JPH11248950A - 導波路型光アイソレータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡素で低価格に構成でき、逆方向光の遮断に
優れた導波路型光アイソレータを提供する。 【解決手段】 平面基板１上に曲線状導波路３を形成
し、この曲線状導波路３より接線方向に分岐された直線
状導波路４を設けた。曲線状導波路３を伝搬する光は、
モード分布が曲率半径方向外側に移動するので、接線方
向に分岐された直線状導波路４に導かれる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、平面基板上に形成
される導波路型の光アイソレータに係り、特に、簡素で
低価格に構成でき、逆方向光の遮断に優れた導波路型光
アイソレータに関するものである。

【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に、種々の機能を持つ光集
積回路の研究が活発に行われている。このような光集積
回路を構成する基本要素の一つとして光アイソレータが
ある。例えば、レーザを光源とする光信号処理系ではレ
ーザからの光が反射によって再びレーザに戻されると、
発振に不安定性が生じたり雑音の増加を生じたりするた
め、順方向（光源光伝搬方向）へは光を良く通し、逆方
向（反射方向）では光の透過を送受信する機能を有する
光アイソレータが一般に使用される。

【０００３】従来の光アイソレータは、図３に示される
ように、ファラデー回転子８の両側に偏光子７及び検光
子１０を配したものである。図において、左側図外の光
源から来る垂直な偏波を持つ入射波（光源光）は、この
垂直偏波を通すよう偏波方向を持たせて配置された偏光
子７をそのまま透過して、鉛ガラス、ＹＩＧ等からなる
ファラデー回転子８に入射する。このファラデー回転子
８には磁界が矢印９で示す方向にかけられているため、
光源光は透過中に偏波面が４５°だけ回転する。出射側
には４５°だけ傾けて置かれた検光子１０があり、透過
光はそのまま通過する。これに対して逆方向から４５°
の傾きを持った光が反射してくる場合には、この反射光
は、検光子１０はそのまま通過するが、ファラデー回転
子８によって偏波面がさらに４５°回転され、水平偏
波、即ち偏光子７に対して垂直になる。従って、この透
過光は偏光子７によって遮断され、光源側に戻ることが
ない。即ち、ファラデー回転子８は伝搬光に大して非可
逆的伝達媒体として働く。

【０００４】また、別の従来の光アイソレータは、図４
（ａ）に示されるように、平面光導波路中に円弧状の曲
線導波路部分を設け、この曲線導波路の中間箇所で、こ
の箇所よりも出力側に位置する導波路の光軸を入力側導
波路の光軸に対して、曲率半径方向外側寄りに偏位させ
て構成したものである。図において、１１は基板、２０
は基板１１中に形成した基板１１の他の部分よりも屈折
率の高い領域からなる単一モード光導波路である。図外
のレーザダイオード（ＬＤ）、発光ダイオード（ＬＥ
Ｄ）等の光源から発した光は導波路２０内を矢印１２の
方向へ伝搬する。導波路２０の途中には曲線路２１が設
けてあり、この曲線路２１はＯ点を曲率中心とする一定
角度θにわたる円弧状をなしている。そして、上記曲線
路２１のほぼ中間に導波路オフセット部２２を設け、こ
のオフセット部２２を境として入力側導波路２３と出力
側導波路２４との両光軸を曲率半径方向に一定間隔ｄだ
け偏位させてある。

【０００５】図４（ｂ）に示されるように、ＬＤやＬＥ
Ｄから発した後、反射されて矢印１３の方向へ戻る光は
曲線路２１を逆方向に伝搬する間にモード分布が曲率半
径方向外側へ移動する。ところが曲線路２１の途中から
導波路の光軸が上記モード分布の移動方向とは反対方向
に偏位した導波路２０に接続しているため、戻り伝搬光
はこの箇所で導波路外へ放射され、光源まで至らない。
一方、順方向光は曲線路２１におけるモード分布の移動
方向と導波路途中からの光軸の偏位方向とが一致するた
め、曲がりに伴う放射損失はほとんど生じない（特公平
７−１１１４８７号）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記図
３の従来技術では、優れたアイソレーション特性が得ら
れるものの、作製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。

【０００７】また、前記図４の従来技術では、ＬＤやＬ
ＥＤから発した光は、モード分布が曲率半径方向外側へ
移動しながら曲線導波路を順方向に伝搬し、曲線路２１
の途中から導波路の光軸が上記モード分布の移動方向と
同じ方向に変位した導波路に移動する。しかし、実際に
は曲線路２１中を伝搬する順方向光のモード分布は、曲
線路２１中で完全に曲率半径方向外側に移動しているわ
けではない。従って、オフセット部２２における光の進
行方向と垂直な不連続面において、外側の曲線路２１に
移行しきれない光部分は光源方向への反射戻り光とな
る。さらに、逆方向光は曲線路２１におけるモード分布
の移動方向と導波路途中からの光軸の偏位方向とが一致
するため、順方向側への反射が極端に大きくなる可能性
がある。

【０００８】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、簡素で低価格に構成でき、逆方向光の遮断に優れた
導波路型光アイソレータを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、平面基板上に曲線状導波路を形成し、この
曲線状導波路より接線方向に分岐された直線状導波路を
設けたものである。

【００１０】前記曲線状導波路の複数箇所に前記直線状
導波路を設けてもよい。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を添付
図面に基づいて詳述する。

【００１２】図１に示されるように、本発明の導波路型
光アイソレータは、平面基板１上に曲線状導波路３を形
成し、この曲線状導波路３より接線方向に分岐された直
線状導波路４を設けたものである。この実施形態では、
曲線状導波路３は、中心線が曲率半径Ｒで曲がるように
半円弧状に形成され、曲線状導波路３の両端にはそれぞ
れ直線導波路２−２，２−１が連続させて形成されてい
る。直線導波路２−２には図示されない光源が接続さ
れ、直線導波路２−１には図示されない伝送路が接続さ
れるものとする。直線状導波路４は、中心線が曲線状導
波路３の中心線に重なり、曲率半径Ｒに直交するよう設
けられている。直線状導波路４は、曲線状導波路３の光
源に連なる側に対し鋭角を形成する方向に伸ばされてい
る。曲線状導波路３と直線状導波路４とは、一体的に構
成されている。このようにして直線状導波路４は、曲線
状導波路３の接線方向に分岐接続されている。

【００１３】図１（ａ）には、伝送路からの反射光のモ
ード分布が付記され、図１（ｂ）には、光源からの出射
光のモード分布が付記されている。５−１は反射により
導波路型光アイソレータに戻ってきた逆方向光のモード
分布、５−２は曲線状導波路３中を伝搬する逆方向光の
モード分布、５−３は分岐部分を通過する逆方向光のモ
ード分布、５−４は直線状導波路４中を伝搬する逆方向
光のモード分布である。また、６−１は光源から導波路
型光アイソレータに入射する順方向光のモード分布、６
−２，６−４は曲線状導波路３中を伝搬する順方向光の
モード分布、６−３は分岐部分を通過した順方向光のモ
ード分布、６−５は曲線状導波路３中を通過した後の順
方向光のモード分布である。

【００１４】ここで、導波路３，４は屈折率の高いコア
とそのコアを覆う低屈折率の層とから構成されており、
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
およびサイズが選択されている。

【００１５】まず、図１（ａ）により、伝送路中で反射
した戻り光が導波路型光アイソレータを逆方向に伝搬す
る場合について説明する。この逆方向光は、直線導波路
２−１を通って曲線状導波路３に伝搬する。このとき直
線導波路２−１内の逆方向光のモード分布は、５−１の
ように中心線の左右に対称な形をしている。曲線状導波
路３内に伝搬した逆方向光のモード分布は、半径方向の
光の速度差によって曲率半径外側へ次第に移動し、５−
２のように中心線の外側に寄ったモード分布となる。続
いて、このモード分布５−２を有する逆方向光は、曲線
状導波路３に滑らかに接続された直線状導波路４へ伝搬
する。このとき、モード分布５−２が曲率半径外側に大
きく偏っているため、スムーズに直線状導波路４へと伝
搬し、この分岐部分より曲線状導波路３の光源に連なる
側へは伝搬しないので、光源への戻り光が阻止される。

【００１６】次に、図１（ｂ）により、ＬＤやＬＥＤ光
源から出射した光が導波路型光アイソレータを順方向に
伝搬する場合について説明する。この順方向光は、直線
導波路２−２を通って曲線状導波路３に伝搬する。この
とき直線導波路２−２内の順方向光のモード分布は、６
−１のように中心線の左右に対称な形をしている。曲線
状導波路３内に伝搬した順方向光のモード分布は、逆方
向光の場合と同様に半径方向の光の速度差によって曲率
半径外側へ次第に移動し、６−２のように中心線の外側
に寄ったモード分布となる。続いて、このモード分布６
−２を有する順方向光は、分岐部分を通過する。このと
き、順方向光のモード分布は幅が広がるものの、損失を
受けることなく分岐部分を通過し、モード分布６−３と
なる。この順方向光は、曲線状導波路３でモード分布６
−４となり、直線導波路２−１で中心線の左右に対称な
モード分布６−５となる。

【００１７】以上のようにして、順方向光は低損失通過
が可能で、逆方向光は効率良く阻止することができる。
しかも、この導波路型光アイソレータは、活性な非可逆
的伝達媒体を必要とせず、部品の配列、調整を必要とし
ないため、低価格で製造することができる。

【００１８】次に、実際の光回路作成の具体例を説明す
る。

【００１９】基板として石英ガラス基板（屈折率１．４
５７５ａｔ６３３ｎｍ）を用い、その上にスパッタリン
グ法によりＳｉＯ₂ −ＧｅＯ₂ 組成のコア膜（屈折率
１．４６９７ａｔ６３３ｎｍ）を厚さ６μｍ形成し、こ
れをフォトリソグラフィおよび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。最後に、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
導波路型光アイソレータを１５×１５×１ｍｍの大きさ
に作製した。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、
曲線状導波路３の曲率半径Ｒは５ｍｍとした。

【００２０】試作した回路を評価した回路を評価した結
果、順方向光の挿入損失は０．８ｄＢと低損失であり、
逆方向光遮断率も２７ｄＢと高い値が得られた。

【００２１】次に、本発明の他の実施形態を説明する。

【００２２】図２に示した導波路型光アイソレータは、
図１の導波路型光アイソレータに対して曲線状導波路３
より接線方向に２本の直線状導波路を追加して、合計３
本の直線状導波路を設けたものである。即ち、半円弧状
の曲線状導波路３の３箇所より、それぞれ光源に連なる
側に対し鋭角を形成する方向に直線状導波路４−１，４
−２，４−３が伸ばされている。各分岐部分での逆方向
光、順方向光の伝搬の様子は既に説明した通りであり、
この導波路型光アイソレータは、分岐する直線状導波路
の本数を増やしたことで反射戻り光量をさらに低減でき
る構成となっている。実際に、前記試作と同様にこの導
波路型光アイソレータを１５×１５×１ｍｍの大きさに
試作し、評価した結果、順方向光の挿入損失は１．２６
ｄＢと前記試作よりも多少増加したものの、逆方向光遮
断率は３５ｄＢと前記試作よりも高い値が得られた。よ
って、分岐する直線状導波路の本数を増加させることに
よって、より高い逆方向光遮断率が得られることが分か
った。ただし、本数の増加に伴って順方向光挿入損失が
増大するため、用途に合わせて本数を決定することが好
ましい。

【００２３】なお、本発明は、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に限定されるもの
ではない。

【００２４】

【発明の効果】本発明は次の如き優れた効果を発揮す
る。

【００２５】（１）優れたアイソレーション特性を有す
る。

【００２６】（２）非可逆的伝達媒体を必要とせず、構
成部品を高精度に配列・調整する必要がないため、実装
に要するコストが安く、素子全体の価格も大幅に低減で
きる。また、性能が入射光の偏波方向に依存しないた
め、所望の性能を発揮し易く、安定した性能のものを量
産するのが容易である。

【００２７】（３）不連続面がないので、反射が生じな
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す導波路型光アイソレ
ータの平面図であり、（ａ）は伝送路からの反射光のモ
ード分布が付記された平面図、（ｂ）は光源からの出射
光のモード分布が付記された平面図である。

【図２】本発明の他の実施形態を示す導波路型光アイソ
レータの平面図である。

【図３】従来の導波路型光アイソレータの立体図であ
る。

【図４】従来の導波路型光アイソレータの平面図であ
り、（ａ）は光源からの出射光のモード分布が付記され
た平面図、（ｂ）は伝送路からの反射光のモード分布が
付記された平面図である。

【符号の説明】

１ 平面基板 ３ 曲線状導波路 ４ 直線状導波路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平面基板上に曲線状導波路を形成し、こ
   の曲線状導波路より接線方向に分岐された直線状導波路
   を設けたことを特徴とする導波路型光アイソレータ。
2. 【請求項２】 前記曲線状導波路の複数箇所に前記直線
   状導波路を設けたことを特徴とする請求項１記載の導波
   路型光アイソレータ。