JP2018520385A - 表面グレーティングカプラ及びエッジカプラを有する光スイッチ - Google Patents

表面グレーティングカプラ及びエッジカプラを有する光スイッチ Download PDF

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Abstract

フォトニック集積回路（ＰＩＣ）（６００）は、光スイッチ（６５０）と、光スイッチ（６５０）に結合された、第１の入力エッジカプラ（６２０）を含む複数の入力エッジカプラ（６２０）と、光スイッチ（６５０）に結合された、第１の入力表面グレーティングカプラ（ＳＧＣ）（６３０）を含む複数の入力ＳＧＣ（６３０）と、光スイッチ（６５０）に結合された、第１の出力エッジカプラ（６２０）を含む複数の出力エッジカプラ（６２０）と、光スイッチ（６５０）に結合された、第１の出力ＳＧＣ（６３０）を含む複数の出力ＳＧＣ（６３０）とを有する。ＰＩＣ（６００）を製造する方法（１１００）は、シリコン基板をパターニング及びエッチングして、第１の光スイッチ（６５０）と、第１の光スイッチ（６５０）に結合された第１の表面グレーティングカプラ（ＳＧＣ）（６３０）と、第１の光スイッチ（６５０）に結合された第１のエッジカプラ（６２０）とを作り出すことを有する。

Description

本出願は、２０１５年７月７日に出願された“Optical Switches with Surface Grating Couplers and Edge Couplers”というタイトルの米国特許出願第１４／７９３，４０１号への優先権及びその利益を主張するものであり、あたかもその全体が再現されるかのように、それをここに援用する。
典型的にシリコン材料に基づくものであるエレクトロニック集積回路とは異なり、フォトニック集積回路（ＰＩＣ）は、例えばニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、シリカ・オン・シリコン、シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、及びインジウム燐（ＩｎＰ）などの、数多くの異なる種類の材料に基づき得る。さらに、ＰＩＣは、エレクトロニック集積回路よりも少ない電力を消費するとともに、その他の利点も有する。ＰＩＣは、典型的に、光又は光信号を１つの光学コンポーネントから別の光学コンポーネントへと選択的にスイッチングすることを可能にする光スイッチを含む。スイッチングとは、可変の経路を介して入力から出力へ信号を移動させることを指す。可変の経路は、速度及びその他のメトリックに基づいて選択され得る。ＰＩＣはまた、典型的に、光スイッチから他の光学コンポーネントへと光信号を結合する光カプラを含め、他の光学コンポーネントも含んでいる。
一実施形態において、本開示は、光スイッチと、上記光スイッチに結合された、第１の入力エッジカプラを含む複数の入力エッジカプラと、上記光スイッチに結合された、第１の入力表面グレーティングカプラ（ＳＧＣ）を含む複数の入力ＳＧＣと、上記光スイッチに結合された、第１の出力エッジカプラを含む複数の出力エッジカプラと、上記光スイッチに結合された、第１の出力ＳＧＣを含む複数の出力ＳＧＣと、を有するＰＩＣを含む。
他の一実施形態において、本開示は、複数の入力エッジカプラと、複数の入力ＳＧＣと、上記入力エッジカプラ及び上記入力ＳＧＣに結合され、上記入力エッジカプラ及び上記入力ＳＧＣから入力光信号の第１成分を受け取るように構成された第１の光スイッチと、上記入力エッジカプラ及び上記入力ＳＧＣに結合され、上記入力エッジカプラ及び上記入力ＳＧＣから上記入力光信号の第２成分を受け取るように構成された第２の光スイッチと、を有する装置を含む。
更なる他の一実施形態において、本開示は、フォトニック集積回路（ＰＩＣ）を製造する方法であって、シリコン基板をパターニング及びエッチングして、第１の光スイッチと、上記第１の光スイッチに結合された第１のＳＧＣと、上記第１の光スイッチに結合された第１のエッジカプラとを作り出す、ことを有する方法を含む。
これら及びその他の特徴が、添付の図面及び請求項とともに用いられる以下の詳細な説明から、より明瞭に理解されることになる。
本開示の、より完全なる理解のため、同様の部分を同様の参照符号が表す添付図面及び詳細説明に関連して、以下の簡単な説明を参照しておく。
光スイッチの模式図である。 Ｂｅｎｅｓネットワークを有する光スイッチの模式図である。 エッジカプラに結合された光スイッチの模式図である。 ＳＧＣに結合された光スイッチの模式図である。 単偏光（single-polarization）ＳＧＣ（ＳＰＳＧＣ）に結合された光スイッチの模式図である。 開示の一実施形態に従った、エッジカプラ及びＳＧＣの双方に結合されたＰＩＣの模式図である。 開示の一実施形態に従った、エッジカプラに結合された偏光ダイバース（polarization-diverse）ＰＩＣの模式図である。 開示の一実施形態に従った、ＳＧＣに結合された偏光ダイバースＰＩＣの模式図である。 偏光分離（polarization-splitting）ＳＧＣ（ＰＳＳＧＣ）の模式図である。 開示の一実施形態に従った、エッジカプラ及びＳＧＣの双方に結合された偏光ダイバースＰＩＣの模式図である。 開示の一実施形態に従った、光信号をスイッチングする方法を例示するフローチャートである。
最初に理解されるべきことには、１つ以上の実施形態の例示的な実装が以下にて提示されるが、開示されるシステム及び／又は方法は、現に知られていようと又は後に開発されようと、幾つもの技術を用いて実装され得る。この開示は決して、ここに図示して記述される設計及び実装を含めて、以下に例示される例示的な実装、図面及び技術に限定されるべきものでなく、添付の請求項の範囲及びそれらの完全なる均等範囲の中で変更され得るものである。
光スイッチは、複雑なことがあり、ＰＩＣウエハのかなりの部分を占めることがある。光スイッチのたった１つのコンポーネントの故障が、光スイッチ全体を故障させることがある。欠陥ある光スイッチは製造コストを増加させる。現行のプロセス制御モニタは、光スイッチの中の欠陥箇所の検出を可能にしていない。光カプラが、シリコン導波路を含む試験コンポーネントに光スイッチを結合する。光カプラの一タイプであるエッジカプラは、低い光損失及び偏光依存性を提供するので、良好な光結合をもたらす。偏光依存性は、異なる偏光を持つ光信号が、結合損失、及び異なる偏光に基づくその他のメトリックに関して、異なるように作用することを意味する。偏光無依存性は、特に、特定の偏光を維持せず、それ故に、未知の偏光を持つ入力光信号を有するファイバにとって、望ましい特性である。しかしながら、エッジカプラは、ＰＩＣ製造の最後においてウエハが別々のＰＩＣすなわちダイ（dice）へと分割されるときにのみ形成され得る。従って、ＰＩＣ製造の最後よりも前に、欠陥ある光スイッチを検出することが望まれる。
拡張された光スイッチを含む改善されたＰＩＣ及び光スイッチに関する実施形態がここに開示される。具体的には、開示される実施形態は、ＰＩＣ製造の最後よりも前に形成され得るものであるＳＧＣを用いた、製造中の光スイッチの試験を提供する。具体的には、特に、ウエハが、マスキング、エッチング、ドーピング、及び成長の数多くの後続処理を必要とする能動コンポーネントを含むとき、ＳＧＣを有する光スイッチは、典型的には製造プロセス中の早期であるウエハ上でのＳＧＣのエッチング後すぐに試験され得る。ＳＧＣは、光信号の偏光特性に応じて、ＳＰＳＧＣ又はＰＳＳＧＣとし得る。製造中に光スイッチを試験することにより、欠陥ある光スイッチが製造完了前に発見され、故に、製造コストが低減される。さらに、開示される実施形態は、エッジカプラを用いた、製造終了時又は製造後の光スイッチの試験を提供する。エッジカプラは、効率及び帯域幅に関して、ＳＧＣよりも良好に作用し得る。製造終了時又は製造後に光スイッチを試験することにより、欠陥ある光スイッチを、顧客がそれらを受け取る前に発見することができ、故に、顧客満足度を向上し得る。また、ＳＧＣ及びエッジカプラの双方を提供することにより、開示される実施形態は、ＰＩＣがウエハエッジ及びウエハ表面の双方でファイバに結合することを可能にし、故に、増加された数のファイバ入力及び出力を提供する。
光スイッチは、Ｎ×Ｍとして表記されることができ、ここで、Ｎは入力の数を表し、Ｍは出力の数を表す。Ｎ及びＭは、任意の正の整数であり、同じであってもよい。光スイッチの基本構築ブロックがセルである。セルは、Ｉ×Ｊとして表記されることができ、ここで、Ｉはセル入力の数を表し、Ｊはセル出力の数を表す。Ｉ及びＪは、任意の正の整数であり、同じであってもよい。例えば、セルは、１×２、２×１、又は２×２とし得る。従って、セルは、入力と、出力と、これら２つを接続する経路とを有するスイッチ内の最小物理単位として規定され得る。
図１は、光スイッチ１００の模式図である。スイッチ１００は、入力セル１２０と、内部アーキテクチャ１４０と、出力セル１６０とを含んでいる。スイッチ１００のコンポーネントは、図示のように構成されてもよいし、又はその他の好適なやり方で構成されてもよい。各入力セル１２０は、１つの第１の入力１１０と、２つの第１の出力１３０とを含んでおり、従って、１×２セルとして参照され得る。あるいは、各入力セル１２０は、内１つが不使用とされ得る２つの第１の入力１１０と、２つの第１の出力１３０と含む。内部アーキテクチャ１４０は、複数のセルと、光スイッチングに好適なそれらセル間の接続との構成を有する。各出力セル１６０は、２つの第２の入力１５０と、１つの第２の出力１７０とを含んでおり、従って、２×１セルとして参照され得る。あるいは、各出力セル１６０は、２つの第２の入力１５０と、内１つが不使用とされ得る２つの第２の出力１７０とを含む。
スイッチ１００は、入力セル１２０が１×２セルであり、出力セル１６０が２×１セルであり、そして、内部アーキテクチャ１４０が任意の好適なアーキテクチャであるため、拡張スイッチとして参照される。拡張スイッチは概して、良好なクロストーク抑圧を提供する。動作において、第１の入力１１０のうちの１つが光信号を受け取り、スイッチ１００が、受け取った命令に基づいて、内部アーキテクチャ１４０を介して、光信号を第２の出力１７０のうちの１つに導き、そして、第２の出力１７０の１つが光信号を出力する。
図２は、Ｂｅｎｅｓネットワークを有する光スイッチ２００の模式図である。スイッチ２００は、内部アーキテクチャ１４０とは異なる内部アーキテクチャ２２０をスイッチ２００が有することを除いて、スイッチ１００と同様である。具体的には、内部アーキテクチャ２２０は、Ｂｅｎｅｓネットワークの形態で構成されたセル２３０を含んでいる。Ｂｅｎｅｓネットワークは、２ｘ入力を、２ｘ出力に、２ｘ−１階層の２×２スイッチを介して接続する。階層は、セルの並列グルーピングである。スイッチ２００では、ｘは２であり、故に、内部アーキテクチャ２２０は、２２＝４個の入力２１０を、２２＝４個の出力２５０に、２（２）−１＝３個の階層２４０を介して接続している。Ｂｅｎｅｓネットワークは、再構成可能であり、非ブロッキング性であり、任意の並べ替えを実現することができる。ブロッキングは、異なる入力及び出力を接続する光信号経路が重なり合うときに起こる。
図３は、エッジカプラ３１０に結合された光スイッチ３００の模式図である。スイッチ３００は、スイッチ３００がエッジカプラ３１０に結合されていることを除いて、スイッチ１００と同様である。具体的には、スイッチ３００の入力３２０及び出力３３０の双方がエッジカプラ３１０に結合されている。エッジカプラ３１０は、試験及び実装の目的で、光ファイバ及びその他のコンポーネント（図示せず）への光結合を提供する。上述のように、エッジカプラは、最良の光結合を提供するが、製造の最後においてのみ形成されることができる。
図４は、ＳＧＣ４１０に結合された光スイッチ４００の模式図である。スイッチ４００は、スイッチ４００がエッジカプラ３１０の代わりにＳＧＣ４１０に結合されていることを除いて、スイッチ３００と同様である。具体的には、スイッチ４００の入力４２０及び出力４３０の双方にＳＧＣ４１０が結合されている。ＳＧＣ４１０は、試験及び実装の目的で、光ファイバ及びその他のコンポーネント（図示せず）への光結合を提供する。上述のように、ＳＧＣは製造中に形成されることができ、故に、スイッチ４００は、製造中にＳＧＣ４１０を用いて試験され得る。ＳＧＣ４１０は１つの入力４２０のみに結合しているので、ＳＧＣ４１０はＳＰＳＧＣである。
図５は、ＳＰＳＧＣ５００の模式図である。このＳＰＳＧＣ５００は、ＳＧＣ４１０のうちの何れともし得る。ＳＰＳＧＣ５００は、回折格子（grating）５１０及び導波路５２０を含んでいる。回折格子５１０は、シャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ）エッチングによって作製され、様々な幅のものである。回折格子５１０は、面外にある入力光信号を、面内にある導波路５２０に結合する散乱中心を提供する。例えば、入力光信号は、紙面に垂直又は略垂直なようにＳＰＳＧＣ５００と接触し得る。導波路５２０は、回折格子５１０から入力光信号を受け取り、入力光信号をより狭い光信号へと集光し、そして、出力光信号を面内的に光スイッチ又はその他のコンポーネントに出力する。例えば、出力光信号は、紙面の左側に向かって進行し得る。
図６は、エッジカプラ６２０及びＳＧＣ６３０の双方に結合されたＰＩＣ６００の模式図である。ＰＩＣ６００はチップ６１０を含んでいる。チップ６１０は、主としてシリコン（Ｓｉ）のチップ又はＳＯＩチップであり、光スイッチ６５０を含んでいる。スイッチ６５０は、スイッチ６５０がエッジカプラ６２０及びＳＧＣ６３０の双方に結合されていることを除いて、スイッチ３００、４００と同様である。具体的には、入力セル６４０及び出力セル６６０の双方がエッジカプラ６２０に結合され、また、入力セル６４０及び出力セル６６０の双方がＳＧＣ６３０に結合されている。エッジカプラ６２０は、スイッチ６５０の製造の最後において形成されることができ、故に、スイッチ６５０は、製造の最後に試験され得る。ＳＧＣ６３０は、スイッチ６５０の製造中に形成されることができ、故に、スイッチ６５０は、製造中に試験され得る。故に、スイッチ６５０は、製造中、製造終了時、及び製造後に試験され得る。
スイッチ１００、３００、４００の場合と異なり、エッジカプラ６２０及びＳＧＣ６３０の双方を受け入れるために、入力セル６４０は２×２セルであり、出力セル６６０は２×２セルである。入力セル６４０は、１×２の入力セル１２０と同様とし得るが、追加の入力ポートを含んでおり、出力セル６６０は、２×１の出力セル１６０と同様とし得るが、追加の出力ポートを含んでいる。入力セル６４０及び出力セル６６０への変更は、スイッチ６５０のスイッチング機能に影響を与えず、スイッチ６５０は、スイッチ１００、２００、３００、４００と同様に機能する。スイッチ６５０はなおも、追加の入力セル６４０ポート及び出力セル６６０ポートを持つ拡張アーキテクチャを有すると見なされ得る。スイッチ６５０内では入力セル１２０及び出力セル１６０が２×２セルであるので、ＰＩＣ６００の中でスイッチ６５０の外側に追加のスプリッタ又はスイッチは必要とされず、故にコストが節減される。
図７は、エッジカプラ７２０に結合された偏光ダイバースＰＩＣ７００の模式図である。ＰＩＣ７００はチップ７１０を含んでいる。チップ７１０は、主としてシリコン（Ｓｉ）のチップ又はＳＯＩチップであり、第１の光スイッチ７５０及び第２の光スイッチ７６０を含んでいる。第１のスイッチ７５０及び第２のスイッチ７６０は、第１のスイッチ７５０及び第２のスイッチ７６０がエッジカプラ７２０に結合している点で、スイッチ３００と同様である。しかし、エッジカプラ３１０が、１つのみの入力３２０及び故に１つのみの入力セルに結合し、及び１つのみの出力３３０及び故に１つのみの出力セルに結合するものであるのと異なり、各エッジカプラ７２０が、入力ＰＳＲ７３０を介して２つの入力セル７４０のそれぞれに結合し、及び出力ＰＳＲ７８０を介して２つの出力セル７７０のそれぞれに結合している。故に、ＰＩＣ７００は、偏光ダイバーシティを提供する。
動作において、第１のエッジカプラ７２０が、第１の偏光を持つ第１成分と第２の偏光を持つ第２成分とを含む入力光信号を受け取る。第１の偏光及び第２の偏光は、互いに垂直又は直交であるとし得る。第１成分はトランスバースエレクトリック（ＴＥ）成分として参照されることができ、第２成分はトランスバースマグネティック（ＴＭ）成分として参照されることができる。第１のエッジカプラ７２０が、入力光信号を入力ＰＳＲ７３０に出力する。入力ＰＳＲ７３０が、入力光信号を第１成分と第２成分とに分離し、第１成分を第１のスイッチ７５０に出力するとともに、第２成分も第１の偏光を持つように第２成分を回転させて、第２成分を第２のスイッチ７６０に出力する。第１のスイッチ７５０が、第１成分をスイッチングして第１成分を出力ＰＳＲ７８０に出力し、第２のスイッチ７６０が、第２成分をスイッチングして第２成分を出力ＰＳＲ７８０に出力する。出力ＰＳＲ７８０が、第２成分が再び第２の偏光を持つように第２成分を回転させ、第１成分と第２成分とを結合して出力光信号を形成し、そして、出力光信号を第２のエッジカプラ７２０に出力する。最後に、第２のエッジカプラ７２０が、出力光信号を出力する。
図８は、ＳＧＣ８２０に結合された偏光ダイバースＰＩＣ８００の模式図である。ＰＩＣ８００はチップ８１０を含んでいる。チップ８１０は、主としてシリコン（Ｓｉ）のチップ又はＳＯＩチップであり、第１の光スイッチ８４０及び第２の光スイッチ８５０を含んでいる。第１のスイッチ８４０及び第２のスイッチ８５０は、第１のスイッチ８４０及び第２のスイッチ８５０がＳＧＣ８２０に結合している点で、スイッチ４００と同様である。しかし、ＳＧＣ４１０が、１つのみの入力４２０及び故に１つのみ入力セルに結合し、及び１つのみの出力４３０及び故に１つのみの出力セルに結合するものであるのと異なり、各ＳＧＣ８２０が、２つの入力セル８３０のそれぞれ又は２つの出力セル８６０のそれぞれに結合している。故に、ＰＩＣ８００は、偏光ダイバーシティを提供する。
動作において、第１のＳＧＣ８２０が、第１の偏光を持つ第１成分と第２の偏光を持つ第２成分とを含む入力光信号を受け取る。第１の偏光及び第２の偏光は、互いに垂直又は直交であるとし得る。第１成分はＴＥ成分として参照されることができ、第２成分はＴＭ成分として参照されることができる。第１のＳＧＣ８２０が、第１成分が第１の偏光を維持し且つ第２成分も第１の偏光を持つように、入力光信号を分解する。第１のＳＧＣ８２０が、第１成分を第１の入力セル８３０を介して第１のスイッチ８４０に出力するとともに、第２成分を第２の入力セル８３０を介して第２のスイッチ８５０に出力する。第１のスイッチ８４０が、第１成分をスイッチングして、第１成分を第１の出力セル８６０を介して第２のＳＧＣ８２０に出力し、第２のスイッチ７６０が、第２成分をスイッチングして、第２成分を第２の出力セル８６０を介して第２のＳＧＣ８２０に出力する。第２のＳＧＣ８２０が、第１成分が第１の偏光を維持し且つ第２成分が第２の偏光を持つように、第１成分及び第２成分を出力光信号へと組み立てる。最後に、第２のＳＧＣ８２０が、出力光信号を出力する。
図９は、ＰＳＳＧＣ９００の模式図である。ＰＳＳＧＣ９００は、ＳＧＣ８２０のうちの何れともし得る。ＰＳＳＧＣ９００は、偏光分離回折格子９１０と、第１の導波路９２０と、第２の導波路９３０とを含んでいる。ＰＳＳＧＣ９００は、ＳＰＳＧＣ５００と同様である。しかし、回折格子５１０とは異なり、回折格子９１０は、第１の偏光を持つ第１成分と第２の偏光を持つ第２成分とを含んだ面外にある入力光信号を結合し、そして、第１成分と第２成分とを分離する。第１の偏光及び第２の偏光は、互いに垂直又は直交であるとすることができ、第１成分はＴＥ成分として参照されることができ、第２成分はＴＭ成分として参照されることができる。回折格子９１０は、第１成分が第１の偏光を維持し且つ第２成分も第１の偏光を持つように、入力光信号を分解する。第１の導波路９２０は、回折格子９１０から第１成分を受け取り、第１成分をより狭い成分へと集光し、そして、第１の出力光信号を面内的に光スイッチ又はその他のコンポーネントに出力する。同様に、第２の導波路９３０は、回折格子９１０から第２成分を受け取り、第２成分をより狭い成分へと集光し、そして、第２の出力光信号を面内的に光スイッチ又はその他のコンポーネントに出力する。第１の導波路９２０及び第２の導波路９３０、及び故に、第１の出力光信号及び第２の出力光信号は、互いに９０度の角度で紙面に沿って、ＰＳＳＧＣ９００を出て行き得る。さらに、ＰＳＳＧＣ９００は、上述のものとは逆にして光信号を処理し得る。
図１０は、エッジカプラ１０２０及びＳＧＣの双方に結合された偏光ダイバースＰＩＣ１０００の模式図である。ＰＩＣ１０００はチップ１０１０を含んでいる。チップ１０１０は、主としてシリコンのチップ又はＳＯＩチップであり、第１の光スイッチ１０６０及び第２の光スイッチ１０７０を含んでいる。第１の光スイッチ１０６０及び第２のスイッチ１０７０は、第１のスイッチ１０６０及び第２のスイッチ１０７０がエッジカプラ１０２０及びＳＧＣ１０４０の双方に結合している点で、スイッチ６００と同様である。しかし、エッジカプラ６２０が、１つのみの入力セル６４０及び１つのみの出力セル６６０に結合するものであるのと異なり、各エッジカプラ１０２０が、入力ＰＳＲ１０３０を介して２つの入力セル１０５０のそれぞれに、又は出力ＰＳＲ１０９０を介して２つの出力セル１０８０のそれぞれに結合している。さらに、ＳＧＣ６３０が、１つのみの入力セル６４０及び１つのみの出力セル６６０に結合するものであるのと異なり、各ＳＦＣ１０４０が、２つの入力セル１０５０のそれぞれ又は２つの出力セル１０８０のそれぞれに結合している。故に、第１のスイッチ１０６０及び第２のスイッチ１０７０は、製造中、製造終了時、及び製造後に試験されることができ、ＰＩＣ１０００は偏光ダイバーシティを提供する。
ＰＩＣ１０００は、少なくとも２つの動作を実行する。第１の動作において、第１のエッジカプラ１０２０が、第１の偏光を持つ第１成分と第２の偏光を持つ第２成分とを含む入力光信号を受け取る。第１の偏光及び第２の偏光は、互いに垂直又は直交であるとすることができ、第１成分はＴＥ成分として参照されることができ、第２成分はＴＭ成分として参照されることができる。第１のエッジカプラ１０２０が、入力光信号を入力ＰＳＲ１０３０に出力する。入力ＰＳＲ１０３０が、入力光信号を第１成分と第２成分とに分離し、第１成分を第１のスイッチ１０６０に出力するとともに、第２成分も第１の偏光を持つように第２成分を回転させて、第２成分を第２のスイッチ１０７０に出力する。第１のスイッチ１０６０が、第１成分をスイッチングして第１成分を出力ＰＳＲ１０９０に出力し、第２のスイッチ１０７０が、第２成分をスイッチングして第２成分を出力ＰＳＲ１０９０に出力する。出力ＰＳＲ１０９０が、第２成分が再び第２の偏光を持つように第２成分を回転させ、第１成分と第２成分とを結合して出力光信号を形成し、そして、出力光信号を第２のエッジカプラ１０２０に出力する。最後に、第２のエッジカプラ１０２０が、出力光信号を出力する。
第２の動作において、第１のＳＧＣ１０４０が、第１の偏光を持つ第１成分と第２の偏光を持つ第２成分とを含む入力光信号を受け取る。第１の偏光及び第２の偏光は、互いに垂直又は直交であるとすることができ、第１成分はＴＥ成分として参照されることができ、第２成分はＴＭ成分として参照されることができる。第１のＳＧＣ１０４０が、第１成分が第１の偏光を維持し且つ第２成分も第１の偏光を持つように、入力光信号を分解する。第１のＳＧＣ１０４０が、第１成分を第１の入力セル１０５０を介して第１のスイッチ１０６０に出力するとともに、第２成分を第２の入力セル１０５０を介して第２のスイッチ１０７０に出力する。第１のスイッチ１０６０が、第１成分をスイッチングして、第１成分を第１の出力セル１０８０を介して第２のＳＧＣ１０４０に出力し、第２のスイッチ１０７０が、第２成分をスイッチングして、第２成分を第２の出力セル１０８０を介して第２のＳＧＣ１０４０に出力する。第２のＳＧＣ１０４０が、第１成分が第１の偏光を維持し且つ第２成分が第２の偏光を持つように、第１成分及び第２成分を出力光信号へと組み立てる。最後に、第２のＳＧＣ１０４０が、出力光信号を出力する。
図１１は、ＰＩＣを製造する方法１１００を例示するフローチャートである。ＰＩＣは、ＰＩＣ６００、１０００のうちの一方とし得る。方法１１００は、製造中、製造終了時、又は製造後にＰＩＣ６００、１０００を試験するために完了され得る。
ステップ１１１０にて、シリコン基板がパターニング及びエッチングされて、第１の光スイッチと、第１の光スイッチに結合された第１のＳＧＣと、第１の光スイッチに結合された第１のエッジカプラとが作り出される。このパターニング及びエッチングはまた、上記基板に取り付けられ且つ第１のＳＧＣ及び第１のエッジカプラに結合された第２の光スイッチを作り出し得る。このパターニング及びエッチングはまた、第１のエッジカプラと、第１の光スイッチと、第２の光スイッチとに結合された、上記基板上のＰＳＲを作り出すことができ、該ＰＳＲは、第１のエッジカプラと第１の光スイッチとの間且つ第１のエッジカプラと第２の光スイッチとの間に位置するようにされる。このパターニング及びエッチングはまた、第１の光スイッチに結合された、上記基板上の第２のＳＧＣと、第１の光スイッチに結合された、上記基板上の第２のエッジカプラとを作り出し得る。第１のＳＧＣ及び第１のエッジカプラは、第１の光スイッチへの入力を提供し、第２のＳＧＣ及び第２のエッジカプラは、第１の光スイッチからの出力を提供する。
ステップ１１２０にて、ＰＩＣが基板からダイシングされる。ＰＩＣは、第１の光スイッチと、第１のＳＧＣと、第１のエッジカプラとを有する。ＰＩＣはまた、第２の光スイッチと、ＰＳＲスイッチと、第２のＳＧＣと、及び第２のエッジカプラとを有し得る。
本開示にて幾つかの実施形態を提示したが、理解されるべきことには、開示されたシステム及び方法は、本開示の精神又は範囲を逸脱することなく、数多くのその他の具体的形態でも具現化され得るものである。ここでの例は、限定的なものではなく、例示的なものと見なされるべきであり、意図することは、ここに与えられた詳細事項に限定されるべきでないということである。例えば、これらの様々な要素又はコンポーネントは、他のシステムにおいて結合あるいは統合されてもよく、あるいは、特定の機構が省略されたり、実装されなかったりしてもよい。
また、様々な実施形態において個別あるいは別個であるように記載及び図示された技術、システム、サブシステム及び方法が、本開示の範囲を逸脱することなく、他のシステム、モジュール、技術又は方法と結合あるいは統合され得る。互いに結合され、直接的に結合され、あるいは通信するように図示あるいは説明されたその他の品目が、電気的、機械的、あるいはその他であろうと、何らかのインタフェース、装置又は中間コンポーネントを介して間接的に結合され、あるいは通信してもよい。変形、代用及び改変のその他の例が、当業者によって解明可能であり、ここに開示された精神及び範囲を逸脱することなく為され得る。
本開示の、より完全なる理解のため、同様の部分を同様の参照符号が表す添付図面及び詳細説明に関連して、以下の簡単な説明を参照しておく。
光スイッチの模式図である。 Ｂｅｎｅｓネットワークを有する光スイッチの模式図である。 エッジカプラに結合された光スイッチの模式図である。 ＳＧＣに結合された光スイッチの模式図である。 単偏光（single-polarization）ＳＧＣ（ＳＰＳＧＣ）に結合された光スイッチの模式図である。 開示の一実施形態に従った、エッジカプラ及びＳＧＣの双方に結合されたＰＩＣの模式図である。 開示の一実施形態に従った、エッジカプラに結合された偏光ダイバース（polarization-diverse）ＰＩＣの模式図である。 開示の一実施形態に従った、ＳＧＣに結合された偏光ダイバースＰＩＣの模式図である。 偏光分離（polarization-splitting）ＳＧＣ（ＰＳＳＧＣ）の模式図である。 開示の一実施形態に従った、エッジカプラ及びＳＧＣの双方に結合された偏光ダイバースＰＩＣの模式図である。 開示の一実施形態に従った、ＰＩＣを製造する方法を例示するフローチャートである。
図７は、エッジカプラ７２０に結合された偏光ダイバースＰＩＣ７００の模式図である。ＰＩＣ７００はチップ７１０を含んでいる。チップ７１０は、主としてシリコン（Ｓｉ）のチップ又はＳＯＩチップであり、第１の光スイッチ７５０及び第２の光スイッチ７６０を含んでいる。第１のスイッチ７５０及び第２のスイッチ７６０は、第１のスイッチ７５０及び第２のスイッチ７６０がエッジカプラ７２０に結合している点で、スイッチ３００と同様である。しかし、エッジカプラ３１０が、１つのみの入力３２０及び故に１つのみの入力セルに結合し、及び１つのみの出力３３０及び故に１つのみの出力セルに結合するものであるのと異なり、各エッジカプラ７２０が、入力偏光スプリッタ回転子（polarization splitter-rotator；ＰＳＲ）７３０を介して２つの入力セル７４０のそれぞれに結合し、及び出力ＰＳＲ７８０を介して２つの出力セル７７０のそれぞれに結合している。故に、ＰＩＣ７００は、偏光ダイバーシティを提供する。
動作において、第１のＳＧＣ８２０が、第１の偏光を持つ第１成分と第２の偏光を持つ第２成分とを含む入力光信号を受け取る。第１の偏光及び第２の偏光は、互いに垂直又は直交であるとし得る。第１成分はＴＥ成分として参照されることができ、第２成分はＴＭ成分として参照されることができる。第１のＳＧＣ８２０が、第１成分が第１の偏光を維持し且つ第２成分も第１の偏光を持つように、入力光信号を分解する。第１のＳＧＣ８２０が、第１成分を第１の入力セル８３０を介して第１のスイッチ８４０に出力するとともに、第２成分を第２の入力セル８３０を介して第２のスイッチ８５０に出力する。第１のスイッチ８４０が、第１成分をスイッチングして、第１成分を第１の出力セル８６０を介して第２のＳＧＣ８２０に出力し、第２のスイッチ８５０が、第２成分をスイッチングして、第２成分を第２の出力セル８６０を介して第２のＳＧＣ８２０に出力する。第２のＳＧＣ８２０が、第１成分が第１の偏光を維持し且つ第２成分が第２の偏光を持つように、第１成分及び第２成分を出力光信号へと組み立てる。最後に、第２のＳＧＣ８２０が、出力光信号を出力する。

Claims (20)

  1. フォトニック集積回路（ＰＩＣ）であって、
    光スイッチと、
    前記光スイッチに結合された、第１の入力エッジカプラを含む複数の入力エッジカプラと、
    前記光スイッチに結合された、第１の入力表面グレーティングカプラ（ＳＧＣ）を含む複数の入力ＳＧＣと、
    前記光スイッチに結合された、第１の出力エッジカプラを含む複数の出力エッジカプラと、
    前記光スイッチに結合された、第１の出力ＳＧＣを含む複数の出力ＳＧＣと、
    を有するＰＩＣ。
  2. 当該ＰＩＣは更にチップを有し、該チップが、前記光スイッチ、前記入力エッジカプラ、前記入力ＳＧＣ、前記出力エッジカプラ、及び前記出力ＳＧＣを有する、請求項１に記載のＰＩＣ。
  3. 前記チップは主としてシリコンを有する、請求項２に記載のＰＩＣ。
  4. 前記チップはシリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）チップである、請求項２に記載のＰＩＣ。
  5. 前記光スイッチは拡張光スイッチである、請求項１に記載のＰＩＣ。
  6. 前記光スイッチは、Ｂｅｎｅｓネットワークを有する、請求項５に記載のＰＩＣ。
  7. 前記光スイッチは入力セル及び出力セルを有し、前記入力セルは第１の入力及び第２の入力を有し、前記出力セルは第１の出力及び第２の出力を有する、請求項１に記載のＰＩＣ。
  8. 前記第１の入力は前記第１の入力エッジカプラに結合され、前記第２の入力は前記第１の入力ＳＧＣに結合され、前記第１の出力は前記第１の出力エッジカプラに結合され、前記第２の出力は第１の出力ＳＧＣに結合されている、請求項７に記載のＰＩＣ。
  9. 複数の入力エッジカプラと、
    複数の入力表面グレーティングカプラ（ＳＧＣ）と、
    前記入力エッジカプラ及び前記入力ＳＧＣに結合され、前記入力エッジカプラ及び前記入力ＳＧＣから入力光信号の第１成分を受け取るように構成された第１の光スイッチと、
    前記入力エッジカプラ及び前記入力ＳＧＣに結合され、前記入力エッジカプラ及び前記入力ＳＧＣから前記入力光信号の第２成分を受け取るように構成された第２の光スイッチと、
    を有する装置。
  10. 前記入力エッジカプラ、前記第１の光スイッチ、及び前記第２の光スイッチに結合された複数の入力偏光スプリッタ回転子（ＰＳＲ）であり、前記入力エッジカプラと前記第１の光スイッチとの間且つ前記入力エッジカプラと前記第２の光スイッチとの間に位置するようにされた複数の入力ＰＳＲ、
    を更に有する請求項９に記載の装置。
  11. 前記第１の光スイッチ及び前記第２の光スイッチに結合され、前記第１の光スイッチから前記第１成分を受け取るように構成され且つ前記第２の光スイッチから前記第２成分を受け取るように構成された、複数の出力エッジカプラ、
    を更に有する請求項１０に記載の装置。
  12. 前記出力エッジカプラ、前記第１の光スイッチ、及び前記第２の光スイッチに結合された複数の出力ＰＳＲであり、前記第１の光スイッチと前記出力エッジカプラとの間且つ前記第２の光スイッチと前記出力エッジカプラとの間に位置するようにされた複数の出力ＰＳＲ、
    を更に有する請求項１１に記載の装置。
  13. 前記第１の光スイッチ及び前記第２の光スイッチに結合され、前記第１の光スイッチから前記第１成分を受け取るように構成され且つ前記第２の光スイッチから前記第２成分を受け取るように構成された、複数の出力ＳＧＣ、
    を更に有する請求項１２に記載の装置。
  14. 前記入力ＳＧＣ及び前記出力ＳＧＣは、偏光分離ＳＧＣ（ＰＳＳＧＣ）である、請求項１３に記載の装置。
  15. 前記第１成分は、前記入力エッジカプラ及び前記入力ＳＧＣに入るとトランスバースエレクトリック（ＴＥ）偏光を有し、前記第２成分は、前記入力エッジカプラ及び前記入力ＳＧＣに入るとトランスバースマグネティック（ＴＭ）偏光を有する、請求項９に記載の装置。
  16. フォトニック集積回路（ＰＩＣ）を製造する方法であって、
    シリコン基板をパターニング及びエッチングして、
    第１の光スイッチと、
    前記第１の光スイッチに結合された第１の表面グレーティングカプラ（ＳＧＣ）と、
    前記第１の光スイッチに結合された第１のエッジカプラと
    を作り出す、
    ことを有する方法。
  17. 前記第１の光スイッチと、前記第１のＳＧＣと、前記第１のエッジカプラとを有する前記ＰＩＣを前記基板からダイシングする、ことを更に有する請求項１６に記載の方法。
  18. 前記パターニング及びエッチングすることは更に、前記基板をパターニング及びエッチングして、
    前記基板に取り付けられ且つ前記第１のＳＧＣ及び前記第１のエッジカプラに結合された第２の光スイッチ、
    を作り出すことを有する、請求項１６に記載の方法。
  19. 前記パターニング及びエッチングすることは更に、前記基板をパターニング及びエッチングして、
    前記第１のエッジカプラと、前記第１の光スイッチと、前記第２の光スイッチとに結合された、前記基板上の偏光スプリッタ回転子（ＰＳＲ）であり、前記第１のエッジカプラと前記第１の光スイッチとの間且つ前記第１のエッジカプラと前記第２の光スイッチとの間に位置するようにされたＰＳＲ、
    を作り出すことを有する、請求項１８に記載の方法。
  20. 前記パターニング及びエッチングすることは更に、前記シリコン基板をパターニング及びエッチングして、
    前記第１の光スイッチに結合された、前記基板上の第２のＳＧＣと、
    前記第１の光スイッチに結合された、前記基板上の第２のエッジカプラと、
    を作り出すことを有し、
    前記第１のＳＧＣ及び前記第１のエッジカプラは、前記第１の光スイッチへの入力を提供し、前記第２のＳＧＣ及び前記第２のエッジカプラは、前記第１の光スイッチからの出力を提供する、
    請求項１６に記載の方法。
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