(57)【要約】  本明細書にはビーム結合器及びスプリッターが開示されている。ビーム結合器及びスプリッターの１実施形態は、ベベル及びベンドを有する第１の導波管、及び、該第１の導波管のベベルと相補形状をなすベベルを有する第２の導波管を備える。該第１の導波管のベベルは、該ベベルに入射する少なくとも一部の光を全反射するように構成される。該第２の導波管は、i)該第２の導波管のベベルが該第１の導波管のベベルの少なくとも一部に隣接し、及び、ii)所定の結合比が得られるように、前記第１の導波管に結合される。
2012507741.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビーム結合器及びスプリッターであって、
ベベル及びベンドを有する第１の導波管であって、該ベベルが、該ベベルに入射する少なくとも一部の光を全反射するように構成されてなる、第１の導波管と、
前記第１の導波管のベベルと相補形状をなすベベルを有する第２の導波管であって、該第２の導波管は、i)前記第２の導波管のベベルが前記第１の導波管のベベルの少なくとも一部に隣接し、及び、ii)所定の結合比が得られるように、前記第１の導波管に結合される、ビーム結合器及びスプリッター。
【請求項２】
前記第１の導波管と前記第２の導波管が同じ屈折率を有し、前記ビーム結合器及びスプリッターがさらに、i)前記ベベル間の境界面に設けられ、かつ、ii)前記所定の結合比が得られるようなやり方で設けられた少なくとも部分的に反射性のコーティングを備える、請求項１のビーム結合器及びスプリッター。
【請求項３】
前記所定の結合比が得られるように、前記第２の導波管のベベルが前記第１の導波管のベベルからずれている、請求項１のビーム結合器及びスプリッター。
【請求項４】
さらに、ベベル間にギャップを備える請求項１のビーム結合器及びスプリッターであって、該ギャップの厚みが、前記所定の結合比が得られるように設定され、前記ギャップの厚みが、前記ビーム結合器及びスプリッター中に入る入射光の波長より小さい、ビーム結合器及びスプリッター。
【請求項５】
前記光の波長が約４００ｎｍ〜約１５００ｎｍの範囲内にある、請求項４のビーム結合器及びスプリッター。
【請求項６】
前記第１の導波管のベベルが、第１のサブベベル及び第２のサブベベルを有する複合ベベルであり、前記第２の導波管のベベルが、i)前記第１の導波管の複合ベベルの第２のサブベベルと相補形状をなす第１のサブベベル、及び、ii)前記第１の導波管の複合ベベルの前記第１のサブベベルと相補形状をなす第２のサブベベルを有する複合ベベルであり、前記第１及び第２の導波管の複合ベベルの第１のサブベベル、及び、前記第１及び第２の導波管の複合ベベルの第２のサブベベルが、それぞれ、i)前記第１のサブベベル間、及びii)前記第２のサブベベル間にギャップを形成するように結合されてなる、請求項１のビーム結合器及びスプリッター。
【請求項７】
前記第２の導波管が第２のベベルを有する請求項１のビーム結合器及びスプリッターであって、前記第２の導波管の第２のベベルと相補形状をなすベベルを有する第３の導波管をさらに備え、該第３の導波管は、i)前記第３の導波管のベベルが前記第２の導波管の第２のベベルの少なくとも一部分に隣接し、かつ、ii)別の所定の結合比が得られるように、前記第２の導波管に結合される、ビーム結合器及びスプリッター。
【請求項８】
前記導波管の少なくとも一部分及び前記第２の導波管の上に設けられた第３の導波管をさらに備える請求項１のビーム結合器及びスプリッターであって、該第３の導波管は、前記第１の導波管のベンドを形成し、及び、角度の付いた表面を含み、該表面は、前記第１の導波管のベベルから該表面に入射した光ビームを全反射するように構成される、ビーム結合器及びスプリッター。
【請求項９】
前記ベンドは、所定の角度を付けられて配置されるか、または、所定の曲率半径を有して配置される、請求項１のビーム結合器及びスプリッター。
【請求項１０】
請求項１のビーム結合器及びスプリッターを形成するための方法であって、
前記ベベル及びベンドを前記第１の導波管に形成するステップと、
前記第２の導波管の相補形状をなすベベルが、前記第１の導波管のベベルの前記少なくとも一部分に隣接するように、前記第２の導波管を配置するステップと、
前記第１の導波管と前記第２の導波管と間の結合比を調整するステップ
を含む方法。
【請求項１１】
結合比を調整する前記ステップが、
i)前記ベベルの角度を所定の角度に設定するステップ、
ii)前記ベベル間の境界面に少なくとも部分的に反射性のコーティングを設けるステップ、
iii)所定のやり方で、前記第２の導波管のベベルを前記第１の導波管のベベルからずらすステップ、
iv)前記第１の導波管のベベルと前記第２の導波管のベベルの間に所定の厚みを有するギャップを形成するステップ、
v)前記第１の導波管のベベル及び前記第２の導波管のベベルの各々に複合ベベルを利用するステップ、
vi)上記ステップi)乃至v)の組み合わせ
のうちの少なくとも１つによって達成される、請求項１０の方法。
【請求項１２】
光ビームを結合し及び分割するためのシステムであって、
請求項１のビーム結合器及びスプリッターと、
前記ビーム結合器及びスプリッターの第１の導波管に光ビームを導くように配置された光源
を備えるシステム。
【請求項１３】
請求項１の第２のビーム結合器及びスプリッターと、
前記第２のビーム結合器及びスプリッターの第１の導波管に光ビームを導くように配置された第２の光源と、
前記ビーム結合器及びスプリッター及び前記第２のビーム結合器及びスプリッターの間に配置されたクラッド層
をさらに備える、請求項１２のシステム。
【請求項１４】
単一の入力ポート及び２つの出力ポートを有するＴ字形導波管と、
前記Ｔ字形導波管中のある位置に形成されたくさびであって、前記単一の入力ポートを通って前記Ｔ字形導波管に入った光ビームを、所定のやり方で前記２つの出力ポート間に分割するように構成されたくさび
を備えるビーム結合器及びスプリッター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に、光ビーム結合器及び光ビームスプリッターに関連する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロエレクトロニクスが始まって以来、一貫した傾向として、光相互接続などの光電子回路の開発がなされてきた。これは、少なくとも部分的には、光電子回路が、典型的な電子回路に比べて、たとえば、帯域幅が非常に大きい（何桁も大きい）などの利点を提供しうることによる。かかる光電子回路はしばしば光信号の伝送、及び、そのような光信号と電子信号との間の相互変換を伴う。いくつかの場合には、光信号の伝送を行うために導波管を必要とする。光導波管は、通常、ガラスまたはポリマーから作製される。これらの固体導波路で誘導された信号の一部を抜き取るためには、典型的には、複雑な抜き取り構造（タップ構造）が必要である。いくつかの光導波管は中空金属構造である。光信号は、そのような構造内の空気中を伝搬し、したがって、適正な信号伝送のために、厳格な位置合わせ及び視準が必要とされる。
【図面の簡単な説明】
【０００３】
【図１】ビーム結合器及びスプリッターの１実施形態を構成するための方法の１実施形態を示す流れ図である。
【図２Ａ】図２Ｂ及び図２Ｃと共に、ビーム結合器及びスプリッターの１実施形態を形成するための方法の１実施形態を示す略工程図である。
【図２Ｂ】図２Ａ及び図２Ｃと共に、ビーム結合器及びスプリッターの１実施形態を形成するための方法の１実施形態を示す略工程図である。
【図２Ｃ】図２Ａ及び図２Ｂと共に、ビーム結合器及びスプリッターの１実施形態を形成するための方法の１実施形態を示す略行程図である。
【図２Ｄ】図２Ａ及び図２Ｂと共に、ビーム結合器及びスプリッターの別の実施形態を形成するための方法の別の実施形態を示す略行程図である。
【図２Ｅ】図２Ａ及び図２Ｂと共に、ビーム結合器及びスプリッターのさらに別の実施形態を形成するための方法の別の実施形態を示す略行程図である。
【図２Ｆ】図２Ａ及び図２Ｂと共に、ビーム結合器及びスプリッターのさらに別の実施形態を形成するための方法の別の実施形態を示す略行程図である。
【図３Ａ】図３Ｂと共に、複合ベベルを有するビーム結合器及びスプリッターの別の実施形態を形成するための方法の１実施形態を示す略工程図である。
【図３Ｂ】図３Ａと共に、複合ベベルを有するビーム結合器及びスプリッターの別の実施形態を形成するための方法の１実施形態を示す略工程図である。
【図４Ａ】ある角度を付けられたベンドを有する、図２Ｆに示すビーム結合器及びスプリッターの別の実施形態の略図である。
【図４Ｂ】湾曲したベンドを有する、図２Ｆに示すビーム結合器及びスプリッターのさらに別の実施形態の略図である。
【図５Ａ】ある角度を付けられたベンドを有する、図２Ｄに示すビーム結合器及びスプリッターの別の実施形態の略図である。
【図５Ｂ】湾曲したベンドを有する、図２Ｄに示すビーム結合器及びスプリッターの別の実施形態の略図である。
【図６】対称的なビーム結合器及びスプリッターの１実施形態の略破断図であり、導波管の端部が丸みをつけられている。
【図７】図４に示すビーム結合器及びスプリッターに類似するビーム結合器及びスプリッターの１実施形態を含む対称形モジュールの１実施形態の略図である。
【図８】縦続接続された複数の導波管の１実施形態を示す略図である。
【図９Ａ】縦続接続された複数の導波管の別の実施形態を示す略図である。
【図９Ｂ】縦続接続された複数の導波管のさらに別の実施形態を示す略図である。
【図９Ｃ】縦続接続された複数の導波管のさらに別の実施形態を示す略図である。
【図１０】クラッド層によって分離された複数のビーム結合器及びスプリッターを備えるシステムの略図である。
【図１１】ビーム結合器及びスプリッターの別の実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００４】
本開示の実施形態の特徴及び利点は、以下の詳細な説明及び添付の図面を参照することによってより明らかになるであろう。図面中、同じ参照符号は同じかまたは類似の（但し、全く同じではないが）コンポーネントを示している。簡潔にするために、既に説明した機能を有する参照符号（によって示されるコンポーネント）は、それらの参照番号が表示されている後続の図面と関連して説明される場合もあれば説明されない場合もある。
【０００５】
本明細書に開示されている光ビーム結合器及び光ビームスプリッター（以下、ビーム結合器及びスプリッターという）の実施形態は、信号経路のレイアウト及びルーティング（経路指定）のためのフレキシブルな地理的配列を可能にするように構成された種々の導波管を備える。有利なことに、ビーム結合器とビームスプリッターの結合比を、動的に（たとえば、現場で）調整することができ、または、予め決められた一定の比に設定することができる。本明細書に開示されている実施形態では、結合比は、光信号の極性に依存せず、及び、いくつかの場合には、光信号の有意な減衰を生じることなく結合／分割が行われる。
【０００６】
図１には、本明細書に開示されているビーム結合器及びスプリッターの１実施形態を形成するための方法の１実施形態が示されている。一般に、この方法は、参照番号１００で示されているように、第１の導波管にベベル（または斜面。以下同じ）及びベンド（または屈曲部または湾曲部。以下同じ）を形成すること、参照番号１０２で示されているように、第２の導波管の相補形状をなすベベルが第１の導波管のベベルの少なくとも一部分に隣接するように第２の導波管を配置すること、及び、参照番号１０４で示されているように、第１の導波管と第２の導波管との結合比を調節することを含む。この方法については、図２Ａ〜図２Ｇ、図３Ａ及び図３Ｂ、図４〜図１０を参照してさらに詳細に後述する。図１１は、ビーム結合器及びスプリッターの別の実施形態を示しており、そのような実施形態を形成する方法は図１１を参照して説明される。
【０００７】
図２Ａ及び図２Ｂは、ベンド及びベベル１４を有する第１の導波管１２の形成方法の概要を示している。ベンドは、ベベル１４と概ね対向する位置にあり、ベベル１４は、導波管１２の入力ポートＩの部分及び出力ポートＯの部分に対して対称形をしている。ベベル１４は、入射した光を全反射するように構成されおり、このため、入力ポートＩからの光は出力ポートＯに向けて送られる（種々の実施形態に関して後述するように、光がベベル１４を通過するように、装置（またはデバイス）が構成されている領域を除く）。第１の導波管１２が直線状である場合には、ベベル１４に入射する光及びベベル１４から反射する光に対する経路を提供する別の導波管を結合することによってベンドを形成することができることが理解されよう（例えば、図９Ｂを参照）。
【０００８】
図２Ａに示すように、第１の導波管１２を、２つのファイバーＦ１、Ｆ２を接着（または固着）することによって形成することができる。一般に、ファイバーＦ１、Ｆ２は、所望の屈折率を有する同じ材料から形成され、屈折率整合接着剤（たとえば、にかわ）によって接着される。導波管１２を形成するファイバーＦ１、Ｆ２は、ガラス、高分子材料（ポリマー材料）（たとえば、ポリカーボネート、ポリアミド、アクリル樹脂など）、シリコン、または、他の類似の材料であるが、これらには限定されない。ファイバーＦ１、Ｆ２の各々の直径は約２０ミクロン〜約１０００ミクロンである。１実施形態では、ファイバーＦ１、Ｆ２を、導波管１２が所望のベンドを形づくるように接着することができる。別の実施形態では、シングルファイバーを物理的に曲げて所望の曲率半径を得ることができる。ベンドを、（図２Ａに示すように）任意の所望の角度θｂにすることも、任意の所望の曲率半径にすることもでき、それらの角度及び曲率半径はそれぞれ、少なくとも部分的に光ビームの所望の経路に依存することが理解されよう。図２Ａのベンドは、角度が９０°で曲率半径が０である。他の実施形態では、曲率半径はゼロより大きく、曲がりは、ゆるやかで連続的である（たとえば、図２Ａに示す急激な角度θｂと対照的な図４Ｂ及び図５Ｂを参照）。
【０００９】
ファイバーＦ１、Ｆ２が所望のやり方で接着されると、ベベル１４が第１の導波管１２に形成される。ベベル１４は切断されて研磨されるが、ベベルの加工法はこれには限定されない。別の例では、所望の形状（たとえば、図２Ｂに示す形状）を有する型を用いて、導波管１２のベンド及びベベル１４を形成することができるが、これには限定されない。さらに他の技術として、リソグラフィーを用いて導波管１２が形成される。ベベル１４の表面を平面または曲面とすることができる。前述したように、ベベル１４の少なくとも一部分に入射する光が全反射されるように、ベベル１４の少なくとも一部分は、（９０°−臨界角）より小さな（軸Ａ１に対して）角度θｂ１をなすように構成される。ここで、臨界角は、arcsin*(ｎ２／ｎ１)で定義され、ｎ２は密度が低い方の媒質（たとえば空気反射コーティング）の屈折率であり、ｎ１は密度が高い方の媒質（たとえば導波管１２）の屈折率である。典型的な導波管１２の材料（上記を参照）の場合、角度θｂ１は４５°以下である。図２Ｂに示すように、ベベル１４は４５°の角度をなしている。
【００１０】
図２Ｃ〜図２Ｆに示すように、第１の導波管１２はいくつかのやり方で第２の導波管１６と結合する。図２Ｃ〜図２Ｆを参照して説明する実施形態の全てにおいて、第２の導波管１６は、第１の導波管のベベル１４と相補的形状をなすベベル１８を備え、第２の導波管のベベル１８は、第１の導波管のベベル１４の少なくとも一部分に隣接して配置されている。「隣接して配置されている」とは、図２Ｃ〜図２Ｆに示すように、一方のベベル１４が他方のベベル１８にじかに接触している状態、または、ある材料（たとえば、反射体や空気など）がそれらのベベルの間に配置されている状態を含む。
【００１１】
本明細書に開示されている第２の導波管１６（ベベル１８を含む）の全ての実施形態を、本明細書に開示されている第１の導波管１２（ベベル１４を含む）の全ての実施形態を形成するための上述した方法と同じ方法を用いて形成することができる。後述するように、第２の導波管１６の任意の実施形態は、第１の導波管１２と同じまたは異なる材料で形成されることができ、したがって、第１の導波管１２と同じまたは異なる屈折率を有することができる。一般に、第２の導波管１６は、導波管１６の構成に少なくとも部分的に依存して、１つ以上のファイバーから形成される。さらに、いくつかの例では、第２の導波管１６の形状は第１の導波管１２とは異なり、他の例では、第２の導波管１６は第１の導波管１２と対称である。
【００１２】
いくつかの例では、第１及び／または第２の導波管１２、１６を、穴のあいたファイバーまたは微細構造ファイバーから構成することができる。そのような穴のあいたファイバーは、ファイバーの長さに沿って延在する実質的に規則的配列をなす通気穴（またはエアホール）を有し、クラッド層として機能する。コアは一般的に、通気穴の実質的な規則的配列構成の中心部にある固体領域、または、該規則的配列構成の中心部にある追加の通気穴によって形成される。かかるファイバーの実効屈折率は、それらの穴の密度によって決まる。したがって、それらの穴の配列を変えることによって、導波管１２及び／または１６の実効屈折率を変えることができる。穴のあいたファイバーのコアの穴の密度は、一般に、クラッド層のそれより小さいので、コアの実効屈折率は一般にクラッド層の実効屈折率よりも大きい。
【００１３】
それぞれの実施形態において、反射光ｒと透過光ｔの比（すなわち、結合比または分割比Ｒ＝ｒ／ｔ）は、導波管１２、１６を結合するために使用される結合技術に依存して変わりうる。この比の調整を、動的に（たとえば、現場で、または、使用中に）行うことができ、または、ビーム結合器及びスプリッターが一定の結合比を有して作製されるように行うことができることが理解されよう。図中、「ｉ」は、導波管１２に入射する光ビームを表す。
【００１４】
本明細書に開示された実施形態では、導波管１２、１６の屈折率は同一かまたはほぼ同じである。導波管１２、１６の屈折率は、sin(90−θｂ１)＜ｎ２／ｎ１の範囲内でなければならない。かかる例では、導波管１２、１６の各々（の材料）を、ガラス、高分子材料（ポリマー材料）（たとえば、ポリカーボネート、ポリアミド、アクリル樹脂など）、シリコン、または、他の類似の材料から選択することができる。導波管１２、１６の材料が同じときに所望の結合比を得るために、多くの異なる技術を利用することができる。そのような技術は、図２Ｃ〜図２Ｆ、並びに、図３Ａ及び図３Ｂを参照して説明されている。
【００１５】
図２Ｃにおいて、ビーム結合器及びスプリッター１０’の結合比は、ベベル１４と１８の間の少なくとも部分的に反射性の（すなわち、反射率が１００％より小さい）コーティング２０を設けることによって調節することができる。反射の割合、及び、該少なくとも部分的に反射性のコーティング２０が配置されるパターンは、少なくとも部分的に、ベベル１４と１８の間の境界面における所望のビーム分割特性に依存する。いくつかの例では、コーティング２０は部分反射性であり（すなわち、反射率が１００％より小さい）、ベベル１４と１８の間の境界面全体に設けられる。他の例では、コーティング２０は、１００％の反射率を有し、ベベル１４と１８の間の境界面のいくつかの部分に（たとえば、点状に、または縞状に、またはその他の類似のパターンで）設けられる。さらに他の例では、コーティング２０のいくつかの部分の反射率は１００％であるが、コーティング２０の他の部分の反射率は１００％より小さい。コーティング２０の反射部分に接触した光ビームは（たとえば、第１の導波管１２の上部へと）向きを変えられるが、コーティング２０の反射率がより小さい部分もしくは無反射の部分、または、コーティング２０を含んでいないベベル１４と１８の間の領域に接触した光ビームは、導波管１６を通過するだろう。
【００１６】
非限定的な例として、光ビームの７５％が第２の導波管１６を通過して伝送され、光ビームの２５％が第１の導波管１２の上部へと反射されるようにしたい場合には、ベベル１４と１８とを接着（または結合）する前に、反射率が１００％のコーティング２０を、ベベル１４、１８の一方の２５％（の部分）に設けることができる。
【００１７】
該少なくとも部分的に反射性のコーティング２０の適切な材料の例には、銀、または、アルミニウム、または、選択された波長の光の反射体である他の材料があるが、これらには限定されない。該少なくとも部分的に反射性のコーティング２０を、ベベル１４と１８とを接着（または結合）する前に、それらのベベルの表面の一方または両方に設けることができる。コーティング２０を設けるための適切な技術の例には、熱蒸着（thermal evaporation）や電子ビーム蒸着（e-beam evaporation）、スパッタリング（sputtering）成長法やCVD/PVD成長法があるが、これらには限定されない。
【００１８】
さらに、該少なくとも部分的に反射性のコーティング２０の厚みを、結合比を調整するために変更できることも理解されよう。反射の割合（反射率）は、コーティング２０の厚みによって決まる。たとえば、０．０１μｍ厚のアルミニウムコーティングは部分反射性であり、１μｍ厚のアルミニウムコーティングの反射率は１００％であろう。したがって、所望の結合比を、コーティング２０の厚みによって制御することができる。いくつかの場合には、屈折率がそれぞれ異なる複数の材料層を用いて部分反射性を達成することもできる。そのような複数層のコーティングの反射は偏光依存性があるため、あまり望ましくない。
【００１９】
ビーム結合器及びスプリッター１０''の実施形態において、図２Ｄに示すように、結合比を、第２の導波管のベベル１８を第１の導波管のベベル１４からずらす（オフセットさせる）ことによって調整することができる。図示のように、導波管１６に隣接していないベベル１４に入射する光ビームは、全反射されて導波管１２内に向けて送られる。この実施形態では、導波管１２と１６は同じ屈折率を有しているので、ベベル１４と１８がじかに接触している境界面に入射するそれらの光ビームは、導波管１６を通って伝送する。ずれ量が大きくなると、透過光に対する反射光の比は大きくなる。
【００２０】
図２Ｅは、ビーム結合器及びスプリッター１０'''の結合比を調整するためのさらに別の実施形態を示す。この実施形態では、ギャップＧが、ベベル１２と１６の間に形成されている。ギャップＧの厚みが１波長より小さい場合は、光ビームは透過する。いくつかの例では、ギャップＧは、ベベル１２と１６の間の境界面全体にわたって一定である。他の例では、ギャップＧの厚みをベベル１２、１６の長さ方向に沿って変えることによって、光ビームの所望の割合が反射及び透過されるようにすることができる。ギャップＧが約１波長よりも大きい場合には、第１の導波管のベベル１４は空気に隣接することが理解されよう。かかる例では、ベベル１４において全反射が起こるので、導波管１２と１６の間に結合は生じない。
【００２１】
図２Ｃ〜図２Ｅに示す実施形態は、実質的に直線状の第２の導波管１６を有している。図２Ｆは、第２の導波管１６’の別の例を示す。図示のように、この第２の導波管１６’の実施形態は、ベンド（屈曲部）を有し、及び、第１の導波管１２と対称形をなす。この図における導波管１２、１６’の形状、ベンド、及び／または角度は例示であってそれらに限定されるものではない。さらに、導波管１２、１６、１６’の材料は比較的柔軟である（または可撓性を有する）ので、導波管１２、１６、１６’を他の形状を有するように（たとえば、湾曲部を含むように。図１０参照）構成することができる。
【００２２】
図２Ｆのビーム結合器及びスプリッター１０の構成を用いて、種々のやり方で光の結合及び分割を行うことができる。光ビーム（ｉ及びｉ１でラベル付けされている）を、導波管１２、１６’の入力ポートＩの一方または両方を介して入力することができる。両方の入力ポートＩが使用される場合は、異なる情報／信号／変調を、導波管１２、１６’の入力ポートＩに入るそれぞれの光ビーム（複数の場合あり）中に符号化することができる。信号は、図２Ｆのスプリッター／コンバイナ／結合器１０によって結合されて、導波管１２、１６’の出力ポートＯを通ってそれぞれの宛先に向けて送られる。入力ポートＩに入る光を、時分割多重し、または、該光が複数の異なる波長を有するようにして、結合された信号を出力ポートＯで分離できるようにすることができる。図２Ｆに示す実施形態の入力ポートＩと出力ポートＯを逆にすることができ、これによって、ビーム結合器及びスプリッター１０を通る光ビームの経路を逆にできることが理解されよう。図２Ｃ〜図２Ｅを参照して説明した結合比を調整するための任意の１つ以上の技術を、図２Ｆに示す実施形態において実施できることがさらに理解されよう。
【００２３】
図３Ａ及び図３Ｂには、導波管１２’、１６’の他の実施形態が示されている。図２Ａ〜図２Ｆに示す実施形態は単一のベベル１４、１８を有しているが、図３Ａ及び図３Ｂに示す実施形態は、複合ベベル１４’、１８’（すなわち、複数のベベルの組み合わせ）を有する。一般に、（図３Ｂに示す）複合ベベル１４’と１８’とを接着（または結合）すると、ギャップＧに隣接するサブベベル２４、２４’に入射する光が導波管１２’中へと全反射されるように、大きく（たとえば、１波長よりも大きい）かつ一定のギャップＧが形成される。しかしながら、接触面に入射した光の１００％が導波管１２’、１６''を通る。接触している（領域の）面積とギャップＧの面積の比（したがって結合比）は、導波管１２’と１６''の非対称性によって制御される。第１の導波管１２''の複合ベベル１４’はサブベベ２４、２４’を備える。同様に、第２の導波管１６''の複合ベベル１８’は、サブベベル２８、２８’を備える。導波管１２’サブベベル２４、２４’は、導波管１２’の軸Ａ１に垂直な接触面を介して分離しており、導波管１６''のサブベベル２８、２８’は、導波管１６''の軸Ａ２に垂直な接触面を介して分離している。第１の導波管のサブベベル２４の大きさ（寸法）は、第２の導波管のサブベベル２８’の大きさ（寸法）に一致し、第１の導波管のサブベベル２４’の大きさ（寸法）は、第２の導波管のサブベベル２８の大きさ（寸法）に一致する。ベベル１２’の接触面とベベル１６''の接触面をじかに接触させると、それらの大きさ（寸法）によって、サブベベル２４と２８、及び、２４’と２８’の間にギャップＧが形成される。この例では、ギャップＧは、複合ベベル１４’と１８’をずらす（オフセットさせる）ことなく形成されているが、かかる例には限定されない。
【００２４】
本明細書に開示されている任意の結合比調整技術を、同じビーム結合器及びスプリッターに共に組み込めることが理解されよう。
【００２５】
図４Ａ及び図５Ａには、図２Ｆ及び図２Ｄのビーム結合器及びスプリッターのさらに他の例が示されている。図４Ａ及び図５Ａに示す例は、導波管１２、１６、１６’を、９０°以外の曲げ角θｂを有するように構成できること、及び、ベベル１４、１８を、４５°以外の角度θｂ１をなすように構成できることを示している。より小さなベベル１４、１８及びθｂ１を採用することによって、ビーム結合器及びスプリッター１０、１０’、１０''、１０'''を、導波管１２、１６、１６’と周囲の材料（たとえばクラッド）との屈折率の差が小さい状況で使用できると考えられる。また、曲率半径をより大きくすることによって、異なる物理的構成を得ることができる。図４Ｂ及び図５Ｂに示すように、導波管１２、１６、１６’のベンドを、（図４Ａ及び図５Ａに示すように）急激に変化させるのではなく、連続性をもたせかつ湾曲させることができる。
【００２６】
図６は、ビーム結合器及びスプリッター１０のさらに別の実施形態の例を示す。この実施形態では、導波管１２、１６’を形成するファイバーの端部は、リフロー技術、加熱技術、または他の適切な技術を用いて丸みをつけられている。丸みをつけられた端部は、ビーム結合器及びスプリッター１０に入る光ビーム、及び／またはビーム結合器及びスプリッター１０から出る光ビームを結合するために自己整列したレンズを形成する。丸みをつけられた端部を、本明細書に開示されている任意の実施形態に含めることができることが理解されよう。
【００２７】
図７は、図４に示すビーム結合器及びスプリッター１０の実施形態を含む対称形モジュール３０の非限定的な例を示している。このモジュール３０では、導波管１２、１６’の長さが長くされており、コネクタ２２が導波管１２、１６’の端部に動作可能に接続されている。コネクタ２２は、一般に、導波管１２、１６’を他の導波管１２、１２’、１６、１６’、１６''に接続してネットワーク（または通信網）を生成するために使用されることが理解されよう。コネクタ２２は、ファイバー１２、１６’の端部を正確に位置決めできるようにする物理的アセンブリである。そのようなコネクタ２２は、（複数の入力ポート／出力ポートを有する）複数の導波管が整列させられる（または位置合わせさせられる）実施形態（図１０参照）に特に望ましい場合がある。コネクタ２２はまた、整合するファイバーリボンとの結合を可能にするための物理的ガイド（ガイド機構）を備えることができる。いくつかのコネクタ２２は、隣接する導波管の間に光ビームを集束させるレンズを備える。
【００２８】
図７に示す実施形態では、所望に応じて、光ビームの入力と出力を逆にすることができる。図７はまた、ビーム結合器及びスプリッター１０を囲んでいる機械式筐体（または機械的エンクロージャ）２５を示している。そのような筐体２５を空気が中に入っている箱とすることができるが、これには限定されない。
【００２９】
本明細書に開示されている任意の実施形態において、クラッド材料（不図示）を、ビーム結合器及びスプリッター１０の光ファイバー（すなわち、導波管１２、１６’）の外面上に配置することができる。一般に、クラッド材料は、ビームの分割を容易にするためにベベル１４、１８が形成される領域では除去される。かかるクラッド材料は、一般に、導波管１２、１６’の屈折率より小さい屈折率を有する。適切なクラッド材料の例には、（デュポン社のTEFLON（商標）などの）フッ化炭素樹脂、シリコン、絶縁材料などがあるが、これらには限定されない。クラッド材料を、化学蒸着法（CVD）、ドーパントのイオンインプリメンテーション（ion implementation）、ディッピング法（浸漬法）、または、他の同様のプロセスによって堆積（被着）させることができる。温度がガラス転移温度に達したときに、クラッド材料に対して、スピンオン（spin on）、硬化、及び、焼入れ（またはハードニング）の各処理を施すこともできる。
【００３０】
図８を参照すると、複数の導波管１２、１６、３４が共に結合して、複数のタップ２９（反射した光ビームはこれらのタップを通って伝送する）を有するバス２６（透過した光ビームはこのバスを通って伝送する）を形成している。第１及び第２の導波管１２、１６が、上記の方法の１つを用いて、共に結合される。この実施形態では、第２の導波管１６は第２のベベル３２を有するように構成されており、該ベベル３２は、（該ベベル３２と）相補形状をなすベベル３６を有する追加の（たとえば第３の）導波管３４に結合している。この追加の導波管３４は第２のベベル３８を有するように構成されており、該ベベル３８は、さらに別の（たとえば第４の）導波管３４’の（該ベベル３８と）相補形状をなすベベル３６’に結合している。この特定の非制限的な例では、第５の導波管３４''が、第４の導波管３４’の第２のベベル３８’と相補形状をなすベベル３６''を備えている。図８には５つの導波管１２、１６、３４、３４’、３４''が示されているが、所望の光路を得るために任意の数の導波管を結合できることが理解されよう。
【００３１】
図８では、また、追加の導波管３４、３４’、３４''の各々が、隣接する導波管からずれている（オフセットしている）。かかるずれ（オフセット）によって、上記したように、隣接する導波管の結合比が変わる。これまでに開示した任意の他の方法を利用して、それぞれの結合比を変えることができることが理解されよう。
【００３２】
１実施形態では、導波管１２、１６、３４、３４’、３４''は、同じ材料で形成され、したがって、同じ屈折率を有する。この実施形態では、これまでに開示した技術を用いて形成された少なくとも部分的に反射性のコーティング２０（図８には示されていない）を、ずらされていない（オフセットされていない）か、または、ギャップＧを介して分離されていないベベル間に設けることができる。しかしながら、導波管１２、１６、３４、３４’、３４''のそれぞれの結合比を、本明細書に記載されている任意の他の技術（または、それらの技術の組み合わせ）を用いて変えることができることが理解されよう。
【００３３】
図９Ａは、縦続接続された複数の導波管１２、１６のさらに別の実施形態を示している。この実施形態では、追加の導波管４０が、第１及び第２の導波管１２、１６の少なくとも一部分上に設けられる。追加の導波管４０は、第１の導波管１２に対するベンドを形成し、これによって、第１の導波管１２において全反射された光が導波管４０へと伝送されるようになっている。導波管１２、１６、４０が同じ屈折率を有しているときには、追加の導波管４０を、屈折率整合接着材料（たとえば、にかわ）を用いて導波管１２、１６に接着（または結合）することができる。
【００３４】
この実施形態では、所望の結合比にしたがって光ビームを分割するために、上記の技術を用いて、ベベル１４、１８上に少なくとも部分的に反射性のコーティングが形成される。しなしながら、かかる結合比を、本明細書に開示されている他の方法（たとえば、ずれ（オフセット）、ギャップＧの形成、複合ベベル１４’、１８’、それらの組み合わせなど）を用いて得ることができることが理解されよう。
【００３５】
少なくとも部分的に反射性のコーティング２０から反射した光ビームは、入射した光ビームを全反射するように構成された表面Ｓに向けて送られる。全反射された光ビームは９０°向きを変えて進み、追加の導波管４０を出る。
【００３６】
図９Ａに示すように、所望のやり方で、追加の導波管４０の他の表面Ｓ２をさらに別の導波管４２に接着（または結合）して、光ビームをさらに転送することができる。一般に、表面Ｓ２及び導波管４２の（これと）相補形状をなす表面は、光がそれらの表面を通過するように構成される。導波管４２は、該導波管４２に接着された導波管４４のベベル４８と相補形状をなすベベル４６を有している。この非限定的な例では、所定の結合比にしたがって光ビームを分割するために、ベベル４６、４８は、それらの間に設けられた少なくとも部分的に反射性のコーティング２０を有している。別の追加の導波管４０’が、導波管４６、４８の少なくとも一部分上に設けられている。一般に、導波管４６、４８、４０’は同じ屈折率を有しているので、この追加の導波管４０’を、屈折率整合接着剤（たとえば、にかわ）を用いて導波管４６、４８に接着（または結合）することができる。
【００３７】
ベベル４６、４８間の少なくとも部分的に反射性のコーティング２０から反射した光ビームは、入射した光ビームを全反射するように構成された表面Ｓ’に向けて送られる。全反射した光ビームは９０°向きを変えて進み、追加の導波管４０’を出る。
【００３８】
図９Ａに示すように、導波管４２’、４４’、４０''の（導波管４２、４４、４０’のスタック構成と）類似のスタック構成（積み重ね構成）を、導波管４０’の表面Ｓ２’を導波管４２’の（表面Ｓ２’と）相補形状をなす表面に接着（または結合）することによって、他の導波管１２、１６、４０、４２、４４、４０’に動作可能に結合することができる。残りの導波管４４’、４０''を、導波管１６、４０、４４、４０’について前述したように、構成し及び配置することができる。かかるスタック構成を適切な回数だけ繰り返すことによって所望の光路を達成することができる。
【００３９】
二点鎖線で示されているように、クラッド層５０を、（図示のように導波管１２、１６、４２、４４、４２’、４４’の上に配置されている）追加の導波管４０，４０’、４０''と導波管１２、１６、４２、４４、４２’、４４’との間に設けることもできる。反射した光ビームは、かかるクラッド層５０を通って進むことができる。いくつかの例では、クラッド層５０は、導波管１６と４０、４４と４０’、４４’と４０''の間に設けられる。
【００４０】
前述したように、少なくとも部分的に反射性のコーティング２０が図９Ａ（及び後述する図９Ｂ）に示されているが、隣接する導波管１２、１６、４２、４４、４２’、４４’間の結合比を、本明細書に開示されている他の方法（たとえば、ずれ（オフセット）、ギャップのＧの形成、複合ベベル１４’、１８’、それらの組み合わせなど）を用いて得ることができることが理解されよう。
【００４１】
図９Ｂは、導波管４０及び４０’が、それぞれと隣接する導波管４４、４４’のベベル４８、４８’と相補形状をなすベベルをそれぞれの第２の表面Ｓ２、Ｓ２’において備える点を除いて、図９Ａに示されている実施形態と同様の実施形態を示している。この実施形態には、導波管４２、４２’は含まれていない。
【００４２】
図９Ｃは、縦続接続された複数の導波管１２、１６、５６、５６’、５８、６０のさらに別の実施形態を示す。この実施形態では、導波管１２と１６は、たとえば、図２Ｄを参照して上述したのと同様にずらされて（オフセットされて）結合されている。第３の導波管５６は導波管１２上に配置されている（これによって、導波管１２から全反射された光に対するベンドを形成する）。導波管５６自体が、ベンド、及び、入射した光ビームを全反射する表面Ｓ（すなわちベベル）を備えている。この導波管５６を、導波管１２に関して上述した方法を用いて形成することができる。
【００４３】
図示されているように、導波管５６は、さらに別の導波管５８に結合された第２の表面Ｓ２を備えることができる。図示されていないが、所望の場合には、該第２の表面Ｓ２をベベルとすることもできることが理解されよう。追加の導波管、たとえば導波管６０、５６’を、適切なやり方で結合して、光ビームに対する所望の経路を得ることができる。
【００４４】
この実施形態では、導波管１２、１６、５８、６０は、所望の結合比を得るためにずらされた（オフセットした）状態で図示されているが、隣接する導波管１２、１６、５８、６０間の結合比を、本明細書に開示されている他の方法（たとえば、少なくとも部分的に反射性のコーティング２０、ギャップＧの形成、複合ベベル１４’、１８’、それらの組み合わせなど）を用いて得ることができることが理解されよう。
【００４５】
図１０には、複数のビーム結合器及びスプリッター１０’を含むシステム１００の非限定的な例が示されている。ビーム結合器及びスプリッター１０’は複数の平行な（または並列の）光チャンネルを形成する。このシステム１００の各チャンネルは、相補形ベベル１４と１８の間に少なくとも部分的に反射性のコーティング２０を有する第１及び第２の導波管１２、１６と、ベベル１４、１８からやってきた光ビームを転送するように配置された追加の導波管４０とを備える。この実施形態では、所望の結合比を得るために反射性コーティング２０が示されているが、所望の結合比を得るために、本明細書に開示されている任意の他の調整を施すことができることが理解されよう。
【００４６】
システム１００の各チャンネルは、クラッド層５０によって、隣接するコンポーネント（構成要素）１０またはチャンネルから分離されている。クラッド層５０は、コンポーネント１０’間の光学的クロストークを低減または除去するのに役立つ。クラッド層５０は、一般に、導波管１２、１６の屈折率よりも小さな屈折率を有する材料で作られる。前述したように、適切なクラッド層の材料の例には、（デュポン社のTEFLON（商標）などの）フッ化炭素樹脂、シリコン、絶縁材料などがあるが、これらには限定されない。このクラッド層５０を、化学蒸着法（CVD）、ドーパントのイオンインプリメンテーション（ion implementation）、ディッピング法（浸漬法）、または、他の同様のプロセスによって堆積（被着）することができる。温度がガラス転移温度に達したときに、クラッド材料に対して、スピンオン（spin on）、硬化、及び、焼入れ（またはハードニング）の各処理を施すこともできる。
【００４７】
システム１００中の結合器／スプリッター１０’の各々は、光ビームをそれぞれの導波管１２に向けて送る光源５２を有していることが理解されよう。かかる光源の例には面発光レーザー（VCSEL）があるが、これには限定されない。（破線で示されている）個々のレンズ５４を用いて、光ビームを１つの光源５２から対応する導波管１２に送ることもできる。図１０に示されている矢印は、光が、ビーム結合器／スプリッター１０’の各々を通ってどのように導かれるかを示している。図示されているように、システム１００の光は、コンポーネント１０’を使用して並列に（または平行に）結合される。
【００４８】
図１０にはまた、導波管（この例では、追加の導波管４０のうちの１つ）を、それが曲線形状を有するように構成するやり方の非限定的な一例が示されている。比較的柔軟な（または可撓性を有する）材料（たとえばポリマー）を用いて導波管を形成することができるので、そのような代替形状を容易に得ることができるだろう。そのような導波管は、電気信号伝送用のリボンケーブルと同様に機能する。
【００４９】
図面には示されていないが、１つ以上の検出器を、ビーム結合器及びスプリッターを出た光ビームの一部または全てを検出するように配置することができる。
【００５０】
図１１には、ビーム結合器／スプリッター１０００の別の実施形態が示されている。このビーム結合器／スプリッター１０００の実施形態は、単一の入力ポートＩ及び２つの出力ポートＯ１、Ｏ２を有するＴ字形導波管５２を備えている。他の導波管１２、１６等について上記した材料を用いてＴ字形導波管５２を形成することができる。非限定的な１例として、第１のファイバーを第２のファイバーに接着（または結合）してＴ字形導波管５２を形成することができる。別の非限定的な例として、単一のファイバーでＴ字形導波管５２を形成することができる。
【００５１】
くさび５４は、Ｔ字形導波管５２内において、該くさび５４が単一の入力ポートＩを通ってＴ字形導波管５２に入ってきた光ビームを所定のやり方で２つの出力ポートＯ１、Ｏ２間で分割するような位置に形成されている。軸Ａ５４に沿ってくさび５４を動かすと、第１の出力Ｏ１へと反射される光ビームと第２の出力Ｏ２へと反射される光ビームの比が変わる。１例として、図１１に示すくさび５４が軸Ａ５４に沿って出力Ｏ１の方に動かされる（但し、依然として入力ポートＩに対向している）と、より多くの光が出力Ｏ２の方に導かれることになる。
【００５２】
くさび５４は、全反射が生じるように角度付けされている。くさび５４は、たとえば、鋳造（またはモールディング）やリソグラフィー技術によって、導波管５２内に形成することができる。
【００５３】
本明細書に開示されているビーム結合器及びスプリッター１０、１０’、１０’’、 １０’’’、１０００を、任意の所望の波長を導くように構成することができる。したがって、本明細書で使用されている「光」及び「光ビーム」という用語は、約４００ｎｍ〜約１５００ｎｍの範囲の波長を含むように広く定義される。いくつかの例では、光は、可視域（４００ｎｍ〜７００ｎｍ）に近い波長を有する電磁放射である。他の例では、光は８５０ｎｍの波長である。さらに他の例では、光（の波長）は、電気通信で一般的に使用される波長である１５００ｎｍである。
【００５４】
１項：
ビーム結合器及びスプリッターであって、
ベベル及びベンドを有する第１の導波管であって、該ベベルが、該ベベルに入射する少なくとも一部の光を全反射するように構成されてなる、第１の導波管と、
前記第１の導波管のベベルと相補形状をなすベベルを有する第２の導波管であって、該第２の導波管は、i)前記第２の導波管のベベルが前記第１の導波管のベベルの少なくとも一部に隣接し、及び、ii)所定の結合比が得られるように、前記第１の導波管に結合される、ビーム結合器及びスプリッター。
【００５５】
２項：
前記第１の導波管と前記第２の導波管が同じ屈折率を有し、前記ビーム結合器及びスプリッターがさらに、i)前記ベベル間の境界面に設けられ、かつ、ii)前記所定の結合比が得られるようなやり方で設けられた少なくとも部分的に反射性のコーティングを備える、上項１のビーム結合器及びスプリッター。
【００５６】
３項：
前記所定の結合比が得られるように、前記第２の導波管のベベルが前記第１の導波管のベベルからずれている、上項１または２のビーム結合器及びスプリッター。
【００５７】
４項：
さらに、ベベル間にギャップを備える上項１乃至３のいずれかのビーム結合器及びスプリッターであって、該ギャップの厚みが、前記所定の結合比が得られるように設定され、前記ギャップの厚みが、前記ビーム結合器及びスプリッター中に送られる入射光の波長より小さい、ビーム結合器及びスプリッター。
【００５８】
５項：
前記光の波長が約４００ｎｍ〜約１５００ｎｍの範囲内にある、上項４のビーム結合器及びスプリッター。
【００５９】
６項：
前記第１の導波管のベベルが、第１のサブベベル及び第２のサブベベルを有する複合ベベルであり、前記第２の導波管のベベルが、i)前記第１の導波管の複合ベベルの第２のサブベベルと相補形状をなす第１のサブベベル、及び、ii)前記第１の導波管の複合ベベルの前記第１のサブベベルと相補形状をなす第２のサブベベルを有する複合ベベルであり、前記第１及び第２の導波管の複合ベベルの第１のサブベベル、及び、前記第１及び第２の導波管の複合ベベルの第２のサブベベルが、それぞれ、i)前記第１のサブベベル間、及びii)前記第２のサブベベル間にギャップを形成するように結合されてなる、上項１のビーム結合器及びスプリッター。
【００６０】
７項：
前記第２の導波管が第２のベベルを有する、上項１乃至６のいずれかのビーム結合器及びスプリッターであって、前記第２の導波管の第２のベベルと相補形状をなすベベルを有する第３の導波管をさらに備え、該第３の導波管は、i)前記第３の導波管のベベルが前記第２の導波管の第２のベベルの少なくとも一部分に隣接し、かつ、ii)別の所定の結合比が得られるように、前記第２の導波管に結合される、ビーム結合器及びスプリッター。
【００６１】
８項：
前記導波管の少なくとも一部分及び前記第２の導波管の上に設けられた第３の導波管をさらに備える、上項１乃至７のいずれかのビーム結合器及びスプリッターであって、該第３の導波管は、前記第１の導波管のベンドを形成し、及び、角度の付いた表面を含み、該表面は、前記第１の導波管のベベルから該表面に入射した光ビームを全反射するように構成される、ビーム結合器及びスプリッター。
【００６２】
９項：
前記ベンドは、所定の角度を付けられて配置されるか、または、所定の曲率半径を有して配置される、上項１乃至８のいずれかのビーム結合器及びスプリッター。
【００６３】
１０項：
上項１乃至９のいずれかのビーム結合器及びスプリッターを形成するための方法であって、
前記ベベル及びベンドを前記第１の導波管に形成するステップと、
前記第２の導波管の相補形状をなすベベルが、前記第１の導波管のベベルの前記少なくとも一部分に隣接するように、前記第２の導波管を配置するステップと、
前記第１の導波管と前記第２の導波管と間の結合比を調整するステップ
を含む方法。
【００６４】
１１項：
結合比を調整する前記ステップが、
i)前記ベベルの角度を所定の角度に設定するステップ、
ii)前記ベベル間の境界面に少なくとも部分的に反射性のコーティングを設けるステップ、
iii)所定のやり方で、前記第２の導波管のベベルを前記第１の導波管のベベルからずらすステップ、
iv)前記第１の導波管のベベルと前記第２の導波管のベベルの間に所定の厚みを有するギャップを形成するステップ、
v)前記第１の導波管のベベル及び前記第２の導波管のベベルの各々に複合ベベルを利用するステップ、
vi)上記ステップi)乃至v)の組み合わせ
のうちの少なくとも１つによって達成される、上項１０の方法。
【００６５】
１２項：
光ビームを結合し及び分割するためのシステムであって、
上項１乃至９のいずれかのビーム結合器及びスプリッターと、
前記ビーム結合器及びスプリッターの第１の導波管に光ビームを導くように配置された光源
を備えるシステム。
【００６６】
１３項：
上項１乃至９のいずれかの第２のビーム結合器及びスプリッターと、
前記第２のビーム結合器及びスプリッターの第１の導波管に光ビームを導くように配置された第２の光源と、
前記ビーム結合器及びスプリッター及び前記第２のビーム結合器及びスプリッターの間に配置されたクラッド層
をさらに備える、上項１２のシステム。
【００６７】
１４項：
前記光源と前記ビーム結合器及びスプリッターの前記第１の導波管の間に配置されたレンズをさらに備え、該レンズは、前記光源からの光ビームを前記ビーム結合器及びスプリッターの前記第１の導波管に導くように構成される、上項１２または１３のシステム。
【００６８】
１５項：
単一の入力ポート及び２つの出力ポートを有するＴ字形導波管と、
前記Ｔ字形導波管中のある位置に形成されたくさびであって、前記単一の入力ポートを通って前記Ｔ字形導波管に入った光ビームを、所定のやり方で前記２つの出力ポートの間に分割するように構成されたくさび
を備えるビーム結合器及びスプリッター。
【００６９】
１６項：
前記くさびの角度が、全反射が生じるように設定される、上項１５のビーム結合器及びスプリッター。
【００７０】
いくつかの実施形態について詳細に説明したが、開示されている実施形態を変更できることは当業者には明らかであろう。したがって、上記の説明は、限定ではなく例示であるとみなされるべきである。
【図１】
2012507741.tif 000003
【図２Ａ−２Ｆ】
2012507741.tif 000004
【図３Ａ−３Ｂ】
2012507741.tif 000005
【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
2012507741.tif 000009
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
2012507741.tif 000014
【図９Ｃ】
2012507741.tif 000015
【図１０】
2012507741.tif 000016
【図１１】
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【国際調査報告】
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