特許 6141839 機能化されることの可能なループ空洞を有するレーザ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6141839

(24)【登録日】2017年5月12日

(45)【発行日】2017年6月7日

(54)【発明の名称】機能化されることの可能なループ空洞を有するレーザ装置

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/14 20060101AFI20170529BHJP

【ＦＩ】

   H01S5/14

【請求項の数】9

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2014-519597(P2014-519597)

(86)(22)【出願日】2012年7月11日

(65)【公表番号】特表2014-521217(P2014-521217A)

(43)【公表日】2014年8月25日

(86)【国際出願番号】FR2012000286

(87)【国際公開番号】WO2013007896

(87)【国際公開日】20130117

【審査請求日】2015年2月23日

(31)【優先権主張番号】11/02181

(32)【優先日】2011年7月11日

(33)【優先権主張国】FR

(73)【特許権者】

【識別番号】510225292

【氏名又は名称】コミサリア ア レネルジー アトミック エ オ ゼネルジー アルテルナティブ

【氏名又は名称原語表記】ＣＯＭＭＩＳＳＡＲＩＡＴ Ａ Ｌ’ＥＮＥＲＧＩＥ ＡＴＯＭＩＱＵＥ ＥＴ ＡＵＸ ＥＮＥＲＧＩＥＳ ＡＬＴＥＲＮＡＴＩＶＥＳ

(74)【代理人】

【識別番号】100107582

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 毅

(74)【代理人】

【識別番号】100117787

【弁理士】

【氏名又は名称】勝沼 宏仁

(74)【代理人】

【識別番号】100096921

【弁理士】

【氏名又は名称】吉元 弘

(72)【発明者】

【氏名】バディス、ベン、バキル

(72)【発明者】

【氏名】アントワーヌ、デスコ

(72)【発明者】

【氏名】ジャン−マルク、フェデリ

(72)【発明者】

【氏名】ニコラ、オリビエ

【審査官】 百瀬 正之

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２００９／００２８４９２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１０−０２７６６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００６−５０４１４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２１７４８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０２５５７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−３２５９００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 ROELKENS et al.，Hybrid Silicon Lasers，Proc. SPIE7942, Optoelectronic Integrated Circuits Xlll，２０１１年 １月，Vol.7942，p.79420D-D9

【文献】 KUO et al.，High speed hybrid silicon evanescent electroabsorption modulator，Optics Express，米国，Optical Society of America，２００８年 ６月，Vol.16, No.13，p.9936-p.9941

【文献】 FANG et al.，Integrated AlGaInAs-silicon evanescent racetrack laser and photodetector，Optics Express，米国，Optical Society of America，２００７年 ３月，Vol.15, No.5，p.2315-p.2322

【文献】 CHOI et al.，A High-Q Wavelength Filter Based on Buried Heterostructure Ring Resonators Integrated With a Semiconductor Optical Amplifier，IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS，米国，IEEE，２００５年１０月，Vol.17, No.10，p.2101-p.2103

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｓ ５／００−５／５０

Ｇ０２Ｂ ６／１２−６／１４

Ｇ０２Ｂ ６／４２

ＩＥＥＥ Ｘｐｌｏｒｅ

Ｓｃｉｔａｔｉｏｎ

ＯＳＡ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光子を生成するように配置されたＩＩＩ−Ｖ族ヘテロ構造を有し、一定の断面を有する増幅器（１）と、
ループを形成しているシリコンベースの導波路（２）であって、前記シリコンベースの導波路（２）の第１の区画（４ａ）の領域においてのみ前記シリコンベースの導波路（２）に面して配置された前記増幅器（１）に光学的に結合される前記シリコンベースの導波路（２）と
を備え、
前記導波路（２）内のみにおいて前記第１の区画（４ａ）のそれぞれの端部に、前記シリコンベースの導波路（２）と前記増幅器（１）との間の光学的結合を行うように各々形成された第１のモード変換器（８ａ）と第２のモード変換器（８ｂ）とを備え、前記第１の区画（４ａ）の幅は、少なくとも前記第１の区画（４ａ）の一部分にわたって、前記第１の区画（４ａ）の両側で前記シリコンベースの導波路（２）の幅よりも小さく、前記生成された幅短縮部は前記第１のモード変換器および前記第２のモード変換器（８ａ、８ｂ）の形状を定義し、前記導波路（２）は、前記第１の区画（４ａ）内において、前記第１のモード変換器（８ａ）と前記第２のモード変換器（８ｂ）との間で連続していることを特徴とするレーザ装置。

【請求項2】

前記増幅器（１）はループの形状をしており、前記増幅器（１）の前記ループの単一の部分が前記シリコンベースの導波路（２）の前記第１の区画（４ａ）に面して配置されていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ装置。

【請求項3】

前記シリコンベースの導波路（２）は、前記第１の区画（４ａ）とは別個の、モードフィルタリングを行うための微小共振器（１７）を形成している第２の区画（４ｂ）を備えることを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ装置。

【請求項4】

前記微小共振器（１７）はその実効屈折率の変調システムを備えることを特徴とする請求項３に記載のレーザ装置。

【請求項5】

前記第２の区画（４ｂ）は、前記第１の区画（４ａ）とは別個の前記シリコンベースの導波路（２）の第３の区画および第４の区画（４ｃ、４ｄ）に光学的に結合されるリングまたはディスクの形状をしたものであることを特徴とする請求項３に記載のレーザ装置。

【請求項6】

前記第２の区画、前記第３の区画および前記第４の区画（４ｂ、４ｃ、４ｄ）は、同じ平面（Ｐｌ_１）に形成されていることを特徴とする請求項５に記載のレーザ装置。

【請求項7】

前記第３の区画および前記第４の区画（４ｃ、４ｄ）は、前記第２の区画（４ｂ）を含むオフセット面（Ｐｌ_２）に対して平行な同じ平面（Ｐｌ_１）に形成されていることを特徴とする請求項５に記載のレーザ装置。

【請求項8】

前記微小共振器（１７）はフォトニック結晶であることを特徴とする請求項３に記載のレーザ装置。

【請求項9】

前記シリコンベースの導波路（２）は、前記第１の区画（４ａ）とは異なる前記シリコンベースの導波路（２）の区画で半導体光増幅器と結合されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載のレーザ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光子を生成するように配置されたＩＩＩ−Ｖ族ヘテロ構造を有する増幅器と、ループを形成しており、増幅器に光学的に結合される導波路とを備えるレーザ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

シリコン（ＣＭＯＳ）上のフォトニクスは、例えば集積回路における光相互接続、遠隔通信、バイオフォトニクスなどといった、多数の応用分野に対応する。

【0003】

ＩＩＩ−Ｖ族材料とシリコンとの集積は、目下のところ、これまでシリコンにアクセスすることのできなかった放出特性が達成されることを可能にするアプローチと考えられている。

【0004】

一般に、レーザ装置は、シリコン導波路に光学的に結合されるＩＩＩ−Ｖ族ヘテロ構造を有する増幅器を備えることができる。この装置の共振空洞は、増幅器の両側に導波路のレベルで配置された反射鏡によって形成されている。

【0005】

「Ｏｐｔｉｃ Ｅｘｐｒｅｓｓ」、第１５巻、第５号、２３１５〜２３２２頁の、２００７年３月５日に発行された、Ａｌｅｘａｎｄｅｒ Ｗ．Ｆａｎｇ著、文献「Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ＡｌＧａＩｎＡｓ−ｓｉｌｉｃｏｎ ｅｖａｎｅｓｃｅｎｔ ｒａｃｅ ｔｒａｃｋ ｌａｓｅｒ ａｎｄ ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒ」には、リング／ループ型の空洞を使用したレーザ装置が記載されている。この文献では、図１に示すように、シリコン導波路２はリングの形状をしており、このリングは、その全長にわたって、やはりリングの形状をしており、シリコン導波路２を形成している前記リングに付加された、ＩＩＩ−Ｖ族ヘテロ構造で形成された増幅器１と結合されている。導波路２は、同方向結合によって、レーザビームが取り出されることを可能にする出力導波路３に光学的に結合される。また出力導波路３も常にＩＩＩ−Ｖ族ヘテロ構造によって覆われている。

【0006】

この種のレーザ装置は、レーザビームを生成し、それを出力導波路に送るだけに限られる。その上、そのモード利得は相対的に低い。

【0007】

米国特許出願公開第２００９／０２８４９２号明細書には、増幅レーザ構造と、閉ループを形成するように内部全反射反射鏡と相互に接続された光導波路の複数のセグメントとを備える光共振器が記載されている。レーザ構造は、ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料でできた積層体を備える。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】米国特許出願公開第２００９／０２８４９２号明細書

【非特許文献】

【0009】

【非特許文献1】「Ｏｐｔｉｃ Ｅｘｐｒｅｓｓ」、第１５巻、第５号、２３１５〜２３２２頁の、２００７年３月５日に発行された、Ａｌｅｘａｎｄｅｒ Ｗ．Ｆａｎｇ著、文献「Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ＡｌＧａＩｎＡｓ−ｓｉｌｉｃｏｎ ｅｖａｎｅｓｃｅｎｔ ｒａｃｅ ｔｒａｃｋ ｌａｓｅｒ ａｎｄ ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒ」

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

本発明の目的は、前記導波路の機能化を可能にするコンパクトで高性能なレーザ装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0011】

この目的は、増幅器が導波路の第１の区画の領域においてのみ前記導波路に面して配置されていることによって、また、レーザ装置が、導波路において第１の区画のそれぞれの端部に、導波路と増幅器との間の光学的結合を行うように各々形成された第１のモード変換器と第２のモード変換器とを備えることにおいて達成される。第１の区画の幅は、少なくとも第１の区画の一部分にわたって、前記第１の区画の両側で前記導波路の幅よりも小さくすることができ、生成された短縮部は第１のモード変換器および第２のモード変換器の形状を定義する。

【0012】

装置の一機能化によれば、導波路は、第１の区画とは別個の、モードフィルタリングを行うための微小共振器を形成している第２の区画を備える。

【0013】

有利には、微小共振器は、その実効屈折率の変調システムを備えることができる。

【0014】

代替の実施形態によれば、第２の区画は、第１の区画とは別個の導波路の第３の区画および第４の区画に光学的に結合されるリングまたはディスクの形状をしたものである。

【0015】

有利には、第２の区画、第３の区画および第４の区画は同じ平面に形成されており、または第３の区画および第４の区画は、第２の区画を含むオフセット面に対して平行な同じ平面に形成されている。

【0016】

ある特定の実施形態によれば、微小共振器はフォトニック結晶である。

【0017】

一実施形態によれば、増幅器はループの形状をしており、増幅器のループの単一の部分が導波路の第１の区画に面して配置されている。

【0018】

一実施形態によれば、導波路は、第１の区画とは別個の導波路の一区画で半導体光増幅器に結合される。

【0019】

他の利点および特徴は、非限定的例として挙げるにすぎない、添付の図面に表されている本発明の特定の実施形態の以下の説明を読めばより明確になるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】先行技術のリングの形状をしたレーザ装置を示す図である。

【図2】本発明によるレーザ装置の一実施態様を示す上面図である。

【図3】増幅器を中心とした図２の装置を示す部分側面図である。

【図4】図３の上面図である。

【図5】モード変換器の動作原理を示す図である。

【図6】２つのモード変換器が実装された導波路の第１の区画の特定の実施態様を示す図である。

【図7】第１の区画が銃眼の形状をした区画を備える図４の一変形形態を示す図である。

【図8】図７の線Ａ−Ａに沿った断面図である。

【図9】図７の第１の区画を示す立体図である。

【図10】追加の微小共振器を装備したレーザ装置を示す図である。

【図11】微小共振器の異なる実施形態を示す図である。

【図12】微小共振器の異なる実施形態を示す図である。

【図13】微小共振器の異なる実施形態を示す図である。

【図14】微小共振器の異なる実施形態を示す図である。

【図15】微小共振器の異なる実施形態を示す図である。

【図16】レーザ装置の代替の実施形態を示す図である。

【図17】半導体光増幅器を備えるレーザ装置を示す図である。

【図18】レーザ空洞に結合される出力導波路を装備したレーザ装置を示す図である。

【図19】微小共振器の代替の実施形態を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下で説明するレーザ装置は、特に、より優れた結合効率を有し、導波路の機能化を可能にするよりコンパクトな装置を実現するように前記導波路に形成されたモード変換器を備えるという点で先行技術と異なる。

【0022】

慣例により、所与の平面内に作られた光回路上では、横向き電気（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃ：ＴＥ）偏光状態および横向き磁気（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ ｍａｇｎｅｔｉｃ：ＴＭ）偏光状態は、ＴＥ状態では、電場は回路の平面に対して平行であり、磁場は回路の平面に対して垂直であり、ＴＭ状態では、磁場は回路の平面に対して平行であり、電場は回路の平面に対して垂直であるように定義される。実際、以下で説明する装置では、準ＴＥ偏光状態が好ましくは暗黙的に考慮されるべきであり、すなわち、電場の大部分がそのＴＥ方向に偏光される。よって説明する装置の構造は、好ましくは、光波のＴＥモードまたは準ＴＥモードの結合を可能にする。

【0023】

図２に、光子を生成し、それによって、増幅器１において伝搬し、増幅されることのできる光波を生成するように配置されているＩＩＩ−Ｖ族ヘテロ構造を有する増幅器１を備えるレーザ装置を示す。光波は１つもしくは複数の光学モードで構成されうる。

【0024】

レーザ装置は、増幅器１に光学的に結合される導波路２をさらに備える。増幅器１と導波路２との間の光学的結合は、増幅器１で生成され、かつ／または増幅された光子が光波の形で増幅器１から導波路２へ、またはその反対に受け渡されることを可能にする。増幅器１は、導波路２の第１の区画４ａの領域においてのみ前記導波路２に面して配置されている。図２の例では、導波路２および増幅器１はオフセット面に配置されており、すなわち、増幅器１は導波路２の上方に位置し、導波路２および増幅器１は、光波が一方から他方に通過することを可能にする隣接面を備える。言い換えると、導波路２と増幅器１とを離間している距離は、光学的結合が強化されるような距離である。離間距離は、５ｎｍから５００ｎｍの間に含まれうる。実際、離間距離が長いほど、結合長が大きくなり、したがって、すべては目的とする応用に依存する。長い装置は大量のパワーを放出することができるものになり、短い装置は、放出するパワーはより少ないが、よりコンパクトでエネルギー消費の低いものになる。導波路２はループを形成しており、ループ形状のレーザ空洞が定義されることを可能にする。よって光子は、時計回りおよび／または反時計回り方向にループを通過し、伝搬方向を変更する必要がなく、増幅器１により回転ごとにコヒーレントに増幅され、すなわちスケールアップされる。

【0025】

好ましくは、第１の区画４ａの領域では、増幅器１と導波路２とは直線をなしており、光波の伝搬方向（矢印Ｆ_１および矢印Ｆ_２）に延びている。導波路２と増幅器１との長手方向軸は、図２に示す軸Ａ１の方向に平行である。

【0026】

ＩＩＩ−Ｖ族ヘテロ構造が意味するのは、以下の非網羅的リスト、すなわち、ＩｎＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＡｓおよびＩｎＡｓＰの中から選択することのできる材料のこのヘテロ構造での使用である。

【0027】

図３に、利得媒体とも呼ばれる、導波路２に光学的に結合されるそのような増幅器１のヘテロ構造を示す。光波の経路は破線で表されている。ヘテロ構造は、好ましくはＮドープされた（導波路２に対して近位の）第１のドープ層６と、好ましくはＰドープされた第２のドープ層７との間に挟まれた量子素子５を有する層を含むスタックを含むことができる。第１のドープ層６は、Ｎドープされるときに、実質的には、ＩｎＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＧａＡｌＡｓ、ＡｌＧａＡｓおよびＩｎＡｓＰの中から選択された材料を含むことができる。第２のドープ層７は、Ｐドープされるときに、ＩｎＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＧａＡｌＡｓ、ＡｌＧａＡｓおよびＩｎＡｓＰの中から選択された材料を含むことができる。言い換えると、第１の層６および第２の層７に使用される材料は同じとすることができ、ドーピングだけが変化する。ドーピングは、当然ながら反転させることができ、すなわち、第１のドープ層６をＰドープさせ、第２のドープ層７をＮドープさせることができる。量子素子５の層は、正孔と電子とが再結合して光子を形成し、それによって増幅器１の領域において光波を生成することを可能にする量子井戸、すなわち量子箱を含むことができる。量子素子は、ＩｎＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＧａＡｌＡｓ、ＡｌＧａ、Ａｓ、ＩｎＡｓＰといった材料を含むことができる。増幅器１を完成するために、第１の層６および第２の層７は、通常、電流が生成され、増幅器１の電気ポンピングが行われることを可能にする関連付けられた電極（不図示）と電気的に接触している。

【0028】

図３では、ある生成光子は矢印Ｆ_１の方向に移動することができ、他の生成光子は矢印Ｆ_２の方向に移動することができる。

【0029】

導波路２と増幅器１とは、好ましくは、少なくとも第１の区画４ａの領域において導波路２と増幅器１の両方と接触している誘電体層（明確にするために図示されていない）によって離間されている。第１の区画４ａの領域では、導波路２を、誘電体層の誘電体材料で覆うことができる。誘電体材料、または導波路２と増幅器１とを離間する誘電体層を構成している材料は、好ましくは、例えば、１．４（シリカに近い屈折率）から２．２（Ｓｉ_３Ｎ_４またはＡｌ_２Ｏ_３に近い屈折率）までの間に含まれる低い屈折率を有する。誘電体層は、有利には、レーザ装置の製造を容易にし、増幅器１と導波路２との間の結合の効率を改善する。屈折率は、３次元の無限材料中を伝搬する光波を考慮するときに参照され、その伝搬速度は光速を屈折率で割ったものである。

【0030】

屈折率は、実効屈折率と区別されるべきである。実効屈折率は、実際には、特定の形状、例えば導波路中を伝搬する光波を考慮するときに参照される。そのような形状では、場が弱まり、これは、光波の伝搬速度も低下することを意味する。伝搬速度は光速を実効屈折率で割ったものと等しい。実効屈折率を計算するために有限要素法が使用される。

【0031】

第１の区画４ａと増幅器１との間の光学的結合は、好ましくは第１の区画４ａの長手方向の端部に形成された２つの結合区域Ｚ_１およびＺ_２（図３）によって実現することができる。各結合区域Ｚ_１、Ｚ_２は、導波路の長手方向軸に沿った長さを有し、この長さは、結合長Ｌ_ｃの奇数倍であり、好ましくはＬ_ｃと等しい。

【0032】

直接結合を伴う（すなわち、前述のようなモード変換器を使用しない）ときの最適な結合効率（Ｆ）は、結合長Ｌ_ｃと呼ばれる特性距離の端部において第１のガイド部から第２のガイド部に（ここでは導波路２から増幅器１に、またその逆に）伝送されるパワーの部分として以下のように定義される。

【数1】

であり、

【数2】

であり、式中、λは、動作波長である。

【0033】

Δｎ_{ｅｆｆ，Ｌ}は、結合が存在しない（各ガイド部が個別に得られる）場合の第１のガイド部および第２のガイド部によってサポートされるモードの実効屈折率間の差である。これらの誘導モードをローカルモードという。

【0034】

Δｎ_{ｅｆｆ，Ｓ}は、２つの並置されたガイド部を備える結合構造によってサポートされるモードの実効屈折率間の差である。これら２つのスーパモードは、反対称の構築によるものである。その場合、対称および反対称（ａｎｔｉ−ｓｙｍｍｅｔｒｉ）のスーパモードが参照されることになる。この物理量は２つのガイド部を離間する距離に依存する。この物理量は結合長Ｌ_ｃと伝送パワー比とを条件づける。

【0035】

光波のモードは前記で定義した電磁場の空間構成（ＴＥまたは準ＴＥ成分）に対応する。通常、光波は複数のモードを含む。単一モードが意味するのは、モードのうちの１つだけが光学的に結合されるということである。システムがレーザの場合と同様に結合されるときに、スーパモードが参照される。固有モードは、ローカルモードとも呼ばれ、個別に得られた導波路２と増幅器１とのモードである。スーパモードは、ローカルモードの線形結合である。

【0036】

一方のガイド部から他方へのパワー伝送は調和過程であり、したがって可逆的であることに留意すべきである。公称パワーＰ_０が第１のガイド部に注入され、パワーが収集され、または位置ｚで第２のガイド部に送られるとことを考慮すると、これは以下のように表される。

【数3】

関係式（３）によれば、第１のガイド部から第２のガイド部へのパワー伝送は、特性結合長の奇数倍に対して最適であることが認められる。

【0037】

先行技術では、光波の光学モードは主にシリコン導波路内に閉じ込められ、ＩＩＩ−Ｖ族ヘテロ構造によって提供される利得を損なう。実際には光学モードの微小部分が量子井戸を覆う。

【0038】

本レーザ装置では、導波路を機能化するために、第１の区画とは別個の導波路２の他の区画に自由にアクセスできる状態を残すように増幅器１と導波路２とのオーバーラップ長を最小化して第１の区画４ａの長さを制限することが望ましい。

【0039】

よって、先行技術と比べて、良好な光学的結合を保証するのに十分な増幅器１と導波路２との間のオーバーラップを可能にするように導波路２を延在させると同時に、導波路を機能化するために導波路の一部を空いた状態にしておくことが可能である。

【0040】

第１の区画４ａの、したがって、導波路２の長さが制限されることを可能にする図４に示す実施形態によれば、レーザ装置は、第１のモード変換器８ａと、第２のモード変換器８ｂとを備える。モード変換器８ａ、８ｂは、各々、導波路２において導波路２の第１の区画４ａのそれぞれの端部に光学的結合を行うように形成されている。モード変換器８ａ、８ｂは、前述のような少なくとも１つの結合区域Ｚ_１、Ｚ_２が形成されて、増幅器１内に閉じ込められた光波のモードを最適なやり方で導波路２に漸進的に伝送し、またその逆が行われることを可能にする。モード変換器８ａ、８ｂは、有利には、導波路２においてのみ形成され、それによって、レーザ装置の製造を容易にし、良好なパワー性能を有する増幅器が保持されることを可能にする。その場合モード変換器は、９５％超の結合効率を有する、先行技術のものよりコンパクトな装置を製造することを可能にする。さらに、この結合は、先行技術とは異なり、ヘテロ構造の量子井戸の利得を最大限利用することを可能にする。

【0041】

モード変換器８ａ、８ｂは、導波路２と増幅器１との寸法決定に対する制約を回避して結合を最適化する。実際、導波路２と増幅器１とを可能な限り効率よく光学的に結合するために、同一の実効屈折率を有する導波路２および増幅器１を製作することが可能である（直接結合）。しかし、そのような製作は、実現の困難な完璧な位置合わせおよび寸法決定を意味する。

【0042】

導波路の幅が伝搬軸Ａ１の方向に不変である（モード変換器なしの）直接結合の場合には、１００％の光波の光学的結合を得るためには実効屈折率が厳密に同一である必要があり、これにより、導波路２と増幅器１との実効屈折率を一致させるために、第１の区画４ａの領域における導波路２の幅と増幅器１の幅との定義に対する制約が課される。第２の制約は、最適な結合は、前述のビート長または結合長Ｌｃである正確な距離にわたってのみ達成されうることである。長さがＬｃより短い場合、結合が完全に行われないことになる。長さがＬｃより長い場合、結合は距離Ｌｃにわたって行われ、モードは残りの距離では部分的に結合しないことになる（長さＬ＝２＊Ｌｃでは、モードはその初期状態に戻る）。したがって、効率のよい光学的結合の確率を高めるために、１より大きいＬｃの奇数倍が使用されがちになる。

【0043】

その場合、導波路２の形状を、製作が行われるときに導入される光学的幾何学的変動に関してロバスト結合を得るように検討することができる。したがってモード変換器８ａ、８ｂは、一方では可能な設計上の欠陥を軽減し、他方では、好ましくは単純に結合長Ｌｃと等しい長さにわたる最適な光学的結合を保証するために存在する。モード変換器８ａ、８ｂを形成するために、前記第１の区画４ａの少なくとも一部分にわたって、第１の区画４ａの幅は、第１の区画４ａの両側で導波路２の幅より短い。生成された短縮部は、第１のモード変換器８ａおよび第２のモード変換器８ｂの形状を定義する。図４では、導波路の幅は、軸Ａ１に対して垂直な寸法ｄ１で定義され、導波路２によって形成されたループの平面に含まれる。言い換えると、導波路２の平面に形成された導波路２の区画において、該区画は、第１の区画４ａの領域において短縮部を含む。

【0044】

モード変換器による断熱結合の場合には、導波路２の幅は、モード変換器８ａ、８ｂの一端部では、導波路の実効屈折率が（その一部については伝搬方向に沿って不変である）増幅器の実効屈折率より低くなるように設計される。モード変換器のもう一方の端部の導波路の幅については、逆の推論が適用される。よって、モード変換器全体に沿ってみると、導波路２の実効屈折率は、増幅器２の実効屈折率より低くなり、増幅器２の実効屈折率と等しくなり、最後には増幅器２の実効屈折率より高くなり、またはその逆になる。このようにして、光パワーを、導波路から増幅器へ、または増幅器から導波路へ、漸進的に、可逆的に結合することができる。

【0045】

モード変換器８ａ、８ｂの別の利点は、結合がある長さから効率的になること、およびこの長さを上回る設計によれば結合は実質的に同一のままになることである。モード変換器は、例えば、単に、関与する光学的結合区域Ｚ_１、Ｚ_２についてＬｃ以上である長さを使用することによって、（方向性結合の場合に見つかるはずの）結合長の精度に関連した問題を回避する。この原理は、図５で左から右に示されており、図５では、可変断面の導波路２は、その横方向の寸法ｄ１の変動に対応してＦの方向（考察される光波の伝搬方向）に広がる形状を有する。導波路２の上方に配置された増幅器１は一定の断面のものである。光波は、前記光波の変位Ｆの方向に対して垂直な断面（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の領域において破線で表されており、前記端面はそれぞれ矢印Ｆ_ｃ１、矢印Ｆ_ｃ２、矢印Ｆ_ｃ３で指示されている。光波は、最初に、増幅器に閉じ込められ（ａ）、次いで、導波路の断面は漸進的に（ｄ１の方向に）広がり、実効屈折率は相互に近づき、光波は少しずつ導波路に結合されて（ｂ）、ついには、結合長Ｌ_ｃ全体にわたって完全に結合される（ｃ）（最初に、導波路２の実効屈折率は増幅器１の実効屈折率よりも低く、次いで、導波路２の実効屈折率との位相整合が行われて導波路２の実効屈折率が増幅器１の実効屈折率と等しくなり、次いで、導波路２の実効屈折率は増幅器１の実効屈折率より大きくなる）。導波路２の適切なパターン形成が、レーザ装置が、モード変換により利用可能な利得の完全な利用を可能にする。これが可能なのは、レーザ装置の中央部分（２つのモード変換器８ａ、８ｂの間の部分）においては、電磁場（すなわち光波モード）は主に能動区域（増幅器媒体）に閉じ込められており、量子井戸とのオーバーラップが最大であり、それによって、モード利得を増強し、レーザ装置の閾値を先行技術と比べて低減させることができるからである。その場合、このモード変換は断熱的（エネルギー損失なし）であり、基礎をなすフォトニック回路への最適な結合を保証する。図５には、増幅器１に閉じ込められ、導波路２と結合する光波が示されており、同じ構造を使用した逆の動作（導波路に閉じ込められ、増幅器と結合する光波）も可能である。

【0046】

好ましくは、図６に示すように、各モード変換器８ａ、８ｂは、増幅器１から導波路２への結合が行われるときの回折過程によって生成される損失を制限するように配置された第１の部分Ｐ_１を備えることができ、この過程は可逆的であり、同じことが導波路２から増幅器１への結合時にも行われる。この第１の部分Ｐ_１は（図の右へ向かって）広がるものとすることができ、この部分Ｐ_１では、導波路２の２つの側面９ａ、９ｂを離間する距離は、数ミクロン（ｍｍ）（典型的には約１０μｍ、好ましくは２μｍから２０μｍの間に含まれる）の長さｄ_２にわたって、ｌ_１とｌ_２との間で変動し、好ましくは、ｌ_１＝５００ｎｍおよびｌ_２＝７００ｎｍである。側面９ａ、９ｂは、好ましくは、ループが形成されている平面に対して垂直な面に形成される。その場合、モード変換器８ｂは、その広がり方向に第１の部分Ｐ_１の後に続いて位置する、最適化収集部分と呼ばれる第２の部分Ｐ_２を含むことができる。この第２の部分Ｐ_２は、好ましくは、増幅器１から導波路２に、またはその逆に光波を完全に結合するのに必要な結合長Ｌｃとほぼ等しい長さを有する。また第２の部分Ｐ_２も、好ましくは、第１の部分Ｐ_１と同じ方向に広がっている。この第２の部分Ｐ_２上では、導波路２の２つの側面９ａ、９ｂを離間する最小寸法ｌ_２を７００ｎｍとすることができ、２つの側面９ａ、９ｂを離間する最大寸法ｌ_３を１１００ｎｍとすることができる。第２の部分Ｐ_２から続いて、２つの側面を離間する距離は、導波路２の最大横寸法ｌ_ｍａｘと等しくなるまで増加して、概ね長方形の断面を有する導波路２を形成することができる。図示しない代替の実施形態によれば、ｌ_ｍａｘはｌ_３と等しくすることができる。導波路の領域では、２つのモード変換器８ａ、８ｂの第１の部分Ｐ_１は近位にあり、長手方向軸Ａ１に対して概ね平行な反対の２方向（光波の伝搬方向）に広がっている。モード変換器８ａ、８ｂは、好ましくは一定の断面の部分１０で離間されていることが好ましく、部分１０の領域において２つの側面９ａ、９ｂを離間する距離はｌ_１以下である。光波の伝搬方向の部分１０の幅は、光波を部分１０の近傍にある増幅器に閉じ込めるように、導波路２と増幅器１との間のいかなる光学的結合も妨げ、または大幅に制限する。言い換えると、２つのモード変換器８ａ、８ｂ間の横寸法は、導波路の実効屈折率を増幅器の実効屈折率よりも低くして光学的結合を妨げることができるように選択され、この距離は通常、５００ｎｍ以下である。

【0047】

図７から図９に示す特定の実施形態によれば、導波路２の第１の区画４ａは、好ましくは、その頂点１１が増幅器１に対して近位の銃眼の形状をした、光波の伝搬方向に対して垂直な方向の（図７の（断面Ａ−Ａ）断面（図８）を有する少なくとも１つの部分を備える。銃眼は、頂点１１、銃眼の頂点１１を側壁１２ａ、１２ｂの両側に形成された銃眼の底部１３ａ、１３ｂに接ぐ側壁１２ａ、１２ｂによって定義することができる。言い換えると、少なくとも局所的には、導波路２は基部１４を備えることができ、基部１４の上に、前記基部１４と共に銃眼の形状を定義する突起部１５が形成されている。突起部１５は特に、頂点１１および側壁１２ａ、１２ｂの形状が定義されることを可能にする。銃眼を形成する基部１４および突起部１５は、同じ材料で形成することもでき、異なる材料で形成することもできる。異なる材料を使用する場合には、これは製作レベルでの利点となる。というのはその場合、基部１４上に、銃眼を形成するように設計された、例えば非晶質シリコンなどでできた突起部１５を生成し、それによって追加のエッチング工程を回避することが可能になるからである。そのような導波路の使用は、増幅器と接続し、導波路２の最大横寸法ｌ_ｍａｘよりも短い側壁１２ａ、１２ｂの領域における横寸法を有する銃眼が形成されることを可能にする。これは、特に、側壁を離間する距離が増幅器の領域において、５００ｎｍから１１００ｎｍの間に含まれるときに、増幅器１と導波路２との単一モード結合を強化する。

【0048】

この特定の実施形態では、モード変換器８ａ、８ｂは前述のように形成され、違いは、基部１４が不変の寸法を有すること、およびモード変換器８ａ、８ｂを形成するのは、側壁１２ａ、１２ｂを離間する距離の変動であること（前述の側面に適用される寸法は、したがって、このモードでは側壁に適用される）だけである。

【0049】

銃眼の頂点１１および銃眼の側壁１２ａ、１２ｂは、好ましくは、増幅器の領域においては誘電体材料の層で覆われている。「領域において」が意味するのは、「第１の区画４ａの領域において」ということである。

【0050】

導波路２のこの銃眼構造は、当分野では「リッジ導波路」とも呼ばれる。第１の区画４ａの領域のリッジ導波路は、銃眼を形成する基部および突起部だけを備えていてよい。リッジ導波路では、モードの実効屈折率はより高い。また、構造的に、リッジの幅を狭くして単一モード結合を強化することによって導波路がサポートするモードの数を減らすこともより容易である。

【0051】

図８では、増幅器１の領域において銃眼の頂点１１および側壁１２ａ、１２ｂを覆っている誘電体材料層１６をＳｉＯ_２で作ることができる。この誘電体材料層１６は、レーザ装置の光電子特性（特に熱的成分および光学的成分）を調整することによりレーザ装置の効率を改善する。誘電体材料層１６による、少なくともその頂点１１およびその側壁１２ａ、１２ｂの領域における銃眼の封入は、銃眼のパターン形成が行われるときに生じる表面の粗さと結び付けられる伝搬損失を低減させる。実際、導波路２の外表面が粗れてざらついているほど、特に、導波路２と増幅器１との間の光学的結合が生じるときに導波路２内を伝搬する光波は、より多く導波路２の外部で拡散する傾向にあり、それによってレーザ装置の効率が制限される。その場合誘電体材料層１６は、屈折率差を低減し、導波路２の凸凹を埋めることによって拡散の影響を制限する。また誘電体材料層１６は、レーザ装置が利得区域（量子井戸を含む区域）の外部で拡散されるように動作しているときに、レーザ装置によって生成される熱の一部を使用可能にする熱導体の役割を果たすため、レーザ装置の効率が改善されることも可能にする。したがって好ましくは、良好な熱伝導材料が選択されるべきである。レーザ装置にとって有害なこれら２つの影響の低減は、レーザ装置の効率が相乗的に大幅に改善することを可能にする。誘電体材料層１６としてのＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、ＳｉＯＮ、ＨｆＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４といった材料は、これらの熱的影響および光学的影響を低減するのに特に適した候補である。好ましくは、導波路２全体が、通常は支持基板で支持され、誘電体材料層１６で覆われている。言い換えると、一実施態様によれば、銃眼の底部も誘電体材料層１６で覆われている。またこの原理は、図２〜図４および図６の導波路２にも適用することができ、その場合導波路も誘電体材料によって覆われる。

【0052】

導波路２は、好ましくは、例えば、アモルファスや、あるいはドープ結晶シリコンさえもといったシリコン基部で形成される。導波路２が機能化されるべきである場合、シリコンは、新しい光学的機能を追加するようにドープされる。一般には、例えば、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＯＮ、あるいはＡｌ_２Ｏ_３さえもといった窒化化合物など、中程度の屈折率を有する材料も使用することができる。シリコンは３．５前後に位置する屈折率を有し、シリカは１．４から１．５の間に含まれる屈折率を有し、そのため、中程度の屈折率が意味するのは、好ましくは、１．８から３の間に含まれる屈折率である。基部１４および突起部１５が異なる材料で作られる場合には、基部１４はシリコンで作成することができ、突起部１５は、好ましくは、窒化化合物で作成される。

【0053】

図１０に示すように、レーザ装置に追加することのできる機能の１つは、第１の区画４ａとは別個の導波路２の第２の区画４ｂの領域に形成された、光波のモードフィルタリングを行うための微小共振器１７である。微小共振器１７の目的は、好ましくは、増幅器１によって生成される光子によって構成される単一の光学モードに有利に働くことである。その場合微小共振器１７は、円形のレーザ空洞の特定のモードを増強することができるフィルタの役割を果たす。したがって微小共振器１７は、第３の区画４ｃと第４の区画４ｄとの間に配置され、少なくとも１つの考慮される光学モードを通すように、これら第３の区画４ｃおよび第４の区画４ｄに光学的に結合される。各区画は、光子の伝搬方向と適合し、光子が一方の区画から他方の区画に通過することを可能にするように配置される。

【0054】

特定のモードを増強するために、第３の区画４ｃおよび第４の区画４ｄに対して微小共振器１７の寸法を、共振器１７が第３の区画４ｃおよび第４の区画４ｄの実効屈折率とは異なる実効屈折率を有するようにすることが可能である。当業者はこれらの実効屈折率を、当業者がレーザ装置の要件仕様に従って増強しようとする光波のモードに従って、望み通りに調整することができる。

【0055】

この寸法決定は、装置の設計段階で行うことができる。しかし、この解決法は、装置が常に同じモードを増強するだけに制限されることになることを意味する。よって、ある特定の用途では、例えば、波長を調整することが求められてもよく、これにより、次いで、選択のモードを増強することができるように装置を適合させる必要が生じる。この要件を満たすために、微小共振器は、その実効屈折率の変調システムを備えることができる。微小共振器はドープ型とすることができ、その実効屈折率は、例えば、キャリア注入またはキャリア空乏化によって変動しうる。そのような変調システムは、ＰドープおよびＮドープのシリコン基部を有する微小共振器１７を形成することによって実装することができる。その場合、それぞれ、ＰドーピングおよびＮドーピングと関連付けられた電極を形成することによって、これらの電極をバイアスすることにより、微小共振器１７を変更することによって微小共振器１７の実効屈折率を変動させることが可能である。微小共振器１７の実効屈折率を変動させることによって、微小共振器１７の第３の区画４ｃおよび第４の区画４ｄとの光学的結合の特性は変更される。

【0056】

図１０から図１２に示す特定に実施形態によれば、導波路２の第２の区画４ｂは、第１の区画４ａとは別個の導波路２の第３の区画４ｃおよび第４の区画４ｄにそれぞれ結合されるリングまたはディスクの形状をしたものである。第３の区画と第４の区画とは、好ましくは、平行である。製作レベルではマイクロディスクの方がより実施が容易であるが、当業者は、用途に従って適切な構造（ディスク／リング）を選択するであろう。

【0057】

微小共振器１７の特定の実施形態によれば、第２の区画４ｂ、第３の区画４ｃおよび第４の区画４ｄは、同じ平面Ｐｌ_１に形成される（図１１）。位置変形によれば、第３の区画４ｃおよび第４の区画４ｄは、第２の区画４ｂを含むオフセット面Ｐｌ_２と平行な、同じ平面Ｐｌ_１に形成される（図１２）。図１１および図１２には、２つの代替の実施形態が図１０のＢ−Ｂに沿った断面図で表されている。その場合、第２の区画４ｂは、共振器と第３の区画４ｃおよび第４の区画４ｄとの光学的結合を行うように、第３の区画４ｃと第４の区画４ｄとにそれぞれ面した部分を含む。（図１２では、これらの部分は第３の区画４ａおよび第４の区画４ｄの上方に配置されている）。

【0058】

第２の区画４ｂ、第３の区画４ｃおよび第４の区画４ｄが同じ平面に形成される場合には、これらの区画は、好ましくは、シリコン基部から形成される。

【0059】

第３の区画４ｃおよび第４の区画４ｄが、第２の区画４ｂを含むオフセット面に対して平行な同じ面に形成される場合（図１２）には、第３の区画４ｃおよび第４の区画４ｄは、好ましくはシリコンベースのものであり、微小共振器１７を形成する第２の区画４ｂは、ＩＩＩ−Ｖ族ヘテロ構造と同様に形成される。微小共振器１７は、好ましくは、同じ製作工程の間に製造されるように、増幅器１と同じ平面に形成される。ＩＩＩ−Ｖ族微小共振器１７の利点は、利得の改善を可能にすることである。加えて、この応用によれば、微小共振器１７のＩＩＩ−Ｖ族材料の領域において、光子を吸収するように電圧を印加することが可能である。光子の吸収は、有利には、超高速の情報符号化を可能にする。よって、共振器内変調を備えるレーザ装置を製造することが可能である。

【0060】

別の実施形態によれば、微小共振器１７はフォトニック結晶である。フォトニック結晶は、例えばシリコンでできた固体区画にパターンを形成することによって得ることができる。図１３および図１４に、好ましくは、導波路が形成されている平面に対して概ね垂直な、バー１８の形状をしたパターン形成を示す。これらのバー１８は、部分的にエッチングされ（図１４）、または全面的にエッチングされた（図１３）スラブから得ることができる。スラブが全面的にエッチングされる場合には、バー１８は、第２の区画４ｂの厚さ全体にわたって相互に離間されており、スラブが部分的にエッチングされる場合には、バー１８は、前記バーと同じ材料で形成された基部１９によって結合されており、バー１８および基部１９は単一の部品として形成されている。図１３および図１４の微小共振器１７は、第３の区画４ｃおよび第４の区画４ｄに光学的に結合される。

【0061】

図１５に示す代替の実施形態によれば、フォトニック結晶において、光波を、第３の区画４ｃと第４の区画４ｄとにそれぞれ送る前に光波を蓄積することのできる空き区域を追加することが可能である。図１５では、共振器１７の空き区域１７ａは、２つのフォトニック結晶格子１７ｂ、１７ｃの間に位置している。この空き区域１７ａは、バーのラインを省くことによって形成することができる。

【0062】

図１５の一変形が図１９に示されている。この変形では、フォトニック結晶はフォトニック結晶１７ｂの中央に位置する空洞１７ｄを含む。

【0063】

前述の微小共振器は特に、モードフィルタリングが行われ、Ｑ値が高められることを可能にする。応用によれば、微小共振器は、単一モードレーザ装置の製造も可能にする。微小共振器は、好ましくは、約２０μｍから３０μｍの寸法を有する。

【0064】

フォトニック結晶のバーは、正方形、三角形などとすることのできるメッシュによって配置することができる。図１３から図１５では、バーは、正方形メッシュの形状で、すなわち、行と列からなる行列として配置されている。その場合、行は第３の区画４ｃおよび第４の区画４ｄの方向を向いている。行（図１５）、または行の一部（図１９）の省略によって空き区域を形成することができる。一変形によれば、隣接する２行は、２本のバーを互い違いに配置するように形成される。

【0065】

以上ではフォトニック結晶をバーまたは基部と関連付けられたバーであるものとして定義したが、フォトニック結晶は、例えば固体シリコン区画に形成された、貫通していても、していなくてもよい正孔によって形成することもできる。

【0066】

前述の特徴と組み合わせて適用できる代替の実施形態を示す図１６では、増幅器１は、ループの形状をしており、増幅器１のループの単一部分が、導波路２の第１の区画４ａに面して配置されている。図１６では、導波路２と関連付けられたループおよび増幅器１と関連付けられたループは、概ね平行な平面に形成されており、導波路２と増幅器１との部分的オーバーラップを得るように移動されている。これは、増幅器１のループの部分が第１の区画４ａの領域において導波路２と光学的結合を行うと同時に、増幅器を、その長さおよびそのループ形状によって良好なパワー性能で保持することを可能にする。増幅器のループ形状は、バーニア効果、すなわち、単一モードレーザ装置を実現するために２つの光波のモードを一致させることを可能にする。光波の単一モードを増強するために、ループに、同一の実効屈折率で異なる長さ、または異なる実効屈折率で同一の長さを持たせることができる。

【0067】

図１７に示す別の機能化によれば、導波路２に光学的に結合される半導体光増幅器２０を、導波路２の（区画４ａとは別個の）利用可能な区画に追加することができる。そのような半導体光増幅器（ＳＯＡ）２０は、その唯一の目的が光波信号を増幅することであり、そのためには、単純な電気ポンピングを行いさえすればよいため、増幅器１よりも短い長さのものとすることができる。またそのような半導体光増幅器（ＳＯＡ）２０は、情報が変調されること、すなわち、例えば、ＳＯＡに制御電圧を印加し、それを調整することによる電子吸収などによって符号化されることを可能にする。ＳＯＡは、光子を生成するように設計された増幅器１のモード変換器と同様にＳＯＡと関連付けられたモード変換器を使用して導波路２に結合することができる。また半導体光増幅器２０に結合された導波路２の区画も、前述の銃眼形状の断面を有する。ＳＯＡ２０は、増幅器１のスタックと同一のスタックによって形成することができる。ＳＯＡの使用は図１７の実施形態だけに限定されず、ＳＯＡは、実際には、前述の、また以下で説明するすべての実施形態および変形で使用することができる。

【0068】

図２、図１０、図１６、図１７に示すように、ループ形状の導波路２は、レーザビームの形状をした導波路２内を伝搬する光波の一部を取り出すために出力導波路３に結合することができる。次いでレーザビームを、出力導波路３を介して、レーザビームを使用することのできる装置に、例えば、レーザビームが関連付けられた遠隔装置に送られることを可能にする光ファイバに伝送することができる。

【0069】

図２、図１０、図１６、図１７では、レーザビームは、出力導波路３に接続されたビーム分割器２１によって導波路２のループから取り出される。図２には、マルチモード干渉計（ＭＭＩ）である分割器２１が詳細に示されている。ＭＭＩは入力ビームがＮ個の出力ビームに分割されることを可能にする。使用されるＭＭＩは、１９９５年４月の「Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ」、第１３巻、第４号、６１５〜６２７頁に記載されている、Ｌｕｃａｓ Ｂ．Ｓｏｌｄａｎｏら著、文献「Ｏｐｔｉｃａｌ Ｍｕｌｔｉ−ｍｏｄｅ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｄｅｖｉｃｅｓ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｓｅｌｆ−Ｉｍａｇｉｎｇ： Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ」に記載されている種類のＭＭＩとすることができる。明確にするために、その他の図１０、図１６、図１７では、参照符号２１は、たとえＭＭＩが関与しているとしても、単にブロックで表されている。

【0070】

図１８に示す異なる実施形態に適用可能なビーム分割器２１の一変形によれば、出力導波路３およびループ形状の導波路２は、同じ平面に形成されており、２つの概ね平行な区画の領域におけるその光学的結合を可能にする理想距離だけ離間されている。この理想距離は、結合率、すなわち、光子の回転ごとに収集されるパワー、したがって、アセンブリのＱ値が固定されることを可能にする。この分割器は、ＭＭＩの代わりにすべての実施形態に適用することができる。

【0071】

導波路２と増幅器１とは、異なる基板上に製造することができる。その場合基板は、例えば分子結合によって相互に結合される。導波路は、好ましくは、ＳＯＩ基板上に形成される。

【0072】

導波路２と増幅器１の様々な設計寸法決定は、例えば、ＲＳＯＦＴ（著作権）ソフトウェアシーケンスなどを使用したシミュレーション法によって得ることができる。例えば、固有モードおよび伝搬定数を算出するために、または同等のやり方で関連付けられた実効屈折率を算出するために、ＲＳＯＦＴ（著作権）ＦＥＭＳＩＭモジュールの有限要素法を使用することができる。結合効率は、ＲＳＯＦＴ（著作権）ＢｅａｍＰｒｏｐモジュールで定義されるビーム伝搬法（Ｂｅａｍ Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ：ＢＰＭ）を使用して計算することができる。

【0073】

図１８に示す一変形によれば、出力導波路３は、光ファイバ（不図示）と結合されるように設計されたナノ構造化出力アレイ２２を備える。このアレイ２２は、光波の伝搬方向に対して垂直に、言い換えると、出力導波路３の長手方向軸に対して垂直に、出力導波路に形成されたトレンチによって形成することができる。アレイ２２を定義するために、ＲＳＯＦＴ（著作権）Ｆｕｌｌｗａｖｅモジュールの時間領域差分（Ｆｉｎｉｔｅ−Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ Ｔｉｍｅ−Ｄｏｍａｉｎ：ＦＤＴＤ）法を使用することができる。

【0074】

また出力導波路３は、入射レーザビームが測定されることを可能にする制御フォトダイオード２３も備えることができる。図１８では、このフォトダイオード２３はアレイ２２の反対側にある。

【0075】

出力導波路３は、導波路３と導波路２との間の結合区域Ｚ_３と、レーザ装置の出力との間（図１８ではアレイ２２の前）に配置された、情報を符号化するための変調器２４をさらに備えることができる。そのような変調器２４は、例えば、電子吸収またはマッハツェンダ型のものとすることができる。変調器はＩＩＩ−Ｖ族材料および／またはシリコンを含むことができる。

【0076】

変調器２４およびアレイ２２は、ＭＭＩの出力部で実装することができる。

【0077】

前述のレーザ装置は、多重化、逆多重化、変調、スペクトルルーティングなどといった複雑な光ビーム管理機能が同じチップ上で統合されることを可能にする。これらの機能は、（ミリメートル規模の）超短距離の光リンク、または数キロメートルに及びうる長距離光リンクに専用のものとすることができる。これらの光学的機能は、相互接続バススループットの増加から生じる問題を解決することができる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】