JP2784496B2 - Waveguide type optical isolator - Google Patents

Waveguide type optical isolator

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JP2784496B2
JP2784496B2 JP1210713A JP21071389A JP2784496B2 JP 2784496 B2 JP2784496 B2 JP 2784496B2 JP 1210713 A JP1210713 A JP 1210713A JP 21071389 A JP21071389 A JP 21071389A JP 2784496 B2 JP2784496 B2 JP 2784496B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (発明の産業上利用分野) 本発明は導波路型光アイソレータ、さらに詳細には光
通信の分野においてレーザー等に不要な反射光を戻らな
いようにするための光アイソレータに関するものであ
る。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a waveguide type optical isolator, and more particularly, to an optical isolator for preventing unnecessary reflected light from returning to a laser or the like in the field of optical communication. It is about.

(従来技術及び問題点) 従来この種の装置は第4図に示すように個別部品を組
み合わせたバルク型と呼ばれるもののみ実用に供されて
いる。
(Prior Art and Problems) Conventionally, as shown in FIG. 4, this type of apparatus has been put to practical use only in what is called a bulk type in which individual parts are combined.

このようなバルク型光アイソレータは軸が互いに45度
傾いた二つの偏光子1、1′とこれらに挟まれた非相反
45度偏光面回転素子として機能する磁界Hが印加された
磁気光学結晶2により構成されている。磁気光学結晶2
の光相反性のため光線3の方向のみ光は透過し、第4図
に示した部品は光アイソレータとして機能する。
Such a bulk-type optical isolator is composed of two polarizers 1 and 1 'whose axes are inclined at 45 degrees to each other and a non-reciprocal polarizer sandwiched therebetween.
It is constituted by a magneto-optical crystal 2 to which a magnetic field H functioning as a 45-degree polarization plane rotating element is applied. Magneto-optical crystal 2
4 transmits light only in the direction of the light beam 3 and the component shown in FIG. 4 functions as an optical isolator.

しかし、この種の光アイソレータは磁気光学結晶2及
び偏光子1、1′が高価であるために光アイソレータ自
体も高価になること、レンズを使ってファイバー等と結
合しているため全体の寸法が例えば20mm×9mm×9mm程度
の大型となること、レンズ及びファイバーと組み合わせ
る際のアライメントが難しいこと等の欠点があった。
However, this type of optical isolator is expensive because the magneto-optical crystal 2 and the polarizers 1 and 1 'are expensive, and the overall dimensions are large because the optical isolator is connected to a fiber or the like using a lens. For example, there are drawbacks such as a large size of about 20 mm × 9 mm × 9 mm and difficulty in alignment when combined with a lens and a fiber.

これらの欠点を一部改善するため磁気光学結晶2を厚
さ200μm程度の膜状にすることが提案され全体の寸法
は6mm×5mm×5mm程度まで小さくできることが確認され
ている。しかし、このような改善を行なっても本質的に
バルク型であることに変わりはなく、アライメントの困
難さ等の欠点は解決されていない。
It has been proposed to make the magneto-optical crystal 2 into a film having a thickness of about 200 μm in order to partially improve these disadvantages, and it has been confirmed that the overall dimensions can be reduced to about 6 mm × 5 mm × 5 mm. However, even if such an improvement is made, it is still essentially a bulk type, and the drawbacks such as difficulty in alignment have not been solved.

また、近年光伝送システムの研究開発の発展はめざま
しく、光部品の導波路化が検討されるおり、レーザー、
ファイバー等の導波路型光部品に直接結合することので
きる導波路型アイソレータの実現が強く望まれている。
ところで、導波路中ではバルク結晶と異なりTE及びTMの
直交する2種類の導波モード以外、固有モードとして許
されないために、導波路型アイソレータを構成する場
合、偏光子を第1図のような45度配置とすることができ
ない。このため、導波路型アイソレータの構成要素とし
ては同じ軸方向の偏光子1組、バルク型の非相反45度回
転素子に対応する非相反TE-TMモード変換部に加え、相
反45度回転素子として機能する相反TE-TMモード変換部
が必要である。
In recent years, research and development of optical transmission systems has been remarkable, and the conversion of optical components into waveguides has been studied.
There is a strong demand for a waveguide-type isolator that can be directly coupled to a waveguide-type optical component such as a fiber.
By the way, in the waveguide, unlike the bulk crystal, except for the two types of waveguide modes perpendicular to each other, TE and TM, it is not allowed as an eigenmode. Therefore, when configuring a waveguide type isolator, a polarizer as shown in FIG. Cannot be 45 degree arrangement. Therefore, as a component of the waveguide type isolator, in addition to a pair of polarizers in the same axial direction, a non-reciprocal TE-TM mode converter corresponding to a bulk type non-reciprocal 45 degree rotating element, and a reciprocal 45 degree rotating element A functioning reciprocal TE-TM mode converter is required.

このような導波路型アイソレータを構成しようとした
試みとしては第5図に示すように、基板4、磁気光学結
晶薄膜非相反モード変換部(磁化Mが光の進行方向に平
行)5、磁気光学結晶薄膜相反モード変換部(磁化Mが
光の進行方向に垂直でかつ膜面の法線7にΘmの角度を
なす)6、及びモードフィルタとしての金属薄膜8、
8′により構成されたものが提案されている(特開昭58
-221810号)。この構成では相反モード変換部5に磁気
複屈折を用いているところに特徴がある。しかしなが
ら、同一の磁気光学薄膜に磁化Mの向きの異なる非相反
モード変換部5と相反モード変換部6を形成することは
困難であるので、これまで報告されている第5図に示す
構成による光アイソレータのアイソレーション比は13dB
が最高である(K.Ando et al.Applied Physics Letter
Vol.53,No.1,p.4,1988.)。また、第5図に示す構成に
よる導波路型アイソレータは導波光を面内方向に閉じ込
めない2次元導波路構造であること、導波路を伝搬でき
るいくつかのモードの中で0次モードでしか動作しない
こと等のためプリズムカップラー法等の限定された方法
でしか光を導入できない。また、光ファイバーのコア径
と導波層の厚さが異なりすぎることと合わせて、光ファ
イバー等と直接接続ができないため実用には供し得な
い。
As an attempt to construct such a waveguide type isolator, as shown in FIG. 5, a substrate 4, a magneto-optical crystal thin film non-reciprocal mode converter (magnetization M is parallel to the traveling direction of light) 5, a magneto-optical device A crystal thin film reciprocal mode converter (magnetization M is perpendicular to the traveling direction of light and forms an angle of Θm with a normal 7 of the film surface) 6; a metal thin film 8 as a mode filter;
8 'has been proposed (Japanese Patent Laid-Open No. 58-1983).
-221810). This configuration is characterized in that the reciprocal mode converter 5 uses magnetic birefringence. However, since it is difficult to form the non-reciprocal mode converter 5 and the reciprocal mode converter 6 having different directions of the magnetization M on the same magneto-optical thin film, the light having the configuration shown in FIG. Isolation ratio of isolator is 13dB
Is the best (K. Ando et al. Applied Physics Letter
Vol.53, No.1, p.4, 1988.). In addition, the waveguide type isolator having the configuration shown in FIG. 5 has a two-dimensional waveguide structure that does not confine guided light in an in-plane direction, and operates only in the zero-order mode among several modes that can propagate through the waveguide. For this reason, light can be introduced only by a limited method such as the prism coupler method. In addition to the fact that the core diameter of the optical fiber and the thickness of the waveguide layer are too different, it cannot be practically used because it cannot be directly connected to an optical fiber or the like.

導波層の厚さをファイバーのコア径と合わせる試みと
しては磁気光学薄膜を2層構造にし導波層の下に屈折率
のわずかに低いクラッド層を設けることが提案されシン
グルモード伝搬する導波層の厚さをファイバーのコア径
とほぼ同じ大きさにできることが確認されている(特公
昭62-57014号)。しかし、基本的に2次元導波路構造で
ありファイバー等との接続ができないことには変わりが
ない。
As an attempt to match the thickness of the waveguide layer with the core diameter of the fiber, it has been proposed to make the magneto-optical thin film a two-layer structure and provide a cladding layer having a slightly lower refractive index under the waveguide layer. It has been confirmed that the thickness of the layer can be made approximately the same as the core diameter of the fiber (Japanese Patent Publication No. 62-57014). However, there is no change in that it basically has a two-dimensional waveguide structure and cannot be connected to a fiber or the like.

一方、最近応力が加わった埋め込み型導波路のコア部
近傍のクラッド層の一部に応力解放溝を設けることによ
り導波路型光位相板を形成することが提案されている
(特開昭63-147114号)。この導波路型光位相板を用い
ることにより相反モード変換器を構成することが可能で
あるがこれまでに導波路型光アイソレータに応用された
例はない。
On the other hand, recently, it has been proposed to form a waveguide type optical phase plate by providing a stress release groove in a part of a cladding layer near a core portion of a buried waveguide to which a stress has been applied (Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-1988). No. 147114). It is possible to construct a reciprocal mode converter by using this waveguide type optical phase plate, but there is no example applied to a waveguide type optical isolator so far.

本発明は上述の問題点に鑑みなされたものであり、全
ての構成要素が単一モード導波路からなる小型で低価格
な実用に供し得る3次元導波路型光アイソレータを提供
することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above-described problems, and has as its object to provide a small-sized, low-cost, practical three-dimensional waveguide optical isolator in which all components are formed of a single-mode waveguide. I do.

(問題点を解決するための手段) 上記目的を達成するため、本発明による導波路型光ア
イソレータは、基板上に形成された石英系ガラスクラッ
ド層に石英系ガラスコア部が埋設されてなる3次元埋込
み型石英系ガラス単一モード導波路の前記コア部に沿っ
て該コア部の近傍の前記クラッド層の一部を除去して所
定の長さの応力解放溝が形成されてなる相反モード変換
部と、磁性ガーネットの埋込み型単一モード導波路から
なる非相反モード変換部と、前記石英系単一モード導波
路の光入射端及び光出射端の前記クラッド層に金属薄膜
を装荷することにより形成したモード選択部とからな
り、前記非相反モード変換部は前記相反モード変換部と
前記モード選択部の一方との間に前記応力解放溝と同時
に前記基板上に形成されたはめ込み用溝に埋込み層を下
にして装着され位置合わせ後固定されていることを特徴
とする。
(Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, a waveguide-type optical isolator according to the present invention has a quartz glass core portion embedded in a quartz glass clad layer formed on a substrate. Reciprocal mode conversion in which a stress release groove having a predetermined length is formed by removing a part of the cladding layer in the vicinity of the core portion along the core portion of the three-dimensional embedded quartz glass single mode waveguide. Part, a non-reciprocal mode converter comprising a buried single-mode waveguide of magnetic garnet, and loading a metal thin film on the cladding layer at the light input end and light output end of the quartz-based single mode waveguide. A non-reciprocal mode converter is formed between the reciprocal mode converter and one of the mode selectors in a fitting groove formed on the substrate simultaneously with the stress release groove. It is characterized in that it is mounted with the embedding layer downward and fixed after positioning.

以下に図面を参考にして本発明を詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

(発明の構成及び作用) 第1図(a),(b),(c)は本発明の一構成例の
基本構成を示すもので、第1図(a)は前記構成例の平
面図、第1図(b)は横側面図、第1図(c)は縦側面
図である。また、図中、9、9′はモード選択部、10は
非相反モード変換部、11は相反モード変換部を示す。
(Structure and Operation of the Invention) FIGS. 1 (a), 1 (b), and 1 (c) show a basic structure of an example of the structure of the present invention. FIG. 1 (a) is a plan view of the structure example. FIG. 1B is a lateral side view, and FIG. 1C is a vertical side view. In the figure, reference numerals 9 and 9 'denote mode selectors, 10 denotes a non-reciprocal mode converter, and 11 denotes a reciprocal mode converter.

モード選択部9、9′は3次元埋め込み型単一モード
導波路のクラッド層12の上にAlに代表される金属薄膜8
を装荷することにより構成され、TEモードを透過しTMモ
ードを吸収する動作をする。
The mode selectors 9 and 9 'are formed on the cladding layer 12 of the three-dimensional buried type single mode waveguide by the metal thin film 8 represented by Al.
And operates to transmit the TE mode and absorb the TM mode.

非相反モード変換部10はコイルあるいは磁石により光
線3と平行な方向の磁場17がかけられた磁性ガーネット
埋め込み型導波路15によって構成される。この磁性ガー
ネット埋め込み型導波路15はこれを構成する磁性ガーネ
ット薄膜のファラデー回転係数をΘ(deg/cm)とする
とその導波路長19が|Θ|・l=45°の関係を満た
すように設計されており、TE-TM非相反50%モード変換
の動作をする。また、磁性ガーネット埋め込み型導波路
15は単一モード伝搬するように設定されており、かつ良
好な直線偏光性を保つため導波光の電界の主成分が膜面
の法線7に垂直な準TEモードと平行な準TMモードの伝搬
定数が一致するように設定されている。両者の伝搬定数
が一致しない場合には光パワーとして50%モード変換さ
れても両者の位相がずれているため素子特性の低下を招
く。また、磁性ガーネット埋め込み型導波路15はガイド
ブロック16を用いて、モード選択部9と相反モード変換
部11の間にはめ込まれる。
The non-reciprocal mode converter 10 includes a magnetic garnet embedded waveguide 15 to which a magnetic field 17 in a direction parallel to the light beam 3 is applied by a coil or a magnet. When the Faraday rotation coefficient of the magnetic garnet thin film constituting the magnetic garnet embedded waveguide 15 is F F (deg / cm), the waveguide length 19 satisfies the relationship of | Θ F | · l = 45 °. It is designed to operate with TE-TM non-reciprocal 50% mode conversion. Also, a magnetic garnet embedded waveguide
Reference numeral 15 denotes a quasi-TM mode in which the main component of the electric field of the guided light is parallel to the quasi-TE mode perpendicular to the normal 7 of the film surface and is set to propagate in a single mode, and to maintain good linear polarization. The propagation constants are set so as to match. If the propagation constants of the two do not match, even if the optical power is converted to 50% mode, the phases of the two are shifted, which causes a deterioration in element characteristics. The magnetic garnet embedded waveguide 15 is fitted between the mode selector 9 and the reciprocal mode converter 11 using the guide block 16.

相反モード変換部11は、コア部13近傍のクラッド層12
の一部に空けた応力解放溝14によりコア部13を複屈折主
軸方向18を第1図(c)中に示すように光の伝搬方向に
垂直でかつ膜面の法線方向7より応力解放溝14側に22.5
度傾けた構成よりなり、応力解放溝14の長さを所定の長
さにすることにより導波路型1/2波長板を形成し、TE-TM
相反50%モード変換器として機能するように設定されて
いる。
The reciprocal mode converter 11 includes a cladding layer 12 near the core 13.
The stress is released from the core portion 13 by the stress release groove 14 partially opened in the direction of the principal axis 18 of the birefringence perpendicular to the light propagation direction and from the normal direction 7 of the film surface as shown in FIG. 22.5 on groove 14 side
A waveguide-type half-wave plate is formed by setting the length of the stress release groove 14 to a predetermined length, and the TE-TM
It is set to function as a reciprocal 50% mode converter.

第1図および第2図を用い本発明導波路型光アイソレ
ータの動作原理を説明する。まず、磁性ガーネット埋め
込み型導波路15を構成する磁性ガーネットのΘの符号
が正の場合について説明する(Θの符号は光の進行方
向と外部磁場Hの方向が平行で同じ向きの時、光源側か
ら見て時計回りに光の電場ベクトルが回転する方向を正
と定義する)。
The operating principle of the waveguide type optical isolator of the present invention will be described with reference to FIGS. First, when the sign of the theta F of the magnetic garnet will be described a positive (theta F code direction is the same direction parallel to the traveling direction and the external magnetic field H of the light constituting the magnetic garnet embedded waveguide 15, The direction in which the electric field vector of light rotates clockwise as viewed from the light source side is defined as positive).

第1図中、Aよりコア部に入射した導波光はモード選
択部9で導波路に装荷した金属薄膜8により準TMモード
が吸収され準TEモードのみ非相反モード変換部10に入射
する。
In FIG. 1, the guided light incident on the core from A is absorbed by the metal thin film 8 loaded on the waveguide by the mode selector 9, and only the quasi-TE mode is incident on the non-reciprocal mode converter 10.

非相反モード変換部10では導波光は50%モード変換さ
れ、準TEモード50%、準TMモード50%の導波光に変換さ
れ相反モード変換部11に伝搬される。
In the non-reciprocal mode converter 10, the guided light is subjected to 50% mode conversion, converted into quasi-TE mode 50% and quasi-TM mode 50% guided light, and propagated to the reciprocal mode converter 11.

相反モード変換部11で導波光は、準TEモード100%に
変換されてモード選択部9′を通りBに出射する。
The guided light is converted to the quasi-TE mode 100% by the reciprocal mode converter 11, and is emitted to B through the mode selector 9 '.

逆にBよりコア部13に入射された導波光はモード選択
部9′で準TMモードは吸収され準TEモードのみ相反モー
ド変換部11に入射する。
Conversely, the guided light incident on the core 13 from B is absorbed by the mode selector 9 'in the quasi-TM mode, and only the quasi-TE mode is incident on the reciprocal mode converter 11.

相反モード変換部11では導波光は50%モード変換され
準TEモード50%、準TMモード50%の導波光に変換され
る。
In the reciprocal mode converter 11, the guided light is mode-converted by 50% and is converted into guided light in the quasi-TE mode 50% and the quasi-TM mode 50%.

次に、導波光は非相反モード変換部10で準TMモード10
0%に変換されるためモード選択部9を透過することが
できず、Aに出射する導波光は0となり、第1図の光回
路は光アイソレータとして機能する。
Next, the guided light is converted into the quasi-TM mode 10 by the nonreciprocal mode converter 10.
Since it is converted to 0%, it cannot pass through the mode selecting section 9 and the guided light emitted to A becomes 0, and the optical circuit of FIG. 1 functions as an optical isolator.

(実施例) 本実施例では第1図のモード選択部9、9′の金属薄
膜8、8′としてAl薄膜を用いた。
(Embodiment) In this embodiment, an Al thin film was used as the metal thin films 8 and 8 'of the mode selectors 9 and 9' in FIG.

第2図は本発明の実施例に用いた相反モード変換部11
の拡大図である。本実施例では基板4には厚さ0.7mmの
シリコン基板を用い、コア部13、クラッド層12には石英
系ガラスを用いた。クラッド層12の厚さは50μmであ
り、コア部13は基板面から高さ25μmに中心がくるよう
にした。コア部は磁性ガーネット埋め込み型導波路15を
接続する際、接続ロスが小さくなるよう磁性ガーネット
埋め込み型導波路のコア部と同じ8μm角の方形とし
た。また、単一モード伝搬のため、コア部13とクラッド
層12の比屈折率差は0.25%とした。コア部の複屈折の主
軸角が基板面法線より傾く角を22.5度とするためにコア
部13の中心から応力解放溝14までの距離Sを35μmとし
た。また、使用波長1.3μmで50%モード変換器として
の機能をもたせるために応力解放溝14の長さLを2.6mm
とした。応力解放溝14の幅Tは200μmとした。
FIG. 2 shows a reciprocal mode converter 11 used in the embodiment of the present invention.
FIG. In this embodiment, a silicon substrate having a thickness of 0.7 mm is used for the substrate 4, and quartz glass is used for the core 13 and the cladding layer 12. The thickness of the clad layer 12 was 50 μm, and the center of the core 13 was 25 μm from the substrate surface. When connecting the magnetic garnet-embedded waveguide 15, the core was formed in the same square shape as the core of the magnetic garnet-embedded waveguide so as to reduce the connection loss. Further, for single mode propagation, the relative refractive index difference between the core 13 and the cladding layer 12 was set to 0.25%. The distance S from the center of the core 13 to the stress relief groove 14 was set to 35 μm in order to set the angle at which the principal axis angle of the birefringence of the core was inclined from the normal to the substrate surface to 22.5 degrees. In addition, in order to provide a function as a 50% mode converter at a used wavelength of 1.3 μm, the length L of the stress release groove 14 is set to 2.6 mm.
And The width T of the stress release groove 14 was 200 μm.

このような光導波路と応力解放溝の構造は、SiCl4、T
iCl4等のガラス形成原料ガスの火災加水分解反応による
ガラス膜の堆積技術とRIEを代表とするドライエッチン
グプロセスとの組み合わせによる周知の加工方法で形成
することができる。
The structure of such an optical waveguide and a stress relief groove is SiCl 4 , T
It can be formed by a well-known processing method by a combination of a glass film deposition technique by a fire hydrolysis reaction of a glass forming raw material gas such as iCl 4 and a dry etching process represented by RIE.

第3図は本発明の実施例に用いた磁性ガーネット埋め
込み型導波路15の断面図で20は埋め込み層、21は下部ク
ラッド層を示す。
FIG. 3 is a cross-sectional view of the magnetic garnet embedded waveguide 15 used in the embodiment of the present invention, in which 20 indicates a buried layer, and 21 indicates a lower cladding layer.

本実施例では準TEモードと準TMモードの伝搬定数を等
しくするためにコア部13の形を方形とし、埋め込み層20
と下部クラッド層21の屈折率を等しくした。また、コア
部13の幅Wは8μmとした。
In the present embodiment, in order to make the propagation constants of the quasi-TE mode and the quasi-TM mode equal, the shape of the core 13 is rectangular, and the buried layer 20
And the lower cladding layer 21 have the same refractive index. The width W of the core 13 was 8 μm.

本磁性ガーネット導波路を作製するためには例えば基
板4上にLPE法、スパッタ法等により2層ガーネット薄
膜を形成しコア部をイオンミリング、反応性イオンエッ
チング(RIE)等のエッチング法でパターニングし、最
後にLPE法、スパッタ法などにより埋め込み層を堆積す
ることにより作製できる。
In order to fabricate the magnetic garnet waveguide, for example, a two-layer garnet thin film is formed on the substrate 4 by an LPE method, a sputtering method or the like, and the core is patterned by an etching method such as ion milling and reactive ion etching (RIE). Finally, it can be manufactured by depositing a buried layer by an LPE method, a sputtering method or the like.

磁性ガーネット埋め込み型導波路15の具体的構成とし
ては基板4に、厚さ0.5mmのGGG(ガドリウムガリウムガ
ーネット)基板を、前記コア部13、埋め込み層20および
下部クラッド層21に置換型YIG(イットリウム鉄ガーネ
ット)をそれぞれ用いた。具体的な置換型YIGの組成は
素子が動作するのに必要な外部磁場17を小さくするため
に面内磁化となる組成が望ましいので、(Sc、Ga)YIG
及び(La、Ga)YIGを用いた。
As a specific configuration of the magnetic garnet embedded waveguide 15, a substrate 4 is made of a GGG (gadolinium gallium garnet) substrate having a thickness of 0.5 mm. Yttrium iron garnet) was used. Since the composition of the substitutional YIG is desirably a composition that provides in-plane magnetization in order to reduce the external magnetic field 17 necessary for the device to operate, the (Sc, Ga) YIG
And (La, Ga) YIG.

コア部13が単一モード伝搬しかつ幅Wが8μmとなる
ようにコア部13と埋め込み層20及び下部クラッド層21の
屈折率をGa置換量を変えることにより2.200と2.199及び
2.199に設定した。磁性ガーネット埋め込み型導波路15
の素子長lはこれらの置換型YIGのΘが使用波長1.3μ
mで150deg/cm程度であるため50%モード変換部として
動作するよう約3.0mmとした。
The refractive indices of the core portion 13, the buried layer 20, and the lower cladding layer 21 are changed by changing the Ga substitution amount so that the core portion 13 propagates in a single mode and the width W is 8 μm.
Set to 2.199. Magnetic garnet embedded waveguide 15
Theta F is used wavelength 1.3μ's element length l of these substituted YIG
Since it is about 150 deg / cm in m, it was set to about 3.0 mm so as to operate as a 50% mode conversion unit.

こうして得られた磁性ガーネット埋め込み型導波路15
を第2図に示した相反モード変換部11とモード選択部
9、9′が形成された単一モード光導波路に埋め込み層
20を下にしてガイドブロック16に沿って装着し、位置合
わせ後、接着剤で固定することによって第1図に示した
導波路型光アイソレータを構成した。なお外部磁場17は
磁性ガーネット埋め込み型導波路15に用いた置換型YIG
のΘの符号が正であるためAからB方向に印加した。
The magnetic garnet embedded waveguide 15 thus obtained
Is embedded in the single mode optical waveguide having the reciprocal mode converter 11 and the mode selectors 9 and 9 'shown in FIG.
The waveguide-type optical isolator shown in FIG. 1 was constructed by mounting along the guide block 16 with the 20 facing down, and positioning and fixing with an adhesive. The external magnetic field 17 is the same as the displacement YIG used in the magnetic garnet embedded waveguide 15.
Is applied from A to B direction for the sign of the theta F is positive.

本実施例の導波路型光アイソレータ全体の大きさは素
子長約15.6mm(モードセレクター部9、9′ 約50mm×
2+磁性ガーネット埋め込み型導波路15 約3.0mm+相
反モード変換部11 2.6mm)×幅0.5mm×厚さ1.25mmであ
りバルク型に比べて小さい。
The overall size of the waveguide type optical isolator of this embodiment is about 15.6 mm in element length (mode selector section 9, 9 'about 50 mm ×
2 + magnetic garnet embedded waveguide 15 about 3.0 mm + reciprocal mode converter 11 2.6 mm) × width 0.5 mm × thickness 1.25 mm, which is smaller than the bulk type.

本実施例の導波路型アイソレータのアイソレーション
比を実際に光ファイバーと接続して測定した。本実施例
の導波路型アイソレータのアイソレーション比は磁場数
+Oeで飽和し飽和値約20dBを示す。アイソレーション比
の飽和値20dBは第5図に示した従来型光アイソレータの
アイソレーション比のこれまでの最高値13dBよりも大き
い。また、アイソレーション比が飽和するのに必要な磁
場はバルク型光アイソレータが飽和するのに必要な磁場
数kOeよりも2桁小さい。
The isolation ratio of the waveguide type isolator of this example was actually measured by connecting to an optical fiber. The isolation ratio of the waveguide type isolator of this embodiment is saturated at the number of magnetic fields + Oe and shows a saturation value of about 20 dB. The saturation value of the isolation ratio of 20 dB is larger than the conventional maximum isolation ratio of 13 dB of the conventional optical isolator shown in FIG. Also, the magnetic field required to saturate the isolation ratio is two orders of magnitude smaller than the magnetic field number kOe required to saturate the bulk optical isolator.

ところで、磁性ガーネット埋め込み型導波路15の埋め
込み層20の材料としては上記実施例では下部クラッド層
21と同じ置換型YIGとしたが、その屈折率を下部クラッ
ド層21の屈折率と等しくしたTa2O5やNb2O5などのアモル
ファス材料を用いても同様な効果が得られた。
Incidentally, the material of the buried layer 20 of the magnetic garnet buried waveguide 15 is the lower clad layer in the above embodiment.
Although the same substitution type YIG as 21 was used, similar effects were obtained by using an amorphous material such as Ta 2 O 5 or Nb 2 O 5 whose refractive index was made equal to that of the lower cladding layer 21.

(発明の効果) 以上説明したように、本発明導波路型アイソレータは
相反モード変換部に周知の加工方法で容易に形成できる
応力解放溝を用いた導波路型1/2波長板を用いることに
より、複雑な磁気異方性制御を必要とする相反モード変
換部に磁気複屈折を用いた従来型の導波路型アイソレー
タに比べ作製方法が容易であること、相反モード変換量
の調整が容易であるため高アイソレーション比を得るこ
とができること等の利点がある。また、3次元導波路構
造であり、単一モードで動作するため他の光回路素子と
直接接続して使用できる利点がある。また、本発明導波
路型アイソレータは通常のバルク型アイソレータに比べ
数桁小さい強さの磁界で十分に動作するので素子の小型
化、経済化が図れる利点がある。
(Effects of the Invention) As described above, the waveguide type isolator of the present invention uses a waveguide type half-wave plate using a stress release groove which can be easily formed in a reciprocal mode converter by a known processing method. The fabrication method is easier than the conventional waveguide type isolator using magnetic birefringence for the reciprocal mode converter that requires complicated magnetic anisotropy control, and the amount of reciprocal mode conversion is easily adjusted. Therefore, there is an advantage that a high isolation ratio can be obtained. In addition, since it has a three-dimensional waveguide structure and operates in a single mode, there is an advantage that it can be directly connected to another optical circuit element for use. In addition, the waveguide type isolator of the present invention operates sufficiently with a magnetic field having a magnitude several orders of magnitude lower than that of a normal bulk type isolator, and thus has the advantage of reducing the size and cost of the device.

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

第1図は本発明の基本構成を示す3面図、第2図は本発
明の実施例に用いた相反モード変換部の拡大図、第3図
は本発明の実施例に用いた磁性ガーネット埋め込み型導
波路15の断面図、第4図は従来のバルク型光アイソレー
タの構成を示す斜視図、第5図はカステラ(Castera)
らにより提案された導波路型光アイソレータの構成を示
す斜視図である。 1、1′……偏光子、2……磁気光学結晶、3……光
線、4……基板、5……磁気光学結晶薄膜非相反モード
変換部、6……磁気光学結晶薄膜相反モード変換部、7
……膜面の法線、8、8′……金属薄膜、9、9′……
モードセレクター部、10……非相反モード変換部、11…
…相反モード変換部、12……クラッド層、13……コア
部、14……応力解放溝、15……磁性ガーネット埋め込み
型導波路、16……磁性ガーネット埋め込み型導波路15を
位置合わせするためのガイドブロック、17……コイルあ
るいは磁石によってかけられた光線3と平行な磁場、18
……相反モード変換部におけるコア部の複屈折主軸方
向、19……磁性ガーネット埋め込み型導波路15の素子長
l、20……埋め込み層、21……下部クラッド層。
FIG. 1 is a three-view drawing showing the basic structure of the present invention, FIG. 2 is an enlarged view of a reciprocal mode converter used in the embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a magnetic garnet embedded in the embodiment of the present invention. FIG. 4 is a perspective view showing a configuration of a conventional bulk optical isolator, and FIG. 5 is a castera.
FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of a waveguide type optical isolator proposed by the present inventors. 1, 1 '... polarizer, 2 ... magneto-optical crystal, 3 ... light beam, 4 ... substrate, 5 ... magneto-optical crystal thin film non-reciprocal mode converter, 6 ... magneto-optical crystal thin film reciprocal mode converter , 7
... normal to film surface, 8, 8 '... metal thin film, 9, 9' ...
Mode selector section, 10 ... Non-reciprocal mode conversion section, 11 ...
... Reciprocal mode converter, 12... Clad layer, 13... Core, 14... Stress release groove, 15... Magnetic garnet embedded waveguide, 16. Guide block, 17 ... a magnetic field parallel to the light beam 3 applied by a coil or magnet, 18
... the birefringent principal axis direction of the core part in the reciprocal mode converter, 19 ... the element length l of the magnetic garnet embedded waveguide 15, 20 ... the buried layer, 21 ... the lower clad layer.

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−221810(JP,A) 特開 昭63−147114(JP,A) 特開 昭64−19309(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G02B 6/12Continuation of the front page (56) References JP-A-58-221810 (JP, A) JP-A-63-147114 (JP, A) JP-A-64-19309 (JP, A) (58) Fields investigated (Int) .Cl. 6 , DB name) G02B 6/12

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】基板上に形成された石英系ガラスクラッド
層に石英系ガラスコア部が埋設されてなる3次元埋込み
型石英系ガラス単一モード導波路の前記コア部に沿って
該コア部の近傍の前記クラッド層の一部を除去して所定
の長さの応力解放溝が形成されてなる相反モード変換部
と、 磁性ガーネットの埋込み型単一モード導波路からなる非
相反モード変換部と、 前記石英系単一モード導波路の光入射端及び光出射端の
前記クラッド層に金属薄膜を装荷することにより形成し
たモード選択部とからなり、 前記非相反モード変換部は前記相反モード変換部と前記
モード選択部の一方との間に前記応力解放溝と同時に前
記基板上に形成されたはめ込み用溝に埋込み層を下にし
て装着され位置合わせ後固定されていることを特徴とす
る導波路型光アイソレータ。
1. A three-dimensional buried quartz glass single mode waveguide in which a quartz glass core is buried in a quartz glass clad layer formed on a substrate. A reciprocal mode converter in which a stress release groove of a predetermined length is formed by removing a part of the clad layer in the vicinity, a non-reciprocal mode converter including a buried single mode waveguide of magnetic garnet, A mode selector formed by loading a metal thin film on the cladding layer at the light incident end and light output end of the quartz-based single mode waveguide, wherein the non-reciprocal mode converter is the reciprocal mode converter. A waveguide type, which is mounted on a fitting groove formed on the substrate at the same time as the stress release groove between one of the mode selection portions and with a buried layer facing down and fixed after alignment. Light Isolator.
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