JP2841475B2 - 光アイソレータ - Google Patents
光アイソレータInfo
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- JP2841475B2 JP2841475B2 JP1147048A JP14704889A JP2841475B2 JP 2841475 B2 JP2841475 B2 JP 2841475B2 JP 1147048 A JP1147048 A JP 1147048A JP 14704889 A JP14704889 A JP 14704889A JP 2841475 B2 JP2841475 B2 JP 2841475B2
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- JP
- Japan
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- mode
- substrate
- magneto
- optical
- waveguide layer
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、光通信或いは光ディスク等の光源として用
いられている半導体レーザに各種光学素子からの反射光
が戻るのを阻止し、半導体レーザの発振を安定化させる
ため等に用いられる一方向性導波路である光アイソレー
タに関するものである。
いられている半導体レーザに各種光学素子からの反射光
が戻るのを阻止し、半導体レーザの発振を安定化させる
ため等に用いられる一方向性導波路である光アイソレー
タに関するものである。
［従来技術］ 従来、この種の光アイソレータを光導波路で構成した
もので十分な特性をもつものは実現されていない。第６
図には従来の二領域型光アイソレータの構成例が示され
ており、GGG（Gd3Ga5O12）等の基板61上に液相成長（LP
E）法等で作成されたYIG（Y3Fe5O12）或いはBi置換YIG
（BixY3−xFe5O12,O＜ｘ＜3,以下Bi:YIGと表記する。）
等の磁性薄膜62及びAl等の金属クラッド63,64から構成
されている。金属クラッド63,64を用いたモード選択器6
5,66ではTMモードを大きく減衰させTEモードのみを通
す。モード変換器67は、非相反モード変換器68と相反モ
ード変換器69から成り、夫々硬化は光の伝搬方向と平行
及び光の伝搬方向と垂直で膜面に垂直方向からθだけ傾
いている。非相反モード変換器68と相反モードへ変換器
69では、夫々ファラデー効果及びコットン・ムートン効
果によりTE−TMモード変換が50％ずつ生じ、順方向では
それが打ち消し合い、逆方向では加え合わさる。即ち、
左端から入射した光は、モード選択器65でTEモード成分
のみ伝送され、非相反モード変換器68においてTMモード
50％変換されるが、相反モード変換器69において非相反
モード変換器68でのモード変換が打ち消されるため、TM
モードはTEモードへ変換され、再びTEモードのみとな
る。従って、モード選択器66を通過し右端から出射され
る。逆に、右端から入射した光はモード選択器66でTEモ
ード成分のみになり、相反モード変換器69においてTMモ
ードに50％変換させる。更に非相反モード変換器68での
モード変換が加え合わさり、残りのTMモードも全てTMモ
ードに変換される。このTMモードは、モード選択器65で
減衰するため左端から出射されない。
もので十分な特性をもつものは実現されていない。第６
図には従来の二領域型光アイソレータの構成例が示され
ており、GGG（Gd3Ga5O12）等の基板61上に液相成長（LP
E）法等で作成されたYIG（Y3Fe5O12）或いはBi置換YIG
（BixY3−xFe5O12,O＜ｘ＜3,以下Bi:YIGと表記する。）
等の磁性薄膜62及びAl等の金属クラッド63,64から構成
されている。金属クラッド63,64を用いたモード選択器6
5,66ではTMモードを大きく減衰させTEモードのみを通
す。モード変換器67は、非相反モード変換器68と相反モ
ード変換器69から成り、夫々硬化は光の伝搬方向と平行
及び光の伝搬方向と垂直で膜面に垂直方向からθだけ傾
いている。非相反モード変換器68と相反モードへ変換器
69では、夫々ファラデー効果及びコットン・ムートン効
果によりTE−TMモード変換が50％ずつ生じ、順方向では
それが打ち消し合い、逆方向では加え合わさる。即ち、
左端から入射した光は、モード選択器65でTEモード成分
のみ伝送され、非相反モード変換器68においてTMモード
50％変換されるが、相反モード変換器69において非相反
モード変換器68でのモード変換が打ち消されるため、TM
モードはTEモードへ変換され、再びTEモードのみとな
る。従って、モード選択器66を通過し右端から出射され
る。逆に、右端から入射した光はモード選択器66でTEモ
ード成分のみになり、相反モード変換器69においてTMモ
ードに50％変換させる。更に非相反モード変換器68での
モード変換が加え合わさり、残りのTMモードも全てTMモ
ードに変換される。このTMモードは、モード選択器65で
減衰するため左端から出射されない。
従来の光アイソレータの他の例としては、植木，宮
崎，電子通信学会技術研究報告MW86−124（1986）及
び、滝，宮崎，電子通信学会技術研究報告MW86−126（1
986）に示されているような単一領域型光アイソレータ
が知られている。
崎，電子通信学会技術研究報告MW86−124（1986）及
び、滝，宮崎，電子通信学会技術研究報告MW86−126（1
986）に示されているような単一領域型光アイソレータ
が知られている。
［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、二領域型光アイソレータでは隣接した
２つの領域の酸化を夫々互いに異なった方向へ配向させ
ねばならないが、実際には困難であり、非相反モード変
換器と相反モード変換器との境界付近で磁化の方向が複
雑に変化し、それに伴ない、モード変換の大きさも変化
するため所望の特性が得られていない。また、従来の単
一領域型光アイソレータでは、素子長が長くなり、挿入
損失が増大するという欠点があった。
２つの領域の酸化を夫々互いに異なった方向へ配向させ
ねばならないが、実際には困難であり、非相反モード変
換器と相反モード変換器との境界付近で磁化の方向が複
雑に変化し、それに伴ない、モード変換の大きさも変化
するため所望の特性が得られていない。また、従来の単
一領域型光アイソレータでは、素子長が長くなり、挿入
損失が増大するという欠点があった。
本発明は、上述の問題点を解決するためになされたも
のであり、その目的は、素子長を短くすることができ、
挿入損失を小さくでき、構成が簡単で作成が容易な生産
性の高い光アイソレータを提供するにある。
のであり、その目的は、素子長を短くすることができ、
挿入損失を小さくでき、構成が簡単で作成が容易な生産
性の高い光アイソレータを提供するにある。
［課題を解決するための手段］ この目的を達成するため、請求項１の光アイソレータ
は、基板と導波層と上層部から成るモード変換器と、そ
の両端に設けられたモード選択器と、前記モード変換器
に光の伝搬方向と垂直かつ膜面から傾いた磁界を印加し
単一方向に磁化する単一の磁界印可手段とから構成され
ている。
は、基板と導波層と上層部から成るモード変換器と、そ
の両端に設けられたモード選択器と、前記モード変換器
に光の伝搬方向と垂直かつ膜面から傾いた磁界を印加し
単一方向に磁化する単一の磁界印可手段とから構成され
ている。
そして、前記モード変換器が、その基板或いは上層部
の少なくとも一方、及び導波層が磁気光学効果を有する
材料であり、導波層の１次の磁気光学因子の符号と、基
板或いは上層部の一方の１次の磁気光学因子の符号とが
反対である。
の少なくとも一方、及び導波層が磁気光学効果を有する
材料であり、導波層の１次の磁気光学因子の符号と、基
板或いは上層部の一方の１次の磁気光学因子の符号とが
反対である。
また、請求項２の光アイソレータは、請求項１の構成
に加え、誘電体上に作成した十分厚い磁気光学効果を有
するクラッド層を前記モード変換器の基板とした。
に加え、誘電体上に作成した十分厚い磁気光学効果を有
するクラッド層を前記モード変換器の基板とした。
また、請求項３の光アイソレータは、請求項１の構成
に加え、前記モード変換器の基板或いは、上層部の屈折
率を導波層の屈折率に近づけることにより、導波層膜厚
をカットオフ膜厚に近づけた。
に加え、前記モード変換器の基板或いは、上層部の屈折
率を導波層の屈折率に近づけることにより、導波層膜厚
をカットオフ膜厚に近づけた。
［作用］ 上記の構成を有する請求項１の光アイソレータにおい
ては、モード変換器の導波層は磁気光学効果を有する磁
性体からなり、単一の磁界印加手段により光の伝搬方向
と垂直かつ膜面から傾いた磁界を印加することにより、
この導波層は磁界の印加方向すなわち、光の伝搬方向と
垂直かつ膜面から傾いた単一方向に磁化される。このよ
うな膜面から傾いた方向に磁化された導波層中を光が伝
搬することにより２種類のモード変換が同時に生じる。
ては、モード変換器の導波層は磁気光学効果を有する磁
性体からなり、単一の磁界印加手段により光の伝搬方向
と垂直かつ膜面から傾いた磁界を印加することにより、
この導波層は磁界の印加方向すなわち、光の伝搬方向と
垂直かつ膜面から傾いた単一方向に磁化される。このよ
うな膜面から傾いた方向に磁化された導波層中を光が伝
搬することにより２種類のモード変換が同時に生じる。
すなわち、TEモードのEy成分とTMモードのEx成分との
結合で生じるモード変換で結合係数Kxyで表されるもの
と、TEモードのEy成分とTMモードのEz成分との結合で生
じるモード変換で結合係数Kyzで表されるモード変換が
同時に発生する。ここで、Kxyで表されるモード変換は
２次の磁気光学効果によるもので磁化の２乗に比例する
ため、磁化の方向が反転してもKxyの符号は反転しない
相反性のモード変換である。一方、Kyzで表されるモー
ド変換は１次の磁気光学効果によるもので磁化の１乗に
比例するため、磁化の方向が反転するとKyzの符号も反
転する悲相反性のモード変換である。従って、光の進行
方向により、Kxyの符号とKyz符号が等しくなったり、あ
るいは反対になったりし、相反性のモード変換と非相反
性のモード変換とが加え合わさったり、打ち消し合った
りする。
結合で生じるモード変換で結合係数Kxyで表されるもの
と、TEモードのEy成分とTMモードのEz成分との結合で生
じるモード変換で結合係数Kyzで表されるモード変換が
同時に発生する。ここで、Kxyで表されるモード変換は
２次の磁気光学効果によるもので磁化の２乗に比例する
ため、磁化の方向が反転してもKxyの符号は反転しない
相反性のモード変換である。一方、Kyzで表されるモー
ド変換は１次の磁気光学効果によるもので磁化の１乗に
比例するため、磁化の方向が反転するとKyzの符号も反
転する悲相反性のモード変換である。従って、光の進行
方向により、Kxyの符号とKyz符号が等しくなったり、あ
るいは反対になったりし、相反性のモード変換と非相反
性のモード変換とが加え合わさったり、打ち消し合った
りする。
モード選択器では、導波層を伝搬する光の２つのモー
ドすなわち、TEモードとTMモードのうち、TMモードを大
きく減衰させ、TEモードのみが通過する。順方向に進行
する光は、モード選択器でTM成分が減衰し、TEモードの
みとなってモード変換器に入射する。モード変換器では
Kxyで表されるモード変換とKyzで表されるモード変換と
が互いに打ち消し合うため、モード変換は生じず、TEモ
ードのままモード選択器を通過し、伝送される。逆方向
に進行する光はモード選択器でTM成分が減衰し、TEモー
ドのみとなってモード変換器に入射する。モード変換器
ではKxyで表されるモード変換とKyzで表されるモード変
換とが互いに加え合わさるため、大きなモード変換が生
じ、TEモードはTMモードに変換される。変換されたTMモ
ードはモード選択器で減衰するので、モード選択器から
先へは伝送されない。
ドすなわち、TEモードとTMモードのうち、TMモードを大
きく減衰させ、TEモードのみが通過する。順方向に進行
する光は、モード選択器でTM成分が減衰し、TEモードの
みとなってモード変換器に入射する。モード変換器では
Kxyで表されるモード変換とKyzで表されるモード変換と
が互いに打ち消し合うため、モード変換は生じず、TEモ
ードのままモード選択器を通過し、伝送される。逆方向
に進行する光はモード選択器でTM成分が減衰し、TEモー
ドのみとなってモード変換器に入射する。モード変換器
ではKxyで表されるモード変換とKyzで表されるモード変
換とが互いに加え合わさるため、大きなモード変換が生
じ、TEモードはTMモードに変換される。変換されたTMモ
ードはモード選択器で減衰するので、モード選択器から
先へは伝送されない。
また、モード変換器が導波層だけでなく、基板あるい
は上層部の少なくとも一方にも磁気光学効果を有する材
料で構成されている。磁気光学効果を有する基板あるい
は上層部でも、Kxyで表されるモード変換とKyzで表され
るモード変換とが生じる。Kyzで表されるモード変換はT
EモードのEy成分とTMモードのEz成分との結合で生じる
モード変換である。導波層を伝搬する光の電界は基板お
よび上層部にも広がっており、磁気光学効果を有する基
板あるいは上層部内では、電界のEz成分の主要部分は導
波層のEz成分と反対の符号となる。ここで、導波層の１
次の磁気光学因子の符号と、基板あるいは上層部の一方
の１次の磁気光学因子の符号が反対であるので、基板あ
るいは上層部のKyzの符号は導波層のKyzの符号と同一と
なり、導波層のみ磁気光学効果を有する場合と比較し
て、基板あるいは上層部のKyzで表されるモード変換も
有効に利用でき、より大きなモード変換効果が生じる。
は上層部の少なくとも一方にも磁気光学効果を有する材
料で構成されている。磁気光学効果を有する基板あるい
は上層部でも、Kxyで表されるモード変換とKyzで表され
るモード変換とが生じる。Kyzで表されるモード変換はT
EモードのEy成分とTMモードのEz成分との結合で生じる
モード変換である。導波層を伝搬する光の電界は基板お
よび上層部にも広がっており、磁気光学効果を有する基
板あるいは上層部内では、電界のEz成分の主要部分は導
波層のEz成分と反対の符号となる。ここで、導波層の１
次の磁気光学因子の符号と、基板あるいは上層部の一方
の１次の磁気光学因子の符号が反対であるので、基板あ
るいは上層部のKyzの符号は導波層のKyzの符号と同一と
なり、導波層のみ磁気光学効果を有する場合と比較し
て、基板あるいは上層部のKyzで表されるモード変換も
有効に利用でき、より大きなモード変換効果が生じる。
また、請求項２の光アレソレータにおいては、誘電体
上に作製した十分厚い磁気光学効果を有するクラッド層
の上に導波層が設けられる。このとき、クラッド層が十
分厚く、基板側に広がる電界がクラッド層内のみに存在
するので、等価的にクラッド層を基板とみなすことがで
きる。このため、クラッド層は請求項１の磁気光学効果
を有する基板と等価な働きをし、より大きなモード変換
効果を実現することができる。
上に作製した十分厚い磁気光学効果を有するクラッド層
の上に導波層が設けられる。このとき、クラッド層が十
分厚く、基板側に広がる電界がクラッド層内のみに存在
するので、等価的にクラッド層を基板とみなすことがで
きる。このため、クラッド層は請求項１の磁気光学効果
を有する基板と等価な働きをし、より大きなモード変換
効果を実現することができる。
また、請求項３の光アイソレータにおいては、モード
変換器の基板あるいは上層部の屈折率を導波層の屈折率
に近づけることにより、導波層膜厚をカットオフ膜厚に
近づけている。これにより電界のEz成分が相対的に大き
くなり、Kyzで表されるモード変換も大きくなる。順方
向において、KxyとKyzで表されるモード変換が互いに打
ち消し合う必要があることから、KxyとKyzの絶対値は等
しくする必要がある。従来の光アイソレータは、導波層
がカットオフ膜厚よりも十分厚い膜厚で構成されていた
ため、Ez成分は他のEx、Ey成分と比べて無視されてい
た。本発明では、従来無視されていたEz成分が関与する
モード変換についても正確に評価し、十分利用可能であ
ることを見出した。さらに、その効果はEz成分が大きく
なるカットオフ膜厚近傍で顕著となるため、大きなKyz
が得られるため、Kxyも同じく大きく設定することがで
きる。これにより、光が逆方向伝搬時にKxyとKyzによる
大きなモード変換が生じ、結果として短い距離でTMモー
ドに変換できる。
変換器の基板あるいは上層部の屈折率を導波層の屈折率
に近づけることにより、導波層膜厚をカットオフ膜厚に
近づけている。これにより電界のEz成分が相対的に大き
くなり、Kyzで表されるモード変換も大きくなる。順方
向において、KxyとKyzで表されるモード変換が互いに打
ち消し合う必要があることから、KxyとKyzの絶対値は等
しくする必要がある。従来の光アイソレータは、導波層
がカットオフ膜厚よりも十分厚い膜厚で構成されていた
ため、Ez成分は他のEx、Ey成分と比べて無視されてい
た。本発明では、従来無視されていたEz成分が関与する
モード変換についても正確に評価し、十分利用可能であ
ることを見出した。さらに、その効果はEz成分が大きく
なるカットオフ膜厚近傍で顕著となるため、大きなKyz
が得られるため、Kxyも同じく大きく設定することがで
きる。これにより、光が逆方向伝搬時にKxyとKyzによる
大きなモード変換が生じ、結果として短い距離でTMモー
ドに変換できる。
［実施例］ 以下、本発明を具体化した一実施例を図面を参照して
説明する。第１図は、本発明の光アイソレータの構成を
示したものである。光アイソレータはモード変換器10と
その両端に設けられたモード選択器11,12とから成る。
モード変換器10は基板13,導波層14,上層部15の３層から
成り、基板13及び導波層14は、磁気光学効果を有する磁
性体であり、上層部15は、SiO,BK7ガラス,ZnO等の誘電
体である。導波層14と基板13の磁性体の１次の磁気光学
効果の符号は反対である。導波層14として１次の磁気光
学効果が負のBi:YIG、基板15として１次の磁気光学効果
が正のGa多量置換（BiGd）３（FeGa）5O12を用いること
ができる。モード選択器11,12は同じものであり、Al等
の金属クラッド16,17により、TMモードのみに大きな減
衰を与え、TEモードのみを通過させる働きをする。
説明する。第１図は、本発明の光アイソレータの構成を
示したものである。光アイソレータはモード変換器10と
その両端に設けられたモード選択器11,12とから成る。
モード変換器10は基板13,導波層14,上層部15の３層から
成り、基板13及び導波層14は、磁気光学効果を有する磁
性体であり、上層部15は、SiO,BK7ガラス,ZnO等の誘電
体である。導波層14と基板13の磁性体の１次の磁気光学
効果の符号は反対である。導波層14として１次の磁気光
学効果が負のBi:YIG、基板15として１次の磁気光学効果
が正のGa多量置換（BiGd）３（FeGa）5O12を用いること
ができる。モード選択器11,12は同じものであり、Al等
の金属クラッド16,17により、TMモードのみに大きな減
衰を与え、TEモードのみを通過させる働きをする。
導波層14と基板13に用いられる磁性ガーネットの非誘
電率テンソルを とすると、 で与えられる。ここで、導波層14及び基板13の磁化が
光の伝搬方向（Ｚ方向）に垂直な面内で膜面からθだけ
傾いている場合の各成分は、 但し、ni及びΔniは磁性ガーネットの屈折率及び複屈
折、f1M及びf44M2は１次及び２次の磁気光学効果を表わ
す。この中でモード変換に寄与するのはεixyとεiyzで
ある。即ち、εixyによりTEモードのEy成分とTMモード
のEx成分との結合が生じモード変換が生じる。このモー
ド変換は、（２）式のように２次の磁気光学効果による
相反性のモード変換である。一方、εiyzによりTEモー
ドのEy成分とTEモードのEz成分との結合が生じる。この
モード変換は、（２）式で示されるように１次の磁気光
学効果による非相反性のモード交換である。このεixy
及びεiyzによるモード変換の大きさは次式の結合係数K
xy,Kyzで表される。
電率テンソルを とすると、 で与えられる。ここで、導波層14及び基板13の磁化が
光の伝搬方向（Ｚ方向）に垂直な面内で膜面からθだけ
傾いている場合の各成分は、 但し、ni及びΔniは磁性ガーネットの屈折率及び複屈
折、f1M及びf44M2は１次及び２次の磁気光学効果を表わ
す。この中でモード変換に寄与するのはεixyとεiyzで
ある。即ち、εixyによりTEモードのEy成分とTMモード
のEx成分との結合が生じモード変換が生じる。このモー
ド変換は、（２）式のように２次の磁気光学効果による
相反性のモード変換である。一方、εiyzによりTEモー
ドのEy成分とTEモードのEz成分との結合が生じる。この
モード変換は、（２）式で示されるように１次の磁気光
学効果による非相反性のモード交換である。このεixy
及びεiyzによるモード変換の大きさは次式の結合係数K
xy,Kyzで表される。
第２図にモード変換器における電界分布を示す。Ezの
分布から積分 と の符号は互いに反対となる。従ってKyzが大きくなるた
めには と 即ち、基板13と導波層14の１次の磁気光学効果の符号が
反対である必要がある。これにより、導波層14だけでな
く、基板13の磁気光学効果も有効に利用でき、結果的に
素子長を短くすることができる。また、基板13の屈折率
を導波層の屈折率に近づけ、位相整合膜厚をカットオフ
膜厚に近づけることにより電界の伝搬方向成分であるEz
が大きくなる。これにより、位相整合膜厚がカットオフ
膜厚よりも十分大きな従来の２領域型光アイソレータに
おいて無視されていたεiyzによるモード変換が大きく
なる。更に、図示されない外部磁石（磁界印可手段）に
より磁化の抑角θを適当に選ぶことにより、KxyとKyzを
等しくすることができる。したがって、順方向において
は、εixyとεiyzによるモード変換が打ち消し合いモー
ド変換は生じず、逆方向においてはεixyとεiyzによる
モード変換が加え合わさり、完全なモード交換が生じ
る。即ち、順方向においては左端からモード選択器11を
通して入射したTEモードはモード変換器10ではモード変
換されずにTEモードのままモード選択器12を通過し、出
力される。これに対し、逆方向においては、右端から入
射した光は、モード選択器12においてTEモードのみとな
り、更にモード変換器10で完全にTMモードへ変換され
る。このTMモードは、モード選択器11で減衰するため出
力されない。このようにして、光を一方向のみに伝送す
る光アイソレータを構成することができる。
分布から積分 と の符号は互いに反対となる。従ってKyzが大きくなるた
めには と 即ち、基板13と導波層14の１次の磁気光学効果の符号が
反対である必要がある。これにより、導波層14だけでな
く、基板13の磁気光学効果も有効に利用でき、結果的に
素子長を短くすることができる。また、基板13の屈折率
を導波層の屈折率に近づけ、位相整合膜厚をカットオフ
膜厚に近づけることにより電界の伝搬方向成分であるEz
が大きくなる。これにより、位相整合膜厚がカットオフ
膜厚よりも十分大きな従来の２領域型光アイソレータに
おいて無視されていたεiyzによるモード変換が大きく
なる。更に、図示されない外部磁石（磁界印可手段）に
より磁化の抑角θを適当に選ぶことにより、KxyとKyzを
等しくすることができる。したがって、順方向において
は、εixyとεiyzによるモード変換が打ち消し合いモー
ド変換は生じず、逆方向においてはεixyとεiyzによる
モード変換が加え合わさり、完全なモード交換が生じ
る。即ち、順方向においては左端からモード選択器11を
通して入射したTEモードはモード変換器10ではモード変
換されずにTEモードのままモード選択器12を通過し、出
力される。これに対し、逆方向においては、右端から入
射した光は、モード選択器12においてTEモードのみとな
り、更にモード変換器10で完全にTMモードへ変換され
る。このTMモードは、モード選択器11で減衰するため出
力されない。このようにして、光を一方向のみに伝送す
る光アイソレータを構成することができる。
具体的な設計例として波長1.15μｍにおいて導波層14
に屈折率n1＝2.18,複屈折率Δn1＝2.5×10-3,1次の磁気
光学効果（▲ｆe 1▼Ｍ）１＝−2.79×10-3,2次の磁気光
学効果（f44M2）１＝−5.58×10-4,膜厚0.975μｍの（B
iY）３（FeAl）5O12を、基板13にGGG（Gd3Ga5O12）上に
LPE,スパッタ法等で作成した屈折率n2＝2.137,複屈折率
Δn2＝2.5×10-3,1次の磁気光学効果（▲ｆe 1▼Ｍ）２
＝3.85×10-3,2次の磁気光学効果（f44M2）２＝−7.70
×10-4,膜厚2.5μｍ以上の（BiGd）３（FeGa）5O12クラ
ッド層を、上層部に屈折率n3＝1.50のBK7ガラスを用い
ることにより、モード変換器10の素子長4.68mmで光アイ
ソレータを作成することができる。このときのアイソレ
ーション特性を第３図に示す。磁化の抑角θ＝79〜80゜
において30dB以上の順逆比が得られることがわかる。
に屈折率n1＝2.18,複屈折率Δn1＝2.5×10-3,1次の磁気
光学効果（▲ｆe 1▼Ｍ）１＝−2.79×10-3,2次の磁気光
学効果（f44M2）１＝−5.58×10-4,膜厚0.975μｍの（B
iY）３（FeAl）5O12を、基板13にGGG（Gd3Ga5O12）上に
LPE,スパッタ法等で作成した屈折率n2＝2.137,複屈折率
Δn2＝2.5×10-3,1次の磁気光学効果（▲ｆe 1▼Ｍ）２
＝3.85×10-3,2次の磁気光学効果（f44M2）２＝−7.70
×10-4,膜厚2.5μｍ以上の（BiGd）３（FeGa）5O12クラ
ッド層を、上層部に屈折率n3＝1.50のBK7ガラスを用い
ることにより、モード変換器10の素子長4.68mmで光アイ
ソレータを作成することができる。このときのアイソレ
ーション特性を第３図に示す。磁化の抑角θ＝79〜80゜
において30dB以上の順逆比が得られることがわかる。
本発明は、上述した実施例に決定されるものではな
く、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加
えることができる。
く、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加
えることができる。
例えば、磁気光学を有する基板の代わりに、第４図の
ようにGGG等の誘電体41上に十分厚い磁性ガーネットの
クラッド層42を用いてもよいクラッド層42が十分厚けれ
ば誘電体41の影響は無視でき、クラッド層42を基板とし
て扱うことができる。また、第５図のようにGGG等の等
方性基板51上に磁気光学効果を有する導波層52及び上層
部53を作製してもよい。このとき、上層部53の屈折率は
基板51よりも大きく、また、上層部53と導波層52との１
次の磁気光学効果の符号を互いに反対となるようにすれ
ばよい。更に、基板，導波層，上層部の３を全て磁気光
学効果を有する材料で構成してもよい。このとき、基
板，上層部の内で導波層に近い屈折率をもつ方の１次の
磁気光学因子の符号を導波層と逆にすればよい。
ようにGGG等の誘電体41上に十分厚い磁性ガーネットの
クラッド層42を用いてもよいクラッド層42が十分厚けれ
ば誘電体41の影響は無視でき、クラッド層42を基板とし
て扱うことができる。また、第５図のようにGGG等の等
方性基板51上に磁気光学効果を有する導波層52及び上層
部53を作製してもよい。このとき、上層部53の屈折率は
基板51よりも大きく、また、上層部53と導波層52との１
次の磁気光学効果の符号を互いに反対となるようにすれ
ばよい。更に、基板，導波層，上層部の３を全て磁気光
学効果を有する材料で構成してもよい。このとき、基
板，上層部の内で導波層に近い屈折率をもつ方の１次の
磁気光学因子の符号を導波層と逆にすればよい。
［発明の効果］ 以上詳述したことから明らかなように、請求項１の光
アイソレータによれば、単一の磁界印加手段により、モ
ード変換器を単一方向のみに磁化すればよいため、構成
が非常に簡単となり生産性の高い光アイソレータを提供
できる。また、モード変換器を複数の方向に磁化する場
合に問題となる磁化の方向が変化する境界での磁化の乱
れも発生しないことから安定した特性を実現することが
できるという効果を有する。
アイソレータによれば、単一の磁界印加手段により、モ
ード変換器を単一方向のみに磁化すればよいため、構成
が非常に簡単となり生産性の高い光アイソレータを提供
できる。また、モード変換器を複数の方向に磁化する場
合に問題となる磁化の方向が変化する境界での磁化の乱
れも発生しないことから安定した特性を実現することが
できるという効果を有する。
また、基板あるいは上層部も磁気光学効果を有する材
料で構成され、しかもその１次の磁気光学因子の符号と
２次の磁気光学因子の符号が反対であるため、導波層で
生じるモード変換と基板あるいは上層部で生じるモード
変換とが互いに加え合わさり大きなモード変換が生じ
る。これにより、短い距離でTEモードをTMモードに変換
することができ、光アイソレータの素子長を短くでき、
小型の光アイソレータを実現できるとともに、伝搬距離
に比例して損失も減少するので挿入損失も小さくするこ
とができるという効果を有する。
料で構成され、しかもその１次の磁気光学因子の符号と
２次の磁気光学因子の符号が反対であるため、導波層で
生じるモード変換と基板あるいは上層部で生じるモード
変換とが互いに加え合わさり大きなモード変換が生じ
る。これにより、短い距離でTEモードをTMモードに変換
することができ、光アイソレータの素子長を短くでき、
小型の光アイソレータを実現できるとともに、伝搬距離
に比例して損失も減少するので挿入損失も小さくするこ
とができるという効果を有する。
また、請求項２の光アイソレータによれば、請求項１
の効果に加え、十分厚いクラッド層をモード変換器の基
板として用いているため、クラッド層の形成時にその組
成を制御することにより導波層と反対の符号の１次の磁
気光学因子を有するクラッド層をGGG等の市販されてい
る誘電体基板の上に容易に成長させることができ、光ア
イソレータの生産性をさらに高くすることができるとい
う効果を有する。
の効果に加え、十分厚いクラッド層をモード変換器の基
板として用いているため、クラッド層の形成時にその組
成を制御することにより導波層と反対の符号の１次の磁
気光学因子を有するクラッド層をGGG等の市販されてい
る誘電体基板の上に容易に成長させることができ、光ア
イソレータの生産性をさらに高くすることができるとい
う効果を有する。
また、請求項３の光アイソレータによれば、請求項１
の効果に加え、導波層を膜厚をカットオフ膜厚に近づけ
たので、電界のEz成分が大きくなり、Kyzで表されるモ
ード変換が大きくなる。順方向において、モード変換を
打ち消すためにはKxyとKyzの絶対値は等しくする必要が
あるため、大きなKyzが得られることにより、Kxyも同じ
く大きく設定することができる。これにより、光が逆方
向伝搬時にKxyとKyzによる大きなモード変換が生じ、結
果として短い距離でTMモードに変換できる。この結果、
光アイソレータの素子長を短くでき、小型の光アイソレ
ータを実現できるとともに、伝搬距離に比例して損失も
減少するので挿入損失も小さくすることができるという
効果を有する。
の効果に加え、導波層を膜厚をカットオフ膜厚に近づけ
たので、電界のEz成分が大きくなり、Kyzで表されるモ
ード変換が大きくなる。順方向において、モード変換を
打ち消すためにはKxyとKyzの絶対値は等しくする必要が
あるため、大きなKyzが得られることにより、Kxyも同じ
く大きく設定することができる。これにより、光が逆方
向伝搬時にKxyとKyzによる大きなモード変換が生じ、結
果として短い距離でTMモードに変換できる。この結果、
光アイソレータの素子長を短くでき、小型の光アイソレ
ータを実現できるとともに、伝搬距離に比例して損失も
減少するので挿入損失も小さくすることができるという
効果を有する。
第１図から第５図までは本発明を具体化した実施例を示
すもので、第１図は、本実施例が適用された光アイソレ
ータの構成図、第２図は、光アイソレータのモード変換
器における電界分布を示す図、第３図は、本実施例にお
ける具体的なアイソレーション特性を示す図、第４図，
第５図は本実施例の一変形例の構成を示す断面図、第６
図は、従来の光アイソレータの構成図である。 図中、10はモード変換器、11,12はモード選択器、13は
基板、14は導波層、15は上層部である。
すもので、第１図は、本実施例が適用された光アイソレ
ータの構成図、第２図は、光アイソレータのモード変換
器における電界分布を示す図、第３図は、本実施例にお
ける具体的なアイソレーション特性を示す図、第４図，
第５図は本実施例の一変形例の構成を示す断面図、第６
図は、従来の光アイソレータの構成図である。 図中、10はモード変換器、11,12はモード選択器、13は
基板、14は導波層、15は上層部である。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G02B 6/12 G02B 27/28
Claims (3)
- 【請求項１】基板と導波層と上層部から成るモード変換
器と、 その両端に設けられたモード選択器と、 前記モード変換器に光の伝搬方向と垂直かつ膜面から傾
いた磁界を印加し単一方向に磁化する単一の磁界印可手
段と より成り、前記モード変換器が、その基板或いは上層部
の少なくとも一方、及び導波層が磁気光学効果を有する
材料であり、 導波層の１次の磁気光学因子の符号と、基板或いは上層
部の一方の１次の磁気光学因子の符号とが反対であるこ
とを特徴とする光アイソレータ。 - 【請求項２】請求項１記載の光アイソレータにおいて誘
電体上に作成した十分厚い磁気光学効果を有するクラッ
ド層を前記モード変換器の基板としたこと を特徴とする光アイソレータ。 - 【請求項３】請求項１記載の光アイソレータにおいて前
記モード変換器の基板或いは、上層部の屈折率を導波層
の屈折率に近づけることにより、導波層膜厚をカットオ
フ膜厚に近づけたこと を特徴とする光アイソレータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1147048A JP2841475B2 (ja) | 1989-06-09 | 1989-06-09 | 光アイソレータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1147048A JP2841475B2 (ja) | 1989-06-09 | 1989-06-09 | 光アイソレータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0311304A JPH0311304A (ja) | 1991-01-18 |
| JP2841475B2 true JP2841475B2 (ja) | 1998-12-24 |
Family
ID=15421324
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1147048A Expired - Lifetime JP2841475B2 (ja) | 1989-06-09 | 1989-06-09 | 光アイソレータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2841475B2 (ja) |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5618923B2 (ja) * | 1972-06-30 | 1981-05-02 | ||
| JPS5278458A (en) * | 1975-12-24 | 1977-07-01 | Canon Inc | Light control device |
| JPS58221810A (ja) * | 1982-06-18 | 1983-12-23 | Agency Of Ind Science & Technol | 光アイソレ−タ及びその製造方法 |
-
1989
- 1989-06-09 JP JP1147048A patent/JP2841475B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0311304A (ja) | 1991-01-18 |
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