(57)【要約】【課題】放射源から導波路又は他の光学構成部品に効率的に結合する。【解決手段】導波路は、Ｎ−モード放射を放射源から受け入れ、且つ厚さ「ｈ」を有する第１のセクションを含む。第２のセクションは、「ｈ」より小さい厚さ「ｔ」を有する。テーパセクションは、Ｎ−モード放射を第１の導波路セクションから第２の導波路セクションに結合するために、第１の導波路セクションと結合された対応する厚さ「ｈ」を備えるその第１の端部と、第２の導波路セクションと結合された対応する厚さ「ｔ」を備えるその第２の端部とを有する。更に、第１のセクションは幅「ｑ」を有し、第２のセクションは「ｑ」より小さい幅「ｗ」を有する。テーパセクションの第１の端部は、第１の導波路セクションと結合された対応する幅「ｑ」を有し、テーパセクションの第２の端部は、第２の導波路セクションと結合された対応する幅「ｗ」を有する。
2006508398.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光デバイス間で光エネルギを結合するための光結合システムであって、
放射源２００からＮ−モード放射２０４（Ｎは整数）を受け入れる導波路２１４を備え、該導波路２１４が、
前記Ｎ−モード放射２０４を光ビーム再配向デバイス２０６から受け入れる、厚さｈを有する第１のセクション２０８と、
ｈより小さい厚さｔを有する第２のセクション２１０と、
前記Ｎ−モード放射２０４を前記第１の導波路セクション２０８から前記第２の導波路セクション２１０に結合するために、前記第１の導波路セクション２０８と結合された厚さｈを備えるその第１の端部と、前記第２の導波路セクション２１０と結合された厚さｔを備える第２の端部とを有するテーパセクション２１２と、
を含む光結合システム。
【請求項２】
前記Ｎ−モード放射を前記第１の導波路セクション２０８に配向させるために前記Ｎ−モード放射２０２を前記放射源２００から受け入れる光ビーム再配向デバイス２０６を更に備える請求項１に記載の光結合システム。
【請求項３】
ｈが約１０−１００μｍであり且つｔが約２−１０μｍである請求項１に記載の光結合システム。
【請求項４】
前記テーパセクション２１２が、約１００−１０００μｍの長さを有する請求項１に記載の光結合システム。
【請求項５】
前記テーパセクション２１２の第１の端部が第１の開口２２６を含み、前記テーパセクション２１２の第２の端部が前記第１の開口２２６とほぼ平行な第２の開口２２８を含み、前記テーパセクション２１２が前記第２の導波路セクション２１０において約５−１０度の第１の角度αの範囲と該第１の角度αに対して直角な約５−１０度の第２の角度βの範囲とを定めるように、前記第１及び第２の開口２２６、２２８が互いに間隔を置いて配置されている請求項１に記載の光結合システム。
【請求項６】
前記光ビーム再配向デバイス２０６がプリズムを含む請求項２に記載の光結合システム。
【請求項７】
前記光ビーム再配向デバイス２０６がレンズ又は回折格子を含む請求項２に記載の光結合システム。
【請求項８】
屈折率ｎｃを有する前記導波路２１４を包み、且つｎｃより小さい屈折率ｎｗを有するクラッド２１６を更に備える請求項１に記載の光結合システム。
【請求項９】
前記第１の導波路セクション２０８及び前記テーパセクション２１２が屈折率ｎｗによって定められ、前記第２の導波路セクション２１０がｎｗより大きい屈折率ｎｃによって定められる請求項１に記載の光結合システム。
【請求項１０】
前記第２の導波路セクション２１０が、前記光ビーム再配向デバイス２０６と前記第１の導波路セクション２０８と前記第１のテーパセクション２１２とを包むクラッドである請求項９に記載の光結合システム。
【請求項１１】
前記第２の導波路セクション２１０が更に最上層テーパセクション２１８を含み、前記第２の導波路セクション２１０と前記テーパセクション２１２との間の屈折率の差が前記第２の導波路セクション２１０の上面から前記テーパセクション２１２の最上面の近傍まで延びていることを特徴とする請求項９に記載の光結合システム。
【請求項１２】
前記第２の導波路セクション２１０が、前記第１のテーパセクション２１２内に位置付けされたセグメント２２０を含む請求項９に記載の光結合システム。
【請求項１３】
前記第１のテーパセクション２１２内に位置付けられた前記第２の導波路セクション２１０のセグメントが、前記第２の導波路セクション２１０と結合された長さｔを備える底辺と該底辺に対向する頂角とを含む三角形断面を有するウェッジ２２２であり、
前記ウェッジが、前記Ｎ−モード放射を前記第１の導波路セクション２０８から前記第２の導波路セクション２１０に結合するために前記Ｎ−モード放射２０４を前記第１のテーパセクション２１２から受け入れる請求項１２に記載の光結合システム。
【請求項１４】
前記三角形断面２２０が、前記第２の導波路セクション２１０に対して傾斜している請求項１３に記載の光結合システム。
【請求項１５】
前記第２の導波路セクション２１０が、前記第１のテーパセクション２１２及び前記第１の導波路セクション２０８内に位置付けされたセグメント２２０を含む請求項９に記載の光結合システム。
【請求項１６】
前記ウェッジ２２２の頂角が約５−１０度の角度を含む請求項１３に記載の光結合システム。
【請求項１７】
前記ウェッジ２２２が、約１００−１０００のμｍの長さを含む請求項１３に記載の光結合システム。
【請求項１８】
光デバイス間で光エネルギを結合するための光結合システムであって、
厚さｃと屈折率ｎｗとを有し、Ｎ−モード放射２０４を放射源２００から軸２２４に沿って受け入れる第１の導波路２１６と、
前記第１の導波路２１６内に位置付けされたセグメント２２０を有し、且つｃより小さい厚さｔとｎｗより大きい屈折率ｎｃとを有する第２の導波路２１０と、
を備える光結合システム。
【請求項１９】
前記放射源２００から前記Ｎ−モード放射２０２（Ｎは整数）を受け入れて、前記Ｎ−モード放射を第１の導波路２０８に配向させる光ビーム再配向デバイス２０６を更に備える請求項１８に記載の光結合システム。
【請求項２０】
前記第１の導波路２１６内に位置付けられた前記第２の導波路２２０のセグメントが、前記第２の導波路セクション２１０と結合された長さｔを備える底辺と該底辺に対向する頂角とを含む三角形断面を有するウェッジ２２２を含み、
前記ウェッジが、前記Ｎ−モード放射２０４を前記光ビーム再配向デバイス２０６から前記第２の導波路セクション２１０に結合するために、前記Ｎ−モード放射２０４を前記光ビーム再配向デバイス２０６から受け入れる請求項１８に記載の光結合システム。
【請求項２１】
前記ウェッジ２２２が、前記第２の導波路セクション２１０に対して傾斜している請求項２０に記載の光結合システム。
【請求項２２】
前記ウェッジ２２２の頂角が約５−１０度の角度を含む請求項２０に記載の光結合システム。
【請求項２３】
前記ウェッジ２２２が約１００−１０００のμｍの長さを含む請求項２０に記載の光結合システム。
【請求項２４】
前記第１の導波路２１６のセグメントが、距離ｄだけ切り取られている請求項１９に記載の光結合システム。
【請求項２５】
前記第２の導波路２２０が、前記Ｎ−モード放射２０４の軸２２４から距離ｒだけオフセットしている請求項１９に記載の光結合システム。
【請求項２６】
光デバイス間で光エネルギを結合するための光結合システムであって、
放射源２００からＮ−モード放射２０２（Ｎは整数）を受け入れる光ビーム再配向デバイス２０６と、
屈折率ｎｗを有し、且つ前記Ｎ−モード放射２０４を前記光ビーム再配向デバイス２０６から軸２２４に沿って受け入れる導波路２１６と、
を備え、前記導波路２１６が、
前記Ｎ−モード放射２０４を前記光ビーム再配向デバイス２０６から受け入れる第１のセクション２１６と、
前記Ｎ−モード放射２０４を前記第１の導波路セクション２１６から受け入れるテーパセクション２１２と、
前記テーパセクション２１２内に位置付けされ、且つｎｗより大きい屈折率ｎｓを有し、前記Ｎ−モード放射２０４を前記テーパセクション２１２から受け入れる第３のセクション２１０と、
を含むことを特徴とする光結合システム。
【請求項２７】
前記第３の導波路セクション２１０が、前記Ｎ−モード放射２０４の軸２２４から距離ｒだけオフセットしている請求項２６に記載の光結合システム。
【請求項２８】
導波路デバイスであって、
第１の断面積を有し且つ光放射を受け入れる第１の開口２２６と、
前記第１の断面積より小さい第２の断面積を有し、且つ前記第１の開口から光放射を受け入れる第２の開口２２８と、
を含む導波路デバイス。
【請求項２９】
前記導波路デバイスが、前記第１及び第２の開口２２６、２２８の間で第１及び第２の角度を定め、前記第１の角度αが約５−１０度であり、該第１の角度αに直角な第２の角度βが約５−１０度であることを特徴とする請求項２８に記載の導波路デバイス。
【請求項３０】
前記導波路デバイスが、約１００−１０００のμｍの長さを有する請求項２８に記載の導波路デバイス。
【請求項３１】
光デバイス間で光エネルギを結合するための光結合システムであって、
放射源２００からＮ−モード放射２０２（Ｎは整数）を受け入れる光ビーム再配向デバイス２０６と、
前記Ｎ−モード放射２０４を前記光ビーム再配向デバイス２０６から受け入れる導波路２１４と、
を備え、前記導波路２１４が、
前記Ｎ−モード放射２０４を前記光ビーム再配向デバイス２０６から受け入れ、且つ厚さｈを有する第１のセクション２０８と、
前記Ｎ−モード放射２０４を前記第１の導波路セクション２０８から第２の導波路２１０に結合するために、前記第１の導波路セクション２０８と結合された厚さｈを備える第１の端部と、厚さｔを備える第２の端部とを有するテーパセクション２１２と、
を含むことを特徴とする光結合システム。
【請求項３２】
前記テーパセクション２１２の第１の端部が第１の開口２２６を含み、前記テーパセクション２１２の第２の端部が、前記第１の開口２２６とほぼ平行な第２の開口２２８を含み、前記テーパセクション２１２が前記第２の導波路２１０において約５−１０度の第１の角度αの範囲と該第１の角度αに対して直角な約５−１０度の第２の角度βの範囲とを定めるように、前記第１及び第２の開口２２６、２２８が互いに間隔を置いて配置されている請求項３１に記載の光結合システム。
【請求項３３】
光デバイス間で光エネルギを結合するための光結合システムであって、
放射源２０２と、
前記放射源２０２から所定の距離場所に位置付けられ、且つＮ−モード放射２０２（Ｎは整数）を受け入れる光ビーム再配向デバイス２０６と、
Ｎ−モード放射２０４を前記光ビーム再配向デバイス２０６から受け入れる導波路２１４と、
を備え、前記導波路２１４が、
前記Ｎ−モード放射２０４を前記光ビーム再配向デバイス２０６から受け入れ、且つ厚さｈを有する第１のセクション２０８と、
ｈより小さい厚さｔを有する第２のセクション２１０と、
前記Ｎ−モード放射２０４を前記第１の導波路セクション２０８から前記第２の導波路セクション２１０に結合するために、前記第１の導波路セクション２０８と結合された厚さｈを備えるその第１の端部と、前記第２の導波路セクション２１０と結合された厚さｔを備える第２の端部とを有するテーパセクション２１２とを、含む、
光結合システム。
【請求項３４】
前記テーパセクション２１２の第１の端部が第１の開口２２６を含み、前記テーパセクション２１２の第２の端部が前記第１の開口２２６とほぼ平行な第２の開口２２８を含み、前記テーパセクション２１２が前記第２の導波路２１０において約５−１０度の第１の角度αの範囲と該第１の角度αに対して直角な約５−１０度の第２の角度βの範囲とを定めるように、前記第１及び第２の開口２２６、２２８が互いに間隔を置いて配置されている請求項３３に記載の光結合システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光デバイス間、より具体的には、放射源から導波路に効率的に放射の結合を行うためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
垂直キャビティ面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）又はマルチモード光ファイバなどのレーザ出力を薄い導波路（例えば平面導波路又は光ファイバ）に結合する時には、レーザ出力モードと薄い導波路によって対応可能なモードとの間に、大きな許容できないモード及びサイズの不整合が存在する場合がある。これらの不整合は、これに伴い光学部品間での大きな放射損失を生じる。これまで、これらの有意な損失は、無視されるか、又は所望のエネルギ量が導波路内に結合されるようにＶＣＳＥＬ出力パワーを単に増大することによって対処されてきた。
【０００３】
新世代のオプトエレクトロニクス構成部品では、１つの主要な要因はそのサイズである。一方、電力は可能な限り最小に制限されるべきであるが、他方では、速度（又は帯域幅）及び信号／ノイズ比のような優れた性能を保証するためには高出力が望まれる。従って、全ての電力損失はデバイス性能を犠牲にする。更に、高出力においては、熱的又は冷却問題が発生する。また、ＶＣＳＥＬの寿命は、オーバードライブされる場合には短くなる場合がある。更にまた、ＶＣＳＥＬが継続してオーバードライブされる場合は、望ましくないノイズ、出力信号の変形などのような非線形又は異常な動作を生じる場合がある。
【特許文献１】米国特許第４７３７００４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、それ故に、光学的相互接続において過大な放射損失を受けることなく、放射源から導波路又は他の光学構成部品に効率的に結合するためのシステム及び方法に対する、当該技術分野におけるニーズが依然として存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
光デバイス間で光エネルギを結合するための光結合システムは、放射源からＮ−モード放射（Ｎは整数）を受け入れる導波路を含む。本導波路は、Ｎ−モード放射を放射源から受け入れ、且つ厚さ「ｈ」を有する第１のセクションを含む。第２のセクションは、「ｈ」より小さい厚さ「ｔ」を有する。テーパセクションは、Ｎ−モード放射を第１の導波路セクションから第２の導波路セクションに結合するために、第１の導波路セクションと結合された対応する厚さ「ｈ」を備えるその第１の端部と、第２の導波路セクションと結合された対応する厚さ「ｔ」を備えるその第２の端部とを有する。更に、第１のセクションは幅「ｑ」を有し、第２のセクションは「ｑ」より小さい幅「ｗ」を有する。テーパセクションの第１の端部は、第１の導波路セクションと結合された対応する幅「ｑ」を有し、テーパセクションの第２の端部は、第２の導波路セクションと結合された対応する幅「ｗ」を有する。
【０００６】
第２の実施形態では、クラッドは、厚さ「ｃ」と屈折率ｎｗとを有し、Ｎ−モード放射を受け入れる。第２の導波路セクションは、クラッドの内部に位置付けされたそのセグメントを有し、「ｃ」より小さい厚さ「ｔ」とｎｗより大きな屈折率ｎｃとを有する。
【０００７】
第３の実施形態では、導波路は、屈折率ｎｗを有し、Ｎ−モード放射を１つの軸に沿って受け入れる。本導波路は、Ｎ−モード放射を受け入れる第１のセクションと、Ｎ−モード放射を第１の導波路セクションから受け入れるテーパセクションとを含む。第３のセクションは、テーパセクション内に位置付けされ、ｎｗより大きな屈折率ｎｃを有し、Ｎ−モード放射をテーパセクションから受け入れる。
【０００８】
テーパセクションは、光放射を受け入れる第１の断面積を有する第１の開口と、第１の断面積より小さい第２の断面積を有し、且つ光放射を第１の開口から受け入れる第２の開口とを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１を参照すると、光デバイス間で光エネルギを結合するための光結合システム２００の第１の実施形態が示されている。光結合システム２００は、プリズム（内部全反射によって鏡として動作する）又はレンズなどの光ビーム再配向デバイス２０６を含む。光ビーム配向デバイス２０６の表面は、平面でも、又は非平面でもよい。例えば、表面が凹面（図３７）である場合には、より多くの光をＶＣＳＥＬから集光し、別の光学構成部品と結合することができる。光ビーム再配向デバイス２０６の表面はまた、光フィルタリング又は波長選択のために、光回折格子（図３６）に類似したパターン付け又は線引きをすることができる。これらの設計の全ては、用途、必要とされる性能又は他の要求に応じて、鏡面２０６に組み込むことができる。
【００１０】
光ビーム再配向デバイス２０６は、垂直キャビティ面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）、レーザ又は端面発光レーザ、又はマルチモード光ファイバなどの放射源２３０から距離「ｓ」の位置で、マルチモード放射２０２（例えば、Ｎ−モード放射、Ｎは整数）受け入れる。レーザ出力２０２は、約１５度のほほ対称的な立体角χで発散する。光ビーム再配向デバイス２０６は、レーザ２３０によって放出された放射２０２の全て又はほぼ全てを捕捉するように、距離「ｓ」の位置に配置される。導波路２１４は、光ビーム再配向デバイス２０６からＮ−モード放射２０４を受け入れる。導波路２１４は、光ビーム再配向デバイス２０６からＮ−モード放射２０４を受け入れる、厚さ「ｈ」を有する第１のセクション２０８を含む。導波路２１４の第２のセクション２１０は、「ｈ」より小さい厚さ「ｔ」を有する。寸法「ｈ」は、約１０−１００マイクロメータ（μｍ）であり、「ｔ」は約２−１０μｍである。テーパセクション２１２は、第１の導波路セクション２０８とつながる厚さｈを備える第１の開口２２６と、第２の導波路セクション２１０とつながる厚さｔを備える第２の開口２２８とを有し、従ってＮ−モード放射２０４を第１の導波路セクション２０８から第２の導波路セクション２１０に結合する。図１により最も良く分かるように、Ｎ−モード放射２０２は、第１の導波路セクション２０８内に直接配向することができる。また図１において、第１及び第２の導波路セクション２０８、２１０、及びテーパセクション２１２の屈折率は全て等しい。図３５に示すように、テーパセクション２１２は、およそ１００−１０００μｍの長さ「ｌ」を有し、また、第２の導波路セクション２１０の位置又はその近傍で計測される、約５度の第１の角度α及び第１の角度αに直角な約５度の第２の角度βの範囲を定める。
【００１１】
光ビーム再配向デバイス２０６、第１の導波路セクション２０８、第２の導波路セクション２１０及びテーパセクション２１２の典型的な材料組成は、特殊な、又は一般的なガラス、半導体、ポリマー、光学ゾルゲル、或いは光電気結晶などのものである。導波路及びテーパ構造は、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ)、レーザアブレーション、機械式鋸引き、成形、スタンピング、グレースケールマスクリソグラフィーなどを使用することにより作ることができる。
【００１２】
本発明の第２の実施形態では、図２で分かるように、屈折率ｎｗを有する導波路２１４は、ｎｗより小さい屈折率ｎｃを有するクラッド２１６内に入れることができる。図３は、図２の第２の導波路セクション２１０内に結合された正規化出力（Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ  Ｐｏｗｅｒ）をテーパセクション２１２及び第２の導波路セクション２１０に沿った距離の関数として表したグラフ図３０２を示す。図２の第２の導波路セクション２１０内に結合された正規化出力の最大値は、約０．８正規化単位である。
【００１３】
第３の実施形態では、図４及び図５で分かるように、第１の導波路セクション２０８とテーパセクション２１２は、屈折率ｎｗによって定められ、第２の導波路セクション２１０は、ｎｗより小さい屈折率ｎｃによって定められる。図５では、第２の導波路セクション２１０は、第２の導波路セクション２１０と同じ屈折率を有し、且つ第２の導波路セクション２１０の上面からテーパセクション２１２に沿う点まで延びる、追加の延長最上層テーパ２１８を含み、よって第１の導波路セクション２０８と第２の導波路セクション２１０との間の出力の結合が改善される。図７は、図５の第２の導波路セクション２１０内に結合された正規化出力をテーパセクション２１２及び第２の導波路セクション２１０に沿った距離の関数として表したグラフ図３０６を示す。
【００１４】
第４の実施形態では、図８、図９、及び図１０、並びに図３３、図３４及び図３５で分かるように、第２の導波路セクション２１０は、テーパセクション２１２内、或いはテーパセクション２１２及び第１の導波路セクション２０８の双方内に位置付けられた第２の導波路セクションのセグメント２２０を含む。具体的には図８で分かるように、前述のセグメント２２０は、テーパセクション２１２及び第１の導波路セクション２０８内に長さ「ｗ」を延長させる矩形状のセグメントを含む。図６は、図８の第２の導波路セクション２１０に結合された正規化出力をテーパセクション２１２及び第２の導波路セクション２１０に沿った距離の関数として表したグラフ図３０４を示す。図９では、前述のセグメント２２０は、第２の導波路セクション２１０と結合された厚さｔの底辺を含むほぼ三角形の断面のウェッジ２２２を含む。図９の三角形断面はまた、約５−１０度の角度γの範囲を定める底辺と対向する５−１０度の頂角を含む。図９の三角形断面はほぼ直角三角形であり、その斜辺がテーパセクション２１２からＮ−モード放射２０４を最初に受け入れて、Ｎ−モード放射を第１の導波路セクション２０８から第２の導波路セクション２１０に結合するように位置付けられている。図１０では、三角形断面２２０は、第２の導波路セクション２１０に対して約５−１０度の間の角度θで傾斜している。図８、図９、及び図１０から最も良く分かるように、第１の導波路セクション２０８は、導波路（例えば、コア材料のような）の役目を果たし、一方これに対するクラッドは、下方では基板であり、上方では空気である。
【００１５】
第５の実施形態では、図１１で分かるように、第２の導波路セクション２１０は、光ビーム再配向デバイス２０６、第１の導波路セクション２０８、及び図８の第１の導波路セクション２１０を入れ、又は包む。
【００１６】
図１２図１３及び図１４、及び、図３３図３４及び図３５を参照すると、光結合システム２００の第６の実施形態が示されている。図１２、図１３及び図１４では、厚さｃ及び屈折率ｎｗを有するクラッド２１６は、光ビーム再配向デバイス２０６から軸２２４に沿ってＮ−モード放射２０４を受け入れる。軸２２４に関して対称的な第２の導波路セクション２１０は、厚さ「ｔ」（「ｃ」より小さい）、屈折率ｎｃ（ｎｗより大きい）、及び長さｂにわたってクラッド２１６内に位置付けられたセグメント２２０を有する。図１２では、クラッド２１６内に位置付けられた第２の導波路のセグメント２２０は、正方形又は矩形の端部で終端される。図１３及び図１４では、クラッド２１６内に位置付けられた第２の導波路のセグメント２２０は、ウェッジ２２２を含む。ウェッジ２２２は、第２の導波路セクション２１０と結合された厚さ「ｔ」を備える底辺と、該底辺に対向する頂角とを含むほぼ三角形の断面を有する。ウェッジ２２２は、Ｎ−モード放射２０４を光ビーム再配向デバイス２０６から第２の導波路セクション２１０に結合するためにＮ−モード放射２０４を光ビーム再配向デバイス２０６から軸２２４に沿って受け入れる。図１３では、三角形断面２２０は、約５−１０度の間の角度θで、第２の導波路セクション２１０に対して傾斜している。図１４では、三角形断面はほぼ直角三角形の形状であり、その斜辺がテーパセクション２１２からＮ−モード放射２０４を最初に受け入れて、該Ｎ−モード放射を第１の導波路セクション２０８から第２の導波路セクション２１０に結合するために位置付けられる。図１２、図１３及び図１４で最も良く分かるように、図８、図９及び図１０と対照的に、第１の導波路セクション２０８は、第２の導波路セクション２１０に対するクラッドの役割を果たす。第１の導波路セクション２０８をコア又はクラッドのいずれとして使用するかは、全体構造内でどのように適用されるかに依存する。
【００１７】
図１５、図１７及び図１９を参照すると、第７の実施形態が示されている。図１２に示す方法と同様に、図１５、図１７及び図１９では厚さｃ及び屈折率ｎｗを有するクラッド２１６は、Ｎ−モード放射２０４を光ビーム再配向デバイス２０６から軸２２４に沿って受け入れる。軸２２４に関して対称的な第２の導波路セクション２１０は、厚さ「ｔ」（「ｃ」より小さい）、屈折率ｎｃ（ｎｗより大きい）、及び長さ「ｂ」にわたってクラッド２１６内に位置付けられたセグメント２２０を有する。図１５では、クラッド２１６内に位置付けられた第２の導波路のセグメント２２０は、正方形又は矩形の端部で終端される。図１６は、図１５の第２の導波路セクション２１０に結合された正規化出力（Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ  Ｐｏｗｅｒ）をクラッド２１６と第２の導波路セクション２１０とに沿った距離の関数として表したグラフ図３０８を示す。
【００１８】
また、図１３、図１４と同様に、図１７及び図１９ではクラッド２１６内に位置付けられた第２の導波路のセグメント２２０は、ウェッジ２２２を含む。ウェッジ２２２は、第２の導波路セクション２１０と結合された厚さ「ｔ」を備える底辺と、該底辺と対向する頂角とを含むほぼ三角形の断面を有する。ウェッジ２２２は、Ｎ−モード放射２０４を光ビーム再配向デバイス２０６から第２の導波路セクション２１０に結合するために、Ｎ−モード放射２０４を光ビーム再配向デバイス２０６から軸２２４に沿って受け入れる。図１８は、図１７の第２の導波路セクション２１０に結合された正規化出力をクラッド２１６と第２の導波路セクション２１０とに沿った距離の関数として表したグラフ図３１０を示す。図２０は、図１９の第２の導波路セクション２１０に結合された正規化出力をクラッド２１６と第２の導波路セクション２１０とに沿った距離の関数として表したグラフ図３１２を示す。
【００１９】
しかしながら、図１５、図１７及び図１９では、クラッド２１６は、第２の導波路セクション２１０がそのセグメントを覆ってクラッド２１６によって囲まれていない長さ「ｄ」を有するセグメント上で切り取られているのが分かる。
【００２０】
また、図１５、図１７及び図１９から最も良く分かるように、図８、図９及び図１０と対照的に、第１の導波路セクション２０８は、第２の導波路セクション２１０に対するクラッドの役目を果たす。第１の導波路セクション２０８をコア又はクラッドのいずれとして使用するかは、全体構造内でどのように適用されるかに依存する。更に、図１８及び図２０で分かるように、図１７及び図１９それぞれでのウェッジ２２２の追加は、ウェッジ２２２を備えた第２の導波路セクション２１０に対する図１６に示すグラフ（約０．３５正規化単位）と比較すると、クラッド２１６から第２の導波路セクション２１０へのエネルギ結合（図１７の構成に対して約０．９正規化単位、図１９の配置に対して約０．８正規化単位）において注目に値する改善が得られる。しかしながら、図２０及び図２２での結合を比較すると、第２の導波路セクション２１０の厚さは、ウェッジ２２２の追加よりも結合に関する影響が少ないことが分かる。
【００２１】
図２１図２３及び図２５を参照すると、第７の実施形態が示される。図１２に示す方法と同様に、図２１、図２３及び図２５では、厚さ「ｃ」及び屈折率ｎｗを有するクラッド２１６は、Ｎ−モード放射２０４を光ビーム再配向デバイス２０６から軸２２４に沿って受け入れる。軸２２４に関して対称的な第２の導波路セクション２１０は、厚さｔ（「ｃ」より小さい）、屈折率ｎｃ（ｎｗより大きい）、及び長さ「ｂ」にわたってクラッド２１６内に位置付けられたセグメント２２０を有する。図２１では、クラッド２１６内に位置付けられた第２の導波路のセグメント２２０は、正方形又は矩形の端部で終端される。図２２は、図２１の第２の導波路セクション２１０に結合された正規化出力をクラッド２１６及び第２の導波路セクション２１０に沿った距離の関数として表したグラフ図３１４を示す。
【００２２】
また、図１３及び図１４と同様の方法で、図２３及び図２５ではクラッド２１６内に位置付けられた第２の導波路のセグメント２２０は、ウェッジ２２２を含む。ウェッジ２２２は、第２の導波路セクション２１０と結合された厚さ「ｔ」を備える底辺と該底辺と対向する頂角とを含むほぼ三角形の断面を有する。ウェッジ２２２は、Ｎ−モード放射２０４を光ビーム再配向デバイス２０６から第２の導波路セクション２１０に結合するためにＮ−モード放射２０４を光ビーム再配向デバイス２０６から軸２２４に沿って受け入れる。図２４は、図２３の第２の導波路セクション２１０内に結合された正規化出力をクラッド２１６及び第２の導波路セクション２１０に沿った距離の関数として表したグラフ図３１６を示す。図２６は、図２５の第２の導波路セクション２１０内に結合された正規化出力をクラッド２１６及び第２の導波路セクション２１０に沿った距離の関数として表したグラフ図３１８を示す。
【００２３】
同様に、図２１、図２３及び図２５では、クラッド２１６は、第２の導波路セクション２１０が該セグメントを覆うクラッド２１６によって囲まれていない長さ「ｄ」を有するセグメント上で切り取られているのが分かる。しかしながら、図２１、図２３及び図２５では、第２の導波路セクション２１０が軸２２４から距離「ｒ」だけオフセットしていることも分かる。
【００２４】
図２２及び図２３で分かるように、図２１及び図２３それぞれの配置で同一のオフセット「ｒ」に対して、クラッド２１６から第２の導波路セクション２１０に結合されたエネルギ量は、図２３での第２の導波路セクション２１０がより薄いにもかかわらず、ほぼ同一（約０．６の正規化単位）である。よって、第２の導波路セクション２１０の厚さは、結合効率に影響を与えない。しかしながら図２５で分かるように、過大なオフセット「ｒｏ」に対しては、結合効率は、劇的に減少する（約０．０５正規化単位まで）。
【００２５】
図２２、図２４及び図２６に示すように、小さなオフセット「ｒ」は良好な結合をもたらす。しかしながら、ある程度のオフセット量「ｒ」は、製造プロセスなどに起因して発生する場合がある。従って、革新的な解決法は、図１０（エネルギを好ましい導波路層に「引き込む」ための特別なテーパ設計の使用）と、図３３（エネルギを好ましい導波路層に「押し込む」ためのテーパ付クラッドの使用）で開示される。
【００２６】
図２１、図２３及び図２５から最も良く分かるように、図８、図９及び図１０と対照的に、第１の導波路セクション２０８は、第２の導波路セクション２１０に対するクラッドの役目を果たす。第１の導波路セクション２０８をコア又はクラッドのいずれとして使用するかは、全体構造内でどのように適用されるかに依存する。
【００２７】
図１７の構成では、対称ウェッジ２２２を示しており、図２８では非対称ウェッジ２２２を示している。図１７と図２８の構成間の結合効率の差異を、それぞれ図２７と図２９に示す。図２７では、対称ウェッジ２２２が図２９（約０．８の正規化単位）よりもより高い結合効率（約０．９の正規化単位）を有することが分かる。
【００２８】
図２５の構成では、対称ウェッジ２２２と第２の導波路セクション２１０は、軸２２４から距離「ｒ」だけオフセットしている。図２６で分かるように、この構成は、約０．０５正規化単位である、比較的低い結合効率３１８をもたらす。図３０を参照すると、第８の実施形態が示される。図３０では、同様に厚さ「ｃ」及び屈折率ｎｗを有するクラッド２１６は、Ｎ−モード放射２０４を光ビーム再配向デバイス２０６から軸２２４に沿って受け入れる。テーパセクション２１２は、クラッド２１６と結合された厚さｈを備える第１の開口２２６と、第１の開口２２６に対向し且つ該開口２２６よりも小さい第２の開口２２８とを有する。同様に、図３２で分かるように、図３０でのテーパセクション２１２は、約１００−１０００μｍの長さ「ｌ」を有し、約５−１０度の第１の角度α範囲と、第１の角度αに直角な約５−５０度の第２の角度βの範囲とを定める。テーパセクション２１２は、第１の開口２２６においてＮ−モード放射をクラッド２１６から受け入れる。図３０では、第２の導波路セクション２１０は、軸２２４から距離「ｒ」だけオフセットしており、テーパセクション２１２の内部に位置付けられ且つ入れられたセグメント２２０を含む。テーパセクション２１２の内に位置付けられた第２の導波路セクション２１０のセグメント２２０は、ウェッジ２２２を含む。ウェッジ２２２は、第２の導波路セクション２１０と結合された厚さ「ｔ」を備える底辺と、該底辺と対向する頂角とを含むほぼ三角形の断面を有する。ウェッジ２２２は、Ｎ−モード放射２０４をテーパセクション２１２から受け入れる。図３１は、図３０の第２の導波路セクション２１０に結合された正規化出力をテーパセクション２１２及び第２の導波路セクション２１０に沿った距離の関数として表したグラフ図３２６を示す。図３１で分かるように、図３０に示す構成の結合効率は、図２５の構成に関する図２６に示す結合効率よりも改善されている。
【００２９】
図３３、図３４及び図３５は、第２の導波路セクションのウェッジ様セグメントの種々の構成を示す。一般に、テーパ及びウェッジは、「緩やか」又は「鈍い」。即ち、これらのテーパ又はウェッジの角度α及びβは小さい。従って、「ｈ」及び「ｑ」は、導波路の厚さ「ｔ」及び幅「ｗ」よりはるかに大きい。よって、図３２の角度α及びβは、このように決定されることになる。図３３、図３４及び図３５のウェッジ様セグメント２２２の長さは「ｋ」であり、角度θ及びγはまた比較的小さい。従って、ウェッジ様セグメント２２２は、結果として本質的に細長い。良く理解されるように、テーパセクション２１２及びウェッジ様セグメント２２２は全て細長い特性があり、角度α、β、θ及びγは比較的小さく又は鋭い。
【００３０】
第１、第２など、又は前又は後、右又は左、上又は下、上方又は下方、水平又は垂直に対する任意の言及、或いは一つの量又は変数の他に対する相対的位置を示す任意の他の語句は、特に断りがない限り、本発明の説明を容易にすることを意図するものであり、本発明又は本発明の構成要素を任意の１つの位置的又は空間的方向に限定するものではない。添付図の構成要素の全ての寸法は、本発明の範囲から逸脱することになく実施形態の起こり得る設計及び意図された使用と共に変化することができる。
【００３１】
本発明を幾つかの実施形態を参照しながら説明してきたが、当業者であれば、本発明の範囲から逸脱することなく種々の変更がなされ、且つ等価物をその構成要素と置き換えることができることが理解されるであろう。加えて、本発明の教示に対して、本発明の本質的な範囲から逸脱することなく多くの修正を特定の状況又は材料に適合させるために行うことができる。従って、本発明は、本発明を実施することが企図された最も優れた形態として開示される特定の実施形態に限定されず、添付の請求項の範囲に含まれる全ての実施形態を対象とすることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】第１のセクションと、第２のセクションと、テーパセクションとを含み、Ｎ−モード放射をプリズムによって放射源から受け入れる導波路の構成。
【図２】第１のセクションと、第２のセクションと、テーパセクションとを含み、Ｎ−モード放射を放射源から受け入れるクラッド内に包まれた導波路の構成。
【図３】図２の導波路内に結合された正規化出力をこれに沿った距離の関数として表したグラフ。
【図４】第１のセクションと、第２のセクションと、テーパセクションとを含み、且つ第２のセクションが第１のセクションの屈折率とは異なる屈折率を有する、Ｎ−モード放射を放射源から受け入れる導波路の構成。
【図５】第１のセクションと、第２のセクションと、第３の部分と、テーパセクションとを含み、且つ第２のセクションが第１のセクションの屈折率とは異なる屈折率を有する、Ｎ−モード放射を放射源から受け入れる導波路の構成。
【図６】図８の導波路内に結合された正規化出力をこれに沿った距離の関数として表したグラフ。
【図７】図５の導波路内に結合された正規化出力をこれに沿った距離の関数として表したグラフ。
【図８】第１のセクションと、第２のセクションと、テーパセクションとを含み、且つ第２のセクションが第１のセクションの屈折率とは異なる屈折率を有し、更に第２のセクションのセグメントがテーパセクション内に位置付けられたＮ−モード放射を放射源から受け入れる導波路の構成。
【図９】第１のセクションと、第２のセクションと、テーパセクションとを含み、且つ第２のセクションが第１のセクションの屈折率とは異なる屈折率を有し、更に第２のセクションのウェッジ様セグメントがテーパセクション内に位置付けられたＮ−モード放射を放射源から受け入れる導波路の構成。
【図１０】第１のセクションと、第２のセクションと、テーパセクションとを含み、且つ第２のセクションが第１のセクションの屈折率とは異なる屈折率を有し、更に第２のセクションのウェッジ様セグメントがテーパセクション内に位置付けられたＮ−モード放射を放射源から受け入れる導波路の構成。
【図１１】第１のセクションと、第２のセクションと、テーパセクションとを含み、且つ第２のセクションが第１のセクションの屈折率とは異なる屈折率を有し、更に第２のセクションがテーパセクションと第１のセクションとを含むＮ−モード放射を放射源から受け入れる導波路の構成。
【図１２】第１のセクションと、第１のセクションの屈折率とは異なる屈折率を有する第２のセクションとを含み、且つ第２のセクションが第１のセクション内に位置付けられたセグメントを含むＮ−モード放射を放射源から受け入れる導波路の構成。
【図１３】第１のセクションと、第１のセクションの屈折率とは異なる屈折率を有する第２のセクションとを含み、且つ第２のセクションが第１のセクション内に位置付けられたそのセグメントを含み、更に第２のセクションがウェッジ様の対称セグメントを含むＮ−モード放射を放射源から受け入れる導波路の構成。
【図１４】第１のセクションと、第１のセクションの屈折率とは異なる屈折率を有する第２のセクションとを含み、且つ第２のセクションが第１のセクション内に位置付けられたそのセグメントを含み、更に第２のセクションがウェッジ様の非対称セグメントを含むＮ−モード放射を放射源から受け入れる導波路の構成。
【図１５】第１のセクションと、第１のセクションの屈折率とは異なる屈折率を有する第２のセクションとを含み、且つ第２のセクションが第１のセクション内に位置付けられたそのセグメントを含み、更に第１のセクションが部分的に切り取られているＮ−モード放射を放射源から受け入れる導波路の構成。
【図１６】図１５の導波路内に結合された正規化出力をこれに沿った距離の関数として表したグラフ。
【図１７】第１のセクションと、第１のセクションの屈折率とは異なる屈折率を有する第２のセクションとを含み、且つ第２のセクションが第１のセクション内に位置付けられたウェッジ様の対称セグメントを備えるセグメントを含み、更に第１のセクションが部分的に切り取られているＮ−モード放射を放射源から受け入れる導波路の構成。
【図１８】図１７の導波路内に結合された正規化出力をこれに沿った距離の関数として表したグラフ。
【図１９】第１のセクションと、第１のセクションの屈折率とは異なる屈折率を有する第２のセクションとを含み、且つ第２のセクションが第１のセクション内に位置付けられたウェッジ様の対称セグメントを備えるセグメントを含み、更に第１のセクションが部分的に切り取られているＮ−モード放射を放射源から受け入れる導波路の構成。
【図２０】図１９の導波路内に結合された正規化出力をこれに沿った距離の関数として表したグラフ。
【図２１】第１のセクションと、第１のセクションの屈折率とは異なる屈折率を有する第２のセクションとを含み、且つ第２のセクションが第１のセクション内に位置付けられたウェッジ様の対称セグメントを備えるセグメントを含み、更に第１のセクションが部分的に切り取られており、第２のセクションは軸からオフセットしている、Ｎ−モード放射を１つの軸に沿って放射源から受け入れる導波路の構成。
【図２２】図２１の導波路内に結合された正規化出力をこれに沿った距離の関数として表したグラフ。
【図２３】第１のセクションと、第１のセクションの屈折率とは異なる屈折率を有する第２のセクションとを含み、且つ第２のセクションが第１のセクション内に位置付けられたウェッジ様の対称セグメントを備えるセグメントを含み、更に第１のセクションが部分的に切り取られており、第２のセクションが軸からオフセットしている、Ｎ−モード放射を１つの軸に沿って放射源から受け入れる導波路の構成。
【図２４】図２３の導波路内に結合された正規化出力をこれに沿った距離の関数として表したグラフ。
【図２５】第１のセクションと、第１のセクションの屈折率とは異なる屈折率を有する第２のセクションとを含み、第２のセクションが第１のセクション内に位置付けられたウェッジ様の対称セグメントを備えるセグメントを含み、更に第１のセクションが部分的に切り取られており、第２のセクションがその軸からオフセットしている、Ｎ−モード放射を１つの軸に沿って放射源から受け入れる導波路の構成。
【図２６】図２５の導波路内に結合された正規化出力をこれに沿った距離の関数として表したグラフ。
【図２７】図１７の導波路内に結合された正規化出力をこれに沿った距離の関数として表したグラフ。
【図２８】第１のセクションと、第１のセクションの屈折率とは異なる屈折率を有する第２のセクションとを含み、且つ第２のセクションが第１のセクション内に位置付けられたウェッジ様の非対称セグメントを備えるセグメントを含み、更に第１のセクションが部分的に切り取られている、Ｎ−モード放射を放射源から受け入れる導波路の構成。
【図２９】図２８の導波路内に結合された正規化出力をこれに沿った距離の関数として表したグラフ。
【図３０】第１のセクションと、第２のセクションと、テーパセクションとを含み、且つ第２のセクションが第１のセクションの屈折率とは異なる屈折率を有し、更にテーパセクションが第２のセクションのセグメントを含むＮ−モード放射を１つの軸に沿って放射源から受け入れる導波路の構成。
【図３１】図３０の導波路内に結合された正規化出力をこれに沿った距離の関数として表したグラフ。
【図３２】光学素子間で光放射を結合するための導波路デバイスの三次元図。
【図３３】図１７に示す導波路の第２のセクションのウェッジ様の対称セグメントの第１の構成。
【図３４】図１４に示す導波路の第２のセクションのウェッジ様の非対称セグメントの第２の構成。
【図３５】図１４に示す導波路の第２のセクションのウェッジ様の非対称セグメントの第３の構成。
【図３６】回折格子としての光ビーム再配向デバイス。
【図３７】陥凹面としての光ビーム再配向デバイス。
【符号の説明】
【００３３】
２００  放射源
２０４  Ｎ−モード放射
２０６  光ビーム再配向デバイス
２０８  第１の導波路セクション
２１０  第２の導波路セクション
２１２  テーパセクション
２１４  導波路
【図１】
2006508398.tif 000003
【図２】
2006508398.tif 000004
【図３】
2006508398.tif 000005
【図４】
2006508398.tif 000006
【図５】
2006508398.tif 000007
【図６】
2006508398.tif 000008
【図７】
2006508398.tif 000009
【図８】
2006508398.tif 000010
【図９】
2006508398.tif 000011
【図１０】
2006508398.tif 000012
【図１１】
2006508398.tif 000013
【図１２】
2006508398.tif 000014
【図１３】
2006508398.tif 000015
【図１４】
2006508398.tif 000016
【図１５】
2006508398.tif 000017
【図１７】
2006508398.tif 000018
【図１９】
2006508398.tif 000019
【図１６】
2006508398.tif 000020
【図１８】
2006508398.tif 000021
【図２０】
2006508398.tif 000022
【図２１】
2006508398.tif 000023
【図２３】
2006508398.tif 000024
【図２５】
2006508398.tif 000025
【図２２】
2006508398.tif 000026
【図２４】
2006508398.tif 000027
【図２６】
2006508398.tif 000028
【図２７】
2006508398.tif 000029
【図２８】
2006508398.tif 000030
【図２９】
2006508398.tif 000031
【図３０】
2006508398.tif 000032
【図３１】
2006508398.tif 000033
【図３２】
2006508398.tif 000034
【図３３】
2006508398.tif 000035
【図３４】
2006508398.tif 000036
【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
2006508398.tif 000039
【国際調査報告】
2006508398.tif 000040
2006508398.tif 000041
2006508398.tif 000042
2006508398.tif 000043
2006508398.tif 000044