JP2003315737A - Optical isolator - Google Patents

Optical isolator

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JP2003315737A
JP2003315737A JP2002163572A JP2002163572A JP2003315737A JP 2003315737 A JP2003315737 A JP 2003315737A JP 2002163572 A JP2002163572 A JP 2002163572A JP 2002163572 A JP2002163572 A JP 2002163572A JP 2003315737 A JP2003315737 A JP 2003315737A
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JP
Japan
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polarizer
polarization
optical isolator
faraday rotator
light
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Pending
Application number
JP2002163572A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shojiro Kawakami
彰二郎 川上
Takayuki Kawashima
貴之 川嶋
Osamu Ishikawa
理 石川
Takashi Sato
尚 佐藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
AUTOCLONING TECHNOLOGY KK
Original Assignee
AUTOCLONING TECHNOLOGY KK
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inexpensive optical isolator which has simpler constitution than before by using reflection type polarization. <P>SOLUTION: The polarization dependent type optical isolator can be realized by combining a reflection type polarizer which has different polarization dependency for each place, a Faraday rotating element with a rotational angle of 22.5°, and a total reflecting mirror. In respective different-characteristic parts of the reflection type polarizer, transmission polarization direction is deviated by 45°. One polarizer is needed although two polarizers are necessary before and the Faraday rotating element may be a half as thick as before. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は光通信機器、光情報
処理機器等に用いられ、特定の偏光の光を特定方向にの
み透過する光アイソレータに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical isolator used for optical communication equipment, optical information processing equipment and the like and transmitting light of a specific polarization only in a specific direction.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に偏光依存型の光アイソレータでは
2枚の偏光子と、磁界を印加することで偏光方向が回転
するファラデー回転素子を組み合わせて構成される。
2. Description of the Related Art Generally, a polarization-dependent optical isolator is constructed by combining two polarizers and a Faraday rotator whose polarization direction is rotated by applying a magnetic field.

【0003】実用化されている光アイソレータでは、偏
光子の材料として複屈折性光学結晶、金属粒子を含むガ
ラス偏光子、誘電体及び金属による複合多層膜などが用
いられている。これらは全て特定の偏光が透過すること
で、光アイソレータとして機能するものであり、ファラ
デー回転子を間はさむ形で2枚必要である。
In practically used optical isolators, a birefringent optical crystal, a glass polarizer containing metal particles, a composite multilayer film made of a dielectric and a metal is used as a material of a polarizer. These all function as an optical isolator by transmitting a specific polarized light, and two Faraday rotators are required to be sandwiched between them.

【0004】さらに原理上、ファラデー回転子の回転角
は45度が必要である。従来は磁気光学効果をもつガー
ネット結晶の厚膜が用いられているが、厚さ500μm
程度の結晶成長が必要となり、長い作製時間必要で高価
であり、光アイソレータに用いられる部品の中でも、全
体の半分程度のコストを費やすことさえある。この必要
なファラデー回転素子の回転角が45度よりも小さい角
度で動作する構成の光アイソレータを実現できれば、フ
ァラデー回転素子の厚さはそれだけ薄くてすみ、光アイ
ソレータ全体のコストを大幅に下げることが可能とな
り、低価格な光アイソレータが実現される。
Further, in principle, the rotation angle of the Faraday rotator is required to be 45 degrees. Conventionally, a thick film of garnet crystal having a magneto-optical effect is used, but a thickness of 500 μm
It requires a certain degree of crystal growth, requires a long manufacturing time, and is expensive, and even costs about half of the total cost of the parts used for the optical isolator. If an optical isolator having a configuration in which the necessary rotation angle of the Faraday rotator is operated at an angle smaller than 45 degrees can be realized, the Faraday rotator can be made thinner, and the cost of the entire optical isolator can be significantly reduced. It becomes possible and an inexpensive optical isolator is realized.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明は
特定の偏光が反射される反射型偏光子を用いることで、
ファラデー回転子の片側に一枚のみ偏光子を設けること
で動作、かつファラデー回転子の厚さも従来の半分です
む光アイソレータを提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, the present invention uses a reflective polarizer that reflects a specific polarized light.
The purpose of the present invention is to provide an optical isolator that operates by providing only one polarizer on one side of the Faraday rotator, and that the thickness of the Faraday rotator is half that of conventional optical isolators.

【0006】[0006]

【課題を解決する手段】本発明の光アイソレータの基本
構成を図1に示す。符号4に示す1枚の反射型偏光子と
符号2に示すファラデー回転素子と符号3に示す全反射
ミラーからなる。用いる偏光子は特定の偏光は透過し、
それに垂直な方向の偏光は反射する反射型偏光子であ
る。偏光子部分は図2に示すように二つの領域に分けら
れ、符号5の領域と符号6の領域をそれぞれ透過する偏
光の方向が互いに45度異なるように構成されている。
ファラデー回転素子の厚さは偏光方向の回転角が22.
5度になるように調整され、その中を光が往復すること
で45度の偏光方向の回転を実現している。
The basic structure of an optical isolator according to the present invention is shown in FIG. It is composed of one reflection polarizer shown by reference numeral 4, a Faraday rotation element shown by reference numeral 2 and a total reflection mirror shown by reference numeral 3. The polarizer used transmits specific polarized light,
Polarized light in a direction perpendicular to it is a reflective polarizer that reflects light. As shown in FIG. 2, the polarizer portion is divided into two regions, and the polarization directions of the regions 5 and 6 are different from each other by 45 degrees.
The thickness of the Faraday rotator has a rotation angle of 22.
It is adjusted to 5 degrees, and the light travels back and forth through it to realize rotation of the polarization direction of 45 degrees.

【0007】こうした構成で偏光子側から入射した特定
の偏光は透過し、ファラデー回転素子側から入射した任
意の偏光の光が遮断されるアイソレータとして機能す
る。
With this structure, a specific polarized light incident from the polarizer side is transmitted, and an arbitrary polarized light incident from the Faraday rotator element side is blocked to function as an isolator.

【0008】反射型偏光子としてはポリマー多層膜を用
いたもの、フォトニック結晶を用いたもの(特許公開番
号:特開2000−56133)が考えられる。ポリマ
ー多層膜を用いた場合、場所により異なる偏光特性を実
現するためには、2枚の偏光子を互いにずらした形で張
り合わせる必要がある。一方、フォトニック結晶を用い
た偏光子の場合、基板のパターニングにより一枚の基板
上に任意の方向の偏光特性をもった偏光子を任意の場所
に作ることが可能であるため、一枚の基板でこうした偏
光子を容易に実現できる。
As the reflection type polarizer, one using a polymer multilayer film and one using a photonic crystal (Patent Publication No. 2000-56133) can be considered. When a polymer multilayer film is used, it is necessary to stick two polarizers in a mutually shifted form in order to realize different polarization characteristics depending on the location. On the other hand, in the case of a polarizer using a photonic crystal, it is possible to fabricate a polarizer having polarization characteristics in an arbitrary direction on a single substrate at an arbitrary location by patterning the substrate. Such a polarizer can be easily realized on the substrate.

【0009】[0009]

【実施例1】フォトニック結晶偏光子について、詳しく
説明する。2次元もしくは3次元の屈折率周期性をも
ち、その周期が波長オーダのものはフォトニック結晶と
呼ばれ、その光学特性は用いる材料の屈折率、構造の周
期、周期性の配列並びにその方向に依存する。実現され
る光学特性の例を挙げると、各周期により光が多重反射
されることにより、ブラッグ遮断がおき、特定の波長帯
に対して遮断される現象が起きる。さらにこうした光学
特性に構造異方性をもたせることができる。
Example 1 A photonic crystal polarizer will be described in detail. A photonic crystal that has a two-dimensional or three-dimensional periodicity of the refractive index and whose period is in the wavelength order is called a photonic crystal. Its optical characteristics are the refractive index of the material used, the periodicity of the structure, and the periodic array and its direction. Dependent. To give an example of the optical characteristics to be realized, multiple reflections of light in each cycle cause Bragg cutoff, and a phenomenon occurs in which light is cut off in a specific wavelength band. Further, such optical characteristics can be provided with structural anisotropy.

【0010】フォトニック結晶の大きな特徴は、人工構
造であるため構造の設計により光学特性を設計できるこ
とにある。したがって特定の場所に特定の光学特性を実
現することが可能となる。
A major feature of the photonic crystal is that it is an artificial structure, so that the optical characteristics can be designed by designing the structure. Therefore, it becomes possible to realize a specific optical characteristic at a specific place.

【0011】例えば図3に示すような2次元周期構造を
二つ組み合わせた構造を考える。このような高屈折率媒
質と低屈折率媒質からなる人工的な周期構造において、
互いに直交する二つの偏波成分は、それぞれが独立な分
散関係(周波数と波動ベクトルとの間の関係)を持って
いる。図3において柱に平行な偏波成分と垂直な偏波成
分との間では、バンドギャップ、すなわち光が遮断され
る波長域も異なる。つまりある波長域において、一方の
偏光モードが遮断され、他方の偏光モードが伝搬する場
合がある。即ち、この波長域においてはこの周期構造は
一方の偏光を反射または回折し、他方の偏光を透過させ
る偏光子としての動作が可能である。また、消光比も理
論的に十分高いものが得られる(浜野哲子、井筒雅之、
平山秀樹、“2次元フォトニック結晶を用いた偏光子の
可能性”、第58回応物周期予稿集、paper 2a
−W−7、1997、佐藤晃、竹部雅博、“構造性複屈
折による光学異方性多層膜”、Optics Japa
n’97、講演予稿集、paper 30pDO1、1
997)。符号8においては符号7の構造をx−y面内
で45度回転した構造を作製することで、符号7とは4
5度ずれた方向の偏光は反射し、それに垂直な方向の偏
光は透過する特性を実現できる。いわば符号7と符号8
は光軸が45度回転した構造となっている。
Consider, for example, a structure in which two two-dimensional periodic structures as shown in FIG. 3 are combined. In such an artificial periodic structure consisting of a high refractive index medium and a low refractive index medium,
The two polarization components orthogonal to each other have independent dispersion relations (relationship between frequency and wave vector). In FIG. 3, the band gap, that is, the wavelength range in which light is blocked, differs between the polarization component parallel to the column and the polarization component perpendicular to the column. That is, in a certain wavelength range, one polarization mode may be blocked and the other polarization mode may propagate. That is, in this wavelength range, this periodic structure can operate as a polarizer that reflects or diffracts one polarized light and transmits the other polarized light. In addition, a theoretically high extinction ratio can be obtained (Tetsuko Hamano, Masayuki Izutsu,
Hideki Hirayama, "Possibility of Polarizers Using Two-Dimensional Photonic Crystals", Proceedings of the 58th Annual Response Period Cycle, paper 2a
-W-7, 1997, Akira Sato, Masahiro Takebe, "Optically anisotropic multilayer film by structural birefringence", Optics Japan
n'97, Proceedings, paper 30pDO1, 1
997). In reference numeral 8, the reference numeral 7 is obtained by producing a structure obtained by rotating the structure of reference numeral 7 by 45 degrees in the xy plane.
It is possible to realize a characteristic that polarized light in a direction shifted by 5 degrees is reflected and polarized light in a direction perpendicular to it is transmitted. Code 7 and code 8
Has a structure in which the optical axis is rotated by 45 degrees.

【0012】なお、必要とされる機能により、透過、反
射の特性は設計により変更可能であり、かつ角度の異な
る領域が複数存在してもよい。
Depending on the required function, the transmission and reflection characteristics can be changed by design, and there may be a plurality of regions with different angles.

【0013】フォトニック結晶の実現方法としては、例
えば自己クローニング法が挙げられる(特許公開番号:
特開平10−335758)。これはバイアス・スパッ
タリングに代表される堆積粒子の拡散入射とスパッタエ
ッチングを併用した成膜法を用いて凹凸パターンの形成
した基板の上に交互多層膜を堆積することで、基板のパ
ターンを反映した凹凸形状を保存しつつ積層を行う方法
である。このメカニズムは次の3つの効果、(1)堆積
粒子の拡散入射により影となる凹部の堆積速度が遅くな
る効果、(2)スパッタエッチングによる傾斜角約50
度から60度の面においてエッチング速度が最大となる
効果、(3)面にスパッタエッチングにより削られた粒
子が基板の別の場所に再付着する効果、の適切な割合で
の重ねあわせであると説明できる(川上彰二郎、佐藤
尚、川嶋貴之、“バイアススパッタ法で作製される3D
周期ナノ構造の形成機構”、電子情報通信学会誌C−
1、vol.J81−C−1、no.2、pp.108
−109、1998年2月)。
As a method for realizing a photonic crystal, for example, a self-cloning method can be mentioned (Patent publication number:
JP-A-10-335758). This reflects the pattern of the substrate by depositing an alternate multilayer film on the substrate on which the concavo-convex pattern is formed by using a film formation method that uses diffused incidence of deposited particles represented by bias sputtering and sputter etching. This is a method of stacking while retaining the uneven shape. This mechanism has the following three effects, (1) the effect of slowing the deposition rate of the recessed portion that becomes a shadow due to the diffused incidence of deposited particles, and (2) the tilt angle of about 50 due to sputter etching
The effect of maximizing the etching rate on the surface from 60 degrees to 60 degrees, and the effect of re-adhering the particles scraped by sputter etching on the (3) surface to another place on the substrate, at an appropriate ratio. Explain (Shojiro Kawakami, Takashi Sato, Takayuki Kawashima, “3D made by bias sputtering method”
Formation Mechanism of Periodic Nanostructure ", IEICE Journal C-
1, vol. J81-C-1, no. 2, pp. 108
-109, February 1998).

【0014】自己クローニング法において基板上の凹凸
パターンはリソグラフィおよびエッチングで形成される
ため、場所によってことなる任意のパターンを形成する
ことが可能であり、その上に形成されるフォトニック結
晶もパターンを反映し、場所により異なるフォトニック
結晶が実現される。
In the self-cloning method, the concavo-convex pattern on the substrate is formed by lithography and etching, so it is possible to form an arbitrary pattern depending on the location, and the photonic crystal formed thereon also has the pattern. Reflecting this, a photonic crystal that varies from place to place is realized.

【0015】この自己クローニング法により作製される
2次元周期構造において、高い性能をもつ偏光子が実現
されている(特許公開番号:特開2000−5613
3)。
In the two-dimensional periodic structure produced by the self-cloning method, a polarizer having high performance has been realized (Patent Publication No. 2000-5613).
3).

【0016】図4のような基板を用意し、その上に自己
クローニング法で多層膜を堆積することで図5のような
構造が実現できる。こうした構造では図3と同様に符号
12の部分と符号13の部分との間で異なる偏光依存性
を持たせることは可能である。
By preparing a substrate as shown in FIG. 4 and depositing a multi-layered film on it by a self-cloning method, a structure as shown in FIG. 5 can be realized. In such a structure, it is possible to give different polarization dependences between the portions 12 and 13 as in FIG.

【0017】本発明で用いる自己クローニング法を用い
たフォトニック結晶偏光子の作製方法について図5中符
号12に示す部分を用いて詳しく説明する。図5中参照
符号14はアモルファスSiOの層(SiO層)、
符号15はアモルファスSiの層(Si層)である。x
軸方向の周期Lxは0.5μm、z軸方向の周期Lzは
0.57μmである。SiO層14及びSi層15は
厚さをわずかに変化させながら、周期的にx軸方向にそ
って折れ曲がった形状をなしている。符号13は符号1
2をz軸を回転軸に45度回転した構造である。
A method for producing a photonic crystal polarizer using the self-cloning method used in the present invention will be described in detail with reference to the part indicated by reference numeral 12 in FIG. In FIG. 5, reference numeral 14 is a layer of amorphous SiO 2 (SiO 2 layer),
Reference numeral 15 is an amorphous Si layer (Si layer). x
The period Lx in the axial direction is 0.5 μm, and the period Lz in the z-axis direction is 0.57 μm. The SiO 2 layer 14 and the Si layer 15 have a shape which is periodically bent along the x-axis direction while slightly changing the thickness. Reference numeral 13 is reference numeral 1
2 has a structure in which the z axis is rotated by 45 degrees about the z axis.

【0018】まず基板上に電子ビームリソグラフィー技
術により周期的なレジストパターンを形成する。溝の幅
は0.25μm、深さは0.2μm、横方向の周期は
0.5μmである。図4にその模式図を示す。符号9は
基板、符号10は無反射コーティング層、符号11は周
期的な溝の部分である。一般には周期構造の寸法の選択
により、符合10、11は基板と異なる材料から選択す
るが、基板と同一の材料のままその上に溝を形成するこ
ともできる。今回は石英基板上に、SiO及びSiの
ターゲットを用い、バイアス・スパッタリング法によ
り、SiO層とSi層を交互に積層した。その時、各
層のx軸方向に周期的な凹凸の形状を保存しながら成膜
を行うことが肝要である。その条件は次の通りであっ
た:SiOの成膜に対してはArガス圧2Pa、ター
ゲット高周波電力800W、基板高周波電力20W;S
iの成膜に対し、Arガス圧0.15Pa、ターゲット
高周波電力400Wであった。SiOとSiの層を1
0層ずつ積層した。積層した厚さは約6μmである。
First, a periodic resist pattern is formed on a substrate by an electron beam lithography technique. The groove has a width of 0.25 μm, a depth of 0.2 μm, and a lateral period of 0.5 μm. The schematic diagram is shown in FIG. Reference numeral 9 is a substrate, reference numeral 10 is an antireflection coating layer, and reference numeral 11 is a periodic groove portion. Generally, depending on the selection of the size of the periodic structure, the reference numerals 10 and 11 are selected from a material different from that of the substrate, but it is also possible to form the groove on the same material as that of the substrate. This time, a SiO 2 layer and a Si layer were alternately laminated on the quartz substrate by a bias sputtering method using targets of SiO 2 and Si. At that time, it is important to perform film formation while preserving the shape of the periodic unevenness of each layer in the x-axis direction. The conditions were as follows: Ar gas pressure 2 Pa, target RF power 800 W, substrate RF power 20 W; S for the deposition of SiO 2.
For the film formation of i, the Ar gas pressure was 0.15 Pa and the target high frequency power was 400 W. 1 layer of SiO 2 and Si
0 layers were laminated. The laminated thickness is about 6 μm.

【0019】なお基板上の周期的な溝と多層膜の間およ
び、多層膜と空気の屈折率の違いから生じる反射を防ぐ
ため、多層膜10層ずつの上下にそれぞれ厚さを調整し
た膜を挿入することで、多層膜と基板もしくは空気との
整合をとり、反射を低減している。今回、多層膜の上は
空気としたが、別の物質であっても可能である。
In addition, in order to prevent reflection caused between the periodic grooves on the substrate and the multilayer film and between the multilayer film and the air due to a difference in refractive index between the multilayer film, films each having a thickness of 10 layers above and below the multilayer film are adjusted. By inserting, the multi-layer film is matched with the substrate or air, and reflection is reduced. This time, air is used as the top of the multilayer film, but another substance can be used.

【0020】図6に、作製した構造の符号12の部分に
光を垂直に入射した際の各偏波に対する透過率を、波長
を変化させながら測定した結果を示す。ここでは溝に平
行な偏波をTE波、垂直な偏波をTM波と記す。符号1
7で示す波長1.5μm付近においてTM偏波が透過
し、TE偏波が遮断されている。遮断されたTE偏波は
反射光として反射されている。また無反射層を積層開始
部分及び終了部分に導入した結果、TM偏波の透過率は
波長1.5μm付近で高い値を示すとともに、多層膜と
基板および多層膜と空気の界面同士の間で生じる多重反
射の影響で、波長の変化に伴い透過率が変動すること無
く、平坦な特性が得られている。
FIG. 6 shows the results of measuring the transmittance for each polarized wave when light is vertically incident on the portion 12 of the manufactured structure while changing the wavelength. Here, the polarized wave parallel to the groove is referred to as TE wave, and the polarized wave perpendicular to the groove is referred to as TM wave. Code 1
The TM polarized wave is transmitted and the TE polarized wave is blocked near the wavelength of 1.5 μm shown by 7. The blocked TE polarized light is reflected as reflected light. In addition, as a result of introducing the non-reflective layer into the stacking start part and the end part, the transmittance of TM polarization shows a high value in the vicinity of the wavelength of 1.5 μm, and between the multilayer film and the substrate and between the interfaces of the multilayer film and the air. Due to the effect of multiple reflections that occur, flat characteristics are obtained without changing the transmittance with changes in wavelength.

【0021】[0021]

【実施例2】本発明の光アイソレータについて光路図を
用いて動作の説明をする。ここで偏光子からファラデー
回転素子への方向を順方向、その逆の方向を逆方向と
し、それぞれの場合の光路図を図7,8に示す。偏光子
は屈折率1.5の石英基板上に形成され、全反射ミラー
はファラデー回転素子の表面に、蒸着等で形成される。
Second Embodiment The operation of the optical isolator according to the present invention will be described with reference to the optical path diagram. Here, the direction from the polarizer to the Faraday rotator is the forward direction and the opposite direction is the reverse direction, and optical path diagrams in each case are shown in FIGS. The polarizer is formed on a quartz substrate having a refractive index of 1.5, and the total reflection mirror is formed on the surface of the Faraday rotation element by vapor deposition or the like.

【0022】まず順方向での動作について図7を用いて
説明する。ファラデー素子の磁荷は適当な外部もしくは
内部磁場によりそろっているとして、符号23よりx方
向の偏光が入射した場合、符号21の部分の偏光子は透
過する。そしてファラデー回転素子の中で進行方向を見
て時計回りに22.5度回転する。ファラデー回転素子
にはBi系ガーネット厚膜を使用し、厚さは225μ
m、屈折率は2.5である。22.5度回転した光はフ
ァラデー回転素子の裏面に設置された全反射ミラーによ
り反射され、再びファラデー回転素子の中を進行する。
このときファラデー回転素子の非相反性により、偏光方
向の回転は進行方向に対して半時計回りに回転する。つ
まり図7中においてガーネット中を右に進む場合と左に
進む場合の回転方向は同じである。したがってファラデ
ー回転素子を出た光は入射時に比べ、偏光方向が45度
回転している。ここでファラデー回転素子に対して光を
斜めに入射することで、ファラデー回転素子に入射した
位置からずらし、部分22の偏光子に出射させることは
容易である。例えば入射の際に偏光子側より図中に示す
角度θを11度の角度でファラデー回転素子に対して入
射すると、屈折によりガーネット中を7度の角度で進行
する。その場合は55μmずれる。なお、用いている偏
光子は11度の入射角に対しても、十分な特性で動作す
る。
First, the operation in the forward direction will be described with reference to FIG. Assuming that the magnetic charges of the Faraday element are aligned by an appropriate external or internal magnetic field, when polarized light in the x direction enters from the reference numeral 23, the polarizer of the reference numeral 21 transmits. Then, in the Faraday rotator, as viewed in the traveling direction, it rotates 22.5 degrees clockwise. Bi-based garnet thick film is used for the Faraday rotation element, and the thickness is 225μ.
m, the refractive index is 2.5. The light rotated by 22.5 degrees is reflected by the total reflection mirror installed on the back surface of the Faraday rotator, and travels inside the Faraday rotator again.
At this time, due to the non-reciprocity of the Faraday rotator, the rotation of the polarization direction rotates counterclockwise with respect to the traveling direction. That is, in FIG. 7, the direction of rotation is the same when going right through the garnet and when going left. Therefore, the light emitted from the Faraday rotator has its polarization direction rotated by 45 degrees as compared with the time of incidence. Here, by obliquely entering the light into the Faraday rotator, it is easy to shift the light from the position where it enters the Faraday rotator and let it exit the polarizer of the portion 22. For example, when the light enters the Faraday rotator from the polarizer side at an angle θ shown in the figure of 11 °, the light travels in the garnet at an angle of 7 ° due to refraction. In that case, it is displaced by 55 μm. The polarizer used operates with sufficient characteristics even at an incident angle of 11 degrees.

【0023】部分22では入射してきた光の偏光方向
が、この偏光子を透過する偏光方向と90度ずれている
ため、反射され、再びファラデー素子に入り、ファラデ
ー素子の裏面から出射される。ここでの偏光の回転は意
味をなさない。
In the portion 22, the polarization direction of the incident light is deviated by 90 degrees from the polarization direction passing through this polarizer, so that it is reflected, enters the Faraday element again, and is emitted from the back surface of the Faraday element. The rotation of the polarization here does not make sense.

【0024】符号21の部分と符号22の部分へ入射す
る位置のずれが十分大きいことが、余計な迷光の発生を
防ぐ意味では重要である。そこで図9に示すように基板
の右側に偏光子をおくことで距離を得ることが可能であ
るし、例えば図10に示すように、ファラデー回転素子
と全反射ミラーの間に透明板を一枚はさむことで、十分
な距離を得ることが可能である。例えば厚さ1mm、屈
折率1.5の透明板を用いることで、偏光子に入射する
部分と全反射ミラーで反射して帰ってきた位置との間に
500μmの間隔を設けることができる。
It is important in terms of preventing the generation of extra stray light that the deviation of the positions of incidence on the portions 21 and 22 is sufficiently large. Therefore, it is possible to obtain the distance by placing a polarizer on the right side of the substrate as shown in FIG. 9. For example, as shown in FIG. 10, one transparent plate is provided between the Faraday rotator and the total reflection mirror. It is possible to get a sufficient distance by sandwiching. For example, by using a transparent plate having a thickness of 1 mm and a refractive index of 1.5, it is possible to provide a distance of 500 μm between the portion that enters the polarizer and the position that is returned by the total reflection mirror.

【0025】この場合、さらに図11に示すようにファ
ラデー回転素子の大きさを調整し、必要な部分にのみ接
着することで、ファラデー回転素子の中を進行する回数
を減らし、ファラデー回転素子での吸収損失を減らせる
ため、挿入損失を低下させることも可能である。
In this case, the size of the Faraday rotator is further adjusted as shown in FIG. 11, and the Faraday rotator is adhered only to a necessary portion, so that the number of times of traveling in the Faraday rotator is reduced, and the Faraday rotator has Since the absorption loss can be reduced, it is possible to reduce the insertion loss.

【0026】またファラデー回転素子の大きさを調整す
ることで、符号22の部分で反射された光をファラデー
回転素子を通らずに光を取り出すことも可能である。
Further, by adjusting the size of the Faraday rotator, it is possible to extract the light reflected at the portion 22 without passing through the Faraday rotator.

【0027】順方向では特定の偏光方向にのみ動作する
が、例えばレーザの安定化のためにその出射端に設置さ
れる光アイソレータでは、レーザから特定の偏光のみが
出射されるため、特定の偏光方向にのみ機能すればよ
い。なお逆方向に対しては任意の偏光状態の光が入射す
るため、全ての偏光状態の光を遮断しなくてはいけな
い。
In the forward direction, the optical isolator operates only in a specific polarization direction. However, for example, in an optical isolator installed at the emitting end of the laser for stabilizing the laser, only the specific polarization is emitted from the laser. It only has to work in the direction. Since light of any polarization state is incident in the opposite direction, it is necessary to block light of all polarization states.

【0028】次に逆方向から進行してきた光について図
8を用いて説明する。符号30から入射してきた光はま
ずファラデー回転素子のなかで偏光方向が回転するが、
逆方向では任意の偏光について考慮しなくてはならない
ため、ここでの回転は意味をなさない。符号29の部分
の偏光子に入射する場合、光はその時の偏光方向により
透過されるか反射される。−z方向を見てy軸から半時
計回りに45度回転した向きの偏光は透過し、そのまま
光は出射される。この位置は順方向における入射位置か
らずれているため、光は符号31には結合しない。一
方、反射される光の偏光方向は−z方向をみてy軸から
時計周りに45度回転した向きである。反射された光は
ファラデー回転素子を通過し22.5度回転子、全反射
ミラーで反射され、ファラデー回転素子の中を戻ること
でさらに22.5度回転する。その回転方向は、ファラ
デー回転素子の非相反性から、順方向に光が進行する場
合と同じである。結果として符合28の偏光子を透過す
る方向とは90度ずれたy方向の偏光が符号28に入射
する。そこで再度光は反射され、ファラデー回転素子を
通過し、外へと出射される。ファラデー回転素子から出
射される際に反射が存在するが、その反射光は符号31
とはずれた位置に戻ってくるために、符号31に結合す
ることはない。
Next, the light traveling from the opposite direction will be described with reference to FIG. The light incident from the reference numeral 30 first has its polarization direction rotated in the Faraday rotator.
The rotation here does not make sense because in the opposite direction any polarization has to be considered. When incident on the polarizer 29, the light is transmitted or reflected depending on the polarization direction at that time. The polarized light in the direction rotated 45 degrees counterclockwise from the y-axis as viewed in the -z direction is transmitted and the light is emitted as it is. Since this position is displaced from the incident position in the forward direction, the light does not couple to the reference numeral 31. On the other hand, the polarization direction of the reflected light is a direction rotated by 45 degrees clockwise from the y-axis as viewed in the -z direction. The reflected light passes through the Faraday rotator, is reflected by the 22.5 ° rotator and the total reflection mirror, and returns by 22.5 ° by returning inside the Faraday rotator. The rotation direction is the same as the case where light travels in the forward direction due to the non-reciprocity of the Faraday rotator. As a result, polarized light in the y direction, which is deviated by 90 degrees from the direction of transmitting the polarizer of the code 28, enters the code 28. There, the light is reflected again, passes through the Faraday rotation element, and is emitted to the outside. Reflection exists when the light is emitted from the Faraday rotator, and the reflected light is 31
It is not connected to the reference numeral 31 to return to the dislocated position.

【0029】符号29の部分を透過する偏光が偏光子の
基板の裏面で反射され、それが再度偏光子で反射され、
符合31に戻ってくる可能性もあるが、偏光子基板の厚
さを調整することで、その位置をずらすことは可能であ
るし、もしくは基板に平板ではなく楔形の基板を用いる
ことで、裏面での反射光を符号31とはまったく別の方
向に逃がすことは可能である。
The polarized light transmitted through the portion of the reference numeral 29 is reflected on the back surface of the substrate of the polarizer, which is reflected again on the polarizer,
There is a possibility of returning to the code 31, but it is possible to shift the position by adjusting the thickness of the polarizer substrate, or by using a wedge-shaped substrate instead of a flat plate for the back surface. It is possible to let the reflected light at 11 escape in a direction completely different from the reference numeral 31.

【0030】また自己クローニング法では様々な物質を
基板に用いることが可能であり、例えばファラデー回転
素子を偏光子の基板に用いることも可能である。この場
合、図12に示すような構成で光アイソレータが実現可
能であり、その厚さは実質的にファラデー回転素子の厚
さのみとなる。符号51の部分への入射位置と符号52
の部分への入射位置との距離があまりとれない場合は、
全反射ミラーとファラデー回転素子の間に透明板を挿入
することで、距離を持たせ消光比を上げることができ
る。
In the self-cloning method, various substances can be used for the substrate, and for example, a Faraday rotation element can be used for the substrate of the polarizer. In this case, an optical isolator can be realized with the configuration shown in FIG. 12, and its thickness is substantially only the thickness of the Faraday rotator. The incident position on the part of reference numeral 51 and the reference numeral 52
If the distance from the incident position on the
By inserting a transparent plate between the total reflection mirror and the Faraday rotator, it is possible to increase the extinction ratio by increasing the distance.

【0031】またファラデー回転素子の中を複数回反射
させることで、ファラデー回転素子の厚さをさらに薄く
することも可能である。偏光子の隣り合う領域同士が互
いに45/n度(nは整数)異なる領域を(n+1)個
作っておき、ファラデー回転素子中を多重反射によりn
回往復させることで、45度の回転角を得ることができ
る。この場合、ファラデー回転素子の厚さを図1に示す
場合の2/nにすることができる。
It is also possible to further reduce the thickness of the Faraday rotator by reflecting the light inside the Faraday rotator multiple times. (N + 1) regions where adjacent regions of the polarizer are different from each other by 45 / n degrees (n is an integer) are made, and n is generated by multiple reflection in the Faraday rotator.
By reciprocating once, a rotation angle of 45 degrees can be obtained. In this case, the thickness of the Faraday rotation element can be set to 2 / n as shown in FIG.

【0032】[0032]

【発明の効果】透過する偏光方向の異なる反射型偏光子
を組み合わせて、従来必要とされる厚さの半分のファラ
デー回転素子の片側にのみ配置することで光アイソレー
タが実現できる。さらに反射型偏光子にフォトニック結
晶を用いた偏光子を用いることで、一枚の基板の上にこ
となる方向性をもつ偏光子を一度に作製することは容易
である。このフォトニック結晶偏光子は研磨等の加工が
要らず、量産性に優れ、かつ性能も既存の高性能な偏光
子に比べ遜色ないものである。さらに偏光子も従来2枚
必要であったものが半分のコストですむこととなる。し
たがって既存の光アイソレータと同程度の特性のもの
を、1/2以下のコストで実現できることになる。
An optical isolator can be realized by combining reflection type polarizers having different polarization directions to be transmitted and arranging it on only one side of a Faraday rotator having a thickness half that conventionally required. Furthermore, by using a polarizer using a photonic crystal as the reflective polarizer, it is easy to fabricate a polarizer having different directivity on a single substrate at one time. This photonic crystal polarizer does not require processing such as polishing, is excellent in mass productivity, and has performance comparable to existing high-performance polarizers. In addition, half the cost is required for the polarizer, which previously required two sheets. Therefore, it is possible to realize a device having characteristics similar to those of the existing optical isolator at a cost of 1/2 or less.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明の実施例1における光アイソレー
タの基本構造
FIG. 1 is a basic structure of an optical isolator according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 本発明に用いられる場所により偏光依存
性の異なる偏光子
FIG. 2 shows a polarizer having different polarization dependence depending on the location used in the present invention.

【図3】 偏光特性に場所依存性を持つフォトニッ
ク結晶の概念図
FIG. 3 is a conceptual diagram of a photonic crystal having a polarization dependence on location.

【図4】 図2に相当するフォトニック結晶を自己
クローニング法で実現するために必要な基板
FIG. 4 is a substrate necessary for realizing the photonic crystal corresponding to FIG. 2 by the self-cloning method.

【図5】 図2に相当するフォトニック結晶を自己
クローニング法で実現した構造を示す図
FIG. 5 is a diagram showing a structure in which the photonic crystal corresponding to FIG. 2 is realized by a self-cloning method.

【図6】 本発明で用いるフォトニック結晶偏光子
の波長と透過率の関係を示す図
FIG. 6 is a diagram showing a relationship between wavelength and transmittance of a photonic crystal polarizer used in the present invention.

【図7】 順方向における光路図FIG. 7: Optical path diagram in the forward direction

【図8】 逆方向における光路図FIG. 8: Optical path diagram in the opposite direction

【図9】 図1に示す基本構造において反射型偏光
子をファラデー回転素子とは反対側に設置した構造を示
す図
9 is a diagram showing a structure in which a reflective polarizer is installed on the side opposite to the Faraday rotator in the basic structure shown in FIG.

【図10】 図1に示す基本構造にファラデー回転素
子と偏光子との間に透明板をはさんだ構造を示す図
FIG. 10 is a diagram showing a structure in which a transparent plate is sandwiched between the Faraday rotator and a polarizer in the basic structure shown in FIG.

【図11】 図10に示す構造においてファラデー回
転素子の大きさを調整し、ファラデー回転素子中を光が
進行する回数を減らした構造を示す図
11 is a diagram showing a structure in which the size of the Faraday rotator is adjusted in the structure shown in FIG. 10 to reduce the number of times light travels in the Faraday rotator.

【図12】 図1に示す基本構造においてファラデー
回転素子の表面に直接フォトニック結晶偏光子を形成し
た構造を示す図
FIG. 12 is a diagram showing a structure in which a photonic crystal polarizer is directly formed on the surface of a Faraday rotator in the basic structure shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 偏光子の基板 2 ファラデー回転素子 3 全反射ミラー 4 場所により偏光依存性の異なる偏光子 5 z方向を見てy軸から時計回りに45度
回転した方向の偏光が透 過し、それに垂直な偏光が反射される偏光子 6 x方向の偏光が透過しy方向の偏光が反
射される偏光子 7 x方向に一様な構造をもつ2次元フォト
ニック結晶 8 x軸から45度回転した方向に一様な構
造をもつ2次元フォトニック結晶 9 基板 10 無反射コーティング層 11 周期的な溝 12 自己クローニング法で作製されたy方向
に一様な構造をもつ2次元フォトニック結晶 13 自己クローニング法で作製されたy方向
から45度回転した方向に一様な構造をもつ2次元フォ
トニック結晶 14 SiO層 15 Si層 16 基板成形層 17 TM波を透過させる偏光子として作用す
る波長帯の一つ 18 基板 19 ファラデー回転素子 20 全反射ミラー 21 x方向の偏光を透過しy方向の偏光を反
射する偏光子 22 符号21の偏光子の特性がz軸を回転軸
として45度回転した特性を持つ偏光子 23 順方向における入射位置 24 順方向における出射位置 25 基板 26 ファラデー回転素子 27 全反射ミラー 28 x方向の偏光を透過しy方向の偏光を反
射する偏光子 29 符号28の偏光子の特性がz軸を回転軸
として45度回転した特性を持つ偏光子 30 順方向における出射位置 31 順方向における入射位置 32 基板 33 ファラデー回転素子 34 全反射ミラー 35 x方向の偏光を透過しy方向の偏光を反
射する偏光子 36 符号35の偏光子の特性がz軸を回転軸
として45度回転した特性を持つ偏光子 37 基板 38 透明板 39 ファラデー回転素子 40 全反射ミラー 41 x方向の偏光を透過しy方向の偏光を反
射する偏光子 42 符号41の偏光子の特性がz軸を回転軸
として45度回転した特性を持つ偏光子 43 基板 44 透明板 45 ファラデー回転素子 46 全反射ミラー 47 x方向の偏光を透過しy方向の偏光を反
射する偏光子 48 符号41の偏光子の特性がz軸を回転軸
として45度回転した特性を持つ偏光子 49 ファラデー回転素子 50 全反射ミラー 51 x方向の偏光を透過しy方向の偏光を反
射する偏光子 52 符号45の偏光子の特性がz軸を回転軸
として45度回転した特性を持つ偏光子
1 Polarizer Substrate 2 Faraday Rotating Element 3 Total Reflection Mirror 4 Polarizer with Different Polarization Dependence Depending on Location 5 Polarized light in the direction rotated 45 degrees clockwise from the y axis when viewed in the z direction is transmitted, and polarized light perpendicular to it A two-dimensional photonic crystal 8 having a uniform structure in the x direction. A two-dimensional photonic crystal having a uniform structure in the x direction. Two-dimensional photonic crystal 9 having a similar structure 9 Substrate 10 Anti-reflection coating layer 11 Periodic grooves 12 Two-dimensional photonic crystal having a uniform structure in the y direction produced by the self-cloning method 13 Produced by the self-cloning method acts as a polarizer that transmits the two-dimensional photonic crystal 14 SiO 2 layer 15 Si layer 16 substrate molded layer 17 TM wave having a uniform structure in the direction rotated 45 degrees from been y-direction One of the wavelength bands 18 Substrate 19 Faraday rotator 20 Total reflection mirror 21 Polarizer 22 that transmits polarized light in the x direction and reflects polarized light in the y direction 22 The characteristic of the polarizer 21 is 45 degrees with the z axis as the rotation axis. Polarizer 23 having rotated characteristics 23 Incident position in forward direction 24 Ejection position in forward direction 25 Substrate 26 Faraday rotator 27 Total reflection mirror 28 Polarizer 29 that transmits polarized light in the x direction and reflects polarized light in the y direction 29 Polarizer 30 has a characteristic that the characteristic of the polarizer is rotated by 45 degrees about the z-axis as a rotation axis 30 Ejection position in the forward direction 31 Incident position in the forward direction 32 Substrate 33 Faraday rotator 34 Total reflection mirror 35 Transmits polarized light in the x direction Polarizer 36 that reflects polarized light in the y-direction 36 Polarizer 37 having the property that the property of the polarizer 35 is rotated by 45 degrees about the z-axis as the rotation axis 37 Substrate 38 Transparent plate 39 Faraday rotator 40 Total reflection mirror 41 Polarizer 42 that transmits polarized light in the x-direction and reflects polarized light in the y-direction Polarized light having the characteristic of a polarizer rotated by 45 degrees about the z-axis as the rotation axis Child 43 Substrate 44 Transparent plate 45 Faraday rotator 46 Total reflection mirror 47 Polarizer 48 that transmits polarized light in the x direction and reflects polarized light in the y direction The characteristic of the polarizer 41 is rotated by 45 degrees about the z axis as the rotation axis. Polarizer with characteristics 49 Faraday rotator 50 Total reflection mirror 51 Polarizer 52 that transmits polarized light in the x direction and reflects polarized light in the y direction The characteristic of the polarizer denoted by reference numeral 45 is that rotated by 45 degrees about the z axis as the rotation axis. With a polarizer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石川 理 宮城県宮城郡七ヶ浜町汐見台南2丁目21番 8号 (72)発明者 佐藤 尚 宮城県仙台市太白区富沢南1丁目2番5号 ボナール富沢302号 Fターム(参考) 2H049 BA02 BA08 BA46 BB03 BC06 BC25 2H099 AA01 BA02 CA01 CA17 DA05   ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Osamu Ishikawa             2-21-21 Shiomidainan, Shichigahama-cho, Miyagi-gun, Miyagi Prefecture             No. 8 (72) Inventor Nao Sato             1-2-5 Tomizawaminami, Taihaku-ku, Sendai City, Miyagi Prefecture               Bonard Tomizawa No. 302 F-term (reference) 2H049 BA02 BA08 BA46 BB03 BC06                       BC25                 2H099 AA01 BA02 CA01 CA17 DA05

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】互いに45度異なる偏光特性をもつ複数の
領域をもつ反射型偏光素子を少なくとも一枚と回転角2
2.5度のファラデー素子を少なくとも一枚と全反射ミ
ラー1枚からなる偏光依存型光アイソレータ
1. At least one reflective polarizing element having a plurality of regions having polarization characteristics different from each other by 45 degrees and a rotation angle of 2.
Polarization dependent optical isolator consisting of at least one 2.5 degree Faraday element and one total reflection mirror
【請求項2】請求項1に記載の反射型偏光素子をフォト
ニック結晶を用いることで一枚の基板の上に作製したも
のを用いることを特徴とした偏光依存型光アイソレータ
2. A polarization-dependent optical isolator characterized by using the reflection-type polarization element according to claim 1 formed on a single substrate by using a photonic crystal.
【請求項3】請求項1ならび請求項2に記載の全反射ミ
ラーを反射型偏光子とすることを特徴とする偏光依存型
光アイソレータ
3. A polarization-dependent optical isolator, wherein the total reflection mirror according to claim 1 or 2 is a reflection type polarizer.
【請求項4】請求項3に記載の全反射ミラーの代わりに
用いる反射型偏光子をフォトニック結晶を用いることを
特徴とした偏光依存型光アイソレータ
4. A polarization-dependent optical isolator, characterized in that a photonic crystal is used as a reflection-type polarizer used in place of the total reflection mirror according to claim 3.
【請求項5】請求項2に記載のフォトニック結晶を用い
た反射型偏光素子をファラデー素子上に直接形成するこ
とを特徴とする偏光依存型光アイソレータ
5. A polarization-dependent optical isolator characterized in that a reflective polarization element using the photonic crystal according to claim 2 is directly formed on a Faraday element.
【請求項6】請求項1から5に記載の偏光依存型光アイ
ソレータにおいて透明板を少なくとも1枚挿入すること
を特徴とする偏光依存型光アイソレータ
6. The polarization-dependent optical isolator according to claim 1, wherein at least one transparent plate is inserted.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008117528A1 (en) * 2007-03-24 2008-10-02 Photonic Lattice, Inc. Laser resonator and laser device having uneven polarization distribution
TWI411057B (en) * 2007-12-07 2013-10-01 Tokyo Electron Ltd Treatment apparatus, treatment method, and storage medium

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008117528A1 (en) * 2007-03-24 2008-10-02 Photonic Lattice, Inc. Laser resonator and laser device having uneven polarization distribution
JPWO2008117528A1 (en) * 2007-03-24 2010-07-15 株式会社フォトニックラティス Laser resonator and laser device with non-uniform polarization distribution
TWI411057B (en) * 2007-12-07 2013-10-01 Tokyo Electron Ltd Treatment apparatus, treatment method, and storage medium

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