(57)【要約】界面（３０）を横切って光信号をエバネッセント結合するための光学装置（２０）が記載されている。光学装置（２０）は、第１の基板（２２）と第２の基板（２４）とを含む。光信号は、第１の基板（２２）のレーザ刻印により形成された第１の導波路（２６）と第２の基板（２２）の第２の導波路（２８）との間でエバネッセント結合される。第１の導波路（２６）は、界面（３０）を通して第１の導波路（２６）と第２の導波路（２８）との間の光信号のエバネッセント結合を提供するように構成された湾曲部分（３４）を含む。
2021515279.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学装置であって、
第１の基板のレーザ刻印により形成された第１の導波路を含む第１の基板と、
第２の導波路を含む第２の基板と
含み、
前記第１の導波路は、前記第１の導波路と前記第２の導波路との間の界面を横切って光信号のエバネッセント結合を提供するように構成された湾曲部分を含む、光学装置。
【請求項２】
前記第１の基板は、ガラス及び非晶質材料の少なくとも１つを含む、請求項１に記載の光学装置。
【請求項３】
前記第１の導波路は、前記第１の導波路の中心線が３次元に延びるように３次元構造を画定する、請求項１又は２に記載の光学装置。
【請求項４】
前記第１の導波路と前記第２の導波路との間にエバネッセント結合を提供するために前記第１の基板と前記第２の基板との間に設けられた更なる導波路を含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項５】
前記更なる導波路が、酸窒化ケイ素、ゲルマニウムドープシリカ、及び窒化ケイ素の少なくとも１つを含む、請求項４に記載の光学装置。
【請求項６】
前記第２の基板の前記第２の導波路は、前記第１の導波路及び前記更なる導波路よりも高い屈折率の材料を含み、前記更なる導波路は、前記第１の導波路よりも高い屈折率を有する材料を含む、請求項４又は５に記載の光学装置。
【請求項７】
前記更なる導波路は、前記第１の基板に堆積した犠牲層の除去された部分に設けられている、請求項４から６のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項８】
前記湾曲部分は、前記界面に対して近位にあり、エバネッセント結合された光信号の伝播方向に平行な平面内に延び、前記平面は前記界面に垂直である、請求項１から７のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項９】
前記第１の導波路は、前記湾曲部分に隣接しかつ前記界面に対して近位にある直線部分をさらに含み、前記第１の導波路は、前記直線部分が前記第２の導波路の近位部分に平行になるように前記第２の導波路に対して配置されている、請求項１から８のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項１０】
前記湾曲部分の曲率半径が、前記第１の導波路の前記界面に対して遠位にある部分と前記第１の導波路の前記界面に対して近位にある部分との間の幾何学的関係によって定義され、前記第１の導波路の前記界面に対して近位にある部分は、前記光信号のエバネッセント場が前記第１の導波路と前記第２の導波路との間の部分を通って伝播することができるように形作られる、請求項１から９のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項１１】
前記第１の導波路の屈折率が、前記第１の導波路に沿った位置の関数として変化する、請求項１から１０のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項１２】
前記第１の導波路は、前記第１の導波路の一部又は全ての屈折率が第１の方向及び／又は第２の方向において減少するように構成され、前記第１の方向は、前記第１の導波路に沿った方向を含み、かつ／又は前記第２の方向は、前記第１の方向に垂直な方向を含む、請求項１から１１のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項１３】
前記第２の導波路は、前記第１の導波路よりも高い屈折率の材料を含む、請求項１から１２のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項１４】
前記第２の導波路の材料は、シリコン、窒化ケイ素、及びリン化インジウムの少なくとも１つを含む、請求項１から１３のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項１５】
前記光信号を電気信号に変換すること、及び電気信号を前記光信号に変換することの少なくとも１つを行うように構成された電気コンポーネントを含む、請求項１から１４のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項１６】
前記電気コンポーネントは、前記第２の導波路を通して前記光信号を送信すること及び前記光信号を受信することの少なくとも１つを行うように構成されている、請求項１５に記載の光学装置。
【請求項１７】
前記電気コンポーネントとの光通信、電気通信及び磁気通信の少なくとも１つを提供するように構成されたキャリアをさらに含む、請求項１５又は１６に記載の光学装置。
【請求項１８】
前記第１の基板は、前記第２の基板と前記キャリアとの間に配置され、前記第１の基板は、前記第２の基板と前記キャリアとの間で前記第１の基板を通って延びる少なくとも１つのビアを含む、請求項１７に記載の光学装置。
【請求項１９】
前記第２の導波路は、前記第１の導波路との断熱的なエバネッセント結合を提供するために横方向に離間した複数の先細り部分を有するスプリッタを含む、請求項１から１８のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項２０】
前記第１の基板と前記第２の基板との間に配置された少なくとも１つのスペーシング要素を含む、請求項１から１９のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項２１】
前記第１の基板と前記第２の基板との間に配置された少なくとも１つの層に少なくとも１つの凹部領域を含み、前記少なくとも１つのスペーシング要素は前記少なくとも１つの凹部領域内に設けられている、請求項２０に記載の光学装置。
【請求項２２】
前記湾曲部分の曲率半径が、前記第１の導波路に沿った位置の関数として変化する、請求項１から２１のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項２３】
第１の基板のレーザ刻印により形成された第１の導波路と追加の導波路との間の界面を横切って光信号をエバネッセント結合するための光学装置であって、
前記第１の基板を含み、
前記第１の導波路は前記第１の導波路と前記追加の導波路との間で前記光信号のエバネッセント結合を提供するように構成された湾曲部分を含む、光学装置。
【請求項２４】
前記追加の導波路は、前記第１の基板に堆積した更なる導波路と第２の基板の第２の導波路の少なくとも１つを含む、請求項２３に記載の光学装置。
【請求項２５】
前記更なる導波路及び／又は前記第２の導波路は先細り部分を含む、請求項２４に記載の光学装置。
【請求項２６】
前記先細り部分は、前記先細り部分の幅が第１の方向及び／又は第２の方向において増加又は減少するように構成され、前記第１の方向は、前記更なる導波路及び／又は第２の導波路に沿った方向を含み、かつ／又は前記第２の方向は、前記第１の方向に対して垂直な方向を含む、請求項２５に記載の光学装置。
【請求項２７】
前記先細り部分の幅が前記第１の方向及び／又は前記第２の方向において増加する場合に、前記更なる導波路及び／又は前記第２の導波路はくびれ部分を含み、前記くびれ部分は、前記光信号の１つ以上のモードをフィルタリングするように構成され、かつ／又は前記第２の導波路の先細り部分への前記光信号の単一モードの伝送を可能にするように配置されている、請求項２６に記載の光学装置。
【請求項２８】
前記第２の導波路は、複数の部分又はセグメントを含むように構成され、前記複数の部分又はセグメントは、前記更なる導波路及び／又は前記第２の導波路の屈折率が第１の方向及び／又は第２の方向において変化するように配置され、前記第１の方向は、前記更なる導波路及び／又は前記第２の導波路に沿った方向を含み、かつ／又は前記第２の方向は、前記第１の方向に垂直な方向を含む、請求項２４から２７のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項２９】
前記第１の基板は、少なくとも１つの開口部を含み、前記開口部は、前記第１の基板と前記第２の基板とが結合されるときに、前記第１の基板と前記第２の基板との間の空間からのガスの通過を可能にしかつ／又は前記開口部の少なくとも一部への接合材料の通過を可能にするように配置されている、請求項１から２８のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項３０】
前記第１の基板及び前記第２の基板の少なくとも一方は、前記第１の基板及び前記第２の基板の少なくとも他方と相補的に結合することを可能にするように構成され又は形作られている、請求項１から２９のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項３１】
光学装置の製造方法であって、
第１の基板を設けることと、
第１の導波路が湾曲部分を含むようにレーザ刻印により前記第１の基板に第１の導波路を形成することと、
第２の導波路を含む第２の基板を設けることと、
前記湾曲部分が前記第１の導波路と前記第２の導波路との間の界面を横切って光信号のエバネッセント結合を提供するように構成されるように前記第１の基板と前記第２の基板とを互いに結合することと
を含む方法。
【請求項３２】
前記第１の導波路と前記第２の導波路との間にエバネッセント結合を提供するために前記第１の基板と前記第２の基板との間に更なる導波路を設けることを含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記第１の基板と前記第２の基板とを互いに結合した後に前記第１の導波路を形成すること、及び前記第１の基板と前記第２の基板とを互いに結合する前に前記第１の導波路を形成することの一方を含む、請求項３１又は３２に記載の方法。
【請求項３４】
光学装置の製造方法であって、
第１の基板を設けることと、
前記第１の基板に犠牲層を堆積させることと、
前記第１の基板に前記第１の導波路をレーザ刻印することと、
前記第１の基板の一部を露出させるために前記犠牲層の一部の除去することと、
前記第１の基板の露出した部分に更なる導波路を設けることと
を含む方法。
【請求項３５】
前記更なる導波路を設けることは、
前記犠牲層の残りの部分及び前記第１の基板の露出した部分の少なくとも一方に導波路層を堆積させることと、
前記更なる導波路を形成するために前記導波路層の１つ以上の部分を除去することと
を含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
第２の導波路を含む第２の基板を設けることを含み、前記第１の導波路は、前記第１の導波路と前記第２の導波路との間の界面を横切りかつ前記更なる導波路を通して光信号のエバネッセント結合を提供するように構成された湾曲部分を含むように構成されている、請求項３４又は３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記レーザ刻印するステップは、前記第１の基板に前記犠牲層を堆積させる前及び前記第１の基板に前記犠牲層を堆積させた後のいずれかに行われる、請求項３４から３６のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
記載した実施形態は、例えば限定されないが、データ通信において、光信号をルーティングするための光学装置、及びそのような光学装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高屈折率コントラスト光集積回路（ＰＩＣ）は、電気通信用トランシーバとして使用する用途がある。ＰＩＣは通常、シリコン又はリン化インジウムなどのプラットフォームを用いて作製される。許容可能なアライメント公差、広い帯域幅、及び低い偏光依存性でＰＩＣに及びＰＩＣから光を効率的に結合することに関しては課題がある。これらのプラットフォームの高い屈折率コントラストは、プラットフォームに光を出し入れする光ファイバに比べて、相対的に小さいモードフィールド径をもたらす傾向がある。異なるモードサイズ間の変換効率は全体の結合性能に影響を与える。
【０００３】
光結合を提供するための２つの可能なアプローチは、グレーティングカプラ及びエッジカプラを含む。グレーティングカプラは、光信号を入射光信号の方向に対して斜めに回折させる周期構造を含む。グレーティングカプラは、光ファイバと同様のモードサイズを生成する。しかしながら、グレーティングカプラは、挿入損失が悪く、狭いスペクトル帯域幅を有し、光信号の偏光に関して制限的である。
【０００４】
エッジカプラは、プラットフォームの上部に作られたスポットサイズ変換器構造を使用して、モードサイズを光ファイバに結合するのに適したサイズに拡大することを可能にする。エッジカプラは、低いアライメント公差を有し、通常、損失を最小限に抑えるためにレンズ付きファイバの使用を必要とする。
【０００５】
この背景は、当業者が以下の説明をよりよく理解できるようにシーンを設定するためにのみ役立つ。したがって、上記の説明のいずれも、必ずしもその説明が技術水準の一部であること又は一般常識であることを認めるものとみなすべきではない。本発明の１つ以上の態様／実施形態は、１つ以上の背景の課題に対処してもしなくてもよい。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一態様又は実施形態によれば、第１の導波路と第２の基板の第２の導波路との界面を横切って光信号をエバネッセント結合するための光学装置が提供される。任意選択で、第１の導波路は、第１の基板のレーザ刻印により形成され得る。光学装置は、第１の基板を含み得る。第１の導波路は、第１の導波路と第２の導波路との間の光信号のエバネッセント結合を提供するように構成された湾曲部分を含み得る。
【０００７】
一態様又は実施形態によれば、光学装置が提供される。光学装置は、第１の基板のレーザ刻印により形成された第１の導波路を含む第１の基板を含み得る。光学装置は、第２の導波路を含む第２の基板を含み得、第１の導波路は、第１の導波路と第２の導波路との間の界面を横切って光信号のエバネッセント結合を提供するように構成された湾曲部分を含む。
【０００８】
使用時に、光学装置は、例えば、トランシーバ又は他の通信装置の一部として、界面を横切って光信号をルーティングするように構成されてもよく、トランシーバ又は他の通信装置の異なる部分における異なる光学特性は、さもなければ、それらの間の光信号の非効率的な結合に関して問題を引き起こす可能性がある。例えば、第１及び第２の導波路は、異なる屈折率を有し得る。
【０００９】
一実施形態における第１の基板としてのガラス又は非晶質材料の使用は、改善された性能、製造可能性、及び光集積回路（ＰＩＣ）プラットフォームとの適合性の少なくとも１つを提供し得る。ＰＩＣプラットフォーム及びシリカは、同様の熱膨張係数を有し得、信頼性及び／又は機械的安定性があると考えられ得る。３Ｄレーザ刻印導波路を使用する可能性は、性能及び／又は製造の容易性を改善し得る（例えば第三次元を利用することによる）設計自由度を提供し得る。
【００１０】
本明細書に記載される実施形態は、他のアプローチに比べて改善されたアライメント公差を有し得る。エバネッセント結合のアプローチは、他のアプローチに比べて低い偏光依存性を提供し得る。光学装置は、製造が比較的容易である可能性があり、かつ／又は特定の実施形態では、いかなる形態の研磨も必要としない可能性がある。
【００１１】
いくつかの実施形態では、第１の導波路は、光ファイバ（例えば標準的な光ファイバなど）に結合され得る。光ファイバと第２の導波路の潜在的に異なる光モードサイズにもかかわらず、第１の導波路の設計は、低い挿入損失、広いスペクトル帯域幅の伝送、低い偏光依存性及び緩和されたアライメント公差の少なくとも１つが達成され得るようなものであり得る。
【００１２】
第１の導波路に湾曲部分を設けることにより、結合領域におけるエバネッセント場は、非湾曲導波路に比べて増大し得る。湾曲部分は、異なる導波路間で光信号を結合する他の方法に比べて、第１の導波路と第２の導波路との間で改善された光結合効率を提供し得る。湾曲部分は、湾曲部分が設けられない場合に比べて、第１の導波路と第２の導波路との間に追加の層が設けられるのを可能にするのに十分な距離にわたって、結果として生じるエバネッセント場が伝播することを可能にし得る。湾曲部分によって促進される伝播距離は、一部の実施形態では、必ずしも界面の一部を形成することなく、界面に対して近位にある第１の基板に第１の導波路を刻印することを可能にし得る。
【００１３】
本態様又は実施形態のいくつかの任意選択の特徴を以下に示す。
【００１４】
湾曲部分は、界面に対して近位にあり得る。
【００１５】
界面は、第１の基板の表面を含み又は第１の基板の表面を指し得る。湾曲部分は、動作時に、光信号が第１の導波路と第２の導波路との間でエバネッセント結合され得るように、表面に対して配置され得る。湾曲部分の曲率は、動作時に、第１の導波路と第２の導波路との間で光信号のエバネッセント結合を提供するように選択され得る。例えば、曲率半径及び／又は曲率半径は、第１の導波路に沿った位置の関数として変化し得、光信号のエバネッセント結合を提供するように選択され得る。
【００１６】
曲率はエバネッセント結合の強度に影響を与え得る。いくつかの実施形態では、エバネッセント場が第１の導波路と第２の導波路の中心線間の第１の距離にわたって伝播するように、第１の曲率半径を選択し得る。いくつかの他の実施形態では、エバネッセント場が第１の導波路と第２の導波路の中心線間の第２の距離にわたって伝播するように第２の曲率半径を選択し得、第２の曲率半径は第１の曲率半径よりも小さく、第２の距離は第１の距離よりも大きい。このように、湾曲部分の曲率は、第１の導波路と第２の導波路の中心線間の距離に従って、それらの間で光信号がエバネッセント結合され得るように選択され得る。
【００１７】
湾曲部分は、エバネッセント結合光信号の伝播方向に平行な平面内に延在し得る。平面は、界面に対して垂直であり得る。湾曲部分は、第１の導波路が表面から離間するように、表面に対して湾曲していてもよい。第１の導波路の表面からの間隔は、第１の導波路の空間的な範囲（例えば第１の導波路などの横断面など）が表面を通って延びないようなものであり得る。第１の導波路の中心線と表面との間の間隔は、１００μｍ未満、５０μｍ未満、２５μｍ未満、１０μｍ未満、５μｍ未満、２μｍ未満、１μｍ未満でありかつ／又は１０ｎｍ超、２５ｎｍ超、５０ｎｍ超、１００ｎｍ超、０．５μｍ超などであり得る。レーザ刻印された第１の導波路の実施例では、第１の導波路の中心線と表面との間の間隔は、その中心線に沿った第１の導波路の半径よりも大きくてもよい。
【００１８】
第１の導波路は、湾曲部分に隣接し、界面に対して近位にある直線部分をさらに含み得る。第１の導波路は、直線部分が第２の導波路の近位部分に平行になるように、第２の導波路に対して配置可能であり得る。湾曲部分の曲率半径は、第１の導波路の界面に対して遠位にある部分と第１の導波路の界面に対して近位にある部分との間の幾何学的関係によって定義され得る。第１の導波路の界面よりも遠位側の部分は、光信号のエバネッセント場が第１の導波路と第２の導波路との間の部分を通って伝播することが可能であり得るように形作られ得る。湾曲部分の曲率は、エバネッセント場が界面を通って延びるように選択され得る。
【００１９】
第１の導波路は、３次元構造を画定し得る。第１の導波路の中心線は、２次元又は３次元に延び得る。例えば、中心線は、表面に垂直な平面内の湾曲した経路を通って延び得る。デカルト座標において、中心線はＸ、Ｙ及びＺ方向から選択された２つ以上の異なる方向に延び得る。第１の導波路は、第１の導波路の中心線が第１の基板を通る直線でない経路をたどるように、任意の方法で形成され得る。
【００２０】
第１の基板は、ガラス及び非晶質材料の少なくとも１つを含み得る。
【００２１】
第１の導波路は、第１の導波路と第２の導波路との間の光信号の断熱的なエバネッセント結合を提供するように構成され得る。第１の導波路は、断熱的なエバネッセント結合を提供するために導波路に沿った少なくとも１つの特性を含み得る。第１の導波路は、第１の導波路に沿って変化する少なくとも１つの特性を有し得る。例えば、横方向のサイズ、形状、屈折率などの少のなくとも１つが、第１の導波路に沿った位置の関数として変化し得る。
【００２２】
第１の導波路は、第１の導波路の伝播定数が第２の導波路の伝播定数と同じになるように少なくとも１つの位相整合領域が構成されるよう構成され得る。第１の導波路は、少なくとも１つの先細り部分を含み得る。先細り部分は、少なくとも１つの位相整合領域を含み得る。第１の導波路に沿った特性は、少なくとも１つの位相整合領域を含み得る。
【００２３】
第１の導波路の屈折率は、第１の導波路に沿った位置の関数として変化し得る。
【００２４】
第１の導波路は、第１の導波路に沿った位置の関数として変化する、第１の基板の周囲の材料との屈折率コントラストを有し得る。屈折率コントラストは、周囲の材料の屈折率と第１の導波路の屈折率との差を指し得る。第１の導波路の屈折率は一般に、周囲の材料の屈折率よりも高くてもよい。
【００２５】
第１の導波路は、第１の導波路の一部又は全ての屈折率が第１の方向及び／又は第２の方向において変化するように、例えば連続的に変化するように構成され得る。第１の方向は、第１の導波路に沿った方向、例えば第１の導波路における光信号の伝播方向を含み得る。第２の方向は、第１の方向に垂直な方向を含み得る。例えば、第１の導波路は、第１の導波路の一部又は全ての屈折率が第１の方向及び／又は第２の方向において減少するように構成され得る。代替的又は追加的に、第１の導波路は、第１の導波路の一部又は全ての屈折率が第１の方向及び／又は第２の方向において増加するように構成され得る。第１の導波路の一部又は全ての屈折率は、第１の導波路の一部又は全てと周囲の材料との間の屈折率コントラストを変化させること、例えば連続的に変化させることにより、第１の方向及び／又は第２の方向において変化させること、例えば連続的に変化させることができる。第１の導波路の一部又は全ての屈折率は、第１の基板のレーザ刻印を用いて変化させることができる。第１の基板のレーザ刻印を用いることにより、変化し得る、例えば連続的に変化し得る屈折率を含む第１の導波路の形成を容易にすることができる。
【００２６】
光学装置は、第１の導波路と第２の導波路との間にエバネッセント結合を提供するための更なる導波路を含み得る。更なる導波路は、酸窒化ケイ素、ゲルマニウムドープシリカ、及び窒化ケイ素の少なくとも１つを含み得る。
【００２７】
光学装置は、第２の基板をさらに含み得る。第２の基板の第２の導波路は、第１の導波路及び更なる導波路よりも高い屈折率の材料を含み得る。更なる導波路は、第１の導波路よりも高い屈折率を有する材料を含み得る。
【００２８】
光学装置は、第２の基板を含み得る。第２の基板の第２の導波路は、第１の導波路よりも高い屈折率の材料を含み得る。第２の導波路の材料は、シリコン、窒化ケイ素、及びリン化インジウムの少なくとも１つを含み得る。
【００２９】
第２の導波路は、第１の導波路と第２の導波路との間の光信号の断熱的なエバネッセント結合を提供するように構成され得る。第２の導波路は、第２の導波路の伝播定数が第１の導波路の伝播定数と同じになるように構成された少なくとも１つの位相整合領域を含み得るように構成され得る。第２の導波路は、少なくとも１つの先細り部分を含み得る。先細り部分は、少なくとも１つの位相整合領域を含み得る。第２の導波路は、断熱的なエバネッセント結合を提供するために第２の導波路に沿った少なくとも１つの特性を含み得る。
【００３０】
先細り部分は、先細り部分の幅又は厚さが第１の方向及び／又は第２の方向において変化するように、例えば連続的に変化するように構成され得る。第１の方向は、第２の導波路に沿った方向、例えば第２の導波路における光信号の伝播方向を含み得る。第２の方向は、第１の方向に垂直な方向を含み得る。例えば、先細り部分は、先細り部分の幅が第１の方向及び／又は第２の方向において増加又は減少するように構成され得る。
【００３１】
例えば、先細り部分の幅又は厚さが第１の方向及び／又は第２の方向において増加する場合、第２の導波路はくびれ部分を含み得る。くびれ部分は、例えば第１の方向及び／又は第２の方向の先細り部分の幅又は厚さよりも小さいか又は狭い、例えば第１の方向及び／又は第２の方向の幅又は厚さを含み得る。くびれ部分は、第２の導波路の先細り部分から間隔を置いて又は離れて配置され得る。くびれ部分は、光信号の１つ以上のモードをフィルタリングするように構成され得る。くびれ部分は、第２の導波路の先細り部分への光信号の単一モードの伝送を可能にするように配置され得る。
【００３２】
第２の導波路は、複数の部分又はセグメントを含むように構成され得る。複数の部分又はセグメントは、第１の方向に沿って配置され得る。複数の部分又はセグメントの一部又は全ての部分又はセグメントは、周囲の材料と同じ屈折率又は屈折率コントラストを含み得る。複数の部分又はセグメントは、第２の導波路の屈折率が第１の方向及び／又は第２の方向において変化するように配置され得る。例えば、第２の導波路は、複数の部分又はセグメントの一部又は全ての部分又はセグメントのサイズ又は幅が、第１の方向及び／又は第２の方向において変化するように、例えば減少又は増加するように構成され得る。第２の導波路は、複数の部分又はセグメントの少なくとも２つ又は全ての部分又はセグメント間の空間又は距離が、第１の方向において変化するように、例えば減少又は増加するように構成され得る。
【００３３】
第２の導波路は、複数の部分又はセグメントの一部又は全ての部分又はセグメントのサイズ又は幅が同じになるように構成され得る。第２の導波路は、複数の部分又はセグメントの少なくとも２つ又は全ての部分又はセグメント間の空間又は距離が同じになるように構成され得る。第２の導波路は、複数の部分又はセグメントの一部又は全てのサイズ又は幅が光信号の波長よりも小さくなるように構成され得る。第２の導波路は、複数の部分又はセグメントの少なくとも２つ又は全ての部分又はセグメント間の空間又は距離が光信号の波長よりも小さくなるように構成され得る。複数の部分又はセグメントの一部又は全ては、第２の方向に沿って配置され得る。例えば、複数の部分又はセグメントは、部分又はセグメントのアレイを形成するように配置され得る。複数の部分又はセグメントの一部又は全ては、メタマテリアルを形成しているとみなされ得る。複数の部分又はセグメントは、第２の導波路の屈折率、例えば実効屈折率を変化させるように、例えば減少又は増加させるように配置され得る。
【００３４】
当然のことながら、第１の導波路、例えばその先細り部分は、第２の導波路及び／又は第２の導波路の先細り部分の特徴のいずれかを含み得る。
【００３５】
光学装置は、光信号を電気信号に変換すること及び電気信号を光信号に変換することの少なくとも１つを行うように構成された電気コンポーネントを含み得る。
【００３６】
電気コンポーネントは、第２の導波路を通して光信号を送信すること及び光信号を受信することの少なくとも１つを行うように構成され得る。
【００３７】
電気コンポーネントは、第１の導波路と第２の導波路との間に光信号がルーティングされるように光信号を送信すること及び光信号を受信することの少なくとも１つを行うように構成され得る。
【００３８】
光学装置は、電気コンポーネントとの光通信、電気通信及び磁気通信の少なくとも１つを提供するように構成されたキャリアを含み得る。
【００３９】
第１の基板は、第２の基板とキャリアとの間に配置され得る。
【００４０】
第１の基板は、第２の基板とキャリアとの間で第１の基板を通って延びる少なくとも１つのビアを含み得る。
【００４１】
光学装置は、電気信号を用いて第２の基板の電気コンポーネントと通信するように動作するキャリアを含み得る。第１の基板は、第２の基板とキャリアとの間に配置され得る。第１の基板は、第２の基板とキャリアとの間で第１の基板を通って延びる少なくとも１つのビアを含み得る。電気コンポーネントは、受信した光信号及び電気信号の一方を光信号及び電気信号の他方に変換するように動作し得る。
【００４２】
第２の導波路は、スプリッタを含んでもよい。スプリッタは、横方向に離間した複数の先細り部分を含み得る。先細り部分は、第１の導波路との断熱的なエバネッセント結合を提供するように構成され得る。
【００４３】
光学装置は、第１の基板と第２の基板との間に配置された少なくとも１つのスペーシング要素を含み得る。少なくとも１つのスペーシング要素は、酸窒化ケイ素、二酸化ケイ素、及び窒化ケイ素の１つを含み得る。光学装置は、更なる導波路を通して第１の導波路と第２の導波路との間にエバネッセント結合を提供するために、第１の基板と第２の基板との間に配置された更なる導波路を含み得る。光学装置は、第１の基板と第２の基板との間に配置された少なくとも１つの層に少なくとも１つの凹部領域を含み得る。少なくとも１つのスペーシング要素は、少なくとも１つの凹部領域に設けられ得る。
【００４４】
光学装置は、第１の導波路とのエバネッセント結合を提供するための更なる導波路を含み得る。更なる導波路は、第１の基板に堆積した犠牲層の除去された部分に設けられ得る。
【００４５】
代替的に、更なる導波路は、第１の基板の調整された又は準備された表面に形成され得る。第１の基板の表面は、第１の基板上の欠陥又は粒子の量が減少するように、例えば更なる導波路が形成される前に、調整又は準備され得る。
【００４６】
更なる導波路は、第１の導波路と更なる導波路との間の光信号の断熱的なエバネッセント結合を提供するように構成され得る。更なる導波路は、更なる導波路の伝播定数が第１の導波路の伝播定数と同じになるように構成された少なくとも１つの位相整合領域を含み得るように構成され得る。更なる導波路は、少なくとも１つの先細り部分を含み得る。先細り部分は、少なくとも１つの位相整合領域を含み得る。光学装置は、第２の基板をさらに含み得、更なる導波路は、第１の基板と第２の基板との間に設けられ、更なる導波路を通して第１の導波路と第２の導波路との間にエバネッセント結合を提供するように構成される。代替的又は追加的に、更なる導波路は、第２の導波路とのエバネッセント結合を提供するように構成され得る。更なる導波路は、第１の導波路と更なる導波路との間の光信号の断熱的なエバネッセント結合を提供するために、更なる導波路に沿った少なくとも１つの特性を含み得る。更なる導波路に沿った特性は、少なくとも１つの位相整合領域を含み得る。
【００４７】
湾曲部分の曲率半径は、第１の導波路に沿った位置の関数として変化し得る。
【００４８】
先細り部分は、先細り部分の幅又は厚さが第１の方向及び／又は第２の方向において変化するように、例えば連続的に変化するように構成され得る。第１の方向は、更なる導波路に沿った方向、例えば更なる導波路における光信号の伝播方向を含み得る。第２の方向は、第１の方向に垂直な方向を含み得る。例えば、先細り部分は、先細り部分の幅又は厚さが第１の方向及び／又は第２の方向において増加又は減少するように構成され得る。
【００４９】
例えば、先細り部分の幅又は厚さが第１の方向及び／又は第２の方向において増加する場合、更なる導波路はくびれ部分を含み得る。くびれ部分は、例えば第１の方向及び／又は第２の方向の先細り部分の幅又は厚さよりも小さいか又は狭い、例えば第１の方向及び／又は第２の方向の幅又は厚さを含み得る。くびれ部分は、更なる導波路の先細り部分から間隔を置いて又は離れて配置され得る。くびれ部分は、光信号の１つ以上のモードをフィルタリングするように構成され得る。くびれ部分は、更なる導波路の先細り部分への光信号の単一モードの伝送を可能にするように配置され得る。
【００５０】
更なる導波路は、複数の部分又はセグメントを含むように構成され得る。複数の部分又はセグメントは、更なる導波路の第１の方向に沿って配置され得る。複数の部分又はセグメントの一部又は全ての部分又はセグメントは、周囲の材料と同じ屈折率又は屈折率コントラストを含み得る。複数の部分又はセグメントは、更なる導波路の屈折率が第１の方向及び／又は第２の方向において変化するように配置され得る。例えば、更なる導波路は、複数の部分又はセグメントの一部又は全ての部分又はセグメントのサイズ又は幅が、第１の方向及び／又は第２の方向において変化するように、例えば減少又は増加するように構成され得る。更なる導波路は、複数の部分又はセグメントの少なくとも２つ又は全ての部分又はセグメント間の空間又は距離が、第１の方向において変化するように、例えば減少又は増加するように構成され得る。
【００５１】
更なる導波路は、複数の部分又はセグメントの一部又は全ての部分又はセグメントのサイズ又は幅が同じになるように構成され得る。更なる導波路は、複数の部分又はセグメントの少なくとも２つ又は全ての部分又はセグメント間の空間又は距離が同じになるように構成され得る。更なる導波路は、複数の部分又はセグメントの一部又は全てのサイズ又は幅が光信号の波長よりも小さくなるように構成され得る。更なる導波路は、複数の部分又はセグメントの少なくとも２つ又は全ての部分又はセグメント間の空間又は距離が光信号の波長よりも小さくなるように構成され得る。複数の部分又はセグメントの一部又は全ては、第２の方向に沿って配置され得る。例えば、複数の部分又はセグメントは、部分又はセグメントのアレイを形成するように配置され得る。複数の部分又はセグメントの一部又は全ては、メタマテリアルを形成しているとみなされ得る。複数の部分又はセグメントは、更なる導波路の屈折率、例えば実効屈折率を変化させるように、例えば減少又は増加させるように配置され得る。
【００５２】
当然のことながら、第１の導波路、例えばその先細り部分は、更なる導波路及び／又は第２の導波路の先細り部分の特徴のいずれかを含み得る。
【００５３】
光学装置は、少なくとも１つの開口部を含み得る。開口部は、第１の基板の一部であり又は第１の基板に含まれ得る。開口部は、チャネル、穴、貫通穴、通気孔などを含むか又はそれらの形態で設けられ得る。開口部は、例えば第１の基板と第２の基板とが互いに結合されるときに、第１の基板と第２の基板との間の空間からのガスの通過を可能にするように配置され得る。開口部は、例えば第１の基板と第２の基板とが互いに結合されるときに、開口部の少なくとも一部への接合材料の通過を可能にするように配置され得る。
【００５４】
第１の基板及び第２の基板の少なくとも一方は、第１の基板及び第２の基板の少なくとも他方との結合、例えば相補的な結合を可能にするように構成され又は形作られ得る。例えば、第１の基板及び第２の基板の少なくとも１つは、例えば第１の基板に設けられた更なる導波路と第２の導波路との間の突き合わせ結合を可能にするように形作られ又は構成され得る。第１の基板及び第２の基板の少なくとも１つは、エッジ又は周縁を含み得る。エッジ又は周縁は、第１の基板及び第２の基板の少なくとも他方の更なるエッジに適合するように、例えば相補的に適合するように形作られ得る。言い換えれば、エッジ及び更なるエッジの少なくとも一方は、例えば第１の基板と第２の基板とを互いに相補的に結合することを可能にするために、エッジ及び更なるエッジの少なくとも一方とエッジ及び更なるエッジの少なくとも他方が対向するエッジを画定するように形作られ又は構成され得る。これにより更なる導波路を第２の導波路に近接させることができ、例えばそれにより更なる導波路と第２の導波路との間の距離を減少させ、それにより更なる導波路と第２の導波路との間の距離にわたる光信号の損失を低減することができる。第２の基板は、結合部分を含み得る。結合部分は、エッジカプラ又はエッジ結合部分を含むか又は、エッジカプラ又はエッジ結合部分の形態で設けられ得る。結合部分は、例えば第１の基板と第２の基板が互いに結合されるときに、更なる導波路と第２の導波路との間の突き合わせ結合を可能にするように配置され得る。更なる導波路は、例えば第１の基板と第２の基板が互いに結合されるときに、更なる導波路における光信号の伝播方向が第２の導波路における光信号の伝播方向に対応するか又は同じになるように第２の導波路に対して配置され得る。
【００５５】
上記の任意選択の特徴の１つ以上が、以下に示す態様又は実施形態における少なくとも１つの対応する特徴と組み合わせて提供され又はそれらに取って代わり得る。装置に関する特徴は、必要に応じて同様に方法に適用することができ、その逆も同様である。
【００５６】
一態様又は実施形態によれば、光信号をルーティングするための通信装置が提供される。通信装置は、本明細書に記載される任意の態様又は実施形態の光学装置を含み得る。通信装置は、トランシーバ、送信機及び／又は受信機を含み又はトランシーバ、送信機及び／又は受信機として機能するように構成され得る。通信装置は、第１の導波路と光通信するように構成された光通信デバイスを含み得る。光通信装デバイスは、トランシーバ、受信機、送信機などを含み得る。光通信デバイスは、少なくとも１つの光ファイバによって第１の導波路に結合され得る。通信装置は、第２の導波路との電気通信、光通信及び／又は磁気通信を提供するように構成された電気コンポーネントを含み得る。動作中、データは、データを搬送する又はデータを表す光信号がエバネッセント結合を介して第１の導波路と第２の導波路との間でルーティングされ得るように、光信号、電気信号及び／又は磁気信号を介して通信され得る。通信装置は、光通信デバイスと電気通信デバイスとがデータを通信できるように、データ搬送信号を１つ以上の形式（例えば光、電気、磁気など）の間で変換し得る。
【００５７】
一態様又は実施形態によれば、任意選択で第１の基板のレーザ刻印により形成される第１の導波路と第２の基板の第２の導波路との間の界面を横切って光信号をエバネッセント結合するための光学装置を製造する方法が提供される。方法は、第１の基板を設けることを含み得る。方法は、第１の導波路と第２の導波路との間に光信号のエバネッセント結合を提供するように構成された湾曲部分を含むように第１の導波路を形成することを含み得る。
【００５８】
一態様又は実施形態によれば、光学装置を製造する方法が提供される。方法は、第１の基板を設けることを含み得る。方法は、第１の導波路が湾曲部分を含むようにレーザ刻印により第１の基板に第１の導波路を形成することを含み得る。方法は、第２の導波路を含む第２の基板を設けることを含み得る。方法は、湾曲部分が第１の導波路と第２の導波路との間の界面を横切って光信号のエバネッセント結合を提供するように構成されるように第１の基板と第２の基板とを互いに結合することを含み得る。
【００５９】
方法は、第１の導波路と第２の導波路との間にエバネッセント結合を提供するために第１の基板と第２の基板との間に更なる導波路を設けることを含み得る。
【００６０】
方法は、第１の基板及び／又は第２の基板の表面に更なる導波路を形成することを含み得る。
【００６１】
方法は、例えば表面の欠陥（例えば亀裂又は微小亀裂など）及び／又は粒子の量を低減するために、第１の基板及び／又は第２の基板の表面を準備又は調整することを含み得る。
【００６２】
方法は、更なる導波路を形成する前に第１の基板及び／又は第２の基板の表面を準備又は調整することを含み得る。
【００６３】
方法は、第１の基板と第２の基板を互いに結合した後に第１の導波路を形成することを含み得る。
【００６４】
方法は、第１の基板と第２の基板とを互いに結合する前に第１の導波路を形成することを含み得る。
【００６５】
方法は、レーザビーム溶接などの溶接技術を用いて第１の基板と第２の基板とを結合することを含み得る。
【００６６】
一態様又は実施形態によれば、任意選択でレーザ刻印により形成される第１の基板の第１の導波路と第２の基板の第２の導波路との間の界面を横切って光信号をエバネッセント結合するための光学装置を使用する方法が提供される。方法は、第１の導波路と第２の導波路との間で光信号をエバネッセント結合するように第１の導波路の湾曲部分を通して光信号を送信することを含み得る。
【００６７】
一態様又は実施形態によれば、界面を横切って光信号をエバネッセント結合するための光学装置が提供される。光学装置は、任意選択でレーザ刻印により形成される第１の導波路を含む第１の基板を含み得る。光学装置は、第２の導波路を含む第２の基板を含み得る。第１の導波路は、第１の導波路と第２の導波路との間の光信号のエバネッセント結合を提供するように構成された湾曲部分を含み得る。
【００６８】
一態様又は実施形態によれば、界面を横切って光信号をエバネッセント結合するための光学装置を製造する方法が提供される。方法は、第１の基板を設けることを含み得る。方法は、第１の基板のレーザ刻印により第１の導波路を形成することを含み得る。方法は、第２の導波路を含む第２の基板を設けることを含み得る。方法は、第１の導波路と第２の導波路との間に光信号のエバネッセント結合を提供するように構成された湾曲部分を含むように第１の導波路を形成することを含み得る。
【００６９】
一態様又は実施形態によれば、界面を横切って光信号をエバネッセント結合するための光学装置が提供される。光学装置は、任意選択で第１の基板のレーザ刻印により形成された第１の導波路を含む、第１の基板を含み得る。光学装置は、更なる導波路を含み得る。第１の導波路は、第１の導波路と更なる導波路との間の光信号のエバネッセント結合を提供するように構成された湾曲部分を含み得る。
【００７０】
更なる導波路は、本明細書に記載されるように、レーザで刻印された第１の導波路及び第２の導波路のみに比べて実質的に高い屈折率コントラストを有するコンパクトなフォトニックコンポーネントの製造を可能にし得る。光学装置は、更なる集積化及び光ファイバへの低損失インターフェースのためにレーザ刻印された第１の導波路への低損失結合の恩恵を受けることができる。例示的な用途は、他のレーザ刻印された導波路などで利用可能な低屈折率コントラストで製造するには大きすぎる可能性がある、表面導波路層上の波長マルチプレクサ／デマルチプレクサ回路の製造を含み得る。
【００７１】
更なる導波路は、シリコンフォトニクス又はリン化インジウムなどで作られたものなどの高屈折率コントラストプラットフォーム上に製造されたエッジベースのスポットサイズ変換カプラへの低損失で効率的な突き合わせ結合を可能にするために使用され得る。
【００７２】
更なる導波路を使用する１つの可能な用途は、高屈折率コントラストプラットフォームへのエバネッセント結合における中間層として機能することであり得る。一例では、更なる導波路は、第１の導波路から高屈折率コントラストの第２の導波路に光を効率的に転送するのに役立ち得る。このアプローチは高い結合効率を提供し得る。設計シミュレーションは、総エバネッセント結合効率が９５％を超える可能性があることを示している。
【００７３】
この態様又は実施形態のいくつかの任意選択の特徴を以下に示す。
【００７４】
更なる導波路は、第１の基板よりも高い屈折率の材料を含み得る。
【００７５】
更なる導波路は、酸窒化ケイ素、ゲルマニウムドープシリカ、及び窒化ケイ素の少なくとも１つを含み得る。
【００７６】
更なる導波路は、第１の基板に堆積した導波路層内にパターンを形成すること、例えばエッチングすることにより形成され得る。
【００７７】
上記の任意選択の特徴の１つ以上が、以下に示す態様又は実施形態における少なくとも１つの対応する特徴と組み合わせて提供され又はそれらに取って代わり得る。装置に関する特徴は、必要に応じて同様に方法に適用することができ、その逆も同様である。
【００７８】
一態様又は実施形態によれば、光信号をルーティングするための通信装置が提供される。通信装置は、本明細書に記載される任意の態様又は実施形態の光学装置を含み得る。
【００７９】
一態様又は実施形態によれば、界面を横切って光信号をエバネッセント結合するための光学装置を製造する方法が提供される。方法は、第１の基板を設けることを含み得る。方法は、第１の基板のレーザ刻印により第１の導波路を形成することを含み得る。方法は、更なる導波路を設けることを含み得る。方法は、第１の導波路と更なる導波路との間に光信号のエバネッセント結合を提供するように構成された湾曲部分を含むように第１の導波路を形成することを含み得る。
【００８０】
一態様又は実施形態によれば、界面を横切って光信号をエバネッセント結合するための光学装置が提供される。光学装置は、湾曲部分を含む導波路を含む基板を含み得る。光学装置は、更なる導波路を含み得る。導波路の湾曲部分及び更なる導波路は、導波路と更なる導波路との間の光信号のエバネッセント結合を提供するように構成され得る。
【００８１】
この態様又は実施形態のいくつかの任意選択の特徴を以下に示す。
【００８２】
基板は、第１の基板及び第２の基板の１つを含み得る。光学装置は、第１の基板と第２の基板との他方をさらに含み得る。
【００８３】
上記の任意選択の特徴の１つ以上が、以下に示す態様又は実施形態における少なくとも１つの対応する特徴と組み合わせて提供され又はそれらに取って代わり得る。装置に関する特徴は、必要に応じて同様に方法に適用することができ、その逆も同様である。
【００８４】
一態様又は実施形態によれば、界面を横切って光信号をエバネッセント結合するための光学装置を製造する方法が提供される。方法は、湾曲部分を含む導波路を含む基板を設けることを含み得る。方法は、更なる導波路を設けることを含み得る。導波路の湾曲部分及び更なる導波路は、導波路と更なる導波路との間の光信号のエバネッセント結合を提供するように構成され得る。
【００８５】
一態様又は実施形態によれば、界面を横切って光信号をエバネッセント結合するための光学装置が提供される。光学装置は、第１の基板のレーザ刻印により任意選択で形成される第１の導波路を含む第１の基板を含み得る。光学装置は、第２の導波路を含む第２の基板を含み得る。光学装置は、第１の基板と第２の基板との間に設けられた更なる導波路を含み得る。第１の導波路、第２の導波路及び更なる導波路は、界面を通して第１の導波路と第２の導波路との間にエバネッセント結合を提供するように構成され得る。
【００８６】
第１の導波路は、第１の導波路と第２の導波路との間の光信号のエバネッセント結合を提供するように構成された湾曲部分を含み得る。
【００８７】
一態様又は実施形態によれば、界面を横切って光信号をエバネッセント結合するための光学装置を製造する方法が提供される。方法は、第１の基板を設けることを含み得る。方法は、第１の基板のレーザ刻印により第１の導波路を形成することを含み得る。方法は、第２の導波路を含む第２の基板を設けることを含み得る。方法は、第１の基板と第２の基板との間に更なる導波路を設けることを含み得る。第１の導波路、第２の導波路及び更なる導波路は、界面を通して第１の導波路と第２の導波路との間にエバネッセント結合を提供するように構成され得る。
【００８８】
一態様又は実施形態によれば、光学装置を製造する方法が提供される。方法は、第１の基板を設けることを含み得る。方法は、第１の基板内に第１の導波路をレーザ刻印することを含み得る。方法は、第１の基板に導波路層を堆積することを含み得る。方法は、導波路層から更なる導波路を形成することを含み得る。
【００８９】
この態様又は実施形態のいくつかの任意選択の特徴を以下に示す。
【００９０】
方法は、導波路層を堆積する前に第１の導波路をレーザ刻印することを含み得る。
【００９１】
方法は、導波路層を堆積した後に第１の導波路をレーザ刻印することを含み得る。
【００９２】
方法は、導波路層内の異なる位置に異なる厚さを有するように導波路層を形成すること、例えばエッチングすることを含み得る。
【００９３】
方法は、導波路層及び第１の基板の露出部分にクラッド材料を堆積することを含み得る。方法は、導波路層の少なくとも一部分が露出するようにクラッド材料の堆積を制御することを含み得る。方法は、導波路層の一部分が露出するように堆積後にクラッド材料の一部分を除去することを含み得る。方法は、クラッド材料がクラッド材料と更なる導波路との間にエバネッセント結合を提供するためのインターポーザ基板として使用されることを可能にすることを含み得る。方法は、クラッド材料上に応力制御層を導入することを含み得る。
【００９４】
方法は、第１の基板の表面上に応力制御層を導入することを含み得る。
【００９５】
クラッド材料は、ガラス、非晶質材料の少なくとも１つを含み得る。
【００９６】
方法は、クラッド材料に及び導波路層の少なくとも１つの露出した部分に接合材料の層を設けることを含み得る。
【００９７】
方法は、過剰な接合材料を除去することを含み得る。
【００９８】
方法は、第２の基板を接合材料の層に結合することを含み得る。
【００９９】
第２の基板は、シリコン基板と、接合材料の層に接合するためにシリコン基板に堆積されたシリカ層とを含み得る。
【０１００】
第２の基板は、接合材料の層に配置するための第２の導波路を含み得る。
【０１０１】
方法は、更なる導波路及び少なくとも１つのスペーシング要素を形成するために導波路材料にパターンを形成することを含み得る。方法は、更なる導波路及び第１の基板の露出部分にクラッド材料を堆積することを含み得る。方法は、少なくとも１つのスペーシング要素が接合材料の層から突出するようにクラッド材料に接合材料の層を設けることを含み得る。
【０１０２】
方法は、その表面に形成された少なくとも１つの凹部を含む第２の基板を設けることと、第１の基板と第２の基板とを互いに結合することを可能にするために少なくとも１つのスペーシング要素を対応する少なくとも１つの凹部に位置合わせすることとを含み得る。
【０１０３】
第２の基板は、シリコン基板と、接合材料の層に接合するためにシリコン基板に堆積されたシリカ層とを含み得る。
【０１０４】
第２の基板は、接合材料の層に配置するための第２の導波路を含み得る。
【０１０５】
方法は、第１の基板に犠牲層を堆積することを含み得る。方法は、第１の基板に第１の導波路をレーザ刻印することを含み得る。方法は、犠牲層の一部分を除去することを含み得る。方法は、犠牲層の残りの部分及び第１の基板の露出部分に導波路層を堆積することを含み得る。方法は、更なる導波路を形成するために導波路層の１つ以上の部分を除去すること、例えば導波路層をエッチングすることを含み得る。
【０１０６】
犠牲材料はクラッド材料を含み得る。
【０１０７】
方法は、更なる導波路を形成するための材料の堆積前に第１の基板にガラスフリットをスピンコーティングすることを含み得る。
【０１０８】
方法は、光学装置の少なくとも１つの表面を平坦化することを含み得る。平坦化は、化学機械研磨（ＣＭＰ）などを用いることを含み得る。
【０１０９】
上記の任意選択の特徴の１つ以上が、以下に示す態様又は実施形態における少なくとも１つの対応する特徴と組み合わせて提供され又はそれらに取って代わり得る。装置に関する特徴は、必要に応じて同様に方法に適用することができ、その逆も同様である。
【０１１０】
一態様又は実施形態によれば、光学装置を製造する方法が提供される。方法は、基板を設けることを含み得る。方法は、基板に層を堆積することを含み得る。方法は、基板と層との間の界面に対して近位にある基板内に導波路をレーザ刻印することを含み得る。
【０１１１】
本発明によれば、第１の基板のレーザ刻印により形成された第１の導波路と追加の導波路との界面を横切って光信号をエバネッセント結合する光学装置が提供される。光学装置は、第１の基板を含み得る。第１の導波路は、第１の導波路と追加の導波路との間に光信号のエバネッセント結合を提供するように構成された湾曲部分を含み得る。
【０１１２】
追加の導波路は、第１の基板に堆積した更なる導波路及び第２の基板の第２の導波路の少なくとも１つを含み得る。
【０１１３】
本発明によれば、光学装置の製造方法が提供される。方法は、第１の基板を設けることを含み得る。方法は、第１の基板に犠牲層を堆積することを含み得る。方法は、第１の基板に第１の導波路をレーザ刻印することを含み得る。方法は、第１の基板の一部分を露出させるために犠牲層の一部分を除去することを含み得る。方法は、第１の基板の露出した部分に更なる導波路を設けることを含み得る。
【０１１４】
更なる導波路を設けることは、犠牲層の残りの部分及び第１の基板の露出した部分の少なくとも１つに導波路層を堆積することを含み得る。更なる導波路を設けることは、更なる導波路を形成するために導波路層から１つ以上の部分を除去すること、例えば導波路層をエッチングすることを含み得る。
【０１１５】
方法は、第２の導波路を含む第２の基板を設けることを含み得る。第１の導波路は、第１の導波路と第２の導波路との間の界面を横切りかつ更なる導波路を通して光信号のエバネッセント結合を提供するように構成された湾曲部分を含むように構成され得る。
【０１１６】
レーザ刻印ステップは、第１の基板に犠牲層を堆積させる前及び第１の基板に犠牲層を堆積させた後のいずれかに行われ得る。
【０１１７】
本発明は、１つ以上の対応する態様、実施形態又は特徴を、その組み合わせで又は単独で具体的に記載されている（クレームされていることを含む）か否かにかかわらず、単独で又は様々な組み合わせで含む。理解されるように、装置に関する特定の記載された実施形態に関連する特徴は、特に動作、製造又は使用の方法に関する実施形態の特徴として同様に適しており、その逆も同様である。
【０１１８】
上記の要約は、単に例示的でありかつ非限定的であることを意図している。
【図面の簡単な説明】
【０１１９】
ここで、添付図面を参照して例示としてのみ説明を行う。
【図１】光集積回路（ＰＩＣ）プラットフォームの断面概略図を示す。
【図２】一実施形態による、図１のＰＩＣプラットフォームと一体化された光学装置の第１の断面概略図を示す。
【図３】図２の光学装置及びＰＩＣプラットフォームの第２の直交断面概略図を示す。
【図４】更なる実施形態に従って構成された光学装置の第１の断面概略図を示す。
【図５】図４の光学装置の第２の直交断面概略図を示す。
【図６】図６ａ〜６ｂは、例示的な導波路構成の平面図を示す。
【図７】一実施形態による、図１のＰＩＣプラットフォームと一体化された図４の光学装置の第１の断面概略図を示す。
【図８】図７の光学装置及びＰＩＣプラットフォームの第２の直交断面概略図を示す。
【図９】一実施形態による光学装置、ＰＩＣプラットフォーム及びプリント回路基板（ＰＣＢ）のアセンブリの断面概略図を示す。
【図１０】本明細書に記載される任意の実施形態の光学装置に用いる例示的な導波路構成の断面図を示す。
【図１１】本明細書に記載される任意の実施形態の光学装置に用いる更なる例示的な導波路構成の断面図を示す。
【図１２】本明細書に記載される任意の実施形態のＰＩＣプラットフォームに用いる例示的な導波路構成の断面図を示す。
【図１３】本明細書に記載される任意の実施形態のＰＩＣプラットフォームに用いる更なる例示的な導波路構成の断面図を示す。
【図１４】本明細書に記載される任意の実施形態のＰＩＣプラットフォームに用いる例示的な導波路構成の断面図を示す。
【図１５】更なる実施形態による、ＰＩＣプラットフォームと一体化されるように構成された光学装置の断面概略図を示す。
【図１６】更なる実施形態による、ＰＩＣプラットフォームと一体化されるように構成された光学装置の断面概略図を示す。
【図１７】一実施形態による製造プロセスの概略図を示す。
【図１８】図１８ａから１８ｄは、例示的な導波路構成の断面図を示す。図１８ｅは、例示的な導波路構成の平面図を示す。図１８ｆは、例示的な導波路構成の断面図を示す。
【図１９】一実施形態による光学装置の断面概略図を示す。
【図２０】一実施形態による光学装置の断面概略図を示す。
【発明を実施するための形態】
【０１２０】
図１は、光集積回路（ＰＩＣ）プラットフォーム１０の断面概略図を示す。本実施形態では、ＰＩＣプラットフォーム１０は、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）構造の形態である。ＰＩＣプラットフォーム１０は、シリコンを含むバルク基板１６の上に堆積したＳｉＯ２（シリカ）で形成された下地層１４の上にシリコン層１２を含む。シリコン層１２は、高屈折率コントラストの光導波路を提供する。クラッド材料（本実施形態ではＳｉＯ２）１８がシリコン層１２に堆積される。本実施例では、シリコン層１２は２２０ｎｍの厚さであり、下地層１４は２μｍの厚さである。当然のことながら、ＰＩＣプラットフォーム１０には任意の適切な材料を使用することができ、特定の構成、層の数及び層の厚さを必要に応じて変更することができる。
【０１２１】
図２は、図１のＰＩＣプラットフォーム１０と一体化された光学装置２０の第１の断面概略図を示す。光学装置２０は、第１の基板２２と第２の基板２４とを含む。本実施形態では、第１の基板２２は、ガラス又は非晶質材料で作られている。しかし、当然のことながら、第１の基板２２には任意の適切な材料又は材料の組合せを使用することができる。第１の基板２２は、第１の基板２２のレーザ刻印により形成された第１の導波路２６を含む。レーザ刻印により導波路を形成する方法の一例は、ＷＯ２００８／１５５５４８に記載されており、その内容は参照によりその全体が本明細書に組み込まれている。レーザ刻印は、例えばシリカ中に任意の形状の二次元及び三次元の導波路を作るために使用することができる。
【０１２２】
本実施形態では、第２の基板２４は、ＰＩＣプラットフォーム１０を含む。第２の基板２４は、本実施形態ではシリコン層１２の形態である第２の導波路２８を含む。第２の導波路２８の領域では、クラッド材料１８は除去されるか又はパターン化されないままであり、第２の導波路２８を第１の導波路２６に近接させることができる。第１の導波路２６は、第１の基板２２の界面３０（すなわち表面）に対して近位にあるように第１の基板２２に沿ってレーザ刻印される。第１の導波路２６が界面３０に近接することにより、第１の導波路２６を第２の導波路２８に近接させることができる。当然のことながら、「近接」及び「近位」という用語は、導波路の別の部分（例えば同一基板内）又は別の導波路（例えば別の基板）に対する導波路の部分の位置を定義する相対的な用語である。しかしながら、本明細書で説明するように、本導波路構成は、各基板内の導波路を離間させることを可能にしながら、導波路間でエバネッセント結合が起こることを可能にする。
【０１２３】
第１及び第２の基板２２、２４は、それらの間に設けられた接合材料３２の層を用いて組み立てられる。接合材料３２はエポキシの形態であるが、他の実施形態では他の任意の適切な材料を含み得る。接合材料３２は、隣接する第１及び第２の基板２２、２４の屈折率に適合する（例えば反射損失を低減する）屈折率で選択され得る。
【０１２４】
光学装置２０は、界面３０を横切って光信号をエバネッセント結合するように構成される。図２の図に直交する断面図を示す図３に示すように、第１の導波路２６は、界面３０に対して近位にありかつ第１の導波路２６と第２の導波路２８との間の光信号のエバネッセント結合を提供するように構成された湾曲部分３４を含む。湾曲部分３４は、エバネッセント結合された光信号の伝播方向に平行な平面内に延びている。図３において、伝播方向に平行な平面は、図２の断面の平面に相当する。言い換えれば、湾曲部分３４は、界面３０に垂直な平面、例えば界面３０によって画定される平面内に延在しているとみなすことができる。図３において、平面は、界面３０に垂直でありかつ／又は図３の平面に相当するとみなすことができる。したがって、使用中、光信号は、第１の導波路２６と第２の導波路２８との間のエバネッセント結合により、界面３０を通して第１の導波路２６と第２の導波路２８との間を伝播することができる。
【０１２５】
レーザ刻印された第１の導波路２６の経路を制御して結合の方向に意図的に湾曲させることにより、結合領域におけるエバネッセント場を非湾曲導波路に比べて増大させることができる。湾曲部分３４は、異なる導波路間で光信号を結合する他の方法に比べて、第１の導波路２６と第２の導波路２８との間で改善された光結合効率を提供することができる。湾曲部分３４は、湾曲部分３４を設けない場合に比べて、結果として生じるエバネッセント場が十分な距離にわたって伝播して第１の導波路２６と第２の導波路２８との間に追加の層を設けることを可能にし得る。湾曲部分３４によって促進される伝播距離は、第１の導波路２６が、必ずしも界面３０の一部を形成することなく、界面３０に対して近位にある第１の基板２２に刻印されることを可能にし得る。
【０１２６】
本実施形態では、第１の導波路２６は、湾曲部分３４に隣接しかつ界面３０に対して近位にある直線部分３６をさらに含む。本明細書で説明するように、第１の導波路２６の設計は、第１の導波路２６と第２の導波路２８との間の結合効率に影響を与え得る。したがって、第１及び第２の導波路２６、２８が互いに結合されるときに互いに近位にある第１及び第２の導波路２６、２８の部分として近位部分３８が定義され得る。本実施形態では、直線部分３６は、第２の導波路２８の近位部分３８に平行である。
【０１２７】
湾曲部分３４の曲率半径は、第１の導波路２６の界面に対して遠位にある部分４０と、第１の導波路２６の界面３０に対して近位にある部分（この場合、直線部分３６の湾曲部分３４に隣接する部分）との間の幾何学的関係によって定義され得る。湾曲部分３４の曲率半径は、第１の導波路２６に沿った位置の関数として変化し得る。部分４０は、湾曲部分３４から斜めに界面３０から離れて延びる。当然のことながら、第１の導波路２６の設計は、その設計が光学装置２０の特定の要件によって決まるので、任意であり得る。しかしながら、第１の導波路２６の界面に対して近位にある部分は、光信号のエバネッセント場が第１の導波路２６と第２の導波路２８との間の部分を通って伝播することができるように形作られる。
【０１２８】
本実施形態における第１の基板２２としてのガラス又は非晶質材料の使用は、性能、製造可能性及びＰＩＣプラットフォームとの適合性を改善する機会の少なくとも１つを提供し得る。ＰＩＣプラットフォームとシリカは同様の熱膨張係数を有し得、信頼性がありかつ機械的に安定しているとみなし得る。３Ｄレーザ刻印された導波路を（例えばレーザ刻印導波路の中心線が一次元、二次元又は三次元に延びることができるようなに）使用する可能性は、性能と製造容易性を改善するために（例えば第三次元を利用する）重要な設計自由度を提供する。
【０１２９】
本明細書に記載される実施形態は、他のアプローチに比べて改善されたアライメント公差を有し得る。エバネッセント結合のアプローチは、他のアプローチに比べて低い偏光依存性を提供し得る。光学装置１０は、例えば、第１の導波路２６を界面３０に非常に近接するようにレーザ刻印する可能性により、比較的コンパクトであり得る（例えば、２００μｍ未満）。光学装置２０は、製造が比較的容易であり得、特定の実施形態ではいかなる形態の研磨も必要としない可能性がある。
【０１３０】
本実施形態では、第１の導波路２６は、標準的な光ファイバ（図示せず）に結合され得る。光ファイバ及び第２の導波路２８の潜在的に異なる光モードサイズにもかかわらず、第１の導波路２６の設計は、低い挿入損失、広いスペクトル帯域幅の伝送、低い偏光依存性及び緩和されたアライメント公差の少なくとも１つを達成できるようなものであり得る。
【０１３１】
図４及び図５は、それぞれ、更なる実施形態による光学装置５０の直交断面概略図を示す。光学装置５０は、光学装置２０に関連して説明したものと同様の特徴を有し、それらの特徴には同じ符号を使用する。しかしながら、光学装置２０とは対照的に、光学装置５０は、図１に示すようなＰＩＣプラットフォーム１０を含まない。
【０１３２】
光学装置５０は、第１の基板２２の界面３０に設けられた導波路層５２を含む。本実施形態では、導波路層５２は、更なる導波路５４を界面３０上に設けるためにエッチングされている。更なる導波路５４は、第１の導波路２６と更なる導波路５４との間の光信号のエバネッセント結合を提供するために、第１の導波路２６に対して近位に配置される。本実施形態では、更なる導波路５４は、酸窒化ケイ素（ＳｉＯＮ）を含む。当然のことながら、窒化ケイ素などの他の材料を使用して、更なる導波路５４を形成することができる。製造中、導波路層５２は、界面３０に堆積される。フォトリソグラフィ又は他の任意の適切な技術で使用されるようなパターニングプロセスを使用して、導波路層５２の内部で更なる導波路５４の形状を画定する。次いで、例えばエッチングなどの材料除去プロセスを使用して、導波路層５２の１つ以上の部分を除去し、更なる導波路５４を残す。続いて、クラッド材料１８が、更なる導波路５４及び／又は界面３０の露出部分に堆積され得る。光学装置５０は、第１の導波路２６と更なる導波路５４との間で光信号をエバネッセント結合するための独立型デバイスの一例である。一実施例では、更なる導波路５４の入力及び／又は出力は、更なる導波路５４と外部デバイス（図示せず）との間で送信及び／又は受信するために（そしてそれにより第１の導波路２６と外部デバイスとの間の光通信を容易にするために）外部デバイスに突き合わせ結合され得る。本明細書に記載される他の実施形態は、光学装置５０と同様の特徴を含む。しかしながら、これらの他の実施形態の少なくともいくつかでは、「更なる導波路」は、第１の導波路と第２の導波路との間のエバネッセント結合を改善するために設けられる。
【０１３３】
一実施形態では、導波路層５２は、プラズマ増強化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）などの好適な堆積技術を用いて形成される。次に、パターンがマスクによって導波路層５２に投影され、パターンは、導波路層５２のうち、除去されると更なる導波路５４を残す部分のみが変更される。導波路層５２の前記部分は、更なる導波路５４を形成するために、例えば材料除去プロセスを用いることにより除去される。本明細書に記載される例示的な材料除去プロセスは、エッチング、例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）若しくはウェットエッチング、研磨、例えば化学機械研磨（ＣＭＰ）、研磨材プロセス、例えば研磨材吹き付け若しくはサンドブラスト、又はこれらの組み合わせを含み得る。当然のことながら、更なる導波路５４（及び任意選択のクラッド材料１８）を界面３０に設けるために、任意の適切な方法が使用され得る。
【０１３４】
図６ａは、光学装置５０に用いる例示的な導波路構成の断面図を示す。図６ａにおいて、上の図は更なる導波路５４の例示的な形状を示し、下の図は第１の導波路２６の例示的な形状を示す。図６ｂは、第１の導波路２６及び更なる導波路５４の相対的な位置を（光信号の伝播方向に沿って）示す。
【０１３５】
本実施形態では、第１の導波路２６は、第１の導波路２６と更なる導波路５４との間の光信号の断熱的なエバネッセント結合を提供するために第１の導波路２６に沿って少なくとも１つの特性を含む。第１の導波路２６に沿った特性は、第１の導波路２６の伝播定数が更なる導波路５４の伝播定数と同じになるように構成された少なくとも１つの位相整合領域を含む。また、特性は、それぞれの第１の導波路２６及び更なる導波路５４に沿って一定の損失が定められるように設計されている。
【０１３６】
第１の導波路２６及び更なる導波路５４は、少なくとも１つの位相整合領域を含む少なくとも１つの先細り部分を含み得る。本実施形態では、第１の導波路２６は、更なる導波路５４との断熱的なエバネッセント結合を提供するための第１の先細り部分５６を含む。第１の先細り部分５６は、第１の導波路２６に沿った位置によって異なる幅を有する。
【０１３７】
当然のことながら、湾曲部分３４は、図６ａ〜６ｂの平面図では識別できない。しかしながら、側方から見た場合、第１の先細り部分５６は、図５に示す湾曲部分３４の少なくとも一部を含む。したがって、図６ａ〜６ｂは、第１の導波路２６及び更なる導波路５４に沿った特性（例えば先細り）の変化を示すが、当然のことながら、特性は湾曲部分３４により第１の導波路２６に沿って変化し得る。例えば、湾曲部分３４は、（図６ａ〜６ｂの図によって示されるような）水平面及び垂直面（例えば水平面に垂直な方向）の両方に先細りを含み得る。本実施例では、湾曲部分３４は、水平面及び垂直面の両方において界面３０に向かって内側に先細りになっている。当然のことながら、いくつかの実施形態では、先細りは、水平面及び垂直面の一方のみであり得る。
【０１３８】
第１の導波路２６は、別の導波路（例えば、本明細書に記載される更なる導波路５４又は第２の導波路２８）との光信号の結合を容易にするために任意の適切な方法で構成され得る。例えば、第１の導波路２６の屈折率は、第１の導波路２６に沿った位置の関数として変化し得る。代替的又は追加的に、第１の導波路２６は、第１の導波路２６に沿った位置の関数として変化する、第１の基板２２の周囲の材料との屈折率コントラストを有し得る。
【０１３９】
図６ａ〜６ｂにも示されるように、更なる導波路５４は、第１の導波路２６と断熱的なエバネッセント結合を提供するための第２の先細り部分６２を含む。当然のことながら、第１の導波路２６及び更なる導波路５４の設計は、必要に応じて変更することができる。例えば、第１の導波路２６及び更なる導波路５４の少なくとも一方は少なくとも１つの先細り部分を含み得、各導波路は異なる特性を有し得る。第１の導波路２６の特性に応じて、更なる導波路５４は、断熱的なエバネッセント結合が第１の導波路２６に提供され得るように設計され得る。同様に、第１の導波路２６は、断熱的なエバネッセント結合が、更なる導波路５４に提供され得るように設計され得る。
【０１４０】
図７〜８は、第２の基板２４（例えば、ＰＩＣプラットフォーム１０）をさらに含む図４の光学装置５０の直交断面概略図を示す。光学装置５０は、接合材料３２の層を用いて第２の基板２４と接合されるので、本実施形態では、第２の基板２４は、光学装置５０の一部とみなすことができる。当然のことながら、他の実施形態では、光学装置、例えば第１の基板及び第２の基板は、レーザビーム溶接などの溶接技術を用いて互いに結合又は接合され得る。これにより、第１の基板と第２の基板との間の界面における接合材料の使用を回避することができる。
【０１４１】
本実施形態では、第２の導波路２８は、第１の導波路２６よりも高い屈折率の材料を含む。更なる導波路５４の材料は、第１の導波路２６よりも高いが第２の導波路２８よりも低い屈折率を有する材料を含む。
【０１４２】
表面に堆積された更なる導波路５４は、レーザ刻印された第１の導波路２６及び第２の導波路２８のみに比べて実質的により高い屈折率コントラストを有するコンパクトなフォトニックコンポーネントの製造を可能にし得る。光学装置５０は、更なる集積化及び光ファイバ（図示せず）への低損失インターフェースのためにレーザ刻印された第１の導波路２６への低損失結合の恩恵を受けることができる。例示的な用途は、他のレーザ刻印された導波路で利用可能な低屈折率コントラストで製造するには大きすぎる場合がある、表面導波路層上の波長マルチプレクサ／デマルチプレクサ回路の製造を含む。
【０１４３】
表面に堆積された更なる導波路５４は、シリコンフォトニクス又はリン化インジウムで作られたものなどの高屈折率コントラストプラットフォーム上に製造されたエッジベースのスポットサイズ変換カプラへの低損失で効率的な突き合わせ結合を可能にするために使用され得る。当然のことながら、光学装置５０の利点の１つ以上は、第２の基板２４又はＰＩＣプラットフォーム１０の有無にかかわらず、光学装置５０に適用可能である。言い換えれば、いくつかの実施形態では、光学装置５０（又はその１つ以上の部分）は、シリコンフォトニクス又はリン化インジウムで作られたものなどの１つ以上の高屈折率コントラストプラットフォームと共に使用され又は使用可能であり得る。
【０１４４】
導波路層５２を用いて形成された表面に堆積された更なる導波路５４を使用する１つの可能な用途は、高屈折率コントラストプラットフォームへのエバネッセント結合における中間層として機能することであり得る。この場合、この更なる導波路５４は、第１の導波路２６から高屈折率コントラストの第２の導波路２８に光を効率的に転送するのに役立ち得る。このアプローチは高い結合効率を提供し得る。設計シミュレーションは、総エバネッセント結合効率が９５％を超える可能性があることを示している。
【０１４５】
図９は、光学装置１００のアセンブリの断面概略図を示す。光学装置１００は本明細書に記載される他の光学装置２０、５０と類似しており、類似の特徴は１００ずつ増した符号で示されている。光学装置１００は、第１の基板１２２と第２の基板１２４とを含む。光学装置１００は、プリント回路基板（ＰＣＢ）１０２をさらに含む。第１の基板１２２は、ＰＣＢ１０２と第２の基板１２４との間に挟まれている。ＰＣＢ１０２は、電気信号を用いて第２の基板１２４の電気コンポーネント１６８と通信するように動作するキャリア１０４を含む。第１の基板１２４は、第２の基板１２４とキャリア１０４との間で第１の基板１２２を通って延びるビア１７０を含む。ビア１７０は、第１の基板１２２に形成された開口部を通って延びる金属接点を含む。したがって、ビア１７０は、ＰＣＢ１０２と電気コンポーネント１６８との間の電気的接続を提供する。電気コンポーネント１６８は、受信した光信号及び電気信号の一方を光信号及び電気信号の他方に変換するように動作する。言い換えれば、光学装置１００は、光信号と電気信号とのトランシーバとして機能し得る。本実施例では、２つの導波路１２６が近位領域１３８から延びて、それぞれの光デバイス１７２（例えばレーザー、フォトダイオードなど）にそれぞれの光ファイバ１７４を介して結合される。はんだ１７６が界面１３０内のエッチングされた凹部１７８に設けられ、第１の基板１２２を第２の基板１２４に結合するために使用される。図９は、光信号をルーティングするための通信装置の一実施例とみなすことができる。
【０１４６】
図１０は、本明細書に記載される任意の実施形態の光学装置に用いる第１の導波路２６の例示的な構成の断面図を示す。第１の導波路２６は湾曲部分３４を含む。しかしながら、図２から図３とは対照的に、第１の導波路２６は同様の直線部分３６を含まない。第１の導波路２６は、第１の導波路２６に沿った位置の関数として変化する曲率半径を有し、この曲率半径は、第１及び第２の導波路２６、２８（及び／又は更なる導波路５４）の間に異なる伝播特性を提供し得る。湾曲部分３４は、第１の導波路２６が、エバネッセント場の伝播方向に平行な平面内で界面３０に向かって及び界面３０から離れて延びるようになっている。
【０１４７】
図１１は、本明細書に記載される任意の実施形態の光学装置に用いる第１の導波路２６の更なる例示的な構成の断面図を示す。第１の導波路２６は図１０と同様である。第１の導波路２６は、第１の導波路２６に沿った位置の関数として変化する曲率半径を有し、この曲率半径は、第１及び第２の導波路２６、２８（及び／又は更なる導波路５４）の間に異なる伝播特性を提供し得る。例えば、第１及び第２の導波路２６、２８（及び／又は更なる導波路５４）の間のエバネッセント場は、増強されかつ／又は光信号の十分に強いエバネッセント結合が生じ得る長さを延長し得る。したがって、湾曲部分３４の曲率半径を第１の導波路２６に沿った位置の関数として最適化することによって、第１の導波路２６と第２の導波路２８及び／又は更なる導波路５４との間でエバネッセント結合された光信号の様々な、増強され又は改善された伝播特性を提供し得る。
【０１４８】
図１２から図１３は、ＰＩＣプラットフォーム１０に用いる第２の導波路２８の例示的な構成の様々な断面図を示す。図示されたそれぞれの第２の導波路２８は、第２の導波路２８に沿って異なる幅を有し、その設計は、第１の導波路２６の設計及び／又はそれらの近接及び相対的配置に依存し得る。
【０１４９】
図１４は、本明細書に記載される任意の実施形態のＰＩＣプラットフォームに用いる第２の導波路２８の例示的な構成の断面図を示す。本実施形態では、第２の導波路２８は、第１の導波路２６との断熱的なエバネッセント結合を提供するために（界面３０に関して）横方向に離間した複数（本実施例では２つ）の先細り部分８２と光通信して設けられるスプリッタ８０を含む。第２の導波路２８の分割構造は、１つの先細り部分のみが設けられる場合に比べて、より多くの横方向のアライメント公差を提供し得る。したがって、第１及び第２の導波路２６、２８の相対的な横方向の位置合わせが正確でない場合、事実上２つの第２の導波路２８によって提供される付加的な公差によって、位置合わせ要件を緩和することができる。
【０１５０】
図１５は、更なる実施形態による、ＰＩＣプラットフォームと一体化されるように構成された光学装置２００の断面概略図を示す。図１５の実施形態は、本明細書に記載される光学装置５０と非常に類似しているが、類似の特徴は２００ずつ増した符号で示されている。異なる特徴を本明細書に記載する。
【０１５１】
光学装置２００は、第１の基板２２２と第２の基板２２４との間に配置された複数のスペーシング要素２８４を含む。本実施例では、スペーシング要素２８４は、酸窒化ケイ素を含むが、窒化ケイ素などの他の任意の適切な材料を含むことができる。強化されたエバネッセント結合を提供するための更なる導波路２５４が、第１の導波路２２６と第２の導波路２２８との間に設けられる。接合材料２３２の層が、第２の基板２２４のシリカ層２１４と第１の基板２２２の対応するクラッド材料２１８との間に設けられる。スペーシング要素２８４は、第１及び第２の導波路２２６、２２８及び／又は更なる導波路２５４の間の間隔がそれらの間に最適なエバネッセント結合を提供するのに適していることを確実にすることができる。
【０１５２】
図１６は、更なる実施形態による、ＰＩＣプラットフォームと一体化されるように構成された光学装置３００の断面概略図を示す。図１６の実施形態は、本明細書に記載される光学装置２００と非常に類似しているが、類似の特徴は１００ずつ増した符号で示されている。異なる特徴を本明細書に記載する。
【０１５３】
光学装置３００は、第１の基板３２２と第２の基板３２４との間に配置された少なくとも１つの層（本実施形態では、シリカ層３１４）に複数の凹部領域３８６を含み、複数のスペーシング要素３８４が、対応する凹部領域３８６に設けられている。スペーシング要素３８４及び凹部領域３８６を設けることにより、第１の導波路３２６、第２の導波路３２８及び更なる導波路３５４の正確かつ適時な位置合わせを容易にすることができる。
【０１５４】
図１７は、本明細書に記載される一以上の実施形態の光学装置を製造するための例示的なプロセスフローを示す。第１のステップ４００において、第１の基板２２を設ける。プロセスフローは、光学装置を製造するいくつかの異なる方法を示す。第１のプロセスのステップ４０２において、第１の基板２２に導波路層５２を堆積させる。第１のプロセスのステップ４０４において、第１の基板２２に第１の導波路２６を刻印する。導波路層５２（又は他の任意の層）を第１の基板２２に堆積させた後にレーザ刻印することによって、導波路層５２（又は他の任意の層が設けられる）がない場合に可能であるよりも、第１の導波路２６を界面３０の近くに作ることが可能になる。この理由の１つとして考えられるのは、導波路層５２（又は他の任意の層）を設けることによる界面３０におけるアブレーション閾値の低下である。第２の代替的なプロセスでは、ステップ４０２、４０４の順序が入れ替わる。第２のプロセスにおけるステップ４００の後、ステップ４０６において、第１の基板２２に第１の導波路２６を刻印する。ステップ４０６の後、ステップ４０８において、第１の基板２２に導波路層５２を堆積させる。ステップ４０４又はステップ４０８の後、ステップ４１０において、（例えばパターニングプロセス及びその後の材料除去プロセスなどを用いて）導波路層５２に更なる導波路５４を形成する。更なる導波路５４を設けない場合、ステップ４１０は任意選択のステップとみなすことができる。
【０１５５】
任意選択のステップ４１２において、接合材料３２の層を設ける。接合材料３２の層は、更なる導波路５４及び／又は（例えば図１５から図１６に示すように）更なる導波路５４に設けられる別の層に設けられ得る。任意選択のステップ４１４において、少なくとも１つの追加の層（クラッド材料など）を設ける。ステップ４１２の後に起こるように示されているが、少なくとも１つの追加の層は、接合材料３２の層が設けられる前に設けられ得る。任意選択のステップ４１６において、接合材料３２の層を用いて第２の基板２４を第１の基板２２（及びそれらの間の任意の層）に結合する。第２の基板２２は、エバネッセント波結合を容易にするために第１の導波路２２及び／又は更なる導波路５４に対して適切に配置され得る、第２の導波路２８を含み得る。第２の導波路２８は、（例えばパターニングプロセスとその後の材料除去プロセスにより）第２の基板２４に予め設けられていてもよい。当然のことながら、いくつかの実施態様では、第２の基板２２及び／又は第２の導波路２８を設けなくてもよい。
【０１５６】
第３のプロセスのステップ４００の後、ステップ４１８において、第１の基板２２に犠牲層（クラッド材料１８など）を設ける。ステップ４２０において、レーザ刻印を用いて第１の基板２２に第１の導波路２６を設ける。ステップ４２２において、（例えばパターニングプロセス及びその後の材料除去プロセスなどにより）犠牲層の一部分を除去する。ステップ４２４において、犠牲層の残りの部分（及び第１の基板２２の任意の露出部分）に導波路層５２を堆積させる。ステップ４２４の後、任意選択のステップ４１０、４１２、４１４及び４１６の少なくとも１つが本明細書に記載されるように実施され得る。
【０１５７】
当然のことながら、図１７のプロセスステップは、より一般的に適用できる。例えば、光学装置を製造する方法は、基板を設けること、基板に層を堆積させること、及び基板と層との間の界面に対して近位にある基板内に導波路をレーザ刻印することを含み得る。基板は、第１及び第２の基板２２、２４のいずれかであり得る。堆積される層は、導波路層５２、クラッド材料１８、接合材料３２の層、又は他の任意の層の少なくとも１つを含み得る。レーザ刻印された導波路は、第１の導波路２６及び／又は他の任意の導波路であり得る。レーザ刻印は、層の堆積の前又は後に行うことができる。光学装置は、第２の導波路２８を含む第２の基板２４を任意選択で含み得る。光学装置は、更なる導波路５４を含む導波路層５２を任意選択で含み得る。製造プロセスは、必要に応じて変更することができる。例えば、第１の基板２２に堆積されるものとして本明細書に記載される層は、代わりに第２の基板２４に堆積され又はその逆であり得る。
【０１５８】
当然のことながら、方法は、追加的又は代替的に、第１の基板２２及び／又は第２の基板２４の表面に更なる導波路５４を形成することを含み得る。次いで、方法は、例えば表面の欠陥（例えば亀裂又は微小亀裂）及び／又は粒子などの量を低減するために、第１の基板２２及び／又は第２の基板２４の表面を準備又は調整することを含み得る。方法は、更なる導波路５４を形成する前に第１の基板２２及び／又は第２の基板２４の表面を準備又は調整することを含み得る。これにより、犠牲層の使用を軽減することができる。更なる導波路５４は、例えば図１７に示すプロセスフローのステップ４１０に関して上述したように、第１の基板２２及び／又は第２の基板２４の表面に形成され得る。
【０１５９】
当然のことながら、いくつかの実施形態では、方法は、追加的又は代替的に、レーザビーム溶接などの溶接技術を用いて第１の基板２２及び第２の基板２４を互いに結合することを含み得る。これにより、界面３０に接合材料を設けることを回避することができる。
【０１６０】
図１８ａから１８ｆは、本明細書に記載される任意の実施形態の光学装置に用いる例示的な導波路構成の断面図を示す。当然のことながら、図１８ａから１８ｆに示す例示的な導波路構成は、任意の組み合わせで又は単独で使用することができる。図１８ａは、それぞれ、第１の導波路２６、第２の導波路２８及び／又は更なる導波路５４の一部であり又はこれらに含まれ得る、例示的な先細り部分２９、５６、６２を示す。図１８ａに示す先細り部分２９、５６、６２は、第１の方向ｚ及び／又は第２の方向において変化する、例えば本実施例では減少する幅又は厚さを含む。第１の方向ｚは、例えば、第１の導波路２６、第２の導波路２８及び／又は更なる導波路５４に沿った方向、例えば第１の導波路２６、第２の導波路及び／又は更なる導波路５４における光信号の伝播方向を含むとみなすことができる。第２の方向は、第１の方向ｚに垂直な方向を含み得る。当然のことながら、他の実施形態では、第１の導波路、第２の導波路及び／又は更なる導波路の先細り部分は、先細り部分の幅又は厚さが第１の方向及び／又は第２の方向において増加するように構成され得る。
【０１６１】
図１８ｂは、本明細書に記載される任意の実施形態の光学装置に用いる第１の導波路２６の例示的な構成を示す。第１の導波路２６は、第１の導波路２６の一部又は全ての屈折率が第１の方向ｚ及び／又は第２の方向において変化するように、例えば連続的に変化するように構成され得る。例えば、第１の導波路２６は、例えば図１８ｂに示すように、第１の導波路２６の一部又は全ての屈折率が第１の方向ｚ及び／又は第２の方向において減少するように構成され得る。代替的に、第１の導波路は、第１の導波路の一部又は全ての屈折率が第１の方向ｚ及び／又は第２の方向において増加するように構成され得る。第１の導波路の一部又は全ての屈折率は、第１の導波路２６の一部又は全てと第１の基板２２の周囲の材料との間の屈折率コントラストΔｎを変化させること、例えば連続的に変化させることにより、第１の方向ｚ及び／又は第２の方向において変化させること、例えば連続的に変化させることができる。第１の導波路２２の一部又は全ての屈折率は、第１の基板２２のレーザ刻印を用いて変化させることができる。第１の基板２２のレーザ刻印を用いることにより、変化し得る、例えば連続的に変化し得る屈折率を含む第１の導波路２６の形成を容易にすることができる。当然のことながら、図１８ｂに関して上述した特徴は、第２の導波路及び／又は更なる導波路に適用され又は含まれ得る。
【０１６２】
図１８ｃは、本明細書に記載される任意の実施形態の光学装置に用いる更なる導波路５４の例示的な構成を示す。更なる導波路５４は、複数のセグメント５４ａを含むように構成され得る。複数のセグメント５４ａは、第１の方向ｚに沿って配置され得る。複数のセグメント５４ａの一部又は全てのセグメントは、同じ屈折率を含み得る。複数の部分又はセグメント５４ａは、更なる導波路５４の屈折率、例えば有効屈折率が第１の方向ｚ及び／又は第２の方向において変化するように配置され得る。例えば、更なる導波路５４は、複数の部分又はセグメント５４ａの一部又は全てのセグメントのサイズ又は幅が第１の方向ｚ及び／又は第２の方向において変化するように構成され得る。例えば、図１８ｃに示すように、更なる導波路５４は、複数のセグメント５４の一部又は全てのサイズ又は幅が第１の方向ｚ及び／又は第２の方向において減少するように構成され得る。これは、更なる導波路５４の屈折率、例えば有効屈折率が、第１の方向ｚ及び／又は第２の方向に減少する結果となり得る。更なる導波路５４は、複数のセグメント５４ａの少なくとも２つ又は全てのセグメント間の空間又は距離ｄが第１の方向ｚにおいて変化するように構成され得る。例えば、図１８ｃに示すように、更なる導波路５４は、複数のセグメント５４の少なくとも２つ又は全てのセグメント間の空間又は距離ｄが第１の方向ｚにおいて増加するように構成され得る。これは、更なる導波路の屈折率、例えば有効屈折率が第１の方向ｚ及び／又は第２の方向において減少する結果となり得る。当然のことながら、他の実施形態では、更なる導波路は、複数のセグメントの一部又は全てのサイズ又は幅が第１の方向ｚ及び／又は第２の方向において増加し、かつ／又は複数のセグメントの少なくとも２つ又は全てのセグメント間の空間又は距離が第１の方向において減少するように構成され得る。
【０１６３】
図１８ｄ及び１８ｅは、本明細書に記載される任意の実施形態の光学装置に用いる更なる導波路５４の例示的な構成を示す。図１８ｄに示す例示的な更なる導波路５４は、図１８ｄに示すものと類似している。しかしながら、図１８ｄに示す更なる導波路５４は、複数のセグメント５４ａの一部又は全てのセグメントのサイズ又は幅が同じになるように構成され得る。更なる導波路５４は、複数の部分又はセグメントの少なくとも２つ又は全ての部分又はセグメント間の空間又は距離ｄが同じになるように構成され得る。更なる導波路５４は、複数のセグメント５４ａの一部又は全てのセグメントのサイズ又は幅が光信号の波長よりも小さくなるように構成され得る。更なる導波路５４は、複数のセグメント５４ａの少なくとも２つ又は全てのセグメント間の空間又は距離ｄが更なる導波路５４における光信号の波長よりも小さくなるように構成され得る。図１８ｅは、更なる導波路５４の例示的な構成の平面図を示す。複数のセグメント５４ａは、第２の方向（図１８ｅにｙ方向で示す）に沿って配置され得る。言い換えれば、複数のセグメント５４ａ、例えばその一部又は全てのセグメントは、セグメント５４ａのアレイを形成するように配置され得る。複数のセグメント５４ａの一部又は全ては、メタマテリアルを形成しているとみなされ得る。複数のセグメント５４ａの一部又は全ては、更なる導波路５４の屈折率、例えば有効屈折率を変化させるように、例えば減少又は増加させるように配置され得る。当然のことながら、複数のセグメントは、図１８ｄ及び１８ｅに示す形状に限定されない。例えば、複数のセグメントの一部又は全てのセグメントは、例えば円形、楕円形、長方形、正方形の断面などの任意の好適な形状又は断面を有し得る。
【０１６４】
当然のことながら、図１８ｄ及び１８ｅに関して上述した特徴は、第１の導波路及び／又は第２の導波路２８に同様に適用され又は含まれ得る。
【０１６５】
図１８ｆは、本明細書に記載される任意の実施形態の光学装置に用いる更なる導波路５４の例示的な構成を示す。先細り部分６２の幅又は厚さが第１の方向ｚ及び／又は第２の方向において増加する場合、更なる導波路５４はくびれ部分６２ａを含み得る。くびれ部分６２ａは、例えば第１の方向ｚ及び／又は第２の方向の先細り部分６２の幅又は厚さよりも小さいか又は狭い、例えば第１の方向ｚ及び／又は第２の方向の幅又は厚さを含み得る。くびれ部分６２ａは、更なる導波路５４の先細り部分６２から間隔を置いて又は離れて配置され得る。くびれ部分は、更なる導波路５４において光信号の１つ以上のモードをフィルタリングするように構成され得る。くびれ部分６２ａは、更なる導波路５４の先細り部分６２への光信号の単一モードの伝送を可能にするように配置され得る。
【０１６６】
当然のことながら、図１８ｆに関して上述した特徴は、第１の導波路及び／又は第２の導波路２８に同様に適用され又は含まれ得る。
【０１６７】
上記のように、図１８ａから１８ｆに関して図示及び説明した任意の例示的な構成による第１の導波路は、レーザ刻印を用いて形成され得る。図１８ａから１８ｆに関して図示及び説明した任意の例示的な構成による第２の導波路及び／又は更なる導波路は、例えば上記のように、堆積及び／又はリソグラフィ技術を用いて（例えばパターニングプロセス及びその後の材料除去プロセスを用いて）形成され得る。
【０１６８】
図１８ａから１８ｆに関して図示及び説明した例示的な構成の一部又は全ては、緩和されたアライメント公差、製造の容易さ、及び／又はファウンドリにおける既存のプロセス又はツールとの適合性を可能にし得る。
【０１６９】
図１９は、更なる実施形態による光学装置５２０の断面概略図を示す。図１９の実施形態は、本明細書に記載される光学装置２０と類似しているが、類似の特徴は５００ずつ増した符号で示されている。異なる特徴を本明細書に記載する。
【０１７０】
光学装置５２０は、少なくとも１つの開口部５８８を含み得る。開口部５８８は、第１の基板５２２の一部であり又は第１の基板５２２に含まれ得る。図１９において、光学装置５２０は３つの開口部５８８を含む。当然のことながら、他の実施形態では、光学装置は３つより多いか又は少ない開口部を含み得る。開口部５８８は、チャネル、穴、貫通穴、ブリード穴、通気孔などの形態又はこれらの組み合わせで設けられ得る。開口部５８８は、例えば第１の基板５２２と第２の基板５２４とが互いに結合されるときに、第１の基板５２２と第２の基板５２４との間の空間からのガスの通過を可能にするように配置され得る。開口部５８８は、例えば第１の基板と第２の基板とが、例えば接合材料５３２を用いて互いに結合されるときに、各開口部５８８の少なくとも一部への接合材料５３２の通過を可能にするように配置され得る。これは、第１の基板と第２の基板との間の位置合わせ及び／又は結合の制御、例えば第１の基板と第２の基板との間の距離の制御、及び／又は、第１の基板と第２の基板とを緊密に接合することを可能にする。開口部５８８は、例えばエッチング（例えばレーザ支援エッチング、ドライエッチング又はウェットエッチング）、又はアブレーション（例えばレーザアブレーション）、又はマスキングなどの別の材料除去プロセスを用いて形成され得る。
【０１７１】
図２０は、更なる実施形態による光学装置６２０の断面概略図を示す。図１９の実施形態は、本明細書に記載される光学装置５０と類似しているが、類似の特徴は６００ずつ増した符号で示されている。異なる特徴を本明細書に記載する。
【０１７２】
光学装置５０又はその一部の用途では、例えばエッジ結合用途などでは、第２の導波路は、エッチング、例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）などの材料除去プロセスを用いて調整された側面又はファセットを含み得る。これは、第２の導波路６２８が第２の基板６２４の第１のエッジ６９０から離れて配置される、第２の基板６２４のレッジ型の配置をもたらし得る。本実施例では、第１の基板６２２は、第２の基板６２４との結合、例えば相補的な結合を可能にするように形作られ又は構成され得る。例えば、第１の基板６２２は、第１の基板６２２に設けられた更なる導波路６５４と第２の導波路６２８との間の突き合わせ結合を可能にするように形作られ又は構成され得る。例えば、第１の基板６２２は、第２のエッジ６９２を含み得る。第２のエッジ６９２は、第１の基板６２４の第１のエッジ６９０と相補的に適合するように形作られ得る。言い換えれば、第２のエッジ６９２は、例えば第１の基板６２２と第２の基板６２４との相補的な結合を可能にするために、第１のエッジ６９０と第２のエッジ６９２とが対向するエッジを画定するように形作られ又は構成され得る。これにより更なる導波路６５４を第２の導波路に近接させることができ、それにより更なる導波路と第２の導波路との間の距離を減少させ、それにより更なる導波路と第２の導波路との間の距離にわたる光信号の損失を低減することができる。更なる導波路は、第２のエッジ６９２の少なくとも一部に形成され得る。第２の基板６２４は、結合部分６９４を含み得る。結合部分６９４は、エッジカプラ又はエッジ結合部分６９４の形態で設けられ得る。結合部分６９４は、例えば第１の基板６２２と第２の基板６２４が互いに結合されるときに、更なる導波路６５４と第２の導波路６２８との間の突き合わせ結合を可能にするように配置され得る。結合部分６９４は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）（又はシリカ）及び窒化ケイ素の少なくとも１つを含み得る。当然のことながら、結合部分は、二酸化ケイ素及び窒化ケイ素の少なくとも１つを含むことに限定されず、他の実施形態では、結合部分は、別の好適な材料を含み得る。結合部分６９４は、例えば更なる導波路６５４と第２の導波路６２８との間の突き合わせ結合を可能にするために、モードフィールド径を変化させるように、例えば増加させるように構成され得る。
【０１７３】
更なる導波路６５４は、例えば第１の基板と第２の基板とが互いに結合されているときに、更なる導波路６５４における光信号の伝播方向が第２の導波路６２８における光信号の伝播方向に対応するか又は同じになるように第２の導波路６２８に対して配置され得る。
【０１７４】
本明細書に記載される光学装置は、第１の基板及び第２の基板を含む。しかし、当然のことながら、光学装置は、第１の基板のみを含むか又は第２の基板のみを含むとみなされ得る。第２の導波路は、追加の導波路の一例とみなされ得る。更なる導波路は、追加の導波路の一例とみなされ得る。本明細書に記載される光学装置は、１つ又は複数の追加の導波路、例えば、本明細書に記載される第２の導波路及び更なる導波路の一方又は両方を含み得る。
【０１７５】
本開示全体にわたって、「基板」及び「層」という用語に対して様々な言及がなされている。いくつかの文脈において、用語は、層が基板とみなされ得るように交換可能であり得ることが理解されるであろう。他の文脈では、基板は基板であるとみなされ得る。
【０１７６】
出願人は、本明細書に記載されている個々の特徴及び２つ以上のそのような特徴の任意の組合せを、そのような特徴又は特徴の組合せが本明細書に開示されている課題を解決するか否かにかかわらず、また特許請求の範囲の範囲に限定されることなく、当業者の技術常識に照らして、そのような特徴又は組合せを明細書全体に基づいて実施することができる範囲で分離して開示している。出願人は、本発明の態様がそのような個々の特徴又は特徴の組合せからなり得ることを示している。以上の説明を考慮すると、本発明の範囲内で様々な変更を行い得ることが当業者には明らかであろう。
【図１】
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【図２】
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【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】
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【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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【国際調査報告】
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