JP5108180B2

JP5108180B2 - 効率的な反射結合を行なうための導波路の配置と角度の決定

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Publication number: JP5108180B2
Application number: JP2001155578A
Authority: JP
Inventors: マーク・エイ・トロル
Original assignee: アバゴ・テクノロジーズ・ジェネラル・アイピー（シンガポール）プライベート・リミテッド
Priority date: 2000-06-08
Filing date: 2001-05-24
Publication date: 2012-12-26
Anticipated expiration: 2021-05-24
Also published as: EP1162483A2; JP2002006244A; US6470109B1; EP1162483A3

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的に、光導波路の効率的な結合に関し、さらに詳しくは、全反射面に対する導波路の位置および角度の決定に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
遠隔通信あるいはデータ通信環境における信号伝達には、光学的なネットワークが盛んに使用されるようになってきた。レーザ光の変調の形態で情報を交換することができる。光信号を効率的に発生させるための装置と長距離にわたって光信号を送信するためのケーブルは、容易に入手可能である。しかしながら、信号の強度に大きく減衰させることなく信号を局所的に操作できるようにすることには多少の問題がある。局所的な操作は、２つの導波路間における定常状態信号送信装置により可能であり、あるいは、一つの導波路を通る光信号を多数の出力導波路のいずれかに伝達することができるスイッチング装置により可能となる。
【０００３】
一つの導波路から他の導波路への光信号を再び導くための１つの技術として、反射鏡（または、ミラー）を使用する。反射鏡は固定することができ、あるいは、反射鏡をマイクロマシン装置に接続することによりスイッチング装置で使用することができる。反射鏡を使用する代わりに、全反射面（ＴＩＲ）を設けることができる。従来技術において知られているように、ＴＩＲは、光線が屈折率の高い領域と屈折率の低い領域との間の境界面に向かって、屈折率の高い方の側から進行するときに生じる。ＴＩＲの現象を利用したスイッチング装置は、本発明の譲受人に譲渡されているFouquet他による米国特許第５，６９９，４６２号に記載されている。分離したスイッチングユニット１０を図１に示す。スイッチングユニットは、基板上の層によって形成された平らな導波路を有している。導波路層は、下方のクラッド層１４、光学的なコア１６、および、図示せぬ上方のクラッド層からなる。光学的なコアは、主として２酸化ケイ素から構成することができるが、必要な屈折率を得るための材料が注入されている。クラッド層は、コア材料の屈折率とは大きく異なる屈折率を有する材料から形成されているので、光信号はコアに沿って導かれる。導波路の実効位相屈折率は、当該技術分野において周知のように、コア材料の屈折率とクラッド層の材料の屈折率によって決まる。コア材料の層は、第１の光路における第１の入力導波路２０と第１の出力導波路２６を画定する導波路セグメントにパターン形成されている。このパターン形成は、また、第２の直線路における第２の入力導波路２４と第２の出力導波路２２を画定する。次に、上方のクラッド層が、パターン化されたコア材料の上に被着される。コア材料、上方のクラッド層、および、下方のクラッド層１４の少なくとも一部分を貫通するようにトレンチ２８をエッチングすることによりギャップが形成される。
【０００４】
第１の入力導波路２０と第２の出力導波路２２は、導波路の接合部３０が蒸気あるいはガスで充填されているときに、第１の入力導波路２０から第２の出力導波路２２に向かうＴＩＲ転向光を生じることになる入射角度でトレンチ２８の側壁と交差する軸を有する。しかしながら、接合部３０が導波路の実効位相屈折率にほぼ一致する屈折率を有する流体で充填されているときは、第１の入力導波路２０からの光は、屈折率の一致した流体を通って直線的に整列した第１の出力導波路２６に向かって進むことになる。
【０００５】
Fouquet他による特許には、透過状態と反射状態に光学スイッチングユニット１０を切り換えるための多数の代替実施態様が記載されている。透過状態では、２つの入力導波路２０と２４は、それらと直線的に整列した出力導波路２６と２２にそれぞれ光学的に結合される。反射状態では、第１の入力導波路２０は、第２の出力導波路２２に光学的に結合されるが、第２の入力導波路２４は、出力導波路２２及び２６のいずれにも光学的に接続されない。２つの状態を切り換えるための一つのアプローチを図１に示す。スイッチングユニット１０は、流体が収容されたトレンチ内における気泡の形成を制御するマイクロヒータ３８を有している。ヒータが、屈折率の一致している流体内に気泡を形成するのに十分な高温に達しているときは、気泡は、４つの導波路の接合部３０に配置される。その結果、導波路２０に沿って進む光は、トレンチ２８の側壁に達する際に屈折率の不一致に遭遇してＴＩＲを生じ、これにより、導波路２０と２２は、光学的に結合される。しかしながら、ヒータ３８が動作していないときは、屈折率の一致している流体が、再び、４つの導波路間の接合部３０に留まることになる。
【０００６】
図1を参照して説明する原理は、定常状態反射装置にも適用できる。すなわち、屈折率の一致している流体がトレンチ２８から除去されると、導波路２０と２２は、トレンチの壁においてＴＩＲにより連続的に結合される。この定常状態の実施態様には、導波路２４と２６は含まれない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ＴＩＲの現象は、一つの導波路から他の導波路への光信号の転送にうまく使われてきたが、さらなる改善が必要である。屈折率の高い領域と屈折率の低い領域との間の境界面に入射する光は、ＴＥ偏光を有するモードとＴＭ偏光を有するモードとの間で変化する。光は、その偏光に従い、境界面で異なる応答をする。結果として、導波路モードへの結合が不完全なために偏光依存損失（ＰＤＬ）が生じる。境界面に入射する光の偏光はランダムに変化するので、ＰＤＬの変化もランダムである。
【０００８】
偏光依存損失をなくし、あるいは、予測可能にする導波路の光学的結合構成が必要とされている。ＴＩＲ境界面に対して導波路を位置決めするための効率的なレイアウトを決定する方法も必要とされている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
屈折率の高い領域と屈折率の低い領域との間の境界面を交差する２つの導波路の結合における光学的な効率は、境界面に沿ったグーズ−ヘンヒェン効果を補償することによって高められる。１実施態様では、境界面に沿った反射光の横方向のずれが、２つの導波路の軸が境界面に沿って離れているべき距離を決定するために予測される。他の実施態様では、２つの導波路の軸間の距離が固定されていても、適切な角度を選択することによって第２の導波路による集光度を上げることができるので、２つの導波路の入射角度は、偏光による横方向のずれを等しくするように選択される。好ましい実施例では、軸間の距離および入射角度の両方とも、グーズ−ヘンヒェン効果を補償するように選択される。
【００１０】
前述したように、ＴＩＲは、屈折率の高い領域と屈折率の低い領域との間の境界面に、屈折率の高い領域の側から光線が入射するときに生じる。しかしながら、グーズ−ヘンヒェン効果により、反射光は、入射光が境界面と交差するポイントから短い距離だけ離れた境界面から生じることになる。反射光の集光が最大になるように導波路の位置および／または角度を調整することによって、信号処理の信頼性を高めることができる。最適な位置決めは、偏光に左右される。すなわち、ＴＭ偏光を有する光の横方向のずれ（Ｚ_TM）は、ＴＥ偏光を有する光の横方向のずれ（Ｚ_TE）とは異なる。ＴＭ偏光またはＴＥ偏光のいずれかに対して反射を最適化することができる。代替的には、境界面に沿った導波路の軸間の距離を、２つの偏光に対する損失が等しくなるように選択することができる。２つの偏光における２つの最適ポイント間の差の半分になるように距離を選択することによって、反射の偏光依存損失（ＰＤＬ）を０に近づけることができる。これにより、許容可能な全体的な低損失構成が得られる。
【００１１】
ＴＭ偏光を有する光の横方向のずれは、以下の式に基づいて計算することができる。
【式１】

ここで、ｋ＝２π／λ、ｎ_sは低い方の屈折率、ｎ_fは高い方の屈折率、Ｎ＝ｎｓｉｎθ、θは入射角度、λは光の波長である。ＴＥ偏光を有する光の横方向のずれは、以下の式を用いて決定することができる。
【式２】

により決定される。Ｚ_TMとＺ_TEの値は、幾何学的な反射が生じたとしたときに光束が得られる位置からの光束のずれに対して既知の三角法を用いることにより変換することができる。この変換を使用して、２つの導波路が幾何学的な反射位置にあるときに生じるであろう信号減衰を決定することができる。しかしながら、導波路の軸が必要な距離だけ離れるように、２つの導波路を全反射面と交差させて配置することによってこの損失を除去することができる。導波路を配置するこの工程は、境界面を画定する予め選択された面で終端するように導波路を作製することによって実施することができる。代替的には、交差軸を有するように導波路を作製し、次いで、それらの２つの軸間に所望の距離を与える面に沿って切り取ることによって実施することができる。前述したように、Ｚ_TMの決定にのみ基づいて、あるいは、Ｚ_TEの決定にのみ基づいて、あるいは、Ｚ_TMとＺ_TEの平均に基づいて、この距離を選択することができる。
【００１２】
２つの導波路に沿った伝播を含む光路の折り曲げを行なう特定のアプリケーションに対する入射角度を、偏光依存損失が最小になるように選択することができる。式１と式2における横方向のずれは入射角度（θ）に依存するので、境界面の法線に対して等しくなるように選択された２つの導波路の入射角度は、導波路の屈折率（ｎ_f）（すなわち、導波路の実効位相屈折率）と、導波路に対向する境界面の側にある領域の屈折率（ｎ_s）の関数である。２つの偏光に対してずれがほぼ等しくなる条件について式１と式2を解くと、式３及び式４になる。
【式３】

【式４】

境界面に沿った軸方向のずれの決定と同じように、一方の偏光あるいは他方の偏光に対して入射角度を最適化することができるが、式４を使用して、偏光依存損失が理論的に０となる条件を決定するのが好ましい。１例として、ｎ_sが空気の屈折率であり、導波路が１．３０〜１．６０の範囲にある実効位相屈折率を与える材料から形成されている場合は、式4を用いて決定される入射角度の範囲は４８°〜６０°である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図２を参照して説明する。高い屈折率を有する光路に沿って伝播する入力光４０が屈折率の低い領域に対する境界である境界面４２に入射したとき、全反射が生じる。例えば、この屈折率の低い領域を、空気で充填された領域とすることができる。入力光４０は、ＴＥ偏光を有するモードとＴＭ偏光を有するモードとの間でランダムに変化する。図２では、２つの偏光を数字４６と４４で示している。グーズ−ヘンヒェン効果として知られている現象のために、反射光は、入力光４０が境界面に入射する境界面４２のポイントから短い距離だけ離れたポイントから発する。この距離は、入力光のその時点での偏光によって決まる。図２では、ＴＭ偏光を有する出力光４８は、ＴＥ偏光を有する出力光５０が生じる距離（Ｚ_TE）よりも、その入射ポイントから短い距離（Ｚ_TM）において生じるものとして示している。
【００１４】
グーズ−ヘンヒェン効果を考慮して、光結合装置の設計者は、出力光線４８の位置または出力光線５０の位置のいずれかに出力導波路を配置することにより、特定の偏光を有する光の結合を最適化するように選択することができる。従って、入力導波路と出力導波路の軸間距離は、Ｚ_TMあるいはＺ_TEのいずれかになる。一方、設計者は、距離Ｚ_TMおよびＺ_TEの平均値であるＺ_AVEで示される距離に出力導波路を配置することによって偏光依存損失が０になるよう試みることもできる。
【００１５】
効率の良い光結合装置を得るためには、導波路の入射角度を考慮することも必要である。以下でさらに詳しく説明するように、入射角度は、入力光４０の光線軸から２つの偏光依存出力光４８及び５０の光線軸への横方向のずれを決定する際の一つのファクタである。導波路について適正な角度を選択することにより、２つの偏光について同じずれを得ることができ、出力光線５２の理論的な偏光依存損失が０になる。この角度は、導波路の屈折率と境界面４２の反対側の領域の屈折率によって決まる。
【００１６】
図３に、トレンチ６０と交差する入力導波路５６および出力導波路５８を有する定常状態光結合構成５４を示す。導波路は、基板６２上に形成されている。導波路の構造は、図1に関して説明した構造と同一のものとすることができる。すなわち、パターン形成された２酸化ケイ素の層から導波路を形成することができる。この２酸化ケイ素は、所望の屈折率を有する導波路のコアを形成するように注入処理（またはドーピング）されており、伝播する光をコア材料内に捕捉するためのクラッド層がコアの回りに形成されている。しかしながら、導波路を形成するためにドーピングされた２酸化ケイ素を使用することは、本発明にとって重要なことではない。コア材料とクラッド層をエッチング処理することによりトレンチ６０を形成して、空気が充填された領域を作り出し、これによって、その屈折率を導波路の実効位相屈折率よりも十分小さくすることができる。しかしながら、高い屈折率と低い屈折率の間に境界面を形成するために、他の技術を使用することもできる。
【００１７】
入力導波路５６は、出力導波路５８の軸６６の交差ポイントから離れたポイントでトレンチ６０の壁に交差する軸６４を有している。全反射のため、入力導波路５６からトレンチ６０の側壁に光が入射する際に、光路が折り曲げられる。反射光の集光が最大になるように導波路の位置および／または角度を調整することによって、信号処理の信頼性を高めることができる。入射角度は等しいが、これは、図３では、入力導波路軸６４とトレンチ６０の側壁に対する法線とのなす角θ₁と、出力導波路軸６６とトレンチ６０の側壁に対する法線とのなす角θ₂として別々に示されている。角度θ₁とθ₂とが固定されている場合は、軸６４と６６がトレンチ６０の側壁と交差するポイント間の距離を変えることができる。例えば、あるアプリケーションにおいて、導波路は形成するが、トレンチ６０の位置については選択の余地があり、従って、図２における三つの距離、Ｚ_TM、Ｚ_TEあるいはＺ_AVEの任意の１つを、トレンチ６０を適切な位置に正確にエッチングすることによって画定することができる。一方、トレンチ上における導波路軸の交差ポイント間の距離は固定であるが、入射角度は選択できるというアプリケーションも考えられる。アプリケーションに応じて、導波路および境界面の幾何学的な形状は、入力導波路５６から出力導波路５８への結合が効率の良いものになるよう選択される。
【００１８】
導波路５６及び導波路５８を、それぞれ入力導波路及び出力導波路として説明するが、図３に示す構成では双方向の結合が実現できる。すなわち、外部の光源から導波路５６に導かれる光線は、トレンチ６０の側壁から導波路５６に反射されるが、これは、逆方向に伝播する場合の効率と同じ効率で行なわれる。
【００１９】
所定の入射角度に対して、ＴＭ偏光を有する光の横方向のずれは、以下の式に基づいて計算することができる。
【式５】

ここで、ｋ＝２π／λ、ｎ_fは導波路の屈折率（実効位相屈折率）、ｎ_sはトレンチ６０内の領域の屈折率、Ｎ＝ｎｓｉｎθ、θは入射角度、λは光線の波長である。ＴＭ偏光を有する光に関して入力導波路５６と出力導波路５８との結合を最適化することを目的とするアプリケーションについてはこの式が使える。この場合は、高い偏光依存損失が生じることになる。なぜなら、光結合構成では偏光が優先するからである。しかしながら、偏光の選択性は、いくつかのアプリケーションでは必要とされる場合がある。
【００２０】
ＴＥ偏光を有する光の選択性が所望されるアプリケーションでは、以下の式を使うことができる。
【式６】

入力および出力導波路５６および５８の軸を距離Ｚ_TEだけ離すことにより、結合構成は、所望の偏光を有する光に優位なものとなる。
【００２１】
他のアプリケーションでは、入力導波路５６から出力導波路５８への反射に対する偏光依存損失を最小にすることが目的である。これは、所与の導波路入射角度に対して、Ｚ_TMとＺ_TEとの平均の距離だけ２つの導波路軸６４と６６を分離することによって達成される。結果として、出力導波路５８への伝達は、光線の中心と出力導波路の軸６６との間のずれに関してほぼガウス形の伝達係数を有する。従って、信号損失は予測可能であり、許容可能な範囲内にある。
【００２２】
他の実施態様では、入射角度は、入力導波路５６と出力導波路５８との間に光学的に効率の良い結合構成を実現するために選択される。適切な入射角度を選択することによって、２つの偏光に同じ横方向のずれが生じる。２つの偏光に対して同じずれを与える条件は以下の式によって求められる。
【式７】

導波路軸６４、６６のそれぞれと、トレンチ６０の側壁に直交する線とのなす角度は、以下の式によって求められる。
【式８】

従って、導波路の材料の屈折率（ｎ_f）と、トレンチ領域の屈折率（ｎ_s）が既知の場合は、入射角度は簡単に計算できる。例えば、ｎ_sが空気の屈折率であり、導波路が１．３０〜１．６０の範囲にある屈折率（ｎ_f）を与える材料で形成されている場合に、式７を用いて決定される入射角度の範囲を表１に示す。表１に示す屈折率は導波路の実効位相屈折率であり、これは、典型的な導波路にはほぼ５３°の入射角度が必要であることを意味している。
【表１】

【００２３】
図４は、本発明によるスイッチング構成６８を示すものである。このスイッチング構成は、２つの入力導波路７０及び７２、２つの出力導波路７４及び７６を備えている。図４では、このスイッチング構成は反射状態で示されている。この状態では、マイクロヒータ７８が励起されてトレンチ８２内の流体８０を加熱する。この流体は、導波路の実効位相屈折率にほぼ等しい屈折率を有している。１つの許容可能な流体はイソプロピルアルコールである。マイクロヒータ７８の加熱により４つの導波路の接合部で気泡が形成され、これにより、トレンチ８２の側壁に全反射境界面が形成される。
【００２４】
スイッチング構成６８が図４に示す反射状態にあるとき、入力導波路７０は、出力導波路７４に光学的に結合される。従って、入力導波路７０を伝播する光は、トレンチ８２の側壁で反射されて出力導波路７４に入る。一方、導波路７６の軸は、入力導波路７２の軸から十分に離れているため、入力導波路７２と出力導波路７６との間の光結合は阻止される。しかしながら、いくつかの実施態様では、入力導波路７２と出力導波路７６を光学的に結合することが望ましい場合もある。
【００２５】
マイクロヒータ７８が停止すると、トレンチ８２内の流体８０は、４つの導波路７０、７２、７４および７６の接合部においてトレンチ８２の一部分を占めることになる。流体８０は導波路の実効位相屈折率にほぼ等しい屈折率を有しているので、スイッチング構成６８は透過状態にある。入力導波路７０を経由して導かれる信号は、屈折率の一致した流体８０を通って出力導波路７６に伝播する。同様に、入力導波路７２を介して導入される光信号は、流体８０を通って出力導波路７４に伝搬する。４つの導波路の接合部に関して流体を操作する他のアプローチを使用することもできる。例えば、インクジェットプリントヘッドに使われる技術を使用して、導波路の接合部から屈折率の一致した液体を噴射することができる。この場合は、流体を充填するために毛管作用を利用する。
【００２６】
図５に示すように、全反射（ＴＩＲ）境界面を用いて導波路を効率的に光結合するための１実施例は、ＴＭ偏光を有する光の横方向のずれを決定するステップ８４を有している。このステップは、式５を使用して実行することができる。ステップ８６で、ＴＥ偏光を有する光の横方向のずれが決定される。この計算は、式６に基づいて行うことができる。ＴＭ偏光された光あるいはＴＥ偏光された光の一方のみの結合が好ましいアプリケーションもあるので、ステップ８４と８６の一方のみを使用することも任意に可能である。
【００２７】
ステップ８８において、導波路とＴＩＲ境界面との間の計算された関係が設定される。このステップの１実施例では、導波路は、固定されたＴＩＲ境界面に対してパターン形成される。他の実施例では、導波路は、交差する軸を備えるように作製されるが、導波路材料は、所望の位置にＴＩＲ境界面を形成するようにエッチングされ、それらの軸は、図３と図４に関連して説明したようにＴＩＲ境界面において離れて配置される。
【００２８】
導波路の効率的な光結合構成を提供するための他のまたは追加のプロセスとして、図６のステップ９０は、ＴＭ偏光とＴＥ偏光を有する光線にほぼ等しい横方向のずれを生じる入射角度を決定するステップを含んでいる。ステップ９０を実施する際には、式８を使用することできる。次に、決定された入射角度をステップ９２で使用して、各導波路とＴＩＲ境界面との間の計算された関係を確立する。結果として、ほぼ０である偏光依存損失が、０の反射損失と同時に達成される。
【００２９】
以下においては、本発明の種々の構成要件の組み合わせからなる例示的な実施態様を示す。
【００３０】
１．光結合装置（５４、６８）において、
第1の軸（６４）と第1の端部を有する第1の光導波路（５６、７０）と、
第２の軸（６６）と第２の端部を有する第２の光導波路（５８、７４）であって、前記第１および第２の端部が共通の境界面（６０、８２）に沿って配置されており、前記境界面における屈折率の変化により、前記第１の光導波路から前記第2の光導波路への光の反射が生じ、前記第１および第２の軸が、前記境界面において前記境界面に沿ったグーズ−ヘンヒェン効果を補償するように選択された距離だけ離れて配置されている、第２の光導波路（５８、７４）
とからなる、光結合装置（５４、６８）。
２．前記境界面（６０、８２）が、前記第１の光導波路（５６、７０）および第２の光導波路（５８、７４）の比較的高い屈折率からそれより低い屈折率に屈折率が変化する境界であり、前記グーズ−ヘンヒェン効果が、前記境界面に入射する光の、前記第１の光導波路からの横方向のずれ（Ｚ_S）である、上項１の光結合装置。
３．前記第1および第2の軸（６４及び６６）が、ＴＭ偏光を有する光の横方向のずれとＴＥ偏光を有する光の横方向のずれとのオフセットだけ前記境界面に沿って互いに離れて配置される、上項２の光結合装置。
４．前記ＴＭ偏光を有する前記光の横方向のずれ（Ｚ_TM）が、
Ｚ_TM＝２（Ｎ²−ｎ_s ²）^-1/2ｔａｎ（θ）／ｋ（Ｎ²／ｎ_s ²＋Ｎ²／ｎ_f ²−１）
であり、
前記ＴＥ偏光を有する前記光の横方向のずれ（Ｚ_TE）が、
Ｚ_TE＝２（Ｎ²−ｎ_s ²）^-1/2ｔａｎ（θ）／ｋ
であり、ここで、ｋ＝２π／λ、ｎ_fは前記比較的高い屈折率、ｎ_sは前記低い方の屈折率、Ｎ＝ｎ_fｓｉｎθ、θは前記境界面への前記光の入射角度、および、λは前記光の波長である、上項３の光結合装置。
５．前記第1および第2の軸（６４、６６）が、ＴＭ偏光を有する光とＴＥ偏光を有する光のうちの一方の効率の高い結合に基づくオフセットだけ前記境界面に沿って離れて配置される、上項２の光結合装置。
６．前記第１の光導波路（５６、７０）および第２の光導波路（５８、７４）が、前記境界面の法線に対して、それぞれ、角度θ₁とθ₂をなし、これらの角度が、前記境界面（８２）におけるグーズ−ヘンヒェン効果を補償するように選択される、上項1の光結合装置。
７．前記角度θ₁とθ₂のそれぞれが、それらの角度が、ａｒｃｓｉｎ（（２／（ｎ_f ²／ｎ_s ²＋１））^1/2）にほぼ等しいということに基づいて決定され、ここで、ｎ_fは前記第１の光導波路（５６、７０）および第２の光導波路（５８、７４）の屈折率、ｎ_sは前記境界面における屈折率であり、前記角度が等しいことからなる、上項６の光結合装置。
８．前記第１の光導波路（７０）および第２の光導波路（７４）の実効位相屈折率にほぼ等しい屈折率を有する流体（８０）と、
前記第１および第２の端部に対して前記流体を操作するためのメカニズム（７８）であって、前記流体が前記第１および第２の端部に存在しない反射状態と、及び、前記流体が前記第１および第２の端部に存在して、前記第１および第2の光導波路からの光を前記境界面を通して伝播するようにした透過状態とを形成するメカニズム
をさらに備える、上項１、２、３、４、５、６、または７の光結合装置。
９．第１の導波路（５６、７０）を第２の導波路（５８、７４）に光学的に結合する方法において、
前記第１の導波路から伝播する光線の横方向のずれを決定して全反射面に入射させるステップであって、前記第１の導波路と前記第１の導波路に対向する前記面の側にある領域（６０、８２）の屈折率を含むファクタ（要因）に基づいて前記横方向のずれを決定するステップを含む、ステップと、
前記第１および第２の導波路を前記全反射面に交差するように配置するステップであって、前記第１および第２の導波路の軸（６４、６６）を、前記決定された横方向のずれに基づいた距離だけ前記面において離して配置する、ステップ
からなる、方法。
【００３１】
本発明の概要を以下に示す。全反射境界面に沿ってグーズ-ヘンヒェン効果を補償することより、導波路(56及び58と70及び74)の効率的な光結合構成を実現する。1実施態様では、境界面に沿った反射光の横方向シフトを、2つの導波路の軸(64及び66)間の距離を決定するために計算する。TE偏光を有する光またはTM偏光を有する光の結合を最大にするために、軸間の距離を計算することができる。好ましくは、軸間の距離は、偏光依存損失が最小になるよう設定される。本発明の他の実施態様では、2つの偏光の横方向シフトが等しくなるように2つの導波路の入射角度を選択して、偏光依存損失を最小にする。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、偏光依存損失を低減した効率の良い導波路の光結合手段が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術による全反射を用いた光スイッチングユニットの上面図である。
【図２】グーズ−ヘンヒェン効果の結果としての全反射を表す図である。
【図３】本発明による定常状態の光スイッチング構成の上面図である。
【図４】本発明によるスイッチング構成の上面図である。
【図５】本発明の１実施態様を実施するための処理フローを示す図である。
【図６】本発明の代替実施態様または追加の実施態様を実施するための処理フローを示す図である。
【符号の説明】
５４、６８光結合装置
５６、７０第1の光導波路
５８、７４第２の光導波路
６０、８２境界面（トレンチ）
６４第１の光導波路の軸
６６第２の光導波路の軸
８０流体

Claims

光結合装置において、
第１の軸と第１の端部を有する第１の光導波路と、
第２の軸と第２の端部を有する第２の光導波路であって、前記第１および第２の端部が共通の境界面に沿って配置されている、第２の光導波路と、
前記第１及び第２の光導波路の実効位相屈折率にほぼ等しい屈折率を有する流体と、
前記第１および第２の端部に対して前記流体を操作するためのメカニズムであって、前記流体が前記第１および第２の端部に存在しないようにすることにより、前記境界面において屈折率の変化を生じさせて前記第１の光導波路から前記第２の光導波路へ光が反射する反射状態を提供し、及び、前記流体が前記第１および第２の端部に存在するようにすることにより、前記第１および第２の光導波路からの光が前記境界面を通って伝播する透過状態を提供するメカニズム
を備え、
前記第１の軸と前記第２の軸が、前記境界面に沿ったグーズ−ヘンヒェン効果を補償するために、ＴＭ偏光を有する光の前記境界面に沿った横方向のずれ量とＴＥ偏光を有する光の前記境界面に沿った横方向のずれ量の平均値と同じ距離だけ前記境界面において離れて配置され、
前記第１及び第２の軸のそれぞれと前記境界面とがなすそれぞれの角度は、前記ＴＭ偏光を有する光の前記横方向のずれ量と前記ＴＥ偏光を有する光の前記横方向のずれ量が異なるように設定されており、前記平均値は、それらの角度を変更することなく決定される、光結合装置。
前記境界面が、前記第１の光導波路および第２の光導波路の比較的高い屈折率からそれより低い屈折率に屈折率が変化する境界であり、前記グーズ−ヘンヒェン効果が、前記境界面に入射する光の、前記第１の光導波路からの前記境界面に沿った横方向のずれ（Ｚ_Ｓ）である、請求項１の光結合装置。
前記ＴＭ偏光を有する前記光の前記境界面に沿った横方向のずれ（Ｚ_ＴＭ）が、
Ｚ_ＴＭ＝２（Ｎ^２−ｎ_ｓ ^２）^−１／２ｔａｎ（θ）／ｋ（Ｎ^２／ｎ_ｓ ^２＋Ｎ^２／ｎ_ｆ ^２−１）であり、
前記ＴＥ偏光を有する前記光の前記境界面に沿った横方向のずれ（Ｚ_ＴＥ）が、
Ｚ_ＴＥ＝２（Ｎ^２−ｎ_ｓ ^２）^−１／２ｔａｎ（θ）／ｋ
であり、ここで、ｋ＝２π／λ、ｎ_ｆは前記比較的高い屈折率、ｎ_ｓは前記低い方の屈折率、Ｎ＝ｎ_ｆｓｉｎθ、θは前記境界面への前記光の入射角度、および、λは前記光の波長である、請求項１または２の光結合装置。
第１の光導波路を第２の光導波路に光学的に結合する方法において、前記第１の光導波路が第１の端部を有し、前記第２の光導波路が第２の端部を有し、該第１の端部と該第２の端部が共通の境界面に沿って配置されており、
前記第１の光導波路から伝播する光線の前記境界面に沿った横方向のずれを決定して前記境界面に入射させるステップであって、前記第１の光導波路と前記第１の光導波路に対向する前記境界面の側にある領域の屈折率を含むファクタ（要因）に基づいて前記光線のうちＴＭ偏光を有する光の前記境界面に沿った横方向のずれ量と前記光線のうちＴＥ偏光を有する光の前記境界面に沿った横方向のずれ量を決定するステップを含む、ステップと、
前記第１および第２の光導波路を前記境界面に交差するように配置するステップであって、前記第１および第２の光導波路の軸を、前記ＴＭ偏光を有する光の前記境界面に沿った横方向のずれ量と前記ＴＥ偏光を有する光の前記境界面に沿った横方向のずれ量の平均値と同じ距離だけ前記境界面において離して配置し、これによって前記境界面に沿ったグーズ−ヘンヒェン効果が補償されるようにする、ステップと、
前記第１及び第２の光導波路の実効位相屈折率にほぼ等しい屈折率を有する流体を前記第１および第２の端部に対して操作するステップであって、該流体が前記第１および第２の端部に存在しないようにすることにより、前記境界面において屈折率の変化を生じさせて前記第１の光導波路から前記第２の光導波路へ光が反射する反射状態を提供し、及び、前記流体が前記第１および第２の端部に存在するようにすることにより、前記第１および第２の光導波路からの光が前記境界面を通って伝播する透過状態を提供するステップ
を含み、
前記平均値は、前記第１及び第２の光導波路の軸と前記境界面とがなす複数の異なる角度の各々について、該角度を変更することなく決定される、方法。