(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-03-22
(54)【発明の名称】光誘起光相互接続
(51)【国際特許分類】
G02B 6/26 20060101AFI20220314BHJP
H01S 5/02251 20210101ALI20220314BHJP
【ＦＩ】
G02B6/26
H01S5/02251
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2021541021
(86)(22)【出願日】2019-12-16
(85)【翻訳文提出日】2021-09-10
(86)【国際出願番号】 US2019066492
(87)【国際公開番号】W WO2020149969
(87)【国際公開日】2020-07-23
(31)【優先権主張番号】62/792,663
(32)【優先日】2019-01-15
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】509094034
【氏名又は名称】オーエフエス ファイテル，エルエルシー
(74)【代理人】
【識別番号】100094112
【弁理士】
【氏名又は名称】岡部 讓
(74)【代理人】
【識別番号】100106183
【弁理士】
【氏名又は名称】吉澤 弘司
(74)【代理人】
【識別番号】100114915
【弁理士】
【氏名又は名称】三村 治彦
(74)【代理人】
【識別番号】100125139
【弁理士】
【氏名又は名称】岡部 洋
(74)【代理人】
【識別番号】100209808
【弁理士】
【氏名又は名称】三宅 高志
(72)【発明者】
【氏名】アーマド，ラジャ，エー．
(72)【発明者】
【氏名】ディジョヴァンニ，デヴィッド，ジェー．
【テーマコード（参考）】
2H137
5F173
【Ｆターム（参考）】
2H137AB01
2H137AB06
2H137AB09
2H137BA15
2H137BA18
2H137BB02
2H137BC74
5F173ME23
5F173ME79
5F173MF22
(57)【要約】
光誘起屈折率変化材料は、第１のポートと第２のポートの両方に直接結合される。光誘起屈折率変化材料の一部を選択的に露光することによって、（第１のポートを第２のポートに光学的に結合するための）光相互接続構造を光誘起屈折率変化材料内に形成することができる。選択的露光は、光誘起屈折率変化材料の屈折率変化を誘起する。屈折率の変化は、光相互接続構造の導波特性を提供する。
【選択図】図１
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
レーザ源、導波路を備える集積回路（ＩＣ）チップ、および
光ファイバ、
からなる群から選択された第１のポートと、
レーザ源、
導波路を備えるＩＣチップ、および
光ファイバ、
からなる群から選択された第２のポートと、
フォトポリマー、
カルコゲン化物、および
誘電体、
からなる群から選択された光誘起屈折率変化材料であって、前記第１のポートに直接結合され、前記第２のポートに直接結合された前記光誘起屈折率変化材料と、
前記第１のポートと前記第２のポートとの間で光学的に光を結合するための動的形成可能な光相互接続構造であって、前記動的形成可能な光相互接続構造は、前記光誘起屈折率変化材料の一部を選択的に露光することによって前記光誘起屈折率変化材料において形成可能であって、前記選択的に露光することは０．０１％と１０％との間の屈折率変化を誘起し、
屈折率変化によって定義される導波路領域であって、０．５μｍから２０μｍの直径を有する前記導波路領域と、
２ｄＢ未満の損失と、
１ｃｍ未満の長さと、を備える前記動的形成可能な光相互接続構造と、
を備えるシステム。
【請求項2】
第１のポートと、第２のポートと、
前記第１のポートと直接結合され、さらに前記第２のポートと直接接合された光誘起屈折率変化材料と、
前記第１のポートと前記第２のポートとを光学的に結合するための光相互接続構造であって、前記光相互接続構造は前記光誘起屈折率変化材料の一部を選択的に露光することによって前記光誘起屈折率変化材料において形成可能であり、前記選択的に露光することは前記光誘起屈折率変化材料における屈折率変化を誘起する、光相互接続構造を備えるシステム。
【請求項3】
前記屈折率変化が、０．０１％と１０％との間である、請求項２に記載のシステム。
【請求項4】
前記光相互接続構造は、前記屈折率変化によって定義される導波路領域を含み、前記導波路領域は、０．５μｍと２０μｍとの間の直径を有する、請求項２に記載のシステム。
【請求項5】
前記光相互接続構造は、２ｄＢ 未満の損失を含む、請求項２に記載のシステム。
【請求項6】
前記光相互接続構造は、１ｃｍ未満の長さを含む、請求項２に記載のシステム。
【請求項7】
前記第１のポートは、レーザ源、
導波路を備える集積回路（ＩＣ）チップ、および
光ファイバ、
からなる群から選択される１つである、請求項２に記載のシステム。
【請求項8】
前記光ファイバは複数のコアを備える、請求項７に記載のシステム。
【請求項9】
前記光誘起屈折率変化材料は、フォトポリマー、
カルコゲン化物、および
誘電体、
からなる群から選択される、請求項２に記載のシステム。
【請求項10】
第１のポートと、第２のポートと、前記第１のポートに直接結合され、さらに前記第２のポートに直接結合された光誘起屈折率変化材料とを含むシステムにおいて、前記第１のポートから前記光誘起屈折率変化材料に光を入射することと、
前記入射する光に前記光誘起屈折率変化材料の一部を露光することと、
前記露光した一部において０．０１％と１０％との間の屈折率変化を誘起することと、
誘起された屈折率変化から前記第１のポートと前記第２のポートとを光学的に結合する光相互接続を形成することと、を備える方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
［関連出願の相互参照］
本出願は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる「効率的な光相互接続としての再構成可能な自己書込み光デバイス」という表題を有する、Ａｈｍａｄによって２０１９年１月１５日に出願された米国仮特許出願第62/792,663号の利益を主張する。
本出願は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる「効率的な光相互接続としての再構成可能な自己書込み光デバイス」という表題を有する、Ａｈｍａｄによって２０１９年１月１５日に出願された米国仮特許出願第62/792,663号の利益を主張する。
【0002】
本開示は、一般に、光学に関し、より詳細には、光相互接続に関する。
【背景技術】
【0003】
光ファイバと集積回路（ＩＣ）チップとの間の相互接続は、典型的には、ファイバコアがチップ導波路と整合することを可能にするＶ溝を有するコネクタに基づいている。２つの光ファイバ間の機械的相互接続は、相互接続されたファイバのコアを正確に整列させる高精度フェルールをしばしば使用する。
【0004】
ミスアライメントは損失をもたらすので、モードフィールドのサイズおよび形状と共に相互接続における機械的公差を制御することが重要である。
【発明の概要】
【0005】
本開示は、光誘起光相互接続を提供する。簡単に説明すると、システムの一実施形態は、第１のポートおよび第２のポートの両方に直接結合された光誘起屈折率変化材料を含む。光誘起屈折率変化材料の一部を選択的に露光することによって、（第１のポートを第２のポートに光学的に結合するための）光相互接続構造を光誘起屈折率変化材料内に形成することができる。選択的露光は、光誘起屈折率変化材料の屈折率変化を誘起する。屈折率の変化は、光相互接続構造の導波特性を提供する。
【0006】
他のシステム、装置、方法、特徴、および利点は、以下の図面および詳細な説明を検討することにより、当業者には明らかになるであろう。このような追加のシステム、方法、特徴および利点の全ては、この説明に含まれ、本開示の範囲内にあり、添付の特許請求の範囲によって保護されることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【0007】
開示の多くの態様は、以下の図面を参照することにより、よりよく理解することができる。図面中の構成要素は必ずしも縮尺通りではなく、本開示の原理を明確に説明することに重点が置かれている。さらに、図面では、いくつかの図を通して、同じ参照番号が対応する部分を示す。
【0008】
【発明を実施するための形態】
【0009】
光相互接続を製造するためのいくつかのアプローチが知られている。光ファイバとチップ（エミッタまたは平面導波路）との間の相互接続は、典型的には、ファイバの導波路コアがエミッタまたはチップ導波路に位置合わせされるように配置されたファイバ用のＶ溝スロットを含むコネクタに基づく。チップまたはテーパ導波路上のブラッグ（Ｂｒａｇｇ）反射器を用いて光結合を得ることができる。機械的なファイバ間結合は、相互に機械的に正確に整列された高精度のフェルール内のファイバの固定を使用する。
【0010】
しかしながら、これらの解決策は、単純な機械的公差からの導波路の不整合による損失、ならびにモードフィールドのサイズまたは形状の不整合を抑制するには不十分である。例えば、標準的な単一モード・ファイバにおけるコア・オフセットは、１マイクロメートル（μｍ）と高くすることができ、それによって、非アクティブ・コア整列の精度が制限される。また、従来のアプローチは、屈折率整合ゲルまたは反射防止コーティングなしにフレネル反射を抑制せず、したがって、無損失結合解を達成するために限定された性能を示す。十分に低い光損失を達成するためには非常に高い精度が要求されるので、従来の方法を用いた固定は、体積またはコストの点でスケーラブルではない。この問題は、マルチコアファイバ、マルチ導波路フォトニック集積チップおよびマルチファイバケーブルと複合的である。
【0011】
改善された相互接続への１つのアプローチは、ブリッジ（または中間）導波路としての感光材料の使用を含み、ここで、任意の寸法および屈折率プロファイルを有する導波路またはホログラフィック素子は、導波路が配置される前または後に、光露光によって生成され得る。中間導波路またはブリッジ導波路の使用は、本質的に直列であり、したがって、スケーラブルでもない。
【0012】
光ＶＬＳＩプロセッサ（２００６年６月２４日、Vol.14、No.15、Optics Express 6823）を用いた高速（２．５Ｇｂｐｓ）の再構成可能なチップ間光相互接続におけるＡｌｊａｄａらのような他の研究者は、標準的なデジタル位相ホログラフィを用い、そこでは液晶が反射モードでビームを操縦するための再構成可能な材料として使用される。Ａｌｊａｄａで使用される材料は異なる効果をもたらすため、低損失、大規模、完全に再構成可能なアプリケーションに使用される場合、このようなアプローチには多くの制限がある。
【0013】
本開示は、光ファイバと他の光電子デバイスとの間の、導波路の物理的な変位および不整合に耐性のある、大容量、低コスト、高密度、スケーラブルな相互接続を提供することによって、これらの欠点のいくつかを改善する。例えば、本開示は、液晶を使用する標準的なデジタル位相ホログラフィと概念的に異なる、直接光、操縦光、および/またはガイド光に対する光誘起応答の活用を教示する。
【0014】
簡単に説明すると、本開示は、複数の光ポート、例えば、ファイバ内のコア、チップ上の導波路、ケーブル内のファイバ、レーザ源などのための再構成可能な光相互接続を提供するプラットフォームを教示する。このプラットフォームは、受動構成における光パスの生成および制御を容易にし、低損失かつ高密度の光相互接続のための動的に再構成可能な光回路を提供する。
【0015】
光相互接続の作製は、入射光の回折と自己集束の間のバランスから生じる、光の自己トラッピングによる強度ベースの屈折率変化によって達成される。一実施形態では、光は、相互接続される導波路の１つから入射される。他の実施形態では、光は、相互接続されるように両方の導波路から入射される。さらに他の実施形態では、導波路の一方は光を発射し、他方の導波路は光を後方反射する。後方反射光は、遠端終端からのフレネル反射、または回折格子やホログラムに基づくレンズなどの干渉に基づく光学構造のいずれかに起因する。
【0016】
このような光相互接続の製造は、単一光子吸収プロセス、多光子吸収プロセス、またはその両方を使用することによって達成することができる。これは、感光材料が、単一光子および／または多光子吸収による屈折率変化を受けることがあり、その結果、その長さにわたって光を案内および送達することができる自己形成構造が形成されるためである。このような自己形成構造は、光学的に消去可能で再書込み可能であり、電気的に消去可能で再書込み可能であり、または熱的に消去可能で再書込み可能であり得る。多光子吸収を使用する利点は、プラットフォーム材料の吸収周波数窓内に入ることができる、または入らない特定の周波数での高出力光源の利用可能性である。
【0017】
技術的問題に対する広範な技術的解決策を提供したので、ここで、図面に示される実施形態の説明を詳細に参照する。これらの図面に関連していくつかの実施形態が説明されているが、開示を本明細書に開示された１つまたは複数の実施形態に限定する意図はない。反対に、その意図は、すべての選択肢、変更、および同等物をカバーすることである。
【0018】
図１は、第１のポートと第２のポートとがミスアライメントされた双方向発射光で形成された動的に形成可能な光相互接続構造を有するシステムの一実施形態を示す図である。図２の実施形態は、図２とは異なり、第１のポートと第２のポートとが位置合わせされた双方向発射光で形成されたシステムである。
【0019】
図１のシステムに示すように、システムの一実施形態は、第１のポート１１０（入力ポートなど）を備える。第１のポートは、レーザ源、導波路、光ファイバ、または任意の他の光源を含む集積回路（ＩＣ）チップとすることができる。システムはさらに、レーザ源、導波路を有するＩＣチップ、光ファイバなどであり得る第２のポート１２０（例えば、出力ポート）を含み、光ファイバは、技術的用途に応じて、シングルコア光ファイバまたはマルチコア光ファイバのいずれかであり得る。
【0020】
図１の実施形態は、さらに、第１のポート１１０に直接結合された光誘起屈折率変化材料１３０を含む。光誘起屈折率変化材料１３０は、光重合体、カルコゲン化物、誘電体、または光にさらされると屈折率を変化させる他の材料のホストであり得る。光誘起屈折率変化材料１３０はまた、第２のポート１２０に直接結合され、それによって、第１のポート１１０と第２のポート１２０との間に光路を提供する。
【0021】
具体的には、図１に示す双方向実施形態では、第１のポート１１０から出射された光は光誘起屈折率変化材料１３０の第１の部分１４２を露光し、第２のポート１２０から出射された光は光誘起屈折率変化材料１３０の第２の部分１４４を露光する。第１のポート１１０及び第２のポート１２０からの光の選択的な露光により、第１のポート１１０と第２のポート１２０との間に動的に形成可能な光相互接続構造１３０が得られる。
【0022】
いくつかの実施形態では、光の選択的露光によって、０．０１％と１０％との間の屈折率変化が誘起され、それによって、屈折率変化によって定義される導波路領域１５０が生成される。好ましくは、導波路領域１５０は、約０．５μｍと２０μｍの間の直径（Ｄ）を有する。さらに、一実施形態では、導波路１５０は、約１ｃｍ未満の長さ（Ｌ）を有する。当技術分野で知られているように、得られる構造は、所望の周波数範囲内で光を伝搬するように設計することができる。さらに、動的に形成可能な光相互接続構造１３０は、２ｄＢ未満の損失を含むことが好ましい。
【0023】
いくつかの実施形態において、光誘起屈折率変化材料１３０は、フィルムであり、一方、他の実施形態において、材料１３０は、円筒又はブロックの形態のバルク材料である。精密な材料に関係なく、光誘起屈折率変化材料１３０は、１つ以上のコアを含む２つのファイバ間に設置され得る。それぞれが１つ以上の導波路を含む２つのＩＣチップ；１つ以上のコアを含む複数のファイバをそれぞれ含む２つのファイバリボン；１つ以上のコアと１つ以上の導波路を含む集積チップを含む複数のファイバを含むファイバリボン；１つのレーザエミッタと１つのファイバおよび／またはＩＣチップ導波路；１つ以上のコアを含む１つ以上のファイバと近接して配置されたレーザエミッタのグループ；１つ以上の導波路を含む１つ以上のＩＣチップと、近接して配置されたレーザエミッタのグループ；など。
【0024】
導波路領域１５０（またはホログラフィックパターン）は、その長さ（図１に示す不均一な直径）に沿って均一または不均一な直径であってもよい。その長さに沿って均一または不均一な屈折率変化を示す（図１に示す不均一屈折率コントラスト）；自己形成装置の開始点と終了点に位置する２つの横断面の間で、（図２に示すように）直線経路、（図１に示す）傾斜経路、カール経路、またはこれらの任意の組み合わせに沿って整列される；など。
【0025】
図３は、一方向に入射された光で形成された動的に形成可能な光相互接続構造を有するシステムの一実施形態を示す図である。図１および図２と同様に、図３の実施形態はまた、第１のポート１１０および第２のポート１２０に直接結合された光誘起屈折率変化材料１３０を含む。しかしながら、図１および図２とは異なり、図３の実施形態は、光３４２を第１のポート３１０から一方向に放射することによって形成される動的に形成可能な光相互接続構造３４０を示す。この光３４２の一方向入射は、図１または図２の導波路３５０とは異なる導波路１５０を生成する。
【0026】
広義には、図１、図２及び図３の実施形態は、光３４２が第１のポート１１０から光誘起屈折率変化材料３３０内に入射されるプロセスをさらに提供する。入射された光は、光誘起屈折率変化材料の一部を露光し、それによって屈折率変化を誘起する。好ましくは、露出部分における屈折率変化は、約０．０１％と１０％との間である。誘導された屈折率変化は、動的に形成可能な光相互接続構造３４０を形成し、これは、第１のポート１１０と第２のポート１２０とを光学的に結合する。図１および図２にさらに示されるように、光２４４はまた、屈折率変化をさらに誘導するために、第２のポート１２０から発射され得る。
【0027】
上述したように、屈折率変化は、単一光子吸収または多光子吸収を適用することによって誘導することができる。図３の実施形態の場合、プロセスは、第１のポート１１０から発射された光の回折と自己集束とを平衡させて、動的に形成可能な光相互接続構造３４０を形成するステップをさらに含む。あるいは、図３では、動的に形成可能な光相互接続構造３４０は、第１のポート１１０から発射された光を後方反射することによって形成される。
【0028】
図１および図２の実施形態の場合、プロセスは、第１のポート１１０から発射された光および第２のポート１２０から発射された光の回折および自己集束を平衡させて、動的に形成可能な光相互接続構造１４０を形成するステップをさらに含む。
【0029】
例示的な実施形態が示され、説明されているが、当業者には、説明されているような開示に対する多くの変更、修正、または変更が行われ得ることが明らかであろう。したがって、このようなすべての変更、修正および変更は、本開示の範囲内にあるとみなされるべきである。
【図1】
【図2】
【図3】
【国際調査報告】