(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの光導波路ファイバー結合ユニットを備える光導波路を単一モードファイバーに結合する装置であって、前記少なくとも１つの光導波路ファイバー結合ユニットの第１の光導波路ファイバー結合ユニットは、
基板であって、該基板上に位置決めスロットが形成される、基板と、
前記基板上に配置される第１の光導波路であって、前記第１の光導波路の一方の端部は、幅が徐々に狭くなる逆テーパー構造を有し、テーパー端を通る前記逆テーパー構造の中心線は、前記位置決めスロットの中心線と平行である、第１の光導波路と、
前記位置決めスロット内に配置される単一モードファイバーであって、直径が徐々に狭まる光ファイバーテーパー構造を有する前記単一モードファイバーの一方の端部は、前記逆テーパー構造を有する前記第１の光導波路の前記端部と反対側に配置される、単一モードファイバーと、
前記基板上に配置される第２の光導波路であって、前記第２の光導波路の一方の端部は、前記逆テーパー構造を有する前記第１の光導波路の前記端部を用いて、前記第１の光導波路に光結合され、前記第２の光導波路の別の端部は、前記光ファイバーテーパー構造を備える前記単一モードファイバーの前記端部を用いて、前記単一モードファイバーに光結合される、第２の光導波路と、
を有し、
前記逆テーパー構造を有する前記第１の光導波路の前記端部は前記第２の光導波路に埋め込まれ、前記光ファイバーテーパー構造を備える前記単一モードファイバーの前記端部は、エバネセント場を用いて前記第２の光導波路に光結合され、
前記光ファイバーテーパー構造を備える前記単一モードファイバーの前記端部は、前記第２の光導波路に１００ｎｍ内で近接する、
装置。
【請求項２】
前記第２の光導波路の前記基板上の経路は、前記逆テーパー構造を有する前記第１の光導波路の前記端部の末端の位置と、前記光ファイバーテーパー構造を備える前記単一モードファイバーの前記端部の末端の位置とに従って決定された全ての可能な経路のうち、損失が最小の経路である、
請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第２の光導波路は、前記基板上にスピンコートされた紫外線感受性ポリマー材料に、前記損失が最小の経路に沿って、紫外線レーザーを用いて直接書込みを行うことによって得られる、
請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記位置決めスロットは、Ｕ字型スロット、Ｖ字型スロット又は矩形スロットである、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記位置決めスロットの断面サイズを設定することにより、前記光ファイバーテーパー構造を備える前記単一モードファイバーの前記端部の末端が、前記基板の上面よりも高い、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記光ファイバーテーパー構造のテーパー端の直径は３μｍ未満である、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記逆テーパー構造の前記テーパー端の幅は１００ｎｍ未満であり、前記逆テーパー構造のテーパー領域の長さは１００マイクロメートルのオーダーである、
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
光導波路を単一モードファイバーに結合する方法であって、
基板に位置決めスロットを形成するステップであって、前記基板に更に第１の光導波路が配置され、前記第１の光導波路の一端は、幅が徐々に狭くなる逆テーパー構造を有し、テーパー端を通る前記逆テーパー構造の中心線は、前記位置決めスロットの中心線と平行である、ステップと、
前記位置決めスロット内に、直径が徐々に狭まる光ファイバーテーパー構造を一方の端部に備える単一モードファイバーを固定するステップであって、前記光ファイバーテーパー構造を備える前記単一モードファイバーの前記端部は、前記逆テーパー構造を有する前記第１の光導波路の前記端部と反対側に配置される、ステップと、
前記第１の光導波路の位置と前記単一モードファイバーの位置とに従って、前記基板上に第２の光導波路を配置するステップであって、前記第２の光導波路の一方の端部は、前記逆テーパー構造を有する前記第１の光導波路の前記端部を用いて、前記第１の光導波路に光結合され、前記第２の光導波路の別の端部は、前記光ファイバーテーパー構造を備える前記単一モードファイバーの前記端部を用いて、前記単一モードファイバーに光結合される、ステップと、
を含み、
前記第１の光導波路の位置と前記単一モードファイバーの位置とに従って、前記基板上に第２の光導波路を配置する前記ステップは、
前記第１の光導波路の前記位置と前記単一モードファイバーの前記位置とに従って、前記基板上に前記第２の光導波路を配置するステップであって、前記逆テーパー構造を有する前記第１の光導波路の前記端部は前記第２の光導波路に埋め込まれ、前記光ファイバーテーパー構造を備える前記単一モードファイバーの前記端部は、エバネセント場を用いて前記第２の光導波路に光結合される、ステップ、
を含み、
前記光ファイバーテーパー構造を備える前記単一モードファイバーの前記端部は、前記第２の光導波路に１００ｎｍ内で近接する、
方法。
【請求項９】
前記第１の光導波路の位置と前記単一モードファイバーの位置とに従って、前記基板上に第２の光導波路を配置する前記ステップは、
前記光ファイバーテーパー構造を備える前記単一モードファイバーの前記端部の末端の位置と、前記逆テーパー構造を有する前記第１の光導波路の前記端部の末端の位置とを決定するステップと、
前記光ファイバーテーパー構造を備える前記単一モードファイバーの前記端部の前記末端の前記位置と、前記逆テーパー構造を有する前記第１の光導波路の前記端部の前記末端の前記位置とに従って、前記第２の光導波路の前記基板上の経路を決定するステップと、
前記第２の光導波路の前記基板上の前記経路に従って、前記基板上に前記第２の光導波路を配置するステップと、
を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記光ファイバーテーパー構造を備える前記単一モードファイバーの前記端部の前記末端の前記位置と、前記逆テーパー構造を有する前記第１の光導波路の前記端部の前記末端の前記位置とに従って、前記第２の光導波路の前記基板上の経路を決定する前記ステップは、
前記光ファイバーテーパー構造を備える前記単一モードファイバーの前記端部の前記末端の前記位置と、前記逆テーパー構造を有する前記第１の光導波路の前記端部の前記末端の前記位置とに従って、全ての可能な経路のうち損失が最小の経路を決定するステップと、
前記損失が最小の経路を、前記第２の光導波路の前記基板上の経路として用いるステップと、
を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記第２の光導波路の前記基板上の前記経路に従って、前記基板上に前記第２の光導波路を配置する前記ステップは、
前記基板上に紫外線感受性ポリマー材料の層をスピンコーティングするステップと、
前記第２の光導波路の前記基板上の前記経路に沿って、紫外線レーザーを用いて前記紫外線感受性ポリマー材料に直接書込みを行って、前記第２の光導波路を形成するステップと、
を含む、請求項９又は１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記位置決めスロットは、Ｕ字型スロット、Ｖ字型スロット又は矩形スロットである、
請求項８乃至１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記基板に位置決めスロットを形成する前記ステップは、
前記位置決めスロットの断面サイズを設定するステップであって、前記単一モードファイバーが前記位置決めスロット内に水平に固定されるとき、前記光ファイバーテーパー構造を備える前記単一モードファイバーの前記端部の末端が、前記基板の上面よりも高い、ステップ、
を含む、請求項８乃至１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記光ファイバーテーパー構造のテーパー端の直径は３μｍ未満である、
請求項８乃至１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記逆テーパー構造の前記テーパー端の幅は１００ｎｍ未満であり、前記逆テーパー構造のテーパー領域の長さは１００マイクロメートルのオーダーである、
請求項８乃至１４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】
本発明の実施形態は通信分野に関し、特に、光導波路を単一モードファイバーに結合する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高速情報化技術の発展に伴い、集積光学デバイスが徐々に従来のマイクロ光学デバイスに取って代わり、将来の光通信、光コンピューティング、光センシングなどの分野におけるコア構造ユニットとなっている。シリコン導波路（Silicon  Waveguide）を例に挙げると、コア層のシリコンとクラッドシリカの屈折率の差が大きいことにより、シリコン・オン・インシュレータ（Silicon-On-Insulator、ＳＯＩ）材料ベースのシリコン導波路は、光照射野の伝送に対して非常に強い結合効果を有し、また、シリコン導波路は単一モード条件下では非常に小さい断面サイズを有するので、高い集積密度をもつ小型化されたフォトニックデバイスが実現される。更に、ＳＯＩ製造プロセスには、従来の相補型金属酸化膜半導体（Complementary  Metal-Oxide-Semiconductor、ＣＭＯＳ）処理と適合し、且つ、フォトニックデバイスと電子デバイスとの統合を実現することができるという利点がある。したがって、ＳＯＩ材料は、集積光導波路デバイスを製造するための主要材料となっており、幅広い応用展望がある。
【０００３】
集積光導波路デバイスについて、重要な問題は、光信号を入出力してデバイスとオフチップ光学系との間の通信を実現する場合、特に、シリコンの電流発光効率が実用的要件を満たしていない場合、光導波路の外部からの光源を導入するために光ファイバーを使用する必要があることである。一方、集積光導波路は光照射野に対して強い結合能力を有する。単一モード伝送時には、集積光導波路のスポットサイズはおよそ数百ナノメートルのオーダーであり、集積光導波路のモードフィールド形状は一般的に楕円形である。一方、一般的な単一モードファイバーは光照射野に対する結合能力が弱い。単一モード伝送時には、一般的な単一モードファイバーのスポットサイズは一般に約１０マイクロメートル（μｍ）であり、一般的な単一モードファイバーのモードフィールド形状は円形である。この場合、集積光導波路が単一モードファイバーに直接結合されたとき、集積光導波路と単一モードファイバーのスポットサイズには大きな差があり、集積光導波路と単一モードファイバーのモードフィールド形状が著しく一致しない。更に、結合時の集積光導波路と単一モードファイバーの界面の屈折率の差により、余分なフレネル反射（Fresnel  Reflection）損失が生じてしまう。結果として、集積光導波路が単一モードファイバーに直接結合される場合、効率が非常に低く一般に１０％を超えず、明らかに商業的要件を満たすことができない。したがって、結合効率が高く、デバイスの要件が低く、パッケージコストが低い、集積光導波路と単一モードファイバーとの入出力結合のための簡単で効果的な方法の開発には、集積光導波路デバイスの実用性に対して大きな実用的意義がある。
【０００４】
逆テーパーベースのスポットサイズ変換法（Inverted  Taper-Based  Spot-size  Converter  Method）は、一般に使用される横方向の結合方法である。図１に示すように、この結合方法の原理は以下のとおりである。すなわち、幅が徐々に狭まり且つシリコン導波路１２０の端部に配置される逆テーパー構造１２１を用いて、シリコン導波路１２０の小型スポットを拡大し、シリコン導波路１２０の逆テーパー構造１２１に、逆テーパー構造１２１を包む低屈折率光導波路１３０を配置して、シリコン導波路１２０のモードフィールドが徐々にシリコン導波路１２０から分離し、低屈折率光導波路１３０へと移るようにする。これにより、光を透過するモードフィールドのサイズを大きくして、そのサイズを単一モードファイバーのモードフィールドのサイズに近くなるようにすることができる。そして、基板１１０の上面の、シリコン導波路１２０の反対側の一方に位置決めスロット（例えばＶ字型スロット）１５０を形成し、位置決めスロット１５０に円筒形の単一モードファイバー１４０を固定することで、単一モードファイバー１４０の一端の面が低屈折率光導波路１３０の一端の面に接触し、且つ、単一モードファイバー１４０の中心線が低屈折率光導波路１３０の中心線と完全にアライメントされるようにする。
【０００５】
逆テーパーベースのスポットサイズ変換方法では、結合効率とブロードバンド結合機能が比較的高く、結合効率は、光を透過するための偏光に鈍感である。しかしながら、この結合方法には以下のような欠点がある。第１に、逆テーパー構造を使用することによって拡大されるシリコン導波路のモードフィールド径が比較的小さい（約３μｍ）ままなので、単一モードファイバーを低屈折率光導波路と完全にアライメントする必要が残る。例えば、単一モードファイバーが端末直径３μｍのレンズドファイバーを使用する場合、単一モードファイバーと低屈折率光導波路との間の１ｄＢアライメント許容誤差は約±０．３μｍである。したがって、該結合方法では、パッケージ装置に対する精度要件が非常に高いことが分かる。第２に、結合方法のアライメント精度要件が高いので、この結合方法は、通常、結合効率を確実にするためにアクティブ結合を必要とするが、結合の複雑さが増大してしまう。第３に、結合効率を改善するために、一般に低屈折率光導波路の端面に研磨加工を行う必要があり、低屈折率光導波路の端面上を反射防止膜（Anti-Reflection  Film）で被覆する必要があり、又は、端面でのフレネル反射を低減するために、低屈折率光導波路の端面と単一モードファイバーの末端との間に屈折率整合液体（Refractive  Index  Matching  Liquids）が追加される。第４に、この結合方法では非常に高い位置決め精度を必要とするので、該方法では、光導波路とファイバーアレイとの間の結合を実現することは比較的困難であり、高密度の入出力インターフェースを有する光学チップの結合及びパッケージングには適用することができない。要するに、光導波路と単一モードファイバーとの結合効率を確保することに基づいて、どのようにしてアライメント精度要件を低減し、それにより、デバイス上の結合要件を低下させパッケージコストを削減し、光導波路アレイと単一モードファイバーアレイとの結合を実現するかが、当該技術分野において早急に解決されるべき問題である。
【発明の概要】
【０００６】
本発明は、結合装置に対するアライメント精度要件を低下させ製造コストを低減することのできる、光導波路を単一モードファイバーに結合する方法と、光導波路を単一モードファイバーに結合するための装置とを提供する。
【０００７】
第１の態様によれば、光導波路を単一モードファイバーに結合する方法が提供される。本方法は、基板に位置決めスロットを形成するステップであって、基板に更に第１の光導波路が配置され、第１の光導波路の一端は、幅が徐々に狭くなる逆テーパー構造を有し、テーパー端を通る逆テーパー構造の中心線は、位置決めスロットの中心線と平行である、ステップと、位置決めスロット内に、直径が徐々に狭まる光ファイバーテーパー構造を一端に備える単一モードファイバーを固定するステップであって、光ファイバーテーパー構造を備える単一モードファイバーの端部は、逆テーパー構造を備える第１の光導波路の端部と反対側に配置される、ステップと、第１の光導波路の位置と単一モードファイバーの位置とに従って、基板上に第２の光導波路を配置するステップであって、第２の光導波路は、第１の光導波路と単一モードファイバーとの間に位置付けられ、第２の光導波路は、逆テーパー構造を備える第１の光導波路の端部を用いて、第１の光導波路に光結合され、第２の光導波路は、光ファイバーテーパー構造を備える単一モードファイバーの端部を用いて、単一モードファイバーに光結合される、ステップと、を含む。
【０００８】
第１の態様に関して、第１の可能な実施方式では、第１の光導波路の位置と単一モードファイバーの位置とに従って、基板上に第２の光導波路を配置するステップであって、第２の光導波路は、第１の光導波路と単一モードファイバーとの間に位置付けられ、第２の光導波路は、逆テーパー構造を備える第１の光導波路の端部を用いて、第１の光導波路に光結合され、第２の光導波路は、光ファイバーテーパー構造を備える単一モードファイバーの端部を用いて、単一モードファイバーに光結合されるステップは、第１の光導波路の位置と単一モードファイバーの位置とに従って、基板上に第２の光導波路を配置するステップであって、逆テーパー構造を備える第１の光導波路の端部と、光ファイバーテーパー構造を備える単一モードファイバーの端部の両方が、第２の光導波路に埋め込まれる、ステップ、を含む。
【０００９】
第１の態様に関して、第２の可能な実施方式では、第１の光導波路の位置と単一モードファイバーの位置とに従って、基板上に第２の光導波路を配置するステップであって、第２の光導波路は、第１の光導波路と単一モードファイバーとの間に位置付けられ、第２の光導波路は、逆テーパー構造を備える第１の光導波路の端部を用いて、第１の光導波路に光結合され、第２の光導波路は、光ファイバーテーパー構造を備える単一モードファイバーの端部を用いて、単一モードファイバーに光結合されるステップは、第１の光導波路の位置と単一モードファイバーの位置とに従って、基板上に第２の光導波路を配置するステップであって、逆テーパー構造を備える第１の光導波路の端部は第２の光導波路に埋め込まれ、光ファイバーテーパー構造を備える単一モードファイバーの端部は、エバネセント場を用いて第２の光導波路に光結合される、ステップ、を含む。
【００１０】
第１の態様に関して、又は、第１の態様の第１又は第２の可能な実施方式に関して、第３の可能な実施方式では、第１の光導波路の位置と単一モードファイバーの位置とに従って、基板上に第２の光導波路を配置するステップは、光ファイバーテーパー構造を備える単一モードファイバーの端部の末端の位置と、逆テーパー構造を備える第１の光導波路の端部の末端の位置とを決定するステップと、光ファイバーテーパー構造を備える単一モードファイバーの端部の末端の位置と、逆テーパー構造を備える第１の光導波路の端部の末端の位置とに従って、第２の光導波路の基板上の経路を決定するステップと、第２の光導波路の基板上の経路に従って、基板上に第２の光導波路を配置するステップと、を含む。
【００１１】
第１の態様の第３の可能な実施方式に関して、第４の可能な実施方式では、光ファイバーテーパー構造を備える単一モードファイバーの端部の末端の位置と、逆テーパー構造を備える第１の光導波路の端部の末端の位置とに従って、第２の光導波路の基板上の経路を決定するステップは、光ファイバーテーパー構造を備える単一モードファイバーの端部の末端の位置と、逆テーパー構造を備える第１の光導波路の端部の末端の位置とに従って、全ての可能な経路のうち損失が最小の経路を決定するステップと、損失が最小の経路を、第２の光導波路の基板上の経路として用いるステップと、を含む。
【００１２】
第１の態様の第３又は第４の可能な実施方式に関して、第５の可能な実施方式では、第２の光導波路の基板上の経路に従って、基板上に第２の光導波路を配置するステップは、基板上に紫外線感受性ポリマー材料の層をスピンコーティングするステップと、第２の光導波路の基板上の経路に沿って、紫外線レーザーを用いて紫外線感受性ポリマー材料に直接書込みを行って、第２の光導波路を形成するステップと、を含む。
【００１３】
第１の態様に関して、又は、第１の態様の第１〜第５の可能な実施方式のいずれかの可能な実施方式に関して、第６の可能な実施方式では、位置決めスロットは、Ｕ字型スロット、Ｖ字型スロット又は矩形スロットである。
【００１４】
第１の態様に関して、又は、第１の態様の第１〜第６の可能な実施方式のいずれかの可能な実施方式に関して、第７の可能な実施方式では、基板に位置決めスロットを形成するステップは、位置決めスロットの断面サイズを設定するステップであって、単一モードファイバーが位置決めスロット内に水平に固定されるとき、光ファイバーテーパー構造を備える単一モードファイバーの端部の末端が、基板の上面よりも高い、ステップ、を含む。
【００１５】
第１の態様に関して、又は、第１の態様の第１〜第７の可能な実施方式のいずれかの可能な実施方式に関して、第８の可能な実施方式では、光ファイバーテーパー構造のテーパー端の直径は３μｍ未満である。
【００１６】
第１の態様に関して、又は、第１の態様の第１〜第８の可能な実施方式のいずれかの可能な実施方式に関して、第９の可能な実施方式では、逆テーパー構造のテーパー端の幅は１００ｎｍ未満であり、逆テーパー構造のテーパー領域の長さは１００マイクロメートルのオーダーである。
【００１７】
第２の態様によれば、光導波路を単一モードファイバーに結合するための装置が提供される。本装置は、少なくとも１つの光導波路ファイバー結合ユニットを備える。少なくとも１つの光導波路ファイバー結合ユニットの第１の光導波路ファイバー結合ユニットは、基板であって、該基板上に位置決めスロットが形成される、基板と、基板上に配置される第１の光導波路であって、第１の光導波路の一端は、幅が徐々に狭くなる逆テーパー構造を有し、テーパー端を通る逆テーパー構造の中心線は、位置決めスロットの中心線と平行である、第１の光導波路と、位置決めスロット内に配置される単一モードファイバーであって、単一モードファイバーの一端は、直径が徐々に狭まる光ファイバーテーパー構造を有し、光ファイバーテーパー構造を備える単一モードファイバーの端部は、逆テーパー構造を備える第１の光導波路の端部と反対側に配置される、単一モードファイバーと、基板上に配置される第２の光導波路であって、第２の光導波路は、第１の光導波路と単一モードファイバーとの間に位置付けられ、第２の光導波路は、逆テーパー構造を備える第１の光導波路の端部を用いて、第１の光導波路に光結合され、第２の光導波路は、光ファイバーテーパー構造を備える単一モードファイバーの端部を用いて、単一モードファイバーに光結合される、第２の光導波路と、を有する。
【００１８】
第２の態様に関して、第１の可能な実施方式では、第２の光導波路は、逆テーパー構造を備える第１の光導波路の端部を用いて、第１の光導波路に光結合され、第２の光導波路は、光ファイバーテーパー構造を備える単一モードファイバーの端部を用いて、単一モードファイバーに光結合されることは、逆テーパー構造を備える第１の光導波路の端部と、光ファイバーテーパー構造を備える単一モードファイバーの端部の両方が、第２の光導波路に埋め込まれることを含む。
【００１９】
第２の態様に関して、第２の可能な実施方式では、第２の光導波路は、逆テーパー構造を備える第１の光導波路の端部を用いて、第１の光導波路に光結合され、第２の光導波路は、光ファイバーテーパー構造を備える単一モードファイバーの端部を用いて、単一モードファイバーに光結合されることは、逆テーパー構造を備える第１の光導波路の端部は第２の光導波路に埋め込まれ、光ファイバーテーパー構造を備える単一モードファイバーの端部は、エバネセント場を用いて第２の光導波路に光結合されることを含む。
【００２０】
第２の態様に関して、又は、第２の態様の第１又は第２の可能な実施方式に関して、第３の可能な実施方式では、第２の光導波路の基板上の経路は、逆テーパー構造を備える第１の光導波路の端部の末端の位置と、光ファイバーテーパー構造を備える単一モードファイバーの端部の末端の位置とに従って決定された全ての可能な経路のうち、損失が最小の経路である。
【００２１】
第２の態様の第３の可能な実施方式に関して、第４の可能な実施方式では、第２の光導波路は、基板上にスピンコートされた紫外線感受性ポリマー材料に、損失が最小の経路に沿って、紫外線レーザーを用いて直接書込みを行うことによって得られる。
【００２２】
第２の態様に関して、又は、第２の態様の第１〜第４の可能な実施方式のいずれかの可能な実施方式に関して、第５の可能な実施方式では、位置決めスロットは、Ｕ字型スロット、Ｖ字型スロット又は矩形スロットである。
【００２３】
第２の態様に関して、又は、第２の態様の第１〜第５の可能な実施方式のいずれかの可能な実施方式に関して、第６の可能な実施方式では、位置決めスロットの断面サイズを設定することにより、光ファイバーテーパー構造を備える単一モードファイバーの端部の末端が、基板の上面よりも高い。
【００２４】
第２の態様に関して、又は、第２の態様の第１〜第６の可能な実施方式のいずれかの可能な実施方式に関して、第７の可能な実施方式では、光ファイバーテーパー構造のテーパー端の直径は３μｍ未満である。
【００２５】
第２の態様に関して、又は、第２の態様の第１〜第７の可能な実施方式のいずれかの可能な実施方式に関して、第８の可能な実施方式では、逆テーパー構造のテーパー端の幅は１００ｎｍ未満であり、逆テーパー構造のテーパー領域の長さは１００マイクロメートルのオーダーである。
【００２６】
上述の技術的解決策に基づき、本発明の実施形態によって提供される光導波路を単一モードファイバーに結合する方法と光導波路を単一モードファイバーに結合するための装置によれば、第１の光導波路の一端が逆テーパー構造を有するように設定されることにより、第１の光導波路のスポットサイズが拡大され、単一モードファイバーの一端が光ファイバーテーパー構造を有するように設定されることにより、単一モードファイバーのスポットサイズが縮小され、第２の光導波路が第１の光導波路及び単一モードファイバーの位置に従って配置されることにより、第２の光導波路を用いて第１の光導波路と単一モードファイバーとのアライメント及び結合が実現される。第１の光導波路と単一モード光ファイバーの中心線が平行であれば、第１の光導波路と単一モードファイバーを精密にアライメントする必要がない。よって、第１の光導波路と単一モードファイバーとのアライメント許容度が改善され、結合装置のアライメント精度の要求が低下し、生産コストが低減され、集積光導波路チップの工業化の可能性が増大する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
本発明の実施形態の技術的解決策をより明確に説明するために、以下、本発明の実施形態又は従来技術を説明するために必要な添付の図面を簡単に紹介する。
【図１】既存の逆テーパーベースのスポットサイズ変換法を用いて、単一モードファイバーを光導波路に結合することの概略３次元図である。
【図２】本発明の実施形態に係る、光導波路を単一モードファイバーに結合する方法の概略フローチャートである。
【図３】本発明の実施形態に係る、光導波路を単一モードファイバーに結合する方法を用いて光導波路を単一モードファイバーに結合することの概略３次元図である。
【図４】本発明の実施形態に係る、光導波路を単一モードファイバーに結合する方法を用いて光導波路を単一モードファイバーに結合することの、別の概略３次元図である。
【図５】本発明の実施形態に係る、光導波路を単一モードファイバーに結合する方法を用いて光導波路を単一モードファイバーに結合することの、更に別の概略３次元図である。
【図６】図５に示す概略３次元図の上面図である。
【図７】本発明の実施形態に係る、光導波路を単一モードファイバーに結合する方法を用いて光導波路を単一モードファイバーに結合することの、別の上面図である。
【図８】本発明の実施形態に係る、光導波路を単一モードファイバーに結合する方法を用いて光導波路を単一モードファイバーに結合することの、更に別の概略３次元図である。
【図９】図７に示す概略３次元図の上面図である。
【図１０】本発明の実施形態に係る、光導波路を単一モードファイバーに結合する方法を用いて光導波路を単一モードファイバーに結合することの、更に別の概略３次元図である。
【図１１】本発明の実施形態に係る、光導波路を単一モードファイバーに結合するための装置の概略３次元図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態において添付の図面を参照して、本発明の実施形態の技術的解決策を明確且つ完全に説明する。
【００２９】
図２は、本発明の実施形態に係る、光導波路を単一モードファイバーに結合する方法２００の概略フローチャートである。本方法は、光導波路を単一モードファイバーに結合するための装置によって実行されてよい。図２に示すように、方法２００は以下を含む。
【００３０】
Ｓ２１０：基板に位置決めスロットを形成する。基板に更に第１の光導波路が配置され、第１の光導波路の一端は、幅が徐々に狭くなる逆テーパー構造を有し、テーパー端を通る逆テーパー構造の中心線は、位置決めスロットの中心線と平行である。
【００３１】
第１の光導波路は、任意の集積光導波路である。具体的には、第１の光導波路はシリコン導波路、すなわちシリコンベースの光導波路であってよい。これに応じて、基板はＳＯＩ基板であってよい。第１の光導波路はポリマー光導波路、例えば光電気ハイブリッドプリント基板（Opto-Electric  Hybrid  Printed  Circuit  Board，ＯＥ−ＰＣＢ）の光導波路であってもよいが、本発明の本実施形態はこれに限定されない。
【００３２】
第１の光導波路は、基板の上面の一方に配置され、第１の光導波路の一端は逆テーパー構造を有するように加工される。逆テーパー構造の幅は位置決めスロットの方向に沿って徐々に狭まり、それにより、第１の光導波路に伝送されるモードフィールドのサイズが徐々に拡大され、第１の光導波路で伝送されるように限定される光照射野は、第１の光導波路から徐々に離れて、第１の光導波路の外部に移る。任意に、逆テーパー構造は、フォトリソグラフィ法、電子ビームリソグラフィ法等を用いて加工することができ、本発明の本実施形態では限定されない。任意に、第１の光導波路のスポットサイズを効果的に拡大するために、逆テーパー構造のテーパー端の幅は１００ｎｍ未満であり、逆テーパー構造のテーパー領域の長さは１００マイクロメートルのオーダーである。
【００３３】
逆テーパー構造の傾斜は、実際の要件に従って設定されてよい。一般に、傾斜が小さいほど、逆テーパー構造の長さが大きくなることを示す。好ましくは、第１の光導波路の構造損失が最小となるように、逆テーパー構造は断熱遷移条件を満たすことができるが、本発明の本実施形態はこれに限定されない。
【００３４】
位置決めスロットは、任意の異方性エッチング法を用いて生成することができる。図３に示すように、位置決めスロット２３は、基板２１の上面の、第１の光導波路２２と反対側の一方に形成されてよく、位置決めスロット２３の中心線は、第１の光導波路２２の逆テーパー構造２２ａの、テーパー端を通る中心線と平行である。逆テーパー構造２２ａのテーパー端と位置決めスロット２３の中心線との間の横方向の距離は、予め設定される閾値（１００μｍ）未満であってよい。予め設定される閾値は、位置決めスロット２３の加工精度と、光導波路を単一モードファイバーに結合する装置の結合ユニットのレイアウトとに依存してよい。好ましくは、逆テーパー構造２２ａのテーパー端は、位置決めスロット２３の中心線と基本的にアライメントされてよい。すなわち、逆テーパー構造２２ａのテーパー端を通る中心線は、基本的に、位置決めスロット２３の中心線と重なる。このように、第１の光導波路２２は、基本的に、その後に位置決めスロット２３内に固定される単一モードファイバーとアライメントされるが、本発明の本実施形態はこれに限定されない。
【００３５】
Ｓ２２０：位置決めスロット内に、直径が徐々に狭まる光ファイバーテーパー構造を一端に備える単一モードファイバーを固定する。光ファイバーテーパー構造を備える単一モードファイバーの端部は、逆テーパー構造を備える第１の光導波路の端部と反対側に配置される。
【００３６】
単一モードファイバーの一端は、光ファイバーテーパー構造を有するように加工される。光ファイバーテーパー構造の直径は、第１の光導波路の方向に沿って徐々に狭まり、これにより、単一モードファイバーのスポットサイズが縮小される。一般に、単一モードファイバーのスポットサイズは、光ファイバーテーパー構造を用いることにより、１０μｍからサブマイクロメーターのオーダーにまで縮小されてよい。任意に、単一モードファイバーの光ファイバーテーパー構造のテーパー端の直径は３μｍ未満であってよい。光ファイバーテーパー構造は、加熱法、化学エッチング法などを用いて作製されてよい。加熱方法は、火炎加熱、レーザー加熱、電気加熱等であってよく、本発明の本実施形態はこれに限定されない。
【００３７】
任意に、単一モードファイバーは、紫外線硬化型接着剤を用いて位置決めスロット内に水平に固定及びパッケージされてよく、光ファイバーテーパー構造を備える単一モードファイバーの端部は、第１の光導波路の方向に沿って、位置決めスロットの外部に延在してよい。図４に示すように、単一モードファイバー２４が固定されると、光ファイバーテーパー構造２４ａを備える単一モードファイバー２４の端部は、適切な長さだけ位置決めスロット２３の外部に延在してよく、延在する長さは数十マイクロメートルであってよい。更に、光ファイバーテーパー構造２４ａを備える単一モードファイバー２４の端部の末端が位置付けられる線は、逆テーパー構造２２ａを備える第１の光導波路２２の端部の末端が位置付けられる線と平行であってよい。好ましくは、単一モードファイバー２４の末端は、基本的に、第１の光導波路２２の末端とアライメントされてよいが、本発明の本実施形態はこれに限定されない。
【００３８】
Ｓ２３０：第１の光導波路の位置と単一モードファイバーの位置とに従って、基板上に第２の光導波路を配置する。第２の光導波路は、第１の光導波路と単一モードファイバーとの間に位置付けられ、第２の光導波路は、逆テーパー構造を備える第１の光導波路の端部を用いて、第１の光導波路に光結合され、第２の光導波路は、光ファイバーテーパー構造を備える単一モードファイバーの端部を用いて、単一モードファイバーに光結合される。
【００３９】
図５に示すように、第２の光導波路２５は、第１の光導波路２２と単一モードファイバー２４との間に位置付けられる。第２の光導波路２５は、第１の光導波路２２及び単一モードファイバー２４に光結合され、それにより、第１の光導波路２２と単一モードファイバー２４との光結合が実現される。任意に、第２の光導波路２５の基板２１上の経路は、第１の光導波路２２の位置と、単一モードファイバー２４の位置と、第２の光導波路２５と第１の光導波路２２との光結合の方式と、第２の光導波路２５と単一モードファイバー２４との光結合の方式と、に従って設定されてよい。第２の光導波路２５は、第１の光導波路２２及び単一モードファイバー２４と様々な方式で光結合されてよく、本発明の本実施形態では限定されない。
【００４０】
したがって、本発明の本実施形態の光導波路を単一モードファイバーに結合する方法によれば、第１の光導波路の一端が逆テーパー構造を有するように設定されることにより、第１の光導波路のスポットサイズが拡大され、単一モードファイバーの一端が光ファイバーテーパー構造を有するように設定されることにより、単一モードファイバーのスポットサイズが縮小され、第２の光導波路が第１の光導波路及び単一モードファイバーの位置に従って配置されることにより、第２の光導波路を用いて第１の光導波路と単一モードファイバーとのアライメント及び結合が実現される。第１の光導波路と単一モード光ファイバーの中心線が平行であれば、第１の光導波路と単一モードファイバーを精密にアライメントする必要がない。よって、第１の光導波路と単一モードファイバーとのアライメント許容度が改善され、結合装置のアライメント精度の要求が低下し、生産コストが低減され、集積光導波路チップの工業化の可能性が増大する。
【００４１】
本発明の本実施形態では、第１の光導波路と単一モードファイバーとの結合及びアライメントは、主に第２の光導波路を用いて実現される。したがって、位置決めスロットは複数の異なる形状を有してよい。任意に、位置決めスロットは、Ｕ字型スロット、Ｖ字型スロット又は矩形スロットであってよい。図３〜図５に示される位置決めスロットはＶ字型スロットであるが、本発明の本実施形態はこれに限定されない。
【００４２】
基板に位置決めスロットを形成するＳ２１０は、以下のステップを含む。
【００４３】
Ｓ２１１：単一モードファイバーが位置決めスロット内に水平に固定されるときに、光ファイバーテーパー構造を備える単一モードファイバーの端部の末端が、基板の上面よりも高くなるように、位置決めスロットの断面サイズを設定する。
【００４４】
具体的には、図４及び図５に示されるように、位置決めスロット２３の断面サイズは、光ファイバーテーパー構造２４ａを備える単一モードファイバー２４の端部の末端が、基板２１の上面よりも高くなるように設定される。末端と上面との距離は１μｍ〜５μｍであってよい。好ましくは、光ファイバーテーパー構造２４ａを備える単一モードファイバー２４の端部の末端と基板２１の上面との間の高さは、第２の光導波路２５の高さの半分であってよいが、本発明の本実施形態はこれに限定されない。
【００４５】
任意に、別の実施形態では、第２の光導波路が第１の光導波路と単一モードファイバーとの間に位置付けられるように、基板上に第２の光導波路を配置するステップであって、第２の光導波路は、逆テーパー構造を有する第１の光導波路の端部を用いて、第１の光導波路に光結合され、第２の光導波路は、光ファイバーテーパー構造を備える単一モードファイバーの端部を用いて、単一モードファイバーに光結合される、Ｓ２３０のステップは、以下のステップを含む。
【００４６】
Ｓ２３０ａ：逆テーパー構造を有する第１の光導波路の端部と、光ファイバーテーパー構造を備える単一モードファイバーの端部の両方が、第２の光導波路に埋め込まれるように、基板上に第２の光導波路を配置する。
【００４７】
具体的には、逆テーパー構造を有する第１の光導波路の端部と、光ファイバーテーパー構造を備える単一モードファイバーの端部との両方が、第２の光導波路に包まれてよい。このように、第１の光導波路の一部の構造と単一モードファイバーの一部の構造の両方が第２の光導波路内に位置付けられることにより、第２の光導波路が第１の光導波路及び単一モードファイバーに光結合されることが実現される。任意に、図５及び図６に示されるように、逆テーパー構造２２ａを備える第１の光導波路２２の端部と、光ファイバーテーパー構造２４ａを備える単一モードファイバー２４の端部の両方が、第２の光導波路２５の中心軸の近くに埋め込まれてよい。これにより、第２の光導波路２５と第１の光導波路２２との光結合と、第２の光導波路２５と単一モードファイバー２４との光結合が実現される。
【００４８】
任意に、別の実施形態では、第２の光導波路が第１の光導波路と単一モードファイバーとの間に位置付けられるように、基板上に第２の光導波路を配置するステップであって、第２の光導波路は、逆テーパー構造を有する第１の光導波路の端部を用いて、第１の光導波路に光結合され、第２の光導波路は、光ファイバーテーパー構造を備える単一モードファイバーの端部を用いて、単一モードファイバーに光結合される、Ｓ２３０のステップは、以下のステップを含む。
【００４９】
Ｓ２３０ｂ：逆テーパー構造を備える第１の光導波路の端部が第２の光導波路に埋め込まれ、光ファイバーテーパー構造を備える単一モードファイバーの端部が、エバネセント場を用いて第２の光導波路に光結合されるように、基板を第２の光導波路に配置する。
【００５０】
本明細書では、エバネセント場（Evanescent  field）は、全反射によって生成され導波路の表面上で伝送される電磁波場であり、その強度は、垂直深さが大きくなるにつれて指数関数的に減衰する。図７に示すように、光ファイバーテーパー構造２４ａを備える単一モードファイバー２４の端部は、第２の光導波路２５に特定の距離内、例えば約１００ｎｍ内で近接してよい。任意に、光ファイバーテーパー構造２４ａを備える単一モードファイバー２４の端部の末端側面が、部分的に第２の光導波路２５と重なってもよい。すなわち、光ファイバーテーパー構造２４ａを備える単一モードファイバー２４の端部の一部が第２の光導波路２５に埋め込まれてもよいが、本発明の本実施形態はこれに限定されない。
【００５１】
第２の光導波路の基板上の経路は、第１の光導波路の位置と、単一モードファイバーの位置と、第２の光導波路と第１の光導波路との間及び第２の光導波路と単一モードファイバーとの間の結合方式とに応じて設定されてよい。任意に、別の実施形態では、基板上に第２の光導波路を配置するＳ２３０又はＳ２３０ａ又はＳ２３０ｂは、以下のステップを含む。
【００５２】
Ｓ２３１：光ファイバーテーパー構造を備える単一モードファイバーの端部の末端の位置と、逆テーパー構造を備える第１の光導波路の端部の末端の位置とを決定する。
【００５３】
Ｓ２３２：光ファイバーテーパー構造を備える単一モードファイバーの端部の末端の位置と、逆テーパー構造を備える第１の光導波路の端部の末端の位置とに従って、第２の光導波路の基板上の経路を決定する。
【００５４】
Ｓ２３３：第２の光導波路の基板上の経路に従って、基板上に第２の光導波路を配置する。
【００５５】
光ファイバーテーパー構造を備える単一モードファイバーの端部の末端の位置と、逆テーパー構造を備える第１の光導波路の端部の末端の位置は、第１の光導波路と単一モードファイバーの末端の正確な位置がより精密に決定されるように、機械視覚補助手段により決定されてよい。また、第２の光導波路の基板上の経路は、逆テーパー構造のテーパー端の位置と、光ファイバーテーパー構造のテーパー端の位置と、第２の光導波路と第１の光導波路との間及び第２の光導波路と単一モードファイバーとの間の結合方式とに従って決定されてよい。任意に、第２の光導波路の経路に従って、逆テーパー構造の一部が第２の光導波路内に埋め込まれてよく、光ファイバーテーパー構造の一部が第２の光導波路内に埋め込まれてよい。或いは、第２の光導波路の経路に従って、逆テーパー構造の一部が第２の光導波路の一方に埋め込まれてよく、第２の光導波路の他方は光ファイバーテーパー構造と特定の距離内で近接してよいが、本発明の本実施形態はこれに限定されない。
【００５６】
任意に、別の実施形態では、図８及び図９に示されるように、逆テーパー構造のテーパー端と位置決めスロットの中心線との横方向の距離は０でなくてよく、第２の光導波路の基板上の経路は湾曲してよい。この場合、第２の光導波路の経路も、第２の光導波路の伝送損失に応じて設定される。具体的には、第２の光導波路の基板上の経路は、全ての可能な経路のうち伝送損失の比較的小さい経路であってもよい。具体的には、第２の光導波路の経路は、第２の光導波路の伝送損失が比較的小さくなるように、わずかに湾曲するように設定されてよいが、本発明の本実施形態はこれに限定されない。好ましくは、光ファイバーテーパー構造を備える単一モードファイバーの端部の末端の位置と、逆テーパー構造を有する第１の光導波路の端部の末端の位置とに従って、第２の光導波路の基板上の経路を決定するＳ２３２は、以下のステップを含む。
【００５７】
Ｓ２３２１：光ファイバーテーパー構造を備える単一モードファイバーの端部の末端の位置と、逆テーパー構造を備える第１の光導波路の端部の末端の位置とに従って、全ての可能な経路のうち損失が最小の経路を決定する。
【００５８】
Ｓ２３２２：損失が最小の経路を、第２の光導波路の基板上の経路として用いる。
【００５９】
本明細書における「損失」は各経路の全損失を指す場合がある。経路の合計損失は伝送損失及び曲げ損失を含むことができ、伝送損失は経路の長さに依存する。一般に、経路が長いほど伝送損失が大きくなる。曲げ損失は経路の湾曲部分の曲げ半径に依存し、一般に、曲げ半径が小さいほど曲げ損失が大きい。したがって、一般に、損失が最小の経路は、長さが最小であり明らかな湾曲が存在しない経路であってよい。任意に、全ての経路に明らかな湾曲がない場合、長さが最小の経路が損失が最小の経路とされてよいが、本発明の本実施形態はこれに限定されない。
【００６０】
本発明の本実施形態では、第２の光導波路は、複数の方式で第２の光導波路の上述の決定された経路上に配置されてよい。任意に、第２の光導波路の基板上の経路に従って、基板上に第２の光導波路を配置するＳ２３３は、以下のステップを含む。
【００６１】
Ｓ２３３１：基板上に紫外線感受性ポリマー材料をスピンコートする。
【００６２】
Ｓ２３３２：第２の光導波路の基板上の経路に沿って、紫外線レーザーを用いて紫外線感受性ポリマー材料に直接書込みを行って、第２の光導波路を形成する。
【００６３】
本明細書中では用語「スピンコート」は、ＳＯＩチップの高速回転により、ＳＯＩ上にポリマー溶液を均一にコーティングするプロセスを指す。用語「直接書込み」は、レーザー直接描画法を用いて第２の光導波路を実現すること、すなわち、紫外線レーザーを用いて、感光性ポリマー材料上で、レーザビーム焦点の移動経路の直接的な露出を制御することにより、第２の光導波路を製造することを指す。これに対応して、第２の光導波路はポリマー光導波路である。任意に、紫外線感受性ポリマー材料の厚さは約３μｍであってよい。本発明では、第２の光導波路は別の方法を用いて作製されてもよく、本発明の本実施形態はこれに限定されない。
【００６４】
任意に、位置決めスロット、第１の光導波路、第２の光導波路及び単一モードファイバーの数は同じであり、１以上であってよい。複数の第１の光導波路と複数の単一モードファイバーとがある場合、本発明の本実施形態において光導波路を単一モードファイバーに結合する方法により、単一モードファイバーアレイと集積光導波路アレイとの結合を実現することができる。具体的には、図１０に示されるように、第１の光導波路アレイに含まれる第１の光導波路の数と、単一モードファイバーアレイに含まれる単一モードファイバーの数が両方ともＮであり、Ｎが１よりも大きい整数であると仮定すると、第１の光導波路アレイに含まれる各第１の光導波路の一端が、幅が徐々に狭まる逆テーパー構造を有するように加工され、単一モードファイバーアレイに含まれる各単一モードファイバーの一端が、直径が徐々に狭まる光ファイバーテーパー構造を有するように加工される。本発明の本実施形態によって提供される光導波路を単一モードファイバーに結合する方法は、以下のステップを含む。
【００６５】
（１）Ｎ個の位置決めスロット２３のうちｉ番目の位置決めスロット２３（ｉ）の中心線が、第１の光導波路アレイに含まれるｉ番目の第１の光導波路２２（ｉ）の逆テーパー構造２２ａ（ｉ）のテーパー端と平行になるように、基板２１の第１の光導波路アレイに対応する位置に、Ｎ個の位置決めスロット２３を配置する。
【００６６】
ここで、ｉ＝１，…，Ｎである。Ｎ個の位置決めスロット２３と第１の光導波路アレイは、それぞれ、基板２１の上面の両側に位置付けられる。好ましくは、ｉ番目の位置決めスロット２３（ｉ）の中心線は、基本的に、ｉ番目の第１の光導波路２２（ｉ）の逆テーパー構造２２ａ（ｉ）のテーパー端とアライメントされる。ｉ番目の位置決めスロット２３（ｉ）は、Ｕ字型スロット、Ｖ字型スロット又は矩形スロットであってよい。
【００６７】
（２）単一モードファイバーアレイのｉ番目の単一モードファイバー２４（ｉ）がｉ番目の第１の光導波路２２（ｉ）の方向に沿ってｉ番目の位置決めスロット２３（ｉ）の外部に延在するように、Ｎ個の位置決めスロット２３内に、単一モードファイバーアレイに含まれるＮ個の単一モードファイバーをそれぞれ水平に固定する。
【００６８】
具体的には、Ｎ個の単一モードファイバーのうちｉ番目の単一モードファイバー２４（ｉ）はｉ番目の位置決めスロット２３（ｉ）内に固定される。光ファイバーテーパー構造２４ａ（ｉ）を備えるｉ番目の単一モードファイバー２４（ｉ）の一端は、ｉ番目の第１の光導波路２２（ｉ）の近くに配置される。光ファイバーテーパー構造２４ａ（ｉ）を備えるｉ番目の単一モードファイバー２４（ｉ）の端部の末端は、基板２１の上面よりも高くなる。しかし、本発明の本実施形態はこれらに限定されない。
【００６９】
（３）Ｎ個の第２の光導波路２５のうちｉ番目の第２の光導波路２５（ｉ）がｉ番目の第１の光導波路２２（ｉ）及びｉ番目の単一モードファイバー２４（ｉ）に光結合されるように、Ｎ個の第２の光導波路２５を配置する。
【００７０】
ｉ番目の第１の光導波路２２（ｉ）の末端と、ｉ番目の単一モードファイバー２４（ｉ）の末端の両方が、ｉ番目の第２の光導波路２５（ｉ）内に埋め込まれてよい。或いは、ｉ番目の第１の光導波路２２（ｉ）の末端がｉ番目の第２の光導波路２５（ｉ）に埋め込まれ、ｉ番目の単一モードファイバー２４（ｉ）の末端がエバネセント場を用いてｉ番目の第２の光導波路２５（ｉ）に光結合されるが、本発明の本実施形態はこれに限定されない。
【００７１】
したがって、本発明の本実施形態の光導波路を単一モードファイバーに結合する方法によれば、第１の光導波路の一端が逆テーパー構造を有するように設定されることにより、第１の光導波路のスポットサイズが拡大され、単一モードファイバーの一端が光ファイバーテーパー構造を有するように設定されることにより、単一モードファイバーのスポットサイズが縮小され、第２の光導波路が第１の光導波路及び単一モードファイバーの位置に従って配置されることにより、第２の光導波路を用いて第１の光導波路と単一モードファイバーとのアライメント及び結合が実現される。第１の光導波路と単一モード光ファイバーの中心線が平行であれば、第１の光導波路と単一モードファイバーを精密にアライメントする必要がない。よって、第１の光導波路と単一モードファイバーとのアライメント許容度が改善され、結合装置のアライメント精度の要求が低下し、生産コストが低減され、集積光導波路チップの工業化の可能性が増大する。
【００７２】
なお、上述のプロセスのシーケンス番号は実行順序を意味しない。処理の実行順序は、機能やプロセスの内部ロジックに応じて決定され、本発明の実施形態の実施プロセスに対する任意の限定として解釈されるべきではない。
【００７３】
上記では、図２〜図１０を参照して、本発明の実施形態に係る光導波路を単一モードファイバーに結合する方法を詳述した。以下、図１１を参照して、本発明の実施形態に係る、光導波路を単一モードファイバーに結合するための装置を説明する。
【００７４】
図１１は、本発明の実施形態に係る、光導波路を単一モードファイバーに結合する装置３００の概略ブロック図である。装置３００は、少なくとも１つの光導波路ファイバー結合ユニットを備える。少なくとも１つの光導波路ファイバー結合ユニットの第１の光導波路ファイバー結合ユニットは、
基板３１であって、基板３１に位置決めスロット３３が形成される、基板３１と、
基板３１上に配置される第１の光導波路３２であって、第１の光導波路３２の一端は、幅が徐々に狭まる逆テーパー構造３２ａを有し、テーパー端を通る逆テーパー構造３２ａの中心線は、位置決めスロット３３の中心線と平行である、第１の光導波路３２と、
位置決めスロット３３内に配置される単一モードファイバー３４であって、単一モードファイバー３４の一端は、直径が徐々に狭まる光ファイバーテーパー構造３４ａを有し、光ファイバーテーパー構造３４ａを備える単一モードファイバー３４の端部は、逆テーパー構造３２ａを有する第１の光導波路３２の端部と反対側に配置される、単一モードファイバー３４と、
基板３１上に配置される第２の光導波路３５であって、第２の光導波路３５は、第１の光導波路３２と単一モードファイバー３４との間に位置付けられ、第２の光導波路３５は、逆テーパー構造３２ａを有する第１の光導波路３２の端部を用いて、第１の光導波路３２に光結合され、第２の光導波路３５は、光ファイバーテーパー構造３４ａを有する単一モードファイバー３４の端部を用いて、単一モードファイバー３４に光結合される、第２の光導波路３５と、
を有する。
【００７５】
本発明の本実施形態では、位置決めスロット３３と第１の光導波路３２は、それぞれ、基板３１の上面の２つの反対の側に位置付けられる。テーパー端を通る逆テーパー構造３２ａの中心線は、位置決めスロット３３の中心線と平行である。テーパー端を通る逆テーパー構造３２ａの中心線と位置決めスロット３３の中心線との距離は、予め設定される閾値（１００μｍ）未満であってよく、予め設定される閾値は、位置決めスロット３３の加工精度と光導波路ファイバー結合ユニットのレイアウトによって決められてよい。好ましくは、逆テーパー構造３２ａのテーパー端は、位置決めスロット３３の中心線と基本的にアライメントされてよい。すなわち、テーパー端を通る逆テーパー構造３２ａの中心線は、位置決めスロット３３の中心線と基本的に重なってよく、このように、第１の光導波路３２が、位置決めスロット３３内に固定される単一モードファイバー３４と基本的にアライメントされる。よって、第２の光導波路３５の基板上の経路の複雑性が低減されるが、本発明の本実施形態はこれに限定されない。
【００７６】
複数の光導波路ファイバー結合ユニットが光導波路を単一モードファイバーに結合する装置に含まれる場合、光導波路を単一モードファイバーに結合する装置の第１の光導波路ファイバー結合ユニット以外の他の光導波路ファイバー結合ユニットは、第１の光導波路ファイバー結合ユニットの構造と同じ構造を有してよい。この場合、光導波路を単一モードファイバーに結合する装置により、光導波路アレイと単一モードファイバーアレイとの結合が実現される。任意に、光導波路を単一モードファイバーに結合する装置に含まれる他の光導波路ファイバー結合ユニットは、第１の光導波路ファイバー結合ユニットの構造と異なる構造を有してもよく、本発明の本実施形態では限定されない。
【００７７】
したがって、本発明の本実施形態の光導波路を単一モードファイバーに結合する装置によれば、第１の光導波路の一端は逆テーパー構造を有するように設定されることにより、第１の光導波路のスポットサイズが拡大され、単一モードファイバーの一端が光ファイバーテーパー構造を有するように設定されることにより、単一モードファイバーのスポットサイズが縮小され、第２の光導波路が第１の光導波路及び単一モードファイバーの位置に従って配置されることにより、第２の光導波路を用いて第１の光導波路と単一モードファイバーとのアライメント及び結合が実現される。第１の光導波路と単一モード光ファイバーの中心線が平行であれば、第１の光導波路と単一モードファイバーを精密にアライメントする必要がない。よって、第１の光導波路と単一モードファイバーとのアライメント許容度が改善され、結合装置のアライメント精度の要求が低下し、生産コストが低減され、集積光導波路チップの工業化の可能性が増大する。
【００７８】
本発明の本実施形態では、第１の光導波路は任意の集積光導波路であってよい。例えば、第１の光導波路はシリコン導波路、すなわちシリコンベースの光導波路である。これに応じて、基板はＳＯＩ基板であってよい。第１の光導波路はポリマー光導波路、例えば、光電気ハイブリッドプリント基板（Opto-Electric  Hybrid  Printed  Circuit  Board，ＯＥ−ＰＣＢ）の光導波路であってもよいが、本発明の本実施形態はこれに限定されない。
【００７９】
第１の光導波路の一端は逆テーパー構造を有するように設定される。逆テーパー構造の幅は単一モードファイバーの方向に沿って徐々に狭まり、それにより、第１の光導波路に伝送されるモードフィールドのサイズが徐々に拡大され、第１の光導波路で伝送されるように限定される光照射野は、第１の光導波路の制限から徐々に離れて、第１の光導波路の外部に移る。任意に、第１の光導波路のスポットサイズを効果的に拡大するために、逆テーパー構造のテーパー端の幅は１００ｎｍ未満であり、逆テーパー構造のテーパー領域の長さは１００マイクロメートルのオーダーである。
【００８０】
逆テーパー構造の傾斜は、実際の要件に従って設定されてよい。一般に、傾斜が小さいほど、逆テーパー構造の長さが大きくなることを示す。好ましくは、第１の光導波路の構造損失が最小となるように、逆テーパー構造は断熱遷移条件を満たすことができるが、本発明の本実施形態はこれに限定されない。
【００８１】
単一モードファイバーの一端は光ファイバーテーパー構造を有する。光ファイバーテーパー構造の直径は、第１の光導波路の方向に沿って徐々に狭まり、これにより、単一モードファイバーのスポットサイズが縮小される。一般に、単一モードファイバーのスポットサイズは、光ファイバーテーパー構造を用いることにより、１０μｍからサブマイクロメーターのオーダーにまで縮小されてよい。任意に、単一モードファイバーの光ファイバーテーパー構造のテーパー端の直径は３μｍ未満であるが、本発明の本実施形態はこれに限定されない。
【００８２】
本発明における光導波路を単一モードファイバーに結合する装置は、主に第２の光導波路を用いて、第１の光導波路と単一モードファイバーとの結合及びアライメントを実現する。したがって、位置決めスロットは複数の異なる形状を有してよい。任意に、位置決めスロットは、Ｕ字型スロット、Ｖ字型スロット又は矩形スロットであってよい。位置決めスロットの断面サイズは、光ファイバーテーパー構造を備える単一モードファイバーの端部の末端が、基板の上面よりも高くなるように設定される。末端と上面との距離は１μｍ〜５μｍであってよい。好ましくは、光ファイバーテーパー構造を備える単一モードファイバーの端部の末端と基板の上面との間の高さは、第２の光導波路の高さの半分であってよいが、本発明の本実施形態はこれに限定されない。
【００８３】
任意に、単一モードファイバーが位置決めスロット内に水平に固定される。光ファイバーテーパー構造を備える単一モードファイバーの端部は、第１の光導波路の方向に沿って、位置決めスロットの外部に延在してよい。任意に、単一モードファイバーは、紫外線硬化型接着剤を用いて位置決めスロット内に固定及びパッケージされてよい。光ファイバーテーパー構造を備える単一モードファイバーの端部が位置決めスロットの外部に延在する長さは、数十マイクロメートルであってよい。光ファイバーテーパー構造を備える単一モードファイバーの端部の末端は、基本的に、逆テーパー構造を有する第１の光導波路の端部の末端とアライメントされる。しかし、本発明の本実施形態はこれに限定されない。
【００８４】
第２の光導波路は、第１の光導波路と単一モードファイバーに異なる方式で光結合されてよい。任意に、逆テーパー構造を備える第１の光導波路の端部と、光ファイバーテーパー構造を備える単一モードファイバーの端部は、両方とも第２の光導波路に埋め込まれてよい。具体的には、逆テーパー構造を備える第１の光導波路の端部と、光ファイバーテーパー構造を備える単一モードファイバーの端部との両方は、第２の光導波路の中心軸の近くに埋め込まれてよく、これにより、第２の光導波路と第１の光導波路との間及び第２の光導波路と単一モードファイバーとの間の光結合が実現される。任意に、別の実施形態では、逆テーパー構造を備える第１の光導波路の端部は第２の光導波路に埋め込まれ、光ファイバーテーパー構造を備える単一モードファイバーの端部は、エバネセント場を用いて第２の光導波路に光結合される。具体的には、光ファイバーテーパー構造を備える単一モードファイバーの端部は、特定の距離内、例えば約１００ｎｍ内で、第２の光導波路に近接してよい。光ファイバーテーパー構造を備える単一モードファイバーの端部の末端の側面が、部分的に第２の光導波路と重なってもよい。すなわち、光ファイバーテーパー構造を備える単一モードファイバーの端部の一部が、第２の光導波路内に埋め込まれる。しかし、本発明の本実施形態はこれに限定されない。
【００８５】
第２の光導波路の基板上の経路は、第１の光導波路の位置と、単一モードファイバーの位置と、第２の光導波路と第１の光導波路との間の結合及び第２の光導波路と単一モードファイバーとの間の結合の方式とに応じて設定される。任意に、第２の光導波路の経路をより精密に決定するために、機械視覚補助システムを用いて、第１の光導波路及び単一モードファイバーの末端の正確な位置が決定されてもよい。第２の光導波路の経路は、第１の光導波路の位置、単一モードファイバーの位置及び数学的計算方法に従って計算される。具体的には、第２の光導波路は、第２の光導波路の設定された経路に従って、第１の光導波路及び単一モードファイバーに光結合される必要がある。また、第２の光導波路は、損失が比較的小さい必要があり、すなわち、伝送損失及び曲げ損失が比較的小さい必要がある。第２の光導波路の経路は、伝送損失及び曲げ損失を低減するために、経路長さが比較的小さく、明らかな湾曲が存在しなくてよい。好ましくは、第２の光導波路の基板上の経路は、逆テーパー構造を備える第１の光導波路の端部の末端の位置と、光ファイバーテーパー構造を備える単一モードファイバーの端部の末端の位置とに従って決定された全ての可能な経路のうち、損失が最小の経路である。すなわち、全ての可能な経路のうち伝送損失と曲げ損失の合計が最小である経路である。しかし、本発明の本実施形態はこれに限定されない。
【００８６】
第２の光導波路の経路が決定された後、第２の光導波路が複数の方式で決定された経路に沿って作製されてよい。任意に、第２の光導波路は、紫外線レーザー直接書込み法を用いて作製されてよい。これに応じて、第２の光導波路は、基板上にスピンコートされた紫外線感受性ポリマー材料に、損失が最小の経路に沿って、紫外線レーザーを用いて直接書込みを行うことによって得られる。
【００８７】
具体的には、まず、基板上に紫外線感受性ポリマー材料の層がスピンコートされてよい。紫外線感受性ポリマー材料の厚さは約３μｍであってよい。第２の光導波路の決定された経路に沿って、紫外線レーザーを用いて紫外線感受性ポリマー材料に対して直接書込みが行われて、第２の光導波路が得られる。しかし、本発明の本実施形態はこれに限定されない。
【００８８】
本発明の本実施形態に係る、光導波路を単一モードファイバーに結合する装置３００は、図２〜図１０に示される光導波路を単一モードファイバーに結合する方法を用いて結合及びパッケージされてよい。これに応じて、光導波路を単一モードファイバーに結合する装置３００の構造については図２〜図１０及び対応する記載を参照することができ、ここでは簡潔さを目的として、詳細の説明を省略する。
【００８９】
したがって、本発明の本実施形態の光導波路を単一モードファイバーに結合する装置によれば、第１の光導波路の一端は逆テーパー構造を有するように設定されることにより、第１の光導波路のスポットサイズが拡大され、単一モードファイバーの一端が光ファイバーテーパー構造を有するように設定されることにより、単一モードファイバーのスポットサイズが縮小され、第２の光導波路が第１の光導波路及び単一モードファイバーの位置に従って配置されることにより、第２の光導波路を用いて第１の光導波路と単一モードファイバーとのアライメント及び結合が実現される。第１の光導波路と単一モード光ファイバーの中心線が平行であれば、第１の光導波路と単一モードファイバーを精密にアライメントする必要がない。よって、第１の光導波路と単一モードファイバーとのアライメント許容度が改善され、結合装置のアライメント精度の要求が低下し、生産コストが低減され、集積光導波路チップの工業化の可能性が増大する。
【００９０】
留意すべきこととして、「及び／又は」との表現は、本発明の実施形態では、関連するオブジェクトを記述するための対応関係を記述し、３つの関係が存在し得ることを示すに過ぎない。例えば、Ａ及び／又はＢは、Ａのみが存在することと、ＡとＢの両方が存在することと、Ｂのみが存在することとの３つのケースを表し得る。また、文字「／」は、本明細書では一般に、関連するオブジェクト間の「又は」の関係を示す。
【００９１】
当業者であれば認識し得るように、本明細書に開示された実施形態に記載された例と組み合わせて、電子ハードウェア、コンピューターソフトウェア又はそれらの組み合わせにより、方法ステップ及びユニットが実現されてよい。ハードウェアとソフトウェアとの互換性を明確に説明するために、上記では一般に、機能に応じて各実施形態のステップ及び組成を説明した。機能がハードウェア又はソフトウェアによって実行されるかどうかは、技術的解決策の特定の用途及び設計制約条件に依存する。当業者であれば、各特定の応用のために記載の機能を実現するために異なる方法を用いるかもしれないが、実施は本発明の範囲を超えないとみなされるべきである。
【００９２】
当業者であれば明確に理解し得るように、説明を簡潔にするために、上記のシステム、装置及びユニットの詳細な作業工程については、上述の方法の実施形態の対応するプロセスを参照することができ、ここでは詳細の説明を省略する。
【００９３】
留意すべきこととして、本願によって提供されるいくつかの実施形態では、開示されたシステム、装置及び方法は他の方式で実現されてよい。例えば、記載された装置の実施形態は単なる例示である。例えば、ユニットの分割は論理機能の分割に過ぎず、実際の実施では他の分割であってよい。例えば、複数のユニット又は構成要素が組み合わされてよく、或いは別のシステムに統合されてよく、或いは一部の特徴が省略されてよく、又は実行されなくてよい。また、表示又は議論された相互結合若しくは直接結合若しくは通信接続は、いくつかのインターフェースを介して実現されてよい。装置又はユニット間の間接結合若しくは通信接続は、電子的、機械的その他の形で実現されてよい。
【００９４】
別個の部品として記載されたユニットは、物理的に別個であってもなくてもよい。ユニットとして示された部品は物理的ユニットであってもなくてもよく、１つの位置に配置されてよく、或いは複数のネットワークユニットに分散されてよい。本発明の実施形態の解決策の目的を達成するために、ユニットの一部又は全部が実際のニーズに応じて選択されてよい。
【００９５】
加えて、本発明の実施形態における機能ユニットは１つの処理ユニットに組み込まれてよく、或いは各ユニットが物理的に単独で存在してもよく、或いは２つ以上のユニットが１つのユニットに統合されてよい。集積ユニットはハードウェアの形で実現されてよく、或いは、ソフトウェア機能ユニットの形で実現されてよい。
【００９６】
集積ユニットがソフトウェア機能ユニットの形で実装され、又は独立した製品として販売及び使用される場合、統合ユニットは、コンピューター可読記憶媒体に格納されてよい。そのような理解に基づき、本発明の技術的解決策は本質的に、又は従来技術に寄与する部分、又は技術的解決策の全部若しくは一部は、ソフトウェア製品の形で実現されてよい。コンピューターソフトウェア製品は記憶媒体に格納され、且つ、コンピュータデバイス（パーソナルコンピュータ、サーバー又はネットワーク装置であってよい）に、本発明の実施形態に記載された方法のステップの全部又は一部を実行するように指示するためのいくつかの命令を含む。上述の記憶媒体は、ＵＳＢフラッシュドライブ、リムーバブルハードディスク、読出し専用メモリ（Read-Only  Memory、略称“ＲＯＭ”）、ランダム・アクセス・メモリ（Random  Access  Memory、略称“ＲＡＭ”）、磁気ディスク、光ディスク等の、プログラムコードを格納することができる任意の媒体を含む。
【００９７】
上述の説明は本発明の具体的な実施形態に過ぎず、本発明の保護範囲を限定するものではない。本発明で開示された技術的範囲内で当業者が容易に把握できる任意の変更又は置換は、本発明の保護範囲に包含されるものとする。したがって、本発明の保護範囲は、特許請求の範囲の保護範囲に従うものとする。
【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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