WO2025191746A1 - Interposer circuit - Google Patents
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Definitions
- This disclosure relates to an interposer circuit that connects an optical waveguide and an optical fiber, and in particular to an interposer circuit that has a spot size conversion function.
- High-refractive-index waveguide devices using silicon waveguides or silicon nitride waveguides have a waveguide core with a high refractive index and a waveguide cladding with a large difference in refractive index from the waveguide core.
- the refractive index of the waveguide core needs to be higher than the refractive index of the waveguide cladding.
- High-refractive-index waveguide devices allow for high-density integration and are highly compatible with CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) devices, so they are being increasingly applied to optical communications transceivers, high-speed data transfer within microchips, sensing devices, and more. In many cases, the optical signals propagating through these waveguides use communication wavelength bands, and waveguide devices for optical communications in particular often connect optical fibers to waveguides.
- MFD mode-field diameter
- small-core optical fibers are spliced to single-mode fibers with an MFD of approximately 10 ⁇ m using methods such as fusion splicing using core diffusion. Because the mechanical strength of the fusion splice point is low, it is common to protect the fusion splice point with a protective sleeve approximately 10 mm in length. Therefore, connecting a silicon waveguide to optical fiber requires the preparation and modularization of numerous connection structures and components, and improvements were needed from the perspective of module size and cost.
- Patent Document 1 describes using a waveguide with an effective refractive index intermediate between that of a silicon waveguide and an optical fiber as an interposer circuit.
- local etching using local plasma allows for high film thickness control and is useful as a method for adjusting waveguide height.
- the processing range is determined by the reactive gas material and its flow rate and pressure, and is generally 1 mm to 10 mm in diameter, which poses the challenge of making it difficult to miniaturize the interposer circuit.
- This disclosure has been made in consideration of the above points, and relates to an interposer circuit that is advantageous for miniaturization by performing mode conversion by adjusting the effective refractive index by adjusting the width and height in the film thickness direction of the waveguide, and at the same time performing pitch conversion using a curved waveguide whose radius of curvature changes in accordance with the change in effective refractive index.
- one embodiment of the interposer circuit disclosed herein is an interposer circuit connected between an optical circuit having input/output waveguides and a fiber block having input/output fibers.
- the interposer circuit has a plurality of connection waveguides, one end of which connects to the input/output waveguides and the other end of which connects to the input/output fibers.
- connection waveguides include a height change region whose height changes from the input/output fibers toward the input/output waveguides, a first width tapered portion whose width changes toward the input/output waveguides, a second width tapered portion whose width changes toward the input/output fibers, and a pitch change portion located between the first width tapered portion and the second width tapered portion and which changes the pitch using a curved waveguide.
- the first width tapered portion, the second width tapered portion, and the pitch change portion are arranged within the height change region.
- the curvature (the reciprocal of the radius of curvature R) has a specific relationship with the propagation length L, such as a linear or sinusoidal waveform, but the curve used in the present invention is not limited to this.
- R i is the radius of curvature of the i-th (1 ⁇ i ⁇ M) transition curve when the transition curve is divided into M parts
- ⁇ R j / ⁇ L indicates the rate of change of the radius of curvature such that R i becomes a transition curve that asymptotically approaches R min from infinity according to the propagation length.
- both the expanding tapers 121a, 122a, 123a and the contracting tapers 121c, 122c, 123c can be formed under single-mode conditions.
- the fiber block 13, interposer circuit 12, and silicon waveguide chip 11 are connected using adhesives made from resin or other materials, or by fusion bonding.
- a quartz substrate for the interposer circuit 12 has a higher UV light transmittance than silicon, a common wafer material, making it possible to efficiently connect the silicon waveguide chip 11 and interposer circuit 12, and the interposer circuit 12 and fiber block 13.
- Even when using a thermosetting resin or fusion bonding the large difference in thermal conductivity between quartz and silicon creates a thermal gradient, making it difficult to effectively heat the area near the connecting waveguide (core). Therefore, if the interposer circuit is formed on a silicon wafer, the adhesive strength of the core portion is likely to be weak. For these reasons, it is desirable to fabricate the interposer circuit 12 on a quartz substrate.
- the connecting waveguide of the interposer circuit is configured with an expanding taper, a contracting taper, and a pitch change section, all of which are positioned within the range of the height change section to adjust the MFD.
- This configuration eliminates the need to separate the expanding taper and the contracting taper with a pitch change section or to provide a separate pitch change section, and allows the length of the silicon waveguide chip and fiber block of the interposer circuit in the alignment direction to be shortened. Furthermore, by ensuring a sufficient length of the height change section, the degree of freedom in the rate (slope) of height change and length can be increased, allowing for optimal adjustment of the MFD.
- the number of connecting waveguides in this embodiment is three, the number of connecting waveguides in the interposer circuit can be two, four, or more, without departing from the spirit of this disclosure.
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Abstract
Description
本開示は、光導波路と光ファイバとを接続するインターポーザ回路に係り、特に、スポットサイズ変換機能を有するインターポーザ回路に関する。 This disclosure relates to an interposer circuit that connects an optical waveguide and an optical fiber, and in particular to an interposer circuit that has a spot size conversion function.
シリコン導波路や窒化シリコン導波路を用いた高屈折率導波路デバイスは、屈折率の高い導波路コアと、導波路コアとの屈折率差が大きい導波路クラッドとを有している。導波路コアの屈折率は、導波路クラッドの屈折率に対して高くする必要がある。高屈折率導波路デバイスは、高密度集積可能である上にCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)デバイスとの互換性が高いことから、光通信における送受信機やマイクロチップ内での高速データ転送、センシングデバイス等への適用が進められている。多くの場合、これらの導波路を伝播する光信号には通信波長帯が用いられ、特に光通信用途の導波路デバイスでは光ファイバと導波路とが接続される場合が多い。 High-refractive-index waveguide devices using silicon waveguides or silicon nitride waveguides have a waveguide core with a high refractive index and a waveguide cladding with a large difference in refractive index from the waveguide core. The refractive index of the waveguide core needs to be higher than the refractive index of the waveguide cladding. High-refractive-index waveguide devices allow for high-density integration and are highly compatible with CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) devices, so they are being increasingly applied to optical communications transceivers, high-speed data transfer within microchips, sensing devices, and more. In many cases, the optical signals propagating through these waveguides use communication wavelength bands, and waveguide devices for optical communications in particular often connect optical fibers to waveguides.
光通信に使用されるシングルモードファイバのモードフィールド径(mode-field diameter: MFD)が約10μmであるのに対し、シングルモード条件を満たすシリコン導波路のMFDは数百nmと大きく相違する。このため、シリコン導波路や窒化シリコン導波路に代表される屈折率の高い光導波路と光ファイバを接続する際には、シングルモードファイバよりもコアとクラッドの屈折率差を高く設計した細径ファイバ(MFD約4μm)を用いることが一般的である。細径ファイバは伝送損失が高いため、細径コア光ファイバはMFDが約10μmのシングルモードファイバとコア拡散を用いた融着などの手段を用いて接続される。融着接続点は、機械的な強度が低くなることから、長さが約10mmの保護スリーブを用いて融着接続点を保護することが一般的である。以上より、シリコン導波路と光ファイバを接続する際には、多くの接続構造および部品を用意してモジュール化する必要があり、モジュールサイズとコストの観点から、改善が必要であった。 While the mode-field diameter (MFD) of single-mode fibers used in optical communications is approximately 10 μm, the MFD of silicon waveguides that satisfy the single-mode conditions differs significantly, measuring several hundred nanometers. For this reason, when connecting optical fiber to high-refractive-index optical waveguides, such as silicon waveguides and silicon nitride waveguides, it is common to use small-diameter fibers (MFD approximately 4 μm) designed with a higher refractive index difference between the core and cladding than single-mode fibers. Because small-diameter fibers have high transmission loss, small-core optical fibers are spliced to single-mode fibers with an MFD of approximately 10 μm using methods such as fusion splicing using core diffusion. Because the mechanical strength of the fusion splice point is low, it is common to protect the fusion splice point with a protective sleeve approximately 10 mm in length. Therefore, connecting a silicon waveguide to optical fiber requires the preparation and modularization of numerous connection structures and components, and improvements were needed from the perspective of module size and cost.
上述の課題を解決するために、シリコン導波路と光ファイバとの間にインターポーザ回路を挿入する技術がある。なお、シリコン導波路の実効屈折率と光ファイバの実効屈折率との差は大きい。実効屈折率差が大きい異種材料の導波路同士を接続する場合、その接続損失が高いことが課題となる。このため、インターポーザ回路として、シリコン導波路と光ファイバとの中間の実効屈折率を有する導波路を用いることが特許文献1に記載されている。 To solve the above-mentioned problems, there is a technology that inserts an interposer circuit between a silicon waveguide and an optical fiber. However, there is a large difference between the effective refractive index of a silicon waveguide and that of an optical fiber. When connecting waveguides made of different materials with a large difference in effective refractive index, high connection loss becomes an issue. For this reason, Patent Document 1 describes using a waveguide with an effective refractive index intermediate between that of a silicon waveguide and an optical fiber as an interposer circuit.
また、他の公知技術には、インターポーザ回路として平面光波回路や、平面内での導波路パターンに工夫を加えたモード変換部材を採用するものがある。モード変換によりMFDを調節する構造には、導波路幅を変更する幅方向テーパや、導波路を細かくセグメント化して実効屈折率を下げるものが採用されている。さらに、平面内での構造パラメータを変更することによるMFD拡大には限界があるため、インターポーザ回路内で膜厚方向に自由度を与え、膜厚を調節することによるモード変換を実現することが望ましい。膜厚の調整は、例えば、当方エッチング、局所エッチングによって実現することができる。等方性エッチングは、例えば特許文献2に記載されている。また、局所エッチングは、例えば、特許文献3に記載されている。 Other known technologies include those that use planar lightwave circuits as interposer circuits, or mode conversion components with modified in-plane waveguide patterns. Structures that adjust MFD through mode conversion include widthwise tapers that change the waveguide width, and finely segmenting the waveguide to reduce the effective refractive index. Furthermore, since there is a limit to how much MFD can be increased by changing structural parameters within a plane, it is desirable to provide flexibility in the film thickness direction within the interposer circuit and achieve mode conversion by adjusting the film thickness. Film thickness adjustment can be achieved by, for example, isotropic etching or local etching. Isotropic etching is described, for example, in Patent Document 2. Local etching is described, for example, in Patent Document 3.
特に、局所プラズマを用いた局所エッチングは、膜厚制御性が高く、導波路高さの調節方法として有用である。ただし、局所エッチングを用いて導波路の高さの加工を実施した場合、その加工範囲は反応性ガスの材質とその流量や圧力などの状態で決まり、一般的には直径で1mm~10mmとなるため、インターポーザ回路の小型化が困難であるという課題がある。 In particular, local etching using local plasma allows for high film thickness control and is useful as a method for adjusting waveguide height. However, when using local etching to process the waveguide height, the processing range is determined by the reactive gas material and its flow rate and pressure, and is generally 1 mm to 10 mm in diameter, which poses the challenge of making it difficult to miniaturize the interposer circuit.
本開示は、以上の点に鑑みてなされたものであり、導波路の幅と膜厚方向の高さを調整して実効屈折率を調節することによってモード変換を行うと同時に、実効屈折率変化に従って曲率半径が変化する曲がり導波路によるピッチ変換を行うことにより、小型化に有利なインターポーザ回路に関する。 This disclosure has been made in consideration of the above points, and relates to an interposer circuit that is advantageous for miniaturization by performing mode conversion by adjusting the effective refractive index by adjusting the width and height in the film thickness direction of the waveguide, and at the same time performing pitch conversion using a curved waveguide whose radius of curvature changes in accordance with the change in effective refractive index.
上記目的を達成するために本開示の一態様のインターポーザ回路は、入出力導波路を有する光回路と、入出力ファイバを有するファイバブロックと、の間に接続されるインターポーザ回路であって、インターポーザ回路は、一方の端部が入出力導波路と接続し、他方の端部が入出力ファイバと接続する複数の接続導波路を備え、接続導波路は、入出力ファイバから入出力導波路に向かって高さが変化する高さ変化領域と、入出力導波路に向かって幅が変化する第1の幅テーパ部と、入出力ファイバに向かって幅が変化する第2の幅テーパ部と、第1の幅テーパ部と第2の幅テーパ部との間にあって、曲がり導波路を用いてピッチを変更するピッチ変更部と、を含み、第1の幅テーパ部、第2の幅テーパ部及びピッチ変更部は、高さ変化領域内に配置される。 In order to achieve the above object, one embodiment of the interposer circuit disclosed herein is an interposer circuit connected between an optical circuit having input/output waveguides and a fiber block having input/output fibers. The interposer circuit has a plurality of connection waveguides, one end of which connects to the input/output waveguides and the other end of which connects to the input/output fibers. The connection waveguides include a height change region whose height changes from the input/output fibers toward the input/output waveguides, a first width tapered portion whose width changes toward the input/output waveguides, a second width tapered portion whose width changes toward the input/output fibers, and a pitch change portion located between the first width tapered portion and the second width tapered portion and which changes the pitch using a curved waveguide. The first width tapered portion, the second width tapered portion, and the pitch change portion are arranged within the height change region.
以上の形態によれば、導波路の幅と膜厚方向の高さを調整することによってMFDを調節し、かつ小型化に有利なインターポーザ回路を提供することができる。 The above configuration allows for the MFD to be adjusted by adjusting the width of the waveguide and its height in the film thickness direction, and provides an interposer circuit that is advantageous for miniaturization.
以下、本開示の一実施形態を図面を用いて説明する。本実施形態で用いる図面は、本開示の構成、配置、作用、効果及び技術思想を例示するための図であって、本開示の具体的な形状や縦横比を限定するものではない。 Below, one embodiment of the present disclosure will be described using the drawings. The drawings used in this embodiment are intended to illustrate the configuration, arrangement, action, effects, and technical concepts of the present disclosure, and are not intended to limit the specific shape or aspect ratio of the present disclosure.
図1は、本開示の一実施形態のインターポーザ回路を説明するための上面図である。本実施形態を示す図1は、本発明の実施形態のインターポーザ回路12を用いてシリコン導波路チップ11とファイバブロック13とを接続した構成の概略図である。シリコン導波路チップ11、インターポーザ回路12及びファイバブロック13を一体化した構成は、光部品を構成する。光部品には、光ファイバ14が接続されている。シリコン(Si)導波路チップは、本実施形態の光回路に相当する。図中に示すx,y,z座標を示し、本実施形態は、z軸が向かう方向を「上」として以降の説明を行う。また、インターポーザ回路12及びファイバブロック13における光の伝搬方向をx軸に沿う方向とし、x軸方向に直交する方向にy軸をとっている。 Figure 1 is a top view illustrating an interposer circuit according to an embodiment of the present disclosure. Figure 1, which illustrates this embodiment, is a schematic diagram of a configuration in which a silicon waveguide chip 11 and a fiber block 13 are connected using an interposer circuit 12 according to an embodiment of the present invention. The integrated configuration of the silicon waveguide chip 11, interposer circuit 12, and fiber block 13 constitutes an optical component. An optical fiber 14 is connected to the optical component. The silicon (Si) waveguide chip corresponds to the optical circuit of this embodiment. The figure shows x, y, and z coordinates, and in the following description of this embodiment, the direction of the z axis is assumed to be "up." Furthermore, the direction of light propagation in the interposer circuit 12 and fiber block 13 is along the x axis, and the y axis is perpendicular to the x axis.
図2は、図1に示したシリコン導波路チップ11、インターポーザ回路12及びファイバブロック13の上面図であり、より詳細な状態を示している。シリコン導波路チップ11は、シリコン(Si)を基板に用い、基板に公知のフォトリソグラフィやエッチングを用いて3本の高屈折率光導波路111(入出力導波路)を予め定められたピッチ、x-y平面内の角度で固定する。ファイバブロック13は、3本の光ファイバ131(入出力ファイバ)を形成して構成される。 Figure 2 is a top view of the silicon waveguide chip 11, interposer circuit 12, and fiber block 13 shown in Figure 1, showing a more detailed state. The silicon waveguide chip 11 uses silicon (Si) as the substrate, and three high-refractive-index optical waveguides 111 (input/output waveguides) are fixed to the substrate using known photolithography and etching techniques at a predetermined pitch and angle in the x-y plane. The fiber block 13 is composed of three optical fibers 131 (input/output fibers).
インターポーザ回路12は、図2に示すように、3本の接続導波路121、122、123を備えている。接続導波路121、122、123は、一方の端部がシリコン導波路チップ11に向かい、シリコン導波路チップ11や窒化シリコン導波路チップなどの高屈折率光導波路111と接続される。接続導波路121、122、123の他端は、ファイバブロック13に向かい、光ファイバ131と接続される。 As shown in Figure 2, the interposer circuit 12 has three connection waveguides 121, 122, and 123. One end of each of the connection waveguides 121, 122, and 123 faces the silicon waveguide chip 11 and is connected to a high-refractive-index optical waveguide 111 such as the silicon waveguide chip 11 or a silicon nitride waveguide chip. The other ends of the connection waveguides 121, 122, and 123 face the fiber block 13 and are connected to an optical fiber 131.
接続導波路121、122、123は、光ファイバ131に向かってインターポーザ導波路を伝播する光のモードフィールド径が広くなるように変化する拡径テーパ121a、122a、123aと、高屈折率光導波路111に向かってインターポーザ導波路を伝播する光のモードフィールド径が小さくなるように変化する縮径テーパ121c、122c、123cと、を含む。さらに、接続導波路121は、拡径テーパ121aと縮径テーパ121cとの間に、曲がり導波路を用いてピッチを変更するピッチ変更部121bを備えている。また、接続導波路122は、拡径テーパ122aと縮径テーパ122cとの間にピッチ変更部122bを備えている。接続導波路123は、拡径テーパ123aと縮径テーパ123cとの間に曲がり導波路を用いたピッチ変更部123bを備えている。 Connection waveguides 121, 122, and 123 include expanding tapers 121a, 122a, and 123a that change so that the mode field diameter of light propagating through the interposer waveguide toward the optical fiber 131 becomes wider, and contracting tapers 121c, 122c, and 123c that change so that the mode field diameter of light propagating through the interposer waveguide toward the high-refractive-index optical waveguide 111 becomes smaller. Furthermore, connection waveguide 121 includes a pitch change section 121b between expanding taper 121a and contracting taper 121c that changes the pitch using a bent waveguide. Connection waveguide 122 also includes a pitch change section 122b between expanding taper 122a and contracting taper 122c. Connection waveguide 123 includes a pitch change section 123b between expanding taper 123a and contracting taper 123c that uses a bent waveguide.
すなわち、光ファイバ131の幅は、ピッチ変更部121b、122b、123bの幅よりも充分太く、光ファイバ13の高さはピッチ変更部121b、122b、123bの高さよりも充分高い。このため、接続導波路121、122、123は、光ファイバ131のモードフィールド径(MFD)に合わせて幅が太く、高さが高くなるように変化する拡径テーパ121a、122a、123aを備え、光ファイバ131とMFDを合わせている。また、インターポーザ回路12のピッチ変更部121b、122b、123bのMFDは、高屈折率光導波路111のMFDよりも広いため、接続導波路121、122、123は、高屈折率光導波路111に合わせて幅が細くなり、かつ高さが低くなる縮径テーパ121c、122c、123cを備えている。図2において、拡径テーパ121a、122a、123aが形成される領域をテーパ領域Tw1、縮径テーパ121c、122c、123cが形成される領域をテーパ領域Tw2、ピッチ変更部121b、122b、123bが形成される領域をピッチ変更領域Cpと記す。拡径テーパ121a、122a、123aは、本実施形態の第1のテーパ部に相当し、縮径テーパ121c、122c、123cは、本実施形態の第2のテーパ部に相当する。 In other words, the width of the optical fiber 131 is sufficiently wider than the width of the pitch change sections 121b, 122b, and 123b, and the height of the optical fiber 13 is sufficiently higher than the height of the pitch change sections 121b, 122b, and 123b. Therefore, the connecting waveguides 121, 122, and 123 have expanding tapers 121a, 122a, and 123a that increase in width and increase in height to match the mode field diameter (MFD) of the optical fiber 131, thereby matching the MFD with that of the optical fiber 131. Furthermore, because the MFD of the pitch change sections 121b, 122b, and 123b of the interposer circuit 12 is wider than the MFD of the high-refractive-index optical waveguide 111, the connecting waveguides 121, 122, and 123 have contracting tapers 121c, 122c, and 123c that decrease in width and height to match the high-refractive-index optical waveguide 111. In Figure 2, the region where the expanding tapers 121a, 122a, and 123a are formed is referred to as taper region Tw1, the region where the contracting tapers 121c, 122c, and 123c are formed is referred to as taper region Tw2, and the region where the pitch change portions 121b, 122b, and 123b are formed is referred to as pitch change region Cp. The expanding tapers 121a, 122a, and 123a correspond to the first taper portion of this embodiment, and the contracting tapers 121c, 122c, and 123c correspond to the second taper portion of this embodiment.
さらに、接続導波路121、122,123は、上記の拡径テーパ、縮径テーパの他、光ファイバ131から高屈折率光導波路111に高さが変化する高さ変化領域(図5)を有している。接続導波路121、122、123の高さは、光導波路となるコア層の厚さによって決まる。接続導波路121、122、123の高さ変化領域については後に詳述する。 Furthermore, in addition to the above-mentioned expanding and contracting tapers, the connecting waveguides 121, 122, and 123 have a height change region (Figure 5) where the height changes from the optical fiber 131 to the high-refractive-index optical waveguide 111. The height of the connecting waveguides 121, 122, and 123 is determined by the thickness of the core layer that forms the optical waveguide. The height change regions of the connecting waveguides 121, 122, and 123 will be described in detail later.
図3(a)、図3(b)は、光導波路のモードを変換する公知のテーパ構造を説明するための斜視図である。なお、本実施形態の光導波路の「モード」は、光導波路内を伝播する光の振る舞いや分布のパターンをいう。図3(a)は、幅方向に拡径するテーパ構造(2次元テーパ)を示している。図3(a)に示すように、2次元テーパは、光導波路の幅がW2からW1まで拡径するのに対し、その厚さHは全体に亘って一定である。 Figures 3(a) and 3(b) are perspective views illustrating a known tapered structure that converts the mode of an optical waveguide. Note that the "mode" of the optical waveguide in this embodiment refers to the behavior and distribution pattern of light propagating within the optical waveguide. Figure 3(a) shows a tapered structure (two-dimensional taper) that expands in the width direction. As shown in Figure 3(a), in a two-dimensional taper, the width of the optical waveguide expands from W2 to W1, while its thickness H remains constant throughout.
図3(b)は、幅及び厚さ方向に拡径するテーパ構造(3次元テーパ)を示している。図3(b)に示すように、3次元テーパは、光導波路の幅がW2からW1まで拡径すると共に、その厚さもH2からH1まで拡径している。このような3次元テーパは、光導波路の拡径するにあたってその設計の自由度が高く、MFDを調整し易い構造となる。このため、3次元テーパは、2次元テーパに比べて光導波路の接続に際して光損失の少ない構成を実現することができる。 Figure 3(b) shows a tapered structure (three-dimensional taper) that expands in both the width and thickness directions. As shown in Figure 3(b), in a three-dimensional taper, the width of the optical waveguide expands from W2 to W1, and the thickness also expands from H2 to H1. This type of three-dimensional taper allows for a high degree of design freedom when expanding the diameter of the optical waveguide, making it a structure that makes it easy to adjust the MFD. Therefore, a three-dimensional taper can achieve a configuration with less optical loss when connecting optical waveguides than a two-dimensional taper.
なお、本実施形態は、図3(a)に示すように、2次元テーパが一定の傾きを持って拡径する例を示している。しかし、本実施形態は、光導波路の幅が一定の変化率で変化する構成に限定されるものでなく、例えば、光波の伝播軸に沿って単位伝播長(本実施形態では1μmとする)あたりの接続導波路の幅の平均値が連続的に変化し、MFDが断熱的に変化するよう調節される構造であればよい。このような場合、テーパ構造は、光導波路幅が連続的に変化せず、周期的および疑似周期的な凹凸を生じる複雑な構造であってもよい。なお、このような構成は、例えば、非特許文献1に公知である。 Note that this embodiment shows an example in which the two-dimensional taper expands at a constant gradient, as shown in Figure 3(a). However, this embodiment is not limited to a configuration in which the width of the optical waveguide changes at a constant rate of change. For example, it may be a structure in which the average value of the width of the connecting waveguide per unit propagation length (1 μm in this embodiment) changes continuously along the propagation axis of the light wave, and the MFD is adjusted to change adiabatically. In such a case, the tapered structure may be a complex structure in which the optical waveguide width does not change continuously, but which generates periodic and quasi-periodic unevenness. Note that such a configuration is publicly known, for example, from Non-Patent Document 1.
図4、図5は、本実施形態のインターポーザ回路12をより詳細に説明するための図である。図4は、インターポーザ回路12の上面図であって、図5は、図4に示す上面図の矢線V-Vに沿う断面図である。図4に示すように、接続導波路121、122、123は、それぞれ拡径テーパ121a、122a、123a、ピッチ変更部121b、122b、123b及び縮径テーパ121c、122c、123cによって構成される。ピッチ変更部121b、123bは、S字型の曲がり導波路であり、接続導波路121、122、123の配線密度を高く設定し、インターポーザ回路12のスポットサイズ変換のための構成を小面積化できる。 Figures 4 and 5 are diagrams for explaining the interposer circuit 12 of this embodiment in more detail. Figure 4 is a top view of the interposer circuit 12, and Figure 5 is a cross-sectional view taken along the arrow V-V in the top view shown in Figure 4. As shown in Figure 4, the connection waveguides 121, 122, and 123 are each composed of expanding tapers 121a, 122a, and 123a, pitch change sections 121b, 122b, and 123b, and contracting tapers 121c, 122c, and 123c. The pitch change sections 121b and 123b are S-shaped bent waveguides, which enable the wiring density of the connection waveguides 121, 122, and 123 to be set high, thereby reducing the area of the spot size conversion configuration of the interposer circuit 12.
図5は、図4に示した接続導波路122の縦断面を示している。図5に示したように、接続導波路122は、例えば、石英製の基板51と、基板51上に形成された下層クラッド52と、接続導波路122(コア)と、上層クラッド54と、を含む。接続導波路122は、テーパ領域Tw1、ピッチ変更領域Cp、テーパ領域Tw2の順で高さが高くなっている。高さが変化する領域を、図中に高さ変化領域Tdとして示す。ファイバブロック13からシリコン導波路チップ11に向けてコアの高さが次第に低くなる本実施形態は、ファイバブロック13及び光導波路チップ11に接続される接続導波路122の高さを次第に低くし、最終的には小径の高屈折率光導波路111に合わせてMFDを調整する。 Figure 5 shows a longitudinal cross section of the connection waveguide 122 shown in Figure 4. As shown in Figure 5, the connection waveguide 122 includes, for example, a quartz substrate 51, a lower cladding 52 formed on the substrate 51, a connection waveguide 122 (core), and an upper cladding 54. The connection waveguide 122 has a height that increases in the order of tapered region Tw1, pitch change region Cp, and tapered region Tw2. The region where the height changes is shown in the figure as height change region Td. In this embodiment, in which the core height gradually decreases from the fiber block 13 to the silicon waveguide chip 11, the height of the connection waveguide 122 connected to the fiber block 13 and the optical waveguide chip 11 is gradually decreased, and the MFD is ultimately adjusted to match the small-diameter, high-refractive-index optical waveguide 111.
本実施形態の高さ変化領域Tdにおける、シリコン導波路チップ11からファイバブロック13に向かう距離は、10mm以下であることが好ましい。この距離を10mm以下に設定することで、細径コア光ファイバを用いる場合より小型に実装可能となる。また、テーパ領域Tw1、ピッチ変更領域Cp、テーパ領域Tw2は、いずれも高さ変化領域Td内に配置される。なお、このような接続導波路122の高さの調整は、例えば、局所プラズマを用いた局所エッチングプロセスによって実現可能である。 In this embodiment, the distance from the silicon waveguide chip 11 toward the fiber block 13 in the height change region Td is preferably 10 mm or less. Setting this distance to 10 mm or less enables a more compact implementation than when using a thin-core optical fiber. Furthermore, the tapered region Tw1, pitch change region Cp, and tapered region Tw2 are all located within the height change region Td. Note that such height adjustment of the connection waveguide 122 can be achieved, for example, by a local etching process using local plasma.
ただし、局所プラズマを用いた局所エッチングプロセスの加工範囲は、1~10mm程度であることが公知である。このような加工範囲は比較的大きく、シリコン導波路チップ11、ファイバブロック13の両方に向けて3次元テーパを設けることはインターポーザ回路の小型化にとって好ましくない。本実施形態は、この点に着目し、一回の局所エッチングで形成される高さ変化領域Tdの範囲内に、拡径テーパ121a、122a、123a、ピッチ変更部121b、122b、123b及び縮径テーパ121c、122c、123cを全て形成する。このような構成によれば、拡径テーパ121a、122a、123a、ピッチ変更部121b、122b、123b及び縮径テーパ121c、122c、123cを全て局所エッチングプロセスの加工範囲内に収め、インターポーザ回路12の構成を小型化することができる。 However, it is known that the processing range of a local etching process using local plasma is approximately 1 to 10 mm. This relatively large processing range makes it undesirable to create three-dimensional tapers toward both the silicon waveguide chip 11 and the fiber block 13 in terms of miniaturizing the interposer circuit. This embodiment focuses on this point and forms the expanding tapers 121a, 122a, 123a, the pitch change portions 121b, 122b, 123b, and the narrowing tapers 121c, 122c, 123c all within the height change region Td formed by a single local etching process. This configuration places the expanding tapers 121a, 122a, 123a, the pitch change portions 121b, 122b, 123b, and the narrowing tapers 121c, 122c, 123c all within the processing range of the local etching process, enabling the interposer circuit 12 to be miniaturized.
(効果)
図6は、このような本実施形態の効果を、公知の光素子と比較して説明するためのグラフである。図6の横軸は光の伝搬長を示し、縦軸は接続導波路となるコアの厚さを示している。伝搬長は、接続導波路を光が伝播する最短距離を指す。図6中のプロット●は、本実施形態のインターポーザ回路を用いた光素子の結果を示し、プロット×は比較例のインターポーザ回路の結果を示す。比較例のインターポーザ回路は、図2に示したシリコン導波路チップ11とファイバブロック13との間に設けられる。比較例のインターポーザ回路は、ファイバブロック13に向けて拡径する3次元テーパと、シリコン導波路チップ11に向けて縮径する3次元テーパと、を含んでいる。さらに、比較例のインターポーザ回路は、図6に示すように、2つの3次元テーパの間にあって、膜厚(高さ)が一定のピッチ変更部(CP2)を含んでいる。
(effect)
FIG. 6 is a graph illustrating the effects of this embodiment in comparison with known optical devices. The horizontal axis of FIG. 6 represents the propagation length of light, and the vertical axis represents the thickness of the core that serves as the connecting waveguide. The propagation length refers to the shortest distance light propagates through the connecting waveguide. In FIG. 6 , the dots (●) represent the results of an optical device using the interposer circuit of this embodiment, and the dots (×) represent the results of an interposer circuit of a comparative example. The interposer circuit of the comparative example is disposed between the silicon waveguide chip 11 and the fiber block 13 shown in FIG. 2 . The interposer circuit of the comparative example includes a three-dimensional taper that expands in diameter toward the fiber block 13 and a three-dimensional taper that contracts in diameter toward the silicon waveguide chip 11. Furthermore, as shown in FIG. 6 , the interposer circuit of the comparative example includes a pitch-changing portion (CP2) with a constant film thickness (height) located between the two three-dimensional tapers.
図6から明らかなように、高さ変化領域Td内にピッチ変更領域CP(図6中ではCP1で示す)を形成する本実施形態は、インターポーザ回路内の面積を比較例の60%にまで低減することができる。ただし、本実施形態は、このような範囲に限定されるものでなく、本発明者らは、設計を調整することにより、インターポーザ回路の面積を比較例の50%にまで小面積化できることを確認した。 As is clear from Fig. 6, this embodiment, in which a pitch change region C P (shown as CP1 in Fig. 6) is formed within the height change region Td, can reduce the area within the interposer circuit to 60% of that of the comparative example. However, this embodiment is not limited to this range, and the inventors have confirmed that by adjusting the design, the area of the interposer circuit can be reduced to 50% of that of the comparative example.
このようにインターポーザ回路を小面積化するためには、比較例のインターポーザ回路のように膜厚が一定の条件下で曲がり導波路を作製するのではなく、単一の高さ変化領域Tdの範囲内で光導波路を曲げる必要がある。高さ変化領域Tdの範囲内で定義される微小伝播長ΔLあたりの膜厚変化量ΔT、膜厚変化量ΔTあたりの実効屈折率変化量ΔNeff、実効屈折率変化量ΔNeffあたりの曲率半径変化量ΔRを用いることで、微小伝播長ΔLあたりの曲率半径変化量ΔRを導出することができる。この関係を用いると、高さ変化領域Tdでの曲がり導波路の最小曲率半径Rminは、次の式(1)で表現される。図7は、式(1)で表される実効屈折率Neffと膜厚Tとの関係を示す図である。また、図8は、曲率半径Rminと実効屈折率Neffとの関係を示す図である。
・・・式(1)
To reduce the area of the interposer circuit, it is necessary to bend the optical waveguide within a single height change region Td, rather than fabricating a curved waveguide under a constant film thickness condition as in the comparative interposer circuit. The change in film thickness ΔT per minute propagation length ΔL defined within the height change region Td, the change in effective refractive index ΔN eff per film thickness change ΔT, and the change in radius of curvature ΔR per effective refractive index change ΔN eff can be calculated. Using this relationship, the minimum radius of curvature R min of the curved waveguide in the height change region Td can be expressed by the following equation (1). Figure 7 shows the relationship between the effective refractive index N eff and film thickness T, as expressed in equation (1). Figure 8 shows the relationship between the radius of curvature R min and the effective refractive index N eff .
...Formula (1)
上記式(1)において、Rmin0は高さ変化領域Tdに光波が入力される直前の最小曲率半径であり、時間領域差分法やビーム伝播法などの数値解析を用いて導出できる。本実施形態のインターポーザ回路のピッチ変換には、上式に従う曲がり導波路を用いることが望ましい。この曲がり導波路は、単なる設計事項ではなく、上式に従う導波路の曲線は光学的に最適化された緩和曲線となり、描画が複雑で市中には存在しない。例えば、代表的な緩和曲線であるクロソイド曲線やサイン半波長逓減曲線などでは、曲率(曲率半径Rの逆数)が伝播長Lに対して線形や正弦波形など特定の関係にあるが、本発明に用いられる曲線はその限りではない。 In the above formula (1), R min0 is the minimum radius of curvature immediately before the light wave enters the height change region Td, and can be derived using numerical analysis such as the finite-difference time-domain method or the beam propagation method. For pitch conversion of the interposer circuit of this embodiment, it is desirable to use a curved waveguide that conforms to the above formula. This curved waveguide is not simply a design feature; the curve of the waveguide that conforms to the above formula is an optically optimized transition curve, which is complex to draw and is not available commercially. For example, in typical transition curves such as a clothoid curve and a sine half-wavelength attenuation curve, the curvature (the reciprocal of the radius of curvature R) has a specific relationship with the propagation length L, such as a linear or sinusoidal waveform, but the curve used in the present invention is not limited to this.
具体的には、曲がり導波路の最小曲率半径の導出にあたっては、図6、図7、図8の相関関係を数値解析または実験で導出する必要がある。このようにして導出された曲がり導波路の最小曲率半径を適用した、ピッチ変換での単一の曲がり導波路における、曲率半径Rの緩和曲線と総伝播長で規格化した伝播長Lnormの関係は、図9のようになる。図9に示される本実施形態における高さ変化領域下での曲がり導波路の曲率半径と伝播長の関係は、総伝播長の半分に対して非線対称である。この関係は次の式(2)で示される。 Specifically, when deriving the minimum radius of curvature of a curved waveguide, the correlations in Figures 6, 7, and 8 must be derived by numerical analysis or experiment. When the minimum radius of curvature of a curved waveguide derived in this way is applied, the relationship between the relaxation curve of the radius of curvature R and the propagation length Lnorm normalized by the total propagation length for a single curved waveguide at a pitch change is shown in Figure 9. In this embodiment, the relationship between the radius of curvature and the propagation length in the height change region shown in Figure 9 is asymmetrical with respect to half the total propagation length. This relationship is expressed by the following equation (2):
・・・式(2)
式(2)において、Riは緩和曲線をM分割した時のi番目(1≧i≧M)の曲率半径であり、ΔRj/ΔLは、Riが伝播長に従って無限大からRminに漸近する緩和曲線となるような曲率半径の変化率を示している。
...Formula (2)
In equation (2), R i is the radius of curvature of the i-th (1 ≥ i ≥ M) transition curve when the transition curve is divided into M parts, and ΔR j /ΔL indicates the rate of change of the radius of curvature such that R i becomes a transition curve that asymptotically approaches R min from infinity according to the propagation length.
以上説明した本実施形態において、インターポーザ回路12には、石英導波路や酸化アルミニウム、窒化シリコン導波路などの、シリコンと光ファイバの中間の屈折率をもつ材料を使用することが望ましい。これは、シリコン導波路チップ11とファイバブロック13との間の接続損失を低減するためである。また、インターポーザ回路12に石英導波路を使用する場合、同じ石英を材料としている光ファイバとの屈折率差が小さいため、反射防止を目的とした構成は特に必要としない。ただし、インターポーザ回路12とシリコン導波路チップ11との屈折率差は比較的大きいため、インターポーザ回路12の側の石英導波路とシリコン導波路を傾けて両者がx-y平面において角度を成すようにレイアウトすることが望ましい。石英導波路とシリコン導波路との境界で反射が生じ、光損失が大きくなることを防ぐためである。すなわち、屈折率が大きい物質から小さい物質へ光が進むと、その境界面において全反射角度以下の角度で入射する光が全て屈折によって反射される。本実施形態は、このような場合において、境界における光導波路に角度を付し、光の入射角度を調整して光の反射を低減する。 In the embodiment described above, it is desirable to use a material with a refractive index intermediate between that of silicon and optical fiber, such as a quartz waveguide, aluminum oxide, or silicon nitride waveguide, for the interposer circuit 12. This is to reduce connection loss between the silicon waveguide chip 11 and the fiber block 13. Furthermore, when a quartz waveguide is used for the interposer circuit 12, the difference in refractive index between it and optical fiber, which is also made of quartz, is small, so no special anti-reflection configuration is required. However, because the difference in refractive index between the interposer circuit 12 and the silicon waveguide chip 11 is relatively large, it is desirable to tilt the quartz waveguide and silicon waveguide on the interposer circuit 12 side so that they form an angle in the x-y plane. This is to prevent reflection at the boundary between the quartz waveguide and the silicon waveguide, which would result in significant optical loss. In other words, when light travels from a material with a high refractive index to a material with a low refractive index, all light incident at an angle less than the total reflection angle is reflected by refraction at the boundary surface. In such cases, this embodiment angles the optical waveguide at the boundary to adjust the angle of incidence of light and reduce light reflection.
さらに、本実施形態は、拡径テーパ121a、122a、123a、縮径テーパ121c、122c、123cの両方をシングルモードの条件下で形成することができる。しかし、より低損失かつ安定した特性のインターポーザ回路を実現するためには、拡径テーパ121a、122a、123aをマルチモードの条件で、ピッチ変更部121b、122b、123bと縮径テーパ121c、122c、123cをシングルモードの条件で作製することが好ましい。 Furthermore, in this embodiment, both the expanding tapers 121a, 122a, 123a and the contracting tapers 121c, 122c, 123c can be formed under single-mode conditions. However, to achieve an interposer circuit with lower loss and more stable characteristics, it is preferable to fabricate the expanding tapers 121a, 122a, 123a under multi-mode conditions, and the pitch-changing sections 121b, 122b, 123b and the contracting tapers 121c, 122c, 123c under single-mode conditions.
本実施形態のインターポーザ回路12においては、ファイバブロック13からシリコン導波路チップ11に向かい、拡径テーパ121a、122a、123a、ピッチ変更部121b、122b、123b、縮径テーパ121c、122c、123cの順で配置されることが好ましい。拡径テーパ121a、122a、123aとピッチ変更部121b、122b、123bとの配置を入れ替えた場合、曲がり導波路の幅が太くなるため、ピッチ変更部121b、122b、123bの曲がり導波路でのモード間干渉に起因して挿入損失が増大する。また、縮径テーパ121c、122c、123cとピッチ変更部121b、122b、123bとを入れ替えた場合、シリコン導波路と低損失に接続できる条件下で光波が曲がり導波路を伝播することになり、曲がり導波路の幅が細くなるため、光波の閉じ込めが弱くなり、放射損失が発生して挿入損失が増大する。このような挿入損失の発生を抑制するように、本実施形態では、図2,4に示すように、拡径テーパ121a、122a、123aと縮径テーパ121c、122c、123cとの間に、ピッチ変更部121b、122b、123bを配置している。ただし、高い挿入損失を許容できる場合は、ピッチ変更部121b、122b、123bの配置を変えてもよい。 In the interposer circuit 12 of this embodiment, it is preferable that the following be arranged in order from the fiber block 13 toward the silicon waveguide chip 11: expanding tapers 121a, 122a, 123a, pitch change sections 121b, 122b, 123b, and narrowing tapers 121c, 122c, 123c. If the arrangement of expanding tapers 121a, 122a, 123a and pitch change sections 121b, 122b, 123b is interchanged, the width of the curved waveguide increases, resulting in increased insertion loss due to inter-modal interference in the curved waveguides of pitch change sections 121b, 122b, 123b. Furthermore, if the diameter-converging tapers 121c, 122c, and 123c are interchanged with the pitch-changing sections 121b, 122b, and 123b, light waves propagate through the curved waveguide under conditions that allow low-loss connection to the silicon waveguide. The narrower the width of the curved waveguide, the weaker the confinement of light waves, resulting in radiation loss and increased insertion loss. To suppress this insertion loss, in this embodiment, as shown in Figures 2 and 4, the pitch-changing sections 121b, 122b, and 123b are positioned between the diameter-expanding tapers 121a, 122a, and 123a and the diameter-converging tapers 121c, 122c, and 123c. However, if a higher insertion loss is acceptable, the positions of the pitch-changing sections 121b, 122b, and 123b may be changed.
縮径テーパ121c、122c、123cとシリコン導波路との界面では反射率が高い場合が多く、石英を材料とする接続導波路121、122、123をインターポーザ回路12に採用する場合には、接続導波路121、122、123とシリコン導波路チップ11の高屈折率光導波路111のx-y平面内における角度を数度から20度の範囲で傾けることが望ましい。一方で、ファイバブロック13と石英導波路との界面では反射率が低いことから、接続導波路121、122、123と光ファイバを傾けて角度を設ける必要性は低い。 The interface between the tapered tapers 121c, 122c, and 123c and the silicon waveguide often has a high reflectance, and when using quartz-made connection waveguides 121, 122, and 123 in the interposer circuit 12, it is desirable to tilt the angle in the xy plane between the connection waveguides 121, 122, and 123 and the high-refractive-index optical waveguide 111 of the silicon waveguide chip 11 by a few degrees to 20 degrees. On the other hand, because the reflectance is low at the interface between the fiber block 13 and the quartz waveguide, there is little need to tilt the connection waveguides 121, 122, and 123 and the optical fiber to create an angle.
ファイバブロック13、インターポーザ回路12及びシリコン導波路チップ11は、樹脂等を原料とする接着剤や、融着等によって接続される。UV硬化型の接着剤を採用する場合、インターポーザ回路12の基板を石英基板とすることで、一般的なウェハ材料であるシリコンと比較してUV光の透過率が高いことから、効率的にシリコン導波路チップ11とインターポーザ回路12、及びインターポーザ回路12とファイバブロック13とを接続することができる。接着に熱硬化型の樹脂や融着を採用する場合においても、石英とシリコンとでは熱伝導率が大きく異なることから、熱勾配が発生して接続導波路(コア)近傍を効果的に加熱することができず、シリコンウェハ上にインターポーザ回路を形成した場合はコア部分の接着強度が弱くなる可能性が高い。これらの理由より、インターポーザ回路12は石英基板上に作製されることが望ましい。 The fiber block 13, interposer circuit 12, and silicon waveguide chip 11 are connected using adhesives made from resin or other materials, or by fusion bonding. When using a UV-curing adhesive, using a quartz substrate for the interposer circuit 12 has a higher UV light transmittance than silicon, a common wafer material, making it possible to efficiently connect the silicon waveguide chip 11 and interposer circuit 12, and the interposer circuit 12 and fiber block 13. Even when using a thermosetting resin or fusion bonding, the large difference in thermal conductivity between quartz and silicon creates a thermal gradient, making it difficult to effectively heat the area near the connecting waveguide (core). Therefore, if the interposer circuit is formed on a silicon wafer, the adhesive strength of the core portion is likely to be weak. For these reasons, it is desirable to fabricate the interposer circuit 12 on a quartz substrate.
以上説明したように、本実施形態は、インターポーザ回路の接続導波路を拡径テーパと縮径テーパと、ピッチ変更部とによって構成し、その全てを高さ変化部の範囲内に配置してMFDを調整している。このような構成によれば、ピッチ変更部により拡径テーパと縮径テーパとを分離する、あるいがピッチ変更部を別個に設ける必要がなく、インターポーザ回路のシリコン導波路チップとファイバブロックの並び方向の長さを短くすることができる。また、高さ変化部の長さを充分に確保し、高さ変化の割合(傾き)や長さの自由度を高めてMFDを最適に調整することができる。なお、本実施形態の説明において、接続導波路の数を3としたが、本開示の要旨を逸脱しない範囲において、インターポーザ回路の接続導波路の数を2つ、または4つ以上とすることができる。 As explained above, in this embodiment, the connecting waveguide of the interposer circuit is configured with an expanding taper, a contracting taper, and a pitch change section, all of which are positioned within the range of the height change section to adjust the MFD. This configuration eliminates the need to separate the expanding taper and the contracting taper with a pitch change section or to provide a separate pitch change section, and allows the length of the silicon waveguide chip and fiber block of the interposer circuit in the alignment direction to be shortened. Furthermore, by ensuring a sufficient length of the height change section, the degree of freedom in the rate (slope) of height change and length can be increased, allowing for optimal adjustment of the MFD. Note that, although the number of connecting waveguides in this embodiment is three, the number of connecting waveguides in the interposer circuit can be two, four, or more, without departing from the spirit of this disclosure.
11 シリコン導波路チップ
12 インターポーザ回路
13 ファイバブロック
14 光ファイバ
51 基板
52 下層クラッド
54 上層クラッド
111 高屈折率光導波路
121、122、123 接続導波路
121a、122a、123a 拡径テーパ
121b、122b、123b ピッチ変更部
121c、122c、123c 縮径テーパ
131 光ファイバ
Td 高さ変化領域
11 Silicon waveguide chip 12 Interposer circuit 13 Fiber block 14 Optical fiber 51 Substrate 52 Lower cladding 54 Upper cladding 111 High refractive index optical waveguides 121, 122, 123 Connection waveguides 121a, 122a, 123a Diameter-expanding tapers 121b, 122b, 123b Pitch-changing portions 121c, 122c, 123c Diameter-contracting tapers 131 Optical fiber Td Height-changing region
Claims (8)
前記インターポーザ回路は、
一方の端部が前記入出力導波路と接続し、他方の端部が前記入出力ファイバと接続する複数の接続導波路を備え、
前記接続導波路は、前記入出力ファイバから前記入出力導波路に向かって高さが変化する高さ変化領域と、前記入出力導波路に向かって幅が変化する第1の幅テーパ部と、前記入出力ファイバに向かって幅が変化する第2の幅テーパ部と、前記第1の幅テーパ部と前記第2の幅テーパ部との間にあって、曲がり導波路を用いてピッチが変化するピッチ変更部と、を含み、
前記第1の幅テーパ部、前記第2の幅テーパ部及び前記ピッチ変更部は、前記高さ変化領域内に配置される、
インターポーザ回路。 An interposer circuit connected between an optical circuit having input and output waveguides and a fiber block having input and output fibers,
The interposer circuit comprises:
a plurality of connection waveguides, one end of which is connected to the input/output waveguide and the other end of which is connected to the input/output fiber;
the connection waveguide includes a height changing region whose height changes from the input/output fiber toward the input/output waveguide, a first width tapered section whose width changes toward the input/output waveguide, a second width tapered section whose width changes toward the input/output fiber, and a pitch changing section that is located between the first width tapered section and the second width tapered section and whose pitch changes using a bent waveguide;
the first width tapered portion, the second width tapered portion, and the pitch change portion are disposed within the height change region.
Interposer circuit.
請求項1に記載のインターポーザ回路。 the first width tapered portion is formed of a multi-mode waveguide, and the pitch changing portion and the second width tapered portion are formed of a single-mode waveguide;
The interposer circuit of claim 1 .
ただし、上式において、Rmin0は高さ変化領域に光波が入力される直前の最小曲率半径、ΔLは高さ変化領域における微小伝搬長、ΔRminは微小伝播長ΔLあたりの曲率半径変化量ΔRの最小値、ΔNeffは曲がり導波路における実効屈折率変化量、ΔTは微小伝播長ΔLあたりの膜厚変化量である。 The interposer circuit of claim 1 , wherein a minimum radius of curvature R min of the curved waveguide in the height transition region is given by the following formula:
In the above equation, R min0 is the minimum radius of curvature immediately before the light wave is input to the height change region, ΔL is the infinitesimal propagation length in the height change region, ΔR min is the minimum value of the amount of change in radius of curvature ΔR per infinitesimal propagation length ΔL, ΔN eff is the amount of change in effective refractive index in the curved waveguide, and ΔT is the amount of change in film thickness per infinitesimal propagation length ΔL.
ただし、上式において、Riは曲率半径Rの緩和曲線をM分割した時のi番目(1≧i≧M)の曲率半径、ΔRj/ΔLは、Riが伝播長に従って無限大からRminに漸近する緩和曲線となるような曲率半径の変化率である。 2. The interposer circuit of claim 1, wherein the relationship between the radius of curvature of the curved waveguide and the propagation length in the height transition region is asymmetrical about half the total propagation length and is expressed by the following equation:
In the above equation, R i is the i-th (1 ≥ i ≥ M) radius of curvature when the transition curve with radius of curvature R is divided into M parts, and ΔR j /ΔL is the rate of change of the radius of curvature such that R i becomes a transition curve that asymptotically approaches R min from infinity according to the propagation length.
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