KR20070104467A - 복수 코어 평면 광도파관 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

복수 코어 광도파관은, 기판; 상부 및 하부 도파관 코어층; 상기 상부 및 하부 도파관 코어층 사이에 배치된 도파관 코어; 상부 및 하부 클래딩층; 및 상기 도파관 코어를 실질적으로 둘러싸는, 상기 상부 도파관 코어층과 상기 하부 도파관 코어층 사이에 배치된 중간 클래딩층을 포함한다. 상기 하부 클래딩층, 상기 중간 클래딩층, 및 상기 상부 클래딩층 각각은 상기 하부 도파관 코어층, 상기 상부 도파관 코어층, 및 상기 도파관 코어의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는다. 상기 광도파관의 적어도 소정의 일부를 따라, 상기 상부 도파관 코어층 및 상기 하부 도파관 코어층은 상기 평면 광도파관에 의해 지지되는 전파 광학 모드의 측방향 범위(lateral extent)를 넘어 실질적으로 양방향으로 연장하며, 상기 지지되는 전파 광학 모드의 측방향 범위는 상기 평면 광도파관의 상기 소정의 일부를 따르는 상기 도파관 코어의 폭에 의해 적어도 부분적으로 결정된다.
기판, 도파관 코어, 도파관 코어층, 클래딩층, 굴절률 차

Description

복수 코어 평면 광도파관 및 그 제조 방법{MULTIPLE-CORE PLANAR OPTICAL WAVEGUIDES AND METHODS OF FABRICATION AND USE THEREOF}
본 발명은 광도파관에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 복수 코어 평면 광도파관뿐만 아니라 그 제조 방법 및 사용 방법에 관한 것이다.
본 출원은 2005년 2월 15일에 출원된 미국특허출원 No.11/058,535에 대한 우선권을 주장하고, 이 미국특허출원의 전체 내용이 참고로 본 명세서에 포함된다.
도파관 기판 위에 제조된 평면 광도파관은 다양한 광어셈블리로 일체화될 수 있다. 이러한 광 도파관은 복수의 코어 또는 코어층들로 제조될 수 있다. 이러한 복수 코어 평면 광도파관을 사용하면 이하에 서술하는 것과 같이, 여러가지 면에서 이점이 있다.
본 출원에 개시된 요지는, ⅰ) 2004년 4월 29일에 출원된 미국특허출원 No. 10/836,641(2004년 12월 30일에 공개된 미국특허출원공개 No.2004/0264905 A1), ⅱ) 2003년 10월 9일에 출원된 미국특허출원 No. 10/682,768(미공개), ⅲ) 2003년 12월 9일에 출원된 미국특허출원 No. 10/616,709(2004년 7월 8일에 공개된 미국특허출원공개 No.2004/0129935 A1), 및 ⅳ) 2003년 6월 27일에 출원된 미국특허출원 No. 10/609,018(2004년 3월 18일에 공개된 미국특허출원공개 No.2004/0052467 A1) 에 개시된 요지와 관련된다. 상기 출원 각각은 본 출원에 원용된다.
복수 코어 광도파관은, 실질적으로 평면인 도파관 기판; 하부 도파관 코어층; 상부 도파관 코어층; 상기 하부 도파관 코어층과 상기 상부 도파관 코어층 사이에 배치된 도파관 코어; 상기 기판과 상기 하부 도파관 코어층 사이의 배치된 하부 클래딩층; 상기 상부 도파관 코어층 위의 상부 클래딩층; 및 상기 도파관 코어를 실질적으로 둘러싸는, 상기 상부 도파관 코어층과 상기 하부 도파관 코어층 사이에 배치된 중간 클래딩층을 포함한다. 상기 하부 클래딩층, 상기 중간 클래딩층, 및 상기 상부 클래딩층 각각은 상기 하부 도파관 코어층, 상기 상부 도파관 코어층, 및 상기 도파관 코어의 굴절률보다 낮은 굴절률을 가진다. 상기 광도파관의 적어도 소정의 일부를 따라, 상기 상부 도파관 코어층 및 상기 하부 도파관 코어층은 상기 평면 광도파관에 의해 지지되는 전파 광학 모드의 측방향 범위(lateral extent)를 넘어 실질적으로 양방향으로 연장하며, 상기 지지되는 전파 광학 모드의 측방향 범위는 상기 평면 광도파관의 상기 소정의 일부를 따르는 상기 도파관 코어의 폭에 의해 적어도 부분적으로 결정된다. 상기 광도파관은 제2 도파관 코어를 더 포함한다. 상기 도파관 코어들 사이의 광학 커플링에 의한 모드 변환을 효과적으로 하기 위해 상기 도파관 코어들은 다양한 방식으로 테이퍼링된다. 상기 도파관은 광섬유 또는 평면 도파관과의 광학 엔드-커플링(end-coupling)을 위해 도파관의 단부 표면에서 종결되고, 이러한 엔드-커플링을 위해 상기 도파관의 종단 세그먼트를 형성한다.
상기 도파관은, 도파관 기판 위에 하부 클래딩층을 형성하는 단계; 상기 하부 클래딩층 위에 하부 도파관 코어층을 형성하는 단계; 상기 하부 도파관 코어층 위에 중간 클래딩층의 하위 부분을 형성하는 단계; 상기 중간 클래딩층의 하위 부분 위에 도파관 코어를 형성하는 단계; 상기 도파관 코어에 걸쳐 그리고 상기 중간 클래딩층의 하위 부분의 노출된 영역 위에 상기 중간 클래딩층의 상위 부분을 형성하는 단계; 상기 중간 클래딩층의 상위 부분 위에 상부 도파관 코어층을 형성하는 단계; 및 상기 상부 도파관 코어층 위에 상부 클래딩층을 형성하는 단계에 의해 제조될 수 있다. 다양한 도파관 코어, 코어층, 또는 클래딩층에 대해 순차적으로 또는 동시에 공간 패터닝을 실시할 수 있다.
여기에 개시된 바와 같은 복수 코어 평면 광도파관에 속하는 목적 및 이점은 도면에 도시된 바와 같은 그리고 이하의 상세한 설명 또는 청구의 범위에 개시된 예시적 실시예를 참조함으로써 분명하게 될 것이다.
도 1a 내지 도 1e는 예시적인 복수 코어 광도파관의 단면도들이다.
도 2a 내지 도 2e는 예시적인 복수 코어 광도파관의 단면도들이다.
도 3a 내지 도 3e는 예시적인 복수 코어 광도파관의 평면도 및 단면도이다.
도 4a 내지 도 4d는 예시적인 복수 코어 광도파관의 평면도 및 단면도이다.
도면에 도시된 실시예는 예시이며, 본 발명의 범주 및/첨부된 청구의 범위를 제한하려는 것으로 해석되어서는 안 된다. 도면에 도시된 구조의 상대적 크기나 비율은 몇몇의 경우 실시예의 설명을 용이하게 하기 위해 실제와는 다르게 표시될 수도 있다.
도파관 기판(102) 위에 위치하는 도 1a 내지 도 1e의 단면도에는 복수 코어 저 콘트라스트 평면 도파관의 예시적인 실시예가 도시되어 있다. 도파관 기판(102)은 어떠한 적절한 기판 재료를 사용할 수도 있지만, 본 예에서는 실리콘과 같은 반도체 기판을 포함한다. 본 예에서, 저 콘트라스트 도파관 코어(113)은 도핑된 실리카를 포함하고 저굴절률(lower-index) 중간 클래딩층(120b)에 의해 둘러싸여 있으며, 상기 중간 클래딩층은 굴절률이 1.44 내지 1.46인 도핑된 실리카 또는 도핑되지 않은 실리카를 포함한다. 본 명세서에서 언급되는 "저 차(low-contrast)" 또는 "저굴절률 차(low-index-contrast)"란 약 5%미만의 굴절률 차를 의미한다. 본 예에서 도파관 코어(113)와 중간 클래딩층(120b) 사이의 굴절률 차는 약 5%미만이거나, 약 0.5% 내지 3% 이거나, 약 1% 내지 약 2%이다. 예를 들어, 도파관 코어(113)는 통상적으로 굴절률이 1.46 내지 1.48일 수 있다. 중간 클래딩층(120b) 및 상기 중간 클래딩층(120b) 내의 도파관 코어(113)는 두개의 도핑된 실리카 코어층(111 및 112) 사이에 배치되어 있고, 상기 두개의 도핑된 실리카 코어층은 또한 저굴절률 상부 클래딩층(120c)과 저굴절률 하부 클래딩층(120a) 사이에 배치되어 있다. 본 예에서 하부 클래딩층(120a)과 상부 클래딩층(120c)은 중간층(120b)과 유사하거나 동일한 굴절률을 갖는 도핑된 실리카 또는 도핑되지 않은 실리카를 포함한다. 코어층(111 및 112)은, 클래딩층(120a, 120b, 120c)의 굴절률보다는 높지만 도파관 코어(113)의 굴절률과는 유사하거나 동일한 굴절률을 갖는 도핑된 실리카를 포함한다. 상기 도파관 코어(113), 상기 코어층(111 및 112), 또는 클래딩층(120a, 120b, 120c)을 형성하는데 어떠한 다른 적절한 재료를 사용할 수도 있다.
도 1b 및 도 1e의 예에서, 코어층(111 및 112)은 도파관에 의해 지지되는 전파 광학 모드의 횡방향 범위(transverse extent)를 넘어 실질적으로 양방향으로 연장한다. 이러한 전파 광학 모드는 통상적으로 도파관 코어(113)에 의해 측면으로 한정되고, 상기 도파관 코어(113)의 횡방향 범위는 적어도 부분적으로 상기 지지되는 전파 광학 모드의 횡방향 범위를 결정한다. 도 1a, 도 1c, 도 1d의 예에서는, 코어층(들)(111 및/또는 112)을 종결시키는 돌출 측면 표면을 생성하기 위해 클래딩층(120a, 120b, 120c)을 형성한다. 이러한 돌출 측면 표면은 다양한 깊이로 배치되는데, 도파관 코어(113) 근처에 또는 넘어서 아래로 연장하거나 연장하지 않을 수 있다. 도파관은 도 1a 내지 도 1e에 도시된 다양한 구성을 갖는 복수의 세그먼트를 포함하도록 형성될 수 있다. 하나 또는 두개의 측면 돌출 표면을 갖는 몇몇 실시예에서, 코어층(111 및 112)은 지지된 광학 모드의 횡방향 범위를 넘어 실질적으로 양방향으로 연장한다. 대안으로, 다른 실시예에서, 지지되는 광학 모드의 횡방향 범위는, (코어층(111 및 112)이 도파관 코어(113)에 매우 가까이에서 종결되는 경우에는) 코어층(111 및 112)의 횡방향 범위에 의해, 또는 (측면 돌출 표면이 도파관 코어(113)에 매우 가까이에 형성된 경우에는) 측면 돌출 표면의 존재에 의해 부분적으로 결정된다. 도 1a 내지 도 1e의 모든 예시적인 복수 코어 저굴절률 차 도파관에서, 도파관 코어(113)의 존재가 그 중심 근처에서 (수직 치수를 따르 는) 공간 모드 프로파일의 상세(details)에 영향을 미치는 반면, 지지되는 전파 광학 모드는 코어층(111 및 112)에 의해 실질적으로 수직으로 한정된다.
전술한 바와 같은 실리카 또는 도핑된 실리카 코어, 코어층들, 및 클래딩층들을 갖는 예시적인 보수 코어 저굴절률 차 도파관에서, 도파관 코어(113)는 두께가 약 0.7㎛이고 폭이 약 8㎛이며, 코어층(111 및 112) 각각은 두께가 약 0.6㎛이고, 상기 코어층(111 및 112) 각각으로부터 코어(113)을 분리하는 중간 클래딩층(112b)의 두께는 약 1.5㎛이다. 약 1.3-1.5㎛의 도파관에서, 이러한 치수에 의해, 높이가 약 8㎛이고 폭이 10㎛인 횡방향 모드 크기(transverse mode size)가 생성될 수 있다. 상기 코어, 코어층, 또는 클래딩층의 치수나 굴절률을 다르게 선택하여 본 발명의 범주 내에서 적절한 모드 크기 및 형상을 생성할 수 있다. 광섬유 모드에 일치하는 공간 모드(spatial-mode)나 다른 광도파관 모드에 대해 적절한 모드 크기 및 형상을 선택하고, 이에 따라 회절 광손실(diffractive optical loss)을 감소시켜 엔드-커플링(end-coupling)을 가능하게 한다. 도파관 코어(113)의 두께 범위는 약 0.3㎛에서부터 약 1㎛까지이다. 도파관 코어(113) 및 코어층(111/112)에 대한 굴절률 범위는 통상적으로 약 1/46 내지 1/48인 반면, 클래딩층(120a/120b/120c)의 굴절률 범위는 통상적으로 약 1.44 내지 1/46이다. 위에서 주어진 하나 이상의 굴절률 차 범위 내에서 임의의 다른 적절한 굴절률을 적용할 수도 있다. 코어(113)로부터 코어층(111/112)을 분리하는 클래딩층(120b)의 부분들의 두께 범위는 약 1㎛ 내지 약 3㎛이다. 치수에 대한 특정한 조합은 원하는 공간 모드 특징과 적용된 굴절률 차의 특정한 정도에 따라 다를 것이다. 도핑된 실리 카 및 도핑되지 않은 실리카 외에, 다른 적절한 코어 및 클래딩 재료를 동등하게 사용할 수도 있다. 상기 예에서와 같이, 코어층(111) 아래의 하부 클래딩층(120a)을 충분히 두껍게 해서 도파관으로부터 기판(102)으로의 광학적 누설을 (동작에 있어서의 수용 가능한 한계 내에서) 줄이거나 실질적으로 제거할 수 있거나, 상기 클래딩층과 상기 기판 사이의 반사 코팅을 (전술한 바와 같이) 적용할 수도 있다. 하부 클래딩층의 두께는 5㎛ 이상이거나, 약 6㎛ 내지 약 12㎛ 또는 약 8㎛ 내지 약 10㎛가 될 수 있다. 마찬가지로, 상부 코어층(112) 위의 상부 클래딩층(120c)을 충분히 두껍게 해서 (동작에 있어서의 수용 가능한 한계 내에서) 도파관의 상부 표면을 통하는 광학적 누설을 줄이거나 실질적으로 제거하거나 또는 (동작에 있어서의 수용 가능한 한계 내에서) 지지되는 광학 모드를 사용 환경으로부터 실질적으로 격리시킬 수 있다. 상기 상부 클래딩층의 두께는 5㎛ 이상이거나, 약 6㎛ 내지 약 12㎛ 또는 약 8㎛ 내지 약 10㎛가 될 수 있다.
도 1a 내지 도 1e에 도시된 예와 같이, 복수 코어 저 굴절률 차 도파관의 제조는 통상적으로 하부 클래딩층(120a), 코어층(111), 및 클래딩층(120b)의 하위 부분을 (순서대로) 증착하는 것으로부터 시작된다. 그런 다음 공간적으로-선택적 증착(spatially-selective deposition)에 의해 또는 실질적으로 균일한 증착 후의 공간적으로-선택적 제거(spatially-selective removal)에 의해, 상기 증착된 클래딩층(120b)의 실질적으로 평면 상부 표면 위에 도파관 코어(113)를 형성한다. 코어(113)을 형성한 후, 추가의 클래딩층(120b)을 증착하는데, 이것은 클래딩층(120b)의 하위 부분을 형성하기 위해 증착된 재료와 동일한 재료를 포함할 수도 있고 포함하지 않을 수도 있다. 상당한 정도의 단차피복성(conformality)을 갖는 증착 프로세스를 적용하는 경우, 클래딩층(120b)의 상부 표면은 도파관 코어(113) 바로 위의 돌출부(raised portion)를 나타낸다. 이러한 비평면 클래딩 표면 바로 위에 상부 코어층(112)을 적층하면, 도파관 코어(113) 바로 위에 코어층(112)의 대응하는 돌출부가 생긴다. 상기 비평면 코어층(112) 위에 상부 클래딩(120c)을 증착하면, 클래딩층(120c)의 대응하는 비평면 상부 표면이 생긴다. 이러한 예시적 제조 시퀀스로부터 제조된 복수 코어 저 굴절률 도파관은 도 1b에 도시된 예시적 실시예와 비슷하다. 클래딩층(120b)을 위한 증착 프로세스를 적용하여 하부 형상(underlying topology)과 상관 없는 실질적으로 평면 상부 표면을 생성하거나, 코어층(112)의 증착 전에 클래딩층(120b)의 비평면 상부 표면이 실질적으로 평탄화되면, 그 결과적인 복수 코어 도파관은 도 1e에 도시된 예시적 실시예와 비슷하게 될 것이다. 어느 경우(평면 코어층 또는 비평면 코어층(112))이든지 간에, 이와 같은 도파관을 추가로 처리하여 도 1a, 도 1c 또는 도 1d에 도시된 것과 같은 돌출 측면 표면을 필요에 따라 생성한다. 굴절률 차가 상대적으로 낮고(예를 들어 약 5% 미만), 도파관 코어(113)가 충분히 얇은 경우(예를 들어 약 1㎛ 미만), 비평면 상부 코어층(112)을 갖는 복수 코어 도파관은 실질적으로 평면 상부 코어층(112)을 갖는 복수 코어 도파관에 의해 나타나는 것들과 실질적으로 유사한 광학적 성능 특성을 나타낸다.
또한 굴절률 코어를 포함하는 도 2a 내지 도 2e에 예시적 복수 코어 평면 광도파관이 도시되어 있다. 이전의 예에서와 같이, 기판(202)은 실리콘을 포함하지 만, 어떠한 다른 적절한 기판 재료(들)을 사용할 수도 있으며, 클래딩층(220a, 220b, 220c)은 적절한 두께(약 1.44 내지 1.46 사이의 굴절률)의 도핑된 실리카 또는 도핑되지 않은 실리카를 포함하지만, 어떠한 다른 적절한 클래딩 재료(들)를 사용할 수도 있다. 본 예에서, 고굴절률 차 도파관 코어(213b)는, 두께가 수십 내지 수백 나노미터이고 폭이 수 미크론(고굴절률차가 약 5% 이상)인, 질화 실리콘(silicon nitride) 또는 산화질화 실리콘(silicon oxynitride)의 층을 포함한다. 고굴절률 코어(213b)는 전체 도파관을 따라 연장하거나, 도파관의 하나 이상의 세그먼트만을 따라 연장할 수도 있는 반면, 도파관의 나머지 다른 세그먼트들을 따라 연장하지는 않는다. 저굴절률 차 코어(213b)는, 두께가 약 0.7㎛이고 폭이 약 8㎛이며, 본 예에서의 굴절률이 약 1/46 내지 1/48인, 도핑된 실리카를 포함한다. 저굴절률 차 코어층(211 및 212) 역시, 두께가 약 0.6㎛이고, 도파관 코어(213a)와 유사하거나 동일한 굴절률인, 실리카 또는 도핑된 실리카를 포함한다. 도파관 코어(213a 및 213b)가 접속하고 있는 것이 도시된 예들에서, 도파관 코어(213a 및 213b)가 클래딩 재료(220b)에 의해 분리되어 있는 실시예들 역시 본 발명의 범주 및 첨부된 청구의 범위에 부합한다. 도파관 코어(213b)가 제공되어 있고 도파관 코어(213a)의 폭이 적어도 수십 미크론이거나, 도파관 코어(213b)의 폭이 1-2㎛ 이상인 도파관의 부분들에 걸쳐, 도파관 코어(213a) 및 코어층(211/212)이 있기 때문에, 도파관의 광학 모드 특성에 거의 또는 아무런 영향을 미치지 않을 것이며, 상기 광학 모드 특성은 실질적으로 코어(213b)의 크기, 형태, 및 굴절률 차에 의해 결정된다. 도파관 코어(213b)가 없는 도파관 세그먼트에 있어서, 도파관 코 어(213a) 및 코어층(211/212)은, 특성이 굴절률 차, 치수 및 상대적 위치, 및 클래딩층(220a/220b/220c)의 굴절률에 의해 실질적으로 결정되는 광학 모드를 지지할 수 있다. 도파관 코어(213b)의 크기에 있어서 도파관 코어가 더 이상 제공되지 않을 때까지 도파관 코어의 폭이 약 1 내지 2미크론 이하로 감소하면, 도파관에 의해 지지되는 광학 모드는 이러한 양극단 사이에서 계속 발전하게 되어, 다양한 원하는 모드 크기, 형상, 그외 특성들을 도파관 코어(213a/213b) 및 코어층(211/212)에 의해 성취할 수 있다. 클래딩층(220a/220b/220c) 및 코어층(211/212)의 측면 부분들은 (도출 측면 표면이 있든지 없든지 간에) 전술한 방식들 중 어떠한 방식으로도 구성될 수 있으며, 이러한 다양한 구성을 갖는 복수의 세그먼트를 포함하도록 도파관을 형성할 수 있다.
도 2a 내지 도 2e의 도파관의 복수 코어 구조체에 의해, 다양한 광학적 성능 및/또는 기능성을 달성할 수 있는 넓은 배열의 광학 설계가 가능하다. 전술한 바와 같이, 광검출기를 조명하거나 그외의 목적에 따라, 다른 광도파관 또는 반도체 광학 기기와의 실질적 공간 모드 일치 광학 엔드 커블링(spatial-mode-matched optical end coupling)을 위해, 또는 (실질적으로 단열성이거나, 실질적으로 모드 인덱스 일치이거나, 또는 그외에 있어서) 다른 광도파관과의 횡방향 커플링(transverse-coupling)을 위해 고굴절률 차 코어층(213b)을 용이하게 형성할 수 있다. 다른 광도파관과의 또는 광섬유와의 실질적으로 공간 모드 일치 광학 엔드 커플링을 위해서나, 이러한 두개의 광도파관의 단부 사이에 다양한 자유 공간 광학 컴포넌트를 삽입하기 위해서나 또는 그외의 목적에 따라, 저률절률 차 코어(213a) 및 코어층(211/212)을 용이하게 형성할 수 있다. 이와 같은 도파관 코어(213a) 및 코어층(211/213)의 형성에 있어서는 도파관 코어(213a)의 폭을 감소시켜(예를 들어, 약 1㎛ 미만으로) 형성함으로써 원하는 모드 특성을 성취할 수 있다. 이러한 별개의 두 도파관 타입 사이에서는 도파관 코어(213a 및 213b)를 형성하는 재료의 공간 선택 패터닝(spatially selective patterning)에 의해 실질적인 단열성 전이(transition)가 이루어질 수 있다.
도 3a 내지 도 3e에 도시된 바와 같이, 도파관의 제1 세그먼트(300a)에 걸쳐 실질적으로 균일한 저굴절률 차 코어층(311/312)과 실질적으로 균일한 도파관 코어 재료층(313a) 사이에 폭이 수 미크론인 고굴절률 차 도파관 코어(313b)를 패턴화할 수 있다. 이 제1 도파관 세그먼트(300a)를 따라, 도파관의 속성에 대한 코어층들(311/312/313a)의 영향은 무시할만 하지만(도 3b), 고굴절률 차 도파관 코어(313b)는 안내된 광학 모드의 특성을 실질적으로 결정한다. 제2 도파관 세그먼트(300b)를 따라, 도파관 코어(313b)뿐만 아니라 도파관 코어 재료층(313a)도 패턴화될 수 있다. 도파관 코어 재료층(313a)을 패턴화하여 저굴절률 차 도파관 코어를 형성할 수 있는 반면(도 3c), 도파관 코어(313b)를 패턴화하여 고굴절률 코어를 계속 형성할 수 있다. 저굴절률 차 도파관 코어가 서서히 출현하도록(즉, 도시된 바와 같이 실질적으로 단열적으로), 또는 저굴절률 차 도파관 코어가 갑자기 출현하도록(도시되지 않음), 도파관 코어 재료층(313a)을 패턴화할 수 있다. 고굴절률 차 도파관 코어(313b)는 세그먼트(300b)를 따라 도파관의 광학 특성을 실질적으로 계속해서 결정한다. 도파관의 제3 세그먼트(300c)를 따라(도 3d), 고굴절률 차 도 파관 코어(313b)는 결국 종결될 때까지 도파관의 길이를 따라 폭이 서서히 감소하도록 패턴화되는 반면, 저굴절률 차 도파관 코어(313a)는 세그먼트(300c)의 길이를 따라 계속해서 형성된다. 고굴절률 차 도파관 코어(313b)의 이러한 테이퍼링은 상당히 점차적으로 이루어지기 때문에, 세그먼트(300c)의 한 단부에서의 고굴절률 차 도파관 코어(313b)의 도파관 광학 모드 특성과 세그먼트(300c)의 다른 단부에서의 저굴절률 차 도파관 코어(313a 및 코어층(311/312)의 도파관 광학 모드 특성 사이의 실질적인 단열적 전이가 가능하다. 도파관의 제4 세그먼트(300d)는 고굴절률 차 도파관 코어(313b)없이, 저굴절률 차 도파관 코어(313a) 및 코어층(311/312)만을 포함한다(도 3e). 종결하는 대신, 고굴절률 차 도파관 코어(313b)는 어느 정도의 최소 폭(도시되지는 않았지만 예를 들어 1㎛ 미만)까지 테이퍼링될 수도 있으며, 그런 다음 세그먼트(300d)를 따라 그 폭을 유지하여, 세그먼트(300d)에 의해 지지되는 광학 모드에 대한 원하는 특성을 성취할 수 있다. 도 3a 내지 도 3e에 도시된 예시적 광도파관은 광출력(optical power)이 어느 방향으로나 전파하는 광학 모드 변환기로서 기능할 수 있다.
도 2a 내지 도 2e 및 도 3a 내지 도 3e에 도시된 복수 코어 실시예에 대한 변형예에서, 저굴절률 차 코어층(211/311 및 212/312) 및 저굴절률 차 도파관 코어(313a)에 대해 임의의 적절한 수직 위치에 고굴절률 차 도파관 코어(213b/313b)를 설치할 수 있다. 저굴절률 차 층 인터페이스 중 하나에 고굴절률 차 도파관 코어(213b/313b)를 위치시킴에 따라, (코어(213b/313b)를 둘러싸는 층을 증착하는데 필요한 2단계를 생략함으로써) 제조 단계의 수를 줄일 수 있다. 고굴절률 차 도파 관 코어(213b/313b)를 저굴절률 차 도파관 코어(213a/313a)와 접촉해서 코어층(211/311 및 212/312) 사이에 배치하면, 복수 코어 저굴절률 차 도파관에 의해 지지되는 최하위 대칭 모드로의 우선적인 광학 커플링이 이루어질 수 있게 된다. 고굴절률 차 도파관 코어(313b)와 저굴절률 차 도파관 코어(313a) 사이의 실질적 단열적 전이 대신(도 3a 내지 도 3e), 다른 다양한 실시예에성는, 고굴절률 차 도파관 코어(313b)와 저굴절률 차 도파관 코어(313a)가 서서히가 아닌 갑자기 출현하거나 및/또는 종료될 수 있다. 이러한 배치는, 실질적인 단열적 횡방향 커플링 대신, 고굴절률 차 도파관 코어(313b)와 저굴절률 차 도파관 코어(313a) 사이의 실질적 모드 인덱스 일치 광학 횡방향 커플링에 적절하다. 본 발명의 범주 내에서 이러한 실시예들에 대한 많은 다른 변형예를 고려할 수 있다.
도 1a 내지 도 1e의 예시적 도파관의 제조에 대한 전술한 바와 유사한 시퀀스를 처리함으로써 도 2a 내지 도 2e 및 도 3a 내지 도 3e의 예시적 도파관을 제조할 수 있다. 도 2a 내지 도 2e에 도시된 예와 같은 도파관의 제조는 예를 들어 통상적으로 하부 클래딩층(220a), 코어층(211) 및 클래딩층(220b)의 하위 부분의 (순서대로) 증착에서부터 시작된다. 그런 다음, 통상적으로 공간적으로-선택적 증착 또는 실질적으로 균일한 증착 후의 공간적으로-선택적 제거에 의해, 상기 증착된 클래딩층(2290b)의 실질적으로 평평한 상부 표면 위에 도파관 코어(213a 및 213b)를 형성한다. 후자의 경우, 어느 한쪽을 공간적으로-선택적으로 처리하기 전에 양쪽 재료층을 증착할 수도 있다. 도파관 코어(213 및 213b)를 클래딩층(220b)에 의해 분리하고자 하는 경우에는, 클래칭(220b)의 중간층을 (전술한 바와 같이, 이러 한 중간 클래딩층의 상부 표면에 대한 평탄화 공정을 실시하거나 실지하지 않고) 하나의 코어를 형성한 후 그리고 다른 코어를 형성하기 전에 증착한다. 도파관 코어(213a 및 213b)를 형성한 후, 추가의 클래딩층(220b)을 증착하는데, 이러한 추가의 클래딩층(220b)은 클래딩층(220b)의 하위 부분(또는 중간 부분, 어느 것이든 상관 없음)을 형성하기 위해 증착된 재료와 동일한 재료를 포함할 수도 있고 포함하지 않을 수도 있다. 상당한 정도의 단차피복성(conformality)을 갖는 증착 프로세스를 적용하는 경우, 클래딩층(220b)의 상부 표면은 도파관 코어(213a 및 213b) 바로 위에 돌출된 부분을 형성할 것이다. 상부 코어층(212)은 이러한 비평면 클래딩 표면 바로 위에 증착되어, 도파관 코어(213a 및 213b) 바로 위에 코어층(212)의 대응하는 돌출된 부분이 생기게 된다. 상부 클래딩(220c)은 비평면 코어층(212) 위에 증착되어, 클래딩층(220c)의 대응하는 비평면 상부 표면이 생기게 된다. 이러한 예시적인 제조 시퀀스에 따라 제조된 복수 코어 도파관은 도 2b에 도시된 예시적 실시예와 비슷하다. 클래딩층(120b)을 위한 증착 프로세스를 적용하여 하부 형상(underlying topology)과 상관 없는 실질적으로 평면 상부 표면을 생성하거나, 코어층(212)의 증착 전에 클래딩층(220b)의 비평면 상부 표면이 실질적으로 평탄화되면, 그 결과적인 복수 코어 도파관은 도 2e에 도시된 예시적 실시예와 비슷하게 될 것이다. 어느 경우(평면 코어층 또는 비평면 코어층(212))이든지 간에, 이와 같은 도파관을 추가로 처리하여 도 2a, 도 2c 또는 도 2d에 도시된 것과 같은 돌출 측면 표면을 필요에 따라 생성한다. 굴절률 차가 상대적으로 낮고(예를 들어 약 5% 미만), 도파관 코어(213)가 충분히 얇은 경우(예를 들어 약 1㎛ 미만), 비평면 상부 코어층(212)을 갖는 복수 코어 도파관은 실질적으로 평면 상부 코어층(212)을 갖는 복수 코어 도파관에 의해 나타나는 것들과 실질적으로 유사한 광학적 성능 특성을 나타낸다.
도 4a 내지 도 4e의 예시적 실시예에서, 기판(402) 위에 형성된 복수 코어 도파관은 기판의 세그먼트(400c) 위에 형성된 V-그루브(403)에서 종결된다. V-그루브(403)에 수용된 광섬유(도시되지 않음)는 도파관에 엔드 커플링된다. 도파관의 세그먼트(400a)에 의해 지지되는 광학 모드는 수평 치수 상으로 긴 대체적으로 타원형의 횡방향 모드 형태를 나타낼 것이다. 이러한 광학 모드가 다른 유사하게 구성된 도파관에 대한 엔드 커플링에 적절하다면, V-그루브(403)에 수용된 광섬유에 대한 엔드 커플링을 덜 최적으로 제공하게 될 것이다. 더욱 거의 대칭적 공간 모드를 지지하기 위해 도파관의 종단 세그먼트(400b)를 형성함으로써, V-그루브(403)에 수용된 광섬유에 대한 엔드 커플링이 강화된다. 하나의 적절한 형성이 도 4a 내지도 4d에 도시되어 있는 데, 이 도면들에는 도파관의 인접하는 세그먼트(400b) 두 영역을 에칭하여(또는 다른 경우라면 처리하여), 코어 및 클래딩 재료 기판(402) 아래로 제거하여 측면 돌출 표면(404)을 형성한다. 도파관의 단부 근처에서, 코어층(411 및 412)은 도파관 코어(413)의 측면 에지들에 매우 가까이에서 종결되어 층(411 및 412)이 적어도 부분적으로 전파 광학 모드를 한정하도록 상기 에칭된 영역이 배열된다. 도파관의 단부에서 층(411 및 412)에 대한 적절한 폭을 선택함으로써(이러한 선택은 매립 매체 또는 캡슐 부재(encapsulant)와 같이, 상기 에칭된 영역을 연속적으로 채우는 데 사용될 수 있는, 임의의 재료의 굴절률에 부 분적으로 근거한다), 상기 전파 모드의 형상이 광섬유의 형상과 더욱 일치하게 되어, 동작에 있어서 수용 가능한 수준으로 또는 그 이상으로 도파관과 광섬유 사이에 엔드 커플링을 제공할 수 있다. 도파관 세그먼트(400a)와 도파관 세그먼트(400b)의 단부 사이의 전이는 필요에 따라, 실질적으로 단열적으로 수행되며, 코어층(411 및 412)의 폭은 도파관을 따라 도파관 단부 표면쪽으로 테이퍼링된다. 도파관의 단부와 광섬유 사이에 굴절률 일치 재료(index-matching substance)가 증착되고, 이러한 굴절률 일치 재료를 상기 에칭된 영역을 채우는 데 사용될 뿐만 아니라, 그 제공된 굴절률이 코어층(411 및 412)의 굴절률보다 낮거나 클래딩층(420a, 420b 또는 420c)의 굴절률보다 크지 않은 경우는 흔하다. 처리를 용이하게 하기 위해, 몇몇 실시예에서는, 도파관의 극단부에 얇은 단부 벽(thin end wall)(405)을 남겨두고, 상기 얇은 단부 벽은 층(420a/420b/420c 및 411/412)을 포함하게 된다. 이러한 얇은 단부 벽은 매우 얇게 형성되기 때문에 전파 광학 모드가 도파관의 단부 표면을 진입하거나 퇴거하는데 실질적으로 영향을 주지 않는다. 단부 벽을 갖는 또는 갖지 않는 실시예는 본 발명의 범주 또는 청구의 범위에 부합한다.
코어층(411/412)이 적어도 부분적으로 측면으로 전파 광학 모드를 한정하도록(그에 따라 예를 들어 도 4a 내지 도 4d에 도시된 바와 같은 구조체가 생기도록) 단일의 단계에서 코어층(411/412) 모두와 모든 클래딩층(420a/420b/420c)를 에칭하는 대신, 도파관을 따라 도파관 단부 표면(도시되지 않음) 쪽으로 폭이 테이퍼링되도록 도파관의 제조 동안 코어층(411/412)을 개별적으로 패턴화할 수 있다. 이러 한 제조 방식의 결과, 중간층(420b)이 코어층(411)의 측면 에지와 접촉하게 되는 반면, 상부 클래딩층(420c)은 코어층(412)의 측면 에지에 접촉하게 된다.
예시적 도파관들에 대한 전술한 바와 같은 통상적인 치수 및 굴절률 차에 있어서, 상기 상부 및 하부 코어층(411/412)이 코어(413)의 각각의 측면 에지로부터 약 15㎛ 미만으로 종결되는 경우 상기 상부 및 하부 코어층(411/412)이 도파관 단부 표면에서의 측면 한정에 기여한다는 것이 관찰되었다. 상당한 정도의 한정을 제공하기 위해 상기 단부 표면에는 코어층(411/412)이 넓게 나타나지 않는다. 도파관 단부 표면 근처에서 종결된 코어층(411/412)의 폭의 범위는 대략 코어(413)의 폭에서부터 코어(413)의 폭보다 넓은 약 30㎛까지이거나, 코어(413)보다 넓은 약 6㎛ 내지 약 20㎛이거나, 코어(413)보다 넓은 약 8㎛ 내지 약 12㎛일 수 있다.
엔드 커플링을 위한 광섬유를 수용하는 V-그루브 대신, 기판(402)은 그 위에 형성되어 엔드 커플링을 위해 위치하는 제2 광도파관을 포함한다(도시되지 않음). 대안으로, 기판(402)은, 제2 기판 위에 형성된 다음 이어서 엔드 커플링을 위해 기판(402)에 조립된 제2 평면 광도파관을 수용하도록 형성될 수 있다(도시되지 않음). 이러한 대안의 시나리오 중 어느 것이든지, 도파관의 종단 세그먼트(400b)는 동작에 있어서 수용 가능한 수준으로 또는 그 이상으로 도파관들 사이의 엔드 커플링이 가능하도록 임의의 적절한 방식으로 형성될 수 있다.
도 1a 내지 도 1e, 도 2a 내지 도 2e, 도 3a 내지 도 3b, 및 도 4a 내지 도 4d에 도시된 복수 코어 도파관의 예시적 실시예 및 그 변형예에는, 위에서 인용된 출원번호 제10/836,641호에 개시된 듀얼 코어 도파관에 의해 나타나는 많은 원하는 광학 속성이 나타나고 있다. 코어, 코어층, 또는 클래딩층의 굴절률 또는 두께를 조정함으로써 복수 코어 도파관에 의해 지지되는 전파 광학 모드의 공간 속성을 조정할 수 있다. 복수 코어 도파관에 의해, 다른 평면 광도파관 및 광섬유를 포함한, 다른 광도파관과의 엔드 커플링이 효과적으로 가능하다. 복수 코어 도파관에 의해 지지되는 광학 모드의 횡치수는 통상적으로 (적어도 통상적인 적외선 근처의 통신 파장의 범위에 걸쳐) 파장에 따른 실질적인 불변량이다. 복수 코어 도파관에 지지되는 최하위 모드는 실질적으로 다른 평면 도파관과의, 또는 (특히 도 4a 내지 도 4와 같이 형성된 경우에는) 광섬유와의 공간 모드 일치이다. 복수 코어 도파관에 의해 지지되는 광학 모드는 도파관의 단부 표면을 넘어 어느 정도의 거리를 전파하면 최소 위상 전면 곡률(minimum phase front curvature)을 나타내는 경향이 있다. 이러한 최소 위상 전면 곡률은 여기에 설명된 통상적인 파장 및 모드 크기에 있어서, 도파관 단부 표면으로부터 약 5 내지 30㎛ 떨어져 발생할 수 있다. 이에 의해 다른 평명 도파관과의 또는 광섬유와의 엔드 커플링에 따른 회절성 광학 손실을 상당히 줄일 수 있다. 복수 코어 저굴절률 차 도파관은 예를 들어 위에서 인용한 출원번호 제10/682,768호에 따라, 도파관들 사이의 자유 공간 광학 전파가 필요한 경우에 이롭게 실현될 수 있다. 복수 코어 저굴절률 차 도파관은 예를 들어 위에서 인용한 출원번호 제10/661,709호에 따라, 도파관의 단부 표면으로부터 광검출기까지의 자유 공간 광학 전파가 필요한 경우에 이롭게 실현될 수 있다. 복수 코어 저굴절률 도파관은 또한 감소된 편광 및/또는 단일 코어 평면 도파관에 대한 파장 의존성을 보인다. 본 발명의 범주 및 청구의 범위에 부합하면서, 도 1a 내지 도 1e, 도 2a 내지 도 2e, 도 3a 내지 도 3e, 및 도 4a 내지 도 4d의 임의의 도파관의 코어, 코어층, 및 클래딩층 모두를 최적화하여 (광학 손실, 편광 의존성, 파장 의존성, 공간 모드 일치 등과 관련해서) 동작에 있어서 원하는 수용 가능한 성능을 달성할 수 있다.
도면에 예시적으로 도시된 낮은 외형의 코어 도파관(low-profile-core waveguides)은 하나 이상의 낮은 외형의 코어(들) 또는 코어층들로 형성될 수 있는 평면 도파관의 다양한 실시예의 샘플링만을 나타낸다. 하나, 둘, 셋, 또는 네개의 도파관 코어 또는 코어층을 포함하는 예시적 실시예들을 도시하고 있지만, 훨씬 더 많은 수의 도파관 코어을 포함하는 실시예도 본 발명의 범주 내에서 실현될 수 있다. 많은 다른 적절한 낮은 외형의 코어 도파관 구성을 적용할 수 있으며, 이를 위해 사용된 다른 적절한 재료 및/또는 재료 조합을 본 발명의 범주 내에 부합하면서 사용할 수 있다.
여기에 개시된 바와 같은 저굴절률 차 복수 코어 도파관에서는 편광 또는 파장 의존성이 비교적 거의 없거나 또는 실질적으로 무시될 수 있다. 이러한 도파관은 이러한 의존성이 바람직하지 않거나 수용할 수 없는 애플리케이션에 매우 적합하다. 예를 들어, 이러한 실질적으로 편광 독립성의 도파관을, 인입광의 편광 상태가 알려져 있지 않거나 시간에 따라 변하는 광수신기에 적용할 수 있다. 이러한 저굴절률 차 복수 코어 도파관은 통상적으로 고굴절률 차 복수 코어 도파관보다 또는 단일 코어 대응물보다 (종종 개재되어 있는 광학 컴포넌트를 통한) 두개의 도파관의 인접하는 단부 표면들 사이의 자유 공간 광학 전파를 포함하는 애플리케이션 에 더 적합한 모드를 지지한다. 저굴절률 차 복수 코어 도파관의 모드 특성은 도파관 단부 표면들 사이의 투과 시의 회절성 광학 손실을 상대적으로 덜 입는다.
전술한 바와 같이, (위에서 인용된 출원번호 제10/836,641호에서와 같은) 단일 코어 저굴절률 차 도파관에 대해, 여기에 개시된 복수 코어 저굴절률 차 도파관은 편광이나 파장에 덜 의존적이거나 거의 무시할 수 있을 정도로 의존적인 모드 특성을 나타내는 경향이 있다. 또한, 수직 치수에서의 (1/e2 HW power로 표시되는) 주어진 모드 크기에 있어서, 단일 코어 저굴절률 차 도파관에 의해 지지되는 광학 모드는 복수 코어 저굴절률 차 도파관에 의해 지지되는 광학 모드의 윙들(wings)보다 모드 축으로부터 실질적으로 더 멀리 연장하는 지수함수적으로 쇠퇴하는 윙을 갖는다. 그 결과, 주어진 상부 및 하부 클래딩층 두께에 있어서, 복수 코어 저굴절률 차 도파관은 단일 코어 저굴절률 차 도파관보다 기판과의 커플링에 의해 또는 주위 환경에 의한 광학 손실을 덜 나타낸다. 또는, 주어진 동작에 있어서 수용 가능한 수준의 광학 손실에 있어서는, 더 얇은 상부 및 하부 클래딩층을 복수 코어 저굴절률 차 도파관에 적용할 수 있다.
복수 코어 저굴절률 차 도파관은 낮은 외형 및 얇은 코어의 제조 이점을 제공하는 동시에(더 얇은 에칭, 더 정교한 리소그래피, 에칭된 형상들 사이를 실질적으로 완전하게 채우는 것, 증착된 층들의 실질적으로 평면 상부 표면 등; 이에 대해서는 위에서 인용된 출원번호 제10/609,018호 및 제10/836,641호에 개시되어 있다), 두꺼운 단일 코어들을 특징 짓는 광학 속성을 제공한다. 예를 들어, 도 1a 내지 도 1e의 층들이 각각 증착되어 공간적으로 순차대로 패턴화되는 경우, 약 1.0㎛보다 더 두꺼운 층(및 통상적으로 약 0.7㎛보다 더 두꺼운 층)이 공간적으로 패턴화될 필요는 없다. 낮은 외형의 패턴화된 층(113)은, 예를 들어 중간 클래딩층(120b)의 일부의 뒤이은 증착이 코어층(112)의 증착을 위한 실질적으로 평면 상부 표면이 되게 한다. 도 1a 내지 도 1e에 도시된 바와 같은 복수 코어 저굴절률 차 도파관은 하나의 두꺼운 단일 코어의 많은 원하는 광학 특성을 나타내지만, 통상적으로 약 1㎛보다 얇은 층, 흔히 0.7㎛보다 얇은 층의 단일 패터닝 단계만을 필요로 한다.
여기서 사용되는 "광도파관"(또는 등가적으로 "도파관")이란 용어는 하나 이상의 광학 모드를 지지하는데 적합한 구조체를 의미한다. 이러한 도파관은 통상적으로 길이 방향의 치수를 따르는 전파를 허용하면서 2 횡방향 치수의 지지되는 광학 모드의 한정을 제공한다. 가로 및 세로 치수/방향은 곡선 도파관에 대해 국부적으로 규정되며; 그러므로 가로 및 세로 치수의 절대 배향(absolute orientation)은 예를 들어 곡선형의 도파관의 길이를 따라 가변한다. 광도파관의 예로는, 다양한 유형의 광섬유 및 다양한 유형의 평면 도파관을 들 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다. 여기서 사용되는 "평면 광도파관"(또는 등가적으로, "평면 도파관")이란 용어는 실질적으로 평면 기판 위에 제공된 임의의 광도파관을 의미한다. 길이방향의 치수(즉, 전파 치수)는 기판에 실질적으로 평행한 것으로 고려되어야 한다. 기판에 실질적으로 평행한 횡방향 치수는 측면 또는 수평 치수로서 언급되며, 반면에 기판에 실질적으로 수직인 횡방향 치수는 수직 치수로서 언급될 것이다. " 위(above)" 및 "아래(below)", "상부(top)" 및 "하부(bottom)", "위로(up)" 및 "아래로(down)" 등과 같은 용어는 기판에 대해 상대적으로 정의되어야 하며, 도파관은 기판 "위(above)"와 같이 정의된다. 이러한 도파관의 예로는, 릿지 도파관(ridge waveguides), 매립 도파관(buried waveguides), 반도체 도파관(실리콘, 실리콘 기반, Ⅲ-V, 그외), 다른 고굴절률 도파관("고굴절률"은 약 2.5 이상), 실리카 기반의 도파관(실리카, 도핑된 실리카, 및/또는 다른 실리카 기반의 재료), 중합체 도파관, 그외 저굴절률 도파관("저굴절률은 약 2./5 이하), 코어/클래드 타입 도파관, 복수의 층 반사기(MLR) 도파관, 금속-클래드 도파관, 공기-안내 도파관, 포토닉 결정 기반 또는 포토닉 밴드갭 기반의 도파관, 전기-광학(EO) 및/또는 전기-흡수(EA) 재료를 통합한 도파관, 및 비선형 광학(NLO) 재료를 통합한 도파관을 들 수 있으며, 본 발명의 범주 및 첨부된 청구의 범위에 부합하되 여기에 명시적으로 개시되지 않은 그외 무수한 많은 다른 예를 들 수 있다. 반도체(실리콘, 실리콘 기반, Ⅲ-V, 그외), 결정, 실리카 또는 실리카 기반, 그외 유리, 세라믹, 및 금속을 포함한, 많은 적절한 기판 재료를 사용할 수 있으며, 아울러 본 발명의 범주 및 청구의 범위에 부합하되, 여기에 명시적으로 개시되지 않은 그외 무수한 많은 다른 예를 사용할 수 있다. 상세한 설명에 개시된 내용/또는 첨부된 청구의 범위의 목적 상, "굴절률"은 특정한 재료의 벌크 굴절률(bulk refactive index)을 의미하거나(또한 여기에서 "재료 굴절률"로서 언급되기도 한다), 특정한 광학 소자에서 β=2πneff/λ에 의해 특정한 광학 모드의 전파 상수 β와 관련해서 "유효 굴절률" neff,을 의미한다. 유효 굴절률은 여기서 또한 "모드 굴절률(modal index)"로서 언급되기도 한다. "저 차(low-contrast)" 또는 "저굴절률 차(low-index-contrast)"란 약 5%미만의 굴절률 차를 의미하며, "고 차(high-contrast)" 또는 "고굴절률 차(high-index-contrast)"란 약 5% 이상의 굴절률 차를 의미한다.
여기에 개시된 광학 컴포넌트와 사용하기에 적절한 평면 광학 도파관의 하나의 예시적 유형으로는, 소위 PLC(Planar Lightwave Circuit)가 있다. 이러한 도파관은 통상적으로, (흔히 개재된 실리카 또는 실리카 기반의 광학 버퍼층과 함께) 실질적으로 평면 실리콘 기판에서 지지되는 실리카 또는 실리카 기반의 도파관(흔히 릿지 또는 매립 도파관; 다른 도파관 구성도 적용될 수 있다)을 포함한다. 하나 이상의 이러한 도파관 세트를 평면 도파관 회로, 광학 집적회로, 또는 광전자 집적회로라 한다. 하나 이상의 PLC 도파관을 갖는 PLC 기판은, 하나 이상의 광학 소스, 레이저, 변조기, 및/또는 적절하게 형성된 PLC 도파관을 이용하여 광출력을 최종 전달(end-transfer)하는데 적절한 그외 광학 기기를 장착하는데 용이하게 형성될 수 있다. 하나 이상의 PLC 도파관을 갖는 PLC 기판은, 하나 이상의 광학 소스, 레이저, 변조기, 및/또는 적절하게 형성된 PLC 도파관을 이용하여 광출력을 횡방향 전달(transvers-transfer)(모드 간섭 결합된 횡방향 전달 또는 실질적으로 단열성 횡방향 전달; 횡방향 커플링이라고도 함)하는데 적절한 그외 광학 기기를 (예를 들어 미국특허공개 제2003/0081902호, 제2004/0052467호 또는 제2004/0264905호에 따라) 장착하는데 용이하게 형성될 수 있다.
상세한 설명에 개시된 내용 또는 첨부된 청구의 범위의 목적 상, "공간적으로-선택적 재료 처리 기술(spatially-selective material processing tenichques)"로는, 에피택시, 층 성장, 리소그래피, 포토리소그래피, 증발 증착(evaporative deposition), 스퍼터링, 증기 증착, 화학 증기 증착, 빔 증착, 빔 보조 증착, 이온 빔 증착, 이온 빔 보조 증착, 플라즈마 보조 증착, 습식 에칭, 건식 에칭, 이온 에칭(반응성 이온 에칭 포함), 이온 밀링(ion milling), 레이저 매칭(laser matching), 스핀 증착, 스프레이-온 증착(spray-on deposition), 전기화학 플레이팅 또는 증착, 무전해 플레이팅, 포토-레지스트, UV 경화 또는 농축화(UV curing or densification), 정밀 톱 또는 그외 기계적 절단/형성 도구를 이용한 마이크로 매칭, 선택적 금속화 또는 땜납 증착, 평탄화를 위한 화학-기계적 연마, 그외 다른 적절한 공간적으로-선택적 재료 처리 기술, 이와 같은 기술들의 조합, 또는 이와 같은 기술들과의 기능적 등가물을 들 수 있다. 특히, "공간적으로-선택적으로 제공하는 단계" 또는 "공간 패터닝 단계"를 포함하는 임의의 단계에서, 층 또는 구조체는, 공간적으로-선택적 증착 또는 성장, 또는 (주어진 영역 위에) 실질적으로 균일한 증착 또는 성장에 뒤이은 공간적으로-선택적 제거(인터비닝 단계들(intervening steps)을 포함하거나 포함하지 않으며, 패터닝 단계와 관련 있거나 관련 없다) 중 모두 또는 그중 하나를 포함할 수 있다. 임의의 공간적으로-선택적 증착, 제거, 또는 그외 프로세스는 소위 직접-기재 프로세스(direct-write process)일 수 있으며, 또는 마스크 프로세스(masked process)일 수도 있다. 여기에서 언급된 임의의 "층"은 실질적으로 동종의 재료층을 포함할 수 있거나, 또는 하나 이상의 재료 하부층으로 이루어지는 비동종 세트를 포함할 수 있다는 것에 유념해야 한다. 공간적으로-선택적 재료 처리 기술은 공통 기판 웨이퍼 상에 복수의 구조체의 동시 제조/처리를 위한 웨이퍼 스케일(wafer scale)로 실현될 수 있다.
기판 또는 층"에 고정된", "에 접속된", "위에 증착된", "위에 형성된", 또는 "위에 위치한" 다양한 컴포넌트, 소자, 구조체, 또는 층은 기판 재료 또는 층 재료와 직접 접촉할 수 있거나, 또는 하나 이상의 층(들) 또는 기판 또는 층 위에 이미 제공된 그외 중간 구조체(들)과 접촉할 수 있으며, 그러므로 간접적으로 기판 층"에 고정"될 수 있다는 것에 유념해야 한다.
"동작에 있어서 수용 가능한"이란 말은 여기서, 광학 커플링 계수(등가적으로, 광학 커플링 효과), 광학 처리량, 원하지 않는 광학 모드 커플링, 광학 손실 등과 같은, 광학 컴포넌트 또는 광학 기기의 다양한 성능 파라미터의 수준을 언급하는 것을 나타낸다. 동작에 있어서 수용 가능한 수준은, 성능, 제조, 기기 수율, 어셈블리, 테스팅, 이용 가능성, 비용, 공급, 수요로부터 발생하거나, 또는 특별히 조립된 광학 기기의 제조, 배치, 또는 사용을 둘러싼 그외 요인으로부터 발생하는 적용 가능한 제약이나 조건의 임의의 관련 세트 또는 서브세트에 의해 결정된다. 그러므로 이러한 파라미터의 이러한 "동작에 있어서 수용 가능한 수준"은 이러한 제약이나 조건에 따라, 주어진 기기의 분류 내에서 변할 수 있다. 예를 들어, 하부 광학 커플링 효율성은 몇몇 예에서 하부 기기 제조 비용을 줄이기 위한 수용 가능한 교환조건(trade-off)일 수 있는 반면에, 다른 예들에 있어서는 높은 제조 비용에도 불구하고 높은 광학 커플링이 필요할 수도 있다. 다른 예에서, (스캐터링, 흡수, 원하지 않는 광학 커플링 등으로 인한) 높은 광학 손실은 몇몇 예에서 낮은 기기 제조 비용 또는 소형의 기기 크기를 제조를 달성하기 위한 수용 가능한 교환조건일 수 있는 반면에, 다른 예에 있어서는 높은 제조 비용 또는 대형의 기기 크기에도 불구하고 낮은 광학 손실이 필요할 수도 있다. 이러한 교환조건에 대한 많은 다른 예들을 상정할 수 있다. 여기에 서술된 바와 같이 이를 위한 광학 기기 및 제조 방법, 및 이것의 등가물은 그러므로 이러한 "동작에 있어서 수용 가능한" 제약이나 조건에 따라, 가변하는 정확도의 허용도 내에서 실현될 수 있다. "실질적으로 단열적", "실질적으로 공간-모드-일치된", "실질적으로 모드-굴절률-일치된", "원하지 않는 광학 손실을 실질적으로 회피하기 위한" 등의 여기서 사용된 말은 "동작에 있어서 수용 가능한" 성능에 대한 이러한 개념과 관련해서 파악되어야만 한다.
상세한 설명에 개시된 내용 및 첨부된 청구의 범위의 목적 상, 접속사 "또는"은, 만약: ⅰ) 명시적으로 언급된, 예를 들어 "...중 어느 하나", "...중 단지 하나", 또는 유사한 언어가 아닌 경우나, 또는 ⅱ) 열거된 대안 중 둘 이상은 그 특정한 문맥 내에서 서로 배타적이지 않은 경우에는, 포함하는 것으로 해석되어야 하며(예를 들어, "개 또는 고양이"는 "개, 또는 고양이, 또는 둘 다"로 해석될 것이고; 예를 들어 "개, 고양이, 또는 쥐"는 "개, 또는 고양이, 또는 쥐, 또는 어느 두개, 또는 셋 모두"로 해석될 것이다), 어느 경우이든지 "또는"은 상호적이지 않은 배타적인 대안을 포함하는 조합들만을 망라한다.
특정한 실시예들이 특정한 재료 또는 재료 조합을 적용하는 것에 대해 그리 고 특정한 치수 및 구성을 갖는 것에 대해 서술하였으나, 상세한 설명에 개시된 내용 및 첨부된 청구의 범위에 부합하면서 다양한 치수 또는 구성에 많은 재료 또는 재료 조합이 적용될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 개시된 예시적 실시예 및 방법의 등가물은 상세한 설명에 개시된 내용 및 첨부된 청구의 범위에 부합되어야 한다. 개시된 예시적 실시예 및 방법, 및 그 등가물은 상세한 설명에 개시된 내용 및 첨부된 청구의 범위에 부합하면서 변형될 수 있다.

Claims (34)

  1. 평면 광도파관에 있어서,
    실질적으로 평면인 도파관 기판;
    하부 도파관 코어층;
    상부 도파관 코어층;
    상기 하부 도파관 코어층과 상기 상부 도파관 코어층 사이에 배치된 도파관 코어;
    상기 기판과 상기 하부 도파관 코어층 사이의 배치된 하부 클래딩층;
    상기 상부 도파관 코어층 위의 상부 클래딩층; 및
    상기 도파관 코어를 실질적으로 둘러싸는, 상기 상부 도파관 코어층과 상기 하부 도파관 코어층 사이에 배치된 중간 클래딩층
    을 포함하며,
    상기 하부 클래딩층은 상기 하부 도파관 코어층, 상기 상부 도파관 코어층, 및 상기 도파관 코어의 굴절률보다 낮은 굴절률을 가지며,
    상기 중간 클래딩층은 상기 하부 도파관 코어층, 상기 상부 도파관 코어층, 및 상기 도파관 코어의 굴절률보다 낮은 굴절률을 가지며,
    상기 상부 클래딩층은 상기 하부 도파관 코어층, 상기 상부 도파관 코어층, 및 상기 도파관 코어의 굴절률보다 낮은 굴절률을 가지는, 평면 광도파관.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 도파관 코어의 폭은 상기 도파관 코어의 두께보다 실질적으로 크고,
    상기 도파관 코어의 상부 표면은 실질적으로 평평하며,
    상기 상부 도파관 코어층 및 상기 하부 도파관 코어층은 상기 평면 광도파관에 의해 지지되는 전파 광학 모드의 측방향 범위(lateral extent)를 넘어 실질적으로 양방향으로 연장하며, 상기 지지되는 전파 광학 모드는 상기 도파관 코어에 의해 실질적으로 양방향으로 한정되는, 평면 광도파관.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 중간 클래딩층의 상부 표면은 실질적으로 평면이고, 상기 상부 도파관 코어층은 실질적으로 평면인, 평면 광도파관.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 중간 클래딩층의 상부 표면은 비평면이고 상기 광도파관 코어 위로 돌출된 실질적인 평면부를 포함하며,
    상기 상부 도파관 클래딩층은 비평면이고, 상기 도파관 코어 위에 돌출된 실질적인 평면부를 포함하는, 평면 광도파관.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 상부 도파관 코어층과 하부 도파관 코어층 사이에 제2 도파관 코어를 더 포함하며,
    상기 제2 도파관 코어의 굴절률은 상기 상부 클래딩층, 상기 중간 클래딩층, 및 상기 하부 클래딩층의 굴절률보다 크고,
    상기 제2 도파관 코어의 폭은 상기 도파관 코어의 두께보다 실질적으로 크고,
    상기 제2 도파관 코어의 상부 표면은 실질적으로 평면이며,
    상기 제1 도파관 코어 및 상기 제2 도파관 코어는 상기 중간 클래딩층 내에서 하나 위에 다른 하나가 있도록 배치되는, 평면 광도파관.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 도파관 코어 및 상기 제2 도파관 코어는 서로 접촉하고 있는, 평면 광도파관.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 상부 코어층과 상기 하부 코어층 사이의 굴절률 차는 약 5%미만이고,
    상기 하부 코어층과 상기 하부 클래딩층과 상기 중간 클래딩층 사이의 굴절률 차는 약 5% 미만이고,
    상기 제1 도파관 코어와 상기 중간 클래딩층 사이의 굴절률 차는 약 5%미만이며,
    상기 제2 도파관 코어와 상기 중간 클래딩층 사이의 굴절률 차는 약 5%미만 인, 평면 광도파관.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2 도파관 코어는 실질적으로 상기 광도파관의 길이의 일부를 따라 전파 광학 모드를 한정하는, 평면 광도파관.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 상부 클래딩층, 상기 중간 클래딩층, 및 상기 하부 클래딩층은 실리카 또는 도핑된 실리카를 포함하고,
    상기 상부 코어층 및 상기 하부 코어층 및 상기 제1 도파관 코어는 도핑된 실리카를 포함하며,
    상기 제2 도파관 코어는 질화 실리콘(silicon nitride) 또는 산화질화 실리콘(silicon oxynitride)을 포함하는, 평면 광도파관.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 상부 코어층 및 상기 하부 코어층 각각은 두께가 약 0.3㎛ 내지 약 2㎛이고,
    상기 제1 도파관 코어는 두께가 약 0.3㎛ 내지 약 1㎛이고 폭은 약 3㎛ 내지 약 12㎛이고,
    상기 제2 도파관 코어는 폭이 약 2㎛미만이고 두께는 약 200nm미만이고,
    상기 하부 코어층과 상기 제1 도파관 코어 사이의 상기 중간 클래딩층은 두께가 약 1㎛ 내지 약 3㎛이며,
    상기 상부 코어층과 상기 제1 도파관 코어 사이의 상기 중간 클래딩층은 두께가 약 1㎛ 내지 약 3㎛인, 평면 광도파관.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 제2 도파관 코어는 도파관의 일부를 따르는 길이 방향에서 적어도 하나의 횡방향 치수로 테이퍼링되고,
    상기 제2 도파관 코어는 충분히 점차적으로 테이퍼링되어 원하지 않는 광학 모드들과의 광학 커플링을 실질적으로 회피하며,
    상기 평면 광도파관은 상기 제1 및 제2 도파관 코어에 의해 각각 지지되는 전파 광학 모드들 사이에 광신호(optical signal)를 결합시키도록 기능하는, 평면 광도파관.
  12. 제2항에 있어서,
    광섬유 또는 제2 평면 광도파관을 더 포함하며,
    상기 평면 광도파관은 도파관 단부 표면에서 종결되고, 상기 도파관 코어 및 상기 상부 및 하부 도파관 코어층은 각각 상기 도파관 단부 표면에 다다르며, 상기 평면 광도파관은 상기 단부 표면을 통해 상기 광섬유 또는 상기 제2 평면 광도파관에 선택적으로 엔드-커플링되는(end-coupled), 평면 광도파관.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 도파관 단부 표면 근처에서 상기 평면 광도파관의 테이퍼링된 세그먼트를 더 포함하며,
    상기 상부 및 하부 코어층은 상기 종단 도파관 세그먼트를 따라 상기 도파관 단부 코어 쪽으로 양방향으로 테이퍼링되며,
    상기 지지되는 전파 광학 모드는 실질적으로 상기 도파관 단부 표면에서 상기 상부 및 하부 코어층에 의해 적어도 부분적으로 양방향으로 한정되는, 평면 광도파관.
  14. 제13항에 있어서,
    테이퍼링된 상기 종단 도파관 세그먼트는 각각의 돌출 표면에 의해 양방향으로 돌출되어 있고, 상기 상부 및 하부 코어층 및 상기 상부, 중간, 및 하부 클래딩층은 상기 돌출 표면에 의해 상기 평면 광도파관의 상기 종단 도파관 세그먼트를 따라 양방향으로 돌출되어 있는, 평면 광도파관.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 돌출 표면들은 실질적으로 투명 매립 매체 또는 캡슐 부재(encapsulant)에 의해 덮여 있는, 평면 광도파관.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 상부, 중간, 및 하부 클래딩층은 실리카 또는 도핑된 실리카를 포함하며,
    상기 상부 및 하부 코어층 및 상기 도파관 코어는 도핑된 실리카를 포함하는, 평면 광도파관.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 도파관 코어는 두께가 약 0.3㎛ 내지 약 1㎛이고 도파관 단부 표면에서의 폭은 약 3㎛ 내지 약 12㎛이고,
    상기 상부 코어층 및 상기 하부 코어층 각각은 두께가 약 0.3㎛ 내지 약 2㎛이고, 폭은 상기 도파관 코어보다 약간 넓되, 상기 도파관 단부 표면에서는 상기 도파관 코어보다 약 30㎛미만으로 더 넓고,
    상기 하부 코어층과 상기 제1 도파관 코어 사이의 상기 중간 클래딩층은 상기 도파관 단부 표면에서 두께가 약 1㎛ 내지 약 3㎛이며,
    상기 상부 코어층과 상기 제1 도파관 코어 사이의 상기 중간 클래딩층은 상기 도파관 단부 표면에서 두께가 약 1㎛ 내지 약 3㎛인, 평면 광도파관.
  18. 제12항에 있어서,
    상기 도파관 단부 표면으로부터 길이 방향으로 간격을 두고 엔드-커플링된 광섬유 또는 평면 광도파관이 설치되고,
    도파관 단부 표면으로부터 약 10㎛ 내지 약 25㎛의 길이방향 때문에 회절 광학 커플링 손실은 약 0.3dB미만인, 평면 광도파관.
  19. 제2항에 있어서,
    상기 상부 코어층과 상기 상부 클래딩층과 상기 중간 클래딩층 사이의 굴절률 차는 약 5%미만이고,
    상기 하부 코어층과 상기 하부 클래딩층과 상기 중간 클래딩층 사이의 굴절률 차는 약 5% 미만이며,
    상기 도파관 코어와 상기 중간 클래딩층 사이의 굴절률 차는 약 5%미만인, 평면 광도파관.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 상부 도파관 코어층 및 상기 하부 도파관 코어층은 약 0.3㎛ 내지 약 2㎛ 두께의 도핑된 실리카를 포함하고,
    상기 도파관 코어는 약 0.3㎛ 내지 약 1㎛ 두께 및 약 3㎛ 내지 약 12㎛ 폭의 도핑된 실리카를 포함하고,
    상기 하부, 중간, 및 상부 클래딩층은 실리카 또는 도핑된 실리카를 포함하고,
    상기 하부 코어층과 상기 제1 도파관 코어 사이의 상기 중간 클래딩층은 두께가 약 1㎛ 내지 약 3㎛이며,
    상기 상부 코어층과 상기 제1 도파관 코어 사이의 상기 중간 클래딩층은 두께가 약 1㎛ 내지 약 3㎛인, 평면 광도파관.
  21. 평면 광도파관의 제조 방법에 있어서,
    도파관 기판 위에 하부 클래딩층을 형성하는 단계;
    상기 하부 클래딩층 위에 하부 도파관 코어층을 형성하는 단계;
    상기 하부 도파관 코어층 위에 중간 클래딩층의 하위 부분을 형성하는 단계;
    상기 중간 클래딩층의 하위 부분 위에 도파관 코어를 형성하는 단계;
    상기 도파관 코어에 걸쳐 그리고 상기 중간 클래딩층의 하위 부분의 노출된 영역 위에 상기 중간 클래딩층의 상위 부분을 형성하는 단계;
    상기 중간 클래딩층의 상위 부분 위에 상부 도파관 코어층을 형성하는 단계; 및
    상기 상부 도파관 코어층 위에 상부 클래딩층을 형성하는 단계
    를 포함하며,
    상기 하부 클래딩층은 상기 하부 도파관 코어층, 상기 상부 도파관 코어층, 및 상기 도파관 코어의 굴절률보다 낮은 굴절률을 가지며,
    상기 중간 클래딩층은 상기 하부 도파관 코어층, 상기 상부 도파관 코어층, 및 상기 도파관 코어의 굴절률보다 낮은 굴절률을 가지며,
    상기 상부 클래딩층은 상기 하부 도파관 코어층, 상기 상부 도파관 코어층, 및 상기 도파관 코어의 굴절률보다 낮은 굴절률을 가지는, 평면 광도파관의 형성 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 도파관 코어의 폭은 상기 도파관 코어의 두께보다 실질적으로 크고,
    상기 도파관 코어의 상부 표면은 실질적으로 평면이며,
    상기 상부 도파관 코어층 및 상기 하부 도파관 코어층은 상기 평면 광도파관에 의해 지지되는 전파 광학 모드의 측방향 범위(lateral extent)를 넘어 실질적으로 양방향으로 연장하며, 상기 지지되는 전파 광학 모드는 상기 도파관 코어에 의해 실질적으로 양방향으로 한정되는, 평면 광도파관의 형성 방법.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 제1 도파관 코어에 걸쳐 제2 도파관 코어를 형성하는 단계를 더 포함하며,
    상기 제2 도파관 코어의 굴절률은 상기 상부 클래딩층, 상기 중간 클래딩층, 및 상기 하부 클래딩층의 굴절률보다 크고,
    상기 제2 도파관 코어의 폭은 상기 제2 도파관 코어의 두께보다 실질적으로 크고,
    상기 제2 도파관 코어의 상부 표면은 실질적으로 평면이며,
    상기 제1 도파관 코어 및 상기 제2 도파관 코어는 상기 중간 클래딩층 내에서 하나 위에 다른 하나가 있도록 배치되는, 평면 광도파관의 형성 방법.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 제1 도파관 코어 및 상기 제2 도파관 코어는 서로 접촉하고 있는, 평면 광도파관의 형성 방법.
  25. 제23항에 있어서,
    상기 상부 코어층과 상기 상 클래딩층과 상기 중간 클래딩층 사이의 굴절률 차는 약 5%미만이고,
    상기 하부 코어층과 상기 하부 클래딩층과 상기 중간 클래딩층 사이의 굴절률 차는 약 5% 미만이고,
    상기 제1 도파관 코어와 상기 중간 클래딩층 사이의 굴절률 차는 약 5%미만이며,
    상기 제2 도파관 코어와 상기 중간 클래딩층 사이의 굴절률 차는 약 5%미만인, 평면 광도파관의 형성 방법.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 상부 코어층 및 상기 하부 코어층 각각은 약 0.3㎛ 내지 약 2㎛ 두께의 실리카 또는 도핑된 실리카를 포함하며,
    상기 제1 도파관 코어는 도핑된 실리카를 포함하고 두께가 약 0.3㎛ 내지 약 1㎛이고 폭은 약 3㎛ 내지 약 12㎛이며,
    상기 제2 도파관 코어는 질화 실리콘 또는 산화질화 실리콘을 포함하고 폭이 약 2㎛미만이고 두께는 약 200nm미만이며,
    상기 중간 클래딩층은 실리카 또는 도핑된 실리카를 포함하며,
    상기 하부 코어층과 상기 제1 도파관 코어 사이의 상기 중간 클래딩층은 두께가 약 1㎛ 내지 약 3㎛이며,
    상기 상부 코어층과 상기 제1 도파관 코어 사이의 상기 중간 클래딩층은 두께가 약 1㎛ 내지 약 3㎛인, 평면 광도파관의 형성 방법.
  27. 제25항에 있어서,
    상기 제2 도파관 코어는 도파관의 일부를 따르는 길이 방향에서 적어도 하나의 횡방향 치수로 테이퍼링되고,
    상기 제2 도파관 코어는 충분히 점차적으로 테이퍼링되어 원하지 않는 광학 모드들과의 광학 커플링을 실질적으로 회피하며,
    상기 평면 광도파관은 상기 제1 및 제2 도파관 코어에 의해 각각 지지되는 전파 광학 모드들 사이에 광신호를 결합시키도록 기능하는, 평면 광도파관의 형성 방법.
  28. 제22항에 있어서,
    상기 평면 광도파관을 종결하는 도파관 단부 표면을 형성하는 단계; 및
    상기 도파관 단부 표면을 통해 상기 평면 광도파관과의 광학 엔드 커플링을 위해 광섬유 또는 제2 평면 광도파관을 위치시키는 단계를 더 포함하며,
    상기 도파관 코어 및 상기 상부 도파관 코어층 및 상기 하부 도파관 코어층은 각각 상기 도파관 단부 표면에 다다르는, 평면 광도파관의 형성 방법.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 도파관 단부 표면 근처에 상기 평면 광도파관의 테이퍼링된 세그먼트를 형성하는 단계를 더 포함하며,
    상기 상부 및 하부 코어층은 상기 종단 도파관 세그먼트를 따라 상기 도파관 단부 코어 쪽으로 양방향으로 테이퍼링되며,
    상기 지지되는 전파 광학 모드는 실질적으로 상기 도파관 단부 표면에서 상기 상부 및 하부 코어층에 의해 적어도 부분적으로 양방향으로 한정되는, 평면 광도파관의 형성 방법.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 종단 도파관 세그먼트를 돌출시키기 위해 양방향 돌출 표면을 형성하는 단계를 더 포함하며,
    상기 상부 및 하부 코어층 및 상기 상부, 중간, 및 하부 클래딩층은 상기 돌출 표면에 의해 상기 평면 광도파관의 상기 종단 도파관 세그먼트의 상기 테이퍼링된 세그먼트를 따라 양방향으로 돌출되어 있는, 평면 광도파관의 형성 방법.
  31. 제30항에 있어서,
    상기 돌출 표면들을 실질적으로 투명 매립 매체 또는 캡슐 부재에 의해 덮는 단계를 더 포함하는, 평면 광도파관의 제조 방법.
  32. 제29항에 있어서,
    상기 상부, 중간, 및 하부 클래딩층은 실리카 또는 도핑된 실리카를 포함하며,
    상기 상부 및 하부 코어층 및 상기 도파관 코어는 도핑된 실리카를 포함하며,
    상기 도파관 코어는 상기 도파관 단부 표면에서 두께가 약 0.3㎛ 내지 약 1㎛이고 부피가 약 3㎛ 내지 약 12㎛이며,
    상기 상부 코어층 및 상기 하부 코어층 각각은 두께가 약 0.3㎛ 내지 약 2㎛이고, 폭은 상기 도파관 코어보다 약간 넓되, 상기 도파관 단부 표면에서는 상기 도파관 코어보다 약 30㎛미만으로 더 넓고,
    상기 하부 코어층과 상기 제1 도파관 코어 사이의 상기 중간 클래딩층은 상기 도파관 단부 표면에서 두께가 약 1㎛ 내지 약 3㎛이며,
    상기 상부 코어층과 상기 제1 도파관 코어 사이의 상기 중간 클래딩층은 상기 도파관 단부 표면에서 두께가 약 1㎛ 내지 약 3㎛인, 평면 광도파관의 형성 방법.
  33. 제22항에 있어서,
    상기 상부 코어층과 상기 상부 클래딩층과 상기 중간 클래딩층 사이의 굴절률 차는 약 5%미만이고,
    상기 하부 코어층과 상기 하부 클래딩층과 상기 중간 클래딩층 사이의 굴절률 차는 약 5% 미만이며,
    상기 도파관 코어와 상기 중간 클래딩층 사이의 굴절률 차는 약 5%미만인, 평면 광도파관의 제조 방법.
  34. 제33항에 있어서,
    상기 상부 도파관 코어층 및 상기 하부 도파관 코어층은 약 0.3㎛ 내지 약 2㎛ 두께의 도핑된 실리카를 포함하고,
    상기 도파관 코어는 약 0.3㎛ 내지 약 1㎛ 두께 및 약 3㎛ 내지 약 12㎛ 폭의 도핑된 실리카를 포함하고,
    상기 하부, 중간, 및 상부 클래딩층은 실리카 또는 도핑된 실리카를 포함하고,
    상기 하부 코어층과 상기 제1 도파관 코어 사이의 상기 중간 클래딩층은 두께가 약 1㎛ 내지 약 3㎛이며,
    상기 상부 코어층과 상기 제1 도파관 코어 사이의 상기 중간 클래딩층은 두께가 약 1㎛ 내지 약 3㎛인, 평면 광도파관의 형성 방법.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130064648A (ko) * 2011-12-08 2013-06-18 엘지이노텍 주식회사 광 연결 블록, 이를 포함하는 광 인쇄회로기판 및 그의 제조 방법

Families Citing this family (39)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102621630B (zh) 2001-10-30 2015-03-25 Hoya美国公司 使用光学功率横向传送的光学接合设备和方法
WO2004068542A2 (en) * 2003-01-24 2004-08-12 Xponent Photonics Inc Etched-facet semiconductor optical component with integrated end-coupled waveguide and methods of fabrication and use thereof
US7184643B2 (en) * 2003-04-29 2007-02-27 Xponent Photonics Inc Multiple-core planar optical waveguides and methods of fabrication and use thereof
US7164838B2 (en) * 2005-02-15 2007-01-16 Xponent Photonics Inc Multiple-core planar optical waveguides and methods of fabrication and use thereof
US8032027B2 (en) 2005-07-25 2011-10-04 Massachusetts Institute Of Technology Wide free-spectral-range, widely tunable and hitless-switchable optical channel add-drop filters
WO2008008344A2 (en) * 2006-07-11 2008-01-17 Massachusetts Institute Of Technology Microphotonic maskless lithography
US8111994B2 (en) * 2006-08-16 2012-02-07 Massachusetts Institute Of Technology Balanced bypass circulators and folded universally-balanced interferometers
WO2008082664A2 (en) * 2006-12-29 2008-07-10 Massachusetts Institute Of Technology Fabrication-tolerant waveguides and resonators
US8655114B2 (en) * 2007-03-26 2014-02-18 Massachusetts Institute Of Technology Hitless tuning and switching of optical resonator amplitude and phase responses
US7903909B2 (en) * 2007-10-22 2011-03-08 Massachusetts Institute Of Technology Low-loss bloch wave guiding in open structures and highly compact efficient waveguide-crossing arrays
US7920770B2 (en) * 2008-05-01 2011-04-05 Massachusetts Institute Of Technology Reduction of substrate optical leakage in integrated photonic circuits through localized substrate removal
US8340478B2 (en) 2008-12-03 2012-12-25 Massachusetts Institute Of Technology Resonant optical modulators
WO2010138849A1 (en) 2009-05-29 2010-12-02 Massachusetts Institute Of Technology Cavity dynamics compensation in resonant optical modulators
US8150224B2 (en) * 2010-01-28 2012-04-03 Oki Electric Industry Co., Ltd. Spot-size converter
EP2564527B1 (en) 2010-04-28 2017-11-15 Huawei Technologies Co., Ltd. Cross-talk reduction in a bidirectional optoelectronic device
US8588039B1 (en) 2011-03-02 2013-11-19 Western Digital (Fremont), Llc Energy-assisted magnetic recording head having multiple cores of different lengths
US9664869B2 (en) 2011-12-01 2017-05-30 Raytheon Company Method and apparatus for implementing a rectangular-core laser beam-delivery fiber that provides two orthogonal transverse bending degrees of freedom
US9535211B2 (en) 2011-12-01 2017-01-03 Raytheon Company Method and apparatus for fiber delivery of high power laser beams
US8983259B2 (en) 2012-05-04 2015-03-17 Raytheon Company Multi-function beam delivery fibers and related system and method
JP2014041175A (ja) * 2012-08-21 2014-03-06 Oki Electric Ind Co Ltd 波長選択性経路切換素子
FR3007589B1 (fr) * 2013-06-24 2015-07-24 St Microelectronics Crolles 2 Circuit integre photonique et procede de fabrication
FR3008493B1 (fr) * 2013-07-15 2015-09-04 Commissariat Energie Atomique Coupleur optique muni d'un guide d'ondes intermediaire
GB201313282D0 (en) * 2013-07-25 2013-09-11 Ibm Optically pumpable waveguide amplifier with amplifier having tapered input and output
US10663663B2 (en) 2014-02-28 2020-05-26 Ciena Corporation Spot-size converter for optical mode conversion and coupling between two waveguides
US9759864B2 (en) 2014-02-28 2017-09-12 Ciena Corporation Spot-size converter for optical mode conversion and coupling between two waveguides
US9703047B2 (en) 2014-02-28 2017-07-11 Ciena Corporation Spot-size converter for optical mode conversion and coupling between two waveguides
CN104849878A (zh) * 2015-06-03 2015-08-19 东南大学 一种基于马赫-曾德结构的氮化硅波导热光开关阵列芯片及其制作方法
US10139563B2 (en) 2015-12-30 2018-11-27 Stmicroelectronics Sa Method for making photonic chip with multi-thickness electro-optic devices and related devices
US10517134B2 (en) 2017-05-11 2019-12-24 Pacesetter, Inc. Method and system for managing communication between external and implantable devices
CN111566527B (zh) * 2017-12-06 2022-12-06 菲尼萨公司 具有竖直锥化的波导的绝热耦合光子系统
EP3514588A1 (en) * 2018-01-18 2019-07-24 Huawei Technologies Co., Ltd. Optical chip with an edge coupler
US10746921B2 (en) * 2018-07-20 2020-08-18 Globalfoundries Inc. Stacked waveguide arrangements providing field confinement
US10466514B1 (en) 2018-11-06 2019-11-05 Globalfoundries Inc. Electro-optic modulator with vertically-arranged optical paths
CN110286440B (zh) * 2019-05-20 2021-06-11 武汉光迅科技股份有限公司 平面光波导芯片的制作方法
WO2021108967A1 (zh) * 2019-12-02 2021-06-10 华为技术有限公司 模斑转换器及其制备方法、硅光器件和光通信设备
WO2021209139A1 (en) 2020-04-16 2021-10-21 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) Photonic chip with edge coupler and method of manufacture
CN112904481B (zh) * 2021-01-20 2022-09-02 苏州极刻光核科技有限公司 端面耦合器和半导体器件
CN113093333B (zh) * 2021-04-23 2023-04-11 南京刻得不错光电科技有限公司 模斑转换器和光子器件
US20230146862A1 (en) * 2021-11-05 2023-05-11 Viavi Solutions Inc. Photonic waveguide structure

Family Cites Families (36)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3506569A1 (de) 1985-02-25 1986-08-28 Manfred Prof. Dr. 7900 Ulm Börner Integrierte resonatormatrix zum wellenlaengenselektiven trennen bzw. zusammenfuegen von kanaelen im frequenzbereich der optischen nachrichtentechnik
FR2660439B1 (fr) 1990-03-27 1993-06-04 Thomson Csf Structure guidante integree en trois dimensions et son procede de realisation.
US5119460A (en) 1991-04-25 1992-06-02 At&T Bell Laboratories Erbium-doped planar optical device
JPH05142435A (ja) * 1991-11-26 1993-06-11 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 導波路形ビーム変換素子およびその製造方法
FR2684823B1 (fr) * 1991-12-04 1994-01-21 Alcatel Alsthom Cie Gle Electric Composant optique semi-conducteur a mode de sortie elargi et son procede de fabrication.
AU668648B2 (en) 1993-05-26 1996-05-09 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Optical waveguide module and method of manufacturing the same
EP1271625A3 (en) 1994-12-27 2007-05-16 Fujitsu Limited Method of fabrication compound semiconductor device
US6487350B1 (en) 1998-07-16 2002-11-26 Brookhaven Science Associates Multi-clad black display panel
DE19849862C1 (de) 1998-10-29 2000-04-06 Alcatel Sa Thermooptischer Schalter
US6385376B1 (en) 1998-10-30 2002-05-07 The Regents Of The University Of California Fused vertical coupler for switches, filters and other electro-optic devices
JP2000321452A (ja) 1999-05-11 2000-11-24 Oki Electric Ind Co Ltd 光導波路素子及び光導波路素子の製造方法
IL135806A0 (en) * 2000-04-24 2001-05-20 Lambda Crossing Ltd A multi layer integrated optical device and a method of fabrication thereof
US6330378B1 (en) 2000-05-12 2001-12-11 The Trustees Of Princeton University Photonic integrated detector having a plurality of asymmetric waveguides
WO2002021176A1 (en) 2000-09-05 2002-03-14 At & T Corp. A method for fabricating optical devices by assembling multiple wafers containing planar optical waveguides
JP4008649B2 (ja) 2000-09-27 2007-11-14 沖電気工業株式会社 光学装置
US6483863B2 (en) 2001-01-19 2002-11-19 The Trustees Of Princeton University Asymmetric waveguide electroabsorption-modulated laser
FR2821135B1 (fr) 2001-02-21 2003-06-27 Zodiac Int Dispositif de fixation d'un lien souple sur un boudin gonflable d'une embarcation pneumatique
US7120335B2 (en) * 2001-05-08 2006-10-10 Massachusetts Institute Of Technology Vertically and laterally confined 3D optical coupler
US6912330B2 (en) 2001-05-17 2005-06-28 Sioptical Inc. Integrated optical/electronic circuits and associated methods of simultaneous generation thereof
US6744953B2 (en) 2001-09-07 2004-06-01 Agilent Technologies, Inc. Planar optical waveguide with alignment structure
GB0122427D0 (en) 2001-09-17 2001-11-07 Denselight Semiconductors Pte Fabrication of stacked photonic lightwave circuits
JP2003131055A (ja) * 2001-10-25 2003-05-08 Fujitsu Ltd 光導波路及びその製造方法
CN102621630B (zh) 2001-10-30 2015-03-25 Hoya美国公司 使用光学功率横向传送的光学接合设备和方法
US6600847B2 (en) 2001-11-05 2003-07-29 Quantum Photonics, Inc Semiconductor optical device with improved efficiency and output beam characteristics
WO2003046626A1 (en) 2001-11-23 2003-06-05 Xponent Photonics Inc. Alignment apparatus and methods for transverse optical coupling
US6884327B2 (en) 2002-03-16 2005-04-26 Tao Pan Mode size converter for a planar waveguide
EP1376170A3 (en) 2002-06-19 2004-12-29 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Optical waveguide, optical module, and method for producing same module
US6975798B2 (en) 2002-07-05 2005-12-13 Xponent Photonics Inc Waveguides assembled for transverse-transfer of optical power
US6981806B2 (en) 2002-07-05 2006-01-03 Xponent Photonics Inc Micro-hermetic packaging of optical devices
US20040013384A1 (en) 2002-07-17 2004-01-22 Greg Parker Optical waveguide structure
CA2500053C (en) 2002-09-25 2012-11-13 Xponent Photonics Inc. Optical assemblies for free-space optical propagation between waveguide(s) and/or fiber(s)
WO2004068542A2 (en) 2003-01-24 2004-08-12 Xponent Photonics Inc Etched-facet semiconductor optical component with integrated end-coupled waveguide and methods of fabrication and use thereof
US7095920B1 (en) 2003-02-11 2006-08-22 Little Optics Inc Broadband optical via
US7184643B2 (en) 2003-04-29 2007-02-27 Xponent Photonics Inc Multiple-core planar optical waveguides and methods of fabrication and use thereof
US7095928B2 (en) 2003-04-29 2006-08-22 Xponent Photonics Inc Surface-mounted photodetector for an optical waveguide
US7164838B2 (en) * 2005-02-15 2007-01-16 Xponent Photonics Inc Multiple-core planar optical waveguides and methods of fabrication and use thereof

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130064648A (ko) * 2011-12-08 2013-06-18 엘지이노텍 주식회사 광 연결 블록, 이를 포함하는 광 인쇄회로기판 및 그의 제조 방법

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