(57)【要約】  第１領域内に第１光モードと、第２領域内に第２光モードとをサポートるシングル・モード導波路（７００）を有する光通信デバイスを開示する。この導波路は、ガイド・レイヤー（７３０）を有し、このレイヤーは、該レイヤー（７３０）から外側に延びる、少なくとも一つのウィング（７５０）を有する。このガイド・レイヤー（７０３）は、該ウィングで断面形状で横切ったリブ導波路（７０６，７０７）を所望で有してもよい。ウィング（７５０）は、ガイド・レイヤーの長さに沿って幅が減少し、該ウィングにおけるリブ導波路モードをチャネル導波路モードに変換する。
2006517673.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１領域に第１光モードと、第２領域に第２光モードをサポートするシングル・モード導波路を含み、該導波路がガイド・レイヤーから外側に延びる、少なくとも一つのウィングを含む、光デバイス。
【請求項２】
前記ガイド・レイヤーが単一の材料を含む請求項１記載の光デバイス。
【請求項３】
前記ガイド・レイヤーおよびウィングが、単一の材料を含む請求項１記載の光デバイス。
【請求項４】
前記ウィングが、ガイド・レイヤーとは異なる材料を含む請求項１記載の光デバイス。
【請求項５】
前記少なくとも一つのウィングが、前記ガイド・レイヤーの反対側に配置される二つのウィングを含む請求項１記載の光デバイス。
【請求項６】
前記各ウィングが、ガイド・レイヤーの反対側に対称的に配置される請求項５記載の光デバイス。
【請求項７】
前記導波路が、上記ウィングにおいてリブ導波路の断面形状を有する請求項５記載の光デバイス。
【請求項８】
前記ウィングが、前記導波路の一端部に配置される請求項５記載の光デバイス。
【請求項９】
前記ウィングが、導波路の一端部に配置される請求項１記載の光デバイス。
【請求項１０】
前記ウィングが、前記ガイド・レイヤーの長さに沿って幅が減少する請求項１記載の光デバイス。
【請求項１１】
前記ガイド・レイヤーが、第１テーパーを有する下部を含む請求項１記載の光デバイス。
【請求項１２】
前記ウィングが、下部の厚さと同等な厚さを有する請求項１１記載の光デバイス。
【請求項１３】
前記ウィングが、下部の厚さよりも大きい厚さを有する請求項１１記載の光デバイス。
【請求項１４】
前記ウィングが、下部の厚さよりも小さい厚さを有する請求項１１記載の光デバイス。
【請求項１５】
前記ガイド・レイヤーが、第２テーパーを有する上部を含む請求項１１記載の光デバイス。
【請求項１６】
前記第２テーパーが、ポイントに向かって先細る請求項１５記載の光デバイス。
【請求項１７】
前記第１テーパーが第１角度であり、前記第２テーパーが第２角度である請求項１５記載の光デバイス。
【請求項１８】
前記第１角度が約０度から約０．５度の範囲である請求項１７記載の光デバイス。
【請求項１９】
前記第２角度が約０度から約０．５度の範囲である請求項１７記載の光デバイス。
【請求項２０】
前記ガイド・レイヤーが第３テーパーを有する中間部を含み、該中間部は前期上部と前記下部の間に配置される請求項１５記載の光デバイス。
【請求項２１】
前記上部が、前記第１光モードの垂直部分を断熱的に変形させる請求項１５記載の光デバイス。
【請求項２２】
前記上部が、前記下部を二分する軸について対称である請求項１５記載の光デバイス。
【請求項２３】
前記上部が、前記下部を二分する軸について非対称である請求項１５記載の光デバイス。
【請求項２４】
前記ガイド・レイヤーが単一のレイヤーである請求項１記載の光デバイス。
【請求項２５】
前記第２領域が端面で終端し、前記ガイド・レイヤーが前記第１領域に第１の幅と、前記端面に第２の幅とを有する請求項１記載の光デバイス。
【請求項２６】
前記第２領域が端面で終端し、前記ガイド・レイヤーが前記第１領域に第１の厚さと、前記端面に第２の厚さとを有する請求項１記載の光デバイス。
【請求項２７】
前記第１の厚さは、約２．０ミクロンから約４．０ミクロンの範囲であり、前記第２の厚さは、約１．０ミクロンから約２．０ミクロンの範囲である請求項２６記載の光デバイス。
【請求項２８】
前記ガイド・レイヤーが幅を有し、この幅は、第１の幅から第２の幅に減少する請求項１記載の光デバイス。
【請求項２９】
前記ガイド・レイヤーが厚さを有し、この厚さは、第１の厚さから第２の厚さに減少する請求項１記載の光デバイス。
【請求項３０】
前記ガイド・レイヤーが、ケイ素、ケイ素酸窒化物、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、リン化インジウム、またはこれらの組み合わせを含む請求項１記載の光デバイス。
【請求項３１】
前記第１光モードは、前記ガイド・レイヤー内の前記第２光モードよりも封入度が高い請求項１記載の光デバイス。
【請求項３２】
前記ガイド・レイヤーが複数のレイヤーを含む請求項１記載の光デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に光集積回路（ＯＩＣ）に関し、特に、光導波路を結合する構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信は、データおよび音声通信用に選ばれた技術として発展しつつある。現在、光通信ネットワークにおける、ほとんどのＯＩＣは、個々にパッケージ化されるパッシブ・コンポーネントであり、幾つかの信号（１ＸＮ）への光信号の電力分割、光信号用の（ＮｘＭ）スイッチの製作、信号の等化または減衰化、アレイ式導波路格子経由での波長デマルチプレクシング、または、オプティカル・パスへの選択された波長の追加、脱落（オプティカル追加・脱落マルチプレクシング）など単一の機能を有する。より高い集積レベルは、単一ＯＩＣチップ上に、これらの機能のうちの幾つかを組み合わせることができる。また、レーザー、モジュレータ、および光検出器など、アクティブなダイのハイブリッド集積が達成されてきており、より成熟した製造方法が開発されるにつれて、より知名度を得つつある。
【０００３】
この技術は、急速に成熟しつつあるが、光通信用集積回路は、大きな曲げ半径、大きなコア・サイズ、電流、「低デルタｎ」（低屈折率差）平面状光回路の形状封入に限界があるため、その電気的な対応物よりも１オーダー、規模が大きいままである。例えば、電流遠隔通信ファイバーの同じモード・フィールド径を有する平面状の導波路コアにより、電力等化装置を有する８×８光スイッチに、１００ｍｍウェハー全体を消費させる可能性がある。大きなコアサイズ、およびこのコアと、クラッド部との間の低いインデックス・コントラストが、現在、ＯＩＣの電流生成に使用される理由は、ネットワークにおいて使用される現在のシングル・モード光ファイバーと、ＯＩＣとの間の形状整合性を得るためである。このような形状整合性により、ＯＩＣと、それをネットワークの残りに接続する光ファイバーとの間の結合損失を低く抑える。しかし、このようなＯＩＣで達成できるウェハーあたりの密度は、非常に限られてしまう。その結果、インデックス・コントラストを増加させて、ウェハー表面リアルエステートのより良い利用を可能にすること、およびこれにより、より高いレベルの機能性を達成することを可能にするという需要がある。このような高いインデックス・コントラストＯＩＣは、ＯＩＣ平面状導波路におけるコアと、クラッド部の間の屈折率の間の差が大きいこと（例えば、２％〜１０％）に因んで、「高デルタ−ｎ」導波路と呼ばれることが多い。
【０００４】
光通信回路における高いパッキング密度を達成するため、コアと、クラッド部との間の屈折率の差が増加するべきであり、その結果、コア・サイズは低減され得る。従って、高デルタ−ｎ導波路は、等しいエネルギーロスにおいて、低減されたコアサイズ、およびよりタイトに曲がった半径を可能にし、さらにコア内のよりよい形状封入のために、より近接したスペースを有する導波路について、クロストーク（雑音）をより少なくすることができる。また、高デルタ−ｎ導波路内のコアは、厚さをより薄くすることができ、かつこの形態は、より高密度に封入されるため、ＯＩＣの平面状導波路を製作するのに使用されるコアおよびクラッド・レイヤーの厚さは、より薄くなる。このため、高デルタ−ｎＯＩＣ、特にエッチングされたコアを利用する従来の無機ガラスを使用して作成されたものを製作する場合、コストおよび困難性を低減させることができる。
このような潜在的な利便性があるにも拘らず、高デルタ−ｎ導波路は、数々の困難性のため採用が見送られたままである。高デルタ−ｎ導波路の市場化を阻んでいる最大の困難のうちの一つは、高デルタ−ｎ導波路が、通常モードフィールド径７ミクロン〜９ミクロンを有する一般的に使用されるシングル・モード光ファイバーへの直接結合にあまり向いていないことである。このようなコンポーネント間の互換性の欠如は、光モード理論の点で理解される。
【０００５】
高デルタ−ｎ導波路を含む、平面状光導波路と、高速および長ハウリングの光送信システムに有用な光ファイバー導波路は、シングル・モードをサポートする設計になることが多い。別の言い方をすると、この導波路は、無限の連続解（伝搬定数）を有しうるが、波動方程式が、１つの不連続解を有するようなものとして設計される。この不連続解は封入モードのものである一方、連続解は放射モードのものである。
【０００６】
各導波路は、その封入モードについて異なった不連続の（固有値）解を有するため、光ファイバーおよび平面状導波路など二つの異なる導波路が、単一の封入モードについて同一の解を有さないというのはもっともである。また、光結合の有効性を改善するため、ＯＩＣの平面状導波路と、光ファイバーとの間の導波路遷移領域を有する必要がある。この遷移領域は、理想的には、１つのタイプの導波路からほかのものへのモードの効率的な結合を行うことができるように、そのモードの断熱圧縮または膨張を可能にする。
【０００７】
上述した通り、光ファイバーは、通常、平面状導波路など、高デルタ−ｎ導波路構造によってサポートされるモードよりも、水平方向および垂直方向の両方向において、より大きなモード・サイズ（電磁場空間分布）をサポートする。従って、一つの挑戦としては、光ファイバーによってサポートされるように、モードの断熱膨張を可能にする導波路遷移領域を設けることが挙げられる。しかも、水平方向および垂直方向の両方向で、モードの断熱膨張を達成するのが有用である。垂直方向におけるモードの断熱膨張を行う導波路は、従来の製造技術を使用した場合の困難性を証明している。例えば、導波路の厚さを先細りにして、モードの垂直断熱膨張を行うことは、従来の技術では、非常に困難である。
【０００８】
その結果、高デルタ−ｎ導波路（例えば、リッジ・レーザーおよびシリコン・オン・インシュレーター（ＳＯＩ）リブ導波路）と、非対称モード・デバイスと、一般的な（低）デルタ−ｎ導波路（例えば、シングル・モード・ファイバー）との間のモード不整合など、異なった特性モードを有する導波路同士の効果的な結合を行うデバイスの分野における需要は、依然として残っている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の実施態様によれば、第１領域に第１光モードと、第２領域に第２光モードをサポートするシングル・モード導波路を備え、該導波路は、ガイド・レイヤーから外側に延びる、少なくとも一つのウィングを有するガイド・レイヤーを有することを特徴とする光デバイスを開示する。望ましくは、この導波路は、リブ導波路デバイスに、本発明の光デバイスを結合させるための、リブ導波路の断面形状を有することができるように、二つのウィングを有してもよい。このウィングは、リブ導波路モードからチャネル導波路モードにモードを変換すべく、ガイド・レイヤーの長さに沿って幅を減少させてもよい。また、この導波路は、第１テーパーを有する下部と、第２テーパーを有する上部とを有するガイド・レイヤーを備えてもよい。このガイド・レイヤーの下部は、第１の幅から第２の幅にかけて先細になっていてもよく、その上部は、第１の幅から先端にかけて先細になっていてもよい。この製作されたガイド・レイヤーは、単一の材料のレイヤーとして設けられるのが望ましい。
【００１０】
本発明の前記説明および以下の好ましい実施態様の詳細な説明は、以下の添付図面に関して読まれるときに最適に理解される。
【００１１】
用語の定義：
１．明細書中に使用される、「オン」なる用語は、「すぐ上」または、間に一つ以上のレイヤーを有することを意味する。
２．明細書中に使用される「単一材料」なる用語は、実質的に均一な化学量論量を有する材料を含む。これら材料は、ドープされていても、いなくてもよい。実施態様の材料には、シリコン、ＳｉＯｘＮｙ、ＳｉＯｘ、Ｓｉ３Ｎ４、およびＩｎＰを含むが、これらに限定されない。また、明細書中に使用される「単一材料」なる用語は、ナノコンポジット材料、有機ガラス材料を含む。
３．本明細書で使用される「二分する」なる用語は、２つの均等な部分に分割することを意味しうる。また、「二分する」なる用語は、２つの不均等な部分に分割することも意味しうる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下の詳細な説明において、説明および非限定の目的のため、本発明の完全な理解のために、特定の詳細事項を開示した実施態様が記載される。しかし、本発明は、本明細書に開示される特定の詳細事項からはずれる、ほかの実施態様においても実施可能であることは、本発明の利益を有する分野の当業者に明らかである。その上、本発明の説明の障害とならないように、周知のデバイス、方法および材料の説明を省略してもよい。
【００１３】
簡単に言うと、本発明は、断熱モード膨張／圧縮を行うことにより、第１光モードをサポートする第１導波路と、第２光モードをサポートする第２導波路との間の光結合を可能にする光導波路に関する。一実施態様によれば、導波路は、第１領域における第１光モードと、第２領域における第２光モードとをサポートする。本発明の導波路は、光通信システムの光ファイバーまたは、ほかの導波路に対して、ＯＩＣのチャネル導波路またはリブ導波路など、平面状の導波路を結合する様子を図示している。この導波路は、第１テーパーを有する下部と、第２テーパーを有する上部とを有する単一材料のガイド・レイヤーを有してもよい。本発明の別の実施態様によれば、単一材料のガイド・レイヤーを有する導波路を有する光通信デバイスを開示する。この単一材料のガイド・レイヤーは、第１の幅から第２の幅にかけて先細りする下部と、該第１の幅から先端まで先細りする上部とを有する。
【００１４】
この単一材料は、応力導入による偏光モード分散と、温度導入による偏光モード分散とを低減させるのに使用される応力補償レイヤー上に配置してもよい。この応力補償レイヤーは、導波路の光学的な特性に実質的に影響はない。本発明の更にもう一つの実施態様によれば、ガイド・レイヤーから外側に延びる二つのウィングを有するガイド・レイヤーを有する導波路を有する光デバイスを開示する。このウィングは、導波路の、選択された端部に設けられ、ＯＩＣのリブ導波路への結合によく適合した導波路の端面を付与する。
【００１５】
本明細書に記載される実施態様による導波路は、ＯＩＣの製造時に形成されるＯＩＣの統合部品であってもよい。もちろん、ＯＩＣの各位置での複数の光ファイバーを結合するのに複数の導波路を使用してもよい。例えば、８チャネル・ファイバー・アレイは、本発明の複数の導波路を内蔵したデバイスを利用することにより、８チャネルＳＯＩ導波路に効果的に結合させることができる。このような構成により、本発明のひとつのインターポーザーチップ内でのモード整合の困難性を解決することによって、ＳＯＩ導波路内の高価なアッパーテーパーの必要性を無くしている。
【００１６】
ここで図面について説明すると、図１（ａ）および１（ｂ）は、本発明の一実施態様による導波路１００を示す。ガイド・レイヤー１０１は、下部クラッド・レイヤー１０２上に配置される。このガイド・レイヤー１０１は、図示の通り、単一の材料である。上部クラッド・レイヤー（図示せず）は、ガイド・レイヤー１０１を覆う。上部および下部クラッド・レイヤーの屈折率は、同じであっても、同じでなくてもよい。全ての場合において、上部および下部クラッド・レイヤーの屈折率は、ガイド・レイヤー１０１の屈折率（ｎｇ）未満となる。導波路１００は、第１領域１０３と、第２領域１０４とを有する。ガイド・レイヤー１０１は、上部１０５と、下部１０６とを更に有する。上部１０５は、ガイド・レイヤー１０１のエッジ１０７に対して角度θ２で先細る。下部１０６は、ガイド・レイヤー１０１のエッジ１０７に対して角度θ１で先細る。
【００１７】
ガイド・レイヤー１０１の厚さおよび幅を低減することにより、導波路を走行する光モードの実質的に断熱膨張／圧縮が行える。（当業者には容易に明らかなように、モードの断熱膨張は、該モードが＋ｚ方向に走行するときに発生する一方、光の反復理論から、このモードが−ｚ方向に走行するときは断熱圧縮が発生する）。ガイド・レイヤー１０１の幅が、第１テーパー１０８に沿って幅ｗ１から、事実上ゼロの幅、すなはち終端ポイント１０９まで低減するにつれて、有効屈折率も低減する。その上、ガイド・レイヤー１０１は、第２テーパー１１１に沿って、幅ｗ１から幅ｗ２、すなわち、端面１１０における有限幅まで低減する。繰り返しになるが、ガイド・レイヤー１０１の幅が減少するにつれて、有効屈折率が減少する。有効屈折率における減少により、モードが＋ｚ方向に導波路を横切るにつれて、光モードの水平部分が膨張する（ガイド・レイヤー１０１における封入度が少なくなる）。ガイド・レイヤー１０１の第１テーパー１０８および第２テーパー１１１の製造は、以下に更に詳細に説明される通り、周知の技法で実行してもよい。
【００１８】
もちろん、光モードの垂直部分を断熱的に膨張／圧縮するのも有用である。光モードの垂直部分が、実質的に断熱膨張／圧縮を行うためには、ガイド・レイヤーの厚さは低減する。
【００１９】
図１（ｃ）について説明すると、図１（ａ）の実施態様の横立面図を示す。この実施態様では、図示の通り、ガイド・レイヤー１０１の厚さは、＋ｚ方向に厚さｔ１から厚さｔ２まで低減する。  上部クラッド・レイヤー（図示せず）は、ガイド・レイヤー１０１を覆うことができる。ガイド・レイヤー１０１に使用される単一材料が、屈折率ｎｇを有する一方、ガイド・レイヤー１０１の厚さが厚さｔ１から厚さｔ２まで低減するにつれて、屈折の有効厚さが低減する。従って、ガイド・レイヤー１０１への封入度が少なくなるにつれて、＋ｚ軸方向でガイド・レイヤー１０１を走行する光モードの垂直部分が膨張する。最終的には、図１（ａ）および１（ｂ）に示す本発明の実施態様によれば、ガイド・レイヤー１０１の端面１１０は、光ファイバーの光モードに十分整合する光モードを生成する幅ｗ２、厚さｔ２、および屈折率を有する。従って、端面１１０で導波路１００によってサポートされる単一光モードは、光ファイバーによってサポートされるものでもある。また、導波路１００のガイド・レイヤー１０１と、光ファイバー（図示せず）のガイド・レイヤ−との間の良好な光結合が得られる結果となる。
【００２０】
本発明の各実施態様による導波路１００は、ガイド・レイヤー１０１の上部および下部が、ガイド・レイヤー１０１を垂直方向に二分する平面について対称となるように製造してもよい。また、本発明の各実施態様による導波路１００は、ガイド・レイヤー１０１の上部、または上部および下部が、導波路１００を二分する軸について対称となるように製造してもよい。また、本発明の実施態様による導波路は、ガイド・レイヤーから外側に延びる一つ以上のウィングを有するように製造してもよい。このウィングは、その端面が、リブ導波路に結合するのに特に適合するように導波路の端面に配置してもよい。本発明の上記および、ほかの実施態様は、以下に記載する実施例において説明する。
【実施例】
【００２１】
実施例１
図２（ａ）について説明すると、本発明の一実施態様による導波路２００の斜視図を示す。基板２０１上には下部クラッド・レイヤー２０２が配置される。下部クラッド・レイヤー２０２上には、ガイド・レイヤー２０３が配置される。導波路２００は、第１領域２０４と、第２領域２０５とを有する。このガイド・レイヤー２０３は、下部２０６と、上部２０７とを有する。光モードは、端面２０９から光ファイバー２０８に結合される。説明を容易にするため、上部クラッド・レイヤーは、図２（ａ）には図示されない。この上部クラッド・レイヤーは、ガイド・レイヤー２０３を覆う。上部クラッド・レイヤーと、ガイド・レイヤー２０３と、下部クラッド・レイヤー２０２とは、本発明の一実施態様による導波路２００を形成する。この上部クラッド・レイヤーは、下部クラッド・レイヤー２０２と同一の屈折率を有してもよい。別法では、上部クラッド・レイヤーは、下部クラッド・レイヤー２０２より高い（または低い）屈折率を有してもよい。ガイド・レイヤー２０３は、屈折率、ｎｇを有し、この屈折率は、上部クラッド・レイヤーおよび下部クラッド・レイヤー２０２の両者の屈折率より大きくなる。最終的には、本発明の実施例の実施態様によれば、上部２０７および下部２０６は、図２（ｂ）に示すように、ガイド・レイヤー２００を二分する軸２１０について対称となる。
【００２２】
上述した通り、ＯＩＣ（図示せず）に光ファイバー２０８を結合するのが望ましい場合がある。この結合は、該ＯＩＣの平面状の導波路（図示せず）に光ファイバーを結合させることによって達成されうる。しかし、この平面状導波路は、第１光モードをサポートし、光ファイバー２０８は、第２光モードをサポートする。また、平面状導波路の第１光モードは、有効なやり方では光ファイバーによってはサポートされず、平面状導波路の第１光モードのエネルギーのかなりの部分は、光ファイバー２０８における放射モードに変換することができる。
【００２３】
ＯＩＣの平面状の導波路と、光ファイバー２０８との間での有効な光結合を容易にすべく、その間に導波路２００を配置してもよい。最終的には、上記に詳述される通り、平面状の導波路の第１光モードは、第２光モードが光ファイバーのガイド・レイヤー内にある場合よりも平面状導波路のガイド・レイヤーに物理的に封入される度合いが大きくなる。すなわち、平面状光導波路の封入モードは、光ファイバーの封入モードよりも小さくなる。従って、導波路２００は、実質的にモードの断熱膨張により、光ファイバー２０８に平面状導波路の第１光モードのエネルギーを効率的に伝達することにおいて有用である。別の言い方をすれば、平面状導波路についての波動方程式についての解は、第１光モードである。平面状導波路の、サポートされたモードが導波路２００横切るにつれて、導波路２００は、円筒状の光導波路（光ファイバー２０８）によってサポートされる第２光モードへの変換が行われる。
【００２４】
利点としては、平面状導波路によってサポートされるモードの、導波路２００によってサポートされるモード、究極的には光ファイバー２０８によってサポートされるモードへの変換は、実質的に断熱変換である。よって、平面状導波路からの光ファイバー２０８への遷移損失が最小限になる。図示の通り、遷移損失は、約０．１％以下となる。その上、導波路２００の第２領域２０５は、モードの水平および垂直変換を行う。最終的に、上記論述は、導波路２００におけるモードの断熱膨張を引き出す。もちろん、光の反復原理から、光ファイバー２０８（−ｚ方向）から平面状導波路へのモード走行により、同一の物理理論によって断熱圧縮が行われる。
【００２５】
図２（ｂ）は、図２（ａ）の導波路２００の上面図を示す。導波路２００のガイド・レイヤー２０３は、平面状導波路（図示せず）など、ほかの導波路（またはその一部）に結合される第１領域２０４を有する。第２領域２０５は、ほかの導波路（例えば、光ファイバー２０８）によってサポートされるものに、平面状導波路によってサポートされるモードの変換が発生する領域である。この第２領域２０５は、下部２０６と、上部２０７とを有する。端面２０９に達すると、単一封入モードは、光ファイバー２０８によってサポートされるものとなる。従って、このモードのエネルギーの重要部分は、光ファイバー内の放射モードに対する損失とはならない。要約すると、図２（ａ）および図２（ｂ）の実施態様の構造により、光モードの水平方向部分および垂直方向部分両者の効率的な結合が得られる結果となる。この構造は、標準的な半導体製造技術によって容易に製造可能である。
【００２６】
図２（ｂ）に示す通り、ガイド・レイヤー２０３が先細りするにつれ、下部２０６は、導波路２０３のエッジに対して第１角度θ１となり、上部２０７は、繰り返しになるが、導波路２０３のエッジに対して、第２角度θ２となる。図示の通り、この角度は、約０度から約０．５度の範囲となる。場合によって、この角度は、０度より大きい角度から約０．５度までの範囲となるのが好ましい。当業者によって容易に理解できる通り、テーパー角度が大きくなるにつれ、テーパー長さは短くなる。対称的に、テーパー角度が小さくなるにつれ、テーパー長さは長くなる。本明細書で、より詳細に記載される通り、テーパー長さが増えるにつれて、必要なチップ・エリアも増えるので、集積度の面からは不利である可能性があるが、モードの断熱変換（膨張／圧縮）により効果的になる結果となりうる。究極的には、これにより、導波路および光ファイバー２０８の第２領域２０５における遷移損失および放射モードが、それぞれ低減する場合がある。最終的には、角度θ１および角度θ２は、必ずしも同じでないので注意が必要である。図示の通り、角度θ２は、角度θ１より大きくなってもよい。
【００２７】
（図２（ｂ）にＬ２として示す）下部２０６のテーパー長さは、約１００ミクロンから１，５００ミクロンのオーダーとなる。もちろん、図２（ｂ）では、導波路の幅（ｗｇとして図示）は、テーパー部の長さＬ２（例えば、１〜１０ミクロンの幅）よりも数百倍小さいようなスケールで描かれていない。（Ｌ１で示される）導波路の上部２０７のテーパー長さは、約１００ミクロンから約１，５００ミクロンの規模となる。上記の通り、テーパー角度がより小さいと、テーパー長さ（Ｌ１）がより長くなる結果となり、結果的には、より広いチップ表面エリアを必要とする場合があり、集積度の高い構造においては望ましくない可能性がある。しかし、テーパー長さ（Ｌ１）は、モード形状の有効性を左右する。最終的には、テーパーがより長くなると、モード変換が、より断熱性となるため、より効果的なモード形状が得られる。
【００２８】
図２（ａ）および２（ｂ）の実施態様において、ガイド・レイヤー２０３の上部２０７および下部２０６は、ガイド・レイヤー２０３を二分する軸２１０について実質的に対称となる。そういうものとして、下部の第１角度θ１は、軸２１０の両側で同一となる。同様に、上部の第２角度θ２は、軸２１０の両側で同一となる。上部２０７および下部２０６が軸２１０について対称となる本実施態様において、長さＬ１およびＬ２は、軸２１０の両側で同一となる。
【００２９】
最終的には、下記の通り、導波路のテーパー処理により、ガイド・レイヤー２０３の幅（ｗｇ）は低減され、モードの水平部分の実質的な断熱膨張／圧縮が可能になる。端面、２０９では、図示の通り、幅は、幅ｗ２に低減される。図示の通り、この幅ｗ２は、約０．５ミクロンから約２．０ミクロンまでの範囲となる。本実施態様では、ガイド・レイヤー２０３が、むしろ突然、この幅で終端することを示しているが、もちろん、図１（ａ）および１（ｂ）の実施態様の通り、最終的には端面で終端する有限の長さについては、低減された幅、ｗｇでガイド・レイヤー２０３を継続させることが可能である。
【００３０】
導波路２００の製造は、相対的に標準的な半導体製造プロセス技術によって行ってもよい。特に有利なのは、ガイド・レイヤー２０３が、単一レイヤー、図示の通り、単一材料の単一レイヤーで製造できるという事実である。図１に図示されるデバイスを製造すべく、単一の配置ステップにおいて適切な材料が配置される。その後、従来のフォトリソグラフィー・ステップが行われ、反応性イオン・エッチング（ＲＩＥ）などの従来型のエッチング技術が行われ、導波路２０３の形成および下部２０６の画定を行うことができる。上部２０７は、第２の従来型のフォトリソグラフィー／エッチング・シーケンスによって製造できる。
【００３１】
また、レイヤー２０２上ではモノリシック材料を配置してもよく、配置ステップにおいて、第２領域２０５の下部２０６におけるテーパーを形成してもよい。配置ステップ後、最上部２０７内のテーパーを形成すべく、ガイド・レイヤー２０３を部分的にエッチングしてもよい。この最上部２０７は、同方性および異方性の両方で、標準的なドライ・エッチングまたはウェット・エッチング技術によってエッチングすることができる。このように記載された実施態様が、単一レイヤーで形成されるガイド・レイヤー２０３に描かれる一方、この導波路は、単一材料の複数のレイヤーでも形成してもよいことは明らかである。最終的には、ガイド・レイヤー２０３は、下部２０６を有する下部レイヤーと、上部２０７を有する上部レイヤー（図示せず）とで構成してもよい。二つの連続レイヤーが配置される技法において、その後、上部レイヤーは、標準技法によってエッチングして、ガイド・レイヤー２０３の第２領域２０５の最上部２０７内にテーパーを形成する。
【００３２】
非限定な例示の目的のため、本実施態様において、下部クラッド・レイヤー２０２は、約１．４６のオーダーの屈折率を有する二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）である。ガイド・レイヤー２０３は、図示によれば、ケイ素酸窒化物（ＳｉＯｘＮｙ）であり、上部クラッド・レイヤー（図示せず）もＳｉＯ２となる。この材料の実施態様において、第１領域２０４において、ガイド・レイヤー２０３は、約２．０ミクロンから約４．０ミクロンのオーダーの厚さ（図２（ａ）ではｔ１で示される）を有する。図２（ａ）において判るように、ガイド・レイヤー２０３の厚さは、ｔ１からｔ２に低減する。その上、図２（ａ）において判るように、２１３では、ガイド・レイヤー２０３は、厚さｔ１を有し、この厚さは、上部２０７の厚さｔ３と、下部２０６の厚さｔ２の合計である。セクション２１１では、ガイド・レイヤー２０３の厚さは、下部２０６の厚さであるｔ２まで低減される。
【００３３】
上部２０７および下部２０６のテーパー（幅ｗｇの低減）により、結果として、封入モードの水平部分の断熱膨張を生じさせるが、ｔ１からｔ２までの厚さの低減は、結果として、封入モードの垂直部分の断熱膨張を生じさせる。上述の通り、ガイド・レイヤー２０３の厚さの低減により、該モードの垂直部分についての有効屈折率（ｎｅｆｆ）における低減の結果となる。また、このモードは、ガイド・レイヤー２０３における垂直方向の封入度が小さく、＋ｚ方向における導波路２００を走行するように次第に伸びる、端面２０９において、モードは有効に、光ファイバー２０８でのガイド・レイヤー特性に適合する。この下部２０６は、約１．０ミクロンから約２．０ミクロンの範囲で図示される厚さ（ｔ２）を有する。最終的には、上部２０７は、約１．０ミクロンから約２．０ミクロンの範囲の厚さ（ｔ３）を図示によれば有する。
【００３４】
図３（ａ）および３（ｂ）は、それぞれ、ポイントｚ０でのｘ軸およびポイントｚ０でのｙ軸に沿った導波路２００の第１部分２０４における封入モードの電場分布を示す。別の言い方をすれば、図３（ａ）は、第１領域２０４における封入モードの電場の水平部分を示す一方、図３（ｂ）は、該モードの電場の垂直部分を示す。この図で判るように、モード・エネルギーは、導波路２００の第１領域２０４内に特に封入される。特性としては、これは、平面状導波路（図示せず）の、サポートされた固有値のエネルギー分布であり、平面状導波路と実質的に同一の物理特性を有する導波路２００の第１領域２０４に容易に結合される。
【００３５】
図３（ｃ）および３（ｄ）は、導波路２００、特にポイント２１２付近の第２領域内の封入モードの電場を示す。図３（ｃ）および３（ｄ）は、導波路２００の第２領域２０５において、封入モードの電場分布の水平部分および垂直部分を、それぞれ示す。図から判るように、導波路２００のこの部分におけるサポートされたモードは、第１部分２０４におけるサポートされたモードに比べて、僅かに膨張する（ガイド・レイヤー２０３に対する封入度が小さくなる）。
【００３６】
図３（ｅ）および３（ｆ）は、導波路２００の第２領域２０５のほぼ端面２０９における封入モードの電場分布の水平部分と垂直部分を、それぞれ示す。この時点では、封入モードの電場分布は、水平方向（図３（ｅ））と、垂直方向（図３（ｆ））の両方向において、より大きくなることが顕著である。端面２０９において、第１領域２０４の相対的に封入されたモードから、相対的に膨張したモードの断熱変換は、相対的に断熱によるものであり、結果的に遷移損失は実質上僅かとなる。
【００３７】
図３（ａ）〜３（ｆ）の様子は、＋ｚ方向におけるガイド・レイヤー２０３を横切る封入モードの断熱膨張を示す。上記に参照される通り、下部２０６および上部２０７のテーパーは、結果的にガイド・レイヤー２０３の幅ｗｇの低減につながる。この結果、該モードの水平部分についての有効屈折率（ｎｅｆｆ）の低減につながる。そういうものとして、モードの水平部分はガイド・レイヤー２０３への封入がより少なくなる。従って、このモードは、導波路２００を横切るにつれて膨張する。また、ｔ１からｔ２までのガイド・レイヤー２０３の厚さの低減の結果、該モードの垂直部分についての有効屈折率（ｎｅｆｆ）の低減につながる。従って、このモードは、ガイド・レイヤー２０３における封入度が小さくなる。また、図３（ｄ）および３（ｆ）に示されるようなモードは、光ファイバーによってサポートされる。
【００３８】
実施例ＩＩ
上述した通り、実施例Ｉにおけるガイド・レイヤー２０３の上部２０７および下部２０６は、ガイド・レイヤー２０３を二分する軸２１０について実質的に対称となっていた。実施例ＩＩの実施態様では、ガイド・レイヤー４０１の上部４０７は、ガイド・レイヤー４０１を二分する軸４１３について非対称となってもよい。下部４０２は、ガイド・レイヤー４０１を二分する軸４１３について対称となってもよい。また、上部４０７および下部４０２両方とも、ガイド・レイヤー４０１を二分する軸４１３について非対称となってもよい。ガイド・レイヤー４０１を二分する軸４１３について、ガイド・レイヤー４１０の上部４０７だけ、またはガイド・レイヤー４０１の上部および下部４０７、の何れかの非対称性は、製造および製作の視点から利点がある場合がある。
【００３９】
この実施例に記載される実施態様では、ガイド・レイヤー４０１の上部４０７、または上部４０７および下部４０１のテーパーの非対称性は、製作時に許容誤差を提供する。最終的には、非対称性のあるテーパーを製作する場合、マスク位置決め許容度はより大きくなる。実施例１における実施態様に関連して記載される標準的なマスキングおよびエッチング・ステップは、本実施例の実施態様の導波路の製作に使用してもよいので注意が必要である。その上、実施例１の実施態様に関連して記載される通り、該実施例による導波路は、光モードを断熱的に膨張／圧縮させることにより、二つの導波路同士の有効な光結合を容易にする。また、実施例ＩＩの実施態様による導波路により、図示によれば、ＯＩＣの平面状導波路に光通信システムの光ファイバーを結合させる。
【００４０】
図４（ａ）について説明すると、導波路のガイド・レイヤー４０１の上面図が示される。繰り返しになるが、下部クラッド・レイヤー（図示せず）および上部クラッド・レイヤー（図示せず）は、ガイド・レイヤー４０１より、それぞれ、下および上にも配置してもよく、それによって導波路を形成する。この上部および下部クラッド・レイヤーは、上記ですべて記載した実施態様に関連して記載したものと実質的に同じである。ガイド・レイヤー４０１の下部４０２は、下部第１テーパー４０３と、下部第２テーパー４０４とを有する。下部第１テーパー４０３は、角度θ３および長さ４０５によって定義される。下部第１テーパー４０３の長さ４０５は、第１テーパー４０３の終端点に対して垂線を引くことによって容易に決定される。下部第２テーパー４０４は、上記終端点に対する垂線を引くことによって再び定義された角度θ４、長さ４０６によって定義される。ガイド・レイヤー４０１の上部４０７は、下部４０２の上に配置される。ガイド・レイヤー４０１の上部４０７は、下部４０２の上に配置される。上部４０７は、角度θ１および長さ４０７によって定義される上部第１テーパー４０８を有し、上部第１テーパー４０８の終端点からの垂線を引くことによって見出しうる。同様に、上部４０７の上部第２テーパー４０９は、図示の通り、テーパーの終端点からガイド・レイヤー４０１のエッジまでの垂線を引くことによって決定される角度θ２および長さ４１１によって定義される。ガイド・レイヤー４０１は、端面４１０において幅ｗ２まで減少する図示上の長さｗｇを有する。セクション４１２は、図示の通りであるが、低減した幅ｗ２を有する端面は、下部４０２の終端部に配置してもよい。
【００４１】
図４（ａ）の実施態様では、軸４１３は、ガイド・レイヤー４０１を二分する。上部４０７は、軸４１３について非対称である。これに対し、下部４０２は、軸４１３について実質的に対称となる。図４（ａ）の実施態様では、角度θ３およびθ４は、実質的に同じである。下部第１および第２テーパー４０３および４０４の長さ４０５および４０６も、それぞれ、実質的に同じである。利点としては、ガイド・レイヤー４０１の上部４０７の形成におけるマスク位置の許容誤差に関する制限が、ガイド・レイヤー４０１を二分する軸について上部が対称となるような、上述した実施態様と比較して少なくなる。
【００４２】
上記から容易に判る通り、上部第１テーパー４０３の角度θ３と、下部第１テーパー４０の長さ４０５を変更し、下部第２テーパー４０４の角度θ４と、下部第２テーパー４０４の長さ４０６を変更し、上部第１テーパー４０８の角度θ１と、上部第１テーパー４０８の長さ４１０を変更し、上部第２テーパー４０９の角度θ２と、上部第２テーパー４０９の長さ４１１を変更することにより、ガイド・レイヤー４０１の様々な構造が実現できる。この結果、上部４０７は、軸４１３について非対称となる一方、下部４０２は、軸４１３について対称となる場合がある。別法においては、ガイド・レイヤー４０１の上部４０７および下部４０２の両者共、軸４００について非対称でありうる。幾つかの実施態様を以下に記載する。もちろん、この実施態様は一例に過ぎず、本発明を限定するものではない。
【００４３】
図４（ｂ）について説明すると、本発明の一実施態様の上面図を示す。図４（ｂ）の実施態様では、ガイド・レイヤー４０１の下部４０２は、軸４１３について実質的に対称となる。すなわち、角度θ３は、角度θ４と実質的に同じになり、長さ４０５は、第２長さ４０６と実質的に同じになる。しかし、角度θ２および長さ４１１は、実質上ゼロとなる。また、上部４０７の第２テーパーは無い。上部４０７は、θ１および長さ４１０によって実質的に定義される。この実施態様は、上部４０７を定義するのに使用されるマスクが、半自己アラインメントであることだけを必要とする点で特に利点がある。すなわち、上部４０７のテーパーは、一方側で、下部４０２のエッジにおけるポイントで終端するため、下部４０２を交差することだけが必要である。第２テーパーの不存在は、結果としてマスクアライメントにおける精度の必要性を低下させる。
【００４４】
図４（ｃ）について説明すると、本発明の、ほかの実施態様が示される。ガイド・レイヤー４０１は、下部４０２および上部４０７を有する。この実施態様では、角度θ１およびθ４は、実質上０となる。上部４０７は、テーパー長さ４１１を有する上部第２テーパー４０９を有する。下部４０２は、テーパー長さ４０５を有する第１テーパー４０３を有する。
【００４５】
この実施例によれば、上部４０７および下部４０２は両者共、ガイド・レイヤー４０１を二分する軸４１３について非対称となる。
【００４６】
図４（ｄ）について説明すると、本発明の、ほかの実施態様が示される。ガイド・レイヤー４０１は、下部４０２と、上部４０７とを有する。この実施態様では、角度θ１およびθ４は、実質上ゼロとなる。上部４０７は、テーパー長さ４１１を有する上部第２テーパー４０９を有する。下部４０２は、テーパー長さ４０５を有する第１テーパー４０３を有する。
【００４７】
この実施態様によれば、上部４０７および下部４０２両者共、ガイド・レイヤー４０１を二分する軸４１３について非対称となる。
【００４８】
図４（ｄ）について説明すると、本発明の、ほかの実施態様が示される。この実施態様では、ガイド・レイヤー４０１の下部４０２および上部４０７両者共、ガイド・レイヤー４０１を二分する軸４１３について非対称となる。繰り返しになるが、長さ４１０および４１１に準拠した角度θ１およびθ２は、上部４０７のテーパーを画定すべく使用してもよい。同様に、角度θ３および長さ４０５は、ガイド・レイヤー４０１の下部４０２のテーパーを画定すべく使用してもよい。
【００４９】
実施例ＩＩの実施態様の様子から容易に理解できるように、ガイド・レイヤーは、様々な構造としてもよい。記載された実施態様は、本発明の導波路の一例に過ぎない。また、これらの実施態様は、一例に過ぎず、本発明を限定するものではない。
【００５０】
実施例ＩＩＩ
本実施例では、本発明の、ほかの実施態様を記載する。これらの実施態様は、上述したようなガイド・レイヤーの対称性および非対称性の原理を組み込んでもよい。その上、実施例ＩおよびＩＩの実施態様に関連して記載される製作技術の多くを使用してもよい。
【００５１】
図５は、本発明の、ほかの実施態様による斜視図を示す。導波路５００は、下部クラッド・レイヤー５０２を有する。下部クラッド・レイヤー５０２は、基板５０２の上に配置してもよい。ガイド・レイヤー５０３は、下部クラッド・レイヤー５０２の上に配置される。上部クラッド・レイヤー（図示せず）は、ガイド・レイヤー５０３の上に配置してもよい。図５に示す実施態様では、ガイド・レイヤー５０３の下部５０７は、分散したガイド・レイヤーである。図５に示す特別な実施態様では、下部５０７は、図示の通りＴｉＬｉＮｂＯ３導波路である。導波路５０３の最上部５０６は、下部５０７（分散した導波路）の屈折率と実質的に同じ屈折率を有する材料である。利点としては、図５に示す実施態様は、分散したガイド・レイヤーが、（ｙ軸に沿って）深いよりも（ｚ軸に沿って）幅広な場合が多いため、有用である。最上部５０６の第２領域５０５は、前の実施態様に示されるのと同様のやり方、例えば、図１のやり方でテーパー処理される。第２領域５０５の最上部５０６は、垂直モードおよび水平モード変換両方を設ける場合に有用である。
【００５２】
図６について説明すると、本発明の、ほかの実施態様が示される。この実施態様では、導波路６００は、三つのレイヤーを図示上で有する第２領域６０５を有する。もちろん、これは、一例に過ぎず、より多くのレイヤーを設けることも可能である。基板６０１は、その上に配置される下部クラッド・レイヤー６０２を有する。ガイド・レイヤー６０３は、第１領域６０４と、第２領域６０５とを有する。第２領域６０５は、下部６０６と、中間部６０７と、最上部６１０とを有する。上部クラッド・レイヤー６１１（図示せず）は、ガイド・レイヤー６０３より上に配置してもよい。繰り返しになるが、導波路は、端面６０８に結合し、図面上では、導波路は、光ファイバー（図示せず）となる。図６に示す実施態様では、第２領域６０５は、下部６０６を二分する軸６０９について対称となる。製作手順および材料は、図６に示す実施態様において実質的に同じである。もちろん、第３のフォトリソグラフィーおよび／またはエッチング・ステップは、ガイド・レイヤー６０３を形成すべく材料の一レイヤーが配置される実施態様において実施する必要がある。もちろん、同じ材料の複数配備も、図１に関連して記載されるやり方に一致したやり方で実行することができる。その後、一連のフォトリソグラフィーおよびエッチング・ステップは、第２領域６０５の下部６０６、中間部６０７、および最上部６１０を実現すべく実行される。
【００５３】
実施例ＩＶ
これまで説明した実施態様は、チャネル導波路への結合に特に適合した構成を有していた。しかし、また、この実施例の実施態様に提供される通り、本発明は、リブ導波路への結合にも同じく、十分適合している。これに関し、本実施例の実施態様は、例えば、図７（ｂ）に示す通り、リブ導波路の断面形状と互換性のある断面形状を有する導波路端部を有する。
【００５４】
図７（ａ）〜（ｃ）について更に詳しく説明すると、導波路７００は、導波路７００の端面７１０においてガイド・レイヤー７０３から外側に延びる二つのウィング７５０を有するガイド・レイヤー７０３を有するものとして示される。この導波路７００は、下部クラッド・レイヤー７０２を有し、その上にはガイド・レイヤー７０３が配置される。上部クラッド・レイヤー（図示せず）は、上記の実施態様について記載されるのと同様のやり方で、ガイド・レイヤー７０３上に配置してもよい。この上部クラッド・レイヤーは、下部クラッド・レイヤー７０２と同一の屈折率を有してもよい。別法では、上部クラッド・レイヤーは、下部クラッド・レイヤー７０２の屈折率よりも高い（または低い）屈折率を有してもよい。ガイド・レイヤー７０３は、屈折率ｎｇを有し、この屈折率は、上部クラッド・レイヤーおよび下部クラッド・レイヤー７０２両者の屈折率よりも大きくなる。ガイド・レイヤー７０３は、上部７０７と、下部７０６とを有し、上記実施態様のものと同一の構成を有してもよい。例えば、上部および下部７０７、７０６は、例えば、前の実施態様に示すやり方、例えば、図１のやり方と同様なやり方でテーパー処理してもよい。別法では、ガイド・レイヤー７０３は、テーパーなしで設けてもよい。
【００５５】
各ウィング７５０は、図７（ｂ）の末端図に図示する通り、単一材料構造を付与すべく、上部７０７同様、下部７０６と同じ材料で形成してもよい。別法では、ウィング７５０の一方またはその両方は、下部７０６および／または上部７０７のものとは異なった材料を備えてもよい。各ウィング７５０は、端面７１０において、幅ｗｗおよび厚さｔ３を有しているため、ガイド・レイヤー７０３と、ウィング７５０とを組み合わされた構造は、リブ導波路の断面形状を有する。また、リブ端部７１０における導波路７１０の部分は、ＯＩＣ上に設けられたものなど、リブ導波路への結合に十分適合する。ウィング７５０の厚さｔ３は、下部７０６の厚さと同じであっても、違っていてもよい。
【００５６】
図７（ａ）および７（ｃ）において判る通り、ウィング７５０は、ガイド・レイヤー７０３の長さに沿って幅が減少し、端面７１０におけるリブ導波路モードから導波路７００の反対側の端面７０９におけるチャネル導波路モードへの導波路７００におけるモードを変換する（導波路７００の伝搬方向によっては、この変換は、逆になる）。すなわち、ウィング７５０の幅が減少するにつれて、ウィング７５０に含まれる光モードのエネルギーは、ガイド・レイヤー７０３内に移され、その形状としては、チャネル導波路の断面形状を有する。ガイド・レイヤー７０３と、ウィング７５０との間のエネルギーの移動を支援すべく、ウィング７５０の厚さｔ３は、図７（ｄ）に図示する通り、端面７１０における最大値からガイド・レイヤー７０３の長さに沿って減少してもよい。
【００５７】
ウィング幅ｗｗが減少する率は、図７（ｃ）に示すウィング角度θｗの選択によって制御され、このモード変換がどの程度断熱であるかを左右する。特に、１度以下のウィング角度θｗは、リブ・モードからチャネル・モードへの断熱モード変換を行うのに十分小さい場合がある。図示の通り、各ウィング７５０は、同じウィング角度θｗを有してもよい。別法では、各ウィング７５０は、異なったウィング角度θｗを有してもよい。また、ウィング角度θｗは、下部７０６のテーパ角度θ１の値よりも小さい値でも大きい値でもよい。別法では、ウィング角度θｗは、図８（ａ）の実施態様に図示する通り、下部８０６のテーパー角度θ１と同等な値を有してもよい。
【００５８】
図８（ａ）の導波路８００は、図７（ａ）〜（ｄ）の実施態様に対して多くの点で同様なウィング付き導波路の、ほかの実施態様の上面図を図示する。導波路８００は、該導波路８００の端面８１０においてガイド・レイヤー８０３から外側に延びる二つのウィング８５０を有するガイド・レイヤー８０３を有する。この導波路８００は、下部クラッド・レイヤー８０２を有し、その上にガイド・レイヤー８０３が配置される。上部クラッド・レイヤー（図示せず）は、導波路７００に関して記載されたのと同様のやり方でガイド・レイヤー８０３上に配置してもよい。ガイド・レイヤー８０３は、上部８０７と、下部８０６とを有し、前記実施態様に示す対応する構造と同様であってもよい。しかし、図８（ａ）の実施態様では、ウィング角度θｗは、テーパー角度θ１と同じ値を有する。また、ウィング８５０は、端面８１０から下部テーパーが始まるテーパー・ポイント８５２まで延びる長さｌｗを任意に有する。従って、ウィング８５０および下部８０６の、このような構成については、ウィング側壁８５１と、下部テーパーのテーパー側壁８１７とは、共通の平面状になる。また、導波路８００の、このような構成により、リブ導波路モードと、チャネル導波路モードとの間のモード変換が行える。
【００５９】
図８（ａ）のものと同様の更なる実施態様では、ウィング角度θｗは、図８（ｂ）の導波路８６０において図示する通り、下部テーパー角度θ１よりも大きくてもよい。導波路８００と同様、導波路８６０は、該導波路８６０の端面８７０においてガイド・レイヤー８６３から外側に延びる二つのウィング８８０を有するガイド・レイヤー８６３を有する。この導波路８６０は、下部クラッド・レイヤー８６２を有し、その上にガイド・レイヤー８６３が配置される。上部クラッド・レイヤー（図示せず）は、導波路８００に関して記載したのと同様のやり方で、ガイド・レイヤー８６３上に配置してもよい。ガイド・レイヤー８６３は、上部８６７と、下部８６６とを有し、上記実施態様に示す対応構造と同様であってもよい。図８（ｂ）の実施態様では、ウィング角度θｗは、テーパー角度θ１よりも大きな値を有する。また、ウィング８８０は、端面８１０から、下部テーパが始まるテーパー・ポイント８５４まで延びる長さｌｗを任意に有する。図８（ａ）の実施態様同様、導波路８６０は、リブ導波路モードと、チャネル導波路モードとの間のモード変換も行う。
【００６０】
ここで図９の実施態様について説明すると、本発明による導波路９００の更にもう一つの構成を図示する。導波路９００は、図８（ａ）の導波路８００に幾つかの点で同様である。導波路８００同様、導波路９００は、該導波路９００の端面９１０においてガイド・レイヤー９０３から外側に延びる二つのウィング９５０を有するガイド・レイヤー９０３を有する。この導波路９００は、下部クラッド・レイヤー９０２を有し、その上にガイド・レイヤー９０３が配置される。上部クラッド・レイヤー（図示せず）は、導波路８００に関して記載したのと同様のやり方でガイド・レイヤー９０３上に配置してもよい。ガイド・レイヤー９０３は、図８（ａ）に示す対応構造と同様、上部９０７と、下部９０６とを有する。特に、ウィング角度は、テーパー角度と同じ値を有するので、ウィング側壁と、下部テーパーのテーパー側壁とは、共通の平面状となる。しかし、導波路８００と異なり、導波路９００の上部９０７は、幅ｗｕを有し、該幅は、導波路９００の長さに沿った全てのポイントで、下部９０６およびウィング９５０を横切る幅より小さくなる。
【００６１】
導波路の製作に関しては、実施例Ｉ〜ＩＩＩにおける実施態様に関連して記載されるような標準的なマスキングおよびエッチング・ステップは、本実施例の導波路を製作するのに使用してもよい。また、一連のフォトリソグラフィーおよびエッチング・ステップは、下部７０６、８０６、９０６、ウィング７５０、８５０、９５０、および上部７０７、８０７、９０７を実現すべく実行される。
【００６２】
前記実施例において、導波路は、水平方向の幅、すなわち導波路がその上に製作される基板の平面の方向において変化する幅において変化するテーパーを有して製作されるものとして記載した。これは、垂直方向のテーパーを有する導波路が、本発明の一実施態様としても製作できるが、その製造が、より困難になる場合があるので、本発明の利点である。また、テーパー処理した部分は、平面状の壁として図示したが、このテーパー処理した部分は、曲線状のテーパーを付与すべくアーチ状の壁を有することもできる。
【００６３】
本発明の上記および、ほかの利点は、前記明細書から当業者に明らかである。従って、本発明の広範な発明の概念から逸脱しない限り、上述した実施態様に対する変更または改良が成される可能性があることは当業者によって理解される。従って、本発明は、ここに記載される特定の実施態様に限定されず、特許請求の範囲に記載される発明の範囲および意図の範囲内の変更および改良をすべて含むものと理解される。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１ａ】本発明の一実施態様による導波路の上面図である。
【図１ｂ】は、図１（ａ）に示す導波路の斜視図である。
【図１ｃ】本発明の一実施態様による導波路の図１（ａ）の導波路の横立面図である。
【図２ａ】本発明の一実施態様による光ファイバーに結合された導波路の斜視図である。
【図２ｂ】本発明の一実施態様による導波路の上面図である。
【図３ａ】本発明の一実施態様による導波路の各種領域での光モードの電場分布のグラフ図である。
【図３ｂ】本発明の一実施態様による導波路の各種領域での光モードの電場分布のグラフ図である。
【図３ｃ】本発明の一実施態様による導波路の各種領域での光モードの電場分布のグラフ図である。
【図３ｄ】本発明の一実施態様による導波路の各種領域での光モードの電場分布のグラフ図である。
【図３ｅ】本発明の一実施態様による導波路の各種領域での光モードの電場分布のグラフ図である。
【図３ｆ】本発明の一実施態様による導波路の各種領域での光モードの電場分布のグラフ図である。
【図４ａ】本発明の一実施態様による導波路のガイド・レイヤーの上面図である。
【図４ｂ】本発明の一実施態様による導波路のガイド・レイヤーの上面図である。
【図４ｃ】本発明の一実施態様による導波路のガイド・レイヤーの上面図である。
【図４ｄ】本発明の一実施態様による導波路のガイド・レイヤーの上面図である。
【図５】本発明の実施態様の斜視図である。
【図６】本発明の実施態様の斜視図である。
【図７ａ】本発明の一実施態様による導波路の斜視図であって、図中、当該導波路は、リブ導波路への結合用のウィングを有する。
【図７ｂ】前記ウィングを有する導波路の端部を示す図７（ａ）の導波路の端部立面図である。
【図７ｃ】図７（ａ）の導波路の上面図である。
【図７ｄ】図７（ａ）に示すものと構成的に同様であるが、テーパー厚のウィングを有する導波路の斜視図である。
【図８ａ】更なる実施態様のウィング構成を有する本発明による導波路の上面図である。
【図８ｂ】更なる実施態様のウィング構成を有する本発明による導波路の上面図である。
【図９】図８（ａ）のものと同様であるが、幅を狭めた上部導波路部分を有する、本発明の一実施態様による導波路の上面図である。
【符号の説明】
【００６５】
１００  導波路
１０１  ガイド・レイヤー
１０２  下部クラッド・レイヤー
１０３  第１領域
１０４  第２領域
１０５  上部
１０６  下部
１０７  エッジ
１０８  第１テーパー
１０９  終端ポイント
１１０  端面
１１１  第２テーパー
２００  導波路
２０１  基板
２０２  下部クラッド・レイヤー
２０３  ガイド・レイヤー
２０４  第１領域
２０５  第２領域
２０６  下部
２０７  上部
２０８  光ファイバー
２０９  端面
２１０  軸
４０１  ガイド・レイヤー
４０２  下部
４０３  下部第１テーパー
４０４  下部第２テーパー
４０５  長さ
４０６  長さ
４０７  上部
４０８  上部第１テーパー
４０９  上部第２テーパー
４１０  端面
４１１  長さ
４１２  セクション
４１３  軸
５００  導波路
５０２  下部クラッド・レイヤー
５０３  ガイド・レイヤー５
５０５  第２領域
５０６  最上部
５０７  下部
６００  導波路
６０１  基板
６０２  下部クラッド・レイヤー
６０３  ガイド・レイヤー
６０４  第１領域
６０５  第２領域
６０６  下部
６０７  中間部
６０８  端面
６０９  軸
６１０  最上部
６１１  上部クラッド・レイヤー
７００  導波路
７０２  下部クラッド・レイヤー
７０３  ガイド・レイヤー
７０６  下部
７０７  上部
７０９  反対側の端面
７１０  端面
７５０  ウィング
８００  導波路
８０２  下部クラッド・レイヤー
８０３  ガイド・レイヤー
８０６  下部
８０７  上部
８１０  端面
８１７  テーパー側壁
８５０  ウイング
８５１  ウイング側壁
８５４  テーパー・ポイント
８６０  導波路
８６２  下部クラッド・レイヤー
８６３  ガイド・レイヤー
８６６  下部
８６７  上部
８７０  端面
９００  導波路
９０２  下部クラッド・レイヤー
９０３  ガイド・レイヤー
９０６  下部
９０７  上部
９１０  端面
９５０  ウイング
【図１ａ】
2006517673.tif 000003
【図１ｂ】
2006517673.tif 000004
【図１ｃ】
2006517673.tif 000005
【図２ａ】
2006517673.tif 000006
【図２ｂ】
2006517673.tif 000007
【図３ａ】
2006517673.tif 000008
【図３ｂ】
2006517673.tif 000009
【図３ｃ】
2006517673.tif 000010
【図３ｄ】
2006517673.tif 000011
【図３ｅ】
2006517673.tif 000012
【図３ｆ】
2006517673.tif 000013
【図４ａ】
2006517673.tif 000014
【図４ｂ】
2006517673.tif 000015
【図４ｃ】
2006517673.tif 000016
【図４ｄ】
2006517673.tif 000017
【図５】
2006517673.tif 000018
【図６】
2006517673.tif 000019
【図７ａ】
2006517673.tif 000020
【図７ｂ】
2006517673.tif 000021
【図７ｃ】
2006517673.tif 000022
【図７ｄ】
2006517673.tif 000023
【図８ａ】
2006517673.tif 000024
【図８ｂ】
2006517673.tif 000025
【図９】
2006517673.tif 000026
【手続補正書】
【提出日】平成16年8月27日(2004.8.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導波路モードを第１モードの形状から第２モードの形状に変換する光デバイスであって、該デバイスが；
単一の材料を含むガイド・レイヤーを含むシングル・モード導波路であって、
該ガイド・レイヤーが、ガイド・レイヤーの一方の端部で単一の光モードをサポートするよう構成され、かつガイド・レイヤーの反対側の端部で単一の光モードをサポートするよう構成され、
該ガイド・レイヤーが、導波路モードの水平部分を変換するために、第１の幅をガイド・レイヤーの一方の端部に有し、かつ相対的により小さい第２の幅をガイド・レイヤーの反対側の端部に有し、
該ガイド・レイヤーが、単一の材料を含み第１テーパーを有する下部ガイド部と、単一の材料を含み第２テーパーを有する上部ガイド部とを含み、上部ガイド部が下部ガイド部の上に配置されている、
シングル・モード導波路；および
ガイド・レイヤーの相対する側に配置され、かつガイド・レイヤーから外側に延びる少なくとも２つのウィングであって、該ウィングにおいてガイド・レイヤーにリブ導波路の断面形状を提供する、
少なくとも２つのウィング
を含む光デバイス。
【請求項２】
導波路モードを第１モードの形状から第２モードの形状に変換する光デバイスであって、該デバイスが；
ガイド・レイヤーを含むシングル・モード導波路であって、
該ガイド・レイヤーが、ガイド・レイヤーの第１の端部にリブ導波路の断面形状を含み、かつガイド・レイヤーの反対側の第２の端部に非リブ導波路の断面形状を含み、
該ガイド・レイヤーが、ガイド・レイヤーの第１の端部で単一の光モードをサポートするよう構成され、かつガイド・レイヤーの反対側の端部で単一の光モードをサポートするよう構成され、
該ガイド・レイヤーが、導波路モードの水平部分を変換するために、第１の幅をガイド・レイヤーの一方の端部に有し、かつ相対的により小さい第２の幅をガイド・レイヤーの反対側の端部に有し、
該ガイド・レイヤーが、第１テーパーを有する下部ガイド部と、第２テーパーを有する上部ガイド部とを含み、上部ガイド部が下部ガイド部の上に配置されている、
シングル・モード導波路；および
ガイド・レイヤーの相対する側に配置され、かつガイド・レイヤーから外側に延びる少なくとも２つのウィングであって、第１の端部においてガイド・レイヤーにリブ導波路の断面形状を提供する、
少なくとも２つのウィング
を含む光デバイス。
【請求項３】
ガイド・レイヤーが単一の材料を含む請求項２記載の光デバイス。
【請求項４】
ウィングが、ガイド・レイヤーとは異なる材料を含む請求項１から３のいずれか１項に記載の光デバイス。
【請求項５】
上部および下部が同じ屈折率を有する請求項１から４のいずれか１項に記載の光デバイス。
【請求項６】
ウィングが、下部の厚さよりも小さい厚さを有する請求項１から５のいずれか１項に記載の光デバイス。
【請求項７】
第１テーパーが第１角度であり、第２テーパーが前記第１角度とは異なる第２角度であり、前記第１角度および第２角度のうちの少なくとも１つが約０度から約０．５度の範囲である請求項１から６のいずれか１項に記載の光デバイス。
【請求項８】
ガイド・レイヤーが、導波路モードの垂直部分の変換のために、第１の厚みをガイド・レイヤーの一方の端部に有し、かつ相対的により小さい第２の厚みをガイド・レイヤーの反対側の端部に有する請求項１から７のいずれか１項に記載の光デバイス。
【請求項９】
ガイド・レイヤーが第３テーパーを有する中間部を含み、該中間部は前期下部と前記上部の間に配置される請求項１から８のいずれか１項に記載の光デバイス。
【請求項１０】
前記上部が、前記下部を二分する軸について非対称である請求項１から９のいずれか１項に記載の光デバイス。
【請求項１１】
第１の厚さは、約２．０ミクロンから約４．０ミクロンであり、第２の厚さは、約１．０ミクロンから約２．０ミクロンである請求項１から１０のいずれか１項に記載の光デバイス。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６３】
本発明は、以下の態様を包含する。
１）  第１領域に第１光モードと、第２領域に第２光モードをサポートするシングル・モード導波路を含み、該導波路がガイド・レイヤーから外側に延びる、少なくとも一つのウィングを含む、光デバイス。
２）  前記ガイド・レイヤーが単一の材料を含む項１記載の光デバイス。
３）  前記ガイド・レイヤーおよびウィングが、単一の材料を含む項１記載の光デバイス。
４）  前記ウィングが、ガイド・レイヤーとは異なる材料を含む項１記載の光デバイス。
５）  前記少なくとも一つのウィングが、前記ガイド・レイヤーの相対する側に配置される二つのウィングを含む項１記載の光デバイス。
６）  前記各ウィングが、ガイド・レイヤーの相対する側に対称的に配置される項５記載の光デバイス。
７）  前記導波路が、上記ウィングにおいてリブ導波路の断面形状を有する項５記載の光デバイス。
８）  前記ウィングが、前記導波路の一端部に配置される項５記載の光デバイス。
９）  前記ウィングが、導波路の一端部に配置される項１記載の光デバイス。
１０）  前記ウィングが、前記ガイド・レイヤーの長さに沿って幅が減少する項１記載の光デバイス。
１１）  前記ガイド・レイヤーが、第１テーパーを有する下部を含む項１記載の光デバイス。
１２）  前記ウィングが、下部の厚さと同等な厚さを有する項１１記載の光デバイス。
１３）  前記ウィングが、下部の厚さよりも大きい厚さを有する項１１記載の光デバイス。
１４）  前記ウィングが、下部の厚さよりも小さい厚さを有する項１１記載の光デバイス。
１５）  前記ガイド・レイヤーが、第２テーパーを有する上部を含む項１１記載の光デバイス。
１６）  前記第２テーパーが、ポイントに向かって先細る項１５記載の光デバイス。
１７）  前記第１テーパーが第１角度であり、前記第２テーパーが第２角度である項１５記載の光デバイス。
１８）  前記第１角度が約０度から約０．５度の範囲である項１７記載の光デバイス。
１９）  前記第２角度が約０度から約０．５度の範囲である項１７記載の光デバイス。
２０）  前記ガイド・レイヤーが第３テーパーを有する中間部を含み、該中間部は前期上部と前記下部の間に配置される項１５記載の光デバイス。
２１）  前記上部が、前記第１光モードの垂直部分を断熱的に変形させる項１５記載の光デバイス。
２２）  前記上部が、前記下部を二分する軸について対称である項１５記載の光デバイス。
２３）  前記上部が、前記下部を二分する軸について非対称である項１５記載の光デバイス。
２４）  前記ガイド・レイヤーが単一のレイヤーである項１記載の光デバイス。
２５）  前記第２領域が端面で終端し、前記ガイド・レイヤーが前記第１領域に第１の幅と、前記端面に第２の幅とを有する項１記載の光デバイス。
２６）  前記第２領域が端面で終端し、前記ガイド・レイヤーが前記第１領域に第１の厚さと、前記端面に第２の厚さとを有する項１記載の光デバイス。
２７）  前記第１の厚さは、約２．０ミクロンから約４．０ミクロンの範囲であり、前記第２の厚さは、約１．０ミクロンから約２．０ミクロンの範囲である項２６記載の光デバイス。
２８）  前記ガイド・レイヤーが幅を有し、この幅は、第１の幅から第２の幅に減少する項１記載の光デバイス。
２９）  前記ガイド・レイヤーが厚さを有し、この厚さは、第１の厚さから第２の厚さに減少する項１記載の光デバイス。
３０）  前記ガイド・レイヤーが、ケイ素、ケイ素酸窒化物、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、リン化インジウム、またはこれらの組み合わせを含む項１記載の光デバイス。
３１）  前記第１光モードは、前記ガイド・レイヤー内の前記第２光モードよりも封入度が高い項１記載の光デバイス。
３２）  前記ガイド・レイヤーが複数のレイヤーを含む項１記載の光デバイス。
本発明の上記および、ほかの利点は、前記明細書から当業者に明らかである。従って、本発明の広範な発明の概念から逸脱しない限り、上述した実施態様に対する変更または改良が成される可能性があることは当業者によって理解される。従って、本発明は、ここに記載される特定の実施態様に限定されず、特許請求の範囲に記載される発明の範囲および意図の範囲内の変更および改良をすべて含むものと理解される。
【国際調査報告】
2006517673.tif 000027