KR20120028365A - 광학 디바이스, 광학 디바이스 사용 방법 및 광학 디바이스 제조 방법 - Google Patents

광학 디바이스, 광학 디바이스 사용 방법 및 광학 디바이스 제조 방법 Download PDF

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Abstract

광학 디바이스는 평면형 표면을 갖고 그 위에 광학 코어를 갖는 기판을 포함한다. 디바이스는 광학 코어 내에 위치된 2차원 격자를 또한 포함하고, 상기 2차원 격자는 광 굴절 구조체의 규칙적인 2차원 패턴에 의해 형성되고, 상기 광 굴절 구조체 중 하나는 측방향으로 경계 형성된 영역 내에 위치된 규칙적인 2D 래티스의 각각의 노드에 위치된다. 디바이스는 평면형 기판 위에 있고 2차원 격자에 단부 결합된 단부를 갖는 제 1 광학 도파관 및 제 2 광학 도파관을 또한 포함하고, 제 1 광학 도파관은 그 단부 부근의 전파 방향이 실질적으로 상기 2D 래티스의 원시 래티스 벡터를 따르도록 배치되고, 제 2 광학 도파관은 그 단부 부근의 전파 방향이 상기 규칙적인 2D 래티스의 원시 래티스 벡터에 비평행하도록 배치된다.

Description

광학 디바이스, 광학 디바이스 사용 방법 및 광학 디바이스 제조 방법{A POLARIZATION DIVERSITY GRATING COUPLER COMPRISING A TWO DIMENSIONAL GRATING}
본 발명은 일반적으로 광학 디바이스에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 광학 디바이스의 광학 커플러 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
이 섹션은 본 발명의 더 양호한 이해를 용이하게 하는데 도움이 될 수 있는 양태를 소개한다. 따라서, 이 섹션의 설명은 이 견지에서 숙독되어야 한다. 이 섹션의 설명은 종래 기술에 포함되는 것 또는 종래 기술에 포함되지 않는 것에 대한 승인으로서 이해되어서는 안된다.
개별 광학 장치가 댁내 광가입자망(fiber-to-the-home) 용례와 같은 통신 용례를 위한 광학 다이플렉서(diplexer) 및 트리플렉서(triplexer) 광학 디바이스를 제조하는데 현재 사용되고 있다. 예를 들어, 다이플렉서 및 트리플렉서는 종종 부품별로(piece-by-piece) 조립되고, 다수의 정렬 절차를 수반하여, 이에 의해 이러한 디바이스의 제조의 비용을 증가시킨다.
일 실시예는 광학 디바이스이다. 디바이스는 평면형 표면을 갖고 그 위에 광학 코어를 갖는 기판을 포함한다. 디바이스는 광학 코어 내에 위치되는 2차원 격자를 또한 포함하고, 상기 2차원 격자는 광 굴절 구조체의 규칙적인 2차원 패턴에 의해 형성되고, 상기 광 굴절 구조체 중 하나는 측방향으로 경계 형성된 영역 내에 위치된 규칙적인 2D 래티스의 각각의 노드에 위치되어 있다. 디바이스는 평면형 기판 위에 있고 2차원 격자에 단부 결합된 단부를 갖는 제 1 및 제 2 광학 도파관을 또한 포함하고, 제 1 광학 도파관은 그 단부 부근의 전파 방향이 상기 2D 래티스의 원시 래티스 벡터를 실질적으로 따르도록 배치되고, 제 2 광학 도파관은 그 단부 부근의 전파 방향이 상기 규칙적인 2D 래티스의 원시 래티스 벡터에 비평행하도록 배치된다.
광학 디바이스의 다른 실시예는 전술된 기판, 광학 코어 및 2차원 격자를 포함한다. 디바이스는 또한 평면형 기판 위에 있고 2차원 격자에 단부 결합된 단부를 갖는 하나 이상의 광학 도파관을 또한 포함한다. 하나 이상의 광학 도파관은 상기 단부 부근의 전파 방향이 상기 규칙적인 2D 래티스의 비원시 래티스 벡터를 실질적으로 따르도록 배치된다.
다른 실시예는 광학 디바이스 사용 방법이다. 이 방법은 광학 커플러를 통해 광을 전달하는 단계를 포함한다. 전달 단계는 광학 코어층 내의 2차원 격자를 향해 상기 광을 지향하는 것을 포함하고, 상기 광은 상기 광학 코어층이 위치되어 있는 평면형 기판에 실질적으로 수직인 각도로 지향되고, 상기 2차원 격자는 광 굴절 구조체의 규칙적인 2차원 패턴에 의해 형성되고, 상기 광 굴절 구조체 중 하나는 측방향으로 경계 형성된 영역에 위치된 규칙적인 2D 래티스의 각각의 노드에 위치된다. 상기 전달 단계는 상기 2차원 격자 내에서 상기 광을 회절시켜, 상기 2차원 격자로부터 상기 광이 평면형 기판 위에 있고 2차원 격자에 단부 결합된 단부를 갖는 제 1 및 제 2 광학 도파관 내로 나오도록 하는 단계를 포함하고, 제 1 광학 도파관은 그 단부 부근의 전파 방향이 상기 2D 래티스의 원시 래티스 벡터를 실질적으로 따르도록 배치되고, 제 2 광학 도파관은 그 단부 부근의 전파 방향이 상기 규칙적인 2D 래티스의 원시 래티스 벡터에 비평행하도록 배치된다.
다른 실시예는 광학 디바이스 제조 방법이다. 이 방법은 평면형 기판 상에 광학 커플러를 제조하는 단계를 포함한다. 광학 커플러 제조 단계는 2차원 격자를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 기판 상에 광학 코어층을 형성하는 것을 포함한다. 광학 커플러 제조 단계는 상기 광학 코어층을 패터닝하여 광 굴절 구조체의 주기적인 배열을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 광 굴절 구조체 중 하나는 측방향으로 경계 형성된 영역에 위치된 규칙적인 2D 래티스의 각각의 노드에 위치되어 있다. 광학 커플러 제조 단계는 상기 광학 코어층을 패터닝하여 2차원 격자에 단부 결합된 단부를 갖는 제 1 및 제 2 광학 도파관을 평면형 기판 상에 형성하는 단계를 포함하고, 제 1 광학 도파관은 그 단부 부근의 전파 방향이 상기 2D 래티스의 원시 래티스 벡터를 실질적으로 따르도록 배치되고, 제 2 광학 도파관은 그 단부 부근의 전파 방향이 상기 규칙적인 2D 래티스의 원시 래티스 벡터에 비평행하도록 배치된다.
본 발명의 실시예는 첨부 도면과 함께 숙독될 때 이하의 상세한 설명으로부터 가장 양호하게 이해된다. 대응 또는 유사한 도면 부호 또는 문자는 대응 또는 유사한 구조를 지시한다. 다양한 특징은 실제 축적대로 도시되어 있지 않을 수 있고, 명료한 설명을 위해 크기가 임의적으로 증가되거나 감소될 수도 있다. 이제, 첨부 도면과 관련하여 취해진 이하의 설명을 참조한다.
도 1은 예시적인 광학 디바이스의 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 예시적인 디바이스의 부분의 상세 평면도.
도 3은 도 1에 도시된 예시적인 디바이스의 부분의 단면도.
도 4는 도 1 내지 도 3에 도시된 디바이스와 같은 광학 디바이스를 사용하는 예시적인 방법의 흐름도.
도 5는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 디바이스와 같은 광학 디바이스를 제조하는 예시적인 방법의 흐름도.
도 6은 공간 주파수 도메인에서 도 1 내지 도 3에 도시된 격자와 같은 예시적인 격자의 광 회절을 개략적으로 도시하는 도면.
도 7은 약 2도인 θ를 갖는 도 1 내지 도 3에 도시된 디바이스와 같은 예시적인 디바이스에 대한 1577 nm 파장 영역에서 파셋 파이버(facet fiber)로부터 격자 파이버로의 파이버간 투과율을 도시하는 도면.
도 8은 약 5도인 θ를 갖는 도 1 내지 도 3에 도시된 디바이스와 같은 예시적인 디바이스에 대한 1577 nm 파장 영역에서 파셋 파이버로부터 격자 파이버로의 파이버간 투과율을 도시하는 도면.
도 9는 약 2도인 θ를 갖는 도 1 내지 도 3에 도시된 디바이스와 같은 예시적인 디바이스에 대한 1270 nm 파장 영역에서 격자로부터 포토다이오드로의 전체 응답도를 도시하는 도면.
도 10은 약 2도인 θ를 갖는 도 1 내지 도 3에 도시된 디바이스와 같은 예시적인 디바이스에 대한 1577 nm 파장 영역에서 파셋으로부터 포토다이오드로의 포토다이오드의 전체 응답도를 도시하는 도면.
도 11a는 도 1 내지 도 3에 도시된 광학 디바이스와 유사한 예시적인 광학 디바이스의 사시도.
도 11b는 도 11a에 도시된 디바이스에 대해, 격자에 도달하기 직전에 파이버 내의 측정된 비트 에러율 대 수신된 광학 파워를 도시하는 도면.
다이플렉서 및 트리플렉서가 평면형 광자 집적 회로(PIC)의 부분으로서 제조되면 더 공간- 및 비용-효율적일 수 있다. 예를 들어, 그 단부가 PIC의 표면 위에 있고 PIC에 실질적으로 수직으로 배향되는 표준 광 파이버가 PIC로부터 그리고 PIC로 광학 신호를 송신 또는 수신할 수 있다. 2차원 격자 커플러는 광 파이버가 PIC에 결합될 수 있게 한다.
광 파이버는 PIC의 표면에 위치된 격자 커플러에 대략 수직으로 결합될 수 있지만, 광의 2개의 광범위하게 상이한 파장을 동일한 격자 커플러에 동시에 결합하는 것은 곤란할 수 있다. 예를 들어, 광의 1300 nm 및 1500 nm 파장을 동시에 결합하기 위해, 양 파장의 위상 정합에 의해, 광 파이버는 일반적으로 PIC의 표면에 수직인 각도로부터 이격하여 큰 입사각(예를 들어, 약 ±15도 초과)으로 경사져야 한다. 이는 이어서, 고도의 편광 의존성 손실을 초래할 수 있고, 원하는 경사각에서 광 파이버를 유지하는 것과 같은 물류적 문제점을 초래할 수 있다.
본 명세서에 개시되어 있는 다양한 광학 커플러는 광이 2차원 격자 내로 실질적으로 수직으로 전달될 수 있게 하고(예를 들어, 광 파이버의 단부를 경유하여) 노드가 격자의 광 굴절 구조체의 위치가 되는 2D 래티스의 원시 래티스 벡터에 실질적으로 비평행한(예를 들어, 비스듬한) 광 도파관의 단부 내로 광이 격자를 나오는 것을 허용하도록 배열되는 2차원(2D) 격자 및 광 도파관을 제공한다. 몇몇 실시예에서, 이러한 광학 커플러는 2D 격자의 광 굴절 구조체의 평면에 실질적으로 평행한 방향으로 정렬된 다른 도파관으로부터 2D 격자로 광의 제 2 상이한 파장의 동시 지향을 가능하게 하도록 또한 구성될 수 있다. 제 2 광은 제 1 광이 이를 따라 전파되는, 예를 들어 PIC에 거의 수직인 대략 동일한 궤적을 따라 수직으로 격자를 나올 수 있다. 그 결과, 단일의 광학 커플러는 PIC의 표면의 법선으로부터 멀리 이격하여 결합 광 파이버의 배향을 경사시킬 필요 없이, 광의 일 반송파 파장에서 입력 광학 신호 및 광의 매우 상이한 제 2 반송파 파장에서 출력 광학 신호를 결합할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 광학 디바이스이다. 도 1은 예시적인 광학 디바이스(100)의 사시도를 제시한다. 몇몇 실시예에서, 광학 디바이스는 다이플렉서 PIC로서 또는 트리플렉서 PIC로서 구성된다. 도 2는 도 1에 도시된 뷰 2에 대응하는 도 1에 도시된 예시적인 디바이스와 같은 예시적인 디바이스의 부분의 평면도를 제시한다. 도 3은 도 2에 도시된 뷰 라인 3-3을 따른 도 1에 도시된 예시적인 디바이스와 같은 예시적인 디바이스의 부분의 단면도를 제시한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 예시적인 광학 디바이스(100)는 평면형 기판(110) 상에 위치된[예를 들어, 기판(100)의 평면형 표면(111)을 따라] 광학 커플러(105)(예를 들어, 평면형 광학 커플러)를 포함한다. 광학 커플러는 2차원 격자(115) 및 하나 이상의 도파관(120, 122)을 포함한다. 2차원 격자(115) 및 하나 이상의 도파관(120, 122)의 모두는 평면형 기판(110) 상의 광학 코어층(125) 내에 위치된다. 용어 광학 코어층은 본 명세서에 사용될 때 그 주위 재료보다 높은 굴절률을 갖는 결정질, 다결정질 또는 비정질 층을 칭한다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같은 몇몇 실시예에서, 실리콘 광학 코어층(125)은 실리콘 산화물의 상부 또는 하부 클래딩층(130, 132)[명료화를 위해, 상부 클래딩층(132)만이 부분적으로 도시되어 있음]에 인접할 수 있다.
여기서, 2차원 격자는 규칙적인 2D 래티스의 노드에서 유사하게 성형된 회절 구조체의 분배에 의해 형성된 평면형 구조체이다. 회절 구조체 중 하나는 노드가 선택된 측방향으로 경계 형성된 영역에 위치되면 규칙적인 2D 래티스의 각각의 노드에 위치된다. 규칙적인 2D 래티스는 그 노드가 대략 동일한 간격을 갖도록 처핑(chirping)되지 않을 수 있고, 또는 규칙적인 2D 래티스는 예를 들어 방향을 따라 선형으로 성장하도록 그 노드의 간격이 일 방향에서만 처핑될 수 있도록 처핑될 수 있다. 규칙적인 2D 래티스는 예를 들어 2D 정사각형 래티스, 2D 직사각형 래티스, 2D 평행사변형 래티스 또는 이들 특정 래티스 중 임의의 래티스의 선형 처핑된 변형과 같은 다양한 국부 대칭 유형을 가질 수 있다.
균등한 간격의 노드의 경우에, 규칙적인 2D 래티스의 각각의 노드에 대한 위치 벡터(L)는 L = N?A + M?B로서 기술될 수 있고, 여기서 N 및 M은 정수이고, A 및 B는 비평행 원시 래티스 벡터이다. 여기서, 이러한 2D 래티스에 대해, 원시 래티스 벡터는 래티스의 노드의 위치를 정의하는데 사용될 수 있는 2개의 최단 래티스 벡터이다. 예를 들어, 정사각형 래티스의 원시 래티스 벡터는 직교한다.
도 1에 더 도시된 바와 같이, 2차원 격자(115)는 평면형 기판(105)에 실질적으로 수직인 각도(140)에 있는 방향으로 이동하는 광(135)을 수용하거나 전달하도록(또는 수용하고 전달하도록) 구성된다. 몇몇 경우에, 각도(10)는 90±15도이다. 하나 이상의 도파관(120, 122)의 일 단부(145)는 2차원 격자(115)에 광학적으로 결합된다. 몇몇 경우에, 하나 이상의 도파관(120, 122)의 각각의 다른 대향 단부(146)는 디바이스(100)에 일체화된 포토다이오드(150)에 광학적으로 결합된다. 몇몇 경우에, 디바이스(100)는 도파관(120, 132)에 광학적으로 결합되는 광학 필터(155)[예를 들어, 마하 젠더(Mach-Zehnder) 간섭계 필터]를 포함하는데, 예를 들어, 필터(155)는 하나 이상의 도파관(120, 122)의 광 안내 경로 내에 포함될 수 있다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 2D 격자(115)는 실질적으로 유사한 광 굴절 구조체(205)의 2D 패턴을 포함한다. 광 굴절 구조체(205) 중 하나는 예를 들어 도시된 2D 래티스에 대해 정사각형과 같은 측방향으로 경계 형성된 영역(208) 내에 위치된 규칙적인 2D 래티스(207)의 각각의 노드에 위치된다. 용어 광 굴절 구조체(205)는 본 명세서에 사용될 때 광(135)(도 1)이 지향되는 광학 코어층(125)의 부분 내의 개구 또는 그 위의 융기된 특징부를 칭한다.
규칙적인 2D 래티스의 노드에서의 이들의 위치에 기인하여, 광 굴절 구조체(205)는 열(210) 및 행(212)을 형성하고, 열(210)은 제 1 원시 래티스 벡터에 평행하게 배향되고, 행은 제 1 원시 래티스 벡터에 평행하지 않은 제 2 원시 래티스 벡터에 평행하도록 배향된다. 도시된 실시예에서, 2D 격자(115)는 정사각형 래티스의 각각의 원시 래티스 벡터의 방향을 따라 20개의 래티스 노드에서 굴절 구조체(205)를 포함하는 정사각형 래티스의 정사각형 측면 영역이다.
광 굴절 구조체(205)는 열(210) 및 행(212), 예를 들어 반복적인 수의 열 및 행에서 서로 정렬될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 격자(115)는 굴절 구조체(205)의 20×20 정사각형 래티스를 포함한다. 하나 이상의 도파관(120, 122)의 각각의 단부(145)(도 1)는 2차원 격자(115)에 광학적으로 결합되어, 도파관(120, 122)을 통한 광(135)의 전파 방향(147)이 실질적으로 행 및 열(210, 212)에 비평행하게 될 수 있는데, 즉 2D 격자(115)의 굴절 구조체(205)의 위치의 아래에 있는 규칙적인 2D 래티스에 대한 원시 래티스 벡터에 비평행하게 된다.
본 발명의 목적을 위해, 원시 래티스 벡터[예를 들어, 몇몇 경우에 행(210) 및 열(212)]를 통하는 방향(220)의 직선과 하나 이상의 도파관(120, 122)을 통한 광 전파 방향(222, 224)의 직선 사이에 약 ±10 도 이상의 교차각(215)이 존재할 때 원시 래티스 벡터[예를 들어, 몇몇 경우에 도 2에 도시된 행(210) 및 열(212)]에 실질적으로 비평행한 광 전파의 방향(147)의 조건이 부합된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 몇몇 실시예에서, 광학 커플러는 2차원 격자(115) 아래에 위치된 반사 구조체(310)(예를 들어, 평면형 반사 구조체)를 추가로 포함할 수 있다. 반사 구조체는 예를 들어 그렇지 않으면 기판(110) 내로의 광 산란에 기인하여 손실될 수 있는 격자(115)를 통해 전달되는 광(135)을 격자(115) 내로 재차 반사함으로써 격자(115)를 통한 광 전달의 효율을 향상시킬 수 있다. 몇몇 경우에, 반사 구조체는 금 또는 은 층과 같은 금속층일 수 있다. 다른 경우에, 반사 구조체(310)는 분산 브래그 반사기(예를 들어, 평면형 분산 브래그 반사기)일 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시되어 있는 바와 같은 몇몇 경우에, 디바이스(100)의 실시예에서, 2개의 도파관(120, 122)은 모두 2차원 격자(115)에 광학적으로 결합되어, 도파관(120, 122)을 통한 광(135)의 전파 방향(147)이 2D 격자(115)의 원시 래티스 벡터[예를 들어, 행 또는 열(210, 212)에 대응함]의 방향과 실질적으로 비평행하고, 2개의 도파관(120, 122)(예를 들어, 도파관의 중심)을 통한 라인(222, 224)을 따른 방향(147)은 서로 실질적으로 직교하게 된다(예를 들어, 90±10도). 도 2에 도시된 예에서, 교차각(215)은 행 및 열(210, 212)의 모두에 대해 약 45도일 수 있다. 그러나, 본 발명에 기초하여, 당업자는 원한다면 어떠한 방식으로 인접 광 굴절 구조체(205)가 위치되는 노드의 2D 래티스가 상이한 교차각(215)을 성취하도록 조정될 수 있는지를 이해할 수 있을 것이다. 이러한 조정은 예를 들어 광 굴절 구조체(205)의 크기의 변화 및 인접 광 굴절 구조체(205) 사이의 분리를 포함할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 도파관(120) 중 하나는 광(135)의 제 1 편광된 부분을 전달하고, 도파관(122) 중 다른 하나는 광(135)의 상이한 제 2 편광된 부분을 전달한다. 몇몇 경우에, 각각의 도파관(120, 122)을 통한 제 1 및 제 2 편광된 부분이 모두 광(135)의 횡방향 전기 모드(TE)에 있고 또는 광(135)의 횡방향 자기 모드(TM)에 있고, 이들은 서로에 대해 직교 편광 상태에 있다. 광(135)은 디바이스(100)의 포토다이오드(150)의 상이한 단부에 2개의 도파관(120, 122) 중 각각의 하나에 의해 개별적으로 지향될 수 있다. 광(135)에 의해 전달되는 광 신호는 포토다이오드(150) 내에서 전자 신호로 변환된다. 전자 신호는 디바이스(100)의 전기 구성 요소(도시 생략), 예를 들어 트랜스-임피던스 증폭기 및 전자 집적 회로로 송신되어 전기 신호의 추가의 프로세싱을 용이하게 할 수 있다.
도 1에 더 도시된 바와 같이, 광학 디바이스(100)는 평면형 기판(110) 위에(예를 들어, 기판의 평면 위에) 위치된 광 파이버(160)를 추가로 포함할 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 광(135)은 레이저 또는 렌즈와 같은 다른 광원을 경유하여 격자(115)로 전달될 수 있다. 몇몇 경우에, 광 파이버(160)는 2차원 격자(115)로 또는 격자로부터(또는 격자로 또한 격자로부터) 광(135)을 통과시키도록 구성될 수 있다. 몇몇 경우에, 파이버(160)의 장축(165)은 기판(110)에 실질적으로 수직인 각도(140)로 배향된다. 예를 들어, 장축(165)은 평면형 기판(110)의 평면형 표면에 대해 법선 벡터와 약 ±15도 이내로 정렬될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 광 파이버(160)는 평면형 기판(110)에 대해 법선 각도(140)로부터 벗어난 비제로(non-zero) 입사각(167)에 의해 경사진다. 예를 들어, 법선 각도(140)로부터 벗어난 약 2 내지 10 도의 범위의 입사 경사 각도(167)를 갖는 것은 광 반사에 기인하여 광(135)의 손실을 유리하게 감소시킬 수 있다. 이하에 더 설명된 바와 같이, 법선 각도(140)로부터 벗어난 비제로 입사 경사각(167)은 또한 양 파장에서 위상 정합을 갖는 상이한 광의 2개의 특정 파장이 격자(115)를 통해 통과하는 것을 용이하게 하도록 조정될 수 있다.
격자(115)의 인접 광 굴절 구조체(205) 사이의 특정 중심간 거리(230)는 하나 이상의 도파관(120, 122) 내의 실질적으로 비평행한 광 전파 방향(222, 224)에서 광의 특정 파장의 결합을 수용하도록 조정될 수 있다. 예를 들어, 도 1 및 도 2에 도시된 정사각형 래티스에 기초하는 예시적인 격자(115)를 참조하면, 광(135)의 파장(81)은 대략 a?neff/√2와 동일할 수 있고, 여기서 a는 광 굴절 구조체(205)의 주어진 열 또는 행(210, 212) 내의 광 굴절 구조체(205)의 인접한 것들 사이의 중심간 거리(230)이고, neff는 2차원 격자(115)의 유효 굴절률이다. 예를 들어, a는 도시된 2D 격자(115)의 정사각형 래티스에 대한 래티스 간격이다. 당업자는 예를 들어 전파 상수를 계산하고 이에 의해 neff를 계산하기 위해 격자(115)의 래티스 구조체의 고유모드(Eigenmode)를 수치적으로 푸는 것에 의해 어떠한 방식으로 neff를 계산하는지를 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 광학 디바이스(100)를 통해 광(135)의 특정 파장(81)을 전달하기 위해, 격자(115)는 a의 값이 조건 81?√2/neff(예를 들어, a = 81?√2/neff)를 만족하도록 구성될 수 있다. 예로서, 광학 코어층(125)이 결정질 실리콘을 포함하고 그 내부의 격자(115)가 2.9의 유효 굴절률(neff)을 가질 때를 고려한다. 광(135)의 1.27 미크론 파장(81)을 전달하기 위해, a는 바람직하게는 약 0.62 미크론이다.
몇몇 경우에, 중심간 거리(230)[예를 들어, 래티스 간격(a)]는 동일한 행(212)에 정렬된 모든 광 굴절 구조체(205)에 대해 동일하다. 몇몇 경우에, 동일한 중심간 거리(230)가 인접한 행(212) 사이에 존재한다. 예를 들어, 중심간 거리(230)는 동일한 열(210)의 인접한 광 굴절 구조체(205) 사이에서 동일하다. 그러나, 다른 경우에, 인접한 행(212)의 광 굴절 구조체(205) 사이의 중심간 거리의 연속적인 변화가 존재할 수 있다. 예를 들어, 행(212) 사이의 중심간 거리(230)의 연속적인 변화는 당업자에게 잘 알려진 아포다이제이션(apodization) 기능(예를 들어, 선형으로 처핑되는 등)에 의해 정의될 수 있다.
도 1에 또한 도시된 바와 같이, 몇몇 실시예에서, 2차원 격자(115)는 제 2 광(170)을 전달하거나 수용하도록 더 구성될 수 있다. 격자(115)를 통한 제 2 광(170)의 전달 또는 수용은 전술된 바와 같은 제 1 광(135)의 전달 또는 수용과 동시에 발생할 수 있다.
제 2 광(170)은 광학 코어층(125) 내의 다른 도파관(175)을 통해 전파될 수 있다. 다른 도파관(175)의 단부(176)는 2차원 격자(115)에 광학적으로 결합된다. 전술된 도파관(120, 122)에 대조적으로, 다른 도파관(175)은 2차원 격자(115)에 광학적으로 결합되어 다른 도파관(175)을 통한 또는 도파관(175)의 단부(176) 부근의 제 2 광(170)의 전파 방향(177)이 격자(115)를 위한 노드의 위치를 정의하는 원시 래티스 벡터[예를 들어, 광 굴절 구조체(205)의 행 또는 열(210, 212) 중 적어도 하나]와 실질적으로 평행하게 된다.
행 또는 열(210, 212)에 실질적으로 평행한 제 2 광(170)의 전파 방향(177)의 조건은, 열 또는 행(210, 212) 중 적어도 하나를 통한 직선(220)과 다른 도파관(175)을 통한 또는 도파관(175)의 단부(176) 부근의 직선 광 전파 방향(240) 사이에 10도 이하의 교차 각도(235)가 존재할 때 부합된다.
제 1 광(135)에 대해 전술된 바와 유사하게, 인접한 광 굴절 구조체(205) 사이의 중심간 거리(230)는 제 2 광(170)의 특정 파장(82)을 수용하도록 조정될 수 있다. 예를 들어, 도 1 및 도 2에 도시된 격자(115)에 대한 정사각형 래티스 간격을 고려하라. 광(170)의 파장(82)은 대략 a?neff이고, 여기서 a는 주어진 열 또는 행(210, 212)의 광 굴절 구조체(205)의 인접한 것들 사이의 중심간 거리(230)이고, neff는 2차원 격자(115)를 포함하여 광 코어층(125)에 인접한 클래딩 층 또는 층들(130, 132)의 굴절률이다. 예로서, 실리콘으로 구성된 광학 코어층(125)이 2.9의 유효 굴절률(neff)을 가질 때를 고려하라. 격자(115)를 통해 1.577 미크론 파장(82)의 제 2 광(170)을 전달하기 위해, a는 바람직하게는 약 0.54 미크론이다.
몇몇 실시예에서, 제 2 광(170)은 기판(110)의 평면에 실질적으로 수직인 각도(140)에서 격자(115)를 나올 수 있다. 예를 들어, 제 1 파장을 갖는 광(135)은 평면형 기판(110) 위에 위치된 광 파이버(160)를 통해 2차원 격자(115)에 전달될 수 있고, 상이한 제 2 파장을 갖는 제 2 광(170)은 각도(10)에서 2차원 격자(115)로부터 동일한 광 파이버(160) 내로 전달될 수 있다. 몇몇 경우에, 하나 이상의 도파관(120, 122)을 통해 통과하는 제 1 광(135)은 또한 광학 디바이스(100)의 광학 필터(155)를 통해 통과하고, 필터(155)는 제 1 파장에서 최대 전달 효율을, 제 2 광(170)의 제 2 파장에서 최소 전달 효율을 갖도록 구성된다.
대안적으로, 다른 실시예에서, 제 1 광(135) 및 제 2 광(170)의 모두는 기판(110)의 평면에 실질적으로 수직인 각도(140)에서 격자(115)에 진입할 수 있고, 제 1 광(135)은 하나 이상의 도파관(120) 내로 격자(115)를 나올 수 있고, 제 2 광은 다른 도파관(175) 내로 격자(115)를 나올 수 있다. 당업자는 디바이스(100)의 또 다른 실시예에서, 어떠한 방식으로 광(135, 170)이 격자(115)로 그리고 격자(115)로부터 전달될 수 있는지를 본 명세서에 기초하여 이해할 수 있을 것이다.
2개의 상이한 파장의 광(135, 170)을 사용하는 디바이스(100)의 실시예에서, 광(135) 및 제 2 광(170)의 2개의 특정 파장을 수용하기 위해 중심간 거리(230)[예를 들어, 래티스 간격(a)] 및 실질적으로 법선 각도(140)의 모두를 협동적으로 조정하는 것이 유리할 수 있다. 예를 들어, 중심간 거리(230) 및 각도(140)는 이하의 관계를 동시에 만족시키는 값을 갖는데,
Figure pct00001
, 여기서,
Figure pct00002
및
Figure pct00003
Figure pct00004
Figure pct00005
여기서,
Figure pct00006
및
Figure pct00007
이고, 여기서, 81은 광(135)의 제 1 파장이고, 82는 제 2 광(170)의 제 2 파장이고, θ는 평면형 기판(110)에 실질적으로 수직인 각도(140)로부터 이격하는 입사각(167)이다. 동일한 예를 계속하면, 광학 코어층(125) 및 클래딩 층(130, 132)이 실리콘 및 실리콘 산화물로 각각 구성되고 81 및 82가 각각 약 1.27 및 1.577 미크론일 때의 경우를 고려한다. 이러한 경우에, 바람직하게는, a는 약 0.9 미크론이고, θ는 약 8.7 도이다[예를 들어, 각도(140)는 약 91.3 도임].
도 3에 도시된 바와 같은 몇몇 실시예에서, 광 굴절 구조체(205)는 광학 코어층(125) 내의 구멍(135)(예를 들어, 형상화된 및 치수 설정된 구멍)을 포함할 수 있거나 또는 구멍일 수 있다. 동일한 행(212) 내의 구멍(315)의 인접한 것들은 동일한 중심간 이격 거리를 가질 수 있다. 몇몇 실시예에서, 구멍(315)의 적어도 하나의 측방향 치수(325)(예를 들어, 정사각형 구멍의 폭 또는 길이)는 이격 거리(230)의 대략 절반이다. 예를 들어, 중심간 이격 거리(230)가 약 0.6 미크론일 때, 측방향 치수(325)는 약 0.3 미크론이고, 측방향 치수(325)는 약 0.3 미크론이다. 몇몇 실시예에서, 각각의 구멍(315)은 약 0.090 미크론의 동일한 깊이(330)를 갖는다. 대안적으로, 다른 실시예에서, 광 굴절 구조체(205)는 광학 코어층(125)으로부터 형성된 포스트(도시 생략)를 포함할 수 있거나 포스트일 수 있다. 포스트는 전술된 구멍(315)에 유사한 치수를 가질 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같은 디바이스(100)의 몇몇 실시예에서, 광학 디바이스(100)는 평면형 표면(111)을 갖고 그 위에 광학 코어(125)를 갖는 기판(110)을 포함한다. 디바이스(100)는 광학 코어(125) 내에 위치된 2차원 격자(115)를 또한 포함하고, 상기 2차원 격자(115)는 광 굴절 구조체(205)의 규칙적인 2차원 패턴에 의해 형성되고, 상기 광 굴절 구조체(205) 중 하나는 측방향으로 경계 형성된 영역(208)에 위치된 규칙적인 2D 래티스(207)의 각각의 노드에 위치된다. 디바이스(100)는 평면형 기판 상에 있고 2차원 격자에 단부 결합된 단부(176, 145)를 갖는 제 1 및 제 2 광학 도파관(170, 120)을 또한 포함하고, 제 1 광학 도파관(170)은 그 단부(176) 부근의 전파 방향(177)이 상기 2D 래티스의 원시 래티스 벡터[예를 들어, 열(210), 행(212)]를 실질적으로 따르도록 있고, 제 2 광학 도파관(120)은 그 단부(145) 부근의 전파 방향(147)이 규칙적인 2D 래티스(207)의 원시 래티스 벡터[예를 들어, 열(210), 행(212)]에 평행하지 않도록 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같은 디바이스(100)의 몇몇 실시예에서, 광학 디바이스(100)는 평면형 표면(111)을 갖고 그 위에 광학 코어(125)를 갖는 기판(110)을 포함한다. 디바이스(100)는 광학 코어(125)에 위치된 2차원 격자(115)를 또한 포함하고, 상기 2차원 격자(115)는 광 굴절 구조체(205)의 규칙적인 2차원 패턴에 의해 형성되고, 상기 광 굴절 구조체(205) 중 하나는 측방향으로 경계 형성된 영역(208)에 위치된 규칙적인 2D 래티스(207)의 각각의 노드에 위치되어 있다. 디바이스는 평면형 기판(100) 상에 있고 2차원 격자(115)에 단부 결합된 단부(145)를 갖는 하나 이상의 광학 도파관(120)을 또한 포함한다. 하나 이상의 광학 도파관(120, 122)은 그 상기 단부(145) 부근의 전파 방향(147)이 규칙적인 2D 래티스(207)의 비원시적 래티스 벡터를 실질적으로 따르도록 있다. 몇몇 실시예에서, 예를 들어 하나 이상의 도파관(120, 122)을 통한 광(135)의 전파 방향(147)은 실질적으로 규칙적인 2D 래티스(207)의 비원시적인 래티스 벡터에 실질적으로 평행하다[인접한 열(210) 또는 행(212)으로부터 대각선으로 정렬된 광 굴절 구조체(205)에 실질적으로 평행하거나 행 및 열(210, 212)에 비평행함].
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같은 디바이스(100)의 몇몇 실시예에서, 디바이스(100)는 평면형 기판(110) 상에 위치된 광학 커플러(105)를 포함한다. 광학 커플러(105)는 평면형 기판(110) 상의 광학 코어층(125)에 2차원 격자(115) 및 하나 이상의 도파관(120, 122)을 모두 포함한다. 2차원 격자(115)는 광 굴절 구조체(205)의 주기적 배열을 포함하고, 광 굴절 구조체(205)는 열 및 행(210, 212)에서 서로 정렬된다. 2차원 격자(115)는 평면형 기판(110)에 실질적으로 수직인 각도(140)에서 광(135)을 수용하거나 전달하도록 구성된다. 하나 이상의 도파관(120, 122)의 각각의 일 단부(145)는 2차원 격자(115)에 광학적으로 결합되어, 하나 이상의 도파관(120, 122)을 통한 광(135)의 전파(147) 방향이 행 및 열(210, 212)에 실질적으로 비평행하게 될 수 있다.
다른 실시예는 전술된 광학 디바이스를 사용하는 방법이다. 도 4는 도 1 내지 도 3과 관련하여 설명된 광학 디바이스(100)와 같은 예시적인 광학 디바이스를 사용하는 예시적인 방법(400)의 선택된 단계를 도시하는 흐름도를 제시한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 도 1 내지 도 3을 계속 참조하면, 방법(400)은 광학 커플러(105)를 통해 광(135)을 전달하는 단계 405를 포함한다. 단계 405에서의 광(135)의 전달은 광학 코어층(125) 내의 2차원 격자(115)를 향해 광(135)을 지향하는 단계 410을 포함할 수 있다. 광(135)은 단계 410에서, 광학 코어층(125)이 위치되어 있는 평면형 기판(110)에 실질적으로 수직인 각도(140)로 지향된다. 예를 들어, 광은 평면형 기판(110)에 실질적으로 수직인 각도(140)로 방향을 따라 전달된다. 단계 410은 전술된 바와 같이, 광(135, 170)의 특정 파장의 전달을 용이하게 하기 위해 입사 경사각(167)만큼 각도(140)를 조정하는 것을 포함할 수 있다. 몇몇 경우에, 광(135)은 광 파이버(160)를 경유하여 전달될 수 있고, 여기서 파이버(160)의 적어도 일부는 각도(140)와 정렬된 그 장축(165)을 갖는다. 또는, 레이저 또는 렌즈와 같은 다른 광원이 각도(140)에서 방향으로 광(130)을 지향시킬 수 있다. 전술된 바와 같이, 2차원 격자(115)는 규칙적인 2D 래티스의 측방향으로 경계 형성된 부분의 노드에 위치된 광 굴절 구조체(205)의 패턴을 포함한다. 예를 들어, 광 굴절 구조체(205)는 광 굴절 구조체(205)의 열 및 행(210, 212)을 형성하기 위해 위치될 수 있다. 또한 설명되는 바와 같이, 행(210, 212)은 격자(115)의 원시 래티스 벡터에 비평행한 방향으로 정렬될 수 있다.
단계 405에서 광(135)의 전달은 2차원 격자(115) 내에서 광(135)을 회절하여 광(135)이 광학 코어층(125)의 하나 이상의 도파관(120, 122) 내로 2차원 격자(115)를 나오게 하는 단계 415를 포함할 수 있다. 각각의 도파관(120, 122)의 일 단부(145)는 2차원 격자(115)에 광학적으로 결합되어 도파관의 단부(147) 부근을 포함하여 도파관(120, 122) 내의 또는 도파관(120, 122)을 통한 광(135)의 전파 방향(147)이 실질적으로 원시 래티스 벡터[예를 들어, 몇몇 경우에, 행 또는 열(210, 212)]에 비평행하게 한다.
몇몇 실시예에서, 광(135)의 전파 방향은 역전된다. 예를 들어, 광(135)은 하나 이상의 도파관(120, 122)으로부터 2차원 격자(115)에 진입하고, 광(135)은 실질적으로 수직 각도(140)로 격자(115)를 나온다.
몇몇 실시예에서, 방법(400)은 광학 커플러(105)를 통해 제 2 광(170)을 전달하는 단계 420을 추가로 포함하고, 제 2 광(170)은 광(135)과는 상이한 파장을 갖는다.
몇몇 실시예에서, 단계 420에서 제 2 광(170)을 전달하는 것은 광학 코어층(125) 내의 다른 도파관(175)을 통해 제 2 광(170)을 통과함으로써 2차원 격자(115)에 제 2 광(170)을 지향시키는 단계 425를 포함할 수 있다. 다른 도파관(175)의 단부(175)는 각도(235)로 격자(115)에 광학적으로 결합되어, 도파관의 단부(176) 부근을 포함하여 다른 도파관(175) 내의 또는 다른 도파관(175)을 통한 제 2 광(170)의 전파 방향(177)이 원시 래티스 벡터[예를 들어, 몇몇 경우에 행 또는 열(210, 212) 중 적어도 하나]와 실질적으로 평행하게 된다. 단계 420에서 제 2 광(170)을 전달하는 것은 또한 격자(115) 내에서 제 2 광(170)을 회절시켜 제 2 광(170)이 실질적으로 수직 각도(140)로 2차원 격자를 나오게 되는 단계를 또한 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 2 광(170)은 각도(140)를 따라 광 파이버(160) 내로 기판의 평면 위로 격자(115)를 나올 수 있고, 광 파이버의 적어도 일부는 실질적으로 수직 각도를 따라 그 장축(165)을 갖는다.
다른 실시예에서, 단계 420에서 제 2 광(170)을 전달하는 것은 2차원 격자(115)에 제 2 광(170)을 지향하는 단계 435를 대안적으로 포함할 수 있고, 제 2 광(170)은 실질적으로 수직 각도(140)로 지향된다. 예를 들어, 제 2 광(170)은 제 1 광(135)이 아래로 지향되는 격자(115)에 동일한 광 파이버(160)로 아래로 지향될 수 있다. 단계 420에서 제 2 광(170)을 전달하는 것은 격자(115) 내에서 제 2 광(170)을 회절하여 제 2 광(170)이 격자(115)의 노드의 위치를 정의하는 격자의 원시 래티스 벡터[예를 들어, 몇몇 경우에, 광 굴절 구조체(205)의 열 또는 행(210, 212) 중 적어도 하나에 평행함]에 실질적으로 평행한 각도(235)에 있는 방향에서 전술된 다른 도파관(175)을 통해 2차원 격자를 나오게 되는 단계 440을 또한 포함할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 방법(400)은 평면형 기판(110) 상에 그리고 광학 코어층(125) 아래에 위치된 반사 구조체(310)를 사용하여 광학 코어층(125) 아래에서 산란되는 회절된 광(예를 들어, 단계 410에서 지향된 광)의 부분을 반사하는 단계 450을 추가로 포함할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 방법(400)은 하나 이상의 도파관(120, 122) 내로 지향된 광(135)을 필터링하는 단계 460을 추가로 포함한다. 예를 들어, 광(135)은 광(130)의 파장에 대해 최대 전달 효율을, 제 2 광(170)의 상이한 파장에 대해 최소 전달 효율을 갖는 하나 이상의 광학 필터(155)를 통해 통과될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 방법(400)은 광(130)에 의해 전달된 광학 신호를 전기 신호로 변환하는 단계 470을 포함할 수 있다. 예를 들어, 변환 단계 470은 도파관(120, 122)으로부터 도파관(120, 122)에 광학적으로 결합된 포토다이오드(150)로 광을 통과시킴으로써 용이해질 수 있다.
본 발명에 기초하여, 당업자는 도 4에 더 도시된 바와 같이, 제 2 광(170)이 단계 450, 460 및 470에 따라 또한 각각 반사되고, 필터링되고, 변환될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
몇몇 실시예에서, 방법(400)은 광학 커플러(105)를 통해 광(135)을 전달하는 단계를 포함한다(단계 405). 광학 커플러(105)를 통해 광(135)을 전달하는 단계(단계 405)는 광학 코어층(125) 내의 전술된 2차원 격자(115)를 향해 광(135)을 지향시키는 단계를 포함한다(단계 410). 광(140)은 광학 코어층(125)이 위치되는 평면형 기판(110)에 실질적으로 수직인 각도(140)로 지향된다. 광학 커플러(105)를 통해 광(135)을 전달하는 단계(단계 405)는 또한 2차원 격자(115) 내에서 광(135)을 회절하여(단계 415) 광(115)이 전술된 바와 같이 2차원 격자(115)에 광학적으로 결합된 하나 이상의 도파관(120, 122) 내로 2차원 격자(115)를 나오게 되고, 하나 이상의 도파관(120, 122)을 통한 광(135)의 전파 방향이 행 또는 열(210, 212)에 실질적으로 비평행하게 되는 것을 포함한다.
다른 실시예는 광학 디바이스를 제조하는 방법이다. 도 5는 도 1 내지 도 3과 관련하여 설명된 광학 디바이스(100)와 같은 광학 디바이스의 예시적인 제조 방법(500)의 선택된 단계를 도시하는 흐름도를 제시한다.
도 1 내지 도 3을 계속 참조하면, 방법(500)은 평면형 기판(110) 상에 광학 커플러(105)를 제조하는 단계 505를 포함한다. 단계 505에서 광학 커플러(105)를 제조하는 것은 2차원 격자(115)를 형성하는 단계 510을 포함할 수 있다. 단계 510에서 2차원 격자(115)를 형성하는 것은 이어서 기판(110) 상에 광학 코어층(125)을 형성하는 단계 515를 포함할 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예에서, 단결정질 실리콘과 같은 결정질 재료층이 단계 515에서 기판(110)에 접합될 수 있다.
몇몇 경우에, 단계 515에서 광학 코어층(125)을 형성하기 전에, 반사 구조체(310)가 단계 517에서 기판(110) 상에 형성된다. 단계 517의 부분으로서, 예를 들어 금속층이 기판(110)에 접합될 수 있고 또는 상이한 굴절률을 갖는 재료의 층이 기판(110) 상에 접합되고, 성장되거나, 증착되어 분산형 브래그 반사기를 형성할 수 있다.
몇몇 경우에, 단계 515에서 광학 코어층(125)을 형성하기 전에, 하부 클래딩 층(130)이 단계 518에서 기판(110) 상에 형성된다. 예를 들어, 몇몇 경우에, 실리콘 산화물 클래딩 층(130)이 실리콘 기판(110) 상에 열적으로 성장되고, 또는 몇몇 경우에 클래딩 층(130)은 반사 구조체(310) 상에 직접 형성된다.
단계 510에서 2차원 격자(115)는 또한 광 굴절 구조체(205)의 배열(예를 들어, 규칙적인 2D 배열)을 형성하기 위해 광학 코어층(125)을 패터닝하는 단계 520을 포함할 수 있다. 예를 들어, 표준 포토리소그래피 및 에칭 절차가 단계 520의 부분으로서 수행되어, 광학 코어층(125) 내에 융기 특징부(예를 들어, 포스트) 또는 구멍을 형성하여 광 굴절 구조체(205)의 열(210) 및 행(212)을 형성하기 위해 서로 정렬된 광 굴절 구조체(205)를 형성할 수 있다. 몇몇 경우에, 행(212)은 열(210)에 대해 비교적 비평행하다. 예를 들어, 패터닝 단계(520)는 광학 코어층(125) 내의 에칭 구멍(315)을 포함할 수 있다. 각각의 구멍(315)은 광 굴절 구조체(215)의 개별의 것들을 포함할 수 있다. 동일한 행(212) 내의 구멍(315)의 인접한 것들은 동일한 이격 거리(320)를 가질 수 있고, 구멍의 적어도 하나의 측방향 치수(325)는 이격 거리(320)의 대략 1/2일 수 있다.
단계 505에서 광학 커플러(105)를 제조하는 것은 광학 코어층(125)을 패터닝하여 하나 이상의 도파관(120, 122)을 형성하는 단계 525를 또한 포함할 수 있다. 전술된 바와 같이, 각각의 도파관(120, 122)의 일 단부(145)는 2차원 격자(115)에 광학적으로 결합되어(예를 들어, 단부 결합됨), 도파관 단부(145) 부근을 포함하는 도파관(120, 122) 내의 또는 도파관(120, 122)을 통한 광(130)의 전파 방향이 2D 격자(115)의 래티스를 정의하는 원시 래티스 벡터[예를 들어, 몇몇 경우에, 행 또는 열(210, 212)]와 실질적으로 비평행할 수 있다. 예를 들어, 표준 포토리소그래피 및 에칭 절차가 단계 520의 부분으로서 수행되어 광학 코어층(125)으로부터 리지 도파관(120, 122)을 형성할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 단계 505에서 광학 커플러를 제조하는 것은 광학 코어층(125)을 패터닝하여 2차원 격자(115)에 광학적으로 결합되는(예를 들어, 단부 결합됨) 다른 도파관(175)을 형성하는 단계를 또한 포함할 수 있다. 도파관(175)은 격자(115)에 결합되어 도파관 단부(176) 부근을 포함하여 다른 도파관(175)을 통한 제 2 광(170)의 전파 방향(177)이 2D 격자(115)의 원시 래티스 벡터 중 하나[예를 들어, 몇몇 경우에, 광 굴절 구조체(205)의 행 또는 열(210, 212) 중 적어도 하나]에 실질적으로 평행하게 된다. 예를 들어, 표준 리소그래피 및 에칭 절차가 광학 코어층(125)으로부터 리지 도파관(175)을 형성하기 위해 단계 530의 부분으로서 수행될 수 있다.
몇몇 경우에, 동일한 표준 리소그래피 및 에칭 절차가 단계 520, 525 및 530에 따라 각각 격자, 하나 이상의 도파관(120, 122) 및 다른 도파관(175)의 패터닝을 성취하도록 수행된다. 몇몇 경우에, 단계 520, 525 및 530은 동시에 수행된다.
광학 커플러의 제조(단계 505)의 부분으로서, 몇몇 실시예에서, 단계 520, 525 및 530을 수행한 후에, 상부 클래딩층(132)이 단계 555에서 격자(115), 하나 이상의 도파관(120) 및 다른 도파관(175) 상에 형성된다. 예를 들어, 단계 518에서 하부 클래딩층(130)을 형성하기 위해 전술된 바와 동일한 재료 및 프로세스가 또한 실리콘 산화물의 상부 클래딩층(132)을 형성하기 위해 단계 555에서 또한 사용될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 광학 디바이스(100)를 제조하는 것은 평면형 기판(160) 위에 그리고 평면형 기판(160)에 실질적으로 수직인 각도(140)로 광 파이버(160)를 위치시켜 광 파이버(160)가 2차원 격자(115)에 광학적으로 결합하게 되는 단계 560을 추가로 포함한다. 예를 들어, 파이버(160)의 적어도 일부분의 장축(165)은 각도(140)와 정렬된다. 몇몇 경우에, 단계 560에서 광 파이버(160)를 위치시키는 것은 예를 들어 전술된 바와 같이 광(135, 170)의 특정 파장의 투과를 용이하게 하기 위해 입사각(167)만큼 수직각으로부터 이격하여 파이버를 경사시키는 단계를 포함할 수 있다. 전술된 바와 같이, 2차원 격자(115)는 광 파이버(160)를 통해 전파되는 광(130)을 전달시키거나 수용하도록 구성된다.
방법(500)의 몇몇 실시예는 평면형 기판(110) 상에 광학 커플러(105)를 제조하는 단계(단계 505)를 포함한다. 광학 커플러(105)를 제조하는 단계(단계 505)는 2차원 격자(115)를 형성하는 단계(단계 210)를 포함하고, 이 2차원 격자 형성 단계는 기판(110) 상에 광학 코어층(125)을 형성하는 단계(단계 515) 및 광학 코어층(125)을 패터닝하여 광 굴절 구조체(205)의 주기적인 배열을 형성하는 단계(단계 520)를 포함한다. 광 굴절 구조체(205)는 광 굴절 구조체(205)의 열 및 행(210, 212)을 형성하기 위해 서로 정렬된다. 광 커플러를 제조하는 단계(단계 505)는 광학 코어층(125)을 패터닝하여 전술된 하나 이상의 도파관(120, 122)을 형성하는 단계(단계 525)를 또한 포함하여, 각각의 파장(120, 122)의 일 단부(145)가 2차원 격자(115)에 광학적으로 결합되고 하나 이상의 파장(120, 122)을 통한 광(135) 전파의 방향이 행 또는 열(210, 212)과 실질적으로 비평행하게 된다.
당업자는 광학 디바이스(100)의 제조를 완료하는데 필요할 수 있는 추가의 단계가 친숙할 것이다. 예를 들어, 통상의 절차가 단계 570에서 평면형 기판 상에 형성될 수 있는 포토다이오드(150)를 형성하기 위해 이어질 수 있다.
실험
본 발명의 실시예의 다른 양태가 이하의 실험에 의해 예시된다.
다이플렉서 PIC로서 구성된 광학 디바이스(100)가 도 1에 실질적으로 도시된 바와 같이 레이아웃되었다. 테스트 디바이스(100)는 상용 파운드리(commercial foundry)에서 8 인치 웨이퍼 상에 제조되었다. 도파관(120, 122, 175)은 실리콘-온-절연체(SOI) 기판(110) 상의 약 220 nm 두께 실리콘 리지 도파관이었다. 포토다이오드(150)는 참조 문헌 1에 설명된 것과 유사하게, 게르마늄에 상부에 n-도핑을, 실리콘에 측면 상에 p-도핑을 갖는 실리콘 도파관(120, 122) 상에 직접 성장된 게르마늄이었다. 게르마늄 영역은 8×100×0.5 미크론3이었다. 포토다이오드(150)의 암전류(dark current)는 약 1 볼트에서 약 100 nA였다. 약 50 Ω 부하를 갖는 포토다이오드(150) 대역폭은 약 5 GHz였다.
횡방향 전기(TE) 편광되는 1577 nm 파장(82) 광(170)은 에지 파셋(도 1에는 도시되지 않음)으로부터 격자(115)에 지향되었다. 디바이스(100)의 다른 실시예에서, 광(170)은 도파관(175)에 직접 부착된 레이저로부터 도래할 수 있다. 광(170)은 격자(115)를 통해 광 파이버(160) 내로 수직으로 나왔다. 이 동일한 격자(115) 내에는 1270 nm 파장(81) 광(135)이 지향되었다. 파이버(160) 내의 2개의 직교 편광(양 TE-편광된)은 분리되어 2개의 도파관(120, 122)에 송출되었다. 각각의 편광 성분은 마하-젠더 간섭계(MZI) 필터(155)를 통해 통과되었고, 이는 1577 nm에서 널을, 1270 nm에서 피크를 가졌다. 광은 이어서 단일 포토다이오드(150)로 진행되었고, 일 편광 성분은 참조 문헌 2에 설명되고 도 1에 도시된 것과 유사하게 포토다이오드(10)의 각각의 단부 상에 충돌되었다.
광 굴절 구조체(205)의 정사각형 래티스의 X 방향만을 사용하는 격자에 대조적으로, 개시된 격자(115)는 X 및 M 방향의 모두를 사용한다. 양 방향을 사용하는 것은 이하에 더 설명되는 바와 같이, 파이버 경사각(167)의 감소를 허용한다.
도 6은 공간 주파수 도메인에서 예시적인 격자[도 1의 격자(115)와 같은]의 광 회절을 개략적으로 도시하고 있다. 도 6으로부터, 위상 정합 조건은
Figure pct00008
(1)
Figure pct00009
(2)
여기서, k는 재료 내의 TE 편광에 대한 전파 상수이고, θ는 X 방향을 따른 법선으로부터 파이버의 경사각(167)이다. 식 (1)은 1577 nm 파장 광(170)에 대한 것이고, 식 (2)는 1270 nm 파장 광(135)에 대한 것이다. 예를 들어, kin ,X = 2πncl/82이고, kout ,M = 2πneff/81이다. 포지티브 θ는 포토다이오드(150)를 향한 파이버(160)의 경사에 대응한다. 실리콘 디옥사이드 및 실리콘에 대해 각각 ncl = 1.45이고, neff = 2.9이다. 식 (1) 및 (2)를 풀면, a = 0.59 ㎛이고, θ = 8.7°이다.
도 6으로부터 명백한 바와 같이, M 방향에서 격자(115)를 나오는 광(135)은 Γ-M 라인으로부터 약간 경사진다. 따라서, 1270 nm 광(135) 신호에 대한 출력 파장(120, 122)은 참조 문헌 3(VI)에 설명된 바와 같이 서로로부터 이격하여 회전되어야 한다. 이 회전은 본 명세서에 제시된 실험적인 광학 디바이스(100) 내에 통합되지 않았고, 따라서 추가의 삽입 손실이 경험되었다.
X 및 M 방향의 모두를 사용하는 장점은 큰 θ를 필요로 하지 않고 큰 파장차를 갖는 광 신호에 대한 위상 정합을 얻을 수 있다는 것이다. 참조 문헌 3에 제안되어 있는 바와 같은 파장 및 편광의 모두에 대해 단지 X 방향만을 사용하는 디자인에 비교하여, a = 0.49 미크론 및 θ = 17.7°를 필요로 할 수 있다. 그러나, 이러한 큰 경사각(167)은 이러한 경사진 파이버(160) 내의 2개의 직교하는 광 편광 중 하나[예를 들어, 경사각(160)의 평면에서 발진하는 그 전기장을 갖는 편광]가 다른 편광과 비교할 때 감소된 TE 성분을 갖기 때문에, 허용 불가능하게 큰 편광 의존성 손실을 초래할 수 있다(예를 들어, 참조 문헌 4, 5 참조).
본 출원인은 파이버 파셋과 격자(115) 사이에 인덱스 정합 오일을 갖고 하류측 광(135)을 전달하고 상류측 광(175)을 수집하기 위해 광을 격자(115)에 결합하기 위해 벽개된 파이버(160)를 사용하였다. 하나의 테스트 디바이스(100)에 대해, a는 전술된 0.59 미크론의 이상적인 a와는 상이한 약 0.57 미크론이고, 따라서 식 (1) 및 (2)를 동시에 만족하는 θ는 없었다. 약 2 도의 θ가 절충안으로서 사용되었다. 1577 nm 파장의 하류측 광(175)에 대해, 본 출원인은 광(175)을 파셋 포트에 결합하기 위해 약 2.5 미크론의 스폿 크기를 갖는 렌즈형 파이버(도 1에는 도시되지 않음)를 사용하였다.
도 7은 약 2 도인 θ를 갖는 예시적인 디바이스(100)에 대해 1577 nm 파장 영역에서 측정된 파셋 파이버로부터 격자 파이버로의 파이버간 투과율을 도시한다. 도 7은 TE 및 횡방향 자기(TM) 편광에 대한 투과율을 도시한다. 파라미터는 비최적이기 때문에, 피크는 1577 nm에 있지 않다. 약 5도로 θ를 조정함으로써, 피크는 약 1577에 있고, 도 8에 도시된 바와 같이 이 대안적인 예시적인 디바이스(100)에 대한 투과율 곡선을 생성하였다. 도 7에 비교하여 도 8에 도시된 곡선의 향상된 편광 소광비는 법선으로부터 더 경사지는 파이버(160)에 기인할 가능성이 있어, 격자(115)의 단부로부터 산란된 광의 적은 결합을 초래하고, 여기서 위상 정합은 적은 역할을 하고, 광이 일반적으로 수직 방향에서 산란된다.
도 9는 약 2도인 θ를 갖는 예시적인 디바이스(100)에 대한 1270 nm 파장 영역에서 격자(115)로부터 포토다이오드(150)로의 전체 응답도를 도시한다. 전체 응답도는 광 파이버(160)의 결합을 포함한다. 피크 응답도는 약 1270 nm에서 약 0.1 A/W이고, 이는 ~10 dB의 과잉 손실에 대응하고, 이상적인 응답도는 약 1.0 A/W인 것으로 고려된다. 추정된 손실 파괴는 격자(115)로부터 5.5 dB, MZI 필터(155)로부터 3.0 dB, 포토다이오드(150)로부터 1.5 dB 응답도이다. 테스트 격자(115)의 손실은 단지 X 방향만을 사용하는 손실에 상응하였고, 격자(115)의 M 방향을 사용하는 개시된 방법이 성공적이라는 것을 나타낸다.
하류측 파이버간 전송 경우에서의 포토다이오드(150) 응답은 도파관(170)을 통해 렌즈형 파이버로부터 1577 nm 파장 광(175)을 런칭하고 수직 파이버(160)로 이를 수집함으로써 관찰되었다. 이는 하류측 신호로부터 상류측 신호의 온-디바이스 광학 격리를 정량화한다. 도 10은 예시적인 디바이스(100)에 대한 1577 nm 파장 영역에서 포토다이오드(150)(파셋으로부터 포토다이오드로의)의 측정된 전체 반응도를 도시한다. 약 20 dB의 격리가 관찰되었다. 누설의 일부는 가능하게는 렌즈형 파이버가 결합 해제될 때 광전류를 기록함으로써 결정된 바와 같이 파이버 결합으로부터 파셋에서 산란된 광에 기인하고, 누설의 일부는 격자 커플러에 의한 산란에 기인한다.
다른 실험이 약 2도인 θ를 갖는 도 11a에 도시된 바와 같은 예시적인 디바이스(100)를 사용하여 수행되었다. 도 11b는 도 11a에 도시된 디바이스에 대해, 격자에 도달하기 직전에 파이버 내의 측정된 비트 에러율 대 수신된 광학 파워를 도시하고, 삽화 다이어그램은 100 ps/div의 스케일에서 광학 파워 출력의 예를 제시한다.
1270 nm의 파장을 갖는 광(135)이 분배된 피드백 레이저(1110)로부터 런칭되고, 격자(115) 내로 직접 변조되었다[예를 들어, 3 Gb/s의 데이터 전송율에서 231-1의 의사난수 비트 시퀀스(PRBS)]. 레이저 광(135) 신호는 디바이스(100)에 진입하기 전에 기계적 편광 스크램블러(1115) 및 가변 광학 감쇠기(1120)를 통해 통과되었다. 광 파이버(160)의 위치는 최소 편광 의존성 손실의 위치를 발견하기 위해 격자(115)에 대해 측방향으로 조정되었다. 이 위치는 하나의 편광을 위한 최적화된 결합을 갖는 위치에 비교하여 응답도에서 대략 3 dB 낮았다. 이 추가의 손실은 아포다이징(apodizing)에 의해 감소될 수 있다[예를 들어, 참조 문헌 3(VI) 참조]. 도 11b는 편광 스크램블러(1115)가 턴온되지 않고 턴온된 상태의 측정된 비트 에러율(BER) 대 수신된 광학 파워[격자(115) 직전의 파이버(160) 내의]를 도시한다. 편광 스크램블러의 손실은 10-9 BER에서 약 1.3 dB이었다. 이 낮은 손실은 개시된 편광 다이버시티 체계가 효율적이라는 것을 나타낸다.
이하의 참조 문헌이 그대로 본 명세서에 포함되어 있다.
1. 제이. 왕(J. Wang) 등의, "SEG-Ge를 갖는 Si-도파관 상의 무한소 결합된 Ge p-i-n 광검출기 및 측방향 및 수직 p-i-n 구성의 비교 연구(Evanescent-coupled Ge p-i-n photodetectors on Si-waveguide with SEG-Ge and comparative study of lateral and vertical p-i-n configuration)" Electron Device Letters, IEEE, vol. 29, pp. 445 내지 448, 2008년 5월.
2. 씨. 알. 되어(C. R. Doerr), 엠. 지른지블(M. Zirngibl), 씨. 에이치. 조이너(C. H. Joyner), 엘. 더블유. 스털츠(L. W. Stulz) 및 에이치. 엠. 프레스비(H. M. Presby)의 "집적 광학 전치증폭기를 갖는 편광 다이버시티 도파관 격자 수신기(Polarization diversity waveguide grating receiver with integrated optical preamplifiers)", IEEE Photon. Technol. Lette. vol. 9, pp. 85 내지 87, 1997년 1월.
3. 더블유. 보가에르츠(W. Bogaerts), 디. 타일라에르트(D. Taillaert), 피. 듀몬(P. Dumon), 디. 반 토우르호우트(D. Van Thourhout), 알. 바에츠(R. Baets) 및 이. 플루크(E. Pluk)의 "실리콘-온-절연체 광자 와이어 내의 편광 다이버시티 파장 듀플렉서 회로(A polarization-diversity wavelength duplexer circuit in silicon-on-insulator photonic wires)", Opt. Exp. pp. 1567 내지 1578, 2007년.
4. 에프. 반 라에르(F. Van Laere), 더블유. 보가에르츠(W. Bogaerts), 피. 듀몬(P. Dumon), 지. 로엘켄스(G. Roelkens), 디. 반 토우르호우트(D. Van Thourhout) 및 알. 바에츠(R. Baets)의 "실리콘-온-절연체 내의 편광 다이버시티 격자 커플러의 포커싱(Focusing polarization diversity grating couplers in silicon-on-insulator)" J. Lightwave Technol., vol. 27, pp. 612 내지 618, 2009년 3월.
5. 에프. 반 라에르(F. Van Laere) 등의 "나노광자 편광 다이버시티 디멀티플렉서 칩(Nanophotonic polarization diversity demultiplexer chip)", J. Lightwave Technol., vol. 27, pp. 417 내지 425, 2009년.
실시예가 상세히 설명되어 있지만, 당업자들은 이들이 본 발명의 범주로부터 벗어나지 않고 본원의 다양한 변경, 치환 및 수정을 행할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
100: 광학 디바이스 105: 광학 커플러
110: 기판 111: 평면형 표면
115: 2차원 격자 120, 122: 도파관
125: 광학 코어층 130: 상부 클래딩층
132: 하부 클래딩층 135: 광
145: 일 단부 146: 대향 단부
150: 포토다이오드 205: 광 굴절 구조체
207: 2D 래티스 208: 측방향으로 경계 형성된 영역
210: 열 212: 행
215: 교차각 222, 224: 광 전파 방향
310: 반사 구조체 315: 구멍

Claims (10)

  1. 광학 디바이스에 있어서,
    평면형 표면을 갖고 그 위에 광학 코어를 갖는 기판과,
    상기 광학 코어 내에 위치되는 2차원 격자(two-dimensional grating) - 상기 2차원 격자는 광 굴절 구조체의 규칙적인 2차원 패턴에 의해 형성되고, 상기 광 굴절 구조체 중 하나는 측방향으로 경계 형성된 영역 내에 위치된 규칙적인 2D 래티스(2D lattice)의 각각의 노드에 위치됨 - 와,
    상기 평면형 기판 위에 있고 상기 2차원 격자에 단부 결합된 단부를 갖는 제 1 광학 도파관 및 제 2 광학 도파관 - 상기 제 1 광학 도파관은 그 단부 부근의 전파 방향이 실질적으로 상기 2D 래티스의 원시 래티스 벡터를 따르도록 배치되고, 상기 제 2 광학 도파관은 그 단부 부근의 전파 방향이 상기 규칙적인 2D 래티스의 원시 래티스 벡터에 비평행하도록 배치됨 - 을 포함하는
    광학 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 평면형 기판 위에 있고 상기 2차원 격자에 단부 결합된 단부를 갖는 제 3 광학 도파관을 더 포함하고, 상기 제 3 광학 도파관은 그 단부 부근의 전파 방향이 실질적으로 상기 2D 래티스의 상이한 원시 래티스 벡터를 따르도록 배치되는
    광학 디바이스.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 광학 도파관 내지 상기 제 3 광학 도파관 중 하나는 상기 광의 제 1 편광부를 전달하고 상기 제 1 광학 도파관 내지 상기 제 3 광학 도파관 중 다른 하나는 상기 광의 상이한 제 2 편광부를 전달하는
    광학 디바이스.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 광의 상기 제 1 편광부 및 상기 제 2 편광부는 상기 2개의 광학 도파관 의 각각에 의해 상기 광학 디바이스 내에 집적된 포토다이오드의 상이한 단부로 개별적으로 지향되는
    광학 디바이스.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 지향된 광이 2차원 격자 내로 통과하도록 상기 평면형 기판의 상기 평면형 표면을 향해 광을 지향시키도록 배향된 광 파이버를 더 포함하는
    광학 디바이스.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 규칙적인 2D 래티스는 상이한 길이의 원시 래티스 벡터 또는 평행하지도 수직이지도 않은 원시 래티스 벡터를 갖는
    광학 디바이스.
  7. 광학 디바이스에 있어서,
    평면형 표면을 갖고 그 위에 광학 코어를 갖는 기판과,
    상기 광학 코어 내에 위치되는 2차원 격자 - 상기 2차원 격자는 광 굴절 구조체의 규칙적인 2차원 패턴에 의해 형성되고, 상기 광 굴절 구조체 중 하나는 측방향으로 경계 형성된 영역 내에 위치된 규칙적인 2D 래티스의 각각의 노드에 위치됨 - 와,
    상기 평면형 기판 위에 있고 상기 2차원 격자에 단부 결합된 단부를 갖는 하나 이상의 광학 도파관 - 상기 하나 이상의 광학 도파관은 상기 단부 부근의 전파 방향이 실질적으로 상기 규칙적인 2D 래티스의 비원시 래티스 벡터를 따르도록 배치됨 - 을 포함하는
    광학 디바이스.
  8. 광학 디바이스 사용 방법에 있어서,
    광학 커플러를 통해 광을 전달하는 단계 - 상기 전달 단계는, 광학 코어층 내의 2차원 격자를 향해 상기 광을 지향시키는 단계를 포함하고 상기 광은 상기 광학 코어층이 위치되어 있는 평면형 기판에 실질적으로 수직인 각도로 지향되고, 상기 2차원 격자는 광 굴절 구조체의 규칙적인 2차원 패턴에 의해 형성되고, 상기 광 굴절 구조체 중 하나는 측방향으로 경계 형성된 영역에 위치된 규칙적인 2D 래티스의 각각의 노드에 위치됨 - 와,
    상기 광이 상기 2차원 격자로부터, 상기 평면형 기판 위에 있고 상기 2차원 격자에 단부 결합된 단부를 갖는 제 1 광학 도파관 및 제 2 광학 도파관 내로 나오도록 상기 2차원 격자 내에서 상기 광을 회절시키는 단계 - 상기 제 1 광학 도파관은 그 단부 부근의 전파 방향이 실질적으로 상기 2D 격자의 원시 래티스 벡터를 따르도록 배치되고, 상기 제 2 광학 도파관은 그 단부 부근의 전파 방향이 상기 규칙적인 2D 래티스의 원시 래티스 벡터에 비평행하도록 배치됨 - 를 포함하는
    광학 디바이스 사용 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 광의 전파 방향은 역전되는
    광학 디바이스 사용 방법.
  10. 광학 디바이스 제조 방법에 있어서,
    평면형 기판 상에 광학 커플러를 제조하는 단계 - 상기 제조 단계는, 상기 기판 상에 광학 코어층을 형성하는 단계와, 상기 광학 코어층을 패터닝하여 광 굴절 구조체의 주기적인 배열을 형성하는 단계를 포함하는 2차원 격차를 형성하는 단계를 포함하며, 상기 광 굴절 구조체 중 하나는 측방향으로 경계 형성된 영역에 위치된 규칙적인 2D 래티스의 각각의 노드에 위치되어 있음 - 와,
    상기 광학 코어층을 패터닝하여 2차원 격자에 단부 결합된 단부를 갖는 제 1 광학 도파관 및 제 2 광학 도파관을 상기 평면형 기판 상에 형성하는 단계 - 상기 제 1 광학 도파관은 그 단부 부근의 전파 방향이 실질적으로 상기 2D 래티스의 원시 래티스 벡터를 따르도록 배치되고, 상기 제 2 광학 도파관은 상기 단부 부근의 전파 방향이 상기 규칙적인 2D 래티스의 원시 래티스 벡터에 비평행하도록 배치됨 - 를 포함하는
    광학 디바이스 제조 방법.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170009915A (ko) * 2014-07-17 2017-01-25 인텔 코포레이션 광의 내부 전반사를 제공하는 에첼 격자를 이용하는 광학 디바이스

Families Citing this family (36)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2932575B1 (fr) * 2008-06-12 2011-02-18 Commissariat Energie Atomique Dispositif de couplage entre une fibre optique et un composant nanophotonique
US9335604B2 (en) 2013-12-11 2016-05-10 Milan Momcilo Popovich Holographic waveguide display
US11726332B2 (en) 2009-04-27 2023-08-15 Digilens Inc. Diffractive projection apparatus
US8676003B2 (en) * 2009-10-28 2014-03-18 Universiteit Gent Methods and systems for reducing polarization dependent loss
WO2016020630A2 (en) 2014-08-08 2016-02-11 Milan Momcilo Popovich Waveguide laser illuminator incorporating a despeckler
WO2013027004A1 (en) 2011-08-24 2013-02-28 Milan Momcilo Popovich Wearable data display
US20130156162A1 (en) * 2011-12-02 2013-06-20 Canon Kabushiki Kaisha X-ray waveguide and x-ray waveguide system
US9195079B2 (en) * 2012-01-01 2015-11-24 Acacia Communications, Inc. Three port transceiver
US9933684B2 (en) 2012-11-16 2018-04-03 Rockwell Collins, Inc. Transparent waveguide display providing upper and lower fields of view having a specific light output aperture configuration
US9888283B2 (en) 2013-03-13 2018-02-06 Nagrastar Llc Systems and methods for performing transport I/O
USD758372S1 (en) 2013-03-13 2016-06-07 Nagrastar Llc Smart card interface
SG11201601260PA (en) * 2013-09-26 2016-03-30 Agency Science Tech & Res Optical coupling device, photonic integrated circuit, and method of forming an optical coupling device
WO2015184581A1 (zh) * 2014-06-03 2015-12-10 华为技术有限公司 二维光栅偏振分束器及光相干接收机
WO2016042283A1 (en) 2014-09-19 2016-03-24 Milan Momcilo Popovich Method and apparatus for generating input images for holographic waveguide displays
EP3035092B1 (en) * 2014-12-16 2020-05-20 IMEC vzw Integrated semiconductor optical coupler.
CN107873086B (zh) 2015-01-12 2020-03-20 迪吉伦斯公司 环境隔离的波导显示器
US9632226B2 (en) 2015-02-12 2017-04-25 Digilens Inc. Waveguide grating device
USD864968S1 (en) 2015-04-30 2019-10-29 Echostar Technologies L.L.C. Smart card interface
US9405070B1 (en) 2015-05-15 2016-08-02 Alcatel Lucent Optical buffer with a signal-switching capability
WO2017060665A1 (en) 2015-10-05 2017-04-13 Milan Momcilo Popovich Waveguide display
US9715066B2 (en) * 2015-12-24 2017-07-25 Intel Corporation Double-sided orthogonal grating optical coupler
WO2017151416A2 (en) * 2016-03-02 2017-09-08 Corning Optical Communications LLC Interposer assemblies and arrangements for coupling at least one optical fiber to at least one optoelectronic device
EP3433659A1 (en) 2016-03-24 2019-01-30 DigiLens, Inc. Method and apparatus for providing a polarization selective holographic waveguide device
US10488593B2 (en) * 2016-04-08 2019-11-26 Hewlett Packard Enterprise Development Lp Polarization diverse distributed perturbation receivers
WO2017178781A1 (en) 2016-04-11 2017-10-19 GRANT, Alastair, John Holographic waveguide apparatus for structured light projection
EP3548939A4 (en) 2016-12-02 2020-11-25 DigiLens Inc. UNIFORM OUTPUT LIGHTING WAVEGUIDE DEVICE
US10545346B2 (en) 2017-01-05 2020-01-28 Digilens Inc. Wearable heads up displays
JP7209969B2 (ja) * 2017-09-28 2023-01-23 国立研究開発法人産業技術総合研究所 円偏光型偏波ダイバーシティ素子、これを用いたスキャニング素子及びＬｉｄａｒ
JP7404243B2 (ja) 2018-01-08 2023-12-25 ディジレンズ インコーポレイテッド 導波管セル内のホログラフィック格子の高スループット記録のためのシステムおよび方法
JP2020134609A (ja) * 2019-02-15 2020-08-31 日本電気株式会社 光学素子
JP2022520472A (ja) 2019-02-15 2022-03-30 ディジレンズ インコーポレイテッド 統合された格子を使用してホログラフィック導波管ディスプレイを提供するための方法および装置
CN113728258A (zh) 2019-03-12 2021-11-30 迪吉伦斯公司 全息波导背光及相关制造方法
KR20220016990A (ko) 2019-06-07 2022-02-10 디지렌즈 인코포레이티드. 투과 및 반사 격자를 통합하는 도파관 및 관련 제조 방법
US10948657B2 (en) 2019-08-02 2021-03-16 Honeywell International Inc. Bichromatic chip to free-space grating coupler
WO2021041949A1 (en) 2019-08-29 2021-03-04 Digilens Inc. Evacuating bragg gratings and methods of manufacturing
CN112415652B (zh) * 2020-10-15 2023-09-01 北京工业大学 一种波导光栅耦合器阵列

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3625327C1 (de) * 1986-07-26 1988-02-18 Heidenhain Gmbh Dr Johannes Lichtelektrische Positionsmesseinrichtung
GB9710062D0 (en) * 1997-05-16 1997-07-09 British Tech Group Optical devices and methods of fabrication thereof
US6674949B2 (en) * 2000-08-15 2004-01-06 Corning Incorporated Active photonic crystal waveguide device and method
US6735354B2 (en) * 2001-04-04 2004-05-11 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Optical device
US6788847B2 (en) 2001-04-05 2004-09-07 Luxtera, Inc. Photonic input/output port
JP3884433B2 (ja) * 2001-11-10 2007-02-21 キム、デシック 表面プラスモン光学装置及びフォトリソグラフィー用光放出表面プラスモンソース
AU2002257622A1 (en) * 2002-03-06 2003-09-16 Pirelli & C. S.P.A. Device for crossing optical beams, in particular in an integrated optical circuit
GB0208255D0 (en) * 2002-04-10 2002-05-22 Imec Inter Uni Micro Electr Photonic crystal based fiber-to-waveguide coupler for polarisation independent photonic integrated circuits
US6944373B2 (en) * 2002-08-01 2005-09-13 Northrop Grumman Corporation High index-step grating fabrication using a regrowth-over-dielectric process
US7006732B2 (en) * 2003-03-21 2006-02-28 Luxtera, Inc. Polarization splitting grating couplers
JP2004334190A (ja) 2003-04-18 2004-11-25 Ricoh Co Ltd 光制御素子及び光制御デバイス
JP2004325708A (ja) * 2003-04-24 2004-11-18 Yokogawa Electric Corp アクティブ回折格子
EP2000836A1 (en) 2007-06-07 2008-12-10 Interuniversitair Microelektronica Centrum Method and system for a grating multiplexer with optical waveguide coupling
US7548671B2 (en) * 2007-07-16 2009-06-16 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Optical device including waveguide grating structure
FR2933503B1 (fr) * 2008-07-02 2010-09-10 Commissariat Energie Atomique Dispositif de couplage a birefringence compensee.

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170009915A (ko) * 2014-07-17 2017-01-25 인텔 코포레이션 광의 내부 전반사를 제공하는 에첼 격자를 이용하는 광학 디바이스

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