JP3407046B1 - 干渉計型光アイソレータ及び光サーキュレータ - Google Patents
干渉計型光アイソレータ及び光サーキュレータInfo
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Abstract
【要約】
【課題】入射光の偏波と互いに逆の偏波の反射光を除去
することが可能な光アイソレータ若しくは光サーキュレ
ータを提供すること。 【解決手段】一つの偏波に対して動作する干渉計型光ア
イソレータ又はサーキュレータであって、入射光の偏波
と同じ偏波の反射光に対する相反移相の大きさが90°に
なり、かつ、前記入射光の偏波と逆の偏波の反射光に対
する相反移相の大きさが180°になるように偏波依存相
反移相器の長さが調整されていることを特徴とする干渉
計型光アイソレータ又はサーキュレータによって達成さ
れる。
することが可能な光アイソレータ若しくは光サーキュレ
ータを提供すること。 【解決手段】一つの偏波に対して動作する干渉計型光ア
イソレータ又はサーキュレータであって、入射光の偏波
と同じ偏波の反射光に対する相反移相の大きさが90°に
なり、かつ、前記入射光の偏波と逆の偏波の反射光に対
する相反移相の大きさが180°になるように偏波依存相
反移相器の長さが調整されていることを特徴とする干渉
計型光アイソレータ又はサーキュレータによって達成さ
れる。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光非相反素子である
光アイソレータ若しくは光サーキュレータに関し、特
に、干渉計型光アイソレータ又は光サーキュレータに偏
波依存相反移相器を設けることにより、入射光の偏波と
互いに逆の偏波の反射光を除去することが可能な干渉計
型光アイソレータ若しくは光サーキュレータに関する。
光アイソレータ若しくは光サーキュレータに関し、特
に、干渉計型光アイソレータ又は光サーキュレータに偏
波依存相反移相器を設けることにより、入射光の偏波と
互いに逆の偏波の反射光を除去することが可能な干渉計
型光アイソレータ若しくは光サーキュレータに関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体レーザからの出射光は、光学素子
などにより反射光として戻ってくる。その反射光により
半導体レーザの動作は不安定になるため、そのような反
射光を半導体レーザや光増幅器などの間で分離する素子
が必要となるが、この素子は光非相反素子と呼ばれてお
り、光アイソレータは代表的なものである。
などにより反射光として戻ってくる。その反射光により
半導体レーザの動作は不安定になるため、そのような反
射光を半導体レーザや光増幅器などの間で分離する素子
が必要となるが、この素子は光非相反素子と呼ばれてお
り、光アイソレータは代表的なものである。
【０００３】光アイソレータは、一方向のみに光を透過
させ、これと反対の方向に伝搬しようとする光を阻止す
る働きを有する素子である。半導体レーザの出射端に光
アイソレータを配置することにより、レーザからの出射
光は光アイソレータを透過し、これを光ファイバ通信用
の光源として用いることができる。逆に、光アイソレー
タを通して半導体レーザに入射しようとする光は、光ア
イソレータによって阻止され、半導体レーザに入射する
ことはできない。光アイソレータを半導体レーザの出射
端に配置しないと、半導体レーザに反射戻り光が入射
し、半導体レーザの発振特性を劣化させる。すなわち、
光アイソレータは、半導体レーザに入射しようとする反
射戻り光を遮り、半導体レーザの特性を劣化させること
なく、安定な発振を保つ働きをするものである。
させ、これと反対の方向に伝搬しようとする光を阻止す
る働きを有する素子である。半導体レーザの出射端に光
アイソレータを配置することにより、レーザからの出射
光は光アイソレータを透過し、これを光ファイバ通信用
の光源として用いることができる。逆に、光アイソレー
タを通して半導体レーザに入射しようとする光は、光ア
イソレータによって阻止され、半導体レーザに入射する
ことはできない。光アイソレータを半導体レーザの出射
端に配置しないと、半導体レーザに反射戻り光が入射
し、半導体レーザの発振特性を劣化させる。すなわち、
光アイソレータは、半導体レーザに入射しようとする反
射戻り光を遮り、半導体レーザの特性を劣化させること
なく、安定な発振を保つ働きをするものである。
【０００４】半導体レーザに限らず、光増幅器などの光
能動素子においては、いずれも意図せず逆向きに光が入
射することにより、素子の動作特性が劣化する。光アイ
ソレータは、一方向にしか光が透過しないため、光能動
素子に意図せずに逆向きに光が入射することを阻止す
る。
能動素子においては、いずれも意図せず逆向きに光が入
射することにより、素子の動作特性が劣化する。光アイ
ソレータは、一方向にしか光が透過しないため、光能動
素子に意図せずに逆向きに光が入射することを阻止す
る。
【０００５】現在、実用に供されている全ての光アイソ
レータは、光が通過する領域において、光の伝搬方向に
直行する断面内に光を閉じこめる作用、すなわち導波作
用のない構造である。これらはバルク型光アイソレータ
と呼ばれ、半導体レーザなどの他の導波路型素子と一体
集積化することが不可能である。他の素子との集積化を
目的として、研究段階ではあるが、いくつかの導波作用
のある光アイソレータ、すなわち導波路型光アイソレー
タが公表されている。
レータは、光が通過する領域において、光の伝搬方向に
直行する断面内に光を閉じこめる作用、すなわち導波作
用のない構造である。これらはバルク型光アイソレータ
と呼ばれ、半導体レーザなどの他の導波路型素子と一体
集積化することが不可能である。他の素子との集積化を
目的として、研究段階ではあるが、いくつかの導波作用
のある光アイソレータ、すなわち導波路型光アイソレー
タが公表されている。
【０００６】本発明者らも、様々な導波路型光アイソレ
ータについて、その構造、動作原理等を公表している。
磁化が膜面内に配向された磁気光学導波路内を伝搬する
光波が感じる非相反な位相変化を利用した光アイソレー
タは、磁化の制御が容易であること、及び一偏波動作の
ためTE−TMモード間の位相整合が不要であること等の利
点を有する。
ータについて、その構造、動作原理等を公表している。
磁化が膜面内に配向された磁気光学導波路内を伝搬する
光波が感じる非相反な位相変化を利用した光アイソレー
タは、磁化の制御が容易であること、及び一偏波動作の
ためTE−TMモード間の位相整合が不要であること等の利
点を有する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】これまで、非相反移相
効果を利用した、TMモード動作、あるいはTEモード動作
の導波路型光アイソレータが公表されている。
効果を利用した、TMモード動作、あるいはTEモード動作
の導波路型光アイソレータが公表されている。
【０００８】しかし、例えば、TMモード動作の光アイソ
レータの場合、反射戻り光がTMモードの場合は、光アイ
ソレータにより反射光が半導体レーザに入射することが
阻止されるが、反射戻り光にTEモードが含まれる場合、
光アイソレータにより逆方向伝搬を遮られないため、反
射光の一部が、半導体レーザに入射してしまい、レーザ
の発振特性を劣化させるという問題がある。TEモード動
作の光アイソレータに、TMモードを含む反射戻り光が入
射する場合も同じである。
レータの場合、反射戻り光がTMモードの場合は、光アイ
ソレータにより反射光が半導体レーザに入射することが
阻止されるが、反射戻り光にTEモードが含まれる場合、
光アイソレータにより逆方向伝搬を遮られないため、反
射光の一部が、半導体レーザに入射してしまい、レーザ
の発振特性を劣化させるという問題がある。TEモード動
作の光アイソレータに、TMモードを含む反射戻り光が入
射する場合も同じである。
【０００９】従来の一偏波動作干渉計型光アイソレータ
では、反射他偏波光に対して何らかの対処を施した素子
は皆無であった。
では、反射他偏波光に対して何らかの対処を施した素子
は皆無であった。
【００１０】光非相反素子としては、光アイソレータの
他に光サーキュレータがあり、非相反な位相変化を利用
した導波路型光サーキュレータが公表されている。導波
路型光サーキュレータにおいて、二つのポートに着目す
ると、一方向性素子としての機能を有するため、光アイ
ソレータとして使用することが可能である。
他に光サーキュレータがあり、非相反な位相変化を利用
した導波路型光サーキュレータが公表されている。導波
路型光サーキュレータにおいて、二つのポートに着目す
ると、一方向性素子としての機能を有するため、光アイ
ソレータとして使用することが可能である。
【００１１】非相反な位相変化を利用した導波路型光サ
ーキュレータは一偏波動作であるため、従来の一偏波動
作干渉計型光サーキュレータでは、反射他偏波光が入射
すると、本来消光されるべきポートに光が結合するた
め、光アイソレータとして使用した場合、反射光の一部
が半導体レーザに入射してしまうという問題があった。
ーキュレータは一偏波動作であるため、従来の一偏波動
作干渉計型光サーキュレータでは、反射他偏波光が入射
すると、本来消光されるべきポートに光が結合するた
め、光アイソレータとして使用した場合、反射光の一部
が半導体レーザに入射してしまうという問題があった。
【００１２】本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑み
為されたものであり、一偏波動作干渉計型光アイソレー
タ又はサーキュレータに、反射他偏波光が半導体レーザ
に入射するのを阻止する機能を持たせることを目的とす
る。
為されたものであり、一偏波動作干渉計型光アイソレー
タ又はサーキュレータに、反射他偏波光が半導体レーザ
に入射するのを阻止する機能を持たせることを目的とす
る。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明は、入射光の偏波
と互いに逆の偏波の反射光を除去することが可能な干渉
計型光アイソレータ若しくは光サーキュレータに関し、
本発明の上記目的は、２つの三分岐光結合器により合分
波され、該２つの三分岐光結合器の間に二本の導波路を
有し、90°の相反移相器及び90°の非相反移相器を含む
マッハツェンダ干渉計で構成される、一偏波動作の干渉
計型光アイソレータにおいて、入射光の偏波と同じ偏波
の反射光に対する相反移相の大きさが90°になり、か
つ、前記入射光の偏波と逆の偏波の反射光に対する相反
移相の大きさが180°になるように前記相反移相器の長
さが調整されていることを特徴とする干渉計型光アイソ
レータによって達成される。
と互いに逆の偏波の反射光を除去することが可能な干渉
計型光アイソレータ若しくは光サーキュレータに関し、
本発明の上記目的は、２つの三分岐光結合器により合分
波され、該２つの三分岐光結合器の間に二本の導波路を
有し、90°の相反移相器及び90°の非相反移相器を含む
マッハツェンダ干渉計で構成される、一偏波動作の干渉
計型光アイソレータにおいて、入射光の偏波と同じ偏波
の反射光に対する相反移相の大きさが90°になり、か
つ、前記入射光の偏波と逆の偏波の反射光に対する相反
移相の大きさが180°になるように前記相反移相器の長
さが調整されていることを特徴とする干渉計型光アイソ
レータによって達成される。
【００１４】また、本発明の上記目的は、２つの３ｄＢ
方向性結合器により合分波され、該２つの３ｄＢ方向性
結合器の間に二本の導波路を有し、90°の相反移相器及
び90°の非相反移相器を含むマッハツェンダ干渉計で構
成される、一偏波動作の干渉計型光サーキュレータにお
いて、入射光の偏波と同じ偏波の反射光に対する相反移
相の大きさが90°になり、かつ、前記入射光の偏波と逆
の偏波の反射光に対する相反移相の大きさが180°にな
るように前記相反移相器の長さが調整されていることを
特徴とする干渉計型光サーキュレータによって達成され
る。
方向性結合器により合分波され、該２つの３ｄＢ方向性
結合器の間に二本の導波路を有し、90°の相反移相器及
び90°の非相反移相器を含むマッハツェンダ干渉計で構
成される、一偏波動作の干渉計型光サーキュレータにお
いて、入射光の偏波と同じ偏波の反射光に対する相反移
相の大きさが90°になり、かつ、前記入射光の偏波と逆
の偏波の反射光に対する相反移相の大きさが180°にな
るように前記相反移相器の長さが調整されていることを
特徴とする干渉計型光サーキュレータによって達成され
る。
【００１５】本発明に係る干渉計型光アイソレータ又は
光サーキュレータは以下のように作用する。
光サーキュレータは以下のように作用する。
【００１６】（1）TMモード動作の干渉計型光アイソレ
ータにおいては、TMモードにおける光アイソレータ動作
を有したままで、反射TEモードに対しては、これが導波
路型光アイソレータの入射端へ結合することを阻止し、
半導体レーザへの入射を遮ることができる。これによ
り、反射光はTMモードだけではなく、TEモードも半導体
レーザへの入射は阻止される。
ータにおいては、TMモードにおける光アイソレータ動作
を有したままで、反射TEモードに対しては、これが導波
路型光アイソレータの入射端へ結合することを阻止し、
半導体レーザへの入射を遮ることができる。これによ
り、反射光はTMモードだけではなく、TEモードも半導体
レーザへの入射は阻止される。
【００１７】（2）TEモード動作の干渉計型光アイソレ
ータにおいては、TEモードにおける光アイソレータ動作
を有したままで、反射TMモードに対しては、これが導波
路型光アイソレータの入射端へ結合することを阻止し、
半導体レーザへの入射を遮ることができる。これによ
り、反射光はTEモードだけではなく、TMモードも半導体
レーザへの入射は阻止される。
ータにおいては、TEモードにおける光アイソレータ動作
を有したままで、反射TMモードに対しては、これが導波
路型光アイソレータの入射端へ結合することを阻止し、
半導体レーザへの入射を遮ることができる。これによ
り、反射光はTEモードだけではなく、TMモードも半導体
レーザへの入射は阻止される。
【００１８】（3）TMモード動作の干渉計型光サーキュ
レータにおいては、TMモードにおける光サーキュレータ
動作を有したままで、反射TEモードに対しては、これが
導波路型光サーキュレータの入射端へ結合することを阻
止する。これにより、光サーキュレータを一方向性素子
として用いる場合、反射光の入射端への結合は阻止され
る。
レータにおいては、TMモードにおける光サーキュレータ
動作を有したままで、反射TEモードに対しては、これが
導波路型光サーキュレータの入射端へ結合することを阻
止する。これにより、光サーキュレータを一方向性素子
として用いる場合、反射光の入射端への結合は阻止され
る。
【００１９】（4）TEモード動作の干渉計型光サーキュ
レータにおいては、TEモードにおける光サーキュレータ
動作を有したままで、反射TMモードに対しては、これが
導波路型光サーキュレータの入射端へ結合することを阻
止する。これにより、光サーキュレータを一方向性素子
として用いる場合、反射光の入射端への結合は阻止され
る。
レータにおいては、TEモードにおける光サーキュレータ
動作を有したままで、反射TMモードに対しては、これが
導波路型光サーキュレータの入射端へ結合することを阻
止する。これにより、光サーキュレータを一方向性素子
として用いる場合、反射光の入射端への結合は阻止され
る。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る干渉計型光
アイソレータ又はサーキュレータについて、図面を参照
して説明する。
アイソレータ又はサーキュレータについて、図面を参照
して説明する。
【００２１】図１は一つの偏波に対して動作する干渉計
型光アイソレータの一例を示す図であり、二つの三分岐
光結合器によりマッハツェンダ干渉計が構成されてい
る。
型光アイソレータの一例を示す図であり、二つの三分岐
光結合器によりマッハツェンダ干渉計が構成されてい
る。
【００２２】ここで、三分岐光結合器は、いわゆるYブ
ランチと呼ばれる光分岐結合器としても良い。前記干渉
計には、90°の相反移相器と90°の非相反移相器が組み
込まれている。相反移相器は、前記干渉計における二本
のアームの光路差により実現される。非相反移相器は磁
気光学導波路により構成されている。磁化を膜面内且つ
光波の伝搬方向に垂直に配向するために、図1の矢印に
示す外部磁界が印加されている。
ランチと呼ばれる光分岐結合器としても良い。前記干渉
計には、90°の相反移相器と90°の非相反移相器が組み
込まれている。相反移相器は、前記干渉計における二本
のアームの光路差により実現される。非相反移相器は磁
気光学導波路により構成されている。磁化を膜面内且つ
光波の伝搬方向に垂直に配向するために、図1の矢印に
示す外部磁界が印加されている。
【００２３】図2及び図3は、非相反移相器における導波
路の断面形状を示す図である。波長1．3ミクロンあるい
は1．55ミクロン近傍の近赤外領域において磁気光学導
波路を構成するためには、組成式R3Fe5O12（Rは希土類
元素を表す）で表される希土類磁性ガーネット（以後、
磁性ガーネットという）を用いる必要があり、図2、図3
においてそれぞれ導波層、クラッド層に磁性ガーネット
を用いている。全ての層に磁性ガーネットを用いる場合
でも非相反移相効果（伝搬方向によって光波が受ける位
相変化量が異なるという効果）が生じるが、多層構造の
導波路において、少なくとも一層に磁性ガーネットが用
いられていれば、磁気光学導波路として機能する。従っ
て、非相反移相効果を示す磁気光学導波路であれば、導
波路構造はどのような構造でもよい。
路の断面形状を示す図である。波長1．3ミクロンあるい
は1．55ミクロン近傍の近赤外領域において磁気光学導
波路を構成するためには、組成式R3Fe5O12（Rは希土類
元素を表す）で表される希土類磁性ガーネット（以後、
磁性ガーネットという）を用いる必要があり、図2、図3
においてそれぞれ導波層、クラッド層に磁性ガーネット
を用いている。全ての層に磁性ガーネットを用いる場合
でも非相反移相効果（伝搬方向によって光波が受ける位
相変化量が異なるという効果）が生じるが、多層構造の
導波路において、少なくとも一層に磁性ガーネットが用
いられていれば、磁気光学導波路として機能する。従っ
て、非相反移相効果を示す磁気光学導波路であれば、導
波路構造はどのような構造でもよい。
【００２４】図4は一つの偏波に対して動作する干渉計
型光サーキュレータの一例を示す図である。サーキュレ
ータ動作とは、ポート1から入射した光はポート4へ、ポ
ート4から入射した光はポート2へ、ポート2から入射し
た光はポート3へ、ポート3から入射した光はポート1へ
結合することを表す。そのため、ポート1を入力端、ポ
ート4を出力端とすると、光サーキュレータは光アイソ
レータとして機能する。
型光サーキュレータの一例を示す図である。サーキュレ
ータ動作とは、ポート1から入射した光はポート4へ、ポ
ート4から入射した光はポート2へ、ポート2から入射し
た光はポート3へ、ポート3から入射した光はポート1へ
結合することを表す。そのため、ポート1を入力端、ポ
ート4を出力端とすると、光サーキュレータは光アイソ
レータとして機能する。
【００２５】図4に示す光サーキュレータは、導波路型
であり、二つの3dB方向性結合器によりマッハツェンダ
干渉計が構成されている。干渉計には、90°の相反移相
器と90°の非相反移相器が組み込まれている。相反移相
器は、干渉計における二本のアームの光路差により実現
され、また、非相反移相器は磁気光学導波路により構成
されている。磁化を膜面内且つ光波の伝搬方向に垂直に
配向するために、図4に示す外部磁界が印加されてい
る。図1に示した導波路型光アイソレータとの違いは、
三分岐光結合器と3dB方向性結合器の違いのみである。
であり、二つの3dB方向性結合器によりマッハツェンダ
干渉計が構成されている。干渉計には、90°の相反移相
器と90°の非相反移相器が組み込まれている。相反移相
器は、干渉計における二本のアームの光路差により実現
され、また、非相反移相器は磁気光学導波路により構成
されている。磁化を膜面内且つ光波の伝搬方向に垂直に
配向するために、図4に示す外部磁界が印加されてい
る。図1に示した導波路型光アイソレータとの違いは、
三分岐光結合器と3dB方向性結合器の違いのみである。
【００２６】以下に本発明の実施例について、具体的に
説明する。
説明する。
【００２７】ここでは、TMモード動作の干渉計型光アイ
ソレータにおける反射TEモード除去に関して、具体例を
記述する。TEモード動作の干渉計型光アイソレータにお
ける反射TMモード除去に関しては、下記の記述におい
て、TMモードとTEモードを入れ替えることにより、同等
の効果が実現される。
ソレータにおける反射TEモード除去に関して、具体例を
記述する。TEモード動作の干渉計型光アイソレータにお
ける反射TMモード除去に関しては、下記の記述におい
て、TMモードとTEモードを入れ替えることにより、同等
の効果が実現される。
【００２８】（1）光アイソレータの動作原理
本発明に係る光アイソレータの構造を模式的に示した図
5を用いて、素子の動作原理を説明する。非相反移相効
果を利用したTMモード動作の干渉計型光アイソレータの
動作原理を簡単に説明する。光アイソレータの入力端に
相当するポート1に入射されて順方向に伝搬するTMモー
ドは、前段の三分岐光結合器（図5における分岐・結合
器1）により、同振幅、同位相の二波に分波される。二
波は干渉計（図5における導波路1、導波路2）を伝搬す
る際に、90°の相反な位相差と−90°の非相反な位相差
を受け、後段の三分岐光結合器（図5における分岐・結
合器2）に入射するときには、同振幅、同位相となって
いる。この場合、分岐・結合器2で、二波は分岐・結合
器2のポート2、すなわち光アイソレータの出力端に結合
する。次に、光アイソレータの出力端から入射される反
射TMモードについて考える。伝搬方向が反転するため、
非相反移相効果は、その符号が反転する。反射TMモード
は、分岐・結合器2で同振幅、同位相の二波に分波され
る。二波は導波路1、導波路2を伝搬する際に、90°の相
反な位相差と＋90°の非相反な位相差を受け、分岐・結
合器1に入射するときには、同振幅で180°逆位相となっ
ている。この場合、分岐・結合器1で、二波は分岐・結
合器1のポートA、ポートBに結合され、ポート1、すなわ
ち光アイソレータの入力端には結合しない。よって、こ
の素子はポート1を入力端、ポート2を出力端とする光ア
イソレータとして機能する。
5を用いて、素子の動作原理を説明する。非相反移相効
果を利用したTMモード動作の干渉計型光アイソレータの
動作原理を簡単に説明する。光アイソレータの入力端に
相当するポート1に入射されて順方向に伝搬するTMモー
ドは、前段の三分岐光結合器（図5における分岐・結合
器1）により、同振幅、同位相の二波に分波される。二
波は干渉計（図5における導波路1、導波路2）を伝搬す
る際に、90°の相反な位相差と−90°の非相反な位相差
を受け、後段の三分岐光結合器（図5における分岐・結
合器2）に入射するときには、同振幅、同位相となって
いる。この場合、分岐・結合器2で、二波は分岐・結合
器2のポート2、すなわち光アイソレータの出力端に結合
する。次に、光アイソレータの出力端から入射される反
射TMモードについて考える。伝搬方向が反転するため、
非相反移相効果は、その符号が反転する。反射TMモード
は、分岐・結合器2で同振幅、同位相の二波に分波され
る。二波は導波路1、導波路2を伝搬する際に、90°の相
反な位相差と＋90°の非相反な位相差を受け、分岐・結
合器1に入射するときには、同振幅で180°逆位相となっ
ている。この場合、分岐・結合器1で、二波は分岐・結
合器1のポートA、ポートBに結合され、ポート1、すなわ
ち光アイソレータの入力端には結合しない。よって、こ
の素子はポート1を入力端、ポート2を出力端とする光ア
イソレータとして機能する。
【００２９】（2）偏波依存相反移相器が及ぼす影響
図5に模式的に示した素子のポート2から反射TEモードが
入射する場合、図2及び図3の導波路構造ではTEモードに
非相反移相効果が生じないため、干渉計を伝搬するとき
に受ける効果は相反移相効果のみとなる。従来の干渉計
型光アイソレータでは、相反移相器の長さは、TMモード
光の導波路内での波長をλTMとすると、λTM／4で与え
られていた。図2、図3に示す導波路ではモード複屈折は
極めて小さいため、TMモードにおけるλTM／4の長さの
相反移相器は、TEモード光に対しても相反な位相差約90
°を与える。したがって、導波路1、導波路2を伝搬した
二波は、90°の位相差を持って分岐・結合器1に入射す
る。
入射する場合、図2及び図3の導波路構造ではTEモードに
非相反移相効果が生じないため、干渉計を伝搬するとき
に受ける効果は相反移相効果のみとなる。従来の干渉計
型光アイソレータでは、相反移相器の長さは、TMモード
光の導波路内での波長をλTMとすると、λTM／4で与え
られていた。図2、図3に示す導波路ではモード複屈折は
極めて小さいため、TMモードにおけるλTM／4の長さの
相反移相器は、TEモード光に対しても相反な位相差約90
°を与える。したがって、導波路1、導波路2を伝搬した
二波は、90°の位相差を持って分岐・結合器1に入射す
る。
【００３０】この場合、約1／2の光強度を有する光波
が、ポート1、すなわち光アイソレータの入力端に結合
し、半導体レーザへ反射光が入射されてしまうことにな
る。
が、ポート1、すなわち光アイソレータの入力端に結合
し、半導体レーザへ反射光が入射されてしまうことにな
る。
【００３１】反射TEモードの入力端への結合を防ぐた
め、小さいながらもゼロではないモード複屈折を利用す
る。すなわち、TMモードにおける相反移相の大きさを90
°としたまま、TEモードに対しては180°となるように
相反移相器長を調節する。これは、TEモード光の導波路
内での波長をλTEとし、m、nを整数としたときに、TMモ
ードに対しては、相反移相器長が（1／4＋m）λTM、TE
モードに対しては相反移相器長が（1／2＋n）λTEとい
う条件を満足するように、相反移相器長を選ぶことで達
成される。この場合、TMモードに対しては前記（1）光
アイソレータの動作原理で述べたとおり、光アイソレー
タ動作が得られる。一方、反射TEモードに対しては、導
波路1、導波路2を伝搬する二波が受ける相反移相効果は
180°となるため、光波は全てポートA、ポートBへ結合
し、ポート1、すなわち光アイソレータの入力端への結
合は生じない。したがって、反射光は、TMモード、TEモ
ードいずれの光波もポート1へは結合せず、ポートA、ポ
ートBに結合され、半導体レーザへの反射光の入射は阻
止される。
め、小さいながらもゼロではないモード複屈折を利用す
る。すなわち、TMモードにおける相反移相の大きさを90
°としたまま、TEモードに対しては180°となるように
相反移相器長を調節する。これは、TEモード光の導波路
内での波長をλTEとし、m、nを整数としたときに、TMモ
ードに対しては、相反移相器長が（1／4＋m）λTM、TE
モードに対しては相反移相器長が（1／2＋n）λTEとい
う条件を満足するように、相反移相器長を選ぶことで達
成される。この場合、TMモードに対しては前記（1）光
アイソレータの動作原理で述べたとおり、光アイソレー
タ動作が得られる。一方、反射TEモードに対しては、導
波路1、導波路2を伝搬する二波が受ける相反移相効果は
180°となるため、光波は全てポートA、ポートBへ結合
し、ポート1、すなわち光アイソレータの入力端への結
合は生じない。したがって、反射光は、TMモード、TEモ
ードいずれの光波もポート1へは結合せず、ポートA、ポ
ートBに結合され、半導体レーザへの反射光の入射は阻
止される。
【００３２】以上の効果は、TMモードとTEモードを入れ
替えても実現できる。すなわち、TEモード動作の干渉型
光アイソレータにおいて、偏波依存相反移相器を組み込
むことにより、反射TMモードが素子の入力端へ結合する
ことを防ぐことができる。
替えても実現できる。すなわち、TEモード動作の干渉型
光アイソレータにおいて、偏波依存相反移相器を組み込
むことにより、反射TMモードが素子の入力端へ結合する
ことを防ぐことができる。
【００３３】以上の効果は、非相反移相効果を利用した
光アイソレータだけでなく、干渉計を利用した全ての一
偏波動作の光アイソレータに対して応用できる技術であ
る。
光アイソレータだけでなく、干渉計を利用した全ての一
偏波動作の光アイソレータに対して応用できる技術であ
る。
【００３４】（3）光サーキュレータの構造・動作原理
・偏波依存相反移相器が及ぼす影響 一偏波動作光非相反素子において、偏波依存相反移相器
を干渉計に組み込むことにより、他偏波反射光を除去す
ることは、光サーキュレータにおいても可能である。光
アイソレータの場合との類似点が多いので、簡潔に述べ
る。
・偏波依存相反移相器が及ぼす影響 一偏波動作光非相反素子において、偏波依存相反移相器
を干渉計に組み込むことにより、他偏波反射光を除去す
ることは、光サーキュレータにおいても可能である。光
アイソレータの場合との類似点が多いので、簡潔に述べ
る。
【００３５】ここでは、TMモード動作の干渉計型光サー
キュレータにおける反射TEモード除去に関して、具体例
を記述する。
キュレータにおける反射TEモード除去に関して、具体例
を記述する。
【００３６】なお、TEモード動作の干渉計型光サーキュ
レータにおける反射TMモード除去に関しては、下記の記
述において、TMモードとTEモードを入れ替えることによ
り、同等の効果が実現される。
レータにおける反射TMモード除去に関しては、下記の記
述において、TMモードとTEモードを入れ替えることによ
り、同等の効果が実現される。
【００３７】TMモード動作の干渉計型光サーキュレータ
を図4に示す。導波路型光サーキュレータは、二つの3dB
方向性結合器によりマッハツェンダ干渉計が構成されて
いる。干渉計には、90°の相反移相器と90°の非相反移
相器が組み込まれている。
を図4に示す。導波路型光サーキュレータは、二つの3dB
方向性結合器によりマッハツェンダ干渉計が構成されて
いる。干渉計には、90°の相反移相器と90°の非相反移
相器が組み込まれている。
【００３８】本発明の光サーキュレータの構造を模式的
に示した図6を用いて、素子の動作原理を説明する。光
サーキュレータのポート1に入射されて順方向に伝搬す
るTMモードは、方向性結合器1により、同振幅で90°位
相が異なる二波に分波される。二波は干渉計（図6にお
ける導波路1、導波路2）を伝搬する際に、90°の相反な
位相差と−90°の非相反な位相差を受け、方向性結合器
2に入射するときには、同振幅で90°位相が異なる状態
となっている。この場合、方向性結合器2で、二波はポ
ート4に結合する。
に示した図6を用いて、素子の動作原理を説明する。光
サーキュレータのポート1に入射されて順方向に伝搬す
るTMモードは、方向性結合器1により、同振幅で90°位
相が異なる二波に分波される。二波は干渉計（図6にお
ける導波路1、導波路2）を伝搬する際に、90°の相反な
位相差と−90°の非相反な位相差を受け、方向性結合器
2に入射するときには、同振幅で90°位相が異なる状態
となっている。この場合、方向性結合器2で、二波はポ
ート4に結合する。
【００３９】次に、ポート4から入射される反射TMモー
ドについて考える。伝搬方向が反転するため、非相反移
相効果は、その符号が反転する。反射TMモードは、方向
性結合器2で同振幅で90°位相が異なる二波に分波され
る。二波は導波路1、導波路2を伝搬する際に、90°の相
反な位相差と＋90°の非相反な位相差を受け、方向性結
合器1に入射するときには、同振幅で−90°位相が異な
る状態となっている。この場合、方向性結合器1で、二
波はポート2に結合され、ポート1には結合しない。同様
に、ポート2から入射したTMモードはポート3へ結合し、
ポート3から入射したTMモードはポート1へ結合する。よ
って、この素子は光サーキュレータとして機能する。ま
た、ポート1を入力端、ポート4を出力端とみなすことに
より、この素子は導波路型光アイソレータとして機能す
る。
ドについて考える。伝搬方向が反転するため、非相反移
相効果は、その符号が反転する。反射TMモードは、方向
性結合器2で同振幅で90°位相が異なる二波に分波され
る。二波は導波路1、導波路2を伝搬する際に、90°の相
反な位相差と＋90°の非相反な位相差を受け、方向性結
合器1に入射するときには、同振幅で−90°位相が異な
る状態となっている。この場合、方向性結合器1で、二
波はポート2に結合され、ポート1には結合しない。同様
に、ポート2から入射したTMモードはポート3へ結合し、
ポート3から入射したTMモードはポート1へ結合する。よ
って、この素子は光サーキュレータとして機能する。ま
た、ポート1を入力端、ポート4を出力端とみなすことに
より、この素子は導波路型光アイソレータとして機能す
る。
【００４０】図4及び図6に示した光サーキュレータを、
ポート1を入力端、ポート4を出力端とする光アイソレー
タとみなしたときの、反射TEモードについて検討する。
ポート1を入力端、ポート4を出力端とする光アイソレー
タとみなしたときの、反射TEモードについて検討する。
【００４１】図6のポート4から反射TEモードが入射する
場合、図2及び図3の導波路構造ではTEモードに非相反移
相効果が生じないため、ポート1へも光波が結合し、反
射光を阻止できない。反射TEモードのポート1への結合
を防ぐため、モード複屈折を利用して、TMモードにおけ
る相反移相の大きさを90°としたまま、TEモードに対し
ては180°となるように相反移相器長を調節する。これ
は、TEモード光の導波路内での波長をλTEとし、m、nを
整数としたときに、TMモードに対しては、相反移相器長
が（1／4＋m）λTM、TEモードに対しては相反移相器長
が（1／2＋n）λ TEという条件を満足するように、相反
移相器長を選ぶことで達成される。この場合、TMモード
に対しては光アイソレータ動作が得られた状態で、同時
に、反射TEモードもポート2へ結合し、ポート1への結合
は阻止される。したがって、反射光は、TMモード、TEモ
ードいずれの光波もポート1へは結合せず、ポート2に結
合され、半導体レーザへの反射光の入射は阻止される。
場合、図2及び図3の導波路構造ではTEモードに非相反移
相効果が生じないため、ポート1へも光波が結合し、反
射光を阻止できない。反射TEモードのポート1への結合
を防ぐため、モード複屈折を利用して、TMモードにおけ
る相反移相の大きさを90°としたまま、TEモードに対し
ては180°となるように相反移相器長を調節する。これ
は、TEモード光の導波路内での波長をλTEとし、m、nを
整数としたときに、TMモードに対しては、相反移相器長
が（1／4＋m）λTM、TEモードに対しては相反移相器長
が（1／2＋n）λ TEという条件を満足するように、相反
移相器長を選ぶことで達成される。この場合、TMモード
に対しては光アイソレータ動作が得られた状態で、同時
に、反射TEモードもポート2へ結合し、ポート1への結合
は阻止される。したがって、反射光は、TMモード、TEモ
ードいずれの光波もポート1へは結合せず、ポート2に結
合され、半導体レーザへの反射光の入射は阻止される。
【００４２】以上の効果は、TMモードとTEモードを入れ
替えても実現できる。すなわち、TEモード動作の干渉型
光サーキュレータにおいて、偏波依存相反移相器を組み
込むことにより、反射TMモードが素子の入力端へ結合す
ることを防ぐことができる。
替えても実現できる。すなわち、TEモード動作の干渉型
光サーキュレータにおいて、偏波依存相反移相器を組み
込むことにより、反射TMモードが素子の入力端へ結合す
ることを防ぐことができる。
【００４３】以上の効果は、非相反移相効果を利用した
光サーキュレータだけでなく、干渉計を利用した全ての
一偏波動作の光サーキュレータに対して応用できる技術
である。
光サーキュレータだけでなく、干渉計を利用した全ての
一偏波動作の光サーキュレータに対して応用できる技術
である。
【００４４】(4)製造上の利点
なお、本発明に係る光アイソレータ又は光サーキュレー
タを製作することは、従来のTMモード動作の導波路型光
アイソレータ及び光サーキュレータに前記偏波依存相反
移相器を組み込むこと、すなわち、二つの導波路の長さ
の差を、（TMモード光の導波路内での波長をλTM 、TE
モード光の導波路内での波長をλTEとし、m、nを整数と
したときに）TMモード光に対しては（1／4＋m）λTM、T
Eモード光に対しては（1／2＋n）λTEという二つの条件
を同時に満足するように調整することに他ならないか
ら、従来の導波路型光アイソレータ及び光サーキュレー
タを製作する工程（二つの導波路の長さの差を、入射光
の導波路内での波長の（1／4＋整数）倍に調整するこ
と）と全く同じであり、別途結晶成長や材料堆積などの
工程は不要である。そのため、一偏波動作光非相反素子
において、他偏波の反射光を除去するモードフィルタな
どの素子を別途用意して、導波路型光非相反素子に一体
集積化させる方法と比較して、量産性に優れ、大幅な低
価格化が可能であるという工業上の利点を有する。
タを製作することは、従来のTMモード動作の導波路型光
アイソレータ及び光サーキュレータに前記偏波依存相反
移相器を組み込むこと、すなわち、二つの導波路の長さ
の差を、（TMモード光の導波路内での波長をλTM 、TE
モード光の導波路内での波長をλTEとし、m、nを整数と
したときに）TMモード光に対しては（1／4＋m）λTM、T
Eモード光に対しては（1／2＋n）λTEという二つの条件
を同時に満足するように調整することに他ならないか
ら、従来の導波路型光アイソレータ及び光サーキュレー
タを製作する工程（二つの導波路の長さの差を、入射光
の導波路内での波長の（1／4＋整数）倍に調整するこ
と）と全く同じであり、別途結晶成長や材料堆積などの
工程は不要である。そのため、一偏波動作光非相反素子
において、他偏波の反射光を除去するモードフィルタな
どの素子を別途用意して、導波路型光非相反素子に一体
集積化させる方法と比較して、量産性に優れ、大幅な低
価格化が可能であるという工業上の利点を有する。
【００４５】
【発明の効果】以上のように本発明に係る光アイソレー
タは、偏波依存相反移相器を干渉計に組み込むことによ
り、TMモード動作光アイソレータの場合は反射TEモード
が入力端へ結合することを阻止し、TEモード動作光アイ
ソレータの場合は反射TMモードが入力端へ結合すること
を阻止するものである。一偏波動作干渉計型光アイソレ
ータにおいて、他偏波反射光が入力端へ結合することが
阻止され、光集積回路の高性能化、低価格化をもたら
す。
タは、偏波依存相反移相器を干渉計に組み込むことによ
り、TMモード動作光アイソレータの場合は反射TEモード
が入力端へ結合することを阻止し、TEモード動作光アイ
ソレータの場合は反射TMモードが入力端へ結合すること
を阻止するものである。一偏波動作干渉計型光アイソレ
ータにおいて、他偏波反射光が入力端へ結合することが
阻止され、光集積回路の高性能化、低価格化をもたら
す。
【００４６】本発明に係る光サーキュレータは、偏波依
存相反移相器を干渉計に組み込むことにより、TMモード
動作光サーキュレータの場合は反射TEモードが入力端へ
結合することを阻止し、TEモード動作光サーキュレータ
の場合は反射TMモードが入力端へ結合することを阻止す
るものである。光サーキュレータの二端子を入出力端と
みなして光アイソレータとして機能させる場合、反射他
偏波が入力端へ結合することが阻止され、光集積回路の
高性能化、低価格化をもたらす。
存相反移相器を干渉計に組み込むことにより、TMモード
動作光サーキュレータの場合は反射TEモードが入力端へ
結合することを阻止し、TEモード動作光サーキュレータ
の場合は反射TMモードが入力端へ結合することを阻止す
るものである。光サーキュレータの二端子を入出力端と
みなして光アイソレータとして機能させる場合、反射他
偏波が入力端へ結合することが阻止され、光集積回路の
高性能化、低価格化をもたらす。
【図１】一つの偏波に対して動作する干渉計型光アイソ
レータの一例を示す図である。
レータの一例を示す図である。
【図２】非相反移相器における導波路の断面形状の第一
実施例を示す図である。
実施例を示す図である。
【図３】非相反移相器における導波路の断面形状の第二
実施例を示す図である。
実施例を示す図である。
【図４】一つの偏波に対して動作する干渉計型光サーキ
ュレータの一例を示す図である。
ュレータの一例を示す図である。
【図５】本発明に係る光アイソレータの構造を模式的に
示した図である。
示した図である。
【図６】本発明に係る光サーキュレータの構造を模式的
に示した図である。
に示した図である。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開2001−350039（ＪＰ，Ａ)
特開2000−338450（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−82768（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−50261（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−134602（ＪＰ，Ａ)
横井秀樹 ｅｔ．ａｌ．，電子情報通
信学会技術研究報告ＯＰＥ，2001年11月
15日，Ｖｏｌ．101 Ｎｏ．450，ｐｐ.
23−28
Ｙｏｋｏｉ Ｈ．ｅｔ．ａｌ．，Ａｐ
ｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ，2000年11月
20日，Ｖｏｌ．39 Ｎｏ．33，ｐｐ.
6158−6164
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G02B 27/28
G02B 6/12 - 6/14
G02F 1/09 - 1/095
G02F 1/29 - 1/313
Claims (4)
- 【請求項１】２つの三分岐光結合器により合分波され、
該２つの三分岐光結合器の間に二本の導波路を有し、90
°の相反移相器及び90°の非相反移相器を含むマッハツ
ェンダ干渉計で構成される、一偏波動作の干渉計型光ア
イソレータにおいて、 入射光の偏波と同じ偏波の反射光に対する相反移相の大
きさが90°になり、かつ、 前記入射光の偏波と逆の偏波の反射光に対する相反移相
の大きさが180°になるように前記相反移相器の長さが
調整されていることを特徴とする干渉計型光アイソレー
タ。 - 【請求項２】請求項１に記載の干渉計型光アイソレータ
を用いて、前記入射光の偏波と逆の偏波の反射光を除去
する方法。 - 【請求項３】２つの３ｄＢ方向性結合器により合分波さ
れ、該２つの３ｄＢ方向性結合器の間に二本の導波路を
有し、90°の相反移相器及び90°の非相反移相器を含む
マッハツェンダ干渉計で構成される、一偏波動作の干渉
計型光サーキュレータにおいて、 入射光の偏波と同じ偏波の反射光に対する相反移相の大
きさが90°になり、かつ、 前記入射光の偏波と逆の偏波の反射光に対する相反移相
の大きさが180°になるように前記相反移相器の長さが
調整されていることを特徴とする干渉計型光サーキュレ
ータ。 - 【請求項４】請求項３に記載の干渉計型光サーキュレー
タを用いて、前記入射光の偏波と逆の偏波の反射光を除
去する方法。
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| JP2002108742A JP3407046B1 (ja) | 2002-04-11 | 2002-04-11 | 干渉計型光アイソレータ及び光サーキュレータ |
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| JP2002108742A JP3407046B1 (ja) | 2002-04-11 | 2002-04-11 | 干渉計型光アイソレータ及び光サーキュレータ |
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