JPH11248952A - Waveguide type optical isolator - Google Patents
Waveguide type optical isolatorInfo
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- JPH11248952A JPH11248952A JP4836298A JP4836298A JPH11248952A JP H11248952 A JPH11248952 A JP H11248952A JP 4836298 A JP4836298 A JP 4836298A JP 4836298 A JP4836298 A JP 4836298A JP H11248952 A JPH11248952 A JP H11248952A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ光源への反
射戻り光を遮蔽することができる一方向性の導波路型光
アイソレータに関する。[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a one-way waveguide type optical isolator which can shield reflected light returning to a laser light source.
【０００２】[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、種々の機能を有する光集
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。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
定が生じたり、雑音が生じたりするため、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）へ
は光の透過を阻止する機能を有する光アイソレータが一
般に使用される。2. Description of the Related Art In the fields of communication, measurement, and information processing,
In order to utilize light more highly, research on optical integrated circuits having various functions has been actively conducted. One of the basic elements constituting such an optical integrated circuit is an optical isolator. In an optical signal processing system using a laser as a light source, if light from the laser is reflected back to the laser again, oscillation may become unstable or noise may occur, so that light is emitted in the forward direction (light source light propagation direction). An optical isolator having a function of blocking light transmission in the reverse direction (reflection direction) is generally used.
【０００３】図３は光アイソレータの従来例である。FIG. 3 shows a conventional example of an optical isolator.
【０００４】同図において、左側から入射する垂直偏波
を有する入射波は、光路上に配置された偏光子９をその
まま通過して、鉛ガラス、ＹＩＧ等からなるファラデー
回転子１０に入射する。このファラデー回転子１０には
磁界が矢印１１の方向に形成されているので、偏波面は
４５°だけ回転する。出射側には偏波面が４５°だけ傾
斜するように検光子１２が配置されているが、透過光は
そのまま検光子１２を通過する。In FIG. 1, an incident wave having a vertically polarized wave incident from the left side passes through a polarizer 9 disposed on an optical path as it is, and is incident on a Faraday rotator 10 made of lead glass, YIG or the like. Since a magnetic field is formed in the Faraday rotator 10 in the direction of arrow 11, the plane of polarization rotates by 45 °. The analyzer 12 is disposed on the emission side such that the polarization plane is inclined by 45 °, but the transmitted light passes through the analyzer 12 as it is.
【０００５】これに対して、逆方向から偏波面が４５°
の傾斜を有する光が反射してくる場合には、反射光は検
光子１２をそのまま通過するが、ファラデー回転子１０
によって偏波面が４５°だけ偏光子９と垂直方向（図中
で水平）になるような方向に回転され、偏光子９によっ
て遮断されるので反射光が入射側に戻ることはない。す
なわち、ファラデー回転子１０は、伝搬光に対して非可
逆的伝達媒体として機能するのである。On the other hand, the plane of polarization is 45 ° from the opposite direction.
Is reflected, the reflected light passes through the analyzer 12 as it is, but the Faraday rotator 10
As a result, the plane of polarization is rotated by 45 ° in a direction perpendicular to the polarizer 9 (horizontally in the drawing), and is blocked by the polarizer 9, so that the reflected light does not return to the incident side. That is, the Faraday rotator 10 functions as an irreversible transmission medium for propagating light.
【０００６】図４は光アイソレータの他の従来例である
（特公平７−１１１４８７号）。図４（ａ）は光源から
出射した光が光回路中を順方向に伝搬する場合を示し、
図４（ｂ）は伝送路から反射して戻ってきた光が光回路
中を逆方向に伝搬する場合を示している。FIG. 4 shows another conventional example of an optical isolator (Japanese Patent Publication No. 7-111487). FIG. 4A shows a case where light emitted from a light source propagates in an optical circuit in a forward direction.
FIG. 4B shows a case where the light reflected back from the transmission path propagates in the optical circuit in the opposite direction.
【０００７】図４（ａ）に示す光アイソレータは、平面
光導波回路中に円弧状の曲線導波路２１を設け、この曲
線導波路２１の中間に、この中間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。同図
において、１は基板、２０はこの基板１中に形成した他
の部分よりも屈折率の高い領域からなる単一モード導波
路、３０は単一モード導波路２０内のモード分布であ
る。レーザダイオード（ＬＤ）、発光ダイオード（ＬＥ
Ｄ）等からなる光源（図示せず）から出射した光は、導
波路２０内を矢印Ａ方向へ伝搬する。導波路２０の中間
には曲線導波路２１が設けられており、この曲線導波路
２１は、０点を曲率中心とする一定角度θにわたる円弧
状を成している。曲線導波路２１のほぼ中間には導波路
オフセット部２２が設けられ、このオフセット部２２を
境として入力側導波路２３及び出力側導波路２４の両光
軸が曲率半径方向に一定間隔ｄだけ偏位されている。In the optical isolator shown in FIG. 4A, an arcuate curved waveguide 21 is provided in a planar optical waveguide circuit, and a waveguide located between the curved waveguide 21 and the output side of the middle. Is displaced toward the outside in the radius of curvature direction with respect to the optical axis of the input side waveguide. In the figure, 1 is a substrate, 20 is a single mode waveguide composed of a region having a higher refractive index than other portions formed in the substrate 1, and 30 is a mode distribution in the single mode waveguide 20. Laser diode (LD), light emitting diode (LE
Light emitted from a light source (not shown) such as D) propagates through the waveguide 20 in the direction of arrow A. A curved waveguide 21 is provided in the middle of the waveguide 20, and this curved waveguide 21 has an arc shape over a certain angle θ with the zero point as the center of curvature. A waveguide offset portion 22 is provided substantially in the middle of the curved waveguide 21, and both optical axes of the input-side waveguide 23 and the output-side waveguide 24 are deviated from the offset portion 22 by a constant distance d in the radius of curvature direction. Has been ranked.
【０００８】図４（ｂ）に示すように光源から出射した
後、反射されて矢印Ｂ方向へ戻る光は、曲線導波路２１
を逆方向に伝搬する間にモード分布３０が曲線半径方向
外側へ移動する。ところが、曲線導波路の中間から導波
路の光軸が上記モード分布３０の移動方向とは反対方向
に偏位した導波路２０に接続されているため、戻り伝搬
光はその接続部で導波路２１の外へ放射され、光源まで
到達しない。As shown in FIG. 4B, after being emitted from the light source, the light reflected and returned in the direction of arrow B is reflected by the curved waveguide 21.
Is propagated in the reverse direction, the mode distribution 30 moves outward in the radial direction of the curve. However, since the optical axis of the waveguide is connected to the waveguide 20 whose optical axis is deviated from the middle of the curved waveguide in the direction opposite to the direction in which the mode distribution 30 moves, the return propagation light passes through the waveguide 21 at the connection portion. Is radiated outside and does not reach the light source.
【０００９】一方、順方向光は、図４（ａ）に示すよう
に曲線導波路におけるモード分布３０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、曲り
に伴う放射損失はほとんど生じない。On the other hand, as shown in FIG. 4A, the forward direction light bends because the moving direction of the mode distribution 30 in the curved waveguide coincides with the direction of deviation of the optical axis from the middle of the waveguide. There is almost no associated radiation loss.
【００１０】しかしながら、図３に示した従来の光アイ
ソレータ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し、調
整する必要があり、実装に要するコストが高くなってし
まう。また、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困難である。However, although the conventional optical isolator shown in FIG. 3 can obtain excellent isolation characteristics, it is necessary to arrange and adjust each component with high precision at the time of manufacturing, and the mounting cost is high. turn into. In addition, the performance strongly depends on the polarization direction of the input light, and in order to exhibit the desired performance, it must be correctly aligned with the polarization optical axis of the laser light, and mass-produced products with stable performance Difficult to do.
【００１１】さらに、図４に示した従来の光アイソレー
タは、光源から出射した光は、その光のモード分布が曲
線の半径方向外側へ移動しながら曲線導波路を順方向に
伝搬する。曲線導波路は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方向に偏位した導波路に接続さ
れているので、光源からの光も導波路に沿って伝搬す
る。Further, in the conventional optical isolator shown in FIG. 4, the light emitted from the light source propagates in the forward direction through the curved waveguide while the mode distribution of the light moves outward in the radial direction of the curve. Since the curved waveguide is connected to a waveguide in which the optical axis of the waveguide is deviated in the same direction as the moving direction of the mode distribution, light from the light source also propagates along the waveguide.
【００１２】しかし、実際には曲線導波路中を伝搬する
順方向光のモード分布は、曲線導波路中で完全に曲線の
半径方向外側に移動しているわけではない。したがっ
て、接続部分の光の進行方向と垂直な不連続面におい
て、外側の曲線導波路に移行しきれない光成分は光源方
向への反射戻り光となる。さらに、逆方向光は曲線導波
路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
極端に大きくなるおそれがある。However, actually, the mode distribution of the forward light propagating in the curved waveguide does not completely move radially outward of the curve in the curved waveguide. Therefore, on the discontinuous surface of the connection portion perpendicular to the light traveling direction, the light component that cannot be transferred to the outer curved waveguide becomes reflected return light toward the light source. Further, since the direction of movement of the mode distribution of the backward light in the curved waveguide coincides with the direction of deviation of the optical axis from the middle of the waveguide, the reflection in the forward direction may be extremely large.
【００１３】そこで、本発明者らは、これらの課題を解
決するため、図５に示すように平面基板上に形成された
光導波回路に、曲線導波路を設けると共に、この曲線導
波路の接続方向に分岐する少なくとも１本の直線導波路
を設けた構造の、小形で廉価な導波路型光アイソレータ
を提案した。In order to solve these problems, the present inventors provided a curved waveguide in an optical waveguide circuit formed on a flat substrate as shown in FIG. 5, and connected the curved waveguide. A small and inexpensive waveguide type optical isolator having a structure in which at least one linear waveguide branching in the direction is provided has been proposed.
【００１４】図５は本発明の前提となった導波路型光ア
イソレータの概念図である。FIG. 5 is a conceptual diagram of a waveguide type optical isolator on which the present invention is based.
【００１５】図５（ａ）は伝送路から反射して戻ってき
た光が光回路中を逆方向に伝搬する場合を示し、図５
（ｂ）は光源から出射した光が光回路中を順方向に伝搬
する場合の状態を示している。この導波路型光アイソレ
ータの機能を説明すると、伝送路から反射して戻ってき
た光回路を逆方向に伝搬する光は、直線導波路２−１を
通って曲線導波路３内を伝搬する。曲線導波路３内に伝
搬した光のモード分布７−１は、曲線の半径方向の外側
へ徐々に移動し、モード分布７−２となる。次いで、こ
のモード分布７−２を有する光が滑らかに接続された分
岐直線導波路２−３内を伝搬する。この時、モード分布
７−２は分岐直線導波路２−３方向に大きく偏っている
ため、スムーズに分岐直線導波路２−３へと伝搬する。
このため、図４に示した従来の光アイソレータのような
反射も存在せず、効率良く光源への戻り光が阻止され
る。FIG. 5A shows a case where the light reflected back from the transmission line propagates in the optical circuit in the opposite direction.
(B) shows a state in which the light emitted from the light source propagates in the optical circuit in the forward direction. Explaining the function of this waveguide type optical isolator, the light which is reflected from the transmission line and returns in the optical circuit in the opposite direction propagates in the curved waveguide 3 through the linear waveguide 2-1. The mode distribution 7-1 of the light propagating in the curved waveguide 3 gradually moves outward in the radial direction of the curve, and becomes a mode distribution 7-2. Next, the light having the mode distribution 7-2 propagates in the branched straight waveguide 2-3 connected smoothly. At this time, since the mode distribution 7-2 is largely biased toward the branch straight waveguide 2-3, the mode distribution 7-2 smoothly propagates to the branch straight waveguide 2-3.
Therefore, there is no reflection as in the conventional optical isolator shown in FIG. 4, and the return light to the light source is efficiently blocked.
【００１６】これに対して光回路中を順方向に伝搬する
光は直線導波路２−２を通って曲線導波路３に伝搬す
る。このとき、直線導波路２−２内の光のモード分布は
８−１のように伝搬方向に対して左右対称（図では上下
対称）になっている。また、曲線導波路３内に伝搬した
光のモード分布は、図５（ａ）の場合と同様、曲線の半
径方向外側へ徐々に移動し、モード分布８−２となる。
次いで、このモード分布を有する光が直線導波路との分
岐部を通過する。このとき、順方向に伝搬する光のモー
ド分布８−２は分岐部で広がるものの低損失で分岐部を
通過し、モード分布８−３となる。さらにモード分布８
−３は曲線導波路３内を伝搬し、直線導波路２−１でも
との左右対称のモード分布８−５となって導波路端から
出射される（図５（ｂ））。On the other hand, light propagating in the optical circuit in the forward direction propagates to the curved waveguide 3 through the straight waveguide 2-2. At this time, the mode distribution of the light in the linear waveguide 2-2 is symmetrical with respect to the propagation direction as shown in 8-1 (vertical symmetry in the figure). Also, the mode distribution of the light propagated in the curved waveguide 3 gradually moves outward in the radial direction of the curve, as in the case of FIG.
Next, the light having this mode distribution passes through the branch portion with the straight waveguide. At this time, the mode distribution 8-2 of the light propagating in the forward direction spreads at the branch portion, but passes through the branch portion with low loss, and becomes the mode distribution 8-3. Mode distribution 8
-3 propagates in the curved waveguide 3 and exits from the end of the waveguide as a left-right symmetric mode distribution 8-5 in the straight waveguide 2-1 (FIG. 5B).
【００１７】[0017]
【発明が解決しようとする課題】本発明者らは、図５に
示す導波路型光アイソレータを試作したところ、分岐導
波路が１本の時、挿入損失０．８ｄＢ、逆方向遮断率２
７ｄＢの特性が得られた。また、逆方向遮断率を大きく
するため、分岐導波路の本数を増加させた構造の素子を
試作した。The present inventors prototyped the waveguide type optical isolator shown in FIG. 5, and found that when one branch waveguide was used, the insertion loss was 0.8 dB and the reverse blocking ratio was 2%.
A characteristic of 7 dB was obtained. In addition, in order to increase the reverse blocking ratio, an element having a structure in which the number of branch waveguides is increased was prototyped.
【００１８】しかしながら、分岐導波路の本数を増加す
ると、順方向の分岐部での放射損失が増加し、結果とし
て、遮断率は大きくとれるものの挿入損失が大きくなっ
てしまうという問題があった。However, when the number of branch waveguides is increased, the radiation loss at the forward branch is increased. As a result, there is a problem that the cutoff ratio can be increased but the insertion loss increases.
【００１９】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、分岐接続する導波路の本数を増加させても挿入損失
の増加割合が小さな導波路型光アイソレータを提供する
ことにある。An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to provide a waveguide-type optical isolator having a small insertion loss increase rate even if the number of branch-connected waveguides is increased.
【００２０】[0020]
【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、基板上に形成され光源からの光が伝搬する
単一モード曲線導波路と、曲線導波路に該曲線導波路の
中心線の接線方向に滑らかに分岐接続され反射戻り光を
伝搬させるための単一モード直線導波路とを備えた導波
路型光アイソレータであって、分岐側の曲線導波路が、
曲線導波路の中心線から外側の幅が曲線導波路の中心線
から内側の幅よりも狭められた逆テーパ導波路と、逆テ
ーパ導波路に滑らかに接続されると共に光源からの光が
入射される入射側導波路とで構成されると共に、分岐側
の直線導波路が、直線導波路の中心線から内側の幅が直
線導波路の中心線から外側の幅よりも広められた逆テー
パ導波路と、逆テーパ導波路に滑らかに接続され反射戻
り光が伝搬する反射側導波路とで構成されたものであ
る。SUMMARY OF THE INVENTION In order to achieve the above object, the present invention provides a single mode curved waveguide formed on a substrate and through which light from a light source propagates; A waveguide mode optical isolator comprising a single mode linear waveguide for smoothly branching and connecting reflected return light in a tangential direction of the line, and a branch-side curved waveguide,
A reverse tapered waveguide in which the width outside the center line of the curved waveguide is smaller than the width inside the center line of the curved waveguide, and a light from a light source that is smoothly connected to the reverse tapered waveguide and is incident. An inverted-tapered waveguide in which the width on the inner side from the center line of the straight waveguide is wider than the width on the outer side from the center line of the straight waveguide. And a reflection-side waveguide that is smoothly connected to the inverse tapered waveguide and through which reflected return light propagates.
【００２１】上記構成に加え本発明は、分岐側の曲線導
波路に、曲線導波路の接線方向に逆テーパ導波路と同様
の逆テーパ導波路を介して他の導波路が接続されてもよ
い。According to the present invention, in addition to the above-described configuration, another waveguide may be connected to the branch-side curved waveguide in the tangential direction of the curved waveguide via a reverse tapered waveguide similar to the reverse tapered waveguide. .
【００２２】上記構成によって、光源から出射した後、
伝送路のコネクタや光部品等で反射されて戻る光は、曲
線導波路を逆方向に伝搬する間に、モード分布が曲線の
半径方向外側へ徐々に移動する。曲線導波路の途中から
接線方向に分岐する直線導波路部で光は曲線の半径方向
外側にある直線導波路へ伝搬する。このとき、分岐接続
側の直線導波路の幅が広くなっているため、光は低損失
で直線導波路へ移行し、伝搬する。これに対して、曲線
導波路内を順方向へ伝搬する光源からの出射光は、分岐
部で曲線導波路が狭くなっているため、モードの広がり
幅も狭くなり、放射による損失をほとんど受けずに通過
できる。したがって、分岐接続する導波路の本数を増加
させても挿入損失の増加割合が大きくなることがない。With the above arrangement, after the light is emitted from the light source,
The light reflected and returned by the connector or the optical component of the transmission path, while propagating through the curved waveguide in the opposite direction, gradually moves the mode distribution radially outward of the curve. Light propagates to a linear waveguide located radially outside the curve in a linear waveguide portion that branches tangentially from the middle of the curved waveguide. At this time, since the width of the straight waveguide on the branch connection side is wide, light moves to the straight waveguide with low loss and propagates. On the other hand, the emitted light from the light source propagating in the curved waveguide in the forward direction has a narrow mode width at the branch portion, so that the mode spread width is also narrow, and the loss due to radiation is hardly received. Can pass through. Therefore, even if the number of branch-connected waveguides is increased, the rate of increase in insertion loss does not increase.
【００２３】[0023]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて詳述する。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
【００２４】図１は本発明の導波路型光アイソレータの
一実施の形態を示す平面図である。図１（ａ）は伝送路
から反射して戻ってきた光が光回路中を逆方向に伝搬す
る場合を示し、図１（ｂ）は光源から出射した光が光回
路中を順方向に伝搬する場合を示している。FIG. 1 is a plan view showing an embodiment of a waveguide type optical isolator according to the present invention. FIG. 1A shows a case where the light reflected from the transmission line and returned returns propagate in the optical circuit in the reverse direction, and FIG. 1B shows a case where the light emitted from the light source propagates in the optical circuit in the forward direction. Is shown.
【００２５】平面状の基板１上の一方の側（図の上側）
に一端が基板１の一方の側面（左側面）に露出するよう
に単一モード直線導波路（反射側導波路）２−１が形成
されている。基板１には一端が直線導波路２−１の他端
に接続するように円弧状の単一モード曲線導波路３が形
成されている。この曲線導波路３の途中から基板１の他
方の側（図の下側）にわたって、曲線導波路３の中心線
の接線方向に滑らかに接続するように単一モード直線導
波路２−３が形成されている。曲線導波路３の他端は、
一端が基板１の一方の側面（左側面）に露出するように
形成された単一モード直線導波路（入射側導波路）２−
２の他端に接続されている。One side of the flat substrate 1 (upper side in the figure)
A single-mode linear waveguide (reflection side waveguide) 2-1 is formed such that one end is exposed on one side surface (left side surface) of the substrate 1. An arc-shaped single-mode curved waveguide 3 is formed on the substrate 1 so that one end is connected to the other end of the linear waveguide 2-1. A single-mode linear waveguide 2-3 is formed from the middle of the curved waveguide 3 to the other side (the lower side in the figure) of the substrate 1 so as to smoothly connect in the tangential direction of the center line of the curved waveguide 3. Have been. The other end of the curved waveguide 3 is
A single-mode linear waveguide (incident-side waveguide) 2-exposed such that one end is exposed on one side surface (left side surface) of the substrate 1;
2 is connected to the other end.
【００２６】ここで、４−１は分岐側の曲線導波路を、
曲線導波路３の中心から円周方向外側の幅を曲線導波路
３の中心線から円周方向内側の幅よりも狭くした逆テー
パ導波路である。４−２は分岐側の直線導波路２−３
を、直線導波路２−３の中心線から外側の幅よりも直線
導波路２−３の中心線より内側の幅を広くした逆テーパ
導波路である。すなわち、直線導波路２−２と曲線導波
路３は逆テーパ導波路４−１を介して滑らかに接続さ
れ、直線導波路２−３と曲線導波路３は逆テーパ導波路
４−２を介して滑らかに接続されている。Here, 4-1 is a curved waveguide on the branch side,
This is an inverted tapered waveguide in which the width on the outer side in the circumferential direction from the center of the curved waveguide 3 is smaller than the width on the inner side in the circumferential direction from the center line of the curved waveguide 3. 4-2 is a branch-side linear waveguide 2-3
Is an inverted tapered waveguide in which the width inside the center line of the straight waveguide 2-3 is wider than the width outside the center line of the straight waveguide 2-3. That is, the straight waveguide 2-2 and the curved waveguide 3 are smoothly connected via the reverse tapered waveguide 4-1 and the straight waveguide 2-3 and the curved waveguide 3 are connected via the reverse tapered waveguide 4-2. And smoothly connected.
【００２７】次に、５−１は反射により戻ってきた逆方
向の光の直線導波路２−２内のモード分布、５−２は曲
線導波路３中を伝搬する逆方向のモード分布、５−３は
分岐部を逆方向に通過する光のモード分布、５−４は分
岐直線導波路２−３中を伝搬する光のモード分布、６−
１はＬＤやＬＥＤ等の光源から導波回路内に入射する順
方向の光のモード分布、６−２は逆テーパ導波路４−１
中を伝搬する順方向の光のモード分布、６−３は分岐部
を通過した後の曲線導波路３を伝搬する順方向の光のモ
ード分布、６−４は曲線導波路３中を伝搬する順方向の
光のモード分布、６−５は直線導波路２−１を伝搬する
順方向の光のモード分布を示している。Next, 5-1 is the mode distribution in the linear waveguide 2-2 of the backward light returned by reflection, and 5-2 is the reverse mode distribution propagating in the curved waveguide 3; -3 is the mode distribution of light passing through the branching portion in the opposite direction, 5-4 is the mode distribution of light propagating in the branching linear waveguide 2-3, 6-
Numeral 1 denotes a mode distribution of light in the forward direction which enters the waveguide circuit from a light source such as an LD or LED, and 6-2 denotes an inverse tapered waveguide 4-1.
Mode distribution of forward light propagating in the inside, 6-3 is mode distribution of forward light propagating in the curved waveguide 3 after passing through the branch portion, and 6-4 propagates in the curved waveguide 3 6-5 shows the mode distribution of the light in the forward direction, and 6-5 shows the mode distribution of the light in the forward direction propagating through the straight waveguide 2-1.
【００２８】ここで、導波路２−１〜２−３、３、４−
１〜４−２は屈折率の高いコアと、これらのコアを覆う
屈折率の低いクラッド層とで構成されており、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及びサイ
ズが設計されている。Here, the waveguides 2-1 to 2-3, 3, 4-
Each of 1 to 4-2 is composed of a core having a high refractive index and a cladding layer having a low refractive index covering these cores, and each refractive index and size are designed so that propagating light becomes a single mode. Have been.
【００２９】次に図１（ａ）を参照して、伝送路中で反
射した戻り光が導波路型光アイソレータの光回路中を逆
方向に伝搬する場合について説明する。Next, with reference to FIG. 1A, a case where return light reflected in a transmission path propagates in an optical circuit of a waveguide type optical isolator in a reverse direction will be described.
【００３０】伝搬光は直線導波路２−１を通って曲線導
波路３内を伝搬する。このとき、直線導波路２−１内の
光のモード分布は５−１のように伝搬方向に対して左右
対称（図では上下対称）になっている。曲線導波路３内
を伝搬した光のモード分布は、半径方向の光の速度差に
よって、曲線の半径方向の外側へ徐々に移動し、モード
分布５−２となる。続いて、このモード分布５−２を有
する光が滑らかに接続された逆テーパ導波路４−２内に
伝搬する。このとき、モード分布５−２は逆テーパ導波
路４−２方向に大きく偏っていると共に、テーパにより
導波路幅が広がっているため、スムーズに直線導波路２
−３へと伝搬し、光源への戻り光が阻止される。The propagating light propagates in the curved waveguide 3 through the straight waveguide 2-1. At this time, the mode distribution of the light in the linear waveguide 2-1 is symmetrical to the propagation direction (vertical symmetry in the figure) as shown in 5-1. The mode distribution of light propagating in the curved waveguide 3 gradually moves outward in the radial direction of the curve due to the difference in speed of light in the radial direction, and becomes a mode distribution 5-2. Subsequently, the light having the mode distribution 5-2 propagates into the smoothly connected reverse tapered waveguide 4-2. At this time, the mode distribution 5-2 is largely biased in the direction of the reverse tapered waveguide 4-2, and the width of the waveguide is widened by the taper.
-3, and the return light to the light source is blocked.
【００３１】次に図１（ｂ）を参照して、光源から出射
した光が導波路型光アイソレータの光回路中を順方向に
伝搬する場合について説明する。Next, a case where light emitted from a light source propagates in an optical circuit of a waveguide type optical isolator in the forward direction will be described with reference to FIG.
【００３２】伝搬光は直線導波路２−２から逆テーパ導
波路４−１を通って曲線導波路３内を伝搬する。このと
き、直線光導波路２−２内の光のモード分布は６−１の
ように伝搬方向に対して左右対称となっている。また、
曲線導波路３内に伝搬した光のモード分布は、図１
（ａ）の場合と同様、曲線の半径方向の外側へ徐々に移
動し、モード分布６−２となる。次いで、このモード分
布６−２を有する光が直線導波路２−２との分岐部を通
過する。このとき、順方向に伝搬する光のモード分布６
−２は分岐部で広がるものの損失を受けることなく分岐
部を通過し、モード分布６ー３となる。さらにモード分
布６−３は曲線導波路３を伝搬し、直線導波路２−１で
もとの左右対称のモード分布６ー５となって導波路端か
ら出射される。The propagating light propagates through the curved waveguide 3 from the straight waveguide 2-2 through the reverse tapered waveguide 4-1. At this time, the mode distribution of light in the linear optical waveguide 2-2 is symmetrical with respect to the propagation direction as shown in 6-1. Also,
The mode distribution of light propagating in the curved waveguide 3 is shown in FIG.
As in the case of (a), the curve gradually moves to the outside in the radial direction of the curve, and becomes the mode distribution 6-2. Next, the light having the mode distribution 6-2 passes through the branch portion with the straight waveguide 2-2. At this time, the mode distribution 6 of the light propagating in the forward direction
Although -2 spreads at the branching portion, it passes through the branching portion without receiving any loss, and becomes a mode distribution 6-3. Further, the mode distribution 6-3 propagates through the curved waveguide 3, becomes a left-right symmetric mode distribution 6-5 in the linear waveguide 2-1 and is emitted from the end of the waveguide.
【００３３】以上のように、順方向の光に対しては低損
失通過が可能で、逆方向の光を効率良く阻止できる光ア
イソレータが実現する。As described above, an optical isolator capable of passing light in the forward direction with low loss and efficiently blocking light in the reverse direction is realized.
【００３４】[0034]
【実施例】次に導波路型光アイソレータについて数値を
挙げて説明するが、これに限定されるものではない。Next, a waveguide type optical isolator will be described with reference to numerical values, but the present invention is not limited thereto.
【００３５】基板１として石英ガラス基板（屈折率１．
４５７５ａｔ６３３ｎｍ）を用い、この基板１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、この基板をフォトリソグラフィ及び反応性イオン
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１５×１５×１ｍｍのサイズの導波路型光アイ
ソレータを作製した。A quartz glass substrate (refractive index: 1.
Using 4575at633nm), SiO 2 -GeO 2 core film (refractive index 1.4697at633nm composition) to a thickness 6μm formed by sputtering on the substrate 1, the substrate height by photolithography and reactive ion etching It was processed into a rectangular core having a thickness of 6 μm. Finally, a cladding layer (refractive index: 1.4575 at 633 nm) was formed using a flame deposition method so as to cover the rectangular core, thereby producing a waveguide type optical isolator having a size of 15 × 15 × 1 mm.
【００３６】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、
曲線導波路の曲率半径Ｒは５ｍｍとした。Here, the wavelength of the light used is 1550 nm.
The refractive index and the size of the core and the clad were designed to satisfy the single mode condition at this wavelength. Also,
The radius of curvature R of the curved waveguide was 5 mm.
【００３７】試作した導波路型光アイソレータを評価し
た結果、順方向光の挿入損失は０．６ｄＢと低損失であ
り、逆方向遮断率も３２ｄＢと高い値が得られた。As a result of evaluation of the prototype waveguide optical isolator, the forward light insertion loss was as low as 0.6 dB, and the reverse blocking ratio was as high as 32 dB.
【００３８】図２は図１に示した導波路型光アイソレー
タの変形例を示す概念図である。FIG. 2 is a conceptual diagram showing a modification of the waveguide type optical isolator shown in FIG.
【００３９】本導波路型光アイソレータは、図１に示し
た導波路型光アイソレータの曲線導波路３の接線方向に
さらに２本（本数は限定されるものではない）、合計３
本の分岐直線導波路２−３〜２−５を接続したものであ
る。分岐直線導波路の本数を増加したことで反射戻り光
量をさらに低減できる構成とした。１５×１５×１ｍｍ
のサイズの回路を試作し、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、逆方向遮断率も３
８ｄＢと前述した実施例よりもさらに高い値が得られ
た。よって、分岐直線導波路の本数を増加させることに
よって、低挿入損失でさらに高い逆方向遮断率の素子を
作製することができることが分かった。The present waveguide type optical isolator has two more (the number is not limited) in the tangential direction of the curved waveguide 3 of the waveguide type optical isolator shown in FIG.
This is a connection of two branch straight waveguides 2-3 to 2-5. By increasing the number of branch straight waveguides, the amount of reflected return light can be further reduced. 15 × 15 × 1mm
As a result, a forward light insertion loss was as low as 0.8 dB and a reverse blocking ratio was 3
8 dB, a value higher than that of the above-described embodiment, was obtained. Therefore, it was found that by increasing the number of branch straight waveguides, an element having a low insertion loss and a higher reverse blocking ratio can be manufactured.
【００４０】なお、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は上述した実施例に限定され
るものではない。The above-mentioned substrate material, core material, clad material and the method of forming each film are not limited to the above-described embodiment.
【００４１】以上において、 (1) 分岐接続する導波路の本数を増加させても挿入損失
の増加割合が小さな導波路型光アイソレータが得られ
る。As described above, (1) a waveguide-type optical isolator having a small increase rate of the insertion loss even if the number of branch-connected waveguides is increased.
【００４２】(2) 低挿入損失と高い逆方向遮断率の導波
路型光アイソレータが得られる。(2) A waveguide type optical isolator having a low insertion loss and a high reverse blocking ratio can be obtained.
【００４３】(3) 活性な非可逆媒体を必要とせず、構成
部品を高精度に配列、調整を必要としないため、実装工
程数が減少し素子全体の価格を大幅に抑えることができ
る。(3) Since no active irreversible medium is required and the components are not required to be arranged and adjusted with high precision, the number of mounting steps is reduced and the cost of the entire device can be greatly reduced.
【００４４】(4) 本発明の導波路型光アイソレータは、
その性能が入力光の偏波方向に依存しないため、所望の
性能を発揮しやすく安定した性能のものを量産すること
が容易である。(4) The waveguide type optical isolator of the present invention
Since the performance does not depend on the polarization direction of the input light, the desired performance can be easily exhibited, and it is easy to mass-produce the stable performance.
【００４５】[0045]
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のよう
な優れた効果を発揮する。In summary, according to the present invention, the following excellent effects are exhibited.
【００４６】分岐接続する導波路の本数を増加させても
挿入損失の増加割合が小さな導波路型光アイソレータの
提供を実現することができる。It is possible to provide a waveguide-type optical isolator having a small increase rate of the insertion loss even when the number of the branch-connected waveguides is increased.
【図１】本発明の導波路型光アイソレータの一実施の形
態を示す平面図である。FIG. 1 is a plan view showing an embodiment of a waveguide type optical isolator according to the present invention.
【図２】図１に示した導波路型光アイソレータの変形例
を示す概念図である。FIG. 2 is a conceptual diagram showing a modified example of the waveguide type optical isolator shown in FIG.
【図３】光アイソレータの従来例である。FIG. 3 is a conventional example of an optical isolator.
【図４】光アイソレータの他の従来例である。FIG. 4 is another conventional example of an optical isolator.
【図５】本発明の前提となった導波路型光アイソレータ
の概念図である。FIG. 5 is a conceptual diagram of a waveguide type optical isolator on which the present invention is based.
１ 基板 ２−１、２−２、２−３ 直線導波路 ３ 曲線導波路 ４−１、４−２ 逆テーパ導波路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2-1 2-2, 2-3 Linear waveguide 3 Curved waveguide 4-1, 4-2 Reverse taper waveguide
Claims (2)
る単一モード曲線導波路と、該曲線導波路に該曲線導波
路の中心線の接線方向に滑らかに分岐接続され反射戻り
光を伝搬させるための単一モード直線導波路とを備えた
導波路型光アイソレータであって、分岐側の曲線導波路
が、該曲線導波路の中心線から外側の幅が該曲線導波路
の中心線から内側の幅よりも狭められた逆テーパ導波路
と、該逆テーパ導波路に滑らかに接続されると共に光源
からの光が入射される入射側導波路とで構成されると共
に、分岐側の直線導波路が、該直線導波路の中心線から
内側の幅が該直線導波路の中心線から外側の幅よりも広
められた逆テーパ導波路と、該逆テーパ導波路に滑らか
に接続され反射戻り光が伝搬する反射側導波路とで構成
されたことを特徴とする導波路型光アイソレータ。1. A single-mode curved waveguide formed on a substrate through which light from a light source propagates, and a reflected return light which is smoothly branched and connected to the curved waveguide in a tangential direction of a center line of the curved waveguide. A waveguide mode optical isolator comprising a single-mode linear waveguide for propagation, wherein the branch-side curved waveguide has a width outside the center line of the curved waveguide center line. A reverse-tapered waveguide narrower than the width of the inner side, and an incident-side waveguide smoothly connected to the reverse-tapered waveguide and receiving light from a light source, and a branch-side straight line. The waveguide has an inverse tapered waveguide in which the width inside the center line of the linear waveguide is wider than the width outside the center line of the linear waveguide, and the waveguide is smoothly connected to the inverse taper waveguide and reflected back. Characterized by comprising a reflection-side waveguide through which light propagates Waveguide type optical isolator.
波路の接線方向に上記逆テーパ導波路と同様の逆テーパ
導波路を介して他の導波路が接続された請求項１に記載
の導波路型光アイソレータ。2. The curved waveguide on the branch side is connected to another waveguide in the tangential direction of the curved waveguide through a reverse tapered waveguide similar to the reverse tapered waveguide. Waveguide type optical isolator.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4836298A JPH11248952A (en) | 1998-02-27 | 1998-02-27 | Waveguide type optical isolator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4836298A JPH11248952A (en) | 1998-02-27 | 1998-02-27 | Waveguide type optical isolator |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11248952A true JPH11248952A (en) | 1999-09-17 |
Family
ID=12801246
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4836298A Pending JPH11248952A (en) | 1998-02-27 | 1998-02-27 | Waveguide type optical isolator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11248952A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010281988A (en) * | 2009-06-04 | 2010-12-16 | Fujitsu Ltd | Optical module and optical waveguide structure |
| CN102549465A (en) * | 2009-10-12 | 2012-07-04 | 国际商业机器公司 | Electromagnetic wave isolator and integrated optics device |
-
1998
- 1998-02-27 JP JP4836298A patent/JPH11248952A/en active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010281988A (en) * | 2009-06-04 | 2010-12-16 | Fujitsu Ltd | Optical module and optical waveguide structure |
| CN102549465A (en) * | 2009-10-12 | 2012-07-04 | 国际商业机器公司 | Electromagnetic wave isolator and integrated optics device |
| US8983247B2 (en) | 2009-10-12 | 2015-03-17 | International Business Machines Corporation | Electromagnetic wave isolator and integrated optics device |
| CN102549465B (en) * | 2009-10-12 | 2015-03-25 | 国际商业机器公司 | Electromagnetic wave isolator and integrated optics device |
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