(57)【要約】入力／出力導波路の間に挿入された、垂直にテーパ状の導波路は、１つの光アレイ導波路格子（ＡＷＧ）のスラブ／導波路インターフェイスに生じる挿入損失を改善する。テーパ導波路は、２つの区分を有する。第１の区分は、ＡＷＧのスラブに最も近い１つの第１の厚みからスラブから離れる１つの第２の厚みへ、減少する。第２の区分は、第１の区分の第２の厚みと実質的に一定または均一の１つの厚みを有する。また、第２の区分は、第１の区分に向けてテーパ状に戻る２つの側壁を有するフォーク形の端部を備える燕尾形状を有してもよい。そうでなければスラブ／導波路インターフェイスで失われるであろう光は、代わりに、光を導波路に平行に向けるテーパ導波路で捕らえられるので、挿入損失が緩和される。
2006507542.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つの光導波路であって、
１つの第１の端部において１つの第１の厚みを有し、第２の端部における１つの第２の厚みへ減少する１つの第１の区分と、
前記第１の区分に一体化した、前記第２の厚みに等しい実質的に一定の１つの厚みを有する１つの第２の区分と
を備える、光導波路。
【請求項２】
前記第２のセグメントが、
１つの中心軸に沿って略楔形状の１つの切り込みを有する１つの燕尾形状をさらに備える、請求項１に記載の光導波路。
【請求項３】
前記略楔形状の切り欠きの１つの頂端が三角形状である、請求項２に記載の光導波路。
【請求項４】
前記略楔形状の切り欠きの１つの頂端が平坦である、請求項２に記載の光導波路。
【請求項５】
前記略楔形状の切り欠きの１つの頂端が曲線的である、請求項２に記載の光導波路。
【請求項６】
前記第１の厚みが、前記第２の厚みに向けて平行に減少する、請求項１に記載の光導波路。
【請求項７】
前記第１の厚みが、前記第２の厚みに向けて指数関数的に減少する、請求項１に記載の光導波路。
【請求項８】
前記第１の厚みが、前記第２の厚みに向けて放物線状に減少する、請求項１に記載の光導波路。
【請求項９】
前記楔形状のきり欠きが、複数のテーパ側壁を備える、請求項２に記載の光導波路。
【請求項１０】
１つのＹスプリッタの複数の枝間に嵌合して挿入損失を減少させる１つの燕尾形光導波路であって、
１つの第１の端部において１つの第１の厚みを有し、第２の端部における１つの第２の厚みへ減少する１つの第１の区分と、
前記第１の区分に一体化した、前記第２の厚みに等しい実質的に一定の１つの厚みを有する１つの第２の区分と
を備え、
前記第２の区分が、前記第１の区分に向け戻ってテーパ化された複数の側壁を有する１つのフォーク形部分を備える、
燕尾形光導波路。
【請求項１１】
前記フォーク形部分の１つの頂端が、形状が三角形、曲線的、および平坦のうちの１つである、請求項１０に記載の燕尾形光導波路。
【請求項１２】
前記第２の区分の前記燕尾形が、前記第２の厚みに向けて線形、放物線状、および指数関数的のうちの１つのように減少する、請求項１０に記載の燕尾形光導波路。
【請求項１３】
前記第２の区分の前記複数の側壁が、線形、放物線状、および指数関数的なテーパのうちの１つを備える、請求項１０に記載の燕尾形光導波路。
【請求項１４】
前記第１および前記第２の区分が、シリコンオンレータ、シリカ、シリコンオキシナイトライド、リン化インジウム、および族ＩＩＩ−ＶおよびＩＩ−ＶＩからの他のいかなる化合物半導体材料のうちの１つを備える、請求項１０に記載の燕尾形光導波路。
【請求項１５】
１つの光導波路の複数のフィンガー間の挿入損失を減少させるための方法であって、
１つの導波路の複数のフィンガー間の１つのスラブに対抗し、前記スラブに最も近く、前記スラブの高さにほぼ等しく、１つの第１の厚みから１つの第２の厚みへ減少する、１つの第１の区分を設ける段階と、
前記第１の区分と一体化して前記導波路線の前記複数のフィンガーの間に、前記第２の厚みに等しい実質的に一定の１つの厚みを有する１つの第２の区分を設ける段階と
を備える、挿入損失を減少させるための方法。
【請求項１６】
前記第２の区分内に、１つの中心軸に沿って、前記第１の区分に戻り向かってテーパ化された複数のテーパ側壁を備える１つの切り欠きを設ける段階を更に備える、請求項１５に記載の挿入損失を減少させるための方法。
【請求項１７】
前記第１の区分の前記第１の厚みを、線形、放物線状、および指数関数的のうちの１つで前記第２の厚みに減少させる段階を更に備える、請求項１５に記載の挿入損失を減少させるための方法。
【請求項１８】
前記切り欠きの前記複数の側壁を、前記第１の区分に戻り向けて、線形、放物線状、および指数関数的のうちの１つでテーパ化させる段階を更に備える、請求項１７に記載の挿入損失を減少させるための方法。
【請求項１９】
前記切り欠きの１つの頂端を、三角形状、曲線状、および平坦のうちの１つに形成する段階を更に備える、請求項１７に記載の挿入損失を減少させるための方法。
【請求項２０】
前記第１および前記第２の区分を、シリコンオンレータ、シリカ、シリコンオキシナイトライド、リン化インジウム、および族ＩＩＩ−ＶおよびＩＩ−ＶＩから成る他の任意の化合物半導体材料のうちの１つから形成する段階を更に備える、請求項１５に記載の挿入損失を減少させるための方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の１つの実施形態は、複数の光学平面光波回路に関し、より特定的には、１つのアレイ導波路格子（ＡＷＧ）の１つのスラブ導波路インターフェイスにおける複数の導波路間にあって、挿入損失を緩和するような１つの垂直テーパ導波路に関する。
【背景技術】
【０００２】
波長分割多重（ＷＤＭ）は、単一のファイバを１つの高性能情報管に変貌させた。この変貌を生じさせた数多くのデバイスのうち、アレイ導波路格子（ＡＷＧ）は、重要な構成要素の一つであった。複数のＡＷＧは、数多くの互いに異なる周波数チャンネルを１つの単一のファイバ上に同時に多重化および多重分離化することが可能な、非常に汎用性のあるデバイスである。複数の他の平面光波デバイスと共に一体化すると、ＡＷＧは、光交差接続および光アド／ドロップ多重化などの、数多くの極めて重要な機能を行いうる。複数のＡＷＧの性能を向上させる継続的な動きがある。ＡＷＧの挿入損失は、システム内の電力了を決定する複数の重要な性能要素の１つである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
図１は、１つの基本的なＡＷＧがどのように動作して複数のチャンネルを多重分離化するかの１つの例を示す。簡潔にいえば、１つのＡＷＧは、入力／出力導波路と、２つのスラブ領域と、付近の導波路に対して一定の路長差を有するであろう平面導波路の１つの位相アレイとを備えることがある。この例において、１つの入力導波路１００は、同時に４つの多重化されたチャンネルを搬送する。もちろん、実際には、このチャンネル数の何倍ものチャンネルが可能である。各チャンネルは、λ１，λ２，λ３，およびλ４によって示される、１つの異なる波長または光色によって表される。入力導波路１００からの光は、第１のスラブ領域１０２に入る。入力入力導波路１００は、スラブ１０２の１つの第１の端部１０４に結合される。複数の導波路のアレイ１０６が、スラブ１０２の反対側から放射状に広がる。
【０００４】
入力導波路１００からスラブ領域１０２へ入力された光は、限定されたモード寸法を有する誘導モードとして入る。理想的には、入力導波路スラブインターフェイスは、波面が１つの平面波として現れてスラブ１０２の出力端の曲率に合致するようなやり方で、この誘導モードを変換するように設計される。複数の出力導波路１０６は、結果生じた光波を捕らえて、それを１つの第２のスラブ領域１０８へ搬送する。各出力導波路１０６で搬送された光は、１つの第２のスラブ領域１０８に入力される。各入力は、λ１，λ２，λ３，およびλ４の成分を含有する光信号を搬送し、再び第２のスラブ領域１０８に誘導モードとして入る。第２のスラブ領域１０８において、これら複数の信号は回折されて、各出力導波路１１２で搬送される回折結果の信号が１つの単一のチャンネルまたは波長を備えるように、強めあうように、または弱めあうように互いに干渉し合う。この仕組みは、反対方向にも同様に働いて、複数のチャンネルを１つの単一の導波路上で多重化する。
【０００５】
挿入損失は、典型的には、１つの光信号が１つの媒体または導波路から次に進むかまたは挿入される場合に生じる。いずれの移行点でも、何らかの損失が通常生じる。例えば、誘導媒体内の屈折率の違いによって生じる反射、導波路の構造が不完全なことによる散乱、誘導媒体の複数の物理的寸法の急激な変化による回折が、損失をもたらす。１つのＡＷＧの場合には、挿入損失の複数の主要な寄与の１つが、スラブおよび導波路間の移行のインターフェイスで生じる。例えば、さらに図１を参照して、複数の導波路１１４間の領域に当たる光信号の部分は失われやすく、システムの総挿入損失をもたらす。
【０００６】
複数のＡＷＧに対する改良がなされて、複数の挿入損失を緩和してきた。例えば、図２Ａに示すように、ＡＷＧの１つの部分は、１つのスラブ２００と、複数の導波路２０２〜２１０とを備える。加えて、１つの垂直テーパ導波路２２０が、各複数の導波路２０２〜２１０間のスラブ導波路インターフェイスに形成される。垂直テーパ導波路２２０は、基本的に、スラブ２２０の高さに一致する１つの垂直な高さを有し、スラブ２２０から最も遠くにあるその終点２２４において１つのほぼゼロ高さに線形に減少するスラブ２００に最も近い点２２２に１つの楔形状部分を備える。理論上は、そうでなければフィンガー２０２〜２１０間で失われるであろう光が、代わりに、垂直テーパ導波路２２０に入り、そこにおいて、少なくとも光の１つの部分が平行に導波路２０２〜２１０に向けられることにより、挿入損失が減少する。
【０００７】
導波路２２０の形状は、図２Ｂにも示されており、そこでは、導波路２１０の横に並んで伸びるテーパ導波路２２０の垂直断面図を示されている。スラブ２００に最も近いその第１の端２２２では、テーパ導波路２２０はスラブ２００の高さとほぼ同一の１つの高さを有する。導波路の高さは、その終端部２２４に向かって線形に減少し、そこにおいて、理想的には、テーパ導波路２２０の高さまたは厚みは１つのゼロ厚みに近づく。しかしながら、実際の製造における制約からして、これは不可能である。よって、図２Ｂに示すように、導波路の厚みが現在の製造性能またはそれ以下の１つの高さにまで減少する場合に、不均一またはギザギザのある１つの断面２２６が生じてしまう。これら複数の不完全さ２２６が散乱を生じさせ、挿入損失をもたらす。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の複数の実施形態の１つは、１つのアレイ導波路格子（ＡＷＧ）の複数の導波路間に用いられるような１つの垂直テーパ導波路を備える。導波路は、いかなる特別な複数の製造ツールまたは装置をも必要とせず、例えばフォトレジストおよび反応イオンエッチング（ＲＩＥ）手法のような伝統的な方法を用いて製造されてもよい。
【０００９】
フォトレジストフィルムが薄くなるにつれて、フィルムは１つのある最小限の厚みを超えると破れることが多い事は周知である。例えば、１つの特定のフォトレジストについての破壊厚みは、０．３μｍであってもよい。この最小限の厚み以下では、フォトレジストは、もはや、均一の厚みを有する１つの単一の均質なフィルムではない場合がある。フィルムのいかなる破れも、製造中に伝達されて、図２Ｂの２２６によって示すようなエッチングされた複数の表面上に更なる粗さを生じさせる。
【００１０】
１つの実施形態によれば、１つの粗くエッチングされた表面の生成を防止するために、フォトレジストは、１つの最小限の厚みを維持する必要がある。ここで図３を参照して、本発明の一実施形態に係る１つの垂直テーパ導波路３００を示す。図示のように、導波路３００は、１つのアレイ導波路格子（ＡＷＧ）の複数の導波路３０４およびスラブ３０６間に嵌合するように形成された１つの水平断面３０２を有する。しかしながら、垂直テーパは２つの区分を有し、区分Ａ３１０および区分Ｂ３１２として示されている。区分Ａ３１０は、スラブ３０６の高さとほぼ等しい１つの第１の高さまたは高さｈ１から１つの第２の高さｈ２へ徐々にまたは滑らかに減少する１つの垂直テーパを有する１つの垂直断面を有する。第２の高さｈ２は、現在の製造技術が確実に解決しうる厚みに作られる。例えば、ゲルマニウムが添加された１つのシリカ平面光波回路については、ｈ１およびｈ２についての１つの典型的な高さは、それぞれ約６．０μｍおよび２．０μｍである。
【００１１】
区分Ｂ３１２は、ｈ２と等しい実質的に一定の１つの高さを有する。複数の矢印３０５によって示される、導波路３００に入る光は、平行に隣接する複数のフィンガー３０４に向けられる傾向がある。第２の区分３１２を平坦にして１つの実質的に一定の高さまたは厚みにするこの仕組みは、終端部の不完全さ（図２Ｂの２２６）を防ぎ、挿入損失を改良しうる。区分Ｂ３１２は、平坦で緩やかな１つの移行を与えるので、散乱損失を減少させ、よってさらに挿入損失を減少させる。さらに、この設計は、後続の上部被膜配置のアスペクト比を減少させ、よって複数のギャップ充填問題を減少させることができる。
【００１２】
図４は、図３に示したのと同様の本発明のさらに他の実施形態を示す。上記と同様に、区分Ａ３１０は、１つの垂直テーパを有し、スラブ３０６インターフェイスからの距離が増加するに従って厚みは線形に減少する。加えて、区分Ｂ４１２は、実質的に一定の１つの厚みｈ２を維持しつつ、フォーク形になっており、平行にテーパ状の複数の側壁４１８を含んで、その結果、燕尾形状となっている。図示のように、フォーク形の区分Ｂ４１２は、２つの突起４１４および４１６を有してもよい。各突起４１４および４１６は、区分Ｂ４１２内に傾き返して１つの三角形の頂点４２２に向かう１つの内側壁４１８を有する。これにより、１つの楔形状の切り欠き４２０が、１つの中心軸に沿って形成される。突起４１４および４１６は共に、ｈ２に等しい実質的に均一または一定の１つの厚みを有する。この燕尾形状は、導波路３００に入るさらに多くの光を平行に、隣接する複数の導波路（図３の３０４）に対して向けさせることにより、挿入損失をさらに減少させる。
【００１３】
内側壁角４１８の１つの例として、ゲルマニウムが添加されたシリカ導波路については、図２Ａの従来技術で説明したように、垂直テーパ導波路は長さが約１８０μｍである。これが１つの基準として用いられると、図４の区分３１０の長さは、約１２０μｍであってもよく、なぜならば、区分４１２の最小限の厚みが約１２０μｍであり、区分４１２の最小限の厚みが約２μｍとなるからである。複数の導波路が３０μｍずつ離れており、かつ２つの突起４１４および４１６の複数の端部の最小幅が２μｍであるとする。この仮説例について、側壁４１８の角度は、約２５度であってもよい。
【００１４】
図５は、本発明の追加の複数の実施形態を示す。図４においてと同様に、区分Ｂ５１２は、燕尾形状を有するフォーク形状となっている。図示のように、フォーク形状の区分Ｂ５１２は、２つの突起５１４および５１６を有する。各突起５１４および５１６は、区分Ｂ４１２内に傾き返して１つの内側壁５１８を有する。しかしながら、図４に示す実施形態とは異なり、複数の内側壁５１８は、１つの三角形の頂点で接触せず、むしろ、それぞれは、１つの平坦な頂端５２２を形成する１つの平坦な垂直面で終端する。代わりに、複数の側壁が接触する点は、曲線的であるものを形成してもよく、または点線５２４で示すような１つの円状の頂端を有してもよい。これら複数の変更は共に、製造を簡素化する。なぜならば、これらの複数の形状が要求する精度は、図４に示す三角形の頂点４２２よりも低いからである。
【００１５】
図３〜５において、ｈ１からｈ２への区分Ａの厚みの変化および区分Ｂの幅の変化は線形に示しているが、変化は指数関数的、放物線状、または他のそのようないかなる関数のようであってもよい。
【００１６】
本発明の複数の実施形態について、複数のＡＷＧを用いて説明してきたが、開示された複数の導波路は、数多くの他の複数の光学デバイスに組み込まれることができる。実際、１つのＹ分岐構造を有するあらゆる複数の平面光波構成要素はこのテーパ設計を用いることから利点を得る。例えば、複数の垂直テーパ導光路を用いて、１つのＹ分岐スプリッタの挿入損失を減少させることができる。
【００１７】
加えて、開示された複数の導光路は、様々な複数の材料から作成できる。例えば、シリコンオンインシュレータ、シリカ、シリコンオキシナイトライド、リン化インジウム、または族ＩＩＩ−ＶおよびＩＩ−ＶＩからの他のいかなる化合物半導体材料が含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】複数のアレイ導波路格子（ＡＷＧ）の多重化／多重分離化動作を示す１つの図である。
【図２Ａ】挿入損失を緩和する複数のフィンガー間の複数の垂直テーパ導波路を含む１つのＡＷＧを示す１つの図である。
【図２Ｂ】図２Ａに示すＡＷＧの１つの横断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る、１つの垂直テーパ導波路の１つの平面図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係る、１つの垂直テーパ導波路の１つの平面図である。
【図５】本発明のさらに他の実施形態に係る、１つの垂直テーパ導波路の１つの平面図である。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
2006507542.tif 000009
2006507542.tif 000010
2006507542.tif 000011