(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スポットサイズ変換器であって、
基板層と、
前記基板層の上に配置された第１の被覆層であって、第１の材料を用いる、第１の被覆層と、
前記基板層と前記第１の被覆層の間に配置された分離層であって、第２の材料を用いる、分離層と、
前記第１の被覆層の内側に配置された導波路であって、主軸に沿って対称であり、第３の材料を用いる、導波路と
を備え、前記導波路は、等幅の第１の導波路、等幅の第２の導波路、および第３の導波路を備え、前記第３の導波路の第１の端部は前記第１の導波路の第１の端部に接続され、前記第３の導波路の前記第１の端部は前記第２の導波路の第１の端部に接続され、前記第１の導波路、前記第２の導波路、および前記第３の導波路はＹ字形を形成し、
前記主軸の第１の方向に沿って前記第３の導波路の幅は、前記第３の導波路の前記第１の端部から前記第３の導波路の第２の端部まで次第に増加し、第２の方向における前記第１の導波路と前記第２の導波路の間の距離は、前記第１の導波路の第２の端部から前記第１の導波路の前記第１の端部まで次第に減少し、前記第２の方向は前記導波路が位置する平面上に位置し、前記第２の方向は前記第１の方向に対して垂直であり、
前記第２の材料の屈折率と前記第１の材料の屈折率の差の絶対値は第１の閾値未満であり、前記第３の材料の屈折率と前記第１の材料の屈折率の差は第２の閾値より大きい
ことを特徴とするスポットサイズ変換器。
【請求項２】
前記基板層の横断面は凹形であり、前記分離層の横断面は凹形であり、前記第１の被覆層の横断面は矩形であり、前記スポットサイズ変換器は、
前記基板層の上に配置された第２の被覆層であって、前記分離層の外側に配置され、前記第１の材料を用いる、第２の被覆層
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のスポットサイズ変換器。
【請求項３】
前記導波路は、前記第３の導波路の上に配置された第４の導波路をさらに備え、
前記第４の導波路の幅は前記第１の方向に沿って次第に増加し、前記第４の導波路の幅は、前記第３の導波路の前記第１の端部と前記第３の導波路の前記第２の端部の間のいずれの横断面においても、前記第３の導波路の幅未満である
ことを特徴とする請求項１または２に記載のスポットサイズ変換器。
【請求項４】
前記第３の導波路の形状は等脚台形であり、前記第４の導波路の形状は二等辺三角形であり、前記第１の導波路および前記第２の導波路はＳ字形であり、
前記第４の導波路の長さは前記第３の導波路の長さに等しく、前記第４の導波路は前記第３の導波路の前記第２の端部において前記第３の導波路と整列し、前記第４の導波路の前記二等辺三角形の基底線が位置する端部の幅は前記第３の導波路の前記第２の端部の幅に等しい
ことを特徴とする請求項３に記載のスポットサイズ変換器。
【請求項５】
前記導波路の長さはＬ１であり、前記第３の導波路および前記第４の導波路の長さはＬ２であり、前記第１の導波路の厚さ、前記第２の導波路の厚さ、および前記第３の導波路の厚さはＨ１であり、前記第４の導波路の厚さはＨ２であり、前記第１の導波路および前記第２の導波路の幅はＷ１であり、前記第３の導波路の前記第２の端部の幅はＷ２であり、前記導波路と前記分離層の底面との間の距離はＨ３であり、
０＜Ｌ１≦５００μｍ、０＜Ｌ２≦２００μｍ、０＜Ｈ１≦Ｈ１＋Ｈ２≦４００ｎｍ、Ｈ３＞５μｍ、０＜Ｗ１≦３００ｎｍ、および２００ｎｍ≦Ｗ２≦６００ｎｍ
であることを特徴とする請求項３または４に記載のスポットサイズ変換器。
【請求項６】
Ｌ１＝３００μｍ、Ｌ２＝１００μｍ、Ｈ１＝１２０ｎｍ、Ｈ２＝１００ｎｍ、Ｗ１＝１８０ｎｍ、Ｗ２＝５００ｎｍ
であることを特徴とする請求項５に記載のスポットサイズ変換器。
【請求項７】
前記第１の導波路の前記第２の端部と、前記第２の導波路の第２の端部との間の距離は、１μｍより大きく、１０μｍ未満であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のスポットサイズ変換器。
【請求項８】
前記導波路は、Ｎアド／ドロップ導波路をさらに備え、
前記Ｎアド／ドロップ導波路は前記第３の導波路の前記第１の端部に接続され、前記Ｎアド／ドロップ導波路は前記第１の導波路と整列し、Ｎは正の整数である
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載のスポットサイズ変換器。
【請求項９】
前記基板層によって用いられる材料はシリコンであり、前記第１の材料は二酸化シリコンであり、前記第２の材料はエンジン油であり、前記第３の材料はシリコンまたは窒化シリコンであることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載のスポットサイズ変換器。
【請求項１０】
光伝送のための装置であって、請求項１乃至９のいずれか一項に記載のスポットサイズ変換器と、光導波路とを備え、
前記スポットサイズ変換器は光信号を前記光導波路に結合するように構成され、前記光信号は光ファイバから入力される
ことを特徴とする装置。
【請求項１１】
前記スポットサイズ変換器は、第３の導波路の第２の端部を用いることによって前記光導波路に接続され、前記第３の導波路の前記第２の端部の幅は、前記光導波路の幅に等しいことを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
請求項３乃至６のいずれか一項に記載の前記第３の導波路の厚さと、前記第４の導波路の厚さの合計は、前記光導波路の厚さに等しいことを特徴とする請求項１０または１１に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は光通信技術の分野に関し、詳細には光伝送のためのスポットサイズ変換器および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高速および大容量光通信技術の発展に共ない、光導波路と光ファイバの間で効率的な結合を実現することが光集積デバイスにおける主要技術である。例えば光導波路は、シリコンベースのフォトニック集積回路（Ｐｈｏｔｏｎｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ、ＰＩＣ）チップとなり得る。
【０００３】
光信号は、シングルモード光ファイバからシリコンベースのＰＩＣチップに結合される必要がある。しかしシリコンベースのＰＩＣチップの横断面のサイズはサブミクロンレベルであり、一般のシングルモード光ファイバの直径はミクロンレベル、さらには１０ミクロンレベルであり、すなわちシリコンベースのＰＩＣチップの横断面のサイズは、一般のシングルモード光ファイバのコア直径よりずっと小さい。加えて、シリコンベースのＰＩＣチップ内のシリコン導波路コア層は、比較的高い屈折率を有する。すなわちシリコンベースのＰＩＣチップと一般のシングルモード光ファイバの間には、スポットサイズおよび有効屈折率の不整合があり、このモードフィールド不整合のために、ＰＩＣチップと光ファイバの間に大きな結合損失が引き起こされる。
【０００４】
また光導波路と光ファイバとを整列することは非常に難しい。光導波路と光ファイバの間のエンドツーエンド結合の損失は、２６ｄＢよりさらに大きくなり得る。したがってシリコンベースのＰＩＣチップの光入力および光出力の問題は大きな課題である。
【０００５】
現在、端面結合が、光導波路と光ファイバの間の結合損失を低減するための方法である。端面結合においてスポットサイズ変換器は、シリコンベースのＰＩＣチップの縁部において設計され、製造され、またはスポットサイズ変換器は、光導波路と光ファイバの間に追加され、接続されることが理解され得る。スポットサイズ変換器におけるスポットは、外部シングルモード光ファイバ内のモードフィールドに結合され、スポットサイズ変換器内のスポットのサイズは変更されることが可能である。
【０００６】
現在、一般に用いられるスポットサイズ変換器は、順方向テーパ状スポットサイズ変換器、逆方向テーパ状スポットサイズ変換器、複数レベルテーパ状スポットサイズ変換器、複数導波路スポットサイズ変換器、３次元テーパ状スポットサイズ変換器などが含まれる。しかしこのような構造を有するスポットサイズ変換器が用いられたときは、シリコンベースのＰＩＣチップとシングルモード光ファイバの間の結合損失は依然として比較的大きい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の実施形態は、光導波路と光ファイバの間の結合損失を低減することができるスポットサイズ変換器をもたらす。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の態様はスポットサイズ変換器をもたらし、スポットサイズ変換器は、
基板層と、
基板層の上に配置された第１の被覆層であって、第１の材料を用いる、第１の被覆層と、
基板層と第１の被覆層の間に配置された分離層であって、第２の材料を用いる、分離層と、
第１の被覆層の内側に配置された導波路であって、主軸に沿って対称であり、第３の材料を用いる、導波路と
を含み、導波路は、等幅の第１の導波路、等幅の第２の導波路、および第３の導波路を含み、第３の導波路の第１の端部は第１の導波路の第１の端部に接続され、第３の導波路の第１の端部は第２の導波路の第１の端部に接続され、第１の導波路、第２の導波路、および第３の導波路はＹ字形を形成し、
主軸の第１の方向に沿って第３の導波路の幅は、第３の導波路の第１の端部から第３の導波路の第２の端部まで次第に増加し、第２の方向における第１の導波路と第２の導波路の間の距離は、第１の導波路の第２の端部から第１の導波路の第１の端部まで次第に減少し、第２の方向は導波路が位置する平面上に位置し、第２の方向は第１の方向に対して垂直であり、
第２の材料の屈折率と第１の材料の屈折率の差の絶対値は第１の閾値未満であり、第３の材料の屈折率と第１の材料の屈折率の差は第２の閾値より大きい。
【０００９】
第１の態様に関連して、第１の態様の第１の可能な実装方法では、基板層の横断面は凹形であり、分離層の横断面は凹形であり、第１の被覆層の横断面は矩形であり、スポットサイズ変換器は、
基板層の上に配置された第２の被覆層をさらに含み、第２の被覆層は分離層の外側に配置され、第２の被覆層は第１の材料を用いる。
【００１０】
第１の態様または第１の態様の第１の可能な実装方法に関連して、第１の態様の第２の可能な実装方法では、導波路は、第３の導波路の上に配置された第４の導波路をさらに含み、
第４の導波路の幅は第１の方向に沿って次第に増加し、第４の導波路の幅は、第３の導波路の第１の端部と第３の導波路の第２の端部の間のいずれの横断面においても、第３の導波路の幅未満である。
【００１１】
第１の態様の第２の可能な実装方法に関連して、第１の態様の第３の可能な実装方法では、第３の導波路の形状は等脚台形であり、第４の導波路の形状は二等辺三角形であり、第１の導波路および第２の導波路はＳ字形であり、
第４の導波路の長さは第３の導波路の長さに等しく、第４の導波路は第３の導波路の第２の端部において第３の導波路と整列し、第４の導波路の二等辺三角形の基底線が位置する端部の幅は第３の導波路の第２の端部の幅に等しい。
【００１２】
第１の態様の第２の可能な実装方法または第１の態様の第３の可能な実装方法に関連して、第１の態様の第４の可能な実装方法では、導波路の長さはＬ１であり、第３の導波路および第４の導波路の長さはＬ２であり、第１の導波路の厚さ、第２の導波路の厚さ、および第３の導波路の厚さはＨ１であり、第４の導波路の厚さはＨ２であり、第１の導波路および第２の導波路の幅はＷ１であり、第３の導波路の第２の端部の幅はＷ２であり、導波路と分離層の底面との間の距離はＨ３であり、
０＜Ｌ１≦５００μｍ、０＜Ｌ２≦２００μｍ、０＜Ｈ１≦Ｈ１＋Ｈ２≦４００ｎｍ、Ｈ３＞５μｍ、０＜Ｗ１≦３００ｎｍ、および２００ｎｍ≦Ｗ２≦６００ｎｍである。
【００１３】
第１の態様の第４の可能な実装方法に関連して、第１の態様の第５の可能な実装方法では、Ｌ１＝３００μｍ、Ｌ２＝１００μｍ、Ｈ１＝１２０ｎｍ、Ｈ２＝１００ｎｍ、Ｗ１＝１８０ｎｍ、Ｗ２＝５００ｎｍである。
【００１４】
第１の態様または第１の態様の可能な実装方法のいずれか１つに関連して、第１の態様の第６の可能な実装方法では、第１の導波路の第２の端部と、第２の導波路の第２の端部との間の距離は、１μｍより大きく、１０μｍ未満である。
【００１５】
第１の態様または第１の態様の上記の可能な実装方法のいずれか１つに関連して、第１の態様の第７の可能な実装方法では、導波路は、Ｎアド／ドロップ導波路をさらに含み、
Ｎアド／ドロップ導波路は第３の導波路の第１の端部に接続され、Ｎアド／ドロップ導波路は第１の導波路と整列し、Ｎは正の整数である。
【００１６】
第１の態様または第１の態様の可能な実装方法のいずれか１つに関連して、第１の態様の第８の可能な実装方法では、基板層によって用いられる材料はシリコンであり、第１の材料は二酸化シリコンであり、第２の材料はエンジン油であり、第３の材料はシリコンまたは窒化シリコンである。
【００１７】
第２の態様は光伝送のための装置をもたらし、装置は、第１の態様または第１の態様の可能な実装方法のいずれか１つによるスポットサイズ変換器と、光導波路とを含み、スポットサイズ変換器は光信号を光導波路に結合するように構成され、光信号は光ファイバから入力される。
【００１８】
第２の態様に関連して、第２の態様の第１の可能な実装方法では、スポットサイズ変換器は、第３の導波路の第２の端部を用いることによって光導波路に接続され、第３の導波路の第２の端部の幅は、光導波路の幅に等しい。
【００１９】
第２の態様または第２の態様の第１の可能な実装方法に関連して、第２の態様の第２の可能な実装方法では、第３の導波路の厚さと第４の導波路の厚さの合計は、光導波路の厚さに等しく、第３の導波路および第４の導波路は、第４の導波路を含むスポットサイズ変換器のものである。
【００２０】
本発明の実施形態はスポットサイズ変換器をもたらす。スポットサイズ変換器は、Ｙ字形を形成する第１の導波路、第２の導波路、および第３の導波路を含む。スポットサイズ変換器は、光ファイバと光導波路の間のスポットサイズ変換を実施するために用いられることが可能であり、スポットサイズ変換器を用いることによって光ファイバと光導波路の間の結合損失が低減されることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
本発明の実施形態における技術的解決策をより明確に述べるために、以下は実施形態または従来技術を述べるために必要な添付の図面を簡潔に述べる。明らかに以下の説明における添付の図面は、単に本発明のいくつかの実施形態を示し、当業者は創造的な努力なしに、これらの添付の図面からさらに他の図面を導き出し得る。
【００２２】
【図１】本発明の実施形態によるスポットサイズ変換器の概略図である。
【図２】本発明の実施形態によるスポットサイズ変換器における導波路の平面図である。
【図３】本発明の他の実施形態によるスポットサイズ変換器の概略図である。
【図４】本発明の他の実施形態によるスポットサイズ変換器における導波路の平面図である。
【図５】本発明の他の実施形態による、スポットサイズ変換器のａ−ａ’が位置する横断面の端面図である。
【図６】本発明の他の実施形態による、スポットサイズ変換器のｂ−ｂ’が位置する横断面の端面図である。
【図７】本発明の他の実施形態による、スポットサイズ変換器のｃ−ｃ’が位置する横断面の端面図である。
【図８】本発明の実施形態による光フィールド分布の概略図である。
【図９】本発明の実施形態による結合損失と波長の間の関係の曲線図である。
【図１０】本発明の実施形態による、ＴＥモードに対する結合損失と整列許容差の間の関係の曲線図である。
【図１１】本発明の実施形態による、ＴＭモードに対する結合損失と整列許容差の間の関係の曲線図である。
【図１２】本発明の他の実施形態によるスポットサイズ変換器における導波路の平面図である。
【図１３】本発明の実施形態による光伝送のための装置の概略図である。
【図１４】本発明の実施形態による光伝送のための装置における導波路の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下は、本発明の実施形態における添付の図面に関連して、本発明の実施形態における技術的解決策を明瞭にかつ十分に述べる。明らかに、述べられる実施形態は、本発明の実施形態のいくつかであるがすべてではない。創造的な努力なしに本発明の実施形態に基づいて当業者によって得られるすべての他の実施形態は、本発明の保護範囲に包含されるものとする。
【００２４】
図１は、本発明の実施形態によるスポットサイズ変換器の概略図である。図１に示されるスポットサイズ変換器２００は以下を含む：
基板層２０１；
基板層２０１の上に配置された第１の被覆層２０２であり、第１の被覆層は第１の材料を用いる；
基板層２０１と第１の被覆層２０２の間に配置された分離層２０３であり、分離層は第２の材料を用いる；および
第１の被覆層の内側に配置された導波路２０４であり、導波路２０４は主軸に沿って対称であり、導波路２０４は第３の材料を用いる。
【００２５】
導波路２０４は、図２に示され得る。主軸は、点線によって示される。具体的には導波路２０４は、等幅の第１の導波路３０１、等幅の第２の導波路３０２、および第３の導波路３０３を含む。第３の導波路３０３の第１の端部は、第１の導波路３０１の第１の端部、および第２の導波路３０２の第１の端部に接続される。第１の導波路３０１、第２の導波路３０２、および第３の導波路３０３は、Ｙ字形を形成する。加えて主軸の第１の方向に沿って第３の導波路３０３の幅は次第に増加し、第２の方向における第１の導波路３０１と第２の導波路３０２の間の距離は次第に減少する。第２の方向は、第１の方向に対して垂直である。第２の材料の屈折率と第１の材料の屈折率の差の絶対値は第１の閾値未満であり、第３の材料の屈折率と第１の材料の屈折率の差は第２の閾値より大きい。
【００２６】
本発明のこの実施形態は、スポットサイズ変換器をもたらす。スポットサイズ変換器は、Ｙ字形を形成する第１の導波路、第２の導波路、および第３の導波路を含む。スポットサイズ変換器は、光ファイバと光導波路の間のスポットサイズ変換を実施するために用いられることが可能であり、スポットサイズ変換器を用いることによって光ファイバと光導波路の間の結合損失が低減されることができる。
【００２７】
本発明のこの実施形態では、スポットサイズ変換器が追加され、光導波路の端部に接続されることができる。具体的にはスポットサイズ変換器は、第３の導波路の第２の端部を用いることによって、光導波路に接続されることができる。スポットサイズ変換器と光導波路の間の接続の方法は、本発明のこの実施形態において限定されない。例えば第３の導波路の第２の端部は光導波路に直接接続されてよく、第３の導波路の第２の端部は矩形導波路を用いることによって光導波路に接続され得る。これは本発明において限定されない。
【００２８】
本発明のこの実施形態では、光導波路の横断面は矩形であり、光導波路の幅はＷ４、および高さはＨ４であると仮定する。
【００２９】
本発明のこの実施形態では横断面とは、長さ方向に対して垂直な断面を指すことが留意されるべきである。あるいは横断面は、第１の方向に対して垂直な断面であることが理解され得る。
【００３０】
任意選択で本発明のこの実施形態では、図１に示されるように、基板層２０１の横断面は凹形であり、分離層２０３の横断面は凹形であり、第１の被覆層２０２の横断面は矩形である。スポットサイズ変換器２００はさらに、基板層２０１の上に配置された第２の被覆層２０５を含み得る。第２の被覆層２０５は分離層２０３の外側に配置され、第２の被覆層２０５は第１の材料を用いる。
【００３１】
分離層２０３は、Ｕ字溝を深くエッチングし、Ｕ字溝を第２の材料で充填することによって形成され得ることが理解され得る。分離層２０３の長さは、基板層２０１の長さ以下となり得る。これは本発明において限定されない。
【００３２】
分離層２０３の長さが基板層２０１の長さ未満であるときは、第１の被覆層２０２および第２の被覆層２０５は一緒に、Ｕ字形および片持ち梁部分を形成し得ることが理解され得る。
【００３３】
具体的には、図１に示されるスポットサイズ変換器２００では、分離層２０３の長さは、基板層２０１の長さに等しい。
【００３４】
説明しやすくするために図２はさらに、Ｏｘｚ座標系を示す。第１の方向は、ｚ軸の正方向であることが理解され得る。加えて第３の導波路３０３の幅は、ｚ軸の正方向に沿って次第に増加する。
【００３５】
任意選択で第１の導波路３０１および第２の導波路３０２の形状は、直線または曲線となり得る。これは本発明において限定されない。例えば第１の導波路３０１および第２の導波路３０２は、Ｃ字形またはＳ字形になり得る。
【００３６】
任意選択で、図２に示されるように第３の導波路３０３の形状は、等脚台形である。あるいはｚ軸方向における第３の導波路３０３の外形は、曲線となり得る。これは本発明において限定されない。
【００３７】
加えて、導波路２０４の長さはＬ１、第３の導波路３０３の長さはＬ２であると仮定する。第１の導波路３０１および第２の導波路３０２の幅はＷ１、第３の導波路３０３の第２の端部の幅はＷ２であると仮定する。第１の導波路３０１の厚さ、第２の導波路３０２の厚さ、および第３の導波路３０３の厚さは、すべてＨ１であると仮定する。導波路２０４と、分離層の底面との間の距離は、Ｈ３であると仮定する。本発明のこの実施形態では、長さは座標軸のｚ軸方向のサイズ、幅は座標軸のｘ軸方向のサイズであることが理解され得る。それに対応して厚さは、座標軸のｙ軸方向（すなわち図２において外へ向かう方向）のサイズである。
【００３８】
したがって図１および図２における導波路２０４に対しては、第３の導波路３０３の第２の端部の幅Ｗ２は、光導波路の幅Ｗ４に等しくなり、すなわちＷ２＝Ｗ４となり得ることが理解され得る。第３の導波路３０３の厚さＨ１は、光導波路の厚さＨ４に等しくなり、すなわちＨ１＝Ｈ４となり得る。
【００３９】
上記のパラメータの範囲は次の通りでよい：Ｈ３＞５μｍ、０＜Ｈ１≦４００ｎｍ、０＜Ｌ１≦５００μｍ、０＜Ｌ２≦２００μｍ、Ｌ２＜Ｌ１、０＜Ｗ１≦３００ｎｍ、および２００ｎｍ≦Ｗ２≦６００ｎｍ。
【００４０】
加えて、第１の導波路３０１の第２の端部と、第２の導波路３０２の第２の端部との間の距離は、数マイクロメートルまたは十数マイクロメートルとなり得る。これは本発明において限定されない。任意選択で距離は、０．５μｍより大きく、１０μｍ未満となり得る。例えば距離は１．２μｍとなり得る。
【００４１】
任意選択で導波路２０４はさらに、Ｎアド／ドロップ導波路を含み得る。Ｎアド／ドロップ導波路は第３の導波路の第１の端部に接続され、Ｎアド／ドロップ導波路は第１の導波路３０１と整列され、Ｎは正の整数である。Ｎアド／ドロップ導波路の長さは、第１の導波路３０１の長さに等しいことが理解され得る。任意選択でＮアド／ドロップ導波路は等しい幅を有し、Ｎアド／ドロップ導波路の幅は第１の導波路３０１の幅に等しくなり得る。
【００４２】
任意選択で図１に示されるスポットサイズ変換器２００において、基板層２０１によって用いられる材料はシリコンでよく、第１の材料は二酸化シリコンでよく、第２の材料はエンジン油でよく、および第３の材料はシリコンまたは窒化シリコンでよい。
【００４３】
あるいは第２の材料は、他の潤滑油などでよい。
【００４４】
第１の閾値および第２の閾値の大きさは、本発明のこの実施形態において限定されないことが留意されるべきである。一般に第１の閾値は、第２の閾値未満である。例えば第１の閾値は０．３でよく、第２の閾値は１．８でよい。これは本発明において限定されない。
【００４５】
本発明のこの実施形態では基板層２０１は、導波路２０４を支持するために用いられる。第１の被覆層２０２は、導波路２０４において光学モードを限定するために用いられる。分離層２０３は、導波路２０４における光学モードが、基板層２０１から遠く離れていることを確実にするために用いられる。
【００４６】
基板層２０１の厚さ、第１の被覆層２０２の厚さ、第２の被覆層２０５の厚さ、および分離層２０３の厚さは、本発明のこの実施形態において具体的に限定されないことが留意されるべきである。
【００４７】
任意選択で本発明のこの実施形態では、基板層２０１の長さは被覆層２０２の長さに等しく、基板層２０１の長さは導波路２０４の長さに等しくなり得る。
【００４８】
本発明のこの実施形態では導波路２０４は、材料を処理することによって形成され得ることが理解され得る。例えば導波路２０４は、フォトエッチング技術を用いることにより、第３の材料において成形処理を行うことによって形成され得る。
【００４９】
このようにして図１に示されるスポットサイズ変換器２００に対して、光ファイバの出力光信号が、片持ち梁部分からスポットサイズ変換器２００に入力されたときは、光エネルギーは第１の導波路３０１と第２の導波路３０２の間に分配され得る。次いで光エネルギーは、結合によってゆっくりと第３の導波路３０３に入ることがあり、光信号はさらに後方の光導波路に出力される。
【００５０】
同様に図１に示されるスポットサイズ変換器２００に対して、光導波路の出力光信号が、第３の導波路３０３からスポットサイズ変換器２００に入力されたときは、光信号は、第１の導波路３０１と第２の導波路３０２の間の光フィールドを用いることによって、光ファイバに出力され得る。
【００５１】
図１に示されるスポットサイズ変換器２００に基づいて、導波路２０４はさらに第４の導波路を含み得る。図３に示されるように、図３は本発明の他の実施形態によるスポットサイズ変換器の概略図である。図３に示されるスポットサイズ変換器３００は、基板層２０１と、基板層２０１の上に配置された第１の被覆層２０２であって、第１の材料を用いる、第１の被覆層と、基板層２０１と第１の被覆層２０２の間に配置された分離層２０３であって、第２の材料を用いる、分離層と、第１の被覆層の内側に配置された導波路２０４’であって、主軸に沿って対称であり、第３の材料を用いる、導波路２０４’とを含む。
【００５２】
導波路２０４’は、図４に示され得る。主軸は、点線によって示される。具体的には導波路２０４’は、等幅の第１の導波路３０１、等幅の第２の導波路３０２、および第３の導波路３０３を含む。第３の導波路３０３の第１の端部は、第１の導波路３０１の第１の端部、および第２の導波路３０２の第１の端部に接続され、第１の導波路３０１、第２の導波路３０２、および第３の導波路３０３は、Ｙ字形を形成する。加えて主軸の第１の方向に沿って第３の導波路３０３の幅は次第に増加し、第２の方向における第１の導波路３０１と第２の導波路３０２の間の距離は次第に減少する。第２の方向は、第１の方向に対して垂直である。第２の材料の屈折率と第１の材料の屈折率の差の絶対値は第１の閾値未満であり、第３の材料の屈折率と第１の材料の屈折率の差は第２の閾値より大きい。
【００５３】
導波路２０４’はさらに、第３の導波路３０３の上に配置された第４の導波路３０４を含む。第４の導波路３０４の幅は第１の方向に沿って次第に増加し、第４の導波路３０４の幅は、第３の導波路３０３の第１の端部と第３の導波路３０３の第２の端部の間のいずれの横断面においても、第３の導波路３０３の幅未満である。
【００５４】
このようにして本発明のこの実施形態では、スポットサイズ変換器３００は、第３の導波路３０３の第２の端部と、第４の導波路３０４の第２の端部とを用いることによって、光導波路に接続され得る。スポットサイズ変換器と光導波路の間の接続の方法は、本発明のこの実施形態において限定されない。
【００５５】
本発明のこの実施形態では、繰り返しを避けるために、図１および図２と同じ通し番号を有する部分は、本明細書では再び詳しく述べられないことが留意されるべきである。
【００５６】
任意選択で本発明のこの実施形態では、第４の導波路３０４は二等辺三角形となり得る。第４の導波路３０４の長さは、第３の導波路３０３の長さ以下となり得る。第４の導波路３０４の二等辺三角形の基底線が位置する端部は、第３の導波路３０３の第２の端部と整列され、第４の導波路３０４の二等辺三角形の基底線が位置する端部の幅は、第３の導波路３０３の第２の端部の幅に等しくなり得る。
【００５７】
加えて、光導波路の横断面は矩形であり、光導波路の幅はＷ４、光導波路の高さはＨ４であると仮定する。
【００５８】
導波路２０４’の長さはＬ１、第３の導波路３０３の長さはＬ２であると仮定する。第１の導波路３０１および第２の導波路３０２の幅はＷ１、第３の導波路３０３の第２の端部の幅はＷ２であると仮定する。第１の導波路３０１の厚さ、第２の導波路３０２の厚さ、および第３の導波路３０３の厚さは、すべてＨ１であると仮定する。第４の導波路の厚さはＨ２であると仮定する。導波路２０４’と、分離層の底面との間の距離は、Ｈ３であると仮定する。本発明のこの実施形態では、長さは座標軸のｚ軸方向のサイズ、幅は座標軸のｘ軸方向のサイズであることが理解され得る。それに対応して厚さは、座標軸のｙ軸方向（すなわち図２において外へ向かう方向）のサイズである。
【００５９】
第４の導波路３０４の狭い方の端部を第４の導波路３０４の第１の端部と仮定すると、第４の導波路３０４の広い方の端部は第４の導波路３０４の第２の端部であり、第４の導波路３０４の第２の端部の幅はＷ２となり得る。
【００６０】
したがって図３および図４の導波路２０４’に対して、第３の導波路３０３の第２の端部の幅Ｗ２は、光導波路の幅Ｗ４に等しく、すなわちＷ２＝Ｗ４となり得ることが理解され得る。第３の導波路３０３の厚さＨ１と、第４の導波路３０４の厚さＨ２の合計は、光導波路の厚さＨ４に等しく、すなわちＨ１＋Ｈ２＝Ｈ４となり得る。
【００６１】
上記のパラメータの範囲は次の通りでよい：Ｈ３＞５μｍ、０＜Ｈ１＜Ｈ１＋Ｈ２≦４００ｎｍ、０＜Ｌ１≦５００μｍ、０＜Ｌ２≦２００μｍ、Ｌ２＜Ｌ１、０＜Ｗ１≦３００ｎｍ、および２００ｎｍ≦Ｗ２≦６００ｎｍ。
【００６２】
加えて、第１の導波路３０１の第２の端部と、第２の導波路３０２の第２の端部との間の距離は、数マイクロメートルまたは十数マイクロメートルとなり得る。これは本発明において限定されない。任意選択で距離は、０．５μｍより大きく、１０μｍ未満となり得る。例えば距離は１．２μｍとなり得る。
【００６３】
任意選択で図４に示される導波路２０４’は、第３の材料においてフォトエッチングを複数回行うことによって形成され得る。
【００６４】
本発明のこの実施形態でのスポットサイズ変換器３００をさらに明らかに述べるために、図５から図７はスポットサイズ変換器３００の横断面の端面図である。
【００６５】
図５に示される端面図は、図３におけるａ−ａ’が位置する横断面の端面図である。端面図は、第１の導波路３０１の厚さおよび第２の導波路３０２の厚さはＨ１、第１の導波路３０１および第２の導波路３０２の幅はＷ１、ならびに第１の導波路３０１および第２の導波路３０２から分離層の底面までの距離はＨ３であることを示す。加えて、ａ−ａ’が位置する横断面の平面は、ｘ−ｙ平面であると仮定する。図５はさらにＯｘｙ座標系を示し、第１の導波路３０１および第２の導波路３０２はｙ軸に対して対称であり、ｘ軸は第１の導波路の対称軸であり、ｘ軸は第２の導波路の対称軸である。
【００６６】
図６に示される端面図は、図３におけるｂ−ｂ’が位置する横断面の端面図である。端面図は、第３の導波路３０３の厚さはＨ１、第３の導波路３０３から分離層の底面までの距離はＨ３、および第４の導波路３０４の厚さはＨ２であることを示す。
【００６７】
図７に示される端面図は、図３におけるｃ−ｃ’が位置する横断面の端面図である。端面図は、導波路２０４’の厚さはＨ４、導波路２０４’から分離層の底面までの距離はＨ３、および導波路２０４’の幅はＷ２であることを示す。加えて、Ｈ４＝Ｈ１＋Ｈ２である。ｃ−ｃ’が位置する横断面は、第３の導波路３０３の第２の端部、および第４の導波路３０４の第２の端部が位置する横断面であることが理解され得る。
【００６８】
任意選択で実施形態では、光導波路の幅がＷ４＝５００ｎｍ、光導波路の厚さがＨ４＝２２０ｎｍであるときは、図３から図７のスポットサイズ変換器３００のパラメータの値は、表１に示され得る。
【００６９】
【表１】
0006302130.tif 000002
【００７０】
このようにして本発明のこの実施形態は、スポットサイズ変換器をもたらす。スポットサイズ変換器は、Ｙ字形を形成する第１の導波路、第２の導波路、ならびに第３の導波路、および第３の導波路の上に配置された第４の導波路を含む。スポットサイズ変換器は、光ファイバと光導波路の間のスポットサイズ変換を実施するために用いられることが可能であり、スポットサイズ変換器を用いることによって光ファイバと光導波路の間の結合損失が低減されることができる。
【００７１】
例えば図３に示されるスポットサイズ変換器３００が光ファイバと光導波路の間に配置された場合は、光ファイバからの光信号出力はスポットサイズ変換器３００に結合され得る。第１の導波路と第２の導波路の間に分配された光フィールドが存在する。次いで光信号は、第３の導波路および第４の導波路に結合され、さらに後方の光導波路に結合され得る。
【００７２】
任意選択で例えばスポットサイズ変換器のパラメータは、表１に示される値を用いる。図８は、有限差分時間領域（Ｆｉｎｉｔｅ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ  Ｔｉｍｅ  Ｄｏｍａｉｎ、ＦＤＴＤ）法を用いることによって得られる、光フィールド分布の概略図である。光ファイバ５０１は、ＳＭＦ−２８シングルモード光ファイバである。ＳＭＦ−２８シングルモード光ファイバの外径は１２５μｍであり、内径は、８．２μｍである。
【００７３】
光ファイバ５０１からの光信号出力のモードフィールドは図８（ａ）に示され、スポットサイズ変換器３００の入力光信号のモードフィールドとして理解されることができる。モードフィールドのスポット直径は、およそ１０μｍである。図８（ａ）は、光ファイバ５０１の横断面の光フィールド分布を示すことが留意されるべきである。
【００７４】
図８（ｂ）は、スポットサイズ変換器３００の導波路２０４’内の光フィールド分布を示す。第１の導波路と第２の導波路の間の光フィールドは、第３の導波路および第４の導波路内の光フィールドより弱い。図８（ｂ）は、導波路２０４’の縦断面の光フィールド分布を示すことが留意されるべきである。
【００７５】
図８（ｃ）は、スポットサイズ変換器３００に接続された後方の光導波路５０２の入力光信号のモードフィールドであり、モードフィールドはまたスポットサイズ変換器３００の出力光信号のモードフィールドとして理解されることができる。モードフィールドのスポットサイズは、およそ５００ｎｍ×２２０ｎｍである。図８（ｃ）は、光導波路５０２の横断面の光フィールド分布を示すことが留意されるべきである。
【００７６】
このようにして光ファイバ５０１内のミクロンレベルのスポットは、スポットサイズ変換器３００を用いることによって、光導波路内のサブミクロンレベルのスポットに変換される。
【００７７】
図８のスポットサイズ変換器３００は、導波路２０４’によって単に例示的に示されることが留意されるべきである。
【００７８】
加えて、光ファイバと光導波路の間の結合損失は、スポットサイズ変換器を用いることによって低減されることができる。図９は、結合損失と波長の間の関係の曲線図を示す。波長範囲はＣバンド、すなわち１．５３μｍ〜１．５６５μｍである。横電界（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ、ＴＥ）波に対する結合損失は１．２ｄＢ未満であり、横磁界（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ、ＴＭ）波に対する結合損失は１．５ｄＢ未満である。
【００７９】
加えて、スポットサイズ変換器が用いられたときは、整列許容差は比較的大きくなる。具体的には整列許容差は、光ファイバの軸と図５に示される座標軸との間のオフセットである。整列許容差はまた、光ファイバ整列許容差と呼ばれ得る。
【００８０】
具体的には図１０は、波長が１．５４７μｍであるときの、ＴＥモードに対する結合損失と整列許容差の間の関係の曲線図を示す。図１１は、波長が１．５４７μｍであるときの、ＴＭモードに対する結合損失と整列許容差の間の関係の曲線図を示す。
【００８１】
図１０および図１１から、結合損失が３ｄＢ未満であるときに得られる整列許容差の範囲は、表２に示されることを知ることができる。整列許容差は、すべて３μｍより大きい。
【００８２】
【表２】
0006302130.tif 000003
【００８３】
本発明のこの実施形態でもたらされるスポットサイズ変換器を用いることによって、比較的大きな整列許容差があることを知ることができる。すなわち光ファイバとスポットサイズ変換器の間の整列の必要条件は、本発明のこの実施形態でもたらされるスポットサイズ変換器を用いることによって低減されることが可能である。
【００８４】
上記の実施形態では、スポットサイズ変換器内の導波路２０４または導波路２０４’は構造において対称的であり、対称面は幅方向に対して垂直な平面であることが理解されてよく、または対称面はｙ−ｚ平面として理解され得る。任意選択で上記の実施形態における導波路２０４’は、さらに第３の導波路３０３の第１の端部に接続されたＮアド／ドロップ導波路を含んでよく、Ｎアド／ドロップ導波路は第１の導波路３０１と整列される。Ｎは正の整数である。Ｎアド／ドロップ導波路の長さは、第１の導波路３０１の長さに等しいことが理解され得る。任意選択でＮアド／ドロップ導波路は等しい幅を有し、Ｎアド／ドロップ導波路の幅は第１の導波路３０１の幅に等しくなり得る。
【００８５】
例えば図１２は、本発明の他の実施形態による導波路の縦断面の概略図を示す。導波路は、Ｎ＝２アド／ドロップ導波路、すなわち第５の導波路３０５および第６の導波路３０６を含む。第５の導波路３０５および第６の導波路３０６は、ｙ軸に対して対称である。ｙ軸は、図１２の外へ向かう方向であり、図５のｙ軸と一致する。
【００８６】
図１３は、本発明の実施形態による光伝送のための装置である。図１３に示される装置は、スポットサイズ変換器１４０１、および光導波路１４０２を含む。
【００８７】
スポットサイズ変換器１４０１は光信号を光導波路１４０２に結合するように構成され、光信号は光ファイバから入力される。スポットサイズ変換器１４０１は、上記の実施形態のいずれか１つにおけるスポットサイズ変換器でよく、例えばスポットサイズ変換器２００またはスポットサイズ変換器３００でよい。
【００８８】
このようにして本発明のこの実施形態は、光伝送のための装置をもたらす。装置は、スポットサイズ変換器および光導波路を含む。スポットサイズ変換器は光信号を光導波路に結合し、光信号は外部光ファイバから入力され、結合損失は比較的小さい。
【００８９】
加えて、装置と光ファイバの間の整列の許容差は比較的大きい。特定の説明に対しては、上記の実施形態が参照され得る。繰り返しを避けるために、本明細書では詳細は再び述べられない。
【００９０】
上記の実施形態を参照すると、スポットサイズ変換器１４０１は導波路を含む。導波路は少なくとも、第１の導波路、第２の導波路、および第３の導波路を含む。スポットサイズ変換器１４０１は、第３の導波路の第２の端部を用いることによって、光導波路１４０２に接続されてよく、第３の導波路の第２の端部の幅は、光導波路１４０２の幅に等しい。
【００９１】
任意選択で実施形態では、スポットサイズ変換器１４０１の導波路の厚さは、光導波路１４０２の厚さに等しくなり得る。例えばスポットサイズ変換器１４０１は、上記の実施形態のスポットサイズ変換器２００である。
【００９２】
任意選択で他の実施形態では、スポットサイズ変換器１４０１はさらに、第３の導波路の上に配置された第４の導波路を含む。この場合、スポットサイズ変換器１４０１の第３の導波路の厚さと第４の導波路の厚さの合計は、光導波路１４０２の厚さに等しくなり得る。例えばスポットサイズ変換器１４０１は、上記の実施形態のスポットサイズ変換器３００である。
【００９３】
スポットサイズ変換器１４０１は、上記の実施形態でのスポットサイズ変換器３００であると仮定する。図１４は、本発明の実施形態による光伝送のための装置における導波路の平面図である。図１４は、スポットサイズ変換器３００における導波路２０４’、および光導波路１４０２を含むことが理解され得る。
【００９４】
本発明のこの実施形態では、光導波路１４０２によって用いられる材料、およびスポットサイズ変換器１４０１内の導波路によって用いられる材料は同じであり、共に第３の材料である。例えば第３の材料は、シリコンまたは窒化シリコンでよい。
【００９５】
本発明は、スポットサイズ変換器の単にいくつかの実施形態をもたらすことが留意されるべきである。上記の実施形態に基づいて当業者によって得られる他の実施形態は、本発明の保護範囲に包含されるものとする。
【００９６】
当業者は、この明細書に開示された実施形態で述べられた例との組み合わせにおいて、ユニットおよびアルゴリズムステップは、電子ハードウェア、またはコンピュータソフトウェアと電子ハードウェアの組み合わせによって実施され得ることを認識し得る。機能がハードウェアまたはソフトウェアによって行われるかどうかは、特定の応用例、および技術的解決策の制約条件に依存する。当業者は、述べられた機能を各特定の応用例に対して実施するために異なる方法を用いることがあるが、実装形態は本発明の範囲を超えるものと見なされるべきではない。
【００９７】
当業者には、簡便および簡潔な説明のために、上記のシステム、装置、およびユニットの詳細な動作プロセスに対して、上記の方法実施形態における対応するプロセスが参照されることがあり、本明細書では詳細は再び述べられないことが明らかに理解され得る。
【００９８】
本出願においてもたらされたいくつかの実施形態において、開示されたシステム、装置、および方法は、他の方法で実施され得ることが理解されるべきである。例えば述べられた装置実施形態は、単に例である。例えばユニット分割は、単に論理的機能分割であり、実際の実装形態では他の分割となり得る。例えば複数のユニットまたは構成要素は、組み合わされ、または別のシステムに統合されてもよく、またはいくつかの機能は無視されるもしくは行われなくてもよい。加えて、示されたまたは論じられた相互結合、または直接の結合もしくは通信接続は、いくつかのインターフェースを用いることによって実施され得る。装置またはユニットの間の間接の結合もしくは通信接続は、電子的、機械的、または他の形で実施され得る。
【００９９】
別個の部分として述べられたユニットは物理的に別個でもよくそうでなくてもよく、ユニットとして示された部分は物理ユニットでもよくそうでなくてもよく、１つの位置にあってもよく、複数のネットワークユニット上に分散されてもよい。ユニットのいくつかまたはすべては、実施形態の解決策の目的を達成するための実際の必要性に従って選択され得る。
【０１００】
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統合されることがあり、またはユニットのそれぞれは物理的に単独で存在することがあり、または２つ以上のユニットは１つのユニットに統合される。
【０１０１】
機能がソフトウェア機能ユニットの形で実施される、および独立の製品として販売されるまたは使用されるときは、機能はコンピュータ可読記憶媒体に記憶され得る。このような理解に基づいて、本質的に本発明の技術的解決策、または従来技術に寄与する部分、または技術的解決策のいくつかは、ソフトウェア製品の形で実施され得る。ソフトウェア製品は、記憶媒体に記憶され、本発明の実施形態において述べられた方法のステップのすべてまたはいくつかを行うようにコンピュータデバイス（これはパーソナルコンピュータ、サーバ、またはネットワークデバイスでよい）に命令するためのいくつかの命令を含む。上記の記憶媒体は、ＵＳＢフラッシュドライブ、リムーバブルハードディスク、読み出し専用メモリ（Ｒｅａｄ−Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ、ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ、ＲＡＭ）、磁気ディスク、または光ディスクなどの、プログラムコードを記憶できる任意の媒体を含む。
【０１０２】
上記の説明は単に本発明の特定の実装方法であるが、本発明の保護範囲を限定することを意図するものではない。本発明において開示された技術的範囲内で当業者によって容易に考え出されるいずれの変形または置き換えも、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を前提とするものとする。
【図１】
0006302130.tif 000004
【図２】
0006302130.tif 000005
【図３】
0006302130.tif 000006
【図４】
0006302130.tif 000007
【図５】
0006302130.tif 000008
【図６】
0006302130.tif 000009
【図７】
0006302130.tif 000010
【図８】
0006302130.tif 000011
【図９】
0006302130.tif 000012
【図１０】
0006302130.tif 000013
【図１１】
0006302130.tif 000014
【図１２】
0006302130.tif 000015
【図１３】
0006302130.tif 000016
【図１４】
0006302130.tif 000017