KR100943847B1 - 도파로형 광대역 광아이솔레이터 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 도파로형 광대역 광아이솔레이터는 기본 동작 파장을 λ라 하였을 때, 제1 도파로를 전파하는 제1 광파와 제2 도파로를 전파하는 제2 광파와의 위상차를 3π/2로 하는 상반 이상기와, 순방향 전파파에 대하여 π/2, 역방향 전파파에 대하여 -π/2의 위상차를 부여하는 비상반 이상기를 구비하고 있다. 이에 따라, 역방향 손실의 파장 의존성을 저감시키고, 이용 가능한 동작 파장 영역을 넓힐 수 있으며, 장거리 광섬유 통신에 사용되는 1.31㎛대와 1.55㎛대의 2개의 파장대에 있어서도 동작한다.
도파로형 광아이솔레이터, 기본 동작 파장, 도파로, 광파, 상반 이상기, 순방향 전파파, 역방향 전파파

Description

도파로형 광대역 광아이솔레이터{WAVEGUIDE TYPE WIDEBAND OPTICAL ISOLATOR}
본 발명은 도파로형 광대역 광아이솔레이터에 관한 것으로서, 특히 도파로형 광아이솔레이터가 원하는 특성을 만족하여 동작하는 파장 영역을 현저하게 넓히고, 장거리 광섬유 통신에 사용되는 1.31㎛대와 1.55㎛대의 2개의 파장대에 있어서도 동작하는 도파로형 광대역 광아이솔레이터에 관한 것이다.
광아이솔레이터는 일방향으로만 광을 투과시키고, 이것과 반대 방향으로 전파하고자 하는 광을 저지하는 소자이다. 예컨대 광아이솔레이터를 반도체 레이저의 발사단에 배치함으로써 레이저로부터 출사되는 광은 광아이솔레이터를 투과하고, 이것을 광섬유 통신용 광원으로 사용할 수 있다. 반대로 광아이솔레이터를 지나 반도체 레이저에 입사하고자 하는 광은 광아이솔레이터에 의해 저지되어 반도체 레이저로 입사할 수 없다. 광아이솔레이터를 반도체 레이저의 발사단에 두지 않으면 반도체 레이저에 반사 리턴광이 입사하고, 이것이 반도체 레이저의 발진 특성을 열화시키게 된다. 즉, 광아이솔레이터는 반도체 레이저에 입사하고자 하는 광을 차단하여, 반도체 레이저의 특성을 열화시키지 않고 안정적인 발진을 유지하는 작용을 한다.
전술한 반도체 레이저에 한정되지 않고, 광증폭기 등의 광 능동 소자에 있어서는, 의도하지 않은 역방향 광이 입사함으로써 소자의 동작 특성이 열화하거나 의도하지 않은 동작을 한다. 광아이솔레이터는 일방향으로만 광을 투과하기 때문에 광 능동 소자에 의도하지 않게 반대 방향으로 광이 입사하는 것을 방지할 수 있다.
반도체 레이저와의 집적화에 적합한 광아이솔레이터로서 종래 도 1에 도시한 간섭형 광아이솔레이터(도파로형 광아이솔레이터)가 제안된 바 있다. 이 종래의 광아이솔레이터(101)는 화합물 반도체 기판(102) 상에 반도체 재료를 이용한 도파층(103)을, 도파층(103) 상에 도파로(104), 테이퍼형 분기 결합기(105)를 구비하며, 도파층(103) 상에 자기 광학 재료로 이루어지는 클래드층(106)을 더 형성하고, 클래드층(106) 상에 자기 광학 재료의 자화를 소정의 방향으로 나란히 정렬하기 위한 자계 인가 수단(107)을 설치한 것이다.
이 광아이솔레이터(이하, "도파로형 광아이솔레이터"라고 함)(101)는 광 간섭계를 구성하는 2개의 광도파로 중에 발생하는 전파 방향에 따라 크기가 달라지는 위상 변화(이하, "비상반 이상(移相) 효과"라고 함)를 이용하여 순방향 전파파에 대해서는 2개의 광도파로를 전파하는 광파가 동일 위상이 되도록, 반대 방향으로 전파하는 역방향 전파파에 대해서는 역위상이 되도록 설정된다.
도파로형 광아이솔레이터(101)의 동작 원리를 도 2(a)∼(c)에 도시하였다. 2개의 광파가 동일 위상이 되는 경우에는, 구조의 대칭성 때문에 출력측에 설치한 테이퍼형 분기 결합기(105)에 있어서 중앙의 출력단(111)으로부터 출력된다(도 2(b)). 한편, 역위상이 되는 경우에는 좌측(도파로형 광아이솔레이터(101)에 있어 서는 입력단이 되는 측)의 테이퍼형 분기 결합기(105)에 있어서 반대칭의 분포가 형성되기 때문에, 대칭 구조의 결합기(105)의 중앙 출력단(입력단)(110)으로부터는 출력되지 않고 양 사이드에 설치한 불필요 광출력단(112)으로부터 출력된다(도 2(c)). 즉, 좌측의 테이퍼형 분기 결합기(105)의 입력단(110)으로부터 입사한 광파는 우측의 테이퍼형 분기 결합기(105)의 출력단(111)으로부터 출력되고, 반대로 우측의 테이퍼형 분기 결합기(105)의 출력단(111)으로부터 입력된 광은 좌측의 테이퍼형 분기 결합기(105)의 입력단(110)으로 되돌아가지 않아 입력단(110)을 역방향 전파파로부터 아이솔레이트할 수 있다.
이상과 같은 동작은 도 2(c)에 도시한 구성에 의해 실현된다. 먼저, 간섭 광경로의 일측을 타측에 비하여 길게 함으로써 2개의 광경로 사이에 전파 방향에 의존하지 않는 위상차(상반 위상차)를 발생시킨다. 또한 자기 광학 효과를 갖는 재료(이하, "자기 광학 재료"라고 함)를 평면 형태의 광도파로 중에 배치하고, 외부로부터 도파로면 내에서 전파 방향에 직교하는 방향(횡방향)으로 자계를 인가하여 자기 광학 재료의 자화를 배향시킴으로써 비상반 이상 효과를 발생시킨다. 광의 전파 방향과 자화의 배향 방향의 관계에 따라 자기 광학 효과로 인한 비상반 이상 효과가 결정되고, 자화 방향을 유지한 채 전파 방향을 반전시키면, 비상반 이상 효과가 달라진다. 이하, 순방향 전파파와 역방향 전파파의 비상반 이상 효과의 차이를 "비상반 이상량"이라 한다.
도 2의 도파로형 광아이솔레이터(101)에서는 간섭계를 구성하는 2개의 도파로에 서로 반(反)병행하게 자계가 인가되고 있기 때문에 2개의 도파로 중을 동일한 거리 전파하였을 때의 광파의 위상차가 비상반 이상량과 일치한다. 또한 순방향 전파파에 대하여 비상반 이상 효과에 의해 2개의 도파로 사이에 +φ의 위상차가 발생하려고 하면, 역방향 전파파에 대해서는 이것과 다른 부호 -φ의 위상차가 생기게 된다.
이 자기 광학 효과에 의한 비상반 이상 효과에 더하여, 2개의 도파로에 1/4 파장에 해당하는 광경로 길이차를 둠으로써 광경로가 긴 도파로를 전파하는 광이 π/2만큼 큰 위상 변화(이하, "상반 위상차"라고 함)를 갖도록 설계되어 있다. 순방향 전파파에 대하여 광경로가 긴 도파로가 짧은 도파로에 비하여 비상반 이상 효과에 의한 위상차(비상반 위상차)(-π/2)를 발생하도록 하면, 순방향 전파파에 대하여 2개의 도파로를 전파하는 광파는 동일한 위상이 된다(분기 결합기의 중앙 출력단으로부터 출력된다). 전파 방향을 반전하면, 비상반 위상차는 부호가 반전하기 때문에 광경로가 긴 도파로가 비상반 위상차(+π/2)를 부여받는다. 이것과 광경로 길이차에 의한 +π/2의 위상차가 더해져 역위상 상태(위상차(π))로 분기 결합기에 입력되게 된다(분기 결합기의 2개의 외측 도파로로부터 출력된다). 이와 같이 정상광과 이상광을 위상차를 이용하여 아이솔레이트하고 있다. 이러한 도파로형 광아이솔레이터의 일례가 일본 특허 3407046호 공보에 기재되어 있다.
또한 이 도파로형 광아이솔레이터에 관하여 이하의 문헌 1∼4가 존재한다
문헌 1: H. Yokoi, T. Mizumoto, N. Shinjo, N. Futakuchi and Y. Nakano, "Demonstration of optical isolator, with a semiconductor guided layer that was obtained by use of a nonreciprocal phase shift," Applied Optics, vol. 39, No33, pp. 6158-6164(2000)
문헌 2: 요코이, 미즈모토, 신조, 후타쿠치, 나카노, "반도체 도파층을 갖는 광아이솔레이터의 동작 실증," 전자 정보 통신 학회 기술 연구 보고, OPE 2000-10, pp.3417-3421(2000)
문헌 3: T. Mizumoto, S. Mashimo, T. Ida and Y. Naito, "In-plane magnetized rare earth iron garnet for a waveguide optical isolator employing nonreciprocal phase shift," IEEE Trans. MAG, vol. 29, No.6, pp.3417-3421(1993)
문헌 4: T. Mizumoto and Y. Naito, "Nonreciprocal propagation characteristics of YIG thin film," IEEE Trans. On Microwave Theory and Techniques, vol. MTT-30, No. 6, pp.922-925(1982)
문헌 1 및 2에서는, GaInAsP를 도파층으로 하고, 자기 광학 재료 CeY2Fe5O12(Ce: YIG)를 상부 클래드층으로 한 광아이솔레이터를 실제로 시험 제작하여 그 특성을 측정한 결과가 보고되어 있다. 아이솔레이터의 특성으로서 4.9dB의 아이솔레이션비(=역방향 손실-순방향 손실)가 파장 1.55㎛에서 얻어진다고 되어 있다. 또한 상반 이상기의 이상량의 재현성을 밝히기 위하여, 측정에 용이한 상반 이상량(π)의 상반 이상기를 갖는 아이솔레이터 구조를 제작하고(이 경우, 아이솔레이터로는 불충분한 동작이 됨), 상반 이상량을 측정하였다.
또한 문헌 3에서는 비상반 이상 효과를 이용한 간섭형 광아이솔레이터에 있 어서, 간섭계를 구성하는 광분기 결합기로서 테이퍼형 분기 결합기를 이용한 구성을 제안하고, 그 도파로 설계를 명확하게 하였다. 또한 비상반 이상 효과는 자기 광학 재료인 자성 가닛(garnet)의 자화를 도파층내 방향(기판 표면과 평행한 방향)으로 배향시킴으로써 발현된다. 자화를 배향시키기 위하여 필요한 자계의 크기를 저감하기 위해서는 면내 자화 특성을 갖는 자성 가닛을 성장시킬 필요가 있다. 문헌 3에서는 액상 성장법으로 면내 자화 특성을 갖는 가닛(LuNdBi)3(FeAl)5O12을 성장시키는 성장 조건을 명백하게 하고, 그 결과 얻어진 자성 가닛의 특성을 개시하였다.
더욱이, 문헌 4에서는 자성 가닛(Y3Fe5O12(YIG))을 전파하는 TM 모드가 받는 비상반 이상량을 측정하고, 비상반 이상 효과를 실증하였다.
그러나, 전술한 종래의 도파로형 광아이솔레이터에서는, 도 3(a) 및 (b)에 도시한 바와 같이, 동작 파장이 설계 파장일 때에는 상기한 바와 같은 위상차가 발생하고, 도파로형 광아이솔레이터로서 이상적인 동작을 보이는데, 동작 파장이 변화하면 순방향 전파파, 역방향 전파파 모두 비상반 이상량 및 상반 이상량의 크기가 변화한다. 즉 순방향 전파파에 대하여 간섭 광경로가 동일 위상, 역방향 전파파에 대하여 역위상이라는 설계 조건으로부터 오차가 생기고, 아이솔레이터의 특성이 열화하게 되었다. 여기서, 도 3(a)의 θR은 순방향 전파파 및 역방향 전파파에 대한 동작 파장에서의 상반 위상차를, -θN은 순방향 전파파에 대한 동작 파장에서 의 비상반 위상차를, θN은 역방향 전파파에 대한 동작 파장에서의 비상반 위상차를 각각 나타내고 있다.
또한 도 3(b)에서는 상반 위상차와 비상반 위상차를 합성한 순방향 전파파와 역방향 전파파의 위상차를 나타내고 있다. 이들 2개의 광파의 파장 변화에 대한 위상차의 변화의 기울기를 비교하면, 역방향 전파파의 기울기가 순방향 전파파의 기울기에 비하여 크다. 이는 동작 파장과 설계 파장과의 차이가 커지면, 입사광의 확산 손실보다 역방향 전파파의 확산 부족에 의한 광 레이저의 발진 특성의 열화가 무시할 수 없을 정도로 커지는 것을 나타내고 있다. 따라서, 먼저 동작 파장의 변화에 따른 역방향 전파파의 확산량에 대하여 설계 파장을 1.55㎛로 한 도파로형 광아이솔레이터에 있어서 동작 파장의 변화와 그에 따른 역방향 전파파의 확산량(역방향 손실)의 특성을 도 4에 도시하였다.
역방향 전파파를 광 레이저에 조사시키지 않기 위해서는 역방향 전파파의 확산량이 일정 이상(일반적으로 요구되는 값은 30dB) 필요하다. 도 4의 특성에 의하면, 30dB 이상의 확산량을 보이는 파장은 1.54∼1.56㎛(설계 파장 1.55㎛에 대하여 ±0.01㎛)이며, 이 사이에 동작 파장이 없는 경우, 도파로형 광아이솔레이터의 역방향 전파파 확산 효과는 요구를 만족시킬 정도의 성능을 발휘할 수 없었다.
한편, 동작 파장의 변화에 따른 순방향 전파파의 입사 손실에 대하여 설계 파장 1.55㎛로 설계된 도파로형 광아이솔레이터에서의 동작 파장의 변화와 그에 따른 순방향 전파파의 입사 손실(순방향 손실)의 특성을 도 5에 도시하였다.
설계 파장으로부터 동작 파장이 벗어난 경우, 동작 파장의 변화에 대한 위상차의 기울기는 순방향 전파파에 비하여 역방향 전파파가 큰, 즉 순방향 전파파에 대하여 역방향 전파파의 파장 의존성이 높은 것은 도 4와 함께 전술하였으나, 도 5와 대비하면 그것을 현저하게 볼 수 있다. 설계 파장이 1.55㎛인 도파로형 광아이솔레이터에 있어서 동작 파장이 1.45㎛∼1.64㎛ 사이에 있는 경우의 순방향 전파파의 입사 손실은 0.1dB이면 되며, 전술한 요구를 만족하는 역방향 전파 확산 효과를 얻을 수 있는 동작 파장 1.54∼1.56㎛와 비교하면 확연한 차이가 있다.
결과적으로, "역방향 손실-순방향 손실"로 정의되는 아이솔레이션비의 파장 의존성은 역방향 손실의 파장 의존성으로 대략 결정되기 때문에 종래의 도파로형 광아이솔레이터에서는 동작 파장이 1.54∼1.56㎛를 벗어나게 되면 그 특성을 발휘할 수 없었다.
문헌 1 및 문헌 2에서는 얻어진 아이솔레이션 특성은 4.9dB로서, 실용 디바이스로는 불충분하다. 또한 아이솔레이션 특성의 측정 파장은 1.55㎛이며, 파장 특성에 대해서는 설명하지 않았다. 더욱이, 상반 이상기로서 π/2의 상반 이상기를 이용하고 있기 때문에 역방향 전파파의 파장 의존성은 해소되지 않았다.
문헌 3에서는 문헌 1 및 2와 마찬가지로 상반 이상기로서 π/2의 상반 이상기를 이용하고 있기 때문에 역방향 전파파의 파장 의존성은 해소되지 않았다. 또한 문헌 3의 자성 가닛(LuNdBi)3(FeAl)5O12에서는 패러데이 회전 계수가 -600deg/cm(파장 1.31㎛)로서, 후술하는 본 발명의 자성 가닛(Ce:YIG)의 패러데이 회전 계수 -4500deg/cm에 비하여 13% 정도이다. 이 결과, 비상반 이상기의 길이가 7.5배 가까이 길어지게 되는 문제가 있다.
또한 문헌 4는 비상반 이상 효과라는 물리 현상을 실험적으로 검증한 점에 있어서 의의가 있는데, 실제로 광아이솔레이터 등의 디바이스화에는 이르지 않았다.
도 1은 종래의 간섭형 광아이솔레이터(도파로형 광아이솔레이터)의 일례를 보인 사시 구조도이다.
도 2(a)∼(c)는 종래의 도파로형 광아이솔레이터의 동작 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 3(a) 및 (b)는 종래의 도파로형 광아이솔레이터의 동작 파장의 변화와 그에 따른 위상차 변화의 특성예를 보인 도면이다.
도 4는 종래의 도파로형 광아이솔레이터의 동작 파장의 변화와 그에 따른 역방향 전파파의 확산량(역방향 손실)의 특성예를 보인 도면이다.
도 5는 종래의 도파로형 광아이솔레이터의 동작 파장의 변화와 그에 따른 순방향 전파파의 입사 손실(순방향 손실)의 특성예를 보인 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 도파로형 광대역 광아이솔레이터의 도파로 부분의 구성예를 보인 도면이다.
도 7(a) 및 (b)는 본 발명에 따른 도파로 광대역 광아이솔레이터의 설계 파장에서의 동작 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 8(a) 및 (b)는 본 발명에 따른 도파로형 광대역 광아이솔레이터의 동작 파장의 변화와 그에 따른 위상차 변화의 특성예를 보인 도면이다.
도 9는 상반 위상차의 파장 의존성을 변화시키기 위한 상반 이상기(6)의 도파로 구조예를 보인 도면이다.
도 10은 동작 파장에 의한 도파로 등가 굴절률의 파장 의존성을 보인 특성도의 일례이다.
도 11은 Ce:YIG의 패러데이 회전 계수의 파장 의존성에 대한 특성을 보인 도면이다.
도 12는 Ce:YIG의 굴절률의 파장 의존성의 특성예를 보인 도면이다.
도 13은 도파로 폭 W=2㎛의 도파로 등가 굴절률과의 편차의 파장 의존성을 보인 특성도이다.
도 14는 상반 위상차의 파장 의존성을 조절하기 위한 기구를 보인 도면이다.
도 15는 광아이솔레이터를 구성하는 도파로 단면 구조를 보인 도면이다.
도 16은 SiO2의 굴절률의 파장 의존성의 특성예를 보인 도면이다.
도 17은 상반 위상차(θR)의 파장 의존성의 특성예를 보인 도면이다.
도 18(a) 및 (b)는 도파로의 폭과 길이를 변화시켰을 때의 상반 위상차(θR)의 파장 의존성의 변화의 모습을 보인 도면이다.
도 19는 자기 광학 재료(Ce:YIG)를 도파층으로 한 도파로형 광아이솔레이터의 일례를 보인 사시 구조도이다.
도 20은 역방향 전파파에 대한 손실량(역방향 손실량)의 특성예이다.
도 21은 순방향 전파파에 대한 손실량(순방향 손실량)의 특성예이다.
도 22는 Si를 도파층으로 한 도파로형 광아이솔레이터의 일례를 보인 사시 구조도이다.
도 23은 도파층(Si)의 굴절률의 파장 의존성의 특성예를 보인 도면이다.
도 24는 역방향 전파파에 대한 손실량(역방향 손실량)의 특성예를 보인 도면이다.
도 25는 순방향 전파파에 대한 손실량(순방향 손실량)의 특성예를 보인 도면이다.
도 26은 중심 파장 1.55㎛의 도파로형 광대역 광아이솔레이터의 역방향 손실(실선) 및 순방향 손실(파선)의 파장 의존성을 보인 도면이다.
도 27은 중심 파장 1.43㎛의 도파로형 광대역 광아이솔레이터의 역방향 손실(실선) 및 순방향 손실(파선)의 파장 의존성을 보인 도면이다.
발명의 개시
본 발명은 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 역방향 전파파의 파장 의존성을 저감시켜 이용 가능한 동작 파장 영역을 넓힘과 아울러 장거리 광섬유 통신에 사용되는 1.31㎛대와 1.55㎛대의 2개의 파장대에 있어서도 동작하는 도파로형 광대역 광아이솔레이터를 제공하는 데 있다.
본 발명은 도파로형 광대역 광아이솔레이터에 관한 것으로서, 본 발명의 상기 목적은, 기본 동작 파장을 λ라 하였을 때, 제1 도파로를 전파하는 제1 광파와 제2 도파로를 전파하는 제2 광파와의 위상차를 3π/2로 하는 상반 이상기와, 순방향 전파파에 대하여 π/2, 역방향 전파파에 대하여 -π/2의 위상차를 부여하는 비상반 이상기를 설치함으로써 달성된다.
또한 본 발명의 상기 목적은, 기본 동작 파장을 λ, x를 0 이상의 정수라 하였을 때, 제1 도파로를 전파하는 제1 광파와 제2 도파로를 전파하는 제2 광파와의 위상차를 (x+3/4)×2π로 하는 상반 이상기와, 순방향 전파파에 대하여 π/2, 역방향 전파파에 대하여 -π/2의 위상차를 부여하는 비상반 이상기를 설치함으로써, 또는 상기 비상반 이상기의 자기 광학 재료에의 자계 인가 방향을 대향 방향으로 함으로써, 또는 상기 상반 이상기를 구성하는 상기 제1 또는 제2 도파로의 도파로 폭을 일부 변화시킬 수 있음으로써, 또는 상기 상반 이상기를 구성하는 상기 제1 또는 제2 도파로의 도파로 길이를 변화시킴으로써, 또는 상기 상반 이상기가 광파의 전파 방향으로 테이퍼 도파로를 가짐과 아울러, 타측의 도파로의 일부에도 상기 테이퍼 도파로를 포함함으로써 달성된다.
본 발명에 따른 도파로형 광대역 광아이솔레이터는, 설계 파장과 동일한 동작 파장을 광아이솔레이터에 입사하였을 때, 상반 이상량으로서 3π/2를 순방향 전파파 및 역방향 전파파 모두에 부여함과 아울러, 비상반 이상량으로서 +π/2를 순방향 전파파, -π/2를 역방향 전파파 각각에 부여함으로써 2개의 도파로를 진행하는 광파는 각각 순방향 전파파에 대하여 위상차(2π), 역방향 전파파에 대하여 위 상차(π)를 부여한다. 즉, 순방향 전파파에 대해서는 동일 위상, 역방향 전파파에 대해서는 역위상이 되는 위상차를 부여한다. 이 위상차에 의해 순방향 전파파를 분기 결합기의 중앙단으로부터 출력함과 아울러 역방향 전파파를 중앙단 옆의 불필요 광출력단으로부터 출력시킨다.
순방향 전파파에 대하여 상반 이상량과 비상반 이상량의 합을 부여하고, 역방향 전파파에 대하여 상반 이상량과 비상반 이상량의 차이를 부여하기 때문에 동작 파장이 설계 파장으로부터 벗어났을 때의 동작 파장의 변이에 의한 위상 어긋남의 추이는 순방향 전파파보다 역방향 전파파의 기울기 쪽이 매끄러워진다. 이에 따라, 동작 파장이 설계 파장으로부터 벗어난 경우에도 위상차(π)로부터의 어긋남을 최소한으로 제한하고 있다.
이에 따라 역방향 손실의 파장 의존성을 억제하고, 아이솔레이션비를 정의하는 "역방향 손실-순방향 손실"의 값을 안정시켜 광대역화를 실현시키고 있다.
또한 도파로 폭을 조절하여 도파로 등가 굴절률의 파장 의존성을 변화시킴으로써 또는 도파로 길이를 변화시킴으로써 또는 도파로 폭 및 도파로 길이를 변화시킴으로써 상반 위상차의 파장 의존성을 조절하여 비상반 위상차의 파장 의존성을 없애 동작 파장에 의한 위상 변화의 어긋남의 보정을 도모하고 있다. 그 결과, 비상반 위상차 및 상반 위상차의 설계값으로부터의 편차의 절대값이 같아지도록 파장 의존성을 조정하고, 광아이솔레이터의 광대역화를 도모하고 있다.
이하, 본 발명에 따른 도파로형 광대역 광아이솔레이터에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 본 발명에 따른 도파로형 광대역 광아이솔레이터의 전체 구성은 자계 인가 방향을 역방향으로 하는 것 이외에는 종래의 도 1과 동일한 구성이며, 설명은 생략하기로 한다 ·.
도 6은 도파로형 광대역 광아이솔레이터의 도파로 부분에 관한 구성을 보인 도면이고, 도 7(a) 및 (b)는 설계 파장에서의 동작 원리를 보인 도면이다.
도파로형 광대역 광아이솔레이터(1)의 도파로 부분은 광 레이저의 입사광에 대하여 이상광이 되는 반사광 등을 확산시키는 불필요 광출력단(2)과, 광 레이저의 입력단 및 출력단이 되는 중앙단(3)과, 순방향 전파파 및 역방향 전파파의 분기, 결합을 행하는 분기 결합기(4)와, 순방향 전파파 및 역방향 전파파에 대하여 자계를 인가함으로써 위상차를 발생시키는 비상반 이상기(5)와, 분기 결합기(4)에 의해 분기된 2개의 순방향 전파파 및 역방향 전파파 각각에 광경로 길이차에 의해 상반 위상차를 발생시키는 상반 이상기(6)로 구성되어 있다.
비상반 이상을 부여하는 비상반 이상기(5)는 자계의 인가 방향을 대향 방향으로 하고, 2개의 도파로를 진행하는 설계 파장을 갖는 순방향 전파파 사이에 +π/2의 위상차를 부여하며, 역방향 전파파 사이에 -π/2의 위상차를 부여한다.
한편, 상반 이상기(6)는 설계 파장을 갖는 순방향 전파파 및 역방향 전파파 모두에 3π/2의 위상차를 쌍방에 부여한다. 따라서, 상반 이상기(6)는 2개의 도파로 사이에 광경로 길이차는 3λ/4(이하, "설계 파장"을 λ라 함)를 발생시키도록 설계되어 있다.
결과적으로, 순방향 전파파는 입력측의 중앙단(3)으로부터 입사되고, 분기 결합기(4)에 의해 분기된 후, 상반 이상기(6)에 의해 3π/2의 위상차가 부여되고, 비상반 이상기(5)에 의해 +π/2의 위상차가 부여된다. 출력측의 분기 결합기(4)에 있어서 결합될 때에는 2π의 위상차가 순방향 전파파에 대하여 발생하고 있다. 2π의 위상차는 위상차 0과 같은 의미이므로 출력측의 중앙단(3)으로부터 출력된다(도 7(a)).
반대로, 역방향 전파파(반사 리턴광)는 출력측의 중앙단(3)으로부터 입사하며, 분기 결합기(4)에 의해 분기된 후, 상반 이상기(6)에 의해 3π/2의 위상차가 부여되고, 비상반 이상기(5)에 의해 -π/2의 위상차가 부여된다. 입력측의 분기 결합기(4)에 있어서 결합될 때에는 π의 위상차가 역방향 전파파에 대하여 발생하고 있다. 이에 따라, 역방향 전파파는 입력측의 불필요 광출력단(2)으로부터 확산된다(도 7(b)).
또한, 간편함을 위하여 상반 이상기(6)의 광경로 길이차는 설계 파장(λ)에 대하여 3λ/4를 사용하였으나, 상반 이상기(6)에 의해 주어지는 광경로 길이차는 하기 (1)식의 길이를 가지면 된다.
(x+3/4)λ …(1)
단, x는 0 이상의 정수이다.
이에 따라, (x+3/4)×2π의 상반 위상차를 순방향 전파파 및 역방향 전파파의 쌍방에 얻을 수 있다.
또한 비상반 이상기에 의한 비상반 위상차를 π/2의 홀수배(3 이상)로 하여 도파로형 광대역 광아이솔레이터(1)를 구성하는 것도 가능하다. 그러나 원하는 비상반 이상량을 얻기 위하여 필요한 전파 거리는 동일한 크기의 상반 이상량을 얻기 위하여 필요한 전파 거리에 비하여 3자리 이상 길기 때문에 비상반 위상차를 π/2의 홀수배(3 이상)로 하는 방법은 현실적이지 않다. 또한, 이하에서는 간편함을 위하여 상반 이상기(6)에 의한 위상 변화는 3π/2를 이용하여 상세하게 설명하기로 한다.
이 도파로형 광대역 광아이솔레이터(1)의 상반 위상차(θR)와 비상반 위상차(순방향 전파(θN), 역방향 전파(-θN))의 파장 저하성의 특성예를 도 8(a) 및 (b)에 나타내었다. 상반 위상차와 비상반 위상화의 파장 의존성은 상반 이상기(6)에서의 동작 파장의 변화에 대한 상반 이상량의 추이의 기울기(θR)와, 비상반 이상기(5)에서의 동작 파장의 변화에 대한 비상반 이상량의 추이의 기울기(순방향 전파(θN), 역방향 전파(-θN))로 표시된다(도 8(a)). 상반 위상차와 비상반 위상차의 파장 의존성은 θR의 기울기와 θN의 기울기가 동일한 부호를 가지고 있기 때문에 역방향 전파파에 발생하는 위상차(-θN+θR)의 파장 의존성을 저감할 수 있다. 따라서, 상반 위상차가 π/2인 경우에 비하여 순방향 전파파에 있어서 발생하는 위상차의 파장 의존성은 증가하나, 역방향 전파파에 있어서 발생하는 위상차의 파장 의존성은 저감된다. 이와 같이 하여 도파로형 광아이솔레이터의 동작 파장 영역을 광대역화할 수 있다.
도 9는 상반 위상차의 파장 의존성을 변화시키기 위한 상반 이상기(6)의 도파로 구조를 보인 도면이다.
전술한 바와 같이, 설계 파장(λ)에 있어서 상반 이상기(6)에서 광파에 대하여 3π/2의 상반 위상차를 부여하기 위해서는, 상반 이상기(6)가 3λ/4의 도파로 길이를 갖는 것만으로 실현 가능하다. 그러나, 설계 파장(λ)으로부터 동작 파장이 벗어난 경우, 비상반 이상기(5) 및 상반 이상기(6) 모두에 얻어지는 위상차는 설계 파장의 이상량(π/2 및 3π/2)으로부터 어긋남을 발생시킨다. 이 어긋남은 전술한 비상반 이상기(5) 및 상반 이상기(6)에 의한 이상량에 의해 없앨 수 있는데, 보다 효과적으로 없애기 위하여 상반 이상기(6)를 미조정한다. 이는 상반 이상기(6)의 도파로 폭을 변화시키고, 그에 따른 도파로 등가 굴절률을 변화시켜 위상차의 편차를 작게 함으로써 실현된다.
상반 이상기(6)는 타측의 도파로에 대하여 도파로 폭을 변화시키고, 전파 상수(β1), 광경로 길이(L1)로 한다. 이 상반 이상기(6)는 입력측의 분기 결합기(4)에 의해 분기된 도파로의 일측에 설치되며, 전파하는 순방향 전파파 및 역방향 전파파에 대하여 쌍방에 동일한 위상차를 발생시킨다. 상반 이상기(6)에 의한 상반 이상 효과는 하기 (2)식에 의해 결정되며, 그 파장 의존성은 "2π/파장×도파로 등가 굴절률"의 항에 나타난다.
2π/파장×도파로 등가 굴절률×광경로 길이…(2)
즉, 일반적으로 동일한 도파로에서 생각하면, "2π/파장×도파로 등가 굴절률"의 값은 단파장측에서 커진다.
공기(상부 클래드층)/Ce:YIG(도파층)/((Ca, Mg, Zr)-doped Gd3Ga5O12)(NOG) 기판(하부 클래드층)을 일례로 하여, 도파로 폭 2.0㎛, 도파층 두께 0.48㎛, 리브 높이 0.06㎛에서의 동작 파장에 의한 도파로 등가 굴절률의 파장 의존성을 도 10에 도시하였다. 이와 같이 파장이 길어지면 도파로 등가 굴절률은 감소한다. 즉 파장이 짧아지면 "2π/파장"은 증대하고, 적산되는 도파로 등가 굴절률도 단파장측에서 크기 때문에 "2π/파장×도파로 등가 굴절률"의 값도 단파장측에서 커진다.
한편, 비상반 이상기(5)에 의한 비상반 이상 효과의 파장 의존성은 자기 광학 재료(자성 가닛)의 자기 광학 계수의 파장 의존성에 의해 대략 결정되며, 단파장측에서 큰 비상반 이상 효과가 얻어진다. 자기 광학 가닛(Ce:YIG)의 패러데이 회전수의 파장 의존성을 나타내는 특성예를 도 11에, Ce:YIG의 굴절률의 파장 의존성을 나타내는 특성예를 도 12에 도시하였다.
여기서, 비상반 이상기(5) 및 상반 이상기(6)에 의한 역방향 전파파에 대하여 생각해 보면, 비상반 이상량과 상반 이상량을 근사시킴으로써 설계 파장(λ)으로부터 동작 파장이 벗어난 경우에도 위상차(π)와의 편차를 작게 할 수 있다. 따라서, 상반 이상기(6)의 도파로 폭을 변화시킴으로써 도파로 등가 굴절률을 변화시켜 하기 (3)식으로 함으로써 역방향 전파파에 대한 파장 의존성을 상쇄하고 있다.
2π/파장×도파로 등가 굴절률×광경로차-비상반 위상차≒π…(3)
공기(상부 클래드층)/Ce:YIG(도파층)/NOG 기판(하부 클래드층)을 일례로 하여 도파로 폭을 2.2㎛, 2.4㎛, 3.0㎛라 하였을 때의 도파로 등가 굴절률과 도파로 폭 2.0㎛의 도파로 등가 굴절률과의 편차의 파장 의존성의 특성예를 도 13에 도시하였다. 이 도파로 등가 굴절률의 파장 의존성을 이용하여 도파로 등가 굴절률의 항을 조절하고, 비상반 이상 효과의 파장 의존성에의 근사를 실현하고 있다.
도파로형 광대역화 광아이솔레이터의 동작 영역을 더욱 광대역화하기 위해서는 상반 위상차를 도파로의 폭 뿐만 아니라 길이도 변화시킴으로써 조절한다. 상반 이상기(6)에 대향하는 도파로에 도파로 폭이 바뀌지 않는 광경로 길이(L2)를 갖는 조정부(8)를 설치한다. 상반 이상기(6) 이외의 도파로의 전파 계수를 β2라 하였을 때, 설계 파장(λ)에 있어서 하기 (4)식이 성립한다.
β1×L1-β2×L2=3π/2…(4)
그리고, 파장이 변화한 경우의 상반 위상차(β1×L1-β2×L2=3π/2)로부터의 편차가 비상반 위상차의 π/2로부터의 편차와 같아지도록 도파로의 폭과 길이를 변화시켜 상반 이상기(6)의 도파로 변화에 대한 미조정을 행한다.
결과적으로, 분기 결합기(4) 사이의 상반 이상기(6)를 제외한 부분의 하나의 광경로 길이를 L0이라 하면, 상반 이상기(6)측 도파로의 분기 결합기(4) 사이의 광경로 길이(L0)는 하기 (5)식이 된다.
L01=전파 상수(β2)의 구간(L0)+전파 상수(β1)의 구간(L1)(상반 이상기(6))…(5)
또한, 타측 도파로의 분기 결합기(4) 사이의 광경로 길이(L02)는 하기 (6)식이 된다.
L02=전파 상수(β2)의 구간(L0)+전파 상수(β2)의 구간(L2)(조정부(8))…(6)
또한, 도파로 폭을 변화시키는 경우, 급격하게 변화시키면 그 부분에서 전파광의 반사나 방사가 발생하여 전파 손실로 이어지게 된다. 따라서, 도파로가 다른 구간의 접속 부분에 순방향 전파파 및 역방향 전파파의 전파 방향에 대하여 서서히 도파로 폭이 변화하는 테이퍼 도파로(7)를 삽입한다. 또한 이 테이퍼 도파로(7)에 의해 상반 이상기(6) 측에 의도하지 않은 위상차가 발생하게 되기 때문에 나머지 일측의 도파로에도 테이퍼 도파로(7)를 삽입한다. 이에 따라 테이퍼 도파로(7)를 삽입함에 따른 2개의 도파로의 언밸런스를 보상하고 있다.
여기서 구체적으로, 도파로의 폭과 길이를 변화시켰을 때, 상반 위상차의 파장 의존성이 어떻게 변화하는지를 계산한 결과를 설명한다. 여기서 생각하는 도파로형 광대역 광아이솔레이터의 도파로 구조를 도 14에 도시하였다. 여기서는 합분기부에 테이퍼형 분기 결합기를 사용하는 대신, 다모드 간섭 결합기(MMI 커플러)(9)를 사용한다. 다모드 분기 결합기를 사용하면, 파장 의존성이 작은 합분기 특성이 실현된다. 도파로(1)의 폭(W1)과 길이(L1)를 변화시킴으로써 상반 위상차를 조절한다. 광아이솔레이터의 도파로 단면 구조를 도 15에 도시하였다. 자기 광학 재료(Ce:YIG)를 도파층으로 하고, 상부 클래드층으로서 SiO2를, Ce:YIG를 결정 성장시키는 NOG 기판을 하부 클래드층으로 한다. 상반 위상차의 계산에는 Ce:YIG의 굴절률의 파장 의존성(도 12), SiO2의 굴절률의 파장 의존성(도 16)을 이용한다. 상반 위상차(θR) 및 비상반 위상차(θN)의 전형적인 파장 의존성은 도 17에 도시된다. 도 3 및 도 8에서는 이들 위상차의 파장 의존성은 간단화를 위하여 직선으로 표시하였으나, 실제의 도파로에서는 도 17에 도시한 바와 같이 파장 의존성은 곡선적인 변화를 보인다. 도파로(1)의 폭(W1)을 변화시키면 상반 위상차는 도 18(a)와 같은 파장 의존성을 나타낸다. 또한 도파로(1)의 길이(L1)를 변화시키면 상반 위상차는 도 18(b)과 같은 파장 의존성을 나타낸다. 이와 같이 상반 위상차의 도파로 폭 및 길이에 대한 의존성을 이용하면, 역방향 전파광의 위상차가 이상값(π)과 일치하도록 설계할 수 있다.
이를 이용하여 1.31㎛대(1.26∼1.36㎛)와 1.55㎛대(1.53∼1.625㎛)의 2개의 파장대를 커버하는 전체 파장 영역에 걸쳐 30dB 이상의 역방향 손실을 갖는 도파로형 광대역 광아이솔레이터를 제조할 수 있다. 이에 따라 장거리 광섬유 통신에 사용되는 1.3l㎛대와 1.55㎛대의 2개의 파장대에 있어서도 동작한다.
이하, 본 발명의 도파로형 광대역 광아이솔레이터를 이용한 실시예를 설명한다.
[실시예 1]
도 19에 도시한 자기 광학 재료(Ce:YIG(CeY2Fe5O12)를 도파층으로 한 도파로형 광아이솔레이터에서의 광대역화를 실시예 1로서 설명한다.
Ce:YIG는 자기 광학 재료이기 때문에 Ce:YIG에 의한 패러데이 회전 계수의 파장 의존성을 고려할 필요가 있다. Ce:YIG에 의한 패러데이 회전 계수의 파장 의 존성에 대해서는 도 11에 도시한 값을 취하는 Ce:YIG를 이용하였다. 또한, Ce:YIG의 굴절률의 파장 의존성에 대해서는 도 12에 도시한 값을 취하는 Ce:YIG를 이용하였다. 이들을 고려하여, Ce:YIG를 도파층으로 한 도파로형 광아이솔레이터를 생각하였다.
도파로의 층 구조는 공기(상부 클래드)/Ce:YIG(도파층)/NOG(하부 클래드)로 하였다. 또한 역방향 전파파에 대한 파장 의존성을 가능한 한 작게 억제하기 위하여 도 9의 상반 이상기(6)를 L1=10.0㎛, L2=10.59㎛, W1=2.4㎛, W2:2.0㎛(W1은 상반 이상기(6)의 도파로 폭, W2는 상반 이상기 이외의 도파로 폭)로 하였다. 또한 Ce:YIG 도파층의 두께를 0.48㎛로 하였다.
이 설계에 의해 얻어지는 도파로형 광아이솔레이터의 역방향 전파파에 대한 손실량(확산량)의 특성예를 도 20에, 순방향 전파파에 대한 손실량(순방향 손실량)의 특성예를 도 21에 각각 도시하였다.
이 도파로형 광대역 광아이솔레이터에서는 파장 1.40∼1.63㎛에 걸쳐 30dB 이상의 역방향 손실(확산량)을 얻을 수 있다(종래의 광아이솔레이터에서는 파장 1.54∼1.56㎛에서 역방향 손실 30dB 이상). 반대로, 순방향 전파파에 대한 파장 의존성은 종래형이 작으며，이 도파로형 광대역 광아이솔레이터에서는 역방향 손실(확산량) 30dB 이상의 대역 내에서 삽입 손실량이 가장 큰 대역단(파장 1.40㎛)에서 1.3dB 정도로 증가한다(종래형에서는 동일한 파장에서 0.1dB). 그러나, 역방향 손실-순방향 손실로 정의되는 아이솔레이션비의 파장 의존성은 역방향 손실의 파장 의존성에 의해 대략 결정되며, 대폭적인 광대역화가 실현된다. 또한, 순방향 전파파의 손실량은 광증폭기 등으로 메울 수 있기 때문에 큰 문제는 되지 않는다.
[실시예 2]
도 22에 도시한 Si를 도파층으로 한 도파로형 광아이솔레이터에서의 광대역화를 실시예 2로서 설명한다.
이 도파로형 광아이솔레이터의 층 구조는 Ce:YIG(상부 클래드)/Si(도파층)/SiO2(하부 클래드층)이다. 상부 클래드(Ce:YIG)의 패러데이 회전 계수의 파장 의존성은 도 11을 이용하여 전술한 값을 취하는 Ce:YIG를 이용하고, 도파층(Si)의 굴절률의 파장 의존성에 대해서는 도 23에 도시한 값을 취하는 Si를 이용하고, 기판(SiO2)의 굴절률의 파장 의존성에 대해서는 도 16에 도시한 값을 취하는 SiO2를 이용하였다. 이 도파로형 광아이솔레이터는 SOI 웨이퍼(Si/SiO2/Si)로 형성되는 초소형 광아이솔레이터의 일례이며, 실리콘 포토닉스 광회로용 광아이솔레이터로서 사용된다. 또한, 도 22에서는 분기 결합기(4)에 다모드 간섭 결합기(MMI 커플러)를 사용하고 있으나, 본 발명의 위상차 파장 의존성 평탄화에 의한 아이솔레이터의 광대역화에는 영향을 주지 않는다. 이 구조를 갖는 도파로형 광아이솔레이터에 대하여 생각하였다.
역방향 전파파의 파장 의존성을 가능한 한 작게 억제하도록 도 9의 상반 이상기(6)를 L1=3.30㎛, L2=4.084㎛, W1=0.8㎛, W2=0.6㎛(W1은 상반 이상기(6)의 도파 로 폭, W2는 상반 이상기 이외의 도파로 폭)로 하였다. 또한 Si 도파층의 두께는 0.2㎛로 하였다.
이 설계에 의해 얻어지는 도파로형 광아이솔레이터의 역방향 전파파에 대한 손실량(확산량)의 특성예를 도 24에, 순방향 전파파에 대한 손실량(순방향 손실량)의 특성예를 도 25에 각각 도시하였다.
이 도파로형 광대역 광아이솔레이터에서는 파장 1.485∼1.63㎛에 걸쳐 30dB 이상의 역방향 손실(확산량)을 얻을 수 있다(종래의 광아이솔레이터에서는 파장 1.54∼1.56㎛에서 역방향 손실 30dB 이상). 반대로, 순방향 전파파에 대한 파장 의존성은 종래형이 작으며, 이 도파로형 광대역 광아이솔레이터에서는 역방향 손실(확산량) 30dB 이상의 대역 내에서 삽입 손실량이 가장 큰 대역단(파장 1.485㎛)에서 0.5dB 정도로 증가한다(종래형에서는 동일한 파장에서 0.05dB). 그러나 역방향 손실-순방향 손실로 정의되는 아이솔레이션비의 파장 의존성은 역방향 손실의 파장 의존성에 의해 대략 결정되며, 대폭의 광대역화가 실현된다. 또한 순방향 전파파의 삽입 손실량은 광증폭기 등으로 메울 수 있기 때문에 큰 문제는 되지 않는다. 또한, GaInAsP를 도파층으로 한 도파로형 광아이솔레이터는 이 Si 도파층을 이용한 도파로형 광아이솔레이터의 변형이며, 동일한 효과가 있다고 생각된다.
[실시예 3]
중심 파장 1.55㎛의 도파로 광대역 광아이솔레이터의 특성을 개시한다. 도파로의 구조는 도 14에서 L1=900㎛, L2=899.55㎛, W1=2.4㎛, W2=2.0㎛, Lt=10㎛로 한 것이다. 이 설계로 얻어지는 도파로형 광아이솔레이터에 입사한 광파의 손실의 파장 의존성을 도 26에 도시하였다. 역방향 전파파에 대한 손실량이 실선, 순방향 전파파에 대한 손실량이 파선으로 도시된다. 파장 1.4㎛∼1.65㎛에 걸쳐 역방향 손실은 일반적으로 요구되는 값 30dB를 크게 웃돌고 있다. 입사광의 파장의 1.55㎛로부터의 어긋남이 커짐에 따라 순방향 손실이 커지는데, 역방향 손실량-순방향 손실량으로 정의되는 아이솔레이션비의 파장 의존성은 역방향 손실의 파장 의존성에 의해 대략 결정되며, 대폭적인 광대역화가 실현된다. 또한, 순방향 전파파의 삽입 손실량은 광 증폭기 등으로 메울 수 있기 때문에 큰 문제는 되지 않는다.
[실시예 4]
중심 파장 1.43㎛의 광아이솔레이터의 특성을 개시한다. 도파로의 구조는 도 14에서 L1=930㎛, L2=929.72㎛, W1=3.0㎛, W2=2.0㎛, Lt=10㎛로 한 것이다. 이 설계로 얻을 수 있는 도파로형 광아이솔레이터에 입사한 광파의 손실의 파장 의존성을 도 27에 도시하였다. 역방향 전파파에 대한 손실량이 실선, 순방향 전파파에 대한 손실량이 파선으로 도시된다. 역방향 손실이 일반적으로 요구되는 값 30dB를 웃돌고 있는 범위는 1.31㎛대(1.26∼1.36㎛)와 1.55㎛대(1.53∼1.625㎛)의 2개의 파장대에 걸쳐 있다. 입사광의 파장의 1.43㎛로부터의 어긋남이 커짐에 따라 순방향 손실이 커지는데, 역방향 손실량-순방향 손실량으로 정의되는 아이솔레이션비의 파장 의존성은 역방향 손실의 파장 의존성은 역방향 손실의 파장 의존성에 의해 대략 결정되며, 대폭의 광대역화가 실현된다. 또한, 순방향 전파파의 삽입 손실량은 광 증폭기 등으로 메울 수 있기 때문에 큰 문제는 되지 않는다.
이상과 같이 본 발명의 도파로형 광대역 광아이솔레이터에 의하면, 종래의 설계 파장 1.55㎛의 도파로형 광아이솔레이터에서는 역방향 전파파의 확산량(역방향 손실) 30dB 이상의 동작 대역이 설계 파장의 전후로 약 20nm(약 1.54∼1.56㎛)이었던 데 반해, 200nm 이상의 동작 대역을 얻을 수 있다.
도파로 구조에서는 도파로 길이를 변화시킴으로써 상반 위상차 3π/2를 얻어 비상반 이상차를 얻는 자계의 인가 방향을 대향 방향으로 하였다. 결과적으로 순방향 전파파에 2π, 역방향 전파파에 π의 위상차가 주어진다.
나아가서는, 상반 이상기의 도파로 폭을 일부 변화시킴으로써 또는 도파로의 길이를 변화시킴으로써 또는 도파로 폭 및 도파로의 길이를 변화시킴으로써 상반 이상기에 의한 위상 변화의 파장 의존성을 비상반 이상기의 파장 의존성과 상쇄함으로서 역방향 전파파에 대한 파장 의존성의 저감화에 성공하였다.
또한 도파로 폭이 변화함으로써 일어나는 전파광의 반사나 방사를 테이퍼형 도파로를 도입함으로써 억제하는 것에 성공하였다.
광아이솔레이터에서는 순방향 손실을 다소 희생하여도 역방향 손실(확산량)을 크게 할 것이 요구되는 경우가 많아 서로의 파장 의존성을 없애도록 하여 광대역화를 도모하는 것이 가능하다.

Claims (8)

  1. 도파로형 광아이솔레이터에 있어서,
    기본 동작 파장을 λ라 하였을 때, 제1 도파로를 전파하는 제1 광파와, 제2 도파로를 전파하는 제2 광파와의 위상차를 3π/2로 하는 상반 이상기와,
    순방향 전파파에 대하여 π/2, 역방향 전파파에 대하여 -π/2의 위상차를 부여하는 비상반 이상기를 구비한 것을 특징으로 하는 도파로형 광대역 광아이솔레이터.
  2. 도파로형 광아이솔레이터에 있어서,
    기본 동작 파장(λ)에 있어서, x를 0 이상의 정수라 하였을 때, 제1 도파로를 전파하는 제1 광파와, 제2 도파로를 전파하는 제2 광파와의 위상차를 "(x+3/4)×2π"로 하는 상반 이상기와,
    순방향 전파파에 대하여 π/2, 역방향 전파파에 대하여 -π/2의 위상차를 부여하는 비상반 이상기를 구비한 것을 특징으로 하는 도파로형 광대역 광아이솔레이터.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 비상반 이상기의 자기 광학 재료에의 자계 인가 방향을 대향 방향으로 하는 것을 특징으로 하는 도파로형 광대역 광아이솔레이터.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 상반 이상기는 상기 제1 또는 제2 도파로의 도파로 폭에 대하여 상기 도파로 폭 이상의 소정 도파로 폭을 가지며, 도파로 등가 굴절률을 변화시킨 것을 특징으로 하는 도파로형 광대역 광아이솔레이터.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 상반 이상기가 광파의 전파 방향으로 테이퍼 도파로를 가짐과 아울러, 타측의 도파로의 일부에도 상기 테이퍼 도파로를 포함하는 것을 특징으로 하는 도파로형 광대역 광아이솔레이터.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 제1 도파로가 상기 상반 이상기를 포함하고, 상기 제2 도파로가 상기 상반 이상기에 의한 위상 변화를 조정하는 조정부를 가지며, 상기 상반 이상기를 포함하지 않는 상기 제1 도파로의 분기 결합기 사이에서의 광경로 길이를 L0, 전파 상수를 β2, 상기 상반 이상기의 광경로 길이를 L1, 전파 상수를 β1, x를 0 이상의 정수라 하였을 때, 상기 조정부가 "β1×L1-β2×L2=(x+3/4)×2π"를 만족하는 광경로 길이(L2), 도파로 전파 상수(β2)를 갖는 것을 특징으로 하는 도파로형 광대역 광아이솔레이터.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 상반 이상기를 구성하는 상기 제1 또는 제2 도파로의 도파로의 폭과 길이를 변화시켜 상반 위상차를 조절한 것을 특징으로 하는 도파로형 광대역 광아이솔레이터.
  8. 제 7 항에 있어서, 파장이 1.31㎛대와 1.55㎛대의 2개의 파장대에 있어서 동작하는 것을 특징으로 하는 도파로형 광대역 광아이솔레이터.
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