(57)【要約】導波路格子構造102を備えた光学デバイス100が記載されている。一実施形態によれば、少なくとも１つの導波路層104と少なくとも１つのサブ波長周期性格子層106とを有した水平方向の導波路格子構造102を備える光学デバイス100が提供される。前記導波路格子構造の上面209及び下面205のそれぞれにすぐ隣接した上部及び下部被覆層(108, 110)を該光学デバイス100が更に備え、該上部及び下部被覆層は、前記導波路層の屈折率のうちの最も低い屈折屈よりも低い屈折率を有し、入射放射線(IN)が、該上部及び下部被覆層(108,110)のうちの一方を通じて前記導波路格子構造に向って伝搬する。ピーク反射周波数における前記入射放射線のピーク反射のために前記導波路格子構造102が構成されている。前記導波路層104の累積的な厚みが、前記導波路層の平均屈折率で割られた前記ピーク反射周波数における前記入射放射線の自由空間波長の１０分の１未満である。
2010533892.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学デバイス（100）であって、
少なくとも１つの導波路層（104）と少なくとも１つのサブ波長周期性格子層（106）とを含む水平方向の導波路格子構造（ＷＧＳ）（102）と、
前記ＷＧＳ（102）の上面（209）及び下面（205）のそれぞれにすぐ隣接した上部及び下部被覆層（108、110）であって、該上部及び下部被覆層（108、110）は、前記導波路層（104）の屈折率のうちの最も低い屈折屈よりも低い屈折率を有しており、入射放射線（ＩＮ）が、該上部及び下部被覆層のうちの一方（108）を通じて前記ＷＧＳ（102）に向って伝搬することからなる、上部及び下部被覆層
とを備え、
ピーク反射周波数における前記入射放射線のピーク反射のために前記ＷＧＳ（102）が構成されており、及び、
前記導波路層（104）の累積的な厚みが、前記導波路層（104）の平均屈折率で割られた前記ピーク反射周波数における前記入射放射線（ＩＮ）の自由空間波長の１０分の１未満であることからなる、光学デバイス。
【請求項２】
前記累積的な厚みで割られた前記ピーク反射周波数における前記入射放射線（ＩＮ）の前記自由空間波長の２乗よりも大きな厚みを、前記上部及び下部被覆層（108、110）の各々が有し、前記ＷＧＳ（102）は、前記ピーク反射周波数を含む反射帯域を表しており、それにより、該反射帯域の外側の任意の周波数における入射放射線が、ほぼ減衰させられずに前記ＷＧＳを通過することからなる、請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項３】
動的に調整可能な屈折率の材料を前記ＷＧＳ（502）が含み、それにより、前記ピーク反射周波数が、動的に調整可能になることとなる、請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項４】
前記動的に調整可能な屈折率の材料が、光学的に調整可能な屈折率の材料であり、
前記光学的に調整可能な屈折率の材料に光学変調ビーム（ＣＴＬ）を提供するために結合される光学変調源（550）を前記光学デバイスが更に備え、それにより、前記光学デバイス（500）が、前記光学変調ビーム（ＣＴＬ）に従って前記入射放射線（ＩＮ）を光学的に変調させることからなる、請求項３に記載の光学デバイス（500）。
【請求項５】
前記ＷＧＳ（402）の前記上面（409）及び前記下面（405）は、それぞれ、前記導波路層（404a）の最上面と、前記サブ波長周期性格子層（406b）の最下面により画定されており、前記ピーク反射周波数の付近の反射帯域内において入射放射線が前記少なくとも１つの導波路層に沿って導かれる、垂直方向に広がるモードプロフィール（420）を、水平伝搬モードが有しており、
前記ＷＧＳ（402）の前記上面（409）と前記下面（405）とが、前記水平伝搬モードプロフィールの垂直方向に広がる長さよりも短い距離だけ離されており、及び、
前記導波路層の前記累積的な厚みで割られた前記ピーク反射周波数における前記入射放射線の前記自由空間波長の２乗よりも大きな厚みを、前記上部及び下部被覆層（408、410）の各々が有することからなる、請求項４に記載の光学デバイス（400）。
【請求項６】
光学装置（100）が入射電磁放射線（ＩＮ）の経路内に位置付けられることとなるようにさせ、ここで、該光学装置は、少なくとも１つの導波路層（104）と少なくとも１つのサブ波長周期性格子層（106）とを有した水平方向の導波路格子構造（ＷＧＳ）（102）を備え、該光学装置は、該ＷＧＳ（102）の上面（209）及び下面（205）のそれぞれにすぐ隣接した上部及び下部被覆層（108、110）を更に備え、該上部及び下部被覆層は、前記導波路層の屈折率のうちの最も低い屈折率よりも低い屈折率を有しており、前記入射放射線が、前記上部被覆層（108）を通じて前記ＷＧＳに向って概して下向き方向に伝搬し、
前記上部被覆層を通じて前記ＷＧＳから上方向に反射させられた放射線（ＲＥＦＬ）と、前記ＷＧＳ及び前記下部被覆層を通じて下方向に伝搬させられた放射線（ＴＲＡＮＳ）とのうちの一方を受容する
ことを含み、
前記ＷＧＳ（102）は、ピーク反射周波数における前記入射放射線のピーク上方反射のために構成され、及び、
前記導波路層（104）の累積的な厚みは、該導波路層の平均屈折率で割られた前記ピーク反射周波数における前記入射放射線の自由空間波長の１０分の１未満であることならなる、方法。
【請求項７】
動的に調整可能な屈折率の材料を前記ＷＧＳ（502）が含み、それにより、前記ピーク反射周波数が、該屈折率に応じて動的に調整可能になることとなり、
前記入射放射線を変調させるために、前記動的に調整可能な屈折率の材料に外部変調信号を印加することを前記方法が更に含むことからなる、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記動的に調整可能な屈折率の材料が、光学的に調整可能な屈折率の材料であり、及び、
前記外部変調信号を印加することが、前記光学的に調整可能な屈折率の材料に光学変調ビーム（ＣＴＬ）を提供することを含むことからなる、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記導波路層（104）の前記累積的な厚みで割られた前記ピーク反射周波数における前記入射放射線の前記自由空間波長の２乗よりも大きな厚みを、前記上部及び下部被覆層（108、110）の各々が有しており、前記ＷＧＳ（102）は、前記ピーク反射周波数を含む反射帯域を表しており、それにより、該反射帯域の外側の任意の周波数における入射放射線が、ほぼ減衰させられずに前記ＷＧＳを通過することからなる、請求項６乃至８の何れかに記載の方法。
【請求項１０】
前記上部及び下部被覆層（708、710）の各々が空気を含み、
少なくとも１つの導波路層（704）が、単一ニオブ酸リチウム導波路層からなり、及び、
前記サブ波長周期性格子層（706）が、前記単一ニオブ酸リチウム導波路層と一体になっており、及び該サブ波長周期性格子層内においてパターン化された空気ホール（707）により形成されていることからなる、請求項６乃至８の何れかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
分野
本発明の明細書は、光学デバイスに関するものであり、特に、入射光学信号のフィルタリング、及び入射光学信号の変調といったような機能を提供するための導波路格子構造を備えた光学デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
背景
フィルタリング及び変調などによって、電磁放射線の伝搬を変化させるためのデバイスは、多くの技術的な努力のための礎石となる。フィルタリングは、電磁放射線の周波数に基づく選択的な伝送又は反射のような、電磁放射線の選択的な処理のことを、一般に指す。変調は、時間変動制御信号か又は変調信号による、振幅、周波数、位相などのような、電磁波か又は信号の特性の時間に関する変動のことを、一般に指す。光学的なフィルタリングと、光学的な変調は、光周波数における電磁放射線のフィルタリングと、変調をそれぞれ指し、該光周波数には、赤外線の、可視光線の、及び紫外線の周波数を含めることができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ある電気光学的か又は全光学的な用途の場合、ある特定周波数付近に集中した非常に狭い反射帯域を示す一方で、近傍の周波数を含む他の周波数において平坦な低損失の伝送帯域もまた示す、光学フィルタの必要性が往々にしてある。例示として、半導体レーザ源の出力ビームから、ある特定モードを分離する目的（ゴール）が存在する場合があり、そのモードは、わずか１ｎｍ以下だけ近傍のモードからのみ分離される（すなわち、１ｎｍ以下の自由空間波長差分に対応する周波数差分だけ分離される）場合がある。ある用途が、光学シリーズ内に互いに配置されることとなる複数のそのような光学フィルタを必要とする場合には、平坦な、低損失の伝送帯域が、特に重要となる可能性がある。
【０００４】
光学的な変調に関して、ある特定の用途のためのある特定の光学変調器の実現可能性か又は望ましさは、大抵の場合、目標とする光周波数範囲が該光学変調器によって如何に良好に変調されるかに依存するだけでなく、目標としていない周波数が該光学変調器によって如何に良好に変調されないか（又は別様には、摂動を受けないか）ということにも依存する可能性がある。従って、例えば、効果的なオン−オフ変調を、変調制御信号に応答する第１の光周波数ｆ１に提供する一方で、近傍の光周波数ｆ０及びｆ２が、ほとんどか又は全く減衰させられることなく、該変調制御信号に対して時間的には関係せずに、摂動を受けずに通過させられることを可能にすることが、光学変調器にとって望ましい場合がある。
【０００５】
より一般的には、変調速度、周波数選択性、動作のスペクトル範囲、ノイズ性能、デバイスコスト、熱放散、デバイスサイズ、デバイス調整（同調）可能性、及びデバイス電力消費のうちの１つか又は複数に関して、光学フィルタと光学変調器とのうちの少なくとも一方の実現において、現実的な問題が、頻繁に生じる。本開示を考慮して、当業者であれば理解されるように、他の問題も生じる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
概要
一実施形態において、少なくとも１つの導波路層と少なくとも１つのサブ波長周期性格子層とを有する水平方向の導波路格子構造を備えた光学デバイスが提供される。該光学デバイスは、該導波路格子構造の上面及び下面のそれぞれにすぐ隣接した上部及び下部被覆層を更に備え、該上部及び下部被覆層は、導波路層の屈折率のうちの最も低い屈折率よりも低い屈折率を有しており、入射放射線が、該上部及び下部被覆層のうちの一方を通じて該導波路格子構造に向って伝搬する。該導波路格子構造は、ピーク反射周波数における入射放射線のピーク反射のために構成（設定）される。導波路層の累積的な厚みは、該導波路層の平均屈折率で割られたピーク反射周波数における入射放射線の自由空間波長の１０分の１未満である。
【０００７】
光学装置が入射電磁放射線の経路内に位置付けられることとなるようにさせることを含む方法もまた提供され、該光学装置は、少なくとも１つの導波路層と少なくとも１つのサブ波長周期性格子層とを有した水平方向の導波路格子構造を備える。該光学装置は、該導波路格子構造の上面及び下面のそれぞれにすぐ隣接した上部及び下部被覆層を更に備え、該上部及び下部被覆層は、導波路層の屈折率のうちの最も低い屈折率よりも低い屈折率を有している。入射放射線が、上部被覆層を通じて導波路格子構造に向って概して下向き方向に伝搬する。該方法は、上部被覆層を通じて導波路格子構造から上方向に反射させられた放射線と、導波路格子構造及び下部被覆層を通じて下方向に伝搬させられた放射線とのうちの一方を受容することを更に含む。該導波路格子構造は、ピーク反射周波数における入射放射線のピーク上方反射のために構成（設定）される。導波路層の累積的な厚みは、該導波路層の平均屈折率で割られたピーク反射周波数における入射放射線の自由空間波長の１０分の１未満である。
【０００８】
少なくとも１つの導波路層と少なくとも１つのサブ波長周期性格子層とを含んだ水平方向の導波路格子構造と、ソースビームを提供する光源とを備える装置もまた提供される。該導波路格子構造は、導波路層の最上面と、サブ波長周期性格子層の最下面によって、それぞれ画定される上面と下面を有し、該導波路格子構造は、光源の下に配置される。上部及び下部被覆層は、それぞれ、該上面から上向きに、該下面から下向きに延在し、導波路層の屈折率のうちの最も低い屈折率よりも低い屈折率を有し、上部被覆層は、光源の下に配置される。該導波路格子構造から上部被覆層を通じて上方向に反射させられた放射線と、導波路格子構造及び下部被覆層を通じて下方向に伝搬させられた放射線とのうちの一方を受容するよう位置付けられた光学レシーバを、前記装置が更に備える。該導波路格子構造は、ピーク反射周波数におけるソースビームのピーク反射のために構成（設定）される。導波路層の累積的な厚みは、該導波路層の平均屈折率で割られたピーク反射周波数におけるソースビームの自由空間波長の１０分の１未満である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１Ａ】一実施形態による、光学デバイスの斜視図を示す図である。
【図１Ｂ】図１Ａの光学デバイスに関して、入射放射線電力に対する伝送放射線電力の比率のスペクトルのグラフを示す図である。
【図２】一実施形態による、光学デバイスの側面図を示す図である。
【図３】一実施形態による、光学デバイスの側面図を示す図である。
【図４】一実施形態による、光学デバイスの側面図を示す図である。
【図５】一実施形態による、光学デバイスの側面図を示す図である。
【図６】図５の光学デバイスに関して、異なる制御ビーム状態の場合の、入射放射線電力に対する伝送放射線電力の比率のスペクトルのグラフを示す図である。
【図７】一実施形態による、光学デバイスの側面図を示す図である。
【実施例】
【００１０】
詳細な説明
図１Ａは、一実施形態による、光学デバイス１００の斜視図を示す。光学デバイス１００は、水平方向に配向された導波路格子構造（ＷＧＳ：waveguide grating structure）１０２を備える。該導波路格子構造１０２は、導波路層１０４と、ある周期的なパターンの欠陥（デフェクト）１０７を有したサブ波長周期性格子層１０６とを含む。図１Ａに示されるように、導波路層１０４は、厚みＴＷＧを有し、サブ波長周期性格子層１０６は、厚みＴＧＲを有する。光学デバイス１００は、ＷＧＳ１０２のすぐ上の上部被覆層１０８と、ＷＧＳ１０２のすぐ下の下部被覆層１１０とを更に備える。
【００１１】
入射放射線（ＩＮ）が、光源（図示せず）から、上部被覆層１０８を通じて、ＷＧＳ１０２に向って、概して下向き方向に伝搬する。放射周波数と、本明細書内において更に説明される光学装置１００の他の態様とに依存して、該放射線を、上向きに反射させて、反射放射線（ＲＥＦＬ）を結果として生じさせることができ、及び／又は、下向きに伝搬を継続して、伝送放射線（ＴＲＡＮＳ）を結果として生じさせることができる。用語水平の、及び、用語垂直の、及び上向き及び下向きなどの関連用語は、容易に理解可能な参照フレームを実施形態の明確な説明に提供するために、本明細書内において用いられており、及び、重力に対するか又は参照の他の外部フレームに対する、絶対的な（完全な）配向を伝えることは意図されていないということを理解されたい。
【００１２】
本明細書内において用いられる場合には、欠陥（デフェクト）は、材料層の屈折率のような、放射に影響を及ぼす材料層特性おける、局所的な変動を指し、該局所的な変動は、該材料層内への異なる材料の局所的な挿入、ある層からの材料の局所的な除去、及び材料特性を変化させる局所的な処理を含む、任意の様々な既知のやり方において、引き起こされ得る。層内の欠陥（デフェクト）の空間的なパターンによって格子は形成される。図１Ａの例では、サブ波長周期性格子層１０６は、材料の層内に挿入されたような島に似た欠陥（デフェクト）１０７からなり、該材料は、上部被覆層１０８内において使用されている材料と同じタイプの材料であり、島に似た欠陥（デフェクト）１０７は、２次元の格子パターンを画定する。他の実施形態において、該欠陥（デフェクト）は、１次元の格子パターンを形成するために、線形とすることができる。
【００１３】
図１Ａ内に示されているように、上部被覆層１０８は、屈折率η０を有しており、導波路層１０４は、屈折率η１を有しており、下部被覆層１１０は、屈折率η２を有しており、及び欠陥（デフェクト）１０７は、屈折率η４を有している。導波モード共鳴（ＧＭＲ）フィルタのような、代替的にはサブ波長共鳴格子（ＳＲＧ）フィルタとして参照されるような、機能性に従って、導波路層１０４の屈折率η１は、上部被覆層１０８の屈折率η０と、下部被覆層１１０の屈折率η２との両方よりも、大きくなければならない。欠陥（デフェクト）１０７の屈折率η４は、導波路層１０４の屈折率η１と比べて、大きいか、等しいか、又は小さいものである可能性があり、サブ波長共鳴格子層１０６内の周辺材料の屈折率とは、屈折率が異なっているということだけが提供される。
【００１４】
オプションで、サブ波長周期性格子層１０６は、導波路層１０４と一体とすることができ、すなわち、導波路層１０４は、サブ波長共鳴格子を形成する、異なる屈折率の材料のパターンを、導波路層自体に含めることができる。勿論、図１Ａの例におけるように、導波路層１０４からサブ波長共鳴格子層１０６が全く分離している実施形態の場合、サブ波長共鳴格子層１０６のバルクは、導波路層１０４の屈折率よりも低い屈折率を有していなければならない。このことは、導波路層１０４が、導波路層でないものの近傍よりも、より高い屈折率を有している必要があるからか、或いは、これら近傍層によって水平（横）モードが取り込まれることになるから、という理由による。この場合、これら近傍層が、導波路層になることとなり、層１０４は、もはや導波路層ではなくなることとなる。
【００１５】
多くの他の例の中で、導波路層１０４に適合可能とすることができる材料は、Ｓｉ（η＝３．４２）、ＩｎＰ（η＝３．１）、ＧａＡｓ（η＝３．３）、及びＳｉＮ／Ｓｉ３Ｎ（η＝２．２）のような比較的高い屈折率の材料を含む（但し、これらに限定されない）。他の例は、グループIV材料（例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＣ）、グループIII-V材料（例えば、ＧａＮ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＡｌＮ）、及びグループII-VI材料（例えば、ＺｎＯ、ＣｄＳ）、並びに、図５〜図７の実施形態に関して以下に記載される任意の非線形材料を含む（但し、これらに限定されない）。多くの他の例の中で、上部／下部被覆層１０８／１１０に適合可能とすることができる材料は、空気、真空、水（１．３５）、ＳｉＯ（η＝１．４４）、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ、η＝１．４）、 ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ、η＝１．４９）、及び石英ガラス（η＝１．４４）のような、比較的低い屈折率の材料を含む（但し、これらに限定されない）。
【００１６】
サブ波長共鳴格子層１０６内において具現化される格子構造には、ＧＭＲフィルタ機能性を容易にするための既知の任意の様々な周期性パターンを含めることができ、そのような周期性パターンは、通常、入射放射線ＩＮの波長よりも短い空間的な周期Λを、少なくとも１次元において有する。そのようにパターン付けられている時には、入射放射線ＩＮと、導波路層１０４に沿って導かれる水平放射モードとの間の結合プロセスの結果として、光学デバイス１００は、零オーダの回折させられた平面波を、ピーク反射周波数の周りにおける狭帯域の周波数内において反射させる。該ピーク反射周波数の特定値、反射帯域幅、及び他のスペクトル特性は、使用される格子パターン及び欠陥（デフェクト）材料に加え、様々な層の厚み、及び屈折率に依存する。ピーク反射周波数の値はまた、入射放射線がＷＧＳ１０２上に当たる角度の正弦によっても変化する可能性がある。
【００１７】
ＧＭＲフィルタの側波帯か又は帯域外の挙動（振る舞い）は、反射帯域の外側の透過率特性を一般に指す。本明細書内における１つか又は複数の実施形態は、帯域外の放射周波数に関して非常に高く且つ平坦な（低損失で歪みの無い）透過率特性を有したＧＭＲフィルタを達成させることに向けられている。一実施形態によれば、導波路層１０４の厚みＴＷＧは、その屈折率で割られたピーク反射周波数における入射放射線の自由空間波長の１０分の１未満である。数値の例示を目的として、導波路層がＳｉＮ／Ｓｉ３Ｎ（η＝２．２）を含み、且つ、入射放射線が、１５３０ｎｍの自由空間波長である場合には、導波路層１０４の厚みＴＷＧは、約７０ｎｍ未満でなければならない。別の実施形態によれば、導波路層１０４の厚みＴＷＧは、その屈折率で割られたピーク反射周波数における入射放射線の自由空間波長の５０分の１未満である。
【００１８】
厚みが非常に薄いのにもかかわらず、導波路層１０４は、依然としてそれに沿った水平伝搬モードの誘導をもたらすことができる。何故ならば、その屈折率が、周囲の被覆材料の屈折率よりも高いからである。それに加え、格子挿入共鳴効果と、水平伝搬モードを含んだ干渉現象とにより、デバイスの狭帯域反射率が、もたらされるからであり、非常に高い割合で、１００パーセントにすら達する割合で、入射放射線が上向きに反射されるというピーク反射周波数を、ＷＧＳ１０２が有することを導波路層１０４の該薄さが排除しない。同時に、有利なことには、導波路層１０４における極端なサブ波長薄さと、ＷＧＳ１０２の適合した（一致した）薄さとが、全ての他の放射周波数に対して、実質的な「不可視性」をもたらす結果となり、該全ての他の放射周波数の放射線は、ほとんどか又は全く減衰せずにＷＧＳ１０２を通過する。帯域外の放射周波数についての非常に高く且つ平坦な（低損失で且つ歪みの無い）透過率特性は、それにより提供され、帯域外放射線信号は、ほぼ減衰されずに通過する。容認できない現象に起因して、このことは、より厚い導波路層に関連付けられた最良でない結果と、対比されることとなる。該容認できない現象には、より厚い層にもたらされる垂直方向のキャビティ効果が、反射帯域の外側の透過率特性における均一でなく且つ比較的広範囲な「共鳴（リンギング）」を、もたらす可能性があるか、反射帯域から離れてより低い透過率レベルをもたらす可能性があるか、或いはそれら両方をもたらす可能性があることが含まれる。導波路層の極端なサブ波長薄さと、導波路格子構造における適合した（一致した）薄さとがまた、以下に説明される１つか又は複数の実施形態による全光学変調器内において使用されるために光学デバイス１００が構成される場合に、高ビットレート性能を容易にする。
【００１９】
複数の導波路層が存在する、オプションの実施形態において、該複数の導波路層の累積的な厚み（すなわち、それら厚みの合計）が、好適には、それらの平均屈折率で割られたピーク反射周波数における入射放射線の自由空間波長の１０分の１未満である。他の実施形態において、該累積的な厚みが、それらの平均屈折率で割られたピーク反射周波数における入射放射線の自由空間波長の５０分の１未満である。
【００２０】
図１Ｂは、図１Ａの光学デバイス１００についての入射放射線電力ＰＩＮに対する伝送放射線電力ＰＴＲＡＮＳの比率のスペクトルのグラフ１５２を示す。ピーク反射周波数ｆＰＲと、半値全幅（ＦＷＨＭ）帯域幅Δｆとの所望の値を、材料の適切な選択と、本開示を考慮して当業者によって得ることが可能となるであろうような設計パラメータとによって得ることができる。１つか又は複数の実施形態による、極端なサブ波長導波路層厚みと、適合するように薄い導波路格子構造とを有する光学ＧＭＲフィルタの場合、デバイス設計の最初に有効なおおざっぱなやり方は、導波路格子構造の全幅（図１ＡのＷＧＳ１０２の左から右への全寸法）が、「Ｑ」の水平方向欠陥（デフェクト）区間Λを含むよう十分でなければならないということである。ここで、Ｑは、ｆＰＲ／Δｆに等しい所望の品質係数（Ｑ）である。大ざっぱに言えば及び一般的に言えば、厚みを増加させることが必要な場合がある導波路格子構造の全幅が、ある特定のＱ値を維持するために低減させられることに関連して、適合するように薄い導波路格子構造と、極端なサブ波長導波路層厚みとを有する光学的なＧＭＲフィルタがもたらされ得るということを、一般に設計が妥協する。しかしながら、帯域外周波数についての「不可視性」の利益が、導波路格子構造の増長された全幅における欠点（もしもあるとすれば）にまさる場合の多くの実際的な用途が存在する。
【００２１】
図２は、一実施形態による、光学デバイス２００の側面図を示す。光学デバイス２００は、入射放射線ＩＮを提供するための光源２１１と、伝送放射線ＴＲＡＮＳを受容するための第１の光検出器２１３と、反射放射線ＲＥＦＬを受容するための第２の光検出器２１５とを含む追加的な構成要素と共に、図１Ａの光学デバイスを含む。その特定の用途に依存して、ある特定の全デバイスには、光検出器２１３と光検出器２１５とのうちの一方のみか又は他方のみを含めることができる。図２内、及び本明細書内の他の例内において、入射され、伝送され、及び反射されたビームが、極めて垂直方向になっているように図示されているが、本実施形態の範囲を逸脱することなく、それらビームは、様々な異なる、水平でない角度におけるものとすることもできることを理解されたい。
【００２２】
ＷＧＳ１０２の上面２０９を画定する上面が、サブ波長周期性格子層１０６に関連付けられている。ＷＧＳ１０２の下面２０５を画定する下面が、導波路層１０４に関連付けられている。上部被覆層１０８が、ＷＧＳ１０２の上面２０９のすぐ上に光源２１１に向って延在する。一実施形態において、上部被覆層１０８は、非常に大きな厚みＴＵＣを有する。該厚みＴＵＣは、入射放射線ＩＮの波長と、ＷＧＳ１０２の様々な垂直方向寸法との両方よりもずっと大きい。より具体的には、該厚みＴＵＣは、ＷＧＳ１０２によってもたらされる全ての意味ある電磁相互作用が、（上部被覆層１０８が実際に、ＷＧＳ１０２に対する被覆として機能して）その上面の下方において良好に生じることとなるように、十分に大きい。別の言い方をすれば、この実施例の場合には、上部被覆層１０８の上面内へか又は上面外へと伝搬する任意の放射線は、ＷＧＳ１０２の影響の範囲の外側に位置付けられる。例示を目的として、導波路層１０４により導かれる水平伝搬モードの電界強度のグラフ２２０が、図２内に示されている。ＷＧＳ１０２の影響の範囲における１つの測定基準は、例えばＦＷＨＭ距離に対応する可能性のある、水平伝搬モードにおける垂直方向の広がり（広がる長さ）ＤＬＭである。一般に言うと、水平伝搬モードにおける、垂直方向の広がりＤＬＭは、導波路層１０４の厚みＴＷＧで割られた入射放射線ＩＮの自由空間波長の２乗に比例するものとなることとなる。従って、一実施形態において、上部被覆層１０８の厚みＴＵＣは、導波路層１０４の厚みＴＷＧで割られた入射放射線ＩＮの自由空間波長の２乗よりも大きい。
【００２３】
上部被覆層１０８が、単に空気か又は真空からなるイベントにおいて、該上部被覆層１０８は、それ自体上面を有していない。そのようなケースでは、該上部被覆層１０８は、実際には、よりいっそう多くの空間的なバッファ層であり、ＷＧＳ１０２の上面２０９の上にＴＵＣの距離に関して、そのバッファ層内において空気か又は真空が含まれているに過ぎないということが、一実施形態において単に必要とされているだけである。上部被覆層１０８が、ガラスのような固体材料を含むイベント（ＷＧＳ１０２の薄さを考慮して、全デバイスの物理的な完全性（整合性）が望まれる可能性がある）では、オプションの反射防止コーティングが、その上面の上に提供され得る。
【００２４】
上部及び下部被覆層が互いに対称であることが必ずしも必要とされるとは限らないが、一般的に言えば、上部被覆層１０８についての特徴及び制限はまた、下部被覆層１１０に対しても適用可能である。従って、一実施形態において、下部被覆層１１０の厚みＴＬＣは、導波路層１０４の厚みＴＷＧで割られた入射放射線ＩＮの自由空間波長の２乗よりも大きい。同様に、下部被覆層１１０が、単に空気か又は真空からなる場合には、一実施形態において、ＷＧＳ１０２の下面２０５の下にＴＬＣの距離に関して、バッファ層内において空気か又は真空が含まれているに過ぎない。
【００２５】
他の実施形態において、厚みＴＵＣ及びＴＬＣのうちの一方か又は両方は、水平伝搬モードにおける垂直方向の広がりＤＬＭよりも、小さなものとすることができるか、及び／又は、導波路層１０４の厚みＴＷＧで割られた入射放射線ＩＮの自由空間波長よりも、小さなものとすることができる。そのような実施形態では、被覆層１０８／１１０の上面／下面の間における相互作用と水平導波モードとに起因して、コンピュータモデリングと、光学デバイス１００の特徴付けとが、より複雑になる可能性がある。しかしながら、被覆層１０８／１１０のうちの一方か又は両方が低減された厚み寸法である場合には、導波路層１０４における極端なサブ波長薄さと、導波路格子構造における適合した（一致した）薄さとに関連した１つか又は複数の利点が、実質的には依然として存在するはずである。
【００２６】
図３は、一実施形態による、光学デバイス３００の側面図を示す。光学デバイス３００は、導波路格子構造（ＷＧＳ）３０２を備えており、該導波路格子構造（ＷＧＳ）３０２は、サブ波長周期性格子層３０６と、導波路層３０４とを含む。ＷＧＳ３０２が  サブ波長周期性格子層３０６と導波路層３０４との間に配置された内部被覆層３２４を更に含むことを除いて、サブ波長周期性格子層３０６と、導波路層３０４とは、それぞれ、上記の図１〜図２のサブ波長周期性格子層１０６と、導波路層１０４とに類似しており、該内部被覆層３２４は、導波路層３０４の屈折率よりも低い屈折率を有している。サブ波長周期性格子層３０６の上面は、ＷＧＳ３０２の上面３０９を画定する。導波路層３０４の下面は、ＷＧＳ３０２の下面３０５を画定する。
【００２７】
一実施形態において、ＷＧＳの上面３０９からすぐ上方に上部被覆層３０８が、図１〜図２の上部被覆層１０８に関して上記に説明したように、導波路層３０４に沿って水平方向に伝搬するモードの影響の範囲に関連した長い距離だけ延在する。同様に、ＷＧＳの下面３０５からすぐ下方に下部被覆層３１０が、少なくともその長い距離だけ延在する。別の実施形態において、上部被覆層３０８及び下部被覆層３１０の厚みは、より短い寸法のものとすることができる。
【００２８】
サブ波長周期性格子層３０６を、導波路層３０４から分離する（離す）ことの理由には、製造可能性の問題、及び／又は、より幅広い様々な材料の適応力（順応力）を含めることができる。このことは特に、１つか又は複数の材料が、下記の図５〜図７のうちの１つか又は複数の実施形態に従って光学的に変調可能であることとなる場合に利点がある。導波路層３０４に沿って導かれる水平モードのモードプロフィール３２０における垂直方向の広がりＤＬＭ内においてサブ波長周期性格子層３０６が存在するという条件で、前記分離にもかかわらず、ＧＭＲフィルタの機能（機能性）を達成することができる。等価的には、一実施形態によれば、ＷＧＳ３０２の上面３０９と下面３０５とが、モードプロフィール３２０の垂直方向の広がりＤＬＭよりも短い距離だけ、離される。上部及び下部被覆層３０８／３１０と同じ材料を含んでいるように図示されているが、導波路層３０４の屈折率よりも低い屈折率であるという条件で、上部及び下部被覆層３０８／３１０とは異なる材料を、内部被覆層３２４が含むことも可能である。
【００２９】
図４は、一実施形態による、光学デバイス４００の側面図を示す。光学デバイス４００は、導波路格子構造（ＷＧＳ）４０２を備えており、該導波路格子構造（ＷＧＳ）４０２は、今度は、欠陥（デフェクト）４０７ａ及び４０７ｂを含んだ複数のサブ波長周期性格子層４０６ａ及び４０６ｂと、複数の導波路層４０４ａ及び４０４ｂと、図示されているようにそれらの間に配置された複数の内部被覆層４２４ａ及び４２４ｂとを含む。ＷＧＳ４０２の上面４０９及び下面４０５は、それぞれ、導波路層の最上面とサブ波長周期性格子層の最下面によって画定される。
【００３０】
一実施形態において、ＷＧＳの上面４０９からすぐ上方に上部被覆層４０８が、導波路層４０４ａ及び４０４ｂに沿って水平方向に伝搬するモードの影響の範囲に関連した長い距離だけ延在する。同様に、ＷＧＳの下面４０５からすぐ下方に下部被覆層４１０が、少なくともその長い距離だけ延在する。別の実施形態において、上部被覆層４０８及び下部被覆層４１０の厚みは、より短い寸法のものとすることができる。
【００３１】
上部被覆層４０８及び下部被覆層４１０の各々は、導波路層４０４ａ及び４０４ｂの屈折率のうちの最低の屈折率よりも低い屈折率を有する。ＷＧＳ４０２の上面４０９及び下面４０５は、導波路層４０４ａ及び４０４ｂにより導かれる水平方向伝搬モードのモードプロフィール４２０の垂直方向の広がりＤＬＭよりも短い距離だけ、離される。上部及び下部被覆層４０８／４１０と同じ材料を含んでいるように図示されているが、導波路層４０４ａ及び４０４ｂの屈折率のうちの最低の屈折率よりもそれぞれ低い屈折率であるという条件で、上部及び下部被覆層４０８／４１０とは異なる材料を、内部被覆層４２４ａ及び４２４ｂが含むことも可能である。
【００３２】
図５は、一実施形態による、光学信号を変調させるための光学デバイス５００の側面図を示す。光学デバイス５００は、水平方向の導波路格子構造（ＷＧＳ）５０２と、入射放射線ＩＮを提供するための光源５１１と、伝送放射線ＴＲＡＮＳを受容するための第１の光検出器５１３と、反射放射線ＲＥＦＬを受容するための第２の光学検出器５１５とを備える。ＷＧＳ５０２は、サブ波長周期性格子層５０６と、内部被覆層５２４と、導波路層５０４とを含む。提供される光学変調ビームに従って動的に変調可能な屈折率を、ＷＧＳ５０２における少なくとも１つの材料が有しているということを除いて、サブ波長周期性格子層５０６と、内部被覆層５２４と、導波路層５０４とは、それぞれ、上記の図３のＷＧＳ３０２のサブ波長周期性格子層３０６と、内部被覆層３２４と、導波路層３０４とに構造及び機能において類似する。光学デバイス５００は、光学変調ビームＣＴＬを、光学的に調整（同調）可能な屈折率の材料に対して提供するために結合される光学変調源５５０を更に備えており、それにより、光学デバイス５００は、入射放射線ＩＮを光学的に変調させて、相補的な変調された信号ＴＲＡＮＳ及びＲＥＦＬを生成する。一実施形態において、上部及び下部被覆層５０８及び５１０は、この例では空気を含み、それぞれ、ＷＧＳ５０２の上面５０９から及びＷＧＳ５０２の下面５０５から、それぞれ上方に及び下方に、図１Ａに関して上記において説明したバッファリング距離だけ延在する。
【００３３】
図６は、変調信号ＣＴＬがそれぞれオフレベルにある時とオンレベルにある時の図５の光学デバイス５００についての入射放射線電力ＰＩＮに対する伝送放射線電力ＰＴＲＡＮＳの比率のスペクトルのグラフ６５２及び６５２’を示す。従って、入射光学信号ＩＮが、ｆＰＲの周波数において単色光である場合には、ＣＴＬがオフの時には、第１の検出器５１３において受け取られる放射線が零パーセントに近くなることとなり、ＣＴＬがオンの時には、第１の検出器５１３において受け取られる放射線が１００パーセントに近くなることとなる。
【００３４】
光学的に変調可能な材料を、導波路層５０４、サブ波長周期性格子層５０６のバルク材料、欠陥（デフェクト）材料５０７、及び内部被覆層５２４のうちの１つか又は複数の中に配置することができる。多くの他の例の中で、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）、ニオブ酸ナトリウムバリウム（ＢＳＮ）、無水リン酸アンモニウム（ＡＤＰ）、リン酸二水素カリウム（ＫＤＰ）、チタンリン酸カリウム（ＫＴＰ）、ルビジウムチタンヒ酸塩（ＲＴＡ）、チタンリン酸ルビジウム（ＲＴＰ）、バクテリオロドプシン（ＢＲ）、ジメチルアミノ−メチル−スチルバゾリウムトシラート（ＤＡＳＴ）、及び（ＧａＡｓか、ＣｄＴｅか、ＺｎＳ結晶か、ＣｄＺｎＴｅか、又はＺｎＴｅなどの）半導体材料を含む、提供される光学変調ビームの強度を変更することが可能な屈折率を有する任意の様々な無機及び有機材料を、適切な光学的に変調可能な材料が含む。有利なことには、ＷＧＳ５０２のパラメータに対するピーク反射周波数における比較的高い感度により、材料は、（たとえ、その提供された光学変調ビームに対する応答が、比較的弱かったとしても）光学的に変調可能な材料として効果的なものとすることができる。同様に、提供された光学変調ビームに対する強い応答を有した材料が、屈折率変動が比較的低い範囲内において駆動され得る。適切に選択された材料の場合には数百ＧＨｚにさえ達する非常に速い変調速度の全性能を、それにより、１つか又は複数の実施形態による光学デバイスによって達成することができる。ニオブ酸リチウムは、光学的に変調可能な材料に対する、１つの特に適切な解決策を代表するものであり、その理由は、その非常に速い応答時間のせいだけでなく、ニオブ酸リチウムを取り巻く構築された比較的成熟したデバイス製造技術及び処理技術のせいでもある。
【００３５】
図７は、一実施形態による、光学信号を変調させるための光学デバイス７００を示す。光学デバイス７００は、水平方向の導波路格子構造（ＷＧＳ）７０２と、入射放射線ＩＮを提供するための光源７１１と、伝送放射線ＴＲＡＮＳを受容するための第１の光検出器７１３と、反射放射線ＲＥＦＬを受容するための第２の光検出器７１５とを備える。ＷＧＳ７０２は、ニオブ酸リチウムを含む導波路層７０４と、空気ホール欠陥（デフェクト）７０７の形態においてそれと一体になっているサブ波長周期性格子層７０６とを含む。一実施形態において、上部及び下部空気被覆層７０８及び７１０が、それぞれ、ＷＧＳ７０２の上面７０９から及びＷＧＳ７０２の下面７０５から、それぞれ上方及び下方に、図１Ａに関して上記において説明した空気バッファに類似したバッファ領域を保証するのに十分な距離だけ延在する。
【００３６】
光学デバイス７００は、光学変調ビームＣＴＬを、導波路層７０４のニオブ酸リチウム材料に対して提供するために結合される光学変調源７６０を更に備えており、それにより、光学デバイス７００は、入射放射線ＩＮを光学的に変調させて、相補的な変調された信号ＴＲＡＮＳ及びＲＥＦＬを生成する。しかしながら、ＷＧＳ５０２に対して下方（又は上方）から浴びせる、図５の光学変調源５５０とは異なり、光学変調源７６０は、ニオブ酸リチウム平板（スラブ）のエッジに沿って光学変調放射線を挿入する。有利なことには、変調が、ピーク共振周波数のわずかな乱れだけしか必要とされないため、ニオブ酸リチウム平板（スラブ）全体にわたって厳密に一様な手法において制御放射線が提供されることは必要とされない。
【００３７】
１つか又は複数の実施形態による光学デバイスの製造を、（化学気相成長法（ＣＤＶ）、有機金属ＣＤＶ（ＭＯＣＤＶ）、プラズマ化学ＣＤＶ（ＰＥＣＶＤ）、化学溶液堆積法（ＣＳＤ）、ゾル−ゲルベースのＣＳＤ、有機金属分解法（ＭＯＤ）、Ｌａｎｇｍｕｉｒ−Ｂｌｏｄｇｅｔｔ（ＬＢ）技法、熱蒸着／分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）、スパッタリング（ＤＣ、マグネトロン、ＲＦ）、及びパルスレーザ堆積法（ＰＬＤ）などの）蒸着法と、（光リソグラフィ、極紫外線（ＥＵＶ）リソグラフィ、ｘ線リソグラフィ、電子ビームリソグラフィ、集束イオンビーム（ＦＩＢ）リソグラフィ、及びナノインプリントリソグラフィなどの）リソグラフィック法と、（（等方性、異方性）ウェットエッチング、ドライエッチング、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、イオンビームエッチング（ＩＢＥ）、反応性ＩＢＥ（ＲＩＢＥ）、化学アシストＩＢＥ（ＣＡＩＢＥ）、及び化学機械研磨法（ＣＭＰ）などの）除去法と、（放射線処理、熱アニーリング、イオンビーム処理、及び機械的修正などの）修正法と、（ウェーハボンディング、表面実装、及び他の配線及びボンディング方法などの）アセンブリ法とを含む（但し、これらに限定されない）既知の製造方法を用いて達成することができる。
【００３８】
上述の説明を読み取った後には、実施形態における多くの改変及び修正が、当業者にとっておそらく明らかになってくるであろうが、例示を目的として示され且つ説明された特定の実施形態は、限定することが考慮されることとなるようには全く意図されていないということが理解されよう。例示を目的として、上記における１つか又は複数の実施形態において、光学信号に対して適用可能な状態となっているように説明がなされているが、１つか又は複数の実施形態による、フィルタ及び／又は変調器を、本教示の範囲を逸脱することなく、（マイクロ波形態における周波数などの）電磁放射線における他の周波数に対して、適用することもできる。従って、記載された実施形態の詳細部に対する参照は、それらの範囲を限定するようには意図されていない。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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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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【国際調査報告】
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