(57)【要約】  光デバイスは、クラッディングおよびコアを有するファイバと、クラッディングおよびコアを有するターゲットＰＩＣ導波路とを備える。入力ファイバの一方の側のクラッディングはファイバの端部において除去され、平坦面がファイバ・コアに沿って、コアに近接して作製され、ファイバ・コアを露出させる。ＰＩＣ導波路の対称軸に対して面内角を有する平底チャネルが結合領域中のＰＩＣ導波路の上部層上に作製され、テーパを付けられた平面導波路の上面を露出させる。ファイバの平坦面と導波路の上面とが接触しており、したがって、ファイバのコアは、ターゲット導波路の対称軸に対してある角度で交差し、ハイブリッド導波路を画定するための相互作用領域としての交差部において互いに近接する。
2020534566.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光デバイスであって、
光入力を与えるように構成された入力ファイバであって、該入力ファイバがクラッディングおよびコアを有し、前記入力ファイバの一方の側の前記クラッディングが前記入力ファイバの端部において除去され、それにより、所定の距離の間、前記入力ファイバに沿って平坦面が作製され、該平坦面が、前記ファイバ・コアが露出されるように、前記ファイバの前記コアに近接するように構成された、入力ファイバと、
前記光入力を受けるように構成されたターゲット・フォトニック集積回路（ＰＩＣ）導波路であって、該ターゲットＰＩＣ導波路が平面であり、上部クラッディング層およびコアを有する、ターゲットＰＩＣ導波路と、
前記ターゲットＰＩＣ導波路の上面が露出されるように、結合領域中の前記ターゲットＰＩＣ導波路の前記上部クラッディング層上に作製された平底チャネルと、
を備え、
前記入力ファイバの前記平坦面は、前記入力ファイバの前記コアおよび前記ターゲットＰＩＣ導波路の前記コアが、ハイブリッド導波路を形成するために前記結合領域中で互いに近接し、平行になるように、前記ターゲットＰＩＣ導波路の前記上面に接触するように構成され、
前記光デバイスはまた、
前記入力ファイバからの光を前記ハイブリッド導波路に結合するための第１のトランジションと、
前記ハイブリッド導波路からの光を前記ターゲットＰＩＣ導波路に結合するための第２のトランジションと
を備え、
前記結合領域が、前記ＰＩＣ導波路の平面内で縦方向において前記第１のトランジションと前記第２のトランジションとの間にあるように構成された、光デバイス。
【請求項２】
前記ターゲットＰＩＣ導波路の前記コアが、前記入力ファイバの前記コアの屈折率よりも高い屈折率を有する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記ターゲットＰＩＣ導波路の前記コアが窒化ケイ素であり、前記ターゲットＰＩＣ導波路の前記クラッディングが酸化ケイ素である、請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
前記ターゲットＰＩＣ導波路が複屈折性である、請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】
前記入力ファイバが偏波保持ファイバである、請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
前記入力ファイバの前記コアの一部分が前記結合領域内で除去される、請求項１に記載のデバイス。
【請求項７】
前記第１のトランジションが前記ターゲットＰＩＣ導波路の始端であり、前記第２のトランジションが前記入力ファイバの先端である、請求項１に記載のデバイス。
【請求項８】
前記ターゲットＰＩＣ導波路の前記コアが、前記入力ファイバの前記コアの屈折率よりも低い屈折率を有する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項９】
光デバイスであって、
光入力を与えるように構成された入力ファイバであって、該入力ファイバがクラッディングおよびコアを有し、前記入力ファイバの一方の側の前記クラッディングが前記入力ファイバの端部において除去され、それにより、所定の距離の間、前記入力ファイバに沿って平坦面が作製され、該平坦面が、前記ファイバ・コアが露出されるように、前記ファイバの前記コアに近接するように構成された、入力ファイバと、
前記光入力を受けるように構成されたターゲット・フォトニック集積回路（ＰＩＣ）導波路であって、該ターゲットＰＩＣ導波路が平面であり、上部クラッディング層およびコアを有し、前記ターゲットＰＩＣ導波路の前記コアの幅が、面内テーパを画定するために、中心軸に対して対称に、前記コアの長さに沿って徐々に狭くなるように構成された、ターゲットＰＩＣ導波路と、
前記ターゲットＰＩＣ導波路の前記上面が露出されるように、結合領域中の前記ターゲットＰＩＣ導波路の前記上部クラッディング層上に作製された平底チャネルと、
を備え、
前記入力ファイバの前記平坦面は、前記入力ファイバの前記コアおよび前記ターゲットＰＩＣ導波路の前記コアが、ハイブリッド導波路を形成するために前記結合領域中で互いに近接し、平行になるように、前記ターゲット導波路の前記上面に接触するように構成され、
前記光デバイスはまた、
前記入力ファイバからの光を前記ハイブリッド導波路に結合するための第１のトランジションと、
前記ハイブリッド導波路からの光を前記ターゲットＰＩＣ導波路に結合するための第２のトランジションと
を備え、
前記結合領域が、前記ＰＩＣ導波路の平面内で縦方向において前記第１のトランジションと前記第２のトランジションとの間にあるように構成された、光デバイス。
【請求項１０】
前記ターゲットＰＩＣ導波路の前記コアが、前記入力ファイバの前記コアの屈折率よりも高い屈折率を有する、請求項９に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記ターゲットＰＩＣ導波路の前記コアが窒化ケイ素であり、前記ターゲットＰＩＣ導波路の前記クラッディングが酸化ケイ素である、請求項９に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記ターゲットＰＩＣ導波路が複屈折性である、請求項９に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記入力ファイバが偏波保持ファイバである、請求項９に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記入力ファイバの前記コアの一部分が前記結合領域中で除去される、請求項９に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記第１のトランジションが前記ターゲットＰＩＣ導波路の前記テーパの始端であり、前記第２のトランジションが前記入力ファイバの先端である、請求項９に記載のデバイス。
【請求項１６】
前記ターゲットＰＩＣ導波路の前記コアが、前記入力ファイバの前記コアの屈折率よりも低い屈折率を有する、請求項９に記載のデバイス。
【請求項１７】
光デバイスであって、
光入力を与えるように構成された入力ファイバであって、該入力ファイバがクラッディングおよびコアを有し、前記入力ファイバの一方の側の前記クラッディングが前記入力ファイバの端部において除去され、それにより、所定の距離の間、前記入力ファイバに沿って平坦面が作製され、該平坦面が、前記ファイバ・コアが露出されるように、前記ファイバの前記コアに近接するように構成された、入力ファイバと、
前記光入力を受けるように構成されたターゲット・フォトニック集積回路（ＰＩＣ）導波路であって、該ターゲットＰＩＣ導波路が平面であり、上部クラッディング層およびコアを有する、ターゲットＰＩＣ導波路と、
前記ターゲットＰＩＣ導波路の前記上面が露出されるように、結合領域中の前記ターゲットＰＩＣ導波路の前記上部クラッディング層上に作製された平底チャネルであって、該平底チャネルが前記ＰＩＣ導波路の対称軸に対して面内角を有する、平底チャネルと、
を備え、
前記入力ファイバの前記平坦面は、前記入力ファイバの前記コアおよび前記ターゲットＰＩＣ導波路の前記コアが、ハイブリッド導波路を形成するために前記結合領域中で互いに近接し、平行になるように、前記ターゲットＰＩＣ導波路の前記上面に接触するように構成され、
前記光デバイスはまた、
前記入力ファイバからの光を前記ハイブリッド導波路に結合するための第１のトランジションと、
前記ハイブリッド導波路からの光を前記ターゲットＰＩＣ導波路に結合するための第２のトランジションと
を備え、
前記結合領域が、前記ＰＩＣ導波路の平面内で縦方向において前記第１のトランジションと前記第２のトランジションとの間にあるように構成された、光デバイス。
【請求項１８】
前記ターゲットＰＩＣ導波路の前記コアが、前記入力ファイバの前記コアの屈折率よりも高い屈折率を有する、請求項１７に記載のデバイス。
【請求項１９】
前記ターゲットＰＩＣ導波路の前記コアが窒化ケイ素であり、前記ターゲットＰＩＣ導波路の前記クラッディングが酸化ケイ素である、請求項１７に記載のデバイス。
【請求項２０】
前記ターゲットＰＩＣ導波路が複屈折性である、請求項１７に記載のデバイス。
【請求項２１】
前記入力ファイバが偏波保持ファイバである、請求項１７に記載のデバイス。
【請求項２２】
前記入力ファイバの前記コアの一部分が前記結合領域中で除去される、請求項１７に記載のデバイス。
【請求項２３】
前記第１のトランジションが前記ハイブリッド導波路の前端であり、前記第２のトランジションが前記ハイブリッド導波路の後端である、請求項１７に記載のデバイス。
【請求項２４】
前記ターゲットＰＩＣ導波路の前記コアが、前記入力ファイバの前記コアの屈折率よりも低い屈折率を有する、請求項１７に記載のデバイス。
【請求項２５】
光デバイスであって、
光入力を与えるように構成された入力ファイバであって、該入力ファイバがクラッディングおよびコアを有し、前記入力ファイバの一方の側の前記クラッディングが前記入力ファイバの端部において除去され、それにより、所定の距離の間、前記入力ファイバに沿って平坦面が作製され、該平坦面が、前記ファイバ・コアが露出されるように、前記ファイバの前記コアに近接するように構成された、入力ファイバと、
前記光入力を受けるように構成されたターゲット・フォトニック集積回路（ＰＩＣ）導波路であって、該ターゲットＰＩＣ導波路が平面であり、上部クラッディング層およびコアを有し、前記ターゲットＰＩＣ導波路の前記コアの幅が、面内テーパを画定するために、前記中心軸に対して対称に、前記コアの長さに沿って徐々に狭くなるように構成された、ターゲットＰＩＣ導波路と、
前記ターゲットＰＩＣ導波路の前記上面が露出されるように、結合領域中の前記ターゲットＰＩＣ導波路の前記上部クラッディング層上に作製された平底チャネルと、
を備え、
前記入力ファイバの前記平坦面は、前記入力ファイバの前記コアおよび前記ターゲットＰＩＣ導波路の前記コアが、ハイブリッド導波路を形成するために前記結合領域中で互いに近接し、平行になるように、前記ターゲット導波路の前記上面に接触するように構成され、
前記光デバイスはまた、
前記入力ファイバからの光を前記ハイブリッド導波路に結合するための第１のトランジションと、
前記ハイブリッド導波路からの光を前記ターゲットＰＩＣ導波路に結合するための第２のトランジションと
を備え、
前記結合領域が、前記ＰＩＣ導波路の平面内で縦方向において前記第１のトランジションと前記第２のトランジションとの間にあるように構成された、光デバイス。
【請求項２６】
前記ターゲット導波路の前記コアが、前記入力ファイバの前記コアの屈折率よりも高い屈折率を有する、請求項２５に記載のデバイス。
【請求項２７】
前記ターゲットＰＩＣ導波路の前記コアが窒化ケイ素であり、前記ターゲットＰＩＣ導波路の前記クラッディングが酸化ケイ素である、請求項２５に記載のデバイス。
【請求項２８】
前記ターゲットＰＩＣ導波路が複屈折性である、請求項２５に記載のデバイス。
【請求項２９】
前記入力ファイバが偏波保持ファイバである、請求項２５に記載のデバイス。
【請求項３０】
前記入力ファイバの前記コアの一部分が前記結合領域中で除去される、請求項２５に記載のデバイス。
【請求項３１】
前記第１のトランジションが前記ターゲットＰＩＣ導波路の前記テーパの始端であり、前記第２のトランジションが前記入力ファイバの先端である、請求項２５に記載のデバイス。
【請求項３２】
前記ターゲットＰＩＣ導波路の前記コアが、前記入力ファイバの前記コアの屈折率よりも低い屈折率を有する、請求項２５に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願）
本出願は、２０１７年９月１５日に出願された米国仮出願第６２／５５９，３０７号の利益を主張する。上記出願の教示全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
以下は、光ファイバ間の接続、または光ファイバとフォトニック集積回路（ＰＩＣ）導波路との接続、またはＰＩＣ導波路間の接続を結合するエバネッセンス波に関する。
【背景技術】
【０００３】
特許文献１には、狭いチャネルの光導波路と広いチャネルの光導波路との間の結合が、パラボラの形態の結合領域によって極めて効率的に実行されることが見出されることが記載されている。パラボラ結合領域のための設計式が与えられている。
【０００４】
特許文献２には、平面光導波路と光ファイバとを光学的に結合するための構成が記載されている。その構成は、基板の表面上に平面光導波路を形成することと、平面導波路の端面から基板の縁部へとつながる基板の表面にトレンチ様凹部を形成することと、共通平面中にある２つの平坦面間に固定されたファイバを有する第２のホルダー部を形成することと、あそびをもつ凹部中にファイバが配置されるように、前記基板の凹部の各側にある平坦面のペア上に別個のホルダー部をアセンブルすることとを含み、ファイバは、ファイバの軸が平面導波路の軸に整合した状態で構成される。
【０００５】
特許文献３には、ファイバと光導波路との間を自動的に結合する方法が記載されている。そのような方式は、半導体材料、すなわち特殊なシリコン上の様々なウエハ方向における異なるエッチング・レートの特性と、整合正確さの改善のための高温圧密化プロセス中の火炎加水分解堆積技法によって形成されたガラスすすの収縮特性によって達成される。最初に、半導体基板上に導波路バッファ層が形成され、次いで、半導体基板および導波路バッファ層上に導波路層が形成される。導波路の一部は平面光導波路へと操作される。一方、平面導波路のＩ／Ｏ端部につながるいくつかのウィンドウが他の導波路層上に形成される。ウィンドウの下の半導体基板は、いくつかの整合溝を形成するように異方的にエッチングされる。これらの溝の横方向面と半導体基板の表面とは固定の角度を構成することができる。
【０００６】
特許文献４には、光ファイバなど、光導波路の光縦軸に沿って案内され、伝搬する放射を変調するか、またはその放射と相互作用するための光デバイスが、たとえば、光ファイバのためのプラズモンまたは平坦面変調器など、従来の同等のデバイスと比較して異なる方向ジオメトリを有することが記載されている。ジオメトリは、２つの空間的に配設された電極間に形成された非線形の電気光学的媒体を含む。媒体／電極サンドイッチは、導波路長手方向伝搬軸に沿って整合させられ、光導波路コアから半径方向に延び、媒体の内側端部は、導波路中を伝搬する放射場とのエバネッセント結合のための導波路コアに空間的に近接する。空間的に配設された電極への印加された電界は、伝搬する放射に関する不可逆状態を誘導するために、電気光学的媒体の屈折率を導波路の実効屈折率のちょうど下から実効屈折率導波路のちょうど上へと変動させる。印加された電界の変調は、伝搬する放射の強度変調をもたらす。
【０００７】
特許文献５には、伝送導波路に沿って伝搬する光信号に、またはその光信号から光エネルギーが結合される、光結合デバイスまたは化合物導波路が記載されている。光結合デバイスは、伝送導波路の一部分に光学的に近接して配置された薄膜有機結晶導波路を含む。有機結晶導波路は、伝送導波路に対向する第１の結合面を有し、その第１の結合面を通じて光エネルギーが結合される。伝送導波路は、光ファイバと有機結晶導波路との間の光エネルギーの結合を促進するために、少なくとも一部の材料が光ファイバの側面に沿って除去された、光ファイバであり得る。光学的に平滑な表面をもつ、薄膜有機結晶導波路を製造するための研磨およびラッピング方法も、有機結晶の有機塩実装であるものとして開示されている。
【０００８】
特許文献６には、マルチチップ光学アセンブリ中の異なるサイズの光導波路を結合する、テーパを付けられた導波路が記載されている。半導体ダイオード増幅器を含んでいる共振器が、光ファイバに光学的に結合する平面導波路構造に結合される。シングルモード半導体レーザー導波路が、基板にフリップチップボンディングされ、シングルモード・タンタラ（ｔａｎｔａｌａ）導波路に結合するシリカ導波路構造に結合する。さらなる実施形態では、チップ間の間隙中に高屈折率材料が与えられる。別の実施形態では、導波路構造の熱的特性を変更するために、導波路構造中にポリマー材料が使用される。
【０００９】
特許文献７には、少なくとも２つの格子を使用して１つの光ファイバ導波路から別の光ファイバ導波路に所定の波長で光を結合するための波長選択性光デバイスが記載されており、クラッディング・モード支援結合が開示されている。光の伝達は、導波路の１つまたは複数のクラッディング・モードへの中間結合を使用して実行される。ファイバが物理的に異なるクラッディングを有する場合、１つのクラッディングから別のクラッディングへの光の伝達のための構成が必要とされる。開示されているカプラは、背面反射がなく、挿入損が小さく、チャネル分離が極めて高い。デバイスは波長分割多重化ネットワーク中で使用され得る。
【００１０】
特許文献８には、導波路コアとクラッディングとの間の高屈折率差を有する導波路コアを備える光モード・トランスフォーマが記載されており、光モード・トランスフォーマは、導波路コアがテーパを有するように構成され、導波路コアの厚さは臨界厚さ値までテーパが付いており、臨界厚さ値は、その厚さ値を下回ると、光ビームのエネルギーのかなりの部分が、テーパ構造を囲むクラッディング層中に透過し、それによって小さいモード・サイズが拡大される厚さ値として定義される。この特許には、非円筒形段階的屈折率（ＧＲＩＤ）レンズ構造がさらに記載されている。屈折率のグレーディングは、垂直方向または水平方向のいずれかにおいて与えられ、横断方向において固定の屈折率またはグレーデッド屈折率のいずれかを有し得る。この特許には、テーパ導波路構造と非円筒形段階的屈折率構造との組合せである複合光モード・トランスフォーマがさらに記載されている。この特許には、複数の入出力ファイバのためのＶ溝および複数の入出力フォトニック・チップまたはデバイスのための整合プラットフォームとのモード・トランスフォーマのさらなる統合がさらに記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許第４６７８２６７号明細書
【特許文献２】米国特許第５５７９４２４号明細書
【特許文献３】米国特許第５６００７４５号明細書
【特許文献４】米国特許第５７２９６４１号明細書
【特許文献５】米国特許第５９８２９６１号明細書
【特許文献６】米国特許第６２９３６８８号明細書
【特許文献７】米国特許第６３６００３８号明細書
【特許文献８】米国特許第７２１８８０９号明細書
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】Ｓｈｉａｏ−Ｍｉｎ  Ｔｓｅｎｇ  ａｎｄ  Ｃｈｉｎ−Ｌｉｎ  Ｃｈｅｎ，“Ｓｉｄｅ−ｐｏｌｉｓｈｅｄ  ｆｉｂｅｒｓ，”Ａｐｐｌ．Ｏｐｔ．３１，３４３８−３４４７  （１９９２）
【非特許文献２】Ｒ．Ａ．Ｂｅｒｇｈ  ｅｔ  ａｌ．“Ｓｉｎｇｌｅ  Ｍｏｄｅ  Ｆｉｂｅｒ  Ｏｐｔｉｃ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ”ｉｎ  Ｆｉｂｅｒ−Ｏｐｔｉｃ  Ｒｏｔａｔｉｏｎ  Ｓｅｎｓｏｒｓ  ａｎｄ  Ｒｅｌａｔｅｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ  Ｂｅｒｌｉｎ  Ｈｅｉｄｅｌｂｅｒｇ  Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ  １９８０，ｅｄｓ．Ｓ  Ｅｚｅｋｉｅｌ  ａｎｄ  Ｈ．Ｊ．Ａｒｄｉｔｔｙ．ｐｐ．１３６−１４３
【非特許文献３】Ｔ．Ｄ．Ｍｏｎｔｅ，Ｌ．Ｗａｎｇ  ａｎｄ  Ｒ．Ｄｙｏｔｔ“Ｅｌｌｉｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｒｅ  ａｎｄ  Ｄ−ｓｈａｐｅ  Ｆｉｂｅｒｓ”ｉｎ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｆｉｂｅｒｓ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ，Ａｍｓｔｅｒｄａｍ  Ｂｏｓｔｏｎ  Ｈｅｉｄｅｌｂｅｒｇ  Ｌｏｎｄｏｎ，ｅｄｓ．Ａ．Ｍｅｎｄｅｚ  ａｎｄ  Ｔ．Ｆ．Ｍｏｒｓｅ，ｐｐ．５１３−５５４
【非特許文献４】Ｌｉｍｉｎｇ  Ｗａｎｇ  ａｎｄ  Ｔｈｏｍａｓ  Ｄ．Ｍｏｎｔｅ，“Ｐｈａｓｅ  ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ  ｏｆ  ａｎ  ｅｌｅｃｔｒｏ−ｏｐｔｉｃ  ｐｏｌｙｍｅｒ  ｃｌａｄｄｅｄ  ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ−ｍａｉｎｔａｉｎｉｎｇ  ｏｐｔｉｃ  ｆｉｂｅｒ”，Ｏｐｔｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，３３，ｐｐ．１０７８−１０８０  （２００８）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
説明される実施形態は、光ファイバとフォトニック集積導波路との間の自己整合機構を容易にし、シングルモード光ファイバをフォトニック集積回路導波路のシングルモード導波路に高い結合効率および広い帯域幅で受動的に接続することに関する。
【００１４】
説明される実施形態は、光入力を与えるための、クラッディングおよびコアを有する入力ファイバと、光入力を受けるための、クラッディングおよびコアを有するターゲット・フォトニック集積回路（ＰＩＣ）導波路とを備える光デバイスを対象とする。入力ファイバの一方の側のクラッディングはファイバの端部において除去され、所定の距離の間、ファイバ・コアに沿って平坦面が作製され、したがって、平坦面は、ファイバ・コアが露出されるように、ファイバのコアに近接させられる。ＰＩＣ導波路の対称軸に対して面内角を有する平底チャネルが結合領域中のＰＩＣ導波路の上部クラッディング層上に作製され、したがって、テーパを付けられた平面導波路の上面が露出される。入力ファイバの平坦面とターゲット導波路の上面とが接触しており、したがって、入力ファイバのコアは、ターゲット導波路の対称軸に対してある角度で交差し、ハイブリッド導波路を画定するための相互作用領域としての交差部において互いに近接する。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
一態様では、本発明は、光入力を与えるように構成された入力ファイバを備える光デバイスであり得る。入力ファイバはクラッディングおよびコアを有し得、入力ファイバの一方の側のクラッディングは入力ファイバの端部において除去され、それにより、所定の距離の間、入力ファイバに沿って平坦面が作製される。平坦面は、ファイバ・コアが露出されるように、ファイバのコアに近接するように構成され得る。光デバイスは、光入力を受けるように構成されたターゲット・フォトニック集積回路（ＰＩＣ）導波路をさらに備え得る。ターゲットＰＩＣ導波路は平面であり得、上部クラッディング層およびコアを有し得る。光デバイスは、ターゲットＰＩＣ導波路の上面が露出されるように、結合領域中のターゲットＰＩＣ導波路の上部クラッディング層上に作製された平底チャネルをさらに備え得る。入力ファイバの平坦面は、入力ファイバのコアおよびターゲットＰＩＣ導波路のコアが、ハイブリッド導波路を形成するために結合領域中で互いに近接し、平行になるように、ターゲットＰＩＣ導波路の上面に接触するように構成され得る。光デバイスは、入力ファイバからの光をハイブリッド導波路に結合するための第１のトランジションと、ハイブリッド導波路からの光をターゲットＰＩＣ導波路に結合するための第２のトランジションとをさらに備え得る。結合領域は、ＰＩＣ導波路の平面内で縦方向において第１のトランジションと第２のトランジションとの間にあるように構成され得る。
【００１６】
一実施形態では、ターゲットＰＩＣ導波路のコアは、入力ファイバのコアの屈折率よりも高い屈折率を有し得る。ターゲットＰＩＣ導波路のコアは窒化ケイ素であり得、ターゲットＰＩＣ導波路のクラッディングは酸化ケイ素であり得る。ターゲットＰＩＣ導波路は複屈折性であり得る。入力ファイバは偏波保持ファイバであり得る。入力ファイバのコアの一部分は結合領域内で除去され得る。
【００１７】
第１のトランジションはターゲットＰＩＣ導波路の始端であり得、第２のトランジションは入力ファイバの先端であり得る。ターゲットＰＩＣ導波路のコアは、入力ファイバのコアの屈折率よりも低い屈折率を有し得る。
【００１８】
別の態様では、本発明は、光入力を与えるように構成された入力ファイバを備える光デバイスであり得る。入力ファイバはクラッディングおよびコアを有し得る。入力ファイバの一方の側のクラッディングは入力ファイバの端部において除去され得、それにより、所定の距離の間、入力ファイバに沿って平坦面が作製される。平坦面は、ファイバ・コアが露出されるように、ファイバのコアに近接するように構成され得る。光デバイスは、光入力を受けるように構成されたターゲット・フォトニック集積回路（ＰＩＣ）導波路をさらに備え得る。ターゲットＰＩＣ導波路は平面であり得、上部クラッディング層およびコアを有し得る。ターゲットＰＩＣ導波路のコアの幅は、面内テーパを画定するために、中心軸に対して対称に、コアの長さに沿って徐々に狭くなるように構成され得る。光デバイスは、ターゲットＰＩＣ導波路の上面が露出されるように、結合領域中のターゲットＰＩＣ導波路の上部クラッディング層上に作製された平底チャネルをさらに備え得る。入力ファイバの平坦面は、入力ファイバのコアおよびターゲットＰＩＣ導波路のコアが、ハイブリッド導波路を形成するために結合領域中で互いに近接し、平行になるように、ターゲット導波路の上面に接触するように構成され得る。光デバイスは、入力ファイバからの光をハイブリッド導波路に結合するための第１のトランジションと、ハイブリッド導波路からの光をターゲットＰＩＣ導波路に結合するための第２のトランジションとをさらに備え得る。結合領域は、ＰＩＣ導波路の平面内で縦方向において第１のトランジションと第２のトランジションとの間に配設されるように構成され得る。
【００１９】
別の態様では、本発明は、光入力を与えるように構成された入力ファイバを備える光デバイスであり得る。入力ファイバはクラッディングおよびコアを有し得る。入力ファイバの一方の側のクラッディングは入力ファイバの端部において除去され得、それにより、所定の距離の間、入力ファイバに沿って平坦面が作製される。平坦面は、ファイバ・コアが露出されるように、ファイバのコアに近接するように構成され得る。光デバイスは、光入力を受けるように構成されたターゲット・フォトニック集積回路（ＰＩＣ）導波路をさらに備え得る。ターゲットＰＩＣ導波路は平面であり得、上部クラッディング層およびコアを有し得る。光デバイスは、ターゲットＰＩＣ導波路の上面が露出されるように、結合領域中のターゲットＰＩＣ導波路の上部クラッディング層上に作製された平底チャネルをさらに備え得る。平底チャネルはＰＩＣ導波路の対称軸に対して面内角を有し得る。入力ファイバの平坦面は、入力ファイバのコアおよびターゲットＰＩＣ導波路のコアが、ハイブリッド導波路を形成するために結合領域中で互いに近接し、平行になるように、ターゲットＰＩＣ導波路の上面に接触するように構成され得る。光デバイスは、入力ファイバからの光をハイブリッド導波路に結合するための第１のトランジションと、ハイブリッド導波路からの光をターゲットＰＩＣ導波路に結合するための第２のトランジションとをさらに備え得る。結合領域は、ＰＩＣ導波路の平面内で縦方向において第１のトランジションと第２のトランジションとの間に配設されるように構成され得る。
【００２０】
別の態様では、本発明は、光入力を与えるように構成された入力ファイバを備える光デバイスであり得る。入力ファイバはクラッディングおよびコアを有し得る。入力ファイバの一方の側のクラッディングは入力ファイバの端部において除去され得、それにより、所定の距離の間、入力ファイバに沿って平坦面が作製される。平坦面は、ファイバ・コアが露出されるように、ファイバのコアに近接するように構成され得る。光デバイスは、光入力を受けるように構成されたターゲット・フォトニック集積回路（ＰＩＣ）導波路をさらに備え得る。ターゲットＰＩＣ導波路は平面であり得、上部クラッディング層およびコアを有し得る。ターゲットＰＩＣ導波路のコアの幅は、面内テーパを画定するために、中心軸に対して対称に、コアの長さに沿って徐々に狭くなるように構成され得る。光デバイスは、ターゲットＰＩＣ導波路の上面が露出されるように、結合領域中のターゲットＰＩＣ導波路の上部クラッディング層上に作製された平底チャネルをさらに備え得る。入力ファイバの平坦面は、入力ファイバのコアおよびターゲットＰＩＣ導波路のコアが、ハイブリッド導波路を形成するために結合領域中で互いに近接し、平行になるように、ターゲット導波路の上面に接触するように構成され得る。光デバイスは、入力ファイバからの光をハイブリッド導波路に結合するための第１のトランジションと、ハイブリッド導波路からの光をターゲットＰＩＣ導波路に結合するための第２のトランジションとをさらに備え得る。結合領域は、ＰＩＣ導波路の平面内で縦方向において第１のトランジションと第２のトランジションとの間にあるように構成され得る。
【００２１】
上記は、同様の参照符号が異なる図全体にわたって同じ部分を指す添付の図面に示されているように、例示的な実施形態の以下のより詳細な説明から明らかになろう。図面は必ずしも一定の縮尺でなく、代わりに、実施形態を示すことに重点が置かれている。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態による、平坦面を形成するためにクラッディングが除去された光ファイバを示す図である。
【図２】本発明の一実施形態による、導波路コアの上部からクラッディングが除去されたＰＩＣ導波路を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態による、ＰＩＣ導波路上に配設された平坦面付き光ファイバの平面図である。
【図４】本発明の一実施形態による、図３に示された光ファイバおよびＰＩＣ導波路の上面図である。
【図５】本発明の一実施形態に従って形成されたハイブリッド導波路を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態による、角度θｃでＰＩＣ上に配設された光ファイバを示す図である。
【図７】本発明の一実施形態による、異なる交差角度θｃにおけるｚの関数としての導波路幅のプロットを示す図である。
【図８】本発明の一実施形態による、定数αの異なる値におけるｚの関数としての導波路幅のプロットを示す図である。
【図９】本発明の例示的な実施形態について、ファイバ、ＰＩＣ導波路および光ファイバ全体によって案内された、シミュレートされた光パワーを示す図である。
【図１０】本発明の例示的な実施形態による、波長に対する結合効率の依存性を示す図である。
【図１１】本発明の例示的な実施形態による、導波路テーパ上にファイバを配置するための整合許容差を示す図である。
【図１２】本発明の一実施形態による、光ファイバのコアの一部分も除去された平坦面付き光ファイバを示す図である。
【図１３】図１２に示されているような光ファイバの結合効率を示す図である。
【図１４】本発明の一実施形態による、ＰＩＣ導波路に結合されている光ファイバを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
例示的な実施形態の説明は以下の通りである。
【００２４】
すべての特許、公開された出願、および本明細書で引用された参照文献の教示は、それらの全体が参照により組み込まれる。
【００２５】
説明される実施形態はフォトニック集積回路を対象とする。より詳細には、説明される実施形態は、シングルモード光ファイバをフォトニック集積回路導波路のシングルモード導波路に高い結合効率および広い帯域幅で受動的に接続することと、光ジャイロスコープおよび光通信のためにそのようなデバイスを使用することとに関する。
【００２６】
本明細書の背景技術セクションにおいて説明された参照文献のいずれも、高い結合効率および広い帯域幅での光ファイバとＰＩＣ導波路との受動的な接続を可能にするものではない。
【００２７】
高い結合効率を有し、シングルモード光ファイバをフォトニック集積回路（ＰＩＣ）の導波路に接続するために大きい整合誤差を許容する、自己整合方法および機構が開示されている。シングルモード空間分布において光を案内する光ファイバ１００は周囲のガラス・クラッディング１０６の屈折率よりも高い屈折率を有するガラス・コア１０４からなる。光ファイバは、導波路が基本モードのみをサポートするような、ガラス・コアの所定の寸法、およびガラス・コア１０４とクラッディング１０６との間の屈折率の差を有する。図１に示されているように、ファイバ１００の端部において、光ファイバの一方の側のガラス・クラッディングが除去され、所定の距離の間、ファイバ・コア１０４に沿って平坦面１０２が作製される。平坦面１０２は、ファイバ・コア１０４が露出されるように、ファイバ１００のコア１０４に近接させられる。このことは、案内された光のエバネッセント光波がクラッディング材料の平坦面１０２を越えて延長され、平坦面１０２を越えて分配される光パワーのパーセンテージが、元のクラッディング・ガラスと置き換わる材料の屈折率に依存することを意味する。
【００２８】
ＰＩＣのシングルモード光導波路は、クラッディング材料中に埋め込まれた導波路コアからなる。コアは、クラッディング材料の屈折率よりも高い屈折率を有する。ＰＩＣ導波路は、導波路が基本モードのみをサポートするような、コアの所定の寸法、およびコアとクラッディングとの間の屈折率の差を有するように構成される。光が放たれるＰＩＣのセクションでは、図２に示されているように、案内された光の電磁波が、クラッディングと置き換えられた材料中に延びることを可能にするように、導波路コア２０２の上部のクラッディング材料の所定の領域が除去される。このことは、案内された光のエバネッセント光波が上面２０４を越えて延長され、上面２０４を越えて分配される光パワーのパーセンテージが、元のクラッディング材料と置き換わる材料の屈折率に依存することを意味する。実施形態では、導波路コアは窒化ケイ素であり、クラッディング材料は酸化ケイ素である。別の実施形態では、導波路コアは薄い窒化ケイ素ストリップであり、ストリップの厚さは１００マイクロメートル未満である。
【００２９】
案内された光をファイバとＰＩＣ導波路との間に低い結合損失で伝達させるために、クラッディング材料が除去された先端のファイバ・セクションは、図３に示されているように、平坦面が下方を向いており、平面導波路のクラッディングも除去された領域中のＰＩＣ導波路に沿ってコアが整合させられるような方法で敷設される。導波路の２つのコアは、重複する領域中にハイブリッド導波路を形成するように、２つのエバネッセント場の大きい重複があるように、互いに近接して構成される。
【００３０】
ファイバ・コアは、（ＰＩＣの上面で見下ろす上面図として見られる）図４に示されているように、ＰＩＣコアの上部の上に直接配置され得る。ハイブリッド導波路はシングルモードのみをサポートする。一実施形態では、２つの導波路のコアは、ある距離の間、互いに取り付けられた状態で構成され、ファイバ・コアがＰＩＣ導波路に対するクラッディングとして働くように、ＰＩＣ導波路コアの屈折率はファイバ導波路の屈折率よりも実質的に高い。このようにして、ハイブリッド導波路はシングルモード光伝搬をサポートするが、ＰＩＣ導波路とファイバ導波路の両方からの伝搬定数が異なる。さらに、案内された光ビームの断面は、ビームがファイバからハイブリッド導波路に伝達するとき、およびビームがハイブリッド導波路からＰＩＣ導波路に伝達するとき、急激に変化する。その急激な変化は、最低次モードを放射モードに結合することを容易にし、トランジション損失を増加させ得る。一方、本明細書で説明するように、最適化された形状でＰＩＣ導波路を作製することは、トランジション損失を大いに低減し得る。
【００３１】
説明される実施形態では、ＰＩＣ導波路幅は、端部においてより小さい幅へ徐々にテーパを付けられ得る。図５に示されているように、ハイブリッド導波路は、下方に（すなわち、ＰＩＣ基板の方に）向いている平坦面が、ＰＩＣ導波路のクラッディングも除去されたＰＩＣ導波路２０２のテーパ付きセクション５０２に近接し、セクション５０２に沿って整合させられた状態で、クラッディング除去ファイバ１０４を配置することによって構築され、２つのエバネッセント場の大きい重複を可能にし得る。ファイバ・コア１０４は、ＰＩＣコアのテーパ付きセクション５０２の上部の真上に配置することができ、横にずらすこともできる。
【００３２】
ハイブリッド導波路は、案内されたビームの断面を変化させる。ファイバ導波路中の案内された光は、有効ガイド断面の漸進的拡大のトランジションを通じてハイブリッド導波路中に結合される。（以下により詳細に記載されているように）この拡大が十分に漸進的である場合、ファイバ・モードはモード変換なしに最低次モードに徐々に発展する。特許文献１は、対称的なテーパ中の断熱動作を保証する簡単な設計ルールを開示している。最低次光モードは導波路によってうまく閉じ込められ、したがって、テーパが
【数１】
2020534566.tif 000003
によって定義される条件を満たすように設計されている場合、最低次モードは、より高次のモードまたは放射モードへのモード変換なしにテーパ中にうまく閉じ込められる。上式で、α（本明細書でより詳細に説明される）は、ＰＩＣ導波路コアのテーパのレートに関係する、１よりも小さいかまたはそれに等しい定数である。パラメータθはテーパの局所半角であり、λは真空中の波長であり、ｎｅｆｆはハイブリッド導波路中に閉じ込められたモードのモード実効屈折率であり、Ｗはテーパの局所全幅である。式（１）の断熱伝搬条件は、最低次モードの回折発散よりも緩やかな拡大の導波路幅の設計基準を使用して得られる。θが光線モデルにおける最低モードの発散角よりも大きい場合、光線は導波路側壁を「見る」ことなく、波の位相面はひずみ、最低次モードからのモード変換を生じる。
【００３３】
式（１）は、伝搬方向ｚに沿った局所導波路幅拡大傾斜が
【数２】
2020534566.tif 000004
を満たすことを示唆する。
【００３４】
ｎｅｆｆがＷと無関係であり、ｚ＝０におけるＷ＝Ｗ０が入力導波路幅であると仮定すると、式（２）の積分は
【数３】
2020534566.tif 000005
をもたらし、上式で
【数４】
2020534566.tif 000006
【００３５】
すべての上記で説明した結合方式は、コア露出ファイバがＰＩＣ導波路コアに並列に配置され、２つの導波路間の相互作用が維持されるほどＰＩＣ導波路コアに十分に近接して配置されていることを必要とする。このことは、結合効率が整合正確さに強く依存することを意味し、整合正確さは、通常、一般的なＰＩＣ作製技法によってサブマイクロメートルに制限される。したがって、ライブ整合が定期的に実施される。
【００３６】
本明細書で説明する例示的な実施形態は、必要とする整合正確さは極めて低いが、高い結合効率を生じる、ＰＩＣ導波路への光ファイバの接続を可能にするプロシージャを提示する。そのプロシージャは、ファイバとＰＩＣ導波路との受動的な低損失の接続を容易にする。重要な構成は、図６に示されているように、所定の交差角θｃでＰＩＣ導波路のテーパ領域の上にコア露出ファイバを配置することである。その角は、ファイバとＰＩＣ導波路との間の光学的相互作用を保証する。特許文献１によって説明されている設計ルールの下で、テーパが
【数５】
2020534566.tif 000007
によって定義される条件を満たすように設計されている場合、最低次光モードは導波路によってうまく閉じ込められる。
【００３７】
したがって、導波路の平面内の最低次モードの光線角の投影は導波路の壁の局所角を超えない。光線は導波路壁によって閉じ込められ、波の位相面はひずまない。
【００３８】
角θをｚ方向における局所壁傾斜によって表すと、導波路幅についての微分方程式
【数６】
2020534566.tif 000008
が得られる。
【００３９】
この場合も、ｎｅｆｆがＷと無関係であり、ｚ＝０かつθｃ≠０においてＷ＝Ｗ０であると仮定した場合、式（６）の積分は
【数７】
2020534566.tif 000009
をもたらす。上式で、パラメータｌは前に定義された通りである。Ｗ０の値は入力導波路幅である。
【００４０】
図７は、λ＝０．８３μｍ、α＝０．５、ｎｅｆｆ＝１．５、およびＷ０＝１μｍである場合の、異なる交差角θｃにおけるｚの関数としてのＷのプロットである。θｃ＝０°の曲線は、式（３）によりプロットされたパラボラであり、一方、θｃ＝０．５°、１．０°および１．５°についての曲線は、式（７）に基づいてプロットされている。図７は、光がある角度（すなわち、θｃ≠０）で放たれるときは、２つのコアの軸が並列に整合させられるときよりも緩やかな幅傾斜（すなわち、より漸進的な幅の変化）をもつテーパが必要とされることを示す。言い換えれば、入力角θｃが大きくなればなるほど、より緩やかなテーパが必要とされる。
【００４１】
図８は、λ＝０．８３μｍ、θｃ＝０．５、ｎｅｆｆ＝１．５、およびＷ０＝１μｍである場合の、αの異なる値におけるｚの関数としてのＷのプロットである。小さいα値は、式（４）によるより短い有効波長が回析されていることを意味する。より短い波長は最低次モードのより大きい光線角を有するので、結合領域を通る断熱伝搬のために、より漸進的なテーパが必要になる。
【００４２】
図９は、デバイスの一実施形態に関するファイバ、ＰＩＣ導波路および光ファイバ全体によって案内された、シミュレートされた光パワーを示す。光ファイバは、パワーの１／ｅ２に対して４．３μｍ×４．３μｍのモード・フィールドを有し、出力ＰＩＣ導波路についてのモード・フィールドは１．０μｍ×４．３μｍのモード・フィールドを有する。コア露出ファイバは、式（７）によって記述される形状をもつＰＩＣ導波路テーパの上に置かれる。ファイバとＰＩＣ導波路との間の高効率結合を保証するために、ファイバ軸はＰＩＣ導波路の対称軸に対して０．２５°の角度でテーパ・セクションにわたって敷設される。グラフィカル・ディスプレイ９００はｘ−ｚビューにおける光場の等高線図を示す。凡例９０１は、グラフィカル・ディスプレイ９００に示されたシェーディングを定義し、参照番号９０２、９０４、９０６、９０８、９１０および９１２はシェーディングの基準点を特定する。
【００４３】
プロット９０３は、入力パワーに対して正規化された、光のパーセンテージの結果を示す。ライン９２０は、ファイバ・コア中を伝搬する部分パワーであり、ライン９２２は、ＰＩＣ導波路コア中に案内された部分パワーを示し、ライン９２４は総パワーを示す。この実施形態におけるファイバ導波路からＰＩＣ導波路への結合効率は９８％である。結合効率は、図１０に示されているように、動作自由空間波長に弱く依存する。図１０における動作波長は７９０〜８５０ｎｍの間にわたる。この波長帯域幅では、結合効率、または正規化されたガイド光パワーは０．９８よりも高い。図１１は、結合効率を９０％よりも高く保つために、ファイバをテーパ上に配置するための整合許容差が約０．８ｍｍであることを示す。この位置精度は標準的な微細加工技術を用いてうまく達成可能である。
【００４４】
低い結合損失を維持するための別の重要な要件は、ファイバ平坦面がＰＩＣ導波路の上面の上に極めて厳密に置かれる必要があることである。この実施形態において９０％よりも良好な結合効率を達成するために必要とされる間隙は０．２μｍ未満であるが、これは、様々な理由、たとえば、平坦面が不均一に微細加工される可能性、またはボンディング接着剤の表面張力からの対向力に打ち勝つのに十分な押圧力がファイバに加わらないことにより、実現することが困難である。一実施形態では、嵌合するファイバのクラッディング材料は、図１２に示されているように、ファイバ・コアの一部分も除去されるように、過剰除去されることがある。このタイプのオーバーエッチングされたファイバを平面内テーパ付き導波路上のオーバーレイとして使用すると、図１３に示されているように、ファイバ平坦面とＰＩＣ導波路との間に２．２ミクロンの間隙がある場合、結合効率は依然として９０％よりも大きくなる。
【００４５】
光ファイバ・コアを露出させるための異なる技法がある。１つの技法は、ケイ素Ｖ溝中にファイバを埋め込むことによって、およびそれらのファイバを機械的に研磨することによって製造される側面研磨ファイバである。（たとえば、非特許文献１および非特許文献２を参照されたい）。その技法は、光センサー・プロトタイプを製造するために、ファイバ中の案内された光を操作するために広く使用された。
【００４６】
別の技法は、Ｄ字形ファイバを線引きすることである。そのプロセスは、Ｄ字形で製造されたプリフォームを用いて開始した。（たとえば、特許文献３を参照されたい）。プリフォームの標準作製を完了した後に、円形プリフォームが、プリフォームの一方の側の酸化ケイ素を除去するように研磨され、プリフォームの断面プロファイルはＤ字形である。研磨されたプリフォームの平坦面は、表面によって追加の光減衰が生じないように、導波コアから十分な距離に保たれる。Ｄ字形ファイバ・プリフォームは、次いで、線引きされてシングルモード・ファイバにダウンサイズされる。案内された光のエバネッセント波にアクセスするためには、Ｄ字形ファイバのセクションをさらに露出しなければならない。クラッディングの微細除去のためのプロセスは、通常、ファイバの一端から光が放たれ、他端で出力パワーが監視されるように、能動的に実行される。クラッディング除去の程度は、出力パワー測定によってその場で監視される。
【００４７】
機械研磨、エキシマ・レーザー・アブレーション、および超高速レーザー・マイクロ掘削など、クラッディング除去のための異なる技術がある。一実施形態では、Ｄ字形ファイバは、ガラス・エッチング・クリーム、フッ化水素酸、および緩衝フッ化水素などの化学物質によって、所望のコア露出まで化学エッチングされる。ファイバ光学偏波子、２×２溶融ファイバ・カプラ、および位相変調器は、これらのタイプのファイバに関して実証されている。（非特許文献４参照）。
【００４８】
例示的な一実施形態では、結合領域の詳細は図１４に示されており、図１４は、Ｄ字形ファイバ１４０４がＰＩＣ表面１４０６から上に依然として分離されている結合領域１４０２を示す。平底チャネルがＰＩＣ導波路の上部クラッディング層上に作製され得、したがって、平面導波路の端部におけるテーパ付きコアの上面が露出される。チャネルは、Ｄ字ファイバの平坦面がＰＩＣ導波路の上面と密接した状態で、ファイバがチャネル中に緊密にセットされることを可能にする幅で製造され得る。所定の屈折率をもつ光学的に透明な接着剤が２つの表面間に塗布され得、その接着剤は、ファイバを所定の位置に保ち、２つの導波路間の滑らかな屈折率遷移を与える。チャネルは導波路作製プロセスとともに作製され得るので、コア露出ファイバのＰＩＣ面内位置（ｘ位置およびｚ位置）正確さは微細加工の正確さによって制限される。前に説明したように、一実施形態では、チャネルは、ＰＩＣ導波路の対称軸に対してＰＩＣ平面内の所定の角度に設定され得る。このことは、ファイバ導波路とＰＩＣ導波路との交差を保証し、ファイバ面内位置誤差の許容差を大幅に緩和する。ファイバ平坦面がチャネルの底面と接触しているので、ファイバの面外位置（ｙ位置）も明確になる。ｙ位置の正確さは、チャネルの深さとＤ字ファイバの平坦面コア間距離の両方の精度によって決定される。２つの表面間の緊密な接触を保証するために、図１４の（ｂ）部分に示されているように、好ましくは、Ｄ字ファイバの円形側面上に均一な圧力が加えられる。圧力は、ＰＩＣ上面とファイバの円形側面上のプレートの下面（図示せず）との間のボンディング力によって与えられ得る。
【００４９】
光ファイバ・ジャイロスコープなど、適用例のうちのいくつかでは、直線偏波光が光学システム中で維持される必要がある。一実施形態では、動作偏波の方向はＰＩＣ平面内にある。それぞれの複屈折導波路設計によってＰＩＣとファイバ導波路の両方において偏波方向がうまく保持され得るので、結合領域中の偏波整合正確さは、主に、偏波保持ファイバの偏波軸とＤ字ファイバとの平坦面整合の正確さに依存する。ファイバの側面クラッディングの除去は、とりわけ、プリフォーム・グラウンディングと、その後のＤ字形ファイバのウェットエッチング、またはレーザー・アブレーション、またはレーザー・マイクロ掘削、またはＰＭファイバの機械研磨など、好適な方法を使用することによって、ファイバ軸に対して正確な平坦面整合を達成するために、事前較正され、制御された条件で実行され得る。
【００５０】
説明したプロシージャおよび装置は、６つの自由度すべてにおいて光ファイバとフォトニック集積導波路の間の自己整合を容易にする。ファイバの２次元（２Ｄ）面内位置および２Ｄチルト角はマイクロ作製チャネルによって定義され、ファイバの１次元（１Ｄ）面外位置および１Ｄ偏波角はファイバ平坦度正確さによって決定される。さらに、テーパ付きＰＩＣ導波路端部および面内角付きチャネルは、上述の最初の５つの次元を変換および角度不整合による誤差に極めて鈍感にする。すべてのこれらの利点は受動的な整合を容易にする。アセンブル・プロセスは高いスループットで自動化され得る。
【００５１】
従来技術の実装では、ファイバを光平面導波路に高い結合効率で接続するためには、エンドファイア結合方法が最も効率的な技法であることが証明されている。高効率結合のための決定的な条件は、２つの導波路のモード・フィールドを一致させることである。このことは、通常、ＰＩＣ導波路の端部にモード・スポット変換器を作製すること、またはファイバからの出力光のプロファイルを操作することのいずれかによって達成される。このことは、レンズ付きファイバ先端部をマイクロ作製することによって、または外部焦点レンズを追加することによって行われ得る。効率は、場合によっては劇的に改善され得るが、結合効率は整合誤差に極めて敏感である。位置精度は、通常、サブマイクロメートルのオーダーであり、その精度を達成するためには、綿密な能動的整合を必要とする。モード・スポット変換器またはレンズが利用されない場合、結合効率はしばしばかなり低くなる。たとえば、エンドファイア結合を使用して、変換器または焦点レンズなしに、図９の同じファイバと導波路構造とが接続される場合、最大結合効率は一般にわずか約３９％である。
【００５２】
例示的な実施形態を詳細に図示し、説明したが、添付の特許請求の範囲によって包含される実施形態の範囲から逸脱することなく、形態および詳細の様々な変更がそれらの実施形態において行われ得ることが当業者によって理解されよう。
【図１】
2020534566.tif 000010
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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