(57)【要約】  本発明は、半導体に基づいた偏光依存モード変換器に関し、ＳｉＯ２を備えるクラッド物質、又は１よりも大きく１．６未満の屈折率を有する他の固体クラッド物質に埋め込まれた、ＳｉＮｘを備える導波路物質、又は１．７から２．３までの間の屈折率を有する他の固体導波路物質製の導波路を有し、導波路は、垂直非対称構造を有する第一部分をその長手方向に沿った少なくとも一部に含み、非対称構造は、導波路物質の上方にシリコンの薄層を含み、垂直方向におけるＳｉ薄層の厚さは、同じ垂直方向における導波路物質の厚さ未満である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体に基づいた偏光依存モード変換器であって、
ＳｉＯ２を備えるクラッド物質、又は１よりも大きく１．６未満の屈折率を有する他の固体クラッド物質に埋め込まれた、ＳｉＮｘを備える導波路物質（２）、又は１．７から２．３までの間の屈折率を有する他の固体導波路物質（２）製の導波路を有し、
前記導波路が、垂直非対称構造を有する第一部分を長手方向に沿った一部に含み、前記垂直非対称構造が、前記導波路物質（２）の上方にシリコンの薄層（４）を含み、前記Ｓｉ薄層（４）の垂直方向における厚さが、同じ垂直方向における前記導波路物質の厚さ未満である、偏光依存モード変換器。
【請求項２】
前記シリコン薄層（４）が、垂直方向において１０ｎｍから１００ｎｍまでの間の厚さを有する、請求項１に記載の偏光依存モード変換器。
【請求項３】
前記導波路物質（２）が、１００ｎｍ超で６００ｎｍまで、好ましくは３００ｎｍから５００ｎｍまでの間の厚さ（ｈ）を有する、請求項１又は２に記載の偏光依存モード変換器。
【請求項４】
前記Ｓｉ薄層が前記導波路物質の頂部の上に直接配置されている、請求項１から３のいずれか一項に記載の偏光依存モード変換器。
【請求項５】
前記Ｓｉ薄層（４）が、垂直方向において１ｎｍから１００ｎｍまでの間の厚さを有するクラッド物質（６）の層によって、垂直方向において前記導波路物質（２）の頂部から離隔されている、請求項１から３のいずれか一項に記載の偏光依存モード変換器。
【請求項６】
前記Ｓｉ薄層（４５）が、前記導波路の長手方向において１０μｍから２０００μｍまでの間、好ましくは２００μｍから１５００μｍまでの間の長さ（Ｌ）を有する、請求項１から５のいずれか一項に記載の偏光依存モード変換器。
【請求項７】
前記Ｓｉ薄層（４）が、第一端部及び／又は第二端部においてテーパ状の移行領域（８、９、１０）を有し、前記第一端部及び前記第二端部がそれぞれ前記導波路の長手方向における前記導波路の垂直非対称部分の入力側及び出力側によって画定されている、請求項１から６のいずれか一項に記載の偏光依存モード変換器。
【請求項８】
前記移行領域のうち少なくとも一つが、前記Ｓｉ薄層（４）の端部から離れる方向に三角形の頂点を有する三角形（１０）の形状を有する、請求項７に記載の偏光依存モード変換器。
【請求項９】
前記移行領域（８）のうち少なくとも一つが、前記Ｓｉ薄層の端部から離れる方向に頂点を有する隣同士の二つ以上の三角形を含む、請求項７又は８に記載の偏光依存モード変換器。
【請求項１０】
前記第一端部における移行領域が一つの三角形（８）を含み、前記第二端部における移行領域が、隣同士の二つの三角形（１０）を含む、請求項８及び９に記載に偏光依存モード変換器。
【請求項１１】
前記移行領域のうち一つ又は二つが、一つ以上の三角形の底辺とＳｉ層（４）の全幅との間の移行部を形成する台形（９）を更に含む、請求項８から１０のいずれか一項に記載の偏光依存モード変換器。
【請求項１２】
前記Ｓｉ薄層（４）が、同じ断面における水平方向において前記導波路物質（２）の幅に等しい水平方向における幅を有する、請求項１から１１のいずれか一項に記載の偏光依存モード変換器。
【請求項１３】
前記導波路（２）の水平方向の幅が、非対称部分の導波路の全長にわたって、前記非対称部分の入力領域から出力領域までテーパ状になっている、請求項１から１２のいずれか一項に記載の偏光依存モード変換器。
【請求項１４】
請求項１から１３のいずれか一項に記載の偏光依存モード変換器と、第二部分とを含む偏光分割及び回転器であって、前記第二部分が、前記偏光依存モード変換器からのＴＥ１モードをＴＥ０モードに変換して第一出力ポートに結合させる手段と、前記偏光依存モード変換器からのＴＥ０モードを変換せずに第二出力ポートに結合させる手段とを含む、偏光分割及び回転器。
【請求項１５】
前記第二部分が垂直対称性を含む、請求項１３に記載の偏光分割及び回転器。
【請求項１６】
前記手段が方向性結合器（１２）を含む、請求項１４又は１５に記載の偏光分割及び回転器。
【請求項１７】
前記第二部分の手段が、Ｙ字路（１４）と、前記Ｙ字路の分岐間に位相シフトを生じさせる位相部分（１６）と、多重モード干渉結合器（１８）とを含む、請求項１４又は１５に記載の偏光分割及び回転器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォトニック集積回路の分野に係り、特に、窒化シリコン、又は、窒化シリコンの範囲内の屈折率を有する他の半導体に基づいた、偏光分割器、偏向分割及び回転器等の導波路構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコンフォトニクスは、電気通信、データ通信、相互接続、感知といった広範な応用における基盤技術プラットフォームとして急速に重要になっていて、高品質で安価なシリコン基板上でのＣＭＯＳ適合のウェーハスケール技術の使用で、フォトニクス機能を実現することができる。しかしながら、純粋に受動的なシリコン導波路デバイスは、依然として、挿入損失、位相ノイズ（チャネルクロストークを生じさせる）及び温度依存性に関して限られた性能を有している。これは、ＳｉＯ２（二酸化シリコン）クラッドとＳｉ（シリコン）コアとの間の高い屈折率コントラスト、不均一なＳｉ層の厚さ、及びシリコンの大きな熱光学効果に起因するものである。
【０００３】
窒化シリコンベースの受動デバイスは、挿入損失及び位相ノイズの両方に対して優れた性能を提供する。これは、主に、シリコン（ｎ＝３．５）と二酸化シリコンの場合に対して、窒化シリコン（ｎ＝２）と二酸化シリコン（１．５）との間の屈折率コントラストが僅かに低いことに起因するものである。しかしながら、これら両方の物質系（シリコン及び窒化シリコン導波路）は、強い偏光依存性を有する（例えばシリカ導波路と比較して）。偏光に依存しない光学回路を製造するためには、重要な構成要素として、偏光分割及び回転器（ＰＳＲ，ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  ｓｐｌｉｔｔｅｒ  ａｎｄ  ｒｏｔａｔｏｒ）が必要とされる。窒化シリコンにおける偏光分割及び回転器については限られた数しか発表されておらず、モード発展設計に基づいたものが発表されている。
【０００４】
モード発展に基づいた偏光分割及び回転器の一例が、非特許文献１に報告されている。ＰＳＲは、広い波長範囲にわたって優れた性能を有し、光学部品としてリング共振器を備えた偏光ダイバーシティ構造において実現されている。導波路は、厚さ４２０ｎｍのＳｉＮｘで構成されている。しかしながら、このデバイス、またモード発展ベースの全てのＰＳＲは、製造が複雑であるという主な欠点を有していて、多重レベルパターン化、高アスペクト比フィーチャ、及び局所的に厚いＳｉＮｘ層が必要とされる。
【０００５】
非特許文献２には、偏光ダイバーシティ構造においてＳｉＮｘアレイ状導波路格子が報告されている。しかしながら、これは、ＳｉＮｘが、活性シリコンフォトニック回路の頂部において高性能受動的導波路層として使用される例である。分割／回転機能は、より簡単なシリコン層において実現されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｂａｒｗｉｃｚ  ｅｔ  ａｌ．，“Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ−ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ  ｍｉｃｒｏｐｈｏｔｏｎｉｃ  ｄｅｖｉｃｅｓ  ｉｎ  ｔｈｅ  ｓｔｒｏｎｇ  ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ  ｌｉｍｉｔ”，Ｎａｔ．Ｐｈｏｔｏｎ．，Ｖｏｌ．１，ｐｐ．５７，２００７
【非特許文献２】Ｃｈｅｎ  ｅｔ  ａｌ．，“Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ−Ｄｉｖｅｒｓｉｆｉｅｄ  ＤＷＤＭ  Ｒｅｃｅｉｖｅｒ  ｏｎ  Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｆｒｅｅ  ｏｆ  Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ−ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ  Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｓｈｉｆｔ”，ＯＦＣ／ＮＦＯＥＣ，ＯＷ３Ｇ．７，２０１２
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の目的は、窒化シリコン導波路、又は同等の導波路物質に基づいた高性能で製造が簡単な偏光依存モード変換器又は偏光分割及び回転器を提供することである。
【０００８】
本発明の第一態様は、半導体に基づいた偏光依存モード変換器を提供し、ＳｉＯ２を備えるクラッド物質、又は１よりも大きく１．６未満の屈折率を有する他の固体クラッド物質に埋め込まれた、ＳｉＮｘを備える導波路物質、又は１．７から２．３までの間の屈折率を有する他の固体導波路物質（ＳｉＣやＳｉＯＮ等）製の導波路を備え、導波路は、垂直非対称構造を有する第一部分をその長手方向の一部に含み、非対称構造は、導波路の上方にシリコン薄層を含み、垂直方向におけるＳｉ薄層の厚さは、同じ垂直方向における導波路物質の厚さ未満である。
【０００９】
第一部分（“断熱テーパ”とも称される）において、垂直非対称導波路断面は、ＴＭ偏光モード（ＴＭ０）を一次ＴＥ偏光モード（ＴＥ１）に変換する一方で、ＴＥ偏光モード（ＴＥ０）は影響を受けない。従って、垂直非対称性を有する断熱テーパは、偏光変換を提供する。
【００１０】
本発明の第一実施によると、シリコン層は、垂直方向において１０ｎｍから１００ｎｍまでの間の厚さを有する。導波路物質は、同じ垂直方向において、１００ｎｍ超で６００ｎｍまで、好ましくは３００ｎｍから５００ｎｍまでの間の厚さを有し得る。
【００１１】
垂直非対称導波路構造の適切な設計は、入射ＴＥ０モードがその偏光状態を維持する一方で、ＴＭ０モードがＴＥ１モードに変換して、ＴＥ及びＴＭの両方の入射偏光モードについての入力及び出力が導波路構造内に適切に閉じ込められるという効果を有する。従って、モード変換が非常に効率的であり、断面の僅かな寸法変動に対して耐性がある。
【００１２】
本発明の第二実施によると、Ｓｉ薄層は、導波路物質の頂部の上に直接配置される（頂部の上とは、垂直方向における頂部の上を意味する）。代替実施によると、Ｓｉ薄層は、クラッド物質の層によって、垂直方向において導波路物質の頂部から離隔され得る。導波路物質の上面とシリコン薄層の下面との間のクラッド物質は、垂直方向において１ｎｍから１００ｎｍまでの間の厚さを有し得る。
【００１３】
導波路物質とＳｉ薄層との間に分離層を有する構成及び有さない構成のどちらも、関連するＴＥモード及びＴＭモードの導波路内への断熱閉じ込めを提供する。
【００１４】
本発明の第三実施によると、シリコン薄層は、導波路の長手方向において１００μｍから８００μまでの間、好ましくは２００μｍから６００μｍまでの間の長さを有し得る。垂直非対称性を得るために他の頂部クラッド物質を用いる他の窒化シリコン導波路（例えば、二酸化シリコンの底部クラッドと、１．７の屈折率を有する物質の頂部クラッド）と比較して、非対称部分の全長が短くなり得て、集積導波路回路の構造にとって有利である。
【００１５】
本発明の第四実施によると、シリコン薄層は、第一端部及び／又は第二端部において一つ以上のテーパ状の移行領域を有し得て、第一端部及び第二端部はそれぞれ導波路の長手方向における導波路の垂直非対称部分の入力端部及び出力端部によって画定される。テーパ状の移行領域は、対称導波路構造と非対称導波路構造との間の鋭い移行部と比較して、導波路構造の垂直非対称部分に対して入射又は出射する電磁波の反射を減らすことができるという利点を有し得る。一つ以上の移行領域は、シリコン薄層の各端部から離れる方向に三角形の頂点を有する三角形の形状を有し得る。更なる実施によると、移行領域は、シリコン層の各端部から離れる方向に二つ以上の頂点を有する隣同士の二つ以上の三角形を含み得る。好ましい実施によると、第一端部の移行領域は一つの三角形を含み、第二端部の移行領域は隣同士の二つの三角形を含む。
【００１６】
本発明の第五実施によると、移行領域は、一つ以上の三角形の底辺とシリコン層の全幅との間の移行部を形成する台形を更に含み得る。台形も、シリコン層が全幅を有する二つの端部の間の中間部分において、移行領域の外側部分からシリコン層への滑らかな移行部を提供する。
【００１７】
本発明の第六実施によると、シリコン薄層は、同じ断面において水平方向における導波路物質の幅に等しい水平平行における幅を有する。この実施形態によると、導波路の垂直非対称部分の第一端部及び／又は第二端部における移行領域のみが、もしあれば、同じ断面における導波路物質の対応する幅未満の幅を有するシリコン薄層を有する。
【００１８】
本発明の第二態様は、本発明の第一態様の偏光依存モード変換器と、第二部分とを含む偏光分割及び回転器に関し、第二部分は、偏光依存モード変換器からのＴＥ１モードをＴＥ０モードに変換して、それを第一出力ポートに結合させる手段と、偏光分割器からのＴＥ０モードを変換せずに第二出力ポートに結合させる手段とを含む。従って、偏光分割器及び回転器の組み合わせの第二部分は、第一出力ポートにおいてＴＥ０モード（元々ＴＥモードである）を提供し、第二出力ポートにおいてＴＥ０モード（元々のＴＭモードから変換された）を提供する。
【００１９】
本発明の第二態様の第二部分については、垂直非対称性は必要とされない。本発明の第七実施によると、第二部分は垂直対称性を有する。これは、簡単に製造可能であるという利点を有する。
【００２０】
本発明の第八実施によると、第二部分の手段は方向性結合器を含み得る。代替例として、本発明の第九実施によると、第二部分の手段は、Ｙ字路と、Ｙ字路の出力間に位相シフトを生じさせる位相部分と、多重モード干渉結合器も含み得る。これら二つの実施は、ＴＥ１モードをＴＥ０モードに変換してそれを第一出力ポートに結合させ、ＴＥ０モードを変換せずに第二出力ポートに結合させるという効果を提供する。
【００２１】
本発明の実施形態の技術的特徴をより明確に例示するため、以下、実施形態を説明するために提供される添付図面について概説する。以下説明される添付図面は、本発明の単に一部の実施形態であり、特許請求の範囲に定められている本発明の範囲から逸脱せずに、これら実施形態を修正することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態に係る垂直非対称構造の導波路の断面図を示す。
【図２】図１の導波路構造の斜視図を、上部クラッド物質を除いて示す。
【図３】移行領域を有する代替実施形態における図１の導波路構造の斜視図を示す。
【図４】本発明の実施形態に係る垂直非対称導波路構造の上面図を、上部クラッド物質を除いて示す。
【図５】更なる実施形態の非対称垂直導波路構造の上面図を、上部クラッド物質を除いて示す。
【図６】本発明の実施形態の垂直非対称導波路構造におけるＴＥ及びＴＭ偏光の伝播を、入力側における断面図、上面図、出力側における断面図で示す。
【図７ａ】多様な導波路構造についての非対称部分の長さの関数としてのＴＭ０からＴＥ１への変換効率のグラフを示す。
【図７ｂ】図７ａに関する多様な導波路構造の断面図を示す。
【図８ａ】長さ２５０μｍの非対称部分の多様な導波路の幅の変動についての変換効率のグラフを示す。
【図８ｂ】図８ａに対応するが、長さ５００μｍの非対称部分についてのグラフを示す。
【図９】本発明の実施形態に係る偏光分割及び回転器の導波路構造の上面図を示す。
【図１０】本発明の代替実施形態に係る偏光分割及び回転器の導波路構造の上面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１を参照すると、シリカ頂部クラッド及びシリカ底部クラッドの中の窒化シリコン導波路の断面図が示されている。導波路２は、窒化シリコン（一般的にＳｉＮｘと表され、例えば、化学量論的な窒化シリコンＳｉ３Ｎ４等）製の導波路物質を含む。
【００２４】
略１０ｎｍから１００ｎｍまでの間の厚さを有するシリコン薄層４が、導波路物質の頂部の上に配置されて、垂直非対称性を生じさせる。シリコン薄層４は、垂直方向において、導波路物質２の厚さｈ未満の厚さを有する。導波路物質２の厚さは、適用される波長に依存する。１．５５μｍ程度の波長の場合、導波路物質の典型的な厚さは略４００ｎｍである。
【００２５】
導波路物質２及びシリコン薄層４は、ＳｉＯ２を備えるクラッド物質６中に埋め込まれる。
【００２６】
略２の屈折率（１．５μｍ程度の波長に対して）を有する導波路物質ＳｉＮｘを、１．７から２．３までの間の屈折率を有する他の導波路物質に置換することができることを、当業者は理解されたい。本発明の実施形態となり得るこのような導波路物質の例は、ＳｉＣ（炭化シリコン）又はＳｉＯｘＮｙ（酸窒化シリコン）であり、ｘ及びｙの値が所望の屈折率をもたらす。更に、本発明の多様な実施形態においては、略１．４５の屈折率を有するＳｉＯ２を備えるクラッド物質を、１よりも大きく１．７未満の範囲内の屈折率を有する他の固体クラッド物質に置換することもでき、例えば、ＳｉＯｘＮｙ（酸窒化シリコン）が挙げられ、ｘ及びｙの値が所望の屈折率をもたらす。
【００２７】
第一実施形態によると、図２に示されるように、対称クラッドを備える標準的な窒化シリコン導波路２を、垂直非対称部分に接合することができる。この場合、垂直対称導波路部分から垂直非対称導波路部分への急な移行における電磁波の反射に起因する移行損失が生じ得る。図３の実施形態に示されるような、短いテーパを含む移行部分８を追加することによって、移行損失が無視できるものになる。図３の実施形態によると、各移行領域８は、垂直非対称導波路部分の各端部から離れる方向に頂点を有する一つの三角形の形状を有する。
【００２８】
図４及び図５は、多様な種類の移行領域を有する更なる実施形態を示す。
【００２９】
図４の実施形態によると、第一移行領域８は、薄層４の第一端部から離れる方向に頂点を有する一つの三角形を含み、更に、三角形の部分と薄層４の主部との間に台形の形状の移行領域９を含む。図４は、導波路の長手方向に垂直な断面図も示す。断面図に見て取れるように、移行領域において、シリコン薄層は導波路物質２の全幅を覆うが、垂直非対称導波路の主部において、シリコン薄層４は導波路物質２の全幅の一部のみを覆う。
【００３０】
図５は、非対称導波路部分の第一端部において図４の実施形態と同じ移行領域８、９を有するが、非対称導波路部分の第二端部における移行領域は、台形領域９の後方に、隣同士に配置された二つの三角形を備える移行領域１０を含む。二つの三角形は、非対称導波路部分の第二端部から離れる方向に頂点を有する。
【００３１】
上述の導波路構造は、強力な垂直非対称性をもたらす。これは、後述のように、効率的な偏光依存性モード変換を可能にする。
【００３２】
図６は、厚さ８０ｎｍのＳｉ層４を頂部に備える厚さ４００ｎｍのＳｉＮｘ導波路２を構成する導波路の断面図において長さ２００μｍの非対称導波路部分の振る舞いを示す。導波路物質２とＳｉ層４との間のクラッド物質６の接続層の厚さは５ｎｍである。ＴＥ及びＴＭの両方の入射偏光について垂直非対称部分の入力及び出力におけるモードプロファイルが一行目と二行目にそれぞれ示されている。
【００３３】
非対称導波路部分の適切な設計によって、図６の一行目に示されるように、入射ＴＥモードがその偏光状態を維持し（ＴＥ０＞ＴＥ０）、一方、図６の二行目に示されるように、ＴＥモードが一次ＴＥモードに変換する（ＴＭ０＞ＴＥ１）。従って、非対称導波路部分は、偏光分割器や、偏光分割器及び回転器の組み合わせ等の多様な応用において使用可能な偏光依存モード変換器を提供する。
【００３４】
図７ａ及び図７ｂを参照すると、モード変換の効率が例示されている。図７ａは、図７ｂの断面図に示されるような多様な垂直非対称導波路構造について、ＴＭモードからＴＥ１モードへの変換の効率を示す。
【００３５】
頂部クラッド物質が空気（屈折率が１）又は、１．７の屈折率を有する他の物質である場合に、強力な垂直非対称性を得ることができる。図７ａのグラフに見て取れるように、空気のクラッド物質は、略２００μの長さの後でも十分な変換効率を提供する。しかしながら、このような例は、クラッド物質の頂部領域に空気クラッドを閉じ込めるための気密パッケージを必要とするので、製造が難しい。他の競合例は、図７ａのグラフに示されるように、１．７の屈折率を有する物質の上部クラッド物質を含む。見て取れるように、１０００μｍの長さの後においても、モード変換の効率は満足のいくものではない。１００μｍの長さの後において、変換効率は依然として９５％未満である。しかしながら、本発明の実施形態に係るシリコン薄層を用いる垂直非対称導波路構造は、より良好な結果を提供する。図７ａの一番左のグラフに見て取れるように、８０ｎｍ又は１００ｎｍのシリコン層及びＳｉＯ２クラッド物質が、１００μｍ未満の長さにおいて既に１００％に近い変換効率を提供している。従って、本発明の実施形態は、ｎ＝１．７の上部クラッド物質を備える窒化シリコン導波路の場合と比較して、より短い非対称導波路部分を可能にする。更に、空気の上部クラッド物質を用いる競合例と比較して、気密パッケージが必要とされない。
【００３６】
従って、１．７の屈折率を有するＣＭＯＳ適合物質の多くの場合において、高い変換効率を得るためには非常に長い非対称部分（Ｌ＞１０００μｍ）が必要となる。
【００３７】
これに対して、ＳｉＮｘ導波路の頂部の上に空気（ｎ＝１）クラッドを有する場合、強力な非対称性がもたらされ、短い導波路構造が可能となる。しかしながら、この場合、上部クラッド物質の屈折率を一定に維持するために、気密パッケージが必要とされる。
【００３８】
Ｓｉ薄層４を含む本発明の非対称導波路構造を用いることによって、非常に効率的な変換を達成することができる。３０ｎｍという薄いＳｉ層の厚さについては、長さ８００μｍの非対称導波路部分が、９５％よりも高い変換効率をもたらす。
【００３９】
厚さを５０ｎｍへと僅かに増大させると、テーパ長さを４００μｍまでも減少させることができる。厚さを更に増大させると、必要とされる非対称導波路部分の長さが飽和する。図７ａに与えられるシミュレーション例では、飽和が生じるＳｉの厚さは略７０ｎｍから８０ｎｍである。こうした厚さについては、空気クラッドを有するのに必要とされる長さを比較して、より短い非対称長さを得ることができる。厚さ８０ｎｍのＳｉ層については、５０μｍという短い長さで９５％の変換が達成される。
【００４０】
図７ａに示されるシミュレーションは、λ＝１．５５μｍに対して行われたものであるが、例えば、１．３μｍから２μｍの他の波長も可能である。
【００４１】
図８ａ及び図８ｂを参照すると、製造欠陥に対する許容範囲が例示されている。見て取れるように、非対称部分を十分長く、例えば図８ｂに示されるように５００μｍに選択すると、±１０％の線幅変動及び層厚さ変動が簡単に許容可能となる。
【００４２】
図８ａ及び図８ｂは、ＴＭ０からＴＥ１への変換効率について、導波路の幅の変動を含むシミュレーションの結果を示す。これら実施形態について、シリコン層の厚さはわずか５０ｎｍであり、僅かに長い非対称部分が必要とされる。シミュレーションにおけるＳｉＮｘ導波路の厚さは、４００ｎｍであり、導波路物質２の頂部とシリコン層４との間の厚さ５ｎｍの界面ＳｉＯ２を含む。
【００４３】
上述のような本発明の実施形態の非対称導波路部分は、本発明の更なる態様に係る偏光分割及び回転器の一部を形成し得る。偏光分割及び回転器は第二部分を含み、ＴＥ１モード（元々ＴＭモードである）をＴＥ０モードに変換して第一出力ポートに結合する必要があり、また、ＴＥ０モード（元々ＴＥモードである）を第二出力ポートに結合する必要がある。第二部分については、垂直非対称性は必要とされず、導波路物質の頂部及び底部にＳｉＯ２クラッド物質を備える従来のＳｉＮｘ導波路を使用することができる。本発明の多様な実施形態に係る第二部分について可能な構造が図９及び図１０に示されている。
【００４４】
図９及び図１０において、黒色の部分は、ＳｉＯ２の頂部及び底部クラッドを備えるＳｉＮｘ導波路を構成する垂直非対称断面部分を表し、符号４で指称される部分は、デバイスの非対称部分を形成する移行部分８を含むＳｉ薄層の上面図を示す。
【００４５】
図９の実施形態によると、非対称部分に、方向性結合器１２が続く。ここで、非対称部分に結合されたＴＭ０モードが、ＴＥ１モードに変換されて、方向性結合器の第一出力ポートに結合され、一方、元々のＴＥ０モードは、非対称部分において変換されず、方向性結合器の第二出力ポートに結合される。
【００４６】
図１０の実施形態によると、図９の方向性結合器について説明したのと同じ機能が、Ｙ字路（分割器）１４、位相部分１６、及び多重モード干渉結合器１８によって提供される。この場合も、第二部分については、垂直非対称性は必要とされず、垂直対称構造が、製造が簡単という利点を与える。Ｙ字路１４において、非対称部分の出力からのＴＥ０モード及びＴＥ１モードが分割される。位相部分１６は、Ｙ字路の一方の分岐において、位相シフト（π／２の位相シフト等）を与える。多重モード干渉結合器１８の後において、元々のＴＥ０モードに対応するＴＥ０モードが第一出力ポートに結合され、ＴＭ０モードが起源であるＴＥ０モードを第二出力ポートに結合させる。
【００４７】
上記説明は本発明の単なる実現方法であり、本発明の保護範囲を限定するものではない。当業者はあらゆる変更及び置換を容易に行うことができるものである。従って、本発明の保護範囲は、添付の特許請求の範囲の保護範囲によるものである。
【符号の説明】
【００４８】
２  導波路物質
４  シリコン薄層
６  クラッド物質
８、９、１０  移行領域
１２  方向性結合器
１４  Ｙ字路
１６  位相部分
１８  多重モード干渉結合器
【図１】
2017509026.tif 000003
【図４】
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【図５】
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【図２】
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【図３】
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【図６】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【手続補正書】
【提出日】平成28年11月4日(2016.11.4)
【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】
半導体に基づいた偏光依存モード変換器であって、
ＳｉＯ２を備えるクラッド物質、又は１よりも大きく１．６未満の屈折率を有する他の固体クラッド物質に埋め込まれた、ＳｉＮｘを備える導波路物質、又は１．７から２．３までの間の屈折率を有する他の固体導波路物質製の導波路を有し、
前記導波路が、垂直非対称構造を有する第一部分を長手方向に沿った一部に備え、前記垂直非対称構造が、前記導波路物質の上方にＳｉ薄層を備え、前記Ｓｉ薄層の垂直方向における厚さが、同じ垂直方向における前記導波路物質の厚さ未満である、偏光依存モード変換器。
【請求項２】
前記Ｓｉ薄層が、垂直方向において１０ｎｍから１００ｎｍまでの間の厚さを有する、請求項１に記載の偏光依存モード変換器。
【請求項３】
前記導波路物質が、１００ｎｍ超で６００ｎｍまで、好ましくは３００ｎｍから５００ｎｍまでの間の厚さ（ｈ）を有する、請求項１又は２に記載の偏光依存モード変換器。
【請求項４】
前記Ｓｉ薄層が前記導波路物質の頂部の上に直接配置されている、請求項１から３のいずれか一項に記載の偏光依存モード変換器。
【請求項５】
前記Ｓｉ薄層が、垂直方向において１ｎｍから１００ｎｍまでの間の厚さを有するクラッド物質の層によって、垂直方向において前記導波路物質の頂部から離隔されている、請求項１から３のいずれか一項に記載の偏光依存モード変換器。
【請求項６】
前記Ｓｉ薄層が、前記導波路の長手方向において１０μｍから２０００μｍまでの間、好ましくは２００μｍから１５００μｍまでの間の長さ（Ｌ）を有する、請求項１から５のいずれか一項に記載の偏光依存モード変換器。
【請求項７】
前記Ｓｉ薄層が、第一端部及び／又は第二端部においてテーパ状の移行領域を有し、前記第一端部及び前記第二端部がそれぞれ前記導波路の長手方向における前記導波路の垂直非対称部分の入力側及び出力側によって画定されている、請求項１から６のいずれか一項に記載の偏光依存モード変換器。
【請求項８】
前記移行領域のうち少なくとも一つが、前記Ｓｉ薄層の端部から離れる方向に三角形の頂点を有する三角形の形状を有する、請求項７に記載の偏光依存モード変換器。
【請求項９】
前記移行領域のうち少なくとも一つが、前記Ｓｉ薄層の端部から離れる方向に頂点を有する隣同士の二つ以上の三角形を備える、請求項７又は８に記載の偏光依存モード変換器。
【請求項１０】
前記第一端部における移行領域が一つの三角形を備え、前記第二端部における移行領域が、隣同士の二つの三角形を備える、請求項８又は９に記載に偏光依存モード変換器。
【請求項１１】
前記移行領域のうち一つ又は二つが、一つ以上の三角形の底辺とＳｉ層の全幅との間の移行部を形成する台形を更に備える、請求項８から１０のいずれか一項に記載の偏光依存モード変換器。
【請求項１２】
前記Ｓｉ薄層が、同じ断面における水平方向において前記導波路物質の幅に等しい水平方向における幅を有する、請求項１から１１のいずれか一項に記載の偏光依存モード変換器。
【請求項１３】
前記導波路の水平方向の幅が、非対称部分の導波路の全長にわたって、前記非対称部分の入力領域から出力領域までテーパ状になっている、請求項１から１２のいずれか一項に記載の偏光依存モード変換器。
【請求項１４】
請求項１から１３のいずれか一項に記載の偏光依存モード変換器と、第二部分とを備える偏光分割及び回転器であって、前記第二部分が、前記偏光依存モード変換器からのＴＥ１モードをＴＥ０モードに変換して第一出力ポートに結合させる手段と、前記偏光依存モード変換器からのＴＥ０モードを変換せずに第二出力ポートに結合させる手段とを備える、偏光分割及び回転器。
【請求項１５】
前記第二部分が垂直対称性を有する、請求項１４に記載の偏光分割及び回転器。
【請求項１６】
前記手段が方向性結合器を備える、請求項１４又は１５に記載の偏光分割及び回転器。
【請求項１７】
前記第二部分の手段が、Ｙ字路と、前記Ｙ字路の分岐間に位相シフトを生じさせる位相部分と、多重モード干渉結合器とを備える、請求項１４又は１５に記載の偏光分割及び回転器。
【国際調査報告】
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