JP3090292B2 - 非相反光回路 - Google Patents
非相反光回路Info
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- JP3090292B2 JP3090292B2 JP04202688A JP20268892A JP3090292B2 JP 3090292 B2 JP3090292 B2 JP 3090292B2 JP 04202688 A JP04202688 A JP 04202688A JP 20268892 A JP20268892 A JP 20268892A JP 3090292 B2 JP3090292 B2 JP 3090292B2
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- Japan
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/26—Optical coupling means
- G02B6/27—Optical coupling means with polarisation selective and adjusting means
- G02B6/2746—Optical coupling means with polarisation selective and adjusting means comprising non-reciprocal devices, e.g. isolators, FRM, circulators, quasi-isolators
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F2203/00—Function characteristic
- G02F2203/15—Function characteristic involving resonance effects, e.g. resonantly enhanced interaction
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光通信、光計測等に用
いる導波型の光アイソレータ、光サーキュレータ等の非
相反光回路に関するものである。
いる導波型の光アイソレータ、光サーキュレータ等の非
相反光回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光アイソレータの従来例を図９に示す。
５１、５２はポート、５３、５４はＳ偏光のみを透過す
る偏光ビームスプリッタ、５５はＹＩＧ等のファラディ
回転子、５６はファラディ回転子５５中を通る磁界を示
す。ポート５１から入射したＳ偏光（垂直な偏光）を持
つ光は偏光子ビームスプリッタ５３を透過し、ファラデ
ィ回転子５５を通ることにより偏波が４５度回転し、同
じ方向に４５度傾けられた偏光ビームスプリッタ５４を
透過した後、ポート５２から出射する。ポート５２から
入射したＳ偏光（垂直から４５度傾いた偏光）は偏光ビ
ームスプリッタ５４を透過し、ファラディ回転子５５を
通ることにより偏波が４５度回転して水平となり、偏光
ビームスプリッタ５３に対しＰ偏光（水平な偏波）とな
り透過することができない。
５１、５２はポート、５３、５４はＳ偏光のみを透過す
る偏光ビームスプリッタ、５５はＹＩＧ等のファラディ
回転子、５６はファラディ回転子５５中を通る磁界を示
す。ポート５１から入射したＳ偏光（垂直な偏光）を持
つ光は偏光子ビームスプリッタ５３を透過し、ファラデ
ィ回転子５５を通ることにより偏波が４５度回転し、同
じ方向に４５度傾けられた偏光ビームスプリッタ５４を
透過した後、ポート５２から出射する。ポート５２から
入射したＳ偏光（垂直から４５度傾いた偏光）は偏光ビ
ームスプリッタ５４を透過し、ファラディ回転子５５を
通ることにより偏波が４５度回転して水平となり、偏光
ビームスプリッタ５３に対しＰ偏光（水平な偏波）とな
り透過することができない。
【０００３】光サーキュレータの従来例を図１０に示
す。６１，６２，６３，６４はポート、６５，６６はＳ
偏光を透過し、Ｐ偏光を反射する偏光ビームスプリッ
タ、６７はＹＩＧ等のファラディ回転子、６８はファラ
ディ回転子６７中を通る磁界を示す。ポート６１から入
射したＳ偏光（垂直な偏光）を持つ光は偏光ビームスプ
リッタ６５を透過し、ファラディ回転子６７を通ること
により偏波が４５度回転し、同じ方向に４５度傾けられ
た偏光ビームスプリッタ６６を透過することにより、ポ
ート６２から出射する。ポート６２から入射したＳ偏光
（垂直から４５度傾いた偏光）は偏光ビームスプリッタ
６６を透過し、ファラディ回転子６７を通ることにより
偏波が４５度回転して水平となり、偏光ビームスプリッ
タ６５に対しＰ偏光となり反射して、ポート６３から出
射する。ポート６３から入射したＰ偏光（水平な偏光）
は、偏光ビームスプリッタ６５で反射され、ファラディ
回転子６７を通ることにより偏波が４５度回転し、偏光
ビームスプリッタ６６に対しＰ偏光となり反射して、ポ
ート６４から出射する。このようにこの素子は光サーキ
ュレータとして動作する。
す。６１，６２，６３，６４はポート、６５，６６はＳ
偏光を透過し、Ｐ偏光を反射する偏光ビームスプリッ
タ、６７はＹＩＧ等のファラディ回転子、６８はファラ
ディ回転子６７中を通る磁界を示す。ポート６１から入
射したＳ偏光（垂直な偏光）を持つ光は偏光ビームスプ
リッタ６５を透過し、ファラディ回転子６７を通ること
により偏波が４５度回転し、同じ方向に４５度傾けられ
た偏光ビームスプリッタ６６を透過することにより、ポ
ート６２から出射する。ポート６２から入射したＳ偏光
（垂直から４５度傾いた偏光）は偏光ビームスプリッタ
６６を透過し、ファラディ回転子６７を通ることにより
偏波が４５度回転して水平となり、偏光ビームスプリッ
タ６５に対しＰ偏光となり反射して、ポート６３から出
射する。ポート６３から入射したＰ偏光（水平な偏光）
は、偏光ビームスプリッタ６５で反射され、ファラディ
回転子６７を通ることにより偏波が４５度回転し、偏光
ビームスプリッタ６６に対しＰ偏光となり反射して、ポ
ート６４から出射する。このようにこの素子は光サーキ
ュレータとして動作する。
【０００４】
【発明を解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た従来例の光アイソレータや光サーキュレータはファラ
ディ回転子が高価な上、ファラディ回転子及び偏光ビー
ムスプリッタを光軸及び偏光角度を高精度に調整する必
要があったため、信頼性に乏しく、非常に高価となる欠
点があった。さらに、従来例の光サーキュレータは光回
路の集積化が困難である欠点がった。
た従来例の光アイソレータや光サーキュレータはファラ
ディ回転子が高価な上、ファラディ回転子及び偏光ビー
ムスプリッタを光軸及び偏光角度を高精度に調整する必
要があったため、信頼性に乏しく、非常に高価となる欠
点があった。さらに、従来例の光サーキュレータは光回
路の集積化が困難である欠点がった。
【０００５】本発明の目的は、従来の光アイソレータや
光サーキュレータにおいて、高価な部品を高精度に調整
していた点を解決することにより、光集積化に適した安
価な非相反光回路を提供することにある。
光サーキュレータにおいて、高価な部品を高精度に調整
していた点を解決することにより、光集積化に適した安
価な非相反光回路を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、少なくともその一部が磁気光学材料で形
成された非相反性をもつ閉ループの光導波路と該閉ルー
プの光導波路と結合し光の入出力を行う光導波路とから
なり、該閉ループの光導波路中の磁化により導波する光
の異なる進行方向の位相定数が相互に異なり、該閉ルー
プの光導波路を導波する光の右回り方向と左回り方向で
共振条件が異なるようになした。
め、本発明は、少なくともその一部が磁気光学材料で形
成された非相反性をもつ閉ループの光導波路と該閉ルー
プの光導波路と結合し光の入出力を行う光導波路とから
なり、該閉ループの光導波路中の磁化により導波する光
の異なる進行方向の位相定数が相互に異なり、該閉ルー
プの光導波路を導波する光の右回り方向と左回り方向で
共振条件が異なるようになした。
【０００７】
【作 用】本発明によれば、例えば光導波路の一方のポ
ートから入射した光は閉ループの光導波路に結合され
て、該閉ループの光導波路を時計方向（右回り方向）に
進み、非共振のため他方のポートから出射する。反対
に、他方のポートから入射した光は閉ループの光導波路
を反時計方向（左回り方向）に進み、共振して該閉ルー
プの光導波路に吸収され一方のポートに出射せず、光ア
イソレータとして動作する。
ートから入射した光は閉ループの光導波路に結合され
て、該閉ループの光導波路を時計方向（右回り方向）に
進み、非共振のため他方のポートから出射する。反対
に、他方のポートから入射した光は閉ループの光導波路
を反時計方向（左回り方向）に進み、共振して該閉ルー
プの光導波路に吸収され一方のポートに出射せず、光ア
イソレータとして動作する。
【０００８】
【実施例】図１は本発明の第１の実施例を説明する図で
あって、光アイソレータとして動作する回路である。
１、２はポート、５は光の入出力を行う第１の光導波路
（以下第１導波路）、６は磁気光学膜で形成された閉ル
ープ例えばリング状の光導波路（以下リング導波路）、
７は第１導波路５とリング導波路６を結合する方向性結
合器、８は磁気光学膜のリング導波路６に磁界を印加す
るための略リング状の電極、９は電極８に流れる電流、
１０は電極８に流れる電流９によりリング導波路６に印
加される磁界である。図２は図１におけるＡ−Ａ´の断
面構造を示したものであって、１１は基板、１２は磁気
光学膜、１３はカバー層である。電極８はカバー層１３
上に形成されている。磁気光学導波路に光の進行方向と
垂直で面内に磁界を印加すると、ＴＭモード光の位相定
数が光の進行方向により異なる非相反位相効果を生じる
（[1] 山本，他、信学論，Vol.55-C,pp550-557(1972).
[2]T.Mizumoto,et al.,IEEE Trans.MTT.,MTT-30,pp922-
925(1982).) 。これを利用して、リング導波路６の磁界
印加領域長（電極領域長）およびリング長を調整し、リ
ング導波路６の非相反位相量をπとし、リング導波路６
の時計回りを非共振状態（リング１周の位相遅延量を2n
π±π，ｎは整数）、また反時計回りを共振状態（リン
グ１周の位相遅延量を２n π，ｎは整数）にする。さら
に、リング導波路６は損失を有するものとする。
あって、光アイソレータとして動作する回路である。
１、２はポート、５は光の入出力を行う第１の光導波路
（以下第１導波路）、６は磁気光学膜で形成された閉ル
ープ例えばリング状の光導波路（以下リング導波路）、
７は第１導波路５とリング導波路６を結合する方向性結
合器、８は磁気光学膜のリング導波路６に磁界を印加す
るための略リング状の電極、９は電極８に流れる電流、
１０は電極８に流れる電流９によりリング導波路６に印
加される磁界である。図２は図１におけるＡ−Ａ´の断
面構造を示したものであって、１１は基板、１２は磁気
光学膜、１３はカバー層である。電極８はカバー層１３
上に形成されている。磁気光学導波路に光の進行方向と
垂直で面内に磁界を印加すると、ＴＭモード光の位相定
数が光の進行方向により異なる非相反位相効果を生じる
（[1] 山本，他、信学論，Vol.55-C,pp550-557(1972).
[2]T.Mizumoto,et al.,IEEE Trans.MTT.,MTT-30,pp922-
925(1982).) 。これを利用して、リング導波路６の磁界
印加領域長（電極領域長）およびリング長を調整し、リ
ング導波路６の非相反位相量をπとし、リング導波路６
の時計回りを非共振状態（リング１周の位相遅延量を2n
π±π，ｎは整数）、また反時計回りを共振状態（リン
グ１周の位相遅延量を２n π，ｎは整数）にする。さら
に、リング導波路６は損失を有するものとする。
【０００９】以上のように構成において、第１導波路５
のポート１から入射した光は方向性結合器７を介してリ
ング導波路６に結合されて、リング導波路６を時計方向
に進み、非共振のためポート２から出射する。反対に、
ポート２から入射した光はリング導波路６を反時計方向
に進み、共振してリング導波路６に吸収されポート１に
出射しない。このように、この回路は光アイソレータと
して動作する。
のポート１から入射した光は方向性結合器７を介してリ
ング導波路６に結合されて、リング導波路６を時計方向
に進み、非共振のためポート２から出射する。反対に、
ポート２から入射した光はリング導波路６を反時計方向
に進み、共振してリング導波路６に吸収されポート１に
出射しない。このように、この回路は光アイソレータと
して動作する。
【００１０】解析したアイソレータ特性の一例を図３に
示す。ＦＳＲ（自由スペクトル間隔）を50GHz 、リング
の損失を3dB としたときの相対光周波数に対する透過特
性を示す。実線Ｐ12はポート１からポート２への、破線
Ｐ21はポート２からポート１へのパワー変換率を示す。
反時計回り共振の相対光周波数を0GHzとした。スペクト
ル線幅11.2GHz 、フィネス4.46の非相反共振器が得ら
れ、相対周波数が50GHzの整数倍においてアイソレータ
動作をすることがわかる。リング損失に対する挿入損失
の特性を図４に示す。リング損失が3dB のとき挿入損失
は0.5dB と大幅な挿入損失の低減が図れている。
示す。ＦＳＲ（自由スペクトル間隔）を50GHz 、リング
の損失を3dB としたときの相対光周波数に対する透過特
性を示す。実線Ｐ12はポート１からポート２への、破線
Ｐ21はポート２からポート１へのパワー変換率を示す。
反時計回り共振の相対光周波数を0GHzとした。スペクト
ル線幅11.2GHz 、フィネス4.46の非相反共振器が得ら
れ、相対周波数が50GHzの整数倍においてアイソレータ
動作をすることがわかる。リング損失に対する挿入損失
の特性を図４に示す。リング損失が3dB のとき挿入損失
は0.5dB と大幅な挿入損失の低減が図れている。
【００１１】図５に第１の実施例の製造方法を示す。図
５(a) に示すようにＮＧＧ（Nd3 Ga5 O 12) 、GGG （Gd
3 Ga5 O 12) 等の結晶基板１１上にＬＰＥ、スパッタ等
によりＹＩＧ、Ｂｉ置換ＹＩＧ、Ｃｅ置換ＹＩＧ等の磁
気光学膜１２を約5000Å形成する。次に、フォトリゾグ
ラフィ技術を用い、この磁気光学膜１２をＡｒイオン等
を用いたドライエッチングまたは熱りん酸等によるケミ
カルエッチングを行い、図５(b) に示す第１導波路５お
よびリング導波路６を形成する。導波路幅は約３μｍ、
リッジの高さ500 〜1000Å、結合器７の間隔は約２μｍ
である。さらにその上に、図５(c) に示すようにＳｉＯ
2 等のカバー層１３をスパッタ等により１〜２μｍ厚形
成し、その上に図５(d) に示すようにフォトリゾグラフ
ィ技術を用いＡι等の電極８を形成し、完成する。電極
８に５〜１０ｍＡの電流を印加すると、５〜１０エルス
テッドの磁界が印加される。なお、非相反変化量を大き
くするため、リング導波路６として、磁気光学膜１２上
に高屈折率膜を形成し、これを導波路に加工したものを
用いても良い（電子情報通信学会論文誌'88/5 Vol.J71-
C No.5 pp702-708) 。
５(a) に示すようにＮＧＧ（Nd3 Ga5 O 12) 、GGG （Gd
3 Ga5 O 12) 等の結晶基板１１上にＬＰＥ、スパッタ等
によりＹＩＧ、Ｂｉ置換ＹＩＧ、Ｃｅ置換ＹＩＧ等の磁
気光学膜１２を約5000Å形成する。次に、フォトリゾグ
ラフィ技術を用い、この磁気光学膜１２をＡｒイオン等
を用いたドライエッチングまたは熱りん酸等によるケミ
カルエッチングを行い、図５(b) に示す第１導波路５お
よびリング導波路６を形成する。導波路幅は約３μｍ、
リッジの高さ500 〜1000Å、結合器７の間隔は約２μｍ
である。さらにその上に、図５(c) に示すようにＳｉＯ
2 等のカバー層１３をスパッタ等により１〜２μｍ厚形
成し、その上に図５(d) に示すようにフォトリゾグラフ
ィ技術を用いＡι等の電極８を形成し、完成する。電極
８に５〜１０ｍＡの電流を印加すると、５〜１０エルス
テッドの磁界が印加される。なお、非相反変化量を大き
くするため、リング導波路６として、磁気光学膜１２上
に高屈折率膜を形成し、これを導波路に加工したものを
用いても良い（電子情報通信学会論文誌'88/5 Vol.J71-
C No.5 pp702-708) 。
【００１２】図６は本発明の第２の実施例を説明する図
であって、光サーキュレータとして動作する回路であ
る。これは第１の実施例の図１の回路に第２導波路１４
を結合させたものである。３、４は第２導波路１４のポ
ート、１５はリング導波路６と第２導波路１４を結合す
る方向性結合器である。その他の構成は第１の実施例と
同様である。なお、この実施例の場合、リング導波路６
は、損失を有しないものとする。
であって、光サーキュレータとして動作する回路であ
る。これは第１の実施例の図１の回路に第２導波路１４
を結合させたものである。３、４は第２導波路１４のポ
ート、１５はリング導波路６と第２導波路１４を結合す
る方向性結合器である。その他の構成は第１の実施例と
同様である。なお、この実施例の場合、リング導波路６
は、損失を有しないものとする。
【００１３】この実施例によれば、第２導波路１４の結
合により第１導波路５のポート１から入射した光は非共
振のためポート２に、ポート２から入射した光は共振し
て第２導波路１４のポート４に、ポート４から入射した
光は非共振のためポート３に、第２導波路１４のポート
３から入射した光は共振して第１導波路５のポート１に
出射する。このように、この回路は光サーキュレータと
して動作する。
合により第１導波路５のポート１から入射した光は非共
振のためポート２に、ポート２から入射した光は共振し
て第２導波路１４のポート４に、ポート４から入射した
光は非共振のためポート３に、第２導波路１４のポート
３から入射した光は共振して第１導波路５のポート１に
出射する。このように、この回路は光サーキュレータと
して動作する。
【００１４】解析したサーキュレータ特性の一例を図
７、図８に示す。ＦＳＲ（自由スペクトル間隔）を50GH
z 、フィネスを50、リングの損失を0dB としたときの相
対光周波数に対する透過特性を示す。図７において実線
P12 はポート１からポート２への、実線P43 はポート４
からポート３への、破線P21 はポート２からポート１へ
の、破線P34 はポート３からポート４へのパワー変換率
をそれぞれ示す。また、図８において、実線P13 はポー
ト１からポート３への、実線P42 はポート４からポート
２への、破線P31 はポート３からポート１への、破線P2
4 はポート２からポート４へのパワー変換率をそれぞれ
示す。反時計方向回り共振の相対光周波数を0Hz とし
た。相対周波数が50GHz の整数倍においてサーキュレー
タ動作をすることがわかり、30dB以上の消光比が得られ
た。
７、図８に示す。ＦＳＲ（自由スペクトル間隔）を50GH
z 、フィネスを50、リングの損失を0dB としたときの相
対光周波数に対する透過特性を示す。図７において実線
P12 はポート１からポート２への、実線P43 はポート４
からポート３への、破線P21 はポート２からポート１へ
の、破線P34 はポート３からポート４へのパワー変換率
をそれぞれ示す。また、図８において、実線P13 はポー
ト１からポート３への、実線P42 はポート４からポート
２への、破線P31 はポート３からポート１への、破線P2
4 はポート２からポート４へのパワー変換率をそれぞれ
示す。反時計方向回り共振の相対光周波数を0Hz とし
た。相対周波数が50GHz の整数倍においてサーキュレー
タ動作をすることがわかり、30dB以上の消光比が得られ
た。
【００１５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では高価な
ファラディ回転子を使用せず、その高精度の調整が不要
であり、さらに磁気光学導波路により光の非相反リング
共振器を構成したので、基板上に光アイソレータまたは
光サーキュレータを一体形成でき、光集積化に好適であ
り、安価であるという利点がある。
ファラディ回転子を使用せず、その高精度の調整が不要
であり、さらに磁気光学導波路により光の非相反リング
共振器を構成したので、基板上に光アイソレータまたは
光サーキュレータを一体形成でき、光集積化に好適であ
り、安価であるという利点がある。
【図１】本発明の第１の実施例の構成図
【図２】本発明の第１の実施例の断面図
【図３】本発明の第１の実施例のアイソレータ特性図
【図４】本発明の第１の実施例の挿入損失とリング損失
の関係を示す図
の関係を示す図
【図５】本発明の第１の実施例の光アイソレータの製造
工程を表す図
工程を表す図
【図６】本発明の第２の実施例の構成図
【図７】本発明の第２の実施例のサーキュレータ特性図
【図８】本発明の第２の実施例のサーキュレータ特性図
【図９】従来の光アイソレータの構成図
【図１０】従来の光サーキュレータの構成図
１，２，３，４…ポート、５…第１導波路、６…リング
導波路、７，１５…方向性結合器、８…電極、９…電
流、１０…磁界、１１…基板、１２…磁気光学膜、１３
…カバー層、１４…第２導波路、１５…方向性結合器。
導波路、７，１５…方向性結合器、８…電極、９…電
流、１０…磁界、１１…基板、１２…磁気光学膜、１３
…カバー層、１４…第２導波路、１５…方向性結合器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02B 27/28
Claims (1)
- 【請求項１】 少なくともその一部が磁気光学材料で形
成された非相反性をもつ閉ループの光導波路と該閉ルー
プの光導波路と光学的に結合し光の入出力を行う光導波
路とからなり、 該閉ループの光導波路中の磁化により導波する光の異な
る進行方向の位相定数が相互に異なり、該閉ループの光
導波路を導波する光の右回り方向と左回り方向で共振条
件が異なるようになしたことを特徴とする非相反光回
路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04202688A JP3090292B2 (ja) | 1992-07-29 | 1992-07-29 | 非相反光回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04202688A JP3090292B2 (ja) | 1992-07-29 | 1992-07-29 | 非相反光回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0651241A JPH0651241A (ja) | 1994-02-25 |
| JP3090292B2 true JP3090292B2 (ja) | 2000-09-18 |
Family
ID=16461511
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04202688A Expired - Fee Related JP3090292B2 (ja) | 1992-07-29 | 1992-07-29 | 非相反光回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3090292B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7215848B2 (en) * | 2004-01-29 | 2007-05-08 | Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. | Optical isolator utilizing a micro-resonator |
| US20110019957A1 (en) * | 2006-12-06 | 2011-01-27 | St Synergy Limited | Magneto-opto micro-ring resonator and switch |
| US8749871B2 (en) | 2011-03-15 | 2014-06-10 | Massachusetts Institute Of Technology | On-chip miniature optical isolator |
| WO2019195441A1 (en) * | 2018-04-04 | 2019-10-10 | The Research Foundation For The State University Of New York | Heterogeneous structure on an integrated photonics platform |
| JP7171392B2 (ja) * | 2018-11-28 | 2022-11-15 | 京セラ株式会社 | アイソレータ、光源装置、光送受信機、光スイッチ、光増幅器、及びデータセンター |
-
1992
- 1992-07-29 JP JP04202688A patent/JP3090292B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．ＭＴＴ．ＭＴＴ−３０，ｐｐ９２２−９２５（１９８２） |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0651241A (ja) | 1994-02-25 |
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