JP7309503B2 - isolator and optical transmitter - Google Patents
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Description
本開示は、アイソレータ及び光送信機に関する。 The present disclosure relates to isolators and optical transmitters.
光の進行方向に対して非相反効果を及ぼす磁気光学効果を利用したアイソレータが提案されている(例えば、特許文献1参照)。 An isolator using a magneto-optical effect that exerts a non-reciprocal effect on the traveling direction of light has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
従来、光の吸収損失の大きさ、及び、価格の高さ等の点から、アイソレータに使用することができる非相反効果を生ぜしめる非相反性材料の選択肢が限られていた。 Conventionally, the choice of nonreciprocal materials that produce a nonreciprocal effect that can be used for isolators has been limited due to the magnitude of light absorption loss and high cost.
本開示の目的は、非相反性材料として選択することができる材料の選択肢を拡大することができる、アイソレータ及び光送信機を提供することにある。 It is an object of the present disclosure to provide isolators and optical transmitters that can expand the choice of materials that can be selected as non-reciprocal materials.
本開示の一実施形態に係るアイソレータは、基板面を有する基板の上において、前記基板面に沿って少なくとも部分的に並んで位置する第1導波路と第2導波路とを備える。前記第1導波路は、第1端と第2端とを有し、前記第1端及び前記第2端それぞれに電磁波が入出力されるポートを有する。前記第2導波路は、該第2導波路が延在する方向の少なくとも一部に非相反性を示す非相反性材料を隣接させることにより、非相反性を有する。前記アイソレータは、前記非相反性材料の透過率をT、厚みをz[μm]とするとき、前記非相反性材料の吸収係数α[dB/μm]を
T=exp(-αz)
で定義し、前記非相反性材料の厚みあたりのファラデー回転角をθF[度/μm]と表し、アイソレータに許容される挿入損失をx[dB]としたときに、
θF/α × x < 45[度]
となる前記非相反性材料を使用する。
An isolator according to an embodiment of the present disclosure comprises a first waveguide and a second waveguide overlying a substrate having a substrate surface and positioned at least partially side-by-side along said substrate surface. The first waveguide has a first end and a second end, and ports for inputting and outputting electromagnetic waves at the first end and the second end, respectively. The second waveguide has nonreciprocity by adjoining a nonreciprocity material exhibiting nonreciprocity in at least part of the direction in which the second waveguide extends. In the isolator, when the transmittance of the nonreciprocal material is T and the thickness is z [μm], the absorption coefficient α [dB/μm] of the nonreciprocal material is T=exp(−αz).
where the Faraday rotation angle per thickness of the non-reciprocal material is expressed as θ F [degrees/μm], and the insertion loss allowed for the isolator is x [dB],
θ F /α × x < 45 [degrees]
The non-reciprocal material is used.
本開示の一実施形態に係る光送信機は、光源と、光変調器と、アイソレータとを備える。前記光変調器は、送信すべき信号に基づいて、前記光源から射出された光を変調する。前記アイソレータは、前記光源よりも下流側に配置される。前記アイソレータは、基板面を有する基板の上において、前記基板面に沿って少なくとも部分的に並んで位置する第1導波路と第2導波路とを備える。前記第1導波路は、第1端に前記光源からの光が入力される第1ポートを有し、前記第1端と異なる第2端に前記光源からの光が出力される第2ポートを有する。前記第2導波路は、該第2導波路が延在する方向の少なくとも一部に非相反性を示す非相反性材料を隣接させることにより、非相反性を有する。前記非相反性材料の透過率をT、厚みをz[μm]とするとき、前記非相反性材料の吸収係数α[dB/μm]を
T=exp(-αz)
で定義し、前記非相反性材料の厚みあたりのファラデー回転角をθF[度/μm]と表し、アイソレータに許容される挿入損失をx[dB]としたときに、前記光送信機は、
θF/α × x < 45[度]
となる前記非相反性材料を使用する。
An optical transmitter according to an embodiment of the present disclosure includes a light source, an optical modulator, and an isolator. The optical modulator modulates light emitted from the light source based on a signal to be transmitted. The isolator is arranged downstream of the light source. The isolator comprises a first waveguide and a second waveguide positioned over a substrate having a substrate surface and positioned at least partially side-by-side along the substrate surface. The first waveguide has a first port for inputting light from the light source at a first end, and a second port for outputting light from the light source at a second end different from the first end. have. The second waveguide has nonreciprocity by adjoining a nonreciprocity material exhibiting nonreciprocity in at least part of the direction in which the second waveguide extends. When the transmittance of the nonreciprocal material is T and the thickness is z [μm], the absorption coefficient α [dB/μm] of the nonreciprocal material is T=exp(−αz)
, the Faraday rotation angle per thickness of the non-reciprocal material is expressed as θ F [degrees/μm], and the insertion loss allowed for the isolator is x [dB], the optical transmitter is:
θ F /α × x < 45 [degrees]
The non-reciprocal material is used.
本開示の一実施形態に係る光送信機は、光源と、駆動部と、アイソレータとを備える。前記駆動部は、送信すべき信号に基づいて前記光源を駆動する。前記アイソレータは、前記光源の光の出射側に配置される。前記アイソレータは、基板面を有する基板の上において、前記基板面に沿って少なくとも部分的に並んで位置する第1導波路と第2導波路とを備える。前記第1導波路は、第1端に前記光源からの光が入力される第1ポートを有し、前記第1端と異なる第2端に前記光源からの光が出力される第2ポートを有する。前記第2導波路は、該第2導波路が延在する方向の少なくとも一部に非相反性を示す非相反性材料を隣接させることにより、非相反性を有する。前記非相反性材料の透過率をT、厚みをz[μm]とするとき、前記非相反性材料の吸収係数α[dB/μm]を
T=exp(-αz)
で定義し、前記非相反性材料の厚みあたりのファラデー回転角をθF[度/μm]と表し、アイソレータに許容される挿入損失をx[dB]としたときに、前記光送信機は、
θF/α × x < 45[度]
となる前記非相反性材料を使用する。
An optical transmitter according to an embodiment of the present disclosure includes a light source, a driver, and an isolator. The driving section drives the light source based on a signal to be transmitted. The isolator is arranged on the light emitting side of the light source. The isolator comprises a first waveguide and a second waveguide positioned over a substrate having a substrate surface and positioned at least partially side-by-side along the substrate surface. The first waveguide has a first port for inputting light from the light source at a first end, and a second port for outputting light from the light source at a second end different from the first end. have. The second waveguide has nonreciprocity by adjoining a nonreciprocity material exhibiting nonreciprocity in at least part of the direction in which the second waveguide extends. When the transmittance of the nonreciprocal material is T and the thickness is z [μm], the absorption coefficient α [dB/μm] of the nonreciprocal material is T=exp(−αz)
, the Faraday rotation angle per thickness of the non-reciprocal material is expressed as θ F [degrees/μm], and the insertion loss allowed for the isolator is x [dB], the optical transmitter is:
θ F /α × x < 45 [degrees]
The non-reciprocal material is used.
本開示の実施形態によれば、非相反性材料として選択することができる材料の選択肢を拡大することができる、アイソレータ及び光送信機を提供することができる。 According to embodiments of the present disclosure, isolators and optical transmitters can be provided that can expand the selection of materials that can be selected as non-reciprocal materials.
非相反な効果を生じる非相反性材料を用いたアイソレータとしては、自由空間型のアイソレータが知られている。自由空間型のアイソレータは、直線偏光が2つの偏光子の間に配置された非相反性材料を透過する間に、ファラデー効果により偏光方向が45度傾くように構成される。2つの偏光子は、一方向に伝搬する光を透過し、これと反対方向に伝搬する光を透過しないように、互いの透過軸を45度傾けて配置される。 A free-space isolator is known as an isolator using a nonreciprocal material that produces a nonreciprocal effect. A free-space isolator is constructed such that the polarization direction is tilted by 45 degrees due to the Faraday effect while linearly polarized light is transmitted through a non-reciprocal material placed between two polarizers. The two polarizers are arranged with their transmission axes tilted by 45 degrees to each other so as to transmit light propagating in one direction and not transmit light propagating in the opposite direction.
自由空間型のアイソレータの機能を発現するためには、偏光方向の回転角が45度に達するまでの光の損失を、要求仕様以下に収める材料が必要となる。しかし、このような条件を満たす非相反性材料の種類は少なく、且つ、価格も高価である。そこで、本開示は、導波路型のアイソレータで、方向性結合器を構成する2つの導波路の一方に非相反性を示す非相反性材料を隣接させることにより、非相反性の方向性結合器を形成する。これにより、比較的吸収係数αの大きい非相反性材料を用いながら、アイソレータを構成することが可能になる。 In order to exhibit the function of a free-space isolator, a material is required that keeps the loss of light within the required specifications until the angle of rotation of the polarization direction reaches 45 degrees. However, there are few kinds of non-reciprocal materials that satisfy these conditions, and they are expensive. Therefore, the present disclosure is a waveguide isolator, and provides a nonreciprocal directional coupler by adjoining one of two waveguides constituting the directional coupler with a nonreciprocal material exhibiting nonreciprocity. to form This makes it possible to construct an isolator using a non-reciprocal material with a relatively large absorption coefficient α.
本開示では、非相反性材料の透過率をT、厚みをz[μm]とするとき、非相反性材料の吸収係数α[dB/μm]が
T=exp(-αz) (1)
で定義される。本開示は、
θF/α × x < 45[度] (2)
となるような、比較的吸収係数αが大きい非相反性材料を使用した、アイソレータを提供することを可能にする。ここで、θF[度/μm]は、非相反性材料の厚みあたりのファラデー回転角である。また、x[dB]は、アイソレータに許容される挿入損失である。
In the present disclosure, when the transmittance of the nonreciprocal material is T and the thickness is z [μm], the absorption coefficient α [dB/μm] of the nonreciprocal material is T=exp(−αz) (1)
defined by This disclosure is
θ F /α × x < 45 [degrees] (2)
It is possible to provide an isolator using a non-reciprocal material with a relatively large absorption coefficient α such that where θ F [degrees/μm] is the Faraday rotation angle per thickness of the non-reciprocal material. Also, x [dB] is the insertion loss allowed for the isolator.
以下、本発明の実施形態が、図面を参照して説明される。なお、以下の説明で用いられる図は模式的なものである。図面上の寸法、比率等は現実のものとは必ずしも一致していない。 Embodiments of the present invention are described below with reference to the drawings. Note that the diagrams used in the following description are schematic. The dimensions, ratios, etc. on the drawings do not necessarily match the actual ones.
図1~3に示されるように、一実施形態に係るアイソレータ10は、基板50と、第1導波路20と、第2導波路30とを備える。第1導波路20と第2導波路30とは、基板50の基板面50a(図3参照)に沿って配置される。第1導波路20と第2導波路30とは、少なくとも部分的に近接して平行に並んでいる。
As shown in FIGS. 1-3, the
以下の説明のためx軸方向、y軸方向及びz軸方向が、それぞれ定義される。図1~3に示すように、x軸方向は、第1導波路20及び第2導波路30の延在する方向とする。x軸の正の方向は、第1導波路20の一方の端部(第1端201)から他方の端部(第2端202)へ向かう方向とする。y軸方向は、基板50の基板面50aに沿う方向であって、x軸方向と交差する方向とする。y軸方向はx軸方向と略直交してよい。y軸の正の方向は、第1導波路20からみて第2導波路30の位置する側へ向かう方向とする。z軸方向は、基板面50aに垂直な方向である。z軸方向は、x軸方向及びy軸方向と直交する。z軸の正の方向は、基板50から見て第1導波路20及び第2導波路30が配置された方向とする。
For the following description the x-axis, y-axis and z-axis directions are defined respectively. As shown in FIGS. 1 to 3, the x-axis direction is the direction in which the
基板50は種々の材料により構成されうる。例えば、基板50は、金属の導体、シリコン等の半導体、ガラス、又は樹脂等を含む材料から選択された材料により構成されてよい。基板50は、種々の形状を採りうる。例えば、基板50は、x軸方向及びy軸方向に延びる2辺を有し、x軸方向に長い矩形状としうる。
基板50の基板面50aの上には、第1導波路20及び第2導波路30に共通な、第1クラッド61が形成される。第1クラッド61の上面61a上には、第1コア21、第2コア31、及び、非相反性部材32が配置される。非相反性部材32は、第2コア31に接して配置されている。
A first clad 61 common to the
図3に示すように、第1コア21、第2コア31及び非相反性部材32は、第1クラッド61上に形成された第2クラッド62によって周囲及び上部を覆われている。第1クラッド61及び第2クラッド62は、纏めてクラッド60と呼ぶことができる。第1コア21、第2コア31及び非相反性部材32は、クラッド60に囲まれている。第1導波路20は、第1コア21と第1コア21に近接する部分のクラッド60とを含む。第2導波路30は、第2コア31及び非相反性部材32と、第2コア31及び非相反性部材32に近接する部分のクラッド60とを含む。
As shown in FIG. 3 , the
第1コア21、第2コア31及びクラッド60は、誘電体を含んで構成されてよい。第1コア21及び第2コア31は、誘電体線路ともいう。第1コア21及び第2コア31の比誘電率は、クラッド60の比誘電率よりも高くされてよい。クラッド60を構成する第1クラッド61と第2クラッド62とは、同一の誘電体材料で構成されてよい。第1クラッド61と第2クラッド62とは、一体に構成されてよい。第1クラッド61と第2クラッド62とが一体に構成される場合、アイソレータ10の形成が容易になりうる。第1コア21、第2コア31、及び、クラッド60の比誘電率は、空気の比誘電率よりも高くされてよい。第1コア21、第2コア31、及び、クラッド60の比誘電率が、空気の比誘電率よりも高くされることで、第1導波路20及び第2導波路30からの電磁波の漏れが抑制されうる。結果として、アイソレータ10から外部に電磁波が放射されることによる損失が低減されうる。
The
第1コア21及び第2コア31は、例えば、シリコン(Si)で構成されてよい。クラッド60は、例えば、石英ガラス(SiO2)で構成されてよい。シリコン及び石英ガラスの比誘電率はそれぞれ、約12及び約2である。シリコンは、約1.2μm~約6μmの近赤外波長を有する電磁波を低損失で伝搬させうる。第1コア21及び第2コア31は、シリコンで構成される場合、光通信で使用される1.3μm帯又は1.55μm帯の波長を有する電磁波を低損失で伝搬させうる。
The
第1コア21、第2コア31及びクラッド60の材料は、上記の材料に限られない。本開示のアイソレータ10としての機能が得られる範囲で、第1コア21、第2コア31及びクラッド60は、任意の材料を採用しうる。第2クラッド62の部分は、特定の材料の層を設けず空気であってもよい。空気は、誘電体である。
Materials for the
第1コア21及び第2コア31の比誘電率は、z軸方向に沿って一様に分布してよいし、z軸方向に沿って変化するように分布してもよい。例えば、第1コア21の比誘電率は、z軸方向の中央部で最も高くなり、第1クラッド61及び第2クラッド62に近づくにつれて低くなるように分布してよい。この場合、第1導波路20は、グレーデッド・インデックス型光ファイバと同様の原理で電磁波を伝搬させうる。
The dielectric constants of the
クラッド60に覆われた第1コア21及び第2コア31は、電磁波を伝搬させる。本開示において、電磁波は、種々の波長の電磁波を含みうる。電磁波の波長は、紫外光から赤外光までの光の帯域に含まれてよい。電磁波の波長が光の波長帯域に含まれる場合、アイソレータ10は、光アイソレータともいう。また、電磁波の帯域は、シリコンフォトニクスで使用される、波長1.55μm等の波長帯域であってよい。
The
本実施形態に係る第1導波路20及び第2導波路30は、TEモードの電磁波を伝搬させることができる。伝搬方向に電界成分を持たない電磁波は、TEモードと呼ばれる。導波路において、TEモードの電磁波は、電界が基板50に対して水平方向に振動する。TEモードの電磁波は、TE波とも呼ばれる。アイソレータ10を利用する装置またはシステムにおいて、第1導波路20及び第2導波路30は、TEモードの電磁波を伝搬させるように設計されてよい。このため、アイソレータ10に入力される電磁波の偏波方向は、基板50に対して平行にしてよい。電磁波が光の場合、偏波方向は偏光方向とも呼ばれる。
The
第1導波路20及び第2導波路30は、シングルモードでの導波条件を満たしてよい。第1導波路20及び第2導波路30がシングルモードでの導波条件を満たす場合、第1導波路20及び第2導波路30を伝搬する信号の波形が崩れにくくなる。シングルモードでの導波条件を満たす第1導波路20及び第2導波路30を組み合わせたアイソレータ10は、光通信に適したものとなりうる。
The
非相反性部材32は非相反性材料を含む。非相反性材料は磁性材料を含む。非相反性部材32は、前述の式(2)の要件を満たす。非相反性材料は、式(2)を満たし、本開示の効果が得られるものであれば、任意の非相反性材料を採用しうる。非相反性部材32に採用される非相反性材料は、電磁波を吸収する性質を有してよい。
非相反性部材32の比誘電率は、式(3)のようにテンソルで表されうる。
第1導波路20は、第2導波路30と比較してx軸方向に長く延在する。第1導波路20は、x軸の負の方向の側及び正の方向の側それぞれに、第1端201及び第2端202を有する。第1導波路20は、第1端201及び第2端202それぞれに、電磁波が入出力される第1ポート211及び第2ポート212を備える。第1ポート211から第1導波路20に入力される電磁波は、x軸に沿って第2ポート212に向けて進む。第2ポート212から第1導波路20に入力される電磁波は、x軸に沿って第1ポート211に向けて進む。第1ポート211及び第2ポート212はそれぞれ、端面として構成されてよいし、外部装置と接続され、電磁波を伝搬可能なカプラとして構成されてもよい。
The
第2導波路30は、x軸の負の方向の側及び正の方向の側それぞれに、第1端301及び第2端302を有する。言い換えれば、第2導波路30は、両端を有する。第2導波路30の数は、1つに限られず、2つ以上であってよい。
The
第2導波路30において、非相反性部材32は、第2コア31に対して、y軸の正の方向の側に位置する。すなわち、非相反性部材32は、第2コア31の第1導波路20に向いた側とは反対側に位置する。非相反性部材32は、第2コア31のx軸方向に沿う全体に渡り第2コア31に接してよい。あるいは、非相反性部材32は、第2コア31のx軸方向に沿う一部分において第2コア31に接してよい。
In the
第1導波路20と第2導波路30とは、延在する方向の少なくとも一部において、互いに沿って位置してよい。第1導波路20と第2導波路30とは、延在する方向の少なくとも一部において、互いに平行となるように位置してよい。第1導波路20及び第2導波路30の双方又は何れか一方は、直線状の構造を有してよい。第1導波路20と第2導波路30とは、これらのような簡易な構造を有することによって、基板50の上で容易に形成されうる。
The
第1導波路20と第2導波路30との互いに沿う部分で、第1導波路20の第1コア21と第2導波路30の第2コア31とは、互いの電磁界(エバネッセント場)が結合しうる。互いに沿って位置する2つの導波路は、平行導波路ともいう。平行導波路において、一方の導波路に入力された電磁波は、その導波路の中で伝搬する間に他方の導波路に移りうる。つまり、第1導波路20の中で伝搬する電磁波は、第2導波路30に移りうる。第2導波路30の中で伝搬する電磁波は、第1導波路20に移りうる。
The
平行導波路において、一方の導波路から他方の導波路へ移る電磁波の割合を表すパラメータは、結合係数という。一方の導波路から他方の導波路へ電磁波が全く移らない場合、結合係数は0であるものとする。一方の導波路から他方の導波路へ全ての電磁波が移る場合、結合係数は1であるものとする。結合係数は、0以上且つ1以下の値でありうるものとする。結合係数は、各導波路の形状、各導波路間の距離、又は、導波路が互いに沿う長さ等に基づいて決定されうる。例えば、結合係数は、各導波路の形状が近似するほど高くなりうる。各導波路間の距離について、結合係数は、電磁波が導波路の中で伝搬する距離に応じて変化しうる。つまり、平行導波路において、導波路が延在する方向に沿った位置に応じて、結合係数は異なりうる。結合係数の極大値は、各導波路の形状又は各導波路間の距離等に基づいて決定されうる。結合係数の極大値は、1以下の値でありうる。 In parallel waveguides, the parameter representing the proportion of electromagnetic waves that pass from one waveguide to the other is called the coupling coefficient. The coupling coefficient is assumed to be 0 if no electromagnetic wave is transferred from one waveguide to the other. The coupling coefficient is assumed to be 1 if all electromagnetic waves pass from one waveguide to the other. It is assumed that the coupling coefficient can be a value greater than or equal to 0 and less than or equal to 1. The coupling coefficient can be determined based on the shape of each waveguide, the distance between each waveguide, the length along which the waveguides are along each other, and the like. For example, the coupling coefficient can be higher as the shapes of each waveguide are more similar. For the distance between each waveguide, the coupling coefficient can change depending on the distance that the electromagnetic wave propagates in the waveguide. That is, in parallel waveguides, the coupling coefficient can be different depending on the position along the direction in which the waveguides extend. The maximum value of the coupling coefficient can be determined based on the shape of each waveguide, the distance between each waveguide, or the like. The maximum value of the coupling coefficient can be a value of 1 or less.
平行導波路において、導波路が互いに沿う区間の始点における結合係数は0である。始点から、結合係数が極大値となる位置までの長さは、結合長ともいう。導波路が互いに沿う長さが結合長に等しい場合、導波路が互いに沿う区間の終点における結合係数は、極大値でありうる。結合長は、各導波路の形状又は各導波路間の距離等に基づいて決定されうる。 In parallel waveguides, the coupling coefficient is zero at the beginning of the section where the waveguides are along each other. The length from the starting point to the position where the coupling coefficient becomes the maximum value is also called the coupling length. If the length along which the waveguides are along each other is equal to the coupling length, the coupling coefficient at the end of the section along which the waveguides are along each other may be at a maximum value. The coupling length can be determined based on the shape of each waveguide, the distance between each waveguide, or the like.
第2導波路30において、第1導波路20から移ってきた電磁波は、第2導波路30の中でも第1導波路20の中と同じ方向に伝搬する。第2導波路30において、電磁波が第1端301又は第2端302に到達した場合、電磁波は、第1端301又は第2端302から放射されたり、第1端301又は第2端302で反射されて逆方向に進んだりしうる。
In the
第1ポート211を介して第1導波路20の第1端201から第1導波路20に入力された電磁波は、x軸に沿って延在する第1導波路20の中で、第2端202に向けて伝搬する。第1端201から第2端202に向かう方向は、第1方向ともいう。第1導波路20の中で伝搬する電磁波は、第1導波路20の中で第2導波路30と結合する部分を第1方向に伝搬した距離に基づく結合係数に応じた割合で、第2導波路30に移りうる。電磁波が第1導波路20の中で第1方向に伝搬する場合の結合係数は、第1結合係数ともいう。
The electromagnetic wave input from the
第2ポート212を介して第1導波路20の第2端202から第1導波路20に入力された電磁波は、x軸に沿って延在する第1導波路20の中で、第1端201に向けて伝搬する。第2端202から第1端201に向かう方向は、第2方向ともいう。第1導波路20の中で伝搬する電磁波は、第1導波路20の中で第2導波路30と結合する部分を第2方向に伝搬した距離に基づく結合係数に応じた割合で、第2導波路30に伝搬する。電磁波が第1導波路20の中で第2方向に伝搬する場合の結合係数は、第2結合係数ともいう。
The electromagnetic wave input from the
第2導波路30は、第2コア31がy軸の正の方向側で非相反性部材32と隣接することにより、非相反性を有する。非相反性を有するとは、伝搬する光が受ける効果が、光の伝搬方向によって異なることを意味する。第2導波路30は、電磁波が第1方向に伝搬する場合と、電磁波が第2方向に伝搬する場合とで、異なる伝搬特性を有しうる。第2導波路30の伝搬特性が電磁波の伝搬方向に基づいて異なる場合、第1結合係数と第2結合係数とは互いに異なりうる。つまり、非相反性部材32は、第1結合係数と第2結合係数とを異ならせうる。
The
非相反性部材32による第2導波路30の非相反性は、外部から磁場が加わることにより発現する。非相反性部材32に加えられる外部磁場の方向と、第2導波路30を伝搬する電磁波の偏波方向とは、互いに交差するように構成される。本実施形態において、第2導波路30を伝搬するTEモードの電磁波の偏波方向は、基板50の基板面50aに対して略平行(すなわち、y軸方向)となる。この場合、z軸方向の成分を有する外部磁場を印加することにより、非相反性部材32による非相反性が発現する。外部磁場の大きさが一定のとき、略z軸方向の外部磁場を印加することにより、非相反性が最も大きくなる。
The non-reciprocity of the
非相反性部材32が強磁性体の場合、非相反性部材32は、外部磁場を加えなくとも非相反性を発現する。第2導波路30を伝搬する電磁波の偏波方向がy軸方向の場合、非相反性部材32は、磁化方向をz軸方向の成分を有するように配置される。好ましくは、非相反性部材32は、磁化方向を略z軸方向となるように配置される。
When the
平行導波路の一方の導波路が非相反性を有する場合、電磁波が第1方向に伝搬する場合の結合係数の極大値は、電磁波が第2方向に伝搬する場合の結合係数の極大値と異なりうる。例えば図4に示されるように、電磁波が第1方向に伝搬する場合における第1導波路20と第2導波路30との結合係数の極大値は、0に近い値となるように構成されうる。例えば図5に示されるように、電磁波が第2方向に伝搬する場合における第1導波路20と第2導波路30との結合係数の極大値は、1に近い値となるように構成されうる。電磁波の伝搬方向ごとに結合係数の極大値が異なることによって、電磁波の伝搬方向ごとに電磁波の透過率が異なりうる。図4及び図5において、横軸及び縦軸はそれぞれ、平行導波路における電磁波の進行距離、及び、結合係数を表す。
When one waveguide of the parallel waveguides has nonreciprocity, the maximum value of the coupling coefficient when the electromagnetic wave propagates in the first direction is different from the maximum value of the coupling coefficient when the electromagnetic wave propagates in the second direction. sell. For example, as shown in FIG. 4, the maximum value of the coupling coefficient between the
第2導波路30が非相反性を有する場合、第1導波路20と第2導波路30との結合係数は、電磁波の伝搬方向に応じて異なりうる。つまり、第2導波路30が非相反性を有する場合、アイソレータ10の第1結合係数は、第2結合係数と異なりうる。第2導波路30の非相反性の大きさが調整されることによって、第2結合係数は、第1結合係数よりも大きくされうる。
If the
第1ポート211から第1導波路20に入力された電磁波が第1方向に伝搬する場合、入力された電磁波のうち第2導波路30に移った電磁波の少なくとも一部が第2端302に到達しうる。第2導波路30の第2端302に到達した電磁波は、第1導波路20の第2ポート212から出力されず、第2端302から外部に放射されたり、第2端302で反射されたりしうる。第1結合係数が大きい場合、第1導波路20に入力された電磁波のうち、第2導波路30に移って、第2端302に到達する電磁波の割合が大きくなりうる。この場合、第1導波路20に入力された電磁波のうち、第2ポート212から出力される電磁波の割合が小さくなりうる。つまり、第1ポート211に入力される電磁波の強度に対する、第2ポート212から出力される電磁波の強度の比が小さくなりうる。第1ポート211に入力される電磁波の強度に対する、第2ポート212から出力される電磁波の強度の比は、第1方向に伝搬する電磁波に対するアイソレータ10の透過率ともいう。第1結合係数が大きい場合、第1方向に伝搬する電磁波に対する透過率が低くなりうる。一方で、第1結合係数が小さい場合、第2導波路30に移る電磁波の割合が小さくなりうるので、第1方向に伝搬する電磁波に対する透過率が高くなりうる。
When the electromagnetic wave input from the
第2ポート212から第1導波路20に入力され第2方向に伝搬する電磁波は、第2結合係数に応じて、第1方向に伝搬する電磁波がアイソレータ10から受ける作用と同一の作用を受けうる。その作用によって、第2方向に伝搬する電磁波の一部は、第2導波路30の第1端301に到達しうる。第2結合係数が大きい場合、第2方向に伝搬する電磁波に対する透過率が低くなりうる。第2結合係数が小さい場合、第2方向に伝搬する電磁波に対する透過率が高くなりうる。
The electromagnetic wave that is input from the
第1結合係数と第2結合係数とが異なる場合、第1方向に伝搬する電磁波に対する透過率と、第2方向に伝搬する電磁波に対する透過率とが異なりうる。つまり、アイソレータ10は、第1結合係数と第2結合係数とを異ならせることによって、一方向に電磁波を伝搬させやすくし、逆方向に電磁波を伝搬させにくくするように機能しうる。第2結合係数が第1結合係数よりも大きい場合、アイソレータ10は、第1方向に電磁波を伝搬させやすくし、第2方向に電磁波を伝搬させにくくするように機能しうる。第1結合係数及び第2結合係数がそれぞれ略0及び略1とされる場合、第1方向に伝搬する電磁波に対する透過率と、第2方向に伝搬する電磁波に対する透過率との差が大きくされうる。結果として、アイソレータ10の機能が向上されうる。
If the first coupling coefficient and the second coupling coefficient are different, the transmittance for electromagnetic waves propagating in the first direction may be different from the transmittance for electromagnetic waves propagating in the second direction. In other words, the
平行導波路の一方の導波路が非相反性を有する場合、第1方向に伝搬する電磁波に対する平行導波路の結合長は、第2方向に伝搬する電磁波に対する平行導波路の結合長と異なりうる。例えば図4に示されるように、アイソレータ10において第1方向に伝搬する電磁波に対する結合長は、L1と表されうる。例えば図5に示されるように、アイソレータ10において第2方向に伝搬する電磁波に対する結合長は、L2と表されうる。アイソレータ10は、L1とL2とが異なるように構成されてよい。
If one of the parallel waveguides has nonreciprocity, the coupling length of the parallel waveguides for electromagnetic waves propagating in the first direction can be different from the coupling length of the parallel waveguides for electromagnetic waves propagating in the second direction. For example, as shown in FIG. 4, the coupling length for electromagnetic waves propagating in the first direction in
平行導波路において2つの導波路が互いに沿う長さ(図2においてL)が結合長に等しい場合、結合係数が極大値となりうる。例えば図4のグラフに示される関係を有する平行導波路において、2つの導波路が互いに沿う長さLがL1である場合、結合係数が極大値となりうる。2つの導波路が互いに沿う長さLが結合長の2倍に等しい場合、結合係数が極小値となりうる。例えば図4に示される関係を有する平行導波路において、2つの導波路が互いに沿う長さLが2L1である場合、結合係数が極小値となりうる。 If the length (L in FIG. 2) along which the two waveguides follow each other in parallel waveguides is equal to the coupling length, the coupling coefficient can reach a maximum value. For example, in parallel waveguides having the relationship shown in the graph of FIG. 4, if the length L along which the two waveguides are along each other is L 1 , the coupling coefficient can reach a maximum value. If the length L along which the two waveguides are along each other is equal to twice the coupling length, the coupling coefficient can be a local minimum. For example, in parallel waveguides having the relationship shown in FIG. 4, if the length L along which the two waveguides are along each other is 2L 1 , the coupling coefficient can be a local minimum.
図4のグラフに示される関係は、電磁波の進行距離が長くなった領域でも繰り返されうる。つまり、2つの導波路が互いに沿う長さLがL1の奇数倍である場合、結合係数が極大値となりうる。2つの導波路が互いに沿う長さLがL1の偶数倍である場合、結合係数が極小値となりうる。図5に示される関係を有する平行導波路においても、2つの導波路が互いに沿う長さLがL2の奇数倍である場合、及び、L2の偶数倍ある場合それぞれで、結合係数が極大値及び極小値となりうる。L1及びL2は、平行導波路における最短の結合長となりうる長さであり、単位結合長ともいう。つまり、結合長は、単位結合長の奇数倍であってよい。 The relationship shown in the graph of FIG. 4 can be repeated in regions where the electromagnetic wave travels longer. That is, if the length L along which the two waveguides are along each other is an odd multiple of L 1 , the coupling coefficient can be maximal. If the length L along which the two waveguides are along each other is an even multiple of L 1 , the coupling coefficient may be a local minimum. Even in parallel waveguides having the relationship shown in FIG. 5, the coupling coefficient is maximum when the length L along which the two waveguides are along each other is an odd multiple of L2 and when it is an even multiple of L2 , respectively. values and local minima. L 1 and L 2 are lengths that can be the shortest coupling lengths in parallel waveguides, and are also called unit coupling lengths. That is, the bond length may be an odd multiple of the unit bond length.
第1導波路20と第2導波路30とが互いに沿う長さLが調整されることによって、第1結合係数及び第2結合係数が調整されうる。第1導波路20と第2導波路30とが互いに沿う長さLは、第2方向に伝搬する電磁波に対する単位結合長の奇数倍と略同一であってよい。このようにすることで、第2結合係数が大きくされうる。第1導波路20と第2導波路30とが互いに沿う長さLは、第1方向に伝搬する電磁波に対する単位結合長の偶数倍と略同一であってよい。このようにすることで、第1結合係数が小さくされうる。このようにすることで、第2結合係数が第1結合係数より大きくされてよい。
The first coupling coefficient and the second coupling coefficient can be adjusted by adjusting the length L of the
以上説明したように、本実施形態に係るアイソレータ10は、式(2)により規定される非相反性材料を用いながら、第1導波路20と非相反性を有する第2導波路30とを含む構成により、第1方向に電磁波を伝搬させ易く、第2方向に電磁波を伝搬させにくい。さらに、電磁波が、第1導波路20及び第2導波路30を主に伝搬するので、電磁波が非相反性部材32の内部を伝搬する場合に比べて、非相反性部材32による吸収は小さい。したがって、アイソレータ10は、アイソレータとして良好に機能する。その結果、式(2)を満たす材料でアイソレータ10を作成することが可能になるので、非相反性材料として選択することができる材料の選択肢を拡大させることができる。また、アイソレータ10は、シリコン導波路を用いているので、シリコンフォトニクスの技術を用いて、他の様々な機能とともに小型のチップ上に実装可能となることが期待される。
As described above, the
(実施例)
以下にシミュレーションによるアイソレータ10の一実施例が説明される。
(Example)
A simulated embodiment of the
アイソレータ10を伝搬する電磁波の波長は、1.55μmとする。第1導波路20及び第2導波路30は、第1コア21及び第2コア31のy方向の幅が400nm、z方向の高さが390nmとする。第1導波路20と第2導波路30とが互いに沿う長さLは、250μmとする。第1導波路20及び第2導波路30は、比誘電率が約12であるものとする。第1導波路20及び第2導波路30の周りのクラッド60の比誘電率は、約2であるものとする。
The wavelength of the electromagnetic wave propagating through the
非相反性部材32の非相反性材料の複素比誘電率テンソルは、
であるものとする。
The complex dielectric constant tensor of the nonreciprocal material of the
shall be
シミュレーションによれば、以上のような条件において、第1導波路20の実効屈折率は、
neff=2.64445
となる。また、第2導波路30の第1方向に伝搬する電磁波の実効屈折率neff1→2及び第2方向に伝搬する電磁波の実効屈折率neff2→1は、それぞれ、
neff1→2=2.6436+0.02272i
neff2→1=2.64432+0.02272i
となった。
According to simulations, under the above conditions, the effective refractive index of the
neff = 2.64445
becomes. In addition, the effective refractive index n eff1 → 2 of the electromagnetic wave propagating in the first direction of the
neff1 → 2 = 2.6436 + 0.02272i
neff2 → 1 = 2.64432 + 0.02272i
became.
シミュレーションの結果、第1導波路20と第2導波路30とが互いに沿う長さLが250μmのとき、第1結合係数は略0に近い値となった。また、第2結合係数は、略1に近い値となった。また、アイソレータ10では、電磁波が第1導波路20及び第2導波路30を主に伝搬するため、非相反性部材32の吸収による損失は小さい。これにより、数式(2)を満たすような吸収の大きい非相反性材料において、第1方向に電磁波を高い透過率で伝搬させ、第2方向の電磁波の伝搬を低い透過率により低減するアイソレータ10が実現できることが検証された。
As a result of the simulation, when the length L along which the
図6は、他の実施形態に係るアイソレータ11を示す。アイソレータ11では、第2導波路30が、第1導波路20と結合する結合部30aと、第1導波路20と結合しない2つの非結合部30b、30cを含む。
FIG. 6 shows an isolator 11 according to another embodiment. In the isolator 11 , the
第2導波路30の結合部30aは、第1導波路20と略平行に近接する部分である。結合部30aにおいて、第2導波路30と第1導波路20とは、電磁界が結合する。第2導波路30は、結合部30aにおいて、y軸の正の方向側で非相反性部材32に隣接している。非相反性部材32は、結合部30aに少なくとも部分的に接してよい。第1導波路20と第2導波路30とが互いに沿い、結合している部分の長さLは、結合部30aの長さにより規定されうる。
A
第2導波路30は、結合部30aのx軸に沿う正及び負の側が、第1導波路20から離れる方向(y軸の正の方向)に向けて屈曲している。第2導波路30は、屈曲部分で反射等が生じないように緩やかに屈曲する。結合部30aのx軸方向の正の側及び負の側の部分は、第1導波路20との結合に関与しない非結合部30b、30cである。第2導波路30は、非結合部30b、30cにおいて、第1導波路20と電磁界が結合していない。非結合部30b、30cは非相反性部材32に近接しても近接しなくてもよい。
The positive and negative sides of the
非結合部30b及び非結合部30cそれぞれの先端に位置する第1端301及び第2端302は、先端に向けて先細の形状の端面を有することができる。第1端301及び第2端302の端面の先細の部分は、第2導波路30を伝搬する電磁波の波長よりも長くすることができる。第1端301及び第2端302は、xy平面に平行な平面で切った断面が先細の形状となっている。第1端301及び第2端302は、さらに、z軸方向においても、先端に向けて幅が狭まってもよい。先細の形状は、先端に向けて細くなるテーパー形状と言い換えることができる。
A
図6のアイソレータ11のその他の部分の構成は、図1~3に示したアイソレータ10と同一であるので、同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
The rest of the configuration of the isolator 11 in FIG. 6 is the same as that of the
上述のように構成されることにより、図6のアイソレータ11において、第1導波路20の第1ポート211から入射し第1方向に伝搬する電磁波の大部分は、第2導波路30の結合部30aで第2導波路30に移ることなく、第2ポート212に向けて伝搬する。しかし、第1導波路20を伝搬する電磁波の一部は、結合部30aで第2導波路30に移り第2端302に進みうる。第2端302が平坦な面の場合、第2端302で電磁波が少なくとも部分的に反射されて結合部30aに戻りうる。結合部30aに戻った電磁波が、再び第1導波路20に移り第1ポート211側へ進むと、第1ポート211の先に位置する電磁波源(光源)又は素子(光学素子)等に損傷を与える等の悪影響を及ぼすことがある。
With the configuration as described above, in the isolator 11 of FIG. It propagates towards the
アイソレータ11では、第2導波路30の非結合部30cの先端に位置する第2端302を先細の形状とすることにより、第2端302で電磁波のより多くの部分が反射されることなく、第2導波路30から外部へ放射される。これにより、アイソレータ10と比べて、アイソレータ11の第1ポート211に接続される電磁波源(光源)又は素子(光学素子)が、第2導波路30の第2端302から戻った電磁波により受ける悪影響を低減できる。
In the isolator 11, the
また、アイソレータ11では、非結合部30bの先端に位置する第1端301が先細の形状となっているので、結合部30aから非結合部30bに向けて進む電磁波のより多くの部分が第1端301で外部へ放射される。これにより、第1導波路20の第2ポート212から入射した電磁波が、結合部30aで第2導波路30に結合し、第1端301で反射される割合を低減する。その結果、第1端301で反射された電磁波が、第2導波路30を第1方向に進み、第2端302で更に反射されて、結合部30aで第1導波路20に乗り移り、第1ポート211の先に位置する電磁波源(光源)等に悪影響を及ぼす可能性を低減できる。
Further, in the isolator 11, the
以上のように、図6に示したアイソレータ11によれば、図1~3のアイソレータ10の有する効果に加えて、第2導波路30の第1端301及び第2端302における反射を低減することができる。これによって、第1ポート211に入力された電磁波が反射されて戻ってきた電磁波が、第1導波路20の第1ポート211から出射して、電磁波源(光源)又は他の素子(光学素子)に悪影響を及ぼす可能性を低減することができる。
As described above, according to the isolator 11 shown in FIG. 6, in addition to the effects of the
本開示のアイソレータ10、11は、光送信機に適用することができる。アイソレータ10、11を適用した一実施形態に係る光送信機70が、図7のブロック図に示されている。
The
光送信機70は、光源71とDAC72(Digital to Analog Converter)と、ドライバ73と、光変調器74と、アイソレータ75とを含んで構成される。
The optical transmitter 70 includes a
光源71は、レーザ光源を採用しうる。レーザ光源は、LD(Laser Diode)等の半導体レーザを含んでよい。光源71の射出する光は、赤外光から紫外光までの帯域に含まれてよい。光源71は、連続的に安定した光を射出することができる。
The
光送信機70は、送信すべき送信信号を他の装置等から受け取る。送信信号は、DAC72によりアナログ信号に変換される。ドライバ73はアナログ信号に変換された送信信号に基づいて、光変調器74を駆動して光源71から射出された光を変調する。光を変調する変調方式は、振幅変調、位相変調等種々の変調方式を採用しうる。光変調器74としては、例えば、シリコンフォトニクス技術により形成されるマッハツェンダ光変調器を用いることができる。光変調器74は、アイソレータ75と同じ基板50上に形成されうる。
The optical transmitter 70 receives a transmission signal to be transmitted from another device or the like. A transmission signal is converted into an analog signal by the
アイソレータ75は、本開示に従うアイソレータを採用しうる。例えば、アイソレータ75は、図1~3に示したアイソレータ10、または、図6に示したアイソレータ11を用いることができる。アイソレータ75は、71光源から射出された光の光路の光源71よりも下流側に配置される。例えば、図7に示すように、アイソレータ75は、光変調器74の光の出射側に配置され、光送信機70の外部へ向かう光を透過させる。アイソレータ75は、反射等により外部から光送信機70に戻った光が、光変調器74側へ伝搬することを抑制する。これによって、アイソレータ75は、外部から入射する光が光源71に入射し、光源71に損傷等の悪影響を与える虞を低減する。アイソレータ75は、図7とは異なり、光源71と光変調器74との間に配置されてよい。この場合、アイソレータ75は、外部から戻ってきた光及び光変調器74の内部で反射された戻り光が、光源71に入射する虞を低減することができる。
光送信機の他の実施形態が、図8に示される。図7の光送信機70は、光源71からの光を光源71の外部の光変調器74で変調する、外部変調方式を採用している。図8に例示する実施形態では、光源を直接制御する直接変調方式を採用する。
Another embodiment of an optical transmitter is shown in FIG. The optical transmitter 70 in FIG. 7 employs an external modulation system in which light from a
光送信機80は、信号変調部81、駆動部であるドライバ82、光源83及びアイソレータ84を含む。信号変調部81は、送信信号を2値の変調信号に変換する。ドライバ82は、信号変調部81から出力される変調信号に基づいて、光源83の駆動のオン/オフを制御する。アイソレータ84は、本開示に従うアイソレータを採用しうる。例えば、アイソレータ84は、図1~3に示したアイソレータ10、または、図6に示したアイソレータ11を用いることができる。アイソレータ84は、光源83の光の出射側に配置され、光送信機80の外部へ向かう光を透過させる。アイソレータ84は、反射等により外部から光送信機80に戻った光が光源83に入射し、光源83に損傷等の悪影響を与える虞を低減する。
The optical transmitter 80 includes a
本開示に係る実施形態について、諸図面及び実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形又は修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形又は修正は本開示の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各構成部又は各ステップなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成部又はステップなどを1つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。本開示に係る実施形態について装置を中心に説明してきたが、本開示に係る実施形態は装置の各構成部が実行するステップを含む方法としても実現し得るものである。本開示に係る実施形態は装置が備えるプロセッサにより実行される方法、プログラム、又はプログラムを記録した記憶媒体としても実現し得るものである。本開示の範囲にはこれらも包含されるものと理解されたい。 Although the embodiments of the present disclosure have been described with reference to the drawings and examples, it should be noted that those skilled in the art can easily make various variations or modifications based on the present disclosure. Therefore, it should be noted that these variations or modifications are included within the scope of this disclosure. For example, functions included in each component or each step can be rearranged so as not to be logically inconsistent, and multiple components or steps can be combined into one or divided. is. Although the embodiments of the present disclosure have been described with a focus on the apparatus, the embodiments of the present disclosure may also be implemented as a method including steps performed by each component of the apparatus. Embodiments according to the present disclosure can also be implemented as a method, a program, or a storage medium recording a program executed by a processor provided in an apparatus. It should be understood that these are also included within the scope of the present disclosure.
本開示において「第1」及び「第2」等の記載は、当該構成を区別するための識別子である。本開示における「第1」及び「第2」等の記載で区別された構成は、当該構成における番号を交換することができる。例えば、第1ポートは、第2ポートと識別子である「第1」と「第2」とを交換することができる。識別子の交換は同時に行われる。識別子の交換後も当該構成は区別される。識別子は削除してよい。識別子を削除した構成は、符号で区別される。本開示における「第1」及び「第2」等の識別子の記載のみに基づいて、当該構成の順序の解釈、小さい番号の識別子が存在することの根拠に利用してはならない。 Descriptions such as “first” and “second” in the present disclosure are identifiers for distinguishing the configurations. Configurations that are differentiated in descriptions such as "first" and "second" in this disclosure may interchange the numbers in that configuration. For example, a first port can exchange the identifiers "first" and "second" with a second port. The exchange of identifiers is done simultaneously. The configurations are still distinct after the exchange of identifiers. Identifiers may be deleted. Configurations from which identifiers have been deleted are distinguished by codes. The description of identifiers such as “first” and “second” in this disclosure should not be used as a basis for interpreting the order of the configuration or the existence of lower numbered identifiers.
本開示において、x軸、y軸、及びz軸は、説明の便宜上設けられたものであり、互いに入れ替えられてよい。本開示に係る構成は、x軸、y軸、及びz軸によって構成される直交座標系を用いて説明されてきた。本開示に係る各構成の位置関係は、直交関係にあると限定されるものではない。 In the present disclosure, x-axis, y-axis, and z-axis are provided for convenience of explanation and may be interchanged with each other. Configurations according to the present disclosure have been described using a Cartesian coordinate system formed by x-, y-, and z-axes. The positional relationship of each configuration according to the present disclosure is not limited to an orthogonal relationship.
上記アイソレータの各実施形態における、基板上の導波路の配置は例示に過ぎない。例えば、上記各実施形態では、複数の導波路が近接して平行導波路を形成する部分の導波路の向きは、基板の長手方向の辺と平行となっていた。しかし、基板の形状と導波路の向き及び配置はこれに限られず、本開示の効果が得られる範囲で如何様にも設定できる。例えば、複数の導波路は基板面に沿う方向に並んで配置されるのみならず、基板面に垂直な方向に並ぶように配置することも可能である。 The arrangement of the waveguides on the substrate in each of the isolator embodiments described above is merely exemplary. For example, in each of the above-described embodiments, the orientation of the waveguides in the portions where the plurality of waveguides are adjacent to form parallel waveguides is parallel to the longitudinal side of the substrate. However, the shape of the substrate and the orientation and arrangement of the waveguides are not limited to this, and can be set arbitrarily within the range in which the effects of the present disclosure can be obtained. For example, a plurality of waveguides can be arranged not only in the direction along the substrate surface, but also in the direction perpendicular to the substrate surface.
上記実施形態では、TEモードの電磁波を伝搬させるアイソレータ及び光送信機について説明してきた。しかし、本開示はTMモードの電磁波を伝搬させるアイソレータ及び光送信機についても適用することができる。本開示をTMモードの電磁波を伝搬させるアイソレータ及び光送信機に適用する場合、上記実施形態とは、第2導波路に対する非相反性部材の配置及び印加する磁場の方向が異なる。例えば、本発明をTMモードのアイソレータ及び光送信機に適用する場合、非相反性部材は第2導波路の基板面に垂直な方向(上記実施例のz軸方向に相当)に隣接して配置されうる。また、このとき、磁場は第2導波路が延在する方向に直交する方向(上記実施例のy軸方向に相当)に印加されうる。 In the above embodiments, an isolator and an optical transmitter for propagating TE mode electromagnetic waves have been described. However, the present disclosure can also be applied to isolators and optical transmitters that propagate TM mode electromagnetic waves. When the present disclosure is applied to an isolator and an optical transmitter that propagate TM mode electromagnetic waves, the arrangement of the non-reciprocal member with respect to the second waveguide and the direction of the applied magnetic field are different from those of the above embodiments. For example, when the present invention is applied to a TM mode isolator and an optical transmitter, the non-reciprocal member is arranged adjacent to the direction perpendicular to the substrate surface of the second waveguide (corresponding to the z-axis direction in the above embodiment). can be Also, at this time, the magnetic field can be applied in a direction orthogonal to the direction in which the second waveguide extends (corresponding to the y-axis direction in the above embodiment).
10,11,70,80 光送信機
20 第1導波路
21 コア
201 第1端
202 第2端
211 第1ポート
212 第2ポート
30 第2導波路
31 コア
32 非相反性部材
30a 結合部
30b,30c 非結合部
301 第1端
302 第2端
50 基板
60 クラッド
61 第1クラッド
62 第2クラッド
71 光源
72 DAC(デジタルアナログコンバータ)
73 ドライバ
74 光変調器
75 アイソレータ
81 信号生成部
82 ドライバ(駆動部)
83 光源
84 アイソレータ
73
83
Claims (11)
前記第1導波路は、第1端と第2端とを有し、前記第1端及び前記第2端それぞれに電磁波が入出力されるポートを有し、
前記第2導波路は、該第2導波路が延在する方向の少なくとも一部に非相反性を示す非相反性材料を隣接させることにより、非相反性を有し、
前記非相反性材料の透過率をT、厚みをz[μm]とするとき、前記非相反性材料の吸収係数α[dB/μm]を
T=exp(-αz)
で定義し、前記非相反性材料の厚みあたりのファラデー回転角をθF[度/μm]と表し、アイソレータに許容される挿入損失が所定値x[dB]に定められているときに、
θF/α × x < 45[度]
となる前記非相反性材料を使用していることを特徴とするアイソレータ。 over a substrate having a substrate surface, comprising a first waveguide and a second waveguide positioned at least partially side-by-side along the substrate surface;
the first waveguide has a first end and a second end, and has a port for inputting and outputting an electromagnetic wave at each of the first end and the second end;
the second waveguide has nonreciprocity by adjoining a nonreciprocity material exhibiting nonreciprocity in at least part of the direction in which the second waveguide extends;
When the transmittance of the nonreciprocal material is T and the thickness is z [μm], the absorption coefficient α [dB/μm] of the nonreciprocal material is T=exp(−αz)
and the Faraday rotation angle per thickness of the non-reciprocal material is expressed as θ F [degrees/μm], and the insertion loss allowed for the isolator is set to a predetermined value x [dB],
θ F /α × x < 45 [degrees]
An isolator characterized by using the non-reciprocal material.
送信すべき信号に基づいて、前記光源から射出された光を変調する光変調器と、
前記光源よりも下流側に配置されるアイソレータと
を備え、
前記アイソレータは、
基板面を有する基板の上において、前記基板面に沿って少なくとも部分的に並んで位置する第1導波路と第2導波路とを備え、
前記第1導波路は、第1端に前記光源からの光が入力される第1ポートを有し、前記第1端と異なる第2端に前記光源からの光が出力される第2ポートを有し、
前記第2導波路は、該第2導波路が延在する方向の少なくとも一部に非相反性を示す非相反性材料を隣接させることにより、非相反性を有し、
前記非相反性材料の透過率をT、厚みをz[μm]とするとき、前記非相反性材料の吸収係数α[dB/μm]を
T=exp(-αz)
で定義し、前記非相反性材料の厚みあたりのファラデー回転角をθF[度/μm]と表し、アイソレータに許容される挿入損失が所定値x[dB]に定められているときに、
θF/α × x < 45[度]
となる前記非相反性材料を使用している、光送信機。 a light source;
an optical modulator that modulates light emitted from the light source based on a signal to be transmitted;
an isolator arranged downstream of the light source,
The isolator is
over a substrate having a substrate surface, comprising a first waveguide and a second waveguide positioned at least partially side-by-side along the substrate surface;
The first waveguide has a first port for inputting light from the light source at a first end, and a second port for outputting light from the light source at a second end different from the first end. have
the second waveguide has nonreciprocity by adjoining a nonreciprocity material exhibiting nonreciprocity in at least part of the direction in which the second waveguide extends;
When the transmittance of the nonreciprocal material is T and the thickness is z [μm], the absorption coefficient α [dB/μm] of the nonreciprocal material is T=exp(−αz)
and the Faraday rotation angle per thickness of the non-reciprocal material is expressed as θ F [degrees/μm], and the insertion loss allowed for the isolator is set to a predetermined value x [dB],
θ F /α × x < 45 [degrees]
An optical transmitter using said non-reciprocal material.
送信すべき信号に基づいて前記光源を駆動する駆動部と、
前記光源の光の出射側に配置されるアイソレータとを備え、
前記アイソレータは、
基板面を有する基板の上において、前記基板面に沿って少なくとも部分的に並んで位置する第1導波路と第2導波路とを備え、
前記第1導波路は、第1端に前記光源からの光が入力される第1ポートを有し、前記第1端と異なる第2端に前記光源からの光が出力される第2ポートを有し、
前記第2導波路は、該第2導波路が延在する方向の少なくとも一部に非相反性を示す非相反性材料を隣接させることにより、非相反性を有し、
前記非相反性材料の透過率をT、厚みをz[μm]とするとき、前記非相反性材料の吸収係数α[dB/μm]を
T=exp(-αz)
で定義し、前記非相反性材料の厚みあたりのファラデー回転角をθF[度/μm]と表し、アイソレータに許容される挿入損失が所定値x[dB]に定められているときに、
θF/α × x < 45[度]
となる前記非相反性材料を使用している、光送信機。 a light source;
a driving unit that drives the light source based on a signal to be transmitted;
an isolator arranged on the light emission side of the light source,
The isolator is
over a substrate having a substrate surface, comprising a first waveguide and a second waveguide positioned at least partially side-by-side along the substrate surface;
The first waveguide has a first port for inputting light from the light source at a first end, and a second port for outputting light from the light source at a second end different from the first end. have
the second waveguide has nonreciprocity by adjoining a nonreciprocity material exhibiting nonreciprocity in at least part of the direction in which the second waveguide extends;
When the transmittance of the nonreciprocal material is T and the thickness is z [μm], the absorption coefficient α [dB/μm] of the nonreciprocal material is T=exp(−αz)
and the Faraday rotation angle per thickness of the non-reciprocal material is expressed as θ F [degrees/μm], and the insertion loss allowed for the isolator is set to a predetermined value x [dB],
θ F /α × x < 45 [degrees]
An optical transmitter using said non-reciprocal material.
前記第1導波路は、第1端と第2端とを有し、前記第1端及び前記第2端それぞれに電磁波が入出力されるポートを有し、 the first waveguide has a first end and a second end, and has a port for inputting and outputting an electromagnetic wave at each of the first end and the second end;
前記第2導波路は、該第2導波路が延在する方向の少なくとも一部に非相反性を示す非相反性材料を隣接させることにより、非相反性を有し、 the second waveguide has nonreciprocity by adjoining a nonreciprocity material exhibiting nonreciprocity in at least part of the direction in which the second waveguide extends;
前記非相反性材料の透過率をT、厚みをz[μm]とするとき、前記非相反性材料の吸収係数α[dB/μm]を When the transmittance of the non-reciprocal material is T and the thickness is z [μm], the absorption coefficient α [dB/μm] of the non-reciprocal material is
T=exp(-αz) T = exp(-αz)
で定義し、前記非相反性材料の厚みあたりのファラデー回転角をθF[度/μm]と表し、アイソレータに許容される挿入損失をx[dB]としたときに、where the Faraday rotation angle per thickness of the non-reciprocal material is expressed as θF [degrees/μm], and the insertion loss allowed for the isolator is x [dB],
θ θ FF. /α × x < 45[度] /α × x < 45 [degrees]
となる前記非相反性材料を使用することを特徴とするアイソレータの製造方法。A method of manufacturing an isolator, characterized by using the non-reciprocal material.
前記アイソレータは、請求項9に記載のアイソレータの製造方法により製造されることを特徴とする、光通信機の製造方法。 10. A method of manufacturing an optical communication device, wherein the isolator is manufactured by the method of manufacturing an isolator according to claim 9.
前記アイソレータは、請求項9に記載のアイソレータの製造方法により製造されることを特徴とする、光通信機の製造方法。 10. A method of manufacturing an optical communication device, wherein the isolator is manufactured by the method of manufacturing an isolator according to claim 9.
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