(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導波路偏光回転子であって、
光導波路であって、該光導波路で互いに反対側に配置された入力端および出力端を有し、
前記入力端で、入力偏光を有するモードを有する入力光信号を受光し、
前記出力端で、前記入力偏光に対して直角の出力偏光を有する出力光信号を生成するように機能可能な光導波路、ならびに
前記光導波路上に配置され、かつ前記光導波路と非直交に交差したオーバーレイストリップであって、第１のオフセット距離だけ前記光導波路から横方向にオフセットされた第１の端部および第２のオフセット距離だけ前記光導波路から横方向にオフセットされた第２の端部を有するオーバーレイストリップ
を備え、
前記第１の端部及び前記第２の端部は前記光導波路に対して互いに反対方向にオフセットされており、
前記光導波路が、導波路幅を有し、前記オーバーレイストリップが、前記導波路幅以下のオーバーレイ幅を有する導波路偏光回転子。
【請求項２】
前記オーバーレイストリップが、ポリシリコンを含む、請求項１に記載の導波路偏光回転子。
【請求項３】
前記光導波路の基本モードが、前記オーバーレイストリップの前記第１の端部および前記第２の端部における前記導波路偏光回転子の基本モードと等しい、請求項１又は２に記載の導波路偏光回転子。
【請求項４】
前記光導波路と前記オーバーレイストリップとの間に配置されたクラッド層をさらに備える、請求項１〜３の何れか一項に記載の導波路偏光回転子。
【請求項５】
前記光導波路が、シリコンナノワイヤ導波路を備える、請求項１〜４の何れか一項に記載の導波路偏光回転子。
【請求項６】
導波路偏光回転子を構成する方法であって、
光導波路であって、該光導波路で互いに反対側に配置される入力端および出力端を有する光導波路を形成するステップと、
前記光導波路上にクラッド層を形成するステップと、
オーバーレイストリップであって、該オーバーレイストリップで互いに反対側に配置される第１の端部および第２の端部を有するオーバーレイストリップを位置合わせするステップであって、
前記第１の端部が、第１のオフセット距離だけ前記光導波路から横方向にオフセットされ、前記第２の端部が、第２のオフセット距離だけ前記光導波路から横方向にオフセットされ、
前記第１の端部および前記第２の端部が、前記光導波路の両側に配置される、ステップと、
位置合わせする前記ステップに従って前記クラッド層上に前記オーバーレイストリップを形成するステップと
を含み、
前記第１の端部及び前記第２の端部は前記光導波路に対して互いに反対方向にオフセットされており、
前記光導波路が、導波路幅を有し、前記オーバーレイストリップが、前記導波路幅以下のオーバーレイ幅を有する方法。
【請求項７】
前記光導波路を形成する前記ステップが、絶縁体基板上にシリコンを形成するステップを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記クラッド層を形成する前記ステップが、前記光導波路の周囲にシリカを形成するステップを含む、請求項６又は７に記載の方法。
【請求項９】
前記オーバーレイストリップを形成する前記ステップが、前記クラッド層上にポリシリコンを形成するステップを含む、請求項６〜８の何れか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１のオフセット距離が、前記光導波路を形成する前記ステップのための製造公差および前記オーバーレイストリップを形成する前記ステップのための製造公差に従って決定される公差部分を含む、請求項６〜９の何れか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記オーバーレイストリップを形成する前記ステップが、
前記オーバーレイストリップが前記オーバーレイストリップの前記第１の端部に最も近い前記光導波路と交差し始める第１の断熱回転領域を形成するステップ、および
前記オーバーレイストリップが前記オーバーレイストリップの前記第２の端部に最も近い前記光導波路と交差し始める第２の断熱回転領域を形成するステップ
を含む、請求項６〜１０の何れか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１の断熱回転領域が、前記光導波路の基板面に対して少なくとも３０度だけモードの偏光を回転させるように機能可能である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
フォトニック回路であって、
受光した光信号を第１のモードおよび第２のモードに分離するように構成された偏光スプリッタであって、前記第１のモードおよび前記第２のモードが互いに直交する偏光スプリッタと、
導波路偏光回転子であって、
光導波路であって、該光導波路で互いに反対側に配置された入力端および出力端を有し、前記偏光スプリッタに結合された前記入力端で、入力偏光を有する前記第１のモードを受光し、前記出力端で、前記入力偏光に対して直角の出力偏光を有する出力光信号を生成するように機能可能な光導波路、ならびに
前記光導波路上に配置され、かつ前記光導波路と非直交に交差したオーバーレイストリップであって、第１のオフセット距離だけ前記光導波路から横方向にオフセットされた第１の端部および第２のオフセット距離だけ前記光導波路から横方向にオフセットされた第２の端部を有し、
前記第１の端部及び前記第２の端部は前記光導波路に対して互いに反対方向にオフセットされており、
前記光導波路が、導波路幅を有し、前記オーバーレイストリップが、前記導波路幅以下のオーバーレイ幅を有するオーバーレイストリップ
を有する導波路偏光回転子と、
前記導波路偏光回転子の前記出力端に結合されたフィルタであって、前記第２のモードのために設計された伝達関数を、前記導波路偏光回転子からの前記出力光信号に適用するように構成されたフィルタと
を備えるフォトニック回路。
【請求項１４】
前記第１のモードが、横電気（ＴＥ）モードである、請求項１３に記載のフォトニック回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１４年１１月６日に出願された、「導波路偏光回転子およびその構成方法」という名称の米国仮特許出願第１４／５３５，１７０号の利益を主張するものであり、その出願は、参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、一般にフォトニック素子に関し、具体的な実施形態においては導波路偏光回転子およびその構成方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
一般に、単一モード導波路は、２つの異なる互いに直交する偏光モードの伝搬をサポートし得る。集積光学では、異なるモードは、一般的には横電気（ＴＥ）モードおよび横磁気（ＴＭ）モードと呼ばれている。ＴＥモードおよびＴＭモードという呼称は、ＴＥモードおよびＴＭモードの電界の偏光の主軸がそれぞれ導波路基板（すなわち、ウェハ）面と平行であり、垂直であることを示している。また、ウェハ面に対して回転された偏光の主軸を有するハイブリッドモードも存在し得る。
【０００４】
フォトニックコンポーネントは、しばしば偏光依存性を有する。しかしながら、例えばスイッチマトリックスのような光信号処理装置は、偏光に依存しないものでなければならない。偏光非依存性は、数ある特徴の中でも、偏光依存損失（ＰＤＬ）を低くすること、偏光モード分散（ＰＭＤ）を低くすること、および構造複屈折によって生じる好ましくない偏光依存性の波長特性を少なくすることによって具現化される。入力光信号を処理する一般的な手法は、ＴＥモードおよびＴＭモードの両方を別々に処理し、その結果を合成することである。素子内で、フォトニックコンポーネントは、ＴＥモードおよびＴＭモードの一方を処理するように設計され得る。あるいは、入力光信号のＴＥモードまたはＴＭモードの一方が、他方の偏光に回転されてもよい。そのような素子では、単一の設計が、入力光信号のＴＥモードおよびＴＭモードの両方を処理するために使用され得る。例えば、ＴＭモードは、ＴＥ偏光に回転されてもよく、ＴＥモードのために設計されたフォトニックコンポーネントは、ＴＥモードおよび回転されたＴＭモードを処理するために使用されてもよい。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態の導波路偏光回転子は、光導波路およびオーバーレイストリップを含む。光導波路は、該光導波路で互いに反対側に配置された入力端および出力端を有する。光導波路は、入力端で、入力偏光を有するモードを有する入力光信号を受光するように機能可能である。光導波路は、出力端で、入力偏光に対して直角の出力偏光を有する出力光信号を生成するようにさらに機能可能である。オーバーレイストリップは、光導波路上に配置され、光導波路と非直交に交差する。オーバーレイストリップは、第１のオフセット距離だけ光導波路から横方向にオフセットされた第１の端部および第２のオフセット距離だけ光導波路から横方向にオフセットされた第２の端部を有する。
【０００６】
導波路偏光回転子を構成する実施形態の方法は、光導波路であって、該光導波路で互いに反対側に配置される入力端および出力端を有する光導波路を形成するステップを含む。次に、クラッド層が、光導波路上に形成される。次に、オーバーレイストリップが、光導波路上に位置合わせされる。オーバーレイストリップは、該オーバーレイストリップで互いに反対側に配置される第１の端部および第２の端部を含む。第１の端部は、第１のオフセット距離だけ光導波路から横方向にオフセットされ、第２の端部は、第２のオフセット距離だけ光導波路から横方向にオフセットされる。第１の端部および第２の端部は、光導波路の両側に配置される。本方法は、位置合わせに従ってクラッド層上にオーバーレイストリップを形成するステップをさらに含む。
【０００７】
実施形態のフォトニック回路は、偏光スプリッタ、導波路偏光回転子、およびフィルタを含む。偏光スプリッタは、受光した光信号を第１のモードおよび第２のモードに分離するように構成される。第１のモードおよび第２のモードは互いに直交する。導波路偏光回転子は、光導波路であって、該光導波路で互いに反対側に配置された入力端および出力端を有する光導波路を含む。光導波路は、偏光スプリッタに結合された入力端で、入力偏光を有する第１のモードを受光するように機能可能である。光導波路は、出力端で、入力偏光に対して直角の出力偏光を有する出力光信号を生成するようにさらに機能可能である。オーバーレイストリップは、光導波路上に配置され、光導波路と非直交に交差する。オーバーレイストリップは、第１のオフセット距離だけ光導波路から横方向にオフセットされた第１の端部および第２のオフセット距離だけ光導波路から横方向にオフセットされた第２の端部を含む。フィルタは、導波路偏光回転子の出力端に結合され、第２のモードのために設計された伝達関数を、導波路偏光回転子からの出力光信号に適用するように構成される。
【０００８】
次に、本発明およびその利点のより完全な理解のために、添付図面と併せて以下の説明を参照する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】入力光信号のＴＥモードおよびＴＭモードの両方を処理するためのフォトニック回路の一実施形態のブロック図である。
【図２】導波路偏光回転子の一実施形態の図である。
【図３】導波路偏光回転子の一実施形態が有する、位置合わせの影響を受けない性質に関する図である。
【図４】導波路偏光回転子の一実施形態の別の図である。
【図５】導波路偏光回転子を構成する方法の一実施形態のフロー図である。
【図６】オーバーレイオフセットの関数としての、ウェハ面に対する偏光角のグラフである。
【図７】素子長全体の関数としての送信電力のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下では、実施形態の作製および使用について詳細に述べる。しかしながら、本発明は、多種多様な特定の状況で実施され得る多くの適用可能な発明概念を提供することを理解されたい。述べられている特定の実施形態は、本発明を作製し、使用するための特定の方法の例示に過ぎず、本発明の範囲を限定しない。
【００１１】
自由空間光通信では、直線偏光状態は、初期偏光状態に対して４５度に向けられた主軸を有する半波長板によって９０度回転され得る。フォトニック回路の場合、同様の回転は、導波路のウェハ面に対して４５度回転された主軸を有するハイブリッドモードを有する導波路偏光回転子を用いて達成され得る。また、導波路偏光回転子は、所望の回転量を達成するために決定された長さを有するべきである。導波路断面の水平方向および垂直方向の非対称性は、必要なハイブリッドモードならびにＴＥ偏光とＴＭ偏光との結合を提供する。
【００１２】
導波路断面を非対称性にすることは、一般的に少なくとも２つのフォトリソグラフィステップを伴う。一般に、導波路層およびオーバーレイ層を含む製造工程では、第１のステップは、導波路の特徴を形成し、第２のステップは、所望の非対称を形成するオーバーレイの特徴を形成する。一般的には、クラッド層が、導波路とオーバーレイとの間に形成される。本明細書において、導波路およびオーバーレイの位置調整（位置合わせと呼ばれる工程）が、高品質の導波路偏光回転子を構成する上で重要であることが理解される。特に、結果として得られる構造の偏光軸の向きは、ＰＤＬおよび偏光クロストークに影響を及ぼし得る。工業用フォトリソグラフィ工程は、横方向および縦方向の寸法に関して導波路およびオーバーレイを数十ナノメートル以内で位置合わせし得る。特定の種類のフォトニック回路（例えば、ポリシリコンオーバーレイを有するシリコンナノワイヤ導波路）では、位置合わせ公差は、数十ナノメートルのオーダーであり、これは、工業用フォトリソグラフィ工程が、依然として、顕著な度合いの不完全性をもたらす可能性があることを意味する。
【００１３】
本明細書において、位置合わせ誤差の影響を受けない導波路偏光回転子が構成され得ることが理解される。材料、厚さ、幅、および長さを含む、第１の製造ステップによって形成される特徴を有する導波路を考えた場合、所望のハイブリッドモードを生成するのに必要な垂直方向の非対称をもたらすために導波路と非直交に交差する、十分な長さ、幅、および厚さを有するオーバーレイストリップが設計され得る。非直交に交差することは、０＜α＜９０度の角度αで交差することである。オーバーレイストリップの長さは、各端部が導波路から横方向に十分にオフセットされ、これにより導波路の基本モードがオーバーレイストリップによって影響されないように設計される。導波路の基本モードは、導波路偏光回転子の断面に関するマクスウェル方程式を解くことによって計算される。交差するオーバーレイストリップが、導波路の基本モードに影響を及ぼす場合、オーバーレイストリップは、導波路と共に２つの断熱回転領域を形成する。２つの断熱回転領域は、導波路偏光回転子の長さ方向の中心に、導波路に対して垂直に引かれた線に関して対称である。導波路偏光回転子は、断熱回転領域の内側境界でウェハ面から４５度回転した主軸を有するハイブリッドモードを生成する。オーバーレイストリップは、オーバーレイストリップが該オーバーレイストリップの第１の端部に最も近い光導波路と交差し始める第１の断熱回転領域を形成し、オーバーレイストリップが該オーバーレイストリップの第２の端部に最も近い光導波路と交差し始める第２の断熱回転領域を形成するように形成されてもよい。第１の断熱領域および第２の断熱領域はそれぞれ、光導波路の基板面に対して少なくとも３０度だけモードの偏光を回転させてもよい。
【００１４】
本明細書で紹介される導波路偏光回転子の様々な実施形態を説明する前に、フォトニック回路であって、その中で導波路偏光回転子が実施され得るフォトニック回路が説明される。
【００１５】
図１は、入力光信号のＴＥモードおよびＴＭモードの両方を処理するためのフォトニック回路１００の一実施形態のブロック図である。フォトニック回路１００は、偏光スプリッタ１１０と、偏光回転子１２０−１と、フィルタ１３０−１および１３０−２と、偏光回転子１２０−２と、偏光コンバイナ１４０とを含む。偏光スプリッタ１１０は、１つの経路に沿って偏光回転子１２０−１、フィルタ１３０−１、偏光回転子１２０−２、および偏光コンバイナ１４０と直列に結合されており、また、別の経路に沿ってフィルタ１３０−２および偏光コンバイナ１４０と直列に結合されている。
【００１６】
偏光スプリッタ１１０は、入力光信号１５０を受光するように構成されている。偏光スプリッタ１１０は、入力光信号１５０をＴＥモード１５４とＴＭモード１５２とに分離する。ＴＥモード１５４は、フィルタ１３０−２に伝搬し、フィルタ１３０−２は、それを偏光コンバイナ１４０に通す前に伝達関数を光信号に適用する。ＴＭモード１５２は、偏光回転子１２０−１に伝搬し、そこで、その偏光は、９０度回転されてＴＥモードの偏光となり、回転ＴＭモード１５６をもたらす。フィルタ１３０−１は、フィルタ１３０−２の同じ伝達関数を回転ＴＭモード１５６に適用する。フォトニック回路１００のこの段階で、入力光信号１５０のＴＥモード１５４およびＴＭモード１５２は、両方ともフィルタリングされており、ＴＥモード１５４の偏光の主軸を有する。次に、回転ＴＭモード１５６は、偏光回転子１２０−２によって再びその初期ＴＭ偏光に回転される。偏光コンバイナ１４０は、２つの偏光を出力光信号１６０に合成する。
【００１７】
図２は、導波路偏光回転子２００の一実施形態の図である。図２−Ａは、導波路偏光回転子２００の上面図である。図２−Ｂは、導波路偏光回転子２００の３つの長さ方向セクションに対応する導波路偏光回転子２００の３つの断面図を示している。
【００１８】
図２−Ａにおいて、導波路偏光回転子２００は、光導波路２１０およびオーバーレイストリップ２２０を含む。光導波路２１０は、様々な技術（数ある中でも、シリコンナノワイヤ、シリコン・オン・インシュレータ、シリコン・オン・シリカ、リン化インジウム（ＩｎＰ）、およびガリウムヒ素（ＧａＡｓ）を含む）を用いて製造され得る。シリコンナノワイヤの実施形態では、結晶シリコン層が、上面にシリカ層を有するシリコンウェハ上に形成される。次に、結晶シリコン層が、光導波路２１０を形成するために所望に応じてエッチングされる。一般的に、導波路偏光回転子２００などのフォトニックコンポーネントでは、光導波路２１０およびオーバーレイストリップ２２０は、クラッド層によって分離される。クラッディングは、導波路コア内に電磁波を閉じ込めるように機能する低屈折率（導波路コアに対して）の材料の１つ以上の層（例えば、シリコンコア上のシリカクラッディング）である。オーバーレイストリップ２２０は、クラッディングおよび光導波路２１０上に形成される付加的な伝搬層である。１つのオーバーレイ技術は、クラッド層上にアモルファスシリコンを形成し、所望に応じてアモルファスシリコンをエッチングし、多結晶シリコン（時としてポリシリコンと呼ばれる）を形成するために残りのアモルファスシリコンをアニーリングすることを含む。
【００１９】
導波路偏光回転子２００は、３つの長さ方向セクション２３０、２４０、および２５０に分けられる。第１のセクション２３０では、入力光信号は、左から右に伝搬する。入力光信号は、図２−Ｂに破線および実線の主軸によって示されているようにＴＥモードおよびＴＭモードを含む。図２−Ｂ−１は、第１のセクション２３０の左の境界における導波路偏光回転子２００の断面図である。オーバーレイストリップ２２０は、光導波路２１０の上に、左にオフセットされて示されており、これは、オーバーレイストリップ２２０の左上端に対応している。入力光信号が第１のセクション２３０に沿って伝搬し、オーバーレイストリップ２２０が光導波路２１０に近づくにつれて、ＴＥモードおよびＴＭモードは、図２−Ｂ−１に示されている初期偏光に対して４５度回転した主軸を有するハイブリッドモードに断熱的に移行する。
【００２０】
光信号が、第１のセクション２３０と第２のセクション２４０との境界に到達したとき、ＴＥモードおよびＴＭモードはそれぞれ、図２−Ｂ−２に示されているように４５度回転されている。この断面図は、光導波路２１０上にあるオーバーレイストリップ２２０を示しており、ここでは、それは、光導波路２１０の基本モードに影響を及ぼし、ハイブリッドモードを形成する。ハイブリッドモードは、第１のセクション２３０の断熱回転領域から、光導波路２１０およびオーバーレイストリップ２２０によって形成された第２のセクション２４０の導波路構造に結合する。光信号が第２のセクション２４０を通って伝搬するとき、正味の偏光回転はゼロである。これは、全体を通して偏光回転がほとんどもしくはまったくないことによって、または１回以上の完全な回転（すなわち、３６０度の）によって達成される。前者の場合、ハイブリッドモードのビート長は、第２のセクション２４０の長さよりもずっと長く、影響の出る回転をもたらさない。光信号が伝搬するにつれてハイブリッドモードの偏光が回転する後者の場合、第２のセクション２４０の長さは、第２のセクション２４０と第３のセクション２５０との境界におけるハイブリッドモードの偏光が、２つの断面図の対称性によって図２−Ｂ−２に示されているように、第１のセクション２３０と第２のセクション２４０との境界におけるものと同じになるように設計される。第２のセクション２４０の長さは、光導波路２１０およびオーバーレイストリップ２２０の数ある設計特徴（材料、厚さ、幅、およびクラッディングを含む）の中でも、オーバーレイストリップ２２０の長さおよび光導波路２１０からのオーバーレイストリップ２２０の端部の横方向オフセットによって決定される。
【００２１】
第２のセクション２４０と第３のセクション２５０との境界において、ＴＥモードおよびＴＭモードはそれぞれ、第３のセクション２５０においてその相補的な（すなわち、９０度回転された）モードに結合する。第１のセクション２３０と第３のセクション２５０との対称性に起因して、第３のセクションの断熱回転領域は、ハイブリッドモードの偏光を、再び入力光信号のＴＥモードおよびＴＭモードの元の向き（すなわち−４５度）に回転させる。しかしながら、ハイブリッドモードは、第３のセクション２５０の左の境界でその相補物に結合されるため、光信号のモードの偏光は、それが第３のセクション２５０を通って伝搬するときにさらに４５度（すなわち＋４５度）回転し、正味９０度の偏光回転をもたらす。導波路偏光回転子２００の右端では、図２−Ｂ−３に示されているように、破線の主軸によって示されているモードは、基板面に平行、すなわち、ＴＥ偏光であり、実線の主軸によって示されているモードは、基板面に対して垂直、すなわち、ＴＭ偏光である。さらに、オーバーレイストリップ２２０は、光導波路２１０の右にオフセットされており、ここでは、それは、光導波路２１０の基本モードに影響を及ぼさない。オーバーレイストリップ２２０は、セクションＩの最初およびセクションＩＩＩの最後において光導波路２１０の基本モードに影響を及ぼさないため、光導波路の基本モードは、オーバーレイストリップの第１の端部および第２の端部における導波路偏光回転子の基本モードと等しい。
【００２２】
３つのセクション２３０、２４０、および２５０の境界は理想化されている。実際には、導波路偏光回転子２００の断面は伝搬軸に沿って連続的に変化するため、実施形態の導波路偏光回転子の境界は明確には規定されない。正味９０度の偏光回転である理想的な働きを達成するために、偏光の向きは、第２のセクション２４０の境界における主軸の理想的な４５度の向きから変化してもよい。同様に、実施形態の導波路偏光回転子によって達成される実際の回転は、９０度から変化してもよい。
【００２３】
図３は、導波路偏光回転子３００の一実施形態が有する、位置合わせの影響を受けない性質に関する図である。導波路偏光回転子３００は、光導波路３１０およびオーバーレイストリップ３２０を含む。オーバーレイストリップ３２０が光導波路３１０と交差する導波路偏光回転子３００の部分は、回転領域３３０として考えられる。回転領域３３０内では、導波路偏光回転子３００は、上で説明した図２の実施形態のように機能する。光導波路３１０およびオーバーレイストリップ３２０の長さは、素子全体が、製造工程で生じる位置合わせ誤差の影響を受けないように設計される。
【００２４】
位置合わせ中、オーバーレイストリップ３２０は、光導波路３１０上に配置され、工程のある公差内で垂直方向および水平方向に位置調整される。例えば、特定のフォトリソグラフィ工程は、数十ナノメートル以内の精度である。光導波路３１０およびオーバーレイストリップ３２０の長さが十分に長ければ、光導波路３１０上のオーバーレイストリップ３２０の位置合わせ（または位置）における水平方向および垂直方向の誤差は、回転領域３３０の働きに影響を及ぼさない。図３−Ａは、光導波路３１０上で水平方向に中心合わせされた回転領域３３０および回転領域３３０にわたるそれ自体の長さに沿って中心合わせされたオーバーレイストリップ３２０を有する目標となる位置合わせを示している。
【００２５】
製造中、位置合わせは、図３−Ｂ〜図３−Ｅによって示されているように垂直方向および水平方向にばらつき得る。図３−Ｂは、位置合わせがオーバーレイストリップ３２０を右に偏らせる誤差をもたらした場合の、導波路偏光回転子３００内の回転領域３３０の位置を示している。図３−Ｃは、位置合わせがオーバーレイストリップ３２０を下に偏らせる誤差をもたらした場合の、導波路偏光回転子３００内の回転領域３３０の位置を示している。図３−Ｄは、位置合わせがオーバーレイストリップ３２０を左に偏らせる誤差をもたらした場合の、導波路偏光回転子３００内の回転領域３３０の位置を示している。図３−Ｅは、位置合わせがオーバーレイストリップ３２０を上に偏らせる誤差をもたらした場合の、導波路偏光回転子３００内の回転領域３３０の位置を示している。
【００２６】
図３−Ｂ〜図３−Ｅに明らかなように、光導波路３１０の伝搬軸が、水平方向に配置されているとき、水平方向の位置合わせ誤差は、予想されるように、また図３−Ｂおよび図３−Ｄに示されているように誤差だけ水平方向にシフトした回転領域をもたらす。おそらくあまり直感的ではないが、垂直方向の位置合わせ誤差も同様に、水平方向の位置合わせ誤差よりは小さいものの回転領域３３０を水平方向にシフトさせる。
【００２７】
図４は、導波路偏光回転子４００の一実施形態の別の図である。図４は、光導波路４０２およびオーバーレイストリップ４０４を含む導波路偏光回転子４００の寸法を示している。図４−Ａは、導波路偏光回転子４００の上面図を示しており、一方、図４−Ｂおよび図４−Ｃは、様々な断面を示している。
【００２８】
光導波路４０２は、幅４１０、長さ４３０、および高さ（または厚さ）４５０を有する。光導波路４０２は、厚さ４７０を有するクラッド層によってオーバーレイストリップ４０４から分離されている。オーバーレイストリップ４０４は、幅４２０、長さ４４０、および厚さ４６０を有する。特定の実施形態において、オーバーレイ幅４２０は、導波路幅４１０以下である。光導波路４０２上のオーバーレイストリップ４０４の位置合わせは、第１のオフセット４８０および第２のオフセット４９０に従って行われる。第１のオフセット４８０は、純粋に光導波路４０２の基板面において規定されるものであり、光導波路４０２の縁からオーバーレイストリップ４０４の最も近い縁まで測定される。代替の実施形態では、図４−Ｂに示されているように、中心間オフセット４８２が、光導波路４０２の中心からオーバーレイストリップ４０４の中心までのものとして規定されてもよい。第２のオフセット４９０は、光導波路４０２の反対側で同様に規定され得る。第１のオフセット４８０および第２のオフセット４９０は、オーバーレイストリップ４０４が光導波路４０２の基本モードに影響を及ぼさない最小オフセットを見つけるために、光導波路４０２およびオーバーレイストリップ４０４によって形成される導波路構造に関するマクスウェル方程式を解くことによって決定され得る。あるいは、実験的にオフセットを決定するために、いくつかの「モードソルバー（ｍｏｄｅ  ｓｏｌｖｅｒ）」およびシミュレーションシステムが購入可能である。また、最小オフセットは、予想される位置合わせ誤差および製造誤差に対応するために増加されてもよい。より具体的には、光導波路４０２が、その伝搬軸を水平にして配置されるとき、第１のオフセット４８０および第２のオフセット４９０は、位置合わせ誤差および製造誤差に対する垂直方向公差を含んでもよい。第１のオフセット距離および第２のオフセット距離は、光導波路を形成するための製造公差およびオーバーレイストリップを形成するための製造公差に従って決定される公差部分を含んでもよい。
【００２９】
オーバーレイ長さ４４０は、図２に示したような十分に長い断熱回転領域を有することに加えて、第１のオフセット４８０および第２のオフセット４９０に関して決定されたオフセット値を満たすように決定されてもよい。また、オーバーレイ長さ４４０は、水平方向の位置合わせ誤差および製造誤差に対する公差を含んでもよい。
【００３０】
図５は、導波路偏光回転子を構成する方法の一実施形態のフロー図である。本方法は、開始ステップ５１０から始まる。第１の形成ステップ５２０において、光導波路が形成される。光導波路は、導波路で互いに反対側に配置される入力端および出力端を有する。第２の形成ステップ５３０において、クラッド層が、光導波路上に形成される。位置合わせステップ５４０において、オーバーレイストリップが、光導波路上に位置合わせされる。オーバーレイストリップは、オーバーレイで互いに反対側に配置される第１の端部および第２の端部を有する。第１の端部は、第１のオフセット距離だけ光導波路から横方向にオフセットされる。第２の端部は、第２のオフセット距離だけ光導波路から横方向にオフセットされる。オーバーレイは、光導波路と非直交に交差するため、オーバーレイストリップの第１の端部および第２の端部は、光導波路の両側に配置される。次に、オーバーレイストリップが、第３の形成ステップ５５０で形成される。次に、本方法は、終了ステップ５６０で終了する。
【００３１】
図６は、実施形態の導波路偏光回転子における、ウェハ面に対する偏光角のグラフ６００である。グラフ６００は、第１のモード６１０および第２のモード６２０を含む。第１のモード６１０および第２のモード６２０の偏光は、光導波路からのオーバーレイストリップのミクロン単位のオフセットの関数として計算される。グラフ６００は、光導波路およびオーバーレイストリップの特定の組に関するオーバーレイオフセットの関数として偏光を示している。また、偏光は、光導波路およびオーバーレイストリップの幅、長さ、材料、および厚さに大きく依存する。
【００３２】
実施形態の導波路偏光回転子を通って伝搬する所与のモードは、漸進的な９０度の偏光回転を受ける。例えば、第１のモード６１０は、ウェハ面に対して約９０度の偏光でセクション１に到達する。第１のモード６１０が、セクション２に入るとき、グラフ６００によれば、その偏光の主軸は、ウェハ面に対して約５５度である。対称性に起因して、第１モード６１０は、同じ偏光でセクション２から外に通過する。しかしながら、第１のモード６１０のグラフ線を辿らずに、第１のモード６１０は、セクション２とセクション３との境界でその相補モードに結合する。第１のモード６１０は、第２のモード６２０のグラフ線を辿るにつれて正味９０度の偏光回転を受ける。第２のモード６２０は、実施形態の導波路偏光回転子を通って伝搬するときに同様の回転を受ける。
【００３３】
図７は、ミクロン単位の素子長の関数としての送信電力のグラフ７００である。素子長は、図６のグラフ６００の寸法と等しい寸法を有する導波路偏光回転子の回転領域の長さを意味する。グラフ７００は、ＴＭモード７１０およびＴＥモード７２０を示している。また、グラフ７００は、所与の光導波路およびオーバーレイストリップの寸法ならびに所与の第１のオフセット４８０および第２のオフセット４９０に関して、最適な長さが、おおよそ１９ミクロンであることを示している。
【００３４】
本発明を、例示の実施形態を参照して説明してきたが、この説明は、限定的な意味で解釈されることを意図していない。例示の実施形態の様々な修正例および組み合わせならびに本発明の他の実施形態は、説明を参照することにより当業者に明らかになる。したがって、添付の特許請求の範囲は、そのような修正例または実施形態を包含することが意図されている。
【符号の説明】
【００３５】
１００  フォトニック回路
１１０  偏光スプリッタ
１２０−１  偏光回転子
１２０−２  偏光回転子
１３０−１  フィルタ
１３０−２  フィルタ
１４０  偏光コンバイナ
１５０  入力光信号
１５２  ＴＭモード
１５４  ＴＥモード
１５６  回転ＴＭモード
１６０  出力光信号
２００  導波路偏光回転子
２１０  光導波路
２２０  オーバーレイストリップ
２３０  第１のセクション
２４０  第２のセクション
２５０  第３のセクション
３００  導波路偏光回転子
３１０  光導波路
３２０  オーバーレイストリップ
３３０  回転領域
４００  導波路偏光回転子
４０２  光導波路
４０４  オーバーレイストリップ
４１０  導波路幅
４２０  オーバーレイ幅
４３０  光導波路長さ
４４０  オーバーレイ長さ
４５０  光導波路厚さ
４６０  オーバーレイ厚さ
４７０  クラッド層厚さ
４８０  第１のオフセット
４８２  中心間オフセット
４９０  第２のオフセット
６００  グラフ
６１０  第１のモード
６２０  第２のモード
７００  グラフ
７１０  ＴＭモード
７２０  ＴＥモード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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