を全面的に又は部分的に相殺しながら、結合デバイスの入力端から出力端へと連続的に増加していく。相殺の程度は、結合デバイスの単位長さ当たりの実効誘電率又は充填率の変化、誘電体の選択、結合デバイスのテーパ付け角度、結合デバイスの長さ、及び結合デバイスの断面の形状などの因子を制御することで変化させることができる。結合デバイスを通しての光信号の伝播による損失は、本発明の構想による結合デバイスのこれらの特性を変化させることにより、除去又は極小化することができる。
【００４２】
図４は、本実施例の結合デバイスの側面図である。この側面図は、図２の端面図に対応する、図２内の基準線Ｃ−Ｃを含む垂直平面に相当する断面図を示す。ファイバコア１０、入力端４０、出力端５０、平面シリコン導波管３０、結合デバイス２０のガラス領域６０、及びシリコン領域７０が示されている。図４の透視図は、結合デバイス２０のテーパ付けされた形状、及びｚ軸方向に沿って結合デバイス２０の断面のｘ軸方向の寸法が減少することを示している。この断面が減少するにつれて、光信号は漸減していく空間の中に閉じ込められる。閉じ込め度が大きくなるにつれ、結合デバイスの実効誘電率は、上述のようにシリコン領域７０とガラス領域６０の充填率の変化によりシリコン領域７０が広くなり且つガラス領域６０が狭まることから、増加する。
【００４３】
本実施例の結合デバイスは、グラスファイバとシリコン導波管を結合し、、テーパ付けされた形状、及び結合デバイスを光信号が通過する時に光信号に対し一定又はほぼ一定のインピーダンスを提供する結合デバイス内での実効誘電率の変化に加えて、入力端におけるグラスファイバからの光信号の高い受容性と、出力端でのシリコン導波管による光信号の高い受容性と、入力端でのグラスファイバコアとの密なインピーダンス整合と、出力端でのシリコン導波管との密なインピーダンス整合とを有する構造によってその結合を行う。送信素子、結合デバイス、及び受信素子が中心軸を共有する実施形態、及び、これら送信素子、結合デバイスと受信素子が共通平面に並んだ境界を持つ実施形態は何れも本願の発明の範疇に属する。これらの素子のその他の配列の仕方も類推的に本発明の範囲内にあることを認識するべきである。
【００４４】
実施例２
本実施例では、平面集積光素子のための結合デバイスが説明される。本実施例の結合デバイスは、ガラスコア領域を有する光ファイバとシリコンスラブ導波管との、ファイバの中心軸が導波管の中心軸とが一致していないような結合を提供する。より詳細には、本実施例の結合デバイスは、ファイバから導波管への光信号の効率的な伝送を可能にし、ここでこのファイバ及び導波管は共通平面内にある境界を有している。このような構成は、例えば、全平面構造が用いられる集積光素子に望ましい。これらの構造では、光学回路の個別素子が共通平面上に堆積されるか或いは配置されており、光信号を１つのデバイスから他のデバイスへ送ることが望ましい。
【００４５】
この光ファイバ及びシリコン導波管は、上述の実施例１に示す通りであり、本実施例の結合素子は２つの誘電体、すなわちガラス及びシリコンを含んでいる。本実施例の結合デバイスの入力端の端面図を図５に示す。図５は、入力端１４０の端面図を示している。この端面図は、本結合デバイスの入力断面に相当する。この入力断面は、散在挿入したシリコン領域１７０をその中に有するガラス領域１６０を含んでいる。この入力断面１４０でのシリコン領域１７０の充填領域は、正方形の形状を有している。同様に示されているのは、ファイバコアの輪郭１８０である。本結合デバイスの入力断面のファイバコアとの充分な空間的な重なりは、本結合デバイスによる光信号の高い受容性を可能にする。ｘ方向及びｙ方向は、図５に示す通りであり、ｚ方向はこの紙面と垂直な方向である。
【００４６】
本実施例の中で特に重要なのは図６に示す側面図であり、これは、図５の直線Ｃ−Ｃを含み図５の端面図に垂直な平面における断面図に相当する。ｘ方向及びｚ方向は、図６に示す通りである。この側面図は、ファイバコア１０、入力端１４０、出力端１５０、平面シリコン導波管３０、結合デバイス１２０のガラス領域１６０、及びシリコン領域１７０を含んでいる。本実施例でのシリコン領域１７０の独立で且つフィラメント状の様相が、図の中で明らかになっている。この側面図はまた、ファイバコアの底面１０５及び上面１３５、結合デバイスの底面１１５及び上面１４５、並びに導波管の底面１２５及び上面１５５も示している。本実施形態では、底面１０５、１１５、１２５は一直線に並んで共通平面内に位置しており、一方、ファイバコアの上面１３５と導波管の上面１５５は一直線になっていない。結合デバイスの上面１４５は、ファイバコアの上面１３５から導波管の上面１５５へと先細りになっている。
【００４７】
本実施形態では、シリコン領域１７０の充填率は、入力端１４０から出力端１５０へと延びる方向に増加する。上述のように、シリコン領域１７０の誘電率はガラス領域１６０の誘電率よりも高いので、増加していくシリコンの充填率は結合デバイスの実効誘電率の増加に相当する。増加した実効誘電率は、入力端１４０と出力端１５０との間での結合デバイスの断面の減少に伴う実効インピーダンスの増加を相殺又は部分的に相殺する実効インピーダンスの減少に貢献する。
【００４８】
実施例３
本実施例では、シリコンと空気を誘電体として含む結合デバイスの実施形態を考察する。上記の実施例１及び２のように、本実施例の結合デバイスは光ファイバと平面導波管を相互接続し、例えば、ファイバのガラスコアは約１．４５の屈折率と約９μｍの直径を持ち、シリコンスラブ導波管は正方形又は長方形断面で約１．５μｍの幅と約３．４の屈折率を持っている。本実施例では光は、結合デバイスの入力端がファイバに接続し、且つ結合デバイスの出力端が導波管に接続しているので、ファイバから結合デバイスを通って導波管の中に伝播していく。この結合デバイスはテーパの付いた形状をしており、伝播する光信号が遭遇する断面積が入力端と出力端との間で減少する。本実施例では、ファイバの中心軸は導波管の中心軸に一致している。
【００４９】
図７は、本実施形の結合デバイスの入力断面を示す。この入力断面２４０は、散在挿入した空気領域２７０をその中に有するシリコン領域２６０を含んでいる。本実施例では、空気領域２７０は入力断面において正方形の形状の充填域を持つ独立の領域である。ファイバコアの輪郭２８０もまた図７の中に示されている。結合デバイスの入力断面とファイバコアとの充分な空間的重なりは、結合デバイスによる光信号の高い受容性を可能とする。ｘ、ｙ、ｚ方向のみならず、基準線Ｂ−Ｂ及びＣ−Ｃも、図２において上に述べたのと同様である。
【００５０】
入力端におけるファイバと結合デバイスの緊密なインピーダンス整合は、シリコン領域２６０の充填率を、シリコン領域２６０（これは、グラスファイバコアよりも高い誘電率を持っている）及び空気領域２７０（これは、グラスファイバコアよりも低い誘電率を持っている）の両者全体にわたっての平均から得られる入力端での実効誘電率が、グラスファイバコアの誘電率に極めて近くなるように制御することにより、実現される。殆ど同じ誘電率と高い空間的重なり具合の組み合わせは、密接なインピーダンス整合と入力端における高い受容性を保証する。ファイバと結合デバイスの結合部における損失は、それによって極小化される。
【００５１】
図８は、ｙｚ平面における本結合デバイスの断面の俯瞰図である。この図は、図７の直線Ｂ−Ｂを含む垂直平面に相当する本結合デバイスの中央断面を示している。ファイバコア１０、入力端２４０、出力端２５０、及び平面シリコン導波管３０が、図８に示されている。また、本結合デバイスの空気領域２７０、シリコン領域２６０も示されている。本実施例での、シリコン領域２６０中の空気領域２７０の、独立の且つフィラメント状の様相が、図８の中で明確になっている。この図８の透視図は、結合デバイス２２０のテーパ付けされた形状と、結合デバイス２２０の断面のｙ軸方向寸法がｚ方向に沿って減少するのを表している。この断面が減少するにつれて、光信号はますます狭い空間の中に閉じ込められる。閉じ込め度が大きくなるにつれ、、入力端２４０から出力端２５０に延びる方向で、シリコン領域２６０の充填率が増加し、一方でガラス領域２７０の充填率が減少していくことから、結合デバイスの実効誘電率は増加する。出力端２５０では、出力端２５０における実効誘電率が導波管３０のものと密に整合することができるように、シリコン領域２６０の充填率は１に近づき、空気領域２７０の充填率は０に近づく。この実効誘電率は、結合デバイスの入力端２４０から出力端２５０へと、シリコンの充填率が増加するにつれ連続的に増加する。実効誘電率の増加は、本結合デバイスのテーパ付けの結果として生じる実効インピーダンスの変化を、相殺又は部分的に相殺する。本結合デバイスを通っての光信号の伝播による損失はそれにより極小化される。
【００５２】
図９は、本実施例の結合デバイスの側面図である。この側面図は、図７の端面図に対応する、図７内の基準線Ｃ−Ｃを含む垂直平面における断面図を示す。ファイバコア１０、入力端２４０、出力端２５０、平面シリコン導波管３０、結合デバイス２２０のシリコン領域２６０、及び空気領域２７０が示されている。図９の透視図は、結合デバイス２２０のテーパ付けされた形状、及びｚ方向に沿って結合デバイス２２０の断面のｘ軸方向の寸法の減少を示している。この断面が減少するにつれて、光信号は漸減していく空間の中に閉じ込められる。閉じ込め度が大きくなるにつれ、結合デバイスの実効誘電率は、上述のようにシリコン領域２６０の充填率が増え、空気領域２７０の充填率が減っていくことから、増加する。
【００５３】
上記の実施例２の中で説明された実施形態と同様に、本実施例の結合デバイスはまた、送信ファイバ素子、結合デバイス、及び受信シリコン導波管が、共通平面にある境界を有するように導波管に結合することができる。そのような実施形態では、結合デバイスは、図７に示すような入力断面と図１０に示すような側面図を有するシリコン及び空気で構成される結合デバイスを用いることが出来る。この側面図は、図７の端面図に垂直な基準線Ｃ−Ｃを含む平面においての断面図に相当する。ｘ方向及びｚ方向は、図１０に示すとおりである。この側面図は、ファイバコア１０、入力端２４０、出力端２５０、及び平面シリコン導波管３０、本結合デバイス２２０のシリコン領域２６０、空気領域２７０を含んでいる。この側面図はまた、ファイバコアの底面１０５及び上面１３５、結合デバイスの底面２１５及び上面２４５、並びに導波管３０の底面１２５及び上面１５５も示している。本実施形態では、底面１０５、２１５、１２５は一直線に並んで共通平面内に位置しており、一方、ファイバコアの上面１３５と導波管の上面１５５は一直線になっていない。結合デバイスの上面２４５は、ファイバコアの上面１３５から導波管の上面１５５へとテーパ付けされている。
【００５４】
本実施例の結合デバイスは、グラスファイバとシリコン導波管を結合し、テーパ付けされた形状、及び結合デバイスを光信号が通過する時に光信号に対し一定又はほぼ一定のインピーダンスを提供する結合デバイス内での実効誘電率の変化に加えて、入力端におけるグラスファイバからの光信号の高い受容性と、出力端でのシリコン導波管による光信号の高い受容性と、入力端でのグラスファイバコアとの密なインピーダンス整合と、出力端でのシリコン導波管との密なインピーダンス整合とを有する構造によってその結合を行う。送信素子、結合デバイス、及び受信素子が中心軸を共有する実施形態は及びこれら送信素子、結合デバイス、ならびに受信素子が共通平面に並んだ境界を持つ実施形態は本発明の範囲にある。これらの素子の他の配列の仕方も類推的にまた本発明の範囲内にあることを認識するべきである。
【００５５】
上記の実施例１、２、３では、本発明の結合デバイスの各種実施形態と、外部素子に対しての本デバイスの配置構想について考察した。これらの実施例では、本発明の結合デバイスの入力及び出力断面について説明した。入力端におけるインピーダンス整合は、本デバイスの実効誘電率が送信素子（例えば、ファイバコア）の実効誘電率と整合又は接近して整合するときに改善され、出力端におけるインピーダンス整合は、本結合デバイスの実効誘電率が受信素子（例えば、シリコン導波管）の実効誘電率と整合又は接近して整合するときに改善出来るということが、示された。
【００５６】
このような条件を達成する方法の１つは、２つの誘電材料から結合デバイスを構成し、その内の１つを送信デバイスの導波材料の素材と一致させ、他方を受信デバイスの導波材料の素材と一致させることである。このような実施形態では、本結合デバイスの入力断面は、主として送信素子の導波材料で構成され、本結合デバイスの出力断面は、主として受信素子の導波材料で構成される。理想的にインピーダンス整合された極限的なケースでは、受信素子の導波材料の充填率は入力端でゼロに近づき、送信素子の導波材料の充填率は出力端でゼロに近づく。本結合デバイスの内部の断面では、両材料ともにかなりの充填率を有する。
【００５７】
入力端及び出力端における望ましいインピーダンス整合条件を実現する他の方法は、デバイスを２つの誘電体から構成し、それらの材料の１つ又は両方を送信素子の導波材料とも受信素子の導波材料とも一致させず、しかし、入力断面での実効誘電率が送信素子の実効誘電率と緊密に整合し、且つ出力断面での実効誘電率が受信素子の実効誘電率と緊密に整合することができるように、これら特定の材料の選択と入力端及び出力端でのそれら材料の充填率の設計をすることである。
【００５８】
実施例４
前述した実施例では、代表的な入力及び出力断面が示され、本発明の結合デバイスを通しての送信デバイスから受信デバイスへの光信号の効率的な伝送に関する条件が説明された。本実施例では、光信号が伝播する方向での、本発明の結合デバイス内の１つまたはそれ以上の誘電体の断面形状について考察する。
【００５９】
結合デバイスの長さに沿ってのインピーダンスの一定保持のための上述の条件は、物理的寸法を調整するためのテーパ付け（これにより光信号が送信デバイスと同程度のサイズから受信デバイスと同程度のサイズへと絞り込められる）を通して結合デバイスの断面形状が変化することに起因する影響を、テーパの方向での１つまたはそれ以上の構成誘電体の充填率の変化を通しての相殺的な実効誘電率の変化によって補償することに基づいている。本実施例では、本発明の結合デバイスの代表的な内部断面が考察され、光信号が本結合デバイスを通って伝播するにつれて、その偏光状態を変化させることができる実施形態が示される。本願においては、内部断面は入力断面や出力断面以外の本結合デバイスの断面である。内部断面は、従って本結合デバイスの入力端及又は出力端から離れた断面のことである。
【００６０】
この中の一実施形態では、内部断面内の誘電体領域の充填サイズが、一定の充填形状を維持しながら本結合デバイスに沿って変化するように散在的に挿入した誘電体の充填率が光の伝播の方向で変化する。本願においては、充填サイズとは充填域すなわち独立領域又はフィラメント状領域の充填形状の、固有のサイズ又は長さ、すなわち寸法のことを言う。充填サイズの例には、正方形の充填形状の辺の長さ、長方形の充填形状の辺の長さ又は幅、円形又は楕円形の充填形状の径、三角形の充填形状の高さ又は底辺などが含まれる。
【００６１】
そのような実施形態の例として、入力断面、俯瞰図、及び側面図が図７、８、９（又は１０）にそれぞれ示されている上述の実施例３で説明した結合デバイスを考えることができる。図７に示すように、この入力断面は、入力断面の中に周期的に分布し正方形の充填形状を持つ独立空気領域２７０を含んでいる。上述のように、この空気領域の充填率は、実効誘電率が増加して実施例３で考察したシリコンスラブ導波管受信デバイスの実効誘電率に近づくように、本結合デバイスの出力端の方向に減少していく。本実施形態では、空気領域の充填率の減少は、内部断面も同様に正方形の充填形状を持つ周期的に配置された空気領域を有するように正方形の充填形状を維持したまま、空気領域の充填域の固有充填サイズ、つまり辺長、を減少することにより達成されるが、ここでは、本結合デバイスを通して光信号が伝播する方向に向かって正方形の寸法はより小さくなって（より小さな充填サイズ）、それらが寄り集まってより小さな空気充填率を提供する。
【００６２】
本実施形態による内部断面の図は、図１１〜１４に示されている。図１１は、上記の実施例３の中に記載された結合デバイスの内部断面を示す。このデバイスは、図７に示すような入力断面、図８に示すような俯瞰図、及び図９に示すような側面図を有している。図１１に示す内部断面は、図９の基準線Ａ−Ａで示される断面に相当する。この断面は、結合デバイス内の１つの内部位置で選択されたｘｙ面断面である。図１１に示す基準線Ｂ−Ｂ及びＣ−Ｃは、図７の入力断面において示されたＢ−Ｂ及びＣ−Ｃ方向に対応する。そして、空気領域２７０及びガラス領域２６０が示されている。同様に示されているのは、受信素子の輪郭２７５である。図１１の実施形態では、受信素子は１．５μｍの辺長で結合デバイスの中心軸と中心の一致する正方形の断面を有するシリコンスラブ導波管である。この内部断面の全断面積は受信素子のそれよりは大きく、また、本断面がこのテーパ付けされたデバイスの入力端と出力端との間の１つの中間位置に相当するため、本結合デバイスの出力断面よりも大きい。更に図７の入力断面と比較すると、図１１の内部断面は、結合デバイスのテーパ付けのため小さい全断面積を持っているということが判る。空気領域２７０は、周期的な配列を維持し正方形の形状を持つ充填域を維持しているが、この正方形の辺長（充填サイズ）は減少し、この内部断面における空気領域の全体的充填率は、該内部断面の実効誘電率を入力断面よりも高くするために同様に減少する。図１２は、結合デバイスと受信素子が共通平面を共有する境界を有する実施例３で説明されたような一実施形態に対する同様の内部断面である。図１２の実施形態は、図７に示す入力断面、図８に示す俯瞰図、及び図１０に示す側面図を有している。図１３及び１４は、別な実施形態における内部断面を示し、ここでは受信素子２８５は１．５μｍ×０．５μｍの寸法の長方形断面を有するシリコンスラブ導波管である。
【００６３】
本実施例の実施形態では、空気領域は入力断面で正方形の充填形状を有する充填域を持ち、内部断面内で正方形の充填形状を維持し、出力断面においても正方形の充填形状を保持する。この空気領域は、このように結合デバイスを横切るフィラメントに見え、このフィラメントは結合デバイスの入力端から出力端に延びる伝播方向で辺長が減少する正方形の断面を有している。この空気領域の断面は、従って対称性を有し、伝播する光信号の偏光状態に何かの形で影響を与えたり変化させたりするとは考えられない。光信号の偏光状態への本結合デバイスの如何なる影響もランダムであることが期待され、光信号の偏光の特定の状態（例えば、ＴＥ又はＴＭ）が受信素子に伝達されることはない。
【００６４】
フィラメントの前記対称断面が円形又は円形と正方形の組み合わせになっている実施形態も、本実施例の範囲に入る。
【００６５】
実施例５
本実施例では、本発明の結合デバイス内の散在する誘電体の独立フィラメント状領域の充填形状が本デバイスの入力端と出力端との間で変化する実施形態と、本発明の結合デバイス内の２つまたはそれ以上の誘電体領域の数、サイズ、配置、及び／又は形状が、光信号の偏光状態を制御する上でどのような自由度をもたらすかが考察される。
【００６６】
光ファイバの中を光信号が伝播する時、その光信号の偏光状態は時間と共に及び空間と共に徐々にランダム化していくのが一般的である。その結果、光信号は非偏光化はしないであろうが、方向不明な状態の楕円偏光になる可能性がある。本発明の結合デバイスの一部の応用の中では、光信号の偏光状態は重要な考慮事項ではなく、ファイバから本発明の結合デバイスの入力端に供給される光信号は、その偏光状態の意図的な変更無しに本デバイスの中を伝播し、ランダムなあるいは制御されない偏光状態で受信素子に送信される。
【００６７】
他の応用の中では、光信号の偏光状態を、結合デバイスの中を光信号が伝播していくにつれて制御していくことが望まれる。例えば、受信素子が特定の偏光状態を持つ光モードをサポートすることが多く、伝送効率を最大化するためにはその偏光状態を持つ信号を提供することが好ましい。例えば、シリコンスラブ導波管はしばしば、ランダム又は非偏光の光よりもＴＥ又はＴＭ偏光を持つ光の方を、より効率的に伝送する。本実施例では、結合デバイス内のフィラメント状領域の充填形状の変化を通して、光信号の偏光を制御する実施形態が提供される。より詳細には、１つまたはそれ以上のフィラメント状領域の充填形状が、高い対称性を有する形状から低い対称性を有する形状へと変化し、結合デバイスの出力端において上記低対称性充填形状の長さ方向に向けてバイアスされた偏光状態を有する光信号を生成するようにする。
【００６８】
偏光バイアスの原理を示すために、誘電体が空気及びシリコンからなり、上述のように光ファイバと平面導波管を相互接続する結合デバイスを考える。入力断面は図７に関連して前に述べた通りであり、図１５に示されている。この入力断面４４０は、散在した正方形の充填形状を持つ空気領域４７０をその中に有するシリコン領域４６０を含んでいる。本実施例では、空気領域はフィラメント状である。送信素子のファイバコアの輪郭４８０もまた示されている。結合デバイスの入力断面とファイバコアとの充分な空間的重なりは、結合デバイスによる光信号の高い受容性を可能とする。ｘ、ｙ、ｚ方向のみならず、基準線Ｂ−Ｂ及びＣ−Ｃも、上述の実施例１〜４で説明したとおりである。実施例４と同様に、図１５に示す空気領域の断面は正方形である。
【００６９】
基準線Ｂ−Ｂを含む入力端に対する垂直平面に相当する本実施形態の結合デバイスの俯瞰図が図１６に示されている。本デバイスはガラスコアを有するファイバを、シリコンスラブ導波管に結合する。入力断面４４０、出力断面４５０、シリコン領域４６０、及びフィラメント状の空気領域４７０が示されている。この俯瞰図は、空気領域４７０が周囲のシリコン領域と比べてｙ方向の幅が広がっていることを示している。幅が広がらずに空気領域が正方形の充填形状を維持する一実施形態についての対応する上面図を示している図８との比較が有用であろう。この幅が広がる空気領域４７０は、図１６のシリコン領域４６０に比べて、また図８の空気領域２７０に比べて、ｙ方向の直線寸法をしめる割合が次第に増加してゆく。。
【００７０】
図１７は、図１６の基準線Ａ−Ａにより示される位置に相当する内部断面を示す。この断面は、ｘｙ断面であり、結合デバイスの中心軸が受信シリコンスラブ導波管の中心軸と合致して配置されている一実施形態である。１．５μｍ×１．５μｍ角のシリコンスラブ導波管の輪郭４７５が、シリコン領域４６０及び独立空気領域４７０と共に表されている。この透視図から、ｘ方向に比べてｙ方向での空気領域４７０の幅が広がっているのが明らかである。空気領域４７０の、ｘ方向での相対的な狭小化もまた明確である。ｘ方向での狭小化とともにｙ方向での適切な相殺的な伸長によって、対称的充填形状を維持する実施形態に対して上で述べたのと同様な形で実効誘電率を増加することと、本結合デバイスを通しての光信号の伝送効率が最大化することができるように有益な一定インピーダンス効果を実現することが可能である。本実施形態では、空気領域４７０の充填形状は、ｙ方向における相対的伸長とｘ方向における相対的な狭小化を通して、入力端での正方形から出力端での水平方向を向いた長方形に滑らかに変化する。より一般的には、この空気領域は、入力端での高い対称性の充填形状から、出力端でのより低い対称性の充填形状に連続的に変換される。
【００７１】
光信号の伝播方向での実効誘電率の望ましい増加を実現するために必要なこの空気領域の充填率の変化は、独立空気領域の充填域を変化させることにより達成することができ、これはｙ方向の相対的な伸長を連続的に実現しながら行うことができる。図１８、１９、２０は、フィラメント状の空気領域が、受信シリコンスラブ導波管の異なる配置及び／又はサイズに対応してｙ方向に伸長する、類似の実施形態を示す。
【００７２】
空気領域がｙ方向に伸長されるため、この実施例の結合デバイスは、伝播する光信号を水平偏光させる。状況により、送信素子により提供される光信号は、ランダム偏光、非偏光、又は特定の明確な偏光状態を有する。これらのうちの任意の偏光状態を有する信号が本実施例の結合デバイスによって受信されそれを通して伝送される時、信号の伝播方向で生じる空気領域の充填形状の水平方向への伸長が、伝播するビームの偏光を変え、水平偏光状態が優先される。もし、本結合デバイスが適切な長さの場合、入力端における任意の偏光状態を、出力端における水平偏光状態へと殆ど完全な変換を実現することができる。水平偏光状態の生成は、相互接続された受信素子が他の光信号よりも水平偏光された光信号をより効率的に伝送する場合に好都合である。本実施例の中で説明した偏光効果は、誘電体材料としてシリコンと空気の組み合わせにより記述されているが、これには限られない。同様の原理が、光信号の伝播方向での少なくとも１つの誘電体の充填形状の変化を示す２つまたはそれ以上の誘電体の任意の組み合わせ（例えば、ガラスとシリコンの組み合わせ）に適用できる。
【００７３】
実施例６
本実施例では、本発明の結合デバイス内に含まれる１つの誘電体の充填形状が、結合デバイスの入力端と出力端との間で変化する別の実施形態を考察する。詳細には、本結合デバイスの入力端において受信された時に任意の偏光状態を有する光信号が、部分的に又は完全に垂直方向に傾けられた偏光状態を有する光信号に変換される実施形態が説明される。前述の実施例のように、ガラスコアを有する光ファイバとシリコンスラブ導波管を相互接続するシリコン及び空気で構成された結合デバイスを考察するが、ここで入力断面は前述の実施例に示すようにシリコンの中に散在挿入した正方形の充填形状を持つ空気領域を含んでいる。この入力断面５４０は、図２１に再現されており、独立空気領域５７０とシリコン領域５６０を含んでいる。同様に、ファイバコアの輪郭５８０、基準線Ｂ−Ｂ及びＣ−Ｃ、上述した座標方向ｘ及びｙも示されている。
【００７４】
基準線Ｃ−Ｃを含む入力端に垂直な平面に相当する本デバイスの断面図を図２２に示す。このデバイスは、ガラスコアを持つファイバをシリコンスラブ導波管に結合する。入力断面５４０、出力断面５５０、シリコン領域５６０、及び空気領域５７０が示されている。この側面図は、空気領域５７０の充填形状が周囲のシリコン領域と比べてｘ方向へ伸長していることを示している。伸長無しに空気領域が正方形の充填形状を維持する一実施形態についての対応する側面図を示している図９との比較が有用である。この伸長された空気領域５７０の占める領域は、図２２のシリコン領域５６０に比べて、また図９の空気領域２７０に比べて、ｘ方向の直線寸法が増加している。
【００７５】
図２３は、図２２の基準線Ａ−Ａにより示される位置に相当する内部断面を示す。この断面は、ｘｙ断面であり、結合デバイスの中心軸が受信シリコンスラブ導波管の中心軸と一致している一実施形態である。１．５μｍ×１．５μｍ角のシリコンスラブ導波管の輪郭５７５が、シリコン領域５６０及び独立空気領域５７０と共に表されている。この透視図から、ｙ方向に比べてｘ方向での空気領域５７０の伸長が明らかである。空気領域５７０の、ｙ方向での相対的な狭小化もまた明確である。ｙ方向での狭小化とともにｘ方向での適切な相殺伸長によって、対称的充填形状を維持する実施形態に対して上で述べたのと同様な形で実効誘電率を増加することと、本結合デバイスを通しての光信号の伝送効率が最大化することができるように上述の有益な一定インピーダンス効果を実現することが可能である。本実施形態では、空気領域５７０の充填形状は、ｘ方向における相対的伸長とｙ方向における相対的な狭小化を通して、入力端での正方形から出力端での垂直方向を向いた長方形に滑らかに変化する。より一般的には、この空気領域は、入力端での高い対称性の充填形状から、出力端でのより低い対称性の充填形状に連続的に変換される。
【００７６】
光信号の伝播方向での実効誘電率の望ましい増加を実現するために必要なこの空気領域の充填率の変化は、独立空気領域の充填域を変化させることにより達成することができ、これはｘ方向への相対的な連続的伸長を行いながら達成することができる。図２４、２５、２６は、空気領域が、受信シリコンスラブ導波管の異なる配置及び／又はサイズにおいてｘ方向に伸長する、類似の実施形態を示す。
【００７７】
空気領域がｘ方向に伸長されるため、この実施例の結合デバイスは、伝播する光信号を垂直に偏光させる。状況により、送信素子により送られる光信号は、ランダム偏光、非偏光、又は特定の明確な偏光状態を有する。これらの内の任意の偏光状態を有する信号が本実施例の結合デバイスによって受信され、本デバイスを通して伝送される時、信号の伝播方向で生じる空気領域の充填形状の垂直方向への伸長が、伝播するビームの偏光を変え、垂直偏光状態の方に傾けられる。本結合デバイスの長さが充分な場合には、入力端における任意の偏光状態を、出力端における垂直偏光状態へと殆ど完全な変換を実現することができる。垂直偏光状態の生成は、相互接続された受信素子が他の光信号よりも垂直偏光された光信号をより効率的に伝送する場合に好都合である。本実施例の中で説明した偏光効果は、誘電体材料としてシリコンと空気の組み合わせにより記述されているが、これには限らない。同様の原理が、光信号の伝播方向での少なくとも１つの誘電体の充填形状の変化を示す２つまたはそれ以上の誘電体の任意の組み合わせ（例えば、ガラスとシリコンの組み合わせ）に適応できる。
【００７８】
上述の実施例で説明した実施形態は、送信素子としての円形のファイバから受信素子としての正方形又は長方形のスラブ導波管へと光信号を結合する。これらの実施形態では、光信号は円形の断面を有するビームから直角の断面を有するビームへと変換される。本発明の他の実施形態では、２つのファイバ間（例えば、大きな径のファイバからの光信号の小さな径のファイバへの伝送、又はその逆）、又は２つのスラブ導波管間（例えば、正方形の断面を有する導波管からの光信号の長方形の断面の導波管への伝送、又はその逆、長い辺長の正方形導波管から短い辺長の正方形導波管への伝送、又はその逆、或る長方形断面を持つ導波管から異なる長方形断面を持つ導波管への伝送、等々）で、光信号を結合することを可能にしている。また、任意の断面形状を有する光信号ビームも、本発明の結合デバイスの中で操作され本デバイスを通して伝送することができる。例えば、本発明の他の実施形態の中では、楕円形の断面を持つ光ビームを送信素子と受信素子との間で結合してもよい。また、楕円形のビームは、円形又は長方形のビームに変換することができるし（その逆も同様）、任意の断面形状のビームを一般的に別の任意の形状に変換することもできる。別の実施形態では、特定の形状のビームが、本発明の結合デバイスを通って伝播する間に寸法が拡大又は縮小されても、その形状を維持することができる。本発明の結合デバイスの入力及び出力断面、散在した状態及び／又はフィラメント状の充填域は、円形、正方形、長方形、あるいは円形や直線の辺（対称、非対称形状を含む）を含む任意の形状であってもよい。
【００７９】
更に他の実施形態では、偏光の状態は以下の状態から、またそれらの間で変換することができる。すなわち、無偏光、ランダム偏光、垂直偏光、水平偏光、中間偏光である。偏光の変換は、光ビームの断面の形状又は寸法の変化と組み合わせて、またはそれらとは独立して起こすことができる。
【００８０】
本発明の範囲に入る結合素子は、２つまたはそれ以上の誘電体を含み、それら誘電体は、その内の少なくとも１つの誘電体が本結合デバイス内の伝播方向に沿ってその充填域、充填形状及び／又は充填サイズを変え、それら全体として結合デバイス内で一定の又はほぼ一定のインピーダンスを持つ。本発明の実施形態は、１つまたはそれ以上の誘電体が１つの誘電体内に独立な領域または連続的な領域を形成するために散在するもの、及び１つまたはそれ以上の誘電体が１つの誘電体内に独立なまたは連続的なフィラメント状領域を形成するもの、を含む。このフィラメント状領域は、単一の誘電体材料又は材料の組み合わせから形成することができ、また異なるフィラメント状領域が同じ材料若しくは異なる材料又は材料の組み合わせから形成されてもよい。フィラメント状領域の数は、わずか１つでもよいし又はそれ以上何個でもよい。このフィラメント状領域は、相互に任意の位置に置かれても良いし、あるいは異なるフィラメント状領域の充填域が、結合デバイスの１つまたはそれ以上の断面内で周期的に配置されるように形成されても良い。本発明の結合デバイスに沿っての誘電体の充填率の変化は、本結合デバイスの断面のサイズ若しくは形状の変化、又は１つまたはそれ以上のフィラメントの断面のサイズ若しくは形状の変化、又はそれらの組み合わせを通して実現できる。
【００８１】
前述の実施例の中で説明されたような空気とシリコン、及びガラスとシリコンをベースとした２つの材料の組み合わせに加え、本発明の結合デバイスが、３つまたはそれ以上の誘電体を含むことができ、またこれらの結合デバイスは、空気、ガラス、シリコン以外の材料を含んでもよいことを、正しく認識すべきである。空気、シリコン、ゲルマニウム、ＩＩＩ−Ｖ属（例えば、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓ、ＡｌＩｎＧａＡｓなどの合金及び化合物を含む）及びＩＩ−ＶＩ属（例えば、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅなど）の酸化物などの化合物半導体、カルコゲニド結晶及びガラス一般（金属酸化物、ケイ酸塩、ゼオライト、灰チタン石、ガーネットを含む）、重合体、ゲル、ダイアモンド、及びそれらの組み合わせを含む（ただし、これに限定するものではない）誘電体を、本発明の結合デバイスの誘電体として採用することができる。
【００８２】
更に、本発明の結合デバイスに含まれる誘電体が、相互接続される送信デバイス及び受信デバイス内に存在する材料と同じでもあっても良いし、異なっていてもよいことも、認識されるべきである。本作動原理は、入力端、出力端におけるインピーダンス整合、及び結合デバイスを通してのインピーダンスの一定保持に関係する考察に依存している。上で説明したように、この要求されるインピーダンス条件は、結合デバイスの実効誘電率及び断面形状の変化を通して満足させることができる。或る特定の実効誘電率は、材料の種々の組み合わせを通して実現できる可能性があるが、それは送信デバイス及び／又は受信デバイスにとっての一般的な材料を本発明の結合デバイスの中で用いることによって達成できるかも知れないし、あるいはできないかも知れない。偏光状態の特定の変更は、同様に、送信素子及び受信素子の材料と一致する誘電体の組み合わせにより、又はそれらによらないで実現することができる。
【００８３】
ここで説明された開示及び説明は、例示的であり、本発明の実行を限定するものではない。本発明の好ましい実施形態と確信されるものが説明されたが、本技術分野の当業者は本発明に対する他の及び更なる変更と修正が本発明の思想から逸脱することなく実施できることと、本発明の全範囲に含まれる全てのそのような変更及び修正についての権利を主張することが意図されていることを、認識すべきである。上記の請求項は、全ての同等物を含み、前述の開示及び本技術分野の当業者が一般的に有する知識と相まって、本発明の範囲を定義する。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】結合デバイスの、送信素子と受信素子への接続の概略図である。
【図２】シリコン及びガラスから成る結合デバイスの入力断面である。
【図３】シリコン及びガラスで構成され、光ファイバ及びシリコン導波管に相互接続された結合デバイスの俯瞰図である。
【図４】シリコン及びガラスで構成され、光ファイバ及びシリコン導波管に相互接続された結合デバイスの側面図である。
【図５】シリコン及びガラスで構成された結合デバイスの入力断面である。
【図６】シリコン及びガラスで構成され、光ファイバ及びシリコン導波管に相互接続された結合デバイスの側面図である。
【図７】シリコン及び空気で構成された結合デバイスの入力断面である。
【図８】シリコン及び空気で構成され、光ファイバ及びシリコン導波管に相互接続された結合デバイスの俯瞰図である。
【図９】シリコン及び空気で構成され、光ファイバ及びシリコン導波管に相互接続された結合デバイスの側面図である。
【図１０】シリコン及び空気で構成され、光ファイバ及びシリコン導波管に相互接続された結合デバイスの側面図である。
【図１１】シリコン及び空気で構成され、光ファイバ及びシリコン導波管に相互接続された結合デバイスの内部断面である。
【図１２】シリコン及び空気で構成され、光ファイバ及びシリコン導波管に相互接続された結合デバイスの内部断面である。
【図１３】シリコン及び空気で構成され、光ファイバ及びシリコン導波管に相互接続された結合デバイスの内部断面である。
【図１４】シリコン及び空気で構成され、光ファイバ及びシリコン導波管に相互接続された結合デバイスの内部断面である。
【図１５】シリコン及び空気で構成された結合デバイスの入力断面である。
【図１６】シリコン及び空気で構成され、光ファイバ及びシリコン導波管に相互接続された結合デバイスの俯瞰図である。
【図１７】シリコン及び空気で構成され、光ファイバ及びシリコン導波管に相互接続された結合デバイスの内部断面である。
【図１８】シリコン及び空気で構成され、光ファイバ及びシリコン導波管に相互接続された結合デバイスの内部断面である。
【図１９】シリコン及び空気で構成され、光ファイバ及びシリコン導波管に相互接続された結合デバイスの内部断面である。
【図２０】シリコン及び空気で構成され、光ファイバ及びシリコン導波管に相互接続された結合デバイスの内部断面である。
【図２１】シリコン及び空気で構成された結合デバイスの入力断面である。
【図２２】シリコン及び空気で構成され、光ファイバ及びシリコン導波管に相互接続された結合デバイスの側面図である。
【図２３】シリコン及び空気で構成され、光ファイバ及びシリコン導波管に相互接続された結合デバイスの内部断面である。
【図２４】シリコン及び空気で構成され、光ファイバ及びシリコン導波管に相互接続された結合デバイスの内部断面である。
【図２５】シリコン及び空気で構成され、光ファイバ及びシリコン導波管に相互接続された結合デバイスの内部断面である。
【図２６】シリコン及び空気で構成され、光ファイバ及びシリコン導波管に相互接続された結合デバイスの内部断面である。
【図１】
2008500581.tif 000005
【図２】
2008500581.tif 000006
【図３】
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【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】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2008500581.tif 000019
【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】
2008500581.tif 000029
【図２６】
2008500581.tif 000030
【手続補正書】
【提出日】平成19年1月26日(2007.1.26)
【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】
第１の誘電体と第２の誘電体を含む光結合デバイスであって、
入力断面を有し、該入力断面が前記第１の誘電体の第１の充填率を有する、光信号を受けるための入力端と、
出力断面を有し、該出力断面が前記第１の誘電体の第２の充填率を有する、前記光信号を送るための出力端と、
前記第１及び第２の誘電体を有し、前記入力部が複数の内部断面を有する、前記入力端と出力端との間の内部部分とを有し、
前記第１の充填率が前記第２の充填率とは異なる、光結合デバイス。
【請求項２】
前記第１の誘電体が前記第２の誘電体内に散在する、請求項１に記載の結合デバイス。
【請求項３】
前記第１の誘電体が、前記第２の誘電体内に１つまたはそれ以上の独立領域を形成する、請求項２に記載の結合デバイス。
【請求項４】
前記独立領域が１つまたはそれ以上のフィラメント状領域を含み、該フィラメント状領域が前記入力端から前記内部部分を通って前記出力端に連続的に延在し、各前記フィラメント状領域が前記入力断面、前記内部断面、前記出力断面の各々内に１つの充填域を占め、該充填域が充填サイズ及び充填形状を持つ、請求項３に記載の結合デバイス。
【請求項５】
前記１つまたはそれ以上のフィラメント状領域の前記充填形状が、前記入力断面、前記内部断面、前記出力断面の中で同一である、請求項４に記載の結合デバイス。
【請求項６】
前記１つまたはそれ以上のフィラメント状領域の前記充填形状が、前記結合デバイスの前記入力端と出力端との間で変化する、請求項４に記載の結合デバイス。
【請求項７】
前記１つまたはそれ以上のフィラメント状領域の前記充填形状が、前記入力断面、前記出力断面のうちのいずれか１つでは正方形であり、前記入力断面、前記出力断面のうちの他方では長方形である、請求項4に記載の結合デバイス。
【請求項８】
前記フィラメント状領域の前記充填域が、前記入力断面、前記内部断面、前記出力断面の中に周期的に配置される、請求項４に記載の結合デバイス。
【請求項９】
前記第１の誘電体が、前記第２の誘電体内に２つまたはそれ以上の独立領域を形成する、請求項１に記載の結合デバイス。
【請求項１０】
前記独立領域が、前記第２の誘電体の中に周期的に配置される、請求項９に記載の結合デバイス。
【請求項１１】
前記入力断面及び前記出力断面のサイズ及び形状が異なる、請求項１に記載の結合デバイス。
【請求項１２】
前記内部断面の形状又はサイズが、前記入力端と前記出力端との間で変化する、請求項１に記載の結合デバイス。
【請求項１３】
前記内部部分の特性インピーダンスが一定である、請求項１に記載の結合デバイス。
【請求項１４】
請求項１の光結合デバイスと、
前記結合デバイスの前記入力端に相互接続され、前記入力端により受け取られる前記光信号を供給する送信素子と、
前記結合デバイスの前記出力端に相互接続され、前記出力端により供給される前記光信号を受ける受信素子とを含む、光学回路。
【請求項１５】
前記送信素子が光ファイバ又はスラブ導波路であり、前記受信素子が光ファイバ又はスラブ導波路である、請求項１４に記載の光学回路。
【手続補正書】
【提出日】平成19年3月2日(2007.3.2)
【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】
第１の誘電体と第２の誘電体を含む光結合デバイスであって、
入力断面を有し、該入力断面が前記第１の誘電体の第１の充填率を有する、光信号を受けるための入力端と、
出力断面を有し、該出力断面が前記第１の誘電体の第２の充填率を有する、前記光信号を送るための出力端と、
前記第１及び第２の誘電体を有し、前記入力部が複数の内部断面を有する、前記入力端と出力端との間の内部部分とを有し、
前記第１の充填率が前記第２の充填率とは異なる、光結合デバイス。
【請求項２】
前記第１の誘電体が前記第２の誘電体内に散在する、請求項１に記載の結合デバイス。
【請求項３】
前記第１の誘電体が、前記第２の誘電体内に１つまたはそれ以上の独立領域を形成する、請求項１に記載の結合デバイス。
【請求項４】
前記独立領域が１つまたはそれ以上のフィラメント状領域を含み、該フィラメント状領域が前記入力端から前記内部部分を通って前記出力端に連続的に延在し、各前記フィラメント状領域が前記入力断面、前記内部断面、前記出力断面の各々内に１つの充填域を占め、該充填域が充填サイズ及び充填形状を持つ、請求項３に記載の結合デバイス。
【請求項５】
前記１つまたはそれ以上のフィラメント状領域の前記充填形状が、前記入力断面、前記内部断面、前記出力断面の中で同一である、請求項４に記載の結合デバイス。
【請求項６】
前記１つまたはそれ以上のフィラメント状領域の前記充填形状が、前記結合デバイスの前記入力端と出力端との間で変化する、請求項４に記載の結合デバイス。
【請求項７】
前記１つまたはそれ以上のフィラメント状領域の前記充填形状が、前記入力断面、前記出力断面のうちのいずれか１つでは正方形であり、前記入力断面、前記出力断面のうちの他方では長方形である、請求項６に記載の結合デバイス。
【請求項８】
前記フィラメント状領域の前記充填域が、前記入力断面、前記内部断面、前記出力断面の中に周期的に配置される、請求項４に記載の結合デバイス。
【請求項９】
前記第１の誘電体が、前記第２の誘電体内に２つまたはそれ以上の独立領域を形成する、請求項１に記載の結合デバイス。
【請求項１０】
前記独立領域が、前記第２の誘電体の中に周期的に配置される、請求項９に記載の結合デバイス。
【請求項１１】
前記入力断面及び前記出力断面のサイズ及び形状が異なる、請求項１に記載の結合デバイス。
【請求項１２】
前記内部断面の形状又はサイズが、前記入力端と前記出力端との間で変化する、請求項１に記載の結合デバイス。
【請求項１３】
前記内部部分の特性インピーダンスが一定である、請求項１に記載の結合デバイス。
【請求項１４】
請求項１の光結合デバイスと、
前記結合デバイスの前記入力端に相互接続され、前記入力端により受け取られる前記光信号を供給する送信素子と、
前記結合デバイスの前記出力端に相互接続され、前記出力端により供給される前記光信号を受ける受信素子とを含む、光学回路。
【請求項１５】
前記送信素子が光ファイバ又はスラブ導波路であり、前記受信素子が光ファイバ又はスラブ導波路である、請求項１４に記載の光学回路。
【国際調査報告】
2008500581.tif 000031