JP2605645B2 - 導波路型光アイソレータ - Google Patents
導波路型光アイソレータInfo
- Publication number
- JP2605645B2 JP2605645B2 JP6322987A JP32298794A JP2605645B2 JP 2605645 B2 JP2605645 B2 JP 2605645B2 JP 6322987 A JP6322987 A JP 6322987A JP 32298794 A JP32298794 A JP 32298794A JP 2605645 B2 JP2605645 B2 JP 2605645B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- waveguide
- channel
- type optical
- optical isolator
- light
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光アイソレータに関
し、特に半導体レーザとモノリシックに集積が可能な光
導波路集積型アイソレータの構造に関する。
し、特に半導体レーザとモノリシックに集積が可能な光
導波路集積型アイソレータの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体レーザとモノリシックに集積可能
な光アイソレータとして、図１に示すような導波路型光
アイソレータの発明（特願平５−１９７１７５号明細書
（特開平７−４９４２７号））がある。図４に示すよう
に、従来のこの導波路型光アイソレータは、基本的に屈
折率ｎ1 のストライプ状のチャンネル導波路１と、この
チャンネル導波路１にある角度を成すように形成された
回折格子１ａと、前記チャンネル導波路１に隣接する領
域に形成された屈折率ｎ2 の平面導波路２と、これらの
チャンネル導波路１と平面導波路２とを被覆している屈
折率ｎ3 の媒質体３とを有している。前記ｎ1 とｎ2 と
ｎ3 との間にはｎ1 ＞ｎ2 ＞ｎ3 の関係が成り立つよう
になっている。
な光アイソレータとして、図１に示すような導波路型光
アイソレータの発明（特願平５−１９７１７５号明細書
（特開平７−４９４２７号））がある。図４に示すよう
に、従来のこの導波路型光アイソレータは、基本的に屈
折率ｎ1 のストライプ状のチャンネル導波路１と、この
チャンネル導波路１にある角度を成すように形成された
回折格子１ａと、前記チャンネル導波路１に隣接する領
域に形成された屈折率ｎ2 の平面導波路２と、これらの
チャンネル導波路１と平面導波路２とを被覆している屈
折率ｎ3 の媒質体３とを有している。前記ｎ1 とｎ2 と
ｎ3 との間にはｎ1 ＞ｎ2 ＞ｎ3 の関係が成り立つよう
になっている。
【０００３】この導波路型光アイソレータは、アイソレ
ータとして機能するためには、チャンネル導波路１中を
順方向（＋ｘ方向）に伝搬する光に対しては、回折格子
１ａによる光の回折が起こらず、逆方向に伝搬する光
（戻り光）に対してのみ回折格子１ａで光が回折される
ようにすればよい。このような非相反の光の回折を実現
するには、チャンネル導波路１を逆方向に伝搬する光に
対しては、回折格子１ａによる回折光が結合できるよう
なモードが存在し、順方向に伝搬する光に対しては、回
折光が結合できるようなモードが存在しないような非対
称な光導波路の構造を実現すれば良い。
ータとして機能するためには、チャンネル導波路１中を
順方向（＋ｘ方向）に伝搬する光に対しては、回折格子
１ａによる光の回折が起こらず、逆方向に伝搬する光
（戻り光）に対してのみ回折格子１ａで光が回折される
ようにすればよい。このような非相反の光の回折を実現
するには、チャンネル導波路１を逆方向に伝搬する光に
対しては、回折格子１ａによる回折光が結合できるよう
なモードが存在し、順方向に伝搬する光に対しては、回
折光が結合できるようなモードが存在しないような非対
称な光導波路の構造を実現すれば良い。
【０００４】図４に示す構造では、チャンネル導波路１
の右側には平面導波路２が存在するが、左側にはそのよ
うな導波路が存在しない。また、回折格子１ａは図に示
すようにチャンネル導波路１上にある角度を成して形成
されている。従って、順方向（＋ｘ方向）に伝搬する光
に対して、回折が起きるとすればチャンネル導波路１の
左側に回折されるが、この方向には光導波路が存在しな
いので、このような回折は実際起こり得ない。一方、逆
方向（−ｘ方向）に伝搬する光に対しては、チャンネル
導波路１の右側に回折されるが、この方向には平面導波
路２が存在するので、光は回折される。
の右側には平面導波路２が存在するが、左側にはそのよ
うな導波路が存在しない。また、回折格子１ａは図に示
すようにチャンネル導波路１上にある角度を成して形成
されている。従って、順方向（＋ｘ方向）に伝搬する光
に対して、回折が起きるとすればチャンネル導波路１の
左側に回折されるが、この方向には光導波路が存在しな
いので、このような回折は実際起こり得ない。一方、逆
方向（−ｘ方向）に伝搬する光に対しては、チャンネル
導波路１の右側に回折されるが、この方向には平面導波
路２が存在するので、光は回折される。
【０００５】これを平面導波路２上での波数ベクトルで
表示すると、図５に示すようになる。回折格子１ａの波
数ベクトルは図中ｋs1で表される。チャンネル導波路１
の右側、即ちｙの正の方向（＋ｙ方向）には平面導波路
２が存在するため、この半円で導波モードが存在する。
これに対して、チャンネル導波路１の左側、即ち−ｙ方
向には平面導波路が存在しないので、こちら側には導波
モードは存在しない。このため、チャンネル導波路１を
逆方向に伝搬する光に対しては、図５に示すように位相
整合条件さえ満足すれば、平面導波路２への回折が起こ
る。これに対して、順方向に伝搬する光に対しては、そ
もそも光が回折できる導波モードが存在しないため、こ
のような回折は起こらない。
表示すると、図５に示すようになる。回折格子１ａの波
数ベクトルは図中ｋs1で表される。チャンネル導波路１
の右側、即ちｙの正の方向（＋ｙ方向）には平面導波路
２が存在するため、この半円で導波モードが存在する。
これに対して、チャンネル導波路１の左側、即ち−ｙ方
向には平面導波路が存在しないので、こちら側には導波
モードは存在しない。このため、チャンネル導波路１を
逆方向に伝搬する光に対しては、図５に示すように位相
整合条件さえ満足すれば、平面導波路２への回折が起こ
る。これに対して、順方向に伝搬する光に対しては、そ
もそも光が回折できる導波モードが存在しないため、こ
のような回折は起こらない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のアイ
ソレータにおいては、アイソレータを実現する上で最も
難しいのは、戻り光が回折格子１ａにより回折され、平
面導波路２の導波モードと結合するためには、前にも述
べたように、回折光の波数ベクトルと平面導波路２の導
波モード（波数が不連続である）を１０-4程度のかなり
の精度で一致させる位相整合条件を満足させてやらなけ
ればならないことである。これが合わないと、光の回折
は起こらず、アイソレータとして機能しなくなる。従っ
て、従来のアイソレータにおいては、その作製上のトレ
ランスは非常に厳しく、実際に製造するのは非常に困難
であった。また、回折光の方向と戻り光の方向が近いた
め、回折光が戻り光と結合し、アイソレーションを悪く
する問題があった。
ソレータにおいては、アイソレータを実現する上で最も
難しいのは、戻り光が回折格子１ａにより回折され、平
面導波路２の導波モードと結合するためには、前にも述
べたように、回折光の波数ベクトルと平面導波路２の導
波モード（波数が不連続である）を１０-4程度のかなり
の精度で一致させる位相整合条件を満足させてやらなけ
ればならないことである。これが合わないと、光の回折
は起こらず、アイソレータとして機能しなくなる。従っ
て、従来のアイソレータにおいては、その作製上のトレ
ランスは非常に厳しく、実際に製造するのは非常に困難
であった。また、回折光の方向と戻り光の方向が近いた
め、回折光が戻り光と結合し、アイソレーションを悪く
する問題があった。
【０００７】本発明の目的は、製造上でのトレランスを
緩くできて製造が容易であり、かつ、アイソレーション
が良好である導波路型光アイソレータを提供することに
ある。
緩くできて製造が容易であり、かつ、アイソレーション
が良好である導波路型光アイソレータを提供することに
ある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、課題を解決す
るために、平面基板上に形成された一本のチャンネル光
導波路と、このチャンネル導波路にこれと所定の角度を
成すように形成された回折格子と、前記チャンネル導波
路で区切られる平面基板上の二つの平面のいずれか一方
の第１の領域に形成され前記チャンネル光導波路の等価
屈折率に比べて小さい屈折率を有する第１の媒質体と、
前記第１の領域以外の領域に形成され前記第１の媒質体
より屈折率が小さい第２の媒質体とを備えていることを
特徴とする。
るために、平面基板上に形成された一本のチャンネル光
導波路と、このチャンネル導波路にこれと所定の角度を
成すように形成された回折格子と、前記チャンネル導波
路で区切られる平面基板上の二つの平面のいずれか一方
の第１の領域に形成され前記チャンネル光導波路の等価
屈折率に比べて小さい屈折率を有する第１の媒質体と、
前記第１の領域以外の領域に形成され前記第１の媒質体
より屈折率が小さい第２の媒質体とを備えていることを
特徴とする。
【０００９】
【実施例】次に、本発明の１実施例を図面に基いて詳細
に説明する。
に説明する。
【００１０】図１は、本発明の１実施例を示す略斜視図
である。図１に示すように、本発明の導波路型光アイソ
レータは、平面基板Ｓ上に形成された一本のチャンネル
光導波路１と、このチャンネル導波路１にこれと所定の
角度を成すように形成された回折格子１ａと、前記チャ
ンネル導波路１で区切られる平面基板Ｓ上の二つの平面
のいずれか一方の第１の領域に形成され前記チャンネル
光導波路１の等価屈折率ｎ1 に比べて小さい屈折率ｎ2
を有する第１の媒質体である平面導波路２と、前記第１
の領域以外の領域に形成され前記平面導波路２より小さ
い屈折率ｎ3 を有する第２の媒質体３とを備えている。
である。図１に示すように、本発明の導波路型光アイソ
レータは、平面基板Ｓ上に形成された一本のチャンネル
光導波路１と、このチャンネル導波路１にこれと所定の
角度を成すように形成された回折格子１ａと、前記チャ
ンネル導波路１で区切られる平面基板Ｓ上の二つの平面
のいずれか一方の第１の領域に形成され前記チャンネル
光導波路１の等価屈折率ｎ1 に比べて小さい屈折率ｎ2
を有する第１の媒質体である平面導波路２と、前記第１
の領域以外の領域に形成され前記平面導波路２より小さ
い屈折率ｎ3 を有する第２の媒質体３とを備えている。
【００１１】本発明の構造では、戻り光に対する回折光
を、平面導波路２の導波モードではなく、放射モードに
結合させている。図２は本発明の構造の波数ベクトルの
関係を示している。平面導波路２においては、不連続な
波数をとる導波モードと連続波数をとる放射モードが存
在する。放射モードは、導波モードとは異なり、図２に
示すように波数空間上の連続的な領域をとり得る。従っ
て、導波モードに結合させる場合のように、回折光の波
数ベクトルを導波光の波数ベクトルに完全に一致させる
必要は無く、回折光の波数ベクトルが放射モードの領域
に入るようにすればよい。従って、設計上のトレランス
は導波モードの場合に比べて大幅に改善できる。
を、平面導波路２の導波モードではなく、放射モードに
結合させている。図２は本発明の構造の波数ベクトルの
関係を示している。平面導波路２においては、不連続な
波数をとる導波モードと連続波数をとる放射モードが存
在する。放射モードは、導波モードとは異なり、図２に
示すように波数空間上の連続的な領域をとり得る。従っ
て、導波モードに結合させる場合のように、回折光の波
数ベクトルを導波光の波数ベクトルに完全に一致させる
必要は無く、回折光の波数ベクトルが放射モードの領域
に入るようにすればよい。従って、設計上のトレランス
は導波モードの場合に比べて大幅に改善できる。
【００１２】また、ストライプ状の導波路の右側の放射
モードだけを用いるため、平面導波路２が無くても、ス
トライプ状のチャンネル導波路の両側の領域の屈折率が
異なりさえすればよい。従って、図１に示すように更に
簡単な構造により導波路型光アイソレータが実現可能と
なる。
モードだけを用いるため、平面導波路２が無くても、ス
トライプ状のチャンネル導波路の両側の領域の屈折率が
異なりさえすればよい。従って、図１に示すように更に
簡単な構造により導波路型光アイソレータが実現可能と
なる。
【００１３】次に、図３を参照しながら本発明の導波路
型光アイソレータの製造方法をて説明する。
型光アイソレータの製造方法をて説明する。
【００１４】ここでは、１．３μｍ帯の半導体レーザと
のモノリシック集積化を行うために、ＩｎＰ基板上に形
成できる構造について示す。まず最初に図３（ａ）に示
すように、ＩｎＰ基板１１上に電子ビーム露光技術等を
用いて回折格子１１ａを形成する。回折格子１１ａのピ
ッチは２０５５Åで＜０１１＞方向に対して７５°の角
度を成すように形成する。この回折格子１１ａのピッチ
と形成角度においては、回折光の方向は戻り光と約１５
０°の角度を成す。
のモノリシック集積化を行うために、ＩｎＰ基板上に形
成できる構造について示す。まず最初に図３（ａ）に示
すように、ＩｎＰ基板１１上に電子ビーム露光技術等を
用いて回折格子１１ａを形成する。回折格子１１ａのピ
ッチは２０５５Åで＜０１１＞方向に対して７５°の角
度を成すように形成する。この回折格子１１ａのピッチ
と形成角度においては、回折光の方向は戻り光と約１５
０°の角度を成す。
【００１５】次に図３（ｂ）に示すように、ＩｎＰ基板
１１上にバンドギャップ波長１．１３μｍ組成のＩｎＧ
ａＡｓＰ層１２を０．２μｍ成長させ、さらにＩｎＰ層
１３を０．３μｍ成長させる。次に図３（ｃ）に示すよ
うに、幅１．５μｍのＳｉＯ2 マスクを形成してＩｎＰ
層１３とＩｎＧａＡｓＰ層１２を選択的にエッチングす
ることにより、回折格子１１上の部分にリッジストライ
プ状のチャンネル導波路１４を形成する。この後に、図
３（ｄ）に示すようにチャンネル導波路１４の片側を埋
め込むように、バンドギャップ波長組成１．０５μｍの
ＩｎＧａＡｓＰ層１５を成長させ、最後に図３（ｅ）に
示すように全体をＩｎＰ層１６で埋め込んで導波路型光
アイソレータ用ウェハを制作する。
１１上にバンドギャップ波長１．１３μｍ組成のＩｎＧ
ａＡｓＰ層１２を０．２μｍ成長させ、さらにＩｎＰ層
１３を０．３μｍ成長させる。次に図３（ｃ）に示すよ
うに、幅１．５μｍのＳｉＯ2 マスクを形成してＩｎＰ
層１３とＩｎＧａＡｓＰ層１２を選択的にエッチングす
ることにより、回折格子１１上の部分にリッジストライ
プ状のチャンネル導波路１４を形成する。この後に、図
３（ｄ）に示すようにチャンネル導波路１４の片側を埋
め込むように、バンドギャップ波長組成１．０５μｍの
ＩｎＧａＡｓＰ層１５を成長させ、最後に図３（ｅ）に
示すように全体をＩｎＰ層１６で埋め込んで導波路型光
アイソレータ用ウェハを制作する。
【００１６】この導波路型光アイソレータ用ウェハから
３００μｍ長に素子を切り出せば、２０ｄＢ程度のアイ
ソレーションを有する導波路型光アイソレータを得るこ
とができる。
３００μｍ長に素子を切り出せば、２０ｄＢ程度のアイ
ソレーションを有する導波路型光アイソレータを得るこ
とができる。
【００１７】なお、本実施例では、回折格子１１ａはチ
ャンネル導波路１４と埋め込み部分の両領域の下に形成
されているが、チャンネル導波路１４にのみ形成されて
いる構造でも同様の効果が得られる。
ャンネル導波路１４と埋め込み部分の両領域の下に形成
されているが、チャンネル導波路１４にのみ形成されて
いる構造でも同様の効果が得られる。
【００１８】
【発明の効果】本発明の導波路型光アイソレータは、製
造上でのトレランスを緩くできるから製造が容易であ
り、かつ、アイソレーションが良好である。
造上でのトレランスを緩くできるから製造が容易であ
り、かつ、アイソレーションが良好である。
【図１】本発明の１実施例を示す略斜視図である。
【図２】本発明の１実施例における波数ベクトルの関係
を説明するための図である。
を説明するための図である。
【図３】本発明の導波路型光アイソレータの製造方法を
説明するための図である。
説明するための図である。
【図４】従来の導波路型光アイソレータを示す略斜視図
である。
である。
【図５】従来の導波路型光アイソレータにおける波数ベ
クトルの関係を説明するための図である。
クトルの関係を説明するための図である。
１ チャンネル導波路 １ａ 回折格子 ２ 平面導波路 ３ 第２の媒質体 １１ ＩｎＰ基板 １１ａ 回折格子 １２ ＩｎＧａＡｓＰ層 １３ ＩｎＰ層 １４ チャンネル導波路 １５ ＩｎＧａＡｓＰ層 １６ ＩｎＰ層
Claims (2)
- 【請求項１】 平面基板上に形成された一本のチャンネ
ル光導波路と、このチャンネル導波路にこれと所定の角
度を成すように形成された回折格子と、前記チャンネル
導波路で区切られる平面基板上の二つの平面のいずれか
一方の第１の領域に形成され前記チャンネル光導波路の
等価屈折率に比べて小さい屈折率を有する第１の媒質体
と、前記第１の領域以外の領域に形成され前記第１の媒
質体より屈折率が小さい第２の媒質体とを備えているこ
とを特徴とする導波路型光アイソレータ。 - 【請求項２】 請求項１に記載の導波路型光アイソレー
タにおいて、前記回折格子のピッチと角度は、回折光の
進行方向が戻り光の進行方向と成す角度が９０°以上と
なるように角度が定められていることを特徴とする導波
路型光アイソレータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6322987A JP2605645B2 (ja) | 1994-12-26 | 1994-12-26 | 導波路型光アイソレータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6322987A JP2605645B2 (ja) | 1994-12-26 | 1994-12-26 | 導波路型光アイソレータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08179142A JPH08179142A (ja) | 1996-07-12 |
| JP2605645B2 true JP2605645B2 (ja) | 1997-04-30 |
Family
ID=18149884
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6322987A Expired - Lifetime JP2605645B2 (ja) | 1994-12-26 | 1994-12-26 | 導波路型光アイソレータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2605645B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19631109C1 (de) * | 1996-08-01 | 1997-10-02 | Ams Optotech Gmbh | Optische Wellenlängenmultiplexeinheit |
-
1994
- 1994-12-26 JP JP6322987A patent/JP2605645B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08179142A (ja) | 1996-07-12 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19961203 |