JPS59101604A - 光アイソレ−タ - Google Patents

光アイソレ−タ

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JPS59101604A
JPS59101604A JP20940982A JP20940982A JPS59101604A JP S59101604 A JPS59101604 A JP S59101604A JP 20940982 A JP20940982 A JP 20940982A JP 20940982 A JP20940982 A JP 20940982A JP S59101604 A JPS59101604 A JP S59101604A
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JP
Japan
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waveguide
film
dielectric
taper
substrate
Prior art date
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Pending
Application number
JP20940982A
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English (en)
Inventor
Shinji Sakano
伸治 坂野
Hiroyoshi Matsumura
宏善 松村
Koji Ishida
宏司 石田
Takeyuki Hiruma
健之 比留間
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP20940982A priority Critical patent/JPS59101604A/ja
Publication of JPS59101604A publication Critical patent/JPS59101604A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices 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
    • G02F1/01Devices 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 
    • G02F1/09Devices 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
    • G02F1/095Devices 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
    • G02F1/0955Devices 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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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)

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】 〔発明の利用分野〕 本発明は薄膜で構成される光アイソレータに係シ、特に
、ガーネット基板と磁性ガーネット結晶からなる単一モ
ード導波路及び誘電体クラッド層からなるファラデー回
転子並びに金属膜を導波路上に直接積層させた薄膜偏光
子からなる薄膜形光アイソレータの高性能化に好適な、
誘電体クラッドのテーパ状化と金属膜のテーパ状化に関
するものである。
〔従来技術〕
光アイソレータは、基本的に、直線偏光の偏波面を非可
逆的に45度回転させるファラデー効果を有する磁気光
学素子(ファラデー回転子)と偏光子によシ構成される
。従来の薄膜形光アイソレータは、磁性ガーネット結晶
薄膜導波路上に直接金属?付けた構造か、または、一様
な膜厚を持った誘電体バッファ層を介して金属を付けた
構造を取つていた。例えば、特開昭57−58106“
光アイツレ〜り”、特開昭57−78018”導波形フ
ァラテー回転素子”、宮崎前、”Bi置換YIG薄膜を
用いた導波路形光アイソレータによる非相反変換特性”
、信学技報、 OQ E8]、−98金属を導波路上に
直接付けた場合、及び、誘電体バッファ層を介して金属
を導波路に付けた場合の、理論的なa4算例がYama
mo t o 寺によ’) IBEE、 Journa
lof Quantum E 1ectonics 、
 VOl、QE、 11 P729(1975)に報告
されている。金属全直接導波路上に付けた場合のTMモ
ードの最低次モード。
TM−+モードは単位当りの減衰量が、=2X103d
B/m と非常に太きboこれに対し次のモード、TM
、モードは一=70dB%肩とかなり少なくなることが
報告された。6考のためTE、モードの減衰量を挙ける
と2.57 d B/crnである。
上記のYamamo t o等の報告に照らし、従来の
薄膜形光アイソレータに用いられた、導波路上に直接矩
形状に付けられた金属薄膜偏光の問題を述べる。以下、
導波路は誘電体クラッド有する領域で単一モードである
。TB、モードに関しては、誘電体クラッドを持つ導波
路部においても、金属クラッド金持つ導波路部において
もそれほど電界分布が変化しないため、結合効率は、T
Mモードの結合効率よりも良い。しかし、パルス状に誘
電体クラッドと金属クラッドが接合している場合には、
TE、モードの電界分布の不整合により、接合部で反射
を生じ、結合のときにパワー損失を生じる欠点がある。
TMモードに関しては、誘電体クラッドを有する導e路
部で単一モードであっても、導波路の幅が厚いと、金属
クラッドを有する導波路部において、TM、モード、T
M、モードの励起がある。
このため、2!f−波路の@が厚いと、誘電体クラッド
を持つ導波路部でのTM、モードの光が金属クラッド金
有する導波路部での単位長当りの減衰量が、TM−+モ
ードよシも1桁以上小さいTM、モードへのパワーの結
合音生じる。このため、20dBのTM−TEモード消
光比を得るための長さが長くなるという欠点がある。
誘電体バッファ層を介して、金属を付けた薄膜偏光子は
、多モード専波路に対しては有効であるが、単一モード
導波路においては、TM−1モードの減衰量を減らすと
いう欠点がある。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、ガーネット基板、磁性ガーネット結晶
尋彼路、誘電体クラッド層、金属膜及び印加磁界用磁石
、または、磁性膜よりなる薄M尋波路形光アイソレータ
において、該誘電体バッファ層、及び金属膜の端部全テ
ーパ状にすることで、半導体レーザからの光に対する透
過性の改善と共に、寸法を半導体レーザと同程度の太き
さまでの小形化全提供することにある。
〔発明の概要〕
上記目的全達成するための本発明の構成は磁性ガーネッ
ト結晶全導波路とし714f膜4波路形光アイル−タに
、誘電体クラッドをテーパ状にして金属膜の一部全積層
させ、さらに金属膜の他端をテーパ状にした薄膜偏光子
を設けるところのものである。
金属は、表面に電荷が集中して、電界は表面に垂直であ
るという特性を持っている。このため、電界がクラッド
表面に対して、垂直な成分を持つTMモードは、金属ク
ラッドによる影響を受は易い。金属を上手に使うことに
より、TM、モードを高次のモード変換できる。導波路
が単一モードであるとき、このモード変換全利用して、
TMモードを消去させることが出来る。詳MB k次に
図を用いて述べる。
第1図に、上記原理の説明図を示す。図中、基板1の屈
折率n1 と、導波路2の屈折率口2と、誘電体クラッ
ド5の屈折率n5の間には、n2〉!>n5の関係があ
る。導波路2は、誘電体クラッド3及び誘電体クラッド
5を有する領域で単一モード導波路である。TLモード
の光は、はとんど損失を失することなく伝搬して行く。
TM。
モードの光の電界分布全、伝搬に従い、、10−1゜1
0−2.10−3.10−4に示す。誘電体クラッド3
を有する領域では、TM、モードの1に界分布10−1
全有する。テーパ状に金属クラッド4を持つ領域に変化
して行くと、TM、モードの光の電界の分布変化が増し
てくる(10−2)。
さらに金属クラッド4の厚さが増し、次の誘電体クラッ
ド5の領域に達すると、さらに、電界分布の変化が大き
くなり高次モードの電界分布に近づく次の誘電体クラッ
ド5がテーノくに厚さを増してくると、漸次1Mlモー
ドへと推移して行く。ところが、導波路2は単一モード
導波路であるために、1Mモードの光は基板中へ放射さ
れる。モード変換は、テーパ状にクラッドが変るため、
滑らかに行なわれ、低い次数のTM、モードの励起はほ
とんどない。このようにして高性能な薄膜偏光子を得る
ことができる。
この高性能な薄膜形偏光子を、薄膜導波路形ファラデー
回転子に一体化した、薄膜導波路形光アイソレータ全第
2図に示す。図中、誘電体クラッド5は、金属側でテー
パ状となって徐々に厚みを減らし、また、金属クラッド
は、誘電体クラッド5と接している反対の端がテーバ状
になり徐々に厚みを減らしている。この領域が、高性能
のテーパ状金属薄膜偏光子の領域である。ガーネット基
板1上に該基板1よシ屈折率の高い磁性ガーネット導波
路2が形成されて、該導波路2上には、基板の屈折率よ
シ低い誘電体クラッドが積層されている。印加磁界用磁
石6又は、磁性膜6′の領域がファラデー回転部で、先
の高性能のテーパ状金属薄膜偏光子の領域と組み合わさ
れ、薄膜導波路形光アイソレータを構成している。この
テーパ状薄膜偏光子の長さは、0.3m+n程度で、2
0dBの消光比を持つ。又、テーパ状にクラッドが変化
しているため、不必要な反射を生じず、細光部品の連結
に際しても、無反射素子であるため、悪い影響を及ぼす
心配がない。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の実施例を示す。
第3図に、本発明の一実施例として半2鰺レーザと薄膜
形光アイソレータを設定した図を示す。薄膜形光アイソ
レータは、前述の第2図に示したように、3次元導波路
2′fc有する。半導体レーザは、該導波路2と基板1
との境界面及び誘電体バッファ層との境界面に対し、4
5度頷けて設定しである。半導体レーザ7からの出射光
は偏光特性に優れている。該レーザ光の偏光面の方向1
1−1は、該半畳レーザのTE0モードの光の偏光方向
である。該半導体レーザからの光は、光アイソレータの
磁性ガーネット結晶薄膜導波路2に入射して、印加磁界
用磁性薄膜6′を上部に有する領域で、ファラデー回転
して、その偏光面が45度回転する(11−2)。同、
磁性膜6′は、光の伝搬方向に磁界が加わるように磁化
してあり、又、長さ及び厚さは、導波路2内を伝搬する
直線偏光の偏波面が、該領域内で45度回転するように
設定しである。偏光面が45度頷き、完全にTE、モー
ドになった光11−2は、テーパ状誘電体クラッド5及
び金属膜4からなる偏光子部をほとんど減衰することな
く、伝搬して行((11−3)。一方、逆方向からの入
射光12−1は、テーパ状偏光子部で、金属膜4と導波
路2の境界面に垂直な電界成分を有する光(TM、モー
ド光)は、テーパ状部分で高次のモードへ移行し基板中
に放射されるが、該境界面に平行な電界成分を有する光
(TE、モード光)は、モードの変化はないので、その
まま伝搬する(12−2)。尚、該導波路2は、誘電体
クラッド5を有する領域で単一モードであり、また、基
板1の屈折率は、該誘電体クラッド5の屈折率よシも大
きい。該TE、モード光12−2は、磁性膜6′を上部
に持つ導波路2の領域で、ファラデー効果を受けて、偏
波面が45度偏いた光12−3となる。該光12−3は
、半導体レーザ7からの出射光11−1の偏波面に対し
、90度頷いた偏波面ケ有するために、該半導体レーザ
の発振に何ら影響を与えない。
基板1に、ガドリウム・ガリウム・ガーネット基板を用
いて、該基板上部に、Bi置換形イツトリウム・鉄・ガ
ーネット薄膜育成した後、イオンビームエツチング法に
より3次元導波路2を形成した。誘電体バッファ層5に
は5io2’4用いて、金属膜4にはAtを用いた。磁
性膜6′には、コバルト合金をスパッタした。薄膜導波
形光アイソレータの全素子長は、0.5mmであり、そ
の構成は、ファラデー回転子部の長さ、つまp、磁性M
6’の長さは0.2聴で、薄膜偏光子部の長さ、つまり
、金属膜4の長さは0.3 ttanであった。半導体
レーザ7からの入射光に対しては、2dBのパワーの減
衰音生じた。逆方向からの光に対しては、金属膜4と導
波路2の境界面に垂直な偏光面を有する光に対しては、
30dBのパワーの減衰を生じ、該境界面に平行な偏波
面を有する光に対しては、半導体レーザ7側の出射端に
おいて、TE0モード、TMモードのパワー比が250
%であった。
〔発明の効果〕
本発明によれば、ガーネット基板、磁性ガーネット結晶
導波路、誘電体クラッド、金属膜及び磁界印加用磁石、
または、磁性膜によシ構成される薄膜導波路形光アイソ
レータにおいて、誘電体クラッドと金属クラッドの接合
部を、誘電体クラッドの浮さが除々に零になるテーパ状
にすることで、該接合部における半導体レーザからの光
の反射金防ぐので、透過性が改善される。
また、本発明によれば、ガーネット基板、磁性ガーネッ
ト結晶導波路、誘電体クラッド層、金属膜及び磁界印加
用磁石、または、磁性膜により構成される薄膜導波路形
光アイソレータにおいて、誘電体クラッドと金属クラッ
ドの接合部を誘電体クラレドの厚さが徐々に零になるテ
ーパ状にし、さらに該金属膜の他端もテーパ状にするこ
とで、逆方向からの光を短い伝搬長、0・31Tan以
下で)直線偏光にすることができるので、半導体レーザ
と同程度の太きさまで小形化される。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の模式図、第2図は、本発明の一実施
例としての光アイソレータの見取り図、第3図は、第2
図薄膜導波路形光アイソレータの半導体レーザへの設定
、及び動作原理全示した説明図である。 1・・・ガーネット基板、2・・・磁性ガーネット結晶
薄2ツド、6・・・磁界印加用磁石、6′・・・磁界印
力へ磁性膜、7・・・半導体レーザ、10−1.2,3
.4・・・TMモードの電界分布、11−1.2.3・
・・半導体レーザからの光の電界の振動方向、12−1
゜Z  j  図 第  2 ロ 不  3  図 //−I     N−2/l−3 12−312−2tz−1

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. ガーネット基板、該基板上に形成された該基板の屈折率
    よシも高い屈折率を有する磁性ガーネット結晶薄膜導波
    路、該導波路上の有限な領域に形成された該導波路の屈
    折率よりも小さい屈折率を有する誘電体り2ツド、及び
    、該誘電体クラッド上の、該磁性ガーネット導波路中を
    直線偏光が伝搬するときに、該直線偏光の偏波面がファ
    ラデー効果により45度回転するように設定された厚さ
    と長さを持つ磁石、または、磁性膜からなるファラデー
    回転部、並びに、該磁性ガーネット導波路上に金属膜を
    直接積層させた薄膜偏光子部よ構成る薄膜形光アイソレ
    ータにおいて、該磁性ガーネット導波路上の該誘電体ク
    ラッドと該金属膜が、該誘電体クラッドの厚さが徐々に
    零になるようにしたテーパ状部の上部に金属膜の一部が
    存在する接合を取り、かつ、該金属膜の該導波路と直接
    接する端部が、該金属膜の厚さが徐々に零になるような
    構成をとることを特徴とする薄膜形光アイソレータ。
JP20940982A 1982-12-01 1982-12-01 光アイソレ−タ Pending JPS59101604A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100757376B1 (ko) 2006-04-04 2007-09-11 인하대학교 산학협력단 자기광학소자의 제작방법 및 그 제작방법에 의해 제작된자기광학소자

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