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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】2024-06-28
(54)【発明の名称】光偏光変換器及び製造方法
(51)【国際特許分類】
G02B 6/126 20060101AFI20240621BHJP
G02B 6/12 20060101ALI20240621BHJP
G02B 6/13 20060101ALI20240621BHJP
【ＦＩ】
G02B6/126
G02B6/12 371
G02B6/13
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023578923
(86)(22)【出願日】2022-07-12
(85)【翻訳文提出日】2024-02-14
(86)【国際出願番号】 EP2022069363
(87)【国際公開番号】W WO2023285406
(87)【国際公開日】2023-01-19
(31)【優先権主張番号】2110288.4
(32)【優先日】2021-07-16
(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB
(31)【優先権主張番号】2119139.0
(32)【優先日】2021-12-31
(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】522074936
【氏名又は名称】スマート フォトニクス ホールディングス ビー．ブイ．
(74)【代理人】
【識別番号】100079108
【弁理士】
【氏名又は名称】稲葉 良幸
(74)【代理人】
【識別番号】100109346
【弁理士】
【氏名又は名称】大貫 敏史
(74)【代理人】
【識別番号】100117189
【弁理士】
【氏名又は名称】江口 昭彦
(74)【代理人】
【識別番号】100134120
【弁理士】
【氏名又は名称】内藤 和彦
(72)【発明者】
【氏名】ニールセン，マデリン
(72)【発明者】
【氏名】ミラン－メヒア，アロンソ ヘスス
(72)【発明者】
【氏名】アウグスティン，ルドヴィクス マリー
【テーマコード（参考）】
2H147
【Ｆターム（参考）】
2H147BA11
2H147BA15
2H147BD16
2H147DA19
2H147EA05A
2H147EA12A
2H147EA13A
2H147EA14A
2H147FA03
2H147FA04
2H147FA06
2H147FA07
2H147FA20
2H147FA25
2H147FA27
2H147FC02
2H147FC03
2H147FC05
2H147FC08
2H147FC09
2H147FD09
2H147FE06
2H147GA10
(57)【要約】
第１の層を含む、フォトニック集積回路のための光偏光変換器。第１の層は、第１の表面及び第２の表面を含む。第２の表面は、第１の軸及び第２の軸に沿って、第１の表面からオフセットされる。第１の軸は、第１の表面に対して垂直である。第２の軸は、第１の表面に平行である。光偏光変換器は、第２の層及び導波路を備える。導波路は、第１の層と第２の層との間にあり、接触している。導波路は、第１の表面に接する第１の導波路部と、第２の表面に接する第２の導波路部とを含む。第２の導波路部は、第１の導波路部からオフセットしている。第１の導波路部は、第１の導波路部の第２の厚さと異なる第１の厚さを有する。第１の厚さ及び第２の厚さは、第１の表面に垂直である。
【選択図】図１
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
フォトニック集積回路のための光偏光変換器であって、第１の表面と第２の表面とを含む第１の層と、
第２の層と、
前記第１の層と前記第２の層との間にあり、前記第１の層と前記第２の層の各々と接触する導波路と、を備え、
前記第２の表面は、第１の軸及び第２の軸に沿って前記第１の表面からオフセットされ、前記第１の軸は、前記第１の表面に対して垂直であり、前記第２の軸は、前記第１の表面に対して平行であり
前記導波路は、
前記第１の表面に接触する第１の導波路部と、
前記第２の表面に接触する第２の導波路部と、を有し、
前記第１の導波路部は、前記第１の導波路部の第２の厚さと異なる第１の厚さを有し、前記第１の厚さ及び前記第２の厚さは、前記第１の表面に対して垂直であり、
前記第２の導波路部は、前記第１の導波路部からオフセットされる、光偏光変換器。
【請求項2】
前記第１の層と前記第２の層との間に領域を含み、前記領域の屈折率は、前記導波路の屈折率とは異なり、
前記導波路には、前記領域がない、請求項１に記載の光偏光変換器。
【請求項3】
前記導波路は、第３の表面を含み、前記第３の表面は、前記第１の層または前記第２の層と接触しない、請求項１または２に記載の光偏光変換器。
【請求項4】
前記第１の表面は、前記第３の表面に対して、３０～６５度、３０～４０度、５０～６５度、５０～５５度、５５～６０度、または６０～６５度の内角で角度を付けられる、請求項４に記載の光偏光変換器。
【請求項5】
前記導波路は、結晶材料を含み、前記第３の表面は、前記結晶材料の結晶面に対応して角度を付けられる、請求項３または４に記載の光偏光変換器。
【請求項6】
前記結晶面は、｛０－１１｝、｛１１１｝または｛１１２｝面である、請求項５に記載の光偏光変換器。
【請求項7】
前記第１の層の側面及び前記第２の層の側面は、第１の平面において同一平面にあり、前記第３の表面は、前記第１の平面から少なくとも部分的にオフセットされる、請求項３～６のいずれかに記載の光偏光変換器。
【請求項8】
前記導波路は、前記第１の表面と前記第２の表面との間に第４の表面を備え、前記第４の表面は、前記第１の表面と平行ではない、請求項１～７のいずれかに記載の光偏光変換器。
【請求項9】
前記第４の表面は、前記第１の表面に対して垂直である、請求項８に記載の光偏光変換器。
【請求項10】
光伝搬軸に平行な前記導波路の長さは、前記入力光の波長に対するビート長の４分の１に奇数を乗じたものに実質的に等しい、請求項１～９のいずれかに記載の光偏光変換器。
【請求項11】
前記第１の層の第１の部分が前記第１の表面を含み、前記第１の層の第２の部分が前記第２の表面を含み、
前記第１の層の前記第１の部分は、前記第１の層の前記第２の部分とは異なる材料を含む、請求項１～１０のいずれかに記載の光偏光変換器。
【請求項12】
前記第１の層の前記第１の部分と前記第１の層の前記第２の部分との間に前記第１の層の第３の部分を含み、前記第１の層の前記第１の部分は前記第１の層の前記第３の部分と接触し、
前記第１の層の前記第３の部分は前記第１の層の前記第２の部分と接触するようにし、
前記第１の層の前記第３の部分は、前記第１の層の前記第１の部分または前記第１の層の前記第２の部分のうちの少なくとも１つと異なる材料を含む、請求項１１に記載の光偏光変換器。
【請求項13】
前記第２の層上で、かつ、当該第２の層に接触する第３の層を含む、請求項１～１２のいずれかに記載の光偏光変換器。
【請求項14】
前記第１の層及び前記第２の層は、各々、インジウムリン化物を含み、前記導波路は、インジウムガリウムヒ素リン化物を含む、請求項１～１３のいずれかに記載の光偏光変換器。
【請求項15】
請求項１～１４のいずれかに記載の光偏光変換器を備える、フォトニック集積回路。
【請求項16】
請求項１～１５のいずれかに記載の光偏光変換器の製造方法。
【請求項17】
光偏光変換器の製造方法であって、第１の層に対する前駆体を使用して前記第１の層を少なくとも部分的に形成することであって、前記第１の層が第１の表面と第２の表面とを含み、前記第２の表面は、第１の軸及び第２の軸に沿って前記第１の表面からオフセットされ、前記第１の軸は、前記第１の表面に対して垂直であり、前記第２の軸は、前記第１の表面に対して平行であること、
導波路に対する前駆体を用いて前記導波路を少なくとも部分的に形成することであって、前記導波路は、前記第１の層上でかつ前記第１の層に接触し、前記導波路は、前記第１の表面に接触する第１の導波路部と、前記第２の表面に接触する第２の導波路部と、を含み、前記第１の導波路部の第１の厚さは、前記第１の導波路部の第２の厚さと異なり、前記第１の厚さ及び前記第２の厚さは、前記第１の表面に対して垂直であること、及び
第２の層に対する前駆体を使用して、少なくとも部分的に前記第２の層を形成することであって、前記第２の層は、前記導波路上でかつ前記導波路に接触し、前記導波路が前記第１の層と前記第２の層との間にあること、
を含む、製造方法。
【請求項18】
前記第１の層に対する前記前駆体、前記導波路に対する前記前駆体、または前記第２の層に対する前記前駆体のうちの少なくとも１つの少なくとも一部を除去することを含む、請求項１７に記載の製造方法。
【請求項19】
前記第１の層、前記導波路、前記第２の層、前記第１の層に対する前記前駆体、前記導波路に対する前記前駆体、または前記第２の層に対する前記前駆体のうちの少なくとも１つに保護層を形成すること、及び前記保護層のいくらかを除去して、前記導波路に対する前記前駆体の側面を少なくとも部分的に露出させることを含む、請求項１７または請求項１８に記載の製造方法。
【請求項20】
前記導波路を形成した後に前記保護層の残りを除去することを含む、請求項１９に記載の製造方法。
【請求項21】
前記導波路を少なくとも部分的に形成することは、前記導波路に対する前記前駆体の一部を除去すること、
前記導波路に対する前記前駆体のリソグラフィ、または
前記導波路に対する前記前駆体のエッチング、のうちの少なくとも１つを含む、請求項１７～２０のいずれかに記載の製造方法。
【請求項22】
前記導波路は、第３の表面を含み、前記第３の表面は、前記第１の層または前記第２の層と接触せず、
前記第１の表面は、
３０～６５度、３０～４０度、５０～６５度、５０～５５度、５５～６０度または６０～６５度の内角で、前記第３の表面に対して、または、
前記結晶材料の結晶面に対応して、
のうちの少なくとも１つで角度を付けられる、請求項１７～２１のいずれかに記載の製造方法。
【請求項23】
前記第１の層に対する前記前駆体、前記導波路に対する前記前駆体、または前記第２の層に対する前記前駆体のうちの少なくとも１つの少なくとも一部を除去すること、または前記保護層を除去すること、
の少なくとも一部は、エッチング、またはリソグラフィの少なくとも１つである、請求項１７～２２のいずれかに記載の製造方法。
【請求項24】
前記第１の層を少なくとも部分的に形成することは、前記第１の層に対する前記前駆体の一部を除去することを含む、請求項１７～２３のいずれかに記載の製造方法。
【請求項25】
前記第１の層に対する前記前駆体の前記一部を除去することは、前記第１の層に対する前記前駆体にエッチングマスクを少なくとも部分的に形成すること、
前記第１の層に対する前記前駆体の前記一部を少なくとも部分的にエッチングすること、及び
前記エッチングマスクを少なくとも部分的に除去すること、
を含む、請求項２４に記載の製造方法。
【請求項26】
前記第１の層に対する前記前駆体、前記導波路に対する前記前駆体、または前記第２の層に対する前記前駆体のうちの少なくとも１つの少なくとも一部を除去することは、前記第１の層に対する前記前駆体、
前記導波路に対する前記前駆体、及び
前記第２の層に対する前記前駆体、
のうちの少なくとも一部を除去することを含む、請求項１７～２５のいずれかに記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【0001】
光偏光変換器は、様々な機能を実行するためにフォトニック集積回路（ＰＩＣ）に使用され得る。光偏光変換器は、ＰＩＣ内部の特定の用途で使用するために設計され製造され得る。例えば、ＰＩＣは、第１の偏光の光から第２の偏光の光への所望の変換のための光偏光変換器を備え得る。
【0002】
公知の光偏光変換器を改良することが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【0003】
【図1】例の光偏光変換器の側方断面を概略的に示し、この断面は、光偏光変換器の光伝搬軸に垂直な平面で得られた。
【図2】さらなる例の光偏光変換器の側方断面を概略的に示し、この断面は、光偏光変換器の光伝搬軸に垂直な平面で得られた。
【図3】さらなる例の光偏光変換器の側方断面を概略的に示し、この断面は、光偏光変換器の光伝搬軸に垂直な平面で得られた。
【図4】例の光の第１の偏光及び光の第２の偏光を概略的に示す。
【図5】例の光偏光変換器の側方断面を概略的に示し、この断面は、光偏光変換器の光伝搬軸に平行な平面で得られた。
【図6】ポアンカレ球の赤道面を概略的に示す。
【図7】例に係る光偏光変換器の製造方法を示すフロー図である。
【図11】例に係るフォトニック集積回路の平面図を模式的に示す。
【発明を実施するための形態】
【0004】
本明細書に記載の例は、ＰＩＣ用の光偏光変換器に関する。
【0005】
ＰＩＣは、ＰＩＣの構築を意図した基本的なビルディングブロックから構築され得る。基本的なビルディングブロックは、様々な構成要素を含み、それぞれが特定の機能を有する。基本的なビルディングブロックの例は、導波路構造である。基本的なビルディングブロックは、典型的には、その上に入射する光に対して特定の効果を有する。本明細書に記載の例は、ＰＩＣの基本的なビルディングブロックとして使用することができる光偏光変換器に関する。
【0006】
本明細書に記載の例では、また添付の特許請求の範囲にしたがって、導波路は、２つの直交する軸に沿って第２の導波路部からオフセットされた第１の導波路部を有し、第１の導波路部の第１の厚さは、第１の導波路部の第２の厚さと異なる。これらの特徴の組み合わせは、例において、既知の変換器よりも効率的な光偏光変換器を与える。これは、単位長さ当たりの偏光変換電力の増加と考えることができる。このような改善された効率、ＰＩＣの変換器のフットプリント（占有表面積）、厚さ及び／または長さは、既知の光偏光変換器よりも小さくし得る。例えば、光偏光変換器の長さは、３００マイクロメートル未満であり、例えば、９５％を超える偏光変換効率を有する。
【0007】
この特徴の組み合わせはまた、ＰＩＣの設計者に、所与の入力光から所望の出力光への所望の偏光変換を得るための、より多くの設計オプション及び自由度を与える。ｉ）第１の表面と第２の表面との間のオフセットの程度、ｉｉ）第１の導波路部の厚さの変化に対して、異なるように設定することによって、設計者は、所与の目的のために変換器の偏光変換特性を設定し、カスタマイズすることができる。実際、当然ながら理解されるように、第１の層と第２の層との間の領域（導波路の一部ではない）の形状及びサイズなど、変換器のさらなるパラメータも調整することができる。
【0008】
既知の変換器と比較して、ｉ）及び／またはｉｉ）を適切に設定することによって、偏光変換器を通る光伝搬角度のより多くの制御（例えば、所望の偏光モード間の変換率を増加させる）及び変換器の２つのハイブリッドモード間の複屈折（例えば、複屈折を増加させ、次いで、必要とされる変換器の長さを短縮する）を得ることができる。
【0009】
光偏光変換器は、既知の変換器と比較して、製造中の不完全性に対してより大きな耐性を有し得る。このより大きな耐性は、既知の偏光変換器と比較して偏光変換のための増大した動作帯域幅を有する光偏光変換器を促すことができる。これは、複数の波長の光が使用される用途、例えば波長分割多重（ＷＤＭ）光通信システム及び光検出と測距（ＬｉＤＡＲ）システムにおいて有用である。さらに、本明細書に記載される格外の設計の自由度は、既知のいわゆるダブルセクションまたはマルチセクションの光偏光変換器（それぞれ、２つ以上の偏光変換器を有する）よりも小さいフットプリントを有するいわゆるシングルセクション偏光変換器によって所与の性能を得ることができることを意味し得る。
【0010】
次に例を詳細に説明するが、この例については、最初に偏光変換器の機能を詳述することが有用である。偏光変換器は、光を異なる偏光の間で変換する光学系（ＰＩＣなど）の構成要素である。適切に構成された光偏光変換器は、光の第１の直線偏光と、第１の直線偏光とは異なる向きの光の第２の直線偏光との間で変換することができる（例えば、水平の偏光の光を垂直の偏光の光に変換する、またその逆）。あるいは、別の例では、適切に構成された光偏光変換器は、直線の偏光と円の偏光または楕円の偏光との間で変換することができる。光偏光変換器は、光偏光回転子または複屈折回転子とも呼ばれ得る。
【0011】
図１は、第１の例の光偏光変換器１００の側面の断面図を概略的に示す。光偏光変換器１００は、ＰＩＣ用である。光偏光変換器１００は、第１の表面Ｓ１０２及び第２の表面Ｓ１０４を含む第１の層１０２を含む。第２の表面Ｓ１０４は、第１の軸１１０及び第２の軸１２０に沿って、第１の表面Ｓ１０２からオフセットされる。第１の軸１１０は第１の表面Ｓ１０２に垂直であり、第２の軸１２０は第１の表面Ｓ１０２に平行である。第１の軸１１０及び第２の軸１２０は、それぞれ互いに垂直であり、いくつかの例では、導波路１０４の光伝搬軸ＬＰＡに垂直である。第１の層１０２の最も左側及び最も右側は、破線で示され、層が（例えば、ＰＩＣの一部として）イラストを越えて横方向に延在し得ることを示す。第１の層１０２は基板と考えることができるが、他の例では、いわゆる第１の層が設けられるかまたは形成される別個の層として想定され、場合によっては、基板と第１の層との間に１つまたは複数の中間層を有する。
【0012】
光偏光変換器１００は、第２の層１０６及び導波路１０４を備える。導波路１０４は、第１の層１０２と第２の層１０６との間にあり、各々と接触している。導波路１０４は、第１の表面Ｓ１０２に接触する第１の導波路部１０４Ａと、第２の表面Ｓ１０４に接する第２の導波路部１０４Ｂとを含む。したがって、導波路１０４は、第１の導波路部１０４Ａからオフセットされた第２の導波路部１０４Ｂを有するように構成される。第１の導波路部１０４Ａの第１の厚さＷ１０２は、第１の導波路部１０４の第２の厚さＷ１０４と異なる。例えば、第１の厚さは、第２の厚さよりも厚い。第１の厚さＷ１０２と第２の厚さＷ１０４とは、互いに平行であり、第１の表面Ｓ１０２に対して垂直であり、光伝搬軸（ＬＰＡ）に対して垂直である。そのような厚さはそれぞれ、高さと考えることができる。
【0013】
図１にて見えるように、第１の導波路部は、異なる厚さでテーパ状であると考えることができる。テーパは、第２の軸１２０の１つの点から第２の軸１２０の第２の点まで導波路の厚さが減少するようなものである。テーパは、例えば、線形テーパであり、厚さは、第１の厚さのようなより厚い厚さから、第２の厚さのようなより薄い厚さへと線形に減少する。第１の厚さは、例えば、最大限の厚さであり、第２の厚さは、例えば、最小限の厚さである。したがって、第１の導波路部は、外側に向かって厚さが減少し得る。
【0014】
第１の導波路部の厚さが異なることにより、所望の偏光変換特性に応じて第１の表面の向きを設定することができる。また、テーパの結果として、導波路１０４の第３の表面Ｓ１０６は、例えば、導波路１０４の第１の表面Ｓ１０２に対して得られた（導波路に対する）内部の角度α（図２に示す）だけ傾く、または傾斜すると考えることができる。したがって、第３の表面Ｓ１０６がこのように角度を付けられると、第１の表面Ｓ１０２とは異なり、第３の表面は、例えば、第１の表面Ｓ１０２及び第２の表面Ｓ１０４に対して平行ではない。
【0015】
これに関連して、第３の表面が上述のように角度を付けられた状態で、導波路１０４の第１の部分１０４Ａは、第１の層１０２の第１の表面Ｓ１０２に接触し、導波路１０４の第１の導波路部１０４Ａは、第２の層１０６の第１の表面Ｓ１１０に接触する。したがって、導波路の第１の導波路部は、第２の層１０６の第１の表面Ｓ１１０の表面積よりも大きい第１の層の第１の表面Ｓ１０２の表面積に接触し、代替の例では、反対のことが当てはまる。
【0016】
第３の表面がこのように角度を付けられる場合、第３の表面Ｓ１０６は、例えば、第１の層１０４の表面Ｓ１１１及び第２の層１０６の第２の表面Ｓ１１２と実質的に同一平面上にある（例えば、許容可能な公差の同じ平面にある）第１の平面Ａ１００から少なくとも部分的に凹んでいる。第１の平面Ａ１００は、例えば、第２の軸１２０に対して垂直であり、偏光変換器の側面に対応する。
【0017】
導波路の第１の表面が第１の平面から凹んでいる距離は、厚さに対して垂直であり、例えば、いわゆるアンダーエッチングプロセスによる導波路材料の除去の持続時間次第であり得る。
【0018】
導波路の第４の表面Ｓ１０８は、第１の層と接触し、第１の表面Ｓ１０２に対して９０度以上１８０度未満の角度にあり、この角度は、導波路の内部で得られる。したがって、第４の表面Ｓ１０８は、第１の表面Ｓ１０２及び／または第２の表面Ｓ１０４に対して傾斜していると考えることができる。別の表面に対して傾斜した１つの表面は、問題の２つの表面の間にゼロではない角度が存在することを意味する。したがって、１つの表面が他の表面に対して傾斜しているという状況において、他方の表面に対して特定の角度にある１つのこのような表面を、参照することができる。そのような状況では、他方の面に対して傾いている表面を参照することもできる。用語「傾き」、「角度」、及び「傾斜」は、別の実体に対する、または所与の軸に対する実体の角度を指すために、本明細書において互換的に使用される。
【0019】
第４の表面Ｓ１０８は、第１の表面Ｓ１０２と第２の表面Ｓ１０４との間にあり、例えば、第４の表面Ｓ１０８は、第１の表面Ｓ１０２と第２の表面Ｓ１０４との間に介在し、一方の面の辺が他方の面の辺に隣接していることを意味する。第４の表面は、例えば、第１の表面Ｓ１０２及び第２の表面Ｓ１０４のそれぞれに直接隣接し、第１の表面と第２の表面とを接続すると考えることができる。したがって、第１の表面Ｓ１０２、第２の表面Ｓ１０４、及び第４の表面Ｓ１０８は共に、例において、導波路１０４の底面または下面を共に構成すると考えることができる。いくつかの例では、第２の表面Ｓ１０４は、第１の軸１１０または第２の軸１２０の少なくとも一方に沿って得られた第１の表面の範囲よりも大きい量、第１の軸１１０または第２の軸１２０の少なくとも一方に沿って、第１の表面Ｓ１０２からオフセットされる。第１の軸１１０または第２の軸のうちの少なくとも１つに沿ったオフセットは、ゼロではなく、第１の導波路部の最大限の厚さ（それぞれ第１の軸１１０または第２の軸に沿った）より小さいが、他の例では、第１の軸のオフセットは、第１の導波路部の最大限の厚さ以上であり、及び／または第２の軸のオフセットは、第１の導波路部の最大限の厚さ以上である。
【0020】
軸に平行な方向のオフセットは、問題の関連する実体が存在する軸の位置に対するものである。例えば、図１において、第１の表面Ｓ１０２の側面は、第１の軸１１０の位置に対応し、第１の軸１１０に沿った第１の表面Ｓ１０２からの第２の表面のゼロのオフセットは、第１の表面Ｓ１０２及び第２の表面Ｓ１０４の各々が互いに同一平面にあり、第１の軸１１０の同じ位置に対応することを意味することが理解されよう。また、図１のような例では、第２の軸１２０に沿ったオフセットは、第２の表面Ｓ１０４が第１の表面Ｓ１０２と重ならない程度に十分に大きい。
【0021】
第１の表面Ｓ１０２及び第２の表面Ｓ１０４が上述のようにオフセットされ、各オフセットの適切な量で、第１の導波路部の異なる厚さで、導波路１０４は、所望に応じて光の偏光を変換するように設計することができる。
【0022】
第１の層の第１の表面Ｓ１０２と対向する表面Ｓ１０３とは、第１の距離Ｗ１０５だけ離れており、第１の層の第２面Ｓ１０４と対向面Ｓ１０３とは第２の距離Ｗ１０７だけ離れており、第２の距離は第１の距離よりも大きい。他の例では、第１の距離は、第２の距離と同じかそれより大きい。第１の距離及び第２の距離は、それぞれ、導波路の第１の部分の底部及び導波路の第２の部分の底部の高さとみなすことができ、及び／または第１の距離及び第２の距離は、それぞれ、第１の表面及び第２の表面における第１の軸に平行な第１の層の厚さとみなすことができる。
【0023】
当業者に理解されるように、光の特定の光学モードは、光偏光変換器１００の所望の機能及び設計に応じて、導波路１０４を通って伝搬する。導波路１０４内部で光学モードが伝搬する方向は、本明細書で言及される光伝搬軸ＬＰＡである。光伝搬軸ＬＰＡは、導波路を伝搬する光のポインティングベクトル及びポインティングベクトルの負のベクトルと平行である。換言すれば、光伝搬軸ＬＰＡは、光学モードのエネルギーが導波路１０４を通る一般的な方向に平行であり、必ずしも、例えば、導波路１０４の境界における入射角によって規定される方向ではない。
【0024】
やはり、当業者が理解するように、導波路１０４は、光を誘導するためのものである。使用時には、光は導波路１０４内を伝搬し、導波路１０４の境界での反射により、例えば２つの方向で導波路内に封じ込められる。導波路層１０４は、光を封じ込めることが望まれる境界において導波路１０４と接触する材料の屈折率よりも高い屈折率を有する。例えば、光を封じ込めることが望まれる境界でのこの屈折率の差が原因で、導波路１０４のこれらの境界における入射角が臨界角よりも大きいときに、全内部反射が生じる。特定の光学モードが導波路１０４を伝搬するためには、当業者には理解されるように、導波路１０４の境界で反射された光が、その特定の光学モードの強め合う干渉のための条件を満たすことが必要である。
【0025】
いくつかの例では、導波路１０４は、第１の層及び第２の層の材料よりも高い屈折率を有する材料を含む。例えば、導波路１０４は、インジウムガリウムヒ素リン化物（ＩｎＧａＡｓＰ）を含む。いくつかの例では、導波路１０４は、（Ａｌ）ＩｎＧａＡｓ（Ｐ）を含む。括弧内に示される元素は交換可能であり、所望の関数に応じて様々な元素の組成が選択される。例えば、ＩｎＧａＡｓにおけるＧａ及びＡｓの組成は、所望のバンドギャップに応じて選択することができる。いくつかの例では、導波路１０４は、（Ａｌ）ＩｎＧａＡｓ（Ｐ）の層である。他の例では、導波路１０４は、複数の副層を含む。いくつかのそのような例では、導波路１０４は、第１の層１０２と接触する（Ａｌ）ＩｎＧａＡｓ（Ｐ）／（Ａｌ）ＩｎＧａＡｓ（Ｐ）多重量子ウェル構造を含む。いくつかの例では、副層は、５～３０ナノメートルの厚さである。導波路１０４の副層スタックは、光偏光変換器１００の所望の用途に従って選択されたバンドギャップを有する。バンドギャップ、したがってＩｎＧａＡｓＰの屈折率は、例えば、調整することができる。
【0026】
いくつかの例では、導波路の第２の部分１０４Ｂの体積に対する導波路の第１の部分１０４Ａの体積の所望の比で光偏光変換器を製造することによって、偏光変換器の偏光変換効率が設定される。この比は、例えば、第２の軸１２０に平行な第１の表面Ｓ１０２の範囲の、第２の軸１２０に平行な第２の表面Ｓ１０４の範囲に対する比によって設定される。導波路の第１の部分１０４Ａの体積の、導波路の第２の部分１０４Ｂの体積に対する比を設定することは、例えば、導波路の第１の部分１０４Ａを通って伝搬するエネルギーの、導波路の第２の部分１０４Ｂを通って伝搬するエネルギーに対する比を変化させる。
【0027】
図２は、さらなる例の光偏光変換器２００の、ＬＰＡに垂直な平面で得られた側方の断面図を概略的に示す。以下に別に記載する場合を除いて、これらの例の特徴は、図１に記載した特徴と共通であり、したがって、簡潔さのためここで再度の説明はしない。図２に関する特徴が、図１を使用して説明された特徴に対応する場合、図１に使用された対応する参照符号よりも１００大きい参照符号が使用され（例えば、図１の１０２は、図２の２０２である）、そのような特徴に対する対応する説明も、ここで適用される。
【0028】
第１の表面Ｓ２０２は、第３の表面Ｓ２０６に対して、例えば３０～６５度の内角αで、結晶材料の平面に応じて、３０～４０度、例えば約（許容可能な製造公差内）３５度、または５０～６５度、例えば約（許容可能な製造公差内）５５度または６０度、５０～５５度、５５～６０度または６０～６５度の角度を付けられる。他の例（図示せず）では、内角αは９０度より大きい。
【0029】
同様に、図１に関して説明したように、第４の表面Ｓ２０８も、第１の表面Ｓ２０２及び／または第２の表面Ｓ２０４に対して傾斜している。第３の表面Ｓ２０６は、第４の表面Ｓ２０８に実質的に平行であり（例えば、許容可能な製造公差内で平行）、例えば、第３及び第４の表面は、第１の表面に対して各々１５度である。他の例では、第３の表面及び第４の表面は互いに平行ではなく、例えば、第３の表面は第１の表面に対して６５度であり、第４の表面は第１の表面に対して１５度（したがって、第３の表面に対して５０度）である。
【0030】
導波路が形成される材料は、例えば、結晶材料であり、第１の表面Ｓ２０２と第３の表面Ｓ２０６との間の角度αは、結晶材料の平面のうちの｛０－１１｝、｛１１１｝、または｛１１２｝の少なくとも１つに対応する。この｛ＸＹＺ｝表記は、当業者に知られているように、結晶内の平面または平面のファミリーを示すためのＭｉｌｌｅｒ ｉｎｄｅｘ ｓｙｓｔｅｍに従う。このような平面は、結晶面とも呼ぶことができる。後に説明するように、適切な製造方法を用いることにより、例えば、導波路材料の特定の結晶面に対して選択的な特定のエッチング液を用いることにより、第３の表面Ｓ２０６と第１の表面Ｓ２０２との間の角度αを簡単に得ることができる。
【0031】
そのようなエッチング手法は、第１の層２０２及び第２の層２０６の材料をエッチングすることなく（または特により遅くエッチングすることなく）、導波路の材料をエッチングするように選択的である。したがって、第１の表面Ｓ２０２と第３の表面Ｓ２０６との間に角度αを形成するために、エッチング中に、第１の層２０２と第２の層２０６との間から、例えば第２の層２０６の下から、導波路材料が除去される。したがって、例では、導波路２０４が存在しない第１の層２０２と第２の層２０６との間の領域２１１が存在する。換言すれば、導波路２０４は領域２１１に存在しないか、または領域２１１の屈折率は、光が導波路内に封じ込められるように導波路２０４の屈折率と十分に異なる。
【0032】
図２の例のような例では、導波路２０４は、第４の表面Ｓ２０８と接触し、第１の導波路部２０４Ａと第２の導波路部２０４Ｂとの間にある第３の導波路部２０４Ｃ（本明細書では、他にも中間部分と呼ばれる）を有する。上述のようにオフセットされた表面を有する第１の層２０２、及び第１の表面に対して９０度以外の角度で傾斜された第４の表面Ｓ２０８は、導波路２０４が第１の層２０２の上部に形成される前に、少なくとも部分的に形成される。傾斜した第４の表面Ｓ２０８は、第３の導波路部の対応する傾斜をもたらす。したがって、第１の導波路部２０４Ａ、第２の導波路部２０４Ｂ、及び第３の導波路部２０４Ｃは、共に導波路２０４を構成するものと考えることができる。
【0033】
図３は、さらなる例の光偏光変換器３００の、ＬＰＡに垂直な平面で得られた側方の断面を概略的に示す。以下に別に記載する場合を除いて、これらの例の特徴は、図１に記載した特徴と共通であり、したがって、簡潔さのためここでは再度の説明はしない。図３に関する特徴が、図１を使用して説明された特徴に対応する場合、図１に使用された対応する参照符号よりも２００大きい参照符号が使用され（例えば、図１の１０２は、図３の３０２である）、そのような特徴に対する対応する説明も、ここで適用される。
【0034】
図３の例のような例では、第１の層３０２の第１の部分３０２Ａは第１の表面Ｓ３０２を含み、第１の層３０２の第２の部分３０２Ｂは第２の表面Ｓ３０４を含む。第１の層３０２の第１の部分は、第１の層３０２の第２の部分３０２Ｂの材料とは異なる材料を含む（例えば、材料から形成される）。第１及び第２の部分は、第１の層の第１の部分３０２Ａと第２の部分３０２Ｂとの間で接触する第１の層の第３の部分３０２Ｃと同様に、水平な破線を用いて図３に示されている。第１、第２及び第３の部分の各々は、第１の部分３０２Ａまたは第２の部分３０２Ｂの少なくとも一方とは異なる材料で形成された第３の部分３０２Ｃを有する第１の層の副層と見なすことができる。
【0035】
別の材料に対して異なる材料は、例えば、異なる結晶構造、異なる合金、異なる異性体、異なる同位体、異なる割合の混合物、または屈折率、特定のエッチング液によるエッチングに対する異なる感受性、異なる結晶構造、異なる結晶面配向、及び／または導電率などの異なる材料特性を有することのうちの少なくとも１つである、ただし異なる材料の他の例が想定される。したがって、いずれかの材料が他より多くの元素を有することなく各材料が互いに同じ化学元素を含むことができても、他の材料に対して異なっている材料は、同じ材料ではない。しかしながら、２つの異なる材料は、互いに対して異なる割合の同じ元素を有し得る（例えば、１つの材料が別の材料よりも多いドーパントを有する）。第１の層の第２の部分または第１の層の第３の部分の少なくとも一方は、例えば、第１の層の形成を補助するためのエッチング停止部である。
【0036】
図３の例のようないくつかの例では、導波路と接触している第２の層の少なくとも１つの表面は、やはり導波路と接触している第１の層の反対側の表面と平行ではない。例えば、第２の層３０６の表面Ｓ３０９は、第１の層３０２の第４の表面Ｓ３０８と平行ではない。
【0037】
いくつかの例では、光偏光変換器３００は、第３の層３０８を含む。第３の層は、第２の層３０６上でこれに接触している。第３の層は、例えば、電極、絶縁体、誘電体である。
【0038】
次に、図４Ａ及び図４Ｂを参照して、光の偏光を変換するための導波路１０４、２０４、または３０４の機能について、これより説明する。図４Ａは入力光に関し、図４Ｂは出力光に関する。これは、光偏光変換器１００、２００または３００に入射する直線の偏光という文脈であることに留意されたい。図４Ａ及び図４Ｂは、横方向の電気（ＴＥ）分極軸４０２及び横方向の磁気（ＴＭ）分極軸４０４を示す。光伝搬軸ＬＰＡは、図４Ａ及び図４Ｂで、紙面に含まれる（ＴＥ偏光軸４０２及びＴＭ偏光軸４０４の両方に垂直である）。図１、２または３に関して、ＴＭ偏光軸４０４は、第１の軸１１０、２１０または３１０に平行であり、ＴＥ偏光軸４０２は、第２の軸１２０、２２０または３２０に平行である。
【0039】
直線偏光の場合、記号ＬＰＡによって示されるように伝搬する光の電場の方向は、ＴＥ偏光軸４０２及びＴＭ偏光軸４０４に対して示され得る。矢印４０６は、ＴＥ偏光の直線の偏光を示す。
【0040】
導波路１０４、２０４、３０４は、第２の導波路部１０４Ｂ、２０４Ｂ、３０４Ｂからオフセットされた第１の導波路部１０４Ａ、２０４Ａ、３０４Ａと、第１の導波路部の第２の厚さＷ１０４、Ｗ２０４、Ｗ３０４とは異なる第１の導波路部の第１の厚さＷ１０２、Ｗ２０２、Ｗ３０２とを有し、そこに導波路内部にハイブリッドモードを生じさせる。導波路のこの配置は、ハイブリッドモードでの導波路内部を伝搬する光に対する「傾いた」または傾斜した境界の条件である。
【0041】
傾斜した境界の条件は、導波路の形状に起因して、ＴＥ軸に対して傾いた、電場を有する第１のハイブリッドモードをそこに生じさせる。第１のハイブリッドモードは、第１の導波路部、第２の導波路部、及びいくつかの例では第３の導波路部を占める。「傾き」、「角度」、及び「傾斜」という用語は、ＴＥ軸に対する第１のハイブリッドモードの角度を指すために、本明細書において互換的に使用される。また、第１のハイブリッドモードに直交する第２のハイブリッドモードがある。ハイブリッドモードは、本明細書で言及される場合、ＴＥ偏光軸に沿ってゼロではない成分を有し、ＴＭ偏光軸に沿ってゼロではない成分を有する電場を有する光のモードである。
【0042】
図４Ａ及び４Ｂは、第１のハイブリッドモード４０８及び第２のハイブリッドモード４１０を示す。第１のハイブリッドモード４０８及び第２のハイブリッドモード４１０は、光が導波路を通って伝搬しているときに導波路内部に存在し得るハイブリッドモードの例を示す。この例では、第１のハイブリッドモード４０８及び第２のハイブリッドモード４１０は、矢印４０６によって示されるように、導波路を通って伝搬するために光偏光変換器に入射するＴＥ偏光を有する光（ＴＥ偏光軸４０２に沿った電場を有する）から生じる。
【0043】
第１のハイブリッドモード４０８に対する（ＴＥ軸４０２に対する）傾斜角は、４５度であると仮定される。このような第１のハイブリッドモード４０８の傾斜角は、例えば、導波路の配置の結果として生じる。これらの例では、第２のハイブリッドモード４１０のＴＥ軸４０２に対する角度も４５度であり、第１のモード４０８及び第２のモード４１０は、等しい大きさの電場を有する。当業者は、第１のモード４０８及び第２のモード４１０が、４５度の傾斜角と図４Ａに示される位相関係とを有し、ＴＭ偏光軸４０４に沿って等しく反対の成分を有し、組み合わされてＴＥ偏光に対応することを理解するであろう。
【0044】
さらに、導波路の記載された配置は、第１のハイブリッドモード４０８及び第２のハイブリッドモード４１０に対して異なる伝搬定数を有する。この配置は、第１のハイブリッドモード４０８及び第２のハイブリッドモード４１０が、導波路内を伝搬するときに互いに異なる有効屈折率をたどるような複屈折をもたらす。これは、第１のハイブリッドモード４０８及び第２のハイブリッドモード４１０が伝搬すると、第１のハイブリッドモード４０８及び第２のハイブリッドモード４１０間の位相差が変化することを意味する。言い換えれば、第１のモード４０８及び第２のモード４１０の位相は、第１のモード４０８及び第２のモード４１０が導波路内部を伝搬するとき、異なるように進化する。ハイブリッドモード及びそれらの異なる伝搬定数の存在は、導波路の配置が、光偏光変換器への光入力の偏光を変換するために使用され得ることを意味する。偏光が変換される方法は、以下にさらに詳細に説明される。
【0045】
図５は、図１～図３について上述した例と同様の例に係る光偏光変換器５００の、ＬＰＡに平行な平面で得られた第２の側方断面図を概略的に示す。以下に別段に説明する場合を除いて、図５を用いて説明する例の特徴は、図１について説明したものと共通であり、したがって、簡潔さのためにここで再度の説明はしない。そのような特徴は、図１に使用されるものより４００大きい参照符号を使用して参照される。そのような特徴に関する対応する説明は、この場においても当てはまる。
【0046】
導波路５０４は、図５に示すように長さＬ５０２を有する。光伝搬軸は、矢印ＬＰＡによって示される。光偏光変換器は、所与の波長の光の第１の偏光と、所与の波長の光の第２の偏光との間で変換するためのものである。第１の偏光及び第２の偏光は各々、例えば、直線偏光、楕円偏光、円偏光である。いくつかのそのような例では、光伝搬軸ＬＰＡにおける導波路の長さＬ５０２は、所与の波長の光に対するビート長の半分に奇数を乗じたものに実質的に等しい（例えば、許容誤差の中で等しい）。
【0047】
復元される、内部に伝搬する光のモードの位相のための導波路５０４の長さＬ５０２を、ビート長と呼ぶ。例えば、第１及び第２のモードが導波路５０４内部でそれらの伝搬を同相で開始する場合、モードは、導波路５０４内部のビート長の整数倍を伝搬した後に同相で戻る。ビート長に基づいて光偏光変換器５００における導波路長Ｌ５０２を選択することにより、光偏光変換器５００から出力される光に対して、内部を伝搬する光のモードの相対的な位相を制御することができる。
【0048】
上で論じたように、導波路５０４の記載された配置は、第１及び第２のハイブリッドモードに対して異なる伝搬定数を生じる。導波路５０４の上述の配置（第１の軸５１０に平行な方向にオフセットされた部分を有する）は、第１及び第２のハイブリッドモードが互いに異なる有効屈折率をたどるという点で、複屈折をそこに生じさせる。導波路５０４における第１のハイブリッドモードの伝搬定数は、β１によって表され得て、第２のハイブリッドモードの伝搬定数はβ２によって表され得る。これらの伝搬定数の差はΔβ＝β１－β２のように表され得る。以下の数式１は、第１及び第２のハイブリッドモードでの導波路５０４のビート長Ｌλを示す。当業者は、βが位相伝搬を表すことを理解するであろう。以下の式（１）において、λは所与の波長であり、Δｎは第１及び第２のハイブリッドモードの有効屈折率の差：Δｎ＝ｎ１－ｎ２を表す。
【数1】
【0049】
いくつかの例では、ビート長は、導波路の厚さ及び／または導波路のクラッドによって影響される。いくつかの例では、導波路は湾曲しており、その結果、光伝搬軸は湾曲し、ビート長が湾曲に沿って得られる。
【0050】
導波路の有効屈折率は、光が導波路を通ってどれだけ速く進むか、及び光が導波路を通ってどれだけ減衰するかを記述する無次元数である。材料の屈折率は、材料における光波の位相速度を記述し、光が材料を通ってどのように減衰するかを記述する無次元数である。有効屈折率及び屈折率は一般に複素数として表されるが、本明細書では屈折率の実数成分のみが考慮される。屈折率の実数成分は、真空での光の速度を材料の光波の位相速度で割ったものである。いくつかの例では、有効屈折率及び／または屈折率は、考慮される光の波長次第である。ここで、２つの有効屈折率の間または２つの屈折率の間で比較を行うとき、比較は、光の同じ波長に対する実数成分の間である。
【0051】
いくつかの例では、光偏光変換器は、所与の波長の光の直線偏光を回転させるためのものである。上述のように、いくつかのそのような例では、導波路長は、実質的に（許容誤差内で）、ビート長の半分に奇数を乗じたものに等しい。これは、第１のモードの傾斜角がＴＥ軸に対して４５°である例であてはまる。傾きを決定する因子は、以下でさらに説明される。換言すれば、導波路長は、下記の式２に示すように、ビート長の１／２、ビート長の３／２、長さの５／２などとすることができる。式２において、ｍは、１、３、５、７、９などの奇数を表す。
【数2】
【0052】
これは、導波路を通って伝搬した後の第１及び第２のモードの相対的な位相がπラジアンだけシフトされることを意味する。当業者は、矢印４０６によって示されるＴＥ偏光が導波路５０４に入射し、第１のモード４０８及び第２のモード４１０が導波路５０４の始めに生じるとき、第１のモード４０８及び第２のモード４１０が互いに同相であることを理解するであろう。言い換えれば、１／２ビート長（または３／２のビート長、または５／２のビート長など）の導波路長で導波路５０４を通って伝搬した後、第１のモード４０８及び第２のモード４１０は、互いに１８０度位相がずれている。
【0053】
図４Ｂは、図４Ａに示されるＴＥ偏光軸４０２及びＴＭ偏光軸４０４を示す。図４Ｂは、図４Ａに示すように、線形ＴＥ偏光が導波路５０４に入射し、ＴＥ軸４０２に対する第１のハイブリッドモード４０８の傾斜角が４５度である例に関する。図４Ｂは、ビート長の半分の整数倍に対して、記号ＬＰＡによって示される方向に導波路５０４を通って伝搬した後の第１のモード４０８及び第２のモード４１０を示す。当業者は、光の電場が、ＴＥ偏光軸４０２及びＴＭ偏光軸４０４によって示される空間の対向する四分円の間で振動することを理解するであろう。したがって、図４Ａに示す状態と比較すると、図４Ｂでは、第１のモード４０８は、その電場振動の整数倍を完了しているのに対して、第２のモード４１０は、その電場振動の半分の奇数整数倍を完了している（左上象限で終了する）。
【0054】
当業者は、図４Ｂに示される位相関係を有する第１のモード４０８及び第２のモード４１０が、ＴＥ偏光軸４０２に沿って等しくて反対の成分を有することを理解するであろう。図４Ｂに示される位相関係を有する第１のモード４０８及び第２のモード４１０は、第１のモード４０８及び第２のモード４１０が図４Ｂに示される位相関係を有する導波路１０４、２０４、３０４を出る場合、矢印４１２によって示されるようにＴＭ偏光を有する。言い換えれば、第１のモード４０８及び第２のモード４１０の位相が、もはや図４Ｂに示される点とは異なって進化しない場合、その結果はＴＭ偏光である。図４Ｂの例では、第１のモード４０８及び第２のモード４１０は、ＴＭ軸４０４に対して４５度の角度を有することに留意されたい。
【0055】
これらの例では、第１のハイブリッドモード４０８がＴＥ軸４０２に対して４５度の角度を有する場合、導波路長をビート長の半分に奇数を乗じたものとなるように選択することによって、所与の波長の光の直線の偏光を、上述のように回転させることができる。例えば、第１の直線偏光（上の例ではＴＥ偏光）を第２の直線偏光（上の例ではＴＭ偏光）に変換することができる。
【0056】
上記の例は、ＴＥ軸４０２に対して４５度の傾きを有する第１のハイブリッドモード４０８に関連する。いくつかの例では、第１の層１０２、２０２、３０２及び導波路１０４、２０４、３０４の配置は、導波路内部でハイブリッドモードが生じたときに、第１のハイブリッドモード４０８（例えば、中間導波路部１２８と実質的に位置合わせされたハイブリッドモード）がＴＥ軸４０２に対して４５度の角度を有しないような配置である。第１のハイブリッドモードの傾きに影響を与える因子は、以下でさらに論じられる。そのような例では、（例えば、ＴＥ偏光からＴＭ偏光への）偏光の９０度回転は、ビート長の半分を奇数の整数に乗じたものに等しい長さ（Ｌ５０２に対応する）を通って伝搬する際に生じない。
【0057】
本明細書に記載されるような一連の２つ以上の光偏光変換器（例えば、各々がそれぞれのＬＰＡに沿って異なる傾斜角及び／または長さを有する）を使用して、所望の偏光変換を得ることができる。いくつかの例では、光偏光変換器（例えば、光偏光変換器１００、２００、３００）に対して、導波路の長さ（ＬＰＡに沿い、Ｌ５０２に対応する）は、ビート長の４分の１に奇数を乗じたものに等しい。以下に記載されるように、９０度の直線偏光の回転を得るために、１つまたは両方の変換器の傾きが４５度ではない、または他の例では４５度である、直列のそのような光偏光変換器の対を使用することができる。対の第１の光偏光変換器（例えば、図１、２または３の）は、第１及び第２のハイブリッドモード間の９０度（π／２ラジアン）の位相の差を達成する、ＬＰＡ軸に沿った導波路の長さを有する。これは、長さ（Ｌ５０２に対応）が、ビート長の１／４、ビート長の５／４、ビート長の９／４などであり得ることを意味する。対の第２の光偏光変換器（例えば、図１、２、または３の）は、第１のハイブリッドモードと第２のハイブリッドモードとの間で２７０度（３／２πラジアン）の位相の差を達成する、導波路の長さ（ＬＰＡに沿って、Ｌ５０２に対応する）を有する。これは、第２の光偏光変換器における導波路の長さが、ビート長の３／４、ビート長の７／４、ビート長の１１／４などとなり得ることを意味する。
【0058】
図６は、ポアンカレ球の赤道面のスケッチである。当業者は、すべての偏光状態がいわゆるポアンカレ球の表面にマッピングされ得ることを理解するであろう。ポアンカレ球の赤道に位置する点は、すべての直線偏光角を表す。ポアンカレ球の極は、時計回り及び反時計回りの円偏光を表す。ＴＥ偏光及びＴＭ偏光に対応する点は、図６に見ることができる。
【0059】
第１及び第２のハイブリッドモードに対応する点は、ポアンカレ球の赤道にある。赤道におけるハイブリッドモードの位置は、ＴＥ軸に対する第１のハイブリッドモードの傾き、すなわち角度次第である。
【0060】
ＴＥ軸に対して４５度の角度を有する第１のハイブリッドモードの場合、第１のハイブリッドモードは点Ｍ１に対応し、第２のハイブリッドモードは点Ｍ２に対応する。Ｍ１及びＭ２と交差する軸は、ポアンカレ球の赤道のＴＥ及びＴＭ偏光点と交差する軸に対して垂直である。導波路を通るハイブリッドモードの伝播は、それらの位相が互いに異なって進化し、ハイブリッドモードが再結合するときの偏光を表す点の、Ｍ１とＭ２を横切る軸の周りの回転に対応する。Ｍ１及びＭ２と交差する軸の周りに１８０度回転させることは、例えば、ＴＥ偏光からＴＭ偏光への偏光の変換をもたらす。
【0061】
ＴＥ軸に対する４５度とは異なる鋭角を有する第１のハイブリッドモードの場合、第１及び第２のハイブリッドモードに対応する点は、点Ｍ１及びＭ２ではない。いくつかの例では、第１のハイブリッドモードは点６０２に対応し、第２のハイブリッドモードは点６０４に対応する。これらの例では、点６０２及び６０４を横切る軸の周りでの１８０度回転は、ＴＭ偏光点に到達しない。上述したように、傾斜角が４５度と異なるとき、第１及び第２のハイブリッドモード間の１８０度の位相差は、直線偏光の９０度の回転をもたらさない。
【0062】
しかしながら、点６０２及び６０４を横切る軸の周りでの９０度の回転は、点６０６に到達する。点６０６は、図６のページの上方にあるポアンカレ球の表面にある点である。いくつかの例では、第１の光偏光変換器は、ポアンカレ球の点６０６に対応する偏光を得るために使用される。これらの例では、本明細書に記載の例による第１の光偏光変換器は、点６０２及び６０４に対応する偏光を有するハイブリッドモードを備える。言い換えれば、第１の偏光変換器は、ハイブリッドモードが点６０２及び６０４に対応する偏光を有するように傾きを設ける。
【0063】
本明細書に記載の例に従い、第１の偏光変換器と直列の第２の偏光変換器は、第２の偏光変換器のハイブリッドモードが点６０８及び６１０に対応するように、反対方向に傾きを設ける。これは、第１の偏光変換器の側方の断面（図１に示される側方の断面に相応する）の鏡像である側方の断面（図１に示される側方の断面に対応する）を有する第２の偏光変換器によって達成され得る。
【0064】
軸交差点６０８及び６１０は、軸交差点Ｍ１及びＭ２に対する軸交差点６０２及び６０４の鏡像である。線６１２は、点６０２及び６０４を横切る軸の周りで９０度回転した後の、ＴＥ点から点６０６までの軌跡を表す。線６１２は、ポアンカレ球の表面に沿うポアンカレ球の軌跡の直線投影であることに留意されたい。
【0065】
点６０６を含む、点６０８及び６１０を横切る軸の周りでの回転は、ポアンカレ球の表面の円をトレースし、これは、ＴＭ点を横切る。点６０６から反対方向で、点６０８と６１０を横切る軸の周りで回転することは、ＴＭ点に到達するために使用することができる。第２の偏光変換器は、第１の偏光変換器とは反対方向にポアンカレ球に対して回転するための鏡面セクションを有する。線６１４は、点６０６から始まる軌道の直線投影を表し、点６０６に到達する説明した９０度の回転とは反対方向に、点６０８及び６１０を横切る軸を中心として回転することに対応する。軌道６１４は、点６０８及び６１０を横切る軸の周りを２７０度回転した後に、ＴＭ点を横切る。
【0066】
このように、第１のハイブリッドモードの傾きが４５度でない例においても、第１の光偏光変換器、次いで第２の光偏光変換器を通る伝搬光によって、直線偏光の９０度回転を達成することができる。
【0067】
いくつかの例では、光偏光変換器は、所与の波長の光の直線偏光と円偏光との間で変換するためのものである。そのような例では、導波路長は、実質的に（許容誤差内で）、ビート長の４分の１に奇数を乗じたものに等しい。そのような例では、第１のハイブリッドモードの傾きは、ＴＥ軸４０２に対して４５度である。このような例に係る導波路長は、以下の式３で表される。
【数3】
【0068】
ビート長の４分の１の奇数整数倍に対する導波路を伝搬する第１及び第２のハイブリッドモードは、１／２πラジアン（または９０度）の異なる位相を生じる。当業者は、点Ｍ１及びＭ２を横切る軸の周りに９０度の位相の差を導入することは、直線偏光と円偏光との間の変換のためであることを理解するであろう。導波路に入射する、図４Ａに示されるような水平方向の直線偏光の例を取ると、式３に係る導波路長（例えば、Ｌ５０２に対応する）を有する光偏光変換器は、ＴＥ偏光を円偏光に変換する。直線偏光と円偏光との間の変換のために円偏光が光偏光変換器に入射する例では、円偏光は直線偏光に変換される。
【0069】
これより、本明細書の例に記載の光偏光変換器の製造方法について説明する。概して、そのような方法は、前述の第１の層を少なくとも部分的に形成すること、前述の導波路を第１の層に、接触させるように、少なくとも部分的に形成すること、及び前述の第２の層を導波路に、接触させて、少なくとも部分的に形成することを含む。
【0070】
いくつかの例では、第１の層、導波路、または第２の層の特徴のうちの少なくとも１つは、最初に形成または堆積され、次いで、製造されている偏光変換器に対して所望の構造を成形、またはさもなければ生成するために、（例えば、エッチングによって）さらに処理される、前駆体層などのそれぞれの前駆体構造を使用して形成される。このような前駆体を用いた例をこれより説明する。
【0071】
これより、このような方法を説明するために、図７を参照する。光偏光変換器を製造する方法７００は、第１の層に対する前駆体を使用して第１の層を少なくとも部分的に形成すること７０２を含む。先の例について説明したように、第１の層は、第１の表面と第２の表面とを含み、第２の表面は、第１の軸及び第２の軸に沿って第１の表面からオフセットされ、第１の軸は、第１の表面に対して垂直であり、第２の軸は、第１の表面に対して平行である。方法７００は、導波路に対する前駆体を使用して導波路を少なくとも部分的に形成すること７０４をさらに含む。導波路は、第１の層にあり、前述のように、第１の表面と接触する第１の導波路部と、第２の表面と接触する第２の導波路部とを含む。第１の導波路部の第１の厚さは、第１の導波路部の第２の厚さと異なる。第１の厚さ及び第２の厚さは、第１の表面に対して垂直である。方法７００は、第２の層に対する前駆体を使用して、第２の層を少なくとも部分的に形成すること７０６をさらに含む。前述の例と同様に、第２の層は、導波路、第１の層と第２の層との間の導波路にあって接触している。
【0072】
このような製造方法について、これより、製造方法の間の後続の段階における光偏光変換器８００の第１の側方断面を各々が概略的に示す図８Ａ～８Ｊを用いて、さらに詳細に説明する。以下に別に記載する場合を除いて、図８Ａ～８Ｊの特徴は、図１に記載した特徴と共通であり、したがって、簡潔さのためここでは再度の説明はしない。図８Ａ～８Ｊのいずれかに関する特徴が、図１を使用して説明された特徴に対応する場合、図１に使用された対応する参照符号よりも７００大きい参照符号が使用され（例えば、図１の１０２は、図８Ａ～８Ｊのいずれかの７０２である）、そのような特徴に対する対応する説明も、本明細書において適用される。
【0073】
光偏光変換器を製造する方法は、前駆体ＰＳ８０２を第１の表面Ｓ８０２に（図８Ｉ及び８Ｊ参照）、前駆体ＰＳ８０４を第２の表面Ｓ８０４に（図８Ｊ参照）形成することを含む、前駆体Ｐ８０２を少なくとも部分的に第１の層８０２に形成することを含む。第２の表面に対する前駆体は、第１の軸８１０及び第２の軸８２０に沿って前駆体から第１の表面にオフセットされ、第１の軸は、第１の表面に対して前駆体に垂直であり、第２の軸は、第１の表面に対して前駆体に平行である。例えば、第１の表面ＰＳ８０２に対する前駆体及び第２の表面ＰＳ８０４に対する前駆体を少なくとも部分的に形成することは、第１の層に対する前駆体に（例えば、第２の表面ＰＳ８０４に対する前駆体に、図８Ａ）エッチングマスク８２２を少なくとも部分的に形成すること、第１の層に対する前駆体Ｐ８０２を少なくとも部分的にエッチングして、上述のオフセットを達成すること（図８Ｂ）、及びエッチングマスクを除去すること（図８Ｃ）を含む。エッチングの代わりに、リソグラフィまたは研削を用いてもよい。
【0074】
図８Ｄを参照すると、方法は、導波路に対する前駆体Ｐ８０４を使用して、導波路８０４を少なくとも部分的に形成することを含む。導波路に対する前駆体Ｐ８０４は、第１の層に対する前駆体Ｐ８０２に、接触させるように形成される。導波路に対する前駆体Ｐ８０４は、第１の表面に対する前駆体ＰＳ８０２と接触する第１の導波路部に対する前駆体Ｐ８０４Ａと、第２の表面に対する前駆体ＰＳ８０４と接触する第２の導波路部に対する前駆体Ｐ８０４Ｂとを有する。図８Ｅに示すように、第２の層に対する前駆体Ｐ８０６は、導波路に対する前駆体Ｐ８０４に、接触させるように少なくとも部分的に形成され、導波路に対する前駆体Ｐ８０４は、第１の層に対する前駆体Ｐ８０２と第２の層に対する前駆体Ｐ８０６との間にある。これより、図８Ｅと比較して、第１の層に対する前駆体Ｐ８０２、導波路に対する前駆体Ｐ８０４、または第１の層８０２及び第２の層８０６を形成するための第２の層に対する前駆体Ｐ８０６のうちの少なくとも１つのうちのいくつかを除去することを示す図８Ｆを参照されたい。これらの例では、これらの前駆体の各々の一部は、例えば下向きエッチング処理を用いて、一方の側（例えば、図に示す右側）から除去される。
【0075】
図８Ｇは、第１の層８０２、導波路に対する前駆体Ｐ８０４、または第２の層８０６のうちの少なくとも１つの少なくとも一部に、保護層８２４を少なくとも部分的に形成することを示す。保護層の一部が除去されて、保護層によって覆われた層を部分的に露出させ、例えば、前駆体Ｐ８０４の側面を導波路に露出させる（図８Ｈ参照－図示されるように、保護層は、覆われた層の左側から除去される）。
【0076】
導波路８０４を前駆体Ｐ８０４から導波路まで少なくとも部分的に形成するために、次に、導波路に対する前駆体Ｐ８０４の一部が、露出した側から除去され、傾斜した第３の表面を有する導波路８０４を形成する。図８Ｉを参照されたい。したがって、残りの保護層は、露出されていない層（例えば、導波路の前駆体の他方の側）を、導波路材料のような覆われた層（複数可）を別の場合には除去または損傷する任意のプロセスから保護する。前述したように、形成された導波路８０４は、第１の導波路部の第２の厚さＷ８０４とは異なる第１の導波路部８０４Ａの第１の厚さＷ８０２を有し、第１の厚さＷ８０２及び第２の厚さＷ８０４は、第１の表面Ｓ８０２に対して垂直である。
【0077】
次いで、保護層８２４の残りを除去して偏光変換器を得るが、他の例では、いずれかの残りの保護層８２４を、完成した偏光変換器の所に残すこともできる。
【0078】
上述の前駆体の１つ以上の少なくとも一部を除去し、保護層を除去することは、エッチングまたはリソグラフィのような公知の技術によって行うことができる。導波路の前駆体の一部を除去する際に、特定の結晶面に対して選択的な技術を使用して、第３の表面と第１の表面との間の所望の角度αを得ることができる。このような技術は、例えば、ＨＣｌ、Ｈ３ＰＯ４、Ｈ２ＳＯ４、Ｈ２Ｏ２、またはＨ２Ｏ、またはそのようなものの混合物の少なくとも１つを含むエッチング液を用いたエッチングである。他のエッチング液も想定される。エッチングマスクまたは保護層がマスキング材料を含む場合、これは、例えば、誘電体または窒化シリコンのようなシリコンマスクである。いくつかの例では、角度αは、第１の軸、第２の軸、またはＬＰＡのうちの少なくとも１つに対する導波路の結晶構造の配向を設定することによって選択される。いくつかの例では、角度αは、重力の作用を利用することによって、例えば、偏光変換器の製造のエッチングステップに対してＬＰＡに対する導波路の配向を設定することによって選択される（図８Ｈ～８Ｉのステップを参照されたい）。
【0079】
図８Ａ～８Ｊの方法は、例えば図３の光偏光変換器を製造するために修正されてもよい。図９Ａ～９Ｃは、図８Ａ～８Ｂによって示されるものに対する代替の方法論を示すために使用され、次いで、図８Ｃ～８Ｊによって示されるものと同様の方法論が使用され得る。図９Ａ～９Ｃのいずれかに関する光偏光変換器の特徴が、図３を使用して説明された特徴に対応する場合、図３に使用された対応する参照符号よりも６００大きい参照符号が使用され（例えば、図３の３０２は、図９Ａ～９Ｃの９０２である）、そのような特徴に対する対応する説明も、本明細書において適用される。
【0080】
図９Ａでは、第１の層に対する前駆体Ｐ９０２が形成される。第１の層９０２に対する前駆体Ｐ９０２は、第１の部分９０２Ａ、第２の部分９０２Ｂ、及び第３の部分９０２Ｃを含む。そのような部分の各々は、副層である。第１の層の第１の部分９０２Ａは、第１の層９０２の第２の部分９０２Ｂとは異なる材料を含む、例えば、異なる材料からのものである。第１の層の第３の部分９０２Ｃは、第１の層９０２の第１の部分９０２Ａと第２の部分との間にあり、それらと接触している。第１の層の第３の部分９０２Ｃは、第１の層の第１の部分９０２Ａまたは第２の部分９０２Ｂの少なくとも一方と異なる材料を含む、例えば、異なる材料からのものである。次に、図９Ｂに示すように、エッチングマスク９２２が、第１の層に対する前駆体Ｐ９０２に（例えば、第２の部分９０２Ｂの上面である第２の表面に対する前駆体ＰＳ９０４に）少なくとも部分的に形成される。次に、図９Ｃに示すように、マスクによって覆われていない第１の層９０２の第２の部分９０２Ｂの一部を除去して、例えばエッチングによって、第１の層に対する前駆体Ｐ９０２を改質する。このようにして、導波路の第１の表面と第２の表面との間のオフセットの程度を決定することができる。
【0081】
図１０Ａ～１０Ｆは、本明細書に記載の例の光偏光変換器を製造する方法のさらなる例に関する。図１０Ａ～１０Ｆは、製造途中の後続的な段階における光偏光変換器の側方の断面を模式的に示している。図８Ａ～８Ｊに関して説明された特徴と共通の特徴は、簡潔のためここで再度説明はされず、そのような特徴は、図８Ａ～８Ｊに関して使用された対応する参照符号よりも２００大きい参照符号で参照され（例えば、図８Ｊの８０２は、図１０Ａ～１０Ｆのいずれかにおいて１００２である）、そのような特徴に関する対応する説明もまた、ここで適用される。
【0082】
図１０Ａは、図８Ｄによって先に説明された方法の一部に対応する。したがって、図１０Ａに示す構造に到達するためには、先に図８Ａ～８Ｃを用いて説明した方法と同様の方法を用いることができる。これより、図１０Ａの構造の後続の処理について説明する。これらの例では、傾斜した第３の表面の前に第２の層が形成される図８Ａ～８Ｃの例と比較して、導波路の傾斜した第３の表面が第２の層の前に形成される。この手法は、図１０Ｄに示すように（保護層１０２４が除去されると）、製造中の第３の表面の検査を助け、第３の表面の傾斜の角度が必要に応じたものであることを確認する。
【0083】
図１０Ａに示す構造から始まり、図１０Ｂに示すように、導波路に対する前駆体Ｐ１００４に保護層１０２４が形成され、そのため導波路に対する前駆体Ｐ１００４の上面を覆う。保護層は、例えば、誘電体またはエッチングマスクの少なくとも一方である。図１０Ｃに示すように、また図８Ｉを用いて上述した方法と同様に、導波路に対する前駆体の一部が除去され、したがって、第１の厚さＷ１００２及び第２の厚さＷ１００４を有する第１の導波路部が形成され、したがって、傾斜した第３の表面Ｓ１００６が形成される。次に、図１０Ｄに示すように、保護層を少なくとも部分的に除去して、導波路に対する前駆体Ｐ１００４の少なくとも一部を露出させる。図１０Ｅが示すように、第２の層への前駆体Ｐ１００６は、導波路に対する前駆体Ｐ１００４に、それと接触して、それを覆うようにして形成される。次いで、第１の層、導波路、及び第２の層の各々に対する前駆体の一部が除去されて（例えば、マスキング及び下方エッチングプロセスを使用して）、所望の光偏光変換器の第１の層１００２、第２の層１００６、及び導波路１００４が形成される（前駆体の右側において除去された部分を示す図１０Ｆを参照されたい）。
【0084】
当業者が理解するように、例えば、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ）、表面不動態化、フォトリソグラフィ、イオン注入、エッチング、ドライエッチング、イオンエッチング、ウェットエッチング、緩衝酸化物エッチング、プラズマアッシング、熱処理、アニール、熱酸化、化学気相成長、原子層成長、物理気相成長、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）、レーザリフトオフ、電気化学成長、電気メッキ、または化学機械研磨などの技法を使用して、本明細書に記載の部分または層を形成する、堆積する、設ける、または除去するために、様々な技法を使用することができる。一部の例では、当業者が理解するように、エッチング技術を用いて、層のすべてではなく一部を除去する。
【0085】
本明細書に記載される方法の個々の処理段階の順序は限定ではなく、さらなる方法は、記載されるものとは異なる順序で行われる処理を伴う、当業者の理解できる範囲で想定されることにも留意されたい。
【0086】
上記の例は、例示的な例と理解されるべきである。前述したような偏光変換器のようなさらなる例が想定され、第２の導波路部の第１の厚さは、第２の導波路部の第２の厚さと異なる。したがって、第２の導波路部の第１の厚さは、第２の導波路部の第２の厚さよりも厚い。第２の導波路部の第１の厚さ、及び第２の導波路部の第２の厚さは、互いに平行であり、第２の表面に対して垂直であり、ＬＰＡに対して垂直である。そのような厚さはそれぞれ、高さと考えることができる。先に第１の導波路部について説明したのと同様に、第２の導波路部は、異なる厚さを有するテーパ状であると考えることができる。テーパの結果として、導波路のさらなる表面は、例えば、導波路Ｓ１０４の第２の表面に対して得られた（導波路に対して）内角β（図示せず）だけ傾くまたは傾斜すると考えることができる。したがって、さらなる表面がこのように角度を付けられると、第２の表面とは異なり、さらなる表面は、例えば、第１及び第２の表面に対して平行ではない。さらなる表面がこのように角度を付けられる場合、さらなる表面は、例えば、第１の層の表面及び第２の層の表面と実質的に同一平面にある（例えば、許容可能な公差の同じ平面にある）第２の平面から少なくとも部分的に凹んでいる。第２の平面は、例えば、第２の軸に対して垂直であり、偏光変換器の側面に対応する。導波路のさらなる表面が第２の平面から凹んでいる距離は、厚さに対して垂直であり、例えば、いわゆるアンダーエッチングプロセスによる導波路材の除去の持続時間次第であり得る。第１の層と第２の層との間に存在しない導波路材料の２つの領域を有するそのような偏光変換器は、さらなる設計の自由度を与え、偏光変換の効率を潜在的に増加させることができる。実際に、角度α及びβは、互いに同じであっても異なっていてもよい（例えば、異なる結晶面に対応する）。
【0087】
さらに、図１１は、本明細書に記載の例による光偏光変換器１１００を含むＰＩＣ１１５０の平面図を概略的に示す。ＰＩＣ用の市販の材料プラットフォームは、インジウムリン化物（ＩｎＰ）であり、これは、同じチップに光学的に活性な機能と受動的な機能とを統合することを可能にするが、シリコン（Ｓｉ）、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、またはニオブ酸リチウム（ＬｉＮＢＯ３）などの他の材料プラットフォームを、ＰＩＣ用のプラットフォームとして利用することができる。ＰＩＣは、単一のチップに集積された数百の構成要素を含み得る。
【0088】
本明細書で言及される層は、例えば、同じ均質な材料の単一層であるが、他の例では、層は、代わりに、各々が互いに独立して堆積または形成される（例えば、共に層であると考えることができる副層のスタックを形成するための製造プロセス中に次々に）１つ以上の副層または部分を含むことが想定されることに留意されたい。層は、例えば、製造のために、異なる材料の副次的部分を有し得る。層の副次的部分は、異なるドーパント濃度を有し得る。第１の層、導波路または第２の層、またはそれらの副層のうちの少なくとも１つは、各々ＩｎＰを含む。いくつかのそのような例では、第１の層及び第２の層はそれぞれＩｎＰを含み、導波路はＩｎＧａＡｓＰを含む。他の例では、本明細書に記載の層または導波路の少なくとも１つは、インジウムリン化物（ＩｎＰ）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、アンチモン化ガリウム（ＧａＳｂ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、ヒ化インジウムガリウム（ＩｎＧａＡｓ）、ヒ化インジウムアルミニウム（ＩｎＡｌＡｓ）、ヒ化インジウムアルミニウムガリウム（ＩｎＡｌＧａＡｓ）、インジウムガリウムヒ素リン化物（ＩｎＧａＡｓＰ）、シリコン（Ｓｉ）、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、またはニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）のうちの少なくとも１つを含むが、他の半導体及び／またはフォトニック材料が、さらなる例で想定される。
【0089】
任意の１つの例に関連して説明された任意の特徴は、単独でまたは説明した他の特徴と組み合わせて使用し得、また、他の任意の例の１つ以上の特徴、または任意の他の例の任意の組み合わせと組み合わせて使用し得ることを理解されたい。さらに、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく、上述されていない均等物及び修正がまた採用されてもよい。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【図8C】
【図8D】
【図8E】
【図8F】
【図8G】
【図8H】
【図8I】
【図8J】
【図9A】
【図9B】
【図9C】
【図10A】
【図10B】
【図10C】
【図10D】
【図10E】
【図10F】
【図11】
【国際調査報告】