JP3690146B2

JP3690146B2 - Waveguide type optical circulator

Info

Publication number: JP3690146B2
Application number: JP31618198A
Authority: JP
Inventors: 誠一樫村
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 1998-11-06
Filing date: 1998-11-06
Publication date: 2005-08-31
Anticipated expiration: 2018-11-06
Also published as: JP2000147427A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導波路型光サーキュレータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
通信、計測、情報処理の分野において、光をより高度に利用するため、種々の機能を有する集積化光部品の研究が活発に行われている。特に、これら光部品の中で、光サーキュレータは、波長多重通信のキーデバイスとして注目されている。光サーキュレータは、従来の合波、分波方式を用いずに単一波長、単一ファイバで双方向同時伝送を可能とするデバイスである。
【０００３】
図３は従来の光サーキュレータを示す概念図である。
【０００４】
同図において、垂直な偏波を有する光がポートＰ１に入射すると、グランテーラープリズムからなる偏光子８をそのまま透過して、鉛ガラス、ＹＩＧ等からなる回転角が４５°のファラデー回転子９に入射する。このファラデー回転子９に入射した光の偏波面は４５°だけ回転する。ファラデー回転子９の出射側には４５°だけ傾斜した偏光子（グランテーラープリズム）１０が配置され、ファラデー回転子９によって偏波面が４５°回転した垂直偏波光はそのまま通過してポートＰ２から出射される。
【０００５】
これに対して偏波面が４５°傾斜した光がポートＰ２に逆方向に入射する場合には、偏光子１０はそのまま通過するが、ファラデー回転子９によって偏波面は４５°だけ偏光子８と垂直方向（図中で水平）になるような向きに回転され、ポートＰ３から出射される。すなわち、ポートＰ１から入射する順方向の光は、ポートＰ２から出射され、ポートＰ２に入射する逆方向の光はポートＰ１とは異なるポートＰ３から出射されるため、光の双方向伝送が実現する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図３に示した従来例は、優れたアイソレータ特性が得られるものの、製作時にそれぞれの構成部品を高精度に配列・調整する必要があり、実装に要するコストが高いという問題がある。さらに、性能が入力光の偏波方向に強く依存し、所望の性能を発揮させるためには、レーザ光の偏波光軸に対し、正しく配列されていなければならず、安定した性能のものを量産するのが難しいという本質的な問題がある。また、ファラデー回転子は結晶材料を用いているので、波長と温度による変動特性が大きいという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、簡単な構成で偏波依存性、波長や温度による特性変動の少ない導波路型光サーキュ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】
上記目的を達成するために本発明の導波路型光サーキュレータは、平面基板と、平面基板の端面に設けられた第二のポートから平面基板の内側に向かって形成された第一の単一モード直線導波路と、一端が第一の単一モード直線導波路の他端に滑らかに接続された単一モード円弧状曲線導波路と、一端が単一モード円弧状曲線導波路の他端に滑らかに接続され、他端が平面基板の端面に設けられた第一のポートに向かって形成された第二の単一モード直線導波路と、一端が単一モード円弧状曲線導波路の途中で単一モード円弧状曲線導波路の中心線の接線方向に滑らかに分岐接続された単一モード分岐直線導波路と、一端が単一モード分岐直線導波路の他端と滑らかに接続された単一モード曲線導波路と、一端が単一モード曲線導波路の他端から平面基板の端面に設けられた第三のポートに向かって形成された第三の単一モード直線導波路とを備え、上記単一モード円弧状曲線導波路の分岐側の導波路が、中心線から上記単一モード分岐直線導波路側の幅を上記単一モード円弧状曲線導波路と上記単一モード分岐直線導波路とが分岐接続される分岐接続部に向かって徐々に狭くしたテーパ導波路と、該テーパ導波路に滑らかに接続された単一モード曲線導波路とで構成され、上記単一モード分岐直線導波路が、中心線から上記単一モード円弧状曲線導波路の分岐側の導波路側の幅を上記分岐接続部に向かって徐々に広くしたテーパ導波路と、該テーパ導波路に滑らかに接続された直線導波路とで構成されたものである。
【００１０】
本発明によれば、同一平面基板上に直線導波路と曲線導波路とで光サーキュレータの機能を有する回路を一度で形成することにより、個別部品を配列したり、調整したりすることが不要となるので、実装に要するコストを大幅に削減できる。また、導波路の材料として、温度安定性が高く、異方性の無い石英系ガラスを用いれば、温度による特性変動が無く、偏光状態に関わりなく動作する光サーキュレータを実現することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１２】
図1（ａ）、（ｂ）は導波路型光サーキュレータの実施の形態を示す平面図である
【００１３】
この導波路型光サーキュレータは、平面基板１と、平面基板１上に第二のポートＰ２から内側に向かって形成された第一の単一モード直線導波路（以下「直線導波路」という）２−１と、一端が直線導波路２−１の他端に滑らかに接続された単一モード円弧状曲線導波路（以下「曲線導波路」という）３−１と、一端が曲線導波路３−１の他端に滑らかに接続され他端が第一のポートＰ１に向かって形成された第二の単一モード直線導波路（以下「直線導波路」という）２−２と、一端が曲線導波路３−１の途中で曲線導波路３−１の中心線の接線方向に滑らかに分岐接続する単一モード分岐直線導波路（以下「直線導波路」という）４と、一端が直線導波路４の他端と滑らかに接続された単一モード曲線導波路（以下「曲線導波路」という）３−２と、一端が曲線導波路３−２の他端から第三のポートＰ３に向かって形成された第三の単一モード直線導波路（以下「直線導波路」という）２−３とで構成されている。
【００１４】
５−１は図示しない伝送路からポートＰ１に入射した光のモード分布、５−２は曲線導波路３−１中を伝搬する順方向光のモード分布、５−３は分岐部分を通過する光のモード分布、５−４〜５−６は曲線導波路３−２、３−２を伝搬する光のモード分布、５−７は直線導波路２−１中を伝搬する光のモード分布をそれぞれ示す。
【００１５】
６−１は図示しない伝送路からポートＰ２に入射した光のモード分布、６−２、６−３は曲線導波路３−１中を伝搬する順方向光のモード分布、６−４は分岐部分を通過した後の光のモード分布、６−５は分岐直線導波路４を通過する光のモード分布、６−６、６−７は曲線導波路３−２中を伝搬する光のモード分布、６−８は直線導波路２−３中を伝搬する光のモード分布をそれぞれ示す。
【００１６】
ここで、導波路３−１、３−２、４は屈折率の高いコアと、このコアを覆う低屈折率のクラッド層とで光回路が構成されており、伝搬する光が単一モードとなるようにそれぞれの屈折率及びサイズが選択されている。
【００１７】
図１（ａ）には伝送路からポートＰ１に入射した光が光回路中を順方向に伝搬する場合のモード分布が示されており、図１（ｂ）には伝送路からポートＰ２に入射した光が光回路中を逆に伝搬する場合のモード分布が示されている。
【００１８】
図１（ａ）において、伝送路からポートＰ１に入射した光が図の光回路中を順方向に伝搬する場合について説明する。
【００１９】
光は、直線導波路２−２を通って曲線導波路３−１に伝搬する。このとき直線導波路２−２内の光のモード分布は５−１のように左右対称となっている。曲線導波路３−１内に伝搬した光のモード分布は、半径方向の光の速度差によって曲線半径方向の外側へ徐々に移動し、モード分布５−２、５−３となる。続いてこのモード分布５−３を有する光が直線導波路４との分岐部分を通過する。このとき順方向に伝搬する光のモード分布５−３は分岐部分で広がるものの損失を受けることなく分岐部分を通過し、モード分布５−４となる。さらにモード分布５−４の光は曲線導波路３−１を伝搬してモード分布５−５、５−６の光となり、直線導波路２−１でもとの左右対称のモード分布５−７の光となってポートＰ２から出射される。
【００２０】
次に図１（ｂ）により、伝送路からポートＰ２に入射した光が光回路中を逆方向に伝搬する場合について説明する。
【００２１】
光は直線導波路２−１から曲線導波路３−１に伝搬する。このとき直線導波路２−１内の光のモード分布は６−１のように左右対称となっている。また、曲線導波路３−１内を伝搬する光のモード分布は、図１（ａ）の場合と同様、曲線半径方向の外側へ徐々に移動し、モード分布６−２となる。
【００２２】
続いてこのモード分布６−２を有する光が直線導波路４内を伝搬する。このとき、モード分布６−３の光は直線導波路４方向に大きく偏っているため、スムーズに直線導波路４へと伝搬し、モード分布６−５〜６−７の光が曲線導波路３−２を伝搬し、直線導波路２−３で左右対称のモード分布６−８の光となりポートＰ３から出射される。
【００２３】
以上においてポートＰ１に入射した光はポートＰ２から出射され、ポートＰ２に入射した光はポートＰ３から出射される。この導波路型光サーキュレータは、同一平面基板１上に直線導波路２−１、２−２、２−３、４と曲線導波路３−１、３−２とで光サーキュレータの機能を有する回路を一度で形成することができる。この結果、個別部品を配列したり、調整したりする必要がなくなり、実装に要するコストを大幅に削減することができる。
【００２４】
さらに、導波路の材料として温度安定性が高く異方性の無い石英系ガラスを用いれば温度による特性変動が無く、偏光状態に関わり無く動作する光サーキュレータを実現することができる。
【００２５】
図２（ａ）、（ｂ）は本発明の導波路型光サーキュレータの実施の形態を示す平面図である。
【００２６】
図１（ａ）、（ｂ）に示した実施の形態との相違点は、曲線導波路３−１の分岐側の導波路が、中心線から単一モード分岐直線導波路４側の幅を曲線導波路３−１と直線導波路４とが分岐接続される分岐接続部に向かって徐々に狭くしたテーパ導波路７−１と、テーパ導波路７−１に滑らかに接続された単一モード曲線導波路（以下「曲線導波路」という）３−３とで構成され、単一モード分岐直線導波路が、中心線から曲線導波路３−１の分岐側の導波路側の幅を上記分岐接続部に向かって徐々に広くしたテーパ導波路７−２と、テーパ導波路７−２に滑らかに接続された直線導波路４−１とで構成された点である。
【００２７】
図１（ａ）、（ｂ）に示した導波路型光サーキュレータと同様に、図２（ａ）は、伝送路からポートＰ１に入射した光が光回路中を順方向に伝搬する場合のモード分布を示し、図２（ｂ）は伝送路からポートＰ２に入射した光が光回路中を逆方向に伝搬する場合のモード分布を示している。
【００２８】
図２（ａ）を参照して、伝送路からポートＰ１に入射した光が光回路中を順方向に伝搬する場合について説明する。
【００２９】
光は直線導波路２−２、テーパ導波路７−１を通って曲線導波路３−１内を伝搬する。このとき、直線導波路２−２内の光のモード分布１２−１は図１に示した導波路型光サーキュレータと同様に左右対称となっている。曲線導波路３−３内に伝搬した光のモード分布１２−２は、半径方向の光の速度差によって、曲線半径方向の外側へ徐々に移動する。しかし、この光のモード分布１２−２は、滑らかに接続されたテーパ導波路７−１を伝搬する間に、テーパ導波路７−１のテーパ形状にしたがって曲線導波路３−１の中心方向へシフトするため、分岐部分を効率よく通過することができる。分岐部を通過した光のモード分布１２−３は、曲線導波路３−１を伝搬してモード分布１２−５となり、直線導波路２−１では左右対称のモード分布１２−６となり、ポートＰ２から出射する。
【００３０】
次に、図２（ｂ）を参照して伝送路からポートＰ２に入射した光が光回路中を逆方向に伝搬する場合について説明する。
【００３１】
左右対称のモード分布１３−１を有する光は、曲線導波路３−１内で曲率半径方向の外側へ徐々にシフトする。このときのモード分布１３−２の光は、モード分布６−３（図１（ｂ））のようにテーパ導波路７−２方向に大きく偏っている。テーパ導波路７−２は分岐部でその幅が広がっているため、光はよりスムーズに直線導波路４−１へ伝搬することができる。直線導波路４−１内を伝搬したモード分布１３−４の光は曲線導波路３−２内でモード分布１３−５の光となり、直線導波路２−３内で左右対称のモード分布１３−６の光となり、ポートＰ３から出射する。
【００３２】
すなわち、図１（ａ）、（ｂ）に示した実施の形態よりもさらに低損失でアイソレーションの高い導波路型光サーキュレータが得られる。
【００３３】
【実施例】
次に具体的な数値を挙げて説明するが、限定されるものではない。
【００３４】
基板として石英ガラス基板（屈折率１．４５７５ａｔ６３３ｎｍ）を用い、基板上にスパッタリング法によりＳｉＯ₂−ＧｅＯ₂組成のコア膜（屈折率１．４６９７ａｔ６３３ｎｍ）を厚さ６μｍに形成し、このコア膜をフォトリソグラフィ及び反応性イオンエッチング法により高さ６μｍの矩形状コアに加工した。矩形状コアを覆うように火炎堆積法を利用してクラッド層（屈折率１．４５７５ａｔ６３３ｎｍ）を形成して本発明の導波路型光サーキュレータを１５×２０×１ｍｍのサイズに形成した。
【００３５】
ここで、使用する光の波長は１５５０ｎｍとし、コア及びクラッドの屈折率並びにサイズはこの波長で単一モード条件を満たすように設計した。また、曲線導波路の曲率半径Ｒは５ｍｍとした。
【００３６】
試作した回路を評価した結果、図１（ａ）、（ｂ）に示した実施の形態では、ポートＰ１からポートＰ２への順方向光の挿入損失及びポートＰ２からポートＰ３への逆方向の挿入損失は、共に１．２〜１．５ｄＢと低損失であった。また、ポートＰ１からポートＰ３及びポートＰ２からポートＰ１へのアイソレーションは、それぞれ５０ｄＢ、３２ｄＢと高い値が得られた。
【００３７】
さらに、図２（ａ）、（ｂ）に示した実施の形態では、ポートＰ１からポートＰ２への順方向光の挿入損失及びポートＰ２からポートＰ３への逆方向光の挿入損失は、共に０．８〜１．２ｄＢと、より低損失であり、ポートＰ１からポートＰ３及びポートＰ２からポートＰ１へのアイソレーションは、それぞれ５０ｄＢ、３８ｄＢと、より高い値が得られた。なお、これらの特性は、温度に対して安定であり、光の偏光方向に依存しなかった。
【００３８】
上述の基板材料、コア材料、クラッド材料及び各膜の形成方法は本実施例に限定されるものではない。
【００３９】
以上において本発明によれば、優れたアイソレーション特性が得られると共に、活性な非可逆媒体を必要とせず、構成部品を高精度に配列、調整を必要としないため、実装に要するコストがほとんど不要となり、素子全体の価格も大幅に低減できる。また、本構造の導波路型光サーキュレータはその性能が入力光の偏波方向に依存しないため、所望の性能を発揮しやすく安定した性能のものを量産するのが容易である。
【００４０】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、次のような優れた効果を発揮する。
【００４１】
簡単な構成で偏波依存性、波長や温度による特性変動の少ない導波路型光サーキュレータの提供を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）、（ｂ）は導波路型光サーキュレータの実施の形態を示す平面図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）は本発明の導波路型光サーキュレータの実施の形態を示す平面図である。
【図３】従来の光サーキュレータを示す概念図である。
【符号の説明】
１平面基板
２−１第一の単一モード直線導波路（直線導波路）
２−２第二の単一モード直線導波路（直線導波路）
２−３第三の単一モード直線導波路（直線導波路）
３−１単一モード円弧状曲線導波路（曲線導波路）
３−２単一モード曲線導波路（曲線導波路）
４単一モード分岐直線導波路（直線導波路）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a waveguide type optical circulator.
[0002]
[Prior art]
In the fields of communication, measurement, and information processing, research on integrated optical components having various functions has been actively conducted in order to use light more highly. In particular, among these optical components, an optical circulator is attracting attention as a key device for wavelength division multiplexing communication. An optical circulator is a device that enables bidirectional simultaneous transmission using a single wavelength and a single fiber without using conventional multiplexing and demultiplexing methods.
[0003]
FIG. 3 is a conceptual diagram showing a conventional optical circulator.
[0004]
In this figure, when light having a vertical polarization enters the port P1, it passes through the polarizer 8 made of the Grand Taylor prism as it is, and enters the Faraday rotator 9 made of lead glass, YIG, etc. and having a rotation angle of 45 °. Incident. The plane of polarization of the light incident on the Faraday rotator 9 rotates by 45 °. A polarizer (Grand Taylor prism) 10 inclined by 45 ° is disposed on the exit side of the Faraday rotator 9, and the vertically polarized light whose polarization plane is rotated by 45 ° by the Faraday rotator 9 passes through and is emitted from the port P2. Is done.
[0005]
On the other hand, when light whose polarization plane is inclined by 45 ° is incident on the port P2 in the opposite direction, the polarizer 10 passes through as it is, but the polarization plane is perpendicular to the polarizer 8 by 45 ° by the Faraday rotator 9. It is rotated in such a direction as to be in the direction (horizontal in the figure) and emitted from the port P3. That is, forward light incident from the port P1 is emitted from the port P2, and reverse light incident on the port P2 is emitted from the port P3 different from the port P1, thereby realizing bidirectional transmission of light. .
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, although the conventional example shown in FIG. 3 can provide excellent isolator characteristics, it is necessary to arrange and adjust the respective components with high accuracy at the time of manufacture, and there is a problem that the cost required for mounting is high. Furthermore, in order for the performance to strongly depend on the polarization direction of the input light and to achieve the desired performance, it must be correctly aligned with the polarization optical axis of the laser light, and mass-produced with stable performance There is an essential problem that is difficult to do. In addition, since the Faraday rotator uses a crystal material, there is a problem that fluctuation characteristics due to wavelength and temperature are large.
[0007]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a waveguide type optical circulator that solves the above-described problems and has a simple configuration and is less dependent on polarization and has a characteristic variation due to wavelength and temperature.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a waveguide type optical circulator according to the present invention includes a planar substrate and a first single mode formed from a second port provided on an end surface of the planar substrate toward the inside of the planar substrate. A linear waveguide, a single-mode arcuate curved waveguide with one end smoothly connected to the other end of the first single-mode linear waveguide, and one end smoothly with the other end of the single-mode arcuate curved waveguide And a second single-mode linear waveguide whose other end is formed toward the first port provided on the end surface of the planar substrate, and a single end that is a single-mode arc-shaped curved waveguide. A single-mode branch straight waveguide that is smoothly branched and connected in the tangential direction of the center line of the single-mode arc-shaped curved waveguide, and a single mode that has one end smoothly connected to the other end of the single-mode branch straight waveguide Curved waveguide and one end of single-mode curved waveguide at one end And a third single mode straight waveguide formed toward the third port provided on an end face of Luo planar substrate, the waveguide of the single mode arcuate curved waveguides branching side, center Tapered guide whose width on the side of the single-mode branch straight waveguide from the line is gradually narrowed toward the branch connection where the single-mode arcuate curved waveguide and the single-mode branch straight waveguide are branch-connected. A single-mode curved waveguide smoothly connected to the tapered waveguide, and the single-mode branched straight waveguide is disposed on the branch side of the single-mode arc-shaped curved waveguide from the center line. The tapered waveguide is formed by gradually increasing the width on the waveguide side toward the branch connection portion, and a straight waveguide smoothly connected to the tapered waveguide .
[0010]
According to the present invention, it is unnecessary to arrange and adjust individual parts by forming a circuit having the function of an optical circulator with a straight waveguide and a curved waveguide at a time on the same plane substrate. Therefore, the cost required for mounting can be greatly reduced. Further, if quartz-based glass having high temperature stability and no anisotropy is used as a waveguide material, an optical circulator that does not change in characteristics due to temperature and operates regardless of the polarization state can be realized.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0012]
Figure 1 (a), (b) is a plan view showing an implementation in the form of a waveguide-type optical circulator [0013]
The waveguide-type optical circulator includes a planar substrate 1 and a first single-mode linear waveguide (hereinafter referred to as “linear waveguide”) 2 formed on the planar substrate 1 from the second port P2 toward the inside. -1, a single-mode arcuate curved waveguide (hereinafter referred to as “curved waveguide”) 3-1 having one end smoothly connected to the other end of the linear waveguide 2-1, and a curved waveguide 3- A second single-mode linear waveguide (hereinafter referred to as a “linear waveguide”) 2-2 that is smoothly connected to the other end of 1 and the other end is formed toward the first port P1; A single-mode branch linear waveguide (hereinafter referred to as “straight waveguide”) 4 that smoothly branches and connects in the middle of the waveguide 3-1 in the tangential direction of the center line of the curved waveguide 3-1, and one end of the straight waveguide 4 Single-mode curved waveguide (hereinafter referred to as "curved waveguide") smoothly connected to the other end of the 3-2 and a third single-mode linear waveguide (hereinafter referred to as “linear waveguide”) 2-3, one end of which is formed from the other end of the curved waveguide 3-2 toward the third port P3; It consists of
[0014]
5-1 is a mode distribution of light incident on the port P1 from a transmission path (not shown), 5-2 is a mode distribution of forward light propagating through the curved waveguide 3-1, and 3-3 is light passing through a branching portion. 5-4 to 5-6 are the mode distribution of light propagating through the curved waveguides 3-2 and 3-2, and 5-7 are the mode distribution of light propagating through the straight waveguide 2-1. Show.
[0015]
6-1 is a mode distribution of light incident on the port P2 from a transmission path (not shown), 6-2 and 6-3 are mode distributions of forward light propagating through the curved waveguide 3-1, and 6-4 is a branching portion. The mode distribution of light after passing through, 6-5 is the mode distribution of light passing through the branched straight waveguide 4, 6-6 and 6-7 are the mode distribution of light propagating through the curved waveguide 3-2, Reference numeral 6-8 denotes a mode distribution of light propagating through the straight waveguide 2-3.
[0016]
Here, the waveguides 3-1, 3-2, and 4 have an optical circuit composed of a core having a high refractive index and a clad layer having a low refractive index that covers the core, and the propagating light has a single mode. Each refractive index and size is selected to be
[0017]
FIG. 1A shows a mode distribution when light incident on the port P1 from the transmission path propagates in the forward direction in the optical circuit, and FIG. 1B enters the port P2 from the transmission path. The mode distribution in the case where the transmitted light propagates backward in the optical circuit is shown.
[0018]
In FIG. 1A, a case where light incident on the port P1 from the transmission path propagates in the forward direction in the optical circuit in the figure will be described.
[0019]
Light propagates through the straight waveguide 2-2 to the curved waveguide 3-1. At this time, the mode distribution of light in the straight waveguide 2-2 is symmetrical as shown in 5-1. The mode distribution of the light propagated in the curved waveguide 3-1 gradually moves to the outside of the curved radial direction due to the speed difference of the light in the radial direction, and becomes mode distributions 5-2 and 5-3. Subsequently, light having this mode distribution 5-3 passes through a branching portion with the straight waveguide 4. At this time, the mode distribution 5-3 of light propagating in the forward direction spreads at the branch portion but passes through the branch portion without receiving a loss, and becomes a mode distribution 5-4. Further, the light of the mode distribution 5-4 propagates through the curved waveguide 3-1, and becomes the light of the mode distributions 5-5 and 5-6, and the light of the mode distribution 5-7 which is symmetrical with the straight waveguide 2-1. Light is emitted from the port P2.
[0020]
Next, with reference to FIG. 1B, a case where light incident on the port P2 from the transmission path propagates in the reverse direction in the optical circuit will be described.
[0021]
Light propagates from the straight waveguide 2-1 to the curved waveguide 3-1. At this time, the mode distribution of light in the straight waveguide 2-1 is symmetrical as shown in 6-1. Further, the mode distribution of light propagating in the curved waveguide 3-1 gradually moves to the outside in the radial direction of the curve as in the case of FIG.
[0022]
Subsequently, light having this mode distribution 6-2 propagates in the straight waveguide 4. At this time, since the light of the mode distribution 6-3 is largely biased in the direction of the straight waveguide 4, the light of the mode distribution 6-5 to 6-7 is smoothly propagated to the straight waveguide 4, and the curved waveguide 3 -2 is propagated through the linear waveguide 2-3 to become light having a symmetric mode distribution 6-8 and emitted from the port P3.
[0023]
In the above, the light incident on the port P1 is emitted from the port P2, and the light incident on the port P2 is emitted from the port P3. This waveguide type optical circulator is a circuit having the functions of an optical circulator composed of linear waveguides 2-1, 2-2, 2-3, 4 and curved waveguides 3-1, 3-2 on the same plane substrate 1. Can be formed at once. As a result, there is no need to arrange or adjust individual parts, and the cost required for mounting can be greatly reduced.
[0024]
Furthermore, if quartz glass having high temperature stability and no anisotropy is used as the waveguide material, it is possible to realize an optical circulator that is not affected by temperature and operates regardless of the polarization state.
[0025]
Figure 2 (a), (b) is a plan view showing an implementation in the form of a waveguide-type optical circulator of the present invention.
[0026]
The difference from the embodiment shown in FIGS. 1A and 1B is that the waveguide on the branch side of the curved waveguide 3-1 has a width from the center line to the single-mode branch linear waveguide 4 side . A tapered waveguide 7-1 that is gradually narrowed toward a branch connection where the curved waveguide 3-1 and the straight waveguide 4 are branched, and a single mode that is smoothly connected to the tapered waveguide 7-1. is composed of a curved waveguide (hereinafter "curved waveguide" hereinafter) 3-3, the single-mode branch linear waveguides, the width the branch of branch side waveguide side of the curved waveguides 3-1 from the center line This is a point constituted by a taper waveguide 7-2 gradually widened toward the connecting portion and a straight waveguide 4-1 smoothly connected to the taper waveguide 7-2.
[0027]
Similar to the waveguide type optical circulator shown in FIGS. 1A and 1B, FIG. 2A shows a mode in which light incident on the port P1 from the transmission path propagates in the forward direction in the optical circuit. FIG. 2B shows a mode distribution when light incident on the port P2 from the transmission path propagates in the reverse direction in the optical circuit.
[0028]
With reference to FIG. 2A, a case where light incident on the port P1 from the transmission path propagates in the forward direction in the optical circuit will be described.
[0029]
Light propagates in the curved waveguide 3-1 through the straight waveguide 2-2 and the tapered waveguide 7-1. At this time, the mode distribution 12-1 of light in the straight waveguide 2-2 is bilaterally symmetric as in the waveguide type optical circulator shown in FIG. The mode distribution 12-2 of light propagating in the curved waveguide 3-3 gradually moves outward in the radial direction of the curve due to the difference in the velocity of light in the radial direction. However, this mode distribution 12-2 of light propagates through the smoothly connected tapered waveguide 7-1 toward the center of the curved waveguide 3-1 according to the tapered shape of the tapered waveguide 7-1. Since it shifts, it can pass through a branch part efficiently. The mode distribution 12-3 of the light that has passed through the branching portion propagates through the curved waveguide 3-1 to become the mode distribution 12-5, and in the straight waveguide 2-1 to the left-right symmetric mode distribution 12-6, and the port P2 Exits from.
[0030]
Next, with reference to FIG. 2B, a description will be given of a case where light incident on the port P2 from the transmission path propagates in the reverse direction in the optical circuit.
[0031]
The light having the left-right symmetric mode distribution 13-1 gradually shifts outward in the radius direction of curvature in the curved waveguide 3-1. The light of the mode distribution 13-2 at this time is largely biased in the direction of the tapered waveguide 7-2 as shown in the mode distribution 6-3 (FIG. 1B). Since the width of the tapered waveguide 7-2 is widened at the branch portion, light can propagate more smoothly to the linear waveguide 4-1. The light of the mode distribution 13-4 propagated in the straight waveguide 4-1 becomes the light of the mode distribution 13-5 in the curved waveguide 3-2, and the symmetric mode distribution 13- in the straight waveguide 2-3. 6 light is emitted from the port P3.
[0032]
In other words, a waveguide type optical circulator with lower loss and higher isolation than that of the embodiment shown in FIGS.
[0033]
【Example】
Next, specific numerical values will be described. However, the present invention is not limited thereto.
[0034]
A quartz glass substrate (refractive index: 1.4575 at 633 nm) is used as a substrate, and a core film (refractive index: 1.4697 at 633 nm) having a composition of SiO ₂ —GeO ₂ is formed on the substrate by a sputtering method to a thickness of 6 μm. A rectangular core having a height of 6 μm was processed by lithography and reactive ion etching. A clad layer (refractive index: 1.4575 at 633 nm) was formed using a flame deposition method so as to cover the rectangular core, and the waveguide type optical circulator of the present invention was formed to a size of 15 × 20 × 1 mm.
[0035]
Here, the wavelength of light to be used was set to 1550 nm, and the refractive index and size of the core and the cladding were designed to satisfy the single mode condition at this wavelength. The curvature radius R of the curved waveguide is 5 mm.
[0036]
As a result of evaluating the prototype circuit, in the embodiment shown in FIGS. 1A and 1B, the insertion loss of forward light from the port P1 to the port P2 and the backward insertion from the port P2 to the port P3 are shown. Both losses were as low as 1.2 to 1.5 dB. Further, the isolation from the port P1 to the port P3 and from the port P2 to the port P1 was as high as 50 dB and 32 dB, respectively.
[0037]
Further, in the embodiment shown in FIGS. 2A and 2B, the insertion loss of the forward light from the port P1 to the port P2 and the insertion loss of the backward light from the port P2 to the port P3 are both 0. The loss from 0.8 to 1.2 dB was lower, and the isolation from the port P1 to the port P3 and from the port P2 to the port P1 was 50 dB and 38 dB, respectively, and higher values were obtained. These characteristics were stable with respect to temperature and did not depend on the polarization direction of light.
[0038]
The above-described substrate material, core material, clad material, and forming method of each film are not limited to this embodiment.
[0039]
As described above, according to the present invention, excellent isolation characteristics can be obtained, an active irreversible medium is not required, and components are not required to be arranged and adjusted with high accuracy, so that the cost required for mounting is almost unnecessary. Thus, the price of the entire device can be greatly reduced. In addition, since the performance of the waveguide type optical circulator having this structure does not depend on the polarization direction of the input light, it is easy to mass-produce a stable performance that easily exhibits the desired performance.
[0040]
【The invention's effect】
In short, according to the present invention, the following excellent effects are exhibited.
[0041]
With a simple configuration, it is possible to provide a waveguide type optical circulator with less polarization dependency and less characteristic variation due to wavelength and temperature.
[Brief description of the drawings]
[1] (a), is a plan view showing an implementation in the form of (b) is a waveguide type optical circulator.
[2] (a), is a plan view showing a (b) the implementation in the form of a waveguide-type optical circulator of the present invention.
FIG. 3 is a conceptual diagram showing a conventional optical circulator.
[Explanation of symbols]
1 Planar substrate 2-1 First single-mode linear waveguide (linear waveguide)
2-2 Second single-mode linear waveguide (linear waveguide)
2-3 Third single-mode linear waveguide (linear waveguide)
3-1 Single-mode arc-shaped curved waveguide (curved waveguide)
3-2 Single-mode curved waveguide (curved waveguide)
4 Single-mode branch straight waveguide (straight waveguide)

Claims

A planar substrate, a first single-mode linear waveguide formed from a second port provided on an end surface of the planar substrate toward the inside of the planar substrate, and one end of the first single-mode linear waveguide A single-mode arc-shaped curved waveguide smoothly connected to the other end of the waveguide, one end smoothly connected to the other end of the single-mode arc-shaped curved waveguide, and the other end provided on the end surface of the flat substrate A second single-mode linear waveguide formed toward the first port, and one end of the center line of the single-mode arc-shaped curved waveguide in the middle of the single-mode arc-shaped curved waveguide. A single-mode branch straight waveguide that is smoothly branched in the tangential direction, a single-mode curved waveguide that has one end smoothly connected to the other end of the single-mode branch straight waveguide, and one end that is the single The first provided on the end surface of the planar substrate from the other end of the mode curve waveguide. Single mode and a linear waveguide, the waveguide of the single mode arcuate curved waveguides branching side, the single mode branch straight waveguide side from the center line a third formed towards the port of A tapered waveguide whose width is gradually narrowed toward the branch connection where the single-mode arc-shaped curved waveguide and the single-mode branch straight waveguide are branched and connected smoothly to the tapered waveguide The single-mode branch straight waveguide has a width from the center line to the branch side of the single-mode arc-shaped curved waveguide to the branch connection portion. A waveguide-type optical circulator comprising a tapered waveguide gradually widened toward the taper and a straight waveguide smoothly connected to the tapered waveguide .