JPH03288104A - 一方向性モード変換器およびそれを用いた光アイソレータ - Google Patents

一方向性モード変換器およびそれを用いた光アイソレータ

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JPH03288104A
JPH03288104A JP2089807A JP8980790A JPH03288104A JP H03288104 A JPH03288104 A JP H03288104A JP 2089807 A JP2089807 A JP 2089807A JP 8980790 A JP8980790 A JP 8980790A JP H03288104 A JPH03288104 A JP H03288104A
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light
reciprocal
optical isolator
region
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Koji Ando
功兒 安藤
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
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    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/09—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on magneto-optical elements, e.g. exhibiting Faraday effect
    • G02F1/095—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on magneto-optical elements, e.g. exhibiting Faraday effect in an optical waveguide structure
    • G02F1/0955—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on magneto-optical elements, e.g. exhibiting Faraday effect in an optical waveguide structure used as non-reciprocal devices, e.g. optical isolators, circulators

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野１ この発明は、光通信などの光応用システムあるいはデバ
イスにおいて不可欠な、一方向性モード変換器および光
アイソレータに関するものである。
［従来の技術１ 従来の光アイソレータは、可視領域についてはガラス材
料、近赤外領域についてはＹＩＧ　（イツトリウム鉄ガ
ーネット）単結晶を用いて構成されているが、将来の光
通信システムにおいては、小型、低コスト、他の光素子
との集積化等を考慮すると、中でも導波路型の光アイソ
レータが有力となる。
こうした導波路型光アイソレータの従来の基本構成およ
び動作原理を第３図の基本構成図により説明するが、こ
の種の光アイソレータは、結局、一方向性の光伝送路で
あって、基板１上に形成した導波路２中の光の伝搬を所
定の一方向、例えば左側の入射端面３から右側の出射端
面４に向けての方向には許すが、逆方向にはこれを阻止
しようとするものである。
したがって、これを満足するために従来は、導波路２を
光透過性の磁気光学薄膜で構成し、入射端面３に入射す
る正規の入射光Ｉｉの進行方向に沿う前後の第１．第２
領域ａ＋、ａｚを想定して、進行方向手前の第１領域ａ
１では入射光Ｉｉの進行方向に沿った磁化方向Ｆ１によ
ってファラデニー効果による非相反効果を入射光Ｉｉに
与え、これに続く進行方向先の第２領域ａ２では、入射
光Ｉｉの進行方向に垂直な面内にある磁化方向Ｆ２によ
りコツトン・ムートン効果による相反効果を入射光Ｉｉ
に与える。その上で、人、出射端面３，４の近傍にはい
ずれも一般には導波路２上に形成した金属クラッド層と
して構成される透過モード選択用の偏光子ないしはモー
ド選択器５．６が備えられる。
この基本動作を説明すると、入射端面３から導波路２に
入射していく正規の入射光Ｉｉは、モード選択器５によ
りＴＥ波だけがその通過を許され、非相反効果を与える
第１領域ａ、においてその偏光面が４５°回転する。し
かし、この正規の入射光Ｉｉは、続く相反効果を与える
第２領域ａ２によって先の偏光面の回転が打ち消され、
もとのＴＥ波に戻るため、出射端面４から正規の出射光
Ｉｏとして出射していくことができる。
これに対して、出射光Ｉｏの反射等による望ましくない
雑音完工ｉ′が右側の出射端面４に入射すると、出射端
面４近傍に備えられているモード選択器６が入射する雑
音完工ｉ′をＴＥ波として導波路２中に送るため、この
雑音完工ｉ′は、まず相反効果を与える第２領域ａ２を
経てから非相反効果を与える第１領域ａ１を通過する結
果としてＴＭ波となり、したがって、入射端面３側のモ
ード選択器５を通過することができず、あるいは既述の
ようにこのモード選択器５が金属クラッドである場合に
はこれらに吸収され、いずれにしても入射端面３からの
出射が妨げられる。
また、人、出射端面３，４の近傍にモード選択器５，６
がない場合には、この構造は一方向性モード変換器とし
て機能することは以上の説明から明かである。
［発明が解決しようとする課題］ このように、従来の光アイソレータにおいても、磁気光
学薄膜である導波路２に選択的に非相反効果を与える第
１領域ａ１と相反効果を与える第２領域ａ２とを所期通
りに形成できれば、上述のように出射光ＩＯに対する雑
音光Ｉｉ′の入射の分離という機能を満足に果たし得る
が、しかし、実際には、このように磁化の方向が異なる
非相反、相反の各効果を与える第１．第２領域ａｌ。
ａ２を形成するのは極めて厄介で、複雑かつ大型、高価
な磁場印加装置を要し、特に、集積化の妨げとなる等の
問題点があった。
また、最近これらの困難を克服するために、レーザ光を
用いた局所的な熱処理等の技術が開発されているが、こ
の場合にはレーザ光を用いた微細加工に長時間の時間を
要するとともに、作製コストが高くなるという問題点が
ある。
この発明は、上記の問題点を解決するためになされたも
ので、導波路中に鏡面を形成し、これにより入射光の進
行方向を変えて、その反射による位相変化と反射の前後
の非相反、相反の各領域におけるモード変換とを組み合
わせることにより、作製の簡単化、高性能化を図った一
方向性モード変換器およびそれを用いた光アイソレータ
を得ることを目的とする。
［課題を解決するための手段］ この発明にかかる一方向性モード変換器は、導波路中に
、フレネル反射させるための鏡面を形成し、導波光の入
射端面から鏡面までを磁気光学効果による非相反モード
変換の第１領域とし、鏡面から導波光の出射端面までを
相反モード変換の第２領域としたものである。
また、この発明の光アイソレータは、請求項（１）記載
の一方向性モード変換器に、モード選択器または偏光子
を具備せしめたものである。
［作用１ この発明においては、導波路の鏡面で導波光の進行方向
を変えることにより、導波路中の磁化の方向が同一であ
っても非相反効果と相反効果とを起こさせる、一方向性
モードとする また、モード選択器または偏光子を組み合わせることに
より光アイソレータを構成し、所要の光のみ通過させる
。
［実施例］ 第１図はこの発明の一実施例を示す基本構成図で、第３
図と同一符号は同一または同一機能を有する部分を示す
。
まず、導波路２に鏡面７を形成して導波路２を伝搬する
導波完工の進行方向を垂直に変化させる構造とする。
このように、導波路２の磁化の方向Ｆが入射光Ｉｉの入
射端面３から鏡面７までの第１領域ａ。
では、その導波路２の面内方向に沿った成分のうち、導
波光Ｉの進行方向に垂直な成分がなく、かつ同時に鏡面
７から導波完工の出射端面４までの第２領域ａ２では、
光の進行方向に沿った成分がないように適当に選択する
。
したがって、このような構造においては、導波路２中の
第１領域ａｌ　と第２領域ａ２における磁化の方向Ｆが
同一であっても、第１．第２領域ａ、、ａ２における磁
化の方向Ｆと導波完工の進行方向の相対関係が異なるた
めに、第１領域ａ１はファラデニー効果による非相反効
果領域とじて機能し、第２領域ａ２はコットンムートン
効果による相反効果領域として機能する。さらに、導波
路２の中に形成した鏡面７は導波完工の進行方向を変え
るのみでなく、一般にフレネル反射と呼ばれる効果のた
めに、導波完工に位相変化を及ぼすこととなる。
この構造の動作特性を検討したところ、この構造が一方
向性モード変換器として機能することが判明した。
例えば、基板１をＧｄｓ　Ｇａｓ○１□結晶とし、導波
路２を（ＢｉＧｄＬｕｌ　ｓ　（ＦｅＧａ）　ｓｏ　ｌ
　２薄膜で形成し、その磁化を薄膜の法線方向から４５
度傾けた場合に、ＴＥ波とＴＭ波の位相定数の差を０６
９５ラジアン／　ｃ　ｍに選ぶと、ＴＥ波である入射光
ＩｉはほとんどそのままＴＥ波として出射光Ｉｏになり
、ＴＭ波に変換される効率はｏ、ｏｉ％以下であること
、そして反対に出射端面４からＴＥ波を入射させると、
９９．９９９％以上の効率でＴＭ波に変換され、入射端
面３から出射することが分かった。また、第３図に示し
た従来の構造とは異なり、第１図に示す実施例の構造に
おいては、鏡面７における反射が導波光■に適当な位相
変化を及ぼすために、磁化の傾斜角度や導波路２の厚み
が設計値からズした場合の素子の性能劣化の程度が少な
いこと、さらに、機能の発現に必要な光の伝搬長も短く
て済むことなどの利点がある。例えば、上記実施例と同
一の基板および薄膜で第３図の従来の構造の一方向モー
ド変換器を作製すると、必要な光伝搬長は約７．１ｍｍ
であったが、この発明の実施例の構造における光伝搬長
は約４．３ｍｍと大幅に短縮された。
次に、この発明の光アイソレータについて説明する。上
記では一方向性モード変換器について説明をしたが、こ
れに偏光子または第３図に示すモード選択器５，６を組
み合わせ、第２図のように構成すれば、光アイソレータ
になることは上の原理説明から明らかである。
なお、この発明の実施例を第１図、第２図によって説明
したが、実際には導波路２の上下にバッファ等の目的に
用いられる他の物質層があっても問題なく、また非相反
領域（第１領域ａ、）または相反領域（第２領域ａ２）
に各々微細な相反または非相反効果混入したものであっ
ても、この発明の本質的な新規性を損なうものではない
。
また、この発明における入射端面３．出射端面４はパラ
メータの値によっては相互に入れ替わることは明らかで
ある。
［発明の効果１ 以上説明したようにこの発明にかがる一方向性モード変
換器と光アイソレータは、導波路中に、導波光をフレネ
ル反射させるための鏡面を形成し、入射光の入射端面か
ら鏡面までを磁気光学効果による非相反モード変換の第
１領域とし、鏡面から導波光の出射端面までを相反モー
ド変換の第２領域としたことにより小型で、高性能で、
集積化に適しており、製作が簡単でコストが安く、光シ
ステムの高度化に大きく貢献することができる利点を有
する。
【図面の簡単な説明】
第１図はこの発明の一方向性モード変換器の−実施例を
示す斜視図、第２図はこの発明の光アイソレータの一実
施例を示す斜視図、第３図は従来の導波路型光アイソレ
ータを示す基本構成図である。 図中、１は基板、２は導波路、３は入射端面、４は出射
端面、５，６はモード選択器、７は鏡面、ａ、は第１領
域、ａ２は第２領域である。 −′Ｌづ 寧２弁口論

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）導波路構造を有する一方向性モード変換器におい
    て、前記導波路中に、導波光をフレネル反射させるため
    の鏡面を形成し、入射光の入射端面から前記鏡面までを
    磁気光学効果による非相反モード変換の第１領域とし、
    前記鏡面から導波光の出射端面までを相反モード変換の
    第２領域としたことを特徴とする一方向性モード変換器
    。
  2. （２）請求項（１）記載の一方向性モード変換器に、モ
    ード選択器または偏光子を具備せしめたことを特徴とす
    る光アイソレータ。
JP2089807A 1990-04-04 1990-04-04 一方向性モード変換器およびそれを用いた光アイソレータ Pending JPH03288104A (ja)

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