JP2006184909A - フォトニック結晶を利用した光アイソレータ - Google Patents

Abstract

【課題】フォトニック結晶を利用することで、簡単な構造でアライメントが容易であり、かつアイソレーションが更に向上可能な光アイソレータ、を提供する。
【解決手段】入力部では、フォトニック結晶から成る入力導波管が入力導波路を囲む。両者間の境界面は、逆方向に対する傾きが鋭角であるテーパ部を含む。出力部では、フォトニック結晶から成る出力導波管が出力導波路を囲む。両者間の境界面は、光軸に対する傾きがテーパ部の傾きより大きい戻り光遮断面を含む。入力部と出力部との間は幅の極めて狭い連結導波路が接続する。連結導波路はフォトニック結晶で囲まれている。
【選択図】図７

Description

本発明は光アイソレータに関し、特に、フォトニック結晶を利用した光アイソレータに関する。

光通信システムの伝送効率を更に上昇させるには、レーザ光源に対して更に高い性能が要求される。例えば、レーザのスペクトル、ライン幅、または固有ノイズの変動に対して、更に高い安定性が要求される。レーザ光源のこれらの性能を高く維持するには、光伝送路から光源に向けて反射される光、すなわち戻り光を更に抑え、戻り光からレーザ光源を更に確実に保護しなければならない。戻り光の抑制は更に、光伝送路中のノイズの低減にもつながる。

戻り光の遮断には光アイソレータが利用される。光アイソレータは非可逆性光素子であり、すなわち、順方向にはほとんど減衰させることなく光信号を伝送する一方、逆方向には光を分散させて光信号を伝送させない光素子である。従来の光アイソレータは一般に、ファラデー効果を利用する（例えば、非特許文献1参照）。ファラデー効果は磁気光学効果とも呼ばれ、磁界が作用する誘電体の中をその磁界と平行に電磁波が伝播するとき、その電磁波の偏波面が徐々に回転していく現象をいう。ここで、電磁波の進行方向が磁界の方向と同じであるときと反対であるときとでは、電磁波の偏波面の回転方向が反対である。図１に示されているように、従来の光アイソレータは、偏光子10、ファラデー回転子13、及び検光子15を備える。順方向に進行する光線L₁は偏光子10を透過することで一定方向の直線偏光に変換される。偏光子10を透過した光線L₁がファラデー回転子13を通過する間に、その光線L₁の偏光方向が進行方向（順方向）を軸として＋45゜回転する。ファラデー回転子13を通過した光線L₁は検光子15に入射される。ここで、検光子15の結晶光軸は偏光子10の結晶光軸から、光線L₁の進行方向（順方向）を軸として＋45゜傾いている。従って、偏光子10とファラデー回転子13とを透過した光線L₁の偏光方向が検光子15の結晶光軸の方向と一致するので、光線L₁は検光子15を透過する。こうして、順方向に進行する光線L₁は光アイソレータを通過できる。一方、逆方向に進行する光線L₂は検光子15を透過することで一定方向の直線偏光に変換される。ここで、その偏光方向は偏光子10の結晶光軸から光線L₂の進行方向（逆方向）を軸として−45゜傾いている。検光子15を透過した光線L₂がファラデー回転子13を通過する間に、その光線L₂の偏光方向が進行方向（逆方向）を軸として−45゜回転する。その結果、検光子15とファラデー回転子13とを通過した光線L₂の偏光方向が偏光子10の結晶光軸に対して垂直である。従って、逆方向に進行する光線L₂は偏光子10により遮断されるので、光線L₂は光アイソレータを通過できない。
山下真司著、「イラスト・図解 光ファイバ通信の仕組みがわかる本」、初版、株式会社技術評論社、2002年4月25日、p.190−193

近年の光通信システムでは、高密度波長分割多重化（ＤＷＤＭ：Dense Wavelength Division Multiplexing）方式が採用されている。ＤＷＤＭ方式は、一筋の光ファイバで複数の異なる波長の光信号を同時に伝送する技術である。ＤＷＤＭ方式の採用によって伝送能力が更に向上するので、ネットワーク構築の更なる効率化、及びそれによるシステム費用の更なる節減が可能である。非対称デジタル加入者網を始めとする超高速情報通信市場の目覚ましい成長に後押しされ、ＤＷＤＭ方式の需要は全世界的に、爆発的に増えている。

ＤＷＤＭ方式では光源のスペクトル線幅が更に狭いので、その線幅を更に安定に保持することが重要である。更に、光通信装置の更なる小型化に伴い、光部品の更なる集積化が求められている。以上のことから、光アイソレータの構造が更に単純化され、更なる小型化、及び、例えばアライメント等、必要な調整の簡素化による信頼性の更なる向上が実現されねばならない。しかし、上記のような従来のアイソレータは、偏光子、ファラデー回転子、及び検光子の組合せを利用しているので、必要な部品が多く、かつ構造が複雑である。従って、従来の光アイソレータは構造の更なる単純化が困難である。その上、部品間のアライメントが難しいので、信頼性の更なる向上が困難である。

本発明は、フォトニック結晶を利用することで、構造が簡単であり、かつアライメントが容易であり、しかもアイソレーションが更に向上可能な光アイソレータ、の提供を目的とする。

本発明による光アイソレータは、光信号を順方向には通し、逆方向には通さない光アイソレータであり、
入口から入射されて順方向に進む光信号を出口に伝送する入力導波路、及び、その入力導波路の周囲に形成されたフォトニック結晶から成り、入力導波路との間の境界面に、光軸に対して傾いて逆方向に対する傾きが鋭角であるテーパ部、を含む入力導波管、を備えた入力部、並びに、
入力導波路の出口に連結された入口から入射されて順方向に進む光信号を出口に伝送する出力導波路、及び、その出力導波路の周囲に形成されたフォトニック結晶から成り、出力導波路との間の境界面に、光軸に対する傾きが上記のテーパ部の傾きより大きい戻り光遮断面、を含む出力導波管、を備えた出力部、
を有する。好ましくは、上記のフォトニック結晶がホールまたはロッドの配列を含む。その配列が三角形または四角形の格子構造を成しても良い。更に好ましくは、上記のテーパ部が階段状のホールまたはロッドの配列から成る。

本発明による上記の光アイソレータは好ましくは、入力導波路と出力導波路との間に連結導波路をさらに有する。その場合、更に好ましくは、フォトニック結晶がホールまたはロッドの配列を含み、連結導波路の幅がホールまたはロッドの直径と等しい。更に、連結導波路の長さが、一列に並ぶ3〜6個のホールまたはロッド全体の長さと等しい。尚、ここでいう連結導波路の幅や長さには、例えば成型誤差等、当業者には自明な誤差が含まれても良い。

本発明による上記の光アイソレータでは、順方向に対する戻り光遮断面の傾きが鋭角であっても、鈍角であっても良い。その他に、戻り光遮断面が光軸に対して垂直であっても良い。

本発明による上記の光アイソレータは好ましくは、
出力導波路の内部でその入口付近に配置され、戻り光遮断面に対向する第１面、及び、戻り光遮断面を除く出力導波路と出力導波管との間の境界面に対向する第２面、を備えるブロック、並びに、
戻り光遮断面と上記の第１面との間、及び上記の境界面と上記の第２面との間に形成され、入力導波路から出力導波路に向かう光信号を案内する狭導波路、を更に有する。フォトニック結晶がホールまたはロッドの配列を含む場合、好ましくは、狭導波路の幅がホールまたはロッドの直径と等しい。その他に、上記の境界面が、上記のブロックに隣接するホールまたはロッドの一列を含む突出部、をさらに備えても良い。好ましくは、その突出部の幅が狭導波路の幅と等しい。更に好ましくは、出力導波路の光軸方向での上記ブロックの第２面の長さが、一列に並ぶ5〜9個のホールまたはロッド全体の長さと等しい。尚、ここでいう狭導波路や突出部の幅、または第２面の長さには、例えば成型誤差等、当業者には自明な誤差が含まれても良い。

本発明による光アイソレータは、フォトニック結晶を利用して一体的に形成可能である。従って、従来の光アイソレータとは異なり、更なる小型化が容易である。更に、アライメントが不要であるので、製造工程が簡単化される。従って、信頼性が更に高い。その他に、部品点数が少ないので製造コストが低い。その上、例えばレーザダイオードまたは光ファイバと一体化できるので、光通信システムの更なるコンパクト化が可能である。本発明による上記の光アイソレータでは特に、出力導波路内に上記のブロックが構成できるので、従来の光アイソレータより、戻り光の遮断能力、すなわちアイソレーションが更に高い。

以下、添付図面を参照しつつ本発明の望ましい実施形態について詳細に説明する。
本発明による光アイソレータは以下に記載される実施例の通り、従来の光アイソレータとは異なり、フォトニック結晶から成る導波管で導波路を囲んだ光素子を含む。フォトニック結晶とは、誘電定数が異なる誘電体または構造を周期的に配列することで、透過可能な電磁波のエネルギースペクトルに禁止帯（フォトニックバンドギャップ（ＰＢＧ：Photonic Band Gap）という）が設けられた人工結晶をいう。フォトニック結晶に光が入射する場合、ＰＢＧ以外のほとんどの周波数帯域では光が散乱されずに結晶を通過する。一方、ＰＢＧでは光が結晶を通過できず、反射される。従って、所定の空洞をフォトニック結晶で囲むことで、ＰＢＧ内に属する特定周波数の光をその空洞内に閉じ込めることもできる。従って、フォトニック結晶は、分岐フィルタ、光導波路、光遅延素子、レーザ等、様々な光素子に応用できる。

フォトニック結晶は二次元のホール型と三次元のロッド型とに大別される。図２は二次元のフォトニック結晶構造の例を示し、図３は三次元のフォトニック結晶構造の例を示す。ホール型のフォトニック結晶では平面状の誘電体にホールが周期的に開けられている。一方、ロッド型のフォトニック結晶ではロッド状の誘電体が周期的に組み合わされている。フォトニック結晶を利用した光素子では一般に、ホールが開けられた領域、またはロッドが組み合わされた領域に囲まれた領域が導波領域として利用される。例えば図２では、ホールhに囲まれた部分18が導波領域として利用される。ホールまたはロッドは好ましくは、三角形または四角形の格子構造を成す。図４は三角形の格子構造を成すホールhの例を示し、図５は四角形の格子構造を成すロッドlの例を示す。ここで、ロッドが図４のような三角形の格子構造を成しても良く、ホールが図５のような四角形の格子構造を成しても良い。図６は、本発明の実施形態による光アイソレータで利用されるホール型のフォトニック結晶について、透過可能な電磁波モードのバンド構造を示す。ここで、このフォトニック結晶では特に、隣接する二つのホール間での中心の間隔aが750nmであり、ホール半径γ_dが0.2aであり、誘電体の誘電定数εが8.9である。図6では、縦軸が基準周波数2π×光速度／aに対する電磁波の相対的な周波数を表し、横軸がフォトニック結晶内の方位を表す。更に、破線TEがＴＥモード光の周波数を表し、実線TMがＴＭモード光の周波数を表す。図6に示されているように、フォトニック結晶では一般に、全方位にＰＢＧが形成される。

≪実施例１≫
本発明の実施例１による光アイソレータは、入力部50、連結導波路60、及び出力部70を備える（図７参照）。ここで、図7は光アイソレータの導波路を含む断面図である。その断面全体は、図7が記載された紙面の上下から別のフォトニック結晶から成る層に挟まれている（図示せず）。入力部50は、外部のファイバまたは導波管（図示せず）に接続され、それらから入力される光信号を受信する。連結導波路60は入力部50により受信された光信号を出力部70に伝送する。出力部70は、外部のファイバまたは導波管（図示せず）に接続され、それらに対し、入力部50から連結導波路60を通して伝送された光信号を出力する。入力部50から出力部70に向かう方向を順方向と呼び、その反対方向を逆方向と呼ぶ。後述の通り、順方向に進む光信号がほとんど減衰しないのに対し、逆方向に進む光信号は十分に減衰する。

入力部50は入力導波路52と、その周囲に形成された入力導波管54とを備える。入力導波管54はフォトニック結晶から構成される。図７では、入力導波管54がホール型のフォトニック結晶から構成された場合が例示されている。その場合、好ましくは、入力導波路52と入力導波管54とが同じ基板に一体化され、特に、ホールの有無だけで両者が区別される。尚、入力導波管54がロッド型のフォトニック結晶から構成されても良い。その場合でも以下の説明は同様である。入力導波管54はＰＢＧを有する（図6参照）。外部から入力部50に入射される順方向の光信号に対し、その周波数が入力導波管54のＰＢＧに属するように設定される。従って、その光信号は、入力導波管54の内部には進入できずに反射されるので、入力導波路52に沿って進む。

入力導波路52と入力導波管54との間の境界面は特に、光軸cに対して傾いたテーパ部55を含む。ここで、逆方向に対するテーパ部55の傾きθ₁が鋭角である。従って、テーパ部55近傍では、入力導波路52の幅（光軸cに対して垂直な方向の大きさ）が出力部70に近い部分ほど狭い。図6に示されているように入力導波管54がホール型のフォトニック結晶である場合、好ましくは、テーパ部55がホールhの階段状の配列から形成される。図6に示されているテーパ部55では例えば、ホールhが順方向に沿って３個並ぶたびにホールhの列が一つ増えている。すなわち、図6では、一段当たりの長さ（光軸cの方向の大きさ）SLと幅SWとの比がSL：SW＝3：1である。長さSLと幅SWとの比を調節することで、逆方向に対するテーパ部55の傾きθ₁が調節される。一方、テーパ部55全体に含まれる段数は入力導波路52の長さとその入口での幅GW₁とによって調節可能である。テーパ部55により、入力導波路52の幅は入口から出口58に向けて徐々に狭まる。尚、テーパ部55を成すホールまたはロッドの配列構造が、図6に示されているような階段構造以外の他の配列構造であっても良い。

入力導波路52の出口58には連結導波路60が連結される。特に、入力導波路52と連結導波路60との間では光軸cが共通である。連結導波路60は好ましくは、入力導波路52と入力導波管54と共に、同じ基板に一体化される。更に、連結導波路60の周囲には入力導波管54と同様なフォトニック結晶が形成される。特に、ホール型のフォトニック結晶が形成される場合、その内部のホールが開けられていない狭い領域が連結導波路60として利用されても良い。連結導波路60の周囲のフォトニック結晶は入力導波管54と同様なＰＢＧを有する。従って、順方向に進む上記の光信号が入力導波路52から連結導波路60に進入するとき、その光信号は周囲のフォトニック結晶の内部には進入できずに反射されるので、連結導波路60に沿って進む。連結導波路60の幅CWは、好ましくは1〜3個のホールhから成る配列の幅と等しい。更に好ましくは、入力導波路52の出口58の幅、及び連結導波路60の幅CWがホールhの直径2rと等しい（図7の拡大図参照）。一方、連結導波路60の長さCLは好ましくは、1〜7個のホールから成る配列の長さと等しい。

出力部70は出力導波路72と、その周囲に形成された出力導波管74とを備える。出力導波路72は連結導波路60に連結される。それにより、出力導波路72は連結導波路60を通して入力導波路52と連続的につながる。特に、入力導波路52、連結導波路60、及び出力導波路72が同じ光軸cを共有する。好ましくは、出力導波路72の出口の幅GW₂が入力導波路52の入口の幅GW₁と等しい。出力導波管74は入力導波管54と同様なフォトニック結晶から成る。図7では、出力導波管74がホール型のフォトニック結晶から構成された場合が例示されている。その場合、好ましくは、出力導波路72と出力導波管74とが同じ基板に一体化され、特に、ホールの有無だけで両者が区別される。尚、入力導波管54と同様に、出力導波管74はロッド型のフォトニック結晶から構成されても良い。出力導波管74は入力導波管54と同様なＰＢＧを有する。従って、入力導波路52に沿って順方向に進む上記の光信号が連結導波路60を通して出力導波路72に進入するとき、その光信号は出力導波管74の内部には進入できずに反射されるので、出力導波路72に沿って進み、外部に出力される。

出力導波路72と出力導波管74との間の境界面は特に連結導波路60近傍に、戻り光遮断面75を含む。戻り光遮断面75は光軸cに対して傾いている。特に、その傾きθ₂が入力導波路52のテーパ部55の傾きθ₁より十分に大きい（θ₂≫θ₁）。順方向に対する戻り光遮断面75の傾きθ₂自体は、鋭角、直角、または鈍角のいずれでも良い。図7は、戻り光遮断面75の傾きθ₂が鋭角である場合を示し、図8は、戻り光遮断面75の傾きθ₂が直角である場合を示し、図9は、戻り光遮断面75の傾きθ₂が鈍角である場合を示す。図7に示されている場合では、出力導波路72の出口に近いほど、戻り光遮断面75が光軸cから離れるので、出力導波路72の幅が広くなる。一方、図10に示されている場合では、出力導波路72の出口に近いほど、戻り光遮断面75が光軸cに近づくので、出力導波路72の領域が広くなる。

一般に、導波路の幅が場所に応じて変化するとき、その変化に応じて、その導波路内を伝搬する電磁波のモードが変化する。特に、モードの変化率が導波路の幅の変化率に対応する。入力導波路52ではテーパ部55により、幅が入口から出口に向けて徐々に狭まる。その幅の変化率が十分に低いので、入力導波路52内を順方向に進む光信号の受けるモード変換が十分に断熱的である。従って、モード変換に伴う損失が十分に小さい。一方、出力導波路72では戻り光遮断面75により、連結導波路60との間の連結部近傍で幅が急激に変化する。その幅の変化率が十分に高いので、出力導波路72内を逆方向に進む光信号の受けるモード変換が十分に激しい。従って、モード変換に伴う損失が十分に大きい。こうして、本発明の実施例1による光アイソレータでは、アイソレーション（逆方向に伝送される光信号の強度に対する順方向に伝送される光信号の強度の比）が十分に高い。すなわち、順方向に進む光信号がほとんど減衰しない一方、逆方向に進む光信号が十分に減衰する。

本発明の実施例1による光アイソレータは上記の通り、フォトニック結晶を利用することで、入力部50、連結導波路60、及び出力部70を一体的に含む。従って、従来の光アイソレータとは異なり、更なる小型化が容易である。更に、アライメントが不要であるので、製造工程が簡単化される。従って、信頼性が更に高い。その他に、部品点数が少ないので製造コストが低い。その上、例えばレーザダイオードまたは光ファイバと一体化できるので、光通信システムの更なるコンパクト化が可能である。

≪実施例２≫
図10は、本発明の実施例２による光アイソレータを示す。この光アイソレータは図６に示されているように、上記の実施例1による光アイソレータの構成に加え、出力導波路72の入口近傍にブロック78をさらに備える。ブロック78は以下に述べる通り、実施例１による光アイソレータのアイソレーションを更に向上させる。

ブロック78は好ましくは、出力導波管74と同様なフォトニック結晶から成る。図10では、ブロック78がホール型のフォトニック結晶から構成された場合が例示されている。その場合、好ましくは、ブロック78が出力導波路72と同じ基板に一体化され、特に、ホールの有無だけで両者が区別される。尚、ブロック78がロッド型のフォトニック結晶から構成されても良い。ブロック78は特に、戻り光遮断面75に対向する第１面78a、及び、出力導波路72と出力導波管74との間の境界面のうち、戻り光遮断面75以外の部分77に対向する第２面78bを備える。第１面78aと第２面78bとは好ましくはホールhの配列から成る。第１面78aと戻り光遮断面75との間、及び第２面78bと境界面77との間には、出力導波路72より幅の狭い狭導波路80が形成される。特に、出力導波管74とブロック78とが同じホール型のフォトニック結晶である場合、両者間に挟まれた、ホールが開けられていない狭い領域が狭導波路80として利用されても良い。狭導波路80の幅は好ましくは、1個または2個のホールhから成る配列の幅と等しい。ブロック78は出力導波管74と同様なＰＢＧを有する。従って、入力導波路52から連結導波路60を通して順方向に進む光信号は、出力導波管74とブロック78とのいずれの内部にも進入できずに反射されるので、狭導波路80に沿って進み、出力導波路72に到達する。

出力導波路72と出力導波管74との間の境界面77には、ブロック78に隣接する突出部79が形成されても良い。突出部79は好ましくは、光軸cの方向に一列に並ぶホールhから形成されている。一方、突出部79に面したブロック78のエッジ78cの角度が好ましくは直角である。それにより、狭導波路80の出口が突出部79とブロック78のエッジ78cとによって塞がれる。好ましくは、突出部79の幅が狭導波路80の幅と等しい。その他に、突出部79が二列に並ぶホールhから形成されても良い。更に、突出部79の長さは好ましくは、3〜10個のホールから成る配列の長さと等しい。すなわち、ホールhの半径をrとするとき、突出部79の幅はホールhの直径2rまたはその倍4rであり、突出部79の長さは6r〜20rである。

出力導波路72内を逆方向に進む光信号のほとんどはブロック78と突出部79とにより反射されるので、その光信号のごくわずかしか、狭導波路80内には進入できない。更に、狭導波路80の幅は出力導波路72の幅より著しく狭いので、モードの変化が十分に大きい。従って、モード変換に伴う損失が十分に大きいので、狭導波路80に進入した逆方向の光信号はほぼ完全に減衰する。こうして、本発明の実施例２による光アイソレータは、上記の実施例１による光アイソレータより、アイソレーションが更に高い。

本発明の実施例２による光アイソレータでは、例えば図11に示されているように、フォトニック結晶構造を決定する主な因子が、ホールh（またはロッド）の半径r、光アイソレータ全体の長さLと幅W、フォトニック結晶媒質の屈折率n、結晶格子構造、テーパ部55の傾きSW：SL、ブロック78の長さBL、ブロック78のエッジ78cの角度、連結導波路60の長さCLと幅CW、入力導波路52の入口の幅と出力導波路72の出口の幅GW、及び、突出部79の長さPLと幅PW等を含む。これらの因子とアイソレーションとの間の関係を示すシミュレーション結果の一例を表１に示す。更に、表１に示されている二種類の因子群のそれぞれについて、光信号の強度の時間的変化を表すグラフを図12、13に示す。ここで、ホール型のフォトニック結晶中、隣接する二つのホール間での中心の間隔aが750nmであり、基準周波数2π×光速度／aに対する光信号の相対的な周波数が0.5である。そのとき、フォトニック結晶のＰＢＧが特に1.5μmを含む。表１では更に、ブロック78、連結導波路60、及び突出部79の長さや幅がホールの直径2rの倍数で表されている。

表１に示されている通り、本発明の実施例２による光アイソレータではアイソレーションが十分に高いことが確認された。すなわち、順方向に進む光信号がほとんど減衰しない一方、逆方向に進む光信号が大きく減衰する。表１からは更に、アイソレーションを十分に高く維持したまま、光アイソレータ全体の長さを半分にできることがわかる。このように、本発明の実施例２による光アイソレータは上記の実施例1による光アイソレータの利点、すなわち更なる小型化や信頼性の更なる向上が容易であるという点に加え、ブロック78を利用したアイソレーションの更なる向上が容易である。

本発明の実施例２による光アイソレータはホール型のフォトニック結晶を利用したものの他に、ロッド型のフォトニック結晶を利用したものであっても良い。図14では、ロッドlの配列が四角形の格子構造を成している例が示されている。そのように、ロッド型のフォトニック結晶構造を有する光アイソレータでも、図10に示されているホール型のフォトニック結晶構造を有する光アイソレータと同様な構造を実現可能である。すなわち、入力部100では特に、入力導波路102と入力導波管104との間の境界面が階段状のテーパ部105を含む。一方、出力部120では特に、出力導波路122と出力導波管124との間の境界面127が戻り光遮断面125を含む。ここで、戻り光遮断面125は光軸cと直交している。入力部100と出力部120との間には連結導波路110が形成される。連結導波路110に連結された出力導波路122の入口付近にはブロック128が設置される。ブロック128は、戻り光遮断面125に対向する面、及び境界面127の光軸cと平行な部分に対向する面を含む。戻り光遮断面125とブロック128との間、及び境界面127とブロック128との間には幅の狭い狭導波路130が形成される。更に、境界面127は、狭導波路130の出口付近に、突出部129を含む。突出部129は、光軸cの方向に3個のロッド、幅方向に2個のロッドがそれぞれ並ぶ配列から成る。これらの構造により、図10に示されているホール型のフォトニック結晶による構造と同様に高いアイソレーションが得られる。図15は、ロッド型のフォトニック結晶構造を有する光アイソレータについて、光信号の強度を表したグラフである。図15に示されている通り、順方向に進む光信号の強度がほぼ0.8まで上昇するのに対し、戻り光の強度は0.1より低く維持される。このように、ロッド型のフォトニック結晶構造でも十分に高いアイソレーションが獲得可能である。すなわち、本発明の実施例２による光アイソレータは、ホール型のフォトニック結晶構造だけではなく、ロッド型のフォトニック結晶構造を利用しても実現可能である。

本発明は、特に光通信システムで利用される光アイソレータに関し、上記の通り、フォトニック結晶を利用する。このように、本発明は明らかに、産業上利用可能である。

従来の光アイソレータの構造を概略的に表す模式図である。 二次元のフォトニック結晶構造を示した写真である。 三次元のフォトニック結晶構造を示した写真である。 三角形の格子構造を有するホール型のフォトニック結晶を示した図である。 四角形の格子構造を有するロッド型のフォトニック結晶を示した図である。 本発明の実施例で利用されるフォトニック結晶のＰＢＧを示したグラフである。 本発明の実施例１による光アイソレータを示した平面図である。 本発明の実施例１による光アイソレータの一つの変形例を示した平面図である。 本発明の実施例１による光アイソレータの別の変形例を示した平面図である。 本発明の実施例２による光アイソレータを示した平面図である。 図１０に示されている光アイソレータの構造を決定する主なサイズを示した平面図である。 表１に例示された一つのフォトニック結晶構造を有する光アイソレータについて、光信号の強度の時間的変化を示したグラフである。 表１に例示された別のフォトニック結晶構造を有する光アイソレータについて、光信号の強度の時間的変化を示したグラフである。 本発明の実施例２による光アイソレータの変形例を示した平面図である。 図１０に示された構造の光アイソレータについて、光信号の強度の時間的変化を示したグラフである。

符号の説明

50 入力部
52 入力導波路
54 入力導波管
55 テーパ部
58 入力導波路52の出口
60 連結導波路
70 出力部
72 出力導波路
74 出力導波管
75 戻り光遮断面
77 出力導波路72と出力導波管74との間の境界面
78 ブロック
78a ブロック78の第１面
78b ブロック78の第２面
79 突出部
80 狭導波路
c 光軸

Claims (16)

1. 光信号を順方向には通し、逆方向には通さない光アイソレータであり、
   入口から入射されて順方向に進む光信号を出口に伝送する入力導波路、及び、前記入力導波路の周囲に形成されたフォトニック結晶から成り、前記入力導波路との間の境界面に、光軸に対して傾いて逆方向に対する傾きが鋭角であるテーパ部、を含む入力導波管、を備えた入力部、並びに、
   前記入力導波路の出口に連結された入口から入射されて順方向に進む光信号を出口に伝送する出力導波路、及び、前記出力導波路の周囲に形成されたフォトニック結晶から成り、前記出力導波路との間の境界面に、光軸に対する傾きが前記テーパ部の傾きより大きい戻り光遮断面、を含む出力導波管、を備えた出力部、
   を有する、フォトニック結晶を利用した光アイソレータ。
2. 前記フォトニック結晶が、三角形または四角形の格子構造を成すホールまたはロッドの配列を含む、請求項１に記載の光アイソレータ。
3. 前記フォトニック結晶がホールまたはロッドの配列を含み、前記テーパ部が階段状の前記ホールまたはロッドの配列から成る、請求項１に記載の光アイソレータ。
4. 前記入力導波路と前記出力導波路との間を接続する連結導波路、をさらに有する、請求項１に記載の光アイソレータ。
5. 前記フォトニック結晶がホールまたはロッドの配列を含み、前記連結導波路の幅が前記ホールまたはロッドの直径と等しい、請求項４に記載の光アイソレータ。
6. 前記フォトニック結晶がホールまたはロッドの配列を含み、前記連結導波路の長さが、一列に並ぶ3〜6個の前記ホールまたはロッド全体の長さと等しい、請求項４に記載の光アイソレータ。
7. 順方向に対する前記戻り光遮断面の傾きが鋭角である、請求項１に記載の光アイソレータ。
8. 前記戻り光遮断面が前記出力導波路の光軸に対して直角である、請求項１に記載の光アイソレータ。
9. 順方向に対する前記戻り光遮断面の傾きが鈍角である、請求項１に記載の光アイソレータ。
10. 前記出力導波路の内部で前記出力導波路の入口付近に配置され、前記戻り光遮断面に対向する第１面、及び、前記戻り光遮断面を除く前記出力導波路と前記出力導波管との間の境界面に対向する第２面、を備えるブロック、並びに、
    前記戻り光遮断面と前記第１面との間、及び前記境界面と前記第２面との間に形成され、前記入力導波路から前記出力導波路に向かう光信号を案内する狭導波路、
    を更に有する、請求項７、８、または９のいずれかに記載の光アイソレータ。
11. 前記フォトニック結晶がホールまたはロッドの配列を含み、前記狭導波路の幅が前記ホールまたはロッドの直径と等しい、請求項１０に記載の光アイソレータ。
12. 前記フォトニック結晶がホールまたはロッドの配列を含み、前記境界面が、前記ブロックに隣接する前記ホールまたはロッドの一列を含む突出部、を更に備える、請求項１０に記載の光アイソレータ。
13. 前記突出部の幅が前記狭導波路の幅と等しい、請求項１２に記載の光アイソレータ。
14. 前記フォトニック結晶がホールまたはロッドの配列を含み、前記出力導波路の光軸方向での前記第２面の長さが、一列に並ぶ5〜9個の前記ホールまたはロッド全体の長さと等しい、請求項１０に記載の光アイソレータ。
15. 前記フォトニック結晶がホールまたはロッドの配列を含み、
    前記ホールまたはロッドの半径、前記光アイソレータの全長と全幅、前記フォトニック結晶の媒質の屈折率、前記フォトニック結晶の格子構造、及び、前記テーパ部での前記ホールまたはロッドの配列構造、のうち少なくともいずれか一つの調節によりアイソレーションが調節される、請求項１に記載の光アイソレータ。
16. 前記光アイソレータが、前記入力導波路と前記出力導波路との間を接続する連結導波路、をさらに有し、
    前記ホールまたはロッドの半径、前記光アイソレータの全長と全幅、前記フォトニック結晶の媒質の屈折率、前記フォトニック結晶の格子構造、前記テーパ部での前記ホールまたはロッドの配列構造、前記ブロックの長さ、前記入力導波路の入口の幅と前記出力導波路の出口の幅、前記連結導波路の長さと幅、及び、前記突出部の長さと幅、のうち少なくともいずれか一つの調節によりアイソレーションが調節される、請求項１２に記載の光アイソレータ。

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