JP2005534060A - 複数の異なった中央波長の複数の回析格子を有する１つの平面導波路を書き込むための方法 - Google Patents

Abstract

複数の多重ブラッグ格子（７１２、７１４、７１６、７１８、７２０）は、１つの単一平面光波回路プラットフォームの中に作製されている。複数の回析格子は、公称上同一の格子間隔および異なった複数の中央波長を有し、それらの格子間隔および中央波長は、制御された光リソグラフィ・プロセスおよび／または制御されたドーピングを使って作製され、複数の回析格子の有効屈折率を制御する。複数の回析格子は、その複数の回析格子を書き込むために使用される紫外光パターンの高さよりもっと相互に接近した間隔をとることができる。

Description

本発明は、複数の導波路回析格子に関し、更に詳しくは、複数の異なった中央波長を有する複数の導波路回析格子を書き込むための１つの方法に関する。

１つの光通信システムでは、情報は、１つの場所から別の場所へ１つの搬送波を介して伝送され、その搬送周波数は、電磁波スペクトルの可視領域または近赤外領域にある。そのような１つの搬送波は、１つの光信号、１つの光搬送波、または、１つの光波信号と呼ばれる場合もある。複数の光ファイバーは光波信号を搬送し、各光信号はいくつかの複数のチャンネルを含む。１つのチャンネルは１つの電磁波信号の１つの規定された周波数帯であり、１つの波長と呼ばれる場合もある。通常、複数の多重チャンネルは同じ光ファイバー上を伝送され、複数の光ファイバーにより提供される莫大なの容量という利点を得ることができる。本質的に、各チャンネルはそれ独自の波長を有し、全ての複数の波長は、重複しないように十分分離されている。一般的に、数百または数千の複数のチャンネルは、１つの多重化装置によりインタリーブされ、光ファイバーの中に発射され、１つの受信器において１つの多重分離装置により分離される。その途中、複数のチャンネルは、複数の分岐挿入型多重化装置（ＡＤＭ）を使って挿入または分岐でき、あるいは、複数の光交差接続（ＯＸＣ）を使って切り換えることができる。

波長分割多重伝送方式（ＷＤＭ）により、１つの単一光ファイバー内に複数の多重チャンネルの伝搬が容易になる。複数の波長分割逆多重化素子は、複数の周波数選択素子、例えば複数の光回析格子を使って複数の個々の波長を分離し、その光回析格子は、複数の光ファイバーの伝送容量を増大させることを目的として高反射率および高波長選択性を提供することができる。そのような光回析格子の１つとしては、（例えば、ファイバーまたは複数の平面導波路内の）１つのブラッグ格子があり、そのブラッグ格子は、光ファイバー内に伝搬している光の複数の特定の波長を選択的に伝送または反射させる。

１つのブラッグ格子は、１つの屈折率特性を有する１つの光ファイバーまたは１つの平面導波路の一部であり、その屈折率特性は、光ファイバーの長さに沿って周期的に変化する。１つのブラッグ格子の中央波長特性は、次の式により決定される。

λ＝２ｎΛ（式１）

ただし、λは、中央（またはブラッグ）波長、ｎは、平均有効屈折率、および、Λは、回析格子の周期（または、格子間隔）である。

複数の単純な周期的なファイバーブラッグ格子は、当技術分野では既知であり、複数のファイバーブラッグ格子を作製するために多くの複数の別の方法が記載されて来た。複数のファイバーブラッグ格子の１つの特徴は、式１が示すように、中央波長特性を変えるためには、屈折率または格子間隔を変えればよいという点にある。複数の先行技術では、格子間隔を変更することに的が絞られており、これは、格子特性を定義するために使用される干渉縞を変更することにより達成される。干渉縞は、光ファイバーを露光するために使用される２つの重複して干渉している複数の紫外（ＵＶ）光線の間の相互ビーム角を変更することにより、または、紫外光が照射される１つの位相マスクを変更することにより変えられる。

位相マスクまたは相互ビーム角の変更は、費用がかかり、厄介で、労働集約的になる傾向があるが、特に、複数の光通信システム内の無数のフィルタリングおよびその他の複数の用途のためにいくつかの異なった複数の型の複数のファイバーブラッグ格子を作製するときにその傾向がみられる。例えば、複数の異なった中央波長特性を伴う複数のファイバーブラッグ格子を作製するために、複数の書き込み装置は、現在のところ、複数の位相マスクを取り換えることにより、異なった複数の波長に設定されている。複数の長いファイバーブラッグ格子を書き込むために、光ファイバーは、複数の長い移動距離の試料台の上で平行移動され、感光性の光ファイバーの複数の新しい部分が紫外線に露光される。同様に、複数のチャープ広帯域ファイバベース格子を書き込むために、複数のチャープマスクが一般に使用され、複数の新位相マスクは、各新チャープ特性用に使用される。更に、複数の個別ブラッグ格子を複数の別個の光ファイバーへ書き込む段階には、通常、複数の光ファイバーを制御するために、複数の光ファイバーについて時間のかかる複数の多重露光および広範囲にわたる処理が必要になる。

複数の図面において、複数の類似の参照番号は、一般に、同一の、機能的に類似の、および／または構造的に等価の複数の要素であることを意味する。１つの要素が最初に現れる図面は、その参照番号の最も左側の（複数の）数字により表示される。

本発明の複数の好ましい実施形態は、複数の導波路回析格子の作製に向けられている。次の記載において、多数の具体的で明確な複数の詳細、例えば、複数の特定の段階、複数の材質、複数の素子などが提示され、本発明の複数の好ましい実施形態の１つの完全な理解が図られている。しかしながら、技術分野の当業者には明らかなように、本発明の複数の好ましい実施形態は、１つ以上の特定の複数の詳細なしで、または、複数の他の方法、複数の構成要素などでもって実施が可能である。他の複数の場合においては、この記載の理解を分かりにくくするのを避けるために、周知の複数の構造または複数の操作は、詳細に提示または記載されていない。

この記載のいくつかの複数の部分は、複数の専門用語、例えば、波長、シリコン、テーパ、回析格子、チャープなどを使って提示されている。これらの複数の専門用語は、一般に、技術分野の複数の当業者の研究の趣旨を技術分野の複数の当業者へ伝達するために、技術分野の複数の当業者によって使用されている。

複数のさまざまな操作は、本発明の複数の好ましい実施形態の理解に最も有用な１つの手法で次々に実行される複数の個別のブロックとして記載されている。しかしながら、それら複数のブロックが記載されている順序は、それら複数の操作が必ず順序通りであることを、または、複数の操作は、複数のブロックが提示されている順序で実行されることを、意味していると解釈すべきではない。

本明細書の全体を通して、「ある１つの好ましい実施形態」または「１つの好ましい実施形態」に関する記載は、その好ましい実施形態に関連して記載された１つの特定の特徴、構造、段階、ブロック、または、特性が本発明の少なくとも１つの好ましい実施形態に含まれていることを意味する。したがって、本明細書の全体を通してさまざまな箇所に出現する語句「ある１つの好ましい実施形態において」または「１つの好ましい実施形態において」は、必ずしも全て同じ好ましい実施形態のことを指すとは限らない。更に、その特定の複数の特徴、複数の構造、または複数の特性は、１つ以上の複数の好ましい実施形態にどのような適切な方法で組み合わされてもよい。

図１は、本発明の１つの好ましい実施形態による、１つのフォトニック素子１００の１つの回路図である。フォトニック素子１００は、１つの平面光波回路（ＰＬＣ）プラットフォーム１０４の中または上に形成された１つの単一導波路１０２を含む。

導波路１０２は、いくつかのカスケードされた複数の回析格子１０６、１０８、および、１１０を含む。導波路１０２は、１つの円形パターン（図１に描かれたような）または別のレイアウトを有してもよい。導波路１０２は、１つの単一モード導波路であってもよい。また、導波路１０２は、１つの多モード導波路であってもよい。

ＰＬＣプラットフォーム１０４は、適切な半導体処理装置を使って作製されたどのような適切なＰＬＣプラットフォームであってもよい。例えば、プラットフォーム１０２は、１つのシリカ・オン・シリコン・プラットフォーム、１つのニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）プラットフォーム、１つのガリウム砒素（ＧａＡｓ）プラットフォーム、１つのリン化インジウム（ＩｎＰ）プラットフォーム、１つのシリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）プラットフォーム、１つの酸窒化珪素（ＳｉＯＮ）プラットフォーム、１つのポリマー・プラットフォーム、または、他の適切な平面光波回路（ＰＬＣ）プラットフォームであってもよい。

複数の回析格子１０６、１０８、および１１０は、複数のブラッグ格子であってもよく、それら複数のブラッグ格子の複数の格子間隔（Λ）は、公称上同一であるが、それら複数のブラッグ格子の複数の中央波長は、異なっている。何故なら、書き込みされた後、複数の導波路の複数の回析格子領域１０６、１０８、および、１１０に複数の異なった有効屈折率を与えるために、各回析格子１０６、１０８、および１１０は、１つの異なった濃度および／または型のドーパントでドーピングされているからである。その複数の導波路の複数の回析格子領域は、複数の回析格子が書き込まれることになる複数の場所である。ドーパントは、どのような適切な感光性材料、例えば、ボロン（Ｂ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、および／または、燐（Ｐ）であってもよい。そのような１つのドーピングされた領域の屈折率は、紫外線「投与量」次第で変化するものである。したがって、紫外光が１つの周期的に変化する強度パターン（１つの回析格子を書き込む場合のように）を有する場合、紫外線照射後、ドーピングされた領域は、１つの周期的に変化する屈折率を有するはずであり、その結果１つの回析格子が形成されることになる。

別の好ましい実施形態において、複数の屈折率は、試料を水素化し、選択された複数の区域を紫外線で前露光することによって、局部的に変調させることができる。水素ガス放出後、これら複数の区域には、感光性が残っている。紫外線投与量により、平均屈折率ならびに誘発される感光性が制御される。水素化の例を、図３に関連して下に更に詳細に記載する。

複数の回析格子１０６、１０８、および１１０は、近接していてよい（例えば、間隔１２０は、複数の回析格子１０６、１０８、および１１０を書き込むために使用される紫外光強度パターンの高さより小さくすることができる）。複数の回析格子を近接させて配列することにより、それら複数の回析格子をいくつかの複数の好ましい実施形態において１回の露光で書き込むことができる。

複数の回析格子１０６、１０８、および１１０の１つ以上は、複数の回析格子を書き込むために使用される紫外光線の長さより長くてもよい。本発明のある１つの好ましい実施形態において、紫外光線は１センチメートル長であり、回析格子１０６は２センチメートル長である。別の好ましい実施形態において、紫外光線および／または複数の回析格子の複数の寸法は異なっていてもよい。

図２は、本発明の複数の好ましい実施形態による、フォトニック素子１００（図１）を作製するための１つの段階２００を説明している１つのフローチャートである。機械読み取り可能な複数の命令を備えている１つの機械読み取り可能な媒体を使用して、１つの処理装置に段階２００を実行させてもよい。もちろん、段階２００は、単なる１つの段階の例に過ぎず、他の複数の段階を使用してもよい。段階２００が記載されている順序は、それら複数の操作が必ず順序通りであることを、または、複数の操作は、複数のブロックが提示されている順序で実行されることを、意味していると解釈すべきではない。

図１および２を参照すると、１つの操作２０２は、複数の標準半導体製造技術を使って１つのＰＬＣプラットフォームの中または上に導波路１０２を作製するために実行されている。これら複数の製造技術は、注入、ドーピング、蒸着、物理蒸着法、イオンアシスト蒸着、フォトリソグラフィ、マグネトロンスパッタリング、電子ビームスパッタリング、マスキング、反応性イオンエッチング、および／または技術分野の複数の当業者には周知の他の複数の半導体製造技術を含むことができる。例えば、ある１つの好ましい実施形態において、導波路１０２は、酸化物、例えば、シリカから形成される１つのコアを有する。

更に、図１および２を参照すると、１つの操作２０４は、複数の回析格子としての役割を果たしている導波路１０２の選択された複数の領域をドーピングするために実行されている。例えば、１つの暫定のマスク層を複数の導波路上に形成することができるが、その時、その１つの暫定のマスク層は、その複数の導波路内に複数の回析格子領域を定義するためにパターン形成されている。この段階は、最上部クラッド層が蒸着される前に実行することができる。いくつかの複数の好ましい実施形態において、この段階は最上部クラッド層が形成された後に実行することができるので、その最上部クラッド層をコア層の代わりにドーピングすることができる。これの別の好ましい実施形態において、伝搬している光のエバネッセント領域は、クラッド層に書き込まれた１つの回析格子により影響を受ける可能性がある。また、ドーピング段階のために１つのマスクとしての役割を果たしているクラッド層自体を使って、この複数の回析格子領域を定義するべくこのクラッドをパターン形成し、エッチングすることができる。その時、この複数の回析格子領域は選択的にドーピングされる（後述）。

その複数の回析格子は、１つ以上の複数の感光性材料の１つの所定の濃度または１つの所定の構成で選択的にドーピングされる。いくつかの複数の好ましい実施形態において、複数のドーパントは、ボロン（Ｂ）、ゲルマニウム（Ｇｅ），および／または、燐（Ｐｈ）を含む。複数の回析格子は、あらゆる適切な複数のドーピング段階、例えば、イオン注入、複数のスピンオン溶液からの拡散、または、他の現在または将来の複数の技術、を使ってドーピングすることができる。

ある１つの好ましい実施形態において、回析格子１０６に対応する導波路１０２の該領域は、１つの第１の所定の濃度のゲルマニウムでドーピングされており、ゲルマニウムにより、回析格子１０６は、１つの第１の屈折率および１つの第１の中央波長が与えられている。同様に、回析格子１０８に対応する導波路１０２領域の該領域は、１つの第２の所定の濃度のゲルマニウムでドーピングされており、ゲルマニウムにより、回析格子１０８は、１つの第２の屈折率および１つの第２の中央波長が与えられている。更に、回析格子１１０に対応する導波路１０２の該領域は、１つの第３の所定の濃度のゲルマニウムでドーピングされており、ゲルマニウムにより、回析格子１１０は、１つの第３の屈折率および１つの第３の中央波長が与えられている。本発明のある１つの好ましい実施形態において、複数のドーパント濃度は、中央波長を０．２パーセントまたは１５５０ｎｍ当たり３０ｎｍだけ移動させるために、約０．２パーセントだけ複数の回析格子１０６、１０８、および、１１０に対する複数の導波路領域の屈折率を変更することができる。複数の回析格子を、その時、後述のように導波路１０２（図１）のドーピングされた複数の領域内に書き込むことができる。

再び、複数の図１および２を参照すると、１つの操作２０６は、（複数の回析格子１０６、１０８、および、１１０に対応する）導波路１０２の１つ以上の複数のドーピングされた領域を導波路１０２を横切る１つの方向で１つの紫外光強度パターンに露光するために実行される。この紫外光強度パターンにより、複数の回析格子１０６、１０８、および、１１０のために格子間隔が決定される。ある１つの好ましい実施形態において、この露光により全ての複数の回析格子が同時に書き込まれるので、複数の回析格子１０６、１０８、および、１１０は、全て実質上同一の格子間隔を有する。別の複数の好ましい実施形態において、複数の回析格子のそれぞれを個別に書き込んでもよい、または、複数の回析格子の任意の部分セットを同時に書き込んでもよい。

ある１つの好ましい実施形態において、１つの適切なＫｒＦエキシマーレーザー／位相マスクユニットを使用して、複数の回析格子１０６、１０８、および、１１０に対応する導波路１０２（図１）のドーピングされた複数の領域を１つの選択された紫外光強度パターンに露光している。複数の領域が相互に各様にドーピングされるので、その結果生じた複数の導波路回析格子は、たとえその格子間隔が実質上同一であっても、一般に、異なった複数の中央波長を有することになる。ある１つの好ましい実施形態において、回析格子１０６は、１つの中央波長１５５５ｎｍを有し、回析格子１０８は、１つの回析格子１５２０ｎｍを有し、および、回析格子１１０は、１つの中央波長１５６０ｎｍを有する。

例えば、１つのＫｒＦエキシマーレーザー／位相マスクユニットは、１つの高さ３００ミクロンを伴う紫外光強度パターンを出力するように構成することができる。ある１つの好ましい実施形態において、複数の回析格子１０６、１０８、および１１０のための導波路１０２の複数の領域は、複数の回析格子１０６、１０８、および１１０のためのドーピングされた複数の領域によって占められている全区域が３００ミクロン未満の１つの高さを有するように配列されている。その結果生じたフォトニック素子は、更にコンパクトになり、全ての３つの複数の回析格子の複数の部分に１つの単一露光で同時に書き込みが可能になる。更に、複数の導波路回析格子を１つの中央波長に同調させるために、個別の露光の広帯域幅調整（相互ビーム角）は全く必要とされない。

１つ以上の複数の回析格子は、複数の回析格子を露光するために使用される１つの紫外光線の長さより長くする必要がある本発明の１つの好ましい実施形態において、回析格子のための導波路の領域は折りたたまれてもよいので、回析格子全体を同一露光で書き込むことができる。例えば、紫外光線が１センチメートルである複数の好ましい実施形態において、回析格子は、２センチメートル長であってもよいが、１センチメートル（または未満）の複数の部分に折り曲げてもよい。この場合、その結果として生じる回析格子は、複数の回析格子部分の間に複数の間隙（すなわち、回析格子がまったく書き込まれていない導波路の複数の部分）を有する。そのような複数の素子は、サンプル化された、または、セグメント化された複数のブラッグ格子として知られている。

フォトニック素子１００は、色彩分散を補償するために１つの導波路フィルターとして構築されてもよい。色彩分散は、１つの光波パルスの複数の構成色の一時的分離であり、多くの問題を含んでいる可能性がある。何故なら、色彩分離は、チャンネルの複数の振幅に変動を引き起こし、近傍の複数のデータビットまたは複数のパルスに互いに垂れ流し状態を生じさせ、符号間干渉（ＩＳＩ）を引き起こすからである。１つの光ファイバーにおいて、異なった複数の波長が異なった複数の速度で伝搬するので分散が発生する。複数の光ファイバーネットワーク内の分散を補償することは、複数のビット転送速度が高くなるにつれて次第に重要になってきている。何故なら、複数のビット（複数の光パルス）は、今日互いにより接近した間隔をとって配置されており、複数のより短いパルスは、１つのより大きなスパンの帯域幅を含んでいるからである。

フォトニック素子１００は、動作しているとき、１つの多重化された光波信号を受信し、その受信された信号は、導波路１０２に入り、複数の回析格子１０６、１０８、および、１１０に入射される。多重化された光波信号は、いくつかの複数の単一チャンネル光波信号を有し、各単一チャンネル光波信号は、それ独自の中央波長特性を持ち合わせている。本発明の複数の好ましい実施形態によれば、回析格子１０６は、１つの第１の波長（例えば、１５３５ｎｍ）を反射し、他の複数の波長を通過させ、回析格子１０８は、第２の波長（例えば、１５５０ｎｍ）を反射し、他の複数の波長を通過させ、および、回析格子１１０は、１つの第３の波長（例えば、１５６５ｎｍ）を反射し、他の複数の波長を通過させる。別の好ましい実施形態において、各回析格子は、１つのチャープ格子間隔を有し、そのチャープ格子間隔は、その波長で伝搬しているデーターストリームが遭遇する分散を補償する役割を果たしている。

図３は、本発明の１つの好ましい実施形態による、１つのフォトニック素子３００の１つの回路図である。フォトニック素子３００は、１つのＰＬＣプラットフォーム３１０の中または上に形成されたいくつかの複数の導波路３０２、３０４、３０６、および、３０８を含む。複数の導波路３０２、３０４、３０６、および、３０８は、それぞれ、１つの回析格子３１２、３１４、３１６、および、３１８を含む。プラットフォーム３１０は、プラットフォーム１０４と類似である。導波路３０２、３０４、３０６、および、３０８は、導波路１０２と類似であってもよい。

複数の回析格子３１２、３１４、３１６、および、３１８は、複数のブラッグ格子であってもよく、それら複数のブラッグ格子の複数の格子間隔は、公称上同一であるが、それら複数のブラッグ格子の複数の中央波長は、異なっている。何故なら、各回析格子３１２、３１４、３１６、および、３１８は、１つの異なった形状寸法（例えば、幅、深さ、高さ）を有し、これらの複数の回析格子領域に異なった複数の有効屈折率を与えているからである。本発明のある１つの好ましい実施形態において、回析格子３１２は、７ミクロン幅、回析格子３１４は、６ミクロン幅、回析格子３１６は、５ミクロン幅、および、回析格子３１８は、４ミクロン幅であってもよい。

本発明のある１つの好ましい実施形態において、複数の導波路３０２、３０４、３０６、および、３０８の１つ以上の複数の区域は、水素添加されている（水素化として前述されている）。そのような水素添加により、導波路の感光性は、数桁向上し、複数の導波路３０２、３０４、３０６、および／または、３０８の１つ以上の複数の添加区域の複数の有効屈折率は変化する。例えば、複数の回析格子３１２、３１４、３１６、および、３１８に対応する複数の導波路３０２、３０４、３０６、および３０８の複数の領域内に選択的に水素を注入することができる。水素は、イオン注入を介して注入することができ、または、１つの水素炎で軽く嘗めて局在化することができる。水素添加により、局部的に感光性が増加し、紫外露光と同じ複数のレベルで異なった複数の屈折率の発生が見込まれるであろう。この好ましい実施形態において、波長強度（反射率）および中央波長は、複数のブラッグ格子の紫外線書き込みの間中、直接的に結合されている。

本発明の別の複数の好ましい実施形態において、複数の導波路３０２、３０４、３０６、および、３０８の１つ以上の複数の区域は、均一な紫外放射線の異なった複数のレベルに選択的に前露光または後露光される。この露光は、個別の複数の導波路の平均屈折率を変え、複数の回析格子３１２、３１４、３１６、および、３１８の複数の中央波長を移動させる役割を果たす。

図４は、本発明の１つの好ましい実施形態による、１つの導波路の幅と、その導波路内に書き込まれた１つのブラッグ格子の中央波長との間の関係を示している１つのグラフ図４００である。グラフ図４００は、導波路幅をマイクロメートル（μｍ）で表した１つの「Ｘ」軸４０２、および、波長をナノメートル（ｎｍ）で表した１つの「Ｙ」軸４０４を含む。グラフ図４００は、導波路幅の変化に対する、その導波路内に書き込まれた１つのブラッグ格子の中央波長の変化を表している１つの曲線４０６を含む。図４において、導波路幅が増加するにつれて、その中央波長もまた増加している事に留意されたい。

別の好ましい実施形態において、複数の回析格子３１２、３１４、３１６、および、３１８は、複数のブラッグ格子であってもよく、それら複数のブラッグ格子の複数の格子間隔は、公称上同一であるが、それら複数のブラッグ格子の複数の中央波長は、異なっている。何故なら、その複数の回析格子領域内の１つ以上の複数の導波路３０２、３０４、３０６、および／または、３０８のコアは、その複数の回析格子領域が複数の異なった有効屈折率を有するよう１つのドーピングがなされた状態を有しているからである。図５は、本発明の１つの好ましい実施形態による、１つの導波路コアの屈折率と、その導波路内に書き込まれた１つのブラッグ格子の中央波長との間の関係を示している１つのグラフ図５００である。

グラフ図５００は、屈折のコア・インデックスを表した１つの「ｘ」軸５０２、および、波長をナノメートル（ｎｍ）で表した１つの「ｙ」軸５０４を含む。グラフ図５００は、導波路の屈折率が変化するときのその導波路内に書き込まれた１つのブラッグ格子の中央波長の変化を表している１つの曲線５０６を含む。図５において、留意点は、導波路の屈折率が増加すると、その中央波長もまた増加していることである。ある１つの好ましい実施形態において、複数のコアを本発明の複数の好ましい実施形態による、複数の異なった濃度の複数のドーパントでドーピングして、複数の導波路内に書き込まれた複数の回析格子の屈折率を変えてもよい。別の好ましい実施形態において、複数のコアを本発明の複数の好ましい実施形態による、複数の異なったドーパント構成物（例えば、アルミニウム、ボロン、燐）でドーピングして、複数の導波路内に書き込まれた複数の回析格子の屈折率を変えてもよい。

更に、別の好ましい実施形態において、複数の回析格子３１２、３１４、３１６、および、３１８は、複数のブラッグ格子であってもよく、複数のブラッグ格子の複数の格子間隔は、公称上同一であるが、複数のブラッグ格子の複数の中央波長は、異なっている。何故なら、その複数の回析格子領域内の複数の導波路３０２、３０４、３０６、および／または、３０８のクラッドは、異なった複数の有効屈折率を有しているからである。
例えば、複数のＳｉＯ層をプラズマ化学気相蒸着法（ＰＥＣＶＤ）の複数の技術を使って１つのＳｉ基板上に成長させることができる。Ｓｉ基板は、公称上１５ミクロン厚であってもよい。１つの下層クラッド層を複数のＳｉＯ層の下のＳｉ基板上に蒸着させてもよい。１つのコア層は、ＳｉＯの屈折率を向上させることができるゲルマニウムおよび／またはボロンでドーピングされたＳｉＯを使って形成されてもよい。そのコア層は、６ミクロン厚であってもよい。コア層の複数の部分を、複数の導波路３０２、３０４、３０６、および／または、３０８のために１つのパターンを残すためにウエットエッチングしてもよい。ゲルマニウム、ボロン、または、他の適切な複数のドーパントを、例えば、イオン注入を使って各回析格子３１２、３１４、３１６、および、３１８のために、複数の回析格子領域内の複数の導波路３０２、３０４、３０６、および／または、３０８のコア層内にドーピングしてもよい。１つの上層のクラッド層をそのコア層の上に蒸着してもよい。その上層クラッド層を燐および／またはボロンでドーピングしてもよい。その上層クラッド層は、１５から２０ミクロン前後の１つの厚さを有してもよい。その上層クラッド層の屈折率は、下層クラッド層の屈折率とほぼ同等である。

図６は、本発明の複数の好ましい実施形態による、フォトニック素子３００を作製するための１つの段階６００を示している１つのフローチャートである。機械読み取り可能な複数の命令を備えている１つの機械読み取り可能な媒体を使用して、１つの処理装置に段階６００を実行させてもよい。もちろん、段階６００は、単なる１つの段階の例に過ぎず、他の複数の段階を使用してもよい。複数のブロックが記載されている順序は、それら複数の操作が必ず順序通りであることを、または、複数の操作は、複数のブロックが提示されている順序で実行されることを、意味していると解釈されるべきではない。

１つの操作６０２は、複数の標準の半導体製造技術を使って１つのＰＬＣプラットフォームの中または上に異なった複数の幅の複数の導波路を作製するために実行される。前述の通り、これらの複数の技術は、イオン注入、拡散ドーピング、蒸着、物理蒸着法、イオンアシスト蒸着、フォトリソグラフィ、マグネトロンスパッタリング、電子ビームスパッタリング、マスキング、反応性イオンエッチング、および／または技術分野の複数の当業者には周知の他の複数の半導体製造技術を含む。本発明のある１つの好ましい実施形態において、複数の回析格子３１２、３１４、３１６、および、３１８に対応する複数の導波路領域の複数の幅は、それぞれ、７ミクロン、６ミクロン、５ミクロン、および、４ミクロンである。

１つの操作６０４は、複数の回析格子３１２、３１４、３１６、および／または、３１８それぞれに対応する複数の導波路領域を、１つの選択された紫外光強度パターンに露光するために実行される。この好ましい実施形態において、この紫外光強度パターンは、複数の導波路３０２、３０４、３０６、および／または、３０８の長手方向の複数の軸を横切る方向に設けられている。この露光により、複数の回析格子３１２、３１４、３１６、および／または、３１８のために、複数の導波路３０２、３０４、３０６、および／または、３０８の複数の領域に任意の格子間隔を備えた回析格子が書き込まれる。前述の通り、１つの適切なＫｒＦエキシマーレーザーを使用して、複数のドーピングされた導波路３０２、３０４、３０６、および、３０８領域を紫外光強度パターンに露光することができる。この紫外光強度パターンは、３００ミクロンの１つの高さを有することができる。ある１つの好ましい実施形態において、これら複数の導波路領域により占められた領域は、３００ミクロンより小さい１つの幅（または、高さ）を有する。したがって、この露光によって、全ての複数の回析格子を同時に、複数の回析格子の任意の１つを個別に、または、複数の回析格子の任意の部分セットを同時に、書き込むことができる。

本発明の複数の好ましい実施形態により、構築された複数の素子は、よりコンパクトで、より作製が簡単で、その上、より安価にすることができる。例えば、ある１つの好ましい実施形態において、フォトニック素子３００を、複数の回析格子３１２、３１４、３１６、および、３１８の１つ以上が、別個にアドレス指定が可能な１つの多重波長分割多重伝送（ＷＤＭ）フィルターとして構築することができる。例えば、素子３００は、２５ギガヘルツ（ＧＨｚ）間隔を有する複数のチャンネル分散補償導波路回析格子の１つの４０チャンネル・カスケード・シリーズであってもよい。したがって、素子３００は、６センチメートル長、および、２センチメートル幅であってもよい。複数の素子が複数のチャープ型導波路回析格子として構築されている複数の好ましい実施形態において、屈折率の１つの制御されたテーパ構造により、標準チャープド位相マスク手法により作製された複数の回析格子に問題を発生させる恐れのある「群遅延リップル」を著しく改善することができる。

図７は、本発明の１つの好ましい実施形態による、１つのフォトニック素子７００の１つの回路図である。フォトニック素子７００は、１つのＰＬＣプラットフォーム７５０の中または上に形成されたいくつかの複数の導波路７０２、７０４、７０６、７０８、および、７１０を含む。各導波路７０２、７０４、７０６、７０８、および、７１０は、１つの回析格子７１２、７１４、７１６、７１８、および、７２０を含む。複数の導波路７０２、７０４、７０６、７０８、および、７１０は、複数の導波路３０２、３０４、３０６、および、３０８と類似である。プラットフォーム７５０は、プラットフォーム１０４と類似である。

複数の回析格子７１２、７１４、７１６、７１８、および、７２０は、複数の格子間隔が公称上同一である複数のブラッグ回析格子であってもよいという点で、複数の回析格子７１２、７１４、７１６、７１８、および、７２０は、複数の回析格子１０６、１０８、および、１１０と類似である。複数の導波路の複数の回析格子領域３１２、３１４、３１６、および、３１８に異なった複数の屈折率を与えるために、各回析格子３１２、３１４、３１６、および、３１８は、１つの異なった幅を有するので、複数の中央波長は、異なるという点で、複数の回析格子７１２、７１４、７１６、７１８、および、７２０は、複数の回析格子３１２、３１４、３１６、および、３１８と類似である。１つ以上の複数の回析格子７１２、７１４、７１６、７１８、および／または、７２０の幅は、回析格子７２０について示されたようにテーパ構造になっているという点で、複数の回析格子７１２、７１４、７１６、７１８、および、７２０は、複数の回析格子３１２、３１４、３１６、および、３１８とは異なっている。周知のように、テーパ構造は、回析格子に１つの「チャープ」（すなわち、回析格子の長手方向に沿った複数の不均一な屈折率の１つの部分集合）を与える。チャープは、対称的に、非対称的に、漸増か漸減で変化してもよい。あるいは、チャープは、線形（すなわち、屈折率が回析格子の長さに対して直線的に変化する）であってもよい。チャープは、２次、ランダム、または離散的であってもよい。

本発明のある１つの好ましい実施形態において、複数の点７３０、７３２、７３４、および、７３６における回析格子７２０の幅は、それぞれ、７ミクロン、６ミクロン、５ミクロン、および、４ミクロンであってもよい。この記載の読了後、技術分野の複数の当業者は、さまざまな複数のチャープを構築する方法を容易に認識するであろう。

図８は、本発明の複数の好ましい実施形態による、フォトニック素子７００を作製するための１つの段階８００を示している１つのフローチャートである。機械読み取り可能な複数の命令を備えている１つの機械読み取り可能な媒体を使用して、１つの処理装置に段階８００を実行させてもよい。もちろん、段階８００は、単なる１つの段階の例に過ぎず、他の複数の段階を使用してもよい。複数のブロックが記載されている順序は、それら複数の操作が必ず順序通りであることを、または、複数の操作は、複数のブロックが提示されている順序で実行されることを、意味していると解釈されるべきではない。

１つの操作８０２は、複数の標準の半導体製造技術、例えば、注入、ドーピング、蒸着、物理蒸着法、イオンアシスト蒸着、フォトリソグラフィ、マグネトロンスパッタリング、電子ビームスパッタリング、マスキング、反応性イオンエッチング、および／または、技術分野の複数の当業者には周知の他の複数の半導体製造技術、を使って１つのＰＬＣプラットフォームの中または上にテーパ構造の複数の幅の複数の導波路を作製するために実行される。本発明のある１つの好ましい実施形態において、導波路７０２を断熱的にテーパ構造にしてもよい。例えば、複数の点７３０、７３２、７３４、および、７３６における導波路７０２の幅または高さは、それぞれ、７ミクロン、６ミクロン、５ミクロン、および、４ミクロンであってもよい。もちろん、他の複数の形状または複数の寸法は、他の複数の好ましい実施形態で可能である。

１つの操作８０４は、複数の回析格子７１２、７１４、７１６、および／または、７１８に対応する複数の導波路領域を、複数の導波路７０２、７０４、７０６、７０８、および、７１０を横切る方向で１つの選択された紫外光強度パターンに露光するために実行される。この強度パターンは、任意のゲート間隔を持つ各複数の回析格子７１２、７１４、７１６、および／または、７１８のために、複数の導波路７０２、７０４、７０６、７０８、および、７１０の複数の領域に回析格子を書き込むために創生される。この露光により、全ての複数の回析格子を同時に、複数の回析格子の任意の１つを個別に、または、複数の回析格子の任意の一部集合を同時に書き込むことができる。１つの好ましい実施形態において、紫外光強度パターンを創生するために、１つの適切なＫｒＦエキシマーレーザーが使用される。紫外光強度パターンは、５００ミクロンの高さを有してもよい。ある１つの好ましい実施形態において、複数の回析格子７１２、７１４、７１６、および／または、７１８に対応する複数の導波路領域は、相互に５００ミクロンより接近している。

図９は、本発明の複数の好ましい実施形態による、フォトニック素子を使用している１つのＷＤＭシステム９００の１つのブロック図である。ＷＤＭシステム９００は、１つの平面光波回路（ＰＬＣ）９０２を含み、平面光波回路（ＰＬＣ）９０２は、９０２の中または上に形成された１つの導波路９０４を有し、更に、複数の導波路９０４の中または上に複数の回析格子９１０、９１２、および９１４を有している。これら複数の回析格子は、上述のように形成されている。システム９００もまた、ＰＬＣ９０２によって受信される１つの光信号を供給する１つの光信号源９２０を含む。複数の回析格子９１０、９１２、および、９１４は、ＷＤＭシステムの複数の多重光チャンネル全てにわたって分散補償を与える。カスケードされた複数の回析格子９１０、９１２、および、９１４を通過した後、光信号は、他の光回路（示されていない）に伝搬することができる。別の好ましい実施形態（示されていない）において、ＰＬＣ９０２は、別個にアドレス指定可能な複数の導波路の中または上に形成され、複数のＷＤＭフィルターとして使用される類似の複数の回析格子を含む。

本発明の複数の好ましい実施形態は、ハードウエア、ソフトウエア、または、ハードウエアとソフトウエアの組み合わせを使用して構築することができる。ソフトウエアを使った複数の構築において、ソフトウエアは、１つのコンピュータプログラム製品（例えば、１つの光ディスク、１つの磁気ディスク、１つのフロッピーディスク、など）、または、１つのプログラム記憶装置（例えば、１つの光ディスクドライブ、１つの磁気ディスクドライブ、１つのフロッピーディスクドライブ、など）に保存することができる。

本発明の複数の好ましい実施形態を図で示した前述の記載は、本発明の複数の好ましい実施形態を網羅し、あるいは、開示された厳密な形式に限定することを意図するものではない。本発明の具体的で明確な複数の好ましい実施形態、および、複数の具体例は、複数の説明目的のために本明細書中に記載されているとはいえ、さまざまな等価の複数の変更が可能であることは、技術分野の複数の当業者には理解いただけるであろう。これら複数の変更は、上記の詳細な説明に鑑みて、本発明の複数の好ましい実施形態に包含することができる。

次の複数の特許請求の範囲で使用される複数の専門用語は、本発明を、本明細書および複数の特許請求の範囲において開示した複数の具体的で明確な好ましい実施形態に限定するものと解釈されるべきではない。むしろ、本発明の複数の好ましい実施形態の範囲は、次の複数の特許請求の範囲により全面的に決定されるべきであり、かつ、特許請求の範囲の解釈について確立されている複数の原則に従って解釈されるべきである。

本発明の１つの好ましい実施形態による、１つのフォトニック素子の１つの回路図である。 本発明の複数の好ましい実施形態による、図１のフォトニック素子を作製するための１つの取り組み方法を説明している１つのフローチャートである。 本発明の１つの別の好ましい実施形態による、１つのフォトニック素子の１つの回路図である。 本発明の複数の好ましい実施形態による、図３のフォトニック素子を作製するための１つの取り組み方法を説明している１つのグラフである。 本発明の別の好ましい実施形態による、１つのフォトニック素子の１つの回路図である。 本発明の複数の好ましい実施形態による、図５のフォトニック素子を作製するための１つの取り組み方法を説明している１つのフローチャートである。 本発明の１つの好ましい実施形態による、１つのフォトニック素子の１つの回路図である。 本発明の複数の好ましい実施形態による、図７で説明されたフォトニック素子を作製するための１つの段階を説明している１つのフローチャートである。 本発明の複数の好ましい実施形態による、複数のフォトニック素子を作製するための１つのシステムの１つの高位ブロック線図である。

Claims (30)

1. １つの単一平面光波回路（ＰＬＣ）の中または上に複数の多重回析格子を作製する１つの方法であって、前記方法は、
   １つの導波路の中に複数の異なった有効屈折率を有する１つのセットになった複数の領域を形成する段階と、
   １つのセットになった複数の回析格子を形成するために前記セットになった複数の領域を１つの紫外線（ＵＶ）強度パターンに露光する段階と、
   を備え、
   前記セットになった複数の回析格子が、実質的に同一のゲート間隔および複数の異なった中央波長を有する、
   方法。
2. 前記セットになった複数の領域が、同時に露光される、請求項１に記載の方法。
3. 前記セットになった複数の領域が、実質的に同一の複数の幅特性を有する、請求項１に記載の方法。
4. 前記セットになった複数の領域が、前記導波路の１つの長手方向の軸に沿って変化する複数の幅特性を有する、請求項３に記載の方法。
5. 前記セットになった複数の領域の各領域が前記セットになった複数の領域の前記他の複数の領域のドーピングパラメータとは異なる１つのドーピングパラメータを有するように、前記セットになった複数の領域を形成する段階が、前記セットになった複数の異なった領域をドーピングする段階を備える、請求項１に記載の方法。
6. 前記セットになった複数の領域の１つの領域が、１つの第１の濃度の１つの選択されたドーパントでドーピングされ、前記セットになった複数の領域のもう１つの領域が、前記第１の濃度とは異なる１つの第２の濃度の前記選択されたドーパントでドーピングされている、請求項５に記載の方法。
7. ドーピング後、前記セットになった複数の領域の１つの領域が、前記セットになった複数の領域のもう１つの領域に含まれていない１つのドーパントを含む、請求項５に記載の方法。
8. 前記セットになった複数の領域の１つの領域の１つのコア層がドーピングされている、請求項５に記載の方法。
9. 前記セットになった複数の領域の１つの領域の１つのクラッド層がドーピングされている、請求項５に記載の方法。
10. 前記セットになった複数の領域を形成する段階が、前記セットになった複数の領域の１つの第２の領域の形状寸法とは異なる１つの形状寸法を持つ前記セットになった複数の領域の１つの第１の領域を形成する段階を備える、請求項１に記載の方法。
11. 前記第１の領域が、前記第２の領域の深さとは異なる１つの深さを有する、請求項１０に記載の方法。
12. 前記第１の領域が、前記第２の領域の幅とは異なる１つの幅を有する、請求項１０に記載の方法。
13. 前記セットになった複数の回析格子が、チャープ構造になっている、請求項１に記載の方法。
14. 前記セットになった複数の領域の複数の領域が相互に最も近くなるように、前記導波路が１つのパターン内に配置されている、請求項１に記載の方法。
15. 前記セットになった複数の領域を形成する段階が、前記セットになった複数の領域の選択された複数の区域を水素化する段階を備える、請求項１に記載の方法。
16. 前記選択された複数の区域を水素化する段階の前に、前記選択された複数の区域を光で前露光する段階を更に備える、請求項１５に記載の方法。
17. 前記選択された複数の区域を水素化するためにイオン注入が使われる、請求項１５に記載の方法。
18. 請求項１に記載の前記段階により形成された１つの製品。
19. １つの平面光波回路（ＰＬＣ）であって、
    １つの第１の中央波長を有する１つの第１の回析格子であって、１つの第１の有効屈折率および１つの格子間隔特性を有する前記第１の回析格子と、
    １つの第２の中央波長を有する１つの第２の回析格子であって、前記第１の回析格子の有効屈折率とは異なる１つの第２の有効屈折率と、前記第１の回析格子の回析格子特性と実質的に同一である１つの回析格子特性と、を有する前記第２の回析格子と
    を備える、ＰＬＣ。
20. 前記第１および第２の複数の回析格子が同時に書き込まれる、請求項１９に記載のＰＬＣ。
21. 前記第１および第２の複数の回析格子が、異なった複数のドーピング特性を有する前記ＰＬＣの複数の領域内に形成されている、請求項１９に記載のＰＬＣ。
22. 前記第１の回析格子の前記領域が、１つの第１の濃度の１つの第１のドーパントでドーピングされ、前記第２の回析格子の前記領域が、前記第１の濃度とは異なる１つの第２の濃度の前記第１のドーパントでドーピングされている、請求項２１に記載のＰＬＣ。
23. 前記第１の回析格子の前記領域が、前記第２の回析格子の前記領域に含まれていない１つのドーパントを含む、請求項２１に記載のＰＬＣ。
24. 前記第１および第２の複数の回析格子が異なった複数の形状寸法を有する、請求項１９に記載のＰＬＣ。
25. 前記第１および第２の複数の回析格子がチャープ構造である、請求項１９に記載のＰＬＣ。
26. 前記第１および第２の複数の回析格子が、１つの単一導波路の１つの伝搬経路の一部を形成している、請求項１９に記載のＰＬＣ。
27. 前記第１および第２の複数の回析格子が、前記ＰＬＣの中または上に形成された１つの第１の導波路および１つの第２の導波路それぞれの中または上に配置されている、請求項１９に記載のＰＬＣ。
28. １つのシステムであって、
    １つの光信号源と、
    １つの光波伝搬媒体と、
    前記光信号媒体を通して前記光信号源に連結された１つの平面光波回路（ＰＬＣ）と、
    を備え、
    前記ＰＬＣが、
    １つの第１の中央波長を有する１つの第１の回析格子であって、１つの第１の有効屈折率および１つの格子間隔特性を有する前記第１の回析格子と、
    １つの第２の中央波長を有する１つの第２の回析格子であって、前記第１の回析格子の有効屈折率とは異なる１つの第２の有効屈折率を有する前記第２の回析格子と、
    を有する、システム。
29. 前記第１および第２の複数の回析格子が、異なった複数のドーピング特性を有する前記ＰＬＣの複数の領域内に形成されている、請求項２８に記載のシステム。
30. 前記第１および第２の複数の屈折率が異なるようになるよう、前記第１および第２の複数の回析格子が異なった形状寸法を有する、請求項２８に記載のＰＬＣ。

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