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JP2017534081A - ２段の断熱結合されたフォトニック・システム - Google Patents

２段の断熱結合されたフォトニック・システム Download PDF

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Abstract

一例において、結合システムは、第１の導波路と、少なくとも１つの第２の導波路と、インタポーザと、を含む。第１の導波路は、第１の屈折率ｎ１およびテーパ・エンドを有する。少なくとも１つの第２の導波路の各々は第２の屈折率ｎ２を有する。インタポーザは、第３の屈折率ｎ３と結合器部分とを有する第３の導波路を含み、ｎ１＞ｎ２＞ｎ３である。第１の導波路のテーパ・エンドは、前記少なくとも１つの第２の導波路のうちの１つの結合器部分に断熱的に結合されている。少なくとも１つの第２の導波路のうちの１つのテーパ・エンドは、インタポーザの第３の導波路の結合器部分に断熱的に結合されている。結合システムは、第１の導波路と少なくとも１つの第２の導波路との間、および、少なくとも１つの第２の導波路と第３の導波路との間で断熱的に光を結合するように構成されている。

Description

本明細書において議論されている実施形態は、２段の断熱結合されたフォトニック・システムに関する。
本明細書において他に示されていない限り、本明細書で説明される材料は、本願の特許請求の範囲に対する先行技術ではなく、このセクションに含めることによって先行技術であると認められるものではない。
シリコン（Ｓｉ）光集積回路（ＰＩＣ）への、またはシリコン（Ｓｉ）光集積回路（ＰＩＣ）からの、光を結合する２つの一般的な解決法がある。例えば、Ｓｉ ＰＩＣ上の表面格子結合器は、Ｓｉ ＰＩＣへの、またはＳｉ ＰＩＣからの光を結合させることができる。しかしながら、多くの表面格子結合器は波長依存性が大きく、比較的小さな通過帯域を有することがある。
別の例として、Ｓｉ ＰＩＣのエッジからのエッジ結合を実装して、Ｓｉ ＰＩＣへの、またはＳｉ ＰＩＣからの光を結合させることができる。しかしながら、エッジ結合は、Ｓｉ ＰＩＣが劈開されたファセットを有することを必要とすることがあり、また、いくつかの工場／製造業者は、そのようなプロセスをテストすることができないかもしれないか、或いはしたがらない。
本明細書で主張される主題は、何らかの欠点を解決する実装形態に限定されるものではなく、または上述のような環境においてのみ動作する実装形態に限定されるものではない。むしろ、この背景技術は、本明細書で説明されるいくつかの実装形態が実施され得る技術領域の一例を示すためにのみ提供されている。
この概要は、以下の詳細な説明でさらに説明する概念の選択を簡略化した形で紹介するために提供される。この概要は、特許請求された主題の重要な特徴または本質的な特徴を特定することを意図するものではなく、請求される主題の範囲を決定する助けとして使用されることも意図していない。
本明細書で説明されるいくつかの例示的な実施形態は、概して、２段の断熱結合された（ｔｗｏ−ｓｔａｇｅ ａｄｉａｂａｔｉｃａｌｌｙ）フォトニック・システムに関する。
例示的な実施形態では、結合システムは、第１の導波路と、少なくとも１つの第２の導波路と、インタポーザと、を含むことができる。第１の導波路は、第１の屈折率ｎ１およびテーパ・エンドを有することができる。少なくとも１つの第２の導波路は、それぞれが第２の屈折率ｎ２を有することができる。インタポーザは、第３の屈折率ｎ３と結合器部分とを有する第３の導波路を含むことができる。第１の導波路のテーパ・エンドは、少なくとも１つの第２の導波路のうちの１つの結合器部分に断熱的に結合されていてもよい。少なくとも１つの第２の導波路のうちの１つのテーパ・エンドは、インタポーザの第３の導波路の結合器部分に断熱的に結合されていてもよい。第１の屈折率ｎ１は、第２の屈折率ｎ２より大きくてもよく、第１の屈折率ｎ１および第２の屈折率ｎ２の両方とも第３の屈折率ｎ３よりも大きくてもよい。結合システムは、第１の導波路と少なくとも１つの第２の導波路との間、および、少なくとも１つの第２の導波路と第３の導波路との間で断熱的に光を結合するように構成されていてもよい。
本発明のさらなる特徴および利点は、以下の説明に記載され、その一部は、その説明から明らかになるか、または本発明の実施によって理解できるであろう。本発明の特徴および利点は、添付の特許請求の範囲で特に指摘された機器および組み合わせによって実現および取得することができる。本発明のこれらの特徴および他の特徴は、以下の説明および添付の特許請求の範囲からより完全に明らかになるか、または以下に示す本発明の実施によって理解できるであろう。
例示的なオプトエレクトロニクス・システム（以下「システム」）の斜視図である。 図１の２段の断熱結合された例示的なフォトニック・システム（以下「フォトニック・システム」）の側面図である。 図１および図２のフォトニック・システムの部分の様々な図を含む。 図１および図２のフォトニック・システムの部分の様々な図を含む。 ＴＭ偏光の、図３Ａ〜図３ＢのＳｉ導波路からＳｉＮ導波路へのシミュレートされた結合効率のグラフ表示を含む。 図３Ａ〜図３Ｂの基準線２におけるＳｉＮ導波路の、ＴＭ偏光およびＴＥ偏光のシミュレートされた光モードのグラフ表示を含む。 図３Ａ〜図３Ｂの基準線２におけるＳｉＮ導波路の、ＴＭ偏光およびＴＥ偏光のシミュレートされた光モードのグラフ表示を含む。 ＴＭ偏光およびＴＥ偏光の、図３Ａ〜図３ＢのＳｉＮ導波路からインタポーザ導波路へのシミュレートされた結合効率のグラフ表示を含む。 ２段の断熱結合された別の例示的なフォトニック・システム（以下「フォトニック・システム」）の側面図である。 図７のフォトニック・システムの部分の様々な図を含む。 図７のフォトニック・システムの部分の様々な図を含む。 ２段の断熱結合された別の例示的なフォトニック・システム（以下「フォトニック・システム」）の側面図である。 図９のフォトニック・システムに関連した様々なシミュレーションを含む。 ２段の断熱結合された別の例示的なフォトニック・システム（以下「フォトニック・システム」）の側面図である。 別の例示的なオプトエレクトロニクス・システム（以下「システム」）の俯瞰図および長手方向の断面図を含む。 別の例示的なオプトエレクトロニクス・システム（以下「システム」）の俯瞰図および長手方向の断面図を含む。 例示的なオプトエレクトロニクス・システム（以下「システム」）の俯瞰図である。 ＳｉＮを使用するＷＤＭ部品などの受動光学デバイスとして形成され得る例示的なアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）の俯瞰図である。 ＳｉＮを使用するＷＤＭ部品などの受動光学デバイスとして形成され得る例示的なＭＺ干渉計の継続接続の俯瞰図である。 ２段の断熱結合された別の例示的フォトニック・システム（以下「フォトニック・システム」）の側面図である。 エッチングされた窓を画定する例示的なＳｉ ＰＩＣの斜視図である。 図１７のエッチングされた窓の内部の図１７のＳｉ ＰＩＣに対して結合され得るインタポーザの一部分の実装形態の下面図および側面図を含む。 図１８のインタポーザと図１７のＳｉ ＰＩＣの位置合わせおよび取付けを表す側面図である。 図１８のインタポーザと図１７のＳｉ ＰＩＣの位置合わせおよび取付けを表す側面図である。 別のインタポーザとＳｉ ＰＩＣの位置合わせを表す側面図である。 別のインタポーザとＳｉ ＰＩＣの位置合わせを表す側面図である。 インタポーザの位置合わせ隆起部およびダミーのインタポーザ・アイランドを有するインタポーザの別の機構の側面図および下面図を含む。 Ｓｉ ＰＩＣ、インタポーザ、および光ファイバ・エンド・コネクタ２３０６（以下「コネクタ」）を含む、別の例示的な２段の断熱結合されたフォトニック・システム（以下「フォトニック・システム」）の側面図である。 図２３Ａのインタポーザの斜視図である。 別の例示的なフォトニック・システム（以下「フォトニック・システム」）の斜視図である。 ＲＸ ＳｉＮ導波路対ＴＸ ＳｉＮ導波路に関するオフセットされた構成を示す。 ＲＸ ＳｉＮ導波路対ＴＸ ＳｉＮ導波路に関する別のオフセットされた構成を示す。 酸窒化ケイ素（ＳｉＯＮ）インタポーザの側面図および下面図を含む。 図２６のＳｉＯＮインタポーザと図１７のＳｉ ＰＩＣの位置合わせを表す側面図である。 それぞれが少なくとも１つのポリマー・オン・ガラス・インタポーザを含む、２つの例示的なオプトエレクトロニクス・システム（以下「システム」）を示す。 例示的なポリマー・オン・ガラス・インタポーザおよびＳｉ ＰＩＣを示す。 別の例示的なポリマー・オン・ガラス・インタポーザを示す。 例示的なＳｉ ＰＩＣの断面図を示す。 別の例示的なＳｉ ＰＩＣを示す。 図３１ＡのＳｉ ＰＩＣに関する第１のシミュレーション〜第３のシミュレーションを示す。 マルチモードのＳｉＮ−Ｓｉの断熱結合器領域（以下「結合器」）を示す。 様々な異なる組のパラメータを有する図３２の結合器に関する様々なシミュレーションを含む。 様々な異なる組のパラメータを有する図３２の結合器に関する様々なシミュレーションを含む。 様々な異なる組のパラメータを有する図３２の結合器に関する様々なシミュレーションを含む。 様々な異なる組のパラメータを有する図３２の結合器に関する様々なシミュレーションを含む。 デマルチプレクサ・システム（まとめて「デマルチプレクサ・システム」）の実施形態を示す。 デマルチプレクサ・システム（まとめて「デマルチプレクサ・システム」）の実施形態を示す。 断熱結合器領域のＳｉ導波路およびＳｉＮ導波路におけるＴＥ偏光およびＴＭ偏光に関してＳｉ導波路の幅の関数としての実効屈折率のシミュレーションのグラフ表示である。 １８０ｎｍおよび１５０ｎｍのＳｉ導波路先端幅に関してＳｉ導波路のテーパ長さの関数としてのＴＥ偏光およびＴＭ偏光の結合効率のシミュレーションのグラフ表示である。 ３つの異なる波長チャネル向けの１６０ｎｍのＳｉ導波路先端幅に関してＳｉ導波路のテーパ長さの関数としてのＴＥ偏光およびＴＭ偏光の結合効率のシミュレーションのグラフ表示である。 例示的なＳｉ ＰＩＣ偏光スプリッタまたはコンバイナ（以下、まとめて「偏光スプリッタ」）を示す図である。 例示的なＳｉ ＰＩＣ偏光スプリッタまたはコンバイナ（以下、まとめて「偏光スプリッタ」）を示す図である。 例示的なＳｉ ＰＩＣ偏光スプリッタまたはコンバイナ（以下、まとめて「偏光スプリッタ」）を示す図である。 高屈折率のガラス・インタポーザ（以下「インタポーザ」）と図１７のＳｉ ＰＩＣの位置合わせおよび取付けを表す側面図を含む。 高屈折率のガラス・インタポーザ（以下「インタポーザ」）と図１７のＳｉ ＰＩＣの位置合わせおよび取付けを表す側面図を含む。 別の高屈折率のガラス・インタポーザ（以下「インタポーザ」）の上下を逆にした斜視図を含む。 Ｓｉ ＰＩＣ ４００８に対して断熱結合された図４０Ａのインタポーザの斜視図を含む。
本発明の上記の利点および特徴ならびに他の利点および特徴をさらに明確にするために、本発明のより詳細な説明が、添付図面に示された特定の実施形態を参照しながら提供される。これらの図面は、本発明の代表的な実施形態のみを表現しており、したがって、本発明の範囲を限定するものと見なされるべきではないことが理解される。本発明は、添付図面を使用することにより、さらなる特定性および詳細を伴って説明され、かつ明白にされることになる。
すべてが、本明細書で説明された少なくとも１つの実施形態によって構成されたものである。
本明細書で説明されるいくつかの実施形態は、一般に、シリコン（Ｓｉ）導波路から中間の窒化ケイ素（ＳｉｘＮｙ、本明細書では総称的にＳｉＮと称される）導波路へ、次いでＳｉＮ導波路からインタポーザ導波路（たとえばポリマーまたは高屈折率のガラスの導波路）へ、またはその逆方向への光の断熱結合に関するものである。以下の議論における参照の容易さのために、断熱結合は、大抵の場合、単一のＳｉ導波路−ＳｉＮ導波路−インタポーザ導波路の結合の状況で論じられ、所与のシステムには複数のそのような結合が含まれ得るという理解を伴う。
Ｓｉ導波路は第１の光学モード・サイズを有していてもよく、ＳｉＮ導波路は、第１の光学モード・サイズよりも実質的に大きい第２の光学モードを有していてもよく、ポリマーまたは他のインタポーザ導波路は、第２のモード・サイズよりも実質的に大きい第３の光学モード・サイズを有していてもよい。たとえば、第１の光学モード・サイズは約０．３μｍであってもよく、または０．２５μｍと０．５μｍの間の範囲であってもよく、第２の光学モード・サイズは約１μｍであってもよく、または０．７μｍと３μｍの間の範囲であってもよく、第３の光学モード・サイズは約１０μｍであってもよく、または８μｍと１２μｍの間の範囲であってもよい。第３の光学モード・サイズは、標準的な単一モード光ファイバの光学モード・サイズに実質的に類似していてもよい。たとえば、標準的な単一モード光ファイバが有し得る約１０μｍの光学モード・サイズは、第３の光学モード・サイズに対して実質的に類似している。
Ｓｉ導波路は、光学モードのサイズを増加させてＳｉ導波路のクラッドへ持ってくるために、約８０ナノメートル（ｎｍ）の幅まで逆テーパを与えられてもよい。ＳｉＮ導波路は、Ｓｉ導波路を含むＳｉ光集積回路（ＰＩＣ）上に製作されてもよい。ＳｉＮ導波路は、Ｓｉの逆テーパから光を受け取ってもよい。Ｓｉ導波路に類似して、ＳｉＮ導波路は８０〜３００ｎｍの幅まで逆テーパを与えられてもよい。ほぼ３〜８（μｍ）のコアを有するインタポーザ導波路が、ＳｉＮ導波路に対して密接な光接触で配置されてもよい。Ｓｉ導波路の逆テーパからの光は、ＳｉＮ導波路に断熱結合され得、次いで、伝搬方向に沿って、インタポーザ導波路へ、完全にまたは実質的に完全に、次第に変換され得る。インタポーザ導波路は、個別の剛体または可撓性の基板上で加工されていてもよく、熱機械的な取付けを含む様々な技術を使用して、または屈折率整合接着剤を使用することによって、ＳｉＮ導波路に取り付けられてもよい。Ｓｉ ＰＩＣは、変調器、導波路、検知器、結合器、およびＳｉ基板上のシリコン・オン・インシュレータ（たとえば二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）ボックス層の上のシリコン）における他の光学部品を含み得る。集積回路（ＩＣ）は、ＳｉＮ導波路およびインタポーザ導波路が配置され得る結合領域から離れて、Ｓｉ ＰＩＣの１部分におけるＳｉ ＰＩＣに対して（たとえば銅ピラーによって）フリップ・チップ接合されてもよい。インタポーザ導波路を含み得るインタポーザは、透明であってもよく、かつ／またはインタポーザ上のインタポーザ導波路を用いてＳｉ ＰＩＣに対するＳｉＮ導波路の光学的位置合わせを容易にするための位置合わせマークを有していてもよい。インタポーザ導波路とＳｉＮ導波路は、受動的に、または能動的に位置合わせされ得る。
ＳｉＮ導波路（複数可）は、結合および受動機能のためにＳｉＮ／ＳｉＯ２層部分が追加されるＳｉ ＰＩＣの製作工程において画定され得る。標準的なＳｉの光スタック層は、Ｓｉ基板と、ＳｉＯ２酸化物層（ＢＯＸまたはＳｉＯ２ボックスと称される）と、光を閉じ込めるためにＳｉ導波路がＳｉＯ２クラッドによって取り囲まれているＳｉ導波路層とを有する。本明細書で説明された実施形態は、２段結合と任意選択の受動的光学機能とのために、この標準的なスタックに対してＳｉＮ層を追加し得るものである。ＳｉＮ層は、光を閉じ込めるためにＳｉＯ２クラッドによって取り囲まれたＳｉＮコア導波路の領域を有する。ＳｉＮは、Ｓｉの屈折率とポリマーの屈折率の間の中間の屈折率を有し、そのため、いくつかの標準的な相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）工場の限界寸法の範囲内にあるテーパ幅を有する２つの層の間の効率がよい断熱結合を可能にする。ＳｉＮの低損失と、ＳｉＮのＳｉＯ２クラッドに対する（ＳｉとＳｉＯ２のものと比較して）より小さいコア／クラッド屈折率差とが、より優れた性能を有する受動部品の製作を可能にする。たとえば、ＳｉＮの波長分割マルチプレクサ（ＷＤＭ ｍｕｘ）および波長分割デマルチプレクサ（ＷＤＭ ｄｅｍｕｘ）は、Ｓｉのものよりも高度なチャネル分離を有する。加えて、ＳｉＮの受動部品は、Ｓｉの同じものよりも、温度に対するピーク波長のドリフトが５倍小さい。
いくつかの実施形態では、Ｓｉ ＰＩＣの上の送信（ＴＸ）Ｓｉ導波路および受信（ＲＸ）Ｓｉ導波路は、１つの平面にあり得、またはＳｉ ＰＩＣの１つの平坦な共有領域においてアクセス可能であり得るのに対して、平行な単一モード・ファイバ用のＭＴコネクタは、ＴＸ配列が１つの行にあってＲＸ配列がその下の行にあるマルチソース一致（ＭＳＡ）による構成を有し得る。ＴＸとＲＸの両方が同一の行あって分離されていることもあり得る。本明細書で説明された実施形態が含むインタポーザは、Ｓｉ ＰＩＣの平面におけるＳｉＮ導波路の入力／出力から、たとえば入力／出力の２つの垂直に分離された行であるＭＴコネクタに接続して提示することができる。
いくつかの実施形態では、波長分割多重方式または他の受動的光学機能は、ＳｉＮ導波路が形成されている同一のＳｉＮ／ＳｉＯ２層に一体化されてもよい。ＳｉＮ／ＳｉＯ２層を使用すると、他の層および／または材料においてそのような光学的機能を実施するのと比較して、より低い損失、ＳｉＮにおけるより低い損失によるより優れたチャネル分離、およびコアとクラッドの間のより小さい屈折率差をもたらし得るという点で、有利であり得る。
本明細書で説明されるいくつかの実施形態は、様々な動作範囲にわたって独立した波長であり得る。たとえば、本明細書で説明されるいくつかの実施形態は、１３１０ｎｍの標準的な長距離（ＬＲ）規格の範囲の動作にわたって独立した波長であり得るのに対して、表面の格子結合器は比較的狭い２０〜３０ｎｍの通過帯域を有し得る。
Ｓｉ導波路とＳｉＮ導波路は、Ｓｉ ＰＩＣの別々の層に含まれている。Ｓｉ導波路は、導波路クラッドとしてのＳｉＯ２によって取り囲まれた導波路コアとしてのＳｉを含み得る。同様に、ＳｉＮ導波路は、導波路クラッドとしてのＳｉＯ２によって取り囲まれた導波路コアとしてのＳｉＮを含み得る。
いくつかの実施形態では、ＳｉＮ導波路を含むＳｉ ＰＩＣの層は、Ｓｉ導波路を含むＳｉ ＰＩＣの層の下方にあり、またインタポーザ導波路の下方にある。ＳｉＮ／ＳｉＯ２を伴うＳｉ／ＳｉＯ２の製作を、現在はＳｉＮ導波路用の層を含まなくてもよい標準的なＳｉフォトニック工程と互換性のあるものにするために、下部層にＳｉＮを有する完全に加工されたＳｉ（いわゆるフロント・エンド・ライン工程（ＦＥＯＬ））およびバック・エンド・ライン工程（ＢＥＯＬ）を伴う構造を製作するのに、ウェーハ・ボンディングを使用することが可能であり得る。この構造と、結合のためにエッチングされ得る窓とを考えれば、ＳｉＮ導波路とインタポーザ導波路の間の光結合が達成され得る。そのため、Ｓｉ導波路から、ＳｉＮ導波路、インタポーザ導波路へと伝搬する光は、Ｓｉ導波路から下方のＳｉＮ導波路へ、次いで上方のインタポーザ導波路へ行き、ここで光ファイバなどに結合されてもよく、または逆の経路を進んでもよい。これらおよび他の実施形態では、インタポーザ導波路は、ポリマーまたは１．５に近い類似のクラッド屈折率を有する高屈折率のガラス導波路を含み得る。
ＳｉＮ導波路を含むＳｉ ＰＩＣの層が、Ｓｉ導波路を含むＳｉ ＰＩＣの層の下にあっても上にあっても、ＳｉＮ導波路は、Ｓｉ ＰＩＣの内部の波長分割多重（ＷＤＭ）部品を含むＳｉ ＰＩＣの領域に含まれ得る。その代わりに、またはそれに加えて、ＳｉＮ導波路を偏光に対して無反応にするために、ＳｉＮ導波路を取り囲むＳｉＯ２クラッドが比較的厚くてもよく、かつ／または、ＳｉＮ導波路が正方形断面のプロファイルを有していてもよい。
ＳｉＮ導波路を含むＳｉ ＰＩＣの層が、Ｓｉ導波路を含むＳｉ ＰＩＣの層の下方にあるいくつかの実施形態では、リン化インジウム（ＩｎＰ）ベースの利得素子を有する半導体チップまたはＩｎＰベースのピン検知器は、Ｓｉ導波路を含むＳｉ ＰＩＣの層の上方のＳｉ ＰＩＣに対して接合されたウェーハであってもよい。ＩｎＰベースの利得素子の場合には、ＩｎＰベースの利得素子によって放射された光が、Ｓｉ導波路に、次いでＳｉＮ導波路に、次いでインタポーザ導波路に、次いでたとえば光ファイバに光学的に結合されてもよい。ＩｎＰベースのピン検知器の場合には、インタポーザ導波路に受信された光が、Ｓｉ導波路に、次いでＳｉＮ導波路に、次いでＩｎＰベースのピン検知器に結合されてもよい。
いくつかの実施形態では、Ｓｉ ＰＩＣの最上層は、少なくともこの例におけるインタポーザ導波路（たとえばポリマー導波路）を含むポリマー（または他の材料）の導波路ストリップのためのエッチングされた窓としてエッチングされるべきエリアの境界をつける領域において金属「ダミー」を含み得る。金属「ダミー」は、誘電体スタックにおける、金属が充填された穴の配列であり、ＢＥＯＬ工程における化学機械研磨（ＣＭＰ）の後にウェーハにわたって概して機械的に平坦な面を生成するように機能するものである。金属「ダミー」は、電気接点として機能しないのでいわゆるダミーであるのに対して、ＢＥＯＬ工程における他の金属は、様々な接点とＰＩＣの出力の電気的ポートとの間の電気的接続として機能する。最上層と、その下にある、ＳｉＮ導波路を含むＳｉ ＰＩＣの層までの任意の介在層とが、エッチングされた窓においてポリマー導波路のストリップを受け取って、ポリマー導波路がＳｉＮ導波路に対して光学的に結合されることを可能にするように、ＳｉＮ導波路を含む層までエッチングされてもよい。いくつかの実施形態では、Ｓｉ ＰＩＣと、ポリマー導波路を含むポリマーのインタポーザとの間の位置合わせおよび機械的接続を容易にするために、ポリマー隆起部、アンカー窓、および／またはダミーのポリマー・アイランドが設けられていてもよい。
いくつかの実施形態では、Ｓｉ ＰＩＣに含まれるＷＤＭ部品は偏光を感知可能であり得る。たとえば、ＳｉＮベースのエシェル格子などのＷＤＭ部品は、偏光依存性のフィルタ機能を示し得る。詳細には、そのようなＷＤＭ部品のフィルタ機能は、１つの偏光を別の偏光以上にシフトし得、受信器のチャネルに対してクロストークをもたらす恐れがある。たとえば、ＳｉＮベースのエシェル格子は、１３１０ｎｍの波長チャネルにおけるＴＥ偏光を出力ガイドへシフトし得、出力ガイドが別の波長チャネルにおいてＴＭ偏光も受信し、２つのチャネル間にクロストークをもたらす。
したがって、Ｓｉ ＰＩＣは偏光スプリッタをさらに含み得る。一般に、偏光スプリッタが使用し得るＳｉＮ／Ｓｉの断熱結合器は、２つのＳｉＮ導波路および２つのテーパ・エンドを有する少なくとも１つのＳｉ導波路を含む。Ｓｉ導波路のテーパ・エンドは、２つの偏光のうち一方の断熱結合を他方のもののよりも支援する先端幅を有し得る。たとえば、ＴＭ偏光は、ＴＥ偏光よりもはるかに狭いＳｉ先端幅においてＳｉＮからＳｉに結合されてもよい。Ｓｉ先端幅は、一般に、ＴＥ偏光を、第１のＳｉＮ導波路からＳｉ導波路を通して第２のＳｉＮ導波路まで断熱結合し、ＴＭ偏光が全体的に第１のＳｉＮ導波路にとどまっているように選択されてもよい。
以下の議論では多くの実施形態が開示される。別段文脈によって規定されない限り、様々な実施形態は相互排他的ではない。たとえば、別段文脈によって規定されない限り、１つまたは複数の実施形態の１部分またはすべては、１つまたは複数の他の実施形態の１部分またはすべてと組み合わされ得る。
本発明の例示的な実施形態の様々な態様を説明するために、次に図面を参照する。図面は、そのような例示的実施形態の図解的な概略の表現であって本発明を限定するものではなく、また、必ずしも原寸に比例するものでもないことを理解されたい。
図１は、本明細書で説明された少なくとも１つの実施形態によって構成されている例示的オプトエレクトロニクス・システム１００（以下「システム１００」）の斜視図である。図示されるように、システム１００は、Ｓｉ ＰＩＣ １０２、インタポーザ１０４、３次元（３Ｄ）スタック領域１０６、およびフリップ・チップ接合集積回路（ＩＣ）１０８を含む。Ｓｉ ＰＩＣ １０２およびインタポーザ１０４は、互いに、２段の断熱結合されたフォトニック・システム２００（以下「フォトニック・システム２００」）を形成する。
一般に、Ｓｉ ＰＩＣ １０４は、変調器、導波路、結合器、またはシリコン・オン・インシュレータ基板上の他の光学素子（複数可）などの１つまたは複数の光学素子を含み得る。
一般に、３Ｄスタック領域１０６は、Ｓｉ ＰＩＣ １０４の１つまたは複数の能動光学部品に対する電気的接続をもたらし得る。したがって、３Ｄスタック領域１０６は、たとえば金属化ピラー、トレース、および／または接点ならびに絶縁誘導体および／または他の材料および素子を含み得る。
一般に、フリップ・チップ接合ＩＣ １０８が含み得る１つまたは複数の能動電気デバイスおよび／または受動電気デバイスは、３Ｄスタック領域１０６を介して、Ｓｉ ＰＩＣ １０４の１つまたは複数の能動光学部品に対して通信可能に結合され得る。
インタポーザ１０４は、Ｓｉ ＰＩＣ １０２に対して機械的に結合され得る。インタポーザ１０４のインタポーザ導波路と、Ｓｉ ＰＩＣ １０２のＳｉＮ導波路およびＳｉ導波路とは、光をＳｉ ＰＩＣ １０２へ断熱結合するか、またはＳｉ ＰＩＣ １０２からの光を断熱結合するように構成され得る。本明細書で使用されるように、光は、ここでは「初期状態」と称される１つの光学部品またはデバイスから、ここでは最終状態の導波路と称され、本明細書では断熱結合器領域と称されることもある、別の遷移干渉領域の導波路に断熱結合され得る。初期状態の導波路から最終状態の導波路まで光パワーを伝えるために、初期状態の導波路と最終状態の導波路のいずれかまたは両方の、幅、高さ、実効屈折率などの１つまたは複数の光学的性質が、光学軸に沿って変化される。ここで、初期状態の導波路および最終状態の導波路は、遷移干渉領域の内部に１つのシステムを形成し、光は、初期状態の導波路から最終状態の導波路まで物理的に伝えられている間、接合システムの単一モードにとどまる。初期状態の導波路および最終状態の導波路は、それぞれＳｉ導波路およびＳｉＮ導波路に相当し得、または逆も同様である。その代わりに、またはそれに加えて、初期状態の導波路および最終状態の導波路は、それぞれＳｉＮ導波路およびインタポーザ導波路に相当し得、または逆も同様である。その代わりに、またはそれに加えて、２つの部品は、本明細書で説明されているように構成されて断熱結合器領域を形成するとき、互いに、または互いに対して、断熱結合されていると称され得る。
その上、光という用語は、本明細書では、任意の適切な波長の電磁放射に言及するために総称的に使用され、たとえば約８００〜９００ｎｍ、２２００〜１３６０ｎｍ、１３６０〜１４６０ｎｍ、１５３０〜１５６５ｎｍ、または他の適切な波長を有する光を含み得る。光はＴＥ偏光またはＴＭ偏光を有し得る。
これらおよび他の実装形態では、Ｓｉ ＰＩＣ １０２のＳｉＮ導波路は、Ｓｉ ＰＩＣ １０２のＳｉ導波路に対して位置合わせされて光学的に結合され得る。加えて、インタポーザ１０４のインタポーザ導波路は、Ｓｉ ＰＩＣ １０２のＳｉＮ導波路に対して位置合わせされて光学的に結合され得る。Ｓｉ導波路は第１の屈折率ｎ１を有し得る。ＳｉＮ導波路は第２の屈折率ｎ２を有し得る。インタポーザ導波路は第３の屈折率３を有し得る。一般に、ＳｉＮ導波路の第２の屈折率ｎ２は、Ｓｉ導波路の第１の屈折率ｎ１とインタポーザ導波路の第３の屈折率ｎ３の中間であってもよい。加えて、ｎ１＞ｎ２＞ｎ３である。いくつかの実施形態では、それぞれが屈折率ｎ１、ｎ２、ｎ３のうちの対応するものを伴う３つの導波路を有する断熱結合された２段のフォトニック・システムに関して、第１の屈折率ｎ１は３〜３．５の範囲にあり得、第２の屈折率ｎ２は１．８〜２．２の範囲にあり得、第３の屈折率ｎ３は１．４９〜１．６の範囲にあり得る。
インタポーザ１０４のインタポーザ導波路は、１つまたは複数の光信号のための入力および／または出力に対して、さらに位置合わせされて光学的に結合され得る。例示的入力源は、光信号源（たとえばレーザ）、光ファイバ、ファイバ・エンド・コネクタ、レンズ、またはＳｉ ＰＩＣ １０２に対する入力のためにインタポーザ１０４に対して入来光信号（たとえばＳｉ ＰＩＣ １０２に向かって来る信号）を供給する他の光学部品もしくはデバイスを含み得る。出力を送られ得る例示的出力デバイスは、レーザ、光受信器（たとえば光ダイオード）、光ファイバ、ファイバ・エンド・コネクタ、レンズ、または出射信号（たとえばＳｉ ＰＩＣ １０２から出る信号）がインタポーザ１０４を介して供給され得る他の光学部品もしくはデバイスを含み得る。Ｓｉ ＰＩＣ １０２の能動光学部品の１つまたは複数が、フォトニック・システム２００からＳｉ導波路、ＳｉＮ導波路、およびインタポーザ導波路を通って出力される出射信号を生成しても、または別の形でこれらの信号の供給源であってもよい。交互に、またはそれに加えて、Ｓｉ ＰＩＣ １０２の能動光学部品のうち１つまたは複数が、インタポーザ導波路、ＳｉＮ導波路、およびＳｉ導波路を通ってフォトニック・システム２００に入力される入来信号を受け取って加工するように構成されてもよい。
図２は、本明細書で説明された少なくとも１つの実施形態によって構成されている図１のフォトニック・システム２００の側面図である。フォトニック・システム２００は、Ｓｉ ＰＩＣ １０２およびインタポーザ１０４を含む。図２は、３Ｄスタック領域１０６をさらに示す。
Ｓｉ ＰＩＣ １０２は、Ｓｉ基板２０２、ＳｉＯ２ボックス２０４、１つまたは複数のＳｉＮ導波路２０８を含む第１の層２０６、および１つまたは複数のＳｉ導波路２１２を含む第２の層２１０を含む。図示の実施形態では、第１の層２０６および第２の層２１０は、どちらもＳｉＯ２ボックス２０４の上方に形成されている。詳細には、第１の層２０６は第２の層２１０上に（または少なくともその上方に）形成されており、第２の層２１０はＳｉＯ２ボックス２０４上に（または少なくともその上方に）形成されている。その代わりに、またはそれに加えて、ＳｉＮのスラブ２１４が、第１の層２０６と第２の層２１０の間の、少なくともＳｉ導波路２１２がＳｉＮ導波路２０８に対して光学的に結合される領域に形成され得る。例示的実施形態では、ＳｉＮ導波路２０８に導波路コアとして含まれるＳｉ３Ｎ４は、少なくとも２つの側が、その全長に沿ってＳｉＯ２または他の適切な導波路クラッドによって取り囲まれている。
図２には示されていないが、Ｓｉ ＰＩＣ １０２は、第２の層２１０に形成された１つまたは複数の能動光学部品をさらに含み得る。これらおよび他の実施形態では、Ｓｉ ＰＩＣ １０２は、第２の層２１０上および／またはその上方に形成された１つまたは複数の誘電体層２１６と、誘電体層２１６に形成された１つまたは複数の金属化構造体２１８とをさらに含み得る。金属化構造体２１８は、Ｓｉ ＰＩＣ １０２の最上部から誘電体層２１６を通って、第２の層２１０またはＳｉ ＰＩＣ １０２の他のところに形成された能動光学部品に対する電気接触まで延在し得る。誘電体層２１６は、ＳｉＯ２または他の適切な誘電材料を含み得る。誘電体層２１６と金属化構造体２１８とは、まとめて３Ｄスタック領域１０６の例である。
図１および図２を組み合わせて参照すると、フリップ・チップ接合ＩＣ １０８は、３Ｄスタック領域１０６に対してフリップ・チップ接合されていてもよい。フリップ・チップ接合ＩＣが含み得る１つまたは複数の能動電気デバイスおよび／または受動電気デバイスは、３Ｄスタック領域１２３を介して、Ｓｉ ＰＩＣ １０２の第２の層２１０に形成された１つまたは複数の能動光学部品に対して通信可能に結合され得る。
インタポーザ１０４に含まれ得るインタポーザ基板２２０および導波路ストリップ２２２は、インタポーザ基板２２０上に形成されており、かつ／またはインタポーザ基板２２０に結合されている。導波路ストリップ２２２は１つまたは複数のインタポーザ導波路２２４を含む。それぞれのインタポーザ導波路２２４が、インタポーザ・コア２２４Ａおよび別々の屈折率のインタポーザ・クラッド２２４Ｂを含む。インタポーザ導波路２２４の結合器部分は、第１の層２０６におけるＳｉＮ導波路２０８のテーパ・エンドの上に配設されていてもよく、以下でより詳細に説明されるようにＳｉＮ導波路２０８のテーパ・エンドと位置合わせされる。
Ｓｉ導波路２１２（より詳細にはＳｉ導波路２１２のコア）は、上記で言及された第１の屈折率ｎ１を有し得る。ＳｉＮ導波路２０８（より詳細にはＳｉＮ導波路２０８のコア）は、上記で言及された第２の屈折率ｎ２を有し得る。インタポーザ導波路２２４（より詳細にはインタポーザ導波路２２４のインタポーザ・コア２２４Ａ）は、上記で言及された第３の屈折率ｎ３を有し得、ここでｎ１＞ｎ２＞ｎ３である。
図３Ａ〜図３Ｂは、本明細書で説明された少なくとも１つの実施形態によって構成されている図２のフォトニック・システム２００の各部の様々な図を含む。詳細には、図３Ａは俯瞰図３００Ａおよび長手方向の断面図３００Ｂを含み、図３Ｂは、図３Ａにおける基準線１〜４によってそれぞれ示された位置において横切った断面図３００Ｃ〜３００Ｆを含む。
図３Ａの俯瞰図３００Ａは、図３Ａの図３００Ａ〜３００Ｂのそれぞれの範囲内に与えられて本明細書の他の図にも与えられている任意に定義されたｘｙｚ座標軸による、様々な部品の、互いに対するｘ軸およびｚ軸の相対的位置合わせを示すものである。図３Ｂのすべての４つの図３００Ｃ〜３００Ｆが同一の配向を有するので、すべての４つの図３００Ｃ〜３００Ｆに対してｘｙｚ座標軸の単一の事例が与えられている。ｘ方向は横方向または横断方向と称されることがあり、幅、横方向の、横断の、側、横向きに、などの用語は、別段文脈によって規定されない限り、たとえばｘ方向における寸法、相対位置、および／または移動に言及するために使用され得る。ｙ方向は垂直方向と称されることがあり、高さ、厚さ、横断の、垂直の、垂直に、上の、下の、上へ、下へ、などの用語は、別段文脈によって規定されない限り、たとえばｙ方向における寸法、相対位置、および／または移動に言及するために使用され得る。ｚ方向は長手方向または光の伝搬方向と称されることがあり、全長、長手方向の、上流の、下流の、向かって、後方へ、前、後、などの用語は、別段文脈によって規定されない限り、たとえばｚ方向における寸法、相対位置、および／または移動に言及するために使用され得る。
図３Ａの長手方向の断面図３００Ｂは、様々な部品に関する例示の材料積重ねを示す。図３Ａの俯瞰図３００Ａに含まれる、材料積重ねの別々のレベルにおける様々な部品の輪郭またはフットプリントは、上から観察したときには必ずしも見えるわけではないが、様々な部品の互いに対するｘおよびｚの位置合わせを示すために、輪郭またはフットプリントとして示されている。
図３Ａの図３００Ａに示されたフォトニック・システム２００の部分は、Ｓｉ導波路２１２のテーパ・エンドを含む。Ｓｉ導波路２１２は、基準線１におけるテーパ・エンドが、基準線２におけるテーパ・エンドよりも相対的に広い。Ｓｉ導波路２１２のテーパ・エンドは、テーパまたは逆テーパを有すると考えられてもよく、それらは構造上等価である。本明細書で使用されるように、図３ＡのＳｉ導波路２１２などの導波路は、たとえば導波路の相対的により狭い部分において導波路に入り、導波路を通って、導波路の相対的により広い部分の方へ伝搬する光信号といった入来光信号に対してテーパを有すると考えられてもよい。それと比較して、図３ＡのＳｉ導波路２１２などの導波路は、たとえば導波路を通ってより広い部位からより狭い部位へと伝搬して導波路を出る光信号といった出射光信号に対して、逆テーパを有すると考えられてもよい。以下の議論を簡単にするために、「テーパ」という用語およびその変形は、光学軸に沿った導波路幅の変化として広く解釈されたい。いくつかの実施形態では、導波路の幅を、光学軸に沿って直線的に、もしくは非直線的に、または直線状の部分と非直線状部分とで非線形に、変化させるのが有利であり得る。初期状態の導波路と最終状態の導波路の干渉領域のあたりのテーパの幅は、結合を最適化するように、または物理的により小さいデバイスを製造するために結合領域の長さを短縮するように変化され得る。
テーパ・エンドを含むＳｉ導波路２１２は、第２の層２１０に形成されて、ＳｉＮ導波路２０８を含む第１の層２０６の下方に配置され得る。たとえば、第２の層２１０はＳｉＮスラブ２１４の下に配置されていてもよく、ＳｉＮスラブ２１４は第１の層２０６の下に配置されている。第２の層２１０の内部で、ＳｉＯ２が、図３Ｂの図３００Ｃおよび３００Ｄに示されるように、（たとえば正のｘ方向および負のｘ方向において）Ｓｉ導波路２１２の側面に隣接して、コアとして働くＳｉ導波路２１２のためのクラッドを形成するように全体的に配設され得る。いくつかの実施形態では、Ｓｉ導波路２１２および／またはＳｉ ＰＩＣ １０２の他のＳｉ導波路は、（たとえばｙ方向における）約０．３μｍの厚さｔＳｉと、約３．４の屈折率とを有し得る。本明細書で与えられる屈折率、厚さ、幅、長さの特定の値、および他の値は、例としてのみ与えられるものであり、しかしながら、それら明確に明示されたもの以外の値は、説明された実施形態の範囲内に入り得る。
図３Ａに示されるように、Ｓｉ導波路２１２を含む第２の層２１０上に、ＳｉＮスラブ２１４が形成されても、または別の方法で配置されていてもよい。いくつかの実施形態では、（たとえばｙ方向における）ＳｉＮスラブ２１４の厚さは約０〜５０ｎｍであってもよい。
図３Ａの図３００Ｂは、ＳｉＮ導波路２０８をさらに示す。ＳｉＮ導波路２０８は、結合器部分とテーパ・エンドの両方を含む。ＳｉＮ導波路２０８の結合器部分は、基準線１と２の間のＳｉＮ導波路２０８の部分を全体的に含み、ＳｉＮ導波路２０８のテーパ・エンドは、基準線３と４の間のＳｉＮ導波路２０８の部分を全体的に含む。ＳｉＮ導波路２０８は、基準線３におけるテーパ・エンドが、基準線４におけるテーパ・エンドよりも相対的に広い。図３Ｂの図３００Ｃ〜３００Ｆに示されるように、第１の層２０６の内部で、ＳｉＯ２が、ＳｉＮ導波路２０８のためのクラッド層として働くように、ＳｉＮ導波路２０８の側面に対して（たとえば正のｘ方向および負のｘ方向に）全体的に隣接して配設され得る。いくつかの実施形態では、ＳｉＮ導波路２０８および／または第１の層２０６の他のＳｉＮ導波路は、（たとえばｚ方向における）約０．５〜１μｍの厚さと、約１．９９の屈折率とを有し得る。
図３Ａから、ＳｉＮ導波路２０８はＳｉ導波路２１２からｙ方向に変位されているが、Ｓｉ導波路２１２のテーパ・エンドは、ＳｉＮ導波路２０８の結合器部分に対して、（図３００Ａに見られるように）ｘ方向およびｚ方向においてオーバラップして（図３００Ｂに見られるように）平行になるように、ＳｉＮ導波路２０８の結合器部分に対してｘ方向およびｚ方向において位置合わせされていることが理解され得る。
図３Ａはインタポーザ導波路２２４をさらに示す。インタポーザ導波路２２４は、コア２２４Ａおよびクラッド２２４Ｂを含む。加えて、インタポーザ導波路２２４は、結合器部分と、結合器部分から延在する終端との両方を含む。インタポーザ導波路２２４の結合器部分は、基準線３と４の間のインタポーザ導波路２２４の部分を全体的に含んでおり、その終端は結合器部分から離れて（たとえば図３Ａの右の方へ）延在する。インタポーザ導波路２２４は、図２のインタポーザ基板２２０に対して、場合によっては１つまたは複数の他のインタポーザ導波路とともに結合されてもよい。いくつかの実施形態では、図２のインタポーザ１０４のインタポーザ導波路２２４および／または他のインタポーザ導波路は、（たとえばｙ方向における）約３μｍの厚さｔＩと、（たとえばｘ方向における）約４μｍの幅ｗＩと、インタポーザ・コア２２４Ａの約１．５１の屈折率と、インタポーザ・クラッド２２４Ｂの約１．５の屈折率とを有し得る。より一般的には、インタポーザ・コア２２４Ａの屈折率がインタポーザ・クラッド２２４Ｂの屈折率よりも大きいと想定すると、インタポーザ・コア２２４Ａは１．５０９から１．５２の範囲の屈折率を有し得る。ＳｉＮ製作工程によってもたらされる最小限のテーパ先端幅によってインタポーザの屈折率の範囲の下端（ここでは約２００ｎｍと想定されている）が決定されることに留意されたい。たとえば、ＳｉＮ導波路の最小限のテーパ先端幅は１８０ｎｍであり得る。製作工程がＳｉＮのより小さい先端幅を許せば、それに対応して、インタポーザのより小さい屈折率が可能になるはずである。これは、ＳｉＮ導波路とインタポーザ導波路の実効屈折率が実質的に同一であるとき断熱結合変化が生じるためである。（たとえばより精巧な製造法を使用することによって）ＳｉＮ先端幅を縮小すると、ＳｉＮ導波路の実効屈折率が減少して、インタポーザのより小さい材料屈折率が可能になる。
図３Ａから、インタポーザ導波路２２４はＳｉＮ導波路２０８からｙ方向に変位されているが、それにもかかわらず、インタポーザ導波路２２４の結合器部分は、ＳｉＮ導波路２０８のテーパ・エンドに（図３００Ａに見られるように）オーバラップして（図３００Ｂに見られるように）平行になるように、ＳｉＮ導波路２０８のテーパ・エンドに対してｘ方向およびｚ方向において位置合わせされていることが理解され得る。
図３Ｂの図３００Ｃ〜３００Ｆは、それぞれ、Ｓｉ導波路２１２およびＳｉＮ導波路２０８の各々の、図３Ａの基準線１〜４におけるテーパ・エンドの（たとえばｘ方向の）幅を表す。たとえば、図３００Ｃおよび３００Ｄから、Ｓｉ導波路２１２の幅は、基準線１における約０．３２μｍの幅ｗＳｉ１から基準線２における約０．０８μｍ（すなわち８０ｎｍ）の幅ｗＳｉ２までテーパを与えられていることが理解され得る。また、図３００Ｅおよび３００Ｆから、ＳｉＮ導波路２０８の幅は、基準線３における約１．０μｍの幅ｗＳｉＮ１から基準線４における約０．２０μｍ（すなわち２００ｎｍ）の幅ｗＳｉＮ２までテーパを与えられていることが理解され得る。別の設計例として、幅ｗＳｉＮ１は基準線３において約１．５μｍであり得、基準線４における約０．０８μｍの幅ｗＳｉＮ２までテーパを与えられる。
Ｓｉ導波路２１２のテーパ・エンドおよびＳｉＮ導波路２０８のテーパ・エンドは、Ｓｉ導波路２１２からＳｉＮ導波路２０８への光信号およびＳｉＮ導波路２０８からインタポーザ導波路２２４への光信号の断熱変化、または反対方向に進む光信号の断熱変化をもたらす。断熱変化は、Ｓｉ導波路２１２およびＳｉＮ導波路２０８のテーパ・エンドの構造および／または実効屈折率を十分に緩やかなやり方で変化させることによって達成され得、そのため、光は、テーパ・エンド上に入射して、この同一のモードで伝搬し続け、テーパ・エンドを出て、ＳｉＮ導波路２０８またはインタポーザ導波路２２４の結合器部分に入るとき、そのモードから散乱されない。すなわち、光は、Ｓｉ導波路２１２またはＳｉＮ導波路２０８のテーパ・エンドと、ＳｉＮ導波路２０８またはインタポーザ導波路２２４のＹ軸で変位されている隣接した結合器部分との間を、モードが変化しないように徐々に変化し得、光の深刻な散乱は起こらない。したがって、ＳｉＮ導波路２０８の結合器部分と組み合わせたＳｉ導波路２１２のテーパ・エンドは、断熱結合器領域の一例である。ＳｉＮ導波路２０８のテーパ・エンドとインタポーザ導波路２２４の結合器部分は、断熱結合器領域の別の例である。
動作において、光学媒体の構造、屈折率、および／または他の特性が、光学媒体の実効屈折率を決定し得る。実効屈折率は、量子力学におけるエネルギー準位といくぶん類似している。より大きい実効屈折率は、より低いエネルギー準位に類似している。したがって、異なる実効屈折率を有する２つの隣接した光学的媒体については、光は、より大きい実効屈折率を有する媒体を通って伝搬する傾向がある。
本明細書で説明された実施形態では、図３Ａおよび図３Ｂを詳細に参照して、Ｓｉ導波路は一般にＳｉＮ導波路のものよりも大きい実効屈折率を有し得、ＳｉＮ導波路は一般にポリマー導波路のものよりも大きい実効屈折率を有し得る。Ｓｉ導波路の終端にテーパを与えることにより、Ｓｉ導波路の実効屈折率が、図３Ａおよび図３Ｂに示されたものなどのＹ軸で変位されたＳｉＮ導波路の実効屈折率とほぼ一致するか、さらにはより小さくなるまで、テーパ・エンドの全長に沿って実効屈折率が減少され得る。したがって、Ｓｉ導波路２１２を通って伝搬して、そのテーパ・エンドを通って出た光は、Ｓｉ導波路２１２のテーパ・エンドの実効屈折率がＳｉＮ導波路２０８の実効屈折率と一致するポイントのあたりでＳｉＮ導波路２０８に入り得る。同様に、ＳｉＮ導波路２０８は、その実効屈折率が、図３Ａおよび図３Ｂに示されたものなどのＹ軸で変位されたポリマー導波路の実効屈折率とほぼ一致するか、さらにはより小さくなるまで、その終端においてテーパを与えられ得る。したがって、ＳｉＮ導波路２０８を通って伝搬してそのテーパ・エンドを通って出た光は、ＳｉＮ導波路２０８のテーパ・エンドの実効屈折率がインタポーザ導波路２２４の実効屈折率と一致するポイントのあたりでインタポーザ導波路２２４に入り得る。
いくつかの他の断熱結合システムは単一の断熱結合器領域または断熱結合器段を含み、ここにおいて、ポリマーまたは高屈折率ガラス（または他のインタポーザ）の導波路が、Ｓｉ導波路のテーパ・エンドから光を直接受け取る。そのようなシステムは、一般に、（たとえば図３Ａ〜図３Ｂのｙ方向の厚さが１９０〜２００ｎｍといった）非常に薄いＳｉ導波路および／またはＳｉ導波路に、ポリマーまたは高屈折率ガラスの導波路の実効屈折率と一致するほど、小さい実効屈折率に達するような（たとえばｘ方向の幅が４０ｎｍといった）非常に細い幅までテーパを与えることを必要とする。そのような微細寸法は、いくつかの工場／製造業者にとって達成不可能なことがあり、かつ／またはこれらの工場／製造業者の既存の工程と調和しない可能性がある。加えて、より小さいＳｉ導波路は、一般に、相対的により大きいＳｉ導波路よりも挿入損が大きく、不利である。Ｓｉ導波路とポリマー導波路の間の断熱結合の長さは約２ｍｍであり得、それに対して、そのような狭いＳｉ導波路は望ましくない光損失を導入する恐れがある。それに対し、本明細書で説明されるいくつかの実施形態は、工場／製造業者によって達成可能な、より大きい寸法を有するより低損失のＳｉＮ導波路の使用を許容するＳｉＮ導波路および／またはそのテーパ・エンドを製作することによってＳｉ導波路の実効屈折率をＳｉＮ導波路の実効屈折率と一致させるように、ＳｉＮ導波路がＳｉ導波路の屈折率とインタポーザ導波路の屈折率の中間の屈折率を有する、２段の断熱結合を実施するものである。ここで、Ｓｉ導波路からＳｉＮ導波路への断熱結合の長さは、たとえば約５０〜２００μｍとかなり小さくてもよい。この場合、幅が約８０ｎｍの小さいＳｉ導波路の損失が大きいことは深刻な損失を導入せず、その損失は、前述のような２ｍｍにわたるより狭いＳｉ導波路のものより著しく少ない。ＳｉＮ導波路とインタポーザ導波路の間の断熱結合器領域は約２ｍｍであり得、ここで、Ｓｉ導波路に対してＳｉＮ導波路の損失がより小さいことが、Ｓｉ導波路とインタポーザ導波路の間の直接的な断熱結合と比較して、より少ない損失につながる。
図４は、ＴＭ偏光の、本明細書で説明された少なくとも１つの実施形態によって構成されている図３Ａ〜図３ＢのＳｉ導波路２１２からＳｉＮ導波路２０８へのシミュレートされた結合効率のグラフ表示を含む。図４の水平軸はＳｉＮ導波路２０８の（たとえば図３Ａ〜図３Ｂのｙ方向における）高さまたは厚さｔＳｉＮであり、垂直軸は結合効率である。図４から、ＳｉＮ導波路２０８の高さまたは厚さｔＳｉＮが増加するのに伴って、結合効率が向上することが理解され得る。ＴＭ偏光に関して、１μｍの高さまたは厚さｔＳｉＮにおいて、結合効率は約９６％である。
図５Ａ〜図５Ｂは、本明細書で説明された少なくとも１つの実施形態によって構成されている図３Ａ〜図３ＢのＳｉＮ導波路２０８の基準線２におけるＴＭ偏光およびＴＥ偏光のシミュレートされた光モードのグラフ表示を含む。図５Ａ〜図５Ｂのシミュレーションに関して、ＳｉＮ導波路２０８は、（たとえばｙ方向における）約１μｍの高さまたは厚さｔＳｉＮと、（たとえばｘ方向における）約１．５μｍの幅ｗＳｉＮ１とを有すると想定されている。
図５Ａに示されるように、図３Ａ〜図３Ｂの基準線２において、ほとんどのＴＭ偏光はＳｉＮ導波路２０８へ移動しているが、いくらかはＳｉ導波路２１２のテーパ・エンドの先端に依然としてとどまっている。図５Ｂに示されるように、図３Ａ〜図３Ｂの基準線２において、事実上すべてのＴＥ偏光が、Ｓｉ導波路２１２からＳｉＮ導波路２０８へ移動している。
図５Ａ〜図５Ｂは、光を、単一モードの光としてさらに示すものである。しかしながら、ＳｉＮ導波路２０８は、場合によってはマルチモード光をサポートする。単一モード光がＳｉ導波路２１２からＳｉＮ導波路２０８へと断熱結合されるとき、いくつかの実施形態ではＳｉＮ導波路２０８の単一モードのみが励起され得、光は単一モードにとどまり得る。他の実施形態では、Ｓｉ〜ＳｉＮの断熱結合器領域は、以下で論じられるように、その間の光のマルチモード伝送をサポートするように構成され得る。他の実施形態では、ＳｉＮ導波路は単一モードのみをサポートするように構成され得る。
図６は、本明細書で説明された少なくとも１つの実施形態によって構成されている図３Ａ〜図３ＢのＳｉＮ導波路２０８からインタポーザ導波路２２４へのＴＭ偏光およびＴＥ偏光（図６ではそれぞれ「ＴＭ」および「ＴＥ」とラベルを付けられている）のシミュレートされた結合効率のグラフ表示を含む。図６の水平軸はＳｉＮ導波路２０８のテーパ・エンドの（たとえば図３Ａ〜図３Ｂのｚ方向における）長さであり、垂直軸は結合効率である。図６から、ＴＥ偏光の結合効率が全般的により優れており、ＳｉＮ導波路２０８のテーパ・エンドの長さが増加するのに伴ってＴＥ偏光とＴＭ偏光の両方の結合効率が向上することが理解され得る。
図７は、本明細書で説明された少なくとも１つの実施形態によって構成されている２段の断熱結合されたフォトニック・システム７００（以下「フォトニック・システム７００」）の別の例の側面図である。フォトニック・システム７００は、Ｓｉ ＰＩＣ ７０２およびインタポーザ７０４を含む。フォトニック・システム２００に類似して、フォトニック・システム７００は、一般に、光をフォトニック・システム７００に断熱結合し、かつ／またはフォトニック・システム７００からの光を断熱結合するように構成され得る。
Ｓｉ ＰＩＣ７０２は、Ｓｉ基板７０６と、ＳｉＯ２ボックス７０８と、ＳｉＮ導波路７１２を含む第１の層７１０と、Ｓｉ導波路７１６を含む第２の層７１４とを含む。示された実施形態では、第１の層７１０はＳｉＯ２ボックス７０８上に（または少なくともその上方に）形成されており、第２の層７１４は第１の層７１０上に（または少なくともその上方に）形成されている。その代わりに、またはそれに加えて、ＳｉＮのスラブ７１８が、第１の層７１０と第２の層７１４の間の、少なくともＳｉ導波路７１６がＳｉＮ導波路７１２に対して光学的に結合される領域に形成され得る。例示的実施形態では、ＳｉＮ導波路７１２に導波路コアとして含まれるＳｉ３Ｎ４は、少なくとも２つの側が、その全長に沿ってＳｉＯ２または他の適切な導波路クラッドによって取り囲まれている。
図７に示されるように、Ｓｉ ＰＩＣ ７０２は、第２の層７１４に形成された１つまたは複数の能動光学部品７２０と、第２の層７１４上および／またはその上に形成された１つまたは複数の誘電体層７２２と、誘電体層７２２に形成された１つまたは複数の金属化構造体７２４とをさらに含み得る。金属化構造体７２４は、Ｓｉ ＰＩＣ ７０２の最上部から誘電体層７２２を通って、能動光学部品７２０を有する電気接触まで延在し得る。誘電体層７２２は、ＳｉＯ２または他の適切な誘電材料を含み得る。誘電体層７２２および金属化構造体７２４は、まとめて、図７のＳｉ ＰＩＣ ７０２などのＳｉ ＰＩＣに含まれ得る３Ｄスタック領域の一例である。その代わりに、またはそれに加えて、能動光学部品７２０を含むＳｉ ＰＩＣ ７０２の（図７で「能動」とラベルを付けられた）領域は、Ｓｉ ＰＩＣ ７０２の能動領域と称され得るのに対して、そのような能動光学部品７２０がないＳｉ ＰＩＣ ７０２の（図７で「受動」とラベルを付けられた）１つまたは複数の領域は、Ｓｉ ＰＩＣ ７０２の受動領域と称され得る。
Ｓｉ ＰＩＣ ７０２が画定し得るエッチングされた窓７２５は、図７の例では、誘電体層７２２、第２の層７１４、およびＳｉＮスラブ７１８を通ることを含めてＳｉ ＰＩＣ ７０２の各層を通って、第１の層７１０まで下がる。
インタポーザ７０４が含み得るインタポーザ基板７２６および導波路ストリップ７２８は、ポリマー基板上に形成されており、かつ／またはポリマー基板に結合されている。導波路ストリップ７２８は１つまたは複数のインタポーザ導波路７３０を含む。インタポーザ導波路７３０の各々が、インタポーザ・コアおよび別々の屈折率のインタポーザ・クラッドを含む。それぞれのインタポーザ導波路７３０の結合器部分は、Ｓｉ ＰＩＣ ７０２のエッチングされた窓７２５の内部のそれぞれのＳｉＮ導波路７１２のテーパ・エンドの上に配設されていてもよく、以下でより詳細に説明されるように、対応するＳｉＮ導波路７１２のテーパ・エンドと位置合わせされる。
図７のＳｉ ＰＩＣ ７０２、インタポーザ７０４、Ｓｉ基板７０６、ＳｉＯ２ボックス７０８、第１の層７１０、ＳｉＮ導波路７１２、第２の層７１４、Ｓｉ導波路７１６、ＳｉＮスラブ７１８、能動光学部品７２０、誘電体層７２２、金属化構造体７２４、インタポーザ基板７２６、導波路ストリップ７２８、およびインタポーザ導波路７３０の各々が、本明細書で別段示されたもの以外は、それぞれ、本明細書で示された他のＳｉ ＰＩＣ、インタポーザ、Ｓｉ基板、ＳｉＯ２ボックス、第１の層、ＳｉＮ導波路、第２の層、Ｓｉ導波路、ＳｉＮスラブ、能動光学部品、誘電体層、金属化構造体、インタポーザ基板、導波路ストリップ、およびインタポーザ導波路のうちのいずれかと全体的に類似していてもよく、または同一であってもよい。
図８Ａ〜図８Ｂは、本明細書で説明された少なくとも１つの実施形態によって構成されている図７のフォトニック・システム７００の各部の様々な図を含む。詳細には、図８Ａは俯瞰図８００Ａおよび長手方向の断面図８００Ｂを含み、図８Ｂは、図８Ａにおける基準線１〜４によってそれぞれ示された位置において横切った断面図８００Ｃ〜８００Ｆを含む。
図８Ａの俯瞰図８００Ａは、様々な部品の互いに対するｘ軸およびｚ軸の相対的位置合わせを示すものである。図８Ａの長手方向の断面図８００Ｂは、様々な部品に関する例示の材料積重ねを示す。図８Ａの俯瞰図８００Ａに含まれる、材料積重ねの別々のレベルにおける様々な部品の輪郭またはフットプリントは、上から観察したときには必ずしも見えるわけではないが、様々な部品の互いに対するｘおよびｚの位置合わせを示すために、輪郭またはフットプリントとして示されている。
図８Ａの図８００Ａに示されたフォトニック・システム７００の部分は、Ｓｉ導波路７１６のテーパ・エンドを含む。Ｓｉ導波路７１６は、基準線１におけるテーパ・エンドが、基準線２におけるテーパ・エンドよりも相対的に広い。テーパ・エンドを含むＳｉ導波路７１６は、ＳｉＮ導波路７１２を含む第１の層７１０（図７）上の、またはその層の上方の第２の層７１４（図７）に形成され得る。たとえば、第２の層７１４は、第１の層７１０の上方のＳｉＮスラブ７１８上に形成され得る。第２の層７１４の内部で、ＳｉＯ２が、図８Ｂの図８００Ｃおよび８００Ｄに示されるように、（たとえば正のｘ方向および負のｘ方向において）Ｓｉ導波路７１６の側面に隣接して、コアとして働くＳｉ導波路７１６のためのクラッドを形成するように全体的に配設され得る。Ｓｉ導波路７１６の厚さおよび／または屈折率は、前述のＳｉ導波路２１２の厚さおよび／または屈折率と同一であっても異なっていてもよい。
図８Ａに示されるように、ＳｉＮ導波路７１２を含む第１の層７１０（図７）上に、ＳｉＮスラブ７１８が形成されていても、または別の方法で配置されていてもよい。ＳｉＮスラブ７１８の厚さは、前述のＳｉＮスラブ２１４の厚さと同一であっても異なっていてもよい。
図８Ａの図８００Ｂは、ＳｉＮ導波路７１２をさらに示す。ＳｉＮ導波路７１２は、結合器部分とテーパ・エンドの両方を含む。ＳｉＮ導波路７１２の結合器部分は、基準線１と２の間のＳｉＮ導波路７１２の部分を全体的に含み、ＳｉＮ導波路７１２のテーパ・エンドは、基準線３と４の間のＳｉＮ導波路７１２の部分を全体的に含む。ＳｉＮ導波路７１２は、基準線３におけるテーパ・エンドが、基準線４におけるテーパ・エンドよりも相対的に広い。第１の層７１０（図７）の内部で、ＳｉＯ２が、図８Ｂの図８００Ｃ〜８００Ｆに示されるように、（たとえば正のｘ方向および負のｘ方向において）ＳｉＮ導波路７１２の側面に隣接して、ＳｉＮ導波路７１２のためのクラッド層としての働きをするように全体的に配設され得る。ＳｉＮ導波路７１２および／または第１の層７１０の他のＳｉＮ導波路の（たとえばｙ方向の）厚さおよび／または屈折率は、前述のＳｉＮ導波路２０８の厚さおよび／または屈折率と同一であっても異なっていてもよい。
図８Ａから、ＳｉＮ導波路７１２はＳｉ導波路７１６からｙ方向に変位されているが、Ｓｉ導波路７１６のテーパ・エンドは、ＳｉＮ導波路７１２の結合器部分に対して、（図８００Ａに見られるように）ｘ方向およびｚ方向においてオーバラップして（図８００Ｂに見られるように）平行になるように、ＳｉＮ導波路７１２の結合器部分に対してｘ方向およびｚ方向において位置合わせされていることが理解され得る。
図８Ａはインタポーザ導波路７３０をさらに示す。インタポーザ導波路７３０は、インタポーザ・コア７３０Ａおよびインタポーザ・クラッド７３０Ｂを含む。加えて、インタポーザ導波路７３０は、結合器部分と、結合器部分から延在する終端との両方を含む。インタポーザ導波路７３０の結合器部分は、基準線３と４の間のインタポーザ導波路７３０の部分を全体的に含んでおり、その終端は結合器部分から離れて（たとえば図８Ａの右の方へ）延在する。インタポーザ導波路７３０は、図７のインタポーザ基板７２６に対して、場合によっては１つまたは複数の他のインタポーザ導波路とともに結合されてもよい。いくつかの実施形態では、図７のインタポーザ導波路７３０および／またはインタポーザ７０４の他のインタポーザ導波路の（たとえばｙ方向の）厚さ、（たとえばｘ方向の）幅、および／または屈折率は、前述のインタポーザ導波路２２４の厚さ、幅、および／または屈折率と同一であっても異なっていてもよい。
図８Ａから、インタポーザ導波路７３０はＳｉＮ導波路７１２からｙ方向に変位されているが、それにもかかわらず、インタポーザ導波路７３０の結合器部分は、ＳｉＮ導波路７１２のテーパ・エンドに（図８００Ａに見られるように）オーバラップして（図８００Ｂに見られるように）平行になるように、ＳｉＮ導波路７１２のテーパ・エンドに対してｘ方向およびｚ方向において位置合わせされていることが理解され得る。
Ｓｉ導波路７１６、ＳｉＮ導波路７１２、それらのテーパ・エンド、および／またはインタポーザ導波路７３０の（たとえばｘ方向の）幅および／または（たとえばｚ方向の）長さは、前述のＳｉ導波路２１２、ＳｉＮ導波路２０８、それらのテーパ・エンド、および／またはインタポーザ導波路２２４の幅および／または長さと同一であっても異なっていてもよい。その代わりに、またはそれに加えて、Ｓｉ導波路７１６のテーパ・エンドおよびＳｉＮ導波路７１２のテーパ・エンドは、Ｓｉ導波路２１２、ＳｉＮ導波路２０８、およびインタポーザ導波路２２４に関して上記で説明したように、Ｓｉ導波路７１６からＳｉＮ導波路７１２への光信号およびＳｉＮ導波路７１２からインタポーザ導波路７３０への光信号に対して断熱変化をもたらし得る。
図９は、本明細書で説明された少なくとも１つの実施形態によって構成されている２段の断熱結合されたフォトニック・システム９００（以下「フォトニック・システム９００」）の別の例の側面図である。フォトニック・システム９００は、上記で論じられたフォトニック・システム７００に多くの点で類似しており、Ｓｉ ＰＩＣ ９０２およびインタポーザ７０４を含む。Ｓｉ ＰＩＣ ９０２は、上記で論じられたＳｉ ＰＩＣ ７０２に多くの点で類似しており、たとえばＳｉＯ２ボックス７０８、第２の層７１４、Ｓｉ導波路７１６、能動光学部品７２０、誘電体層７２２、および金属化構造体７２４を含み、Ｓｉ ＰＩＣ ９０２はエッチングされた窓９２５をさらに画定する。
Ｓｉ ＰＩＣ ９０２は、図７の第１の層７１０に類似の第１の層９１０をさらに含む。詳細には、第１の層９１０は、上記で論じられた結合器部分を有するＳｉＮ導波路７１２に類似の、結合器部分を有する第１のＳｉＮ導波路９１２Ａを含む。詳細には、Ｓｉ導波路７１６のテーパ・エンドおよび第１のＳｉＮ導波路９１２Ａの結合器部分は、Ｓｉ導波路７１６およびＳｉＮ導波路７１２に関して説明されたように、Ｓｉ導波路７１６から第１のＳｉＮ導波路９１２Ａへの光または逆方向への光を断熱結合するために、互いに位置合わせされている。
Ｓｉ ＰＩＣ ９０２の第１の層９１０は、全体的に９１４で示されているＷＤＭ部品をさらに含む。ＷＤＭ部品９１４は、たとえばＷＤＭ ｍｕｘまたはＷＤＭ ｄｅｍｕｘとして機能し得るものである。ＷＤＭ部品９１４は、１つまたは複数の縦続接続されたマッハ・ツェンダー、エシェル格子、またはアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）を含み得る。ＷＤＭ部品９１４は、第１のＳｉＮ導波路９１２Ａを、光の波長に応じて、１つまたは複数の第２のＳｉＮ導波路９１２Ｂ、９１２Ｃに対して光学的に結合する。その代わりに、またはそれに加えて、ＷＤＭ部品９１４は、異なる波長を有する光信号を搬送することができる第２のＳｉＮ導波路９１２Ｂ、９１２Ｃの一方または両方を、１つまたは複数のＳｉ導波路７１６に結合されている１つまたは複数の第１のＳｉＮ導波路９１２Ａに対して光学的に結合していてもよい。第２のＳｉＮ導波路９１２Ｃは、上記でＳｉＮ導波路７１２およびインタポーザ導波路７３０に関して説明されたように、光をインタポーザ導波路７３０に断熱結合するためのテーパ・エンドを含み得る。
ＷＤＭ部品９１４の偏光依存を低減し、かつ／または解消するために、第１ＳｉＮ導波路９１２Ａおよび第２のＳｉＮ導波路９１２Ｂ、９１２Ｃ（総称的に以下「ＳｉＮ導波路９１２」）のうち１つまたは複数が、ＴＥ偏光およびＴＭ偏光に対する同一の実効屈折率および群屈折率を有し得る。ＴＥ偏光およびＴＭ偏光に対する同一の実効屈折率および群屈折率を有するＳｉＮ導波路９１２を構成するために、ＳｉＮ導波路９１２は対称な正方形断面を備えていてもよく、ＳｉＯ２によって全体的に取り囲まれていてもよい。
たとえば図９において、少なくともＳｉＮ導波路９１２Ｂは、その全長に沿って、または少なくともその１部分に沿って、正方形断面を有し得る。ＳｉＮ導波路９１２Ｂの全長の少なくとも１部分に沿った正方形断面は、約５００ｎｍ×約５００ｎｍであってもよい。ＳｉＮ導波路９１２Ｂは、その側面に隣接したＳｉＯ２を有し得る。垂直方向（たとえばｙ方向）において、ＳｉＮ導波路９１２Ｂは、その下に隣接したＳｉＯ２ボックス７０８またはＳｉＯ２の別の層を有し得、ＳｉＯ２ボックス７０８またはＳｉＯ２の他の層は少なくとも２００ｎｍの厚さを有する。さらに、ＳｉＮ導波路９１２Ｂは、その上に隣接した第２の層７１４および／または誘電体層７２２などの１つまたは複数のＳｉＯ２の層を有し得る。図９におけるＳｉＮ導波路９１２Ｂの上に隣接したＳｉＯ２の１つまたは複数の層は、３３０ｎｍを超える合計の厚さを有し得る。
図１０は、本明細書で説明された少なくとも１つの実施形態によって構成されている図９の実施形態に関連した様々なシミュレーション１０００Ａ〜１０００Ｃを含む。シミュレーション１０００Ｃは、図９のＳｉＮ導波路９１２Ｂの実効屈折率／群屈折率をＳｉＮ導波路９１２Ｂの幅の関数として表し、ここでＳｉＮ導波路９１２Ｂの厚さは５００ｎｍと想定されている。シミュレーション１０００Ｃでは、曲線１００２Ａおよび１００２Ｂは、それぞれＴＥ偏光およびＴＭ偏光に対するＳｉＮ導波路９１２Ｂの群屈折率を表し、曲線１００４Ａおよび１００４Ｂは、それぞれＴＥ偏光およびＴＭ偏光に対するＳｉＮ導波路９１２Ｂの実効屈折率を表す。シミュレーション１０００Ｃから、たとえばＳｉＮ導波路９１２Ｂの幅が５００ｎｍの厚さと等しくなる、５００ｎｍにおいて、ＴＥ偏光およびＴＭ偏光に対して同一の群屈折率および実効屈折率が生じることが理解され得る。これはゼロの複屈折作用をもたらし得る。
図１０は、シミュレーション１０００Ｃから求められたＳｉＮ導波路９１２Ｂの５００ｎｍ×５００ｎｍの断面の測定値、ならびにＳｉＮ導波路において使用されるＳｉＮおよびＳｉＯ２の屈折率を列記する表１００６をさらに含む。
図１０のシミュレーション１０００Ａおよび１０００Ｂは、表１００４に列記されたパラメータを想定するものである。シミュレーション１０００Ａおよび１０００ｂから、ＳｉＮ導波路９１２Ｂの全長に沿ってすべての４つの側面がＳｉＯ２によって取り囲まれている５００ｎｍ×５００ｎｍのＳｉＮ導波路９１２Ｂに対してゼロ複屈折作用が生じることが理解され得る。
図１１は、本明細書で説明された少なくとも１つの実施形態によって構成されている２段の断熱結合されたフォトニック・システム１１００（以下「フォトニック・システム１１００」）の別の例の側面図である。フォトニック・システム１１００は、上記で論じられたフォトニック・システム９００に多くの点で類似しており、とりわけ、ＳｉＯ２ボックス７０８を有するインタポーザ７０４およびＳｉ ＰＩＣ １１０２と、１つまたは複数のＳｉＮ導波路１１１２Ａ〜１１１２Ｃ（以下「ＳｉＮ導波路１１１２（複数可）」）およびＷＤＭ部品１１１３を含む第１の層１１１０と、１つまたは複数のＳｉ導波路１１１６を含む第２の層１１１４と、１つまたは複数の誘電体層１１２２と、金属化構造体１１２４とを含む。第１の層１１１０、ＳｉＮ導波路１１１２、ＷＤＭ部品１１１３、第２の層１１１４、Ｓｉ導波路１１１６、誘電体層１１２２、および金属化構造体１１２４は、本明細書で別段示されたもの以外は、それぞれ、本明細書で開示された他の第１の層、ＳｉＮ導波路、ＷＤＭ部品、第２の層、Ｓｉ導波路、誘電体層、および金属化構造体のうちのいずれかと全体的に類似していてもよく、または同一であってもよい。
フォトニック・システム１１００と、たとえばフォトニック・システム９００との間の相違の１つは、図１１のＳｉ ＰＩＣ １１０２の第１の層１１１０および第２の層１１１４が、図９のＳｉ ＰＩＣ ９０２の第１の層９１０および第２の層７１４と比較して、入れ替えられていることである。詳細には、図１１では、Ｓｉ導波路１１１６を含む第２の層１１１４が、ＳｉＮ導波路１１１２を含む第１の層１１１０の下方にある。第１の層１１１０の上に接して誘電体層１１２２が配設されていてもよく、８００ｎｍを超える厚さを有し得る。第１の層１１１０の下に接して第２の層１１１４が配設されていてもよく、３３０ｎｍを超える厚さを有し得る。
Ｓｉ ＰＩＣ １１０２は、そうでなければ、図９のＳｉ ＰＩＣ ９０２に対して全体的に類似であり得る。たとえば、光は、上記で説明されたのと同様のやり方で、Ｓｉ導波路１１１６からＳｉＮ導波路１１１２Ａへ、または逆方向へ、およびＳｉＮ導波路１１１２Ｃからインタポーザ導波路７３０へ、または逆方向へ、断熱結合され得る。加えて、ＳｉＮ導波路１１１２Ｂは、ＴＥ偏光およびＴＭ偏光に対して同一の実効屈折率および群屈折率を有し得る。
図１２Ａおよび図１２Ｂは、Ｓｉ導波路２１２、ＳｉＮ導波路２０８、および図３Ａ〜図３Ｂのインタポーザ導波路２２４で構成された２つの断熱結合器領域を含む、本明細書で説明された少なくとも１つの実施形態によって構成されている別の例示的オプトエレクトロニクス・システム１２００（以下「システム１２００」）の俯瞰図および長手方向の断面図を含む。
システム１２００は、分散型フィードバック（ＤＦＢ）レーザ１２０２または他の半導体レーザと、第１のレンズ１２０４と、光アイソレータ１２０６と、第２のレンズ１２０８とをさらに含み、すべてがレーザ・サブマウント１２１０に取り付けられている。第１のレンズ１２０４は、ＤＦＢレーザ１２０２から出力される光信号の光路に配置されていてもよい。光アイソレータ１２０６は、この光路において第１のレンズ１２０４の後に配置されていてもよい。第２のレンズ１２０８は、この光路において光アイソレータ１２０６の後に配置されていてもよい。示されるように、インタポーザ導波路２２４の終端は、この光路において第２のレンズ１２０８の後に配置されていてもよい。
図１３は、本明細書でされた少なくともいくつかの実施形態によって構成されている別の例示的オプトエレクトロニクス・システム１３００（以下「システム１３００」）の俯瞰図である。システム１３００は、異なる波長λ１〜λＮの光信号を放射するように構成されたＮ個（Ｎ≧２）のＤＦＢレーザ１３０２Ａ〜１３０２Ｄを含み、図１３の例ではＮは４である。ＤＦＢレーザ１３０２Ａ〜１３０２Ｄの各々が、図１２Ａ〜図１２Ｂに関して説明されたように、対応する第１のレンズ１３０６Ａ〜１３０６Ｄ、対応する光アイソレータ１３０８Ａ〜１３０８Ｄ、および対応する第２のレンズ１３１０Ａ〜１３１０Ｄを通じて、対応するインタポーザ導波路１３０４Ａ〜１３０４Ｄに対して光学的に結合されている。
ＤＦＢレーザ１３０２Ａ〜１３０２Ｄの各々の出力は、図１３のシステム１３００に含まれる、インタポーザ導波路１３０４Ａ〜１３０４Ｄ（それぞれがインタポーザ・コアおよびインタポーザ・クラッドで構成され、インタポーザ基板上に形成されている）の対応するものによって受け取られて、対応するインタポーザ導波路１３０４Ａ〜１３０４Ｄから、Ｓｉ ＰＩＣの第１の層に含まれている対応するＳｉＮ導波路１３１２Ａ〜１３１２Ｄへと断熱結合される。システム１３００のＳｉ ＰＩＣは、本明細書で説明された他のＳｉ ＰＩＣのうち１つまたは複数と類似していてもよく、または同一であってもよい。断熱結合は、上記で説明されたように、たとえば、対応するインタポーザ導波路１３０４Ａ〜１３０４Ｄの対応する結合器部分に対して２つの直交する次元（ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）で位置合わせされたテーパ・エンドを有するＳｉＮ導波路１３１２Ａ〜１３１２Ｄを設けることによって達成される。ＳｉＮ導波路１３１２Ａ〜１３１２Ｄの各々が、Ｎ個のＤＦＢレーザ１３０２Ａ〜１３０２Ｄによって出力されたＮ個の光信号のうち対応するものを、第１の層の上方または下方に垂直に変位されたＳｉ ＰＩＣの第２の層の対応するＳｉ導波路に直ちに断熱結合するのではなく、ＳｉＮ導波路１３１２Ａ〜１３１２Ｄは、図１３のＳｉ ＰＩＣの第１の層の内部で、Ｓｉ ＰＩＣの第１の層に含まれている受動光学デバイス１３１４に対して光学的に結合される。
図１３の例では、受動光学デバイス１３１４は、ＷＤＭ ｍｕｘなどのＷＤＭ部品を含む。ＷＤＭ ｍｕｘは、マッハ・ツェンダー（ＭＺ）干渉計、アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）、エシェル格子、または他の適切なＷＤＭ ｍｕｘの継続接続を含み得る。より一般的には、受動光学デバイス１３１４は、ＳｉＮに形成するために適切な任意の受動光学デバイスを含み得る。
Ｎ個のＤＦＢレーザ１３０２Ａ〜１３０２Ｄによって出力されたＮ個の光信号は、ＳｉＮ導波路１３１２Ａ〜１３１２Ｄによって受動光学デバイス１３１４へと導かれる。受動光学デバイス１３１４は、Ｎ個の光信号を、図１３のＳｉ ＰＩＣの第１の層に含まれる共通のＳｉＮ出力導波路１３１６へ出力される多重化光信号へと多重化する。共通のＳｉＮ出力導波路１３１６は、本明細書で説明された他のＳｉＮ導波路と類似に、または同一に構成されていてもよい。多重化光信号は、共通のＳｉＮ出力導波路１３１６から、Ｓｉ ＰＩＣの第２の層に形成されたＳｉ導波路１３１８へと断熱結合される。断熱結合は、上記で説明されたように、たとえばＳｉ導波路１３１８に対して、２つの直交する次元において、共通のＳｉＮ出力導波路１３１６の結合器部分と位置合わせされたテーパ・エンドを与えることによって達成される。
図１４は、たとえば本明細書で説明された少なくとも１つの実施形態によって構成されているＳｉ ＰＩＣ １０２、７０２、９０２、１１０２の第１の層２０６、７１０、９１０、１１１０においてＳｉＮを使用するＷＤＭ部品（たとえばＷＤＭ ｍｕｘまたはＷＤＭ ｄｅｍｕｘ）などの受動光学デバイスとして形成され得る例示的ＡＷＧ １４００の俯瞰図である。Ｓｉ ＰＩＣの第１の層は、ＳｉＮ導波路１４０２、ＡＷＧ １４００、およびＳｉＮ導波路１４０４Ａ〜１４０４Ｄを含み得る。インタポーザのインタポーザ導波路１４０６は、ＳｉＮ導波路１４０２を有する断熱結合器領域を形成する。Ｓｉ ＰＩＣの第２の層において形成されたＳｉ導波路１４０８Ａは、ＳｉＮ導波路１４０４Ａを有する断熱結合器領域を形成する。図１４には示されていないが、Ｓｉ ＰＩＣの第２の層において形成された他のＳｉ導波路が、他方のＳｉＮ導波路１４０４Ｂ〜１４０４Ｄを有する断熱結合器領域を形成していてもよい。
ＡＷＧ １４００がＷＤＭ ｄｅｍｕｘであるいくつかの実施形態では、多重化光信号は、インタポーザ導波路１４０６からＳｉＮ導波路１４０２へと断熱結合されてＡＷＧ １４００に供給され、ＡＷＧ １４００によって、ＳｉＮ導波路１４０４Ａ〜１４０４Ｄに対して別個に出力される複数の出力信号（たとえば個別の波長チャネル）へと非多重化される。出力信号の各々が、次いで、対応するＳｉＮ導波路１４０４Ａ〜１４０４Ｄから、ＳｉＮ導波路１４０４Ａの場合のＳｉ導波路１４０８Ａなどの対応するＳｉ導波路へと断熱結合され得る。
ＡＷＧ １４００がＷＤＭ ｍｕｘであるいくつかの実施形態では、複数の入力信号の別々のもの（たとえば個別の波長チャネル）が、Ｓｉ導波路１４０８Ａなどの対応するＳｉ導波路またはＳｉ ＰＩＣの他のＳｉ導波路から、対応するＳｉＮ導波路１４０４Ａ〜１４０４Ｄへと断熱結合される。ＳｉＮ導波路１４０４Ａ〜１４０４Ｄは、それぞれの入力信号をＡＷＧ １４００に供給し、ＡＷＧ １４００は、様々な入力信号を、ＳｉＮ導波路１４０２に出力される多重化光信号へと多重化する。次いで、多重化光信号は、ＳｉＮ導波路１４０２からインタポーザ導波路１４０６へ断熱結合され得る。
図１４（および図１３）において、ＳｉＮ導波路１４０２および１４０４Ａ〜１４０４Ｄの各々が、相対的に広いＳｉＮ導波路から、ＴＥ偏光およびＴＭ偏光に対する実効屈折率が同一である相対的に狭いＳｉＮ導波路へとテーパを与えられていてもよい。したがって、図１４のＳｉＮベースのＡＷＧ １４００は、ゼロ複屈折のＳｉＮ導波路に基づき得る。
図１５は、たとえば本明細書で説明された少なくとも１つの実施形態によって構成されているＳｉ ＰＩＣ １０２、７０２、９０２、１１０２の第１の層２０６、７１０、９１０、１１１０においてＳｉＮを使用するＷＤＭ部品（たとえばＷＤＭ ｍｕｘ）などの受動光学デバイスとして形成され得るＭＺ干渉計１５００の例示的継続接続の俯瞰図である。ＭＺ干渉計１５００の継続接続は、図１３の受動光学デバイス１３１４を含んでいてもよく、またはこれに相当していてもよい。図１５の継続接続のＭＺ干渉計１５００は、Ｎ個（Ｎ≧２）の入力光信号を受け取って１つの多重化光信号を出力するＷＤＭ ｍｕｘとして示されているが、継続接続のＭＺ干渉計１５００は、その代りに、１つの多重化光信号を受け取ってＮの個々の光信号を出力するＷＤＭ ｄｅｍｕｘとして実施されてもよい。
ＭＺ干渉計１５００の継続接続は、第１段１５０２のＭＺ干渉計の各々の１つのアームにおけるΔＬの遅延を伴うＭＺ干渉計の第１段１５０２と、第２段１５０４のＭＺ干渉計の各々の１つのアームにおける２・ΔＬの遅延を伴うＭＺ干渉計の第２段１５０４と、第３段１５０６のＭＺ干渉計の１つのアームにおける４・ΔＬの遅延を伴う１つのＭＺ干渉計を有する第３段１５０６とを含み得る。それぞれの段のそれぞれのＭＺ干渉計への入力が２×２のマルチモード干渉（ＭＭＩ）結合器を含み得、それぞれの段のそれぞれのＭＺ干渉計からの出力が１×２のＭＭＩ結合器を含み得る。それぞれの段のそれぞれのＭＺ干渉計の入力は、その代わりに５０／５０の方向性結合器を含んでいてもよい。
ＭＺ干渉計の第１段１５０２は、ＳｉＮ導波路１５０８に結合された入力を有し得る。図１３のＳｉＮ導波路１３１２Ａに類似して、図１５のＳｉＮ導波路１５０８は、図１３のＤＦＢ １３０２Ａ〜１３０２Ｄの対応するものなどの対応する光信号源からの別々の波長チャネルをＭＺ干渉計１５００の継続接続へと断熱結合するための対応するインタポーザ導波路を有する断熱結合器領域を形成し得る。
ＭＺ干渉計の第３段１５０６は、ＳｉＮ導波路１５１０に結合された出力を有し得る。図１３のＳｉＮ導波路１３１６に類似して、図１５のＳｉＮ導波路１５１０は、ＭＺ干渉計１５００の継続接続からの多重化出力信号をＳｉ導波路へと断熱結合するためのＳｉ導波路を有する断熱結合器領域を形成し得る。
図１６は、本明細書で説明された少なくとも１つの実施形態によって構成されている２段の断熱結合されたフォトニック・システム１６００（以下「フォトニック・システム１６００」）の別の例の側面図である。フォトニック・システム１６００は、Ｓｉ ＰＩＣ １６０２、インタポーザ７０４、および半導体チップ１６０４を含む。
Ｓｉ ＰＩＣ １６０２は、Ｓｉ基板１６０６と、ＳｉＯ２ボックス１６０８と、１つまたは複数のＳｉＮ導波路１６１２Ａ、１６１２Ｂを有する第１の層１６１０と、１つまたは複数のＳｉ導波路１６１６Ａ、１６１６Ｂを有する第２の層１６１４とを含む。Ｓｉ基板１６０６、ＳｉＯ２ボックス１６０８、第１の層１６１０、ＳｉＮ導波路１６１２Ａ、１６１２Ｂ、第２の層１６１４、およびＳｉ導波路１６１６Ａ、１６１６Ｂは、本明細書で別段示されたもの以外は、それぞれ、本明細書で開示された他のＳｉ基板、ＳｉＯ２ボックス、第１の層、ＳｉＮ導波路、第２の層、およびＳｉ導波路のうちのいずれかと全体的に類似していてもよく、または同一であってもよい。たとえば、上記で全般的に説明されたのと同様のやり方で、Ｓｉ導波路１６１６ＢはＳｉＮ導波路１６１２Ａに断熱結合され得、ＳｉＮ導波路１６１２Ｂはインタポーザ導波路７３０に断熱結合され得る。いくつかの実施形態では、第１の層１１０はＷＤＭ部品および／または本明細書で別記されたような他の機能を含み得る。
半導体チップ１６０４は、Ｓｉ ＰＩＣ １６０２の第２の層１６１４の上方のＳｉ ＰＩＣ １６０２に接合されたウェーハであってもよい。半導体チップ１６０４は、レーザまたはＩｎＰベースのピン検知器を形成するのに必要とされる、ＩｎＰベースの利得素子または利得領域などの能動光学デバイス１６０５を含み得る。半導体チップ１６０４の能動光学デバイス１６０５は、Ｓｉ導波路１６１６ＡまたはＳｉ導波路１６１６Ｂの一方または両方に対して光学的に結合されていてもよい。あるいは、Ｓｉ導波路１６１６Ａおよび１６１６Ｂは、同一のＳｉ導波路の両端を含み得る。したがって、光は、能動光学デバイス１６０５と、Ｓｉ導波路１６１６Ａまたは１６１６Ｂの一方または両方との間で交換され得る。例示的実施形態では、Ｓｉ導波路１６１６Ｂは、ＳｉＮ導波路１６１２Ａへの光（またはＳｉＮ導波路１６１２Ａからの光）を断熱結合するためのテーパ・エンドを含み、Ｓｉ導波路１６１６Ｂのテーパ・エンドの反対側の終端は、半導体チップ１６０４の能動光学デバイス１６０５に対して光学的に結合され得るＳｉ導波路１６１６Ａを含み得る。いわゆるハイブリッド・レーザ構造体は、ＩｎＰ利得領域のいずれかの側にＳｉの反射型分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）を追加することにより、ＩｎＰ利得素子およびＳｉによって形成され得る。ＩｎＰ利得領域のいずれの側におけるＳｉ ＤＢＲにより、利得を有し、その故にレーザを生成する光共振器（ｏｐｔｉｃａｌ ｃａｖｉｔｙ）が形成される。
本明細書で説明されるいくつかのＳｉ ＰＩＣでは、Ｓｉ ＰＩＣは、Ｓｉ ＰＩＣの能動光学部品に対する電気接触のための金属層および／または金属化構造体を含み得る。そのような能動光学部品は、いわゆるバック・エンド・オブ・ライン（ＢＥＯＬ）工程で製作され得る。さらに、Ｓｉ ＰＩＣとインタポーザの間を本明細書で説明されたように結合するために、インタポーザに含まれるインタポーザ導波路に結合するためにＳｉＮ導波路を露出するように、１つまたは複数の上部層を通ってＳｉＮ導波路を含む層まで下がるエッチングされた窓が形成されていてもよい。これらおよび他の実装形態では、Ｓｉ ＰＩＣの最上層は、ＣＭＰの後に平坦を保つための金属ダミーを含み得る。金属ダミーは特定のフィル・ファクタを保つ必要がある。エッチングされた窓の領域は、金属ダミーのフィル・ファクタによって決定されていてもよく、数平方ミリメートル（ｍｍ２）に制限されてもよい。
図１７は、本明細書で説明された少なくとも１つの実施形態によって構成されているエッチングされた窓１７０２を画定する例示的Ｓｉ ＰＩＣ １７００の斜視図である。エッチングされた窓１７０２において、Ｓｉ ＰＩＣ １７００に含まれる第１の層１７１０が有する様々なＳｉＮ導波路１７１２のテーパ・エンドが見える。Ｓｉ ＰＩＣ １７００、エッチングされた窓１７０２、第１の層１７１０、およびＳｉＮ導波路１７１２は、本明細書で別段示されたもの以外は、本明細書で開示された他のＳｉ ＰＩＣ、エッチングされた窓、第１の層、およびＳｉＮ導波路と全体的に類似していてもよく、または同一であってもよい。Ｓｉ ＰＩＣ １７００は、本明細書で開示された他のＳｉ ＰＩＣのうち１つまたは複数に関して説明されたものに類似の１つまたは複数の他の部品または素子をさらに含み得る。
Ｓｉ ＰＩＣ １７００が第１の層１７１０の上方にさらに含む１つまたは複数の誘電体層１７２２は、本明細書で開示された他の誘電体層と類似していてもよく、または同一であってもよい。エッチングされた窓１７０２は、誘電体層１７２２を通して第１の層１７１０までエッチングすることによって形成され得る。したがって、エッチングされた窓１７０２は、誘電体層１７２２によって３つの側面（そのうち２つが図１７に見られる）が境界をつけられている。少なくとも誘電体層１７２２の最上層は、少なくとも、エッチングされた窓１７０２の３つの側面において境界をつける領域に、金属ダミー１７０４を含む。あるいは、金属ダミー１７０４は、誘電体層１７２２の最上層から下方へ、誘電体層１７２２のすべてまたはいくつかの部分を通って延在していてもよい。
例示的実施形態では、ＳｉＮ導波路１７１２のテーパ・エンドの各々は、エッチングされた窓１７０２の長さが少なくとも約２．２ミリメートル（ｍｍ）になるように、約２．２ｍｍの長さであってもよく、誘電体層１７２２の厚さは、窓１７０２が誘電体層１７２２を通って少なくとも約５〜６μｍの深さにエッチングされるように、約５〜６μｍであってもよく、ＳｉＮ導波路１７１２は約５０μｍのピッチを有し得、エッチングされた窓１７０２は４００μｍの幅を有し得る。所望の実装形態に依拠して、他の特定の値が可能である。
図１８は、本明細書で説明された少なくとも１つの実施形態によって構成されている、エッチングされた窓１７０２の内部で図１７のＳｉ ＰＩＣ １７００に結合され得るインタポーザ７０４の１部分の実装形態の下面図１８００Ａおよび側面図１８００Ｂを含む。図１８の実施形態では、インタポーザ７０４は、インタポーザ基板７２６と、インタポーザ基板７２６に結合されている導波路ストリップ７２８とを含む。導波路ストリップ７２８に含まれる複数のインタポーザ導波路７３０の各々が、インタポーザ・コア７３０Ａおよびインタポーザ・クラッド７３０Ｂを含む。図１８の例では、インタポーザ７０４は、インタポーザ基板７２６、インタポーザ・コア７３０Ａ、およびインタポーザ・クラッド７３０Ｂがそれぞれポリマー基板、ポリマー・コア、およびポリマー・クラッドを含むように、ポリマー・インタポーザを含み得る。
インタポーザ基板７２６の厚さｔｉｓは約１００μｍ以上であってもよい。インタポーザ・クラッド７３０Ｂの厚さｔｃｌａｄは約１４μｍであってもよい。たとえば各インタポーザ・コア７３０Ａのコア中心間の公称の間隔である各インタポーザ・コア７３０Ａのピッチｐは約５０μｍであってもよく、より一般的にはＸμｍであってもよい。インタポーザ・コア７３０Ａの各々の幅ｗｃｏｒｅは約８μｍであってもよい。インタポーザ・コア７３０Ａの各々の厚さｔｃｏｒｅは、インタポーザ７０４が結合される、対応するＳｉ ＰＩＣの対応するエッチングされた窓の深さ以下であってもよい。導波路ストリップ７２８の幅ｗｗｓは、Ｘの約Ｎ倍であり、Ｎはインタポーザ・コア７３０Ａの数であり、Ｘはピッチｐ、すなわちコア中心間の公称の間隔である。対応するエッチングされた窓の最小幅もＸのＮ倍であってもよい。所望の実装形態に依拠して、他の特定の値が可能である。
図１８の図１８００Ａおよび１８００Ｂでは、インタポーザ・コア７３０Ａはポリマー導波路７３０の結合器部分を含む。図１８に見られる結合器部分は、対応するエッチングされた窓を通じてアクセス可能な対応するＳｉＮ導波路のテーパ・エンドと、上記で説明されたように位置合わせされ得る。結合器部分は、４つの側面のうち３つの上に、それらの全長に沿って露出されており、インタポーザ・クラッド７３０Ｂが、４つの側面の残りの１つに隣接して、結合器部分の全長に沿って配設されている。あるいは、結合器部分は底面上にのみ露出されていてもよく、または底面に沿って、垂直側面の一方または両方において１部分のみが露出されていてもよい。これらおよび他の実施形態では、インタポーザ７０４の、対応するエッチングされた窓の内部に配設されない部分（図示せず）については、しかしながら、インタポーザ・コア７３０Ａは、インタポーザ・クラッド７３０Ｂによってそれらの全長に沿ってすべての４つの側面において全体的に取り囲まれていてもよい。
図１９Ａおよび図１９Ｂは、本明細書で説明された少なくとも１つの実施形態によって構成されている図１８のインタポーザ７０４と図１７のＳｉ ＰＩＣ １７００の位置合わせおよび取付けを表す側面図である。図１９Ａに示されるように、インタポーザ７０４の導波路ストリップ７２８が、エッチングされた窓１７０２に対して位置合わせされ、インタポーザ・コア７３０Ａが、ｘ方向およびｚ方向においてＳｉＮ導波路１７１２と全体的に位置合わせされて、本明細書で別記されるような断熱結合器領域を形成する。エッチングされた窓１７０２は、エポキシのアンダーフィル１９０２で少なくとも部分的に充填され得る。次いで、インタポーザ７０４が、図１９Ｂに示されるように、インタポーザ・コア７３０ＡがＳｉＮ導波路１７１２に対して直接接触するかまたは少なくとも密接に接触するまで、図１９Ａの矢印１９０４によって示されるようにＳｉ ＰＩＣ １７００の方へ移動されてもよい（またはＳｉ ＰＩＣ １７００がインタポーザ７０４の方へ移動されてもよい）。本明細書で使用される、２つの部品または素子の間の直接接触という用語は、２つの部品が実際に触れ合うことを意味する。本明細書で使用される密接な接触という用語は、２つの部品が、一方の部品から他方の部品まで光が光学的に結合されるように十分に接近していることを意味する。そのような密接に接触している部品は、任意選択で、２つの部品間にエポキシ接着剤または他の接着剤を含み得る。本明細書の、直接接触に言及するあらゆる説明が、たとえば接着剤の薄層を含み得る密接な接触も含むことができる。図１９Ｂに示されるように、誘電体層１７２２の最上部をインタポーザ７０４のインタポーザ・クラッド７３０Ｂに対してエポキシ樹脂で接着するように、エッチングされた窓１９０２を溢れ出る十分なアンダーフィル・エポキシ１９０２があってもよい。
図１９Ａおよび図１９Ｂには、Ｓｉ ＰＩＣ １７００に含まれるＳｉ導波路１９０６がさらに示されており、これは、ｘ方向およびｚ方向においてＳｉＮ導波路１７１２と全体的に位置合わせされ得、本明細書で別記されるような断熱結合器領域を形成する。
図２０は、本明細書で説明された少なくとも１つの実施形態によって構成されている、別のインタポーザ２００２とＳｉ ＰＩＣ ２００４の位置合わせを表す側面図である。図２０の例は、最大の窓サイズおよび金属ダミーのフィル・ファクタの制約条件を満たすための、そうでなければ、本明細書で論じられたような２段の断熱結合の実装形態を含めて、上記で論じられた他の実施形態と同様に構成され得る、連窓ジオメトリ（ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｗｉｎｄｏｗ ｇｅｏｍｅｔｒｙ）を実施するものである。この実施形態および他の実施形態では、インタポーザ２００２は複数の導波路ストリップ２００６を含み得、Ｓｉ ＰＩＣ ２００４は複数のエッチングされた窓２００８を含み得る。導波路ストリップ２００６およびエッチングされた窓２００８の各々は、本明細書で開示された他の導波路ストリップおよびエッチングされた窓のうちのいずれかと全体的に類似していてもよく、または同一であってもよい。一般に、少なくともインタポーザ２００２がＳｉ ＰＩＣ ２００４に対して結合する領域におけるインタポーザ２００２の下部面は、少なくともＳｉ ＰＩＣ ２００４がポリマー・インタポーザ２００２に対して結合する領域におけるＳｉ ＰＩＣ ２００４の上部面と相補的であり得る。
図２１は、本明細書で説明された少なくとも１つの実施形態によって構成されている、別のインタポーザ２１０２およびＳｉ ＰＩＣ ２１０４の位置合わせを表す側面図である。インタポーザ２１０２が１つまたは複数の導波路ストリップ２１０６を含む一方で、Ｓｉ ＰＩＣ ２１０４は１つまたは複数のエッチングされた窓２１０８を含む。加えて、図２１の例は、１つまたは複数のインタポーザの位置合わせ隆起２１１０および対応するＳｉ ＰＩＣのアンカー窓２１１２および／または１つもしくは複数のダミーのインタポーザ・アイランド２１１４を実施するものであり、そうでなければ、本明細書で論じられたような２段の断熱結合の実装形態を含めて、上記で論じられた他の実施形態と同様に構成されている。
いくつかの実施形態におけるインタポーザの位置合わせ隆起部２１１０は、インタポーザ２１０２のインタポーザ・コア、インタポーザ・クラッド、またはインタポーザ基板と同一の材料から形成され得る。交互に、またはそれに加えて、インタポーザの位置合わせ隆起２１１０の各々は、約１００〜２００μｍの幅およびインタポーザ・コアと同一の厚さまたは異なる厚さであってもよい。
アンカー窓２１１２は、導波路ストリップ２１０６に含まれたインタポーザ導波路に対して光学的に結合されるＳｉＮ導波路２１１６を含むＳｉ ＰＩＣ ２１０４の対応する第１の層の上にあるＳｉ ＰＩＣ ２１０４の１つまたは複数の誘電体層を通ってエッチングされてもよい。アンカー窓２１１２の形状および位置は、インタポーザの位置合わせ隆起部２１１０の形状および位置に対して相補的であり得る。ポリマー・インタポーザ２１０２をＳｉ ＰＩＣ ２１０４に取り付けるとき、インタポーザの位置合わせ隆起部２１１０がアンカー窓２１０４に対して位置合わせされていてもよく、結果として、導波路ストリップ２１０６のインタポーザ導波路の露出した結合器部分が、ＳｉＮ導波路２１１６に対して位置合わせされ得る。次いで、インタポーザ２１０２が、対応する断熱結合器領域を形成するように、インタポーザ・コアがＳｉＮ導波路２１１６に対して直接接触するかまたは少なくとも密接に接触するまで、図２１の矢印２１１８によって示されるようにＳｉ ＰＩＣ ２１０４の方へ移動されてもよい（またはＳｉ ＰＩＣ ２１０４がインタポーザ２１０２の方へ移動されてもよい）。
いくつかの実施形態におけるダミー・インタポーザ・アイランド２１１４は、インタポーザ２１０２のインタポーザ・コア、インタポーザ・クラッド、またはインタポーザ基板と同一の材料から形成され得る。交互に、またはそれに加えて、ダミーのインタポーザ・アイランド２１１４の各々は、インタポーザの位置合わせ隆起部２１１０と同じ幅でも異なる幅でもよく、インタポーザ・コアと同じ厚さであっても異なる厚さであってもよい。エッチングされた窓２１０８の幅は、ダミーのインタポーザ・アイランド２１１４および導波路ストリップ２１０６（より詳細には、その中に含まれるインタポーザ導波路の結合器部分）を収容するのに十分なものであり得る。ダミーのインタポーザ・アイランド２１１４は、最も近いインタポーザ導波路の光学モードを乱さないように、最も近いインタポーザ導波路から十分な距離だけ分離されていてもよい。たとえば、ダミーのインタポーザ・アイランド２１１４の各々は、導波路ストリップ２１０６の対応する最も近いインタポーザ導波路から少なくとも３０μｍだけ分離されていてもよい。一般に、ダミーのインタポーザ・アイランド２１１４は、インタポーザ２１０２とＳｉ ＰＩＣ ２１０４の間の機械的取付け工程を容易にするために、相対的に大きくかつ平坦な面をもたらし得る。
図２２は、本明細書で説明された少なくとも１つの実施形態によって構成されている、インタポーザの位置合わせ隆起部２２０４とダミーのインタポーザ・アイランド２２０６とを有するインタポーザ２２０２の別の機構の側面図２２００Ａおよび下面図２２００Ｂを含む。本明細書で開示された他のインタポーザに類似して、インタポーザ２２０２は、インタポーザ基板２２０８、インタポーザ・クラッド２２１０、およびインタポーザ・コア２２１２を含み得る。いくつかの実施形態では、インタポーザ２２０２に含まれるポリマー・インタポーザにおいて、インタポーザ基板２２０８、インタポーザ・クラッド２２１０、およびインタポーザ・コア２２１２の各々がポリマーを含む。下面図２２００Ｂに示されるように、少なくともＳｉ ＰＩＣのエッチングされた窓に収容されるべきインタポーザ２２０２の領域２２１４におけるインタポーザ導波路２２１２の最低部および／または側面から、インタポーザ・クラッド２２１０が除去されてもよい。エッチングされた窓に収容されないインタポーザ２２０２の領域２２１６では、インタポーザ・クラッド２２１０が、インタポーザ導波路２２１２のすべての側面を、それらの全長に沿って取り囲み得る。
図２３Ａは、本明細書で説明された少なくとも１つの実施形態によって構成されている、Ｓｉ ＰＩＣ２３０２、インタポーザ２３０４、および光ファイバ・エンド・コネクタ２３０６（以下「コネクタ２３０６」）を含む、別の例示の２段の断熱結合されたフォトニック・システム２３００（以下「フォトニック・システム２３００」）の側面図である。Ｓｉ ＰＩＣ ２３０２およびインタポーザ２３０４は、本明細書で別段示されたもの以外は、それぞれ、本明細書で開示された他のＳｉ ＰＩＣおよびインタポーザのうちのいずれかと類似していてもよく、または同一であってもよい。
たとえば、Ｓｉ ＰＩＣ ２３０２は、Ｓｉ ＰＩＣの第１の層に形成された１つまたは複数のＳｉＮ導波路２３０８と、Ｓｉ ＰＩＣの第１の層の下方（または他の実施形態では上方）の第２の層に形成された１つまたは複数のＳｉ導波路２３１０とを含み得る。Ｓｉ導波路２３１０の各々は、断熱結合器領域を形成するために、ＳｉＮ導波路２３０８のうち対応するものの結合器部分に対して２つの直交方向において位置合わせされたテーパ・エンドを含み得る。同様に、ＳｉＮ導波路２３０８の各々は、別の断熱結合器領域を形成するために、インタポーザ２３０４に含まれた１つまたは複数のインタポーザ導波路２３１２のうち対応するものの結合器部分に対して２つの直交方向において位置合わせされたテーパ・エンドを含み得る。
インタポーザ２３０４は、高屈折率のガラス導波路ブロックまたは高屈折率のガラス導波路インタポーザを含み得る。したがって、この例では、インタポーザ導波路２３１２は、たとえばイオン交換法、紫外線（ＵＶ）放射レーザ書込み、または他の適切な屈折率を変える放射もしくは工程によって、高屈折率のガラス導波路ブロックに書き込まれ得る高屈折率のガラス導波路を含み得る。
インタポーザ導波路２３１２の各々は、断熱結合器領域を形成するために、全体的に、ＳｉＮ導波路２３０８のうち対応するものに対して能動的または受動的に位置合わせされ得る。ＳｉＮ導波路２３０８の各々の、対応するＳｉ導波路２３１０に対する位置合わせは、断熱結合器領域を形成するための製作工程において達成され得る。
インタポーザ２３０４とＳｉ ＰＩＣ ２３０２の間の機械的取付けを形成するために、その間にエポキシのアンダーフィル２３１４が供給され得る。
コネクタ２３０６は、マルチファイバのプッシュ・オン（ＭＰＯ）コネクタまたは他の適切な光ファイバのエンド・コネクタを含み得る。
インタポーザ２３０４はコネクタ２３０６に結合されていてもよく、コネクタ２３０６は１つまたは複数の光ファイバ（図示せず）に結合されていてもよい。光は、光ファイバからインタポーザ２３０４のインタポーザ導波路２３１２へと結合されていてもよく、かつ／またはインタポーザ２３０４のインタポーザ導波路２３１２から光ファイバへと結合されていてもよい。
図２３Ｂは、本明細書で説明された少なくとも１つの実施形態によって構成されている図２３Ａのインタポーザ２３０４の斜視図である。これらおよび他の実装形態では、インタポーザ２３０４は、コネクタ２３０６をインタポーザ２３０４に結合するため、および／またはインタポーザ２３０４のインタポーザ導波路２３１２を光ファイバに対して光学的に位置合わせするために、コネクタ２３０６の突起またはねじ部品を受けるための１つまたは複数の位置合わせガイドまたはねじ開口２３１６を含み得る。
いくつかの実装形態では、インタポーザ導波路２３１２は２つ以上のサブセットまたはグループに分割され得る。図２３Ｂの例では、インタポーザ導波路２３１２は、インタポーザ導波路２３１２の第１のサブセット２３１８Ａとインタポーザ導波路２３１２の第２のサブセット２３１８Ｂとに分割される。インタポーザ導波路２３１２はそれらの意図された機能に応じて分割されてもよい。たとえば、インタポーザ導波路２３１２の第１のサブセット２３１８Ａは、Ｓｉ ＰＩＣ ２３０２に対して光ファイバからの入来光を、コネクタ２３０６を通して搬送するのに使用され得、したがって受信（ＲＸ）インタポーザ導波路２３１２と称され得る。同様に、インタポーザ導波路２３１２の第２の組２３１８Ｂは、Ｓｉ ＰＩＣ ２３０２からの出射光を、コネクタ２３０６を通して光ファイバまで搬送するのに使用され得、したがって送信（ＴＸ）インタポーザ導波路２３１２と称され得る。Ｓｉ ＰＩＣ ２３０２の第２の層におけるＳｉ導波路および／またはＳｉ ＰＩＣ ２３０２の第１の層におけるＳｉＮ導波路も、それらの機能に依拠してＲＸまたはＴＸの導波路として記述され得る。
図２３Ｂに示されるように、インタポーザ２３０４の入出力面２３２０において、第１の組２３１８ＡにおけるＲＸインタポーザ導波路２３１２の終端は、全体的に互いに対して平行かつ共面に構成され得、第２の組２３１８ＢにおけるＴＸインタポーザ導波路２３１２の終端も、全体的に互いに対して平行かつ共面に構成され得る。交互に、またはそれに加えて、図２３Ｂに示されるように２段重ねの機構で、入出力面２３２０において、第１の組２３１８ＡのＲＸインタポーザ導波路２３１２の終端が、第２の組２３１８ＢのＴＸインタポーザ導波路２３１２の終端から平行に変位されてもよい。
インタポーザ２３０４の入出力面２３２０は、図２３Ａのコネクタ２３０６に結合されてもよい。入出力面２３２０における第１の組２３１８ＡのＲＸインタポーザ導波路２３１２と第２の組２３１８ＢのＴＸインタポーザ導波路２３１２の２段重ねの機構は、図２３Ａのコネクタ２３０６が結合され得るＲＸ光ファイバとＴＸ光ファイバの機構と整合し得る。ＲＸおよびＴＸインタポーザ導波路２３１２の他の機構は、コネクタ２３０６によってＲＸおよびＴＸの光ファイバの他の機構と整合するように実施され得る。
図２４は、本明細書で説明された少なくとも１つの実施形態によって構成されている、Ｓｉ ＰＩＣ２４０２、インタポーザ２４０４、および光ファイバ・エンド・コネクタ２４０６を含む、別の例示のフォトニック・システム２４００（以下「フォトニック・システム２４００」）の斜視図である。フォトニック・システム２４００は、Ｓｉ ＰＩＣ ２４０２および光ファイバ・エンド・コネクタ２４０６をさらに含む。Ｓｉ ＰＩＣ ２４０２、インタポーザ２４０４、およびコネクタ２４０６は、本明細書で別段示されたもの以外は、それぞれ、本明細書で開示された他のＳｉ ＰＩＣ、インタポーザ、およびコネクタのうちのいずれかと類似していてもよく、または同一であってもよい。
たとえば、Ｓｉ ＰＩＣ ２４０２は、Ｓｉ ＰＩＣの第１の層に形成された１つまたは複数のＳｉＮ導波路２４０８と、Ｓｉ ＰＩＣの第１の層の下方（または他の実施形態では上方）の第２の層に形成された１つまたは複数のＳｉ導波路（図示せず）とを含み得る。Ｓｉ導波路の各々は、断熱結合器領域を形成するために、ＳｉＮ導波路２４０８のうち対応するものの結合器部分に対して２つの直交方向において位置合わせされたテーパ・エンドを含み得る。同様に、ＳｉＮ導波路２４０８の各々は、別の断熱結合器領域を形成するために、インタポーザ２４０４に含まれた１つまたは複数のインタポーザ導波路のうち対応するものの結合器部分に対して２つの直交方向において位置合わせされたテーパ・エンドを含み得る。
インタポーザ２４０４が含み得るポリマー・インタポーザの上には、可塑性ポリマー基板および１つまたは複数のポリマー導波路が形成されている。インタポーザ２４０４のポリマー導波路は、ＲＸポリマー導波路の第１のサブセットとＴＸポリマー導波路の第２のサブセットに分割されていてもよく、図２３Ｂに関して説明された２段重ねの機構に類似して、ポリマー導波路の終端は２段重ねの機構に構成されており、ここでポリマー導波路がコネクタ２４０６に接続する。
一般に、Ｓｉ ＰＩＣ ２４０２から出る光またはこれに入る光は、たとえばＳｉ ＰＩＣ ２４０２のＳｉＮ導波路２４０８を含むＳｉ ＰＩＣ ２４０２のＳｉＮ／ＳｉＯ２層といったＳｉ ＰＩＣ ２４０２の平坦な接触面において結合されてもよい。Ｓｉ ＰＩＣ ２４０２におけるＳｉＮ導波路２４０８のテーパ・エンド、したがってＳｉ ＰＩＣ ２４０２のＳｉ導波路のテーパ・エンドの位置は、入来光と出射光を互いによりよく絶縁するために、光の伝搬方向において、ＲＸ Ｓｉ導波路に関して、ＴＸ Ｓｉ導波路と比較してオフセットされていてもよい。
たとえば、図２５Ａおよび図２５Ｂは、本明細書で説明された少なくとも１つの実施形態によって構成されている、Ｒｘ ＳｉＮ導波路対ＴＸ ＳｉＮ導波路に関する２つの異なるオフセットされた構成を示すものである。図２５Ａおよび図２５Ｂの各々において、ＲＸ ＳｉＮ導波路のテーパ・エンドＲＸ１およびＲＸ２は共通のｚ位置（以下「第１のｚ位置」）において終結し、ＴＸ ＳｉＮ導波路のテーパ・エンドＴＸ１およびＴＸ２は、ＲＸ１およびＲＸ２のものとは異なる共通のｚ位置（以下第２のｚ位置）において終結する。図２５Ａにおいて、ＲＸ Ｓｉ導波路のテーパ・エンドはＴＸ Ｓｉ導波路のテーパ・エンドと交互に起こる。それに対し、図２５Ｂにおいて、グループとしてのＲＸ ＳｉＮ導波路のテーパ・エンドが、グループとしてのＴＸ ＳｉＮ導波路のテーパ・エンドの隣りに配置されている。
図２５Ａおよび図２５ＢにおけるＲＸ ＳｉＮ導波路とＴＸ ＳｉＮ導波路の間のｚ方向のオフセットのために、図２５Ａ〜図２５ＢのＲＸ ＳｉＮ導波路およびＴＸ ＳｉＮ導波路を含む、Ｓｉ ＰＩＣに入る光またはそこから出る光を結合するインタポーザの、ＲＸ部分とＴＸ部分が互いに分離され得る。たとえば、インタポーザのＲＸインタポーザ導波路が、図２５Ａの２５０２Ａおよび図２５Ｂの２５０２Ｂで全体的に示された領域においてＳｉ ＰＩＣに結合され得る一方で、インタポーザのＴＸインタポーザ導波路が、図２５Ａの２５０４Ａおよび図２５Ｂの２５０４Ｂで全体的に示された領域においてＳｉ ＰＩＣに結合され得る。図２５Ａおよび図２５Ｂは、ＳｉＮ導波路／インタポーザ導波路の断熱結合器領域の状況において論じられているが、同じ原理がＳｉ導波路／インタポーザ導波路の断熱結合器領域に対して適用され得る。
本明細書で論じられたいくつかのインタポーザは、ポリマーまたは高屈折率のガラスを含むものとして説明されている。インタポーザ向けに他の材料が可能である。たとえば、図２６は、本明細書で説明された少なくとも１つの実施形態によって構成されている酸窒化ケイ素（ＳｉＯＮ）インタポーザ２６０２の側面図２６００Ａおよび下面図２６００Ｂを含む。
ＳｉＯＮインタポーザ２６０２には、それぞれがＳｉＯＮコア２６０８およびＳｉＯＮクラッド２６１０を含む複数のＳｉＯＮ導波路２６０６を有するＳｉＯＮ導波路ストリップ２６０４が含まれる。ＳｉＯＮコア２６０８は、Ｓｉ ＰＩＣの対応するＳｉＮ導波路と位置合わせされて直接接触するかまたは少なくとも密接に接触するように、Ｓｉ ＰＩＣの対応するエッチングされた窓に収容されるべきＳｉＯＮインタポーザ２６０２の結合領域の範囲内の少なくとも１つの面上に露出されていてもよい（たとえばＳｉＯＮクラッド２６１０によって取り囲まれない）。
図示の実施形態において、ＳｉＯＮインタポーザ２６０２は、ＳｉＯ２基板２６１２または他の基板上のＳｉＯＮを含む。ＳｉＯＮの屈折率は、ＳｉＯＮインタポーザ２６０２のＳｉＯＮ部分におけるＯの部分とＮの部分の成長条件を変化させることにより、ＳｉＯ２の約１．４６の屈折率とＳｉＮの約１．９９の屈折率の間で変化され得る。ＳｉＯＮクラッド２６１０を形成するために約１．５１の屈折率が達成され得、また、ＳｉＯＮ導波路２６０６のＳｉＯＮコア２６０８を形成するために、たとえば１．５１６といったわずかに高い屈折率が達成され得る。
ＳｉＯ２基板２６１２の幅ｗｓは、２ｍｍ〜７ｍｍの範囲にあり得る。ＳｉＯＮコア２６０８のピッチｐは、５０μｍ〜２５０μｍの範囲にあり得る。導波路ストリップ２６０４の幅ｗｗｓは、ＳｉＯＮコア２６０８の数およびピッチｐに依拠して、４００μｍ〜１．５ｍｍの範囲にあり得る。ＳｉＯＮクラッド２６１０の厚さｔｃｌａｄは１５μｍ以上であってもよい。ＳｉＯＮコア２６０８の厚さｔｃｏｒｅおよび幅ｗｃｏｒｅのそれぞれが、６μｍ〜８μｍの範囲にあり得る。所望の実装形態に依拠して、他の特定の値が可能である。
図２６の例では、ＳｉＯＮクラッド２６１０は、ＳｉＯＮコア２６０８の（成長方向における）頂面（図２６の図２６００Ａの配向における底面）と同じ高さにあり得る。ＳｉＯＮ導波路２６０６は、断熱結合器領域を形成するために、２つの直交方向において、Ｓｉ ＰＩＣの対応するＳｉＮ導波路と位置合わせされてもよい。ＳｉＯＮインタポーザ２６０２のＳｉＯＮは、図２７に示されたものなどのＳｉ ＰＩＣの対応するエッチングされた窓にはめるためのプラグを形成するように、エッチングされ得る。
図２７は、本明細書で説明された少なくとも１つの実施形態によって構成されている図２６のＳｉＯＮインタポーザ２６０２および図１７のＳｉ ＰＩＣ １７００の位置合わせを表す側面図である。断熱結合器領域を形成するための前述のやり方で、図２７に示されるように、ＳｉＯＮコア１６０８がＳｉ ＰＩＣ １７００のＳｉＮ導波路１７１２に対してｘ方向およびｚ方向において全体的に位置合わせされて、ＳｉＯＮインタポーザ２６０２のＳｉＯＮ導波路ストリップ２６０４が、Ｓｉ ＰＩＣ １７００のエッチングされた窓１７０２に対して位置合わせされる。エッチングされた窓１７０２は、エポキシのアンダーフィル１９０２で少なくとも部分的に充填され得る。ＳｉＯＮインタポーザ２６０２は、ＳｉＯＮコア２６０８がＳｉ ＰＩＣ １７００のＳｉＮ導波路１７１２に対して直接接触するかまたは少なくとも密接に接触するまで、矢印２７０２によって示されるようにＳｉ ＰＩＣ １７００の方へ移動されてもよい（またはＳｉ ＰＩＣ １７００がインタポーザ２６０２の方へ移動されてもよい）。
図２８に示される２つの例示的オプトエレクトロニクス・システムの２８００Ａおよび２８００Ｂ（以下「システム２８００」）は本明細書で説明された１実施形態によって構成されたものであり、それぞれが、少なくとも１つのポリマー・オン・ガラス・インタポーザ２８０２Ａ、２８０２Ｂ、２８０２Ｃ（まとめて「ポリマー・オン・ガラス・インタポーザ２８０２」）を含む。ポリマー・オン・ガラス・インタポーザ２８０２は、本明細書で別段示されたもの以外は、本明細書で開示された他のインタポーザのうちのいずれかと全体的に類似していてもよく、または同一であってもよい。システム２８００の各々が、４チャネルの平行な単一モードの４つの（ＰＳＭ４）トランシーバなどのマルチチャネル光電子モジュール（以下「モジュール」）２８０４Ａまたは２８０４Ｂを含む。モジュール２８０４Ａおよび２８０４Ｂの各々に含まれるＳｉ ＰＩＣが有する１つまたは複数のＳｉ導波路と１つまたは複数のＳｉＮ導波路とが、互いに１つまたは複数の断熱結合器領域を形成する。
フォトニック・システム２８００Ａにおいて、モジュール２８０４Ａは、光学ネットワークからの複数の光信号２８０６Ａを、入力コネクタ２８０８Ａを通して受け取るように構成されている。光信号２８０６Ａは、上記で全般的に説明されたやり方で、ポリマー・オン・ガラス・インタポーザ２８０２Ａと、モジュール２８０４ＡのＳｉ ＰＩＣの１つまたは複数のＳｉＮ導波路およびＳｉ導波路とを通ってモジュール２８０４ＡのＳｉ ＰＩＣに断熱結合され得る。
フォトニック・システム２８００Ｂにおいて、モジュール２８０４Ｂは、複数の光信号２８０６Ｂを、出力コネクタ２８０８Ｂを通して光学ネットワークへ伝送するように構成されている。光信号２８０６Ｂのうち１つまたは複数が、上記で全般的に説明されたやり方で、モジュール２８０４Ｂの光学的送信器２８１０から、（「ポリマー・オン・ガラス・プラグ」とラベルを付けられた）ポリマー・オン・ガラス・インタポーザ２８０２Ｃと、モジュール２８０４ＢのＳｉ ＰＩＣの１つまたは複数のＳｉＮ導波路およびＳｉ導波路とを通って、モジュール２８０４ＡのＳｉ ＰＩＣへと断熱結合され得る。光信号は、上記で全般的に説明されたやり方で、Ｓｉ ＰＩＣから、モジュール２８０４ＢのＳｉ ＰＩＣの１つまたは複数のＳｉ導波路およびＳｉＮ導波路と、ポリマー・オン・ガラス・インタポーザ２８０２Ｂとを通って、出力コネクタ２８０６Ｂへと断熱結合されてもよい。
図２９Ａは、本明細書で説明された少なくとも１つの実施形態によって構成されている例示的ポリマー・オン・ガラス・インタポーザ２９００ＡおよびＳｉ ＰＩＣ ２９０２を示す。ポリマー・オン・ガラス・インタポーザ２９００Ａは、たとえば図２８のシステム２８００の一方または両方において、ポリマー・オン・ガラス・インタポーザ２８０２Ａ〜２８０２Ｃのうちの１つまたは複数として実施されてもよい。
図示の実施形態において、Ｓｉ ＰＩＣ ２９０２はエッチングされた窓２９０４を画定する。Ｓｉ ＰＩＣ ２９０２は、Ｓｉ基板２９０６と、ＳｉＯ２ボックス２９０８と、様々なＳｉＮ導波路２９１２を有する第１の層２９１０と、様々なｓｉ導波路２９１６を有する第２の層２９１４と、ＳｉＮ導波路２９１２を含む第１の層２９１０の上の１つまたは複数の誘電体層２９１８とをさらに含む。Ｓｉ ＰＩＣ ２９０２、エッチングされた窓２９０４、Ｓｉ基板２９０６、ＳｉＯ２ボックス２９０８、第１の層２９１０、ＳｉＮ導波路２９１２、第２の層２９１４、様々なＳｉ導波路２９１６、および誘電体層２９１８は、本明細書で別段示されたもの以外は、それぞれ、本明細書で開示された他のＳｉ ＰＩＣ、エッチングされた窓、Ｓｉ基板、ＳｉＯ２ボックス、第１の層、ＳｉＮ導波路、第２の層、Ｓｉ導波路、および誘電体層のうちのいずれかと全体的に類似していてもよく、または同一であってもよい。たとえば、ＳｉＮ導波路２９１２およびＳｉ導波路２９１６は、本明細書で別記されるように、光を、Ｓｉ導波路２９１６からＳｉＮ導波路２９１２へ、または逆方向に断熱結合するように互いに構成され得る。Ｓｉ ＰＩＣ ２９０２は、本明細書で別記されるような１つまたは複数の他の部品、層、特徴、または態様をさらに含み得る。
エッチングされた窓２９０４は、誘電体層２９１８を通して第２の層２９１４までエッチングすることによって形成され得る。いくつかの実施形態では、エッチングされた窓２９０４は、誘電体層２９１８によって３つの側面（そのうち２つが図２９Ａに見られる）が境界をつけられている。少なくとも誘電体層２９１８の最上層は、少なくとも、エッチングされた窓２９０４の３つの側面において境界をつける領域に、金属ダミー２９２０を含む。
ポリマー・オン・ガラス・インタポーザ２９００Ａは、ガラス基板２９２２と、それに結合されたポリマー導波路ストリップとを含む。ガラス基板２９２２はＵＶ透過ガラスを含み得、インタポーザ基板の特定の例である。ポリマー導波路ストリップは導波路ストリップの特定の例であって、複数のポリマー導波路２９２４を含み、その各々が、ポリマー・コア２９２６およびポリマー・クラッド２９２８を含む。ポリマー・クラッド層２９２８はガラス基板２９２２に結合されている。ポリマー・コア２９２６はポリマー・クラッド２９２８に結合されている。ポリマー導波路２９２４には上記で説明されたような結合器部分が含まれ、これらは、ポリマー導波路２９２４の結合器部分が２つの直交方向においてオーバラップしてＳｉＮ導波路２９１２のテーパ・エンドと平行になるように、ＳｉＮ導波路２９１２のテーパ・エンドに対して２つの直交方向（たとえばｘ方向およびｚ方向）において位置合わせされるように構成されている。この機構では、光は、ＳｉＮ導波路２９１２からポリマー導波路２９２４へ、または逆方向に断熱結合され得る。
図示されるように、ポリマー・コア２９２６は互いに平行である。ポリマー・コア２９２６は、２５０マイクロメートルのピッチを有し得る。あるいは、ポリマー・コア２９２６のピッチは２９０〜５００マイクロメートルの範囲にあってもよく、または何らかの他の値であってもよい。ポリマー・コア２９２６および／またはポリマー・オン・ガラス・インタポーザ２９００Ａのｚ方向の長さは、ポリマー・コア２９２６の、少なくとも、エッチングされた窓２９０４の内部に収容される部分の長さについては、１ミリメートル〜４ミリメートルの範囲にあり得る。ポリマー・コア２９２６の各々の、ｙ方向における高さまたは厚さは、エッチングされた窓２９０４のｙ方向における深さ以下であってもよい。他の実施形態では、ポリマー・コア２９２６の各々の、ｙ方向における高さまたは厚さは、エッチングされた窓２９０４のｙ方向における深さよりも大きくてもよい。例示的実施形態では、ポリマー・コア２９２６の高さは４μｍ〜７μｍの範囲にある。ポリマー・オン・ガラス・インタポーザ２９００Ａのｘ方向における幅は、１ｍｍ〜２ｍｍの範囲であってもよい。
いくつかの実施形態では、エッチングされた窓２９０４は、エポキシのアンダーフィル２９３０で少なくとも部分的に充填され得る。ポリマー・オン・ガラス・インタポーザ２９００ＡとＳｉ ＰＩＣ ２９０２を相互に組み立てるために、ポリマー・オン・ガラス・インタポーザ２９００Ａは、矢印２９３２によって示されるように、Ｓｉ ＰＩＣ ２９０２の方へ、ポリマー・コア２９２６がＳｉＮ導波路２９１２に対して直接接触するかまたは少なくとも密接に接触するまで、移動されてもよい。いくつかの実施形態では、ポリマー・オン・ガラス・インタポーザ２９００Ａのポリマー・クラッド２９２８に対して誘電体層２９１８の最上部をエポキシ樹脂で接着するように、エッチングされた窓２９０４を溢れ出る、十分なエポキシのアンダーフィル２９３０があり得る。
図２９Ｂは、本明細書で説明された少なくとも１つの実施形態によって構成されている別の例示的ポリマー・オン・ガラス・インタポーザ２９００Ｂを示す。ポリマー・オン・ガラス・インタポーザ２９００Ａは、たとえば図２８のシステム２８００の一方または両方において、ポリマー・オン・ガラス・インタポーザ２８０２Ａ〜２８０２Ｃのうちの１つまたは複数として実施されてもよい。
ポリマー・オン・ガラス・インタポーザ２９００Ｂは、ガラス基板２９２２と、ポリマー・コア２９２６およびポリマー・クラッド２９２８を含むポリマー導波路２９２４とを含む。ポリマー・オン・ガラス・インタポーザ２９００Ｂは、ポリマー導波路２９２４の第１の側面に配設された１つまたは複数の第１のポリマー位置合わせ隆起部２９３４Ａと、ポリマー導波路２９２４の第１の側面の反対側の第２の側面に配設された１つまたは複数の第２のポリマー位置合わせ隆起部２９３４Ｂとをさらに含む。ポリマー位置合わせ隆起部２９３４Ａおよび２９３４Ｂ（まとめて「ポリマー位置合わせ隆起部２９３４」）は、ポリマー・オン・ガラス基板２９００Ｂ（より詳細にはポリマー導波路２９２４）をＳｉ ＰＩＣ（より詳細にはＳｉ ＰＩＣのＳｉＮ導波路）に位置合わせするために、１つまたは複数の対応するエッチングされたチャネル、窓、凹部、または対応するＳｉ ＰＩＣの他のフィーチャに収容されてもよい。
図２９Ａおよび図２９Ｂのポリマー・オン・ガラス・インタポーザ２９００Ａおよび２９００Ｂならびに図２９ＡのＳｉ ＰＩＣ ２９０２は、１つまたは複数の他の部品、層、特徴、または本明細書で別記されたような態様を含み得る。
たとえば、ポリマー・オン・ガラス基板２９００Ｂは、ポリマー・コア２９２６と第１のポリマー位置合わせ隆起部２９３４Ａの間の第１のダミーのポリマー・アイランド、およびポリマー・コア２９２６と第２のポリマー位置合わせ隆起部２９３４Ｂの間の第２のダミーのポリマー・アイランドなどの１つまたは複数のダミーのポリマー・アイランドをさらに含み得る。これらおよび他の実施形態において、Ｓｉ ＰＩＣ ２９０２のエッチングされた窓の幅は、第１のダミーのポリマー・アイランド、ポリマー導波路２９２４の各々の結合器部分、および第２のダミーのポリマー・アイランドを収容するのに十分なものであり得る。
図３Ａおよび図３Ｂを再び参照して、前述のように、光は、Ｓｉ導波路２１２からＳｉＮ導波路２０８へ、次いでＳｉＮ導波路２０８からインタポーザ導波路２２４へと結合され得る。その上にＳｉＯ２ボックス２０４が形成されているＳｉ基板（図示せず）は、ＳｉＮ導波路２０８から（たとえばｙ方向に）いくらかの距離ｄだけ離れている。ここで、距離ｄは、第２の層２１０の厚さとＳｉＯ２ボックス２０４の厚さとを加えたものにほぼ等しい。例示的実施形態では、距離ｄが約１．０２マイクロメートルであり得るように、ＳｉＯ２ボックス２０４の厚さは０．７２マイクロメートルであって第２の層２１０の厚さは約０．３マイクロメートルである。これらの値のために、ＳｉＮ導波路２０８において伝搬するいくらかの光がＳｉ基板に結合して失われる可能性がある。この損失は基板漏れと称され得る。ＳｉＮ導波路２０８における光学モードの閉じ込めが、Ｓｉ導波路２１２における光学モードの閉じ込めよりもはるかに小さいものであり得るため、深刻な基板漏れがあり得る。
本明細書で説明されるいくつかの実施形態は、ＳｉＮ導波路２０８とＳｉ基板の間の距離ｄを増加させることによって基板漏れを減少させる。たとえば、ＳｉＯ２ボックス２０４の厚さは、２マイクロメートル、または２マイクロメートル±１０％の範囲の厚さなど、０．７２マイクロメートルを超える厚さまで増加されてもよい。しかしながら、ＳｉＯ２ボックス２０４の厚さをそのような程度まで増加させることは、いくつかの工場／製造業者に適合しない可能性がある。
あるいは、１つまたは複数の他の改良がなされ得る。たとえば、伝搬光の垂直の電界をよりよく閉じ込めて基板漏れを減少させるために、ＳｉＮ導波路２０８のｙ方向の厚さが増加されてもよい。その代わりに、またはそれに加えて、ＳｉＮ導波路２０８とＳｉ基板の間の距離ｄを増加させるために、第１の層２０６と第２の層２１０の間にＳｉＯ２層が設けられていてもよく、かつ／またはそのような層の厚さが増加されていてもよい。距離ｄが増加するとともに、Ｓｉ−ＳｉＮのＴＥ結合が減少し基板漏れを減少させ得る。上記のことを、図３０に関して説明する。その代わりに、またはそれに加えて、図３１Ａおよび図３１Ｂに関して説明されるように、２層ＳｉＮ構造が実施され得る。
図３０は、本明細書で説明された少なくとも１つの実施形態によって構成されている例示的Ｓｉ ＰＩＣ ３０００の断面図を示す。Ｓｉ ＰＩＣ ３０００は、本明細書で別段示されたもの以外は、本明細書で開示された他のＳｉ ＰＩＣのうちのいずれかと全体的に類似していてもよく、または同一であってもよい。図３０の断面図は、図３Ｂの断面図３００Ｃと類似の観点から得られたものであり、Ｓｉ ＰＩＣ ３０００の例示の層積重ねを示す。Ｓｉ ＰＩＣ ３０００は、図３Ａおよび図３Ｂの例と比較すると、基板漏れを減少させるために、ＳｉＮ導波路の厚さを増加させ、ＳｉＮ導波路と対応するＳｉ基板の間の距離を増加させている。
図示されるように、Ｓｉ ＰＩＣ３０００は、Ｓｉ基板３００２と、ＳｉＯ２ボックス３００４と、ＳｉＮ導波路３００８を含む第１の層３００６と、ＳｉＮスラブ３０１０と、Ｓｉ導波路３０１４を含む第２の層３０１２とを含む。Ｓｉ ＰＩＣ ３０００は、第２の層３０１２とＳｉＮスラブ３０１０の間の第１のＳｉＯ２層３０１６、およびＳｉＮスラブ３０１０と第１の層３００６の間の第２のＳｉＯ２層３０１８をさらに含み得る。Ｓｉ導波路３０１４およびＳｉＮ導波路３００８は、本明細書で別記されたような断熱結合器領域を形成するように構成され得る。
いくつかの実施形態では、Ｓｉ基板３００２の最上部と、ＳｉＮ導波路３００８を含む第１の層３００６の最下部の間の、Ｓｉ ＰＩＣ ３０００の全層の合計の厚さは、少なくとも１．２μｍであってもよい。たとえば、ＳｉＯ２ボックス３００４は、０．７２μｍの厚さを有していてもよく、または０．７２μｍ±１０％の範囲の厚さもしくはいくらかの他の厚さを有していてもよい。導波路３００８は、したがって第１の層３００６は、０．７μｍの厚さを有していてもよく、または０．７μｍ±１０％の範囲の厚さもしくはいくらかの他の厚さを有していてもよい。ＳｉＮ導波路３００８の直下の第２のＳｉＯ２層３０１８は、少なくとも０．１μｍの厚さを有していてもよく、または０．１μｍ〜０．２μｍ以上の範囲の厚さもしくはいくらかの他の厚さを有していてもよい。Ｓｉ導波路３０１４は、したがって第２の層３０１２は、０．３μｍの厚さを有していてもよく、または０．３μｍ±１０％の範囲の厚さもしくはいくらかの他の厚さを有していてもよい。第１のＳｉＯ２層３０１６はすべて省略されてもよく、または１０ｎｍ〜２９０ｎｍの範囲の厚さを有していてもよい。ＳｉＮスラブ３０１０はすべて省略されてもよく、または０．０４μｍ〜０．０７μｍの範囲の厚さもしくはいくらかの他の厚さを有していてもよい。したがって、図３０の例におけるいくつかの実施形態では、Ｓｉ基板３００２と第１の層３００６の間のすべての層は、図３Ａおよび図３Ｂの例における約１μｍと比較して、少なくとも１．２μｍ（たとえば０．７２＋０．２＋０．３＝１．２２μｍ）の合計の厚さを有し得る。
図３Ａおよび図３Ｂの例と比較して、光学モードは、相対的により大きいＳｉＮ導波路３００８の中に、より閉じ込められ得る。加えて、図３Ａおよび図３Ｂのものと比較して増加された、Ｓｉ基板３００２とＳｉＮ導波路３００８の間の距離は、基板漏れを減少させるように、ＳｉＮ導波路３００８からＳｉ基板３００２を光学的にさらに絶縁し得る。
図３０は、図３０のＳｉ ＰＩＣ ３０００に関して、ＳｉＮ導波路３００８によるＳｉＮ伝搬損が無視された第１のシミュレーション３０２０Ａ〜第３のシミュレーション３０２０Ｃをさらに示すものである。第１のシミュレーション３０２０Ａは、水平軸に沿ったＳｉＯ２の間隙の厚さ（ナノメートルの単位）の関数としての、垂直軸に沿った伝搬損または基板漏れのセンチメートル（ｃｍ）あたりのデシベル（ｄＢ）の単位のグラフを含む。第１のシミュレーション３０２０ＡにおけるＳｉＯ２の間隙の厚さは、Ｓｉ ＰＩＣ ３０００における第２のＳｉＯ２層３０１８の厚さを参照する。第１のシミュレーション３０２０Ａに示されるように、ＳｉＯ２の間隙の厚さが増加するのに伴って、ＴＭ光学モードおよびＴＥ光学モード（図３０の全体にわたって「ＴＭ」および「ＴＥ」とラベルを付けられている）の伝搬損が減少する。たとえば、ＳｉＯ２の間隙の厚さが０．１μｍから０．２μｍまで増加すると、ＴＭ光学モードの伝搬損が約１．１６ｄＢ／ｃｍから約０．５５ｄＢ／ｃｍまで減少し、ＴＥ光学モードの伝搬損が約０．９１ｄＢ／ｃｍから約０．４５ｄＢ／ｃｍまで減少する。
第２のシミュレーション３０２０Ｂは、水平軸に沿ったＳｉのテーパ長さ（μｍの単位）の関数としての、垂直軸に沿ったＳｉＮからＳｉへの結合効率のグラフを含む。Ｓｉのテーパ長さは、Ｓｉ導波路３０１４のテーパ・エンドの長さを参照する。第２のシミュレーション３０２０Ｂに示されるように、Ｓｉのテーパ長さが増加するのに伴ってＳｉＮからＳｉへの結合効率が全般的に増加し、約２５０μｍのＳｉのテーパ長さでは、ＴＥ光学モードとＴＭ光学モードのどちらについても約９７％以上になる。
第３のシミュレーション３０２０Ｃは、水平軸に沿ったＳｉＮの線形テーパ長さ（μｍの単位）の関数としての、垂直軸に沿ったポリマーからＳｉＮへの結合効率のグラフを含む。ＳｉＮの線形テーパ長さは、ＳｉＮ導波路３００８のテーパ・エンドの長さを参照する。第３のシミュレーション３０２０Ｃに示されるように、ＳｉＮの線形テーパ長さが増加するのに伴ってポリマーからＳｉＮへの結合効率が全般的に増加し、約２ミリメートル（すなわち２０００μｍ）のＳｉＮの線形テーパ長さでは、ＴＥ光学モードとＴＭ光学モードのどちらについても約９５％以上になる。
Ｓｉ ＰＩＣ ３０００は、本明細書で別記されたような１つまたは複数の他の部品、層、特徴、または態様をさらに含み得る。
図３１Ａは、本明細書で説明された少なくとも１つの実施形態によって構成されている別の例示的Ｓｉ ＰＩＣ ３１００を示す。Ｓｉ ＰＩＣ ３１００は、本明細書で別段示されたもの以外は、本明細書で開示された他のＳｉ ＰＩＣのうちのいずれかと全体的に類似していてもよく、または同一であってもよい。図３１Ａは、Ｓｉ ＰＩＣ ３１００の断面図３１０１Ａおよび俯瞰図３１０１Ｂを含む。図３１Ａの断面図は、図３Ｂの断面図３００Ｃと類似の観点から得られたものであり、Ｓｉ ＰＩＣ ３１００の例示の層積重ねを示す。Ｓｉ ＰＩＣ ３１００は、基板漏れを減少させるための２層ＳｉＮ構造を実施する。
図示されるように、Ｓｉ ＰＩＣ ３１００は、Ｓｉ基板３１０２と、ＳｉＯ２ボックス３１０４と、ＳｉＮ導波路３１０８を含む第１の層３１０６と、ＳｉＮスラブ３１１０と、Ｓｉ導波路３１１４を含む第２の層３１１２と、ＳｉＮ遷移導波路３１１８を含む第３の層３１１６とを含む。Ｓｉ ＰＩＣ ３１００は、第２の層３１１２とＳｉＮスラブ３１１０の間、ＳｉＮスラブ３１１０と第３の層３１１６の間、および／または第３の層３１１６と第１の層３１０６の間に、１つまたは複数のＳｉＯ２層３１２０をさらに含み得る。
いくつかの実施形態では、Ｓｉ基板３１０２の最上部と、ＳｉＮ導波路３１０８を含む第１の層３１０６の最下部の間の、Ｓｉ ＰＩＣ ３１００の全層の合計の厚さは、１．６μｍまたは１．６μｍ±１０％など、少なくとも１．２μｍであってもよい。より詳細には、ＳｉＯ２ボックス３１０４は、０．７２μｍの厚さを有していてもよく、または０．７２μｍ±１０％の範囲の厚さもしくはいくらかの他の厚さを有していてもよい。Ｓｉ導波路３１１４は、したがって第２の層３１１２は、０．３μｍの厚さを有していてもよく、または０．３μｍ±１０％の範囲の厚さもしくはいくらかの他の厚さを有していてもよい。第２の層３１１２の直ぐ上のＳｉＯ２層３１２０は、すべて省略されてもよく、または１０〜２９０ｎｍの範囲の厚さもしくはいくらかの他の厚さを有し得る。ＳｉＮスラブ３１１０は、０．０４〜０．０７μｍの範囲の厚さまたはいくらかの他の厚さを有し得る。ＳｉＮ遷移導波路３１１８は、したがって第３の層３１１６は、０．５μｍの厚さを有していてもよく、または０．５μｍ±１０％の範囲の厚さもしくはいくらかの他の厚さを有していてもよい。ＳｉＮ遷移導波路３１１８は、その１つまたは複数のテーパ・エンド以外において、ｘ方向における１〜２μｍの範囲の幅またはいくらかの他の幅を有し得る。ＳｉＮ遷移導波路３１１８の直下のＳｉＯ２層３１２０は、０．０４〜０．０７μｍの範囲の厚さまたはいくらかの他の厚さを有し得る。ＳｉＮ導波路３１０８は、したがって第１の層３１０６は、０．０４〜０．０７μｍの範囲の厚さまたはいくらかの他の厚さを有し得る。ＳｉＮ導波路３１０８は、その１つまたは複数のテーパ・エンド以外において、ｘ方向における０．６〜１μｍの範囲の幅またはいくらかの他の幅を有し得る。ＳｉＮ導波路３１０８の直下のＳｉＯ２層３１２０は、０．０５〜０．２μｍの範囲の厚さまたはいくらかの他の厚さを有し得る。
俯瞰図３１０１Ｂは、Ｓｉ ＰＩＣ ３１００の様々な部品の、互いに対するＸ軸およびＺ軸の相対的位置合わせを示し、基準線１、２、３、および４を含む。次に、Ｓｉ導波路３１１４と、ＳｉＮ遷移導波路３１１８と、ＳｉＮ導波路３１０８との間のＸ軸およびＺ軸の相対的位置合わせ、ならびに前述の導波路の各々の態様を説明する。図示されるように、ＳｉＮ導波路３１０８は、基準線３と４の間にテーパ・エンドを含む。図３１Ａには示されていないが、ＳｉＮ導波路３１０８は、対応するインタポーザ導波路へ光を断熱結合するため、またはインタポーザ導波路からの光を断熱的に受け取るために、図３１Ａに示されたテーパ・エンドの反対側に別のテーパ・エンドを含み得る。
ＳｉＮ遷移導波路３１１８は、ＳｉＮ遷移導波路３１１８の第１の終端において、基準線１と３の間の結合器部分を含む。ＳｉＮ遷移導波路３１１８は、第１の終端の反対側に、基準線３と４の間にもテーパ・エンドを含む。ＳｉＮ遷移導波路３１１８のテーパ・エンドは、ＳｉＮ導波路３１０８のテーパ・エンドと２つの直交方向でオーバラップして平行になるように、ＳｉＮ導波路３１０８のテーパ・エンドに対して２つの直交方向（たとえばｘ方向およびｚ方向）において位置合わせされる。
Ｓｉ導波路３１１４は、基準線２と３の間にテーパ・エンドを含む。Ｓｉ導波路３１１４のテーパ・エンドは、ＳｉＮ遷移導波路３１１８の結合器部分と２つの直交方向でオーバラップして平行になるように、ＳｉＮ遷移導波路３１１８の結合器部分に対して２つの直交方向（たとえばｘ方向およびｚ方向）において位置合わせされる。
俯瞰図３１０１Ｂに示されるように、Ｓｉ導波路３１１４のテーパ・エンドは、たとえば基準線３といったＳｉＮ導波路３１０８のテーパ・エンドが始まるところで終結してもよい。交互に、またはそれに加えて、ＳｉＮ導波路３１０８のテーパ・エンドとＳｉＮ遷移導波路３１１８のテーパ・エンドがオーバラップする領域は、デュアル・テーパ領域３１２２と称され得る。デュアル・テーパ領域３１２１は、ｚ方向における少なくとも２０μｍの長さ、または少なくとも３０μｍの長さ、またはいくらかの他の長さを有し得る。
Ｓｉ ＰＩＣ ３１００は、本明細書で別記されたような１つまたは複数の他の部品、層、特徴、または態様をさらに含み得る。
図３１Ｂは、本明細書で説明された少なくとも１つの実施形態によって構成されている図３１ＡのＳｉ ＰＩＣ ３１００に関する第１のシミュレーション３１２４Ａ〜第４のシミュレーション３１２４Ｃを示すものである。図３１Ａの例では、ＳｉＮ遷移導波路３１１８がＳｉ基板３１０２から約１．１μｍ分離されているために、ＳｉＮ遷移導波路３１１８を通って伝搬する光についてはいくらかの基板漏れが生じる可能性がある。しかしながら、ＳｉＮ遷移導波路３１１８のｚ方向の全長は、基板漏れが相対的に小さくなるように、約１００μｍ以下など、相対的に短いものであってもよい。他方では、ＳｉＮ導波路３１０８は、ＳｉＮ導波路３１０８を通って伝搬する光の基板漏れが、ＴＥ光学モードについては約０．１ｄＢ／ｃｍであってＴＭ光学モードについては約０．３５ｄＢ／ｃｍであるなど、ほとんどないか、またはまったくないように、Ｓｉ基板３１０２から１．２μｍ以上、さらには１．６μｍ以上も分離されていてもよい。
第１のシミュレーション３１２４Ａおよび第２のシミュレーション３１２４Ｂは、それぞれＴＥ光学モードおよびＴＭ光学モードの、全体的に「層１」とラベルを付けられた領域のＳｉＮ遷移導波路３１１８から全体的に「層２」とラベルを付けられた領域のＳｉ導波路３１１８への伝搬を示すものである。
第３のシミュレーション３１２４Ｃは、ＳｉＮ遷移導波路３１１８からＳｉＮ導波路３１０８への、垂直軸に沿った伝送効率の、水平軸に沿ったデュアル・テーパの長さ（μｍの単位）の関数としてのグラフを含む。デュアル・テーパの長さは、デュアル・テーパ領域３１２２の長さを参照する。第３のシミュレーション３１２４Ｃに示されるように、伝送効率は、デュアル・テーパの長さが増加するのに伴って増加し、約２０μｍのデュアル・テーパの長さにおいて、ＴＥ光学モードおよびＴＭ光学モードはどちらも約９０％以上になり、約３０μｍのデュアル・テーパの長さにおいて、ＴＥ光学モードおよびＴＭ光学モードはどちらも約９６％以上になる。
いくつかのＳｉ ＰＩＣは、Ｓｉ ＰＩＣのＳｉＮ層におけるエシェル格子など、本明細書で別記されたようなＷＤＭ ｍｕｘまたはＷＤＭ ｄｅｍｕｘを含み得る。本明細書で使用されるように、Ｓｉ ＰＩＣのＳｉＮ層は、ＳｉＮを含むＳｉ ＰＩＣの層を参照するものであり、この層は、ＳｉＮ層内の様々な位置に、ＳｉＯ２などの他の材料をさらに含み得る。ＷＤＭ ｄｅｍｕｘ構成では、ＷＤＭ ｄｅｍｕｘから受け取られた入来光は、ＳｉＮ導波路から、Ｓｉ ＰＩＣのＳｉ層におけるＳｉ導波路を通って、Ｓｉ ＰＩＣのＳｉ層に含まれているＳｉ／ゲルマニウム（Ｇｅ）ベースのピン検知器に結合され得る。本明細書で使用されるように、Ｓｉ ＰＩＣのＳｉ層は、Ｓｉを含むＳｉ ＰＩＣの層を参照するものであり、この層は、Ｓｉ層内の様々な位置に、ＳｉＯ２などの他の材料をさらに含み得る。いくつかのＷＤＭ ｄｅｍｕｘは、ＷＤＭ ｄｅｍｕｘに関連したフィルタ機能のために、フラット・トップ形状を可能にするためのマルチモード出力を有する必要がある。たとえば、ＳｉＮベースのＷＤＭ ｄｅｍｕｘは、ＴＥ００光学モード、ＴＥ０１光学モード、ＴＭ００光学モード、およびＴＭ０１光学モードを利用してもよい。前述のＳｉＮからＳｉへの断熱結合器領域のうちいくつかは、単一モード光に適合し得る。そのような単一モードの断熱結合器領域では、単一モードのみがＳｉＮ導波路からＳｉ導波路に結合され得るので、マルチモード出力を有するＷＤＭ ｄｅｍｕｘの有効帯域幅が短縮され得る。
本明細書で説明されるいくつかの実施形態は、ＷＤＭ ｄｅｍｕｘの有効帯域幅を短縮せずにＷＤＭ ｄｅｍｕｘの逆多重化された出力および／またはマルチモード出力を受け取るためのマルチモードＳｉＮ−Ｓｉ断熱結合器領域を含み得る。詳細には、図３２は、本明細書で説明された少なくとも１つの実施形態によって構成されているマルチモードＳｉＮ−Ｓｉ断熱結合器領域３２００（以下「結合器３２００」）を示す。結合器３２００は、本明細書で説明されたＳｉ ＰＩＣのうち任意のもので実施され得る。そのようなＳｉ ＰＩＣは、一般に、ＳｉＯ２ボックスと、ＳｉＮ導波路３２０２を含むＳｉＯ２ボックスの上方に形成された第１の層と、ＳｉＯ２ボックスの上方に、また第１の層の上方または下方に形成され、Ｓｉ導波路３２０４を含む第２の層とを含む。
ＳｉＮ導波路３２０２は、テーパを与えられていないエンド部分３２０６と、テーパを与えられていないエンド部分３２０６が始まるところから始まるテーパ・エンド３２０８とを含み、テーパを与えられていないエンド部分３２０６とテーパ・エンド３２０８は反対方向に延在する。図３２には示されていないが、ＳｉＮ導波路３２０２はテーパを与えられていないエンド部分３２０６の左側まで延在し得る。テーパを与えられていないエンド部分３２０６は、ＳｉＮベースのＷＤＭ ｄｅｍｕｘによって出力され得るものなど、マルチモードの入力光信号３２１０を受け取り得る。
Ｓｉ導波路３２０４は、テーパを与えられていないエンド部分３２１２と、テーパを与えられていないエンド部分３２１２が始まるところから始まるテーパ・エンド３２１４とを含み、テーパを与えられていないエンド部分３２１２とテーパ・エンド３２１４は反対方向に延在する。Ｓｉ導波路３２０４は、テーパを与えられていないエンド部分３２１２の右側まで延在し得る。Ｓｉ導波路３２０４は、ＳｉＮ導波路３２０２からマルチモードの入力光信号３２１０を受け取るように構成され得る。
いくつかの実施形態では、ＳｉＮ導波路３２０２のテーパを与えられていないエンド部分３２０６は、Ｓｉ導波路３２０４のテーパ・エンド３２１４と２つの直交方向でオーバラップして平行になるように、Ｓｉ導波路３２０４のテーパ・エンド３２１４に対して２つの直交方向（たとえばｘ方向およびｚ方向）において位置合わせされる。加えて、ＳｉＮ導波路３２０２のテーパ・エンド３２０８は、Ｓｉ導波路３２０４のテーパを与えられていないエンド部分３２１２と２つの直交方向でオーバラップして平行になるように、Ｓｉ導波路３２０４のテーパを与えられていないエンド部分３２１２に対して２つの直交方向において位置合わせされる。
ＳｉＮ導波路３２０２のテーパを与えられていないエンド部分３２０６とＳｉ導波路３２０４のテーパ・エンド３２１４がオーバラップする領域は、第１の領域３２１６と称され得る。ＳｉＮ導波路３２０２のテーパ・エンド３２０８とＳｉ導波路３２０４のテーパを与えられていないエンド部分３２１２がオーバラップする領域は、第２の領域３２１８と称され得る。図３３Ａ〜図３３Ｄに示されるように、第１の領域３２１６の長さ、第２の領域３２１８の長さ、および／または結合器３２００に関連した他のパラメータは、ＳｉＮ導波路３２０２からＳｉ導波路３２０４へのマルチモード結合を最適化するように調節されてもよい。
図３３Ａ〜図３３Ｄは、本明細書で説明された少なくとも１つの実施形態によって構成されている図３２の結合器３２００に関して、パラメータの様々な異なる組を用いた様々なシミュレーションを含む。
図３３Ａは、パラメータの第１の表３３０２と、図３２のＳｉＮ導波路３２０２からＳｉ導波路３２０４へのシミュレートされた伝送効率の第２の表３３０４と、シミュレーション３３０６Ａおよび３３０６Ｂとを含む。次に、図３２と図３３Ａを組み合わせて参照しながら、第１の表３３０２に列記されている図３３Ａのパラメータを説明する。この例では、第１の領域３２１６は９０μｍの長さを有し、第２の領域３２１８は１０μｍの長さを有する。第１の領域３２１６において、Ｓｉ導波路３２０４のテーパ・エンド３２１４の幅は、光の伝搬方向に沿って０．０８μｍから１．５μｍまでテーパを与えられている。第２の領域３２１８において、Ｓｉ導波路３２０４のテーパを与えられていないエンド部分３２１２の幅は１．５μｍである。第１の領域３２１６において、ＳｉＮ導波路３２０２のテーパを与えられていないエンド部分３２０６の幅は２μｍである。第２の領域３２１８において、ＳｉＮ導波路３２０２のテーパ・エンド３２０８の幅は、光の伝搬方向に沿って２μｍから０．２μｍまでテーパを与えられている。
第２の表３３０４は、第１の表３３０２に列記されたパラメータに関連したＴＥ００光学モード、ＴＥ０１光学モード、ＴＭ００光学モード、およびＴＭ０１光学モードについてシミュレートされた伝送効率を含む。
シミュレーション３３０６Ａおよび３３０６Ｂは、５つの異なる波長チャネルについて、ＴＥ０１光学モード（シミュレーション３３０６Ａ）およびＴＭ０１光学モード（シミュレーション３３０６Ｂ）に関して、水平軸に沿ったＳｉテーパ長さ（μｍの単位）の関数としての垂直軸に沿った結合器３２００の伝送効率のグラフを含む。Ｓｉのテーパ長さは、第１の領域３２１６の長さを参照する。シミュレーション３３０６Ａおよび３３０６Ｂにおいて、第１の領域３２１６の長さ以外のすべてのパラメータは、第１の表３３０２に与えられたパラメータであると想定されている。
図３３Ｂに含まれるシミュレーション３３０６Ｃおよび３３０６Ｄは、ＳｉＮ導波路３２０２のテーパを与えられていないエンド部分３２０６の幅が第１の領域３２１６において１．５μｍであり、ＳｉＮ導波路３２０２のテーパ・エンド３２０８が、第２の領域３２１８において１．５μｍから０．２μｍまでテーパを与えられていることを除けば、図３３Ａのシミュレーション３３０６Ａおよび３３０６Ｂと同一のパラメータを使用している。
図３３Ｃに含まれるシミュレーション３３０６Ｅおよび３３０６Ｆは、Ｓｉ導波路３２０４のテーパ・エンド３２１４が第１の領域３２１６において０．０８μｍから１μｍまでテーパを与えられており、Ｓｉ導波路３２０４のテーパを与えられていないエンド部分３２１２が第２の領域３２１８において１μｍの幅を有することを除けば、図３３Ｂのシミュレーション３３０６Ｃおよび３３０６Ｄと同一のパラメータを使用している。シミュレーション３３０６Ｅおよび３３０６Ｆに示されるように、９０μｍのＳｉのテーパ長さ（または第１の領域３２１６の長さ）において、ＴＥ０１光学モードは、すべての５つの波長チャネルについて約０．９６の伝送効率を有し、ＴＭ０１光学モードは、波長チャネルに依拠して約０．９２〜０．９６の間の伝送効率を有する。
図３３Ｄに含まれるシミュレーション３３０６Ｇおよび３３０６Ｈは、表３３０８に列記されたパラメータを使用していることを除けば、前述のシミュレーション３３０６Ａ〜３３０６Ｅに類似である。シミュレーション３３０６Ｇおよび３３０６Ｈに示されるように、１００μｍのＳｉのテーパ長さ（または第１の領域３２１６の長さ）において、ＴＥ０１光学モードは、波長チャネルに依拠して約０．９５〜０．９７の間の伝送効率を有し、ＴＭ０１光学モードは、波長チャネルに依拠して約０．９２〜０．９５の間の伝送効率を有する。
本明細書で説明されたＷＤＭ部品の１つまたは複数が、偏光依存性のフィルタ機能を有し得る。これらおよび他の実施形態では、本明細書で説明されたＳｉ ＰＩＣの１つまたは複数が、１つまたは複数のＳｉ ＰＩＣ偏光スプリッタまたはＳｉ ＰＩＣ偏光コンバイナ（以下「偏光スプリッタ」）をさらに含み得る。Ｓｉ ＰＩＣは、偏光専用の２つのＷＤＭ部品をさらに含み得、その各々が、偏光スプリッタの異なる出力に結合された入力を有する。偏光専用のＷＤＭ部品の一方はＴＥ偏光向けに最適化されていてもよく、他方はＴＭ偏光向けに最適化されていてもよい。あるいは、偏光専用のＷＤＭ部品の各々が同一の偏光向けに最適化されていてもよく、ＳＩ ＰＩＣは、偏光スプリッタの２つの出力のうちの１つと偏光専用のＷＤＭ部品のうち１つの入力との間に結合された偏光回転子をさらに含み得る。偏光回転子は、Ｓｉ ＰＩＣの中に一体化して形成されたＳｉ ＰＩＣ偏光回転子を含み得る。
図３４Ａおよび図３４Ｂは、本明細書で説明された少なくとも１つの実施形態によって構成されているデマルチプレクサ・システム３４００Ａおよび３４００Ｂ（まとめて「デマルチプレクサ・システム３４００」）の実施形態を示す。デマルチプレクサ・システム３４００のいくつかまたはすべてが、前述のＳｉ ＰＩＣなどのＳｉ ＰＩＣで実施され得る。デマルチプレクサ・システム３４００のそれぞれが、Ｓｉ ＰＩＣ偏光スプリッタまたはＳｉ ＰＩＣ偏光コンバイナ３４０２（以下「偏光スプリッタ３４０２」）と、第１のＷＤＭ ｄｅｍｕｘ ３４０４と、第２のＷＤＭ ｄｅｍｕｘ ３４０６Ａまたは３４０６Ｂ（総称的に「第２のＷＤＭ ｄｅｍｕｘ ３４０６」）と、第１の光−電気トランスデューサ３４０８と、第２の光−電気トランスデューサ３４１０と、加算器３４１２（単純化のためにそのうち１つのみが示されている）とを含む。さらなる加算器３４１２は、図３４Ａおよび図３４Ｂの各々において楕円で示されている。図３４Ｂのデマルチプレクサ・システム３４００Ｂは偏光回転子３４１４をさらに含み得る。
各デマルチプレクサ・システム３４００の偏光スプリッタ３４０２は、コンバイナとして実施されたとき以外は、入力３４０２Ａと、第１の出力３４０２Ｂおよび第２の出力３４０２Ｃとを含み、コンバイナとして実施された場合には入力と出力が逆にされてもよい。以下でより詳細に説明されるように、偏光スプリッタ３４０２は、一般に、Ｓｉ ＰＩＣの対応する層に形成された第１および第２のＳｉＮ導波路と、第１および第２のＳｉＮ導波路が形成されている層の上方または下方のＳｉ ＰＩＣの別の層に形成された、２つのテーパ・エンドを有するＳｉ導波路とを含み得る。いくつかの実施形態では、本明細書で別記されたように、第１のＷＤＭ ｄｅｍｕｘ ３４０４と第２のＷＤＭ ｄｅｍｕｘ ３４０６は、偏光スプリッタ３４０２の第１および第２のＳｉＮ導波路として、Ｓｉ ＰＩＣの同一の層に形成され得る。
入力３４０２Ａは第１のＳｉＮ導波路の第１の終端を含み得、第１の出力３４０２Ｂは第１のＳｉＮ導波路の第２の終端を含み得、第２の出力３４０２Ｃは第２のＳｉＮ導波路の第２の終端を含み得る。入力において、偏光スプリッタ３４０２は、たとえばＴＥ偏光とＴＭ偏光といった２つの直交する偏光を有するＮチャネルの光信号（たとえばＮ個の波長チャネルλ１、λ２、λ３、．．．、λｎを有する多重化光信号）を含む入力ビーム３４１５を受け取ってもよい。入力ビーム３４１５は偏光に応じて分割されてもよく、ＴＥ偏光が全体的に第１の出力３４０２Ｂから出力され、ＴＭ偏光が全体的に第２の出力３４０２Ｃから出力される。
第１のＷＤＭ ｄｅｍｕｘ ３４０４および第２のＷＤＭ ｄｅｍｕｘ ３４０６の各々が、第１のＷＤＭ ｄｅｍｕｘ ３４０４または第２のＷＤＭ ｄｅｍｕｘ ３４０６に入力される偏光に依拠して、２つの偏光のうちの１つに対して最適化されていてもよく、かつ／またはそれ専用のものであってもよい。たとえば、図３４Ａおよび図３４Ｂにおける第１のＷＤＭ ｄｅｍｕｘ ３４０４および図３４Ｂにおける第２のＷＤＭ ｄｅｍｕｘ ３４０６Ｂは、ＴＥ偏光に対して最適化されていてもよく、またはＴＥ偏光専用のものであってもよい。図３４Ａにおける第２のＷＤＭ ｄｅｍｕｘ ３４０６Ａは、ＴＭ偏光に対して最適化されていてもよく、またはＴＭ偏光専用のものであってもよい。これらおよび他の実施形態では、第１のＷＤＭ ｄｅｍｕｘ ３４０４および第２のＷＤＭ ｄｅｍｕｘ ３４０６の各々が、偏光依存性のフィルタ機能を有するエシェル格子を含み得る。
第１のＷＤＭ ｄｅｍｕｘ ３４０４は、偏光スプリッタ３４０２の第１の出力３４０２Ｂに対して光学的に結合された入力３４１６を含む。同様に、第２のＷＤＭ ｄｅｍｕｘ ３４０６Ａまたは３４０６Ｂは、それぞれ、第２の出力３４０２Ｃまたは偏光スプリッタ３４０２に対して光学的に結合されている入力３４１８または３４２０を含む。
第１のＷＤＭ ｄｅｍｕｘ ３４０４は、第１の光−電気トランスデューサ３４０８に対して光学的に結合されている出力３４２２をさらに含む。同様に、第２のＷＤＭ ｄｅｍｕｘ ３４０６Ａまたは３４０６Ｂは、それぞれ、第２の光−電気トランスデューサ３４１０に対して光学的に結合されている出力３４２４または３４２６を含む。第１の光−電気トランスデューサ３４０８および第２の光−電気トランスデューサ３４１０は、それぞれ、少なくともＮ個のＰＮダイオード、アバランシェ・フォトダイオード（ＡＰＤ）、または他の適切な光受信器を含む。
加算器３４１２は、第１の光−電気トランスデューサ３４０８の出力と、第２の光−電気トランスデューサ３４１０の出力とに対して電気的に結合されており、加算器３４１２の各々が、第１の光−電気トランスデューサ３４０８のうち対応するものの出力と、第２の光−電気トランスデューサ３４１０のうち対応するものの出力とに対して電気的に結合されている。詳細には、ｉ＝１〜Ｎについて、第１の光−電気トランスデューサ３４０８のｉ番目の電気的出力と第２の光−電気トランスデューサ３４１０のｉ番目の電気的出力を合計してｉ番目の組み合わされた電気的出力３４２８を生成するために、加算器３４１２のｉ番目のものが、第１の光−電気トランスデューサ３４０８のｉ番目のものおよび第２の光−電気トランスデューサ３４１０のｉ番目のものに対して電気的に結合されてもよい。
図３４Ａおよび図３４Ｂでは、動作において、第１のＷＤＭ ｄｅｍｕｘ ３４０４は、入力ビーム３４１５のＴＥ偏光を受け取って、それを、第１の光−電気トランスデューサ３４０８に出力されるＮ個の別個の波長チャネルλ１、λ２、λ３、．．．、λＮへと非多重化する。第１の光−電気トランスデューサ３４０８は、それぞれが、第１の光−電気トランスデューサ３４０８の対応するものにおいて受け取られたＮ個の別個の波長チャネルのうち対応するものを表す電気信号を出力する。
図３４Ａでは、動作において、第２のＷＤＭ ｄｅｍｕｘ ３４０６Ａは、偏光スプリッタ３４０２の第２の出力３４０２ＣからＮ個のチャネルの光信号のＴＭ偏光を受け取って、それを、第２の光−電気トランスデューサ３４１０に出力されるＮ個の別個の波長チャネルへと非多重化する。第２の光−電気トランスデューサ３４１０は、それぞれが、第２の光−電気トランスデューサ３４１０の対応するものにおいて受け取られたＮ個の別個の波長チャネルのうち対応するものを表す電気信号を出力する。
図３４Ｂでは、動作において、偏光回転子３４１４は、偏光スプリッタ３４０２の第２の出力３４０２Ｃから受け取られたＴＭ偏光の偏光を、ＴＭ偏光からＴＥ偏光へと回転させる。この実施形態および他の実施形態では、偏光回転子３４１４は、ＴＭからＴＥへの偏光回転子を含み得る。より一般的には、偏光回転子３４１４は、偏光を、第１の（または第２の）偏光から、直交する第２の（または第１の）偏光へと回転させてもよい。次いで、第２のＷＤＭ ｄｅｍｕｘ ３４０６Ａは、偏光回転子３４１４から、偏光を回転された信号を受け取って、それを、第２の光−電気トランスデューサ３４１０に出力されるＮ個の別個の波長チャネルへと非多重化する。第２の光−電気トランスデューサ３４１０は、それぞれが、第２の光−電気トランスデューサ３４１０の対応するものにおいて受け取られたＮ個の別個の波長チャネルのうち対応するものを表す電気信号を出力する。
図３４Ａと図３４Ｂの両方において、加算器３４１２は、次いで、第１の光−電気トランスデューサ３４０８および第２の光−電気トランスデューサ３４１０からの適切な出力を組み合わせて、偏光スプリッタ３４０２の入力３４０２Ａにおいて受け取られた入力ビーム３４１５からのｉ番目の波長チャネルを表すｉ番目の組み合わされた電気信号３４２８を生成する。詳細には、ｉ番目の組み合わされた電気信号３４２８の第１の（または第２の、または第３の、または第Ｎの）ものは、第１のＷＤＭ ｄｅｍｕｘ ３４０４によって出力されたＮ個の別個の波長チャネルのうち第１の（または第２の、または第３の、または第Ｎの）ものを表す、第１の電気−光トランスデューサ３４０８の第１の（または第２の、または第３の、または第Ｎの）ものの電気的出力と、第２のＷＤＭ ｄｅｍｕｘ ３４０６Ａによって出力されたＮ個の別個の波長チャネルのうち第１の（または第２の、または第３の、または第Ｎの）ものを表す、第２の電気−光トランスデューサ３４１０の第１の（または第２の、または第３の、または第Ｎの）ものの電気的出力との合計を含む。
ＴＭ偏光からＴＥ偏光を分離し、それぞれを他方から切り離して非多重化し、次いで、加算器３４１２を用いて、対応するチャネルを加算することにより、図３４Ａおよび図３４Ｂのデマルチプレクサ・システム３４００は、偏光依存性のフィルタ機能を有するＷＤＭ ｄｅｍｕｘにおいて生じるチャネル・クロストークを解消し得、または少なくとも大幅に低減し得る。
次に、図３５〜図３７を参照しながら、偏光スプリッタ３４０２などのＳｉ ＰＩＣ偏光スプリッタに関連した様々な考察およびパラメータが論じられ、続いて、図３８Ａ〜図３８Ｃ参照しながら、様々な例示的Ｓｉ ＰＩＣ偏光スプリッタが論じられる。
図３５は、本明細書で説明された少なくとも１つの実施形態によって構成されている断熱結合器領域のＳｉ導波路およびＳｉＮ導波路におけるＴＥ偏光およびＴＭ偏光に関して、Ｓｉ導波路の幅の関数としての実効屈折率のシミュレーションのグラフ表示３５００である。図３５の曲線３５０６および３５０８から、ＳｉＮ導波路におけるＴＥ偏光およびＴＭ偏光の実効屈折率は、Ｓｉ導波路の幅によって変化することなく約１．７の値を有することが理解され得る。図３５の曲線３５０２および３５０４から、Ｓｉ導波路におけるＴＥ偏光に対する実効屈折率（曲線３５０２を参照されたい）は、１３０ｎｍ〜１８０ｎｍ（すなわち０．１３μｍ〜０．１８μｍ）の範囲において１．７未満であって、この領域にわたって増加し、また、Ｓｉ導波路におけるＴＭ偏光に対する実効屈折率（曲線３５０４を参照されたい）は、１３０ｎｍ〜１８０ｎｍの範囲において１．７を超えるものであって、この領域にわたって増加することが理解され得る。そのため、Ｓｉ導波路のテーパ・エンドの先端幅が、１３０ｎｍと１８０ｎｍの間にあれば、ＴＥ偏光とＴＭ偏光は、断熱結合器領域において、必然的に別々の結合効率を有することになる。１３０ｎｍ〜１８０ｎｍの範囲における様々な先端幅に関するＴＥ結合効率とＴＭ結合効率の間の差が、図３６および図３７に示されている。
ＳｉＮ導波路におけるＴＭ偏光に対する実効屈折率（曲線３５０８）とＳｉ導波路におけるＴＭ偏光に対する実効屈折率（曲線３５０４）が交差するＳｉ導波路の幅は、本明細書では「ＴＭの最大のテーパ幅」と称され得、図３５では約１００ｎｍである。Ｓｉ導波路のテーパ・エンドの先端幅がＴＭの最大のテーパ幅よりも大きいと、図３５から、ＴＥ偏光の結合効率と比較して、ＴＭ偏光の、Ｓｉ導波路とＳｉＮ導波路の間の高効率を伴う断熱結合が妨げられかねないことが理解され得る。同様に、Ｓｉ導波路におけるＴＥ偏光に対する実効屈折率（曲線３５０２）とＳｉＮ導波路におけるＴＥ偏光に対する実効屈折率（曲線３５０６）が交差するＳｉ導波路幅は、本明細書では「ＴＥの最大のテーパ幅」と称され得、図３５では約１８０ｎｍである。Ｓｉ導波路のテーパ・エンドの先端幅がＴＥの最大のテーパ幅よりも小さいと、図３５から、ＴＭ偏光の結合効率と比較して、ＴＥ偏光の、Ｓｉ導波路とＳｉＮ導波路の間の高効率を伴う断熱結合が可能になり得ることが理解され得る。
図３６は、本明細書で説明された少なくとも１つの実施形態によって構成されている１８０ｎｍおよび１５０ｎｍのＳｉ導波路先端幅に関して、Ｓｉ導波路のテーパ長さの関数としてのＴＥ偏光およびＴＭ偏光の結合効率のシミュレーションのグラフ表示３６００である。詳細には、１８０ｎｍの先端幅に関して、曲線３６０２はＴＥ偏光の結合効率を表し、曲線３６０４はＴＭ偏光の結合効率を表す。同様に、１５０ｎｍの先端幅に関して、曲線３６０６はＴＥ偏光の結合効率を表し、曲線３６０８はＴＭ偏光の結合効率を表す。曲線３６０２、３６０４、３６０６、および３６０８から、どちらの先端幅でも、ＴＥ偏光（曲線３６０２および３６０６）はＴＭ偏光（曲線３６０４および３６０８）よりも優れた結合効率を有することが理解され得る。曲線３６０２および３６０６は、１８０ｎｍ以上の先端幅については、ＴＥ結合が９０％未満になりかねないことを示す傾向がある。曲線３６０４および３６０８は、１５０ｎｍ以下の先端幅については、ＴＭ結合が１０％よりも大きくなりかねないことを示す傾向がある。
図３７は、１．３５μｍ、１．３１μｍ、および１．２７μｍといった３つの異なる波長チャネルについて、本明細書で説明された少なくとも１つの実施形態によって構成されている１６０ｎｍのＳｉ導波路先端幅に関する、Ｓｉ導波路のテーパ長さの関数としてのＴＥ偏光およびＴＭ偏光の結合効率のシミュレーションのグラフ表示３７００である。１６０ｎｍの先端幅は、１５０ｎｍ（これよりも小さいとＴＭ結合が１０％より大きくなりかねない）と１８０ｎｍ（これよりも大きいとＴＥ結合効率が９０％未満になりかねない）の間の妥協として選択されている。１６０ｎｍの先端幅および１．３５μｍの波長チャネルに関して、曲線３７０２ＡはＴＥ結合効率を表し、曲線３７０２ＢはＴＭ結合効率を表す。同様に、１６０ｎｍの先端幅および１．３１μｍの波長チャネルに関して、曲線３７０４ＡはＴＥ結合効率を表し、曲線３７０４ＢはＴＭ結合効率を表す。同様に、１６０ｎｍの先端幅および１．２７μｍの波長チャネルに関して、曲線３７０６ＡはＴＥ結合効率を表し、曲線３７０６ＢはＴＭ結合効率を表す。曲線３７０２Ａ、３７０２Ｂ、３７０４Ａ、３７０４Ｂ、３７０６Ａ、および３７０６Ｂから、３つの波長チャネルのすべてにおいて、ＴＥ偏光（曲線３７０２Ａ、３７０４Ａ、および３７０６Ａ）がＴＭ偏光（曲線３７０２Ｂ、３７０４Ｂ、および３７０６Ｂ）よりも優れた結合効率を有することが理解され得る。
図３７は、１．３５μｍ、１．３１μｍ、および１．２７μｍといった３つの波長チャネルについて、様々なＴＥ偏光およびＴＭ偏光の結合効率値を有する表３７０８をさらに含むものであり、ここでＳｉ導波路のテーパ長さは約２００μｍである。それぞれの波長チャネルについて、ＴＥ偏光結合効率とＴＭ偏光結合効率の比もデシベル（ｄＢ）の単位で与えられている。
図３５〜図３７のシミュレーションは、少なくともいくつかの実施形態において、１３０ｎｍ〜１８０ｎｍの間、または１５０ｎｍ〜１８０ｎｍの間、または約１６０ｎｍの先端幅を有するＳｉ導波路を含む断熱結合器領域が、ほとんどのＴＭ偏光をＳｉ導波路からＳｉＮ導波路へ（または逆方向へ）結合することなく、ほとんどのＴＥ偏光をＳｉ導波路からＳｉＮ導波路へ（または逆方向へ）選択的に結合するのに使用され得ることを示すものである。図３８Ａ〜図３８Ｃを参照しながらより詳細に説明されるように、２つ以上のそのような断熱結合器領域が組み合わされ得、上記で論じられた偏光スプリッタ３４０２などのＳｉ ＰＩＣ偏光スプリッタまたはコンバイナを形成する。
図３８Ａ〜図３８Ｃは、本明細書で説明された少なくとも１つの実施形態によって構成されている例示的Ｓｉ ＰＩＣ偏光スプリッタまたはコンバイナ３８００Ａ、３８００Ｂ、および３８００Ｃ（以下、まとめて「偏光スプリッタ３８００」）を示す。偏光スプリッタ３８００は、図３４Ａおよび図３４Ｂの偏光スプリッタ３４０２を含むかまたはこれに相当していてもよく、図３４Ａおよび図３４Ｂのデマルチプレクサ・システム３４００および／または他のシステムもしくはデバイスにおいて実施され得る。
図３８Ａ〜図３８Ｃのそれぞれが、偏光スプリッタ３８００Ａ、３８００Ｂ、または３８００Ｃの俯瞰図を含む。図３８Ａ〜図３８Ｃの俯瞰図に含まれる、偏光スプリッタ３８００の材料積重ねの異なるレベルにおける偏光スプリッタ３８００の様々な部品の輪郭またはフットプリントは、上から観察したときには必ずしも見えるわけではないが、様々な部品の互いに対するｘおよびｚの位置合わせを示すために、輪郭またはフットプリントとして示されている。
偏光スプリッタ３８００の各々が、第１のＳｉＮ導波路３８０２と、第１のＳｉＮ導波路３８０２から間隔を置いた第２のＳｉＮ導波路３８０４と、Ｓｉ導波路３８０６とを含む。第１のＳｉＮ導波路３８０２および第２のＳｉＮ導波路３８０４は、本明細書で説明されたＳｉＮ導波路を有する第１の層のうち任意のものなどのＳｉ ＰＩＣの第１の層に形成されてもよい。Ｓｉ導波路３８０６は、本明細書で説明されたＳｉ導波路を有する第２の層のうちの任意のものなどのＳｉ ＰＩＣの第１の層の上または下にあるＳｉ ＰＩＣの第２の層に形成されてもよい。
第１のＳｉＮ導波路３８０２は結合器部分３８０８を含み、第２のＳｉＮ導波路３８０４は結合器部分３８１０を含み、Ｓｉ導波路３８０６は第１のテーパ・エンド３８１２および第２のテーパ・エンド３８１４を含む。第１のテーパ・エンド３８１２は、第１のＳｉＮ導波路３８０２の結合器部分３８０８と２つの直交方向においてオーバラップして平行になるように、第１のＳｉＮ導波路３８０２の結合器部分３８０８に対して２つの直交方向（たとえばｘおよびｚ）において位置合わせされる。第１のテーパ・エンド３８１２および第１のＳｉＮ導波路３８０２の結合器部分３８０８は、全体的に第１の断熱結合器領域３８１６を形成してもよい。同様に、第２のテーパ・エンド３８１４は、第２のＳｉＮ導波路３８０４の結合器部分３８１０と２つの直交方向においてオーバラップして平行になるように、第２のＳｉＮ導波路３８０４の結合器部分３８１０に対して２つの直交方向（たとえばｘおよびｚ）において位置合わせされる。第２のテーパ・エンド３８１４および第２のＳｉＮ導波路３８０４の結合器部分３８１０は、全体的に第２の断熱結合器領域３８１８を形成してもよい。
Ｓｉ導波路３８０６の第１のテーパ・エンド３８１２および第２のテーパ・エンド３８１４の各々が、入力ビーム３８２０の第１の偏光（たとえばＴＥ偏光）の大部分を、Ｓｉ導波路３８０６の第１のテーパ・エンド３８１２および第２のテーパ・エンド３８１４のうち対応するものと、第１のＳｉＮ導波路３８０２および第２のＳｉＮ導波路３８０４の対応するものの間で断熱結合し、また、入力ビーム３８２０の、第１の偏光に対して直交する第２の偏光（たとえばＴＭ偏光）の大部分が、導波路の第１のテーパ・エンド３８１２および第２のテーパ・エンド３８１４のうち対応するものと、第１のＳｉＮ導波路３８０２および第２のＳｉＮ導波路３８０４のうち対応するものの間で断熱結合されるのを防止するように構成され得る。上記のことは、Ｓｉ導波路３８０６の第１のテーパ・エンド３８１２および第２のテーパ・エンド３８１４の各々に、第１の偏光と第２の偏光を全体的に区別する適切な先端幅を与えることによって達成され得る。
より詳細には、Ｓｉ導波路３８０６の第１のテーパ・エンド３８１２が有し得る先端幅は、第１のＳｉＮ導波路３８０２からの第１の偏光の大部分を、第１のテーパ・エンド３８１２を通してＳｉ導波路３８０６へと断熱結合し、また、第２の偏光の大部分に対してＳｉ導波路３８０６に入るのを防止するように構成されている。たとえば、第１のテーパ・エンド３８１２は、１３０ｎｍ〜１８０ｎｍの範囲、または１５０ｎｍ〜１８０ｎｍの範囲、または約１６０ｎｍの先端幅を有し得る。同様に、Ｓｉ導波路３８０４の第２のテーパ・エンド３８１４が有し得る先端幅は、Ｓｉ導波路３８０６から第２のテーパ・エンド３８１４を通って伝搬する第１の偏光の大部分を第２のＳｉＮ導波路３８０４に対して断熱結合し、また、Ｓｉ導波路３８０６を通って伝搬する第２の偏光の大部分に対して第２のＳｉＮ導波路３８０４に入るのを防止するように構成されている。たとえば、第２のテーパ・エンド３８１４は、１３０ｎｍ〜１８０ｎｍの範囲、または１５０ｎｍ〜１８０ｎｍの範囲、または約１６０ｎｍの先端幅を有し得る。したがって、図３５〜図３７と一致して、第１のテーパ・エンド３８１２および第２のテーパ・エンド３８１４の先端幅は、入力ビーム３８２０の、第１のＳｉＮ導波路３８０２からのほとんどの第２の偏光を第２のＳｉＮ導波路３８０４へ結合せずに、第１のＳｉＮ導波路３８０２からのほとんどの第１の偏光を第２のＳｉＮ導波路３８０４へ選択的に結合するように構成され得る。
図３８Ａの例では、Ｓｉ導波路３８０６は２００ｎｍのテーパ長さを有し得（たとえば第１のテーパ・エンド３８１２および第２のテーパ・エンド３８１４の各々が光の伝搬方向において２００ｎｍの長さでよく）、第１のテーパ・エンド３８１２および第２のテーパ・エンド３８１４の各々が１５０ｎｍの先端幅を有し得る。その代わりに、またはそれに加えて、第１のＳｉＮ導波路３８０２および第２のＳｉＮ導波路３８０４のそれぞれが１μｍの幅を有し得、第１のテーパ・エンド３８１２および第２のテーパ・エンド３８１４の各々が３２０ｎｍの最大幅を有し得る。この例では、１．３１μｍの波長チャネルに関して、第１の断熱結合器領域３８１６および第２の断熱結合器領域３８１８の各々が、１つの導波路から次の導波路へ（たとえば第１のＳｉＮ導波路３８０２からＳｉ導波路３８０６へ、またはＳｉ導波路３８０６から第２のＳｉＮ導波路３８０４へ）、ＴＥ偏光の約９８％およびＴＭ偏光の約１０％を断熱結合し得、また、ＴＥ偏光の約２％およびＴＭ偏光の約９０％が１つの導波路から次の導波路へと断熱結合されるのを防止し得る。結果として、図３８Ａでは、第１のＳｉＮ導波路３８０２の終端３８２４からの出力ビーム３８２２は、入力ビーム３８２０のＴＥ偏光の約２％およびＴＭ偏光の約９０％を含み得る。第２のＳｉＮ導波路３８０４の終端３８２８からの出力ビーム３８２６は、第１の断熱結合器領域３８１６と第２の断熱結合器領域３８１８の両方を通るので、出力ビーム３８２６は入力ビーム３８２０のＴＥ偏光の約９６％およびＴＭ偏光の約１％を含み得る。
図３８Ｂおよび図３８Ｃにおいて、偏光スプリッタ３８００Ｂおよび３８００Ｃの各々が、第１のＳｉＮ導波路３８０２の終端３８２４からの出力ビーム３８２２のＴＥ偏光とＴＭ偏光の分割比を改善するために、第３の断熱結合器領域３８３０または３８３２をさらに含む。第３の断熱結合器領域３８３０または３８３２は、第１のＳｉＮ導波路３８０２の第２の結合器部分３８３４と、第２のＳｉ導波路３８４０または３８４２のテーパ・エンド３８３６または３８３８とから構成され得る。第２のＳｉ導波路３８４０または３８４２は、Ｓｉ ＰＩＣのＳｉ導波路３８０６と同一の層、またはＳｉ ＰＩＣのＳｉ導波路３８０６とは別の層に形成され得る。
その代わりに、またはそれに加えて、第１のＳｉＮ導波路３８０２は、結合器部分３８０８の上流にテーパ・エンド３８４４を含み得る。例示的実施形態では、第１のＳｉＮ導波路３８０２のテーパ・エンド３８４４は、約５０μｍのテーパ長さ（たとえばｚ方向の長さ）を有する。本明細書で説明されるいくつかの実施形態によるＳｉ ＰＩＣにおけるＳｉＮ導波路の（たとえばｘ方向の）幅は一般に約０．７μｍ以下であってもよく、標準的なＳｉＮ導波路と称され得る。それに対し、本明細書で説明された偏光スプリッタ３４０２および３８００などのＳｉ ＰＩＣ偏光スプリッタにおけるＳｉＮ導波路は、標準的なＳｉＮ導波路（たとえば約１μｍの幅）とは異なる幅を有し得、偏光スプリッタＳｉＮ導波路と称され得る。第１のＳｉＮ導波路３８０２のテーパ・エンド８４４は、標準的なＳｉＮ導波路から、偏光スプリッタＳｉＮ導波路である第１のＳｉＮ導波路３８０２への遷移として働き得る。
第２のＳｉ導波路３８４０または３８４２のテーパ・エンド３８３６または３８３８は、第１のＳｉＮ導波路３８０２の第２の結合器部分３８３４と２つの直交方向でオーバラップして平行になるように、第１のＳｉＮ導波路３８０２の第２の結合器部分３８３４に対して２つの直交方向（たとえばｘおよびｚ）において位置合わせされる。図３８Ｂにおける第２のＳｉ導波路３８４０は全体的にＳ字形を含むが、図３８Ｃにおける第２のＳｉ導波路３８４２は全体的にＵ字形を含む。あるいは他の形状が実施され得る。いくつかの実施形態では、第２のＳｉ導波路３８４０および３８４２の各々が、テーパ・エンド３８３６または３８３８の反対側に第２のテーパ・エンド３８４６または３８４８を含む。他の実施形態では、第２のＳｉ導波路３８４０および３８４２の各々が、第２のテーパ・エンド３８４６または３８４８を有するではなく、ゲルマニウム（Ｇｅ）ピン検知器において終結する。
第２のＳｉ導波路３８４０または３８４２のテーパ・エンド３８３６または３８３８の各々が、第１の偏光と第２の偏光を全体的に区別するのに適切な先端幅を有し得る。より詳細には、第２のＳｉ導波路３８４０または３８４２のテーパ・エンド３８３６または３８３８が有し得る先端幅は、第１のＳｉＮ導波路３８０２からの第１の偏光の大部分を、テーパ・エンド３８３６または３８３８を通して第２のＳｉ導波路３８４０または３８４２へと断熱結合し、また、第２の偏光の大部分に対して第２のＳｉ導波路３８４０または３８４２に入るのを防止するように構成されている。たとえば、テーパ・エンド３８３６または３８３８は、１３０ｎｍ〜１８０ｎｍの範囲、または１５０ｎｍ〜１８０ｎｍの範囲、または約１６０ｎｍの先端幅を有し得る。いくつかの実施形態では、第２のＳｉ導波路３８４０または３８４２の第２のテーパ・エンド３８４６または３８４８は、１３０ｎｍ〜１８０ｎｍの範囲、または１５０ｎｍ〜１８０ｎｍの範囲、または約１６０ｎｍの先端幅を有し得る。
図３８Ｂおよび図３８Ｃの例では、Ｓｉ導波路３８０６は２００ｎｍのテーパ長さを有し得、第１のテーパ・エンド３８１２および第２のテーパ・エンド３８１４の各々が１６０ｎｍの先端幅を有し得る。その代わりに、またはそれに加えて、第２のＳｉ導波路３８４０または３８４２も２００ｎｍのテーパ長さを有し得、テーパ・エンド３８３６または３８３８および第２のテーパ・エンド３８４６または３８４８の各々が、１６０ｎｍの先端幅を有し得、また、第１のＳｉＮ導波路３８０２および第２のＳｉＮ導波路３８０４は、１μｍの幅を有し得る。その代わりに、またはそれに加えて、Ｓｉ導波路３８０６の第１のテーパ・エンド３８１２および第２のテーパ・エンド３８１４、第２のＳｉ導波路３８４０もしくは３８４２のテーパ・エンド３８３６もしくは３８３８、および／または第２のＳｉ導波路３８４０もしくは３８４２の第２のテーパ・エンド３８４６もしくは３８４８は、３２０ｎｍの最大幅を有し得る。この例では、１．３１μｍの波長チャネルに関して、第１の断熱結合器領域３８１６、第２の断熱結合器領域３８１８、および第３の断熱結合器領域３８３０または３８３２の各々が、ＴＥ偏光の約９７．７％およびＴＭ偏光の約６．７％を、１つの導波路から次の導波路へ（たとえば第１のＳｉＮ導波路３８０２からＳｉ導波路３８０６へ、Ｓｉ導波路３８０６から第２のＳｉＮ導波路３８０４へ、または第１のＳｉＮ導波路３８０２から第２のＳｉ導波路３８４０もしくは３８４２へ）断熱結合し得、また、ＴＥ偏光の約２．３％およびＴＭ偏光の約９３．３％が１つの導波路から次の導波路へと断熱結合されるのを防止し得る。結果として、出力ビーム３８２２は、第１の断熱結合器領域３８１６と第３の断熱結合器領域３８３０の両方を通るので、第１のＳｉＮ導波路３８０２の終端３８２４からの出力ビーム３８２２は、入力ビーム３８２０のうちＴＥ偏光の約０．０５％およびＴＭ偏光の約８７％を含み得る。また、第２のＳｉＮ導波路３８０４の終端３８２８からの出力ビーム３８２６は、第１の断熱結合器領域３８１６と第２の断熱結合器領域３８１８の両方を通るので、入力ビーム３８２０のうちＴＥ偏光の約９５％およびＴＭ偏光の約０．５％を含み得る。そのため、図３８Ｂおよび図３８Ｃの例では、出力ビーム３８２２におけるＴＭ／ＴＥの比は約３２ｄＢであり得、出力ビーム３８２６におけるＴＥ／ＴＭの比は約２３ｄＢであり得る。より一般的には、Ｓｉ導波路３８０６の第１のテーパ・エンド３８１２および第２のテーパ・エンド３８１４の一方または両方の先端幅は、ＴＭ偏光の少なくとも８０％が第１のＳｉＮ導波路３８０２を通過し、第１のＳｉＮ導波路３８０２からのＴＥ偏光の少なくとも９０％が第２のＳｉＮ導波路３８０４へと断熱的に通過するように構成されてもよい。
その代わりに、またはそれに加えて、１つまたは複数の偏光スプリッタ３８００が偏光コンバイナとして実施され得る。これらおよび他の実施形態では、ＴＭ入力ビームは第１のＳｉＮ導波路３８０２の終端３８２４において受け取られてもよく、ＴＥ入力ビームは第２のＳｉＮ導波路３８０４の終端３８２８において受け取られてもよい。この例では、Ｓｉ導波路３８０６の第２のテーパ・エンド３８１４の先端幅は１３０ｎｍ〜１８０ｎｍの範囲であってもよく、さらには１３０ｎｍ未満であってもよい。Ｓｉ導波路３８０６の第１のテーパ・エンド３８１２は、１３０ｎｍ〜１８０ｎｍの範囲、または１５０ｎｍ〜１８０ｎｍの範囲、または約１６０ｎｍの先端幅を有し得る。ＴＭ入力ビームは、第１のＳｉＮ導波路３８０２を通って右から左へ伝搬し得る。ＴＥ入力ビームは、第２のＳｉＮ導波路３８０４を通って右から左へ伝搬し得、断熱結合器領域３８１８を通ってＳｉ導波路３８０６に断熱結合され得、断熱結合器領域３８１６を通って第１のＳｉＮ導波路３８０２に断熱結合され得、ここでＴＭ入力と組み合わされる。
図３９Ａおよび図３９Ｂは、本明細書で説明された少なくとも１つの実施形態によって構成されている高屈折率のガラス・インタポーザ３９００（以下「インタポーザ３９００」）と図１７のＳｉ ＰＩＣ １７００の位置合わせおよび取付けを表す側面図を含む。インタポーザ３９００は、高屈折率のガラス導波路ブロック３９０２および１つまたは複数のインタポーザ導波路３９０４を含む。インタポーザ導波路３９０４は、たとえばイオン交換法、またはＵＶレーザ書込み、または他の適切な屈折率を変える放射もしくは工程によって、高屈折率のガラス導波路ブロック３９０２に書き込まれ得る高屈折率のガラス導波路を含み得る。
断熱結合器領域を形成するための前述のやり方で、図３９Ａに示されるように、インタポーザ・コア３９０４がＳｉ ＰＩＣ １７００のＳｉＮ導波路１７１２に対してｘ方向およびｚ方向において全体的に位置合わせされて、インタポーザ３９００が、Ｓｉ ＰＩＣ １７００のエッチングされた窓１７０２に対して位置合わせされる。エッチングされた窓１７０２は、エポキシのアンダーフィル１９０２で少なくとも部分的に充填され得る。図３９Ａに示されるように、次いで、インタポーザ３９００は、インタポーザ・コア３９０４がＳｉ ＰＩＣ １７００のＳｉＮ導波路１７１２に対して直接接触するかまたは少なくとも密接に接触するまで、矢印３９０６によって示されるようにＳｉ ＰＩＣ １７００の方へ移動されてもよい（またはＳｉ ＰＩＣ １７００がインタポーザ３９００の方へ移動されてもよい）。
図示の実施形態では、高屈折率のガラス導波路ブロック３９０２は、高屈折率のガラス導波路ブロック３９０２の底面からたとえば正のｙ方向へ垂直に延在する１つまたは複数の穴または溝の３９０８を画定する。穴または溝の３９０８の各々が、（たとえばｙ方向における）１５μｍ〜２０μｍの高さまたはいくらかの他の高さを有し得る。穴または溝の各々が、エッチングされた窓１７０２の内部に収容されるように構成されたインタポーザ３９００の部分の（たとえばｚ方向における）長さに延在していてもよい。エッチングされた窓１７０２の内部に収容されるように構成されたインタポーザ３９００の部分の長さは、いくつかの実施形態では２ｍｍ〜３ｍｍであってもよい。その代わりに、またはそれに加えて、いくつかの実施形態では、インタポーザ３９００のｘ方向における幅は約１．５ｍｍであってもよい。
インタポーザ３９００がＳｉ ＰＩＣ １７００のエッチングされた窓１７０２へ挿入されるとき、インタポーザ３９００は、エポキシのアンダーフィル９０２を少なくとも部分的に変位させて薄くすることにより、インタポーザ導波路３９０４とＳｉＮ導波路１７１２の間のエポキシのアンダーフィル１９０２を相対的に少量にするように、Ｓｉ ＰＩＣ １７００に対して十分にしっかりと押しつけられる。たとえば、図３９Ｂの取り付けられた構成では、エポキシのアンダーフィル１９０２の（たとえばｙ方向における）厚さは１μｍ未満であり得る。変位されたエポキシのアンダーフィル１９０２が、穴３９０８を少なくとも部分的に満たし得、Ｓｉ ＰＩＣ １７００に対するインタポーザ３９００の優れた接着を達成する。
図４０Ａは、本明細書で説明された少なくとも１つの実施形態によって構成されている別の高屈折率のガラス・インタポーザ４０００（以下「インタポーザ４０００」）の上下を逆にした斜視図を含む。インタポーザ４０００は、高屈折率のガラス導波路ブロック４００２および１つまたは複数のインタポーザ導波路４００４を含む。インタポーザ導波路４００４は、たとえばイオン交換法、ＵＶレーザ書込み、または他の適切な屈折率を変える放射もしくは工程によって、高屈折率のガラス導波路ブロック４００２に書き込まれ得る高屈折率のガラス導波路を含み得る。インタポーザ４０００は、インタポーザ導波路４００４に対して長手方向に隣接しているｖ字型溝４００６をさらに画定する。
図４０Ｂは、本明細書で説明された少なくとも１つの実施形態によって構成されている、Ｓｉ ＰＩＣ ４００８に対して断熱結合されたインタポーザ４０００の斜視図を含む。図４０Ｂでは、全体的にインタポーザ４０００の底面にあるインタポーザ導波路４００４およびｖ字型溝４００６が認められ得るように、インタポーザ４０００は透明であるように示されている。図４０Ｂから理解され得るように、インタポーザ導波路４００４は、Ｓｉ ＰＩＣ ４００８の第１の層の上のＳｉ ＰＩＣの１つまたは複数の誘電体層を通って画定されているエッチングされた窓４０１０の内部に、全体的に配設されている。第１の層が含み得る１つまたは複数のＳｉＮ導波路に対して、インタポーザ導波路４００４が、エッチングされた窓４０１０の内部で断熱結合されている。
図４０Ｂは、インタポーザ導波路４００４が光学的に結合され得る光ファイバ４０１２をさらに示す。詳細には、光ファイバ４０１２の光ファイバ・コアがｖ字型溝４００６の内部に位置するように、光ファイバの終端は、ジャケットおよび／または導波路クラッドをはぎ取られてもよい。ｖ字型溝４００６が、全体的に、インタポーザ導波路４００４に対して光学的に位置合わせされ得る限り、光ファイバ４０１２を、それらの光ファイバ・コアがｖ字型溝４００６の内部に位置するように配置すれば、光ファイバ４０１２の各々が、全体的に、インタポーザ導波路４００４の対応するものに対して光学的に位置合わせされ得る。
本明細書の、実質的に任意の複数形の用語および／または単数形の用語の使用に関して、当業者なら、状況および／または用途に適切であれば、複数形から単数形へ、および／または単数形から複数形へと変換することができる。様々な単数形／複数形の置換は、明瞭さのために本明細書で明確に説明され得る。
本発明は、その精神または本質的特質から逸脱せずに、他の特定形態で具現され得る。説明された実施形態は、すべての点において、限定的でない例示としてのみ考慮されるべきである。したがって、本発明の範囲は、前述の説明によってではなく添付の特許請求の範囲によって示される。特許請求の範囲の等価の意味および範囲に入るすべての変更形態は、それらの範囲に包含されることになる。

Claims (24)

  1. 結合システムであって、前記結合システムは、
    第１の屈折率ｎ１およびテーパ・エンドを有する第１の導波路と、
    各々が第２の屈折率ｎ２を有する少なくとも１つの第２の導波路と、
    第３の屈折率ｎ３と結合器部分とを有する第３の導波路を含むインタポーザと、
    を含み、
    前記第１の導波路のテーパ・エンドは、前記少なくとも１つの第２の導波路のうちの１つの結合器部分に断熱的に結合されており、
    前記少なくとも１つの第２の導波路のうちの１つのテーパ・エンドは、前記インタポーザの前記第３の導波路の結合器部分に断熱的に結合されており、
    ｎ１＞ｎ２＞ｎ３であり、かつ
    前記結合システムは、前記第１の導波路と前記少なくとも１つの第２の導波路との間、および、前記少なくとも１つの第２の導波路と前記第３の導波路との間、で断熱的に光を結合するように構成されている結合システム。
  2. 前記第１の導波路は第１の光学モード・サイズを有し、
    前記少なくとも１つの第２の導波路の各々は第２の光学モード・サイズを有し、
    前記インタポーザの前記第３の導波路は第３の光学モード・サイズを有し、
    前記第１の光学モード・サイズは、前記第２の光学モード・サイズよりも実質的に小さく、かつ
    前記第２の光学モード・サイズは、前記第３の光学モード・サイズよりも実質的に小さい請求項１に記載の結合システム。
  3. 前記インタポーザの前記第３の導波路の前記第３の光学モード・サイズは、標準的な単一モード光ファイバのモード・サイズと実質的に類似しており、それにより前記第１の導波路から前記単一モード光ファイバへの光の効率的な光結合を提供する、請求項２に記載の結合システム。
  4. 前記第１の導波路および前記少なくとも１つの第２の導波路は、シリコン（Ｓｉ）フォトニック・システム内にあり、同じＳｉフォトニック集積回路プロセスで製造されており、前記インタポーザの前記第３の導波路は、前記Ｓｉフォトニック集積回路とは異なる材料系で形成されるとともに同Ｓｉフォトニック集積回路に別個に取り付けられている、請求項１に記載の結合システム。
  5. 前記第１の導波路は、同第１の導波路がＳｉ導波路を含むようにシリコン（Ｓｉ）コアとニ酸化ケイ素（ＳｉＯ２）クラッドとを含み、前記少なくとも１つの第２の導波路の各々は、同少なくとも１つの第２の導波路がＳｉＮ導波路を含むように窒化シリコン（ＳｉＮ）コアとＳｉＯ２クラッドとを含む、請求項１に記載の結合システム。
  6. 前記インタポーザの前記第３の導波路はポリマーを含む、請求項５に記載の結合システム。
  7. 前記インタポーザの前記第３の導波路は高屈折率ガラス導波路を含む、請求項５に記載の結合システム。
  8. 前記第１の屈折率ｎ１の値は３〜３．５の範囲にあり、前記第２の屈折率ｎ２の値は１．８〜２．２の範囲にある、請求項１に記載の結合システム。
  9. 前記インタポーザの前記第３の屈折率の値は、１．４９〜１．６の範囲にある、請求項８に記載の結合システム。
  10. 前記Ｓｉ導波路のテーパ・エンドの幅は、３００〜３３０ナノメートル（ｎｍ）の範囲の第１の幅から約８０ｎｍの先端幅までテーパを与えられており、前記ＳｉＮ導波路のテーパ・エンドの幅は、６００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲の第１の幅から１７０ｎｍ〜２３０ｎｍの範囲の先端幅までテーパを与えられている、請求項５に記載の結合システム。
  11. 請求項１に記載の結合システムは、
    前記第１の導波路を含む複数の第１の導波路であって、各々が第１の屈折率ｎ１と、第１の終端と、前記第１の終端に対向する側にテーパ・エンドと、を有する複数の第１の導波路と、
    前記少なくとも１つの第２導波路を含む複数の第２の導波路と、
    前記インタポーザに含まれる複数の第３の導波路であって、各々が第３の屈折率ｎ３と結合器部分とを有する複数の第３の導波路と、
    をさらに含み、
    前記複数の第１の導波路の各々の前記テーパ・エンドは、前記複数の第２の導波路の対応する１つの前記結合器部分に断熱的に結合されており、
    前記複数の第２の導波路の各々の前記テーパ・エンドは、前記複数の第３の導波路の対応する１つの前記結合器部分に断熱的に結合されており、
    前記インタポーザは、その内部に前記複数の第３の導波路が形成される高屈折率ガラス導波路ブロックを含み、
    前記複数の第３の導波路は、複数の受信インタポーザ導波路および複数の送信インタポーザ導波路を含み、
    光ファイバ・エンド・コネクタに結合されるように構成された高屈折率ガラス導波路ブロックの入力／出力面において、複数の受信インタポーザ導波路および複数の送信インタポーザ導波路の終端は、光ファイバ・エンド・コネクタが結合される受信光ファイバおよび送信光ファイバの機構に整合するように構成された２段重ねの機構を有する、結合システム。
  12. 請求項１に記載の結合システムは、
    半導体レーザと、
    前記半導体レーザと前記インタポーザの前記第３の導波路の入力端との間の光路上に配置された第１のレンズと、
    前記光路にて前記第１のレンズの後に配置された光アイソレータと、
    前記光路にて前記光アイソレータの後に配置された第２のレンズと、
    をさらに含み、
    前記結合システムは、前記半導体レーザによって放射され、前記インタポーザの前記第３の導波路内において前記第３の導波路から前記少なくとも１つの第２の導波路に、かつ前記少なくとも１つの第２の導波路から前記第１の導波路に、受承される光を断熱的に結合するよう構成されている結合システム。
  13. 前記結合システムは、前記少なくとも１つの第２の導波路と、複数の第２の入力導波路と、第２の出力導波路と、を含む複数の第２の導波路であって、各々が第２の屈折率ｎ２を有する複数の第２の導波路をさらに含み、
    前記第２の出力導波路の結合器部分は前記第１の導波路の前記テーパ・エンドに断熱的に結合されており、
    前記結合システムは、
    各々が前記複数の第２の入力導波路のうちの対応する１つにそれぞれ結合された複数の入力と、前記第２の出力導波路に結合された出力とを有する波長分割マルチプレクサ（ＷＤＭ ｍｕｘ）と、
    前記インタポーザに含まれる複数の第３の導波路であって、各々が前記第３の屈折率ｎ３と結合器部分とを有し、かつ前記複数の第３の導波路の各々の前記結合器部分が前記複数の第２の入力導波路の対応する１つのテーパ・エンドに断熱的に結合されている、複数の第３の導波路と、
    複数の半導体レーザと、
    複数の第１のレンズであって、各々が、対応する光路にて前記複数の半導体レーザの対応する１つと前記複数の第３の導波路の対応する１つの入力端との間に配置された複数の第１のレンズと、
    複数の光アイソレータであって、各々が、前記対応する光路にて前記複数の第１のレンズのうちの対応する１つのレンズの後に配置された複数の光アイソレータと、
    複数の第２のレンズであって、各々が、前記対応する光路にて前記複数の光アイソレータのうちの対応する１つの後に配置された複数の第２のレンズと、
    をさらに含む、請求項１に記載の結合システム。
  14. 前記結合システムは、複数の第２の導波路であって、各々が第２の屈折率ｎ２を有する複数の第２の導波路をさらに含み、
    前記複数の第２の導波路のうちの第１導波路のテーパ・エンドは、前記第３の導波路の前記結合器部分に断熱的に結合されており、
    前記結合システムはさらに、
    前記複数の第２の導波路のうちの前記第１導波路に結合された第１入力または第１出力と、各々が、前記複数の第２の導波路のうちの他の導波路の対応する１つに結合された複数の第２出力または第２入力と、を有するアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）と、
    前記第１の導波路を含む複数の第１の導波路であって、各々が第１の屈折率ｎ１およびテーパ・エンドを有し、同複数の第１の導波路の各々のテーパ・エンドは、前記複数の第２の導波路のうちの他の導波路の対応する１つの結合器部分に断熱的に結合されている複数の第１の導波路と、
    をさらに含む、請求項１に記載の結合システム。
  15. 前記第１の導波路および前記少なくとも１つの第２の導波路は、シリコン（Ｓｉ）光集積回路（ＰＩＣ）内に形成されており、
    前記結合システムは前記Ｓｉ ＰＩＣに結合された半導体チップウエハをさらに含み、
    前記半導体チップは、前記第１の導波路の前記テーパ・エンドと対向する同第１の導波路の終端に光学的に結合された能動光学デバイスを含み、
    前記能動光学デバイスは、リン化インジウム（ＩｎＰ）ベースの利得素子またはＩｎＰベースのピン検出器を含む、請求項１に記載の結合システム。
  16. 請求項１に記載の結合システムは、シリコン（Ｓｉ）光集積回路（ＰＩＣ）をさらに含み、前記シリコン（Ｓｉ）光集積回路（ＰＩＣ）は、
    基板と、
    前記基板の上方に形成された二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）ボックスと、
    前記ＳｉＯ２ボックスの上方に形成される第１の層であって、少なくとも１つの第２の導波路が少なくとも１つの窒化ケイ素（ＳｉＮ）導波路として形成されている第１の層と、
    前記ＳｉＯ２ボックス上方で、かつ前記第１の層の上方若しくは下方に形成される第２の層であって、前記第１の導波路がＳｉ導波路として形成されている第２の層と、
    前記第１の層の上方に形成される複数の誘電体層と、
    を含み、
    前記Ｓｉ ＰＩＣは、前記複数の誘電体層を通って下向きに前記第１の層までのエッチングされた窓を画定しており、前記少なくとも１つの第２の導波路の前記テーパ・エンドは前記エッチングされた窓に露出されており、
    前記エッチングされた窓は、前記第１の層の上方である、前記Ｓｉ ＰＩＣの前記誘電体層によって３つの側部が横方向に境界をつけられており、
    前記Ｓｉ ＰＩＣの前記複数の誘電体層に含まれる最上層は、少なくとも前記エッチングされた窓と境界をなす同最上層の領域に複数の金属ダミーを含む、結合システム。
  17. 前記インタポーザは、インタポーザ基板と、インタポーザ・クラッドと、インタポーザ・コアとを含み、前記インタポーザ・コア及び前記インタポーザ・クラッドは、前記第３の導波路を集合的に形成し、
    前記少なくとも１つの第２の導波路のテーパ・エンドの上方の前記エッチングされた窓内に位置する前記第３の導波路の結合器部分に沿って、前記インタポーザ・コアの少なくとも底面が露出され、かつインタポーザ・クラッドを含まず、
    前記インタポーザは、前記インタポーザ・クラッドから下方に延びるとともに前記第３の導波路から横方向にオフセットされた少なくとも１つのインタポーザ位置合わせ隆起部をさらに含み、
    前記Ｓｉ ＰＩＣは、前記エッチングされた窓から横方向にオフセットされた少なくとも１つのアンカー窓を画定し、
    前記少なくとも１つのインタポーザ位置合わせ隆起部は、前記少なくとも１つのアンカー窓内に配置され、前記第３の導波路を前記少なくとも１つの第２の導波路の１つと横方向に位置合あわせさせる、請求項１６に記載の結合システム。
  18. 前記インタポーザは高屈折率ガラス導波路ブロックを含み、
    前記第３の導波路は、前記高屈折率ガラス導波路ブロックに形成された高屈折率ガラス導波路を含み、
    前記高屈折率ガラス導波路ブロックは、前記高屈折率ガラス導波路から横方向にオフセットされた１つまたは複数の穴または溝を画定し、
    前記１つまたは複数の穴または溝は、前記高屈折率ガラス導波路ブロックの底面から垂直方向上向きに延びており、
    前記結合システムは、前記エッチングされた窓内であって、前記エッチングされた窓内にある前記第１の層の少なくとも一部と前記高屈折率ガラス導波路ブロックの前記底面の少なくとも一部との間に配置されたエポキシアンダーフィルをさらに含み、
    前記高屈折率ガラス導波路ブロックの底面と前記第１の層との間の前記エポキシアンダーフィルの厚さは１マイクロメートル未満であり、
    前記１つまたは複数の穴または溝の各々が前記エポキシアンダーフィルで充填されている、請求項１６に記載の結合システム。
  19. 前記インタポーザは高屈折率ガラス導波路ブロックを含み、
    前記第３の導波路は、前記高屈折率ガラス導波路ブロックに形成された高屈折率ガラス導波路を含み、
    前記高屈折率ガラス導波路ブロックは、前記高屈折率ガラス導波路に長手方向に隣接するｖ字型溝を画定し、
    前記ｖ字型溝は、光ファイバの少なくとも一部をその中に受け入れ、かつ前記光ファイバを前記高屈折率ガラス導波路と光学的に位置合わせされるように構成されている、請求項１６に記載の結合システム。
  20. 前記インタポーザは、
    二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）基板と、
    前記ＳｉＯ２基板に結合された酸窒化ケイ素（ＳｉＯＮ）クラッドと、
    前記インタポーザの第１の部分内のすべての側面に囲まれ、かつ前記インタポーザの第２の部分内に露出するとともにＳｉＯＮクラッドのない少なくとも１つの側面を有するＳｉＯＮコアと、を含み、
    前記ＳｉＯＮクラッド及び前記ＳｉＯＮコアは集合的に前記第３の導波路を形成する、請求項１に記載の結合システム。
  21. 前記インタポーザは、ポリマー・オン・ガラス・インタポーザを含み、
    ガラス基板と、
    前記ガラス基板に結合されたポリマー・クラッドと、
    前記インタポーザの第１の部分内の前記ポリマー・クラッドによってすべての側面が囲まれ、かつ前記インタポーザの第２の部分内に露出するとともにポリマー・クラッドがない少なくとも１つの側面を有するポリマー・コアと、を含み、
    前記ポリマー・クラッドおよび前記ポリマー・コアは集合的に前記第３の導波路を形成する、請求項１に記載の結合システム。
  22. 請求項１に記載の結合システムは、シリコン（Ｓｉ）光集積回路（ＰＩＣ）をさらに備え、前記シリコン（Ｓｉ）光集積回路（ＰＩＣ）は、
    基板と、
    前記基板の上方に形成された二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）ボックスと、
    前記ＳｉＯ２ボックスの上方に形成され、前記少なくとも１つの第２の導波路および複数の第２の導波路が形成される第１の層と、
    前記ＳｉＯ２ボックスの上方で、かつ前記第１の層の上方または下方に形成される第２の層であって、第１の導波路がＳｉ導波路として形成されている第２の層と、
    前記第１の層に形成されたＳｉＮ波長分割デマルチプレクサ（ＷＤＭ ｄｅｍｕｘ）であって、前記ＳｉＮ ＷＤＭ ｄｅｍｕｘの入力が複数のＳｉＮ導波路のうちの１つに結合され、前記ＳｉＮ ＷＤＭ ｄｅｍｕｘの複数の出力の各々が前記複数のＳｉＮ導波路のうちの対応する異なる１つに結合される、結合システム。
  23. 請求項２２に記載の結合システムは、前記Ｓｉ ＰＩＣに形成されたＳｉ ＰＩＣ偏光スプリッタをさらに備え、前記Ｓｉ ＰＩＣ偏光スプリッタは、
    前記Ｓｉ ＰＩＣの前記第１の層に形成された複数のＳｉＮ導波路の第１のＳｉＮ導波路であって、同第１のＳｉＮ導波路の第１の終端に結合器部分を含む第１のＳｉＮ導波路と、
    前記Ｓｉ ＰＩＣの第１層に形成されるとともに前記第１のＳｉＮ導波路から離間した複数のＳｉＮ導波路の第２のＳｉＮ導波路であって、同第２のＳｉＮ導波路の第１の終端に結合器部分を含む第２のＳｉＮ導波路と、
    前記Ｓｉ ＰＩＣの第２の層に形成されたＳｉ導波路と、を備え、
    前記第１の導波路のテーパ・エンドは、前記Ｓｉ導波路の第１のテーパ・エンドを含み、前記Ｓｉ導波路は、前記第１のテーパ・エンドに対向する側に第２のテーパ・エンドをさらに含み、
    前記Ｓｉ導波路の前記第１のテーパ・エンドが前記第１のＳｉＮ導波路の結合器部分と２つの直交する方向にオーバラップしており、かつ同第１のＳｉＮ導波路の結合器部分と平行になるように、前記Ｓｉ導波路の前記第１のテーパ・エンドが前記第１のＳｉＮ導波路の前記結合器部分と２つの直交する方向に位置合あわせされており、
    前記２つの直交する方向は、前記第１のＳｉＮ導波路および前記第２のＳｉＮ導波路の長さ方向および幅方向に対応しており、
    前記Ｓｉ導波路の前記第２のテーパ・エンドが前記第２のＳｉＮ導波路の結合器部分と２つの直交する方向にオーバラップしており、かつ同第２のＳｉＮ導波路の結合器部分と平行になるように、前記Ｓｉ導波路の前記第２のテーパ・エンドが前記第２のＳｉＮ導波路の結合器部分と直交する２つの方向に位置合あわせされており、
    前記Ｓｉ導波路の前記第１のテーパ・エンドおよび前記第２のテーパ・エンドの各々は、入力ビームのほとんどのＴＥ偏光を前記第１のテーパ・エンドおよび前記第２のテーパ・エンドの対応する１つと前記第１のＳｉＮ導波路および前記第２のＳｉＮ導波路の対応する１つとの間で断熱的に結合し、かつ前記入力ビームのほとんどのＴＭ偏光が前記第１のテーパ・エンドおよび前記第２のテーパ・エンドの対応する１つと前記第１のＳｉＮ導波路および前記第２のＳｉＮ導波路の対応する１つとの間で断熱的に結合されることを防止するように構成されており、
    前記ＳｉＮ ＷＤＭ ｄｅｍｕｘは、第１のＳｉＮ ＷＤＭ ｄｅｍｕｘであって、その入力が前記第１のＳｉＮ導波路の前記第１の終端に対向する同第１のＳｉＮ導波路の第２の終端に光学的に結合された第１のＳｉＮ ＷＤＭ ｄｅｍｕｘを含み、
    前記結合システムは、前記Ｓｉ ＰＩＣの前記第１の層に形成された第２のＳｉＮ ＷＤＭ ｄｅｍｕｘであって、複数の出力と、前記第２のＳｉＮ導波路の前記第１の終端に対向する同第２のＳｉＮ導波路の第２の終端に光学的に結合された入力とを含む第２のＳｉＮ ＷＤＭ ｄｅｍｕｘをさらに含む、結合システム。
  24. 請求項２３に記載のフォトニック・システムは、光路内にて、前記第２のＳｉＮ導波路の前記第２の終端と前記第２のＳｉＮ ＷＤＭ ｄｅｍｕｘの入力との間に配置された偏光回転器をさらに含む、フォトニック・システム。
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