JP7170923B2 - 集積回折格子結合器システム - Google Patents

Description

この発明は概して、光集積回路（photonic integrated circuit：ＰＩＣ）とも呼ばれる光学チップのための回折格子結合器に関し、より特定的には、１つの能動チップと１つの受動光学チップとを接続する回折格子結合器システムに関する。

対象用途は、ＩｎＰ導波路を含むものなどの能動光学チップと、シリコンおよび／または窒化シリコン導波路を含むものなどの受動チップとのハイブリッド集積である。期待される特性は、ずれに対する大きい許容差、接合プロセスの容易さ、および高い結合効率である。

シリコン光通信学は多くの利点を提供し、なかでも、作製コストは最も重要な要因である。また、シリコン導波路と周囲の二酸化シリコン層との間の大きい屈折率の差異は、低損失が可能なきつい屈曲を提供し、より高い密度および複雑性のＰＩＣをもたらす。窒化シリコン導波路は、同様の低コスト能力を、より低い光学損失性で提供する。一方、直流注入を用いる信頼できる光学利得または放射能力はない。したがって、能動ＰＩＣ（ＩｎＰ、ＧａＡｓ、またはＧａＮベースのものなど）と受動シリコン光通信学ＰＩＣとのハイブリッド集積は、低コスト、フル機能性、および高密度のＰＩＣを達成するために非常に重要になる。

しかしながら、２つの導波路を光学的に接続することは、狭い導波路、ひいては両側での速い発散光線に起因して、典型的にはサブミクロン精度での正確な整列を必要とする。２つの光学チップを、より大きい許容差で、高い結合効率で接続する必要がある。

発明の概要
本開示のいくつかの実施形態は、光学チップからの受動導波路上の２次元長周期回折格子が、基板側に向かって浅い角度の放射を作り出し、それは、チップファセット（第２の端）でより急な角度で回折され、細い光線を形成するように操作され、次に回折格子結合器を通して受動光学チップに結合される、という認識に基づいている。

いくつかの実施形態によれば、新規の回折格子結合器システムは、チップの導波路に光線を結合するために第１および第２の端を有する回折格子結合器によって実現され、チップは、第１の端から光線を受け、第２の端を通して光線を伝送するように構成された基板を含み、基板は第１の屈折率ｎ１を有し、チップはさらに、基板上に配置された回折格子曲線（線）を有する回折格子構造を含み、回折格子構造は第２の屈折率ｎ２を有し、回折格子曲線（線）は線幅ｗおよび高さｄを有し、ピッチΛによって配置され、第２の屈折率ｎ２は第１の屈折率ｎ１よりも大きく、チップはさらに、回折格子構造を覆うように構成されたクラッド層を含み、クラッド層は第３の屈折率ｎ３を有し、第３の屈折率ｎ３は第２の屈折率ｎ２とは異なっており、クラッド層は、回折格子構造から回折された光線をクラッド層より下に向かって反射するように配置される。２次元回折格子曲線（線）は、楕円形の線の一部である一連の弧を含み、それらのピッチは、回折光線が、典型的にはシリコン回折格子である第２の回折格子上に焦点を有するように形作られ、または狭くなるように、２次元において徐々に減少する。

本発明の別の実施形態によれば、チップの導波路に光線を結合するために第１および第２の端を有する回折格子結合器は、第１の端から光線を受け、第２の端を通して光線を伝送するように構成された基板を含み、基板は第１の屈折率ｎ１を有し、回折格子結合器はさらに、基板上に配置された回折格子曲線を有する回折格子構造を含み、回折格子構造は第２の屈折率ｎ２を有し、回折格子曲線は線幅ｗおよび高さｄを有し、ピッチΛによって配置され、第２の屈折率ｎ２は第１の屈折率ｎ１よりも大きく、回折格子曲線は、光線の光伝搬方向に垂直な２つの直交軸において狭化光線を形成するように光線を回折するために配置され、回折格子結合器はさらに、回折格子構造を覆うように構成されたクラッド層を含み、クラッド層は第３の屈折率ｎ３を有し、第３の屈折率ｎ３は第２の屈折率ｎ２とは異なっている。

また、本発明の別の実施形態は、集積回折格子結合器システムが、第１の基板と、第１の基板上に配置された第１の回折格子曲線によって形成された第１の回折格子構造と、第１の回折格子構造を覆うように形成されたクラッド層とを有する、第１のチップを含み、第１のチップは第１の導波路を含み、第１の導波路は、第１の端から第１の導波路を介して光線を受け、第２の端を通して光線を伝送するように構成され、集積回折格子結合器システムはさらに、第２の基板と、第２の基板上に配置された第２の回折格子曲線によって形成された第２の回折格子構造とを有する、第２のチップを含み、第２のチップは、第１のチップの第２の端から光線を受け、第２のチップの端から光線を伝送するように構成され、集積回折格子結合器システムはさらに、第１のチップおよび第２のチップをそれぞれ第１のサブマウントおよび第２のサブマウントを介して搭載するように構成された共通ブロックを含み、第１および第２のサブマウントは、第１のチップの第２の端からの光線が第２のチップの上部で受けられるように配置される、という認識に基づいている。クラッド層は、基板と同じ材料から作られてもよく、もしくは、ＳｉＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４、またはポリマーから作られてもよい。

さらに、本発明の別の実施形態によれば、集積回折格子結合器システムは、第１の基板と、第１の基板上に配置された第１の回折格子曲線によって形成された第１の回折格子構造と、第１の回折格子構造を覆うように形成されたクラッド層とを有する、第１のチップを含んでいてもよく、第１のチップは第１の導波路を含み、第１の導波路は、第１の端から第１の導波路を介して光線を受け、第２の端を通して光線を伝送するように構成され、集積回折格子結合器システムはさらに、第２の基板と、第２の基板上に配置された第２の回折格子曲線によって形成された第２の回折格子構造とを有する、第２のチップを含んでいてもよく、第２のチップは、第１のチップの第２の端から光線を受け、第２のチップの端から光線を伝送するように構成され、第２のチップの一部は、第１のチップが第２のチップの凹状区域上に配置されるように凹状区域を含み、凹状区域の深さは、第１のチップの第２の端からの光線が第２のチップの上部で受けられるように形成される。

ここに開示される実施形態を、添付図面を参照してさらに説明する。図示された図面は必ずしも縮尺通りではなく、代わりに、ここに開示される実施形態の原理を示すことが概して重要視されている。

本発明の実施形態に従った集積回折格子結合器システムの断面図である。 本発明の実施形態に従った集積回折格子結合器システムの断面図である。 本発明の実施形態に従った集積回折格子結合器システムの断面図である。 本発明の実施形態に従った集積回折格子結合器システムのシミュレートされた光伝搬の断面図である。 本発明の実施形態に従った、各回折格子線の厚さを含む２次元回折格子曲線の上面図である。 本発明の実施形態に従った２次元回折格子曲線の中心線の上面図である。 本発明の実施形態に従った、回折格子曲線からの反射光が導波路の第１の端に結合しないように、回折格子が光線の光伝搬方向に対して非対称的になるように配置された、２次元回折格子構造を示す図である。 本発明の実施形態に従った多段回折格子構造の側面図である。 本発明の実施形態に従った、非対称的な回折格子が多段によって形成された回折格子の側面図である。 本発明の実施形態に従った、第１のチップ（光線伝送側）と（第１のチップからの伝送された光線を受ける）第２のチップとを含む回折格子結合器の例示的な構造の断面図である。 本発明の実施形態に従った、図６Ａの回折格子結合器システムの上面図である。

上述の図面はここに開示される実施形態を述べているが、説明で言及されるように、他の実施形態も考えられる。この開示は例示的な実施形態を限定のためではなく表現のために提示する。ここに開示される実施形態の原理の精神および範囲内にある多くの他の変更および実施形態が、当業者によって考案され得る。

実施形態の説明
以下の説明は例示的な実施形態を提供するに過ぎず、この開示の範囲、利用可能性、または構成を限定するよう意図されていない。むしろ、例示的な実施形態の以下の説明は、１つ以上の例示的な実施形態を実現するための実施可能説明を当業者に提供するであろう。添付された請求項で述べられるような開示された主題の精神および範囲から逸脱することなく、要素の機能および配置において行なわれ得るさまざまな変更が考えられる。

実施形態の完全な理解を提供するために、特定の詳細が以下の説明で与えられる。しかしながら、実施形態はこれらの特定の詳細なしで実践され得るということが、当業者によって理解され得る。たとえば、開示された主題におけるシステム、プロセス、および他の要素は、不必要な詳細で実施形態を不明瞭にすることがないように、ブロック図の形式における構成要素として示されてもよい。他の事例では、周知のプロセス、構造、および手法は、実施形態を不明瞭にしないようにするために、不必要な詳細なしで示されてもよい。また、さまざまな図面における同じ参照番号および名称は、同じ要素を示す。

また、開示された主題の実施形態は、以下に説明される構造の少なくとも一部分または部分の組合せの使用によって実現されてもよい。

２つの光学チップ間の光結合は、ハイブリッドＰＩＣの最も重要な部分を構成する。整列の容易さと高い結合効率とは、非常に重要な要因である。回折格子結合器は、これらの能力を提供する。場合によっては、従来の楕円形の回折格子曲線は平行化光線を作り出す。すなわち、光線形状は、伝搬軸に沿ってほぼ一定である。しかしながら、これは、放射面積が大きく、かつ、より狭い光線幅または焦点が、第２の回折格子に効率的に結合するために必要である場合には、十分ではない。本発明の実施形態によれば、それは、光線が第２の回折格子の表面で所望の形状で形成されるように回折格子曲線の形状を提供し、より高い結合効率をもたらす。

この構成のための高い結合効率を達成する際、複数の要因がある。
図１Ａは、本発明に従った集積回折格子結合器システム１００の断面図を示す。第１の光学チップ（第１のチップ）１０５はＩｎＰ基板（第１の基板）１１０上に作られ、ＩｎＧａＡｓＰ導波路層１３０と、クラッド層１２０と、第１の回折格子１４０とを含む。第２の光学チップ（第２のチップ）１４５は、シリコン基板（第２の基板）１５０と、埋込みＳｉＯ_２層（ＢＯＸ層とも呼ばれる）１６０と、シリコン（Ｓｉ）導波路層（シリコン・オン・インシュレータ、またはＳＯＩとも呼ばれる）１７０と、ＳｉＯ_２クラッド層１８０と、シリコン導波路層上にエッチングされた第２の回折格子１９０とを含む。第１の光学チップ１０５は、金属層１８２を介してサブマウント１５１上に搭載される。金属層１８２は、第１のチップ１０５の底部の電極を形成する電極材料であってもよい。

サブマウント１５１および第２のチップ１４５の双方が、共通ブロック１８１上に搭載される。第１の光学チップ１０５における回折光は、ＩｎＰ基板１１０および第１の光学チップファセット１０５Ｓを通って伝搬し、第２の光学チップ１４５上の回折格子１９０に結合される。また、集積回折格子結合器システムの上面図の例を、図６Ａおよび図６Ｂに示す。場合によっては、クラッド層１２０は、ＩｎＰ、二酸化シリコン、またはポリマーから形成されてもよい。

図に示されるように、第１のチップ１０５を通って形作られた光線は、予め設計された角度範囲で第２の回折格子１９０に到達するように構成される。たとえば、水平線と回折光線とによって形成された角度θは、５０°～６０°の範囲内であり得る。そのような場合、第１のチップ１０５の上部１０５Ｔと第２のチップ１４５の上部１４５Ｔとの高さ差異Δｈが約１μｍ変化すると、第１のチップ１０５の第１の光学チップファセット１０５Ｓと第２のチップ１４５のチップファセット１４５Ｓとの間の水平間隙Δｘは約０．７μｍ変化し得る。したがって、回折光線に対する光学焦点および整列の観点からは、５０μｍ未満といったより小さい高さ差異Δｈが好まれる。しかしながら、半導体作製制限に起因して、ＩｎＰ基板１１０の典型的な厚さは８０μｍよりも大きい。高さ差異Δｈを減少させるために、サブマウント１５１の厚さは、高さ差異Δｈが約５０μｍ未満になるように選択されてもよい。

たとえば、Δｈが３０μｍ～５０μｍの範囲にある場合、水平間隙Δｘは０～約２０μｍから選択されてもよい。場合によっては、Δｈが１００μｍ～１３０μｍの範囲にある場合、水平間隙Δｘは０～約７０μｍから選択されてもよい。

ここで、回折格子ピッチΛは回折格子の立上がりエッジ間の距離であり、ｗは主要歯部の線幅であり、ｄは回折格子の厚さである。回折格子ピッチΛは一定でなくてもよく、入力導波路の端からの伝搬距離の関数であってもよく、チャープ回折格子を表わす。回折格子ピッチΛはまた、楕円形の線を形成するために、主要伝搬距離からの角度に依存する。第１の光学チップでは、回折格子は光を基板に向かって浅い角度として回折し、それはさらにチップファセットでより急な角度に回折される。光線は形作られ、第２のチップにおける回折格子上に照らされ、その導波路に誘導される。１５３０～１５７０ｎｍの動作波長では、副回折格子が含まれているかどうか、または副回折格子がどのように設計されているかに依存して、典型的な回折格子ピッチΛは５～１５μｍであり、典型的な回折格子線幅ｗは回折格子ピッチの１０～６０％である。典型的な回折格子厚さｄは０．２～１μｍである。

図１Ｂは、この発明に従った別の集積回折格子結合器システム１０１の断面図を示す。以下の図面では、図１Ａで示されたものと同一の部分には同じ番号が配置される。

第１のチップ１０５は、金属層１８２、サブマウント１５１、および熱電冷却器１５２を介して共通ブロック１８１に取り付けられる。この構成では、典型的にはレーザなどの加熱装置を含む第１のチップ１０５の温度特性を向上させるために、第１のチップ１０５の温度が熱電冷却器１５２によって制御され得る。

図１Ｃは、この発明の別の実施形態に従った集積回折格子結合器システム１０２の断面図を示す。この場合、第１のチップ１０５は金属層１８２とともに、第２のチップ１４５のエッチングされた領域１５３上に搭載される。集積回折格子結合器システム１０２は、第１の基板１１０と、導波路層１３０と、第１の基板１１０上に配置された第１の回折格子曲線（図２Ａおよび図２Ｂを参照）によって形成された第１の回折格子構造１４０と、第１の回折格子構造１４０を覆うように形成されたクラッド層１２０とを有する、第１のチップ１０５を含んでいてもよい。

また、集積回折格子結合器システム１０２は、第２のチップ１４５のための共通ブロック１８１を含んでいてもよい。共通ブロック１８１の厚さは、集積回折格子結合器システム１０２と他の光学部品との間の光学整列を調節するように選択され得る。第１の導波路１３０は、第１のチップ１０５の第１の端から光線を受け、第１のチップ１０５の第２の端を通して光線を伝送するように構成される。第２のチップ１４５は、第２の基板１５０と、第２の基板１５０上に配置された第２の回折格子曲線（たとえば、図６Ｂの曲線６４０）によって形成された第２の回折格子構造１９０とを含む。第２のチップ１４５は、第１のチップ１０５の第２の端から光線を受け、第２のチップ１４５の端から光線を伝送するように構成される。この場合、第２のチップ１４５の一部は、第１のチップが第２のチップの凹状区域１５３の表面上に配置されるように凹状区域１５３を含む。なお、凹状区域１５３の深さΔｄは、第１のチップ１０５の第２の端からの光線が第２のチップ１４５の上部１４５Ｔを介して第２の回折格子構造１９０で受けられるように形成される。この目的のために、凹状区域１５３および深さΔｄは、図１Ａで上述されたΔｈおよびΔｘの範囲を達成するようにエッチングによって形成されてもよい。また、共通ブロック１８１は、第２のチップ１４５を搭載するように構成される。

図１Ｄは、集積回折格子結合器システムのシミュレートされた光伝搬の断面図を示す。これは、第１のチップの第１の端で受けられた入射光が浅い角度で下向きに回折され、第１の光学チップファセット（端）１０５Ｓで屈折され、第２のチップ１４５の上部１４５Ｔ上に向けられることを示す。

図２Ａは、回折格子構造２９５の上面図を示す例を示し、網掛け領域２４０は、そのクラッド層厚さが周辺区域よりも大きい区域であり、２２０はエッチングされた回折格子領域であり、２３０は入力導波路である。

なお、第１の端の直線端と第１の回折格子線との間の距離Ｌ_ｇｒは、光線の不要な回折なく、かなりの量の強度の光線が第１の回折格子曲線（線）に到達できるように構成される。たとえば、距離Ｌ_ｇｒはｎλ_ｇ（ｎ：乗数；λ_ｇ：導波路における光線の波長）の範囲にあってもよく、乗数ｎは１０～１０００、より好ましくは５０～５００であってもよい。

図２Ｂは、エッチングされた領域２２０の回折格子曲線の中心線の上面図を示し、回折格子曲線は、

として表わされ、式中、ｘおよびｙはそれぞれ、回折格子構造における光伝搬と平行な方向および垂直な方向であり、ｑ＝ｍ、ｍ＋１、ｍ＋２…（ｍ＞０）は各回折格子線に対応する整数であり、λは波長であり、ｎ_ｃは基板の屈折率であり、φ_ｃは導波路表面法線からの角度であり、ｎ_ｅｆｆは導波路の実効屈折率であり、Δ_ｘおよびΔ_ｙはｘ方向およびｙ方向における狭化または焦点効果を表わす回折格子チャープの係数である。Δ_ｘおよびΔ_ｙの負の値は、曲線が原点（０,０）、すなわち、入力導波路の端から離れるにつれて、曲線のピッチまたは間隔が減少することを意味する。なお、式（１）は、Δ_ｘおよびΔ_ｙが双方とも０でない限り、必ずしも楕円形の線を表わさないが、それらは楕円形の線によって非常に良好に近似され得る。実際の回折格子曲線は、それらが図２Ａに示すように光線の光伝搬方向に向かう突起を形成するように、式（１）の一部である。

この回折格子からの回折光は、２次元において、すなわち、回折光線伝搬方向に各々垂直な２つの直交軸において操作され得る。Δ_ｘおよびΔ_ｙのための負の値を適切に選択することで、回折光線は、それが伝搬するにつれて狭くなり得る。Δ_ｘまたはΔ_ｙが０に等しい場合、すなわち、回折格子曲線間の距離が一定のままである場合、回折光線は、対応する方向に平行化されたままである。

また、Δ_ｘおよびΔ_ｙの絶対値が小さい場合、式（１）によって表わされる回折格子曲線は、一定の割合で減少する距離を有する。この値は、（回折格子６４０の区域内に狭化光線を形成するための（図６Ａおよび図６Ｂを参照））十分な狭化効果を有するものの、近過ぎる焦点距離を有さないように、典型的にはピッチの０．２％～２％の間で定められてもよい。

集積回折格子結合器システムは、同じ基板１１０上に１つ以上の半導体レーザ（図示せず）を含んでいてもよい。そのような場合、光線は半導体層から伝送されて導波路１３０を通して受けられ、金属層１８２は半導体レーザの電極として使用され得る。しかしながら、半導体レーザは、あらゆる反射に非常に敏感である。それは、モードホッピングまたはレーザ線幅変動を引き起こすおそれがある。したがって、少量の後方反射を示す傾向がある回折格子結合器を含む、空洞の内部または外部の光学部品からのいかなる反射も最小限にすることが、非常に重要である。

図３は、２次元回折格子が光線３１０の光伝搬方向に対して非対称的である、２次元回折格子の概略を示す。この場合、２次元回折格子は、回折格子曲線からの反射光が導波路の第１の端に結合しないように配置される。言い換えれば、曲線３００の軸３２０（ほぼ楕円形の曲線の場合、長軸）は、０でない角度α_０で導波路線３１０と交差する。

クラッド層１２０は、非半導体材料であってもよい。高価なエピタキシャル層再成長を通常必要とする半導体クラッド層を使用することとは対照的に、誘電材料（ＳｉＯ２またはＳｉ３Ｎ４）またはポリマー材料は、再成長を必要としないため、作製がより容易であり、コストがより低い。

しかしながら、大抵の光通信が用いる１．３～１．６μｍの波長では、誘電材料またはポリマー材料の屈折率は典型的には１．４～２．３であり、一方、導波路層の屈折率は３．０～３．６である。したがって、導波路層とクラッド層との間の屈折率の差は、半導体がクラッド層で使用される場合よりも大きくなる。これは、高次（ｎ＝２、３、４、５…）回折が、より大きい役割を果たし、典型的にはＳｉ基板上に作られた別の回折格子結合器（または別の光学部品）への結合効率を減少させる状況を作り出す。したがって、高次回折を最小限にすることが非常に重要である。

回折次数は各々、回折回折格子のフーリエ成分に高度に相関される。たとえば、矩形の回折回折格子は大量の３次および５次フーリエ成分を含むため、３次および５次回折が非常に高い。したがって、回折格子の立上がりエッジおよび立下がりエッジを効果的に和らげることが重要である。

図４は、基板４１０とクラッド層４３０によって挟まれた導波路層４２０が、３つ以上の高さレベルまたは段を有する回折格子４６０によって形成される、回折格子の側面図を示す。これは、複数のフォトリソグラフィおよびエッチングプロセスによって形成され得る。ＩｎＰ（リン化インジウム）回折格子結合器のための典型的な回折格子ピッチは８～１２μｍであるため、多段回折格子の形成は、０．５μｍまでの最小形状構成サイズが可能なプロセスを用いても実現可能である。

加えて、回折格子の断面形状は、図５に示すように非対称的であり得る。光伝搬５４０の方向に対して、回折格子はより鋭いサイジングエッチおよびより遅い立下がりエッジを有していてもよく、それは、効果的な著しい回折格子効果を作り出す。このように、入力光は、下向き方向５５０により効果的に向けられる。

図６Ａは、第１のチップ（光線伝送側）と（第１のチップからの伝送された光線を受ける）第２のチップとを含む回折格子結合器の例示的な構造の断面図を示す。上述のように、回折格子線は、図２Ａおよび図２Ｂに関して式（１）に従って配置され、予め定められた距離および曲率を有する。図６Ｂは、回折格子線が湾曲している、図６Ａの回折格子結合器システムの上面図である。θ_１およびθ_２はそれぞれ、第１および第２のチップのための同心回折格子線のための角度である。横方向の光線広がりを狭くする１つのやり方は、楕円形の回折格子などの湾曲した回折格子を使用することである。図６Ａおよび図６Ｂはそれぞれ、回折格子結合器システム６００の断面図および上部を示しており、回折格子結合器システム６００では、第１の光学チップ６１０および第２の光学チップ６３０はそれぞれ、楕円形の回折格子６２０および６４０を有する。一例では、約１μｍの幅を有するＩｎＰ導波路６１５が、全幅が少なくとも１０°の楕円形の回折格子６２０に接続される。０．５μｍの幅を有するシリコン導波路６３５も、楕円形のシリコン回折格子６４０に接続される。

本発明の上述の実施形態は、多くのやり方のうちのいずれでも実現され得る。たとえば、実施形態は、ハードウェア、ソフトウェア、またはそれらの組合せを使用して実現されてもよい。ソフトウェアで実現される場合、ソフトウェアコードは、単一のコンピュータに設けられても複数のコンピュータに分散されてもよい、任意の好適なプロセッサまたはプロセッサの集合に対して実行され得る。そのようなプロセッサは、１つ以上のプロセッサが１つの集積回路部品にある状態で、集積回路として実現されてもよい。しかしながら、プロセッサは、任意の好適なフォーマットで回路を使用して実現されてもよい。

また、この発明の実施形態は方法として具現化されてもよく、その例をこれまで提供してきた。方法の一部として行なわれる動作は、任意の好適なやり方で順序付けられてもよい。したがって、動作が図示されたものとは異なる順序で行なわれる実施形態が構成されてもよく、それは、例示的な実施形態では順次の動作として示されたようないくつかの動作を同時に行なうことを含んでいてもよい。

請求項要素を修飾するために、請求項で「第１の」、「第２の」といった順序用語を使用することは、それ自体が、ある請求項要素の他の請求項要素に対する優先度、優位性、または順序、あるいは、方法の動作が行なわれる時間的順序を指すわけではなく、ある名前を有する請求項要素を、（順序用語の使用がなければ）同じ名前を有する別の要素から区別するためのラベルとして、当該請求項要素同士を区別するために使用されるに過ぎない。

本開示はある好ましい実施形態を参照して説明されてきたが、本開示の精神および範囲内でさまざまな他の適合および変更が行なわれ得るということが理解されるはずである。したがって、本開示の真の精神および範囲内にあるような変形および変更をすべて網羅することが、添付された請求項の局面である。

Claims (21)

1. 集積回折格子結合器システムであって、
   第１の基板と、前記第１の基板上に配置された第１の回折格子曲線によって形成された第１の回折格子構造と、前記第１の回折格子構造を覆うように形成されたクラッド層とを有する、第１のチップを含み、
   前記第１のチップは第１の導波路を含み、
   前記第１の導波路は、第１の端から入力導波路を介して光線を受け、第２の端を通して前記光線を伝送するように構成され、
   前記第２の端は、前記第１の端に対し、前記入力導波路の反対側に位置し、前記第１のチップの端面であり、
   前記集積回折格子結合器システムはさらに、
   第２の基板と、前記第２の基板上に配置された第２の回折格子曲線によって形成された第２の回折格子構造とを有する、第２のチップを含み、
   前記第２のチップは、前記第１のチップの前記第２の端から前記光線を受け、前記第２のチップの端から前記光線を伝送するように構成され、
   前記集積回折格子結合器システムはさらに、
   第１のサブマウントを介する前記第１のチップおよび前記第２のチップを搭載するように構成された共通ブロックを含み、
   前記第１のサブマウントは、前記第１のチップの前記第２の端からの前記光線が前記第２のチップの上部で受けられるように配置される、集積回折格子結合器システム。
2. 前記第１の基板は第１の屈折率ｎ１を有し、前記第１の回折格子構造は第２の屈折率ｎ２を有し、前記第１の回折格子曲線は線幅ｗおよび高さｄを有し、前記第１の回折格子曲線は、ピッチΛによって配置され、前記第２の屈折率ｎ２は前記第１の屈折率ｎ１よりも大きく、前記第１の回折格子曲線は、前記光線の光伝搬方向に垂直な２つの直交軸において狭化光線を形成するように前記光線を回折するために配置され、前記クラッド層は第３の屈折率ｎ３を有し、前記第３の屈折率ｎ３は前記第２の屈折率ｎ２とは異なっている、請求項１に記載の集積回折格子結合器システム。
3. 前記第１の回折格子曲線は、回折された前記光線が前記第２のチップの上部に焦点を合わされるように構成される、請求項１に記載の集積回折格子結合器システム。
4. 前記第１の回折格子曲線は、部分的な楕円形の線が、前記光線の光伝搬方向に向かう突起を有する曲線を形成するように、前記部分的な楕円形の線として配置され、前記線の間の間隔は、前記第１の導波路の前記端からの距離の関数として狭くなる、請求項１に記載の集積回折格子結合器システム。
5. 前記第１の回折格子曲線の中心線は、
   

   

   
   として表わされ、式中、ｘおよびｙはそれぞれ、光伝搬と平行な方向および垂直な方向であり、ｑ＝ｍ、ｍ＋１、ｍ＋２…（ｍ＞０）は前記第１の端からの各回折格子線に対応する整数であり、λは前記光線の波長であり、ｎ_ｃは前記第１の基板の屈折率であり、φ_ｃは前記第１の導波路の表面法線からの角度であり、ｎ_ｅｆｆは前記第１の導波路の実効屈折率であり、Δ_ｘおよびΔ_ｙは回折格子チャープの係数である、請求項１に記載の集積回折格子結合器システム。
6. 前記第１の回折格子曲線は、前記第１の回折格子曲線からの反射された前記光線が前記第１の導波路の前記第１の端に結合しないように、前記光線の光伝搬方向に対して非対称的に配置される、請求項１に記載の集積回折格子結合器システム。
7. 前記クラッド層はＩｎＰ層を含む、請求項１に記載の集積回折格子結合器システム。
8. 前記クラッド層は窒化シリコンを含む、請求項１に記載の集積回折格子結合器システム。
9. 前記クラッド層はポリマーを含む、請求項１に記載の集積回折格子結合器システム。
10. 前記クラッド層は前記第１の基板と同じ材料を含む、請求項１に記載の集積回折格子結合器システム。
11. 前記第１の回折格子構造は３つ以上の高さレベルを含む、請求項１に記載の集積回折格子結合器システム。
12. 前記第１の回折格子構造の断面形状は非対称的である、請求項１に記載の集積回折格子結合器システム。
13. 前記第１の回折格子構造の立上がりエッジは、前記第１の回折格子構造の立下がりエッジよりも鋭い、請求項１１に記載の集積回折格子結合器システム。
14. 前記第１の回折格子曲線は、光線入力から来る入力光線に対して凹状であるように配置される、請求項１に記載の集積回折格子結合器システム。
15. 前記第１の回折格子曲線間の距離は非均一である、請求項１に記載の集積回折格子結合器システム。
16. 前記距離は、一定の割合で減少するように配置される、請求項１５に記載の集積回折格子結合器システム。
17. 前記第１の端の直線端と第１の回折格子線との間の距離は、前記第１の導波路における前記光線の波長の倍数であり、乗数は５０～５００である、請求項１に記載の集積回折格子結合器システム。
18. 前記第２のチップは楕円形の回折格子を有する、請求項１に記載の集積回折格子結合器システム。
19. 前記第１の導波路は、全幅の角度が少なくとも１０°の前記第１の回折格子構造に接続されたＩｎＰ導波路である、請求項１に記載の集積回折格子結合器システム。
20. 前記第１のサブマウントは電極膜で覆われている、請求項１に記載の集積回折格子結合器システム。
21. 集積回折格子結合器システムであって、
    第１の基板と、前記第１の基板上に配置された第１の回折格子曲線によって形成された第１の回折格子構造と、前記第１の回折格子構造を覆うように形成されたクラッド層とを有する、第１のチップを含み、
    前記第１のチップは第１の導波路を含み、
    前記第１の導波路は、第１の端から入力導波路を介して光線を受け、第２の端を通して前記光線を伝送するように構成され、
    前記第２の端は、前記第１の端に対し、前記入力導波路の反対側に位置し、前記第１のチップの端面であり、
    前記集積回折格子結合器システムはさらに、
    第２の基板と、前記第２の基板上に配置された第２の回折格子曲線によって形成された第２の回折格子構造とを有する、第２のチップを含み、
    前記第２のチップは、前記第１のチップの前記第２の端から前記光線を受け、前記第２のチップの端から前記光線を伝送するように構成され、
    前記第２のチップの一部は、前記第１のチップが前記第２のチップの凹状区域上に配置されるように前記凹状区域を含み、
    前記凹状区域の深さは、前記第１のチップの前記第２の端からの前記光線が前記第２のチップの上部で受けられるように形成される、集積回折格子結合器システム。

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