(57)【要約】  本発明は、光チップ１００、および、光を結合させる方法６００を提供する。光チップ１００は、少なくとも１つの入力導波路１０２を有する入力端カプラ１０１を備え、同じ偏波の２つの直交モードで光を受信するよう構成される。光チップ１００は更に、２つの直交モードを分割して、第１中間導波路１０４で伝送されるモードと第１中間導波路１０４から独立した第２中間導波路１０５で伝送されるモードとにするよう構成されているデマルチプレクサ１０３を備える。光チップ１００は、中間導波路１０４、１０５で伝送されるモードを再統合して、１つの出力導波路１０７で伝送される２つの直交偏波モードにするよう構成されている偏波マルチプレクサ１０３も備える。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
同じ偏波の２つの直交モードで光を受信するよう構成されている少なくとも１つの入力導波路（１０２、２０２、４０２）を有する入力端カプラ（１０１）と、
前記２つの直交モードを分割して、第１中間導波路（１０４）で伝送されるモードと前記第１中間導波路（１０４）から独立した第２中間導波路（１０５）で伝送されるモードとにするよう構成されているデマルチプレクサ（１０３）と、
前記中間導波路（１０４、１０５）で伝送される前記モードを再統合して、１つの出力導波路で伝送される２つの直交偏波モードにするよう構成されている偏波マルチプレクサ（１０６）と
を備える光チップ（１００）。
【請求項２】
前記入力端カプラ（１０１）は、前記光を受信する２つの入力導波路（２０２）を有する、請求項１に記載の光チップ（１００）。
【請求項３】
両方の入力導波路（２０２）が前記入力端カプラ（１０１）の入力ファセットに向かって先細りする、請求項２に記載の光チップ（１００）。
【請求項４】
前記同じ偏波の２つの直交モードは、前記２つの入力導波路（２０２）の偶数スーパーモードおよび奇数スーパーモードである、請求項２または３に記載の光チップ（１００）。
【請求項５】
前記デマルチプレクサ（１０３）は、半径の大きな２つのベンド（２０３）を有し、前記半径の大きな２つのベンドによって、より小さなピッチを有する前記２つの入力導波路（２０２）が隔てられ、より大きなピッチを有する前記２つの中間導波路（１０４、１０５）になる、請求項２から４の一項に記載の光チップ（１００）。
【請求項６】
前記入力端カプラ（１０１）は、前記光を受信する１つの多モード入力導波路（４０２）を有する、請求項１に記載の光チップ（１００）。
【請求項７】
前記同じ偏波の２つの直交モードは、前記多モード入力導波路（４０２）の基本モード（Ｔ０）および一次モード（Ｔ１）である、請求項６に記載の光チップ（１００）。
【請求項８】
前記デマルチプレクサ（！０３）は、前記多モード導波路（４０２）の前記一次モード（Ｔ１）を前記中間導波路（１０４、１０５）のうち一方の基本モード（Ｔ０）に変換するよう構成されている光学素子である、請求項６または７に記載の光チップ（１００）。
【請求項９】
前記偏波マルチプレクサ（１０６）は、偏波分離回転素子、ＰＳＲである、請求項１から８の一項に記載の光チップ（１００）。
【請求項１０】
前記入力端カプラ（１０１）と前記偏波マルチプレクサ（１０６）との間に配置される受動光学素子および／または能動光学素子（２０４）を更に備える、請求項１から９の一項に記載の光チップ（１００）。
【請求項１１】
前記受動光学素子および／または前記能動光学素子（２０４）は、前記第１中間導波路および前記第２中間導波路（１０４、１０５）で伝送される光にそれぞれ独立して作用するよう構成される、請求項１０に記載の光チップ。
【請求項１２】
前記２つの直交偏波モードは、前記出力導波路（１０７）の基本横電場モード（ＴＥ）および基本横磁場モード（ＴＭ）である、請求項１から１１の一項に記載の光チップ（１００）。
【請求項１３】
前記２つの直交偏波モードをファイバ（２０６）に結合させるよう構成されている偏波無依存出力カプラ（２０５）を更に備える、請求項１から１２の一項に記載の光チップ（１００）。
【請求項１４】
光をレーザのような能動光学デバイス（２０１）に光学的に結合させるよう構成され、光をレーザのような能動光学デバイス（２０１）から受信するよう構成されている、請求項１から１３の一項に記載の光チップ（１００）。
【請求項１５】
光を結合させる方法（６００）であって、
少なくとも１つの入力導波路（１０２、２０２、４０２）を用いて同じ偏波の２つの直交モードで光を受信する段階（６０１）と、
前記２つの直交モードを逆多重化して、第１中間導波路（１０４）で伝送されるモードと前記第１中間導波路（１０４）から独立した第２中間導波路（１０５）で伝送されるモードとにする段階（６０２）と、
前記中間導波路（１０４、１０５）で伝送される前記モードを再統合して、１つの出力導波路（１０７）で伝送される２つの直交偏波モードにする段階（６０３）と
を備える方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光チップ、および、光を結合させるための方法に関する。特に、当該光チップおよび方法の目的は、光をレーザのような能動光学デバイスに光学的に結合させること、および、光をレーザのような能動光学デバイスから受信することにある。本発明の光チップは、シリコンフォトニクス技術に基づいていることが好ましい。
【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、相互接続およびセンシングにおける様々な用途で基盤技術プラットフォームとしての重要性を急激に増しつつある。シリコンフォトニクスによって、シリコンフォトニックチップを製造すべく、ＣＭＯＳ適合のウェハスケール技術を用いて高品質かつ安価なシリコン基板上にフォトニック機能を実装することが可能となる。
【０００３】
特に、データ通信、相互接続またはアクセス網のような近距離用途の場合は、チップのコストが大きな懸念事項である。シリコン大量生産の利点を用いることによって、数百もの基本構成単位を集積化するフォトニックチップの値段は極めてアグレッシブであり得る。しかしながら、シリコンが間接遷移材料であることから、能動部品をモノリシックに集積化するのは難しい。従って、フォトニックチップおよび能動デバイスを突き合わせ結合またはフリップチップ結合させる必要があり、パッケージングに費用がかかることになる。さもないと製造工程がより複雑になる。
【０００４】
この問題に対する１つの解決手段が、シリコン上でゲルマニウムを成長させることである。この解決手段により光検出器および電界吸収型変調器の製造が可能となるが、製造工程は非常に複雑である。更に、製造した部品は、従来のＩＩＩ−Ｖ族半導体部品ほど優良ではない。更に、この解決手段では依然として、増幅器およびレーザを利用することができない。
【０００５】
代替的な解決手段としては、ウェハ接合によるヘテロ集積化が提案されている。この解決手段を用いて有望な結果が取得されてはいるものの、シリコンウェハ上でＩＩＩ−Ｖ族半導体を処理する必要があることから、この解決手段は実現困難なままである。
【０００６】
第３解決手段では、転写技術（例えば、フリップチップまたは転写印刷）を使用するので、完成デバイスの高スループット配置が可能となる。図７に示す通り、突き合わせ結合法を使用して能動デバイス７０１とフォトニックチップ７０２とをインタフェース接続することができる。ここで、２つのデバイス７０１、７０２の導波路のファセット７０３は、機械的に対面配置される。導波路７０３のモードが一定の基準を満たしている場合、および、（図７の左側に示すように）位置合わせが正確な場合、光は突き合わせ結合された２つのデバイス７０１、７０２の間を最小限の損失で流れることができる。
【０００７】
この技術によって、シリコンフォトニクスチップのコストが以前にも増して減少すると同時に、その性能が向上する可能性がある。この可能性には幾つかの理由がある。全てのＩＩＩ−Ｖ族半導体処理は、専用のＩＩＩ−Ｖファブ内、および、同一デバイスの密集配列を有するウェハ上で行うことができる。デバイスは密に詰め合わせることができるので、デバイスごとのコストを非常に低くすることができる。更には、ウェハをデバイス向けに完全に最適化できるので、モノリシックな集積化に勝る利点となる。このとき、ＩＩＩ−Ｖ族半導体デバイスは、シリコンフォトニックプラットフォーム上に転写または接合することができる。
【０００８】
しかしながら、この解決手段には１つの問題点がある。すなわち、現在利用できる機械を用いてこの技術のために実現され得る、位置合わせの正確性は限られている（すなわち、約３σ＜１．５ｕｍに限られている）。（図７の右側に示すように）２つの導波路７０３の位置合わせを誤ると、挿入損失が急激に増大する。すなわち、この解決手段を高性能の通信応用製品に使用できるようにすべく、位置合わせ許容度のある、能動デバイス７０１とフォトニックチップ７０２とのインタフェースを提供する必要がある。
【０００９】
位置合わせ許容度のより高いインタフェースのための従来の解決手段には、特に、能動デバイスおよびフォトニックチップのファセットの両方における光学モードを拡大すべく、導波路工学の使用が伴う。本来は、狭いモードよりも広いモードの方が位置ずれの影響を受けにくい。しかしながら、能動デバイス側およびフォトニックチップ側の両方に対するより複雑な処理がしばしば必要となり、チップのコストを著しく増大させる。
【００１０】
図８に示す通り、製造上の複雑度を増大させることなく水平方向の位置合わせ許容度を高める手段として、フォトニックチップ側にいわゆるトライデント型カプラ８００が提案されている。トライデント型カプラ８００を使用することにより、例えば従来の逆テーパカプラと比べて、フォトニックチップ側でより大きな光学モードプロファイルが得られ、ひいては実に、許容度のより高い結合が可能となる。特に、トライデント型カプラ８００では、ダブルコアＳｉ導波路８０１を用いて、例えばレーザのような能動デバイスから光が受信された後、トライデント型カプラ８００内で単一のＳｉ導波路８０２へ断熱的に転写される。
【００１１】
以前にも増して位置合わせ許容度を高めるべく、図９に示す通り、代替的な光カプラ９００が提案されている。このバージョンでは依然として、端部に、レーザのような能動デバイスから光を受信するダブルコア導波路９０１がある。しかしながら、受信した光はその後、図８のトライデント型カプラ８００の場合のように１つの単一導波路へと断熱的に再統合されず、２つの隔てられた出力導波路９０２にとどまる。この設計では、光が転写される２つのオンチップ単一モード出力導波路９０２間の位相差を変化させることによって、フォトニックチップ９００に対する、例えばレーザまたはファイバの横方向の位置ずれが調整される。図８のトライデント型カプラ８００の設計と比べて、位置合わせ許容度は高まる。なぜなら、チップ端でダブルコア導波路９０１の一次モードおよび二次モードの両方に結合できるからである。
【００１２】
この光カプラ９００の設計の大きな欠点は、２つの出力導波路９０２を別々にしか使用できないことである。すなわち、２つの出力導波路９０２のパワーは、２つの出力導波路９０２の光学モード間の位相不整合によって、単一チャネルへ容易に再統合することができない。この位相不整合は、結合されたデバイス間の位置ずれによって決まる。
【００１３】
２つのモードを単一の導波路またはチャネル、例えば光ファイバへと再統合すると、位相関係に応じて強め合う再統合（無損失）または弱め合う再統合（無伝送）をもたらすことがある。ほとんどの用途で２つの隔てられた出力導波路９０２は好ましくないので、図９に示す解決手段を使用することができない。
【発明の概要】
【００１４】
上述の問題および欠点を考慮して、本発明は、従来の解決手段を改善することを目的としている。本発明は具体的に、位置合わせ許容度を高めた能動デバイスに光チップを結合させるための解決手段を提供することを目標としている。同時に、光チップが受信した光のパワーを低損失で単一チャネルへと再統合することが可能なはずである。すなわち、投入された光パワーが２つの隔てられた出力チャネル上に分裂するのを回避すべきである。このように、当該目的は、位置ずれ許容度がある結合設計を提供して、様々な用途に使用できる安価なアセンブリを実現することにある。
【００１５】
本発明の目標は、添付の独立請求項に記載の解決手段によって実現される。従属請求項では、本発明の有利な実装が更に定義される。
【００１６】
本発明の解決手段は、特に、同じ偏波を有する２つの直交光学モードで光を受信できる、エッジカプラを含む光チップに基づいている。これらのモードは、例えば、シングルティップ（ｓｉｎｇｌｅ−ｔｉｐ）入力導波路における２つのモード、または、ダブルティップ（ｄｏｕｂｌｅ−ｔｉｐ）入力導波路における２つのモード（例えば、スーパーモード）であってよい。
【００１７】
本発明の第１態様が光チップを提供する。当該光チップは、同じ偏波の２つの直交モードで光を受信するよう構成されている少なくとも１つの入力導波路を有する入力端カプラと、２つの直交モードを分割して、第１中間導波路で伝送されるモードと第１中間導波路から独立した第２中間導波路で伝送されるモードとにするよう構成されているデマルチプレクサと、中間導波路で伝送されるモードを再統合して、１つの出力導波路で伝送される２つの直交偏波モードにするよう構成されている偏波マルチプレクサとを備える。
【００１８】
この光チップによって、２つの隔てられた中間導波路からの光を、更なる損失を出すことなく、かつ、光が受信される能動デバイスへの光チップの位置合わせ箇所に関わりなく、１つの単一チャネルへと再統合することが可能となる。このように、光チップは様々な用途に適している。ひとたび光が１つの出力導波路に再統合されると、レーザのような能動デバイスから光チップに結合された全パワーを、例えばそれを標準的な単一モードのファイバに結合させることによって、更に使用することができる。
【００１９】
中間導波路の２つの光学モードを再統合するとき、偏波ダイバーシティを使用することによって弱め合う干渉が回避される。この目的で、２つの中間導波路のモードは、２つの直交偏波モード、例えば単一導波路の横電場ＴＥモードおよび横磁場ＴＭモードとして、出力導波路に再統合される。偏波は直交なので、たとえ２つのモードに可干渉性があったとしても、これら２つのモード間におけるパワー交換はない。従って、２つのモードの総合的なパワーは無損失で保存される。偏波ダイバーシティは、偏波マルチプレクサを使用することによって取得される。
【００２０】
第１態様に係る光チップの第１実装形態において、入力端カプラは、光を受信する２つの入力導波路を有する。
【００２１】
第１態様の第１実装形態に係る光チップの第２実装形態では、両方の入力導波路が入力端カプラの入力ファセットに向かって先細りする。
【００２２】
このように、光は低損失で光チップに断熱的に結合させることができる。
【００２３】
第１態様の第１実装形態または第２実装形態に係る光チップの第３実装形態において、同じ偏波の２つの直交モードは、２つの入力導波路の偶数スーパーモードおよび奇数スーパーモードである。
【００２４】
２つの入力導波路およびこれらのスーパーモードを用いることで、広い光学モードプロファイルを容易に取得して位置合わせ許容度を高めることができる。
【００２５】
第１態様の第１実装形態から第３実装形態に係る光チップの第４実装形態において、デマルチプレクサは、半径の大きな２つのベンドを有し、当該半径の大きな２つのベンドによって、より小さなピッチを有する２つの入力導波路が隔てられ、より大きなピッチを有する２つの中間導波路になる。中間導波路は、入力導波路間のピッチより大きなピッチを有する。
【００２６】
このようにして、構造上および製造上の複雑度が低いデマルチプレクサを実現することができる。
【００２７】
第１実装形態から第４実装形態に記載されている光チップのダブルティップ導波路設計により、図９に示す構造に基づいて構築することが可能となる。このダブルティップ導波路設計を用いて、挿入損失に対する位置合わせ非許容度を２倍以上にすることができる。
【００２８】
第１態様に係る光チップの第５実装形態において、入力端カプラは、光を受信する１つの多モード入力導波路を有する。
【００２９】
第１態様の第５実装形態に係る光チップの第６実装形態において、同じ偏波の２つの直交モードは、多モード入力導波路の基本モードおよび一次モードである。
【００３０】
第１態様の第５実装形態または第６実装形態に係る光チップの第７実装形態において、デマルチプレクサは、多モード導波路の一次モードを中間導波路のうち一方の基本モードに変換するよう構成されている光学素子である。
【００３１】
第５実装形態から第７実装形態に記載されている光チップのシングルティップ導波路設計によって、挿入損失に対する位置合わせ非許容度の著しい向上が実現される。更には、非常に単純な入力端カプラを使用することができる。
【００３２】
第１態様自体に係る、または、第１態様の前述の実装形態の何れかに係る、光チップの第８実装形態において、偏波マルチプレクサは、偏波分離回転素子（ＰＳＲ）である。
【００３３】
ＰＳＲは、中間導波路の光学モードを再統合するのに使用される、偏波多重を取得するための単純ではあるが効率的な解決手段を提示する。
【００３４】
第１態様自体に係る、または、第１態様の前述の実装形態の何れかに係る、光チップの第９実装形態において、光チップは更に、入力端カプラと偏波マルチプレクサとの間に配置される受動光学素子および／または能動光学素子を備える。
【００３５】
能動／受動オンチップ機能を追加する可能性は大きな利点であり、非常に柔軟なチップ設計を可能にする。受動光学素子および／または能動光学素子の数は、標準的な単一導波路入力の場合と比べて２倍になることが好ましい。
【００３６】
第１態様の第１０実装形態に係る光チップの第１０実装形態において、受動光学素子および／または能動光学素子は、第１中間導波路および第２中間導波路で伝送される光にそれぞれ独立して作用するよう構成される。
【００３７】
このように、必要であれば再統合の前に光を別々の異なる形にすることができるので、光チップを設計するときに高い柔軟性を持たせることができる。
【００３８】
第１態様自体に係る、または、第１態様の前述の実装形態の何れかに係る、光チップの第１１実装形態において、２つの直交偏波モードは、出力導波路の基本横電場モードおよび基本横磁場モードである。
【００３９】
第１態様自体に係る、または、第１態様の前述の実装形態の何れかに係る、光チップの第１２実装形態では、偏波無依存出力カプラが、２つの直交偏波モードをファイバに結合させるよう構成される。
【００４０】
このように、光チップに投入される光パワーを更に完全に使用することができる。
【００４１】
第１態様自体に係る、または、第１態様の前述の実装形態の何れかに係る、光チップの第１３実装形態において、光チップは、光をレーザのような能動光学デバイスに光学的に結合させるよう構成され、光をレーザのような能動光学デバイスから受信するよう構成される。
【００４２】
本発明の第２態様が、光を結合させるための方法を提供する。当該方法は、少なくとも１つの入力導波路を用いて同じ偏波の２つの直交モードで光を受信する段階と、２つの直交モードを逆多重化して、第１中間導波路で伝送されるモードと第１中間導波路から独立した第２中間導波路で伝送されるモードとにする段階と、中間導波路で伝送されるモードを再統合して、１つの出力導波路で伝送される２つの直交偏波モードにする段階とを備える。
【００４３】
第２態様に係る方法の第１実装形態において、光は２つの入力導波路を用いて受信される。
【００４４】
第２態様の第１実装形態に係る方法の第２実装形態では、両方の入力導波路が光入力ファセットに向かって先細りする。
【００４５】
第２態様の第１実装形態または第２実装形態に係る方法の第３実装形態において、同じ偏波の２つの直交モードは、２つの入力導波路の偶数スーパーモードおよび奇数スーパーモードである。
【００４６】
第２態様の第１実装形態から第３実装形態に係る方法の第４実装形態において、逆多重化は、半径の大きな２つのベンドを用いて実行され、当該半径の大きな２つのベンドによって、より小さなピッチを有する２つの入力導波路が隔てられ、より大きなピッチを有する２つの中間導波路になる。
【００４７】
第２態様に係る方法の第５実装形態において、光は１つの多モード入力導波路を用いて受信される。
【００４８】
第２態様の第５実装形態に係る方法の第６実装形態において、同じ偏波の２つの直交モードは、多モード入力導波路の基本モードおよび一次モードである。
【００４９】
第２態様の第５実装形態または第６実装形態に係る方法の第７実装形態において、逆多重化は、多モード導波路の一次モードを中間導波路のうち一方の基本モードに変換する光学素子を用いて実行される。
【００５０】
第２態様自体に係る、または、第２態様の前述の実装形態の何れかに係る、方法の第８実装形態において、再統合はＰＳＲにより実行される。
【００５１】
第２態様自体に係る、または、第２態様の前述の実装形態の何れかに係る、方法の第９実装形態において、受動光学素子および／または能動光学素子は、逆多重化の後に光に作用する。
【００５２】
第２態様の第１０実装形態に係る方法の第１０実装形態において、受動光学素子および／または能動光学素子は、第１中間導波路および第２中間導波路で伝送される光にそれぞれ独立して作用する。
【００５３】
第２態様自体に係る、または、第２態様の前述の実装形態の何れかに係る、方法の第１１実装形態において、２つの直交偏波モードは、出力導波路の基本横電場モードおよび基本横磁場モードである。
【００５４】
第２態様自体に係る、または、第２態様の前述の実装形態の何れかに係る、方法の第１２実装形態において、再統合した２つの直交偏波モードは、ファイバに結合される。
【００５５】
第２態様自体に係る、または、第２態様の前述の実装形態の何れかに係る、方法の第１３実装形態において、当該方法は、光をレーザのような能動光学デバイスに光学的に結合させるためのものであり、光をレーザのような能動光学デバイスから受信するためのものである。
【００５６】
第２態様の方法を用いて、第１態様の光チップと同様に、同じ利点および効果を実現することができる。
【００５７】
本願に記載の全てのデバイス、要素、ユニットおよび手段は、ソフトウェア要素もしくはハードウェア要素またはこれらの任意の種類の組み合わせで実装できることに留意されたい。本願に記載の様々なエンティティにより実行される全ての段階、および、これらの様々なエンティティにより実行されるものとして記載されている機能は、それぞれのエンティティが、それぞれの段階および機能を実行するよう適応または構成されることを意味するこが意図されている。以下に挙げる特定の実施形態の説明において、外部エンティティにより実行される特定の機能または段階が、当該特定の段階または機能を実行する当該エンティティの特定の詳細要素の説明に反映されていないとしても、それぞれのソフトウェア要素もしくはハードウェア要素またはこれらの任意の種類の組み合わせで、これらの方法および機能を実装できることが当業者には明らかなはずである。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
以下に挙げる特定の実施形態の説明では、上述した本発明の態様および実装形態を添付図面との関連で説明することにする。
【図１】本発明のある実施形態に係る光チップを示している。
【図２】本発明のある実施形態に係る光チップを示している。
【図３】本発明のある実施形態に係る光チップの位置合わせ許容度を示している。
【図４】本発明のある実施形態に係る光チップを示している。
【図５】本発明のある実施形態に係る光チップの位置合わせ許容度を示している。
【図６】本発明のある実施形態に係る方法を示している。
【図７】従来の光チップ、および、従来の光チップに関する位置ずれの問題を示している。
【図８】従来の光チップ、および、従来の光チップに関する位置ずれの問題を示している。
【図９】従来の光チップ、および、従来の光チップに関する位置ずれの問題を示している。
【発明を実施するための形態】
【００５９】
図１は、本発明のある実施形態に係る光チップ１００を示している。光チップ１００は、光学的に接続されている入力端カプラ１０１、デマルチプレクサ１０３および偏波マルチプレクサ１０６を備える。
【００６０】
特に、入力端カプラ１０１は、好ましくは光チップ１００に突き合わせ結合されているレーザのような能動デバイスから光を受信するよう構成されている、少なくとも１つの入力導波路１０２を有する。光は好都合にも、同じ偏波の２つの直交モードで受信される。 
【００６１】
その後、デマルチプレクサ１０３は更に、２つの直交モードを分割して、第１中間導波路１０４で伝送されるモードと第２中間導波路１０５で伝送されるモードとにそれぞれするよう構成され、第２中間導波路１０５は、第１中間導波路１０４から独立している。すなわち、２つの導波路１０４、１０５は、光学的に結合されていない。
【００６２】
偏波マルチプレクサ１０６は、ＰＳＲであることが好ましく、中間導波路１０４、１０５で伝送されるモードを再統合して、１つの出力導波路１０７で伝送される２つの直交偏波モードにするよう構成される。
【００６３】
すなわち、光チップ１００の入力端カプラ１０１の入力ファセット上の入力導波路１０２は、入力端カプラ１０１のこの入力ファセットが同じ偏波の２つの光学モードをサポートするように、設計されている導波路である。その後、２つの光学モードは逆多重化されて、２つの独立した中間導波路１０４、１０５になる。１つの特定のモード、例えば基本モードＴ０で中間導波路１０４、１０５を伝搬する光を逆多重化した後、２つの中間導波路１０４、１０５により伝送された光は、光チップ１００で独立して処理されてよい。このように、任意の受動機能および／または能動機能がオンチップで実現されてよい。２つの中間導波路１０４、１０５は続いて、偏波マルチプレクサ１０６に入力され、当該偏波マルチプレクサ１０６は、２つの中間導波路１０４、１０５のモードを１つの出力導波路１０７へと再統合する。このように、２つの直交偏波モード、例えばＴＥ０および基本横磁場モードＴＭ０、または、基本モードＴ０と高次モード、特に一次モードＴ１との任意の他の組み合わせが、これら２つの直交偏波モードが互いに直交している限りは取得される。２つの直交偏波モードはその後、例えば偏波無依存の標準的な出力カプラを使用することによりファイバに結合させてよい。
【００６４】
例えば図７から図９に示す従来の解決手段と比べて、水平方向の位置合わせ許容度は、能動デバイスおよび光チップ１００の特定の特性に応じて少なくとも２倍にすることができる。更には、専用の製造段階を踏まずに光チップ１００の入力、例えばレーザビームを適応させる方がはるかに容易である。
【００６５】
図２は、図１に示す一般的な実施形態に基づく、本発明の特定の実施形態に係る光チップ１００を示している。図２の光チップ１００において、入力端カプラ１０１はダブルコア導波路に基づいている。すなわち、入力端カプラ１０１は、２つの入力導波路２０２を有しており、当該２つの入力導波路２０２は、入力端カプラ１０１の入力ファセットに向かって先細りするのが好ましい。導波路先端の幅、および、２つの入力導波路２０２間のピッチは、使用される材料によって決まる。好都合にも、入力導波路２０２の製造には、厚さ３３０ｎｍの窒化シリコンのコアと、酸化シリコンの上部クラッドおよび底部クラッドとが使用される。入力ファセットにおいて、２つの導波路２０２は３５０ｎｍの幅を有することが好ましく、１．４ｕｍのピッチを有することが好ましい。導波路２０２が光チップ１００の入力ファセットから遠ざかるにつれて、２つの導波路２０２の幅は、好ましくは１００μｍの距離にわたって、７５０ｎｍまで増大することが好ましいが、ピッチの値は変化しないことが好ましい。
【００６６】
２つの入力導波路２０２はその後、最終的なピッチが好ましくは６μｍを超えるように、半径の大きな２つのベンド２０３を使用して隔てられるのが好ましい。係る最終的なピッチの値によって、入力導波路２０２を結合解除した状態にすることができる。すなわち、互いに独立した２つの中間導波路１０４、１０５が形成される。これによって、逆多重化が自動的に実現される。
【００６７】
２つの入力モード、好ましくは結合された入力導波路２０２の奇数スーパーモードおよび偶数スーパーモードの逆多重化の後、光は、導波路の基本横電場モードＴＥ０として中間導波路１０４、１０５を伝搬することが好ましい。ここで、２つの中間導波路１０４、１０５は、任意の種類の受動光学素子および／または能動光学素子２０４を含むことができ、当該任意の種類の受動光学素子および／または能動光学素子２０４は、それぞれの導波路１０４、１０５で伝送される光に独立して作用してよい。
【００６８】
このとき、２つの中間導波路１０４、１０５は、ＰＳＲを偏波マルチプレクサ１０６の有利な実装として使用することで多重化されるのが好ましい。図２に示す光チップ１００の場合は、逆多重化後の伝搬モードがＴＥ０モードであることが好ましいので、従来のＰＳＲを偏波マルチプレクサ１０６として使用することができる。２つの中間導波路１０４、１０５のうち一方のモードは、出力導波路１０７のＴＥモードになることが好ましく、ＴＥ０モードになることがより好ましいが、他方の中間導波路１０５、１０４のモードは、出力導波路１０７のＴＭモードになることが好ましく、ＴＭ０モードになることがより好ましい。出力導波路１０７からはその後、例えば偏波無依存ファイバカプラ１０５を介して、好ましくはファイバ２０６へ光を更に結合させることができる。 
【００６９】
図３は、標準的なＤＦＢレーザへの結合に使用されるときの、図２の光チップ１００の挿入損失（右側）を濃淡図面として示している。この挿入損失が、同じプラットフォーム向けに最適化されている伝統的なトライデント型カプラの挿入喪失（左側）と比較されている。挿入損失は、ｘ軸上の水平方向の位置ずれおよびｙ軸上の垂直方向の位置ずれについてそれぞれ示されている。従来のトライデント型カプラの挿入損失は、水平方向の位置ずれの値がより小さな場合に既に高いレベル（黒い領域）に達していることがわかる。実際、図２の光チップ１００については、従来のトライデント型カプラと比べて、水平方向の位置合わせ許容度が２倍以上になっている。
【００７０】
図４は、図１に示す一般的な実施形態に基づく、本発明の特定の実施形態に係る別の光チップ１００を示している。図２に示す光チップ１００とは異なり、図４の光チップ１００の入力端カプラ１０１は、多モードシングルコア導波路に基づいている。すなわち、入力端カプラ１０１は、１つの多モード入力導波路４０２を有する。多モード入力導波路４０２は、窒化シリコン導波路であることが好ましく、厚さ２３０ｎｍを有することが好ましく、幅２．８μｍを有することが好ましい。ここで、能動デバイス２０１から受信される光は、多モード導波路４０２のＴ０モードおよびＴ１モードに結合されることが好ましく、多モード導波路４０２のＴＥ０および一次横電場モードＴＥ１に結合されることがより好ましい。このとき、例えば、ＴＥ１モードは、ＴＥ１−ＴＥ０デマルチプレクサ１０３を使用することにより逆多重化される。これは、幾つかの既知の手段で設計され得る従来のデマルチプレクサを用いて実現してよい。図４の光チップ１００の残りの部分は、図２に示す光チップ１００と同一である。
【００７１】
図５は、水平方向の位置ずれ（ｘ軸）および垂直方向の位置ずれ（ｙ軸）に応じて、図４の光チップ１００の挿入損失を（図３と同様に濃淡図面として）示している。従来のトライデント型カプラの挿入損失（図３の左側に図示）と比べて、図４のこの光チップ１００を使用することで、はるかに大きな位置合わせ許容度を実現することができる。
【００７２】
図６は、本発明のある実施形態に係る、光を結合させる方法６００を示している。方法６００は、少なくとも１つの入力導波路１０２、２０２、４０２を用いて同じ偏波の２つの直交モードで光を受信する第１段階６０１を含む。更に、方法６００は、２つの直交モードを逆多重化して、第１中間導波路１０４で伝送されるモードと第１中間導波路１０４から独立した第２中間導波路１０５で伝送されるモードとにする第２段階６０２を含む。最後に、方法６００は、中間導波路１０４、１０５で伝送されるモードを再統合して、１つの出力導波路１０７で伝送される２つの直交偏波モードにする第３段階６０３を含む。
【００７３】
本発明は、例としての様々な実施形態および実装と併せて記載されている。しかしながら、特許請求される発明を実施する当業者であれば、図面、本開示および独立請求項を検討することによって、他の変更形態を理解および実行することができる。特許請求の範囲および本明細書において、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という単語は、他の要素または段階を排除するものではなく、不定冠詞「ａ」または「ａｎ」は、複数形を排除するものではない。単一の要素または他のユニットが、特許請求の範囲で列挙される幾つかのエンティティまたは項目の機能を果たしてよい。相互に異なる従属請求項において特定の手段が列挙されているという事実だけで、これらの手段の組み合わせが有利な実装では使用できないことを示しているわけではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【手続補正書】
【提出日】令和1年7月30日(2019.7.30)
【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】
同じ偏波の２つの直交モードで光を受信するよう構成されている少なくとも１つの入力導波路を有する入力端カプラと、
前記２つの直交モードを分割して、第１中間導波路で伝送されるモードと前記第１中間導波路から独立した第２中間導波路で伝送されるモードとにするよう構成されているデマルチプレクサと、
前記第１中間導波路および前記第２中間導波路で伝送される前記モードを再統合して、１つの出力導波路で伝送される２つの直交偏波モードにするよう構成されている偏波マルチプレクサと
を備える光チップ。
【請求項２】
前記入力端カプラは、前記光を受信する２つの入力導波路を有する、請求項１に記載の光チップ。
【請求項３】
前記２つの入力導波路が前記入力端カプラの入力ファセットに向かって先細りする、請求項２に記載の光チップ。
【請求項４】
前記同じ偏波の２つの直交モードは、前記２つの入力導波路の偶数スーパーモードおよび奇数スーパーモードである、請求項２または３に記載の光チップ。
【請求項５】
前記デマルチプレクサは、半径の大きな２つのベンドを有し、前記半径の大きな２つのベンドによって、より小さなピッチを有する前記２つの入力導波路が隔てられ、より大きなピッチを有する前記第１中間導波路および前記第２中間導波路になる、請求項２から４の何れか一項に記載の光チップ。
【請求項６】
前記入力端カプラは、前記光を受信する１つの多モード入力導波路を有する、請求項１に記載の光チップ。
【請求項７】
前記同じ偏波の２つの直交モードは、前記多モード入力導波路の基本モード（Ｔ０）および一次モード（Ｔ１）である、請求項６に記載の光チップ。
【請求項８】
前記デマルチプレクサは、前記多モード入力導波路の前記一次モード（Ｔ１）を前記第１中間導波路および前記第２中間導波路のうち一方の基本モード（Ｔ０）に変換するよう構成されている光学素子である、請求項７に記載の光チップ。
【請求項９】
前記偏波マルチプレクサは、偏波分離回転素子（ＰＳＲ）である、請求項１から８の何れか一項に記載の光チップ。
【請求項１０】
前記入力端カプラと前記偏波マルチプレクサとの間に配置される受動光学素子および／または能動光学素子を更に備える、請求項１から９の何れか一項に記載の光チップ。
【請求項１１】
前記受動光学素子および／または前記能動光学素子は、前記第１中間導波路および前記第２中間導波路で伝送される光にそれぞれ独立して作用するよう構成される、請求項１０に記載の光チップ。
【請求項１２】
前記２つの直交偏波モードは、前記出力導波路の基本横電場モード（ＴＥ）および基本横磁場モード（ＴＭ）である、請求項１から１１の何れか一項に記載の光チップ。
【請求項１３】
前記２つの直交偏波モードをファイバに結合させるよう構成されている偏波無依存出力カプラを更に備える、請求項１から１２の何れか一項に記載の光チップ。
【請求項１４】
光をレーザのような能動光学デバイスに光学的に結合させるよう構成され、光をレーザのような能動光学デバイスから受信するよう構成されている、請求項１から１３の何れか一項に記載の光チップ。
【請求項１５】
光を結合させる方法であって、
少なくとも１つの入力導波路を用いて同じ偏波の２つの直交モードで光を受信する段階と、
前記２つの直交モードを逆多重化して、第１中間導波路で伝送されるモードと前記第１中間導波路から独立した第２中間導波路で伝送されるモードとにする段階と、
前記第１中間導波路および前記第２中間導波路で伝送される前記モードを再統合して、１つの出力導波路で伝送される２つの直交偏波モードにする段階と
を備える方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
第１態様の第９実装形態に係る光チップの第１０実装形態において、受動光学素子および／または能動光学素子は、第１中間導波路および第２中間導波路で伝送される光にそれぞれ独立して作用するよう構成される。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５２】
第２態様の第９実装形態に係る方法の第１０実装形態において、受動光学素子および／または能動光学素子は、第１中間導波路および第２中間導波路で伝送される光にそれぞれ独立して作用する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６８】
このとき、２つの中間導波路１０４、１０５は、ＰＳＲを偏波マルチプレクサ１０６の有利な実装として使用することで多重化されるのが好ましい。図２に示す光チップ１００の場合は、逆多重化後の伝搬モードがＴＥ０モードであることが好ましいので、従来のＰＳＲを偏波マルチプレクサ１０６として使用することができる。２つの中間導波路１０４、１０５のうち一方のモードは、出力導波路１０７のＴＥモードになることが好ましく、ＴＥ０モードになることがより好ましいが、他方の中間導波路１０５、１０４のモードは、出力導波路１０７のＴＭモードになることが好ましく、ＴＭ０モードになることがより好ましい。出力導波路１０７からはその後、例えば偏波無依存ファイバカプラ２０５を介して、好ましくはファイバ２０６へ光を更に結合させることができる。
【国際調査報告】
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2020502585.tif 000013