CN113826041A - 光隔离器和光源装置 - Google Patents

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CN113826041A CN202080031020.9A CN202080031020A CN113826041A CN 113826041 A CN113826041 A CN 113826041A CN 202080031020 A CN202080031020 A CN 202080031020A CN 113826041 A CN113826041 A CN 113826041A
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松井直树
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Abstract

本公开的光隔离器(10)包括基板(11)和位于基板(11)上的光波导(12)。光波导(12)包括第一端部(13)、阵列状排列的多个第二端部(14)以及位于第一端部(13)和多个第二端部(14)之间的至少一个分支部(18)。光波导(12)局部具有非互易性，对第一端部(13)和至少两个第二端部(14)之间提供不同的非互易性的相移量。

Description

光隔离器和光源装置
相关申请的相互参照
本申请主张2019年4月25日在日本提出的日本专利申请2019-084610号的优先权，并将该申请的全部内容援引至此以用于参照。
技术领域
本公开涉及光隔离器和搭载有光隔离器的光源装置。
背景技术
在光通信等领域中，从光源射出的激光的一部分作为返回光向光源入射时，有时会因光源的损伤、不稳定化以及干涉而产生噪声等。因此，使用仅传播单向的光而不传播相反方向的光的光隔离器。作为光隔离器，已知使用具有非互易性的法拉第旋转器(例如，参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特表2018-513556号公报
发明内容
本公开的光隔离器包括基板和位于所述基板上的光波导。所述光波导包括第一端部、阵列状排列的多个第二端部以及位于所述第一端部和所述多个第二端部之间的至少一个分支部。所述光波导局部具有非互易性，对所述第一端部和至少两个所述第二端部之间提供不同的非互易性的相移量。
本公开的光源装置包括光隔离器和光源。光隔离器包括基板和位于所述基板上的光波导。所述光波导包括第一端部、阵列状排列的多个第二端部以及位于所述第一端部和所述多个第二端部之间的分支部。所述光波导局部具有非互易性，对所述第一端部和至少两个所述第二端部之间提供不同的非互易性的相移量。所述光源以使射出光向所述光隔离器的所述第一端部或所述多个第二端部入射的方式配置。
附图说明
图1是第一实施方式的光隔离器的俯视图。
图2是从第一端口侧观察图1的光隔离器的图。
图3是从第二端口侧观察图1的光隔离器的图。
图4是沿图1的A-A线的剖视图。
图5是包括图1的光隔离器的光源装置的俯视图。
图6是表示图5的光源和光隔离器的第一端部附近的剖视图。
图7是表示与图1的光隔离器的光传输路径的连接方式的一例的俯视图。
图8是表示与图1的光隔离器的光传输路径的连接方式的另一例的俯视图。
图9是表示光波导的第二端部的端面形状与射出光的强度分布的图。
图10是表示光波导的第二端部的端面形状为平坦的情况下的端面形状与射出光的强度分布的图。
图11是第二实施方式的光隔离器的俯视图。
图12是表示在图11的光隔离器中传播的发送光和接收光的相对于第二端口的角度的强度分布的图。
图13是具有与图11不同的非互易性构件的配置的光隔离器的俯视图。
图14是第三实施方式的光隔离器的俯视图。
图15是表示图14的光隔离器的返回光的光路的图。
图16是第四实施方式的光隔离器的俯视图。
图17是从第一端口侧观察图16的光隔离器的图。
图18是从第二端口侧观察图16的光隔离器的图。
图19是将第一端口作为左端并将第二端口作为右端观察图16的光隔离器的侧视图。
图20是从第二端口侧观察第五实施方式的光隔离器的图。
图21是将第一端口作为左端并将第二端口作为右端观察第五实施方式的光隔离器的侧视图。
图22是沿图21的B-B线的剖视图。
图23是沿图21的C-C线的剖视图。
具体实施方式
以往的光隔离器在从光源射出的光通过的光波导中或光波导与光纤等光传输路径之间的空间中设置有起偏器、法拉第旋转器以及半波长板等各构成要素。在光波导中设置光隔离器的情况下，为了将光波导与外部的光纤或光源等连接而需要连接机构。光隔离器优选能够容易地与光纤或光源连接，并能够以更少的部件构成。
以下，参照附图说明本公开的实施方式。在以下说明中使用的附图是示意性的图。附图上的尺寸比例等与实际不一致。
(第一实施方式)
如图1～图4所示，第一实施方式的光隔离器10包括基板11和位于基板11上的光波导12。
基板11为在一个方向上较长的板状的构件。在以下的说明和附图中，X轴方向为基板11的表面的长度方向。Y轴方向为在基板11的表面内与X轴方向正交的方向。Z轴方向为基板11的表面的法线方向。如图1所示，基板11在俯视下可以为相邻的两个边沿着X轴方向和Y轴方向的长方形。基板11的形状并不限于此。
基板能够由各种材料构成。例如，基板11可以由从包含金属导体、硅等半导体、玻璃或树脂等材料中选择的材料构成。
光波导12包括沿着基板11位于X轴的负向的端部的第一端部13和位于X轴的正向的端部的多个第二端部14a～14d。以下，多个第二端部14a～14d被统称为“第二端部14”。第二端部14一维阵列状地排列。在图1中，为简单起见仅示出了四个第二端部14。第二端部14的数量能够为两个以上的任意数量。例如，第二端部14的数量能够为20、30或50等。
第一端部13构成输入/输出光的第一端口15。第二端部14构成输入/输出光的第二端口16。光波导12在第一端口15和第二端口16之间大致沿着X轴方向延伸。在本申请中的光不限于可视光的区域，包含从红外线至紫外线的波长范围内的任意波长的光。从第一端口15向光波导12输入的光朝向第二端口16前进。从第二端口16向光波导12输入的光朝向第一端口15前进。第一端口15和第二端口16可以分别作为光波导12的端面构成。
如图2～图4所示，光波导12(在图2和图3中示出了其第一端部13和第二端部14)沿延伸方向由第一介质17a和第二介质17b覆盖周围。第一介质17a形成于基板11上。在基板11为电介质的情况下，基板11可以兼作第一介质17a。第一介质17a和第二介质17b与光波导12的外周接触。光波导12、第一介质17a以及第二介质17b为电介质。光波导12具有比第一介质17a和第二介质17b高的介电常数。第一介质17a和第二介质17b可以为相同的介质。第一介质17a和第二介质17b可以为一体的一个介质。
第一介质17a和第二介质17b例如由石英玻璃(二氧化硅：SiO2)构成。光波导12例如由硅(Si)构成。硅和石英玻璃的相对介电常数分别大约为12和2。硅能够使约1.2μm～约6μm的近红外光以低损耗传播。由此，从第一端部13或第二端部14入射的光的大部分在光波导12内部传播。在光波导12由硅构成的情况下，能够使光通信中使用的具有1.3μm带或1.55μm带的波长的红外光以低损耗传播。光波导12能够改称为“芯”。第一介质17a和第二介质17b能够改称为“包层”。
光波导12以及第一介质17a和第二介质17b的材料不限于上述的材料。第一介质17a和第二介质17b的一部分，例如，第二介质17b的局部可以为空气。即，在石英玻璃的第一介质17a上也能够仅形成光波导12。
光波导12在第一端部13和多个第二端部14之间，具有一个以上的分支部18。分支部18使成为光波导12的一部分的第一端部13侧的一个线路分支为第二端部14侧的两个以上的多个线路。例如，分支部18能够采用将一条线路分支为两条线路的Y分支光波导。分支部18使光波导12的第二端部14侧的多个线路耦合为第一端部13侧的一个线路。分支部18可以在第一端部13和第二端部14之间多级地配置。分支部18能够使从光波导12的第一端部13侧的线路入射的光以大致相同的光量向第二端部14侧的多个线路分波。分支部18能够使从光波导12的第二端部14侧的多个线路入射的光向第一端部13侧的线路合波。
在图1的例中，光波导12具有第一分支部18a、第二分支部18b以及第三分支部18c。第一分支部18a位于第一端部13与第二分支部18b和第三分支部18c之间。第二分支部18b位于第一分支部18a与第二端部14a和14b之间。第三分支部18c位于第一分支部18a与第二端部14c和14d之间。分支部18的数量不限于三个，根据第二端部14的数量设置任意的多个分支部18。第一分支部18a、第二分支部18b以及第三分支部18c被适当地统称为“分支部18”。
在图1所示的分支部18中，光波导12的第一端部13侧的线路与第二端部14侧的两个线路在物理上连续地连接。分支部18中的光波导12的第一端部13侧的线路和第二端部14侧的线路如已知的光定向耦合器那样，经由接近且平行的部分进行光学耦合即可，可以不在物理上连续地连接。若接近地配置光波导12，则由于渐逝波(evanescent wave)而在第一端部13侧的线路与第二端部14侧的线路之间产生光的转移。
光波导12包括具有非互易性的部分。光波导12的具有非互易性的部分也被称为“相移器19”。相移器19设置于至少一个分支部18和第二端部14之间的光波导12上的任意部分。具有非互易性是指，在光波导12中传播的光所受到的效果根据光的传播方向而不同。光的传播方向包括从第一端部13朝向第二端部14的第一方向和从第二端部14朝向第一端部13的第二方向。在相移器19中，通过磁光学效应，在第一方向上传播的光和在第二方向上传播的光中，产生相位的变化量不同的非互易相移效果。将每个相位变化的量称为“相移量”。相移器19对第一端部13和第二端部14之间提供非互易性的相移量。
相移器19包括具有非互易性的第一非互易性构件20a和第二非互易性构件20b。在以下中，第一非互易性构件20a和第二非互易性构件20b有时被统称为“非互易性构件20”。非互易性构件20配置为与光波导12的一部分进行面接触。在本申请中，接触配置包括通过任意的手段接合。非互易性构件20可以构成为例如包含磁性石榴石、铁氧体、铁或钴等非互易性材料。非互易性构件20对在光波导12的接触部分中传播的光产生非互易相移效果。
相移器19包括第一分支部18a和第二分支部18b之间的第一非互易线路21a以及第一分支部18a和第三分支部18c之间的第二非互易线路21b。第一非互易线路21a和第二非互易线路21b为光波导12的一部分。上述的第一非互易性构件20a和第二非互易性构件20b分别与第一非互易线路21a和第二非互易线路21b接触配置。将第一非互易性构件20a和第二非互易性构件20b与光波导12的一侧面接触的部分分别称为“第一非互易线路21a和第二非互易线路21b”。在以下中，存在将第一非互易线路21a和第二非互易线路21b统称为“非互易线路21”的情况。非互易线路21为具有光波导12的非互易性的部分。
在图4的剖视图中，非互易性构件20的面积分别为相对应的非互易线路21的面积的一半以下。即，非互易性构件20所占的体积为非互易线路21的体积的一半以下。
光波导12构成为以单模传播光。与光波导12接触配置的非互易性构件20的体积变大时，有时在光波导12中产生不期望的模式，从而使光波导12的传输特性劣化。非互易性构件20优选为不对在光波导12中传播的光的模式产生影响的小尺寸。通过使非互易性构件20所占的体积为非互易线路21的体积的一半以下，减少或抑制传输特性的劣化。
第一非互易性构件20a能够与第一分支部18a和第二分支部18b之间的光波导12的部分(即，第一非互易线路21a)的Y轴方向的正侧的侧面接触配置。第二非互易性构件20b与第一分支部18a和第三分支部18c之间的光波导12的部分(即，第二非互易线路21b)的Y轴方向的负侧的侧面接触配置。
非互易性构件20的磁化方向或能够使非互易性构件20产生非互易性的外部磁场的方向与向光波导12入射的入射光的偏振方向彼此大致正交地构成。
具体而言，向光波导12入射的入射光的偏振方向与基板11的表面(基板面)大致平行(即，Y轴方向)。在这种情况下，如图4所示，通过施加具有Z轴方向的分量的外部磁场，第一非互易性构件20a和第二非互易性构件20b对光波导12产生不同的非互易相移效果。换言之，第一非互易线路21a和第二非互易线路21b具有不同的非互易性的相移量。当外部磁场的大小恒定时，通过施加大致Z轴方向的外部磁场，非互易性的相移量变得最大。
在第一非互易性构件20a和第二非互易性构件20b为强磁性体的情况下，第一非互易线路21a和第二非互易线路21b在不施加外部磁场的情况下也具有非互易相移效果。在向光波导12入射的光的偏振方向为Y轴方向的情况下，第一非互易性构件20a和第二非互易性构件20b配置为使磁化方向具有Z轴方向的分量。第一非互易性构件20a和第二非互易性构件20b也可以配置为使磁化方向大致为Z轴方向。
作为一例，在第一非互易线路21a上沿第一方向传播的光与沿第二方向传播的光之间产生+90°的相移量的差。另外，在第二非互易线路21b上沿第一方向传播的光与沿第二方向传播的光之间产生-90°的相移量的差。
从第一端部13向光波导12入射的光被第一分支部18a分波。被分波的光分别在第一非互易线路21a和第二非互易线路21b上传播。在第一非互易线路21a上传播的光被第二分支部18b分波，并从第二端部14a和14b输出。在第二非互易线路21b上传播的光被第三分支部18c分波，并从第二端部14c和14d输出。从第一端部13入射，并从各个第二端部14射出的光通过调整从第一端部13至各个第二端部14的光波导12的长度等，能够成为同相位。在这种情况下，从多个第二端部14射出的光根据与相控阵天线类似的原理，作为在相位一致的方向即X轴方向的窄角度范围内具有指向性的光束而射出。
另一方面，从第二端部14a和14b入射的光被第二分支部18b合波，并在第一非互易线路21a上传播。从第二端部14c和14d入射的光被第三分支部18c合波，并在第二非互易线路21b上传播。在第一非互易线路21a和第二非互易线路21b上传播的光被第一分支部18a合波，并从第一端部13输出。此时，由于第一非互易线路21a和第二非互易线路21b具有的非互易性，在第一非互易线路21a上传播的光和在第二非互易线路21b上传播的光之间能够产生180°的相位差。因此，相对于第二端部14从X轴的正向朝向负向入射，并在光隔离器10中沿第二方向传播并从第一端部13射出的光的强度比从多个第二端部14入射的光的强度的总和变弱很多。即，要相对于第二端部14沿着X轴的负向入射的光与光波导12之间的耦合变得困难。
因此，光隔离器10容易传播在第一方向上前进的光，而难以传播在第二方向上前进的光。
图1～图4所示的例为了简单起见，将第二端部14设为四个，并且两个光波导12的局部具有非互易性。然而，由于具有在与第一端部13之间非互易性的相移量不同的多个第二端部14，向第二方向前进的光在第二端部14更难以与光波导12耦合。另一方面，通过使从第一端部13向各个第二端部14传播的光的相移量一致，使在光隔离器10中沿第一方向传播并从第二端部14射出的光的指向性进一步提高。
第一端口15能够成为光的入射侧的端口。光隔离器10能够与输入光的结构组合使用。能够组合光隔离器10和输入光的结构来构成光源装置30。如图5和图6所示，光源装置30包括光隔离器10、光源31、向光源31供给电力的电源32以及透镜33。光源31例如能够使用激光二极管(Laser Diode，LD)或垂直腔面发射激光器(Vertical Cavity Surface EmittingLASER，VCSEL)等的半导体激光器。
光源31经由透镜33与光波导12的第一端部13光学耦合。光源31、透镜33和光波导12的第一端部13可以以不产生位置偏移的方式固定彼此的位置关系。光源31和透镜33可以与光波导12和介质17一起一体地集成在基板11上。光源31可以将偏振方向设为Y轴方向的直线偏振光的光输入至第一端口15。光源装置30可以不具有透镜33。在光源装置30不具有透镜33的情况下，从光源31射出的光可以直接输入至第一端部13。
来自光源31的光向光波导12的第一端部13输入的方法不限于将光源31的光直接或经由透镜33输入的方法。光源31可以经由光纤与第一端部13耦合。将在光纤中传播的光输入至第一端部13的方法可以包含经由透镜等连接自由空间的方法、将光纤的射出面与第一端部13直接对接配合的方法或使用连接波导的方法等各种方法。
由于光源装置30包括光源31和光隔离器10，使从光源31射出的光通过光隔离器10并朝向第一方向传播。另一方面，光源装置30利用光隔离器10减少或抑制在第二方向上返回的光，从而使光源31难以受到返回光的影响。
如图7所示，包括光隔离器10的第二端部14的第二端口16与光传输路径40A光学耦合。光传输路径40A为传输光的线路。具体而言，光传输路径40A能够使用具有芯41和包层42的光纤。光隔离器10的第二端口16和光传输路径40A的芯41经由空间而在X轴方向上分离并对置。从第二端口16射出并在X轴方向上前进的光与芯41以高耦合效率耦合。图7的光传输路径40A的芯径比光波导12的截面尺寸大。图7的光传输路径40A的芯径能够例如大约为50μm。光传输路径40A能够以多模传输从光隔离器10射出的光。
在其他实施方式中，如图8所示，光隔离器10的第二端口16可以经由透镜43与光传输路径40B的芯41光学耦合。从光隔离器10的各个第二端部14射出的光可以通过配置于空间的透镜43在单模光纤即光传输路径40B的芯41的端面上聚光，并向光传输路径40B入射。在这种情况下，光传输路径40B的芯径能够大约为10μm程度。
光波导12的各个第二端部14的端部在光波导12的长度方向(即，X轴方向)上能够具有前端较细的形状的端面。图9表示光波导12的第二端部14的端面的形状(图9下侧)和射出光的径向的强度分布(图9上侧)的一例。第二端部14的端面具有大致锥状的侧面形状。在其他实施方式中，第二端部14的端面可以具有在X轴方向上凸出的半球面状的形状。光波导12的第二端部14的端面能够为比在X轴方向上传播的光的波长长且在X轴的正向上逐渐变细的形状。通过使光波导12的第二端部14的端面成为在光波导12的长度方向上前端较细的形状，可以增强从各个第二端部14射出的光的强度。
图10为了比较，示出了光波导12的第二端部14的端面的形状为平坦的情况下的端面的形状(图10下侧)和射出光的强度分布(图10上侧)的一例。在这种情况下，在光波导12中传播的单模光在第二端部14的平坦端面反射与使用具有图9的前端较细的端面的第二端部14的情况相比，更多的部分被反射。因此，从具有图10的平坦端面的第二端部14射出的射出光的强度与具有图9的前端较细的形状的端面的情况下的第二端部14射出的射出光的强度相比较弱。
在图7和图8中的任意一种情况下，光传输路径40A和40B使来自第二端部14的在X轴方向上具有指向性而前进的光入射。从第二端口16射出光隔离器10的光通过在第二端部14使射出光的相位一致，从而在X轴方向上具有高指向性。而且，通过使第二端部14的端面形成为前端较细的形状，使从第二端口16射出光隔离器10的光的强度进一步变强。由此，从第二端口16射出光隔离器10的光能够与光传输路径40A、40B以高耦合效率耦合。另一方面，针对要从光传输路径40A、40B侧向光隔离器10的第二端口16入射的光，由于光波导12所具有的非互易性，从各个第二端部14向第一端部13传播的光的相移量不同。因此，向第二端口16入射的返回光在第一端部13成为同相位的条件被破坏，从而难以与光隔离器10的光波导12耦合。
如上所述，光隔离器10在基板11上包括光波导12，并且具有非互易性的非互易性构件20与光波导12接触配置，由此对第一端部13和多个第二端部14之间提供不同的非互易性的相移量。由此，光隔离器10能够具有传播第一方向的光，并减少或抑制第二方向的光的传播的光隔离器的功能。
另外，由于从第二端口16射出的光的指向性较高，光隔离器10容易地与光传输路径40连接。因此，与在光波导12内部或空间内构成独立的光隔离器的情况相比，光隔离器10能够以较少部件与光传输路径40连接。
而且，根据本实施方式的光隔离器10，通过将连接第二端口16和光传输路径40之间的光束的角度设为X轴方向的窄角度范围，即使非互易性的相移量较小也能够作为隔离器发挥功能。换言之，在光隔离器10中，即使向各个第二端部14入射的第二方向的光所受到的非互易性的相移量的差较小，从各个第二端部14入射的光的相位在第一端部13成为同相位的条件也被破坏，由此获得作为隔离器的功能。
具体而言，在上述的说明中，当光在第二方向上传播时，利用第一非互易线路21a和第二非互易线路21b所具有的非互易性，在第一非互易线路21a上和在第二非互易线路21b上传播的光中产生180°的相位差。然而，该相位差可以为180°之外的值，例如被设定为120°或90°等。即使在这种情况下，沿第二方向传播并从第一端部13射出的光也显著减少。另外，在这种情况下，光隔离器10的第二端口16依赖于由相移器19产生的相位差以及多个第二端部14的配置等，具有与X轴的负向相比在XY平面内的角度方向上扩展的接收强度分布。因此，针对要沿X轴的负向向第二端口16入射的光，光隔离器10对其具有减少或抑制的效果。
由于能够减小非互易性的相移量，在本实施方式的光隔离器10中，能够使非互易性构件20的与光波导12接触部分的长度相对较短。由此，能够减少因非互易性构件20的长度而引起的光波导12的损耗。
另外，由于本实施方式的光源装置30具有光隔离器10，能够防止从光源31射出的光的返回光向光源31入射并损坏光源31、使光源31不稳定化或产生噪声等。
在第一实施方式中，第一非互易性构件20a和第二非互易性构件20b分别与两个光波导12的局部接触配置，并成为两个具有非互易性的部分即第一非互易线路21a和第二非互易线路21b。然而，即使不设置第一非互易线路21a和第二非互易线路21b中的一个，在光沿第一方向传播的情况与沿第二方向传播的情况之间相移量的关系产生变化，因此也能够获得本实施方式的效果。
(第二实施方式)
参照图11，说明第二实施方式的光隔离器50。图11为光隔离器50的俯视图。由于光隔离器50与第一实施方式的光隔离器10类似，对与光隔离器10的构成要素相同或相似的构成要素标记相同的附图标记，并适当省略其说明。
光隔离器50的光波导12的形状与第一实施方式的光波导12的形状类似。在光隔离器50中，与第一实施方式不同的是，在光波导12的第一分支部18a与第二分支部18b和第三分支部18c之间未设置相移器19。取而代之，光波导12的第二分支部18b和第三分支部18c与各个第二端部14a～14d之间的部分成为具有非互易性的相移器51。相移器51对第一端部13和各个第二端部14之间提供彼此不同的非互易性的相移量。
相移器51包括具有非互易性的非互易性构件52a～52d。在以下中，非互易性构件52a～52d存在被统称为“非互易性构件52”的情况。非互易性构件52与光波导12的一部分面接触配置。非互易性构件52对在光波导12中传播的光产生非互易相移效果。非互易性构件52a～52d分别与和第二端部14a～14d相连的光波导12的局部接触。非互易性构件52a～52d所接触的光波导12的部分分别成为非互易线路53a～53d。非互易线路53a～53d存在被统称为“非互易线路53”的情况。
非互易性构件52a、52b与非互易线路53a、53b的Y轴方向的正侧的侧面接触。非互易性构件52c、52d与非互易线路53c、53d的Y轴方向的负侧的侧面接触。非互易线路53a、53b和非互易线路53c、53d通过接合的非互易性构件52的侧面的位置不同而产生相反符号的非互易性的相移量。
由于非互易性构件52a和非互易性构件52b在X轴方向上的长度不同，从而产生不同的非互易性。在施加相同的磁场的情况下，非互易性构件52a产生比非互易性构件52b大的非互易性的相移量。由于非互易性构件52c和非互易性构件52d在X轴方向上的长度不同，从而产生不同的非互易性。在施加相同的磁场的情况下，非互易性构件52d产生比非互易性构件52c大的非互易性的相移量。非互易性构件52a和非互易性构件52d的长度能够相同。非互易性构件52b和非互易性构件52c的长度能够相同。
图11是第二端部14为四个的情况的简化示例。第二端部14的数量能够大于该数量，例如为20、30或50等。第二端部14以规定的间距等间隔地配置。全部的第二端部14与具有不同的非互易性的相移量的非互易线路53连接。基于非互易线路53的非互易性的相移量能够针对每个相邻的第二端部14提供规则地不同的量。
从第一端部13输入，并在光波导12中沿第一方向传播，并从各个第二端部14射出的光通过调整从第一端部13至各个第二端部14的光波导12的长度等，能够成为相同的相移量。因此，从光隔离器50的第一端部13在X轴方向上入射的光L1从各个第二端部14以相同的相位射出。从光隔离器50的第二端口16射出的光成为在X轴方向上窄角度范围内具有指向性的光L2。
各个非互易性构件52的位置和长度以从各个第二端部14入射并在光波导12中沿第二方向传播，并从第一端部13射出的光分别具有不同的规定的相位差的方式设定。例如，在20个第二端部14在Y轴方向上以等间隔排列的情况下，能够使从各个第二端部14至第一端部13的光波导12的相移量各相差10°。在各个第二端部14在与相邻的第二端部14之间具有不同的非互易性的相移量的情况下，从第一端部13射出时向成为同相位的第二端部14的入射的光的波面从与光波导12的延伸方向(即，X轴方向)垂直的方向倾斜。因此，第二端口16对于从X轴方向倾斜的规定方向向第二端口16入射的光L3，耦合效率变高。另一方面，从与光L3的入射的规定的方向不同的方向入射的光难以从第二端口16向光隔离器10入射。
图12的实线表示向第一端口15入射，并在光隔离器50中沿第一方向传播，并从第二端口16向外部的空间发送的发送光的强度的第二端口16的角度分布。图12的虚线表示从外部的空间向第二端口16入射，并在光隔离器50中沿第二方向传播，并从第一端口15输出的接收光的强度的相对第二端口16的入射角度的依赖性。在图12中，横轴表示在X轴和Y轴所形成的XY平面中，相对于Y轴方向的角度。实线和虚线中的任意一条均表示通过模拟求出的结果。
假设作为模拟对象的光隔离器50具有以750nm的间距在X轴方向上一维排列的24个第二端部14。另外，对于从第一端部13在第一方向上向第二端部14传播的光不产生相位差。相反，从第二端部14在第二方向上向第一端部13传播的光在从相邻的第二端部入射的每个光中产生10°的相位差。而且，在光隔离器50中传播的光的波长为1500nm。
根据图12，发送光的强度在角度θ为90°(即，X轴方向)时最强。发送光的标准化强度以将角度θ为90°时的强度设为0dB的dB单位来表示。另外，接收光的强度在向第二端口16入射的光线的角度θ为100°(即，从X轴方向偏移10°的角度)时最强。接收光的标准化强度以将角度θ为100°时的强度设为0dB的dB单位来表示。
从图12中能够明白，从第一端口15向光隔离器50入射，并从第二端口16射出的光在角度90°(X轴方向)附近的窄范围内具有强指向性。相对于此，从第二端口16向光隔离器50入射的光从角度100°附近的窄范围入射时，最容易入射。对于光隔离器50，从角度90°(X轴方向)入射的光的第一端口15中的射出光的强度比从角度100°入射的光的第一端口15中的射出光的强度小25dB以上。由此，光隔离器50仅少量传播在图11的光L2的相反方向上前进的返回光。例如，如第一实施方式的图7和图8所示，在第二端口16经由空间与光传输路径40A、40B连接的情况下，返回光沿着与射出光大致相反方向的光路，沿X轴的负向向第二端口16入射。这种返回光仅能够少量地从第二端口16向光隔离器50入射。
如以上说明，本实施方式的光隔离器50与第一实施方式类似，能够实现传播第一方向的光，并减少或抑制第二方向的光的传播的光隔离器的功能。另外，光隔离器50将第二端部14以规定的间距排列，并针对第一端部13与各个第二端部14之间提供规则地不同的相移量。由此，能够从外部向第二端口16入射的光的方向被限定为与从第二端口16射出的光的方向不同的窄方向。其结果是，能够利用第二端口16的局部更可靠地减少或抑制从第二端口16射出的光的返回光向光隔离器50入射并传播。
在图11中，非互易性构件52a、52b和非互易性构件52c、52d配置于光波导12的一部分即非互易线路53的Y轴方向的不同侧。如图13所示的光隔离器60那样，相移器61能够构成为仅将尺寸不同的非互易性构件62a～62c配置于光波导12的一部分即非互易线路63a～63c的一侧。非互易性构件62a～62c以在邻接的第二端部14a～14c之间提供规则地不同的非互易性的相移量的方式构成。在图13所示的例中，在第一端部13和第二端部14d之间不设置具有非互易性的部分。根据这种结构，也能够使从多个第二端部14在第二方向上向第一端部13传播的光具有不同的相位差。由此，能够具有与图11的光隔离器50类似的作用和效果。
(第三实施方式)
第一实施方式和第二实施方式的光隔离器10、50和60以传播从一个第一端部13入射并从多个第二端部14射出的第一方向的光，而不传播与此相反的方向的第二方向的光的方式构成。然而，光隔离器也能够以传播第二方向的光，而不传播第一方向的光的方式构成。参照图14和图15说明使用这种光隔离器70的光源装置71。
如图14所示，光源装置71包括光隔离器70、将入射至光隔离器70的光射出的光源72、向光源72供给电力的电源73以及使来自光源72的光准直入射至第二端口16的至少一个透镜74。光源72能够使用与第一实施方式的光源装置30的光源31类似的半导体激光器。在来自光源72的光为平行光线的情况下，可以不具有透镜74。另外，为了调整来自光源72的光束的直径，可以组合使用多个透镜74。与第一实施方式的光源装置30类似，光源72和透镜74可以在光隔离器70的基板11上集成。光源72、电源73以及透镜74也能够成为可以与光隔离器70分离的构成要素。
光隔离器70与第二实施方式的光隔离器50、60类似，构成为对第一端部13和各个第二端部14之间提供规则地不同的非互易性的相移量。在图14、15中省略对光隔离器70的内部结构的记载。与第二实施方式的光隔离器50、60不同，光隔离器70的第一端部13和各个第二端部14之间的光波导12的长度以使从各个第二端部14输入的同相位的光从第一端部13作为同相位的光射出的方式进行调整。由此，从光源72射出并被准直的光容易地向光隔离器70的第二端口16入射。即，容易使光源72与光隔离器70连接。光源72和光隔离器70能够以使耦合效率变高的方式构成。
图14由虚线表示光源装置71的结构以及从光源72射出的光从第二端口16向光隔离器70入射时的光线。沿X轴方向向第二端口16的多个第二端部14入射的光在光隔离器70内通过光波导12耦合，并作为从第一端口15的第一端部13沿X轴方向前进的光L4射出。
图15由虚线示出了光源装置71的结构和相对于光源装置71的返回光L5向第一端口15的第一端部13入射的情况下的光线。返回光L5沿与射出第一端部13的光L4的前进方向相反的方向即X轴的负向向第一端部13入射。该返回光L5在光隔离器70的内部通过光波导12而被分波为多个，并从多个第二端部14射出。由于非互易性，从各个第二端部14射出的光的相位规则地不同。例如，从相邻的每个第二端部14射出的光的相位各相差10°。由此，从第二端部14射出的多个光作为波面的法线方向从X轴的负向倾斜的光而射出。因此，返回光L5从第二端部14在相对于X轴的负向倾斜的方向上前进，从而不向光源72入射。由此，能够防止从光源72射出的光的返回光L5向光源72入射而损伤光源72、不稳定化或因干涉而产生噪声等。
(第四实施方式)
参照图16～图19，说明第四实施方式的光隔离器80。图16为光隔离器80的俯视图。图17为从第一端口15侧观察光隔离器80的图。图18为从第二端口16侧观察光隔离器80的图。图19为光隔离器80的侧视图。由于光隔离器80与第一实施方式的光隔离器10部分类似，因此，对与光隔离器10的构成要素相同或相似的构成要素标记相同的附图标记，并适当省略其说明。
光隔离器80的光波导12除了在XY平面内的Y轴方向的分支之外，也在Z轴方向上分支。光波导12可以在与非互易性构件20a～20d接触部分以外的任意的位置在Z轴方向上分支。例如，如图16和图19所示，光波导12可以被第一分支部18a在Y轴方向和Z轴方向分别各分支两个总共被分支为四个。被第一分支部18a分支为四个的光波导12分别被第二～第五分支部18b～18e在Y轴方向上各分支两个。其结果是，如图18所示，在光隔离器80的X轴的正向的端部上，光波导12的八个第二端部14排列为两层排列的二维阵列状。另外，在第一分支部18a和第二～第五分支部18b～18e之间分别接触配置有非互易性构件20a～20d。
图16～图19所示光隔离器80的结构只不过是示例。光隔离器80的光波导12可以在光的传播方向即与X轴方向正交的Y轴方向和Z轴方向上，被在任意的位置配置的多个分支部18分支为多个光波导12。第二端部14在Z轴方向上不限于两层，可以三层以上地排列。第二端部14的数量不限于八个，能够为任意的数量。
通过以上的结构，第二端部14二维地排列于光隔离器80的第二端口16。因此，光隔离器80能够在第二端口16的每单位面积配置更多的第二端部14。例如，在光隔离器80中，能够使第二端部14在Y轴方向上m个、在Z轴方向上n个(m、n为2以上的任意整数)阵列状地排列。这与在第一实施方式的光隔离器10中的在相同面积的区域仅在Y轴方向上排列m个第二端部14的情况相比，为其n倍的密度。因此，类似于图7，在使来自光隔离器80的第二端口16的射出光向光传输路径40A入射的情况下，对于相同的芯径来说，能够使更多的光入射。另外，类似于图8，在使来自光隔离器80的第二端口16的射出光经由透镜43与光传输路径40B的芯41耦合的情况下，对于相同数量的第二端部14来说，能够使透镜43的直径变小。而且，如第三实施方式所示，当将光隔离器80的第二端口16作为入射侧并将第一端口15作为射出侧时，由于第二端口16的第二端部14的密度较高，从而能够减少第二端口16中的光的损失。
(第五实施方式)
参照图20～图23，说明第五实施方式的光隔离器90。在各附图中，对与第四实施方式的构成要素相同或类似的构成要素标记相同的参照附图标记。
在图18所示的第四实施方式中，从X轴方向观察时，多个第二端部14在Y轴方向和Z轴方向上网格状地并排排列。在第五实施方式中，使在Z轴方向的正侧沿Y轴方向并排排列的第二端部14的排列与在Z轴方向的负侧沿Y轴方向并排排列的第二端部14的排列在Y轴方向上错开配置。即，第二端部14从Y轴方向和Z轴方向的彼此正交的二维方向的网格配置变为至少在一个方向上错开地配置。图20表示第五实施方式中的从X轴方向的正侧观察第二端部14的排列的一例。通过将第二端部14以这种方式配置，能够减少在上下的第二端部之间产生的干涉。
如图21所示，在本实施方式中，作为光波导12，能够具有第一光波导12a和第二光波导12b。第一光波导12a具有第一端部13。第二光波导12b在光隔离器90的第一端部13侧，通过方向性耦合器91与第一光波导12a耦合。方向性耦合器91构成分支部18的一个。如图22和图23所示，第一光波导12a和第二光波导12b分别在方向性耦合器91与四个第二端部14之间被分支两次。由此，在光隔离器90的X轴方向的正侧的端部上，八个第二端部14在Z轴方向上两层地排列。由于将在Z轴方向的正侧排列的多个第二端部14和在Z轴方向的负侧排列的多个第二端部14错开配置，如图22和图23所示，第一光波导12a和第二光波导12b的形状不同。
第一光波导12a和第二光波导12b各自与第二端部14相连的部分成为具有非互易性的相移器19。相移器19包括具有非互易性的多个非互易性构件20。各个非互易性构件20与第一光波导12a或第二光波导12b接触配置。多个非互易性构件20分别提供不同的相移量，因此其具有不同的配置和不同的X方向的长度。非互易性构件20的配置和X方向的长度以根据各自对应的第二端部14的位置来提供目标的相移量的方式决定。
根据本实施方式，除了获得与第四实施方式的光隔离器80相同的效果之外，还能够减少在多个第二端部14之间产生的干涉。需要说明的是，第二端部14不限于在Z轴方向上配置为两层，也可以配置为三层以上。
基于各附图和实施例对本公开的实施方式进行了说明，但应当注意的是只要是本领域技术人员就能够容易地基于本公开而进行各种变形或修正。因此，应该留意这些变形或修正包含在本公开的范围中。在本公开中，为了便于说明而配置X轴、Y轴和Z轴，也可以彼此互换。
附图标记说明
10 光隔离器
11 基板
12 光波导
13 第一端部
14、14a、14b、14c 第二端部
15 第一端口
16 第二端口
17、17a、17b 介质
18 分支部
19 相移器
20、20a、20b 非互易性构件
21 非互易线路
30 光源装置
31 光源
32 电源
33 透镜
40、40A、40B 光传输路径
41 芯
42 包层
43 透镜
50 光隔离器
51 相移器
52、52a～52d 非互易性构件
53、53a～53d 非互易线路
60 光隔离器
61 相移器
62、62a～62d 非互易性构件
63、63a～63d 非互易线路
70 光隔离器
71 光源装置
80 光隔离器
90 光隔离器
91 方向性耦合器。

Claims (13)

1.一种光隔离器，其中，
包括基板和位于所述基板上的光波导，
所述光波导包括第一端部、阵列状排列的多个第二端部以及位于所述第一端部和所述多个第二端部之间的至少一个分支部，
所述光波导局部具有非互易性，对所述第一端部和至少两个所述第二端部之间提供不同的非互易性的相移量。
2.如权利要求1所述的光隔离器，其中，
包括与所述光波导的具有所述非互易性的部分接触配置的非互易性的构件。
3.如权利要求2所述的光隔离器，其中，
所述非互易性的构件的磁化方向或能够使所述非互易性的构件产生非互易性的外部磁场的方向与向所述光波导入射的入射光的偏振方向大致正交。
4.如权利要求2或3所述的光隔离器，其中，
所述非互易性的构件的磁化方向或能够使所述非互易性的构件产生非互易性的外部磁场的方向为与所述基板的存在所述光波导的基板面大致垂直的方向，并且向所述光波导入射的入射光的偏振方向与所述基板面大致平行。
5.如权利要求2-4中任一项所述的光隔离器，其中，
所述非互易性的构件所占的体积为所述光波导的具有所述非互易性的部分的体积的一半以下。
6.如权利要求1-5中任一项所述的光隔离器，其中，
所述多个第二端部经由空间与光源或光传输路径光学耦合。
7.如权利要求1-6中任一项所述的光隔离器，其中，
所述光波导具有比沿着该光波导的延伸方向覆盖该光波导的周围而接触的介质的介电常数高的介电常数。
8.如权利要求1-7中任一项所述的光隔离器，其中，
所述第二端部在所述光波导的长度方向上具有前端较细的形状的端面。
9.如权利要求1-8中任一项所述的光隔离器，其中，
所述多个第二端部以规定的间距排列，所述非互易性的相移量在相邻的所述第二端部之间提供规则地不同的量。
10.如权利要求1-9中任一项所述的光隔离器，其中，
所述多个第二端部排列为二维阵列状。
11.如权利要求10所述的光隔离器，其中，
所述第二端部从彼此正交的二维方向的网格配置在至少一个方向上错开地配置。
12.一种光源装置，其中，
包括：
光隔离器，具备基板和位于所述基板上的光波导，并且，所述光波导包括第一端部、阵列状排列的多个第二端部以及位于所述第一端部和所述多个第二端部之间的分支部，所述光波导局部具有非互易性，对所述第一端部和至少两个所述第二端部之间提供不同的非互易性的相移量；以及
光源，以使射出光向所述光隔离器的所述第一端部或所述多个第二端部入射的方式配置。
13.如权利要求12所述的光隔离器，其中，
还包括向所述光源供给电力的电源。
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