(57)【要約】導波路形マイクロ共振子の共振特性をチューニング、スイッチングまたは変調する方法、一般的にいえば、変える方法が提供される。共振特性の変化は、マイクロ共振子のサイズを精密に変えること、共振デバイスの局部的物理構造を変えること、あるいはマイクロ共振子のモードに係わる実効および群屈折率を変えることによって、永久的または一時的にもたらすことができる。更に、導波路の周りのインデックスプロファイルの非対称性を変えると、導波路の複屈折を変えることができるので、導波路における偏光を制御することが可能である。インデックスプロファイルのこの変化は、共振子の偏光依存性または複屈折を変えるのにも用い得る。
2004510182.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導波路形マイクロ共振子の共振位置または外部減衰時間を調整する方法であって、前記導波路にある、または周りにある物質を堆積、除去、または成長によって物理的に変成するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法において、前記物質変成が、導波路形マイクロ共振子のコアで生じることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１記載の方法において、前記物質変成が、導波路形マイクロ共振子のクラッドで生じることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１記載の方法において、前記物質変成の結果、前記導波路形マイクロ共振子中の光路長が変化することを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１記載の方法において、前記物質変成の結果、前記導波路形マイクロ共振子に係わる接続が変化し、従って接続効率と導波路形マイクロ共振子の共振形状とが変化することを特徴とする方法。
【請求項６】
導波路形マイクロ共振子の共振位置または共振形状を調整する方法が、共振子に大量の電磁波エネルギーを集束するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項６記載の方法において、前記電磁波エネルギーにより、前記導波路形マイクロ共振子のキャビティコアに大量の熱エネルギーが伝達されることを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項６記載の方法において、導波路形マイクロ共振子のコアを構成する１種または複数種の物質が、物理的または機械的変化、あるいはインデックス変化を受けることを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項６記載の方法において、前記電磁波エネルギーにより、導波路形マイクロ共振子のキャビティの周りの領域に大量の熱エネルギーが伝達されることを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項６記載の方法において、前記電磁波エネルギーにより、前記導波路形マイクロ共振子中の光路長の変化が誘起されることを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項６記載の方法において、前記電磁波エネルギーにより、前記マイクロ共振子に係わる接続の変化が誘起され、従って、接続効率とマイクロ共振子の共振形状との変化が誘起されることを特徴とする方法。
【請求項１２】
共振位置または共振形状を一時的に変える高インデックス差導波路形マイクロ共振子デバイスであって、
少なくとも１個のパターン化層コアであって、少なくとも１個の共振子と少なくとも１組の入力／出力導波路とを備える前記少なくとも１個のパターン化層コアと、
前記コアを囲むクラッドであって、前記コアを囲み、一時的に変成されない限りエバネッセント・フィールドが存在する領域を含む前記クラッドと、
交差しない入力導波路と出力導波路と、
チューニング領域を規定する少なくとも１枚の層と、
前記コアと弱い電気的接触状態にある少なくとも１個の電極と、
を備え、
前記共振位置または共振形状が、前記チューニング領域の屈折率を変えるように前記少なくとも１個の電極に電流または電圧を印加することによって、一時的に変えられることを特徴とするデバイス。
【請求項１３】
請求項１２記載のデバイスにおいて、マイクロ共振子のクラッドを変成する手段が、前記入力導波路と出力導波路とにモノリシック構造で集積化されていることを特徴とするデバイス。
【請求項１４】
請求項１２記載のデバイスにおいて、マイクロ共振子のクラッドを変成する手段が、前記入力導波路と出力導波路とにハイブリッド構造で集積化されていることを特徴とするデバイス。
【請求項１５】
請求項１２記載のデバイスにおいて、マイクロ共振子のクラッドを変成する手段が、前記入力導波路と出力導波路とに近接配置されて製造されることを特徴とするデバイス。
【請求項１６】
請求項１２記載のデバイスにおいて、マイクロ共振子のクラッドを変成する手段が、マイクロ共振子が構成されている基板と接触して配置されることを特徴とするデバイス。
【請求項１７】
コアとクラッドとを備える光導波路集積化デバイスの偏光依存性質を制御する方法が、前記導波路の対称性を動的に変えるステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１７記載の方法において、導波路のコアの周りのクラッドのインデックスの対称性を変えることによって前記導波路の断面対称性を変えることを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項１７記載の方法において、導波路のクラッド材料またはコアの複屈折を変えることによって前記導波路の断面対称性を変えることを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１７記載の方法において、高インデックス導波路から構成される導波路のコアの周りのクラッドの吸収能を変えることによって前記導波路の偏光依存損失を変えることを特徴とする方法。
【請求項２１】
コアとクラッドとを備える光導波路集積化デバイスの偏光依存性を制御する方法が、前記導波路共振子の断面対称性を動的または永久的に変えるステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項２２】
請求項２１記載の方法において、導波路のコアの周りのクラッドのインデックスの対称性を変えることによって前記導波路の断面対称性を変えることを特徴とする方法。
【請求項２３】
請求項２１記載の方法において、導波路共振子のクラッド材料またはコアの複屈折を変えることによって前記導波路共振子の断面対称性を変えることを特徴とする方法。
【請求項２４】
請求項２１記載の方法において、前記対称性を変えた結果、マイクロ共振子共振モードの各々の二つの偏光の光路長の間に相対的変化が生じることを特徴とする方法。
【請求項２５】
請求項２１記載の方法において、前記クラッドを変えた結果、前記マイクロ共振子の接続に相対的変化が生じ、その結果、マイクロ共振子共振モードの各々の二つの偏光の接続効率の間に相対的変化が生じることを特徴とする方法。
【請求項２６】
平面的な基板と、
パターン化層コアと、前記コアを囲むクラッドであって、エバネッセント・フィールドが存在する領域を含むクラッドとを備える導波路形マイクロ共振子と、
前記クラッドの少なくとも一部に接触しているストレス誘起エレメントと、
を備えることを特徴とするデバイス。
【請求項２７】
請求項２６記載のデバイスにおいて、前記ストレス誘起エレメントが形状を変化する物質の層を備えることを特徴とするデバイス。
【請求項２８】
請求項２６記載のデバイスにおいて、ストレスが電流または電圧を印加することによって誘起されることを特徴とするデバイス。
【請求項２９】
請求項２６記載のデバイスにおいて、前記マイクロ共振子の共振が局部的ストレスを加えることによってチューニングされることを特徴とするデバイス。
【請求項３０】
請求項２６記載のデバイスにおいて、前記ストレス誘起エレメントが前記マイクロ共振子とともにチップに集積化されることを特徴とするデバイス。
【請求項３１】
請求項２６記載のデバイスにおいて、前記ストレス誘起エレメントがストレスを局部的に制御するパターン化層を備えることを特徴とするデバイス。
【請求項３２】
請求項２６記載のデバイスにおいて、前記ストレス誘起エレメントが前記マイクロ共振子から空間的に離れて配置され、マイクロ共振子の共振がストレス誘起エレメントから及ぼされるストレス・フィールドのみによって変えられることを特徴とするデバイス。
【請求項３３】
コアとクラッドとを備える導波路形マイクロ共振子の共振をチューニングする方法が、ストレス誘起エレメントでストレスを加え、コアまたはクラッドに屈折率変化を惹起するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項３４】
請求項３３記載の方法において、前記ストレス誘起エレメントが形状を変化する物質の層を備えることを特徴とする方法。
【請求項３５】
請求項３３記載の方法において、ストレスが電流または電圧を印加することによって誘起されることを特徴とする方法。
【請求項３６】
請求項３３記載の方法において、前記マイクロ共振子の共振が局部的ストレスを加えることによってチューニングされることを特徴とする方法。
【請求項３７】
請求項３３記載の方法において、前記ストレス誘起エレメントが前記マイクロ共振子とともにチップに集積化されることを特徴とする方法。
【請求項３８】
請求項３３記載の方法において、前記ストレス誘起エレメントがストレスを局部的に制御するパターン化層を備えることを特徴とする方法。
【請求項３９】
請求項３３記載の方法において、共振が、加えられたストレスによって誘起された歪みの復帰性に依存して永久的あるいは一時的にチューニングされることを特徴とする方法。
【請求項４０】
請求項３３記載の方法において、前記ストレス誘起エレメントが前記マイクロ共振子から空間的に離れて配置され、マイクロ共振子の共振がストレス誘起エレメントから及ぼされるストレス・フィールドのみによって変えられることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（優先権に関する情報）
本出願は、２０００年９月２２日出願の暫定米国特許出願第６０／２３４，８４４号と２０００年９月２５日出願の暫定米国特許出願第６０／２３５，００７号に基づいて優先権を主張するものである。
【０００２】
（技術分野）
本発明は、光技術の分野、特に、光導波路形マイクロ共振子、すなわち、サイズが０．１μｍ〜１ｍｍのオーダーと非常に小さい光マイクロ共振子の共振特性を変える光技術の分野に関する。このような導波路ベースのマイクロ共振子の例としては、光マイクロリング型共振子や１次元周期フォトニックバンドギャップ導波路構造が挙げられる。
【０００３】
（背景技術）
マイクロ共振子、すなわち、サイズがμｍで共振波長がμｍの範囲の光共振デバイスは、光遠隔通信用の光集積回路に適用可能と考えられるので、最近大きな関心を集めている。マイクロ共振子は、遠隔通信に用いられる波長で共振するように設計可能であるので、光遠隔通信における波長分割多重（ＷＤＭ）に適用されるアド・ドロップ（ａｄｄ−ｄｒｏｐ）フィルタとして有用である。ＷＤＭへの適用において、各マイクロ共振子が、デバイスと共振する光の特有の波長を加え（ａｄｄ）たり、落とし（ｄｒｏｐ）たりするのである。このような用途において、光集積回路に組み込んだマイクロ共振子が有用に機能するためには、マイクロ共振子の共振波長を特定の波長となるように局部的にチューニング、つまりチューニングする能力が極めて重要である。
【０００４】
高インデックス（ｉｎｄｅｘ）差（コア屈折率とクラッド屈折率との差が大きい）の幾何学形状の導波路から形成された小さなマイクロ共振子は、自由スペクトル範囲が大きいので、特に有用である。高インデックス差導波路は、コアとクラッドの間のインデックスの差が０．３以上あるのが典型であり、チャネル型導波路やリブ型導波路など、幾つかの相異なる幾何学形状に製造し得る。チャネル型導波路は、コアと称される中心部が、コアより小さい屈折率を有する材料（複数を含む）からできているクラッドと称される周辺部で囲まれている誘電体導波路であり、光強度のピークはコアの方に存在する。高インデックス差導波路は他のタイプの幾何学形状で規定することも可能で、その一例がリブ型導波路である。リブ型導波路は、コアがクラッドで囲まれている誘電体導波路ではあるが、クラッドは複数の材料で構成され、その少なくとも一部の材料はコアの材料と同じ屈折率を有するものである。チャネル型導波路とは相異なる導波路構成では、高インデックス差導波路は、高インデックス差チャネル型導波路と同様な（断面積５０％差内で）モード・フィールドサイズを有する導波路として定義される。これらの導波路では、クラッドは、光モードのエバネッセント・フィールドが存在する領域として定義される。
【０００５】
導波路形マイクロ共振子の共振形状と共振位置に係わる特性を変化させることは、極めて重要な課題である。このようなデバイスの有用性は、そのような技術に基づいている。導波路形マイクロ共振子の適用の一つは、光集積回路に用いられる狭帯域光フィルタ用である。波長分割多重（ＷＤＭ）は、光通信で最近益々用いられている技術であるが、このようなフィルタを使用する必要がある。従って、そのような導波路形マイクロ共振子の特性を変成（ｍｏｄｉｆｙｉｎｇ）する効率的な方法を開発することは、多くの研究の主題となっている。
【０００６】
共振形状に係わる特性を変えるに当たっては、二つのアプローチがとられる。第一のアプローチは、共振のどんな特性が変化可能かを理解することである。例えば、共振のＱ、つまり共振の質の良さや波長中の共振の位置、つまり周波数ドメインや共振の形状は、すべて変化可能かも知れない。
【０００７】
共振の質の良さ、つまり共振のＱは、エネルギーが共振子に滞留する時間の量に影響を与えることによって変化し得る。共振子のＱに影響を与えることが知られている方法の一つには、マイクロ共振子に吸収を起こさせる方法があり、形状に影響を与える方法には、カスケード型マイクロ共振子を用いる方法がある。この第一の方法は、起こす必要がある吸収の量が大きいので、実施困難であり、この方法は、間接帯域ギャップ半導体と広帯域ギャップ誘電体に容易には適用し得ない。第二の方法は、有用ではあるが、マイクロ共振子に生ずる共振を交換または変調またはチューニングするために必要なダイナミック変化を惹起するには適さない。
【０００８】
光マイクロ共振子の共振位置、すなわち、共振波長、または同義であるが共振周波数は、キャビティを構成する材料の屈折率によっては勿論のこと、デバイスの物理的大きさによって決定される。従って、キャビティモードの実効および群屈折率を変化すると、共振波長を変化し得る。低インデックス差（典型的にはコアとクラッドのインデックス差は０．１未満）リング型導波路のコアの上にクラッド材料としてＵＶ鋭敏性ガラスを使用することによって、マイクロリング型マイクロ共振子をチューニングすることも、知られている。クラッドの屈折率を変化させることによって、リング型導波路のモードの実効および群屈折率が変化し、その結果、共振ライン位置（波長）のシフトが生じる。この方法は低インデックス差導波路に対しては有効であるけれども、高インデックス差（典型的にコアとクラッドのインデックス差は０．３以上）導波路に対しては有効性は少ない。高インデックス差導波路に対して必要なインデックス変化量は非常に大きくなる恐れがあるからである。しかし、高インデックス差導波路のクラッドのインデックスを少し変えれば、ライン位置に有意なシフトが生じるので、微調整目的の適用には十分である。
【０００９】
マイクロ共振子のコア部（ガイド層）の屈折率を変化することによって、半導体マイクロ共振子の共振を変える方法も示されている。しかし、この方法には、クラッド領域と非半導体基板におけるインデックス変化は含まれない。別の一つの方法には、入力導波路と出力導波路とが交差する特殊ケースのマイクロリング型フィルタを用いることが含まれる。このようなマイクロリング型フィルタ構成は、必然的に低インデックス差導波路システムに限られる。高インデックス差システムはクロストーク（混信；ｃｒｏｓｓ ｔａｌｋ）と損失が大きいからである。
【００１０】
別の方法の一つは、広く用いられてきた方法であるが、熱光学チューニング法である。この方法では、温度変化によってマイクロ共振子キャビティのコアのインデックスが変化する熱光学効果が用いられる。このサーマルチューニングは、実施は簡単であり容易である一方、高密度実装に適用すると顕著なクロストークが起こる恐れがあるという欠点がある。
【００１１】
共振形状をどのようにしたら変化可能かを分析する第二のアプローチは、共振形状の特性に所望の効果を起こさせるためには、マイクロ共振子のどのような物理的面ならば容易に改変可能かを理解することである。例えば、吸収法を用いると同時に多数のリングを局部的に近接配置して、マイクロリング型共振子の共振形状を変えることが行われている、多様な他の方法には、共振子の内部減衰速度を変化させてマイクロ共振子デバイスの共振形状を変えるることが含まれる。共振子の内部減衰速度は、ミクロリングに生ずる吸収と損失によって決定される。
【００１２】
マイクロ共振子の共振をチューニングする別の方法の一つは、ストレスを加えることによって共振位置をシフトさせることである。ストレスが加えられた結果コアの材料および／またはクラッドの材料に屈折率の変化が生じれば、マイクロ共振子の共振状態が変化し、共振ピークはそのような変化に従ってシフトする。
【００１３】
ストレスを用いて光波共振のチューニングを行うことは、以前にも行われている。例えば、接合圧電素子エレメントを用いて大型光波共振子の共振をチューニングする方法が文献に記載されている。圧電エレメントを光波共振子の上面に接合し、電圧を印加して、下の光波共振子にストレスを加える。ストレスが共振子に加えられると、屈折率の変化が起こり、共振が変化する。この方法は、大型で、離散状態にある光エレメントにのみ適用可能であり、極めて小さく、典型的に入力導波路と出力導波路とを備えてチップ上に集積化されているマイクロ共振子の共振を局部的にチューニング（ｔｕｎｉｎｇ）するのには不適である。従って、チップ上のマイクロ共振子を局部的にチューニングする能力を備えることが好ましい。
【００１４】
熱光学効果とＵＶ鋭敏性酸化物使用方法とは、マイクロ共振子キャビティ中のモードの実効および群屈折率を変化することによって共振位置を変える方法の例である。本発明において、焦点が置かれるのは、高インデックス差導波路形マイクロ共振子の共振の位置と形状とを変える他の方法について、しかも実施するに容易な方法についてである。
【００１５】
マイクロキャビティ共振子の共振を変えるメカニズムは、文献では目的とする用途の所望速度、または同義であるが時間フレームに従って３種に分類されている。最も速い速度は、変調に適用される。変調は普通、データの符号化の速度で行われる。通信では、この速度は１ＧＨｚを超え、時間では１ｎｓ未満に対応する。交換は、通信ネットワーク上のライン間にデータを経路選択して送るのに必要な速度で行われる。遅い方の交換動作はｍｓのオーダーであるが、パケット交換動作は１ｎｓと速いこともある。最後に、チューニング（ｔｕｎｉｎｇ）とは、共振を永久的あるいは長期的に変化することを称する。
【００１６】
（発明の開示）
本発明に基づけば、導波路形マイクロ共振子の共振をチューニング、交換または変調する方法、一般的にいえば、変える方法が提供される。共振特性の変化は、マイクロ共振子のサイズを精密に変えること、共振デバイスの局部的物理構造を変えること、あるいはマイクロ共振子のモードに係わる実効および群屈折率を変えることによって、永久的または一時的にもたらすことができる。更に、導波路の周りのインデックスプロファイルの非対称性を変えると、導波路の複屈折を変え得るので、導波路における偏光依存性を制御することが可能である。インデックスプロファイルのこの変化は、共振子の偏光依存性または複屈折を変えるのにも用い得る。本発明は、高Ｑ（Ｑ＞＝１００）マイクロ共振子の共振特性を変えるのに有用である。なぜなら、高Ｑ共振を有する導波路形マイクロ共振子を厳密な正確さで製造することは困難であるからである。
【００１７】
本発明の目的は、光マイクロ共振子キャビティの共振特性を変える方法を提供することである。光マイクロ共振子キャビティの周波数または波長ドメインにある共振の位置を変える方法とデバイス、および光マイクロ共振子キャビティの共振の形状を変える方法とデバイスが提供される。本発明の別の目的の一つは、集積光導波路における偏光を制御する方法を提供すること、および光導波路形マイクロ共振子の複屈折を増加または無くする方法を提供することである。
【００１８】
マイクロ共振子キャビティの共振特性を変える方法には、マイクロ共振子キャビティの吸収、すなわち、内部減衰速度を変化える方法と、マイクロ共振子キャビティに局部的に近接配置された物質の屈折率を変える方法と、マイクロ共振子キャビティの物理的構造を変える方法と、マイクロ共振子キャビティの周りに局部的に近接配置された物理的構造を変える方法と、マイクロ共振子キャビティのインデックスプロファイルの対称性を変える方法と、マイクロ共振子物質の複屈折を変える方法とが挙げられる。
【００１９】
本発明に基づけば、マイクロ共振子キャビティに対してエッチングまたはフィルム除去またはフィルム付加を行うと、共振の位置が変化する。フィルム除去またはエッチングは、化学的手段で行い得る。化学的手段としては、例えば、キャビティを酸化雰囲気に直接曝すことが挙げられる。更に、マイクロエレクトロメカニカル（ＭＥＭ）デバイスを用いてマイクロ共振子キャビティの局部的環境を変成（ｍｏｄｉｆｙｉｎｇ）すると、共振形状が変化する。ＭＥＭデバイスは、吸収性材料であっても、非吸収性材料であっても、これらの材料をマイクロ共振子デバイスに極く近接して、または直に接触して配置し用いることができる。
【００２０】
コアで吸収されるレーザ光で光照射を行うと、コアの屈折率が永久的に変化したり、サイズが永久的に変化したりするので、レーザ光照射を用いて、マイクロ共振子キャビティの共振の位置を変え得る。マイクロ共振子キャビティのクラッド材として電気光学物質を用いると、キャビティの共振位置の制御が可能である。
【００２１】
高インデックス差（コアとクラッドのインデックス差が０．３以上）導波路形キャビティのクラッドの屈折率変化は、共振の位置を変えるのに用い得る。集積化光導波路の対称性を変えると、導波路の偏光依存性が変化する。この変化は、集積化光導波路の偏光を制御するデバイスに有利に利用し得る。マイクロ共振子キャビティの屈折率プロファイルの対称性を変えると、キャビティの偏光依存共振の位置変化を起こしたり、または無くしたりするのに用い得る。
【００２２】
局部的ストレスを加えると、マイクロ共振子の屈折率を局部的に制御し得る。屈折率が変化すると、マイクロ共振子の共振位置がシフトする。
【００２３】
（発明を実施するための最良の形態）
Ａ．共振位置と共振形状を永久的に変える方法と共振子の一時的チューニングデバイス
ａ．薄膜の除去または堆積または成長による光導波路形マイクロ共振子の永久的チューニングおよび微調整
図１Ａは、例示的マイクロ共振子キャビティ１００の概略ブロック図である。マイクロ共振子キャビティ１００は、一般的表示の共振子１０２とＮ個の入力導波路１０４とＭ個の出力導波路１０６とを備える。右下の差込図には、マイクロ共振子キャビティの少なくとも１本の出力導波路の共振に近い応答が示される。説明のため、共振は、差込図に示される鋭敏な尖塔形として定義される。波長λｒｅｓは波長スペクトル中の共振位置である。ｙ軸のラベルは透過率、Ｔである。
【００２４】
図１Ｂは、マイクロリング型共振子の形の導波路形マイクロ共振子キャビティの例の一つの顕微鏡写真である。このマイクロリング型共振子は、図に示されるように、２本の直線母線導波路にリングを結合した立体構造の導波路を備える。光は導波路の１本から入り、その内のほんのわずかの部分がリングに結合される。リングの周りを一周した後、光の波長がリング中で共振する場合は、リング中の光に、母線からリングに結合している光に同相に加えられる。光のパワーが蓄積し、定常状態に達すると、リング中のエネルギーが第二の母線導波路に結合される。共振しない場合は、リング導波路中のパワーは、決して蓄積することなく、入力母線導波路中のエネルギーは殆ど損失を受けずにリングを通過して伝達される。
【００２５】
本発明では、１個または複数個のマイクロ共振子のコアにある物質、またはその周りにある物質、例えば、薄膜の除去、堆積または成長を必要とする。マイクロ共振子のコアまたはクラッドから物質を除去すると、マイクロ共振子キャビティに係わるモードの実効および群屈折率が低下し、共振波長のレッドシフトが生じる。マイクロ共振子のコアまたはクラッドの上に光学材料を堆積すると、マイクロ共振子キャビティモードの実効および群屈折率が高くなり、マイクロ共振子キャビティモードのブルーシフトが生じる。層の成長は、本明細書では、基板の薄膜が化学反応で消費され、新しい物質の薄膜が形成されるプロセスと定義される。この新しい物質は、オリジナルの物質とは相異なるインデックスを有しても差し支えないので、この新物質の成長によって、一般に、マイクロ共振子キャビティモードの実効および群屈折率が変化する。
【００２６】
図２Ａは、薄膜の除去、堆積、または成長をどのように用いてマイクロキャビティ共振子の共振をチューニングまたは微調整し得るかを示す概略図である。左上の部分は、無処理の導波路断面２００を示す。この導波路は、大略長方形として図示されているが、どのような形状のものでも差し支えない。図の右上の部分は、コアの上に誘電体２０２が堆積した効果を示す。ここでは、コアのインデックスが堆積薄膜の存在によって変化され、その結果、導波路の実効および群屈折率が変化する。左下の部分では、コアの一部分２０４が除去された断面を示す。実効インデックスが低下し、その結果、共振波長は見掛け上レッドシフトを起こす。右下の部分には、物質２０６の成長によって生じる効果が示されている。ここでは、最初の物質がある程度消費され、化学的に相異なる物質が形成する。最終の層に依存するが、この結果、普通、共振のブルーシフトが起こる。もっとも、レッドシフトとなるように設計することも可能である。
【００２７】
１個または複数個のマイクロ共振子の減衰時間も、マイクロ共振子のコアにある薄膜、またはその周りにある薄膜の除去、堆積または成長によって変化させ得る。これに対する可能な物理的効果は二つある。第一は、マイクロ共振子と外部の母線導波路との間の結合係数の変化である。導波路形マイクロ共振子の減衰時間に変化を起こさせ得る第二の物理的効果は、マイクロ共振子の固有損失の減少である。この例の一つは、マイクロ共振子のコアとグラッドの屈折率の間のインデックスまたは連続的インデックス（グレード形）を有する薄膜の堆積または成長によるものである。
【００２８】
これらの方法すべてにおいて、チューニングまたは微調整にキーとなることは、堆積、除去および成長プロセスを厳密に制御することである。例えば、マイクロ共振子キャビティの実効長さが１％変化すると、その結果、１５５０ｎｍ波長における共振ライン位置が１５ｎｍだけシフトする。従って、フィルム厚さは精密に制御しなければならない。共振位置は普通、設計された中心周波数の０．１ｎｍ以内に収める必要があるからである。
【００２９】
非常に良く制御された化学酸化法を用い、本発明に基づいてリング型共振子の共振の位置を変化させた。先ず５μｍ径のリング型共振子を、単一モードシリコン導波路を用いて製造した。次いで、このリング型共振子の応答を測定した。ピラニア溶液（Ｈ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ２＝３：１）を用いて、表面を化学的に酸化し、リングの応答を再測定した。その結果、共振ライン位置シフトは３ｎｍであると測定された。酸化の量は、リングが溶液に暴されている時間は勿論のこと、ピラニア溶液の濃度に依存するので、これは、共振デバイスのライン位置を制御する効果的方法である。この試験の結果は、図２Ｂのグラフに示される。この結果は青シフトを明快に示すが、これは、高インデックス材料シリカ（ｎ＝３．５）が低インデックスシリカ（ｎ＝１．５）に酸化されたときに得られると期待された通りである。
【００３０】
前に述べたように、物質の除去、堆積または成長のプロセスは極めて厳密に制御されなければならない。フィルム厚さを制御する効果的な方法の一つは、遅い化学反応を用いることである。例えば、化学酸化方法を用いると約１０分間にシリコン酸化物は僅か５ｎｍ成長するだけである。従って、化学方法を注意深く較正して用いることにより、シリコン導波路上の極めて少量の薄膜が消費されることになる。薄膜の厚さをどのように制御するかについては文献に数多くのアイデアが示されており、以下に記載されているものだけではない。薄膜の除去については、物理的方法、気相または液相における化学法または反応性エッチッング法を用い得る。
【００３１】
薄膜の堆積については、スパッタリング、スピン・オン、化学気相成長または分子ビームエピタキシ法を用い得るが、これらの方法はすべて文献に記載されている。最後に、薄膜の成長については、ある形のプラズマ、気相または液相における化学反応が普通用いられる。多岐にわたる使用基板や化学反応についてはここに長々と記載するまでもない。
【００３２】
ｂ．ＥＭエネルギーを使用する光導波路形マイクロ共振子のその場（Ｉｎ−ｓｉｔｕ）かつ永久的光チューニングと微調整の方法
本発明では、レーザまたは他のある形の電磁波エネルギーをマイクロ共振子キャビティ上に局部的に集束させる。十分な量の熱エネルギーをマイクロ共振子キャビティに加えると、マイクロ共振子のコアまたはクラッド中の物質が、物理的変化または機械的変化あるいはインデックス変化を受ける。２番目の効果は、コアとクラッドとの間に示差熱による熱膨張が起こり、その後、マイクロ共振子のコアまたはクラッドのいずれかに可塑性変形が起こったの結果と考えられる。１番目の効果は、レーザで誘起された化学変化によっても生じ得る。これら二つの方法を用いると、マイクロ共振子キャビティの物理的構造を変化するので、その結果、マイクロ共振子キャビティモードの実効光路長または実効および群屈折率を変化し得る。
【００３３】
更に、電磁波エネルギーにより、マイクロ共振子の外部減衰時間の変化を起こさせることが可能である。第一は、マイクロ共振子と外部母線導波路との間の結合係数の変化である。導波路形マイクロ共振子の減衰時間に変化を起こさせ得る第二の物理的効果は、マイクロ共振子の固有損失の減少である。この例の一つは、マイクロ共振子のコアとグラッドの屈折率の間のインデックスまたは連続的インデックス（グレード形）を有する薄膜の堆積または成長である。
【００３４】
この場合、コアにインデックス変化が生じた効果は、物質が感光性材料であること、あるいは長期継続的な光屈折効果（ｐｈｏｔｏ−ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ｅｆｆｅｃｔ）があることの結果と考えられる。光を用いて行われるチューニングと微調整（ｔｒｉｍｍｉｎｇ）は、この効果が局部に限定され、有意なクロストークが起こらないから、特に有用である。
【００３５】
本発明に基づき、この技法を、マイクロリング型共振子の共振の位置を変えることに用いた。更に、一時的効果を、光屈折効果を用いて生じさせた。リング型共振子は、単一モードシリコン導波路を用いて製造した。光をレーザから集束してマイクロリングに照射した。リングが熱平衡に達した後、光の照射を停止し、緩和するまで放置した。緩和後の波長はオリジナルの位置から１２ｎｍシフトした。本発明では、この効果は飽和することが示された。熱サイクルを幾度となく繰り返した後も、前記マイクロリングの共振位置は不変であった。
【００３６】
図４Ａは、マイクロ共振子キャビティ４００の共振を変える光照射に係わる概略図である。図は、伝播方向に直角の断面である。レーザ光は、光ファイバ４０２を通って１Ｗ、８５０ｎｍレーザで提供される。共振子で濾過される光は、紙の面から入り、対象物に集められる。高電力レーザで上から照射されると、共振ライン位置が変化する。図中の数値は、これらの変化を起こすのに用いられた値を示しているので、他の数値を用いても差し支えない。
【００３７】
図４Ｂは、波長（１５６５ｎｍ）に向かって変化する光照射後の共振位置をプロットして示すグラフである。ｘ軸は時間、ｙ軸は波長である。実線は、オリジナルの波長を示す。照射を行うと、波長は中間の値にジャンプし、緩やかに新しい値に収束する。この最終的に変化した値は、照射前のオリジナル波長からは１３ｎｍ離れた値である。
【００３８】
図４Ｃは、光照射の前、途中、後における共振ピーク位置をプロットして示すグラフであり、効果は自己制限的である。図４Ａと４Ｂに示されるタイプの照射を繰り返し行うと、飽和現象が生じ、それ以降の照射を行っても変化は起こらない。ｘ軸は波長を示し、ｙ軸は規準化された透過率である。
【００３９】
以上、まとめると、図４Ａ〜Ｃは、マイクロ共振子キャビティの共振を変える光照射法をどのように用いるかを示すものである。実施の形態の例では、１Ｗ、８５０ｎｍレーザ光を、ファイバで接続して用い、シリコンマイクロリング型共振子の小さなスポットに集束する。一般に、レーザ光の選択は、クラッド層には透明性で、コア層には吸収性が高くなるように行われ、コアに最大のエネルギーを伝えるようにする。結果として、１００秒のオーダーで共振ライン位置が緩やかに減衰する変化が得られる。しかし、照射後の最終的な共振位置はオリジナルの波長から１３ｎｍ離れた波長である。これは、非常に大きなシフトである。光強度とマイクロ共振子に伝達されるエネルギーとを制御することによって、共振子の共振位置の変化量を制御することが可能である。最後に、今示されたことであるが、共振変化効果は自己制限的であり、照射サイクルを何度も繰り返し行った後は、共振位置の変化は停止する。
【００４０】
チューニングが必要なマイクロ共振子キャビティを先ず検証する。チューニングの大きさ（共振ラインにおけるシフトの量）を決めた後、高強度レーザスポットをリングに照射する。必要とされるレーザ露光量を決定するには、二つの方法がある。第一の方法は、一連のラインシフトを起こさせるのに必要なレーザ使用量を決定する較正法を用いることである。第二の方法は、レーザによるラインシフトをその場で測定し、生起する可能性のある熱シフトを考慮することである。
【００４１】
レーザ光の選択は、マイクロ共振子キャビティに対しては吸収性が高く、頂部または底部クラッド層には透明性であるように行われるが、別法としては、クラッドには吸収性で、コアには透明性を持つようにも行われる。このようにして、大量のエネルギーがコアまたはクラッドのいずれかに伝達されることになる。その結果、大きな差別的な効果が得られる。更に、レーザスポットは、光マイクロ共振子キャビティのサイズのオーダーとしなければならない。こうすると、回路上の他のコンポーネントに影響を与えずに、単一共振子キャビティのチューニングを行うことが可能となる。
【００４２】
ｃ．光導波路形マイクロ共振子キャビティをチューニングするデバイス
本発明に基づいた、導波路形マイクロ共振子をチューニングするデバイスを以下に記載する。このデバイスは、高インデックス差導波路形マイクロ共振子の共振の位置または形状を一時的に変えるデバイスである。チューニングに用いられるのは、パターン化されたコア層がクラッドに囲まれたマイクロ共振子デバイスであって、物理的に交差しない入力導波路と出力導波路とを備えているマイクロ共振子デバイスである。クラッドは、コアを囲み、このデバイスが一時的にチューニングされない限りエバネッセント・フィールドが存在する領域（複数を含む）を備える。一時的チューニング効果は、１枚または複数枚のパターン化された層（チューニング領域）の屈折率を一時的に変えることによって生じる。チューニング領域の一時的変化は、電流によって、あるいはコアと接触していない少なくとも１本の電極にかかっている電圧の変化によってもたらされる。チューニング領域は、電気光学、熱光学、音響光学、電磁光学（ｍａｇｎｅｔｏ−ｏｐｔｉｃ）、光屈折の各効果を示す１種または複数種の物質、あるいは電気−機械的手段で作動し得る１種または複数種の物質から構成される。チューニング領域は、マイクロ共振子と接触していても、接触していなくとも差し支えない。図３Ａは、そのようなデバイスの概略を示す。
【００４３】
図３Ａは、チューニングエレメント３０８を用いて、マイクロ共振子キャビティ３０２の共振を変えるシステムの概略ブロック図である。共振子とチューニングエレメントとは、クラッド／基板３０４上に構成され、クラッド３０６で囲まれている。
【００４４】
本発明の実施の形態の一つでは、高インデックス差（コアとクラッドのインデックス差が０．３以上）導波路形マイクロ共振子キャビティの変調と交換は、クラッドのインデックスを変えることによって行われる。高インデックス差導波路形マイクロ共振子における困難さの一つは、金属と接触する部分を設置無しに、導波路のコアのインデックスを変えることが難しいにもかかわらず、金属は導波路のモードに干渉しまうという点である。この問題は、クラッド側のインデックスを変えることによって解消される。電極または金属と接触する部分は、共振子のクラッド側に設置し得るからである。
【００４５】
本発明の別の実施の形態の一つでは、電気光学物質が、光導波路形マイクロ共振子キャビティに使われるクラッド材料として用いられる。電気光学物質のクラッドに電圧を印加することによって、クラッドの屈折率を変えることができる。導波路のコアの上にクラッドを被せて用いる利点は、光導波路のパワーの大部分が導波路のコアの中に、またはその周囲に集中されるという事実に密接に関連している。電気光学効果を、文献で提唱されているように、導波路のコアで用いようとするならば、金属電極は、導波路形マイクロ共振子のコアに近接して設置しなければならない。コアはクラッドより高い屈折率を有するからである。この結果、損失が多くなり、デバイスのＱ値が限定される。損失を少なくするため、金属電極を導波路のコアから離して（エバネッセント・フィールドの１減衰長を超える距離に）設置すれば、エバネッセント・フィールドの相当な部分が低インデックス導波路を通る過程で低下するので、デバイスの有効性が減少してしまう。従って、本発明を用いれば、その損失特性に影響を与えずに、電気光学物質をマイクロ共振子キャビティに用いることが可能である。
【００４６】
図５は、クラッド材料のインデックスを変えることによって、高インデックス差導波路の共振を変えるシステム５００の概略ブロック図である。この導波路は、酸化物層５０２とコア５０４と電気光学物質層５０６と電極５０８とを備える。電気光学物質は、クラッド層としてコアの上に堆積される。クラッドのインデックスが変化すると、結果として、コアの実効インデックスが変わる。この導波路をマイクロ共振子の形成に用いれば、このインデックス変化をチューニングメカニズムとして巧妙に利用し得る。
【００４７】
本発明の別の実施の形態の一つでは、ＭＥＭデバイスを用い、吸収性材料、または異なる非吸収性材料をマイクロ共振子デバイスに極く近接して、あるいは接触してこれを配置する。ＭＥＭデバイスは導波路コアから離れた箇所に配置された電極で作動される。ＭＥＭは、魅力的な技術である。理解しやすく、集積光学技術環境に比較的実装し易いからである。これらの効果は局部的に設定されるので、高密度環境に実装し得る。
【００４８】
図３Ｂは、マイクロ共振子キャビティ３１２の共振を変えるＭＥＭデバイス３１６を用いるシステム３１０の概略ブロック図である。一般に、ＭＥＭカンチレバーは、マイクロキャビティの方向に、あるいはそれから離れる方向に屈曲し、コアの誘電体に作用するように設計し得る。ＭＥＭカンチレバーアームは、コアインデックスと適合する高インデックス材料の薄層で設計してもよく、あるいは吸収性を増大するために金属層で設計してもよい。
【００４９】
本発明に基づいた場合、ビーム伝播シミュレーションによって、クラッドのインデックス変化が１％あると、コアインデックスが２の導波路に対して実効インデックスが０．２％変化することが示されている。実効インデックス変化が０．２％あると、３ｎｍのラインシフトが生じる。Ｑ＝２０００の共振子に対しては、これは全幅の４倍（４ ｆｕｌｌ ｗｉｄｔｈ）のシフトである。
【００５０】
ビーム伝播シミュレーションを高インデックス差（コアとクラッドのインデックス差が０．３以上）導波路に用いて、マイクロ共振子キャビティに電気光学効果を用いるのが有効であることを実証した。低インデックス差導波路の場合は、電気光学効果に起因するクラッドのインデックス変化に対する実効および群インデックスの依存性は、より大きくなる。クラッドのインデックス変化が１％あると、インデックス差が０．５の導波路に対して実効インデックスが０．２％変化する。実効インデックス変化が０．２％あると、３ｎｍのラインシフトが生じる。Ｑ＝２０００の共振子に対しては、これは全幅の４倍（４ ｆｕｌｌ ｗｉｄｔｈ）のシフトである。
【００５１】
前述した実施の形態で、本発明は、小さい光ファイバを用いて、マイクロ共振子キャビティモードに小さな実効インデックス変化を起こさせる。空気クラッドのシリコンマイクロリング型共振子の共振応答を先ず測定した。次いで光ファイバを共振子キャビティの上に静かに置いた。光ファイバを置いた後２度目の応答を測定し、光ファイバを持ち上げた後３度目の応答を測定した。損失に起因してヒステリシス現象と共振ラインの拡大とが生じた。この損失は光ファイバに付着したゴミによるものと考えられた。それでも、ラインシフトが１ｎｍ以上あったことは、この方法が実行可能のチューニング方法であることを示す。実際、理論的ラインシフトは、トップシリカクラッドがある場合とない場合のシリコンマイクロ共振子の実効インデックスを予測して見出し得る。
【００５２】
シリコンの存在により、共振子が空気クラッドからシリコンクラッド変換されたことを仮定すれば、最大実効インデックス変化は０．８％であり、これはラインシフト１２ｎｍに相当する。このラインシフトが小さなものであった事実が示すことは、前記光ファイバはリングと緊密に接触してはいなかったということである。しかし、この実験が示すことは、機械的デバイスを用いて、マイクロキャビティを壊さずに、その共振位置をシフトすることが原理的に可能であるということである。
【００５３】
このようなデバイスの操作は簡単である。高インデックス導波路のクラッドを設計するに当たって、そのインデックスが変化し得るようにする。一般に、クラッドのインデックスを変化させられる方法ならどんな方法でも用い得る。そのような方法を二つ挙げれば、一つは電気光学物質のクラッドとすることであるし、他の一つはＭＥＭデバイスを用いてクラッドのインデックス変化を行うことである。マイクロ共振子のチューニング、変調、交換が所望ならば、クラッドのインデックスのチューニング、変調、交換を行うのである。
【００５４】
本発明の前述の実施の形態の例の一つでは、大きな機械デバイス方法を用い、マイクロキャビティ共振子の局部的環境を変えている。従って、小さなマイクロ電気機械（ＭＥＭ）デバイスを想像することは容易である。ＭＥＭでは、図５に示されるように、誘電体材料を採用し、小さなカンチレバーに装着し、これを電気手段を用いて屈曲し得る。
【００５５】
ＭＥＭデバイスを用い、共振の位置または形状を変える方法は数多くある。第一の方法は、前述の実施の形態の例に用いられた方法で、クラッドの実効および群インデックスの変化を、カンチレバーに装着された誘電体を用いて行うことである。第二の方法は、損失を誘起することで、金属のような高損失性材料または共振子のインデックスに近いインデックスを有する誘電体を共振子と接触させる方法である。同様に、これら２種類の材料もカンチレバービームに装着して用い得る。高損失性材料は、マイクロ共振子キャビティモードの吸収を惹起し、一方、モードのインデックスに近いインデックスを有する誘電体を用いると、光の散乱が引き起こされ、その結果キャビティモードの損失が増加する。これら二つの効果では、マイクロ共振子キャビティのＱ値は低下する。更に、非吸収性材料をマイクロ共振子キャビティに極く近接して、あるいは接触して配置すれば、モードの実効および群インデックスが変化し、その結果、共振の位置が変化する。
【００５６】
ＭＥＭチューニング技術の第３の使用方法は、偏光各々に対する実効および群インデックスを有利に変えるのに用いることである。これは、マイクロキャビティの偏光依存性を引き起こしたり、無くしたりするのに役立つ。ＭＥＭ構造を正確にどのように実装するかは、当業者に周知である。
【００５７】
本発明の実施の形態の例には、導波路形マイクロ共振子キャビティのコアに近接して配置される（コアより低インデックスの）電気光学物質の製造が含まれる。金属電極は、共振子の近くに、導波路間に大きな電界を印加するに十分に近く、しかも、損失を無視できる程度にするためコアからは十分に遠く（エバネッセント・フィールドの１減衰長を超える距離に）に配置される。交換作用は、共振子近くの短距離間に中程度の電圧を印加することによって得られる。電圧印加により、クラッドのインデックスが変化し、その結果、共振子のモードの実効および群インデックスが変化する。この実効および群インデックス変化が生ずると、次いで共振ラインの位置が変化する。電気光学効果を用いるので、この作用は極めて速い。電気光学物質をどのように選択するかは、作動には重要ではないが、デバイスの製造には重要である。例えば、ＫＤＰまたはニオブ酸リチウムのような結晶は、特性が良く理解されているという利点はあるが、集積光学システムに集積化するには困難となる恐れがある。他方、電気光学ポリマは製造に容易であるが、特性が良く理解されているものではない。しかし、両方法とも、機能させることができる。
【００５８】
Ｂ．偏光制御
ａ．集積化光導波路の対称性の動的変化による集積化光導波路の偏光制御
本発明の実施の形態の例には、高インデックス差集積化光導波路の偏光依存特性を導波路の対称性を動的に変化させて制御する方法が含まれる。集積化光学導波路の偏光制御は重要である。入力光ファイバの偏光性はランダムであり得るので、いななる集積化システムのオペレーションもこのランダム性を考慮に入れなければならないからである。偏光制御は、特に高インデックス差導波路では重要である。高インデックス差導波路の偏光依存性は、製造の多様な因子に敏感だからである。
【００５９】
このランダム性を無くする方法の一つは、集積化光偏光コントローラを用いて集積光学回路中の偏光を制御することである。
【００６０】
偏光制御は幾つかある方法の中の一つを用いて行うことができる。すなわち、導波路のコアの周りのクラッドインデックスの対称性を変えれば、導波路の対称性が変化するし、導波路のクラッドおよび／またはコアの材料の複屈折を変えれば、導波路の断面対称性が変化するし、高インデックス導波路のコアの周りのクラッドの吸収能を変えれば、導波路の偏光依存損失が変化し、あるいは導波路のクラッドインデックスの変化は、熱光学効果によって全面的あるいは部分的に生じる。
【００６１】
本発明に基づけば、ビーム伝播シミュレーションによって示されたことであるが、クラッドの実効および屈折率を非対称的に変えれば、各々の偏光に対する実効インデックスを変え得る。こうすると、その結果、導波路に入射する光の偏光を変えることが可能となる。
【００６２】
導波路のインデックス対称性を変える一般化された方法ならばどんな方法も、用い得る。実際、前述の方法を、制御された方法で、導波路に非対称的に適用すれば、光導波路の共振波長の偏光依存性を変え得る。例として、図６Ａ〜６Ｄは、導波路の対称性をどのようにして変え得るかを示す。
【００６３】
図６Ａは、縮退ＴＥとＴＭモードを備える対称性導波路６００を示す。この場合の伝播定数は理論的に同一である。縮退を解くには、導波路周りのインデックスプロファイルを図６Ｂのように変えてもよい。導波路周りの対称性が崩れ、縮退が解かれ、その結果、ＴＥとＴＭモード双方に対して相異なる実効インデックスとなる。他方、製作許容度に基づく場合であっても、または意図した場合であっても、非対称性導波路を図６Ｃまたは６Ｄのように作れば、偏光依存の作動が行われる。この偏光依存性は、インデックスプロファイルの非対称性を変えれば、補償し得る。これらのアイデアは、マイクロリング型導波路に容易に拡張され、偏光依存の作動を強化または補償することが可能となる。
【００６４】
導波路のインデックスプロファイルの設計は、対称軸の一つに関するインデックスは顕著に変化させるが、一方、他の対称軸に関するインデックスは、殆ど変化しないように、あるいは他の対称軸のプロファイルとは反対の符号となるように行われる。この方法では、偏光依存を変えたい場合、対称軸の一つに関するインデックスプロファイルを変えればよい。例えば、デバイスに係わるＴＥモードを低下させたい場合、垂直軸に関する実効インデックスを増加してもよく、水平軸に関する実効インデックスを減少してもよい。
【００６５】
導波路のコアおよび／またはクラッドの対称性を変化するのに用いられる方法には、電気光学効果、音響光学効果、熱光学効果などの各効果を用いたり、ＭＥＭデバイスを使用する方法が含まれる。
【００６６】
本発明の実施の形態の一つに基づくと、偏光制御光導波路形集積化デバイスは、１個または複数個のチューニングエレメントを導波路の周りに配置することによって製造される。次にこれらのエレメントを制御し、導波路インデックスの断面対称性、導波路を構成する材料の複屈折の断面対称性、または導波路を構成する材料の吸収能の断面対称性のいずれかを変える。この実施の形態では、電極を用いてチューニングエレメントを能動化し得る。更に、これらの電極をクラッドでの光強度の減衰長より大きい距離に設置することが望ましい。
【００６７】
この技術の延長として可能な方法の一つは、集積化偏光コントローラを組み込むことである。一般には、少量のパワーを光信号から取り出し、偏光子を通して検出する。この偏光子は単一偏光導波路で差し支えない。次に、この検出された信号を用い、チューニング用受動デバイスを能動化する。このチューニング用デバイスにより、導波路のインデックスプロファイルが非対称的に変化するので、その結果、導波路の光の偏光が変化し得る。このデバイスがパケット交換環境下にある場合、必要とされる適応スピードはナノ秒のオーダーであり、電気光学効果と同様な高速な効果が必要とされる。
【００６８】
ｂ．マイクロ共振子キャビティの対称性の変化によるキャビティの偏光依存共振位置の変化
前述の方法をマイクロ共振子に適用すれば、マイクロ共振子の偏光依存性を変化させ得る。本発明は、マイクロキャビティ共振子における複屈折を調整するのに特に有用である。前述したように、ビーム伝播シミュレーションによって示されたことは、本発明では、クラッドの屈折率を非対称的に変えることによって、両偏光のインデックス差を変え得るということである。
【００６９】
導波路のインデックス対称性を変える一般化された方法を用いることが可能である。導波路のインデックスプロファイルの設計は、対称軸の一つに関するインデックスは顕著に変化させるが、一方、他の対称軸に関するインデックスは、殆ど変化しないように、あるいは他の対称軸のプロファイルとは反対の符号となるように行われる。この方法では、偏光依存を変えたい場合、対称軸の一つに関するインデックスプロファイルを変えればよい。例えば、デバイスに係わるＴＥモードを低下させたい場合、垂直軸に関する実効インデックスを増加してもよく、水平軸に関する実効インデックスを減少してもよい。この方法では、マイクロキャビティにおけるＴＥとＴＭモード双方とも、その場でチューニングし、同じ共振位置となるようにし、偏光依存性を無くしたり、あるいは増加したりすることが可能でる。
【００７０】
本発明の実施の形態の一つに基づくと、光導波路形マイクロ共振子集積化デバイスの偏光依存性は、１個または複数個のチューニングエレメントを導波路の周りに配置することによって制御される。次にこれらのエレメントを制御し、導波路インデックスの断面対称性、導波路を構成する材料の複屈折の断面対称性、または導波路を構成する材料の吸収能の断面対称性のいずれかを変える。この実施の形態では、電極を用いてチューニングエレメントを能動化し得る。更に、これらの電極をクラッドでの光強度の減衰長より大きい距離に設置することが望ましい。
【００７１】
Ｃ．ストレスチューニング
図７は、マイクロ共振子をストレスでチューニングするデバイス７００の概略ブロック図である。マイクロ共振子７０２は、入力導波路７０４と出力導波路７０６とに接続されている。ストレスエレメント７１０がマイクロ共振子７０２に局部ストレス・フィールドを生じさせる。ストレスエレメント７１０とマイクロ共振子７０２との間は、セパレーション層７０８で分離されている。セパレーション層７０８の機能は、ストレスエレメント７１０とマイクロ共振子７０２とを空間的に分離し、ストレス・フィールドを通すことである。ストレスエレメント７１０がマイクロ共振子７０２に加えるストレスの量を変えることによって、マイクロ共振子７０２の屈折率が変えられる。屈折率のこの変化により、マイクロ共振子７０２の共振状態が変わり、その結果、共振波長がシフトする。
【００７２】
局部的にストレスを制御するストレスエレメントを集積するためには、まず、薄膜としてチップ上に堆積する。堆積には、多岐にわたる堆積技法、例えば、スパッタリング、電気メッキ、化学的堆積、物理的堆積などが用いられる。この堆積ステップでは、堆積フィルムの完全性（ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ）を向上させるために更に別の処理ステップが必要になることもある。次に局部化したストレスが印加できるように、ストレスエレメントをパターン化し、下のマイクロ共振子だけが影響を受けるようにする。このようにプロセス設計を行うことにより、チップ上に数多くのマイクロ共振子を集積化したときに、集積した各マイクロ共振子に対して局部的に共振チューニングを行うことが可能となる。ストレスエレメントが下層に及ぼすストレスを制御するには、ストレスエレメントへの接続を確立する別の処理ステップが必要となる。
【００７３】
セパレーション層が存在すると、マイクロ共振子をストレスエレメントから空間的に分離するのに役立つので、このストレスエレメントはマイクロ共振子中の光モード自体は乱すことはない。セパレーション層の厚さの選択は、そのような乱れを回避するように行われなければならない。セパレーション層が存在すると、ストレスエレメントからのストレス・フィールドのみが伝達され、他は伝達しない。セパレーション層は、マイクロ共振子が作動する範囲の波長に対しては透明でなけれなならない。セパレーション層７０８はマイクロ共振子７０２に対してクラッドとして働くからである。
【００７４】
共振チューニングは、ストレスで誘起された歪みが復帰するかどうかによって永久的にでも一時的にでもなり得る。ストレスが取り除かれた後マイクロ共振子が歪みを元に戻すメカニズムが存在すれば、チューニングは一時的となる。そのようなメカニズムがなければ、チューニングは永久的となる。
【００７５】
図８は、ストレスを加えることによってマイクロ共振子の共振をチューニングする実施の形態の別の一つのデバイス８００の概略のブロック図である。マイクロ共振子８０２は、その寸法に応じた共振特性を有する。入力導波路８０４と出力導波路８０６とにより、光をマイクロリング８０２に入れて出す。圧電エレメント８０８がストレスエレメントとして機能する。圧電エレメント８０８は、オン／オフに切り替わる電気接点に接続される。クラッド層８１０が、マイクロリング８０２を囲み、エレメント８０８をマイクロリング８０２から空間的に分離する。クラッド層は共振波長に対して透明で、マイクロリングと導波路の屈折率より低い屈折率を有する。
【００７６】
電圧をエレメント８０８に印加すると、このエレメントにより、下に位置するクラッド層にストレスが加えられる。クラッド層はこのストレスをマイクロリングに伝達し、屈折率の変化を起こさせる。この屈折率変化が、マイクロリングの共振状態の変化を惹起し、次いで、出力導波路に結合される共振波長をシフトする。このようにして、マイクロ共振子の共振チューニングが達成される。
【００７７】
図８のデバイス８００のＸ−Ｙ面における断面図が図９に示されている。入力導波路８０４と出力導波路８０６とは、マイクロリング８０２とは物理的に分離されている。しかし、導波路に出入する光は、エバネッセント結合によってマイクロリングに伝達される。
【００７８】
図８の実施の形態が作動する電圧範囲の選択は、所望のチューニング範囲を得るのに適切なように行われなければならない。この電圧範囲は０ボルトから始まる必要はない。この実施の形態には、他のタイプのマイクロ共振子、例えば、マイクロフォトニックバンドギャップ（ＰＢＧ）とマイクロディスク、マイクロ球、回折格子などを用い得る。他のタイプのストレスエレメント、例えば、マイクロ電気機械サブシステム（ＭＥＭＳ）、静電エレメントなどもこの実施の形態に用い得る。
【００７９】
本発明は幾つかの好ましい実施の形態に関して図示し、記載したものであるが、それらの形態や詳細に関して多様な変更、削除、付加を行うことも、本発明の精神と範囲に逸脱することなく、可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】マイクロ共振子キャビティの例の一つの概略ブロック図である。
【図１Ｂ】マイクロリング型共振子の形の導波路形マイクロ共振子キャビティの顕微鏡写真である。
【図２Ａ】薄膜の除去、堆積、または成長をどのように用いてマイクロキャビティ共振子の共振をチューニングまたは微調整し得るかを示す概略図である。
【図２Ｂ】化学酸化の結果として得られた５μｍ径マイクロリング型共振子の共振シフトをプロットして示すグラフである。
【図３Ａ】光チューニングデバイスに係わる概略図で、共振子がチューニングエレメントの存在によってチューニングされるのを示す図である。
【図３Ｂ】ＭＥＭデバイスを用いてマイクロ共振子キャビティの共振特性を変えるシステムの概略ブロック図である。
【図４Ａ】マイクロ共振子キャビティの共振を変えるための光照射を示す概略図である。
【図４Ｂ】異なる波長に変化する光照射後の共振位置をプロットしたグラフである。
【図４Ｃ】光照射の前、途中、後における共振ピーク位置をプロットするグラフである。
【図５】クラッド材のインデックスを変えて、高インデックス差導波路の共振を変えるシステムの概略ブロック図である。
【図６Ａ】ＴＥまたはＴＭモードに対するインデックスプロファイルを変えることによって、導波路の対称性がどのように変化し得るかを示す概略ブロック図である。
【図６Ｂ】ＴＥまたはＴＭモードに対するインデックスプロファイルを変えることによって、導波路の対称性がどのように変化し得るかを示す概略ブロック図である。
【図６Ｃ】ＴＥまたはＴＭモードに対するインデックスプロファイルを変えることによって、導波路の対称性がどのように変化し得るかを示す概略ブロック図である。
【図６Ｄ】ＴＥまたはＴＭモードに対するインデックスプロファイルを変えることによって、導波路の対称性がどのように変化し得るかを示す概略ブロック図である。
【図７】ストレスを用いてマイクロ共振子をチューニングするデバイス７００の概略ブロック図である。
【図８】圧電エレメントをストレス付与エレメントとして用いる本発明の実施の形態の例の一つの概略ブロック図である。
【図９】図８に示される実施の形態のＸ−Ｙ面における断面図である。
【図１Ａ】
2004510182.tif 000003
【図２Ａ】
2004510182.tif 000004
【図２Ｂ】
2004510182.tif 000005
【図３Ａ】
2004510182.tif 000006
【図３Ｂ】
2004510182.tif 000007
【図４Ａ】
2004510182.tif 000008
【図４Ｂ】
2004510182.tif 000009
【図４Ｃ】
2004510182.tif 000010
【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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