特許 7188841 シリコンレンズを有するマルチチャネルモードコンバータ

(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】

(24)【登録日】2022-12-05

(45)【発行日】2022-12-13

(54)【発明の名称】シリコンレンズを有するマルチチャネルモードコンバータ

(51)【国際特許分類】

   G02B 6/32 20060101AFI20221206BHJP

   G02B 6/30 20060101ALI20221206BHJP

【ＦＩ】

G02B6/32

G02B6/30

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2021536298

(86)(22)【出願日】2019-06-14

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-02-16

(86)【国際出願番号】 CN2019091406

(87)【国際公開番号】W WO2020133951

(87)【国際公開日】2020-07-02

【審査請求日】2021-07-29

(31)【優先権主張番号】62/784,928

(32)【優先日】2018-12-26

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】504161984

【氏名又は名称】ホアウェイ・テクノロジーズ・カンパニー・リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110000877

【氏名又は名称】弁理士法人ＲＹＵＫＡ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ミアオ、ロンシェン

(72)【発明者】

【氏名】ゼン、シュエヤン

(72)【発明者】

【氏名】シェン、シャオ アンディ

(72)【発明者】

【氏名】バイ、ユ シェン

【審査官】林 祥恵

(56)【参考文献】

【文献】特開２００２－３４１１７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０２５２６８７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００４－１１７７８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１０９２０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－０７３０２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０９５４１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭６１－０１３８１１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特表２００５－５０８０１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１５／０２０８７０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０２０５５８２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開平３－２３７４０６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ６／２６－６／２７

Ｇ０２Ｂ ６／３０－６／３４

Ｇ０２Ｂ ６／４２－６／４３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１導波路と第１ファイバとの間で第１モードを変換するように構成された第１シリコンレンズ、および、第２導波路と第２ファイバとの間で第２モードを変換するように構成された第２シリコンレンズを有する、レンズアレイと、
前記レンズアレイに結合されたガラスブロックと、
前記ガラスブロックに結合されたファイバ組立体（ＦＡＵ）であって、前記第１シリコンレンズに対応する前記第１ファイバ、および、前記第２シリコンレンズに対応する前記第２ファイバを有し、前記第１シリコンレンズおよび前記第２シリコンレンズの中心からずらされている、ＦＡＵと、
を備えるマルチチャネルモードコンバータ。

【請求項2】

前記ガラスブロックは、光学ガラスを含む組成を有する、請求項１に記載のマルチチャネルモードコンバータ。

【請求項3】

前記光学ガラスはＢＫ７である、請求項２に記載のマルチチャネルモードコンバータ。

【請求項4】

前記レンズアレイに含まれるレンズの数と、前記ＦＡＵに含まれるファイバの数とが等しい、請求項１から３のいずれか一項に記載のマルチチャネルモードコンバータ。

【請求項5】

前記第１シリコンレンズおよび前記第２シリコンレンズはドライエッチングによって形成される、請求項１から４のいずれか一項に記載のマルチチャネルモードコンバータ。

【請求項6】

前記レンズアレイは、約１ミリメートル（ｍｍ）から約５ｍｍの幅と、約０．５ｍｍから約１ｍｍの長さと、約０．５ｍｍから約２ｍｍの高さとを有する、請求項１から５のいずれか一項に記載のマルチチャネルモードコンバータ。

【請求項7】

前記ガラスブロックは、約１ｍｍから約５ｍｍの幅と、約０．５ｍｍから約２ｍｍの長さと、約０．５ｍｍから約２ｍｍの高さとを有する、請求項１から６のいずれか一項に記載のマルチチャネルモードコンバータ。

【請求項8】

前記ＦＡＵは、約１ｍｍから約５ｍｍの幅と、約２ｍｍから約５ｍｍの長さと、約０．５ｍｍから約２ｍｍの高さとを有する、請求項１から７のいずれか一項に記載のマルチチャネルモードコンバータ。

【請求項9】

第１導波路と第１ファイバとの間で第１モードを変換するように構成された第１シリコンレンズ、および、第２導波路と第２ファイバとの間で第２モードを変換するように構成された第２シリコンレンズを有する、レンズアレイと、
前記レンズアレイに結合されたガラスブロックであって、前記第１シリコンレンズに対応する第１光線および前記第２シリコンレンズに対応する第２光線のための光路を提供するように構成された、ガラスブロックと、
前記ガラスブロックに結合されたファイバ組立体（ＦＡＵ）であって、前記第１ファイバおよび前記第２ファイバを有し、前記第１シリコンレンズおよび前記第２シリコンレンズの中心からずらされている、ＦＡＵと、
を備えるモードコンバータシステム。

【請求項10】

前記レンズアレイに結合された導波路ブロックであって、
前記第１光線を前記導波路ブロック内へと誘導するように構成された第１導波路、および
前記第２光線を前記導波路ブロック内へと誘導するように構成された第２導波路
を有する、導波路ブロックをさらに備える、請求項９に記載のモードコンバータシステム。

【請求項11】

前記第１シリコンレンズおよび前記第２シリコンレンズは、約１．５から約５の倍率を有する、請求項９又は１０に記載のモードコンバータシステム。

【請求項12】

前記第１シリコンレンズおよび前記第２シリコンレンズは、前記倍率に基づく比によってファイバ組立体（ＦＡＵ）ピッチ公差を低減するように構成される、請求項１１に記載のモードコンバータシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

開示の実施形態は、概してシリコンフォトニクスに関し、特にシリコンフォトニクス用のモードコンバータに関する。

【0002】

［関連出願の相互参照］
本出願は、２０１８年１２月２６日に出願された米国仮特許出願第６２／７８４，９２８号（発明の名称「シリコンレンズを有するマルチチャネルモードコンバータ」）の優先権を主張し、その開示は参照により本出願に組みこまれる。

【背景技術】

【0003】

シリコンフォトニックデバイスは、シリコンとその派生物を使用して、導波路を形成する。シリコンフォトニックデバイスは多くの場合、導波路に加え、ファイバを備える。導波路のモードからファイバのモードへ、またはその逆の変換が必要である。

【0004】

モードとは、光線の、導波路、ファイバ、またはその他媒体に対する入射時または射出時の形状である。モードサイズとは、モードの物理的サイズである。物理的サイズは、光強度に基づき得る。例えば、指定の光強度未満の光線は、物理的サイズの一部を成すものではないと考えられ得る。

【発明の概要】

【0005】

一実施形態では、マルチチャネルモードコンバータは、第１レンズ、および第２レンズを有する、レンズアレイと、上記レンズアレイに結合されたガラスブロックと、上記ガラスブロックに結合されたファイバ組立体（ＦＡＵ）アレイであって、上記第１レンズに対応する第１ファイバ、および上記第２レンズに対応する第２ファイバを有する、ＦＡＵアレイとを備える。上記レンズアレイは、シリコンを含む組成から形成され得る。上記実施形態のいずれかにおいて、上記ガラスブロックは、ＢＫ７などのホウケイ酸クラウンガラスであり得る光学ガラスを含む組成から形成され得る。上記実施形態のいずれかにおいて、上記ガラスブロックは、ガラスキャピラリを含むガラスキャピラリブロックである。上記実施形態のいずれかにおいて、上記レンズアレイは第３レンズを含み、上記ＦＡＵアレイは上記第３レンズに対応する第３ファイバを含む。上記実施形態のいずれかにおいて、上記レンズアレイは第４レンズを含み、上記ＦＡＵアレイは上記第４レンズに対応する第４ファイバを含む。上記実施形態のいずれかにおいて、上記ＦＡＵアレイは、上記第１レンズおよび上記第２レンズの中心からずらされている。上記実施形態のいずれかにおいて、上記レンズアレイは、約１ｍｍから約５ｍｍの幅と、約０．５ｍｍから約１ｍｍの長さと、約０．５ｍｍから約２ｍｍの高さとを有する。上記実施形態のいずれかにおいて、上記ガラスブロックは、約１ｍｍから約５ｍｍの幅と、約０．５ｍｍから約２ｍｍの長さと、約０．５ｍｍから約２ｍｍの高さとを有する。上記実施形態のいずれかにおいて、上記ＦＡＵアレイは、約１ｍｍから約５ｍｍの幅と、約２ｍｍから約５ｍｍの長さと、約０．５ｍｍから約２ｍｍの高さとを有する。

【0006】

一実施形態では、モードコンバータシステムは、第１導波路と第１ファイバとの間で第１モードを変換するように構成された第１シリコンレンズ、および第２導波路と第２ファイバとの間で第２モードを変換するように構成された第２シリコンレンズを有する、レンズアレイと、上記レンズアレイに結合されたガラスブロックであって、上記第１シリコンレンズに対応する第１光線および上記第２シリコンレンズに対応する第２光線のための光路を提供するように構成された、ガラスブロックとを備える。上記モードコンバータシステムは、上記レンズアレイに結合された導波路ブロックであって、上記第１光線を上記導波路ブロック内へと誘導するように構成された第１導波路、および上記第２光線を上記導波路ブロック内へと誘導するように構成された第２導波路を有する、導波路ブロックをさらに備え得る。上記実施形態のいずれかにおいて、上記モードコンバータシステムは、上記ガラスブロックに結合されたファイバ組立体（ＦＡＵ）アレイであって、上記第１ファイバおよび上記第２ファイバを有する、ＦＡＵアレイをさらに備える。上記実施形態のいずれかにおいて、上記ＦＡＵアレイは、上記第１シリコンレンズおよび上記第２シリコンレンズの中心からずらされている。上記実施形態のいずれかにおいて、上記第１シリコンレンズおよび上記第２シリコンレンズは、約１．５から約５の倍率を有する。上記実施形態のいずれかにおいて、上記第１シリコンレンズおよび上記第２シリコンレンズは、上記倍率に基づく比によってＦＡＵアレイピッチ公差を低減するように構成される。

【0007】

一実施形態では、モードコンバータを製造する方法が提供される。上記方法は、リフレクタをレンズに結合して、レンズアセンブリを形成する段階と、カプラをファイバ組立体（ＦＡＵ）のファイバに、光源を上記カプラに、パワーメータを上記カプラに結合して、ＦＡＵアセンブリを形成する段階とを備える。上記レンズアセンブリおよびガラスブロックが上記ＦＡＵアセンブリの端に配置される。光線を上記光源から上記カプラへと射出させ、上記パワーメータを使用して、上記光線に関連付けられる反射した光線のパワーを求め、上記パワーに基づいて上記レンズアセンブリおよび上記ＦＡＵアセンブリを揃える。上記実施形態のいずれかにおいて、上記方法は、上記ＦＡＵアセンブリの出口端において上記パワーが最大となるまで、上記レンズアセンブリおよび上記ＦＡＵアセンブリを揃える段階を備える。上記実施形態のいずれかにおいて、上記方法は、上記揃える段階の後で、上記リフレクタ、上記カプラ、上記光源、または上記パワーメータのうちの少なくとも１つを取り外す段階をさらに備える。

【0008】

上述した実施形態のいずれも、上述した実施形態の他のいずれかと組み合わされて、新たな実施形態を作り出してよい。これらおよび他の特徴は、以下の詳細な説明を添付された図面および特許請求の範囲と併せて読めばより明らかになるだろう。

【図面の簡単な説明】

【0009】

本開示をより十分に理解するために、次に、添付図面および詳細な説明と関連した以下の簡潔な説明について言及する。ここで、同様の参照番号は同様の構成要素を表す。

【0010】

【図1A】本開示の実施形態に係るマルチチャネルモードコンバータを概略的に示す斜視図である。

【0011】

【図1B】図１Ａのマルチチャネルモードコンバータを概略的に示す展開図である。

【0012】

【図1C】本開示の実施形態に係る、直線的導波路と共に使用される、図１Ａおよび図１Ｂのマルチチャネルモードコンバータの光図を示す。

【0013】

【図1D】本開示の実施形態に係る、傾斜導波路と共に使用される、図１Ａおよび図１Ｂのマルチチャネルモードコンバータの光図を示す。

【0014】

【図1E】本開示の実施形態に係る、図１Ａおよび図１Ｂにおけるマルチチャネルモードコンバータのピッチ公差図である。

【0015】

【図2】本開示の実施形態に係る単一チャネルモードコンバータの概略図である。

【0016】

【図3A】本開示の実施形態に係るモードコンバータ製造システムである。

【0017】

【図3B】本開示の実施形態に係る、図３Ａのモードコンバータ製造システムを使用した、モードコンバータ製造方法を示すフローチャートである。

【0018】

【図4】本開示の別の実施形態に係る単一チャネルモードコンバータの概略図である。

【0019】

【図5】本開示の実施形態に係る単一チャネルモードコンバータシステムの概略図である。

【0020】

【図6】本開示の実施形態に係るマルチチャネルモードコンバータシステムの概略図である。

【0021】

【図7】本開示の別の実施形態に係るマルチチャネルモードコンバータシステムの概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

実施形態の例示的な実装が以下に提供されるが、開示されたシステムおよび／または方法は、現在知られている、または存在しているか否かにかかわらず、任意の数の技術を使用して実装し得ることを最初に理解すべきである。本開示は、本明細書に例示され説明される例示的な設計および実装例を含む以下に例示される例示的な実装例、図面、および技法に限定されることは一切なく、添付の特許請求の範囲にそれらの全範囲の均等例を加えた範囲内で修正されてよい。

【0023】

以下の略記が使用される。
ＦＡＵ：ファイバ組立体
ＬＥＤ：発光ダイオード
ｍｍ：ミリメートル
ＰＬＣ：平面光波回路
ＰＭ：偏波保持
ＳＭＦ：単一モードファイバ
ＳＯＩ：シリコンオンインシュレータ
μｍ（ｍｉｃｒｏｍｅｔｅｒ）：マイクロメートル

【0024】

シリコンフォトニックデバイスにおいて、導波路のモードサイズは典型的には約２μｍから約６μｍで、ファイバのモードサイズは典型的には約９μｍである。このモードサイズ間の差のため、シリコンフォトニックデバイスは、光線を導波路とファイバとの間で移動させるため、モードコンバータまたは光学モードコンバータを備える。このモードコンバータは、光線を１つの導波路と１つのファイバとの間で移動させて、１つのチャネルを形成する単一チャネルモードコンバータ、または光線を複数の導波路と複数のファイバとの間で移動させて、複数のチャネルを形成するマルチチャネルモードコンバータであり得る。シリコンフォトニックデバイスの開発および配置に係る課題として、以下が含まれる。

【0025】

ピッチ公差とは、指定のピッチと実際のピッチとの差である。ピッチとは、２つの隣接する光媒体の中心間距離である。光媒体は、導波路またはファイバであり得る。導波路のピッチ公差は、典型的には約±０．３μｍ以下である。これは、リソグラフィ処理による公差が小さいためである。ただし、ファイバのピッチ公差は典型的には約±１．０μｍである。この導波路とファイバとの間のピッチ公差の差により、モード結合損失が増加する。

【0026】

導波路は、その界面における後方反射を低減するために、傾斜していることが多い。導波路の傾斜に対応するため、多くの場合ＦＡＵアレイであるファイバを備えるコンポーネントも傾斜する。ただし、ＦＡＵの傾斜は、シリコンフォトニックデバイスの組み立て困難につながる。

【0027】

ＰＬＣモードコンバータは、導波路からファイバへの方向の長さが約３ｍｍであり、ＰＬＣモードコンバータチップ自体による追加の挿入損失という問題がある。さらに、ＰＬＣモードコンバータは、ＰＬＣモードコンバータと導波路との間の空隙による、さらにＰＬＣモードコンバータからＦＡＵへの結合による結合損失という問題がある。さらに、空隙、延いては結合損失を低減するために、ＰＬＣモードコンバータと導波路との間のエポキシ結合は、多くの場合薄く、機械的不安定性につながり得る。

【0028】

一部のモードコンバータは、ハウジング内の受動結合を使用して、コンポーネントを結合する。ただし、受動結合は、高精度を要する。さらに、モードコンバータは単一チャネルモードコンバータである。したがって、上述の問題を解決するモードコンバータを提供することが求められている。

【0029】

本明細書において、シリコンレンズを有するマルチチャネルモードコンバータについての実施形態が開示される。モードコンバータは、シリコンレンズを有するレンズアレイと、ガラスブロックと、ＦＡＵと、ファイバとを備える。シリコンレンズは、ＦＡＵピッチ公差の低減を実現し、これがモード結合損失を低減する。導波路は傾斜している場合、ＦＡＵは傾斜するのではなくずらされる。これにより、組み立て処理が簡略化される。シリコンレンズを有するモードコンバータは、長さがより短くなり、ＰＬＣモードコンバータのようにオンチップ損失の問題を伴わず、ＰＬＣモードコンバータのように空隙、したがって結合損失の問題を伴わず、ＰＬＣモードコンバータのようにエポキシ結合が薄いことによる機械的不安定性の問題を伴わない。モードコンバータは、精度要件を緩和するように、能動的に整列され得る。最後に、モードコンバータは、単一チャネルモードコンバータまたはマルチチャネルモードコンバータである。

【0030】

図１Ａは、本開示の実施形態に係るマルチチャネルモードコンバータ１００を概略的に示す斜視図である。図１Ｂは、図１Ａのマルチチャネルモードコンバータ１００を概略的に示す展開図である。マルチチャネルモードコンバータ１００は、レンズアレイ１１０と、ガラスブロック１２０と、ＦＡＵアレイ１３０とを備える。ＦＡＵアレイ１３０は４本のファイバ１４０を備える。

【0031】

レンズアレイ１１０はシリコンを含む組成を備える。レンズアレイ１１０は、約１ｍｍから約５ｍｍの幅と、約０．５ｍｍから約１ｍｍの長さと、約０．５ｍｍから約２ｍｍの高さとを有する。レンズアレイ１１０はドライエッチングされて、４つのレンズが形成される。レンズアレイ１１０のように、レンズはシリコンを含む組成を有するため、シリコンレンズと称され得る。レンズは、導波路（不図示）とファイバ１４０との間でモード変換を行う。したがってレンズは、導波路のモード直径からファイバとしての同一のモード直径へ、およびその逆の変換を行う。レンズは、約１．５から約５．０の倍率を有する。レンズおよび導波路についての詳細は後述する。

【0032】

ガラスブロック１２０は、光学ガラスを含む組成を有する。例えば、光学ガラスは、ＢＫ７などのホウケイ酸クラウンガラスである。ガラスブロック１２０は、約１ｍｍから５ｍｍの幅と、約０．５ｍｍから２ｍｍの長さと、約０．５ｍｍから約２ｍｍの高さとを有する。長さは、導波路のモード直径に対するファイバ１４０のモード直径の比である、変換率に比例する。ガラスブロック１２０は、レンズアレイ１１０とＦＡＵアレイ１３０との間の光路を提供する。

【0033】

ＦＡＵアレイ１３０は、例えば約１２７μｍ、約２５０μｍ、または約５００μｍのピッチが設けられ得る。本明細書において使用される場合、「ピッチ」とは、２本の隣接するファイバの中心間距離を指す。ＦＡＵアレイ１３０は、約１ｍｍから約５ｍｍの幅と、約２ｍｍから約５ｍｍの長さと（ファイバ１４０を除く）、約０．５ｍｍから約２ｍｍの高さとを有する。

【0034】

ファイバ１４０は、単一モードファイバ（ＳＭＦ）または偏波保持（ＰＭ）ファイバである。ファイバ１４０は、コアと、内側クラッドと、例えば、ガラスで形成された外側クラッド（不図示）とを備える。コアは、約２から約１０μｍの直径を有し、内側クラッドは約１２５μｍの直径を有し、外側クラッドは被覆材であり、約０．２５ｍｍから約１ｍｍの直径を有する。内側クラッドはコアを保護し、外側被覆材は内側クラッドを保護する。第１ファイバ１４０は、第１レンズに対応する、またはそれと組み合わされる。第２ファイバ１４０は、第２レンズに対応する。第３ファイバ１４０は、第３レンズに対応する。第４ファイバ１４０は、第４レンズに対応する。マルチチャネルモードコンバータ１００は、複数本のファイバ、ここでは４本のファイバ１４０を備えるため、マルチチャネルとなる。

【0035】

動作時、導波路からファイバ１４０への方向において、光線は導波路から射出され、レンズに入射する。レンズは、光線のモードを、導波路モードからファイバモードに変換する。ガラスブロック１２０は光線をファイバ１４０に送る。ファイバ１４０から導波路への方向において、光線はファイバ１４０から射出され、ガラスブロック１２０に入射し、ガラスブロック１２０は光線をレンズに送り、レンズは、光線のモードを、ファイバモードから導波路モードに変換し、光線は導波路に入射する。

【0036】

あるいは、レンズアレイ１１０は、２つ、３つ、または５つ以上のレンズを備え、ＦＡＵアレイ１３０は２本、３本、または５本以上のファイバ１４０を備える。そのような場合、各レンズは、ファイバ１４０の１本に対応する。レンズとファイバ１４０の数は、マルチチャネルモードコンバータ１００内のコンポーネントのサイズに影響し得る。

【0037】

マルチチャネルモードコンバータ１００の全長は、ＰＬＣモードコンバータのようなその他モードコンバータよりも約２ｍｍ短い。開示の実施形態の実践により実現されたマルチチャネルモードコンバータ１００のサイズ低減により、高密度光電子パッケージ用途におけるよりコンパクトな構成などの効果が得られる。さらに、マルチチャネルモードコンバータ１００によると、ＰＬＣモードコンバータチップからの追加の挿入損失の問題を伴わない。さらに、マルチチャネルモードコンバータ１００は、ＰＬＣモードコンバータのように、空隙、したがって結合損失の問題を伴わない。さらに、マルチチャネルモードコンバータ１００は、コンポーネントへの結合用のハウジングを備える必要がない。その代わりに、コンポーネント同士は直接結合され得る。したがって、マルチチャネルモードコンバータ１００はハウジングから独立していると言える。

【0038】

図１Ｃは、本開示の実施形態に係る、直線的導波路と共に使用される、図１Ａおよび図１Ｂのマルチチャネルモードコンバータ１００の光図１５０を示す。光図１５０は、図１Ａおよび図１Ｂのマルチチャネルモードコンバータ１００のレンズアレイ１１０およびガラスブロック１２０を示す。光図１５０はさらに、レンズアレイ１１０内のレンズ１６５を示し、レンズアレイ１１０、レンズ１６５、およびガラスブロック１２０を通じて移動する光線１６０を示す。図示のように、レンズ１６５は、導波路とファイバ１４０の１本との間のモード変換のために、光線１６０を集光する。光線１６０は、直線方向で、導波路内外に移動する。したがって、導波路は、直線的導波路または非傾斜導波路である。

【0039】

図１Ｄは、本開示の実施形態に係る、傾斜導波路と共に使用される、図１Ａおよび図１Ｂのマルチチャネルモードコンバータ１００の光図１７０を示す。光図１７０は、図１Ｃの光図１５０と類似している。即ち、光図１７０は、レンズアレイ１１０と、レンズ１６５と、ガラスブロック１２０と、レンズアレイ１１０、レンズ１６５、およびガラスブロック１２０を通じて移動する光線１８０を示す。

【0040】

ただし、光線１６０が直線方向で導波路内外に移動する光図１５０と異なり、光図１７０では、光線１８０が傾斜方向で導波路内外に移動する。傾斜方向は、約２°から約１５°である角度θにある。図示のとおり、ガラスブロック１２０、したがってＦＡＵアレイ１３０は傾斜している必要はない。これは、光線１８０がレンズ１６５に入射するところがレンズ１６５中心からずれているため、レンズ１６５が光線１８０を直線化する、または光線１８０の方向を変えるためである。このずれは、角度θに応じて約５μｍから約５０μｍとなる。

【0041】

図１Ｅは、図１Ａおよび図１Ｂにおけるマルチチャネルモードコンバータ１００のピッチ公差図１９０である。ピッチ公差図１９０は、如何にレンズ１６５がＦＡＵアレイ１３０側のＦＡＵアレイピッチ公差を、導波路側の低減ＦＡＵアレイピッチ公差にまで低減するかを示す。低減比は、低減ＦＡＵアレイピッチ公差に対するＦＡＵアレイピッチ公差の比となる。この比は、レンズ１６５の倍率に比例する。ＦＡＵアレイピッチ公差の低減により、マルチチャネルモードコンバータ１００のモード結合損失が低減する。

【0042】

第１の例として、レンズ１６５に倍率がなければ、導波路のピッチ公差は０．３μｍ、ＦＡＵアレイ１３０のピッチ公差は１．０μｍとなる。この場合、マルチチャネルモードコンバータ１００は大きな結合損失を有し得る。第２の例として、レンズ１６５が３．０の倍率を有する場合、ＦＡＵアレイ１３０のピッチ公差は１．０μｍから０．３μｍに低減する。これは導波路のピッチ公差である０．３μｍに一致する。したがって、第１の例と比較して、結合損失が大幅に低減する。第２の例では、導波路は３．０μｍのモードサイズを有し、ファイバ１４０は９．０μｍのモードサイズを有する。

【0043】

図２は、本開示の実施形態に係る単一チャネルモードコンバータ２００の概略図である。単一チャネルモードコンバータ２００は、図１Ａおよび図１Ｂのマルチチャネルモードコンバータ１００と同様である。具体的に、マルチチャネルモードコンバータ１００と同様に、単一チャネルモードコンバータ２００は、レンズ２１０と、ガラスブロック２２０と、ＦＡＵ２３０とを備える。

【0044】

ただし、４つのレンズ１６５を備えるレンズアレイ１１０と異なり、レンズ２１０は単一のレンズである。４本のファイバ１４０を備えるＦＡＵアレイ１３０と異なり、ＦＡＵ２３０は１つのファイバ２４０を備える。単一チャネルモードコンバータ２００は、１つのファイバ２４０を備えるため、単一チャネルである。単一チャネルモードコンバータ２００は、約１ｍｍから約３ｍｍの幅を有し、ファイバ２４０を含まない場合、約２ｍｍから約５ｍｍの長さを有し、約１ｍｍから約３ｍｍの高さを有する。

【0045】

図３Ａは、本開示の実施形態に係るモードコンバータ製造システム３００である。モードコンバータ製造システム３００は、図２の単一チャネルモードコンバータ２００におけるレンズ２１０、ガラスブロック２２０、ＦＡＵ２３０、およびファイバ２４０とそれぞれ同様な、レンズ３１０と、ガラスブロック３１５と、ＦＡＵ３２０と、ファイバ３２５とを備える。

【0046】

さらに、モードコンバータ製造システム３００は、リフレクタ３０５と、カプラ３３０と、光源３３５と、パワーメータ３４０とを備える。あるいは、カプラ３３０はサーキューレータである。光源３３５と、パワーメータ３４０とは、ファイバまたはその他適切な媒体を介してカプラ３３０に結合される。光源３３５は、レーザ、ＬＥＤ、またはその他適切な光源である。

【0047】

図３Ｂは、本開示の実施形態に係る、図３Ａのモードコンバータ製造システム３００を使用した、モードコンバータ製造方法３４５を示すフローチャートである。モードコンバータ製造方法３４５は製造者により実施される。段階３５０において、製造者はコンポーネントを結合する。例えば、製造者は、リフレクタ３０５をレンズ３１０に結合してレンズアセンブリを形成し、カプラ３３０をファイバ３２５に、光源３３５をカプラ３３０に、パワーメータ３４０をカプラ３３０に結合することでＦＡＵアセンブリを形成する。

【0048】

段階３５５において、レンズアセンブリおよびガラスブロック３１５は、ＦＡＵアセンブリの端に配置される。例えば、この端は、ファイバ３２５の反対側にある。製造者は、レンズ３１０およびガラスブロック３１５の光路が、ＦＡＵ３２０の光路と揃うように、レンズアセンブリおよびガラスブロック３１５を配置する。

【0049】

段階３６０において、光源３３５に光線をカプラ３３０内へと射出させる。例えば、レーザが起動され、カプラ３３０に入射する、連続的な高度にコリメートされた光線を射出させる。光線は、カプラ３３０、ＦＡＵ３２０内のファイバ３２５、ガラスブロック３１５、およびレンズ３１０を通過し、リフレクタ３０５で反射されて反射した光線となる。したがって、反射した光線は入射光線に関連付けられる。反射した光線は、レンズ３１０、ガラスブロック３１５、ＦＡＵ３２０内のファイバ３２５、およびカプラ３３０を通過し、その後パワーメータ３４０に入射する。

【0050】

段階３６５において、パワーメータ３４０を使用して、反射した光線のパワーが測定される。段階３７０において、製造者はパワーが最大となるように、レンズアセンブリおよびＦＡＵアセンブリを揃える、または最大測定パワーが得られるように、レンズアセンブリおよびＦＡＵアセンブリを揃える。レンズ３１０とＦＡＵ３２０の光路が揃った場合にパワーは最大となる。レンズ３１０が、図１Ａおよび図１Ｂのレンズアレイ１１０のように、複数のレンズを備えるレンズアレイであれば、製造者は、レンズ３１０の両端の２つのレンズを揃えるだけでよい。パワーを測定し、その測定に基づいてコンポーネントを揃える処理を「アクティブアライメント」と称する。

【0051】

段階３７５において、ガラスブロック３１５がレンズアセンブリに固定され、ＦＡＵアセンブリがガラスブロック３１５に固定される。製造者はこれを、光学エポキシまたはその他適切な結合材を使用して行う。あるいは、製造者はこれを、その他適切な結合方法を使用して行う。

【0052】

段階３８０において、リフレクタ３０５、カプラ３３０、光源３３５、およびパワーメータ３４０が取り外される。最後に、段階３８５において、製造者は残りの製造段階を完了する。これらの段階は、コンポーネントのテストを含み得る。モードコンバータ製造方法３４５は、単一チャネルを備えるモードコンバータ製造システム３００を利用するが、同じ原理が、多チャネルを備えるモードコンバータ製造システムに適用される。

【0053】

図４は、本開示の別の実施形態に係る単一チャネルモードコンバータ４００の概略図である。単一チャネルモードコンバータ４００は、図２の単一チャネルモードコンバータ２００と同様である。具体的には、単一チャネルモードコンバータ２００と同様に、単一チャネルモードコンバータ４００は、レンズ４１０と、ガラスブロック４２０と、ファイバ４４０とを備える。

【0054】

ただし、単一チャネルモードコンバータ４００は、単一チャネルモードコンバータ２００内のＦＡＵ２３０に代えて、ガラスキャピラリブロック４３０を備える。ガラスキャピラリブロック４３０は、ガラスを含む組成を有する。ガラスキャピラリブロック４３０は、約１ｍｍから約３ｍｍの幅と、約２ｍｍから約５ｍｍの長さと、約１ｍｍから約３ｍｍの高さとを有する。ガラスキャピラリブロック４３０は、ガラスキャピラリブロック４３０の長さに沿って延在するガラスキャピラリを備える。ガラスキャピラリの直径は、ファイバ４４０がガラスキャピラリブロック４３０へとプラグ接続され得るように、ファイバ４４０の直径と同じである。ガラスキャピラリブロック４３０は、費用対効果の高い、ＦＡＵ２３０の代替品を提供する。

【0055】

図５は、本開示の実施形態に係る単一チャネルモードコンバータシステム５００の概略図である。単一チャネルモードコンバータシステム５００は、単一チャネルモードコンバータ２００を備える。あるいは、単一チャネルモードコンバータシステム５００は、単一チャネルモードコンバータ４００を備える。単一チャネルモードコンバータシステム５００は、導波路ブロック５１０をさらに備える。

【0056】

導波路ブロック５１０は、シリコンを含む組成を有し、シリコンオンインシュレータ（ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ ｉｎｓｕｌａｔｏｒ；ＳＯＩ）ブロックと称され得る。導波路ブロック５１０は、それが導波路５２０を備えることを示すように透明になっている。導波路５２０は光線を導波路ブロック５１０内へと誘導する。

【0057】

製造者は、導波路５２０と単一チャネルモードコンバータ２００とを揃える。続いて製造者は、光学エポキシまたはその他適切な結合材を使用して、導波路ブロック５１０と単一チャネルモードコンバータ２００とを結合する。結合材は、導波路ブロック５１０と単一チャネルモードコンバータ２００との間の隙間を埋めるべきものである。隙間は、約１０μｍから３０μｍであり、これにより向上された機械的結合強度、延いては信頼性を提供する。

【0058】

図６は、本開示の実施形態に係るマルチチャネルモードコンバータシステム６００の概略図である。マルチチャネルモードコンバータシステム６００は、図５の単一チャネルモードコンバータシステム５００と同様である。具体的には、単一チャネルモードコンバータシステム５００と同様に、マルチチャネルモードコンバータシステム６００は導波路ブロック６１０を備える。

【0059】

ただし、単一の導波路５２０を備える導波路ブロック５１０と異なり、導波路ブロック６１０は４つの導波路６２０を備える。製造者は、導波路ブロック６１０の両端の２つの導波路６２０のみを揃えるだけでよい。あるいは、導波路ブロック６１０は、２つ、３つ、または５つ以上の導波路６２０を備える。単一チャネルモードコンバータ２００を備える単一チャネルモードコンバータシステム５００と異なり、モードコンバータシステム６００はマルチチャネルモードコンバータ２００を備える。

【0060】

図７は、本開示の別の実施形態に係るマルチチャネルモードコンバータシステム７００の概略図である。マルチチャネルモードコンバータシステム７００は、図６のマルチチャネルモードコンバータシステム６００と同様である。具体的には、マルチチャネルモードコンバータシステム６００と同様に、マルチチャネルモードコンバータシステム７００は、導波路ブロック７１０と、モードコンバータ２００とを備える。さらに、導波路６２０を備える導波路ブロック６１０と同様に、導波路ブロック７１０は導波路７２０を備える。

【0061】

ただし、導波路ブロック６１０の長さに対して直線的な導波路６２０と異なり、導波路７２０は、導波路ブロック７１０の長さに対して傾斜している。導波路７２０は、約２°から１５°である角度φで傾斜している。導波路７２０の傾斜により、導波路ブロック７１０とレンズアレイ１１０との界面における光線の後方反射が低減されるかなくなる。導波路７２０の傾斜を揃えるため、図１Ｄで示したのと同様にして、ＦＡＵ２３０は、傾斜光線を生成するために、レンズアレイ１１０のレンズ中心からをずらされている。このずれにより、ＦＡＵ２３０を導波路７２０と同じ方向に傾斜する必要がなくなる。したがって、組み立て処理が簡略化される。

【0062】

マルチチャネルモードコンバータは、第１レンズ要素、および第２レンズ要素を有する、レンズアレイ要素と、レンズアレイ要素に結合されたガラスブロック要素と、ガラスブロック要素に結合されたＦＡＵアレイ要素であって、第１レンズ要素に対応する第１ファイバ要素、および第２レンズ要素に対応する第２ファイバ要素を有する、ＦＡＵアレイ要素とを備える。

【0063】

用語「約」は、別途規定のない限り、後続の数字の±１０％を含む範囲を意味する。いくつかの実施形態が本開示において提供されてきたが、開示されたシステムおよび方法は、本開示の精神または範囲から逸脱することなく、他の多数の特定の形で具現化され得ることが理解されてよい。本実施例は、例示的であって限定的ではないとみなされるべきであり、本明細書に与えられた詳細に限定する意図はない。例えば、様々な要素または構成要素は、別のシステムに組み合わされても統合されてもよく、または特定の特徴が省略されても実装されなくてもよい。

【0064】

さらに、様々な実施形態において別個のものまたは独立したものとして説明され例示された、技法、システム、サブシステム、および方法は、本開示の範囲から逸脱することなく、他のシステム、コンポーネント、技法、または方法と組み合わされても統合されてもよい。結合しているものとして示される、または説明されるその他の品目は、直接的に結合されても、間接的に結合されても、または電気的、機械的、もしくはその他の方法を問わず、何らかのインタフェース、デバイス、または介在するコンポーネントを介して通信してよい。その他の変更、置換、および変形の例も当業者には解明可能であり、本明細書に開示された要旨および範囲から逸脱することなく実施し得る。
［他の考え得る項目］
（項目１）
第１レンズ、および
第２レンズ
を有する、レンズアレイ（１１０）と、
上記レンズアレイに結合されたガラスブロック（１２０）と、
上記ガラスブロック（１２０）に結合されたファイバ組立体（ＦＡＵ）アレイ（１３０）であって、
上記第１レンズに対応する第１ファイバ、および
上記第２レンズに対応する第２ファイバ
を含む上記ＦＡＵアレイ（１３０）と
を備えるマルチチャネルモードコンバータ（１００）。
（項目２）
上記レンズアレイ（１１０）は、シリコンを含む組成を有する、項目１に記載のマルチチャネルモードコンバータ。
（項目３）
上記ガラスブロック（１２０）は、光学ガラスを含む組成を有する、項目１または２に記載のマルチチャネルモードコンバータ。
（項目４）
上記光学ガラスはＢＫ７である、項目３に記載のマルチチャネルモードコンバータ。
（項目５）
上記ガラスブロック（１２０）は、ガラスキャピラリを含むガラスキャピラリブロックである、項目１から４のいずれか一項に記載のマルチチャネルモードコンバータ。
（項目６）
上記レンズアレイ（１１０）に含まれるレンズの数と上記ＦＡＵアレイに含まれるファイバの数が等しい、項目１から５のいずれか一項に記載のマルチチャネルモードコンバータ。
（項目７）
上記第１レンズおよび上記第２レンズはドライエッチングによって形成される、項目１から６のいずれか一項に記載のマルチチャネルモードコンバータ。
（項目８）
上記ＦＡＵアレイ（１３０）は、上記第１レンズおよび上記第２レンズの中心からずらされている、項目１から７のいずれか一項に記載のマルチチャネルモードコンバータ。
（項目９）
上記レンズアレイ（１１０）は、約１ミリメートル（ｍｍ）から約５ｍｍの幅と、約０．５ｍｍから約１ｍｍの長さと、約０．５ｍｍから約２ｍｍの高さとを有する、項目１から８のいずれか一項に記載のマルチチャネルモードコンバータ。
（項目１０）
上記ガラスブロック（１２０）は、約１ｍｍから約５ｍｍの幅と、約０．５ｍｍから約２ｍｍの長さと、約０．５ｍｍから約２ｍｍの高さとを有する、項目１から９のいずれか一項に記載のマルチチャネルモードコンバータ。
（項目１１）
上記ＦＡＵアレイ（１３０）は、約１ｍｍから約５ｍｍの幅と、約２ｍｍから約５ｍｍの長さと、約０．５ｍｍから約２ｍｍの高さとを有する、項目１から１０のいずれか一項に記載のマルチチャネルモードコンバータ。
（項目１２）
第１導波路（６２０）と第１ファイバ（２４０）との間で第１モードを変換するように構成された第１シリコンレンズ、および
第２導波路（６２０）と第２ファイバ（２４０）との間で第２モードを変換するように構成された第２シリコンレンズ
を有する、レンズアレイ（２１０）と、
上記レンズアレイに結合されたガラスブロック（２２０）であって、上記第１シリコンレンズに対応する第１光線および上記第２シリコンレンズに対応する第２光線のための光路を提供するように構成された、ガラスブロック（２２０）と
を備えるモードコンバータシステム。
（項目１３）
上記レンズアレイに結合された導波路ブロックであって、
上記第１光線を上記導波路ブロック内へと誘導するように構成された第１導波路、および
上記第２光線を上記導波路ブロック内へと誘導するように構成された第２導波路
を有する、導波路ブロックをさらに備える、項目１２に記載のモードコンバータシステム。
（項目１４）
上記ガラスブロック（２２０）に結合されたファイバ組立体（ＦＡＵ）アレイ（２３０）であって、上記第１ファイバおよび上記第２ファイバを有する、ＦＡＵアレイ（２３０）をさらに備える、項目１２または１３に記載のモードコンバータシステム。
（項目１５）
上記ＦＡＵアレイは、上記第１シリコンレンズおよび上記第２シリコンレンズの中心からずらされている、項目１２から１４のいずれか一項に記載のモードコンバータシステム。
（項目１６）
上記第１シリコンレンズおよび上記第２シリコンレンズは、約１．５から約５の倍率を有する、項目１２から１５のいずれか一項に記載のモードコンバータシステム。
（項目１７）
上記第１シリコンレンズおよび上記第２シリコンレンズは、上記倍率に基づく比によってファイバ組立体（ＦＡＵ）アレイピッチ公差を低減するように構成される、項目１２から１６のいずれか一項に記載のモードコンバータシステム。
（項目１８）
モードコンバータを製造する方法であって、
リフレクタをレンズに結合して、レンズアセンブリを形成する段階と、
カプラをファイバ組立体（ＦＡＵ）のファイバに、光源を上記カプラに、パワーメータを上記カプラに結合して、ＦＡＵアセンブリを形成する段階と、
上記レンズアセンブリおよびガラスブロックを上記ＦＡＵアセンブリの端に配置する段階と、
上記光源からの光線を上記カプラへと向かわせる段階と、
上記パワーメータを使用して、上記光線に関連付けられる反射した光線のパワーを測定する段階と、
上記パワーに基づいて上記レンズアセンブリおよび上記ＦＡＵアセンブリを揃える段階と
を備える、方法。
（項目１９）
最大測定パワーが得られるように、上記レンズアセンブリおよび上記ＦＡＵアセンブリを揃える段階をさらに備える、項目１８に記載の方法。
（項目２０）
上記揃える段階の後で、上記リフレクタ、上記カプラ、上記光源、または上記パワーメータのうちの少なくとも１つを取り外す段階をさらに備える、項目１８または１９に記載の方法。

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図1D】

【図1E】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】