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特表2024-514272スポットサイズ変換器および光デバイス

書誌要約請求の範囲詳細な説明課題実施例実施するための形態図面の説明

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(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】2024-03-29

(54)【発明の名称】スポットサイズ変換器および光デバイス

(51)【国際特許分類】

G02B 6/122 20060101AFI20240322BHJP

G02B 6/30 20060101ALI20240322BHJP

【ＦＩ】

G02B6/122 311

G02B6/30

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023565211

(86)(22)【出願日】2022-02-24

(85)【翻訳文提出日】2023-11-21

(86)【国際出願番号】 CN2022077649

(87)【国際公開番号】W WO2022222599

(87)【国際公開日】2022-10-27

(31)【優先権主張番号】202110440944.0

(32)【優先日】2021-04-23

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】523399256

【氏名又は名称】ナンジン、リコア、テクノロジーズ、カンパニー、リミテッド

【住所又は居所原語表記】ＮＡＮＪＩＮＧＬＹＣＯＲＥＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳＣＯ．，ＬＴＤ．

(74)【代理人】

【識別番号】100120031

【弁理士】

【氏名又は名称】宮嶋学

(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】100118843

【弁理士】

【氏名又は名称】赤岡明

(74)【代理人】

【識別番号】100217940

【弁理士】

【氏名又は名称】三並大悟

(72)【発明者】

【氏名】リャン、ハンシアオ

(72)【発明者】

【氏名】ソン、イーピン

(72)【発明者】

【氏名】チョウ、インツォン

(72)【発明者】

【氏名】ウー、ハイツァン

(72)【発明者】

【氏名】マオ、ウェンハオ

(72)【発明者】

【氏名】ソン、シーウェイ

(72)【発明者】

【氏名】スン、ウェイチー

(72)【発明者】

【氏名】ユイ、チンヤン

【テーマコード（参考）】

2H137

2H147

【Ｆターム（参考）】

2H137AB09

2H137BA01

2H137BA31

2H137BA41

2H137BA53

2H137EA04

2H137EA05

2H147AB02

2H147BA05

2H147BA11

2H147BB02

2H147BB04

2H147BB05

2H147BB10

2H147BE04

2H147BE11

2H147BE23

2H147CA01

2H147CB01

2H147EA13C

2H147FC01

(57)【要約】

スポットサイズ変換器（１００）と、スポットサイズ変換器（１００）を備えた光デバイス（１）である。スポットサイズ変換器（１００）は、互いに平行な、第１の端面（１００ａ）と、第２の端面（１００ｂ）とを備え、基板（１０１）と、基板（１０１）の側部に位置し、基板（１０１）から離れる方向に順次に配置された、絶縁層（１０２）と、第１の導波路（１０３）と、被覆層（１０４）とをさらに備える。第１の導波路（１０３）は、平板層（３１）と、隆起層（３２）とを備える。平板層（３１）は、第１の端面（１００ａ）まで延びる第１の幅広端部（３１ａ）と、第２の端面（１００ｂ）まで延びるか、または第２の端面（１００ｂ）から距離を有する第１の幅狭端部（３１ｂ）とを含み、平板層（３１）は、第１の幅広端部（３１ａ）から第１の幅狭端部（３１ｂ）までの勾配で減少する幅を有し、第１の幅狭端部（３１ｂ）に隣接した第１の等幅部分（３１１）を含む。隆起層（３２）は、第１の端面（１００ａ）まで延びた第２の幅広端部（３２ａ）と、第１の幅狭端部（３１ｂ）から距離を有する第２の幅狭端部（３２ｂ）とを含む。隆起層（３２）は、第２の幅広端部（３２ａ）から第２の幅狭端部（３２ｂ）までの勾配で減少する幅を有し、第２の幅狭端部（３２ｂ）に隣接した第２の等幅部分（３２１）を含む。被覆層（１０４）は、第２の端面（１００ｂ）まで延び、第２の端面（１００ｂ）から離れた、第２の等幅部分の少なくとも一端を覆うように延びる。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

集積化光導波路に結合されるように構成された第１の端面と、前記第１の端面に平行で、光ファイバに結合されるように構成された第２の端面と、を備えるスポットサイズ変換器であって、
基板と、
前記基板の側部に位置し、前記基板に実質的に一致する前記基板上への正投影を有する絶縁層と、
前記基板から離れた前記絶縁層の側部に位置する第１の導波路であって、
前記第１の端面まで延びる第１の幅広端部と、前記第２の端面まで延びるか、または前記第２の端面から距離を有する第１の幅狭端部とを含み、前記第１の幅広端部から前記第１の幅狭端部までの勾配で減少する、幅方向の幅を有し、前記第１の幅狭端部に隣接した第１の等幅部分を含み、前記幅方向は、前記基板に平行で、かつ前記第１の端面に平行である、平板層と、
前記基板から離れた前記平板層の側部に積み重ねられ、前記第１の端面まで延びる第２の幅広端部と、前記第１の幅狭端部から距離を有する第２の幅狭端部とを含み、前記第２の幅広端部から前記第２の幅狭端部までの勾配で減少する幅を有し、前記第２の幅狭端部に隣接した第２の等幅部分を含む、隆起層と、
を含む、第１の導波路と、
前記基板から離れた前記第１の導波路の側部に位置し、前記第２の端面まで延びるとともに、前記第２の端面から離れた前記第２の等幅部分の少なくとも一端を覆うように延びる被覆層であって、前記第２の端面に近い前記被覆層の一部、および前記第２の端面に近い前記絶縁層の一部は、第２の導波路を形成する、被覆層と、
を備える、スポットサイズ変換器。

【請求項2】

前記平板層は、前記第１の幅狭端部から離れる方向に順次に配置された、前記第１の等幅部分と、第１の徐々に広がる部分と、第３の等幅部分と、第２の徐々に広がる部分と、第４の等幅部分とを含み、
前記隆起層は、前記第２の幅狭端部から離れる方向に順次に配置された、前記第２の等幅部分と、第３の徐々に広がる部分と、第５の等幅部分とを含み、
前記第１の徐々に広がる部分、前記第２の徐々に広がる部分、および前記第３の徐々に広がる部分のいずれかは、前記第２の端面から離れる方向に徐々に増加する幅を有する、
請求項１に記載のスポットサイズ変換器。

【請求項3】

前記被覆層は、前記第２の端面から離れた前記第３の徐々に広がる部分の、少なくとも一端を覆うように延びる、請求項２に記載のスポットサイズ変換器。

【請求項4】

前記基板への前記被覆層の正投影は、矩形であり、前記被覆層の幅は、前記第３の等幅部分の幅より大きい、請求項３に記載のスポットサイズ変換器。

【請求項5】

前記被覆層は、前記第１の導波路全体を覆い、前記被覆層は、前記第２の端面から離れる前記方向の勾配で増加する幅を有し、
前記被覆層は、前記第２の端面から離れる前記方向に順次に配置された、第６の等幅部分と、第４の徐々に広がる部分と、第７の等幅部分とを備え、前記第４の徐々に広がる部分は、前記第２の端面から離れる前記方向に徐々に増加する幅を有し、前記第６の等幅部分は、前記第３の等幅部分の幅より大きな幅を有する、請求項３に記載のスポットサイズ変換器。

【請求項6】

前記被覆層は、前記第１の導波路全体を覆い、前記被覆層は、前記第２の端面から離れる前記方向の勾配で増加する幅を有し、
前記被覆層は、前記第２の端面から離れる前記方向に順次に配置された、第６の等幅部分と、第７の等幅部分とを含み、前記第６の等幅部分は、前記第３の等幅部分の幅より大きな幅を有する、請求項３に記載のスポットサイズ変換器。

【請求項7】

前記被覆層は、前記第２の端面から離れる前記方向に順次に配置された、第８の等幅部分と、テーパ部分と、第９の等幅部分とを含み、
前記テーパ部分は、前記第２の端面から離れる前記方向に徐々に減少する幅を有し、
前記第９の等幅部分は、前記第３の等幅部分の幅より大きな幅を有する、請求項３に記載のスポットサイズ変換器。

【請求項8】

前記被覆層は、前記第１の導波路全体を覆い、前記被覆層は、前記第２の端面から離れた、前記第９の等幅部分の側部に位置する、第１０の部分をさらに含み、前記第１０の部分は、前記第９の等幅部分の幅より大きな幅を有する、請求項７に記載のスポットサイズ変換器。

【請求項9】

前記スポットサイズ変換器は、互いに平行に配置され、前記第１の端面および前記第２の端面と交差する、第１の側面および第２の側面をさらに含み、
前記第４の等幅部分は、前記第１の側面および前記第２の側面まで延びる、請求項２に記載のスポットサイズ変換器。

【請求項10】

前記第１の幅狭端部の上端の幅は、４００ナノメートル以下である、請求項２に記載のスポットサイズ変換器。

【請求項11】

前記第２の端面での前記被覆層の幅は、１ミクロン以上で、かつ２０ミクロン以下である、請求項２に記載のスポットサイズ変換器。

【請求項12】

前記第２の端面から離れる前記方向に、前記第１の徐々に広がる部分および前記第３の徐々に広がる部分の幅は、線形に徐々に増加し、前記第２の徐々に広がる部分の幅は、非線形に徐々に増加する、請求項２に記載のスポットサイズ変換器。

【請求項13】

前記第１の等幅部分は、角柱状であり、前記第１の端面に平行な、三角形または台形横断面を有する、請求項１に記載のスポットサイズ変換器。

【請求項14】

前記第２の等幅部分は、角柱状であり、前記第１の端面に平行な、三角形または台形横断面を有する、請求項１に記載のスポットサイズ変換器。

【請求項15】

前記第１の端面は、前記スポットサイズ変換器の入力端であり、前記第２の端面は、前記スポットサイズ変換器の出力端であり、または、
前記第２の端面は、前記スポットサイズ変換器の入力端であり、前記第１の端面は、前記スポットサイズ変換器の出力端である、請求項１から１４のいずれか一項に記載のスポットサイズ変換器。

【請求項16】

請求項１から１５のいずれか一項に記載のスポットサイズ変換器を備えた、光デバイス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
本開示は、２０２１年４月２３日に出願された、「ＳＰＯＴ－ＳＩＺＥＣＯＮＶＥＲＴＥＲＡＮＤＰＨＯＴＯＮＩＣＤＥＶＩＣＥ」という名称の、特許出願第２０２１１０４４０９４４．０号の優先権を主張するものであり、本出願によって請求される優先権の開示は、その全体が参照により本明細書に組み込まれている。
本開示は、光子の技術分野に関し、具体的には、スポットサイズ変換器および光デバイスに関する。

【背景技術】

【0002】

光導波路は、その中で光波の伝搬を導く誘電体装置であり、誘電体光導波路とも呼ばれる。主として２つのタイプの光導波路があり、一方のタイプは、平面誘電体光導波路およびスラブ誘電体光導波路を備えた集積化光導波路であり、概して光電子集積デバイスの一部として働き、従ってそれらは集積化光導波路と呼ばれ、他方のタイプは、円筒形光導波路であり、通常は光ファイバと呼ばれる。

【0003】

集積化光導波路を光ファイバに結合する技術は、光通信、マイクロ波フォトニクス、レーザビーム偏向、波面変調などの分野において、広範で重要な用途を有する。端部結合は、集積化光導波路を光ファイバに結合するために用いられる、一般的な方法である。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、どのように集積化光導波路と光ファイバとの間の結合効率を改善するかは、集積化光導波路と光ファイバとの間のスポットサイズの大きな差のため、常に当業者に対する、研究中の重要なトピックとなっている。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の一態様によれば、集積化光導波路に結合されるように構成された第１の端面と、第１の端面に平行で、光ファイバに結合されるように構成された第２の端面とを備えた、スポットサイズ変換器がもたらされる。

【0006】

スポットサイズ変換器は、
基板と、
基板の側部に位置し、基板に実質的に一致する基板上への正投影を有する絶縁層と、
基板から離れた絶縁層の側部に位置する第１の導波路であって、
第１の端面まで延びる第１の幅広端部と、第２の端面まで延びるか、または第２の端面から距離を有する第１の幅狭端部とを含み、第１の幅広端部から第１の幅狭端部までの勾配で減少する幅を有し、第１の幅狭端部に隣接した第１の等幅部分を含み、幅方向は、基板に平行で、かつ第１の端面に平行である、平板層と、
基板から離れた平板層の側部に積み重ねられ、第１の端面まで延びる第２の幅広端部と、第１の幅狭端部から距離を有する第２の幅狭端部とを含み、第２の幅広端部から第２の幅狭端部までの勾配で減少する幅を有し、第２の幅狭端部に隣接した第２の等幅部分を含む、隆起層と、
を含む、第１の導波路と、
基板から離れた第１の導波路の側部に位置し、第２の端面まで延びるとともに、第２の端面から離れた第２の等幅部分の少なくとも一端を覆うように延びる被覆層であって、第２の端面に近い被覆層の一部、および第２の端面に近い絶縁層の一部は、第２の導波路を形成する、被覆層と、
を備える。

【0007】

いくつかの実施形態では、平板層は、第１の幅狭端部から離れる方向に順次に配置された、第１の等幅部分と、第１の徐々に広がる部分と、第３の等幅部分と、第２の徐々に広がる部分と、第４の等幅部分とを含み、隆起層は、第２の幅狭端部から離れる方向に順次に配置された、第２の等幅部分と、第３の徐々に広がる部分と、第５の等幅部分とを含み、第１の徐々に広がる部分、第２の徐々に広がる部分、および第３の徐々に広がる部分のいずれかは、第２の端面から離れる方向に徐々に増加する幅を有する。

【0008】

いくつかの実施形態では、被覆層は、第２の端面から離れた第３の徐々に広がる部分の、少なくとも一端を覆うように延びる。

【0009】

いくつかの実施形態では、基板への被覆層の正投影は、矩形であり、被覆層の幅は、第３の等幅部分の幅より大きい。

【0010】

いくつかの実施形態では、被覆層は、第１の導波路全体を覆い、被覆層は、第２の端面から離れる方向の勾配で増加する幅を有し、被覆層は、第２の端面から離れる方向に順次に配置された、第６の等幅部分と、第４の徐々に広がる部分と、第７の等幅部分とを含み、第４の徐々に広がる部分は、第２の端面から離れる方向に徐々に増加する幅を有し、第６の等幅部分は、第３の等幅部分の幅より大きな幅を有する。

【0011】

いくつかの実施形態では、被覆層は、第１の導波路全体を覆い、被覆層は、第２の端面から離れる方向の勾配で増加する幅を有し、被覆層は、第２の端面から離れる方向に順次に配置された、第６の等幅部分と、第７の等幅部分とを備え、第６の等幅部分は、第３の等幅部分の幅より大きな幅を有する。

【0012】

いくつかの実施形態では、被覆層は、第２の端面から離れる方向に順次に配置された、第８の等幅部分と、テーパ部分と、第９の等幅部分とを含み、テーパ部分は、第２の端面から離れる方向に徐々に減少する幅を有し、第９の等幅部分は、第３の等幅部分の幅より大きな幅を有する。

【0013】

いくつかの実施形態では、被覆層は、第１の導波路全体を覆い、被覆層は、第２の端面から離れた、第９の等幅部分の側部に位置する、第１０の部分をさらに含み、第１０の部分は、第９の等幅部分の幅より大きな幅を有する。

【0014】

いくつかの実施形態では、スポットサイズ変換器は、互いに平行に配置され、第１の端面および第２の端面と交差する、第１の側面および第２の側面をさらに含み、第４の等幅部分は、第１の側面および第２の側面まで延びる。

【0015】

いくつかの実施形態では、第１の幅狭端部の上端の幅は、４００ナノメートル以下である。

【0016】

いくつかの実施形態では、第２の端面での被覆層の幅は、１ミクロン以上で、かつ２０ミクロン以下である。

【0017】

いくつかの実施形態では、第２の端面から離れる方向に、第１の徐々に広がる部分および第３の徐々に広がる部分の幅は、線形に徐々に増加し、第２の徐々に広がる部分の幅は、非線形に徐々に増加する。

【0018】

いくつかの実施形態では、第１の等幅部分は、角柱状であり、第１の端面に平行な、三角形または台形横断面を有する。

【0019】

いくつかの実施形態では、第２の等幅部分は、角柱状であり、第１の端面に平行な、三角形または台形横断面を有する。

【0020】

いくつかの実施形態では、第１の端面は、スポットサイズ変換器の入力端であり、第２の端面は、スポットサイズ変換器の出力端であり、または第２の端面は、スポットサイズ変換器の入力端であり、第１の端面は、スポットサイズ変換器の出力端である。

【0021】

本開示の別の態様によれば、上記の技術的解決策のいずれかによるスポットサイズ変換器を備えた、光デバイスがもたらされる。

【0022】

本開示のこれらおよび他の態様は、以下で述べられる実施形態から明らかになり、以下で述べられる実施形態を参照して明確にされるであろう。

【0023】

本開示のさらなる詳細、特徴、および利点は、添付の図面を参照して、以下の例示的実施形態の説明で開示される。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1A】本開示のいくつかの例示的実施形態に係るスポットサイズ変換器の概略構造斜視図である。

【図1B】本開示のいくつかの例示的実施形態に係るスポットサイズ変換器の第１の端面の概略図である。

【図1C】本開示のいくつかの例示的実施形態に係るスポットサイズ変換器の第２の端面の概略図である。

【図2A】本開示のいくつかの例示的実施形態に係る第１の導波路の概略構造斜視図である。

【図2B】本開示のいくつかの例示的実施形態に係る第１の導波路の概略構造上面図である。

【図3】本開示のいくつかの他の例示的実施形態に係るスポットサイズ変換器の概略構造上面図である。

【図4】本開示のさらにいくつかの他の例示的実施形態に係るスポットサイズ変換器の概略構造上面図である。

【図5】本開示のさらにいくつかの他の例示的実施形態に係るスポットサイズ変換器の概略構造上面図である。

【図6】本開示のさらにいくつかの他の例示的実施形態に係るスポットサイズ変換器の概略構造上面図である。

【図7】本開示のいくつかの例示的実施形態に係る光デバイスの概略構造図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下ではいくつかの例示的実施形態のみが、簡潔に述べられる。当業者には理解され得るように、述べられる実施形態は、本開示の思想または範囲から逸脱せずに、様々な形で変更され得る。従って、添付の図面および説明は、本質的に例示であり、制限するものではないと考えられる。

【0026】

いくつかの関連技術でのスポットサイズ変換器は、集積化光導波路と光ファイバとの間の結合を機能的に実現できるが、集積化光導波路と光ファイバとの間の結合効率は、それらの間のスポットサイズの大きな差のために高くなく、結果として光エネルギーの大きな損失を生じる。例えば、集積化光導波路のスポットサイズは、概して数百ナノメートル程度であるのに対し、平らな端部の光ファイバなど、光ファイバのスポットサイズは、数十ミクロン程度である。失われた光エネルギーは、結合端面の著しい加熱に繋がる場合があり、それによってデバイスの信頼性および耐用年数に影響を及ぼす。結合効率は、集積化光導波路によって放射される光パワーと、光ファイバによって受信される光パワーの比、または光ファイバによって放射される光パワーと、集積化光導波路によって受信される光パワーの比であることが理解され得る。

【0027】

本開示の実施形態は、スポットサイズ変換器および光デバイスをもたらし、これらはスポットサイズ変換を行い得るだけでなく、スポットサイズ変換の間の低い光損失を有し得るので、集積化光導波路と光ファイバとの間の結合効率が改善され得る。

【0028】

図１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、２Ａ、および２Ｂに示されるように、本開示のいくつかの実施形態に係るスポットサイズ変換器１００は、集積化光導波路（図示せず）に結合されるように構成された第１の端面１００ａと、第１の端面１００ａに平行であり、光ファイバ（図示せず）に結合されるように構成された第２の端面１００ｂとを備える。スポットサイズ変換器１００は、構造的に、基板１０１と、基板１０１の側部に位置し、基板１０１から離れる方向に順次に配置された、絶縁層１０２と、第１の導波路１０３と、被覆層１０４とを備える。

【0029】

基板１０１上への絶縁層１０２の正投影は、基板１０１に実質的に一致する。第１の導波路１０３は、基板１０１から離れた平板層３１の側部に積み重ねられた、平板層３１と、隆起層３２とを備える。平板層３１は、第１の端面１００ａまで延びる第１の幅広端部３１ａと、第２の端面１００ｂまで延びる第１の幅狭端部３１ｂとを備える。平板層３１は、第１の幅広端部３１ａから第１の幅狭端部３１ｂまでの勾配で減少する幅を有し、第１の幅狭端部３１ｂに隣接した第１の等幅部分３１１を備える。隆起層３２は、第１の端面１００ａまで延びる第２の幅広端部３２ａと、第１の幅狭端部３１ｂから距離を有する第２の幅狭端部３２ｂとを備える。隆起層３２は、第２の幅広端部３２ａから第２の幅狭端部３２ｂまでの勾配で減少する幅を有し、第２の幅狭端部３２ｂに隣接した第２の等幅部分３２１を備える。被覆層１０４は、第２の端面１００ｂまで延び、第２の端面１００ｂから離れた第２の等幅部分３２１の少なくとも一端を覆うように延びる。第２の端面１００ｂに近い被覆層１０４の一部と、第２の端面１００ｂに近い絶縁層１０２の一部は、第２の導波路４２を一緒に形成する。

【0030】

図１Ａに示されるように、第１の端面１００ａと、第２の端面１００ｂとを備えることに加えて、スポットサイズ変換器１００は、互いに平行に、および第１の端面１００ａと第２の端面１００ｂとに直角に配置された、第１の側面１００ｃと第２の側面１００ｄとをさらに備える。第１の端面１００ａは、集積化光導波路に結合されるように構成され、第２の端面１００ｂは、光ファイバに結合されるように構成される。第１の端面１００ａは、スポットサイズ変換器１００の光入力端面として用いられ、第２の端面１００ｂは、スポットサイズ変換器１００の光出力端面として用いられることが可能である。具体的には、光は、第１の導波路１０３の第１の幅広端部３１ａおよび第２の幅広端部３２ａから入力され、第２の導波路４２から出力される。また、第１の端面１００ａが、スポットサイズ変換器１００の光出力端面として用いられ、第２の端面１００ｂが、スポットサイズ変換器１００の光入力端面として用いられることが可能である。具体的には、光は、第２の導波路４２から入力され、第１の導波路１０３の第１の幅広端部３１ａおよび第２の幅広端部３２ａから出力される。

【0031】

本開示の実施形態では、幅方向は、基板１０１および第１の端面１００ａに平行であり、長さ方向は、基板１０１に平行で、かつ第１の端面１００ａに垂直であり、ならびに高さ方向および厚さ方向は、基板１０１に垂直であると定義される。ある特定の厚さまたは高さを有する３次元構造に対しては、第１の等幅部分３１１を例にとると、それの幅は、基板１０１上へのそれの正投影の幅であり、それの長さは、基板１０１上へのそれの正投影の長さであることが理解され得る。基板１０１に実質的に一致する、基板１０１への絶縁層１０２の正投影によって、基板１０１に垂直な方向から見られたとき（例えば、上面図方向に）、プロセス誤差を無視して、正投影の輪郭形状と、基板とは、一貫性があり、一致すると考えられることが理解され得る。

【0032】

本開示の実施形態では、第１の導波路１０３の屈折率ｎ１、被覆層１０４の屈折率ｎ２、絶縁層１０２の屈折率ｎ３、および基板１０１の屈折率ｎ４は、ｎ１＞ｎ２＞ｎ３，を満足する。

【0033】

図１Ａに示されるように、第１の導波路１０３は、低い基本モード遮断周波数、広帯域、および低インピーダンスなどの、一連の優れた特性を有する隆起導波路である。絶縁層１０２の屈折率、および被覆層１０４の屈折率は、第１の導波路１０３の屈折率より小さく、その結果、隆起導波路の上記の利点を達成するように、光は、主に隆起導波路内の透過に制限され得る。第２の端面１００ｂに近い被覆層１０４の一部、および第２の端面１００ｂに近い絶縁層１０２の一部は、第２の導波路４２を一緒に形成する。第２の導波路４２のサイズは、第１の幅狭端部３１ｂのサイズより大きく、光ファイバのスポットサイズに整合することができ、それによって第２の端面１００ｂでの光ファイバへの結合を改善する。

【0034】

スポットサイズ変換器１００の、第１の端面１００ａから第２の端面１００ｂに光が透過されるとき、光の一部は、第１の等幅部分３１１から第２の導波路４２に漏洩し、光が第２の端面１００ｂに到達するまで第２の導波路４２内を透過され続け、結果として、第２の端面１００ｂにおいて、光ファイバのそれとのスポットサイズ整合を形成する。これに対して、光がスポットサイズ変換器１００の第２の端面１００ｂから、第１の端面１００ａに透過されるとき、光は、第２の導波路４２から第１の等幅部分３１１に入り、すなわち光は、第２の導波路４２を通して、第１の導波路１０３に入る。基板１０１の屈折率は、概して絶縁層１０２の屈折率より大きい。基板１０１は、例えば、シリコン基板である。

【0035】

第１の導波路１０３の具体的な構造的形状は、限定されない。図２Ａおよび２Ｂに示されるように、いくつかの実施形態では、第１の導波路１０３は、軸対称構造のものであり、第１の導波路１０３の対称軸は、第２の端面１００ｂに垂直である。平板層３１は、第１の幅狭端部３１ｂから離れる方向に順次に配置された、第１の等幅部分３１１と、第１の徐々に広がる部分３１２と、第３の等幅部分３１３と、第２の徐々に広がる部分３１４と、第４の等幅部分３１５とを備える。隆起層３２は、第２の幅狭端部３２ｂから離れる方向に順次に配置された、第２の等幅部分３２１と、第３の徐々に広がる部分３２２と、第５の等幅部分３２３とを備える。第１の徐々に広がる部分３１２、第２の徐々に広がる部分３１４、および第３の徐々に広がる部分３２２のいずれかは、第２の端面１００ｂから離れる方向に徐々に増加する幅を有する。

【0036】

本開示の実施形態は、第１の導波路を軸対称構造として設計することに限定されず、第１の導波路はまた、非対称構造のものとすることができることが留意されるべきである。例えば、第１の導波路の平板層および／または隆起層はまた、単一の側部でのみ勾配変化を有し得る。

【0037】

第１の導波路１０３の平板層３１および隆起層３２はそれぞれ、１つのパターニング工程によって形成され得る。例えば、平板層３１は、１つのパターニング工程によって最初に形成され、隆起層３２は、別のパターニング工程によって形成される。各パターニング工程は、膜形成、フォトレジスト・コーティング、露光、現像、エッチング、フォトレジスト剥離、および他の手順を備え得る。露光手順では、非エッチング領域を遮るためにマスクを用いる必要がある。

【0038】

第１の導波路１０３の平板層３１および隆起層３２はまた、２つの露光を備えた１つのパターニング工程によって形成され得る。例えば、膜形成およびフォトレジスト・コーティングの後、第１の導波路１０３が位置する領域内の膜パターンは、１つの露光および後続の手順によって最初に形成され、次いで、平板層３１および隆起層３２の最終構造が、別の露光および後続の手順によって形成される。

【0039】

本開示の実施形態では、第１の端面１００ａから離れる方向に、第１の導波路１０３の平板層３１は、勾配で減少する幅を有し、隆起層３２も、勾配で減少する幅を有する。平板層３１および隆起層３２の勾配構造特性により、光透過損失を最小にし、スポットサイズ変換器１００の結合効率を改善するように、第１の導波路１０３内を透過される光に対して、比較的適度のスポットサイズ変調が行われ得る。

【0040】

加えて、隆起層３２の第２の幅狭端部３２ｂと、第１の導波路１０３の平板層３１の第１の幅狭端部３１ｂとの間に、ある特定の距離がもたらされる。この設計により、第１の等幅部分３１１は、第１の導波路１０３から出力される光（または第１の導波路１０３に入る光）に対して、定常状態のスポットサイズ変調を行うことができ、光透過の安定性の改善を容易にし、および前述の距離により、平板層３１および隆起層３２が、２つのパターニング工程、または２つの露光を備える１つのパターニング工程によって製造されるとき、マスクの整列精度の要件は低減されることができ、工程管理の難しさおよびコストの低減を容易にする。

【0041】

本開示のいくつかの実施形態では、第１の等幅部分３１１は角柱状であり、第１の端面１００ａに平行なそれの横断面は、例えば、二等辺三角形または等脚台形の形状での、三角形または台形である。光がスポットサイズ変換器１００の第１の端面１００ａから第２の端面１００ｂに透過されるとき、この設計は、より多くの光が、第１の等幅部分３１１から、第２の導波路４２に漏洩することを可能にする。光が、スポットサイズ変換器１００の第２の端面１００ｂから、第１の端面１００ａに透過されるとき、設計は、光が第２の導波路４２から第１の等幅部分３１１に、より容易に入ることを可能にし、すなわち、より多くの光が、第２の導波路４２を通って、第１の導波路１０３に入ることが可能にされる。従って、第１の等幅部分３１１の、上記の断面形状設計は、集積化光導波路と、光ファイバとの間の結合効率をさらに改善することができる。加えて、第２の等幅部分３２１はまた、角柱状とすることができ、第１の端面１００ａに平行なそれの横断面も、光が第２の等幅部分３２１から平板層３１に、より容易に入ることを可能にするように、三角形または台形、例えば、二等辺三角形または等脚台形の形状とすることができる。

【0042】

本開示の実施形態では、第２の端面１００ｂから離れる方向に、第１の徐々に広がる部分３１２の幅変化傾向は、線形または非線形とすることができ、第２の徐々に広がる部分３１４の幅変化傾向は、線形または非線形とすることができ、および第３の徐々に広がる部分３２２の幅変化傾向は、線形または非線形とすることができる。図２Ｂに示されるように、この実施形態では、第２の端面１００ｂから離れる方向に、第１の徐々に広がる部分３１２および第３の徐々に広がる部分３２２の幅は、線形に、および徐々に増加し、第２の徐々に広がる部分３１４の幅は、非線形に、および徐々に増加する。

【0043】

線形の幅変化傾向は、より短い距離でのスポットサイズの滑らかな変調を実現することができる。非線形の幅変化傾向は、スポットサイズのより適度の、および安定な変調を実現することができ、徐々に変化する部分の形状曲線は、より良い調整効果を得るために特定の要件に従って、柔軟に調整され得る。

【0044】

図１Ａおよび１Ｃに示されるように、本開示のいくつかの実施形態では、平板層３１の第１の幅狭端部３１ｂは、第２の端面１００ｂまで延びる。このようにして、第１の幅狭端部３１ｂはまた、光ファイバに出力するための、または光ファイバから入力を受信するためのポートの一部として働く。図３に示されるように、本開示のいくつかの他の実施形態では、第２の端面１００ｂまで延びる、絶縁層１０２の端部と被覆層１０４の端部とが、光ファイバに出力する、または光ファイバから入力を受信するためのポートとして働くように、平板層３１の第１の幅狭端部３１ｂと、第２の端面１００ｂとの間に、距離ｇが存在し得る。

【0045】

図１Ａおよび２Ａに示されるように、平板層３１の第４の等幅部分３１５はまた、第１の側面１００ｃおよび第２の側面１００ｄまで延びることができ、すなわち、第４の等幅部分３１５の幅は、最大化される。このようにして、スポットサイズ変換器１００は、より大きなスポットサイズを有する集積化光導波路に適合されることができ、それによって、スポットサイズ変換器１００の適用性を改善する。

【0046】

本開示のいくつかの実施形態では、第１の幅狭端部３１ｂの上端は、４００ナノメートル以下の幅ｗ６を有し、および／または第２の端面での被覆層１０４の幅ｗ４は、１ミクロン以上で、２０ミクロン以下である。スポットサイズ変換器１００の具体的な構造サイズは、経験との組み合わせで、デバイスの性能要件に従って具体的に設計されることができ、これは本開示に特に限定されない。

【0047】

第２の端面１００ｂに近い、被覆層１０４の一部および絶縁層１０２の一部は、より低い屈折率を有する第２の導波路４２を一緒に形成する。被覆層１０４の一方の端部は、第２の端面１００ｂまで延びる必要があり、他方の端部は、少なくとも第２の等幅部分３２１を覆うように延びる、すなわち、第２の端面１００ｂから離れた、第２の等幅部分３２１の少なくとも端部まで延びる必要がある。被覆層１０４の特定の形状設計は、限定されない。被覆層１０４の形状およびサイズを調整することは、第２の導波路４２の構造サイズを調整し、次いで第２の端面１００ｂのスポットサイズのサイズを調整することである。従って、被覆層１０４の形状およびサイズは、光ファイバのスポットサイズとの最良の整合を達成するように、必要に応じて柔軟に変調され得る。

【0048】

本開示のいくつかの実施形態では、被覆層１０４は、対称軸に対して軸対称構造のものであり、被覆層１０４は、第２の導波路４２内のそれの機能を十分に達成し、光の漏洩損失を低減するように、第２の端面１００ｂから離れた、第３の徐々に広がる部分３２２の少なくとも一端を覆うように延びる。本開示の実施形態は、被覆層を軸対称構造として設計することに限定されず、被覆層はまた非対称構造のものとすることができる。

【0049】

図３に示されるように、いくつかの実施形態では、被覆層１０４は、対称軸に対して軸対称構造のものであり、被覆層１０４は、第２の端面１００ｂから離れた、第３の徐々に広がる部分３２２の少なくとも端部を覆うように延び、基板１０１への被覆層１０４の正投影は、矩形であり、被覆層１０４の幅（第２の端面での被覆層１０４の幅ｗ４に等しい）は、第３の等幅部分３１３の幅ｗ３より大きい。同様に、これらの実施形態では、被覆層はまた、非対称構造のものとすることができる。基板１０１への被覆層１０４の正投影が矩形であることは、基板１０１上への正投影の輪郭が矩形であることを意味し、被覆層１０４の側壁は、基板１０１に対して垂直となり得る、または他の夾角を形成することができる。

【0050】

図４に示されるように、いくつかの他の実施形態では、被覆層１０４は、対称軸に対して軸対称構造のものであり、被覆層１０４は、第２の端面１００ｂから離れた、第３の徐々に広がる部分３２２の少なくとも端部を覆うように延び、被覆層１０４は、第２の端面１００ｂから離れる方向に順次に配置された、第８の等幅部分４１１と、テーパ部分４１２と、第９の等幅部分４１３とを備える。テーパ部分４１２は、第２の端面１００ｂから離れる方向に徐々に減少する幅を有し、第９の等幅部分４１３は、第３の等幅部分３１３の幅ｗ３より大きな幅ｗ５を有する。明らかに、第８の等幅部分４１１の幅（第２の端面での被覆層１０４の幅ｗ４に等しい）はまた、第３の等幅部分３１３の幅ｗ３より大きい。同様に、これらの実施形態では、被覆層はまた、非対称構造のものとすることができ、例えば、単一の側部でのみ勾配変化を有し得る。

【0051】

加えて、被覆層はまた、第１の導波路全体を覆うように設計され得る。例えば、被覆層は、第２の端面から離れた、第９の等幅部分の側部に位置する、第１０の部分をさらに備え、第１０の部分は、第９の等幅部分の幅より大きな幅を有する。特定の実施形態では、第２の端面から離れた第９の等幅部分の側部で、被覆層の幅は、第１の導波路全体を覆うように、勾配において増加する。

【0052】

この設計では、被覆層１０４の幅は、第１の導波路１０３の平板層３１および隆起層３２の幅変化傾向とは逆に、第１の端面１００ａから離れる方向の勾配で増加する。この設計は、第２の導波路４２の増加されたサイズと等価である。光が、スポットサイズ変換器１００の、第１の端面１００ａから第２の端面１００ｂに透過されるとき、第１の導波路１０３から漏洩する、より多くの光が、第２の導波路４２に入ることができ、光損失を低減するように、第２の導波路４２の勾配構造によって、スポットサイズにおいて適度に変調され得る。光が、スポットサイズ変換器１００の、第２の端面１００ｂから第１の端面１００ａに透過されるとき、より多くの光が第２の導波路４２に入り、第２の導波路４２の勾配構造によって、スポットサイズにおいて適度に変調され、次いで第１の導波路１０３に入ることができる。従って、被覆層１０４の形状設計は、集積化光導波路と光ファイバとの間の結合効率をさらに改善することができる。

【0053】

図５に示されるように、さらにいくつかの他の実施形態では、被覆層１０４は、第１の導波路１０３全体を覆い、対称軸に対して軸対称構造のものであり、被覆層１０４は、第２の端面１００ｂから離れる方向の勾配で増加する幅を有する。被覆層１０４は、第２の端面１００ｂから離れる方向に順次に配置された、第６の等幅部分４２１と、第４の徐々に広がる部分４２２と、第７の等幅部分４２３とを備える。第６の等幅部分４２１は、第３の等幅部分３１３の幅ｗ３より大きな幅（第２の端面での被覆層１０４の幅ｗ４に等しい）を有し、第４の徐々に広がる部分４２２は、第２の端面１００ｂから離れる方向に徐々に増加する幅を有する。同様に、これらの実施形態では、被覆層はまた、非対称構造のものとすることができ、例えば、単一の側部でのみ勾配変化を有し得る。

【0054】

図６に示されるように、さらにいくつかの他の実施形態では、被覆層１０４は、第１の導波路１０３全体を覆い、対称軸に対して軸対称構造のものであり、被覆層１０４は、第２の端面１００ｂから離れる方向の勾配で増加する幅を有する。被覆層１０４は、第２の端面１００ｂから離れる方向に順次に配置された、第６の等幅部分４３１と、第７の等幅部分４３３とを備える。第６の等幅部分４３１は、第３の等幅部分３１３の幅ｗ３より大きな幅（第２の端面での被覆層１０４の幅ｗ４に等しい）を有する。同様に、これらの実施形態では、被覆層はまた、非対称構造のものとすることができ、例えば、単一の側部でのみ勾配変化を有し得る。

【0055】

図７に示されるように、本開示の実施形態は、前述の実施形態のいずれかによるスポットサイズ変換器１００を備えた、光デバイス１をさらにもたらす。光デバイス１の具体的な製品タイプは限定されず、例えば、電気光学変調器、スプリッタ、スター・カプラ、可変光減衰器（ＶａｒｉａｂｌｅＯｐｔｉｃａｌＡｔｔｅｎｕａｔｏｒ：ＶＯＡ）、光スイッチ、インターリーバ、アレイ導波路回折格子（ＡｒｒａｙＷａｖｅｇｕｉｄｅＧｒａｔｉｎｇ：ＡＷＧ）などとすることができる。

【0056】

スポットサイズ変換器１００は、光デバイス１内に集積化される。スポットサイズ変換器１００は、より高い結合効率を有するので、光デバイス１の光損失は、より小さく、性能が改善される。

【0057】

この説明において、「中心」、「長手方向」、「横断方向」、「長さ」、「幅」、「厚さ」、「上側」、「下側」、「前」、「後」、「左」、「右」、「垂直」、「水平」、「上」、「下」、「内側」、「外側」、「時計方向」、「反時計方向」、「軸方向」、「半径方向」、「円周方向」などの用語によって表記された方位、位置関係、または寸法は、添付の図面に基づいて示される方位、位置関係、または寸法であり、これらの用語は、言及される装置または要素が特定の方位をもたなければならず、および特定の方位において構築され、動作されなければならないことを示すまたは含意するものではなく、単に説明を簡単にするために用いられ、従って本開示の保護の範囲を限定するものと解釈されるべきではないことが理解されるべきである。

【0058】

加えて、「第１」、「第２」、および「第３」という用語は、単に記述的な目的のためであって、相対的な重要性を示す、または含意する、あるいは示される技術的特徴の数字を暗に示すものと解釈されるべきでない。従って、「第１」、「第２」、および「第３」によって定義される特徴は、１つまたは複数の特徴を、明示的または暗黙的に含み得る。本開示の説明では、「複数の」という用語は、別段に明示的におよび具体的に規定されない限り、２つ以上を意味する。

【0059】

本開示では、他に明示的に記載されない、または定義されない限り、「取り付け」、「接続」、「接続され」、および「固定」などの用語は、広く解釈されるべきであり、例えば、それらは、固定された接続、着脱可能な接続、または集積化された接続とすることができ、機械的接続、または電気的接続、または通信とすることができ、および直接接続、または中間媒体を用いた間接接続とすることができ、または２つの要素間の内部通信、もしくは２つの要素間の相互作用とすることができる。当業者には、本開示での上記の用語の具体的な意味は、特定の状況に従って理解され得る。

【0060】

本開示において、他に明示的に記載されない、または限定されない限り、第１の特徴が第２の特徴の「上」または「下」にあるという表現は、第１の特徴が第２の特徴と直接接触している場合を含むことができ、およびまた第１の特徴と第２の特徴とが直接接触していないが、それらの間の別の特徴を介して接触している場合を含み得る。さらに、第１の特徴が、第２の特徴の「上（ｏｖｅｒ）」、「上（ａｂｏｖｅ）」、または「上（ｏｎ）」にあるということは、第１の特徴が第２の特徴の直接または斜め上にある場合を含み、または単に第１の特徴が第２の特徴より高い位置にあることを示す。第１の特徴が、第２の特徴の「下（ｂｅｌｏｗ）」、「下（ｕｎｄｅｒ）」、または「下（ｂｅｎｅａｔｈ）」にあるということは、第１の特徴が第２の特徴の直接または斜め下にある場合を含み、または単に第１の特徴が第２の特徴より低い位置にあることを示す。

【0061】

この説明は、本開示を実施するために用いられ得る、多くの異なる実装形態または例を示す。これらの異なる実装形態または例は、単に例示的であり、いかなる形においても本開示の保護の範囲を限定するものではないことが理解されるべきである。本開示の説明の開示に基づいて、当業者は様々な変更または置き換えを思い付くであろう。すべてのこれらの変更または置き換えは、本開示の保護の範囲に包含されるものとする。従って、本開示の保護の範囲は、特許請求項の保護の範囲の対象とする。

【図1A】