(57)【要約】波長独立な複数区画光学結合器が、少なくとも三つの光学結合器および少なくとも二つの差分位相セルを有する。各光学結合器は、正味結合値を有する結合領域を形成する二つの導波管を有する。少なくとも三つの光学結合器の各結合領域に対する結合値は、他の二つの結合領域の結合値とは異なる。各差分位相セルは、複数の光学結合器のうちの隣接した光学結合器を接続する。各差分位相セルは、複数の光学結合器間を通過する光信号において差分位相シフトをもたらし、差分位相セルの差分位相シフトおよび各結合領域に対する結合値は、波長および設計された電力分割比に対する波長独立な複数区画光学結合器の製造感度を最小化するように選ばれる。
2010533894.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長独立な複数区画光学結合器であって、
少なくとも三つの光学結合器であって、各光学結合器は、正味結合値を有する結合領域を形成する二つの導波管を有し、該少なくとも三つの光学結合器の各結合領域に対する該結合値は、他の二つの結合領域の結合値とは異なる、少なくとも三つの光学結合器と、
二つの異なる差分位相セルであって、各差分位相セルは、該複数の光学結合器のうちの隣接した光学結合器を接続し、各差分位相セルは、該複数の光学結合器間を通過する光信号において差分位相シフトをもたらし、該差分位相セルの該差分位相シフトおよび各結合領域に対する該結合値は、波長および設計された電力分割比に対する該波長独立な複数区画光学結合器の製造感度を最小化するように選ばれる、二つの異なる差分位相セルと
を備えている、複数区画光学結合器。
【請求項２】
前記第一の差分位相セルおよび前記第二の差分位相セルの各々は、第一の導波管枝部および第二の導波管枝部を有し、該第一の導波管枝部は、第一の経路長（Ｐ１）を有し、該第二の導波管枝部は、第二の経路長（Ｐ２）を有し、ここでＰ１＞Ｐ２である、請求項１に記載の波長独立な複数区画光学結合器。
【請求項３】
Ｐ１とＰ２との差は、前記第一の導波管枝部および前記第二の導波管枝部を通過する光学信号のほぼ一波長よりも短い、請求項２に記載の波長独立な複数区画光学結合器。
【請求項４】
前記波長独立な光学結合器の正規化クロスポートパワーにおける偏差は、１５３０ｎｍから１５７０ｎｍまでの間の波長に対して所望の電力分割比から２％未満であり、±３０ｎｍの間に前記結合領域を形成する前記複数の導波管の間に非対称性を有する、請求項１に記載の波長独立な複数区画光学結合器。
【請求項５】
波長独立な複数区画光学結合器を製造する方法であって、該複数区画光学結合器は、少なくとも三つの光学結合器および少なくとも二つの差分位相セルを有し、該方法は、
波長および設計された電力分割比に対する該波長独立な光学結合器の製造感度を最小化するように、該差分位相セルの差分位相シフトおよび各結合領域に対する一意的な正味結合値を計算するステップと、
少なくとも三つの光学結合器および少なくとも二つの差分位相セルを形成するステップであって、該差分位相セルは、該複数の光学結合器の間に交互配置され、各光学結合器は、該正味結合値を有する結合領域を形成する二つの導波管を有し、各差分位相セルは、該複数の光学結合器間を通過する光信号における差分位相シフトをもたらす、ステップと
を包含する、方法。
【請求項６】
前記形成するステップは、第一の導波管枝部および第二の導波管枝部を有する各差分位相セルを形成するときにさらに規定され、該第一の導波管枝部は、第一の経路長（Ｐ１）を有し、該第二の導波管枝部は、第二の経路長（Ｐ２）を有し、ここでＰ１＞Ｐ２である、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記差分位相シフトを計算する前記ステップは、前記第一の導波管枝部および前記第二の導波管枝部を通過する光学信号のほぼ一波長よりも短いＰ１およびＰ２を計算するとき、さらに規定される、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記波長独立な光学結合器の正規化クロスポートパワーにおける偏差は、１５３０ｎｍから１５７０ｎｍまでの間の波長に対して所望の電力分割比から２％未満であり、±３０ｎｍの間に前記結合領域を形成する前記複数の導波管の間に非対称性を有する、請求項５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照)
該当なし。
【０００２】
（連邦政府援助の研究または開発に関する陳述）
該当なし。
【０００３】
（共同研究合意に関する関係者の名前）
該当なし。
【０００４】
（コンパクトディスクおよびコンパクトディスクに関する材料の参照による援用に基づいて提出された「配列表」、表、またはコンピュータープログラムリスティング補遺への参照（§１．５２（Ｅ）（５）を参照されたい））
該当なし。
【背景技術】
【０００５】
(発明の背景）
一つの重要な種類の光学デバイスが、一般的に「平面光波回路」または「平面光波チップ」または単にＰＬＣと呼ばれている。ＰＬＣは、光学構成要素または光学ネットワークが一般的な機械基板（例えば、半導体またはガラスウェーハ）によって支持された光学薄膜の一つ以上のスタック内にモノリシックに配置される技術を含む。ＰＬＣは、典型的には、光ファイバー通信ネットワーク内での使用のために、特定の伝達機能またはルーティング機能を提供するように設計される。これらのネットワークは、複数の地理的に分散した端末を介して分布し、一般的に単一モードの光ファイバーを介した端末間の伝達を含む。そのようなネットワーク内のデバイスが光学信号の透過性管理を提供するためにデバイスは、光学信号の単一モードの特性を維持しなければならない。
【０００６】
そのようなものとして、ＰＬＣは、一般的に、厳密にではないが、単一モードの導波管の構成に基づいている。光学信号が戻り経路を必要としないので、これらの導波管構成は、典型的には「回路」の古典的な定義に適合しないが、電子回路への物理的および機能的な類似性に起因して、導波管システムはまた、しばしば回路と呼ばれる。
【０００７】
優位な損失特性を有することを広く立証されたＰＬＣのための物質の標準的な族は、一般的にシリカと呼ばれる二酸化ケイ素をベースにしている。シリカのスタックは、純粋なシリカであり得る層と、他の元素（例えば、ホウ素、リン（Ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｕｓ）、ゲルマニウム、あるいは他の元素または物質）でドーピングされ得る層とを含む。ドーピングは、層の屈折率および他の必要な物理特性の制御を可能にする。ドーピングされたシリカ、およびいくつかの一般的には用いられることがあまりない他の元素の酸化物を含む、シリカは、また、集合的に「酸化物」とも呼ばれる。さらには、技術的には用語「ガラス」は、広範な範囲の物質によって達成され得る物質の状態をいうが、「ガラス」が透明な、典型的にはＳｉＯ２ベースの非結晶性物質を意味するように取られることは一般的である。したがって、酸化物導波管が「ガラス」導波管と呼ばれるのを聞くこともまた、一般的である。続いて、別名「シリカ」は、導波管または他の一体化されたフォトニックデバイスを作るのに適したシリコン酸化物の物質をいうために用いられる。本発明との関連において、特許文献１（同特許の全体の内容は、本明細書で参照により援用される）において説明されている他の導波管材料（例えば、ニオブ酸リチウム、スピンオン（ｓｐｉｎ−ｏｎ）ガラス、シリコン、酸窒化ケイ素、酸炭化ケイ素、ポリマーまたは他の材料）もまた、適切であることに留意することが重要である。
【０００８】
ＰＬＣの典型的な例において、コア材料で形成された導波管は、上部クラッディング層と底部クラッディング層との間に位置する。一部の例において、上部クラッディング層は、用いられない可能性がある。導波管は、しばしばチャネル導波管の通過限界を超えてコア材料を少なくとも部分的に除去し(典型的には、エッチングプロセスを用いて）、コア材料の屈折率よりも低い屈折率を有する少なくとも一つの側部クラッディング材料の層によってコア材料を置き換えることによって形成される。側部クラッディング材料は、通例、上部クラッディング材料と同じ材料である。この例において、各層は、導波管が上部クラッディングまたは側部クラッディングのいずれかよりも高い屈折率を有するような態様で、ドーピングされる。シリカガラスの層が導波管のために用いられる場合には、層は、典型的にはシリコンウェーハの上に配置される。第二の例として、導波管は、三つ以上のＩｎＧａＡｓＰの層を含み得る。この例において、隣接する複数の層は、構成成分元素Ｉｎ、Ｐ、ＧａおよびＡｓが異なる比率の組成を有する。第三の例として、導波管の光学層のうちの一つ以上は、光学的に透明なポリマーを含み得る。導波管の別の例は、屈折率分布を有する層を含み、その結果、屈折率の最も高い領域は、屈折率のより低い複数の領域と接している。ドーピングされたシリカ導波管は、低コスト、低損失、低い複屈折、安定性、およびファイバーへの結合のための適合性を含む複数の魅力的な特性を有しているので、通例、好適である。
【０００９】
多くの一体化された光学デバイスは、高度に対称な物理構造の生成を必要とする。鍵となる例は、ギャップにわたり互いに結合された二つの光学導波管からなる平面導波管結合器である。多くの場合、そのような結合器における最高の性能の達成には、二つの導波管が互いに同一であることを必要とする。この目標を達成するための従来のアプローチは、フォトリソグラフィーと、ギャップによって隔てられた同一の断面の二つの導波管からなるパターンによるエッチングプロセスを用いて、光学導波管を規定することである。このスキームにおいて、同一の導波管の製造は、フォトリソグラフィーと、同一のマスクパターンを光学導波管の中に複製するエッチングプロセスとに対する非常に高い忠実度に依存している。この戦略は、一体化された光学結合器が、いくつかのタイプのデバイスに適当であり得る一定レベルの性能とともに製造されることを可能にする。しかしながら、最終的な性能は、製造プロセスによって引き起こされる非対称性に起因して制限され得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許第６，６１４，９７７号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１１】
（発明の簡単な概要）
概して、本発明は、波長独立な複数区画光学結合器に関し、この複数区画光学結合器は、少なくとも三つの光学結合器および少なくとも二つの差分位相セルを備えている。各光学結合器は、二つの導波管を有し、二つの導波管は、正味結合値を有する結合領域を形成する。少なくとも三つの光学結合器の各結合領域に対する結合値は、他の二つの結合領域の結合値とは異なる。各差分位相セルは、上記光学結合器のうちの隣接するものを接続する。各差分位相セルは、光学結合器間を通過する光信号において差分位相シフトをもたらし、差分位相セルの差分位相シフトおよび各結合領域に対する結合値は、波長と、設計された電力分割比に対する波長独立な複数区画光学結合器の製造感度とを最小化するように選ばれる。本発明の一バージョンにおいて、第一および第二の差分位相セルの各々は、第一の導波管枝部および第二の導波管枝部を有する。第一の導波管枝部は、第一の経路長（Ｐ１）を有し、第二の導波管枝部は、第二の経路長（Ｐ２）を有する（ここでＰ１＞Ｐ２）。典型的には、Ｐ１とＰ２との差は、第一および第二の導波管枝部を通過する光学信号のほぼ一波長よりも短い。
【００１２】
本発明の好適な局面において、波長独立な光学結合器の正規化クロスポートパワー（ｃｒｏｓｓ−ｐｏｒｔ  ｐｏｗｅｒ）の偏差は、１５３０ｎｍから１５７０ｎｍまでの間の波長に対して所望の電力分割比から２％未満であり、±３０ｎｍの間に結合領域を形成する複数の導波管の間に非対称性を有する。本発明のさらに好適な局面において、波長独立な光学結合器の正規化クロスポートパワーの偏差は、１５３０ｎｍから１５７０ｎｍまでの間の波長に対する所望の電力分割比から１％未満であり、±３０ｎｍの間に結合領域を形成する複数の導波管の間に非対称性を有する。
【００１３】
別のバージョンにおいて、本発明は、波長独立な複数区画光学結合器（少なくとも三つの光学結合器および少なくとも二つの差分位相セルを有する）を製造する方法に関する。その方法において、差分位相セルの差分位相シフトおよび各結合領域に対する一意的な正味結合値は、波長と、設計された電力分割比に対する波長独立な複数区画光学結合器の製造感度とを最小化するように計算される。次いで、少なくとも三つの光学結合器および少なくとも二つの差分位相セルは、差分位相セルが光学結合器の間に交互配置され、各光学結合器は、正味結合値を有する結合領域を形成する二つの導波管を有し、各差分位相セルは、光学結合器間を通過する光信号における差分位相シフトをもたらすように形成される。
【００１４】
一つの局面において、形成するステップは、第一の導波管枝部および第二の導波管枝部を有する各差分位相セルを形成するときにさらに規定され、第一の導波管枝部は、第一の経路長（Ｐ１）を有し、第二の導波管枝部は、第二の経路長（Ｐ２）を有する（ここでＰ１＞Ｐ２）。さらに別の局面において、差分位相シフトを計算するステップは、第一の導波管枝部と第二の導波管枝部との間を通過する光学信号のほぼ一波長よりも短いＰ１およびＰ２を計算するときに、さらに規定される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
本発明の上記に挙げられた特徴および利点が詳細に理解され得るように、上記で簡単に要約された本発明のより具体的な説明は、添付の図面に例示されるその実施形態への参照により得られ得る。しかしながら、添付の図面は、本発明の単なる典型的な実施形態を例示するのみであり、したがって本発明の範囲を制限するものと見なされるべきではないことが、留意されるべきである。なぜなら、本発明は、他の等しく有効な実施形態を可能にし得るからである。
【図１】図１は、二つの導波管で形成された先行技術の一区画の方向性結合器の概略図である。
【図２Ａ】図２ａは、図１に描かれ、３ｄＢの分割比を有する一区画の方向性結合器の性能に関して、そして二つの導波管が同一の幅を有することを仮定して行われたシミュレーションのチャートである。
【図２Ｂ】図２ｂは、図１に描かれ、３ｄＢの分割比を有する一区画の方向性結合器の性能に関して、そして複数の導波管の幅が１０ｎｍだけ異なることを仮定して行われたシミュレーションのチャートである。
【図３】図３は、本発明に従って構成された複数区画方向性結合器の概略図である。
【図４Ａ】図４ａは、図３に描かれ、３ｄＢの分割比を有する複数区画の方向性結合器の性能に関して、そして複数区画結合器を形成する複数の導波管が同一の幅を有することを仮定して行われたシミュレーションのチャートである。
【図４Ｂ】図４ｂは、図３に描かれ、３ｄＢの分割比を有する複数区画結合器の性能に関して、そして複数区画結合器を形成する複数の導波管の幅が１０ｎｍだけ異なることを仮定して行われたシミュレーションのチャートである。
【図５】図５は、本発明に従って、フォトマスク上のパターンを、基板上の薄膜光学材料に転写するための例示的なフォトリソグラフィーシステムの概略的な図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（本発明の詳細な説明）
本発明の現在好適な実施形態は、上述の図に示され、以下で詳細に説明される。好適な実施形態を説明する際に、同様な参照数字または同一の参照数字は、共通の要素または類似の要素を識別するために用いられる。図は、必ずしも縮尺どおりではなく、図の特定の機構および特定の見え方（ｖｉｅｗ）は、縮尺において誇張して、または明快さおよび簡潔さのために図式的に示され得る。
【００１７】
ここで図面、特に図１を参照すると、その中に一区画の先行技術の方向性結合器１０が図示されている。方向性結合器１０は、高度に一体化した平面光波回路を実現する際の根本的な基礎単位の一つである。方向性結合器１０は、二つの導波管１２ａおよび１２ｂとともに提供され、二つの導波管１２ａおよび１２ｂは、一つ以上の入力１４ａおよび１４ｂと、長さ１８（本明細書で長さＬとも呼ばれる）および導波管１２ａと１２ｂとの間のギャップ２０を有する結合領域１６と、一つ以上の出力２２ａおよび２２ｂとを形成する。導波管１２ａおよび１２ｂの各々はまた、幅Ｗ１およびＷ２を提供される。
【００１８】
二つの結合導波管の幅Ｗ１およびＷ２が、同一である場合には、方向性結合器１０は、対称方向性結合器として分類される。対称方向性結合器の正味結合値は、式１に示される行列として書かれ得、ここでＫは、結合係数であり、Ｌは、結合器の長さである。
【００１９】
【数１】
2010533894.tif 000003
方向性結合器１０の正味結合値Ｔは、結合強度Ｋ（二つの導波管の間の相互作用強度）と結合領域の長さＬとの両方の関数である。同じ正味結合値Ｔ（例えば、５０％）は、結合強度Ｋおよび長さＬに対して異なる値を選ぶことによって達成され得る。例えば、二つの導波管の間のギャップがより大きくなる場合には、結合強度Ｋは、減少するが、このことは、結合長さＬをより長くすることによって補償され、依然として同じ正味結合値を達成し得る。
【００２０】
平面光波回路の大規模な一体化において、各個別の結合器１０は、設計された結合比、すなわちｃｏｓ（ＫＬ）で動作する必要がある。しかしながら、プロセスの変動度、すなわちギャップの寸法の変動度のために、結合比は、製造プロセス中にあまり正確に制御され得ない。結合係数はまた、導波管のモードの分散のために、波長の強関数であり、結合比を所望の動作帯域にわたって変化させる。
【００２１】
図２ａは、図１に描かれ、３ｄＢの分割比を有する一区画の方向性結合器１０の性能に関して、そして二つの導波管１２ａおよび１２ｂが同一の幅Ｗ１およびＷ２を有することを仮定して行われたシミュレーションのチャートである。図２ｂは、図１に描かれ、３ｄＢの分割比を有する一区画の方向性結合器１０の性能に関して、そして導波管１２ａおよび１２ｂ各々の幅Ｗ１およびＷ２が１０ｎｍだけ異なることを仮定して行われたシミュレーションのチャートである。１５３０ｎｍから１５７０ｎｍまでの結合器１０を通過する光学信号の波長の変化はまた、方向性結合器１０の正規化クロスポートパワーを変えることが理解され得る。
【００２２】
図３を参照すると、その中に本発明に従って構成された波長独立な複数区画の光学結合器が、図示され、参照数字５０によって指定されている。波長独立な複数区画の光学結合器５０は、以下で「複数区画結合器５０」と呼ばれ得る。概して、複数区画結合器５０は、入力電力を有する光信号を受信する入力ポートと、各々が光信号の入力電力の一部分を受信する少なくとも二つの出力ポートとを有する。好適な実施形態において、結合器５０は、双方向性または可逆的である。すなわち、出力ポートが入力ポートになる場合にも、結合器５０は、同じく作用する。また、好適な実施形態において、結合器５０は、偏光に低感度である。
【００２３】
複数区画結合器５０は、少なくとも三つの光学結合器を含み、少なくとも三つの光学結合器は、上記で説明された光学結合器１０と同様な態様で構成され、図３において明快さのために参照数字５２ａ、５２ｂおよび５２ｃによって指定されている。光学結合器５２ａ、５２ｂおよび５２ｃは、各々、長さＬ１、Ｌ２およびＬ３それぞれを有する。複数区画結合器５０はまた、少なくとも二つの差分位相セル５４を含む。差分位相セル５４は、明快さのために参照数字５４ａおよび５４ｂによってラベルされる。差分位相セル５４ａおよび５４ｂは、少なくとも三つの光学結合器５２ａ、５２ｂおよび５２ｃの間に交互配置される。光学結合器５２ａ、５２ｂおよび５２ｃは、第一の導波管５６ａおよび第二の導波管５６ｂから構成される。各光学結合器５２ａ、５２ｂおよび５２ｃは、二つの入力ポート、二つの出力ポートおよび結合領域を有し、結合領域では、光学信号が第一の導波管５６ａと第二の導波管５６ｂとの間を結合する。特に、光学結合器５２ａは、第一および第二の入力ポート５８ａおよび５８ｂ、第一および第二の出力ポート６０ａおよび６０ｂ、ならびに結合領域６２ａを有し、光学結合器５２ｂは、第一および第二の入力ポート６４ａおよび６４ｂ、第一および第二の出力ポート６６ａおよび６６ｂ、ならびに結合領域６２ｂを有し、光学結合器５２ｃは、第一および第二の入力ポート６８ａおよび６８ｂ、第一および第二の出力ポート７０ａおよび７０ｂ、ならびに結合領域６２ｃを有する。結合領域６６ａ、６６ｂおよび６２ｃは、上記で説明されたように、正味結合値Ｔ１、Ｔ２およびＴ３それぞれを有する。少なくとも三つの光学結合器５２ａ、５２ｂおよび５２ｃの各結合領域６２ａ、６２ｂおよび６２ｃに関する正味結合値Ｔ１、Ｔ２およびＴ３は、好適には各々、互いに異なっている。
【００２４】
各差分位相セル５４ａおよび５４ｂは、上記の光学結合器５２ａ、５２ｂおよび５２ｃのうちの隣接したものを接続する。例えば、差分位相セル５４ａは、光学結合器５２ａの第一および第二の入力ポート６０ａおよび６０ｂを、光学結合器５２ｂの第一および第二の入力ポート６４ａおよび６４ｃにそれぞれ接続し、一方で差分位相セル５４ｂは、光学結合器５２ｂの第一および第二の入力ポート６６ａおよび６６ｂを、光学結合器５２ｃの第一および第二の入力ポート６８ａおよび６８ｃにそれぞれ接続する。
【００２５】
光学結合器５２ａの第一および第二の入力ポート５８ａおよび５８ｂのうちの一つは、複数区画結合器５０の入力ポートを形成して光信号を受信し、光学結合器５２ｃの第一および第二の出力ポート７０ａおよび７０ｂは、複数区画結合器５０の出力ポートを形成する。各差分位相セル５４ａまたは５４ｂは、光学結合器間を通過する光信号において差分位相シフトをもたらす。以下でより詳細に説明されるように、差分位相セルの差分位相シフト、ならびに各結合領域６２ａ、６２ｂおよび６２ｃに関する正味結合値は、波長および設計された電力分割比に対する上記の波長独立な複数区画結合器の製造感度を最小化するように選ばれる。こうして、複数区画結合器５０は、製造プロセスを介して形成される不完全性または非対称性を軽減するように設計され、複数区画結合器５０を設計するためのアルゴリズムは、不完全性が光学結合器５２ａ、５２ｂおよび５２ｃにわたって均一であることを仮定する。
【００２６】
第一および第二の差分位相セル５４ａおよび５４ｂの各々は、第一の導波管枝部および第二の導波管枝部を有する。特に、第一の差分位相セル５４ａは、第一の導波管枝部８０ａおよび第二の導波管枝部８０ｂを有し、第二の差分位相セル５４ｂは、第一の導波管枝部８２ａおよび第二の導波管枝部８２ｂを有する。第一の導波管枝部８０ａおよび８２ａは、各々、第一の経路長（Ｐ１）を有し、第二の波長枝部８０ｂおよび８２ｂは、各々、第二の経路長（Ｐ２）を有し（ここでＰ１＞Ｐ２）、そのことは、第一の差分位相セル５４ａに対する経路長の差δ１１（すなわち、Ｐ１−Ｐ２）、および第二の差分位相セル５４ａに対する経路長の差δ１２を形成する。経路長の差δ１１およびδ１２は、第一および第二の差分位相セル５４ａおよび５４ｂが、第一および第二の各差分位相セル５４ａおよび５４ｂを通過する光学信号に対してフィルター機能を実行しないように選択される。典型的には、経路長の差δ１１およびδ１２は、第一の導波管枝部８０ａおよび８２ａ、ならびに第二の導波管枝部８０ｂおよび８２ｂを通過する光学信号のほぼ一波長よりも短いが、一部の例において、Ｐ１とＰ２との間の差は、上記の第一の導波管枝部８０ａおよび８２ａ、ならびに第二の導波管枝部８０ｂおよび８２ｂ、それぞれを通過する光学信号の一つの波長よりも長くあり得る。
【００２７】
差分位相セル５４ａおよび５４ｂの第一の導波管枝部８０ａおよび８２ａと、第二の導波管枝部８０ｂおよび８２ｂとは、それぞれ、第一の導波管枝部８０ａおよび８２ａを通過する光学信号と、第二の導波管枝部８０ｂおよび８２ｂそれぞれとの間の位相シフトをもたらす能力がある任意の態様で、フィルター機能をもたらすことなしに構成され得る。例えば、第一の導波管枝部８０ａおよび８２ａならびに／または第二の導波管枝部８０ｂおよび８２ｂは、同じ長さを有し得るが、異なる材料で構成され得るか、あるいは、第一の導波管枝部８０ａおよび８２ａ、ならびに／または第二の導波管枝部８０ｂおよび８２ｂは、同じ長さを有し、同じ材料で構成され得るが、例えば熱または圧力のような媒体が、第一の導波管枝部８０ａおよび８２ａ、ならびに／または第二の導波管枝部８０ｂおよび８２ｂのうちの一つに適用されて、所定の位相シフトをもたらし得る。図４ａは、図３に描かれ、５０／５０の分割比を有する複数区画の方向性結合器５０の性能に関して、そして複数区画結合器５０を形成する導波管５６ａおよび５６ｂが同一の幅を有することを仮定して行われたシミュレーションのチャートである。
【００２８】
図４ｂは、図３に描かれ、５０／５０の分割比を有する複数区画結合器５０の性能に関して、そして複数区画結合器５０を形成する導波管５６ａおよび５６ｂの幅が１０ｎｍだけ異なることを仮定して行われたシミュレーションのチャートである。図４ａおよび４ｂに示されるように、複数区画光学結合器５０の正規化クロスポートパワーの偏差は、波長１５３０ｎｍから波長１５７０ｎｍまでの間で、±１０ｎｍの間に結合領域を形成する導波管５６ａと導波管５６ｂとの間に非対称性を有し、所望の電力分割比（例えば、５０／５０）の２％未満（そして、より望ましくは１％未満）である。概して、以下で論じられる設計パラメーターを利用して、複数区画光学結合器５０の正規化クロスポートパワーの偏差は、変化し得るが、望ましくは、設計分割比の５％未満である。さらには、設計が許容し得る結合領域を形成する導波管間の非対称性の量は変化し得るが、典型的には、±５０ｎｍの範囲内にある。
【００２９】
設計パラメーターＴ１、Ｔ２、Ｔ３、δ１１およびδ１２の各々は、複数区画光学結合器５０を構成する際に用いられる。Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、δ１１およびδ１２の値は、複数区画結合器５０を、９組のパラメーター：｛｛Ｋ−ΔＫ，Ｋ，Ｋ＋ΔＫ｝｝｛−Δｗ，０，＋Δｗ｝（ここでΔｗは、二つの結合器導波管の間の非対称性の度合いであり、ΔＫは、設計値からの結合比の偏差である）によって記述される条件下で設計された結合比（５０／５０、６０／４０、７０／３０など）に近づけるように最適化される。
【００３０】
９組のパラメーターは、｛Ｋ−ΔＫ／−Δｗ｝、｛Ｋ−ΔＫ／０｝、｛Ｋ−ΔＫ／＋Δｗ｝、｛Ｋ／−Δｗ｝、｛Ｋ／０｝、｛Ｋ／＋Δｗ｝、｛Ｋ＋ΔＫ／−Δｗ｝、｛Ｋ＋ΔＫ／０｝、｛Ｋ＋ΔＫ／＋Δｗ｝として拡大され得る。それらは、結合比と非対称性の度合いとの可能な組み合わせを網羅する。最適化は、例えば非線形最小二乗適合のような、多変数問題を同時に解決するための任意の適したルーチンを用いて行われ得る。
【００３１】
あるいは、結合領域のＬ１、Ｌ２およびＬ３に対する設計パラメーターが、結合領域６２ａ、６２ｂおよび６２ｃの中の導波管５６ａと５６ｂとの間のギャップの幅を設計することによって代替されて均一な値になり得るか、または、設計パラメーターＬ１、Ｌ２およびＬ３が、同じ値および変えられた幅において設定され得る。
【００３２】
ここで図５を参照すると、複数区画結合器５０は、当該分野で公知の任意の製造技術を利用する一体化された平面光波回路の一部分として実装され得る。例えば、複数区画結合器５０を有する一体化された平面光波回路を作るために、本発明に従ってフォトマスク１１２上のパターンを基板１１６上のコア材料１１４に転写する例示的なフォトリソグラフィーシステムが、図５に示され、参照数字１００によって指定されている。一実施形態において、コア材料１１４は、シリコン、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、酸炭化ケイ素、ゲルマニウムドーピングされたシリカ、リン化インジウム、ガリウムヒ素、高指数ポリマー、およびそれらの組み合わせからなるグループから選択された材料で構成された、薄膜である。コア材料１１４は、コア材料１１４の屈折率よりも低い屈折率を有する材料で構成されるクラッディング材料１１８に堆積される。クラッディング材料１１８は、シリカ、より低い指数の酸窒化ケイ素、より低い指数の酸炭化ケイ素、ヒ化リン化インジウムガリウム（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｇａｌｉｕｍ  Ａｒｓｅｎｉｄｅ  Ｐｈｏｓｐｈｉｄｅ）、ポリマーおよびそれらの組み合わせからなるグループから選択され得る。コア材料１１４およびクラッディング材料１１８を形成するのに適した薄膜光学材料およびクラッディング（およびそれらを作る方法）のさまざまな組み合わせの例が、米国特許第６，６１４，９７７号において論じられ、その全体の内容は、本明細書において参照により援用される。
【００３３】
フォトレジスト層１２０は、コア材料１１４上に配置される。概して、フォトレジスト層１２０は、フォトレジスト層１２０の下の材料が除去されることを妨げる材料か、または、コア材料１１４の所定の部分を除去するための後続のプロセス（例えば、エッチングプロセス）中に除去されるべきフォトレジスト層１２０のすぐ下の材料で構成されている。こうして、フォトレジスト層１２０は、正のフォトレジストまたは負のフォトレジストのいずれかであり得る。本発明は、本明細書で例として、正のフォトレジストであるフォトレジスト層１２０として説明される。フォトレジスト層１２０は、スピンコーティング（ｓｐｉｎ  ｃｏａｔｉｎｇ）のような任意の適したプロセスを利用して、コア材料１１４上に提供され得る。フォトリソグラフィーシステム１００はまた、電磁エネルギー源１２２とともに提供され、電磁エネルギー源１２２は、ステッパー画像化レンズシステム１２４およびフォトマスク１１２を通してエネルギーをフォトレジスト層１２０に向ける。電磁エネルギー源１２２は、フォトレジスト層１２０とともに反応する能力がある電磁エネルギーを提供し、フォトマスク１１２上のパターンをフォトレジスト層１２０に転写する。一実施形態において、電磁エネルギー源１２２は、高強度紫外光源であり得る。
【００３４】
ステッパー画像化レンズシステム１２４は、電磁エネルギー源１２２から電磁エネルギーを受け取り、電磁エネルギーをフォトマスク１１２に向け、フォトマスク１１２は、フォトレジスト層１２０の一部分を電磁エネルギーに曝露する。そのような曝露は、接触、近接および投射のような任意の適した方法によって行われ得る。
【００３５】
いったんフォトレジスト層１２０が曝露されると、そのようなフォトレジスト層１２０は、現像されて、複数区画結合器５０および一体化した平面光波回路の他の部分を含む、複雑なレイアウト／幾何学的配列（複数区画結合器５０および一体化した平面光波回路の他の部分を含む）を有するマスクを形成する。
【００３６】
いったんマスクが形成されると、マスクによって形成されたパターンは、コア材料１１４の中に転写され、複数区画結合器５０を形成する光学導波管を形成する。一つの好適な実施形態において、複数区画結合器５０は、図３に示される場合、結合領域において蛇行したパターンを有する二つの導波管として形成され、所定の量の空間を開けられる。転写は、任意の適したプロセス(例えば、エッチングプロセス）によって遂行され得る。本明細書で参照されるＰＬＣを形成する光学導波管は、標準的なまたは後に開発される、半導体業界で用いられる技術を用いて形成され、光学導波管材料（例えば、ドライエッチ、ウェットエッチ、火炎加水分解堆積（ＦＨＤ）、化学蒸着法（ＣＶＤ）、リアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）、物理的に強化されたＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）など）を堆積させパターンを付け得ることが、理解されるべきである。いったん導波管が形成され、マスクが除去されると、次いで、必要な場合には任意の適したプロセスを利用して、クラッディング材料の別の層（図示されていない）が、表面全体にわたって堆積され、平面化され得る。例えば、クラッディング材料の別の層を貼るためのプロセスが、「Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｗｉｔｈ  Ｄｅｎｓｅ  Ｐｌａｎａｒｉｚｅｄ  Ｃｌａｄｄｉｎｇ  Ｌａｙｅｒ」という名称の米国特許第６，７６８，８２８号において論じられ、同特許の全体の内容は、ここに本明細書で参照により明示的に援用される。
【００３７】
本発明の複数区画結合器５０を製造する上記の方法が、一つの複数区画結合器５０を製造する見地から上記で説明されているが、そのような製造方法は、現在当該分野で公知のまたは後に開発される任意の他の適切な製造技術とともに、例えば、一つ以上の複数区画結合器５０がチップ上か、または複数のチップを有するウェーハ（例えば、シリコンウェーハ）に含まれるとき、一つ以上の複数区画結合器５０またはそれらの部分を製造するために利用され得ることが、当業者には明らかなはずである。
【００３８】
一例において、以下の設計パラメーターが、複数区画光学結合器５０を設計するために用いられる。
コア指数＝１．５５、クラッディング指数＝１．４５、公称導波管寸法２×２ミクロン２、偏光：ＴＥ、Ｋ＝０．００８（ｒａｄ／ｕｍ）、ΔＫ＝０．０００３（ｒａｄ／ｕｍ）およびΔＷ＝２０ｎｍである。これらの設計パラメーターに基づいて、複数区画光学結合器５０に関する以下の寸法は、上記で論じられているように計算され得、Ｌ１＝９２．４ｎｍ、Ｌ２＝１７７．７ｎｍ、Ｌ３＝１５９．６ｎｍ、δ１１＝０．６６１ｎｍおよびδ１２＝０．８９６ｎｍである。これらの設計パラメーターを用いる複数区画光学結合器５０は、結合器導波管間で＋／−２０ｎｍの非対称性を許容し得る。
【００３９】
上記の説明から、本発明の好適なまたは代替の実施形態において、本発明の真の精神から逸脱することなしに、さまざまな修正および変更が行われ得ることが理解される。この説明は、例示のみのために意図され、制限する意味で解釈されるべきではない。本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲の言葉によってのみ決定されるべきである。特許請求の範囲内の用語「備える、含む、包含する（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、「少なくとも含んでいる」を意味し、その結果、一請求項において挙げられた要素のリストは、開いているグループである。「一つの（ａ）」、「一つの（ａｎ）」および他の単数形の用語は、特定して排除されない場合には、それらの複数形を含むように意図される。
【図１】
2010533894.tif 000004
【図２Ａ】
2010533894.tif 000005
【図２Ｂ】
2010533894.tif 000006
【図３】
2010533894.tif 000007
【図４Ａ】
2010533894.tif 000008
【図４Ｂ】
2010533894.tif 000009
【図５】
2010533894.tif 000010
【国際調査報告】
2010533894.tif 000011
2010533894.tif 000012