JP2021021834A

JP2021021834A - アイソレータ及び光送信機

Info

Publication number: JP2021021834A
Application number: JP2019138310A
Authority: JP
Inventors: 丈也杉田; Takeya Sugita; 直樹松井; Naoki Matsui; 吉川　博道; Hiromichi Yoshikawa; 博道吉川
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2019-07-26
Filing date: 2019-07-26
Publication date: 2021-02-18
Anticipated expiration: 2039-07-26
Also published as: JP7245744B2

Abstract

【課題】出射した電磁波と異なるモードの電磁波を含む反射波の透過を低減する。【解決手段】アイソレータ１０は、基板面に沿って位置する第１導波路２０、第２導波路３０及び第３導波路４０を備える。第１導波路２０、第２導波路３０及び第３導波路４０は、それぞれコア２１、３１、４１を含む。第１導波路２０と第２導波路３０とは、第１モードの電磁波に作用する第１方向性結合器を形成する第１結合部を有する。第１導波路２０と第３導波路４０とは、第１モード及び第２モードの電磁波の何れか一方に作用する第２方向性結合器を形成する第２結合部を有する。第２導波路３０が、第１結合部において第２導波路３０のコア３１に隣接する非相反性部材３２を含むことにより、第１方向性結合器は第１方向の電磁波を結合させず、第１方向とは異なる第２方向の電磁波を結合させる。【選択図】図１

Description

本開示は、アイソレータ及び光送信機に関する。

従来、導波路型のアイソレータが提案されている（例えば、特許文献１参照）。例えば、特許文献１には、２つの三分岐光結合器の間に二本の導波路を有し、一方の導波路に９０°の相反移相器を含み、他方の導波路に９０°の非相反移相器を含むマッハツェンダ干渉計で構成される干渉計型光アイソレータが開示されている。

特開２００３−３０２６０３号公報

しかしながら、電磁波源（光源）からアイソレータを通り外部へ出射した電磁波の反射波が、アイソレータの出射側の端部から入射するとき、出射した電磁波とは異なるモードの電磁波が含まれることがある。出射した電磁波と異なるモードの電磁波は、アイソレータを反対方向に透過して、アイソレータの入射側の端部から出射し、電磁波源等の損傷等の原因となる虞がある。

本開示の目的は、出射した電磁波と異なるモードの電磁波を含む反射波の透過を低減することが可能なアイソレータ及び光送信機を提供することにある。

本開示のアイソレータは、基板面を有する基板上において、前記基板面に沿って位置する第１導波路、第２導波路及び第３導波路を備える。前記第１導波路、前記第２導波路及び前記第３導波路は、それぞれ誘電体により囲まれたコアを含む。前記第１導波路と前記第２導波路とは、第１モードの電磁波に作用する第１方向性結合器を形成する第１結合部を有する。前記第１導波路と前記第３導波路とは、前記第１モード及び前記第１モードとは異なる第２モードの電磁波の何れか一方に作用する第２方向性結合器を形成する第２結合部を有する。前記第２導波路が、前記第１結合部において該第２導波路の前記コアに隣接する非相反性部材を含むことにより、前記第１方向性結合器は第１方向の電磁波を結合させず、前記第１方向とは異なる第２方向の電磁波を結合させる。

本開示のアイソレータは、複数の導波路と、第１ポート及び第２ポートと、第１方向性結合器及び第２方向性結合器とを備える。前記複数の導波路は、基板面を有する基板上において、前記基板面に沿って位置する。前記第１ポート及び第２ポートは、電磁波が入出力される。前記第１方向性結合器及び前記第２方向性結合器は、前記第１ポートと前記第２ポートとの間に設けられ、それぞれ２つの導波路間に形成される。前記第１方向性結合器は非相反性を有し、第１方向に伝搬する第１モードの電磁波を同じ導波路に透過し、前記第１方向と異なる第２方向に伝搬する第１モードの電磁波を異なる導波路に乗り移らせる。前記第２方向性結合器は、前記第１モード及び前記第１モードとは異なる第２モードの何れか一方の電磁波であって、何れの方向に伝搬する電磁波をも異なる導波路に乗り移らせる。

本開示の光送信機は、光源と、光変調器と、アイソレータとを含む。前記光変調器は、送信すべき信号に基づいて、前記光源から射出された光を変調する。前記アイソレータは、前記光源よりも下流側に配置される。前記アイソレータは、基板面を有する基板上において、前記基板面に沿って位置する第１導波路、第２導波路及び第３導波路を備える。前記第１導波路、前記第２導波路及び前記第３導波路は、それぞれ誘電体により囲まれたコアを含む。前記第１導波路と前記第２導波路とは、第１モードの電磁波に作用する第１方向性結合器を形成する第１結合部を有する。前記第１導波路と前記第３導波路とは、前記第１モード及び前記第１モードとは異なる第２モードの電磁波の何れか一方に作用する第２方向性結合器を形成する第２結合部を有する。前記第２導波路が、前記第１結合部において該第２導波路の前記コアに隣接する非相反性部材を含むことにより、前記第１方向性結合器は第１方向の電磁波を結合させず、前記第１方向とは異なる第２方向の電磁波を結合させる。

本開示の光送信機は、光源と、駆動部と、アイソレータとを備える。前記駆動部は、送信すべき信号に基づいて前記光源を駆動する。前記アイソレータは、前記光源の光の出射側に配置される。前記アイソレータは、基板面を有する基板上において、前記基板面に沿って位置する第１導波路、第２導波路及び第３導波路を備える。前記第１導波路、前記第２導波路及び前記第３導波路は、それぞれ誘電体により囲まれたコアを含む。前記第１導波路と前記第２導波路とは、第１モードの電磁波に作用する第１方向性結合器を形成する第１結合部を有する。前記第１導波路と前記第３導波路とは、前記第１モード及び前記第１モードとは異なる第２モードの電磁波の何れか一方に作用する第２方向性結合器を形成する第２結合部を有する。前記第２導波路が、前記第１結合部において該第２導波路の前記コアに隣接する非相反性部材を含むことにより、前記第１方向性結合器は第１方向の電磁波を結合させず、前記第１方向とは異なる第２方向の電磁波を結合させる。

本発明の実施形態によれば、出射した電磁波と異なるモードの電磁波を含む反射波の透過を低減することができる。

一実施形態に係るアイソレータの斜視図である。図１のアイソレータの平面図である。図２のＡ−Ａ断面図である。図２のＢ−Ｂ断面図である。第１方向性結合器を第１方向に伝搬する電磁波に対する結合係数を示すグラフである。第１方向性結合器を第２方向に伝搬する電磁波に対する結合係数を示すグラフである。第１方向に伝搬するＴＥモードの電磁波の伝搬経路を示す図である。第２方向に伝搬するＴＥモードの電磁波の伝搬経路を示す図である。第２方向に伝搬するＴＭモードの電磁波の伝搬経路を示す図である。他の実施形態に係るアイソレータの斜視図である。第１方向に伝搬するＴＥモードの電磁波の伝搬経路を示す図である。第２方向に伝搬するＴＥモードの電磁波の伝搬経路を示す図である。第２方向に伝搬するＴＭモードの電磁波の伝搬経路を示す図である。さらに他の実施形態に係るアイソレータの平面図である。図１４のＣ−Ｃ断面図である。一実施形態に係る光送信機の概略構成を示すブロック図である。他の実施形態に係る光送信機の概略構成を示すブロック図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明で用いられる図は模式的なものである。図面上の寸法、比率等は、現実のものとは必ずしも一致していない。

図１〜４に示すように、一実施形態に係るアイソレータ１０は、基板５０と、第１導波路２０と、第２導波路３０と、第３導波路４０とを含んで構成される。基板５０は、基板面５０ａ（図３、４参照）を有する。第１導波路２０と、第２導波路３０と、第３導波路４０とは、基板面５０ａに沿って配置される。第１導波路２０と第２導波路３０、及び、第１導波路２０と第３導波路４０とは、それぞれ、部分的に近接して平行に並んでいる。なお、図１、２では、第１導波路２０と第２導波路３０とが近接して平行に並ぶ部分と、第１導波路２０と第３導波路４０とが近接して平行に並ぶ部分とは、同じ方向に向いている。しかし、これらの向きは平行でなくてよい。

以下の説明のためｘ軸方向、ｙ軸方向及びｚ軸方向が、それぞれ定義される。図１〜３に示すように、ｘ軸方向は、第１導波路２０が第２導波路３０及び第３導波路４０と近接する部分で延在する方向とする。ｘ軸の正の方向は、第１導波路２０の一方の端部（後述する第１端２０１）から第３導波路４０の端部（後述する第２端４０２）へ向かう方向とする。ｙ軸方向は、基板５０の基板面５０ａに沿う方向であって、ｘ軸方向と交差する方向とする。ｙ軸方向は、ｘ軸方向と略直交してよい。ｙ軸の正の方向は、第１導波路２０からみて第２導波路３０および第３導波路４０の位置する側へ向かう方向とする。ｚ軸方向は、基板面５０ａに垂直な方向である。ｚ軸方向は、ｘ軸方向及びｙ軸方向と直交する。ｚ軸の正の方向は、基板５０から見て第１導波路２０、第２導波路３０及び第３導波路４０が配置された側の方向とする。

以下に、アイソレータ１０の各構成要素がより詳細に説明される。

基板５０は種々の材料により構成されうる。例えば、基板５０は、金属の導体、シリコン等の半導体、ガラス、又は樹脂等を含む材料から選択された材料により構成されてよい。基板５０は、種々の形状を採りうる。例えば、基板５０は、ｘ軸方向及びｙ軸方向に延びる２辺を有し、ｘ軸方向に長い矩形状としうる。

基板５０の基板面５０ａの上には、第１導波路２０、第２導波路３０及び第３導波路４０に共通な、第１クラッド６１が形成される。第１クラッド６１の上面６１ａ上には、第１コア２１、第２コア３１、第３コア４１、及び、非相反性部材３２が配置される。第１導波路２０は、第１コア２１を含む。第２導波路３０は、第２コア３１及び非相反性部材３２を含む。非相反性部材３２は、第２コア３１に接して配置されている。第３導波路４０は、第３コア４１を含む。

図３及び図４に示すように、第１コア２１、第２コア３１、第３コア４１及び非相反性部材３２は、第１クラッド６１上に形成された第２クラッド６２によって周囲及び上部を覆われている。第１クラッド６１及び第２クラッド６２は、纏めてクラッド６０と呼ぶことができる。第１コア２１、第２コア３１及び非相反性部材３２、並びに第３コア４１は、クラッド６０に囲まれている。第１導波路２０は、第１コア２１と第１コア２１に近接する部分のクラッド６０とを含む。第２導波路３０は、第２コア３１及び非相反性部材３２と、第２コア３１及び非相反性部材３２に近接する部分のクラッド６０とを含む。第３導波路４０は、第３コア４１と第３コア４１に近接する部分のクラッド６０とを含む。

第１コア２１、第２コア３１、第３コア４１及びクラッド６０は、誘電体を含んで構成されてよい。第１コア２１、第２コア３１及び第３コア４１は、誘電体線路ともいう。第１コア２１、第２コア３１及び第３コア４１の比誘電率は、クラッド６０の比誘電率よりも高くされてよい。クラッド６０を構成する第１クラッド６１と第２クラッド６２とは、同一の誘電体材料で構成されてよい。第１クラッド６１と第２クラッド６２とは、一体に構成されてよい。第１クラッド６１と第２クラッド６２とが一体に構成される場合、アイソレータ１０の形成が容易になりうる。第１コア２１、第２コア３１、第３コア４１、及び、クラッド６０の比誘電率は、空気の比誘電率よりも高くされてよい。第１コア２１、第２コア３１、第３コア４１、及び、クラッド６０の比誘電率が、空気の比誘電率よりも高くされることで、第１導波路２０、第２導波路３０、及び、第３導波路４０からの電磁波の漏れが抑制されうる。結果として、アイソレータ１０から外部に電磁波が放射されることによる損失が低減されうる。

第１コア２１、第２コア３１及び第３コア４１は、例えば、シリコン（Ｓｉ）で構成されてよい。クラッド６０は、例えば、石英ガラス（ＳｉＯ₂）で構成されてよい。シリコン及び石英ガラスの比誘電率はそれぞれ、約１２及び約２である。シリコンは、約１．２μｍ〜約６μｍの近赤外波長を有する電磁波を低損失で伝搬させうる。第１コア２１及び第２コア３１は、シリコンで構成される場合、光通信で使用される１．３μｍ帯又は１．５５μｍ帯の波長を有する電磁波を低損失で伝搬させうる。

第１コア２１、第２コア３１、第３コア４１及びクラッド６０の材料は、上記の材料に限られない。本開示のアイソレータ１０としての機能が得られる範囲で、第１コア２１、第２コア３１、第３コア４１及びクラッド６０は、任意の材料を採用しうる。第２クラッド６２の部分は、特定の材料の層を設けず空気であってもよい。空気は、誘電体である。

第１コア２１、第２コア３１及び第３コア４１の比誘電率は、ｚ軸方向に沿って一様に分布してよいし、ｚ軸方向に沿って変化するように分布してもよい。例えば、第１コア２１の比誘電率は、ｚ軸方向の中央部で最も高くなり、第１クラッド６１及び第２クラッド６２に近づくにつれて低くなるように分布してよい。この場合、第１導波路２０は、グレーデッド・インデックス型光ファイバと同様の原理で電磁波を伝搬させうる。

クラッド６０に覆われた第１コア２１、第２コア３１及び第３コア４１は、電磁波を伝搬させる。本開示において、電磁波は、種々の波長の電磁波を含みうる。電磁波の波長は、紫外光から赤外光までの光の帯域に含まれてよい。電磁波の波長が光の波長帯域に含まれる場合、アイソレータ１０は、光アイソレータともいう。また、電磁波の帯域は、シリコンフォトニクスで使用される、波長１．５５μｍ等の波長帯域であってよい。

本実施形態に係る第１導波路２０、第２導波路３０及び第３導波路４０は、ＴＥモードの電磁波を伝搬させることができる。伝搬方向に電界成分を持たない電磁波は、ＴＥモードと呼ばれる。導波路において、ＴＥモードの電磁波は、概して電界が基板５０に対して水平方向に振動する。ＴＥモードの電磁波は、ＴＥ波とも呼ばれる。アイソレータ１０を利用する装置またはシステムにおいて、第１導波路２０、第２導波路３０及び第３導波路４０は、ＴＥモードの電磁波を伝搬させるように設計されてよい。このため、アイソレータ１０に入力される電磁波の偏波方向は、基板５０に対して平行にしてよい。電磁波が光の場合、偏波方向は偏光方向とも呼ばれる。

第１導波路２０、第２導波路３０及び第３導波路４０は、シングルモードでの導波条件を満たしてよい。第１導波路２０、第２導波路３０及び第３導波路４０がシングルモードでの導波条件を満たす場合、第１導波路２０、第２導波路３０及び第３導波路４０を伝搬する信号の波形が崩れにくくなる。シングルモードでの導波条件を満たす第１導波路２０、第２導波路３０及び第３導波路４０を組み合わせたアイソレータ１０は、光通信に適したものとなりうる。

非相反性部材３２は非相反性材料を含む。非相反性材料は、電磁波の伝搬方向によって異なる伝搬特性を有する材料である。非相反性部材３２は、磁性体を含んで構成されてよい。非相反性材料は、例えば、磁性ガーネット、フェライト、鉄、コバルト等を含む。非相反性部材３２に採用される非相反性材料は、電磁波を吸収する性質を有してよい。

第１導波路２０は、第２導波路３０及び第３導波路４０と比較してｘ軸方向に長く延在する。第１導波路２０は、直線状の形状とすることができる。第１導波路２０は、直線状の形状に限られない。第１導波路２０は屈曲した部分を有してよい。図１〜４に図示したアイソレータ１０では、第１導波路２０は、ｘ軸方向に沿うものとして説明する。

図１、２に示すように、第１導波路２０は、ｘ軸の負の方向の側及び正の方向の側それぞれに、第１端２０１及び第２端２０２を有する。第１導波路２０は、第１端２０１に、電磁波が入出力される第１ポート２１１を備える。第１ポート２１１から第１導波路２０に入力される電磁波は、ｘ軸に沿ってｘ軸の正の方向に進む。第１ポート２１１は、第１コア２１の端面として構成されてよいし、外部装置と接続され、電磁波を伝搬可能なカプラとして構成されてもよい。第２端２０２は、平坦な端面又は凸面等になっていてよい。第１導波路２０は、第２端２０２の手前で第３導波路４０から離れる方向に湾曲していてよい。

第２導波路３０は、基板５０の上において、基板面５０ａに沿って部分的に第１導波路２０の第１端２０１側に並んで位置する。図１、２に示すように、第２導波路３０は、直線状でよい。あるいは、第２導波路３０は、第１導波路２０に並んで位置する部分を挟んで、第１導波路２０から離れる方向に屈曲する部分を含んでよい。第２導波路３０のｘ軸の負の方向側の端部を第１端３０１、正の方向側の端部を第２端３０２とする。言い換えると、第２導波路３０は、両端を有する。第１端３０１及び第２端３０２は、平坦な端面又は凸面になっていてよい。

第３導波路４０は、基板５０の上において、基板面５０ａに沿って部分的に第１導波路２０の第２端２０２側に並んで位置する。図１、２に示すように、第３導波路４０は、直線状でよい。あるいは、第３導波路４０は、第１導波路２０に並んで位置する部分を挟んで、第１導波路２０から離れる方向に屈曲する部分を含んでよい。第３導波路４０のｘ軸の負の方向側の端部を第１端４０１、正の方向側の端部を第２端４０２とする。第３導波路４０は、第２端４０２に、電磁波が入出力される第２ポート４１２を備える。第２ポート４１２から第３導波路４０に入力される電磁波は、ｘ軸に沿ってｘ軸の負の方向に進む。第２ポート４１２は、第１コア２１の端面として構成されてよいし、外部装置と接続され、電磁波を伝搬可能なカプラとして構成されてもよい。第３導波路４０の第１端４０１は、平坦な端面又は凸面になっていてよい。

第２導波路３０の第２コア３１と、第１導波路２０の第１コア２１とは、互いに沿って一方向に直線状に延在する第１結合部７１を有する。第１導波路２０と第２導波路３０との互いに沿う部分は、平行導波路ともいう。第１結合部７１において、第１コア２１と第２コア３１とは、近接場（エバネッセント場）の電磁界が結合しうる程度に近接して位置する。、第１結合部７１において、第１導波路２０と第２導波路３０との一方の導波路に入力された電磁波は、その導波路の中で伝搬する間に他方の導波路に移りうる。つまり、第１導波路２０の中で伝搬する電磁波は、第２導波路３０に移りうる。第２導波路３０の中で伝搬する電磁波は、第１導波路２０に移りうる。

平行導波路において、一方の導波路から他方の導波路へ移る電磁波の割合を表すパラメータは、結合係数という。一方の導波路から他方の導波路へ電磁波が全く移らない場合、結合係数は０であるものとする。一方の導波路から他方の導波路へ全ての電磁波が移る場合、結合係数は１であるものとする。結合係数は、０以上且つ１以下の値でありうるものとする。結合係数は、各導波路の形状、各導波路間の距離、又は、導波路が互いに沿う長さ等に基づいて決定されうる。例えば、結合係数は、各導波路の形状が近似するほど高くなりうる。各導波路間の距離について、結合係数は、電磁波が導波路の中で伝搬する距離に応じて変化しうる。つまり、平行導波路において、導波路が延在する方向に沿った位置に応じて、結合係数は異なりうる。結合係数の極大値は、各導波路の形状又は各導波路間の距離等に基づいて決定されうる。結合係数の極大値は、１以下の値でありうる。

平行導波路において、導波路が互いに沿う区間の始点における結合係数は０である。始点から、結合係数が極大値となる位置までの長さは、結合長ともいう。導波路が互いに沿う長さが結合長に等しい場合、導波路が互いに沿う区間の終点における結合係数は、極大値でありうる。結合長は、各導波路の形状又は各導波路間の距離等に基づいて決定されうる。

結合係数が極大値に近く、一方の導波路から他方の導波路へ移る電磁波の割合大きい、平行導波路は方向性結合器を形成するということができる。すなわち、第１結合部７１は、第１方向性結合器７２を形成することができる。平行導波路において、結合係数及び結合長は、伝搬される電磁波のモードにより異なる。方向性結合器７２は、所定の波長のＴＥモード及びＴＭモードの何れかのモードの電磁波に対して作用するように設計される。本実施形態のアイソレータ１０は、ＴＥモードの電磁波に対して作用するように設計される。

第２導波路３０において、第１導波路２０から移ってきた電磁波は、第２導波路３０の中でも第１導波路２０の中と同じ方向に伝搬する。第２導波路３０において、電磁波は第２コア３１内を、全反射を繰り返しながら第１端３０１又は第２端３０２へ向けて伝搬する。電磁波が第１端３０１又は第２端３０２に到達した場合、電磁波は、第１端３０１又は第２端３０２から放射されたり、第１端３０１又は第２端３０２で反射されて逆方向に進んだりしうる。

一般的な方向性結合器と異なり、アイソレータ１０の第１方向性結合器７２は、第２コア３１に非相反性部材３２が隣接することにより非相反性を示す。非相反性部材３２は、第２導波路３０の第２コア３１に対して、ｙ軸の正の方向の側に位置する。非相反性部材３２は、第２コア３１のｘ軸方向に沿う面の全体に渡り第２コア３１に接してよい。あるいは、非相反性部材３２は、第２コア３１のｘ軸方向に沿う面の一部分に接してよい。非相反性部材３２が、第２導波路３０ので第２コア３１に接することにより、以下に説明するように第２導波路３０は非相反性を有する。

第１ポート２１１を介して第１導波路２０の第１端２０１から第１コア２１に入力された電磁波は、ｘ軸に沿って延在する第１導波路２０の第１コア２１の中で、第２端２０２に向けて伝搬する。本願において、各導波路をｘ軸の正の方向の側から負の方向の側に伝搬する方向は、第１方向ともいう。第１コア２１の中で伝搬する電磁波は、第１コア２１の中で第１結合部７１を第１方向に伝搬した距離に基づく結合係数に応じた割合で、第２コア３１に移りうる。電磁波が第１コア２１の中で第１方向に伝搬する場合の結合係数は、第１結合係数ともいう。

本願において、各導波路をｘ軸の負の方向の側から正の方向の側に伝搬する方向は、第２方向ともいう。後述するように、第３導波路４０の第２ポート４１２から入射した電磁波の一部は、第１導波路２０に移り第１端２０１に向けて第２方向に伝搬する。第１コア２１の中で伝搬する電磁波は、第１コア２１の中で第１結合部７１を第２方向に伝搬した距離に基づく結合係数に応じた割合で、第２コア３１に移りうる。電磁波が第１コア２１の中で第２方向に伝搬する場合の結合係数は、第２結合係数ともいう。

第２導波路３０の第２コア３１は、ｙ軸の正の方向側で非相反性部材３２と接することにより、非相反性を有する。非相反性を有するとは、伝搬する光が受ける効果が、光の伝搬方向によって異なることを意味する。第２導波路３０は、電磁波が第１方向に伝搬する場合と、電磁波が第２方向に伝搬する場合とで、異なる伝搬特性を有しうる。第２導波路３０の伝搬特性が電磁波の伝搬方向に基づいて異なる場合、第１結合係数と第２結合係数とは互いに異なりうる。つまり、非相反性部材３２は、第１結合係数と第２結合係数とを異ならせうる。

非相反性部材３２による第２導波路３０の非相反性は、外部から磁場が加わることにより発現する。非相反性部材３２に加えられる外部磁場の方向と、第２導波路３０を伝搬する電磁波の偏波方向とは、互いに交差するように構成される。本実施形態において、第２導波路３０を伝搬するＴＥモードの電磁波の偏波方向は、基板５０の基板面５０ａに対して略平行（すなわち、ｙ軸方向）となる。この場合、基板面５０ａに垂直なｚ軸方向の成分を有する外部磁場を印加することにより、非相反性部材３２による非相反性が発現する。外部磁場の大きさが一定のとき、略ｚ軸方向の外部磁場を印加することにより、非相反性が最も大きくなる。

非相反性部材３２が強磁性体の場合、非相反性部材３２は、外部磁場を加えなくとも非相反性を発現する。第２導波路３０を伝搬する電磁波の偏波方向がｙ軸方向の場合、非相反性部材３２は、磁化方向をｚ軸方向の成分を有するように配置される。好ましくは、非相反性部材３２は、磁化方向を略ｚ軸方向となるように配置される。

平行導波路の一方の導波路が非相反性を有する場合、電磁波が第１方向に伝搬する場合の結合係数の極大値は、電磁波が第２方向に伝搬する場合の結合係数の極大値と異なりうる。例えば図５に示されるように、電磁波が第１方向に伝搬する場合における第１導波路２０と第２導波路３０との結合係数の極大値は、０に近い値となるように構成されうる。例えば図６に示されるように、電磁波が第２方向に伝搬する場合における第１導波路２０と第２導波路３０との結合係数の極大値は、１に近い値となるように構成されうる。電磁波の伝搬方向ごとに結合係数の極大値が異なることによって、電磁波の伝搬方向ごとに電磁波の透過率が異なりうる。図５及び図６において、横軸及び縦軸はそれぞれ、平行導波路における電磁波の進行距離、及び、結合係数を表す。

第２導波路３０が非相反性を有する場合、第１導波路２０と第２導波路３０との結合係数は、電磁波の伝搬方向に応じて異なりうる。つまり、第２導波路３０が非相反性を有する場合、アイソレータ１０の第１結合係数は、第２結合係数と異なりうる。第２導波路３０の非相反性の大きさが調整されることによって、第２結合係数は、第１結合係数よりも大きくされうる。

平行導波路の一方の導波路が非相反性を有する場合、第１方向に伝搬する電磁波に対する平行導波路の結合長は、第２方向に伝搬する電磁波に対する平行導波路の結合長と異なりうる。例えば図５に示されるように、第１方向性結合器７２において第１方向に伝搬する電磁波に対する結合長は、Ｌ₁と表されうる。例えば図６に示されるように、第１方向性結合器７２において第２方向に伝搬する電磁波に対する結合長は、Ｌ₂と表されうる。第１方向性結合器７２は、Ｌ₁とＬ₂とが異なるように構成されてよい。

平行導波路において２つの導波路が互いに沿う長さが結合長に等しい場合、結合係数が極大値となりうる。例えば図５のグラフに示される関係を有する平行導波路において、２つの導波路が互いに沿う長さがＬ₁である場合、結合係数が極大値となりうる。２つの導波路が互いに沿う長さが結合長の２倍に等しい場合、結合係数が極小値となりうる。例えば図５に示される関係を有する平行導波路において、２つの導波路が互いに沿う長さが２Ｌ₁である場合、結合係数が極小値となりうる。

図５のグラフに示される関係は、電磁波の進行距離が長くなった領域でも繰り返されうる。つまり、２つの導波路が互いに沿う長さがＬ₁の奇数倍である場合、結合係数が極大値となりうる。２つの導波路が互いに沿う長さがＬ₁の偶数倍である場合、結合係数が極小値となりうる。図６に示される関係を有する平行導波路においても、２つの導波路が互いに沿う長さがＬ₂の奇数倍である場合、及び、Ｌ₂の偶数倍ある場合それぞれで、結合係数が極大値及び極小値となりうる。Ｌ₁及びＬ₂は、平行導波路における最短の結合長となりうる長さであり、単位結合長ともいう。つまり、結合長は、単位結合長の奇数倍であってよい。

第１導波路２０と第２導波路３０とが互いに沿う長さが調整されることによって、第１結合係数及び第２結合係数が調整されうる。第１導波路２０と第２導波路３０とが互いに沿う長さは、第２方向に伝搬する電磁波に対する単位結合長の奇数倍と略同一であってよい。このようにすることで、第２結合係数が大きくされうる。第１導波路２０と第２導波路３０とが互いに沿う長さは、第１方向に伝搬する電磁波に対する単位結合長の偶数倍と略同一であってよい。このようにすることで、第１結合係数が小さくされうる。このようにすることで、第２結合係数が第１結合係数より大きくされてよい。

以上のようにして、第１方向性結合器７２において、ＴＥモードの電磁波に対する第１結合係数は、小さい値であって、好ましくは０に近い値に設定することができる。また、第２結合係数は、第１結合係数よりも大きく、好ましくは１に近い値に設定されうる。すなわち、第１導波路２０を第１方向に伝搬するＴＥモードの電磁波に対する第１方向性結合器７２の透過率は高く設定できる。第１導波路２０を第２方向に伝搬するＴＥモードの電磁波に対する第１方向性結合器７２の透過率は低く設定できる。

第３導波路４０の第３コア４１と、第１導波路２０の第１コア２１とは、互いに沿って一方向に直線状に延在する第２結合部７３を有する。第２結合部７３において、第１コア２１と第３コア４１とは、近接場（エバネッセント場）の電磁界が結合しうる程度に近接して位置する。特に、アイソレータ１０では、第１コア２１と第３コア４１とが電界により結合する。したがって、ＴＥモードで伝搬する電磁波について、第１導波路２０と第３導波路４０との結合係数が極大値に近い場合、平行導波路は方向性結合器を形成するということができる。すなわち、第２結合部７３は、第２方向性結合器７４を形成することができる。

第１方向性結合器７２と異なり第３コア４１は非相反性部材と接していない。そのため、第２方向性結合器７４は、第１方向及び第２方向の双方について同じ結合係数を有する。第２方向性結合器７４は、所定波長のＴＥモードで伝搬する電磁波について、第１導波路２０を第１方向に伝搬してきた電磁波を、第３導波路４０に移す。第３導波路４０に移った電磁波は、第１方向に伝搬する。第２方向性結合器７４は、所定波長のＴＥモードで伝搬する電磁波について、第３導波路４０を第２方向に伝搬してきた電磁波を、第１導波路２０に移す。第１導波路２０に移った電磁波は、第２方向に伝搬する。

第２方向性結合器７４は、ＴＥモードで伝搬される電磁波に対して、方向性結合器として機能するように構成される。第２方向性結合器７４は、ＴＭモードで伝搬する電磁波に対しては結合係数が小さい。第２方向性結合器７４のＴＭモードで伝搬する電磁波に対する結合係数は、０に近くなるように設計されてよい。

以上のように構成されるので、アイソレータ１０は、以下に説明するように動作する。

図７に示すように、第１ポート２１１から第１導波路２０に入射したＴＥモードの電磁波は、第１方向に伝搬する。第１方向に伝搬する電磁波は、第１方向性結合器７２では、第１結合係数が小さいので第２導波路３０に僅かしか結合しない。第１方向に伝搬する電磁波の大部分は、第１方向性結合器７２を透過して、第１導波路２０を第１方向に進む。第１方向性結合器７２を透過して第１方向に伝搬する電磁波の大部分は、第２方向性結合器７４により、第３導波路４０に結合する。第３導波路４０に結合した電磁波は、第３導波路４０を第１方向に進み、第２ポート４１２から出射する。第１ポート２１１から第１導波路２０に入射したＴＥモードの電磁波は、概ね図７で矢印により示されるように、アイソレータ１０内を伝搬する。

図８に示すように、第２ポート４１２から第３導波路４０に入射したＴＥモードの電磁波は、第２方向に伝搬する。第３導波路４０を第２方向に伝搬する電磁波の大部分は、第２方向性結合器７４により第１導波路２０に結合する。第１導波路２０に結合した電磁波は、第１導波路２０を第２方向に伝搬する。第１導波路２０を第２方向に伝搬する電磁波の大部分は、第１方向性結合器７２の第２結合係数が大きいので、第１方向性結合器７２で第２導波路３０に結合する。第２導波路３０に結合した電磁波は、第２導波路３０を第２方向に進み、第２導波路３０の第１端３０１から外部に放射される。第２ポート４１２から第３導波路４０に入射したＴＥモードの電磁波は、概ね図８で矢印により示されるように、アイソレータ１０内を伝搬する。

図９に示すように、第２ポート４１２から第３導波路４０に入射したＴＭモードの電磁波は、第２方向に伝搬する。第２方向性結合器７４のＴＭモードの電磁波に対する結合係数は小さいので、第３導波路４０を第２方向に伝搬する電磁波は、第２方向性結合器７４により第１導波路２０に僅かしか結合しない。第３導波路４０を第２方向に伝搬する電磁波の大部分は、第３導波路４０を更に伝搬して、第３導波路４０の第１端４０１から外部に放射される。第２ポート４１２から第３導波路４０に入射したＴＭモードの電磁波は、概ね図９で矢印により示されるように、アイソレータ１０内を伝搬する。

したがって、アイソレータ１０において、入力用ポートとして第１ポート２１１を用いた場合、入力されたＴＥモードの電磁波の大部分は、出力用の第２ポート４１２に伝搬される。第１ポート２１１に入力される電磁波の強度に対する、第２ポート４１２から出力される電磁波の強度の比は、第１方向に伝搬する電磁波に対するアイソレータ１０の透過率ともいう。一方、第２ポート４１２に外部から反射されたＴＥモード及びＴＭモードの不要な電磁波が入射した場合、この不要な電磁波は、第１ポート２１１に伝搬されないか、又は、僅かにのみ伝搬される。第２ポート４１２に入力される電磁波の強度に対する、第１ポート２１１から出力される電磁波の強度の比は、第２方向に伝搬する電磁波に対するアイソレータ１０の透過率ともいう。第２方向に伝搬する電磁波に対するアイソレータ１０の透過率は、第１方向に伝搬する電磁波に対するアイソレータ１０の透過率よりもはるかに小さい。

以上説明したように、アイソレータ１０は、出射した電磁波と異なるモードの電磁波を含む反射波の透過を低減することができる。これによって、アイソレータ１０は、入力用のポートに接続された電磁波源（光源）又は素子（光学素子）等が損傷を受ける虞を低減することができる。また、本開示のアイソレータ１０は、偏光子等の光学素子を基板上に配置すること無く、シリコン半導体のプロセス技術を用いて作成することが可能である。したがって、アイソレータ１０は、微細化及び基板上に他の光学素子とともに集積することが期待できる。

他の実施形態に係るアイソレータ１１が、図１０の斜視図に示される。図１０のアイソレータ１１は、図１〜４に示したアイソレータ１０と類似する。このため、以下のアイソレータ１１の説明において、アイソレータ１０と同一又は類似する構成要素には、アイソレータ１０の対応する構成要素と同一の符号及び同一の名称を付して、アイソレータ１０と異なる部分についてのみ説明する。

図１０に示すように、アイソレータ１１の第１導波路２０は、第１ポート２１１に加え、第２端２０２に電磁波が入出力される第２ポート２１２を備える。第２ポート２１２は、第１コア２１の端面として構成されてよいし、外部装置と接続され、電磁波を伝搬可能なカプラとして構成されてもよい。第１ポート２１１と第２ポート２１２との間は、第１導波路２０によりｘ軸方向に直線状に接続されてよい。第１導波路２０は、直線状の部分だけでなく屈曲した部分を含んでもよい。

アイソレータ１１において、第３導波路４０は、第２端４０２にポートを有していない。第２端４０２は、平坦な面又は凸面等とすることができる。第３導波路４０を第１方向に伝搬して、第２端４０２に到達した電磁波は、第２端４０２から第３導波路４０の外部に放射されたり、第２端４０２で反射され第３導波路４０内を第２方向に戻ったりする。

アイソレータ１１の第２方向性結合器７４（図１１〜１３参照）は、アイソレータ１０とは異なり、ＴＭモードで伝搬する電磁波に対して、第１導波路２０と第３導波路４０との結合係数が極大値に近くなるように構成される。アイソレータ１１では、第２結合部７３において、第１コア２１と第３コア４１とが磁界により結合する。平行導波路である第２結合部７３は、ＴＭモードの電磁波に作用する、第２方向性結合器７４を形成する。一般に、電磁波が導波路から滲み出す距離は、磁界の方が電界よりも大きい。このため、第２結合部７３における第１コア２１と第３コア４１との間の間隔は、ＴＥモードの電磁波に対して設計した場合よりも、ＴＭモードの電磁波に対して設計した方が広くなる。

以上のような構成により、アイソレータ１１では、第１方向性結合器７２は、ＴＥモードの第１方向の電磁波をあまり結合せず、ＴＥモードの第２方向の電磁波を結合する。第１方向性結合器７２は、ＴＭモードの電磁波をあまり結合しない。第２方向性結合器７４は、ＴＥモードの電磁波をあまり結合せず、ＴＭモードの電磁波を結合する。

アイソレータ１１のその他の構成は、アイソレータ１０と同様である。以上のように構成されるので、アイソレータ１１は、以下に説明するように動作する。

図１１に示すように、第１ポート２１１から第１導波路２０に入射したＴＥモードの電磁波は、第１方向に伝搬する。第１方向に伝搬する電磁波は、第１方向性結合器７２では、第１結合係数が小さいので第２導波路３０に僅かにしか結合しない。第１方向に伝搬する電磁波は、第１方向性結合器７２を透過して、第１導波路２０を第１方向に進む。第１方向性結合器７２を透過して第１方向に伝搬する電磁波の大部分は、第２方向性結合器７４で第３導波路４０に結合せずに、第２方向性結合器７４を透過する。第２方向性結合器７４を透過した電磁波は、第１導波路２０を第１方向に進み、第２ポート２１２から出射する。第１ポート２１１から第１導波路２０に入射したＴＥモードの電磁波は、概ね図１１で矢印により示されるように、アイソレータ１０内を伝搬する。

図１２に示すように、第２ポート２１２から第１導波路２０に入射したＴＥモードの電磁波は、第２方向に伝搬する。第２方向性結合器７４のＴＥモードの電磁波に対する結合係数は小さいので、第１導波路２０を第２方向に伝搬する電磁波の大部分は、第２方向性結合器７４で第３導波路４０に結合せず、第２方向性結合器７４を透過する。第２方向性結合器７４を透過した電磁波は、第１導波路２０を第２方向に伝搬する。第１導波路２０を第２方向に伝搬する電磁波の大部分は、第１方向性結合器７２の第２結合係数が大きいので、第２導波路３０に結合する。第２導波路３０に結合した電磁波は、第２導波路３０を第２方向に進み、第２導波路３０の第１端３０１から外部に放射される。第２ポート２１２から第１導波路２０に入射したＴＥモードの電磁波は、概ね図１２で矢印により示されるように、アイソレータ１０内を伝搬する。

図１３に示すように、第２ポート２１２から第１導波路２０に入射したＴＭモードの電磁波は、第２方向に伝搬する。第２方向性結合器７４のＴＭモードの電磁波に対する結合係数は大きいので、第１導波路２０を第２方向に伝搬する電磁波の大部分は、第２方向性結合器７４により第３導波路４０に結合する。第３導波路４０に結合した電磁波は、第３導波路４０を第２方向に更に伝搬して、第３導波路４０の第１端４０１から外部に放射される。第２ポート２１２から第１導波路２０に入射したＴＭモードの電磁波は、概ね図１３で矢印により示されるように、アイソレータ１０内を伝搬する。

したがって、アイソレータ１１において、入力用ポートとして第１ポート２１１を用いた場合、入力されたＴＥモードの電磁波の大部分は、出力用の第２ポート２１２に伝搬される。一方、第２ポート２１２に外部から反射されたＴＥモード及びＴＭモードの不要な電磁波が入射した場合、この不要な電磁波は、第１ポート２１１に伝搬されないか、又は、僅かにのみ第１ポート２１１に伝搬される。

以上説明したように、アイソレータ１１は、アイソレータ１０と同様に、出射した電磁波と異なるモードの電磁波を含む反射波の透過を低減することができる。これによって、アイソレータ１１は、前述のアイソレータ１０と同様の効果を有する。また、アイソレータ１１では、第１ポート２１１と第２ポート２１２とが、同一の第１導波路２０に設けられているので、第１ポート２１１と第２ポート２１２との間で、電磁波が導波路間を乗り移らない。このため、第１ポート２１１から入力され、第２ポート２１２から出力されるＴＥモードの電磁波の損失が少ない。さらに、第１導波路２０の第１コア２１と第３導波路４０の第３コア４１との間は、磁界により結合している。磁界による結合は、電界による結合よりも第１導波路２０の第１コア２１と第３導波路４０の第３コア４１との間の間隔を広く取ることができる。このため、第１導波路２０の第１コア２１と第３導波路４０の第３コア４１とが磁界により結合するとき、第１導波路２０の第１コア２１と第３導波路４０の第３コア４１の電界は互いに結合し難い。したがって、第１導波路２０の第１コア２１と第３導波路４０の第３コア４１との間のＴＥモードの電磁波の結合係数は低くなる。この点からも、第１ポート２１１から入力され、第２ポート２１２から出力されるＴＥモードの電磁波の損失が少ない。

さらに他の実施形態に係るアイソレータ１２が、図１４の平面図に示される。図１４のアイソレータ１２は、図１０に示したアイソレータ１１と類似する。このため、以下のアイソレータ１２の説明において、アイソレータ１１と同一又は類似する構成要素には、アイソレータ１１の対応する構成要素と同一の符号及び同一の名称を付して、アイソレータ１１と異なる部分についてのみ説明する。

アイソレータ１２において、第２導波路３０の非相反性部材３２は、第１導波路２０とは反対側（すなわち、ｙ軸の正の方向側）に、広がりを有する。例えば、非相反性部材３２は、基板面５０ａに垂直な方向（ｚ軸方向）から見たとき、図１４に示すような矩形の形状を有してよい。

また、アイソレータ１２の第３導波路４０の第３コア４１は、第１部分４１ａと第２部分４１ｂとを含む。第３コア４１の第１部分４１ａは、第１導波路２０の第１コア２１と互いに沿って第２結合部７３を形成する部分である。第３コア４１の第２部分４１ｂは、第１部分４１ａの第２方向側で、第１コア２１から離れる方向に屈曲して延びる部分である。第３コア４１の第２部分４１ｂは、第１部分４１ａの第１導波路２０から離れた側（すなわち、ｙ軸の正の方向側）を回り込み、第２導波路３０の非相反性部材３２の内部にまで延びる。

図１５の断面図に示すように、第３コア４１の第２部分４１ｂの第２端４０２を含む先端付近は、第１クラッド６１上に設けられた非相反性部材３２に埋設された構造となっている。これにより、第３コア４１の第２部分４１ｂは、非相反性部材３２に面的に接している。非相反性部材３２は、比較的大きな吸収係数を有する。そのため、第３コア４１の第２部分４１ｂを伝搬してきた電磁波がある場合、電磁波は、非相反性部材３２に接触する面で吸収される。

また、第３コア４１の第２端４０２は、先端に向かって径が細くなる先細の形状を有する。第３コア４１の先細の部分は、アイソレータ１２を伝搬する電磁波の波長よりも長くすることができる。第２端４０２は、ｘｙ平面に平行な平面で切った断面が先細の形状となっている。第２端４０２は、さらに、ｚ軸方向においても、先端に向けて幅が狭まってもよい。第２端４０２を先細の形状としたことにより、第３コア４１を伝搬してきた電磁波は、多くの部分が反射されることなく、第２端４０２から第３導波路４０の外部へ放射される。

アイソレータ１２のその他の構成は、アイソレータ１１と同じである。

以上のような構成により、アイソレータ１２はアイソレータ１１が有する効果に加え、第１ポート２１１から入射して、第２方向性結合器７４で第３導波路４０に結合した電磁波が、第３導波路４０内で反射され、再び、第１ポート２１１に戻ることを低減できるという効果を有する。以下に、より詳しく説明する。

図１１を用いて説明したように、第１ポート２１１から入力されたＴＥモードの電磁波は、大部分が第１導波路２０をそのまま第１方向に伝搬して、第２ポート２１２から出力される。しかし、一部の電磁波が、第２方向性結合器７４で第３導波路４０に結合することがある。第２方向性結合器７４で第３導波路４０に移った電磁波が第３導波路４０を伝搬し、第２端４０２で反射されると、その一部が、再び第２方向性結合器７４で第１導波路２０に結合し、第１導波路２０を戻り第１ポート２１１から出射する虞がある。

本実施形態によれば、第３導波路４０の第３コア４１が、第２部分４１ｂで非相反性部材３２に接している。第３導波路４０を伝搬される電磁波の一部が、第３導波路４０が非相反性部材３２と接する界面において全反射するとき、その一部が非相反性部材３２にエバネッセント波として滲み出す。この非相反性部材３２に滲み出した電磁波は、非相反性部材３２により少なくとも部分的に吸収される。したがって、アイソレータ１１は、第３導波路４０に結合した不要な電磁波を減衰させることができる。さらに、第３コア４１の第２端４０２が先細の形状となっているので、第２端４０２まで進んだ不要な電磁波が、第３導波路４０の外部に放射される。したがって、第１ポート２１１に戻る電磁波が、低減される。

上記実施形態では、第３導波路４０の第２端４０２側を延ばして非相反性部材３２に接する構造とした。同様に、第２導波路３０の第１端３０１及び第２端３０２並びに第３導波路４０の第１端４０１の何れの側を延ばして、非相反性部材３２に接する構造とすることも可能である。

本開示のアイソレータ１０〜１２は、光送信機に適用することができる。アイソレータ１０〜１２を適用した一実施形態に係る光送信機８０が、図１６のブロック図に示されている。

光送信機８０は、光源８１と、ＤＡＣ８２（Digital to Analog Converter）と、ドライバ８３と、光変調器８４と、アイソレータ８５とを含んで構成される。

光源８１は、レーザ光源を採用しうる。レーザ光源は、ＬＤ（Laser Diode）等の半導体レーザを含んでよい。光源８１の射出する光は、赤外光から紫外光までの帯域に含まれてよい。光源８１は、連続的に安定した光を射出することができる。

光送信機８０は、送信すべき送信信号を他の装置等から受け取る。送信信号は、ＤＡＣ８２によりアナログ信号に変換される。ドライバ８３はアナログ信号に変換された送信信号に基づいて、光変調器８４を駆動して光源８１から射出された光を変調する。光を変調する変調方式は、振幅変調、位相変調等種々の変調方式を採用しうる。光変調器８４としては、例えば、シリコンフォトニクス技術により形成されるマッハツェンダ光変調器を用いることができる。光変調器８４は、アイソレータ８５と同じ基板５０上に形成されうる。

アイソレータ８５は、本開示に従うアイソレータを採用しうる。例えば、アイソレータ８５は、図１〜３に示したアイソレータ１０、図１０に示したアイソレータ１１、または、図１４に示したアイソレータ１２を用いることができる。アイソレータ８５は、光源８１から射出された光の光路の光源８１よりも下流側に配置される。例えば、図１６に示すように、アイソレータ８５は、光変調器８４の光の出射側に配置され、光送信機８０の外部へ向かう光を透過させる。アイソレータ８５は、送信した光と異なるモードの光も含めて、外部で反射されて光送信機８０に戻った光が、光変調器８４側へ伝搬することを低減する。これによって、アイソレータ８５は、出射光の反射光が光源８１に入射し、光源８１に損傷等の悪影響を与える虞を低減する。アイソレータ８５は、図１６とは異なり、光源８１と光変調器８４との間に配置されてよい。この場合、アイソレータ８５は、外部から戻ってきた光及び光変調器８４の内部で反射された戻り光が、光源８１に入射する虞を低減することができる。

光送信機の他の実施形態が、図１７に示される。図１６の光送信機８０は、光源８１からの光を光源８１の外部の光変調器８４で変調する、外部変調方式を採用していた。図１７に例示する実施形態では、光源を直接制御する直接変調方式を採用する。

光送信機９０は、信号変調部９１、駆動部であるドライバ９２、光源９３及びアイソレータ９４を含む。信号変調部９１は、送信信号を２値の変調信号に変換する。ドライバ９２は、信号変調部９１から出力される変調信号に基づいて、光源９３の駆動のオン／オフを制御する。アイソレータ９４は、本開示に従うアイソレータを採用しうる。例えば、アイソレータ９４は、図１〜３に示したアイソレータ１０、図１０に示したアイソレータ１１、または、図１４に示したアイソレータ１２を用いることができる。アイソレータ９４は、光源９３の光の出射側に配置され、光送信機９０の外部へ向かう光を透過させる。アイソレータ９４は、送信した光と異なるモードの光も含めて、反射等により外部から光送信機９０に戻った光が、光源９３に入射し、光源９３に損傷等の悪影響を与える虞を低減する。

本開示に係る実施形態について、諸図面及び実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形又は修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形又は修正は本開示の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各構成部又は各ステップなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成部又はステップなどを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。本開示に係る実施形態について装置を中心に説明してきたが、本開示に係る実施形態は装置の各構成部が実行するステップを含む方法としても実現し得るものである。本開示に係る実施形態は装置が備えるプロセッサにより実行される方法、プログラム、又はプログラムを記録した記憶媒体としても実現し得るものである。本開示の範囲にはこれらも包含されるものと理解されたい。

本開示において「第１」及び「第２」等の記載は、当該構成を区別するための識別子である。本開示における「第１」及び「第２」等の記載で区別された構成は、当該構成における番号を交換することができる。例えば、第１ポートは、第２ポートと識別子である「第１」と「第２」とを交換することができる。識別子の交換は同時に行われる。識別子の交換後も当該構成は区別される。識別子は削除してよい。識別子を削除した構成は、符号で区別される。本開示における「第１」及び「第２」等の識別子の記載のみに基づいて、当該構成の順序の解釈、小さい番号の識別子が存在することの根拠に利用してはならない。

本開示において、ｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸は、説明の便宜上設けられたものであり、互いに入れ替えられてよい。本開示に係る構成は、ｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸によって構成される直交座標系を用いて説明されてきた。本開示に係る各構成の位置関係は、直交関係にあると限定されるものではない。

上記アイソレータの各実施形態における、基板上の導波路の配置は例示に過ぎない。例えば、上記各実施形態では、複数の導波路が近接して平行導波路を形成する部分の導波路の向きは、基板の長手方向の辺と平行となっていた。しかし、基板の形状と導波路の向き及び配置はこれに限られず、本開示の効果が得られる範囲で如何様にも設定できる。例えば、複数の導波路は基板面に沿う方向に並んで配置されるのみならず、基板面に垂直な方向に並ぶように配置することも可能である。

上記実施形態では、ＴＥモードの電磁波を伝搬させるアイソレータ及び光送信機について説明してきた。しかし、本開示はＴＭモードの電磁波を伝搬させるアイソレータ及び光送信機についても適用することができる。本開示をＴＭモードの電磁波を伝搬させるアイソレータ及び光送信機に適用する場合、上記実施形態とは、第２導波路に対する非相反性部材の配置及び印加する磁場の方向が異なる。例えば、本発明をＴＭモードのアイソレータ及び光送信機に適用する場合、非相反性部材は第２導波路の基板面に垂直な方向（上記実施例のｚ軸方向に相当）に接して配置されうる。また、このとき、磁場は第２導波路が延在する方向に直交する方向（上記実施例のｙ軸方向に相当）に印加されうる。

１０，１１，１２アイソレータ
２０第１導波路
２１第１コア
２０１第１端
２０２第２端
２１１第１ポート
２１２第２ポート
３０第２導波路
３１第２コア
３２非相反性部材
３０１第１端
３０２第２端
４０第３導波路
４１第３コア
４０１第１端
４０２第２端
４１２第２ポート
５０基板
５０ａ基板面
６０クラッド
６１第１クラッド（誘電体）
６２第２クラッド（誘電体）
７１第１結合部
７２第１方向性結合器
７３第２結合部
７４第２方向性結合器
８０，９０光送信機
８１光源
８２ＤＡＣ（デジタルアナログコンバータ）
８３ドライバ
８４光変調器
８５アイソレータ
９１信号生成部
９２ドライバ（駆動部）
９３光源
９４アイソレータ

Claims

基板面を有する基板上において、前記基板面に沿って位置する第１導波路、第２導波路及び第３導波路を備え、
前記第１導波路、前記第２導波路及び前記第３導波路は、それぞれ誘電体により囲まれたコアを含み、
前記第１導波路と前記第２導波路とは、第１モードの電磁波に作用する第１方向性結合器を形成する第１結合部を有し、
前記第１導波路と前記第３導波路とは、前記第１モード及び前記第１モードとは異なる第２モードの電磁波の何れか一方に作用する第２方向性結合器を形成する第２結合部を有し、
前記第２導波路が、前記第１結合部において該第２導波路の前記コアに隣接する非相反性部材を含むことにより、前記第１方向性結合器は第１方向の電磁波を結合させず、前記第１方向とは異なる第２方向の電磁波を結合させる
アイソレータ。
前記第１モードはＴＥモードであり、前記第２モードはＴＭモードであり、前記第２方向性結合器はＴＥモードの電磁波にのみ作用する請求項１に記載のアイソレータ。
前記第１導波路は、一方の端部に電磁波が入出力される第１ポートを有し、前記第３導波路は前記第１ポートと異なる側の端部に電磁波が入出力される第２ポートを有する請求項２に記載のアイソレータ。
前記第１モードはＴＥモードであり、前記第２モードはＴＭモードであり、前記第２方向性結合器はＴＭモードの電磁波にのみ作用する請求項１に記載のアイソレータ。
前記第１導波路は、第１端と第２端とを有し、前記第１端及び前記第２端のそれぞれに、電磁波が入出力される、第１ポート及び第２ポートを有する請求項４に記載のアイソレータ。
前記第２導波路及び前記第３導波路の少なくとも何れか一方の前記コアは、前記第１結合部または前記第２結合部以外の部分で前記非相反性部材に接する請求項１から５の何れか一項に記載のアイソレータ。
前前記第２導波路及び前記第３導波路の少なくとも何れか一方の前記コアの端部は、先端に向かって径が小さくなる請求項１から６の何れか一項に記載のアイソレータ。
基板面を有する基板上において、前記基板面に沿って位置する複数の導波路と、
電磁波が入出力される第１ポート及び第２ポートと
前記第１ポートと前記第２ポートとの間に設けられ、それぞれ２つの導波路間に形成される第１方向性結合器及び第２方向性結合器と
を備え、
前記第１方向性結合器は非相反性を有し、第１方向に伝搬する第１モードの電磁波を同じ導波路に透過し、前記第１方向と異なる第２方向に伝搬する第１モードの電磁波を異なる導波路に乗り移らせ、
前記第２方向性結合器は、前記第１モード及び前記第１モードとは異なる第２モードの何れか一方の電磁波であって、何れの方向に伝搬する電磁波をも異なる導波路に乗り移らせる
アイソレータ。
光源と、
送信すべき信号に基づいて、前記光源から射出された光を変調する光変調器と、
前記光源よりも下流側に配置されるアイソレータと
を備え、
前記アイソレータは、
基板面を有する基板上において、前記基板面に沿って位置する第１導波路、第２導波路及び第３導波路を備え、
前記第１導波路、前記第２導波路及び前記第３導波路は、それぞれ誘電体により囲まれたコアを含み、
前記第１導波路と前記第２導波路とは、第１モードの電磁波に作用する第１方向性結合器を形成する第１結合部を有し、
前記第１導波路と前記第３導波路とは、前記第１モード及び前記第１モードとは異なる第２モードの電磁波の何れか一方に作用する第２方向性結合器を形成する第２結合部を有し、
前記第２導波路が、前記第１結合部において該第２導波路の前記コアに隣接する非相反性部材を含むことにより、前記第１方向性結合器は第１方向の電磁波を結合させず、前記第１方向とは異なる第２方向の電磁波を結合させる
光送信機。
光源と、
送信すべき信号に基づいて前記光源を駆動する駆動部と、
前記光源の光の出射側に配置されるアイソレータとを備え、
前記アイソレータは、
基板面を有する基板上において、前記基板面に沿って位置する第１導波路、第２導波路及び第３導波路を備え、
前記第１導波路、前記第２導波路及び前記第３導波路は、それぞれ誘電体により囲まれたコアを含み、
前記第１導波路と前記第２導波路とは、第１モードの電磁波に作用する第１方向性結合器を形成する第１結合部を有し、
前記第１導波路と前記第３導波路とは、前記第１モード及び前記第１モードとは異なる第２モードの電磁波の何れか一方に作用する第２方向性結合器を形成する第２結合部を有し、
前記第２導波路が、前記第１結合部において該第２導波路の前記コアに隣接する非相反性部材を含むことにより、前記第１方向性結合器は第１方向の電磁波を結合させず、前記第１方向とは異なる第２方向の電磁波を結合させる
光送信機。