(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】2019144547
(43)【公開日】20190829
(54)【発明の名称】クロストークを低減する光導波路間の金属製目隠し
(51)【国際特許分類】
   G02B 6/122 20060101AFI20190802BHJP
   G02B 6/13 20060101ALI20190802BHJP
   G02B 6/12 20060101ALI20190802BHJP
【FI】
   !G02B6/122
   !G02B6/13
   !G02B6/12 371
【審査請求】未請求
【請求項の数】3
【出願形態】OL
【外国語出願】
【全頁数】17
(21)【出願番号】2019026389
(22)【出願日】20190218
(31)【優先権主張番号】15/900,361
(32)【優先日】20180220
(33)【優先権主張国】US
(71)【出願人】
【識別番号】500575824
【氏名又は名称】ハネウェル・インターナショナル・インコーポレーテッド
【氏名又は名称原語表記】Honeywell International Inc.
【住所又は居所】アメリカ合衆国ニュージャージー州07950,モリス・プレインズ,テイバー・ロード 115
【住所又は居所原語表記】115 Tabor Road Morris Plains NJ 07950 United States of America
(74)【代理人】
【識別番号】100140109
【弁理士】
【氏名又は名称】小野 新次郎
(74)【代理人】
【識別番号】100118902
【弁理士】
【氏名又は名称】山本 修
(74)【代理人】
【識別番号】100106208
【弁理士】
【氏名又は名称】宮前 徹
(74)【代理人】
【識別番号】100120112
【弁理士】
【氏名又は名称】中西 基晴
(74)【代理人】
【識別番号】100138759
【弁理士】
【氏名又は名称】大房 直樹
(72)【発明者】
【氏名】マシュー・ウェイド・パケット
【住所又は居所】アメリカ合衆国 ニュージャージー州 07950 モリス・プレインズ テイバー・ロード 115 パテント・サービス エム/エス 4ディー3 ピー.オー.ボックス 377 ハネウェル・インターナショナル・インコーポレーテッド内
【テーマコード(参考)】
2H147
【Fターム(参考)】
2H147AC12
2H147BG10
2H147CA18
2H147CD02
2H147DA09
2H147EA02A
2H147EA09C
2H147EA10D
2H147EA13B
2H147EA13C
2H147EA14A
2H147EA14B
2H147EA15C
2H147FA03
2H147FA05
2H147FA09
2H147FC05
2H147GA25
(57)【要約】      (修正有)
【課題】隣接する集積光導波路間のクロストークを低減又は排除することのできる光導波路間の金属製目隠し。
【解決手段】集積光学構造体10は、クラッド18、22、第1の光学コア20及び第2の光学コア24、並びに金属隔離領域16を含む。光学コアはクラッド内に配置され、隔離領域はクラッド内でコア間に、かつコアから離れて配置されている。典型的には金属コーティングはクロストークを好適なレベルに低減するのに十分な漏洩信号をリダイレクト又は吸収するのに十分な厚さではないので、隣接する光導波路間に金属隔離領域を含めると、導波路を金属でコーティングするよりも導波路間のクロストークを低減することができる。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
クラッドと、
前記クラッド内に配置された第1の光学コア及び第2の光学コアと、
金属を含み、前記クラッド内で前記第1の光学コアと前記第2の光学コアとの間に、前記第1の光学コア及び前記第2の光学コアから離れて配置された隔離領域と、を備える、集積構造体。
【請求項2】
前記隔離領域が、前記第1のコアと前記第2のコアとの間の寸法において、前記第1のコア及び前記第2のコアが構成されているエネルギー波長における前記金属の表皮厚さとほぼ同じくらい広い、又はそれよりも広い、請求項1に記載の集積構造体。
【請求項3】
クラッド内に光学コアを形成することと、
前記クラッド内に、前記2つのコアの間に、前記2つのコアから離れた開口部を形成することと、
前記開口部内に第1の金属を配置することと、を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
半導体集積回路(integrated circuit、IC)、集積フォトニクス回路(integrated photonics、IP)、並びに光学コンポーネント及び回路上に配置され、光学コンポーネント及び回路に連結される電子コンポーネント(例えば、トランジスタ)及び回路を含む無線周波数オーバーガラス(radio−frequency−over−glass、RFOG)回路、と共に使用するための、及びそれらに組み込むための集積光学構造体が、開発されている。
【0002】
このような光学構造体の一例は、IC/IP/RFOGのある位置からIC/IP/RFOGの別の位置に光電磁信号を搬送するように構成することができるか、又はパウンド−ドレバー−ホール(Pound−Drever−Hall、PDH)ループ、通信アセンブリ、光ジャイロスコープ(光ファイバジャイロスコープ(fiber−optic gyroscope、FOG)とも呼ばれる)、及び周波数コム発生器などの光学デバイスの一部を形成するように構成することができる、集積光ファイバ、すなわち集積光導波路である。
【0003】
光導波路は、集積型か非集積型かにかかわらず、理想的には、その中で伝播している光信号のいかなる部分もその側部(複数可)から「漏洩」しないように構成されているが、光導波路は、典型的には非理想的であり、したがって伝播する光信号の比較的小部分を導波路側部(複数可)から漏洩する。
【0004】
非集積型光導波路については、結束されているときでさえ非集積型光導波路は比較的厚く、比較的大きな距離だけ離間しているので、このような信号漏洩は、典型的には問題を引き起こさない。
【0005】
集積光導波路は比較的薄く(例えば、数十〜数百マイクロメートル(μm)オーダー)、相対的に小さな距離(例えば、数μm〜数百μmオーダー)だけ離間されているので、集積型光導波路がなければ、このような信号漏洩は、問題を引き起こし得る。
【0006】
例えば、第1の導波路内を伝播する第1の光信号の一部分の第2の導波路内への漏洩、「クロストーク」と呼ばれる現象は、第2の導波路内を伝播する第2の光信号と干渉し得る。このような干渉は、第2の光信号の忠実度を低下させ得、したがって、第2の導波路が一部をなす光学デバイスの性能を制限又は低下させ得る。
【0007】
同様に、第1の導波路内への第2の光信号の一部分の漏洩は、第1第2の導波路内を伝播する第1の光信号と干渉し得、第1の導波路が一部をなす光学デバイスの性能を制限又はそうでなければ低下させ得る。
【0008】
また第1の導波路及び第2の導波路が同一の光学デバイスのそれぞれの部分を形成する場合、第1の導波路と第2の導波路の間のクロストークは、同じ光学デバイスの性能を制限又はそうでなければ低下させ得る。
【0009】
隣接する集積光導波路間のクロストークを好適なレベルに低減又は排除するために、集積光学構造体の一実施形態は、隣接する光導波路間に、一方の導波路からの漏洩信号を他方の導波路から離れるようにリダイレクトするか、漏洩信号を吸収するか、又は漏洩信号のそれぞれの部分のリダイレクト及び吸収の両方を行うように構成された金属隔離領域(金属目隠しとも呼ばれる)を含む。
【0010】
例えば、集積構造体の一実施形態は、クラッド、第1の光学コア及び第2の光学コア、並びに隔離領域を含む。第1の光学コア及び第2の光学コアは、クラッド内に配置され、隔離領域は、金属を含み、第1の光学コアと第2の光学コアとの間に、第1の光学コア及び第2の光学コアから離れて、クラッド内に配置されている。
【0011】
典型的には金属コーティングは十分な量の漏洩信号をリダイレクト又は吸収してクロストークを好適なレベルに低減するのに十分な厚さではないので、隣接する集積光導波路間の隔離領域内に金属を含めると、導波路にコーティングするよりも導波路間のクロストークを低減することができる。
【0012】
別の実施形態では、金属隔離領域は、隣接する光導波路の下に延在し、導波路間のクロストークのレベルを更に低減する。
【0013】
更に別の実施形態では、金属隔離領域は、隣接する光導波路の下及び上の両方に延在し、導波路間のクロストークのレベルを更に一層低減する。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】一実施形態による、隣接する集積光導波路と、導波路間のクロストークを低減するように配置され構成された金属隔離領域とを含む集積光学構造体の切欠側面図である。
【図2】一実施形態による、図1の集積光学構造体を形成するプロセス中のそれぞれのステップにおける集積構造体の切欠側面図である。
【図3】一実施形態による、図1の集積光学構造体を形成するプロセス中のそれぞれのステップにおける集積構造体の切欠側面図である。
【図4】一実施形態による、図1の集積光学構造体を形成するプロセス中のそれぞれのステップにおける集積構造体の切欠側面図である。
【図5】一実施形態による、図1の集積光学構造体を形成するプロセス中のそれぞれのステップにおける集積構造体の切欠側面図である。
【図6】一実施形態による、図1の集積光学構造体を形成するプロセス中のそれぞれのステップにおける集積構造体の切欠側面図である。
【図7】一実施形態による、図1の集積光学構造体を形成するプロセス中のそれぞれのステップにおける集積構造体の切欠側面図である。
【図8】一実施形態による、集積光導波路と、導波路の間、下、及び上に配置され、導波路間のクロストークを低減するように構成された金属隔離領域とを含む集積光学構造体の切欠側面図である。
【図9】一実施形態による、図8の集積光学構造体を形成するプロセス中のそれぞれのステップにおける集積構造体の切欠側面図である。
【図10】一実施形態による、図8の集積光学構造体を形成するプロセス中のそれぞれのステップにおける集積構造体の切欠側面図である。
【図11】一実施形態による、図8の集積光学構造体を形成するプロセス中のそれぞれのステップにおける集積構造体の切欠側面図である。
【図12】一実施形態による、図8の集積光学構造体を形成するプロセス中のそれぞれのステップにおける集積構造体の切欠側面図である。
【図13】一実施形態による、図8の集積光学構造体の一部分上に敷設された図8の光導波路間の電界の振幅対距離の線状プロットである。
【図14】一実施形態による、図8の集積光学構造体の一部分上に敷設された図8の光導波路間の電界の振幅対距離の対数プロットである。
【図15】一実施形態による、図1の金属隔離領域によって、又は図8の金属隔離領域によって隔離された光導波路を含むパウンド−ドレバー−ホール(PDH)ループの図である。
【図16】一実施形態による、図1の金属隔離領域によって、又は図8の金属隔離領域によって隔離された光導波路を含む光通信アセンブリの図である。
【図17】一実施形態による、図15〜16の光学デバイスなどの1つ以上の光学デバイスを組み込んだシステム(例えば、車両)及びサブシステム(例えば、ナビゲーションサブシステム)の図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
本明細書で「実質的に」、「略」、「約」が前置されている各値、量、若しくは属性、これらの形態若しくは派生形、又は類似の用語は、その値、量、若しくは属性の±20%の値、量、若しくは属性を含む範囲、又はその値、量、若しくは属性からの最大差異の±20%、若しくは範囲終点間の差異の±20%を含む範囲を包含する。例えば、b〜cの「略」範囲は、−20%・(c−b)〜+20%・(c−b)の範囲である。
【0016】
図1は、一実施形態による集積光学構造体10の切欠側面図である。構造体10は、基板(図1に図示せず)、例えば単結晶シリコンから作製された上部層を有するシリコンオンインシュレータ(silicon−on−insulator、SOI)半導体基板上に形成することができる。又は、構造体10を非シリコン基板内又は上に形成することができ、シリコン又はSOIウエハを構造体上に配置及び接合して、電子コンポーネントを集積光学構造体10上に形成することができる半導体基板を提供することができる。このような電気光学構造体の光学部分と半導体部分の間に延在するビア及び導波路は、電子回路を光回路に結合することができる。
【0017】
構造体10は、隣接する光導波路12及び14と、金属隔離領域16とを含む。
【0018】
導波路12は、クラッド18及びコア20を含む。クラッド18は、光導波路のクラッドとして機能するのに好適な任意の材料から形成することができる。例えば、クラッドは、下地のSOI基板(図1に図示せず)の単結晶シリコン領域からエピタキシャル成長した単結晶シリコンとすることができる。更に、コア20は、光導波路のコアとして機能するのに好適な任意の材料から形成することができる。例えば、コアは、二酸化ケイ素(silicon dioxide、SiO)、窒化ケイ素(silicon nitride、SiN)、又は酸窒化ケイ素(silicon oxynitride、SiON)などの材料から形成することができる。
【0019】
同様に、導波路14は、それぞれ導波路12のクラッド18及びコア20と同様であり得るクラッド22及びコア24を含む。
【0020】
金属隔離領域16は、トレンチなどの、クラッド18とクラッド22との間の開口部26内に配置され、隔離領域が構造体10から省略されていた場合に存在するであろうクロストークのレベルと比較して、導波路12と導波路14との間のクロストークのレベルを低減するのに好適な任意の材料から形成される。隔離領域16は、金などの少なくとも1つの金属、又は少なくとも1つの金属合金を含む。また、開口部26の幅wは、導波路12及び14が搬送するように構成されているか、又はそうでなければ搬送すると期待されている光信号の最長波長(すなわち、最低周波数)において、少なくとも隔離領域16内の金属(複数可)の最深表皮厚さと同じくらい広い。例えば、導波路12及び14が搬送するように構成されている光信号の最低周波数が200テラヘルツ(terahertz、THz)であり、200THzにおいて最大の表皮厚さを有する隔離領域16の金属が金である場合、開口部26の幅wは、200THzにおける金の表皮厚さの10倍超である約1.55μmとすることができる。更に、隔離領域16は、コア20及び24の各々から1〜10μmの略範囲内の距離だけ離間している。
【0021】
依然として図1を参照すると、第1の光信号が図1のページに垂直な寸法において導波路12に沿って伝播している間、第1の光信号のエネルギーの第1の部分28は、導波路の側部30の任意の1つ以上から漏洩し、導波路14に向かって伝播する。第1の漏洩部28は、第1の漏洩信号とも呼ばれる。
【0022】
金属隔離領域16は、第1の漏洩信号28を導波路14から離れるようにリダイレクト(例えば、反射)するか、第1の漏洩信号を吸収するか、又は第1の漏洩信号の一部分を導波路14から離れるようにリダイレクトすることと第1の漏洩信号の別の部分を吸収することの両方を行う。例えば、隔離領域16内の1つ以上の金属又は1つ以上の金属合金は、第1の漏洩信号28の記載のリダイレクト又は記載の吸収を行う。
【0023】
導波路12から第1の漏洩信号28をリダイレクト又は吸収することにより、隔離領域16は、隔離領域がなければ導波路14内に伝播するであろう第1の漏洩信号の部分と比較して、導波路14内に伝播する第1の漏洩信号の部分を低減する。
【0024】
同様に、第2の光信号が導波路14に沿って伝播している間、第2の光信号のエネルギーの第2の部分32は、導波路の側部34の任意の1つ以上から漏洩し、導波路12に向かって伝播する。第2の漏洩部32は、第2の漏洩信号とも呼ばれる。
【0025】
隔離領域16は、第2の漏洩信号32を導波路12から離れるようにリダイレクトする(例えば、反射する)か、第2の漏洩信号を吸収するか、又は第2の漏洩信号の一部分を導波路12から離れるようにリダイレクトすることと第2の漏洩信号の別の部分を吸収することの両方を行う。例えば、隔離領域16内の1つ以上の金属又は1つ以上の金属合金は、第2の漏洩信号32の記載のリダイレクト又は記載の吸収を行う。
【0026】
第2の漏洩信号32をリダイレクト又は吸収することにより、隔離領域16は、隔離領域がなければ導波路12内に伝播するであろう第2の漏洩信号の部分と比較して、導波路12内に伝播する第2の漏洩信号の部分を低減する。
【0027】
結果として、上記の様式で機能することにより、隔離領域16は、隔離領域がなければ導波路間に存在するであろうクロストークのレベルと比較して、導波路12と導波路14との間のクロストークのレベルを低減する。
【0028】
依然として図1を参照すると、一体化された光学構造体10の代替的な実施形態が企図されている。例えば、集積構造体10は、3つ以上の導波路12及び14を含み、それぞれの隣接する導波路対の間にそれぞれ配置された2つ以上の隔離領域16を含むことができる。更に、矩形断面を有するを有する示されているが、隔離領域16、クラッド18及び22、並びにコア20及び24は、円形断面、正方形断面、又は楕円断面などの任意の好適な形状の断面を有することができる。加えるに、図2〜18と併せて記載されている代替的な実施形態は、集積光学構造体10に適用可能であり得る。
【0029】
図2〜7は、一実施形態による、集積光学構造体を形成するプロセス中のそれぞれの時間に存在する図1の集積光学構造体10の中間バージョンの切欠側面図である。
【0030】
図1〜7に参照すると、一実施形態による、図1の集積光学構造体10を形成するプロセスが記載されている。
【0031】
図2を参照すると、クラッド層42の底部40が形成されている。例えば、底部40は、好適な半導体(例えば、単結晶シリコン)又は非半導体(例えば、サファイア、セラミック)基板に対する二酸化ケイ素などの任意の好適なクラッド材料の化学気相蒸着(chemical−vapor deposition、CVD)、プラズマ増強CVD(plasma−enhanced CVD、PECVD)、又はスパッタリングによって形成することができる。あるいは、クラッド層42の底部40を単結晶シリコン基板又はサファイア基板などの単結晶基板上にエピタキシャル成長させることができる。
【0032】
次に、コア20及び24をクラッド層42の底部40上に形成する。例えば、コア20及び24は、SiO、SiN、又はSiONなどの任意の好適な材料のCVD、PECVD、又はスパッタリングによって形成することができる。コア20及び24は、コアを形成するように異方性エッチングされる単一層として形成することができるか、又はコアは、クラッド層42の底部40上に形成される犠牲層のトレンチ内に形成することができる。
【0033】
次いで、クラッド層42の頂部44が底部40の上に、かつコア20及び24の上及び間に形成される。例えば、クラッド層42の頂部44は、底部40と同じ様式で、かつ底部40と同じ材料から形成することができる。あるいは、底部40がエピタキシー法により形成されない場合でも、頂部44は、底部の上にエピタキシャル成長することができる。
【0034】
図3を参照すると、フォトレジスト層46が、クラッド層42の上に形成され、クラッド層のコア20と24の間の領域50に位置合わせされた開口部48を有するようにパターニングされている。
【0035】
図4を参照すると、開口部52が、フォトレジスト層46の開口部48に位置合わせして、クラッド層42内に形成されている。例えば、開口部52は、クラッド層42のフォトレジスト開口部48を介して露出した部分を異方性エッチング(例えば、反応性イオンエッチング)することにより形成されたトレンチであり、図1に関連して上記した幅wを有する。理想的には、開口部52の中心は、コア20及び24から等距離であるが、実務上、トレンチ中心はコアから等距離ではないことがある。
【0036】
図5を参照すると、フォトレジスト層46が除去される。
【0037】
図6を参照すると、フォトレジスト層54が、クラッド層42の上に形成され、クラッド層42の開口部52に位置合わせされたクラッド層42の開口部52より広い開口部56を有するようにパターニングされている。
【0038】
図7を参照すると、開口部52は、隔離領域16を形成するように、光電磁信号隔離材料58で充填されている。例えば、隔離材料58は、金、チタン、アルミニウム、錫、ニッケル、銅、白金、又は銀などの1つ以上の金属又は金属合金を含む。また開口部52は、例えばCVD、PECVD、又はスパッタリングにより、隔離材料58で満たされている。
【0039】
再び図1を参照すると、フォトレジスト層54及び隔離材料58は、集積光学構造体10をもたらすように、例えばエッチング又は化学的機械的研磨(chemical−mechanical polishing、CMP)により除去されている。あるいは、クラッド層42上の隔離材料58の少なくとも一部分は、隔離領域16を接地などの所望の電圧にバイアスするための電気接点を提供するように残すことができる。
【0040】
図1〜7を参照すると、集積光学構造体10を形成するプロセスの代替的な実施形態が企図されている。例えば、上記のステップは、記載されている順序とは異なる順序で行ってもよい。更に、記載されているステップの1つ以上を省略してもよく、記載されていない1つ以上のステップを含めてもよい。その上、図1及び8〜18に関連して記載した1つ以上の実施形態は、図1〜7に関連して記載したプロセスに適用可能であり得る。
【0041】
再び図1を参照すると、集積光学構造体10の潜在的な問題は、漏洩信号28及び32の一方又は両方の一部分がクラッド層42の隔離領域16の下の部分59を通って伝播することができ、したがって、隔離領域の存在にもかかわらず、導波路12と14の間のクロストークを引き起こし得ることである。より詳細には、漏洩信号28は、時として、漏洩信号の少なくとも一部分をクラッド18、クラッド層の隔離領域16の下の部分59、及びクラッド22を通って伝播させてコア24内に至らせる1つ以上のプラズモンモードをクラッド18内で励起し得る。同様に、漏洩信号32は、時として、漏洩信号の少なくとも一部分をクラッド22、クラッド層の隔離領域16の下の部分59、及びクラッド18を通って伝播させてコア20内に至らせる1つ以上のプラズモンモードをクラッド22内で励起し得る。結果として、隔離領域16の下のクラッド層42の部分59は、クラッド18及び22で励起されるプラズモンモードが導波路12と14の間でクロストークを引き起こすことを可能にし得る。
【0042】
図8は、一実施形態による図1の集積光学構造体10によって許容されるクロストークのレベルと比較してレベルクロストークを低減するように構成された集積光学構造体60の切欠側面図である。
【0043】
集積光学構造体60は、図1の集積光学構造体10と同様であるが、ただし構造体60の金属隔離領域63の第1の部分62は、プラズモン誘起リーク信号が伝播することができるクラッド層の隔離領域の下の部分が存在しないように、クラッド18及び22の全体にわたって延在する。また隔離領域63は、導波路12及び14の下の第2の部分64を有することができ、導波路の上の第3の部分66を有することができる。第1の部分62のように、隔離領域63の第2の部分64及び第3の部分66は、図1に関連して上記したように、導波路12及び14のうちの一方から漏洩した信号の少なくとも一部分を導波路の他方から離れるようにリダイレクトすることによって、漏洩信号を吸収することによって、又は漏洩信号のそれぞれの部分をリダイレクトすること及び吸収することの両方によって、クロストークを低減又は排除するように機能する。
【0044】
図9〜12は、一実施形態による、集積光学構造体を形成するプロセス中のそれぞれの時間に存在する図8の集積光学構造体60の中間バージョンの切欠側面図である。
【0045】
図8〜12を参照すると、一実施形態による、集積光学構造体60を形成するプロセスが記載されており、図1〜7と共通の構造体は、同じ参照番号でラベル付けされている。
【0046】
図9を参照すると、金属層68を形成し、次いでクラッド層72の底部70を金属層の上に形成する。例えば、金属層68は、金属又は金属合金を含む任意の好適な材料のCVD又はPECVDにより、基板(図9に図示せず)上に形成することができる。またクラッド層72の底部70は、図2のクラッド層42を形成する材料と同じ材料などの、任意の好適なクラッド材料のCVD、PECVD、又はスパッタリングによって、金属層68の上に形成することができる。金属層は、図8の隔離領域63の部分64を形成する。
【0047】
次に、コア20及び24をクラッド層72の底部70上に形成する。例えば、コア20及び24は、SiO、SiN、又はSiONなどの材料のCVD、PECVD、又はスパッタリングによって形成することができる。コア20及び24は、コアを形成するように異方性エッチングされる単一層として形成することができるか、又はコアは、クラッド層72の底部70上に形成される犠牲層のトレンチ内に形成することができる。
【0048】
次いで、クラッド層72の頂部74が底部70の上に、かつコア20及び24の上及び間に形成される。例えば、クラッド層72の頂部74は、底部70と同じ様式で、かつ底部70と同じ材料から形成することができる。あるいは、頂部74は、底部70の上にエピタキシャル成長することができる。
【0049】
図10を参照すると、フォトレジスト層76が、クラッド層72の上に形成され、クラッド層のコア20と24の間の領域80に位置合わせされた開口部78を有するようにパターニングされている。
【0050】
図11を参照すると、開口部82が、フォトレジスト層76の開口部78に位置合わせして、クラッド層72内に形成されている。例えば、開口部82は、クラッド層72のフォトレジスト開口部78を介して露出した部分を異方性エッチング(例えば、反応性イオンエッチング)することにより形成されたトレンチであり、図1に関連して上記した幅wを有する。理想的には、トレンチ82の中心は、コア20及び24から等距離であるが、実務上、トレンチ中心はコアから等距離ではないことがある。
【0051】
図12を参照すると、フォトレジスト層76が除去される。
【0052】
図8を参照すると、開口部82は、隔離領域63の部分62及び66を形成するように、光電磁信号隔離材料88で充填されている。例えば、隔離材料88は、金、チタン、アルミニウム、錫、ニッケル、銅、白金、又は銀などの1つ以上の金属又は金属合金を含む。一実施形態では、隔離材料88は、金属層68(図9)を形成する材料と同じである。また開口部82(図11)は、例えばCVD、PECVD、又はスパッタリングにより、隔離材料88によって満たされており、導波路12及び14は、例えばCVD、PECVD、又はスパッタリングにより、隔離材料88によってによって覆われている。更に、隔離領域63は、接地などの電圧にバイアスすることができる。
【0053】
依然として図8を参照すると、あるいは、導波路12及び14の上の隔離材料88は、例えば、隔離領域63の第3の部分66がない集積光学構造体60のバージョンをもたらすようにエッチング又は(CMP)により除去することができる。
【0054】
図8〜12を参照すると、集積光学構造体60を形成するプロセスの代替的な実施形態が企図されている。例えば、上記のステップは、記載されている順序とは異なる順序で行ってもよい。更に、記載されているステップの1つ以上を省略してもよく、記載されていない1つ以上のステップを含めてもよい。加えて、図1〜7及び13〜18に関連して記載した1つ以上の実施形態は、図8〜12に関連して記載したプロセスに適用可能であり得る。
【0055】
図13は、図8の光導波路12と14の間の電界の振幅対距離の線状プロット90であり、プロットは、隔離領域63が金から形成され導波路12のみが光信号を搬送する一実施形態による、一部分図8の集積光学構造体60の図を重ねている。電界振幅は、導波路12と隔離領域63の間の境界92でその略最小値に到達し、したがって隔離領域が導波路12の側部から漏洩する光信号の全てではないにせよ大部分をリダイレクト又は吸収していることを示す。電界振幅は、隔離領域63の全体にわたって、かつ導波路14の全体にわたってその最小値をほぼ維持する。電界振幅は、漏洩信号と境界92における金の隔離領域63の表面からの漏洩信号のリダイレクトとの間の弱め合う干渉のため、導波路12内の位置94で第2の最小値を有する。
【0056】
図14は、図8の光導波路12と14の間の電界振幅対距離の対数プロット100であり、プロットは、隔離領域63が形成金形成され導波路12のみが光信号を搬送する一実施形態による、部分図8の集積光学構造体60の一部分の図を重ねている。すなわち、プロット100は、図13のプロット90の対数バージョンである。導波路14における電界振幅は、導波路12のクラッド20における電界振幅より約140dB下である。したがって、導波路14内の漏洩信号電力は、導波路12と金の隔離領域63との間の境界92における漏洩信号電力より約280dB下である。
【0057】
図15は、PDHループが隣接する光導波路間に図1及び8の隔離領域16及び63などの金属隔離領域を組み込んでいる一実施形態による、PDHサーボループ110及び半導体レーザ112の図である。
【0058】
PDHループ110は、負帰還を使用して、レーザ112により生成されるレーザ光の周波数をファブリペロー空洞114の共振周波数にロックするように構成されている。
【0059】
PDHループ110は、順方向経路116と、順方向経路と部分的に重なる帰還経路118とを含む。
【0060】
空洞114に加えて、順方向経路116は、信号アイソレータ120、位相変調器122、偏光ビームスプリッタ(polarizing beam splitter、PBS)124、1/4波長板126波長板、及び発振器128を含む。
【0061】
また帰還経路は、空洞114、プレート126、PBS124、光検出器130、発振器128、移相器132、ミキサ134、ローパスフィルタ(low−pass filter、LPF)136、及び比例積分微分(proportional−integral−derivative、PID)コントローラ138を含む。
【0062】
操作において、レーザ112は、レーザの左側から出る主ビームを生成し、レーザの右側から出る校正レーザを生成する。主ビーム及び制御ビームは同じ周波数を有し、校正ビームのパワーは、主ビームのパワーよりもはるかに小さい(例えば、少なくとも約10倍〜100倍小さい)。
【0063】
校正ビームは、アイソレータ120を通って伝播し、これは、いかなる光信号が右から左にアイソレータを通って伝播してレーザ12に戻ることも阻止する。
【0064】
発振器128は、電気正弦波信号を生成し、位相変調器122は、校正ビームを正弦波信号で変調し、変調された校正ビームは、PBS124及びプレート126通過して空洞114に至る。
【0065】
空洞114は、変調された校正ビームと、空洞によって生成され空洞の共振周波数を有する基準ビームとを効果的に混合し、この帰還ビームは、プレート126を通って伝播し、PBS124は、帰還ビームを光検出器128に方向付け、光検出器128は、帰還ビームを電気帰還信号に変換する。
【0066】
移相器132は、正弦波発振器信号の位相をシフトし、ミキサ134は、位相シフトされた正弦波発振器信号で電気帰還信号を復調する。
【0067】
LPF136は、復調された帰還信号の高周波成分をフィルタリングで除去し、エラー信号を生成し、PIDコントローラ138に渡す。
【0068】
PIDコントローラ138は、エラー信号に応答して、主レーザ光及び校正レーザ光の周波数を、エラー信号によって示される量及び方向だけシフトさせる制御信号を生成する。例えば、所望されるように校正レーザ光の周波数が空洞の共振周波数に等しい場合、エラー信号はほぼゼロに等しくなり、PIDコントローラは、主レーザ光及び制御レーザ光の周波数をそれらの現在の周波数に維持する制御信号を生成する。エラー信号が正であれば、主レーザ光及び校正レーザ光の周波数は高すぎ、PIDコントローラ138は、主レーザ光及び校正レーザ光の周波数を空洞114の共振周波数に向かって低減する制御信号を生成する。逆に、エラー信号が負であれば、主レーザ光及び校正レーザ光の周波数は低すぎ、PIDコントローラ138は、主レーザ光及び校正レーザ光の周波数を空洞114の共振周波数に向かって増大させる制御信号を生成する。
【0069】
順方向経路116内のコンポーネントを結合する導波路140と、帰還経路118内のコンポーネントを結合する導波路142との間のクロストークは、PDHループ110の性能を低下させ得る。例えば、このようなクロストークは、レーザ112によって生成される主レーザ光及び校正レーザ光の周波数と、空洞114の共振周波数(基準周波数)との間に有意差を引き起こすことができる。
【0070】
結果として、順方向経路116内の導波路140と帰還経路118内の導波路142との間に図1の隔離領域16又は図8の隔離領域63などの少なくとも1つの金属隔離領域を含めることは、クロストークを低減させ、したがって、導波路間に金属隔離領域がないPDHループと比較して、PDHループ110の精度及び忠実度を著しく増大させる。
【0071】
依然として図15を参照すると、PDHループ110の代替的な実施形態が企図されている。例えば、PDHループ110は、上記していないコンポーネントを含むことができるか、又は記載されたコンポーネントのうちの1つ以上を省略することができる。更に、それぞれの金属隔離領域は、任意の導波路又は導波路部分の対の間に含めることができる。その上、図1〜14及び図16〜18に関連して記載した1つ以上の実施形態は、PDHループ110に適用可能であり得る。
【0072】
図16は、一実施形態による光通信アセンブリ150の図であり、光通信アセンブリ150は、共振器部分154とバス導波路156とを有する光共振器152を含み、共振器部分154とバス導波路156とは、1つ以上の金属隔離領域157によって隔離され、1つ以上の金属隔離領域157の各々は、図1の領域16又は図8の領域63と同様又は同じとすることができる。
【0073】
光共振器152に加えて、光通信アセンブリ150は、光源158(例えば、レーザ)、偏向器160、162、及び164、第1のフィルタ166及び第2のフィルタ168、並びに第1の変調器170及び第2の変調器172を含む。
【0074】
光通信アセンブリ150の動作は、アセンブリがブリルアン散乱を活用して情報搬送波として使用するための1つ以上のストークス波を生成する一実施形態に従って記述される。
【0075】
例の目的のために、リング共振器154及びバス導波路156のFWHMブリルアン帯域幅が、少なくとも2つの共振周波数、f及びfn−xに位置合わせされる、すなわち重なり合う又は含むと仮定し、式中、例えばf=1.55×1010かつfn−x=1.545×1010である。
【0076】
光源158がバス導波路156の入力端176を、周波数fを有するポンプ光波178でポンピングすることに応答して、ブリルアン散乱は、ポンプ光波によって刺激/誘起され、周波数fn−xを有する反対方向に伝搬するストークス波180を生成する。
【0077】
リング共振器154は、ポンプ光波178を周波数fで補強し、したがってポンプ光波は、入力端176からバス導波路156の出力端182へ、及びバス導波路156の出力端182から外方へと伝搬する。
【0078】
また、リング共振器154は、ストークス光波180を周波数fn−xで補強し、したがってストークス光波は、バス導波路156の入力端176から外方へと伝搬する。
【0079】
結果として、光共振器152は、ポンプ光波のエネルギーのブリルアン散乱を刺激する部分が例えば熱として散逸/浪費される代わりにfn−xで共振モードを励起するように、2つの共振モードをf及びfn−xで補強する。つまり、光共振器152のFWHMブリルアン帯域幅が光共振器の少なくとも1つの共振周波数と重なり合うおかげで、光通信アセンブリ150は、しばしば不所望な現象であるブリルアン散乱を活用して、単一のポンプ光波178のみに応答して一方がf、他方がfn−xの少なくとも2つの搬送波を生成するように構成されている。
【0080】
任意追加的であってもよいフィルタ166は、バス導波路178の出力端182から伝搬するポンプ光波156をフィルタリングし、変調器170は、フィルタリングされたポンプ光波を第1のデータで変調し、変調器の出力に結合された光ファイバ(図16に示さず)は、変調されたポンプ光波を第1のデータの復調及び復元のために遠隔受信機に伝送する。
【0081】
同様に、任意追加的であってもよいフィルタ168は、ストークス光波180をフィルタリングし、変調器172は、フィルタリングされたストークス光波を第2のデータで変調し、変調器172の出力に結合された光ファイバ(図16に示さず。変調されたポンプ光波を搬送するのと同じ光ファイバとすることができる)は、変調されたストークス波を第2のデータの復調及び復元のために遠隔受信機に伝送する。
【0082】
リング共振器154とバス導波路156の間に1つ以上の金属隔離領域157を含めることは、共振器とバス導波路との間のクロストークを低減し、したがって、1つ以上の金属隔離領域がない通信アセンブリのバージョンと比較して、通信アセンブリ150の精度及び忠実度を増大させる。
【0083】
図16を参照すると、光通信アセンブリ150の代替的な実施形態が企図されている。例えば、リング共振器154及びバス導波路156のFWHMブリルアン帯域幅が十分に広い場合、ストークス波180は、リング共振器及びバス導波路のそれぞれの光共振周波数で1つ以上の追加のストークス波を生じさせることができ、これらの1つ以上の追加のストークス波は、1つ以上の追加の搬送波として使用することができる。変調器170及び172が各搬送波を異なるデータで変調することができるように(上記のように、1つのポンプ光波178のみ及び1つのストークス波180のみで。フィルタ166及び168は光通信アセンブリ150から省略してもよい)、フィルタ166及び168は、異なる搬送波を隔離することができる。更に、光通信アセンブリ150は、図16から省略された1つ以上の追加コンポーネント(例えば、マルチプレクサ、デマルチプレクサ、光カプラ)を含むことができ、図15に関連して上記した1つ以上のコンポーネントを省略することができる。その上、図1〜15及び図17〜18に関連して記載した1つ以上の実施形態は、光アセンブリ150に適用可能であり得る。
【0084】
図17は、少なくとも1つの光学デバイスが少なくとも一対の隣接する光導波路を含み、少なくとも1つの金属隔離領域193が導波路間のクロストークを低減するために少なくとも一対の隣接する光導波路間に配置されている一実施形態による、図15のPDHループ110及び図16の光通信アセンブリ150などの1つ以上の光学デバイス192を組み込んだシステム190の図である。例えば、少なくとも1つの金属隔離領域193の各々は、図1の金属隔離領域16又は図8の金属隔離領域63と同様であってもよいし、同じであってもよい。
【0085】
システム190は、例えば、航空機、宇宙船、船舶、ドローン、又は陸上車両などの有人又は無人の車両であり得、1つ以上のサブシステム194(図17ではただ1つのサブシステムが示されている)を含む。
【0086】
1つ以上のサブシステム194は、例えば、ナビゲーションサブシステム、通信サブシステム、操舵サブシステム、又は推進サブシステムであり得、1つ以上の光集積回路196を含む(図17ではただ1つの集積回路が示されている)。光集積回路196の例としては、IC、IP、及びRFOGが挙げられる。
【0087】
1つ以上の集積回路196のうちの少なくとも1つは、光学コンポーネント(例えば、導波路、レーザ)又は光学及び電子コンポーネント(例えば、トランジスタ)の両方を含み、1つ以上の光学デバイス192を含む。
【0088】
1つ以上の光学デバイス192は、例えば、図15のPDHループ110、図16の光通信アセンブリ150、又は光ジャイロスコープであり得、一対以上の隣接する導波路(図17に図示せず)又は導波路部分と、少なくとも1つの金属隔離領域を欠く同様の光学構造体と比較して隣接する導波路又は導波路部分間のクロストークを低減するように少なくとも一対の隣接する導波路若しくは導波路部分間に配置されているか又は別様に位置決めされている少なくとも1つの金属隔離領域193と、を含む。
【0089】
依然として図17を参照すると、システム190の代替的な実施形態が企図されている。例えば、図1〜16に関連して記載した1つ以上の実施形態は、システム190に適用可能であり得る。
【0090】
以上から、例示の目的のために具体的な実施形態が記載されてきたが、本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく、様々な変更を行うことができることが理解されるであろう。更に、特定の実施形態において代替品が開示されている場合、この代替物は、明確に言明されていない場合でさえ、他の実施形態にも当てはまり得る。その上、上記のコンポーネントは、1つ以上のIC/IP/RFOGを形成するために単一又は複数の集積回路(IC)、集積フォトニック(IP)ダイ、又は無線周波数オーバーガラス(RFOG)ダイ上に配置されてもよく、これらの1つ以上のIC/IP/RFOGは、1つ以上の他のIC/IP/RFOGに結合されてもよい。更に、記載の装置又はシステムの1つ以上のコンポーネントは、明瞭性又は別の理由のために記載から省略されていることがある。その上、明細書に含められている記載の装置又はシステムの1つ以上のコンポーネントは、装置又はシステムから省略されてもよい。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【外国語明細書】
2019144547000001.pdf