JP2015509614A - 偏光光源用の光導波路型減衰器 - Google Patents

Abstract

光学装置は、導波路基板と、基板上に形成された光クラッディングと、クラッディング内に形成された導波路コアと、クラッディング内に形成された光吸収層と、直線偏光光源を備える。導波路コアは、導波路コアの減衰セグメントを備え、吸収層はコアの減衰セグメントの近くに形成される。コアとクラッディングは、伝播光学モードをサポートする光導波路を形成するように構成される。光学モードの一部と空間的に重なるように、光吸収層はコアの減衰セグメントの近くに配される。当該重なり度合いにより、光信号の偏光状態を実質的に変化させることなく、光学モードの光コアの減衰セグメントに沿った直線偏光光信号の伝播における単位距離あたりの光損失を所望のレベルとする。

Description

本出願は、ロルフ Ａ ウィスおよび曽根原寿明により２０１２年２月１４日になされた米国仮出願番号６１／５９８，４５２が享受している権利を主張する。上記の仮出願は本明細書に参照として全て組み込まれるものとする。

本出願が公開する分野は、光導波路に沿って伝播する光信号を出力する光源を備える光デバイスに関する。特に、ここに記載される装置および方法においては、光源の直線偏光出力を減衰するために、導波路基板上の光導波路の近くに光吸収材を設ける。

光電子デバイス用の一般的な構成としては、１つ以上の光導波路が上に形成された基板、そして、基板上の１つ以上の光導波路に沿って伝播するように光学出力信号を出力するよう配置された（大抵の場合は基板上に配置された）少なくとも１つの光源が具備される。そして、出力された光信号は、対応する導波光学モードにおいて光導波路に沿って伝播し、光学モードは２つの横断寸法内に実質的に閉じ込められている。

多くの場合、標準光源（例えばレーザーダイオード）は光電子デバイス組立体に組み込まれている。標準光源は、光電子デバイスを組み立てた製造業者により製造しても構わないし、異なる製造業者により市販されたものを入手しても構わないし、ＯＥＭにより製造された光源であっても構わない。光電子デバイスにおいて許容されるまたは望まれる最大光信号強度よりも、標準レーザーダイオードの最適動作出力の方が大きい場合がままある。例えば、製品仕様を達成させようとしたとき、または確立している工業標準に一致させようとしたとき、上記の場合が生じる。
レーザーしきい電流を十分には超えていないレベルに駆動電流を低減させることにより低減出力にてレーザーダイオードを動作させると、レーザー出力を変調する際の最大速度または周波数が低減したり、立ち上がり時間の低減もしくは変調波形の先端にタイミングジッタがもたらされ得る。低減電流にて操作すると、スペクトル変化、電力ゆらぎ、または他の不要なゆらぎや不安定性をもたらす可能性があり、また、固定消光比を維持するためにＤＣレーザーバイアス電流や変調電流振幅をより精緻にコントロールすることが必要となり得る。

低出力にて最適に駆動するようにレーザーダイオードを再設計する、または低出力にて動作する別のレーザーダイオードと交換すべく市販のレーザーダイオードを購入するとなると、著しい費用、リスク、または技術的や経済的なペナルティが課せられることになり得る。より率直なアプローチとしては、伝播光信号がレーザーダイオードを離れた後に伝播光信号の出力レベルを低減させるべく、光損失部を光導波路へと意図的に導入することが挙げられる。その場合、標準レーザーダイオードまたは他の光源を最適出力レベルで動作させることが可能となるが、光損失部を越えて伝播する出力は所望の割合のみとなる。

光学装置は以下の構成を有する。
導波路基板、基板上に形成された光クラッディング、クラッディング内に形成された導波路コア、クラッディングに形成された光吸収層、および直線偏光光源。
導波路コアは減衰セグメントを備え、吸収層はコアの減衰セグメントの近くに形成される。コアおよびクラッディングは伝播光学モードをサポートする光導波路を形成するよう構成されている。吸収層は、光学モードの一部と空間的に重なるように、コアにおける減衰セグメントの近くに構成される。光信号の偏光状態を実質的に改変することなく、光学モードにおいて光コアの減衰セグメントに沿った直線偏光信号の伝播の距離あたりの光損失を、重なりの度合いによって所望のレベルとする。

光吸収材を使用した導波路を伝播する直線偏光信号を減衰することに関する課題および利点は、図面に記載または以下の明細書や添付された請求項に開示される模範的実施形態を参照することにより明らかとなるであろう。

本要約は簡素化した形で内容を抜粋したものであり、より詳しくは詳細な説明にて述べる。本要約は請求項の発明特定事項におけるカギとなる特徴や本質的特徴を規定することを意図するものではないし、請求項の発明特定事項の範囲を決定するための一助として使用することを意図するものでもない。

光源、光導波路、および光吸収層を備える光デバイスの概略上面図である。 光源、光導波路、および光吸収層を備える光デバイスの概略上面図である。 光源、光導波路、および光吸収層を備える光デバイスの概略上面図である。 光吸収層を備える模範的な光導波路の横方向の概略断面図である。 光吸収層を備える模範的な光導波路の縦方向の概略断面図である。 導波路コアの近くにある光吸収層を模範的に配置した際の概略上面図である。 導波路コアの近くにある光吸収層を模範的に配置した際の概略上面図である。 導波路コアの近くにある光吸収層を模範的に配置した際の概略上面図である。 導波路コアの近くにある光吸収層を模範的に配置した際の概略上面図である。 導波路コアの近くにある光吸収層を模範的に配置した際の概略上面図である。 波長と間隔距離Ｄ（Ｓｐｃで表記）の組み合わせに対するコア幅の関数として計算された、１０μｍ幅の金属製の減衰層に対するモード損失係数αのプロットである。 波長と間隔距離Ｄ（Ｓｐで表記）の組み合わせに対する金属厚さの変化の関数として計算された、１０μｍ幅の金属製の減衰層に対するモード損失係数αのプロットである。 波長とコア幅の組み合わせに対する間隔距離Ｄの変化の関数として計算された、１０μｍ幅の金属製の減衰層に対するモード損失係数αのプロットである。 図７のように構成された金属製の導波路減衰器に対する、減衰器の入り角φの関数としての、透過率および後方反射のプロットである。 図７のように構成された金属製の導波路減衰器に対する、減衰器の減衰器の長さの関数としての、透過率および後方反射のプロットである。 図８のように構成された金属製の導波路減衰器に対する、減衰器の入り角φの関数としての、透過率および後方反射のプロットである。 図８のように構成された金属製の導波路減衰器に対する、減衰器の減衰器の長さの関数としての、透過率および後方反射のプロットである。 図７および図８のように構成された金属製の導波路減衰器に対する、減衰器の入り角φの関数としての、後方反射のプロットである。 図７および図８のように構成された金属製の導波路減衰器に対する、減衰器の減衰器の長さの関数としての、後方反射のプロットである。

ここで開示する実施の形態は概略的なものにすぎず、詳細な内容をすべてまたは適切な配分によりすべての特徴を記載しているわけではない。ある特徴や構造は、他のものに対して明確とするために誇張されている場合もある。垂直、水平、上、下、横等々のような記載は導波路基板の平面に対して規定される。導波路基板は水平に存在し、コアおよびクラッディングの下に配されているとみなす。図面においては寸法通りに記載しているわけではない。実施の形態においては模範例のみを記載するものであり、明細書または添付された請求項の範囲を制限するべきものではない。

（発明の詳細な説明）
上述の通り、光電子デバイスにおいて望ましいのは、（ｉ）最適出力範囲で動作させる際に光電子デバイス内またはそこからの許容光信号出力や望まれる光信号出力よりも大きな出力をもたらす光源を採用すること、そして（ｉｉ）最適範囲で光源を動作させ続ける際に望まれるまたは許容されるレベルへと光信号出力を低減させるように導波路基板上の光導波路内での損失を意図的にもたらすことである。本明細書において公開される模範的な実施形態においては、光信号を伝達する光導波路の光損失要素は、光導波路に沿って伝播する光信号を減衰させるように配置された光吸収金属膜を備える。

光導波路は適切なコアやクラッディング基材の１以上の層において形成されるのが典型的であり、コアやクラッディング基材は基板上に、成長、積層、別の言い方をすると形成される。それらの層は、集合的に光導波路層として言及され得る。導波路基板は光導波路層を構造的に支持するものとして作用する。厳密にいうと、光導波路層内に導波路が形成されるが、それらは（いくばくかは厳密さには欠けるが、同等に）導波路基板上に形成されたものとしてここでは言及され得る。基板に対して直接的に、あるいは１以上の光導波路層上に光源を載置することが可能であり、光導波路層に形成された導波路の一つへと光出力信号の少なくとも一部を送信するよう任意の適切な方法にて光源を構成、配置することが可能である。それ以外には、光源を他の場所（すなわち基板上には載置されない）に配したり、光源導波路４０に沿って伝播させるように伝達すべく光出力信号を任意の適切な光学的配置（たとえばレンズを使用すること）により伝播させることが可能である。１以上の光導波路層を（積層、除去、基材の改変により）空間的に選択加工して光導波路を規定する。いくつかの場合だと、これらの加工された層（あるいはこれらの層における加工された領域）は、周囲の層よりも幾ばくか高い屈折率を有する導波路コアとして作用しつつ、周囲の層は導波路クラッディングとして作用する。典型的な導波路基板には、クラッディング層のみを有する領域と、クラッディング層に加えて１以上のコア層を有する他の領域とを備え得る。基板上に形成された導波路のいくつかの例（例えば共有特許6,975,798、7,136,564、7,264,838、7,184,643、7,373,067、7,394,954、7,397,995、7,646,957、または共有の公開番号2010/0092144、各々は本明細書において全て参照される。）では、所定のコア層のセットが存在する領域により導波路を典型的に規定し、異なる数のコアやクラッディング層を別の領域に備えさせることが可能である。

図１から図３は、基板１０２上の光源９９と光導波路を備える光デバイスのいくつかの例を概略的に示すものである。光導波路は、クラッディング１０４内の導波路コアにより規定される。図示される例では、単一クラッディング基材または層１０４内に単一コア１０６が示されるが、この先の段落に記載される参照に開示されるものを含む任意のコアやクラッディングの構成を、本明細書の開示の範囲で採用することが可能である。光吸収導波路減衰器として作用するように光吸収層１１０が導波路コア１０６の一部の近くに配されて示されている。少なくとも光源９９（例えば任意の適切なタイプのレーザーダイオード）からの直線偏光出力の一部は減衰器１１０に向かって導波路１０６に沿って光信号１０として伝播する。減衰された光信号２０は、光信号１０と同方向かつ実質的に同じ直線偏光状態にて減衰器１１０を越えて導波路１０６に沿って伝播する。図２と図３に示される変形例は、減衰器１１０の手前の光信号１０（図２に示す）、または、減衰器１１０を通過した後の減衰された光信号２０（図３に示す）のいずれかから、導波路に沿って伝播させる光信号３０を分離するように構成されるカプラやスプリッタ４０を備える。光信号３０は任意の適切な目的で使用可能であり、例えば光源９９のフィードバックコントロールのためのモニター信号として使用可能である。光デバイスには、本明細書の開示または追加された請求項の範囲内に収まるように、追加的な導波路、光スプリッタやカプラ等々の他の適切な組み合わせが含まれる。

光導波路と光吸収導波路減衰器の横方向および縦方向の断面を概略的に示すのが図４および図５である。光導波路は、導波路クラッディング１０４内に形成された導波路コア１０６を備えており、これらは全て導波路基板１０２上に配されている。コア１０６は単一基材、単一層、複数基材、または複数層（接触してようとそうでなくとも）を備えうる。同様に、クラッディング１０４は単一基材、単一層、複数基材、または複数層（接触してようとそうでなくとも）を備えうる。

入射光信号１０および出射光信号２０は各々、導波路コア１０６によりサポートされている光学モードにおいて導波路に沿って伝播する。そのようなサポートされた光学モードは導波路コア１０６の横方向寸法を横方向に超えて延在する。光信号１０および２０の一部が基板１０２内またはクラッディング１０４の最表面外へと失われることを実質的に妨げるために、典型的にはコア１０６の上下にあるクラッディング１０４が十分厚くなっている。換言すれば、サポートされた光学モードがクラッディング１０４の下の基板１０２と、あるいはクラッディング１０４の最表面と接する周囲媒質９０と空間的に著しく重なることを実質的に妨げるために、クラッディング１０４は十分厚くなっている。

一つの具体例においては、コア１０６は、シリカやドープシリカクラッディング（ｎ_core＝１．９〜２．１）内に、約２．５μｍの幅で約８５ｎｍ厚さの窒化シリコン（ｎ_clad＝１．４４〜１．４８）から構成され、基板１０２はシリコンから構成される。クラッディング１０４は、コア１０６上下に存在し、例えば約６〜８μｍよりも厚い。（上述の通り）十分な厚さが与えられていれば、クラッディングの厚さは重要ではない。光導波路を形成するために、適切な空間寸法の広い範囲のいずれかにおいて、任意の適切な基板基材（例えばシリコンやその他の半導体、溶融石英ガラスや結晶化石英、種々のガラス、結晶やセラミック基材）の上に、多様かつ適切なコアおよびクラッディング基材のうち任意のもの（例えば窒化シリコンや酸窒化シリコン、シリカやドープシリカ、種々の光学ガラス）を採用することが可能である。光吸収導波路減衰器に対し、上述の例に従って配される導波路を有利な形で採用することが可能であるし、導波路コアやクラッディングの具体的な基材、構造や寸法にかかわらず、光吸収導波路減衰器に対し、他の適切な導波路を本明細書に従って備えさせることも可能である。

光吸収導波路減衰器は、導波路コア１０６のセグメント（コア１０６の減衰セグメントとして言及する。）の近くのクラッディング１０４内に形成された光吸収層１１０を備える。吸収層１１０は、導波路コア１０６から垂直方向にずらされている。吸収層１１０は、コア１０６の上または下のいずれかに形成可能であり、もしくはコア１０６の上下両方に形成可能である。普遍性を失うことなく、導波路コア１０６の減衰セグメントの上に形成された単一の吸収層１１０を有する例が本明細書では開示されている。吸収層１１０は導波路コア１０６によりサポートされた伝播光学モードの横方向の範囲を、両側方向にかつ実質的に超えるのが望ましい。コア１０６は、サポートされた光学モードを実質的に両側方向に閉じ込める。サポートされた光学モードの幅を実質的に超えた幅の吸収層１１０のおかげで、吸収層１１０によりもたらされる光損失は、製造過程において生じ得る、その幅や横方向位置の装置間差異に対し、比較的感度が低くなる。

吸収層１１０は典型的には金属層、例えば耐熱金属、近耐熱金属やそれらの合金を含有している。耐熱金属および近耐熱金属は一般的にクロム、チタン、タングステン、モリブデン、ニオブ、タンタル、レニウム、バナジウム、ジルコニウム、ハフニウム、ルテニウム、オスミウムおよびイリジウムを含有していると考えられる。任意の適切な光吸収金属や合金を採用することが可能である。任意の適切な非金属の光吸収物質を採用することが可能である。光吸収層を選択する際の基準は、基板１０２上にクラッディング１０４とコア１０６を形成するために用いられる物質および加工条件（例えば、シリカやドープシリカへの良好な密着性、高温（例えば９００℃よりも高い温度）での徐冷下での安定性）に適合する。

吸収層１１０は、導波路コア１０６から望ましくは垂直方向に距離Ｄだけずらして配される。上記の例では、シリカクラッディング１０４内の幅２．５μｍで厚さ８５ｎｍの窒化シリコンのコアは、ＦＷＨＭ（最大強度の半値全幅）において高さ約１．２μｍで幅約２．４μｍの伝播光学モード（λは約１．３μｍから約１．６μｍの間）をサポートする。約０．５μｍ未満から約２μｍ以上までの範囲で典型的には変更可能なずれ量Ｄだけコア１０６からずらした幅約１０μｍかつ厚さが約０．５μｍの金属層（例えばクロム、チタン、タングステンやその他の適切な金属あるいは合金）を採用することが可能である。なお上記の範囲は、上記の模範的な導波路配置に対するものであり、ずれ量Ｄの他の範囲は他の導波路配置に適切なものとなり得る。吸収層１１０の幅が、サポートされた光学モードの横方向の範囲を実質的に超えている限り、吸収層１１０とコア１０６の相対幅は重要ではない。それを観察したものが、実施例の計算結果により図１１に描かれており、図１１においては、幅１０μｍのクロム金属減衰層に対するＴＥ偏光モードのモード損失係数αを（上述のような垂直方向の寸法、コア、クラッディング基材を使用して）、波長（１．３１μｍ、１．５５μｍ）および間隔距離Ｄ（１．０μｍ、１．５μｍ、２．０μｍ）の種々組み合わせたものに対するコア幅変化の関数として計算している。上記の例においてはαはコア幅によって比較的少ししか変化しない。製造過程の間、光減衰レベルを十分に再現するよう、吸収層１１０の（コア１０６に対する）横方向位置および幅を十分に制御可能ならば、横方向範囲において光学モードを超えない吸収層１１０を採用することができる。光導波路および吸収層１１０を形成する際に採用可能な多くの積層および空間的選択加工技術にとって、所定の垂直方向のずれＤの方が、吸収層１１０の所定の幅や横方向位置よりも精緻または再現可能である。

波長（１．３１μｍ、１．４９μｍ、１．５５μｍ）および間隔距離Ｄ（０．５μｍ、１．０μｍ）の種々組み合わせたものにおいて金属厚さの関数として、ＴＥ偏光モードのモード損失係数αを厚さ１０μｍのクロム金属減衰層に対して（再び上述のような垂直方向の寸法、コア、クラッディン基材を使用して）計算している図１２に示す実施例の計算結果に示されるように、金属製の減衰層１１０の厚さも重要ではない。吸収金属層１１０が十分な厚さ（例えば約５０ｎｍあるいは約１００ｎｍ）に達すると、クロム金属層の厚さをさらに増加させたとしても光信号の減衰には実質的に影響を与えない。十分な厚さを満たすまたは超える任意の厚さの吸収金属層１１０を採用することができる。１以上の様々な材料組成を含有する１以上の金属層は、種々の目的のために（例えば導電性トレースとしてやボンディングパッドやソルダーパッドとして）導波路基板上へと頻繁に設けられる。同じ材料組成や、積層および空間的選択加工ステップを連続して行いながら、そのような金属構造体および吸収金属層１１０を同時に形成するのが望ましいであろう。他の金属構造体に必要な金属層の厚さは、層の厚さが所定の厚さを十分満たすあるいは所定の厚さを超えている限り、どのような厚さであっても金属層１１０に対して採用可能である。

波長（１．３１μｍ、１．５５μｍ）およびコア幅（１．５μｍ、２．５μｍ、３．５μｍ）の種々組み合わせたものにおいて間隔距離Ｄの関数として、ＴＥ偏光モードのモード損失係数αを厚さ１０μｍのクロム金属減衰層に対して（再び上述のような垂直方向の寸法、コア、クラッディン基材を使用して）計算している図１３に示す実施例の計算結果に示されるように、コア１０６の減衰セグメントによって導波される、光導波路に沿った光信号の伝播の距離あたりの光損失を、より短い（長い）距離Ｄによって増大（減少）させることができる。コア１０６の減衰セグメントに沿った単位距離あたりの所望の光減衰のレベルを生み出す適切な垂直方向のずれ量を推定または決定するために、実験観察や数値シミュレーションを採用可能である。単位距離あたりの減衰を増大させることにより、導波路基板１０２上のより小さなスペース内に実装される導波路減衰器によって全体の減衰を所定のレベルとすることができるが、吸収層１１０に沿って単位面積あたりでのエネルギーの散逸が非常に大きなものとなってしまいかねない（熱的な不安定性や損傷を引き起こす可能性がある）。単位距離あたりの減衰を減少させることにより、吸収層１１０による光の総エネルギー散逸をより大きくすることができるが、減衰の所定の全体レベルを達成するのに必要な長さのせいで、導波路基板１０２上のスペースをあまりにも多く取りすぎてしまうことになりかねない。

導波路基材や配置の所定の組み合わせに対し、単位距離あたりの所望の光損失を生み出すよう、適切な吸収層の長さや垂直方向のずれ量に幅を持たせることができる。これらの適切な長さやずれ量は、本明細書の開示や追加的請求項の技術範囲内に収まる。上述で例示した導波路（シリカクラッディング内の窒化シリコン）に対し、間隔Ｄを、約０．３μｍより大きく、約０．５μｍより大きく、約１μｍより小さく、あるいは約２μｍより小さくし、光損失係数αを１０ｃｍ^−１から数１００ｃｍ^−１までとすることも可能である（導波路減衰器の長さＬを通過する光信号出力の割合はexp（-αＬ）で与えられる）。導波路に沿った、約１０μｍから数１００μｍまでの長さにわたって、これらの光損失レベルにより、光信号全体として例えば約５０％と約９５％の間で減衰させる。

誘電体導波路のコア層の近くのクラッディング上またはその内部に金属層を配置することは、異なる直線偏光状態を有する光信号の透過率を互いに相違させるべく、従来から採用されている。Yamamoto et al, IEEE Journal of Quantum Electronics, Vol.QE-11, page 729 (1975) または米国特許4,359,260（Bell Telephone Laboratories Inc.）を参照のこと。これらやその他の例においては、誘電体導波路コア層から垂直方向にずらして配される金属層が、ＴＥモードにおいて伝播する直線偏光信号に対し、導波路によってサポートされるＴＭモードにおいて伝播する直線偏光信号を好適に減衰させる様子が伺える。互いに相違した減衰度合いを最大化するコアと金属層との間の最適な間隔は、使用される金属、コア寸法、コアとクラッディング材料の屈折率に依存することがわかる。例えば、ランダムだったり未知だったりする偏光状態の光信号における一つの直線偏光状態を遮断し、それと直交する直線偏光状態を有する光信号のみ透過を許可するように、上記のような従来の構成を採用することが可能である。そのような光導波路偏光子においては、透過された偏光状態の伝導率を最大化することが大抵望ましい、すなわち、透過された偏光状態の減衰は望ましくなく、減衰を減少させたり、最小化したり、あるいは完全に回避したりすることが望まれる。

明細書や請求項に記載の光デバイスにおいて、光信号１０は既知の直線偏光状態で光源９９から出射され、典型的には導波路コア１０６によりサポートされる１以上のＴＥ光学モードにて伝播し、ＴＥ光学モードは基板１０２に対して実質的に平行な電場を備えて、直線的に偏光している。光信号１０は、導波路コア１０６に沿ってＴＥ光学モードで金属吸収層１１０に向かって伝播し、減衰された光信号２０は、導波路コア１０６に沿ってＴＥ光学モードで金属吸収層１１０から離れて伝播する。金属吸収層１１０を新規に使用することは、同一の直線偏光状態の減衰された光信号を生じさせるために、既知の直線偏向状態での光信号を減衰させることを含む。金属吸収層１１０は、入力光信号におけるランダムだったり未知だったりする偏光状態に応じて減衰レベルが変化する金属層を設けた従来の偏光選択導波路に比べて、導波路に沿って伝播する直線偏光信号の減衰レベルを実質的に一定とするという新規かつ有益な結果をもたらす。

図６から図１０は、吸収層１１０の末端における種々の配置を概略的に記載した平面図である。吸収層の第一末端に達する際に（より正確に言うと、コア１０６の減衰セグメントに入射する際に）、典型的に光信号のうちわずかなものが導波路に沿って後方に反射される。同様に、吸収層１１０の第二末端に達する際に（すなわち、コア１０６の減衰セグメントから出射する際に）、光信号のうち第二のわずかなものが導波路に沿って後方に反射される。導波路に沿った光の後方散乱は望ましくなく、例えば入射光信号１０の源へと、望まれない光学的なフィードバックがかかってしまう結果となる。上述のような模範的な導波路および吸収層に対して、（図６に示すように）吸収層１１０の末端で導波路軸と実質的に垂直な吸収層端１１２にとって、光信号に対して計算された（吸収層１１０の両端からの）全後方散乱は約−４４ｄＢと約−４９ｄＢの間となる。波長や吸収層の長さを変更させることにより干渉効果が見られる。

後方散乱光の総量は、光導波路の光軸に対して光吸収層の末端を傾けることにより低減することが可能である。ある配置だと（図７）、吸収層１１０の各末端１１４は、光軸の法線方向から遠ざけるように角度φで回転させた、単一の実質的な直線状の端部を備えている。二つの末端１１４は互いに実質的に平行である。光吸収層の末端１１４が法線から遠ざかるように回転させるほど後方散乱は減少する（例えば、図１４Ａ、１４Ｂ、１６Ａおよび１６Ｂに示すように、上述の模範的な導波路およびクロム吸収層に対して計算を行った場合、約３０°と約６０°の間にて約−５０ｄＢよりも小さい、あるいは約１０^−５よりも小さい）。長さや入り角φに対する後方散乱のプロットに見られる振動性の挙動から干渉効果が推測される。必要あるいは要望に応じて、後方散乱を最小化する入り角φや、後方散乱を十分な程度に低減する入り角φを採用可能である。角度を大きくすることにより、後方散乱をさらに低減できたりできなかったりし、吸収層１１０の全体の長さを過度に増加させることもあり得る。様々な導波路（例えばさまざまな材料や配置）あるいはさまざまな吸収層（例えばさまざまな材料や間隔Ｄ）に対し、角度φの後方散乱の依存性は異なり得る。最適な角度φは経験的にあるいは数値シミュレーションにより推測あるいは決定することができる。

光吸収層１１０の他の配置においては（図８）、吸収層１１０の各末端１１６は、導波路の光軸の法線方向から遠ざけるように逆方向に角度φで回転させた、一組の実質的な直線状の端部を備えている。各組は、吸収層１１０の対応する末端１１６にて凹状のＶ字末端を形成する。図６および図７の配置と比べて、法線から遠ざかるように吸収層末端１１６を回転させることにより、後方散乱は減少する（例えば、図１５Ａ、１５Ｂ、１６Ａおよび１６Ｂに示すように、上述の模範的な導波路およびクロム吸収層に対して計算を行った場合、約３０°と約６０°の間にて約−６０ｄＢよりも小さい、あるいは約１０^−６よりも小さい）。図６および７での実施形態に比して、後方散乱の絶対値および干渉に関連する挙動の両方は低減し（図１６Ａ、１６Ｂを参照。）、その結果、金属減衰層１１０に関する図８の配置を有利に採用可能となる場合もある。必要あるいは要望に応じて、後方散乱を最小化する入り角φ（本実施例においては約４８°と算出される）や、後方散乱を十分な程度（大抵の場合は所望の波長範囲にわたって）に低減する入り角φを採用可能である。上述のように、角度を大きくすることにより、吸収層１１０の全体の長さを過度に増加させることもあり得る。様々な導波路（例えばさまざまな材料や配置）あるいはさまざまな吸収層（例えばさまざまな材料や間隔Ｄ）に対し、角度φの後方散乱の依存性は異なり得る。最適な角度φは経験的にあるいは数値シミュレーションにより推測あるいは決定することができる。

光吸収層１１０の末端の他の配置としては、図９（各末端で回転された単一の端であって、互いに平行でない末端）および図１０（凸状のＶ字末端を形成する各末端での回転された一組の末端）に概略的に記載されている。これらの配置における適切な角度は、経験的にあるいは数値シミュレーションにより推測あるいは決定することができる。必要あるいは要望に応じて、後方散乱を最小化する角φや、後方散乱を十分な程度に低減する入り角φを採用可能である。

上記の内容に加え、以下の実施例も本明細書や添付された請求項の技術的範囲に属する。

実施例１
光学装置は、導波路基板、基板上に形成される光クラッディング、クラッディング内に形成され、減衰セグメントを備えた導波路コア、コアの減衰セグメントの近くのクラッディング上またはクラッディング内に形成された光吸収層、および光源を備え、コアおよびクラッディングは１以上の光学モードでの光の伝播をサポートする光導波路を形成するように構成されており、光源は、既知の直線偏光状態における光学モードのうちの所定の一つにて伝播するように光信号を出射するように構成されており、所定の光学モードや既知の直線偏光状態にある光コアの減衰セグメントに沿った光信号の伝播における単位距離あたりの所望の光損失レベルが光導波路により発現される程度に所定の光学モードの一部と空間的に重なるように、吸収層はコアの減衰セグメントの近くに配されており、光信号が光コアの減衰セグメントに沿って伝播する際に光信号の直線偏光状態の変化を実質的に避けるように光導波路および吸収層は構成される。

実施例２
光源が導波路基板上または１以上の導波路層上に配される実施例１の装置。

実施例３
既知の直線偏光状態はＴＥ偏光状態である実施例１または２の装置。

実施例４
既知の直線偏光状態は導波路基板と実質的に平行な電場を備えて偏光している実施例１〜３のいずれかの装置。

実施例５
コアには窒化シリコンまたは酸窒化シリコンが含有されており、かつ、クラッディングにはシリカまたはドープシリカが含有されている実施例１〜４のいずれかの装置。

実施例６
吸収層は約５０ｎｍの厚さよりも大きい金属層を含む実施例１〜５のいずれかの装置。

実施例７
金属層は耐熱金属、近耐熱金属、またはそれらの合金を含む実施例１〜６のいずれかの装置。

実施例８
吸収層はクロム、チタン、タングステン、モリブデン、またはそれらの合金を含有する実施例１〜７のいずれかの装置。

実施例９
吸収層は、コアの上または下に垂直にずらして配されたクラッディング上またはクラッディング内に配される実施例１〜８のいずれかの装置。

実施例１０
コアと吸収層との間の間隔は、光学モードの垂直サイズ（ＦＷＨＭ）の約０．２倍よりも大きく、約０．４倍よりも大きく、約２倍よりも小さく、約５倍よりも小さい実施例１〜９のいずれかの装置。

実施例１１
コアと吸収層との間の間隔は、約０．３μｍよりも大きく、約０．５μｍよりも大きく、約１μｍよりも小さく、約２μｍよりも小さい実施例１〜１０のいずれかの装置。

実施例１２
減衰セグメントに沿って光学モードにおいて光信号を伝播するために、約１０ｃｍ^−１よりも大きく、約５０ｃｍ^−１よりも大きく、約２５０ｃｍ^−１よりも小さく、約３００ｃｍ^−１よりも小さい光損失係数αをコアと吸収層との間の間隔がもたらす実施例１〜１１のいずれかの装置。

実施例１３
コアが、幅が約１μｍと約３μｍの間、厚さが約５０ｎｍと約２００ｎｍの間の窒化シリコンまたは酸窒化シリコンを含有し、クラッディングはシリカまたはドープシリカを含有し、吸収層は５０ｎｍよりも厚い金属層を備え、金属層はクロム、チタン、タングステンまたはそれらの合金を含有し、吸収層は、コアの上または下に垂直にずらして配されたクラッディング上またはクラッディング内に配され、コアと吸収層との間の間隔は約０．３μｍと約１μｍの間であり、減衰セグメントの長さは約１０μｍと約３００μｍの間である実施例１〜１２のいずれかの装置。

実施例１４
光学モードにおける減衰セグメントを通過して伝播する光信号の全体の光損失は、約５０％と約９５％の間である実施例１〜１３のいずれかの装置。

実施例１５
吸収層の各末端は、光導波路の光軸に対して非法線角に向いた実質的に直線状の単一の端部を有する実施例１〜１４のいずれかの装置。

実施例１６
端部が実質的に各々平行である実施例１５の装置。

実施例１７
端部が、垂直入射から約３０°と約６０°の間でずれた角に向いた実施例１６の装置。

実施例１８
光吸収層からの導波路に沿った後方散乱が１０^−５よりも小さい実施例１６の装置。

実施例１９
吸収層の各末端は、光導波路の光軸に対して非法線角に向いた実質的に直線状の一組の端部を有する実施例１〜１４のいずれかの装置。

実施例２０
端部の各組は、吸収層において凹状かつＶ字末端を形成する実施例１９の装置。

実施例２１
端部が、垂直入射から約３０°と約６０°の間でずれた角に向いた実施例２０の装置。

実施例２２
光吸収層からの導波路に沿った後方散乱が１０^−６よりも小さい実施例２０の装置。

実施例２３
端部の各組は、吸収層において凸状かつＶ字末端を形成する実施例１９の装置。

実施例２４
上記のいずれかの実施例の装置を製造する方法であって、この方法は、導波路基板の上に光クラッディングを形成する工程と、内部に減衰セグメントが形成されているクラッディング内の導波路コアを形成する工程と、コアの減衰セグメントの近くのクラッディング上またはクラッディング内に光吸収層を形成する工程と、既知の直線偏光状態での所定の一つの光学モードにおいて光信号が伝播するように出射する光源を配する工程と、を有する。

実施例２５
上記のいずれかの実施例の装置を使用する方法であって、この方法は、導波路基板上の光導波路によってサポートされた１以上の光学モードのうちの一つにおいて既知の直線偏光状態で伝播するように光源から光信号を出射する工程と、光導波路の減衰セグメントを通過する既知の直線偏光状態にて光信号を伝播することにより光信号を減衰する工程と、を有する。

開示された典型的な実施例や方法と同等のものは、本開示あるいは添付の請求項の範囲に属する。開示された典型的な実施例や方法及びその同等物は、本開示あるいは添付の請求項の範囲内で修正が可能である。

上記の詳細説明において、種々の構成は、開示を整理するためいくつかの典型的な実施例にまとめることが可能である。開示のこの方法は、請求項となった実施例が、対応する請求項の記載よりも多くの構成を必要とするとの意図を反映すると解釈してはならない。むしろ、添付の請求項が反映するように、発明の主題は、開示された一つの典型的な実施例の全構成よりも少ない構成にある。このように、添付の請求項は、開示された別々の実施例として自立しているそれぞれの請求項と共に、詳細説明に取り込まれている。しかしながら本開示は、ここに明確には開示されていない一つまたは複数の構成のセットを含めて、本開示あるいは添付の請求項に現れる一つまたは複数の開示または請求項の構成（即ち、互いに両立しない、あるいは互いに排他的な構成のセット）の適切なセットを有する実施例を、暗に開示していると理解すべきである。ここに明確に開示された、あるいは請求項となった方法に加えて：（i）明確にあるいは暗に開示されたデバイスまたは装置の使用について；あるいは（ii）明確にあるいは暗に開示されたデバイスまたは装置の製作について、本開示は、明確にあるいは暗に開示されたデバイスまたは装置の使用、あるいは製作の一般的な方法を暗に開示していると理解すべきである。更に、添付の請求項の範囲は、ここに開示された主題の全体を必ずしも網羅していないことに注意すべきである。

本開示及び添付の請求項では、接続詞“あるいは”及び“または”は、下記の（i）、（ii）の場合ではない限り包含的（例えば、“犬あるいは猫”は“犬、または猫、または両方”と解釈される；例えば、“犬、猫、あるいは鼠”は“犬、または猫、または鼠、またはその内の二つ、または三つ全て”と解釈される）に解釈されるべきものである：（i）明確に述べる、さもなければ、例えば“いずれか一方”、“の内の一つのみ”、あるいは同様の言葉を使う場合；あるいは（ii）特定の文脈の中で二つあるいはそれ以上のリストアップされた選択肢が互いに排他的である場合。この場合“あるいは”及び“または”は、互いに排他的ではない選択肢の組合せのみを包含する。本開示及び添付の請求項では、用語“から構成される”、“含めた”、“有する”、及びこれらの変化形は特に断らない限りどんな場合も、あたかも語句“少なくとも”がそれぞれの場合毎の後に添付されるのと同じ意味で、非制限的用語と理解すべきである。

添付の請求項において、もし、３５ＵＳＣ§１１２¶６の規定の装置請求項への適用を希望する場合、用語“手段”がその装置請求項に出現する。もし、これらの規定の方法請求項へ適用を希望する場合、用語の“工程”がその方法請求項に出現することになる。反対に、もし、用語“手段”や“工程”が請求項に出現しなければ、そのときは、その請求項に対して３５ＵＳＣ§１１２¶６の規定の適用は想定されていない。

特許文献中の特定の主題を探す手助けをするため、規定に従って要約を提出する。しかしながら、要約は、そこに記載された要素、構成、あるいは限定が必然的に特定の請求項に包含されていることを意味するものではない。それぞれの請求項に包含される主題の範囲は、その請求項のみの記載によって決定される。

Claims (20)

1. 導波路基板と、
   基板上に形成された光クラッディングと、
   導波路コアの減衰セグメントを具備し、クラッディング内に形成された導波路コアと、
   コアの前記減衰セグメントの近くに形成されたクラッディング上またはクラッディング内に形成された光吸収層と、
   光源と、
   を備え、
   コアおよびクラッディングは１以上の光学モードでの光の伝播をサポートする光導波路を形成するように構成されており、
   光源は、既知の直線偏光状態における光学モードのうちの所定の一つにて伝播するように光信号を出射するように構成されており、
   所定の光学モードや既知の直線偏光状態にある光コアの減衰セグメントに沿った光信号の伝播における単位距離あたりの所望の光損失レベルが光導波路により発現される程度に所定の光学モードの一部と空間的に重なるように、吸収層はコアの減衰セグメントの近くに配されており、
   光信号が光コアの減衰セグメントに沿って伝播する際に光信号の直線偏光状態の変化を実質的に避けるように光導波路および吸収層は構成される、光学装置。
2. 吸収層の各末端は、光導波路の光軸に対して非法線角に向いた実質的に直線状の単一の端部を有する請求項１に記載の装置。
3. 端部が実質的に各々平行である請求項２に記載の装置。
4. 端部が、垂直入射から約３０°と約６０°の間でずれた角に向いた請求項３に記載の装置。
5. 光吸収層からの導波路に沿った後方散乱が１０^−５よりも小さい請求項３に記載の装置。
6. 吸収層の各末端は、光導波路の光軸に対して非法線角に向いた実質的に直線状の一組の端部を有する請求項１に記載の装置。
7. 端部の各組は、吸収層において凹状かつＶ字末端を形成する請求項６に記載の装置。
8. 端部が、垂直入射から約３０°と約６０°の間でずれた角に向いた請求項７に記載の装置。
9. 光吸収層からの導波路に沿った後方散乱が１０^−６よりも小さい請求項７に記載の装置。
10. 端部の各組は、吸収層において凸状かつＶ字末端を形成する請求項６に記載の装置。
11. 光源が導波路基板上または１以上の導波路層上に配される請求項１〜１０のいずれかに記載の装置。
12. 既知の直線偏光状態は導波路基板と実質的に平行な電場を備えて偏光している請求項１〜１０のいずれかに記載の装置。
13. コアには窒化シリコンまたは酸窒化シリコンが含有されており、かつ、クラッディングにはシリカまたはドープシリカが含有されている請求項１〜１０のいずれかに記載の装置。
14. 吸収層は約５０ｎｍの厚さよりも大きい金属層を含む請求項１〜１０のいずれかに記載の装置。
15. 金属層は耐熱金属、近耐熱金属、またはそれらの合金を含む請求項１〜１０のいずれかに記載の装置。
16. 吸収層はクロム、チタン、タングステン、モリブデン、またはそれらの合金を含有する請求項１〜１０のいずれかに記載の装置。
17. 吸収層は、コアの上または下に垂直にずらして配されたクラッディング上またはクラッディング内に配される請求項１〜１０のいずれかに記載の装置。
18. コアと吸収層との間の間隔は、光学モードの垂直サイズ（ＦＷＨＭ）の約０．２倍よりも大きく、約０．４倍よりも大きく、約２倍よりも小さく、約５倍よりも小さい請求項１〜１０のいずれかに記載の装置。
19. コアと吸収層との間の間隔は、約０．３μｍよりも大きく、約０．５μｍよりも大きく、約１μｍよりも小さく、約２μｍよりも小さい請求項１〜１０のいずれかに記載の装置。
20. コアが、幅が約１μｍと約３μｍの間、厚さが約５０ｎｍと約２００ｎｍの間の窒化シリコンまたは酸窒化シリコンを含有し、クラッディングはシリカまたはドープシリカを含有し、吸収層は５０ｎｍよりも厚い金属層を備え、金属層はクロム、チタン、タングステンまたはそれらの合金を含有し、吸収層は、コアの上または下に垂直にずらして配されたクラッディング上またはクラッディング内に配され、コアと吸収層との間の間隔は約０．３μｍと約１μｍの間であり、減衰セグメントの長さは約１０μｍと約３００μｍの間である請求項１〜１０のいずれかに記載の装置。

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