JP2758457B2 - Waveguide type optical circulator - Google Patents
Waveguide type optical circulatorInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は光通信の分野において１本の光線路で双方向
通信を可能とする光サーキュレータに関するものであ
る。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an optical circulator that enables two-way communication with one optical line in the field of optical communication.
（従来の技術） 従来この種の装置は、第６図に示すように個別部品を
組み合わせたバルク型と呼ばれるもののみ実用に供され
ている。バルク型光サーキュレータは光軸を中心に互い
に45度だけ回転した位置にある２個の偏光プリズム等の
偏光分離素子2,2′と、これらの間に挟まれた非相反45
度偏光面回転素子として機能する磁界Ｈが印加された磁
気光学結晶３とにより構成されている。偏光分離素子2,
2′には光線１の偏光方向によって光路を変える機能が
あるので、第６図のように光の入出射部を，，，
と定めると、光は→、→、→、→と
進み、サーキュレータとして機能する。また、第６図に
示す構成では、光の入出射端が同一平面上になく、実用
上使いにくいので、第７図に示すような磁気光学結晶３
と偏光分離素子２′の間に相反45度回転素子として機能
する光学活性結晶４を挿入し、光の入出射端が同一平面
上になるようにした光サーキュレータも作製されてい
る。しかし、この種の光サーキュレータは、各入出射部
において単一偏光であるような光にしか機能しないの
で、無偏光状態の光を用いる光通信では使用に適さない
こと、磁気光学結晶３、光学活性結晶４および偏光分離
素子2,2′が高価であるので、光サーキュレータ自体も
高価になること、レンズを使ってファイバ等と結合して
いるので、全体の寸法が例えば40mm×20mm×20mm程度の
大型となること、レンズおよびファイバと組み合わせる
際のアライメントが難しいこと等の欠点があった。(Prior Art) Conventionally, as shown in FIG. 6, this type of apparatus has been put to practical use only in what is called a bulk type in which individual parts are combined. The bulk-type optical circulator is composed of two polarization separating elements 2, 2 'such as polarizing prisms which are rotated by 45 degrees with respect to the optical axis, and a non-reciprocal 45 interposed therebetween.
And a magneto-optical crystal 3 to which a magnetic field H functioning as a polarization plane rotation element is applied. Polarization separation element 2,
2 'has a function of changing the optical path depending on the polarization direction of the light beam 1. Therefore, as shown in FIG.
Then, the light travels in the order of →, →, →, →, and functions as a circulator. In addition, in the configuration shown in FIG. 6, the light input / output end is not on the same plane, and it is practically difficult to use. Therefore, the magneto-optical crystal 3 shown in FIG.
An optical circulator in which an optically active crystal 4 functioning as a reciprocal 45-degree rotating element is inserted between the optical circulator and the polarization splitting element 2 'so that the light input / output ends are on the same plane is also manufactured. However, since this type of optical circulator functions only for light having a single polarization at each input / output section, it is not suitable for use in optical communication using unpolarized light. Since the active crystal 4 and the polarization separation elements 2, 2 'are expensive, the optical circulator itself is also expensive, and since it is coupled to a fiber or the like using a lens, the overall dimensions are, for example, about 40 mm × 20 mm × 20 mm. However, there are drawbacks such as the large size of the lens and difficulty in alignment when combined with the lens and the fiber.
これらの欠点を一部改善するため、第８図に示すよう
に特殊な偏光分離素子２を用いて入射光を互いに直交す
る二つの直交偏光成分に分離し、磁気光学結晶3,3′、
光学活性結晶4,4′を透過させた後、偏光分離素子２′
で合波させる構成が提案され、偏光依存性の無い光サー
キュレータが実現できることが確認されている（電子通
信情報学界研究技術報告OQE78−149）。しかし、このよ
うな改善を行っても本質的にバルク型であることに変わ
りはなく、アライメントの困難さ等の欠点は解決されて
いない。In order to partially improve these drawbacks, as shown in FIG. 8, a special polarization separation element 2 is used to separate incident light into two orthogonal polarization components orthogonal to each other.
After transmitting the optically active crystals 4, 4 ', the polarized light separating element 2'
Has been proposed, and it has been confirmed that an optical circulator having no polarization dependence can be realized (Research Report OQE78-149). However, even if such an improvement is made, it is still a bulk type, and the drawbacks such as difficulty in alignment have not been solved.
また近年、光伝送システムの研究開発の発展はめざま
しく、光部品の導波路化が検討される折りから、レー
ザ、ファイバ等の導波路型光部品に直接結合することの
できる導波路型光サーキュレータの実現が強く望まれて
いる。導波路型光サーキュレータを構成しようとした試
みとしては、第９図に示すような二つのハイブリッド結
合器6,6′と二つの非相反位相器7,7′とにより構成され
たものが提案されているが、実際に作製された例はな
い。しかも、第９図に示す導波路型光サーキュレータ
は、非相反位相器の非相反位相変化を引き起こすのに、
磁気光学導波路におけるTMモードの位相シフトを利応す
るので、第９図に示す導波路型光サーキュレータは、原
理的にTMモードのみでしか動作せず、偏光依存性がある
という欠点があった。In recent years, research and development of optical transmission systems has been remarkable, and since the conversion of optical components into waveguides has been considered, waveguide-type optical circulators that can be directly coupled to waveguide-type optical components such as lasers and fibers are being developed. Realization is strongly desired. As an attempt to construct a waveguide-type optical circulator, one composed of two hybrid couplers 6, 6 'and two non-reciprocal phase shifters 7, 7' as shown in FIG. 9 has been proposed. However, there is no example actually manufactured. Moreover, the waveguide type optical circulator shown in FIG. 9 causes non-reciprocal phase change of the non-reciprocal phase shifter.
Since the phase shift of the TM mode in the magneto-optical waveguide is utilized, the waveguide type optical circulator shown in FIG. 9 has a drawback that it operates only in the TM mode in principle and has polarization dependence. .
（発明が解決しようとする課題） 本発明は、すべての構成要素が単一モード導波路から
なる小型で低価格な実用に供し得る、偏光依存性の無い
３次元導波路型光サーキュレータを提供することにあ
る。(Problems to be Solved by the Invention) The present invention provides a three-dimensional waveguide type optical circulator having no polarization dependence, which can be used for practical use at a small size and at a low cost, in which all components are formed of a single mode waveguide. It is in.
（課題を解決するための手段） 本発明の導波路型光サーキュレータは、基板上に形成
されたクラッド層にコア部が埋設されてなる石英系ガラ
ス単一モード導波路に、前記クラッド層の一部にコア部
に沿って所定の長さの応力開放溝を形成した相反モード
変換器２組と、磁性ガーネットの単一モード導波路から
なる非相反モード変換器２組と、前記石英系単一モード
導波路の光入射端および光出射端に形成した２個の光方
向性結合器および２本の単一モード導波路からなるマッ
ハツェンダー干渉計を含んだモード選択部とにより構成
する。(Means for Solving the Problems) A waveguide-type optical circulator of the present invention includes a cladding layer formed on a substrate and a core portion buried in a silica-based glass single-mode waveguide. Two sets of reciprocal mode converters each having a stress-releasing groove of a predetermined length formed along the core portion at the portion thereof, two sets of non-reciprocal mode converters comprising a single mode waveguide of magnetic garnet, The mode waveguide includes two light directional couplers formed at the light input end and the light output end of the mode waveguide, and a mode selector including a Mach-Zehnder interferometer composed of two single mode waveguides.
第１図は本発明の基本構成を示す図であって、8,8′
はモード選択部、９は非相反モード変換器、10は相反モ
ード変換部である。モード選択部8,8′は、それぞれ２
個の光方向性結合器11,11′,11″,11と、２本の単一
モード導波路12,12′とからなるマッハツェンダー干渉
計を含んだ構成となっている。光方向性結合器11,11′,
11″,11は、結合部の長さを結合長の半分にすること
により、3dBカップラーとして機能するように設定され
ている。マッハツェンダー干渉計の２本の単一モード導
波路12,12′は、それぞれを伝搬する導波光の相対的位
相差が、電界の主成分が基板面の法線21に垂直な準TEモ
ードについてπ、電界の主成分が基板面の法線21に平行
な準TMモードについて０となるように設定されている。FIG. 1 is a diagram showing the basic configuration of the present invention,
Is a mode selector, 9 is a non-reciprocal mode converter, and 10 is a reciprocal mode converter. The mode selection units 8, 8 '
The configuration includes a Mach-Zehnder interferometer including two optical directional couplers 11, 11 ', 11 ", 11 and two single-mode waveguides 12, 12'. Vessels 11,11 ′,
11 ″, 11 are set to function as a 3 dB coupler by reducing the length of the coupling part to half of the coupling length. The two single mode waveguides 12, 12 ′ of the Mach-Zehnder interferometer Is π for the quasi-TE mode in which the main component of the electric field is perpendicular to the normal 21 of the substrate surface, and the relative phase difference of the main component of the electric field is parallel to the normal 21 of the substrate surface. It is set to be 0 for the TM mode.
これらの結果、モード選択部8,8′は、それぞれ第２
図（Ａ−１），（Ｂ−１），（Ｃ−１），（Ｄ−１）お
よび（Ａ−２），（Ｂ−２），（Ｃ−２），（Ｄ−２）
に示すように動作し、TMモードに対する100％パワー移
行器として機能する。As a result, the mode selection units 8, 8 '
Figures (A-1), (B-1), (C-1), (D-1) and (A-2), (B-2), (C-2), (D-2)
And acts as a 100% power transition for TM mode.
非相反モード変換部９は、第１図（Ａ）に示すよう
に、コイルまたは磁石により光線１と平行な方向の磁場
18がかけられた２個の磁性ガーネット埋め込み型導波路
16によって構成される。この磁性ガーネット埋め込み型
導波路16は、これを構成する磁性ガーネット薄膜のファ
ラデー回転係数をθＦ（deg/cm）とすると、その導波路
長20〔第１図（Ｂ）参照〕すなわちｌが｜θF|・ｌ＝45
゜の関係を満たすように設計されており、TE−TM非相反
50％モード変換の動作をする。また磁性ガーネット埋め
込み型導波路16は、単一モード伝搬するように設定され
ており、かつ良好な直線偏光性を保つため準TEモードと
準TMモードの伝搬定数が一致するように設定されてい
る。両者の伝搬定数が一致しない場合には、光パワーと
して50％モード変換されても、両者の位相がずれている
ので、素子特性の低下を招く。また磁性ガーネット埋め
込み型導波路16は、ガイドブロック17を用いて、モード
選択部８と相反モード変換器10の間にはめ込まれる。相
反モード変換器10は、２組のコア部14近傍のクラッド層
13の一部にそれぞれあけた応力開放溝15により、コア部
14の複屈折主軸方向19を第１図（Ｃ）に示すように光の
伝搬方向に垂直で、かつ基板面の法線方向21より応力開
放溝15側に22.5゜傾けた構成よりなり、応力開放溝15の
長さを所定の長さにすることにより、２組の導波路型２
分の１波長板を形成し、それぞれTE−TM相反50％モード
変換器として機能するように設定されている。As shown in FIG. 1A, the non-reciprocal mode conversion unit 9 generates a magnetic field in a direction parallel to the light beam 1 by a coil or a magnet.
Two magnetic garnet embedded waveguides hung with 18
It is composed of 16. When the Faraday rotation coefficient of the magnetic garnet thin film constituting the magnetic garnet embedded waveguide 16 is θ F (deg / cm), the waveguide length 20 [see FIG. 1 (B)], that is, l is | θ F | · l = 45
Designed to satisfy the relationship of ゜, TE-TM non-reciprocal
Operate 50% mode conversion. The magnetic garnet embedded waveguide 16 is set so as to propagate in a single mode, and is set so that the propagation constants of the quasi-TE mode and the quasi-TM mode match to maintain good linear polarization. . If the propagation constants of the two do not match, even if the optical power is converted to 50% mode, the phases of the two are shifted, resulting in a decrease in element characteristics. The magnetic garnet embedded waveguide 16 is fitted between the mode selector 8 and the reciprocal mode converter 10 using the guide block 17. The reciprocal mode converter 10 has a cladding layer near two sets of core portions 14.
The stress relief groove 15 opened in a part of 13
As shown in FIG. 1 (C), the birefringent principal axis direction 19 is perpendicular to the light propagation direction and is inclined 22.5 ° from the normal direction 21 of the substrate surface toward the stress releasing groove 15 side. By setting the length of the open groove 15 to a predetermined length, two sets of waveguide type 2
One-half wavelength plates are formed and each is set to function as a TE-TM reciprocal 50% mode converter.
第１図を用いて本発明の導波路型光サーキュレータの
動作原理を説明する。まず、磁性ガーネット埋め込み型
導波路16を構成する磁性ガーネットのθＦの符号が正の
場合について説明する。（θＦの符号は光の進行方向と
外部磁場Ｈの方向が平行で同じ向きの時、光源側からみ
て時計回りに光の電場ベクトルが回転する方向を正と定
義する）。第１図（Ａ）に示す入出射部よりコア部に
入射した導波光は、モード選択部８で準TEモードが導波
路ａに、準TMモードが導波路ｂに分離され、非相反モー
ド変換部９に入射する。非相反モード変換部９でそれぞ
れの導波路において導波光は50％モード変換され、準TE
モード50％、準TMモード50％の導波光に変換されて、相
反モード変換部10に伝搬される。相反モード変換部10に
おいて導波光は導波路Ａで準TEモード100％に、導波路
ｂで準TMモード100％にそれぞれ変換されてモード選択
部８′に入射する。モード選択部８′で導波路ｂの準TM
モードは導波路ａに100％パワー移行し、準TEモードと
ともに入出射部に出射する。逆に入出射部よりコア
部14に入射された導波光は、モード選択部８′で準TEモ
ードが導波路ａに、準TMモードが導波路ｂに分離され
て、相反モード変換部10に入射する。相反モード変換器
10では導波光は、それぞれの導波路で50％モード変換さ
れ、準TEモード50％、準TMモード50％の導波光に変換さ
れる。次に導波光は非相反モード変換器９において導波
路ａで準TMモード100％に、また導波路ｂで準TEモード1
00％にそれぞれ変換され、モード選択部８に入射する。
モード選択部８で導波路ａの準TMモードは導波路ｂに10
0％パワー移行し、準TEモードとともに入出射部に出
射する。同様にして入出射部より入射した導波光は入
出射部から出射し、入出射部から入射した導波光は
入出射部へ出射し、第１図の光回路は入射光の偏光状
態によらない光サーキュレータとして機能する。The operating principle of the waveguide type optical circulator of the present invention will be described with reference to FIG. First, the sign of theta F of the magnetic garnet is described for the case of positive constituting the magnetic garnet embedded waveguide 16. (Sign of theta F when the direction same direction parallel to the traveling direction and the external magnetic field H of the light, the electric field vector of the light to define the direction of rotation as positive in the clockwise direction as viewed from the light source side). As for the guided light that has entered the core from the input / output part shown in FIG. 1A, the quasi-TE mode is separated into the waveguide a and the quasi-TM mode is separated into the waveguide b by the mode selector 8, and the non-reciprocal mode conversion is performed. The light enters the unit 9. The non-reciprocal mode converter 9 converts the guided light into 50% mode in each of the waveguides, and the quasi-TE
The light is converted into guided light having a mode of 50% and a quasi-TM mode of 50%, and is propagated to the reciprocal mode converter 10. In the reciprocal mode converter 10, the guided light is converted into the quasi-TE mode 100% in the waveguide A and converted into the quasi-TM mode 100% in the waveguide b, and is incident on the mode selector 8 ′. In the mode selector 8 ', the quasi-TM
The mode shifts 100% power to the waveguide a, and exits to the input / output section together with the quasi-TE mode. Conversely, the guided light that has entered the core 14 from the input / output unit is separated into the quasi-TE mode into the waveguide a and the quasi-TM mode into the waveguide b by the mode selection unit 8 ′, and then to the reciprocal mode conversion unit 10. Incident. Reciprocal mode converter
In 10, the guided light is subjected to 50% mode conversion in each waveguide, and is converted into a quasi-TE mode 50% and quasi-TM mode 50% guided light. Next, the guided light becomes 100% quasi-TM mode in the waveguide a in the nonreciprocal mode converter 9 and quasi-TE mode 1 in the waveguide b.
Each of them is converted to 00% and enters the mode selection unit 8.
The quasi-TM mode of the waveguide a is set to 10
The power shifts to 0%, and the light is output to the input / output unit together with the quasi-TE mode. Similarly, the guided light incident from the input / output unit is output from the input / output unit, and the guided light incident from the input / output unit is output to the input / output unit, and the optical circuit shown in FIG. Functions as an optical circulator.
（実施例） 第３図は本発明の実施例に用いたモード選択部８、
８′の拡大図、また第４図は相反モード変換部10の拡大
図である。この実施例ではこれらの部分の基板22として
厚さ0.7mmのシリコン基板を用い、コア部14、クラッド
層13として石英系ガラスを用いた。クラッド層13の厚さ
は50μｍであり、コア部14は基板面から高さ25μｍに中
心がくるようにした。コア部14は磁性ガーネット埋め込
み型導波路16を接続する際、接続損失が小さくなるよう
に、磁性ガーネット埋め込み型導波路のコア部と同じ８
μｍ角の方形とした。また、単一モード伝搬のため、コ
ア部14とクラッド層13の比屈折率差は0.25％とした。モ
ード選択部8,8′では100％パワー移行が生じるように、
導波路ａと導波路ｂの準TEモード、準TMモードの伝搬定
数がそれぞれ等しくなるようにした。相反モード変換部
10では、コア部14の複屈折の主軸が基板面の法線21より
傾く角を22.5度とするために、コア部14の中心から応力
開放溝15までの距離Ｓを35μｍとした。また、使用波長
1.3μｍで50％モード変換器としての機能をもたせるた
めに、応力開放溝15の長さを2.6mmとした。応力開放溝1
5の幅Ｔは200μｍとした。このような光導波路と応力開
放溝の構造は、SiCl4、TiCl4等のガラス形成原料ガスの
火炎加水分解反応によるガラス膜の堆積技術と、反応性
イオンエッチング（RIE）を代表とするドライエッチン
グプロセスとの組合せによる周知の加工方法で形成する
ことができる。(Embodiment) FIG. 3 shows a mode selector 8 used in an embodiment of the present invention.
8 is an enlarged view of FIG. 8 ', and FIG. 4 is an enlarged view of the reciprocal mode converter 10. In this example, a silicon substrate having a thickness of 0.7 mm was used as the substrate 22 of these portions, and quartz glass was used as the core portion 14 and the cladding layer 13. The thickness of the cladding layer 13 was 50 μm, and the center of the core portion 14 was located at a height of 25 μm from the substrate surface. The core part 14 is the same as the core part of the magnetic garnet embedded type waveguide so as to reduce the connection loss when connecting the magnetic garnet embedded type waveguide 16.
It was a square of μm square. Further, for single mode propagation, the relative refractive index difference between the core portion 14 and the cladding layer 13 was set to 0.25%. In the mode selection units 8, 8 ', 100% power transition occurs,
The propagation constants of the quasi-TE mode and the quasi-TM mode of the waveguide a and the waveguide b were made equal to each other. Reciprocal mode converter
In 10, the distance S from the center of the core portion 14 to the stress relief groove 15 was set to 35 μm in order to set the angle at which the principal axis of birefringence of the core portion 14 was inclined from the normal 21 of the substrate surface to 22.5 degrees. Also, use wavelength
In order to provide the function as a 50% mode converter at 1.3 μm, the length of the stress relief groove 15 was set to 2.6 mm. Stress relief groove 1
The width T of 5 was 200 μm. Dry etching such a structure of the optical waveguide and the stress releasing grooves, typified and deposition techniques of the glass film by flame hydrolysis of a glass forming raw material gas such as SiCl 4, TiCl 4, reactive ion etching (RIE) It can be formed by a well-known processing method in combination with a process.
第５図は本発明の実施例に用いた磁性ガーネット埋め
込み型導波路16の断面図であって、23は埋め込み層、24
は下部クラッド層を示す。この実施例では準TEモードと
準TMモードの伝搬定数を等しくするために、コア部14′
の形を方形とし、埋め込み層23と下部クラッド層24の屈
折率を等しくした。またコア部14′の幅Ｗは８μｍとし
た。この磁性ガーネット導波路を作製するためには、例
えば基板22上にLPE法、スパッタ法等により２層ガーネ
ット薄膜を形成し、コア部をイオンミリング、反応性イ
オンエッチング（RIE）等のエッチング法でパターニン
グし、最後にLPE法、スパッタ法等による埋め込み層を
堆積することにより作製できる。FIG. 5 is a cross-sectional view of the magnetic garnet embedded waveguide 16 used in the embodiment of the present invention.
Indicates a lower cladding layer. In this embodiment, in order to make the propagation constants of the quasi-TE mode and the quasi-TM mode equal, the core unit 14 '
And the refractive index of the buried layer 23 and the refractive index of the lower clad layer 24 were made equal. The width W of the core portion 14 'was 8 μm. In order to manufacture this magnetic garnet waveguide, for example, a two-layer garnet thin film is formed on the substrate 22 by an LPE method, a sputtering method, or the like, and the core portion is subjected to an etching method such as ion milling and reactive ion etching (RIE). It can be manufactured by patterning and finally depositing a buried layer by an LPE method, a sputtering method or the like.
磁性ガーネット埋め込み型導波路16の具体的構成とし
ては、基板22に厚さ0.5mmのGGG（ガドリウムガリウムガ
ーネット）基板を、コア部14′、埋め込み層23および下
部クラッド層24に置換型YIG（イットリウム鉄ガーネッ
ト）をそれぞれ用いた。具体的な置換型YIGの組成は、
素子が動作するのに必要な外部磁場18を小さくするため
に、面内磁化となる組成が望ましいので、（Sc,Ga）YIG
および（La,Ga）YIGを用いた。コア部14′が単一モード
伝搬し、かつ幅Ｗが８μｍとなるように、コア部14′と
埋め込み層23および下部クラッド層24の屈折率を、Ga置
換量を変えることにより、それぞれ2.200と2.199および
2.199に設定した。磁性ガーネット埋め込み型導波路16
の素子長ｌはこれらの置換型YIGのθＦが使用波長1.3μ
ｍで150deg/cm程度であるので、50％モード変換器とし
て動作するように約3.0mmとした。As a specific configuration of the magnetic garnet embedded waveguide 16, a 0.5 mm thick GGG (gadolin gallium garnet) substrate is formed on a substrate 22, and a substitutional YIG ( Yttrium iron garnet) was used. The specific composition of substitutional YIG is
In order to reduce the external magnetic field 18 necessary for the operation of the device, it is desirable that the composition be in-plane magnetization, so that (Sc, Ga) YIG
And (La, Ga) YIG were used. The refractive indices of the core portion 14 ', the buried layer 23 and the lower cladding layer 24 are changed to 2.200 by changing the Ga substitution amounts so that the core portion 14' propagates in a single mode and the width W is 8 μm. 2.199 and
Set to 2.199. Magnetic garnet embedded waveguide 16
Theta F is used wavelength 1.3μ of the element length l These substituted YIG
Since it is about 150 deg / cm in m, it was set to about 3.0 mm so as to operate as a 50% mode converter.
こうして得られた第５図に示す磁性ガーネット埋め込
み型導波路16を、第３図に示したモード選択部８、８′
と第４図に示した相反モード変換部10が形成された単一
モード光導波路に、埋め込み層23を下にしてガイドブロ
ック17に沿って装着し、位置合わせした後、接着材で固
定することによって第１図に示した導波路型光サーキュ
レータを構成した。なお外部磁場18は磁性ガーネット埋
め込み型導波路16に用いた置換型YIGのθＦの符号が正
であるので、からの方向に印加した。この実施例の
導波路型光サーキュレータ全体の大きさは、素子長約3
5.6mm〔（モード選択部8,8′）約15.0mm×２＋（磁性ガ
ーネット埋め込み型導波路16）約3.0mm＋（相反モード
変換部10）2.6mm〕×幅5.0mm×厚さ1.25mmであり、バル
ク型に比べて小さい。The thus obtained magnetic garnet embedded type waveguide 16 shown in FIG. 5 is combined with the mode selectors 8 and 8 'shown in FIG.
4 is mounted along the guide block 17 with the buried layer 23 facing down on the single mode optical waveguide having the reciprocal mode converter 10 shown in FIG. 4 and aligned, and then fixed with an adhesive. Thus, the waveguide type optical circulator shown in FIG. 1 was formed. Note Since the external magnetic field 18 is the sign of the substituted YIG of theta F used for magnetic garnet embedded waveguide 16 is positive, is applied to the direction from. The overall size of the waveguide type optical circulator of this embodiment is approximately 3 mm in element length.
5.6mm [(mode selection part 8, 8 ') about 15.0mm x 2 + (magnetic garnet embedded waveguide 16) about 3.0mm + (reciprocal mode conversion part 10) 2.6mm] x width 5.0mm x thickness 1.25mm , Smaller than bulk type.
表−１に本発明の実施例の導波路型光サーキュレータ
の挿入損失およびアイソレーションを実際に光ファイバ
と接続して測定した結果を示す。Table 1 shows the results of measuring the insertion loss and isolation of the waveguide type optical circulator of the present invention by actually connecting the optical fiber to an optical fiber.
この実施例の導波路型光サーキュレータの挿入損失は
1dB〜2dB、アイソレーションは22dB〜25dBであり、実用
化されているバルク型光サーキュレータの挿入損失（0.
5dB〜2dB）、アイソレーション（20dB〜30dB）と同等の
値を示す。またアイソレーション比が飽和するのに必要
な磁場は数十Oeであり、バルク型光サーキュレータが飽
和するのに必要な磁場数kOeよりも２桁小さい。この実
施例の導波路型光サーキュレータは、光の入射端として
入出射部、出射端として入出射部を用いて偏光依存
性の無い導波路型光アイソレータとしても使用すること
ができる。この場合のアイソレーション比は21dBであ
り、従来型の導波路型光アイソレータのアイソレーショ
ン比のこれまでの最高値13dBよりも大きい。 The insertion loss of the waveguide type optical circulator of this embodiment is
1dB ~ 2dB, isolation is 22dB ~ 25dB, the insertion loss of practical bulk optical circulator (0.
5dB to 2dB), and equivalent to isolation (20dB to 30dB). The magnetic field required to saturate the isolation ratio is several tens of Oe, which is two orders of magnitude smaller than the magnetic field number kOe required to saturate the bulk optical circulator. The waveguide type optical circulator of this embodiment can be used as a waveguide type optical isolator having no polarization dependence by using an input / output section as a light incident end and an input / output section as an output end. In this case, the isolation ratio is 21 dB, which is larger than the maximum isolation ratio of the conventional waveguide type optical isolator, which is 13 dB.
ところで、磁性ガーネット埋め込み型導波路16の埋め
込み層23の材料としては、前記実施例では下部クラッド
層24と同じ置換型YIGとしたが、その屈折率を下部クラ
ッド層24の屈折率と等しくしたTa2O5やNb2O5等のアモル
ファス材料を用いても同様な効果が現れた。By the way, as the material of the buried layer 23 of the magnetic garnet buried waveguide 16, the same substitutional YIG as the lower clad layer 24 was used in the above embodiment, but the refractive index was made equal to the refractive index of the lower clad layer 24. The same effect was obtained by using an amorphous material such as 2 O 5 or Nb 2 O 5 .
（発明の効果） 以上説明したように、本発明の導波路型光サーキュレ
ータは、これまで提案されている導波路型光サーキュレ
ータと異なり、動作が入射光の偏光方向に依存しないの
で、無偏光状態の光を用いる光通信に使用するのに適し
ているという利点がある。また３次元導波路構造であ
り、単一モードで動作するので、他の光回路素子と直接
接続して使用できる利点がある。また本発明の導波路型
光サーキュレータは、通常のバルク型光サーキュレータ
に比べて、数桁小さい強さの磁界で充分に動作するの
で、素子の小型化、経済化を図ることができる利点があ
る。(Effects of the Invention) As described above, the waveguide-type optical circulator of the present invention differs from the waveguide-type optical circulators that have been proposed so far in that the operation does not depend on the polarization direction of the incident light. There is an advantage that it is suitable for use in optical communication using light of the same type. Further, since it has a three-dimensional waveguide structure and operates in a single mode, there is an advantage that it can be used by directly connecting to another optical circuit element. Further, the waveguide type optical circulator of the present invention operates sufficiently with a magnetic field having an intensity several orders of magnitude smaller than that of a normal bulk type optical circulator, and thus has an advantage that the element can be reduced in size and economical. .
第１図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は本発明の基本構成を示
すそれぞれ平面図、側面図、正面図、 第２図（Ａ−１），（Ｂ−１），（Ｃ−１），（Ｄ−
１），（Ａ−２），（Ｂ−２），（Ｃ−２），（Ｄ−
２）は本発明の導波路型光サーキュレータのモード選択
部の動作を示す説明図、 第３図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は本発明の実施例に用い
たモード選択部のそれぞれ拡大平面図、拡大側面図、拡
大正面図、 第４図（Ａ），（Ｂ）は本発明の実施例に用いた相反モ
ード変換部の拡大平面図および拡大正面図、 第５図は本発明の実施例に用いた磁性ガーネット埋め込
み型導波路の断面図、 第６図は従来のバルク型光サーキュレータの構成を示す
斜視図、 第７図は入出射端が同一平面内にある従来のバルク型光
サーキュレータの構成を示す平面図、 第８図は偏光依存性の無いバルク型光サーキュレータの
構成を示す平面図、 第９図は従来の導波路型光サーキュレータの構成を示す
ブロック図である。 ，，，……入出射部 １……光線 2,2′……偏光分離素子 3,3′……磁気光学結晶 4,4′……光学活性結晶 5,5′……台形プリズム 6,6′……ハイブリッド結合器 7,7′……非相反位相器 8,8′……モード選択部 ９……非相反モード変換部 10……相反モード変換部 11,11′,11″,11……光方向性結合器 12,12′……マッハツェンダー干渉計を構成する２本の
単一モード導波路 13……クラッド層 14,14′……コア部 15……応力開放溝 16……磁性ガーネット埋め込み型導波路 17……磁性ガーネット埋め込み型導波路16を位置合わせ
するためのガイドブロック 18……光線１と平行な方向の磁場 19……相反モード変換部におけるコア部の複屈折主軸方
向 20……磁性ガーネット埋め込み型導波路16の素子長ｌ 21……基板面の法線 22……基板 23……埋め込み層 24……下部クラッド層 a,b……導波路1 (A), 1 (B) and 1 (C) are a plan view, a side view and a front view, respectively, showing a basic structure of the present invention, and FIGS. 2 (A-1), (B-1) and (C-). 1), (D-
1), (A-2), (B-2), (C-2), (D-
2) is an explanatory view showing the operation of the mode selection unit of the waveguide type optical circulator of the present invention, and FIGS. 3 (A), (B) and (C) are the respective mode selection units used in the embodiment of the present invention. FIGS. 4A and 4B are an enlarged plan view and an enlarged front view of a reciprocal mode converter used in the embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 6 is a cross-sectional view of a magnetic garnet embedded waveguide used in the embodiment of FIG. 6, FIG. 6 is a perspective view showing a configuration of a conventional bulk optical circulator, and FIG. 7 is a conventional bulk optical circulator having an input / output end in the same plane. FIG. 8 is a plan view showing a configuration of an optical circulator, FIG. 8 is a plan view showing a configuration of a bulk type optical circulator having no polarization dependence, and FIG. 9 is a block diagram showing a configuration of a conventional waveguide type optical circulator. ...... Incoming / outgoing section 1 ... Light beam 2,2 '... Polarization separation element 3,3' ... Magneto-optical crystal 4,4 '... Optical active crystal 5,5' ... Trapezoidal prism 6,6 '... Hybrid coupler 7,7' ... Non-reciprocal phase shifter 8,8 '... Mode selector 9 ... Non-reciprocal mode converter 10 ... Reciprocal mode converter 11,11', 11 ", 11 ... … Optical directional coupler 12,12 ′… Two single-mode waveguides that constitute a Mach-Zehnder interferometer 13 …… Clad layer 14,14 ′… Core part 15… Stress relief groove 16 …… Magnetic Garnet-embedded waveguide 17: Guide block for positioning magnetic garnet-embedded waveguide 16: Magnetic field in a direction parallel to ray 1 19: Birefringent principal axis direction of core in reciprocal mode converter 20 ... Element length l 21 of magnetic garnet embedded waveguide 16 21. Layer a, b …… waveguide
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G02B 6/12 G02B 27/28──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) G02B 6/12 G02B 27/28
Claims (1)
埋設されてなる石英系ガラス単一モード導波路に、 前記クラッド層の一部にコア部に沿って所定の長さの応
力開放溝を形成した相反モード変換器２組と、 磁性ガーネットの単一モード導波路からなる非相反モー
ド変換器２組と、 前記石英系単一モード導波路の光入射端および光出射端
に形成した２個の光方向性結合器および２本の単一モー
ド導波路からなるマッハツェンダー干渉計を含んだモー
ド選択部と により構成したことを特徴とする導波路型光サーキュレ
ータ。1. A quartz glass single mode waveguide in which a core portion is embedded in a cladding layer formed on a substrate, wherein a stress of a predetermined length is released along a core portion in a part of the cladding layer. Two sets of reciprocal mode converters with grooves, two sets of non-reciprocal mode converters composed of magnetic garnet single-mode waveguides, and a light-receiving end and a light-emitting end of the quartz-based single mode waveguide A waveguide-type optical circulator, comprising: a mode selector that includes a Mach-Zehnder interferometer including two optical directional couplers and two single-mode waveguides.
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1989
- 1989-10-20 JP JP27184489A patent/JP2758457B2/en not_active Expired - Fee Related
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| JPH03134602A (en) | 1991-06-07 |
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