特表 2024-535094 スポットサイズ変換構造体およびフォトニックデバイス

(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】2024-09-26

(54)【発明の名称】スポットサイズ変換構造体およびフォトニックデバイス

(51)【国際特許分類】

   G02B 6/122 20060101AFI20240918BHJP

   G02B 6/26 20060101ALI20240918BHJP

【ＦＩ】

G02B6/122 311

G02B6/26

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024518736

(86)(22)【出願日】2022-07-07

(85)【翻訳文提出日】2024-03-25

(86)【国際出願番号】 CN2022104331

(87)【国際公開番号】W WO2023050965

(87)【国際公開日】2023-04-06

(31)【優先権主張番号】202111158077.8

(32)【優先日】2021-09-28

(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】523470821

【氏名又は名称】スーチョウ、リコア、テクノロジーズ、カンパニー、リミテッド

【氏名又は名称原語表記】ＳＵＺＨＯＵ ＬＹＣＯＲＥ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ ＣＯ．， 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】100217940

【弁理士】

【氏名又は名称】三並 大悟

(74)【代理人】

【識別番号】100220630

【弁理士】

【氏名又は名称】河崎 亮

(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）】

2H137AB15

2H137AB16

2H137AC01

2H137BA35

2H147AB24

2H147BA14

2H147BA17

2H147BB02

2H147BG06

2H147GA19

(57)【要約】

スポットサイズ変換構造体（１００）およびフォトニックデバイス（１）。スポットサイズ変換構造体（１００）は、順に配列された基板（１０１）と、絶縁層（１０２）と、導波路層（１０３）とを備える。導波路層（１０３）は、基板（１０１）から離れる方向に沿って順に配列されたＮ個のサブ導波路層（１０３０）を含み、サブ導波路層の各々は、突出形状であり、Ｎは、自然数であり、Ｎ≧３である。スポットサイズ変換構造体（１００）は、集積型光導波路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）の反対側であり光ファイバに結合されるように構成された第２の端面（１００ｂ）とを有する。基板（１０１）から離れる方向において、基板（１０１）上の（ｎ＋１）番目のサブ導波路層（１０３０）の直交突出部は、基板（１０１）上のｎ番目のサブ導波路層（１０３０）の直交突出部の範囲内にあり、ｎは、自然数であり、１≦ｎ≦Ｎ－１である。第１の端面（１００ａ）から離れる方向において、基板（１０１）上の各サブ導波路層（１０３０）の直交突出部の幅は、徐々に狭くなっている。各サブ導波路層（１０３０）の幅広の端部は、第１の端面（１００ａ）まで延び、第１のサブ導波路層（１０３０）の狭い端部は、第２の端面（１００ｂ）まで延びる、または第２の端面（１００ｂ）から一定の距離のところにあり、（ｎ＋１）番目のサブ導波路層（１０３０）の狭い端部は、ｎ番目のサブ導波路層（１０３０）の狭い端部から一定の距離のところにある。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

順に配列された基板と、絶縁層と、導波路層とを備えるスポットサイズ変換構造体であって、前記導波路層は、前記基板から離れる方向に沿って順に配列されたＮ個のサブ導波路層を含み、前記サブ導波路層の各々は、突出形状であり、Ｎは、自然数であり、Ｎ≧３であり、
前記スポットサイズ変換構造体は、集積型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の端面の反対側であり光ファイバに結合されるように構成された第２の端面とを有し、
前記基板から離れる方向において、前記基板上の（ｎ＋１）番目のサブ導波路層の直交突出部は、前記基板上のｎ番目のサブ導波路層の直交突出部の範囲内にあり、ｎは、自然数であり、１≦ｎ≦Ｎ－１であり、
前記基板上の前記サブ導波路層の各々の直交突出部の幅は、前記第１の端面から離れる方向に徐々に狭くなっており、
前記サブ導波路層の各々の幅広の端部は、前記第１の端面まで延び、第１のサブ導波路層の狭い端部は、前記第２の端面まで延びる、または前記第２の端面から一定の距離のところにあり、前記（ｎ＋１）番目のサブ導波路層の狭い端部は、前記ｎ番目のサブ導波路層の狭い端部から一定の距離のところにある、スポットサイズ変換構造体。

【請求項2】

Ｎ番目のサブ導波路層および（Ｎ－１）番目のサブ導波路層以外の少なくとも１つのサブ導波路層の厚さｃは、ｃ≦２００ｎｍを満たす、請求項１に記載のスポットサイズ変換構造体。

【請求項3】

前記サブ導波路層の各々は、複数の導波路部分を備え、前記複数の導波路部分は、縮小された幅の導波路部分を備え、前記基板上の前記縮小された幅の導波路部分の直交突出部の幅は、前記第１の端面から離れる方向に徐々に縮小され、
Ｎ番目のサブ導波路層の複数の導波路部分は、前記第１の端面まで延びる等しい幅の導波路部分をさらに備え、前記基板上の前記等しい幅の導波路部分の直交突出部の幅は、全ての位置において等しい、請求項１に記載のスポットサイズ変換構造体。

【請求項4】

前記サブ導波路層の各々は、複数の導波路部分を備え、前記複数の導波路部分は、縮小された幅の導波路部分と、等しい幅の導波路部分とを備え、前記基板上の前記縮小された幅の導波路部分の直交突出部の幅は、前記第１の端面から離れる方向に徐々に縮小され、前記基板上の前記等しい幅の導波路部分の直交突出部の幅は、全ての位置において等しく、
前記第１の端面まで延びるＮ番目のサブ導波路層の導波路部分は、等しい幅の導波路部分であり、
前記第２の端面に最も近い前記サブ導波路層の各々の導波路部分は、等しい幅の導波路部分である、請求項１に記載のスポットサイズ変換構造体。

【請求項5】

前記第２の端面に最も近い前記サブ導波路層の各々の前記導波路部分は、三角形断面または台形断面を有する等しい幅の導波路部分である、請求項４に記載のスポットサイズ変換構造体。

【請求項6】

前記スポットサイズ変換構造体は、前記第１の端面および前記第２の端面と交差する第１の側面と、第２の側面とをさらに備え、
前記第１の端面まで延びる前記Ｎ番目のサブ導波路層以外の少なくとも１つのサブ導波路層の導波路部分は、前記第１の側面および／または前記第２の側面までさらに延びている、請求項４に記載のスポットサイズ変換構造体。

【請求項7】

前記基板上の前記Ｎ個のサブ導波路層の直交突出部の各々は、同じ軸に対して軸対称構造を有する、請求項１に記載のスポットサイズ変換構造体。

【請求項8】

前記スポットサイズ変換構造体は、前記基板に向かって延び前記基板を露出する複数のスロットと、前記基板内に設けられ前記複数のスロットと連通する連通構造とを有し、前記基板上の前記複数のスロットの直交突出部は、前記基板上の前記導波路層の直交突出部の両側に分散される、請求項１から７のいずれか一項に記載のスポットサイズ変換構造体。

【請求項9】

少なくとも１つのスロットが前記第２の端面に対して露出される、請求項８に記載のスポットサイズ変換構造体。

【請求項10】

請求項１から９のいずれか一項に記載のスポットサイズ変換構造体を備えるフォトニックデバイス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
本出願は、「ＳＰＯＴ－ＳＩＺＥ ＣＯＮＶＥＲＳＩＯＮ ＳＴＲＵＣＴＵＲＥ ＡＮＤ ＰＨＯＴＯＮＩＣ ＤＥＶＩＣＥ」という標題で２０２１年９月２８日に提出された特許出願第２０２１１１１５８０７７．８号の優先権を主張し、本出願によって主張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る。

【0002】

本開示は、光子の技術分野に関し、詳細にはスポットサイズ変換構造体およびフォトニックデバイスに関する。

【背景技術】

【0003】

光導波路は、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。主に２種類の光導波路があり、１つの種類は、集積型光導波路であり、平面型誘電体光導波路と、スラブ型誘電体光導波路とを備え、これらは一般に、光電子集積デバイスの一部として機能し、そのため、それらは集積型光導波路と呼ばれており、もう１つの種類は、円筒形光導波路であり、これは通常、光ファイバと呼ばれる。

【0004】

集積型光導波路を光ファイバに結合する技法は、光通信、マイクロ波フォトニクス、レーザビーム偏向、波面調整などの分野において極めた広範かつ重要な用途を有する。エッジ結合は、集積型光導波路を光ファイバに結合するのに使用される一般的な方法である。

【0005】

しかしながら、集積型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が理由で、集積型光導波路と光ファイバとの間の結合効率を改善する方法は常に、当業者にとって研究下にある重要な主題である。

【発明の概要】

【0006】

本開示の一態様によると、順に配列された基板と、絶縁層と、導波路層とを含むスポットサイズ変換構造体が提供され、導波路層は、基板から離れる方向に沿って順に配列されたＮ個のサブ導波路層を含み、サブ導波路層の各々は、突出形状であり、Ｎは、自然数であり、Ｎ≧３であり、スポットサイズ変換構造体は、集積型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の端面の反対側であり光ファイバに結合されるように構成された第２の端面とを有し、基板から離れる方向において、基板上の（ｎ＋１）番目のサブ導波路層の直交突出部は、基板上のｎ番目のサブ導波路層の直交突出部の範囲内にあり、ｎは、自然数であり、１≦ｎ≦Ｎ－１であり、基板上のサブ導波路層の各々の直交突出部の幅は、第１の端面から離れる方向に徐々に狭くなっており、サブ導波路層の各々の幅広の端部は、第１の端面まで延び、第１のサブ導波路層の狭い端部は、第２の端面まで延びる、または第２の端面から一定の距離のところにあり、（ｎ＋１）番目のサブ導波路層の狭い端部は、ｎ番目のサブ導波路層の狭い端部から一定の距離のところにある。

【0007】

いくつかの実施形態において、Ｎ番目のサブ導波路層および（Ｎ－１）番目のサブ導波路層以外の少なくとも１つのサブ導波路層の厚さｃは、ｃ≦２００ｎｍを満たす。

【0008】

いくつかの実施形態において、サブ導波路層の各々は、複数の導波路部分を含み、複数の導波路部分は、縮小された幅の導波路部分を含み、基板上の縮小された幅の導波路部分の直交突出部の幅は、第１の端面から離れる方向に徐々に縮小され、Ｎ番目のサブ導波路層の複数の導波路部分は、第１の端面まで延びる等しい幅の導波路部分をさらに含み、基板上の等しい幅の導波路部分の直交突出部の幅は、全ての位置において等しい。

【0009】

いくつかの実施形態において、サブ導波路層の各々は、複数の導波路部分を含み、複数の導波路部分は、縮小された幅の導波路部分と、等しい幅の導波路部分とを含み、基板上の縮小された幅の導波路部分の直交突出部の幅は、第１の端面から離れる方向に徐々に縮小され、基板上の等しい幅の導波路部分の直交突出部の幅は、全ての位置において等しく、第１の端面まで延びるＮ番目のサブ導波路層の導波路部分は、等しい幅の導波路部分であり、第２の端面に最も近いサブ導波路層の各々の導波路部分は、等しい幅の導波路部分である。

【0010】

いくつかの実施形態において、第２の端面に最も近いサブ導波路層の各々の導波路部分は、三角形断面または台形断面を有する等しい幅の導波路部分である。

【0011】

いくつかの実施形態において、スポットサイズ変換構造体は、第１の端面および第２の端面と交差する第１の側面と、第２の側面とをさらに含み、第１の端面まで延びるＮ番目のサブ導波路層以外の少なくとも１つのサブ導波路層の導波路部分は、第１の側面および／または第２の側面までさらに延びている。

【0012】

いくつかの実施形態において、基板上のＮ個のサブ導波路層の直交突出部の各々は、同じ軸に対して軸対称構造を有する。

【0013】

いくつかの実施形態において、スポットサイズ変換構造体は、基板に向かって延び基板を露出する複数のスロットと、基板内に設けられ複数のスロットと連通する連通構造とを有し、基板上の複数のスロットの直交突出部は、基板上の導波路層の直交突出部の両側に分散される。いくつかの実施形態において、少なくとも１つのスロットは、第２の端面に対して露出される。

【0014】

本開示の一態様によると、上述の実施形態のいずれか１つによるスポットサイズ変換構造体を含むフォトニックデバイスが提供される。

【0015】

この項に記載される内容は、本開示の実施形態の決定的または重要な特徴を特定することは意図されておらず、本開示の範囲を限定するために使用されていないことを理解されたい。本開示の他の特徴は、以下の説明を通して容易に理解されるであろう。

【0016】

本開示のより多くの詳細、特徴および利点は、添付の図面を参照して例示の実施形態の以下の説明において開示される。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】図１は、本開示のいくつかの例示の実施形態によるスポットサイズ変換構造体の上面図である。

【図2A】図２Ａは、図１のＡ－Ａにおける、本開示のいくつかの例示の実施形態による概略断面図である。

【図2B】図２Ｂは、図１のＢ－Ｂにおける、本開示のいくつかの例示の実施形態による概略断面図である。

【図2C】図２Ｃは、図１のＣ－Ｃにおける、本開示のいくつかの例示の実施形態による概略断面図である。

【図2D】図２Ｄは、図１のＤ－Ｄにおける、本開示のいくつかの例示の実施形態による概略断面図である。

【図2E】図２Ｅは、図１のＥ－Ｅにおける、本開示のいくつかの例示の実施形態による概略断面図である。

【図3】図３は、本開示のいくつかの他の例示の実施形態によるスポットサイズ変換構造体の上面図である。

【図4】図４は、本開示のいくつかの例示の実施形態によるフォトニックデバイスの構造的ブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

一部の例示の実施形態のみが以下で簡単に記載される。当業者によって理解され得るように、記載される実施形態は、本開示の精神および範囲から逸脱することなく種々の方法で修正され得る。したがって、添付の図面および説明は、限定ではなく、本質的に例示とみなされる。

【0019】

既存のスポットサイズ変換器は、集積型光導波路と光ファイバとの間の結合を機能的に実現することができるが、集積型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、大きくなく、結果として、光エネルギーの大きな損失につながる。例えば、集積型光導波路のスポットサイズは、一般に数百ナノメータ程であり、その一方で端部が平坦な光ファイバなどの光ファイバのスポットサイズは、数十ミクロンほどである。失われた光エネルギーは、結合する端面の激しい加熱につながる可能性があり、これによりデバイスの信頼性および耐用寿命に影響を与える可能性がある。結合効率は、集積型光導波路によって放出される光パワーと光ファイバによって受け取られる光パワーの割合である、または光ファイバによって放出される光パワーと集積型光導波路によって受け取られる光パワーの割合であることが理解され得る。

【0020】

本開示の実施形態は、集積型光導波路と光ファイバとの間の結合効率を改善し、スポットサイズ変換中の光損失を低減するスポットサイズ変換構造体およびフォトニックデバイスを提供する。

【0021】

図１、図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃ、図２Ｄおよび図２Ｅに示されるように、本開示のいくつかの実施形態に提供されるスポットサイズ変換構造体１００は、順に配列された基板１０１と、絶縁層１０２と、導波路層１０３とを含む。導波路層１０３は、基板１０１から離れる方向に沿って順に配列されたＮ個（例えば、図面に示されるように４つ）のサブ導波路層１０３０を含み、サブ導波路層の各々は、突出形状であり、Ｎは、自然数であり、Ｎ≧３である。スポットサイズ変換構造体１００は、集積型光導波路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の反対側であり光ファイバに結合されるように構成された第２の端面１００ｂとを有する。基板１０１から離れる方向において、基板１０１上の（ｎ＋１）番目のサブ導波路層１０３０の直交突出部は、基板１０１上のｎ番目のサブ導波路層１０３０の直交突出部の範囲内にあり、ｎは、自然数であり、１≦ｎ≦Ｎ－１である。基板１０１上の各サブ導波路層１０３０の直交突出部の幅は、第１の端面１００ａから離れる方向に徐々に狭くなっている。各サブ導波路層１０３０の幅広の端部は、第１の端面１００ａまで延び、第１のサブ導波路層１０３０の狭い端部は、第２の端面１００ｂまで延びる、または第２の端面１００ｂから一定の距離のところにあり、（ｎ＋１）番目のサブ導波路層１０３０の狭い端部は、ｎ番目のサブ導波路層１０３０の狭い端部から一定の距離のところにある。

【0022】

基板１０１から離れる方向において、Ｎ個のサブ導波路層１０３０はそれぞれ、第１のサブ導波路層、第２のサブ導波路層、第３のサブ導波路層．．．、（Ｎ－１）番目のサブ導波路層、およびＮ番目のサブ導波路層である。図１に示される一実施形態では、Ｎ＝４であり、図３に示される一実施形態では、Ｎ＝３である。加えて、Ｎは、Ｎ＝５またはＮ＝６など他の数であってもよい。

【0023】

本開示の実施形態では、長さ方向は、光が導波路層１０３内で伝達される方向として定義され、幅方向は、基板１０１に平行であり、光が導波路層１０３内で伝達される方向に直交するように定義される。第１の端面１００ａおよび第２の端面１００ｂは、光が導波路層１０３内で伝達される方向に実質的に沿って配列される。第１の端面１００ａおよび第２の端面１００ｂに加えて、スポットサイズ変換構造体１００は、第１の端面１００ａおよび第２の端面１００ｂと交差する第１の側面１００ｃと、第２の側面１００ｄとをさらに含む。一実施形態において、第１の端面１００ａは、第２の端面１００ｂに平行であり、第１の側面１００ｃは、第２の側面１００ｄに平行である。

【0024】

図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃ、図２Ｄおよび図２Ｅに示されるように、本開示のいくつかの実施形態においてスポットサイズ変換構造体１００は、基板１０１から離れて導波路層１０３の片側にカバー層１０４をさらに含む。導波路層１０３の屈折率ｎ１、カバー層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およびｎ１＞ｎ３を満たす。絶縁層１０２の屈折率およびカバー層１０４の屈折率は、導波路層１０３のものより小さく、その結果、光は主に、導波路層１０３内に伝わるように限定されてよい。導波路層１０３が狭くなり完全に見えなくなった後、第２の端面１００ｂに近い絶縁層１０２およびカバー層１０４の一部が、光伝達に使用される導波路構造を形成する。本開示のいくつかの他の実施形態では、スポットサイズ変換構造体１００はまた、カバー層１０４を含まない場合もある。

【0025】

スポットサイズ変換構造体１００の第１の端面１００ａは、スポットサイズ変換構造体１００の光入力側端面として機能し、第２の端面１００ｂは、スポットサイズ変換構造体１００の光出力側端面として機能することが可能である。具体的には、光は、Ｎ個のサブ導波路層１０３０の幅広の端部からスポットサイズ変換構造体１００に進入し、スポットサイズ変換構造体１００の第２の端面１００ｂから出力される。スポットサイズ変換構造体１００の第１の端面１００ａが、スポットサイズ変換構造体１００の光出力側端面として機能し、第２の端面１００ｂが、スポットサイズ変換構造体１００の光入力側端面として機能することも可能である。具体的には、光は、スポットサイズ変換構造体１００の第２の端面１００ｂからスポットサイズ変換構造体１００に進入し、Ｎ個のサブ導波路層１０３０の幅広の端部から出力される。第２の端面１００ｂに近い絶縁層１０２およびカバー層１０４の一部によって形成された導波路構造のスポットサイズは、光ファイバのスポットサイズに実質的に一致するため、スポットサイズ変換構造体１００は、第２の端面１００ｂにおいて光ファイバとより最適に結合してよい。

【0026】

関連分野における一部のスポットサイズ変換構造体は、２つのサブ導波路層を含む導波路層を有し、これらは、プレート様形状のプレート層と、プレート層から突出するリッジ層である。基板上の２つのサブ導波路層の直交突出部の幅はまた、集積型光導波路に結合される必要がある一方の側での端面のサイズの制限のために、第１の端面から離れる方向に徐々に狭くなり得るが、２つのサブ導波路層の厚さ、とりわけプレート層の厚さは、これより小さくなるように設計することはできない。例えば、プレート層の厚さは通常約３００ナノメータの範囲内である。プレート層の厚さが大きいとき、製造過程の制限のために、プレート層の狭い端部の幅をさらに狭くすることは困難である。

【0027】

本開示の実施形態では、導波路層１０３は、形状設計においてより大きな自由度を有し、より滑らかになるように設計されてもよく（例えば、図面の第１のサブ導波路層は、より多くの導波路部分を設けることによって、より緩やかな幅の狭まりを提示してもよい）、その結果、第１の端面から第２の端面へのスポット移動、または第２の端面から第１の端面へのスポット移動がより滑らかになり得る。一方、第１の端面１００ａの結合サイズに関する設計要件を満たすことを前提として（すなわち、Ｎ番目および（Ｎ－１）番目のサブ導波路層の厚さは、第１の端面１００ａの結合サイズに関する設計要件を満たすことが可能である）、第１のサブ導波路層の厚さから（Ｎ－２）番目のサブ導波路層の厚さは、この要件に従って可能な限り小さくなるように設計されてよく、第１のサブ導波路層の狭い端部の幅から（Ｎ－２）番目のサブ導波路層の狭い端部の幅は、製造過程の制限から自由であってよい。厚さは、この要件に従って可能な限り小さく設計されてよく、その結果、より多くの光が強制的に導波路層１０３からあふれ出すようにされ、その後、第２の端面１００ｂから出力される（この場合、第１の端面１００ａは、光入力側端面であり、第２の端面１００ｂは、光出力側端面である）、あるいは、より多くの光が強制的に導波路層１０３に進入するようにされる（この場合、第２の端面１００ｂは、光入力側端面であり、第１の端面１００ａは、光出力側端面である）。

【0028】

したがって、本開示の実施形態における解決策は、一部のサブ導波路層の厚さおよび狭い端部サイズの設計における自由度を改善することで、導波路層の厚さおよび狭い端部サイズの設計における自由度を改善し、これにより、光伝達の損失を最小限にし、スポットサイズ変換構造体の結合効率を改善してよい。

【0029】

本開示のいくつかの実施形態において、上記に記載した改善に基づいて、Ｎ番目および（Ｎ－１）番目のサブ導波路層以外のサブ導波路層のうちの少なくとも１つの厚さｃは、ｃ≦２００ｎｍを満たす。４つのサブ導波路層を含む導波路層の一例では、第１のサブ導波路層および第２のサブ導波路層のうちの少なくとも１つの厚さは、２００ｎｍ以下になるように設計されてよい。３つのサブ導波路層を含む導波路層の一例では、第１のサブ導波路層の厚さは、２００ｎｍ以下になるように設計されてよい。

【0030】

本開示の実施形態では、各サブ導波路層は、１つまたは複数の導波路部分を含んでよく、これらは、少なくとも縮小された幅の導波路部分を含むべきである。縮小された幅の導波路部分は、基板上の直交突出部の幅が、第１の端面から離れる方向に徐々に縮小される、導波路部分を指す。本開示は、各サブ導波路層内の導波路部分の数および構造上の形状を具体的に限定しない。例えば、サブ導波路層が複数の導波路部分を含む場合、第２の端面に最も近いサブ導波路層の導波路部分は、等しい幅の導波路部分または縮小された幅の導波路部分のいずれであってもよい。等しい幅の導波路部分は、基板上の直交突出部の幅が全ての位置において等しい導波路部分である。以下は、単なる一部の例示の実施形態である。

【0031】

本開示のいくつかの実施形態において、各サブ導波路層は、複数の導波路部分を含み、複数の導波路部分は、縮小された幅の導波路部分と、等しい幅の導波路部分とを含む。基板１０１上の縮小された幅の導波路部分の直交突出部の幅は、第１の端面１００ａから離れる方向に徐々に縮小される、例えば、徐々に線形にまたは非線形に縮小され、基板１０１上の等しい幅の導波路部分の直交突出部の幅は、全ての位置において等しい。第１の端面１００ａまで延びるＮ番目のサブ導波路層の導波路部分は、等しい幅の導波路部分であり、第２の端面１００ｂに最も近い各サブ導波路層の導波路部分は、等しい幅の導波路部分である。図１に示される実施形態では、第３のサブ導波路層は、第１の端面１００ａから離れる方向に順に配列された第１の等しい幅の導波路部分３０１と、第１の縮小された幅の導波路部分３０２と、第２の等しい幅の導波路部分３０３とを含む。第１のサブ導波路層および第２のサブ導波路層の各々は、第１の端面１００ａから離れる方向に順に配列された第３の等しい幅の導波路部分３０４と、第２の縮小された幅の導波路部分３０５と、第４の等しい幅の導波路部分３０６と、第３の縮小された幅の導波路部分３０７と、第５の等しい幅の導波路部分３０８とを含む。当然のことながら、各サブ導波路層内の導波路部分の数は、同じであっても、異なっていてもよい。

【0032】

本開示のいくつかの他の実施形態では、各サブ導波路層は、複数の導波路部分を含み、複数の導波路部分は、縮小された幅の導波路部分を含む。基板上の縮小された幅の導波路部分の直交突出部の幅は、第１の端面から離れる方向に徐々に線形にまたは非線形に縮小される。Ｎ番目のサブ導波路層の複数の導波路部分は、第１の端面まで延びる等しい幅の導波路部分をさらに含み、基板上の等しい幅の導波路部分の直交突出部の幅は、全ての位置において等しい。これらの実施形態では、Ｎ番目のサブ導波路層以外のサブ導波路層は、縮小された幅の導波路部分のみを含んでよい、または縮小された幅の導波路部分と、等しい幅の導波路部分の両方を含んでもよい。

【0033】

本開示の実施形態における各サブ導波路層は、サブ導波路層の幅を狭めることを達成するために、少なくとも１つの縮小された幅の導波路部分を含む。さらに、第１の端面まで延びるＮ番目のサブ導波路層の導波路部分は、等しい幅の導波路部分であることが必要である。設計要件に従って、第２の端面１００ｂに最も近い少なくとも１つのサブ導波路層の導波路部分はまた、等しい幅の導波路部分または縮小された幅の導波路部分であってもよい。

【0034】

第２の端面１００ｂに最も近い各サブ導波路層の導波路部分は、例えば、二等辺三角形または等脚台形などの三角形断面または台形断面を備えた等しい幅の導波路部分である。設計は、第２の端面１００ｂに近い上方サブ導波路層の等しい幅の導波路部分を通過し、下方サブ導波路層に進入する、または第２の端面１００ｂに近い第１のサブ導波路層の等しい幅の導波路部分を通過し、絶縁層１０２に進入し、これにより、光伝達の効率を高め、集積型光導波路と光ファイバとの間の結合効率をさらに高めるなど、サブ導波路層間の光伝達に貢献してよい。

【0035】

図１または図３に示されるように、Ｎ番目のサブ導波路層以外の、第１の端面１００ａまで延びる各サブ導波路層（これは、基板により近い１つまたはいくつかのサブ導波路層であってもよい）の導波路部分は、同時に第１の端面１００ａ、第１の側面１００ｃおよび第２の側面１００ｄまで延びる等しい幅の導波路部分である。この方法において、スポットサイズ変換構造体１００は、より大きなスポットサイズを有する集積型光導波路に適合されてよく、これにより、スポットサイズ変換構造体１００の適用可能性を改善してよい。

【0036】

図１または図３に示されるように、基板１０１上のＮ個のサブ導波路層１０３０の直交突出部の各々は、同じ軸（図面には示されない）に対して軸対称構造を有する。本開示の実施形態は、Ｎ個のサブ導波路層を軸対称構造に設計することに限定されず、Ｎ個のサブ導波路層はまた、非対称の構造であってもよい。例えば、サブ導波路層は、単一の側のみで徐々に狭くなってもよい。

【0037】

いくつかの実施形態において、図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃ、図２Ｄおよび図２Ｅに示されるように、スポットサイズ変換構造体１００は、基板１０１から離れて導波路層１０３の片側にカバー層１０４をさらに含み、スポットサイズ変換構造体１００は、基板１０１に向かってカバー層１０４の表面から延び、基板１０１を露出する複数のスロット１０５と、基板１０１内に設けられ複数のスロット１０５と連通する連通構造１０６とを有する。基板１０１上の複数のスロット１０５の直交突出部は、基板１０１上の導波路層１０３の直交突出部の両側に分散される。加えて、少なくとも１つのスロット１０５は、第２の端面１００ｂに対して露出される。いくつかの実施形態において、スポットサイズ変換構造体はまた、カバー層を含まない場合もあり、複数のスロットは、絶縁層の表面から基板に向かって延び、基板を露出する。光は媒体内で主に伝達されるため、そのような設計は、第２の端面１００ｂからの光入力または光出力に対する制限作用を有し、その結果、基板１０１に入る光の拡散が阻止されてよく、これにより光伝達の損失を削減し、光ファイバへのより最適な結合を達成し、集積型光導波路と光ファイバとの間の結合効率をさらに高めることができる。

【0038】

図４に示されるように、本開示の一実施形態は、上述の実施形態のうちのいずれか１つによるスポットサイズ変換構造体１００を含むフォトニックデバイス１をさらに提供する。フォトニックデバイス１の特有の製品タイプは限定されておらず、例えば、それは、電気光変調器、スプリッタ、スターカプラ、可変光減衰器（ＶＯＡ）、光スイッチ、周波数コム、アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）などであってよい。

【0039】

スポットサイズ変換構造体１００は、フォトニックデバイス１に統合されてよい。スポットサイズ変換構造体１００は、より高い結合効率を有するため、フォトニックデバイス１の光の損失はより小さく、その性能は改善される。

【0040】

本説明において、「中心」、「長手方向」、「横方向」、「長さ」、「幅」、「厚さ」、「上方」、「下方」、「前方」、「後方」、「左」、「右」、「垂直」、「水平」、「頂部」、「底部」、「内側」、「外側」、「時計回り」、「反時計回り」、「軸方向」、「半径方向」および「円周方向」などの用語によって示される向きまたは位置関係または寸法は、添付の図面に基づいて示される向きまたは位置関係または寸法であり、これらの用語は、説明を容易にするために使用されているにすぎず、言及されるデバイスまたは要素が特定の向きを有する必要があり、特定の向きで構築され作動される必要があることを示すまたは暗示するものではなく、故に、本開示の保護の範囲を限定するように解釈されるべきではないことを理解されたい。

【0041】

加えて、「第１の」、「第２の」および「第３の」などの用語は、説明のためのものにすぎず、示される技術的特徴の相対的重要度を示すまたは暗示する、あるいは示される技術的特徴の数を暗に示すと解釈されるべきではない。よって、「第１の」、「第２の」および「第３の」を用いて規定される特徴は、明示的に、または暗示的に、１つまたは複数の特徴を含む場合がある。本開示の説明において、用語「複数の」は、別段明示的にも具体的にも規定されていない限り、２つ以上を意味する。

【0042】

本開示において、別段明らかに述べられても規定されてもいない限り、「取り付ける」、「接続」、「接続された」および「固定する」などの用語は、広範に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、または一体化接続であってよい、機械的接続、または電気的接続、または通信であってよい、および直接の接続、または中間媒体を利用する間接的な接続であってもよい、あるいは、２つの要素間の内部通信、または２つの要素間の相互作用であってもよい。当業者にとって、本開示における上記の用語の特有の意味は、特有の状況に従って理解され得る。

【0043】

本開示において、別段明らかに述べられても規定されてもいない限り、第１の特徴が第２の特徴の「より上」または「より下」であるという表現は、第１の特徴が第２の特徴と直接接触している場合、または第１の特徴と第２の特徴が直接接触しておらず、それらの間に別の特徴を介して接触している場合を含む可能性がある。さらに、第１の特徴が第２の特徴の「上の方」、「上方」または「上」であるということは、第１の特徴が直接または斜めに第２の特徴より上にある場合を含む、または第１の特徴が第２の特徴より高いレベルにあることを示しているにすぎない。第１の特徴が第２の特徴の「下方」、「下」または「下手」であるということは、第１の特徴が直接または斜めに第２の特徴より下にある場合を含む、または第１の特徴が第２の特徴より低いレベルにあることを示しているにすぎない。

【0044】

本説明は、本開示を実施するのに使用され得る多くの異なる実装形態または実施例を提供する。これらの異なる実装形態または実施例は、純粋に例示であり、本開示の保護の範囲をいかなる方法でも制限することは意図されていないことを理解されたい。本開示の説明の開示に基づいて、当業者は、種々の変更形態または代替形態を考え出すことが可能であろう。全てのこれらの変更形態または代替形態は、本開示の保護の範囲内にあるべきである。よって、本開示の保護の範囲は、特許請求の範囲の保護の範囲を前提とするべきである。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図2D】

【図2E】

【図3】

【図4】

【手続補正書】

【提出日】2024-03-25

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

順に配列された基板と、絶縁層と、導波路層とを備えるスポットサイズ変換構造体であって、前記導波路層は、前記基板から離れる方向に沿って順に配列されたＮ個のサブ導波路層を含み、前記サブ導波路層の各々は、突出形状であり、Ｎは、自然数であり、Ｎ≧３であり、
前記スポットサイズ変換構造体は、集積型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の端面の反対側であり光ファイバに結合されるように構成された第２の端面とを有し、
前記基板から離れる方向において、前記基板上の前記Ｎ個のサブ導波路層のうちの（ｎ＋１）番目のサブ導波路層の直交突出部は、前記基板上の前記Ｎ個のサブ導波路層のうちのｎ番目のサブ導波路層の直交突出部の範囲内にあり、ｎは、自然数であり、１≦ｎ≦Ｎ－１であり、
前記基板上の前記サブ導波路層の各々の直交突出部の幅は、前記第１の端面から離れる方向に徐々に狭くなっており、
前記サブ導波路層の各々の幅広の端部は、前記第１の端面まで延び、第１のサブ導波路層の狭い端部は、前記第２の端面まで延びる、または前記第２の端面から一定の距離のところにあり、前記（ｎ＋１）番目のサブ導波路層の狭い端部は、前記ｎ番目のサブ導波路層の狭い端部から一定の距離のところにある、スポットサイズ変換構造体。

【請求項2】

Ｎ番目のサブ導波路層および（Ｎ－１）番目のサブ導波路層以外の前記Ｎ個のサブ導波路層のうちの少なくとも１つのサブ導波路層の厚さｃは、ｃ≦２００ｎｍを満たす、請求項１に記載のスポットサイズ変換構造体。

【請求項3】

前記サブ導波路層の各々は、複数の導波路部分を備え、前記複数の導波路部分は、縮小された幅の導波路部分を備え、前記基板上の前記縮小された幅の導波路部分の直交突出部の幅は、前記第１の端面から離れる方向に徐々に縮小され、
前記Ｎ個のサブ導波路層のうちのＮ番目のサブ導波路層の複数の導波路部分は、前記第１の端面まで延びる等しい幅の導波路部分をさらに備え、前記基板上の前記等しい幅の導波路部分の直交突出部の幅は、全ての位置において等しい、請求項１に記載のスポットサイズ変換構造体。

【請求項4】

前記サブ導波路層の各々は、複数の導波路部分を備え、前記複数の導波路部分は、縮小された幅の導波路部分と、等しい幅の導波路部分とを備え、前記基板上の前記縮小された幅の導波路部分の直交突出部の幅は、前記第１の端面から離れる方向に徐々に縮小され、前記基板上の前記等しい幅の導波路部分の直交突出部の幅は、全ての位置において等しく、
前記第１の端面まで延びる前記Ｎ個のサブ導波路層のうちのＮ番目のサブ導波路層の導波路部分は、等しい幅の導波路部分であり、
前記第２の端面に最も近い前記サブ導波路層の各々の導波路部分は、等しい幅の導波路部分である、請求項１に記載のスポットサイズ変換構造体。

【請求項5】

前記第２の端面に最も近い前記サブ導波路層の各々の前記導波路部分は、三角形断面または台形断面を有する等しい幅の導波路部分である、請求項４に記載のスポットサイズ変換構造体。

【請求項6】

前記スポットサイズ変換構造体は、前記第１の端面および前記第２の端面と交差する第１の側面と、第２の側面とをさらに備え、
前記第１の端面まで延びる前記Ｎ番目のサブ導波路層以外の前記Ｎ個のサブ導波路層のうちの少なくとも１つのサブ導波路層の導波路部分は、前記第１の側面または前記第２の側面の少なくとも１つまでさらに延びている、請求項４に記載のスポットサイズ変換構造体。

【請求項7】

前記基板上の前記Ｎ個のサブ導波路層の直交突出部の各々は、同じ軸に対して軸対称構造を有する、請求項１に記載のスポットサイズ変換構造体。

【請求項8】

前記スポットサイズ変換構造体は、前記基板に向かって延び前記基板を露出する複数のスロットと、前記基板内に設けられ前記複数のスロットと連通する連通構造とを有し、前記基板上の前記複数のスロットの直交突出部は、前記基板上の前記導波路層の直交突出部の両側に分散される、請求項１に記載のスポットサイズ変換構造体。

【請求項9】

前記複数のスロットのうちの少なくとも１つのスロットが前記第２の端面に対して露出される、請求項８に記載のスポットサイズ変換構造体。

【請求項10】

請求項１に記載のスポットサイズ変換構造体を備えるフォトニックデバイス。

【国際調査報告】