JP3175320B2 - 光アイソレータ、及びそれを用いた半導体レーザ装置、端局装置及び光通信システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体レーザなどを用
いた光通信、光情報処理、光計測システムなどにおいて
使用される光アイソレータ、及びそれを含む半導体レー
ザ、端局装置及び光通信システムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体レーザを用いた光システムは、フ
ァイバ等の光学部品による反射を受けた戻り光のため、
半導体光レーザの発振パワー変動、波長変動、雑音増加
等の問題が生じる。このため、戻り光が半導体レーザに
戻らないように光アイソレータが用いられる。現在、光
アイソレータとしては、図１０に示すようなバルク型光
アイソレータが実用化されている。

【０００３】図１０において、５０１は偏光子で、入射
光Ｓ１を直線偏光にする。５０２はファラデー回転子
で、ファラデー効果を有する磁気光学結晶で形成され、
入射光Ｓ１、戻り光Ｓ３の偏光面をそれぞれ非相反に４
５度回転させる。５０３は検光子で、偏光子５０１に対
して透過偏光面が４５度の角度をなすように配置されて
いる。入射光Ｓ１は、偏光子５０１によって直接偏光に
され、ファラデー回転子５０２によって偏光面が４５度
の回転を受け、検光子５０３を通過する。一方、戻り光
Ｓ３のうち検光子５０３を透過した成分は、回転子５０
２によってさらに４５度の回転を受けて、偏光子５０１
とは垂直の偏光となるため、光源５０４側に光が戻らな
い。

【０００４】一方、光デバイスの高速化、高効率化を図
るために、光デバイスの小型化、集積化についての研究
が進められている中で、図９に示すような薄膜光導波路
を用いた集積型光アイソレータが提案されている。光ア
イソレータと他の光デバイスを集積化することを考慮す
ると、光アイソレータの入射光と出射光の偏光面が一致
している方が望ましく、図９においてもそのような工夫
がなされている。

【０００５】図９（ａ）において、３０１，３０４はＴ
Ｅモード通過フィルタで、光導波路上に金属膜３０１
ａ，３０２ａを装荷した構成である。３０２は非相反モ
ード変換導波路で、ファラデー効果を有する磁気光学結
晶（光進行方向の磁気モーメント３０２ａを有する）で
形成され、入射光Ｓ１、戻り光Ｓ３の偏光面をそれぞれ
非相反に４５度回転させる。３０３は相反モード変換導
波路で、フォークト効果を有する磁気光学結晶（光進行
方向に垂直な面内で導波路に直角な方向と４５度を成す
方向の磁気モーメント３０３ａを有する）で形成され、
入射光Ｓ１、戻り光Ｓ３の偏光面を相反に４５度回転さ
せる。これらの素子を、光入射側から、ＴＥモード通過
フィルタ３０１、非相反モード変換導波路３０２、相反
モード変換導波路３０３、ＴＥモード通過フィルタ３０
４の順に配置して集積型光アイソレータを構成する。

【０００６】入射光Ｓ１は、フィルター３０１によりＴ
Ｅモードの導波光となり、非相反モード変換導波路３０
２と相反モード変換導波路３０３による偏光面の回転方
向が逆であるため、これらの導波路３０２，３０３を通
過した後は再びＴＥモードとなり、フィルタ３０４を通
過して出射光Ｓ２となる。一方、戻り光Ｓ３は、非相反
モード変換導波路３０２と相反モード変換導波路３０３
による偏光面の回転が順方向であるため、これらの導波
路３０２，３０３を通過した後はＴＭモードとなってフ
ィルタ３０１により阻止される。

【０００７】また、図９（ｂ）に示すように、磁気モー
メント４０５ａの方向を調整することにより、同一の領
域４０５（ＴＥモード通過フィルタ４０１，４０４で挟
まれたモード変換導波路４０５）内でファラデー効果と
フォークト効果とが共に起こるようにした集積型光アイ
ソレータも提案されている。

【０００８】

【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、図
１０に示す従来の光アイソレータでは、個々の光部品の
相互の位置合わせが必要であり、小型化、軽量化に限界
がある。

【０００９】また、上記従来の集積型光アイソレータ
は、図９（ａ）に示すものについては、異なった方向の
磁気モーメントを有する２つの領域が必要である。二方
向の磁気モーメントを実現するには、２個の磁石によっ
て外部磁界を印加する方法が一般的であるが、この方法
では領域間での磁界を分離する必要性から構造が複雑に
なり、その分、素子長が長くなるという欠点を有する。

【００１０】更に、図９（ｂ）に示す集積型光アイソレ
ータは、図９（ａ）に示す構成の光アイソレータと較べ
て素子長がかなり長くなる（昭６１信学全４−１９参
照）といった欠点を有する。

【００１１】従って、本発明の目的は、相反モード変換
導波路を不必要とすることにより、一方向の外部磁界を
印加するだけでよく、素子長が十分短く、小型軽量で安
定に動作する導波型ないし集積型光アイソレータ、及び
それを含む半導体レーザ装置、端局装置及び光通信シス
テムを提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明では、複数の直列接続された光導波路から構
成され、該光導波路のうち少なくとも一つが、その光導
波路を伝搬する基本偏光モード偏光面が他の光導波路と
互いに４５度の角度をなすように接続されており、入射
光と出射光の偏光面が等しいことを特徴とする集積型光
アイソレータを構成した。

【００１３】より具体的に、該光導波路が、ＴＥモード
通過フィルタと非相反モード変換導波路とを併せもつ第
一の光導波路と、ＴＥモード通過フィルタとして機能す
る第二，第三の光導波路からなり、第二の光導波路を伝
搬する基本偏光モードの偏光面がその両側の第一，第三
の光導波路と互いに４５度の角度をなすように接続され
た集積型光アイソレータの作用について説明を加える。

【００１４】本発明によれば、第一の光導波路に入射し
た光は第一の光導波路中のＴＥモード通過フィルタによ
ってＴＥモードの導波光となる。この導波光は、第一の
光導波路中の非相反モード変換導波路を伝搬する間に、
ファラデー効果により、偏光面が、第二の光導波路面と
平行になるよう４５度回転して第二の光導波路に入射す
る。入射した導波光は第二の光導波路中ではＴＥモード
であるのでＴＥモード通過フィルタを素通りして第三の
光導波路に入射し、ＴＥモード通過フィルタによってＴ
Ｅモードとなって出射する。一方、第三の光導波路に入
射した戻り光は、ＴＥモード通過フィルタを通過して、
偏光面が第二の光導波路面と４５度の角度をなす導波光
として第二の光導波路に入射し、このＴＥモード通過フ
ィルタによりＴＥモード、すなわち、偏光面が第一の光
導波路面と４５度の角度をなす導波光として第二の光導
波路に入射し、ＴＥモード通過フィルタによりＴＥモー
ド、すなわち、偏光面が第一の光導波路面と４５度の角
度をなす導波光として第一の光導波路に入射する。入射
した導波光は第一の光導波路中の非相反モード変換導波
路を伝搬する間に、ファラデー効果により非相反に偏光
面の回転を受けるため、偏光面が第一の光導波路面と垂
直な状態、すなわちＴＭモードとなり、ＴＥモード通過
フィルタにより吸収される。よって、戻り光は光アイソ
レータを通過することができない。

【００１５】また、上記目的を達成するため、複数の直
列接続された光導波路を含み構成される集積型光アイソ
レータであって、該光導波路は、ＴＥモードの導波光の
みを通過させる導波型モード通過フィルタと導波光の偏
光面を非相反に４５度回転させる非相反モード変換導波
路とを互いに同一面に併せ持つ第一の光導波路部と、Ｔ
Ｅモードの導波光のみを通過させる導波型モード通過フ
ィルタとして機能する第二の光導波路部を備え、該第
一、及び第二の光導波路部は共通する一つの水平な基板
上に形成されており、該第一の光導波路部の導波型モー
ド通過フィルタを伝搬する基本偏光モードの偏光面が、
該光アイソレータに接続された半導体レーザの導波路面
および該第二の光導波路部と互いに４５度の角度をなし
ており、該第一の光導波路部への入射光と該第二の光導
波路部からの出射光の偏光面が等しいことを特徴とする
集積型光アイソレータを構成した。

【００１６】具体的には、該偏光モードはＴＥモードで
ある。本発明によれば、より具体的に、第一の光導波路
に入射した光はＴＥモード通過フィルタによってＴＥモ
ードの導波光となり、第一の光導波路中の非相反モード
変換導波路を伝搬する間に、ファラデー効果により、偏
光面が第二の光導波路面と平行になるよう４５度回転し
て第二の光導波路に入射する。入射した導波光は第二の
光導波路中ではＴＥモードであるのでＴＥモード通過フ
ィルタを素通りして出射する。一方、第二の光導波路に
入射した戻り光は、ＴＥモード通過フィルタを通過し
て、偏光面が第一の光導波路と４５度の角度をなす導波
光として第一の光導波路に入射する。入射した導波光は
第一の光導波路中の非相反モード変換導波路を伝搬する
間に、ファラデー効果により非相反に偏光面の回転を受
けるため、偏光面が第一の光導波路面と垂直な状態、す
なわちＴＭモードとなり、ＴＥモード通過フィルタによ
り吸収される。よって、戻り光は光アイソレータを通過
することができない。

【００１７】また、本発明による光アイソレータでは、
複数の直列接続された光導波路から構成され、該光導波
路のうち少なくとも一つが、その光導波路を伝搬する基
本偏光モードの偏光面が他の光導波路と互いに４５度の
角度をなすように接続されており、該光導波路が導波光
の偏光面を非相反に４５度回転させる非相反モード変換
導波路を含むことを特徴とする。

【００１８】

【実施例】図１は本発明による集積型光アイソレータと
半導体レーザとを組み合わせた第１実施例を示す図であ
る。図１において、１０は第一の光導波路、１２，１４
はＴＥモード通過フィルタとして機能する第二，第三の
光導波路、１６は非相反モード変換導波路、１６ａはフ
ァラデー効果を有する磁気光学結晶、１６ｂは磁気モー
メント、１８はＴＥモード通過フィルタ、２０はチャネ
ル導波路、２２は半導体レーザ、１２ａ，１４ａ，１８
ａは金属膜、Ｓ１は入射光、Ｓ２は出射光、Ｓ３は戻り
光である。

【００１９】ＴＥモード通過フィルタ１４，１８の導波
路部は、ＧａＡｓ基板上にＡｌＧａＡｓ系の導波層をＭ
ＢＥ法によって成長させたものである。導波層は、Ａｌ
組成比の少ないコア部をＡｌ組成比の多い上下クラッド
部ではさんだ構成である。非相反モード変換導波路１６
は、同一ＧａＡｓ基板上にＣｄＭｎＴｅ系の磁気光学結
晶１６ａをＭＢＥ法によって成長させたものである。磁
気光学結晶１６ａは、Ｍｎ組成比の少ないコア部をＭｎ
組成比の多い上下クラッド部ではさんだ構成である。

【００２０】ＴＥモード通過フィルタ１２の導波路部
は、所定の領域をＲＩＢＥ法によって上記基板と４５度
の角度をなすようにエッチングし、その上に、ＧａＡｌ
Ａｓ系の該導波層をＭＢＥ法で成長させた構成である。
チャネル導波路２０は、所定部分をリッジ型構造または
埋め込み型構造に加工することにより形成する。最後
に、所定部分にＡｌ等の金属膜１２ａ，１４ａ，１８ａ
を蒸着してＴＥモード通過フィルタ１２，１４，１８を
形成する。金属膜１２ａ，１４ａ，１８ａの幅を３〜５
ｍｍ程度にすれば、ＴＥモード通過フィルタとして機能
させることができる。

【００２１】光の利用効率を考慮すると半導体レーザ２
２はＴＥモード発振していることが望ましい。

【００２２】半導体レーザ２２から発しＴＥモード通過
フィルタ１８を通過した光は、ＴＥモードで非相反モー
ド変換導波路１６に達し、ここで偏光面が４５度回転さ
れた光となって第二の光導波路であるＴＥモード通過フ
ィルタ１２に入る。このフィルタ１２では、そのままの
偏光状態でＴＥモード通過フィルタ１２を通過し、第三
のＴＥモード通過フィルタ１４で初めのＴＥモードと同
じ偏光となって出射される。但し、第二と第三の光導波
路１２，１４の間では光は損失を被る。一方、戻り光Ｓ
３は、ＴＥモード通過フィルタ１４を経て次のＴＥモー
ド通過フィルタ１２に、損失を被りながら入る。このＴ
Ｅモード通過フィルタ１２からは、ＴＥモードから４５
度回転された状態で、光は非相反モード変換導波路１６
に入り、ここで更に４５度偏光面が回転されてＴＭモー
ドとなって第一の光導波路１０のＴＥモード通過フィル
タ１８に入ろうとするが、ＴＭモードとなっているので
通過は阻止される。

【００２３】このように、半導体レーザ２２からの光が
入射光Ｓ１として第一の光導波路１０に入射した場合は
光アイソレータを通過してＴＥモードとして出射される
が、戻り光Ｓ３が第三の光導波路１４に入射した場合は
光アイソレータを通過できない。

【００２４】非相反モード変換導波路１６の伝搬距離を
１ｍｍ、磁気光学結晶１６ａのヴェルデ定数を０．１度
／ｃｍ・Ｏｅとすると、４５度のファラデー回転を得る
には、４．５ｋＯｅの磁場が必要となるが、これは永久
磁石で十分印加することができる。

【００２５】図２は、本発明による集積型光アイソレー
タと半導体レーザとを組み合わせた第２の実施例を示す
図である。図２において、３０は第１の光導波路で、３
２はＴＥモード通過フィルタとして機能する第二の光導
波路、３４は非相反モード変換導波路、３４ａはファラ
デー効果を有する磁気光学結晶、３４ｂは磁気モーメン
ト、３６はＴＥモード通過フィルタ、３８はチャネル導
波路、４０は半導体レーザ、３２ａ,３６ａは金属膜、
Ｓ１は入射光、Ｓ２は出射光、Ｓ３は戻り光である。第
一の光導波路３０のＴＥモード通過フィルタ３６を伝搬
する基本偏光モードの偏光面が、光アイソレータに接続
された半導体レーザ４０の導波路面および第二の光導波
路３２と互いに４５度の角度をなすように各光導波路３
０，３２，３８は接続されている。

【００２６】ＴＥモード通過フィルタ３２の導波路部
は、ＧａＡｓ基板上にＡｌＧａＡｓ系の導波層をＭＢＥ
法によって成長させたものである。導波層は、Ａｌ組成
比の少ないコア部をＡｌ組成比の多い上下クラッド部で
はさんだ構成である。ＴＥモード通過フィルタ３６の導
波路部は、上記ＧａＡｓ基板の所定の領域をＲＩＢＥ法
によって基板と４５度の角度をなすようにエッチング
し、その上にＡｌＧａＡｓ系の該導波層をＭＢＥ法によ
り成長させたものである。非相反モード変換導波路３４
は、４５度のエッチングを施したＧａＡｓ基板上にＣｄ
ＭｎＴｅ系の磁気光学結晶３４ａをＭＢＥ法によって成
長させたものである。磁気光学結晶３４ａは、Ｍｎ組成
比の少ないコア部をＭｎ組成比の多い上下クラッド部で
はさんだ構成である。チャネル導波路３８は、所定部分
をリッジ型構造または埋め込み型構造に加工することに
より形成する。最後に、所定部分にＡｌ等の金属膜３２
ａ，３６ａを蒸着してＴＥモード通過フィルタ３２，３
６を形成する。金属膜の幅を３〜５ｍｍ程度にすれば、
ＴＥモード通過フィルタとして機能させることができ
る。

【００２７】光の利用効率を考慮すると半導体レーザ４
０はＴＥモード発振していることが望ましい。

【００２８】半導体レーザ４０からの光が入射光Ｓ１と
して第一の光導波路３０に入射した場合、導波光は第一
の光導波路３０中のＴＥモード通過フィルタ３６によっ
て該フィルタ３６についてのＴＥモードの導波光とな
る。この導波光は、第一の光導波路３０中の非相反モー
ド変換導波路３４を伝搬する間に、ファラデー効果によ
り、偏光面が第二の光導波路３２の導波路面と平行にな
るよう４５度回転して第二の光導波路３２に入射する。
入射した導波光は第二の光導波路３２中ではＴＥモード
であるのでＴＥモード通過フィルタ３２を素通りして、
ＴＥモードとして出射する。一方、第二の光導波路３２
に入射した戻り光Ｓ３は、ＴＥモード通過フィルタ３２
を通過して、偏光面が第一の光導波路３０の導波路面と
４５度の角度をなす導波光として第一の光導波路３０に
入射する。入射した導波光は、第一の光導波路３０中の
非相反モード変換導波路３４を伝搬する間に、ファラデ
ー効果により非相反に偏光面の回転を受けるため、偏光
面が第一の導波路３０の導波路面と垂直な状態、すなわ
ちＴＭモードとなり、ＴＥモード通過フィルタ３６によ
り吸収される。よって、戻り光Ｓ３は光アイソレータを
通過することができない。

【００２９】非相反モード変換導波路３４の伝搬距離を
１ｍｍ、磁気光学結晶３４Ａのウェルデ定数を０．１度
／ｃｍ・Ｏｅとすると、４５度のファラデー回転を得る
には、４．５ｋＯｅの磁場が必要となるが、これは永久
磁石で十分印加することができる。

【００３０】本発明の集積型光アイソレータの入射光と
出射光の偏光面が等しい性質を利用すると、集積型光デ
バイスに応用することができる。図３，図４（ａ）に、
バス型光通信用の集積型端局装置１０５，１０６，１０
７に導波型光アイソレータを集積した場合の例を示す。

【００３１】図３は、光通信システム全体で、図４
（ａ）は本発明の集積型光アイソレータを含む集積型端
局装置の概念図である。図３において、５７は光ファイ
バ等の光伝送路、１００，１０１，１０２はこの光伝送
路を用いて通信を行う端末、１０５，１０６，１０７は
端末からの電気信号を光信号に変換して光伝送路５７に
送出し、光伝送路５７上の光信号を電気信号に変換して
端末１００，１０１，１０２に伝送する集積型端局装置
である。

【００３２】図４（ａ）において、５０は、端末からの
信号を光信号に変換し、他端末からの信号と光伝送路５
７上で衝突しないように制御して光伝送路５７上へ送出
する光送信部、５２は光伝送路５７を伝送されてきた光
信号を電気信号に変換し、この信号が自端局装置に接続
された端末へのものであれば信号をこの端末１００，１
０１，１０２へと伝達する光受信部、５４は光伝送路５
７を伝送されてきた信号を増幅して光受信部５２へと伝
送する光増幅器、５６は光送信部５０からの光信号を端
局装置に接続されている光伝送路５７へと導くＴ字カッ
プラ、５８は光伝送路５７からの光信号の一部を光受信
部５２へと導くＴ字カップラ、６０，６２は本発明によ
る導波路型光アイソレータである。光送信部５０から送
出されたＴＥモードの光信号は、光アイソレータ６０を
通過して、Ｔ字カップラ５６および光伝送路５７を介し
て他の集積型端局装置１０５，１０６，１０７へと導か
れる。一方、光伝送路５７を介して集積型端局装置に伝
送されてきた光信号はＴ字カップラ５８、光アイソレー
タ６２を介して光受信部５２へ導かれる。

【００３３】光伝送路５７からの光信号の一部はＴ字カ
ップラ５６によって光送信部５０方向へ伝送されるが、
この光信号は光アイソレータ６０を通過できないので、
光送信部５０によって送出される光信号が変動を受ける
ことはない。

【００３４】また、光受信部５２に伝送された光信号の
一部は光受信部５２中のさまざまな面によって反射さ
れ、Ｔ字カップラ５８方向に戻るが、この光信号は光ア
イソレータ６２を通過できないので、戻り光による雑音
が光伝送路５７を伝搬するのを防ぐことができる。

【００３５】このように、光アイソレータを端局装置１
０５，１０６，１０７中に設けることにより、安定に動
作する光通信システムを構成することができる。

【００３６】図５は本発明による導波型光アイソレータ
と半導体レーザとを組み合わせた第３実施例を示す図で
ある。ここで用いる半導体レーザとしては、ファブリペ
ロー共振器を有するタイプのものでも周期構造を反射部
を有するＤＢＲレーザやＤＦＢレーザでもよい。図５に
おいて、１１０は第一の光導波路、１１２はＴＥモード
通過フィルタとして機能する第二の光導波路、１１４は
ＴＥモード通過フィルタ、１１６は非相反モード変換導
波路、１１６ａはファラデー効果を有する磁気光学結
晶、１１６ｂは磁気モーメント、１１８はチャネル導波
路、１２０は半導体レーザ、１１２ａ，１１４ａは金属
膜、Ｓ１は入射光、Ｓ２は出射光、Ｓ３は戻り光であ
る。

【００３７】ＴＥモード通過フィルタ１１４は、ＧａＡ
ｓ基板上にＡｌＧａＡｓ系の導波層をＭＢＥ法によって
成長させたものである。導波層は、Ａｌ組成比の少ない
コア部をＡｌ組成比の多い上下クラッド部ではさんだ構
成である。非相反モード変換導波路１１６は、同ＧａＡ
ｓ基板上にＣｄＭｎＴｅ系の磁気光学結晶１１６ａをＭ
ＢＥ法によって成長させたものである。磁気光学結晶１
１６ａは、Ｍｎ組成比の少ないコア部をＭｎ組成比の多
い上下クラッド部ではさんだ構成である。第二の光導波
路１１２については、所定の領域をＲＩＢＥ法によって
基板と４５度の角度をなすようにエッチングし、その上
に、ＧａＡｌＡｓ系の該導波路層をＭＢＥ成長させた構
成である。チャネル導波路１１８については、所定部分
をリッジ型構造または埋め込み型構造に加工することに
より形成する。最後に、所定部分にＡｌ等の金属膜１１
２ａ，１１４ａを蒸着してＴＥモード通過フィルタ１１
２，１１４を形成する。金属膜１１２ａ，１１４ａの幅
を３〜５ｍｍ程度にすれば、ＴＥモード通過フィルタと
して機能させることができる。

【００３８】非相反モード変換導波路１１６の伝搬距離
を１ｍｍ、磁気光学結晶１１６ａのヴェルデ定数を０．
１度／ｃｍ・Ｏｅとすると、４５度のファラデー回転を
得るには、４．５ｋＯｅの磁場が必要となるが、これは
永久磁石で十分印加することができる。

【００３９】半導体レーザ１２０からの光が入射光Ｓ１
として第一の光導波路１１０に入射した場合、導波光は
第一の光導波路１１０中のＴＥモード通過フィルタ１１
４によってＴＥモードの導波光となる。この導波光は、
第一の光導波路１１０中の非相反モード変換導波路１１
６を伝搬する間に、ファラデー効果により、偏光面が第
二の光導波路１１２の導波路面と平行になるよう４５度
回転して第二の光導波路１１２に入射する。入射した導
波光は第二の光導波路１１２中ではＴＥモードであるの
でＴＥモード通過フィルタ１１２を素通りして、ＴＥモ
ードとして出射する。一方、第二の光導波路１１２に入
射した戻り光Ｓ３は、ＴＥモード通過フィルタ１１２を
通過して、偏光面が第一の光導波路１１０の導波路面と
４５度の角度をなす導波光として第一の光導波路１１０
に入射する。入射した導波光は、第一の光導波路１１０
中の非相反モード変換導波路１１６を伝搬する間に、フ
ァラデー効果により非相反に偏光面の回転を受けるた
め、偏光面が第一の導波路１１０の導波路面と垂直な状
態、すなわちＴＭモードとなり、ＴＥモード通過フィル
タ１１４により吸収される。よって、戻り光Ｓ３は光ア
イソレータを通過することができない。

【００４０】図５に示したのは、非相反モード変換導波
路１１６を含む第一の光導波路１１０からＴＥモード通
過フィルタとして機能する第二の光導波路１１２の方向
にのみ光を通過させる例であったが、図６の様に第二の
光導波路１３２から第一の光導波路１３０の方向にのみ
光を通過させることもできる。図６において、１３０は
第一の光導波路、１３２はＴＥモード通過フィルタとし
て機能する第二の光導波路、１３４はＴＥモード通過フ
ィルタ、１３６は非相反モード変換導波路、１３６ａは
ファラデー効果を有する磁気光学結晶、１３６ｂは磁気
モーメント、１３８はチャネル導波路、１４０は半導体
レーザ、１３２ａ，１３４ａは金属膜、Ｓ１は入射光、
Ｓ２は出射光、Ｓ３は戻り光である。

【００４１】図５と図６に示す本発明の導波型光アイソ
レータもバス型光通信システムに応用できる。

【００４２】光通信システム全体は図３と同様である。
但し、入射光と出射光の偏光面が同じでないので、端局
装置は集積型ではない。図４（ｂ）はこの導波型光アイ
ソレータを含む端局装置の概念図である。

【００４３】図４（ｂ）において、１５０は端末からの
信号を光信号に変換し、他端末からの信号と光伝送路１
５７上で衝突しないように制御して光伝送路上へ送出す
る光送信部、１５２は光伝送路１５７を伝送されてきた
光信号を電気信号に変換し、この信号が自端局装置に接
続された端末へのものであれば信号をこの端末へと伝達
する光受信部、１５６は光送信部１５０からの光信号を
端局装置に接続されている光伝送路１５７へと導く光カ
ップラ、１５８は光伝送路１５７からの光信号の一部を
光受信部１５２へと導く光カップラ、１６０，１６２は
本発明による導波路型光アイソレータである。動作は、
図４（ａ）での説明と実質的に同じである。

【００４４】このように、ここでも光アイソレータを端
局装置中に設けることにより、安定に動作する光通信シ
ステムを構成することができる。

【００４５】ところで、導波型光アイソレータと半導体
レーザを同一基板上に集積化した例として、図１１に示
すようなものが提案されている。

【００４６】半導体レーザから金属膜２２５を介してＴ
Ｅモードとして光アイソレータに入射した導波光は長さ
ｌ（スモールエル）だけ伝搬する間にファラデー効果に
より偏光面が４５度の回転を受け、偏光板２２６を通過
する。一方、戻り光は光アイソレータ領域中を伝搬する
間に偏光面が非相反に４５度の回転を受けるためＴＭモ
ードとなり、金属膜２２５によって吸収されるため、半
導体レーザ側に光が戻らない。半導体レーザと光アイソ
レータとの境界における反射がレーザに悪影響を及ぼす
のを避けるため、境界面の法線方向が光の伝搬方向と一
致しないように角度θだけずれてそれぞれが接続されて
いる。

【００４７】しかしながら、この提案例では、境界面の
法線方向が光の伝搬方向からずれているために次のよう
な欠点がある。 （１）境界面での反射が損失となる。 （２）レーザ領域と光アイソレータの領域の屈折率の差
により境界面で屈折が生じるため、透過光が光アイソレ
ータ領域中に設けられたチャネル導波路に結合する効率
が低下する。 （３）光アイソレータ領域中を伝搬する長さにばらつき
があるため出射端での偏光が完全な直線偏光ではない。 （４）構造が複雑である。

【００４８】これらを解決するためには、光アイソレー
タと半導体レーザとの境界面の法線方向を光の伝搬方向
と一致させ、該境界面を半導体レーザの共振器ミラーと
して用いればよい。図７はこの実施例の構成を示す図で
ある。本実施例はファブリペロー共振器型の半導体レー
ザと集積化した例を示すものである。

【００４９】まず、レーザ領域の構造を説明する。ｎ型
ＧａＡｓ基板２１１上に、ｎ−Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓクラ
ッド層２１３を１μｍ、φ−ＧａＡｓ／Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7
Ａｓ超格子活性層２１５を０．１μｍ、Ｐ−Ａｌ_0.3Ｇ
ａ_0.7Ａｓ光導波路層２１６（第一の光導波路層）を
０．２μｍ、Ｐ−Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓクラッド層２１７
を０．５μｍ、Ｐ⁺−ＧａＡｓキャップ層２１９をエピ
タキシャル成長させる。

【００５０】このように作製したチップの半分をＧａＡ
ｓ基板２１１までエッチングして削除した。このとき、
エッチング断面がレーザ光の伝搬方向と垂直になるよう
にエッチングを施した。次に、エッチングにより露出し
たＧａＡｓ基板２１１上にＣｄＴｅバッファ層２２１を
０．６μｍ、Ｃｄ_0.5Ｍｎ_0.5Ｔｅクラッド層２２２を
０．５μｍ、Ｃｄ_0.8Ｍｎ_0.2Ｔｅ／Ｃｄ_0.5Ｍｎ_0.5Ｔｅ
超格子光導波路層２２３を０．２μｍ、Ｃｄ_0.5Ｍｎ_0.5
Ｔｅクラッド層２２４を０．５μｍエピタキシャル成長
させる。

【００５１】その後、クラッド層２１７およびクラッド
層２２４をリッジ型にエッチングしてチャネル導波路を
形成し、Ｐ電極（Ｃｒ／Ａｕ）２２０およびｎ電極（Ａ
ｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕ）２１２を所定位置に装荷してレー
ザを形成した。さらに、モード選択膜としてＡｌ金属膜
２２５をリッジ上に装荷した。この構成において、Ａｌ
金属膜２２５の部分は図５の実施例のＴＥモード通過フ
ィルタ１１４に相当し、光アイソレータ領域は非相反モ
ード変換導波路１１８に相当し、出射部に配置された偏
光板２２６はＴＥモード通過フィルタ１１２に相当す
る。

【００５２】上述のように構成された本実施例のものに
おいては、半導体レーザ領域にて発生した光は光アイソ
レータ領域を通って外部へ出射される。なお、偏光板２
２６は図５の実施例のＴＥモード通過フィルタ１１２の
如き構成にされてもよく、光アイソレータ領域には通過
光の偏光面が４５度回転するような外部磁界Ｈが加えら
れている。具体的には、永久磁石によって印加する方法
や、リング状の電磁石をデバイスの両側に配置したり、
コイルを光アイソレータ領域の回りに配置したりする方
法がある。

【００５３】次に、本実施例の動作原理を述べる。レー
ザ領域では、光アイソレータ領域との境界面と、光アイ
ソレータと反対側のへき開面とを共振器ミラーとしてレ
ーザ光が発振される。レーザ領域と光アイソレータ領域
との屈折率の差から計算される反射率は１．７％であ
り、発振には十分である。また、活性層２１５が量子井
戸構造をしているため、ＴＥモードのみが選択的に発振
し、金属膜２２５による減衰は生じない。光アイソレー
タに入射したレーザ光は伝搬する間に偏光面が４５度の
回転を受け、その方向に主軸をもつ偏光板２２６を通過
して出射する。光ファイバ等によって反射された戻り光
は偏光板２２６によって４５度の偏光のみが通過する
が、光アイソレータ領域を逆方向に伝搬する際に磁気光
学効果の非相反性によりさらにモード変換されＴＭモー
ドとなってレーザ領域に戻ってくる。その結果、戻り光
は金属膜２２５によって吸収されるためレーザは影響を
受けない。

【００５４】光アイソレータの出射側端面にはＡＲコー
ティングを施してもよいが、ＡＲコーティングが無い場
合でも、この端面による反射光は上記の戻り光と同様に
ＴＭモードとなってレーザ領域に戻ってくるため問題な
い。

【００５５】戻り光が境界面で再び反射して外部に出射
する場合も考えられるが、この場合、出射光の偏光面は
偏光板２２６の主軸とは直交しているため偏光板２２６
を通過することができない。

【００５６】図７の実施例では、ファブリーペロー共振
器型の半導体レーザを用いたが、周期構造の反射部を有
するＤＢＲレーザであってもかまわない。図８に、光ア
イソレータと反射側の共振器ミラーとして、へき開面の
かわりに周期構造の反射部を設けた場合の実施例の構成
を示す。

【００５７】層構成は、図７と同じであるが、クラッド
層２１７をリッジ型にエッチングした後、この上面にＤ
ＢＲ用コラゲーション２１８を２光束干渉露光法により
形成したものである。０．８μｍ帯のレーザ光を発振さ
せるには２次グレーティング（ピッチ約０．２５μｍ）
を作製する。ＤＢＲレーザを用いることにより、単一波
長のレーザ発振が可能になるため有効である。

【００５８】なお、図７と図８の実施例においては、モ
ード選択膜として金属膜を用いているが、レーザの構造
をＴＭモードが成立できない条件に設定すれば（活性層
の厚さなどを適当に設定する）ＴＭモードの戻り光は全
くレーザに影響を扱さないので金属膜を除くことができ
る。

【００５９】上記において、レーザ領域を構成する材料
として、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓを用いているが、この
他にもＩｎＰなどの材料を用いてももちろんよい。非相
反モード変換導波路ないし光アイソレータ領域を構成す
る材料としても、ＣｄＭｎＴｅだけでなく、ＩＩ−ＶＩ
族半導体のＩＩ族の一部を遷移金属で置換した半導体、
たとえばＺｎＭｎＳｅなどを用いることもできる。遷移
金属についてもＭｎのほかにＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉなどを用
いてもよい。

【００６０】

【発明の効果】以上説明したように、複数の光導波路
を、該光導波路のうち少なくとも一つが、その光導波路
を伝搬する基本偏光モードの偏光面が他の光導波路と互
いに４５度の角度をなすように、直接接続することによ
り相反モード変換導波路を必要としない集積型光アイソ
レータを構成することができた。また、上の見積りか
ら、５ｋＯｅ程度の磁場を印加するだけで、約１ｍｍの
長さの非相反モード変換導波路を有する導波型光アイソ
レータが実現できることが示された。

【００６１】また、ＴＥモードの導波光のみを通過させ
る導波型モード通過フィルタと導波光の偏光面を非相反
に所定角度回転させる非相反モード変換導波路とを併せ
もつ第一の光導波路と、ＴＥモードの導波光のみを通過
させる導波型モード通過フィルタとして機能する第二の
光導波路とを、各々の光導波路を伝搬する基本偏光モー
ドの偏光面が互いに４５度の角度をなすよう直接接続す
ることにより、光部品の相互の位置合わせを必要としな
い導波型光アイソレータを構成することができた。同様
に、上の見積りから、５ｋＯｅ程度の磁場を印加するだ
けで、約１ｍｍの長さの非相反モード変換導波路を有す
る導波型光アイソレータが実現できることが示された。

【００６２】更に、本発明によれば、光アイソレータと
半導体レーザとの境界面を半導体レーザの共振器ミラー
として用いることにより、 （１）境界面での反射光を有効に利用できる。 （２）レーザ光が光アイソレータ領域に入射する際に屈
折が生じない。 （３）光アイソレータ領域中を伝搬する距離が一様であ
る。 （４）構造が簡単である。 といった効果がある。

【００６３】これらの光アイソレータ及び半導体レーザ
装置は、バス型光通信ネットワークなどの光通信システ
ムやその端局装置に好適に用いられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による集積型光アイソレータの第１実施
例を示す図。

【図２】本発明による集積型光アイソレータの他の実施
例を示す図。

【図３】バス型の光通信システムの概念図。

【図４】光通信システムに用いる集積型端局装置及び集
積型でない端局装置を示すの概念図。

【図５】本発明による導波型光アイソレータの実施例を
示す図。

【図６】本発明による導波型光アイソレータの他の実施
例を示す図。

【図７】本発明の光アイソレータを含む半導体レーザ装
置の実施例の構成を示す図。

【図８】本発明の光アイソレータを含む半導体レーザ装
置の他の実施例の構成を示す図。

【図９】従来の集積型光アイソレータの構成図であり、
（ａ）は二領域型の導波型光アイソレータの構成図、
（ｂ）は一領域型の導波型光アイソレータの構成図。

【図１０】従来の光アイソレータの構成図。

【図１１】光アイソレータを含む半導体レーザ装置の提
案例の構成を示す図。

【符号の説明】

１０，３０，１１０，１３０……第一の光導波路 １２ａ，１４ａ，１８ａ，３２ａ，３６ａ，１１２ａ，
１１４ａ，２２５……金属膜 １２，３２，１１２，１３２……ＴＥモード通過フィル
タとして機能する第二の光導波路 １４……ＴＥモード通過フィルタとして機能する第三の
光導波路 １６，３４，１１６，１３６……非相反モード変換導波
路 １６ａ，３４ａ，１１６ａ，１３６ａ……磁気光学結晶 １６ｂ，３４ｂ，１１６ｂ，１３６ｂ……磁気モーメン
ト １８，３６，１１４，１３４……ＴＥモード通過フィル
タ ２０，３８，１１８，１３８……チャネル導波路 ２２，４０，１２０，１４０……半導体レーザ Ｓ１……入射光 Ｓ２……出射光 Ｓ３……戻り光 ５０，１５０……光送信部 ５２，１５２……光受信部 ５４……光増幅部器 ５６，５８，１５６，１５８……カップラ ５７，１５７……光伝送路 ６０，６２，１６０，１６２……光アイソレータ １００，１０１，１０２……端末 １０５，１０６，１０７……端局装置 ２１１……基板 ２１２……ｎ電極 ２１３，２１７……クラッド層 ２１５……活性層 ２１６……光導波路層 ２１８……コラゲーション ２１９……キャップ層 ２２０……Ｐ電極 ２２１……バッファ層 ２２２，２２４……クラッド層 ２２３……光導波路層 ２２６……偏光板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｈ０４Ｂ 10/16 Ｈ０４Ｂ 9/00 Ｕ 10/17 (56)参考文献 特開 平３−119301（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−281777（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−97914（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−15216（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−296025（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 27/28 G02B 6/122 H01S 5/026

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の直列接続された光導波路を含み構成
   される集積型光アイソレータであって、 該光導波路は、ＴＥモードの導波光のみを通過させる導
   波型モード通過フィルタと該導波光の偏光面を非相反に
   ４５度回転させる非相反モード変換導波路とを併せ持つ
   第一の光導波路部と、ＴＥモードの導波光のみを通過さ
   せる導波型モード通過フィルタとして機能する第二、及
   び第三の光導波路部を備え、 該第一の光導波路部と該第三の光導波路部に挟まれた該
   第二の光導波路部を伝搬する基本偏光モードの偏光面が
   該第一、及び第三の光導波路部と互いに４５度の角度を
   なすように該第二の光導波路部は接続されており、 該第一の光導波路部への入射光と該第三の光導波路部か
   らの出射光の偏光面が等しいことを特徴とする集積型光
   アイソレータ。
2. 【請求項２】複数の直列接続された光導波路を含み構成
   される集積型光アイソレータであって、 該光導波路は、ＴＥモードの導波光のみを通過させる導
   波型モード通過フィルタと該導波光の偏光面を非相反に
   ４５度回転させる非相反モード変換導波路とを互いに同
   一面に併せ持つ第一の光導波路部と、ＴＥモードの導波
   光のみを通過させる導波型モード通過フィルタとして機
   能する第二の光導波路部を備え、 該第一、及び第二の光導波路部は共通する一つの水平な
   基板上に形成されており、 該第一の光導波路部の導波型モード通過フィルタを伝搬
   する基本偏光モードの偏光面が、該光アイソレータに接
   続された半導体レーザの導波路面および該第二の光導波
   路部と互いに４５度の角度をなしており、 該第一の光導波路部への入射光と該第二の光導波路部か
   らの出射光の偏光面が等しいことを特徴とする集積型光
   アイソレータ。
3. 【請求項３】前記４５度の角度は、前記基板の所定領域
   を該基板の水平面と４５度の角度をなすようにエッチン
   グして形成されている請求項２記載の集積型光アイソレ
   ータ。
4. 【請求項４】前記基本偏光モードはＴＥモードであるこ
   とを特徴とする請求項１、２あるいは３記載の集積型光
   アイソレータ。
5. 【請求項５】反磁性半導体をファラデー材料として用い
   ていることを特徴とする請求項1乃至４のいずれかに記
   載の集積型光アイソレータ。
6. 【請求項６】前記反磁性半導体はＣｄＭｎＴｅである請
   求項５記載の集積型光アイソレータ。
7. 【請求項７】半導体基板上に形成され、光導波路と、該
   光導波路に第１の光カップラを介して接続された光送信
   部と、該光導波路に第２の光カップラを介して接続され
   た光受信部からなる光通信用集積型端局装置において、
   光送信部と第１の光カップラとの間あるいは光受信部と
   第２の光カップラ２との間に請求項１あるいは２記載の
   集積型光アイソレータを集積化したことを特徴とする集
   積型端局装置。