JP3153120B2 - テーパ状導波路 - Google Patents
テーパ状導波路Info
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- JP3153120B2 JP3153120B2 JP05289096A JP5289096A JP3153120B2 JP 3153120 B2 JP3153120 B2 JP 3153120B2 JP 05289096 A JP05289096 A JP 05289096A JP 5289096 A JP5289096 A JP 5289096A JP 3153120 B2 JP3153120 B2 JP 3153120B2
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- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/26—Optical coupling means
- G02B6/30—Optical coupling means for use between fibre and thin-film device
- G02B6/305—Optical coupling means for use between fibre and thin-film device and having an integrated mode-size expanding section, e.g. tapered waveguide
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
- G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
-
- G—PHYSICS
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- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
- G02B2006/12166—Manufacturing methods
- G02B2006/12195—Tapering
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は集積化導波路に関
し、特に分割されたテーパ状導波路に関する。
し、特に分割されたテーパ状導波路に関する。
【０００２】
【従来の技術】ここ数十年ほどの間、エレクトロニクス
産業は集積回路技術の応用分野の大幅な拡大を目の当た
りにしてきた。システムデザイナーは、スペース、消費
電力及び性能に関するより切迫した要求を突きつけられ
るに連れて、集積回路技術を適用する方向に転向してい
った。通信システムのデザイナーもこの方向性の例外で
はなかった。彼らもまた、システムにおける集積回路を
用いたコンポーネントの数を増大させていった。
産業は集積回路技術の応用分野の大幅な拡大を目の当た
りにしてきた。システムデザイナーは、スペース、消費
電力及び性能に関するより切迫した要求を突きつけられ
るに連れて、集積回路技術を適用する方向に転向してい
った。通信システムのデザイナーもこの方向性の例外で
はなかった。彼らもまた、システムにおける集積回路を
用いたコンポーネントの数を増大させていった。
【０００３】集積回路の成長と同時に、光ファイバを用
いた通信技術及び半導体レーザーダイオード技術も成熟
していった。これらの技術間の自然なコンパチビリティ
のほとんど直接的かつ自然の結果として、集積光学（In
tegrated Optics）技術が生まれた。共通の基板上への
単一あるいは複数個の導波路構造の集積化として定義さ
れうる集積光学は、今日では、パワースプリッタ、光ス
イッチ、光ファイバトランスミッタ及び光ファイバレシ
ーバ等の種々の有用なデバイスを実現するために用いら
れる。集積光学デバイスは、通信、計測、信号処理及び
センサ等の技術に適用されるのに適している。
いた通信技術及び半導体レーザーダイオード技術も成熟
していった。これらの技術間の自然なコンパチビリティ
のほとんど直接的かつ自然の結果として、集積光学（In
tegrated Optics）技術が生まれた。共通の基板上への
単一あるいは複数個の導波路構造の集積化として定義さ
れうる集積光学は、今日では、パワースプリッタ、光ス
イッチ、光ファイバトランスミッタ及び光ファイバレシ
ーバ等の種々の有用なデバイスを実現するために用いら
れる。集積光学デバイスは、通信、計測、信号処理及び
センサ等の技術に適用されるのに適している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】今日の集積光学デバイ
スにおいては、光チャネル導波路は、薄く、平面構造を
有した、光学的に研磨された基板上に形成される。集積
光学デバイスとの間で光をカップリングさせるために、
光ファイバはデバイスに対して当接結合（butt-couple
d）されている。しかしながら、光ファイバとオンチッ
プ導波路との間には、構造及び材料組成という差異（す
なわち、コアサイズ及び屈折率プロファイルの差異）が
存在する。詳細に述べれば、代表的な導波路のコアとク
ラッドとの間の屈折率の差異が代表的な光ファイバのそ
れより大きいために、光は導波路中でファイバ中よりも
より閉じ込められる。加えて、導波路のコアの大きさ
は、光ファイバのコアの大きさよりも小さい。それゆ
え、導波路を光ファイバに結合する際には結合損失が存
在する。必要とされるのは、導波路のモードを光ファイ
バのモードと一致させるデバイスである。その結果、モ
ードテーパーが、光を導波路に対して低損失で結合させ
るために用いられる。
スにおいては、光チャネル導波路は、薄く、平面構造を
有した、光学的に研磨された基板上に形成される。集積
光学デバイスとの間で光をカップリングさせるために、
光ファイバはデバイスに対して当接結合（butt-couple
d）されている。しかしながら、光ファイバとオンチッ
プ導波路との間には、構造及び材料組成という差異（す
なわち、コアサイズ及び屈折率プロファイルの差異）が
存在する。詳細に述べれば、代表的な導波路のコアとク
ラッドとの間の屈折率の差異が代表的な光ファイバのそ
れより大きいために、光は導波路中でファイバ中よりも
より閉じ込められる。加えて、導波路のコアの大きさ
は、光ファイバのコアの大きさよりも小さい。それゆ
え、導波路を光ファイバに結合する際には結合損失が存
在する。必要とされるのは、導波路のモードを光ファイ
バのモードと一致させるデバイスである。その結果、モ
ードテーパーが、光を導波路に対して低損失で結合させ
るために用いられる。
【０００５】モードテーパーを実現するために用いられ
る一つの技法は、導波路の大きさを変化させることであ
る。例えば、Koch et al., IEEE Photonics Technol. L
ett.2:88-90(1990); Mahapatra and Connors, Opt. Let
t. 13:169-171(1988);及び、Shani et al., Appl. Phy
s. Lett. 55:2389-2391(1989)を参照。しかしながら、
集積光学デバイスは光リソグラフィ技法を用いて製造さ
れるため、導波路の高さと横方向の大きさとを同時に変
化させることによるテーパーを実現するためには、複雑
な製造プロセスが必要となる。
る一つの技法は、導波路の大きさを変化させることであ
る。例えば、Koch et al., IEEE Photonics Technol. L
ett.2:88-90(1990); Mahapatra and Connors, Opt. Let
t. 13:169-171(1988);及び、Shani et al., Appl. Phy
s. Lett. 55:2389-2391(1989)を参照。しかしながら、
集積光学デバイスは光リソグラフィ技法を用いて製造さ
れるため、導波路の高さと横方向の大きさとを同時に変
化させることによるテーパーを実現するためには、複雑
な製造プロセスが必要となる。
【０００６】Z.Weissman及びA.Hardyによって提案され
た第二の技法、"2-D Mode TaperingVia Tapered Channe
l Waveguide Segmentation", Electronics Letters 28:
1514-1516(1992)、は、２次元モードテーパーを実現す
るために分割導波路を導入している。周期的に分割され
た導波路のモード特性は、Z.Weissman and A.Hardy,"Mo
de of Periodically Segmented Waveguides", IEEE Jou
rnal of Lightwave Technology 11:1831-1838(1993)に
よって解析されている。
た第二の技法、"2-D Mode TaperingVia Tapered Channe
l Waveguide Segmentation", Electronics Letters 28:
1514-1516(1992)、は、２次元モードテーパーを実現す
るために分割導波路を導入している。周期的に分割され
た導波路のモード特性は、Z.Weissman and A.Hardy,"Mo
de of Periodically Segmented Waveguides", IEEE Jou
rnal of Lightwave Technology 11:1831-1838(1993)に
よって解析されている。
【０００７】Weissman及びHardyによれば、分割導波路
は、導波路に一連のギャップを導入して導波路を一連の
セグメントに分割することによって実現される。各々の
セグメントは長さｓのギャップ部と長さｔのコア部とを
有している。セグメントの一周期Λは、ギャップ部ｓと
コア部ｔの和である。
は、導波路に一連のギャップを導入して導波路を一連の
セグメントに分割することによって実現される。各々の
セグメントは長さｓのギャップ部と長さｔのコア部とを
有している。セグメントの一周期Λは、ギャップ部ｓと
コア部ｔの和である。
【０００８】Weissman及びHardyは、分割導波路を実現
する方法を提案している。この方法は、固定周期分割導
波路テーパーを利用する。この方法においては、各々の
セグメントの周期Λは固定されており、ギャップの長さ
ｓが、テーパーの長さ方向に連続的に増大している。
する方法を提案している。この方法は、固定周期分割導
波路テーパーを利用する。この方法においては、各々の
セグメントの周期Λは固定されており、ギャップの長さ
ｓが、テーパーの長さ方向に連続的に増大している。
【０００９】導波路分割は、ＫＴＰデバイスにおける第
二高調波発生に関しても興味の対象となっている（Bier
lein et al., Appl. Phys. Lett. 56:1725-1727(1990);
Liand Burke, Opt. Lett. 17:1195-1197(1992)）。分
割された導波路部が驚くべきほど良好なガイド特性及び
低放射損失を有していることが実験的に見い出されてい
る（Bierlein et al., Appl. Phys. Lett. 56:1725-172
7(1990)）。このような驚くべき低損失特性は、後にLi
らによる平面波モデルに基づいて理論的に理解された
（Li and Burke, Opt. Lett. 17:1195-1197(1992)）。
彼らの研究は、分割周期に亘ってガイド特性を平均する
ことによって電磁界が記述され得る、という結論を導き
出している。
二高調波発生に関しても興味の対象となっている（Bier
lein et al., Appl. Phys. Lett. 56:1725-1727(1990);
Liand Burke, Opt. Lett. 17:1195-1197(1992)）。分
割された導波路部が驚くべきほど良好なガイド特性及び
低放射損失を有していることが実験的に見い出されてい
る（Bierlein et al., Appl. Phys. Lett. 56:1725-172
7(1990)）。このような驚くべき低損失特性は、後にLi
らによる平面波モデルに基づいて理論的に理解された
（Li and Burke, Opt. Lett. 17:1195-1197(1992)）。
彼らの研究は、分割周期に亘ってガイド特性を平均する
ことによって電磁界が記述され得る、という結論を導き
出している。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、集積光学応用
において用いられるテーパー状導波路に係るものであ
る。テーパー状導波路の目的は、効率的に低損失結合を
実現するためにファイバのモードを導波路のモードに一
致させることである。本発明に従って、以下の２つの技
法のうちのいずれかが、テーパー状導波路を実現するた
めに利用される。
において用いられるテーパー状導波路に係るものであ
る。テーパー状導波路の目的は、効率的に低損失結合を
実現するためにファイバのモードを導波路のモードに一
致させることである。本発明に従って、以下の２つの技
法のうちのいずれかが、テーパー状導波路を実現するた
めに利用される。
【００１１】第一の技法は、テーパーに沿ったモードサ
イズを拡大する目的で複数個のセグメントが配置されて
いるような分割テーパーである。各々のセグメントは、
ギャップ部及びコア部から構成されている。本発明に係
る第一の技法に従って、ギャップの長さは各々のセグメ
ントに関して実質的に一定である。モードを拡大するた
めに、コア部の長さが、テーパーの導波路側の端部から
テーパーのファイバ側の端部へ向かって連続して減少し
ている。このテーパーは一定ギャップテーパーと呼称さ
れる。
イズを拡大する目的で複数個のセグメントが配置されて
いるような分割テーパーである。各々のセグメントは、
ギャップ部及びコア部から構成されている。本発明に係
る第一の技法に従って、ギャップの長さは各々のセグメ
ントに関して実質的に一定である。モードを拡大するた
めに、コア部の長さが、テーパーの導波路側の端部から
テーパーのファイバ側の端部へ向かって連続して減少し
ている。このテーパーは一定ギャップテーパーと呼称さ
れる。
【００１２】本発明に係る第二の技法に従って、テーパ
ー中のモードサイズを増大させる目的でギャップ材料を
含むサイドギャップが用いられる。このタイプのテーパ
ーはサイドギャップテーパーと呼称される。固定ギャッ
プテーパーとは異なり、サイドギャップはテーパーコア
の一端からテーパーコアの他端への距離全体に亘っては
延在していない。その代わり、サイドギャップはコア部
の一部へ達しているのみであり、それらの間にコア材料
よりなる部分を残している。モードを拡大する目的で、
サイドギャップの深さが、テーパーの導波路端からファ
イバ端に向かって連続的に増大させられている。テーパ
ーの全体の幅も、導波路端からファイバ端に向かって連
続して増大させられている。
ー中のモードサイズを増大させる目的でギャップ材料を
含むサイドギャップが用いられる。このタイプのテーパ
ーはサイドギャップテーパーと呼称される。固定ギャッ
プテーパーとは異なり、サイドギャップはテーパーコア
の一端からテーパーコアの他端への距離全体に亘っては
延在していない。その代わり、サイドギャップはコア部
の一部へ達しているのみであり、それらの間にコア材料
よりなる部分を残している。モードを拡大する目的で、
サイドギャップの深さが、テーパーの導波路端からファ
イバ端に向かって連続的に増大させられている。テーパ
ーの全体の幅も、導波路端からファイバ端に向かって連
続して増大させられている。
【００１３】本発明の実施例に係る利点は、従来技術に
係る解決策に比べて漏洩損失が最小化されるということ
である。付言すれば、漏洩損失は、ギャップ材料の量が
最小にされていること及び総テーパー長が最小にされて
いることの結果として低減され得る。
係る解決策に比べて漏洩損失が最小化されるということ
である。付言すれば、漏洩損失は、ギャップ材料の量が
最小にされていること及び総テーパー長が最小にされて
いることの結果として低減され得る。
【００１４】サイドギャップテーパーのさらなる利点
は、より制御されてかつよりスムーズなモード拡大が実
現されうるということである。現在の製造技術の制限に
より、利用可能な最小ギャップ長は、作製技法に依存し
て１．０−２．０ミクロン（μｍ）である。例えば、固
定周期分割導波路に関しては、この制限によって導波路
セグメント内のモードサイズがスムーズではなく階段的
に増大し、その結果、光のエネルギーの損失を引き起こ
す非断熱的遷移が生ずる。しかしながら、コアの一部に
しか延在していないサイドギャップを用いることによっ
てこの欠点は克服される。なぜなら、モードサイズの増
大がギャップ材料の関数であるからである。サイドギャ
ップがコアの一部にしか延在していないため、ギャップ
材料の量は付加的な次元、すなわちギャップの長さと深
さ、によって制御され得る。よって、モードサイズのス
ムーズではなく階段的な増大は、ギャップの深さを制御
することによって（すなわちギャップのコアへの侵入量
を制御することによって）回避される。
は、より制御されてかつよりスムーズなモード拡大が実
現されうるということである。現在の製造技術の制限に
より、利用可能な最小ギャップ長は、作製技法に依存し
て１．０−２．０ミクロン（μｍ）である。例えば、固
定周期分割導波路に関しては、この制限によって導波路
セグメント内のモードサイズがスムーズではなく階段的
に増大し、その結果、光のエネルギーの損失を引き起こ
す非断熱的遷移が生ずる。しかしながら、コアの一部に
しか延在していないサイドギャップを用いることによっ
てこの欠点は克服される。なぜなら、モードサイズの増
大がギャップ材料の関数であるからである。サイドギャ
ップがコアの一部にしか延在していないため、ギャップ
材料の量は付加的な次元、すなわちギャップの長さと深
さ、によって制御され得る。よって、モードサイズのス
ムーズではなく階段的な増大は、ギャップの深さを制御
することによって（すなわちギャップのコアへの侵入量
を制御することによって）回避される。
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明は、２次元テーパー化導波
路を集積光学デバイスにおいて利用するための新しいア
プローチを提供するものである。本明細書においては本
発明に係る２つの技法が記述されており、各々複数個の
実施例が付されている。第一の技法は、前述されている
ものと同様の分割導波路を用いるものであるが、少なく
とも一つの明らかな差異がある。それは、本発明に係る
第一の技法においては、固定ギャップ、可変周期の導波
路が用いられることである。
路を集積光学デバイスにおいて利用するための新しいア
プローチを提供するものである。本明細書においては本
発明に係る２つの技法が記述されており、各々複数個の
実施例が付されている。第一の技法は、前述されている
ものと同様の分割導波路を用いるものであるが、少なく
とも一つの明らかな差異がある。それは、本発明に係る
第一の技法においては、固定ギャップ、可変周期の導波
路が用いられることである。
【００１６】本発明に係る第二の方法に従うと、導波路
は厳密な意味では分割されていない。本発明に係る第二
の方法に従ってギャップが導入されるが、ギャップは導
波路の全幅に亘って延在していない。その代わり、サイ
ドギャップと呼称されるギャップが導波路のコアの両端
から刻まれており、それらの間にコア部を規定してい
る。サイドギャップにはクラッド材料が充填されてい
る。各々サイドギャップの深さは、テーパーの長さ方向
に沿って増大させられている。導波路に隣接しているテ
ーパーの第一端においては、ノッチ（サイドギャップ）
の深さは比較的小さい。一方、ファイバ端のコアに刻ま
れたサイドギャップの深さはそれより大きい。サイドギ
ャップの深さは、導波路端からファイバ端に向かって、
テーパーに沿った位置の関数として（徐々に、あるいは
階段状に）増大させられている。
は厳密な意味では分割されていない。本発明に係る第二
の方法に従ってギャップが導入されるが、ギャップは導
波路の全幅に亘って延在していない。その代わり、サイ
ドギャップと呼称されるギャップが導波路のコアの両端
から刻まれており、それらの間にコア部を規定してい
る。サイドギャップにはクラッド材料が充填されてい
る。各々サイドギャップの深さは、テーパーの長さ方向
に沿って増大させられている。導波路に隣接しているテ
ーパーの第一端においては、ノッチ（サイドギャップ）
の深さは比較的小さい。一方、ファイバ端のコアに刻ま
れたサイドギャップの深さはそれより大きい。サイドギ
ャップの深さは、導波路端からファイバ端に向かって、
テーパーに沿った位置の関数として（徐々に、あるいは
階段状に）増大させられている。
【００１７】これら２つのアプローチの各々については
以下に詳述されている。以下、本明細書においては、固
定ギャップ分割方法が議論され、その結果が他の分割方
法と比較される。その後、サイドギャップテーパーによ
る方法が議論される。
以下に詳述されている。以下、本明細書においては、固
定ギャップ分割方法が議論され、その結果が他の分割方
法と比較される。その後、サイドギャップテーパーによ
る方法が議論される。
【００１８】本明細書においては、”長さ”という術語
は、伝播方向であってかつ導波路１０４の長手方向に沿
った大きさを示すために用いられる。また、”幅”とい
う術語は、伝播方向に直交した、半導体及びガラス層に
平行な方向の大きさを示すために用いられる。
は、伝播方向であってかつ導波路１０４の長手方向に沿
った大きさを示すために用いられる。また、”幅”とい
う術語は、伝播方向に直交した、半導体及びガラス層に
平行な方向の大きさを示すために用いられる。
【００１９】さらに、本明細書はテーパー化導波路全体
を取り扱っており、導波路と共に集積化されたテーパー
及び導波路に対して結合されたテーパーの双方が本発明
の範疇に含まれる。
を取り扱っており、導波路と共に集積化されたテーパー
及び導波路に対して結合されたテーパーの双方が本発明
の範疇に含まれる。
【００２０】固定ギャップ分割テーパー 図１は、固定周期分割テーパー１００を示している。固
定周期分割テーパーは、導波路１０４と複数個のセグメ
ント１０８とから構成されている。光ファイバ（図示せ
ず）が、ファイバ接合１１４において導波路１０４に対
して結合されている。各々のセグメント１０８は、ギャ
ップ部及び導波路材料からなるコア部とから構成されて
いる。各々のセグメント１０８の周期Λは、そのセグメ
ント１０８のギャップ長ｓにコア長ｔを足したものであ
る（Λ＝ｓ＋ｔ）。
定周期分割テーパーは、導波路１０４と複数個のセグメ
ント１０８とから構成されている。光ファイバ（図示せ
ず）が、ファイバ接合１１４において導波路１０４に対
して結合されている。各々のセグメント１０８は、ギャ
ップ部及び導波路材料からなるコア部とから構成されて
いる。各々のセグメント１０８の周期Λは、そのセグメ
ント１０８のギャップ長ｓにコア長ｔを足したものであ
る（Λ＝ｓ＋ｔ）。
【００２１】固定周期分割テーパー１００に関しては、
周期Λは、テーパー１００の全長に亘ってその伝播方向
に沿って一定すなわち固定されている。しかしながら、
コアとクラッドとの間の伝播方向に沿った実効すなわち
平均屈折率差を調節するために、各々のセグメント１０
８のギャップ長ｓは変化させられている。すなわち、光
は、導波路に沿ってファイバへ伝播していくに連れて、
だんだんと長くなるギャップ材料部分を通過することに
なる。その結果、コア部とクラッド部の実効的な屈折率
差が減少し、モードが拡大される。その逆に、光がファ
イバから導波路へ伝播する場合には、だんだんと短くな
っていくギャップ材料部分を通過する。その結果、実効
的な屈折率差は増大し、モードがより閉じ込められるこ
とになる。
周期Λは、テーパー１００の全長に亘ってその伝播方向
に沿って一定すなわち固定されている。しかしながら、
コアとクラッドとの間の伝播方向に沿った実効すなわち
平均屈折率差を調節するために、各々のセグメント１０
８のギャップ長ｓは変化させられている。すなわち、光
は、導波路に沿ってファイバへ伝播していくに連れて、
だんだんと長くなるギャップ材料部分を通過することに
なる。その結果、コア部とクラッド部の実効的な屈折率
差が減少し、モードが拡大される。その逆に、光がファ
イバから導波路へ伝播する場合には、だんだんと短くな
っていくギャップ材料部分を通過する。その結果、実効
的な屈折率差は増大し、モードがより閉じ込められるこ
とになる。
【００２２】本発明の発明者は、Weissman及びHardyに
よって議論された分割テーパーを利用してみた。しかし
ながら、Weissman及びHardyは、それらのテーパーのＲ
ｂ：ＫＴｉＯＰＯ4導波路におけるアプリケーションを
議論しているのみである。本発明の発明者は、分割テー
パーを、例えばシリカ・オン・シリコン技術（シリコン
基板上に二酸化珪素を堆積して構成した複合基板を用い
る技術）を用いて実現すると、Weissman及びHardyによ
って提示された固定周期（周期Λ）分割テーパーでは基
板への漏洩損失が生じてしまうことを見い出した。これ
は、主として、例えばシリカ・オン・シリコン技術など
のある種の材料を用いて導波路を実現する際に用いられ
る材料の性質によるものである。
よって議論された分割テーパーを利用してみた。しかし
ながら、Weissman及びHardyは、それらのテーパーのＲ
ｂ：ＫＴｉＯＰＯ4導波路におけるアプリケーションを
議論しているのみである。本発明の発明者は、分割テー
パーを、例えばシリカ・オン・シリコン技術（シリコン
基板上に二酸化珪素を堆積して構成した複合基板を用い
る技術）を用いて実現すると、Weissman及びHardyによ
って提示された固定周期（周期Λ）分割テーパーでは基
板への漏洩損失が生じてしまうことを見い出した。これ
は、主として、例えばシリカ・オン・シリコン技術など
のある種の材料を用いて導波路を実現する際に用いられ
る材料の性質によるものである。
【００２３】シリカ・オン・シリコン技術を利用した導
波路は、しばしばクラッド材料としてＳｉＯ2を用い、
コア材料としてドーピングされたＳｉＯ2を利用する。
その名前が表わすように、導波路は、シリコン基板を用
いて形成される。ギャップ材料にもＳｉＯ2が用いられ
る。しかしながら、ＳｉＯ２はおよそ１．４５の屈折率
を有する一方、シリコン基板は３．５という屈折率を有
している。これらの材料の屈折率のために、内部全反射
は実現されない。モードサイズを拡大するようにギャッ
プ長ｓが増大させられると、モード電界のテールの一部
が基板へと失われる。このことが損失を増大させる。
波路は、しばしばクラッド材料としてＳｉＯ2を用い、
コア材料としてドーピングされたＳｉＯ2を利用する。
その名前が表わすように、導波路は、シリコン基板を用
いて形成される。ギャップ材料にもＳｉＯ2が用いられ
る。しかしながら、ＳｉＯ２はおよそ１．４５の屈折率
を有する一方、シリコン基板は３．５という屈折率を有
している。これらの材料の屈折率のために、内部全反射
は実現されない。モードサイズを拡大するようにギャッ
プ長ｓが増大させられると、モード電界のテールの一部
が基板へと失われる。このことが損失を増大させる。
【００２４】漏洩しやすい材料を用いて導波路テーパー
を実現する際の基板への漏洩の問題を解決するために、
本発明の発明者は、改良された分割テーパーを開発し
た。この改良テーパーは固定ギャップ長テーパー化導波
路である。固定ギャップ長を用いることにより、基板へ
失われてしまう光の量を減少させることが可能になる。
を実現する際の基板への漏洩の問題を解決するために、
本発明の発明者は、改良された分割テーパーを開発し
た。この改良テーパーは固定ギャップ長テーパー化導波
路である。固定ギャップ長を用いることにより、基板へ
失われてしまう光の量を減少させることが可能になる。
【００２５】図２は、本発明に係る固定ギャップ長
（ｓ）分割テーパー２００を示している。固定ギャップ
テーパー２００では、各々の連続したセグメントのギャ
ップ長ｓは実質的に同一である。テーパーに沿ったコア
とクラッドの間の実効屈折率差を減少させる目的で、連
続したセグメントの各々のコア部の長さｔが順次減少さ
せられており、その結果、図示されているように、周期
Λ、ΛI、ΛII、ΛIII、ΛIV、及びΛVが短くなってい
く。ギャップ長ｓが一定であることの結果として、以下
に議論されているように、各々のセグメントからの漏洩
損失が最小化されている。
（ｓ）分割テーパー２００を示している。固定ギャップ
テーパー２００では、各々の連続したセグメントのギャ
ップ長ｓは実質的に同一である。テーパーに沿ったコア
とクラッドの間の実効屈折率差を減少させる目的で、連
続したセグメントの各々のコア部の長さｔが順次減少さ
せられており、その結果、図示されているように、周期
Λ、ΛI、ΛII、ΛIII、ΛIV、及びΛVが短くなってい
く。ギャップ長ｓが一定であることの結果として、以下
に議論されているように、各々のセグメントからの漏洩
損失が最小化されている。
【００２６】分割テーパーの挿入及び漏洩損失ここで
は、固定ギャップテーパー２００と固定周期テーパー１
００の漏洩損失及び挿入損失が記述されて比較される。
挿入損失は、光が入力ファイバから出力ファイバへと伝
播する際の総信号損失として規定され、漏洩損失を含ん
でいる。挿入損失は、モード不整合によって、ファイバ
／導波路接合１１４においても導入される。前述されて
いるように、漏洩損失は、導波路から基板への、主とし
て散乱による、光の損失である。
は、固定ギャップテーパー２００と固定周期テーパー１
００の漏洩損失及び挿入損失が記述されて比較される。
挿入損失は、光が入力ファイバから出力ファイバへと伝
播する際の総信号損失として規定され、漏洩損失を含ん
でいる。挿入損失は、モード不整合によって、ファイバ
／導波路接合１１４においても導入される。前述されて
いるように、漏洩損失は、導波路から基板への、主とし
て散乱による、光の損失である。
【００２７】図３は、導波路／ファイバパッケージにお
ける挿入損失及び漏洩損失の原因を示した模式図であ
る。図３においては、導波路１０４はガラスすなわち二
酸化珪素からなる層３０４中に形成されており、光ファ
イバ３０８が導波路１０４のそれぞれの端部のファイバ
／導波路接合１１４において結合されている。本発明の
望ましい実施例においては、ファイバ端は劈開されて研
磨され、導波路１０４に接合結合されている。３１２に
おいて示されているテーパー（これには固定周期テーパ
ー１００、固定ギャップテーパー２００あるいはサイド
ギャップテーパー８０２が含まれる）は、導波路１０４
のモードをファイバ３０８のモードに一致させる目的
で、導波路のそれぞれの端部において用いられている。
この種のパッケージにおいては、漏洩損失は、テーパー
３１２のコアから基板への光の散乱によって導入され
る。
ける挿入損失及び漏洩損失の原因を示した模式図であ
る。図３においては、導波路１０４はガラスすなわち二
酸化珪素からなる層３０４中に形成されており、光ファ
イバ３０８が導波路１０４のそれぞれの端部のファイバ
／導波路接合１１４において結合されている。本発明の
望ましい実施例においては、ファイバ端は劈開されて研
磨され、導波路１０４に接合結合されている。３１２に
おいて示されているテーパー（これには固定周期テーパ
ー１００、固定ギャップテーパー２００あるいはサイド
ギャップテーパー８０２が含まれる）は、導波路１０４
のモードをファイバ３０８のモードに一致させる目的
で、導波路のそれぞれの端部において用いられている。
この種のパッケージにおいては、漏洩損失は、テーパー
３１２のコアから基板への光の散乱によって導入され
る。
【００２８】挿入損失及び漏洩損失特性の比較 以下の議論に関連して、図４及び図５に示された結果に
おいては漏洩損失が０であることが仮定されていること
に留意されたい。さらに、導波路材料による損失は無視
できるものと仮定されていることにも留意されたい。
おいては漏洩損失が０であることが仮定されていること
に留意されたい。さらに、導波路材料による損失は無視
できるものと仮定されていることにも留意されたい。
【００２９】図４は、固定周期テーパー１００の挿入損
失特性（縦軸）をギャップと周期の最終比率ｓ／（ｓ＋
ｔ）（横軸）の関数として表わすグラフである。図４に
示されている結果は理論的なものであり、本発明の発明
者によって、波長λが１．３２μｍの光と標準的な５−
Ｄファイバ（ｄ〜８μｍ、Δｎは０．３９％）を用いた
場合として実行された研究によるものである。コアは５
×５μｍであってΔｎは０．６２％である。ギャップの
初期値は０．５μｍである。ギャップの初期値は、テー
パーの導波路端の最初のギャップである。ギャップの増
分、すなわちテーパーの（導波路端からファイバ端に向
かって）長手方向に沿った各々の連続するギャップの長
さが増大する量は、０．２５μｍである。
失特性（縦軸）をギャップと周期の最終比率ｓ／（ｓ＋
ｔ）（横軸）の関数として表わすグラフである。図４に
示されている結果は理論的なものであり、本発明の発明
者によって、波長λが１．３２μｍの光と標準的な５−
Ｄファイバ（ｄ〜８μｍ、Δｎは０．３９％）を用いた
場合として実行された研究によるものである。コアは５
×５μｍであってΔｎは０．６２％である。ギャップの
初期値は０．５μｍである。ギャップの初期値は、テー
パーの導波路端の最初のギャップである。ギャップの増
分、すなわちテーパーの（導波路端からファイバ端に向
かって）長手方向に沿った各々の連続するギャップの長
さが増大する量は、０．２５μｍである。
【００３０】最適な比率ｓ／（ｓ＋ｔ）において最小の
挿入損失を実現する２０μｍの固定周期テーパー１００
では、最小挿入損失はおよそ０．２ｄＢである。この最
小値は、最終ｓ／（ｓ＋ｔ）がおよそ０．４のところで
実現される。２０μｍの固定周期テーパー１００では、
これは最終ギャップ長ｓ＝８μｍに相当する。
挿入損失を実現する２０μｍの固定周期テーパー１００
では、最小挿入損失はおよそ０．２ｄＢである。この最
小値は、最終ｓ／（ｓ＋ｔ）がおよそ０．４のところで
実現される。２０μｍの固定周期テーパー１００では、
これは最終ギャップ長ｓ＝８μｍに相当する。
【００３１】図５は、本発明の一実施例、すなわち固定
ギャップテーパーに従った固定ギャップテーパー２００
の挿入損失を示すグラフである。前述されているよう
に、固定ギャップテーパー２００においては、ギャップ
長ｓは固定ギャップテーパー２００内の連続したギャッ
プにおいて一定に維持されている。図５は、挿入損失
（縦軸）を希釈ファクタと呼称される特性（横軸）の関
数として表わしたものである。希釈ファクタは、各々の
セグメントに関する、周期（ｓ＋ｔ）に対するギャップ
長ｓの比を表わす指数である。ギャップ長ｓが一定に維
持されていて周期（ｓ＋ｔ）がテーパー内でファイバ３
０８方向に沿って減少するために、希釈ファクタはテー
パーの長さと共に増大する。
ギャップテーパーに従った固定ギャップテーパー２００
の挿入損失を示すグラフである。前述されているよう
に、固定ギャップテーパー２００においては、ギャップ
長ｓは固定ギャップテーパー２００内の連続したギャッ
プにおいて一定に維持されている。図５は、挿入損失
（縦軸）を希釈ファクタと呼称される特性（横軸）の関
数として表わしたものである。希釈ファクタは、各々の
セグメントに関する、周期（ｓ＋ｔ）に対するギャップ
長ｓの比を表わす指数である。ギャップ長ｓが一定に維
持されていて周期（ｓ＋ｔ）がテーパー内でファイバ３
０８方向に沿って減少するために、希釈ファクタはテー
パーの長さと共に増大する。
【００３２】図５に示された理論的な結果は、波長λと
して１．３２μｍを有する光及び標準的な５−Ｄファイ
バを仮定して得られたものである。コアは５×５μｍで
あり、Δｎは０．６２％である。ギャップは固定ギャッ
プ長ｓ＝２μｍであり、コア部の長さの初期値（テーパ
ーの導波路端の最初のコア部の長さ）はｔ0＝１０μｍ
である。２μｍのギャップは、現在の製造プロセスを用
いて容易に実現可能であるということから選択されたも
のであるが、別のギャップ長も選択され得る。図５にお
ける各々のカーブは、コアの長さのセグメント間での増
分が変化した場合を表わしている。例えば、Δｔ＝２μ
ｍは、連続するコア部の各々の長さが２μｍずつ減少さ
せられていることを表わしている。同様に、Δｔ＝０．
２５μｍの固定ギャップテーパー２００においては、連
続するコア部の各々の長さが０．２５μｍずつ減少させ
られていることを表わしている。Δｔ＝０．２５μｍの
曲線が最適曲線である。
して１．３２μｍを有する光及び標準的な５−Ｄファイ
バを仮定して得られたものである。コアは５×５μｍで
あり、Δｎは０．６２％である。ギャップは固定ギャッ
プ長ｓ＝２μｍであり、コア部の長さの初期値（テーパ
ーの導波路端の最初のコア部の長さ）はｔ0＝１０μｍ
である。２μｍのギャップは、現在の製造プロセスを用
いて容易に実現可能であるということから選択されたも
のであるが、別のギャップ長も選択され得る。図５にお
ける各々のカーブは、コアの長さのセグメント間での増
分が変化した場合を表わしている。例えば、Δｔ＝２μ
ｍは、連続するコア部の各々の長さが２μｍずつ減少さ
せられていることを表わしている。同様に、Δｔ＝０．
２５μｍの固定ギャップテーパー２００においては、連
続するコア部の各々の長さが０．２５μｍずつ減少させ
られていることを表わしている。Δｔ＝０．２５μｍの
曲線が最適曲線である。
【００３３】図５に示されているように、Δｔ＝０．２
５μｍの場合には、希釈ファクタがおよそ０．５のとこ
ろで最小挿入損失が実現されている。希釈ファクタ０．
５及び固定ギャップ長ｓ＝２μｍの場合には、コア部は
２μｍに等しい。最小挿入損失は、Δｔ＝０．２５μｍ
の場合におよそ０．２ｄＢである。これは、図４に示さ
れているように、固定周期（２０μｍ）テーパー１００
を用いた場合に実現される最小挿入損失に等しい。
５μｍの場合には、希釈ファクタがおよそ０．５のとこ
ろで最小挿入損失が実現されている。希釈ファクタ０．
５及び固定ギャップ長ｓ＝２μｍの場合には、コア部は
２μｍに等しい。最小挿入損失は、Δｔ＝０．２５μｍ
の場合におよそ０．２ｄＢである。これは、図４に示さ
れているように、固定周期（２０μｍ）テーパー１００
を用いた場合に実現される最小挿入損失に等しい。
【００３４】前述されているように、固定周期テーパー
１００の漏洩損失特性は、導波路１０４からファイバ３
０８に向かう方向において導入されるギャップ長の増大
のために一般的には望ましくないものである。漏洩損失
に影響を与える別のファクタは、テーパーの長さであ
る。このファクタは、固定周期テーパー１００と固定ギ
ャップテーパー２００の双方に関する面積と考えること
ができる。テーパー長が挿入損失に係るファクタである
理由は単純である。増大させられたモードサイズのため
に、増大させられたモード電界のテールが基板内に延在
し、エネルギーが失われる。その結果、漏洩損失は、総
テーパー長が長い固定周期テーパー１００においてより
深刻な問題となる。以下、固定周期テーパー１００及び
固定ギャップテーパー２００の漏洩特性が議論されて比
較される。
１００の漏洩損失特性は、導波路１０４からファイバ３
０８に向かう方向において導入されるギャップ長の増大
のために一般的には望ましくないものである。漏洩損失
に影響を与える別のファクタは、テーパーの長さであ
る。このファクタは、固定周期テーパー１００と固定ギ
ャップテーパー２００の双方に関する面積と考えること
ができる。テーパー長が挿入損失に係るファクタである
理由は単純である。増大させられたモードサイズのため
に、増大させられたモード電界のテールが基板内に延在
し、エネルギーが失われる。その結果、漏洩損失は、総
テーパー長が長い固定周期テーパー１００においてより
深刻な問題となる。以下、固定周期テーパー１００及び
固定ギャップテーパー２００の漏洩特性が議論されて比
較される。
【００３５】図６及び図７は、固定周期テーパー１００
（図６）及び固定ギャップテーパー２００（図７）にお
けるモードサイズ拡大の概念を示した図である。固定周
期テーパーの総テーパー長はｌFPであり、固定ギャップ
テーパーではｌFGである。各々のテーパーの最適総テー
パー長は最小挿入損失が実現されるところであり、固定
周期テーパーに関しては図８において”最適Ｇ／Ｐ”と
いうラベルが付された矢印によって示されている最終ギ
ャップ／周期比のところである。固定ギャップテーパー
に関しては、”最適ＤＦ”というラベルが付された矢印
によって示されている最適希釈ファクタのところであ
る。テーパーの、最適総テーパー長以上の長さ６４０
は、製造誤差によるものである。よって、図４に示され
ているように、周期が２０μｍの固定周期テーパー１０
０の場合には、最適総テーパー長はｓ／（ｓ＋ｔ）がお
よそ０．４のところである。同様に、図５に示されてい
るように、Δｔ＝０．２５μｍの固定ギャップテーパー
に関しては、最適総テーパー長は希釈ファクタがおよそ
０．５のところで実現される。最小挿入損失に係る最適
総テーパー長は、図８から決定されるものであり、以下
に議論される。
（図６）及び固定ギャップテーパー２００（図７）にお
けるモードサイズ拡大の概念を示した図である。固定周
期テーパーの総テーパー長はｌFPであり、固定ギャップ
テーパーではｌFGである。各々のテーパーの最適総テー
パー長は最小挿入損失が実現されるところであり、固定
周期テーパーに関しては図８において”最適Ｇ／Ｐ”と
いうラベルが付された矢印によって示されている最終ギ
ャップ／周期比のところである。固定ギャップテーパー
に関しては、”最適ＤＦ”というラベルが付された矢印
によって示されている最適希釈ファクタのところであ
る。テーパーの、最適総テーパー長以上の長さ６４０
は、製造誤差によるものである。よって、図４に示され
ているように、周期が２０μｍの固定周期テーパー１０
０の場合には、最適総テーパー長はｓ／（ｓ＋ｔ）がお
よそ０．４のところである。同様に、図５に示されてい
るように、Δｔ＝０．２５μｍの固定ギャップテーパー
に関しては、最適総テーパー長は希釈ファクタがおよそ
０．５のところで実現される。最小挿入損失に係る最適
総テーパー長は、図８から決定されるものであり、以下
に議論される。
【００３６】固定周期テーパー１００及び固定ギャップ
テーパー２００に係る最適総テーパー長（ｌFP及び
ｌFG）の比較は、挿入損失の観点からは同等である。周
期が２０μｍの固定周期テーパー１００の場合には、最
適総テーパー長はｓ／（ｓ＋ｔ）がおよそ０．４に等し
いところであり、挿入損失は最小値でおよそ０．２ｄＢ
である。テーパー長と挿入損失との関係を表わす図８に
示されているように、これはｌFPがおよ５７５μｍに相
当する。
テーパー２００に係る最適総テーパー長（ｌFP及び
ｌFG）の比較は、挿入損失の観点からは同等である。周
期が２０μｍの固定周期テーパー１００の場合には、最
適総テーパー長はｓ／（ｓ＋ｔ）がおよそ０．４に等し
いところであり、挿入損失は最小値でおよそ０．２ｄＢ
である。テーパー長と挿入損失との関係を表わす図８に
示されているように、これはｌFPがおよ５７５μｍに相
当する。
【００３７】これに対して、セグメント長の初期値が１
０μｍ、Δｔ＝０．２５μｍ、固定ギャップ長ｓが２μ
ｍの固定ギャップテーパー２００の場合には、図８に示
されているように、最小挿入損失０．２ｄＢは、テーパ
ー長ｌFGがおよそ２６０μｍの場合に実現される。
０μｍ、Δｔ＝０．２５μｍ、固定ギャップ長ｓが２μ
ｍの固定ギャップテーパー２００の場合には、図８に示
されているように、最小挿入損失０．２ｄＢは、テーパ
ー長ｌFGがおよそ２６０μｍの場合に実現される。
【００３８】よって、同様の挿入損失特性の場合には、
最適総テーパー長ｌは、固定ギャップテーパー２００の
場合の方が固定周期テーパー１００の場合よりも著しく
短い（図８に示されているように、例えばｌFG＜０．５
×ｌFPである）。その結果、同様の挿入損失特性を有す
る場合には（例えば図４及び図５に示されたような場
合）、本発明に係る固定ギャップテーパー２００の挿入
損失の方が少ない。
最適総テーパー長ｌは、固定ギャップテーパー２００の
場合の方が固定周期テーパー１００の場合よりも著しく
短い（図８に示されているように、例えばｌFG＜０．５
×ｌFPである）。その結果、同様の挿入損失特性を有す
る場合には（例えば図４及び図５に示されたような場
合）、本発明に係る固定ギャップテーパー２００の挿入
損失の方が少ない。
【００３９】サイドギャップテーパー 前述されているように、本発明に係る第二の実施例であ
るテーパ状導波路は、（図９の８９０に示されているよ
うに）導波路と共に集積化されているかあるいは導波路
に対して結合させられている第一端及び（図９の８９２
に示されているように）ファイバに対して結合させられ
ている第二端を有している。しかしながら、図９に示さ
れている本発明の実施例においては、ギャップはコア８
０８の全幅ｗ全てに亘って横断はしていない。言い換え
れば、ギャップは、コア８０８の一方の最外周部８１０
から他方の最外周部８１２に亘って延在はしていない。
のの代わり、本発明に係るこの実施例においては、サイ
ドギャップ８０４がコア８０８の最外周部（８１０及び
８１２）に刻まれており、クラッド材料で充填されてい
る。この実施例においては、サイドギャップ８０４の深
さｄは、第一端８９０から第二端８９２へと変化してい
る。
るテーパ状導波路は、（図９の８９０に示されているよ
うに）導波路と共に集積化されているかあるいは導波路
に対して結合させられている第一端及び（図９の８９２
に示されているように）ファイバに対して結合させられ
ている第二端を有している。しかしながら、図９に示さ
れている本発明の実施例においては、ギャップはコア８
０８の全幅ｗ全てに亘って横断はしていない。言い換え
れば、ギャップは、コア８０８の一方の最外周部８１０
から他方の最外周部８１２に亘って延在はしていない。
のの代わり、本発明に係るこの実施例においては、サイ
ドギャップ８０４がコア８０８の最外周部（８１０及び
８１２）に刻まれており、クラッド材料で充填されてい
る。この実施例においては、サイドギャップ８０４の深
さｄは、第一端８９０から第二端８９２へと変化してい
る。
【００４０】詳細に述べれば、サイドギャップ８０４
は、最外周部８１０及び８１２において、テーパー８０
２の第一端８９０から第二端８９２への実質的に全体の
長さに亘って形成されており、光の伝播方向とは直交す
る方向でコア８０８へ延在している。サイドギャップ８
０４はそれらの間にコアセグメント８０５を規定してい
る。サイドギャップテーパー８０２の第二端８９２にお
いては、サイドギャップ８０４は第一端８９０において
よりもコア８０８内により深く延在している。詳細に述
べれば、サイドギャップ８０４の深さｄは、サイドギャ
ップテーパー８０２の第一端８９０から第二端８９２へ
と連続的に増大している。さらに、コア８０８の最外周
部８１０及び８１２は、第二端８９２に向かってコア全
体の幅が増大するように傾斜を有している。
は、最外周部８１０及び８１２において、テーパー８０
２の第一端８９０から第二端８９２への実質的に全体の
長さに亘って形成されており、光の伝播方向とは直交す
る方向でコア８０８へ延在している。サイドギャップ８
０４はそれらの間にコアセグメント８０５を規定してい
る。サイドギャップテーパー８０２の第二端８９２にお
いては、サイドギャップ８０４は第一端８９０において
よりもコア８０８内により深く延在している。詳細に述
べれば、サイドギャップ８０４の深さｄは、サイドギャ
ップテーパー８０２の第一端８９０から第二端８９２へ
と連続的に増大している。さらに、コア８０８の最外周
部８１０及び８１２は、第二端８９２に向かってコア全
体の幅が増大するように傾斜を有している。
【００４１】この方式によって、光学導波モードの低損
失かつ断熱的な拡大が実現される。さらに、導波路の光
学モードをファイバの光学モードに一致させることをよ
り容易にする目的で、テーパー８０２のコア８０８の
（最外周部８１０と８１２の間の）全体の幅が（モード
閉じ込めが最大である）第一端８９０から第二端８９２
へと変化させられ得る。さらに、全体の幅を変化させる
ことによって、テーパー８０２の第二端８９２の幅が、
それが結合される特定のファイバの直径に（少なくとも
一方向においては）対応するように調節され得る。詳細
に述べれば、この実施例においては、導波路とファイバ
との間のΔが一致させられるだけでなく、導波路とファ
イバの形状も一致させられる。（導波路あるいはファイ
バのΔは、コアとクラッドとの間の屈折率の分数差（fr
actional difference）として定義される。）その結
果、接続が改善され、損失が低減される。さらに、この
実施例においては、サイドギャップ８０４に対して、図
１０に関連して以下に議論されているように、後方反射
を低減する目的で角度がつけられ得る（傾けられ得
る）。
失かつ断熱的な拡大が実現される。さらに、導波路の光
学モードをファイバの光学モードに一致させることをよ
り容易にする目的で、テーパー８０２のコア８０８の
（最外周部８１０と８１２の間の）全体の幅が（モード
閉じ込めが最大である）第一端８９０から第二端８９２
へと変化させられ得る。さらに、全体の幅を変化させる
ことによって、テーパー８０２の第二端８９２の幅が、
それが結合される特定のファイバの直径に（少なくとも
一方向においては）対応するように調節され得る。詳細
に述べれば、この実施例においては、導波路とファイバ
との間のΔが一致させられるだけでなく、導波路とファ
イバの形状も一致させられる。（導波路あるいはファイ
バのΔは、コアとクラッドとの間の屈折率の分数差（fr
actional difference）として定義される。）その結
果、接続が改善され、損失が低減される。さらに、この
実施例においては、サイドギャップ８０４に対して、図
１０に関連して以下に議論されているように、後方反射
を低減する目的で角度がつけられ得る（傾けられ得
る）。
【００４２】サイドギャップテーパー８０２に関する希
釈ファクタは以下のように表わされる：
釈ファクタは以下のように表わされる：
【数１】 ここで、ｗはテーパー８０２の幅、ｄはサイドギャップ
の深さ、ｓはサイドギャップの（光の伝播方向の）長
さ、ｔはコア部の長さ、そしてｆはサイドギャップ８０
４の部分における光の電界のテーパー８０２の中央部分
における光の電界に対する大きさによって決定される重
み付けファクタである。サイドギャップ８０４の深さｄ
は、希釈ファクタＤＦの制御に係る付加的な自由度とな
る。光の伝播方向に（すなわち第一端８９０から第二端
８９２に向かって）テーパー８０２に沿って深さｄを徐
々に増大させることにより、小さなサイドギャップ長ｓ
を必要とすること無く、希釈ファクタＤＦを徐々に変化
させることが可能になる。よって、この方式によれば、
導波路光学モードの低損失かつ断熱的拡大が可能にな
る。
の深さ、ｓはサイドギャップの（光の伝播方向の）長
さ、ｔはコア部の長さ、そしてｆはサイドギャップ８０
４の部分における光の電界のテーパー８０２の中央部分
における光の電界に対する大きさによって決定される重
み付けファクタである。サイドギャップ８０４の深さｄ
は、希釈ファクタＤＦの制御に係る付加的な自由度とな
る。光の伝播方向に（すなわち第一端８９０から第二端
８９２に向かって）テーパー８０２に沿って深さｄを徐
々に増大させることにより、小さなサイドギャップ長ｓ
を必要とすること無く、希釈ファクタＤＦを徐々に変化
させることが可能になる。よって、この方式によれば、
導波路光学モードの低損失かつ断熱的拡大が可能にな
る。
【００４３】しかしながら、導波路の光学モードとファ
イバの光学モードとの間の正確な一致は、導波路とファ
イバのΔとコアサイズ（より正確には屈折率プロファイ
ル）の双方が一致している場合のみに実現される。それ
ゆえ、テーパー８０２に関しては、その一実施例におい
ては、サイドギャップテーパー８０２の全体の幅も、第
二端８９２における、ファイバのコアの直径と同程度あ
るいはそれ以上の大きさまで、徐々に拡大される。テー
パー８０２のコア８０８のサイズを徐々に拡大すること
により、テーパー８０２とファイバとの間の光学モード
の一致が改善されるために、結合損失がさらに低減され
る。その長さ方向に沿ってテーパー８０２のコアサイズ
を拡大することにより、光学電界の、基板内部方向へ延
在しているテールがより小さくなり、基板漏洩損失も低
減される。最後に、テーパー８０２の結合効率も、サイ
ドギャップの大きさに関する製造誤差により寛容にな
る。なぜなら、テーパー８０２のコア８０８の幅を拡大
することにより、テーパー８０２の動作が希釈比により
依存しなくなるからである。
イバの光学モードとの間の正確な一致は、導波路とファ
イバのΔとコアサイズ（より正確には屈折率プロファイ
ル）の双方が一致している場合のみに実現される。それ
ゆえ、テーパー８０２に関しては、その一実施例におい
ては、サイドギャップテーパー８０２の全体の幅も、第
二端８９２における、ファイバのコアの直径と同程度あ
るいはそれ以上の大きさまで、徐々に拡大される。テー
パー８０２のコア８０８のサイズを徐々に拡大すること
により、テーパー８０２とファイバとの間の光学モード
の一致が改善されるために、結合損失がさらに低減され
る。その長さ方向に沿ってテーパー８０２のコアサイズ
を拡大することにより、光学電界の、基板内部方向へ延
在しているテールがより小さくなり、基板漏洩損失も低
減される。最後に、テーパー８０２の結合効率も、サイ
ドギャップの大きさに関する製造誤差により寛容にな
る。なぜなら、テーパー８０２のコア８０８の幅を拡大
することにより、テーパー８０２の動作が希釈比により
依存しなくなるからである。
【００４４】以下、例示目的のみで、テーパーの大きさ
の一例が示される。例えば、テーパー８０２の一実施例
は、第一端８９０において幅５μｍを有し、それが徐々
に拡大されて第二端８９２においては８μｍになる。テ
ーパー８０２の長さはおよそ８００μｍである。サイド
ギャップの長さｓはおよそ４μｍである。サイドギャッ
プの深さｄは第一端８９０における０からスタートし、
徐々に増大して第二端８９２においては３μｍになる。
分割周期はおよそ１２μｍである。
の一例が示される。例えば、テーパー８０２の一実施例
は、第一端８９０において幅５μｍを有し、それが徐々
に拡大されて第二端８９２においては８μｍになる。テ
ーパー８０２の長さはおよそ８００μｍである。サイド
ギャップの長さｓはおよそ４μｍである。サイドギャッ
プの深さｄは第一端８９０における０からスタートし、
徐々に増大して第二端８９２においては３μｍになる。
分割周期はおよそ１２μｍである。
【００４５】テーパー８０２のコア部８０５とサイドギ
ャップ８０４との間の界面により、導波されている光が
反射される。各々の界面における反射の度合は、二酸化
珪素（ｎ＝１．４５）の場合におよそ（Δ／ｎ）2〜１
０-5であり、テーパーの挿入損失への寄与は無視できる
オーダーである。しかしながら、この無視できる量の反
射も、低リターンロス（すなわち後方反射）を必要とす
るアプリケーションによっては許容することが不可能で
ある程度に強いものと見なされる場合がある。従って、
図１０に示されているような本発明の実施例が用いられ
る。
ャップ８０４との間の界面により、導波されている光が
反射される。各々の界面における反射の度合は、二酸化
珪素（ｎ＝１．４５）の場合におよそ（Δ／ｎ）2〜１
０-5であり、テーパーの挿入損失への寄与は無視できる
オーダーである。しかしながら、この無視できる量の反
射も、低リターンロス（すなわち後方反射）を必要とす
るアプリケーションによっては許容することが不可能で
ある程度に強いものと見なされる場合がある。従って、
図１０に示されているような本発明の実施例が用いられ
る。
【００４６】詳細に述べれば、図１０に示されているよ
うに、テーパー９０２は、サイドギャップ９０４及びコ
ア部９０５を有するコア９０８を有している。特に、サ
イドギャップ９０４とコア部９０５との間の界面が、後
方反射を低減する目的で（ここではランダムに）傾斜さ
せられており、非周期的に配置されている。サイドギャ
ッ９０４は、サイドギャップ９０４とコア部９０５との
間の界面が、光の伝播方向に関して（図９に示されてい
るような９０°ではなく）通常７５°の角度を有するよ
うに配置されている。サイドギャップ９０４とコア部９
０５との間のインターフェースは、コヒーレントな反射
を避けるために、サイドギャップテーパー９０２の長手
方向に非周期的に配置されている。図９の場合とは異な
り、図１０の場合のアスペクト比は１：１である。テー
パー９０２の図１０に示された部分には描かれていない
が、サイドギャップ９０４の深さｄは本発明に従って変
化させられ得る。
うに、テーパー９０２は、サイドギャップ９０４及びコ
ア部９０５を有するコア９０８を有している。特に、サ
イドギャップ９０４とコア部９０５との間の界面が、後
方反射を低減する目的で（ここではランダムに）傾斜さ
せられており、非周期的に配置されている。サイドギャ
ッ９０４は、サイドギャップ９０４とコア部９０５との
間の界面が、光の伝播方向に関して（図９に示されてい
るような９０°ではなく）通常７５°の角度を有するよ
うに配置されている。サイドギャップ９０４とコア部９
０５との間のインターフェースは、コヒーレントな反射
を避けるために、サイドギャップテーパー９０２の長手
方向に非周期的に配置されている。図９の場合とは異な
り、図１０の場合のアスペクト比は１：１である。テー
パー９０２の図１０に示された部分には描かれていない
が、サイドギャップ９０４の深さｄは本発明に従って変
化させられ得る。
【００４７】図１１、１２、１３及び１４は、本発明に
係るテーパー８０２及び９０２の別の実施例を示した図
である。図１１は、サイドギャップ１００４及びコア部
１００５を有するテーパー１００２のコアの幅ｗが階段
的に増大している場合である。図１２は、テーパー１１
０２のある部分におけるサイドギャップ１１０４が三角
形をしている場合である。図１３は、テーパー１２０２
の一部におけるサイドギャップ１２０４の別の実施例で
ある。図１４は、テーパー１３０２の一部におけるサイ
ドギャップ１３０４の別の実施例である。しかしなが
ら、これらの実施例は例示目的で示されているものであ
り、テーパーのサイドギャップの配置、角度、サイズ及
び方向を系統的あるいはランダムに変化させることは本
発明の範疇に含まれている。
係るテーパー８０２及び９０２の別の実施例を示した図
である。図１１は、サイドギャップ１００４及びコア部
１００５を有するテーパー１００２のコアの幅ｗが階段
的に増大している場合である。図１２は、テーパー１１
０２のある部分におけるサイドギャップ１１０４が三角
形をしている場合である。図１３は、テーパー１２０２
の一部におけるサイドギャップ１２０４の別の実施例で
ある。図１４は、テーパー１３０２の一部におけるサイ
ドギャップ１３０４の別の実施例である。しかしなが
ら、これらの実施例は例示目的で示されているものであ
り、テーパーのサイドギャップの配置、角度、サイズ及
び方向を系統的あるいはランダムに変化させることは本
発明の範疇に含まれている。
【００４８】当業者には明らかなように、本発明の別の
実施例も可能である。例えば、各々の連続するサイドギ
ャップがその直前のギャップよりもわずかに深くコアに
延在しているような実施例を制限なく考えることができ
る。このような実施例は、連続するギャップの各々が基
板に対してわずかに深く、及び／あるいはコアに対して
わずかに深く延在しているような実施例を含むように拡
張されうる。
実施例も可能である。例えば、各々の連続するサイドギ
ャップがその直前のギャップよりもわずかに深くコアに
延在しているような実施例を制限なく考えることができ
る。このような実施例は、連続するギャップの各々が基
板に対してわずかに深く、及び／あるいはコアに対して
わずかに深く延在しているような実施例を含むように拡
張されうる。
【００４９】以上の説明は、本発明の一実施例に関する
もので，この技術分野の当業者であれば、本発明の種々
の変形例が考え得るが、それらはいずれも本発明の技術
的範囲に包含される。
もので，この技術分野の当業者であれば、本発明の種々
の変形例が考え得るが、それらはいずれも本発明の技術
的範囲に包含される。
【００５０】
【発明の効果】以上述べたごとく、本発明によれば、効
率的に低損失結合を実現するためにファイバのモードを
導波路のモードに一致させる集積化可能な導波路テーパ
ーが提供される。
率的に低損失結合を実現するためにファイバのモードを
導波路のモードに一致させる集積化可能な導波路テーパ
ーが提供される。
【図１】固定周期分割導波路テーパーを示す模式図。
【図２】固定周期分割導波路テーパーの利用例を示す模
式図。
式図。
【図３】両端にテーパーを有し、それぞれのテーパーに
対してファイバが結合された集積導波路を示す模式図。
対してファイバが結合された集積導波路を示す模式図。
【図４】固定周期テーパーにおける挿入損失を最終ギャ
ップと周期との比の関数として表したグラフ。
ップと周期との比の関数として表したグラフ。
【図５】固定周期テーパーにおける挿入損失を希釈係数
の関数として表わしたグラフ。
の関数として表わしたグラフ。
【図６】固定周期テーパーにおけるテーパー長を示す模
式図。
式図。
【図７】固定ギャップテーパーにおけるテーパー長を示
す模式図。
す模式図。
【図８】固定周期テーパー及び固定ギャップテーパーの
挿入損失をテーパー長の関数として表わしたグラフ。
挿入損失をテーパー長の関数として表わしたグラフ。
【図９】サイドギャップテーパーの実現例を示す模式
図。
図。
【図１０】図９に示されたサイドギャップテーパーの別
の実施例を示す拡大図。
の実施例を示す拡大図。
【図１１】本発明に係るサイドギャップテーパーの別の
実施例を示す模式図。
実施例を示す模式図。
【図１２】本発明に係るサイドギャップテーパーの別の
実施例を示す模式図。
実施例を示す模式図。
【図１３】本発明に係るサイドギャップテーパーのさら
に別の実施例を示す模式図。
に別の実施例を示す模式図。
【図１４】本発明に係るサイドギャップテーパーのさら
に別の実施例を示す模式図。
に別の実施例を示す模式図。
【符号の説明】 １００ 固定周期導波路テーパー １０４ 導波路 １０８ セグメント １１４ ファイバ接合 ２００ 固定ギャップ導波路テーパー ３０４ 二酸化珪素層 ３０８ ファイバ ３１２ テーパー ６４０ テーパーの長さ ８０２ サイドギャップテーパー ８０４ サイドギャップ ８０５ コアセグメント ８０８ コア ８１０、８１２ 最外周部 ８９０ 第一端 ８９２ 第二端 ９０２ サイドギャップテーパー ９０４ サイドギャップ １００２ サイドギャップテーパー １００４ サイドギャップ １００５ コアセグメント １００８ コア １１０２，１２０２，１３０２ テーパー １１０４，１２０４，１３０４ サイドギャップ
フロントページの続き (72)発明者 エドワード ジョン、ラスコワスキー アメリカ合衆国，07076 ニュージャー ジー，スコットプレーンズ エバーグリ ーンアベニュー 2289 (72)発明者 ウェイ クォ、ワング アメリカ合衆国、07090 ニュージャー ジー ウェストフィールド 94エー ア パートメント セントラルアベニュー 1000 (56)参考文献 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＬＩＧＨＴＷ ＡＶＥ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ，ｖｏ ｌ．11，ｎｏ．11，（1993），ｐ．1831 −1838 ＯＰＴＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ，ｖｏ ｌ．19，ｎｏ．21，（1994），ｐ．1732 −1734 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02B 6/12 - 6/14
Claims (9)
- 【請求項１】 光ファイバに結合されるのに適した第一
端及び第二端を有するテーパ状導波路において、 前記テーパ状導波路は、前記第一端から前記第二端へ延
在する複数個の連続したセグメント（１０８）を有し、 前記各セグメント（１０８）は、コア部と前記コア部に
結合され前記コア部よりも屈折率の小さい材料から構成
されたギャップ部とを有し、前記各セグメントのギャップ部の長さ（ｓ）は、同一で
あり、 前記各セグメントのコア部の長さ（ｔ）は、前記第一端
から第二端方向に向かってその直前のセグメントのコア
部の長さよりも短い ことを特徴とするテーパ状テーパ状
導波路。 - 【請求項２】 前記コアの長さが、前記第一端から第二
端方向に向かって増大していることを特徴とする請求項
第１項に記載のテーパ状導波路。 - 【請求項３】 前記ギャップ部の屈折率は、コア部の屈
折率よりも小さいことを特徴とする請求項第１項に記載
のテーパ状導波路。 - 【請求項４】 前記第一端が導波路と、集積化されてい
ることを特徴とする請求項第１項に記載のテーパ状導波
路。 - 【請求項５】 前記第一端が導波路に結合されているこ
とを特徴とする請求項第１項に記載のテーパ状導波路。 - 【請求項６】 導波路からファイバへ光を結合するため
に、閉じ込められた光のモードを変換するテーパ状導波
路において、 前記テーパー状導波路が、第一端と、光ファイバに隣接
して配置され、それぞれがコア部及びギャップ部を有す
る複数個のセグメントを有する第二端とを有し、 前記各セグメントのギャップ部の長さ（ｓ）は、一定で
あり、 前記各セグメントは、前記第一端から第二端方向に向か
って、前記コア部の長さ（ｔ）と前記ギャップ部の長さ
（ｓ）の和として規定される周期が短くなるように配置
されていることを特徴とするテーパ状導波路。 - 【請求項７】 前記コアの長さ（ｔ）が、前記第一端か
ら前記第二端方向に向かって増大していることを特徴と
する請求項第５項に記載のテーパ状導波路。 - 【請求項８】 前記ギャップ部が、前記コア屈折率より
も小さい屈折率を有することを特徴とする請求項第５項
に記載のテーパ状導波路。 - 【請求項９】 導波路のモードとファイバのモードとを
一致させるテーパ状導波路において、 当該テーパ状導波路は、連続的に配置されたセグメント
を有し、 前記各セグメントが、ギャップ長（ｓ）を有するギャッ
プ部とコア長（ｔ）を有するコア部とを有し、 前記各セグメントは、前記ギャップ長（ｓ）と前記コア
長（ｔ）との和である周期を有し、前記セグメントのう
ちの少なくとも一つのセグメントの周期は、他のセグメ
ント内の少なくとも一つのセグメントとは異なっている
ことを特徴とするテーパ状導波路。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US402266 | 1995-03-10 | ||
| US08/402,266 US5577141A (en) | 1995-03-10 | 1995-03-10 | Two-dimensional segmentation mode tapering for integrated optic waveguides |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08262245A JPH08262245A (ja) | 1996-10-11 |
| JP3153120B2 true JP3153120B2 (ja) | 2001-04-03 |
Family
ID=23591214
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05289096A Expired - Fee Related JP3153120B2 (ja) | 1995-03-10 | 1996-03-11 | テーパ状導波路 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5577141A (ja) |
| EP (1) | EP0731366B1 (ja) |
| JP (1) | JP3153120B2 (ja) |
| DE (1) | DE69617294T2 (ja) |
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| US6341189B1 (en) | 1999-11-12 | 2002-01-22 | Sparkolor Corporation | Lenticular structure for integrated waveguides |
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1996
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