JP5223092B2 - 偏波無依存光アイソレータ - Google Patents

Description

本発明は偏波無依存光アイソレータに関し、特に設計波長において、ＴＭモード、ＴＥモードの双方に対してアイソレートを可能とし、逆方向伝搬光に対して伝搬を完全に阻止する偏波無依存光アイソレータに関する。

光アイソレータは一方向にのみ光を透過させ、これと反対の方向に伝搬しようとする光を阻止する素子である。例えば、光アイソレータを半導体レーザの発射端に配置することによって、レーザから出力される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力しようとする光は、光アイソレータによって阻止され、半導体レーザに入力することはできない。光アイソレータを半導体レーザの発射端に置かないと半導体レーザに反射戻り光が入力し、これが半導体レーザの発振特性を劣化させてしまう。すなわち、光アイソレータは半導体レーザに入力しようとする光を遮り、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。
上述した半導体レーザに限らず、光増幅器などの光能動素子に、意図しない逆向き光が入力することによって素子の動作特性が劣化したり、意図しない動作を行うことがある。しかしながら、光アイソレータは一方向にしか光を透過しないため、光能動素子に意図しない逆向き光が入力することを防止することができる。
従来より、半導体レーザとの集積化に適した光アイソレータとして、第１図に斜視図で示す干渉型光アイソレータ（導波路型光アイソレータ）１０１が提案されていた。
この従来の光アイソレータ１０１は、化合物半導体基板１０２上に半導体材料を用いた導波層１０３を配設し、この導波層１０３には導波路１０４を形成し、この導波層１０３上にテーパ状分岐結合器１０５を配設し、さらに導波層１０３上に非相反移相器１０６を設けてなるものである。なお、非相反移相器１０６は、磁気光学材料からなるクラッド層１０７と、磁気光学材料の磁化を所定の方向に揃えるための磁界印加手段１０８とを具備しており、クラッド層１０７上に磁界印加手段１０８を配設して形成されている。
第２図に導波路型光アイソレータ１０１の動作原理を示す。この光アイソレータ１０１（以下、「導波路型光アイソレータ１０１」とする）は、光干渉計を構成する２本の光導波路中に発生する伝搬方向によって大きさが異なる位相変化（以下、「非相反移相効果」とする）を用いて、順方向の伝搬波（前進波）に対しては２本の導波路を伝搬する光波が同位相となるように、また、逆方向に伝搬する逆方向の伝搬波（後退波）に対しては逆位相になるように設定される（第２図（ａ））。
二つの光波が同位相になる場合には、構造の対称性から、中央入力端から入力された光波は、出力側（図中右側）に設けられたテーパ状分岐結合器１０５において中央の出力端１１１から出力される（第２図（ｂ））。
一方、逆位相になる場合は、構造の対称性から、中央出力端から入力された光波（反射戻り光）は、入力側（図中左側）に設けられたテーパ状分岐結合器１０５において反対称の分布が形成されるため、テーパ状分岐結合器１０５の中央出力端（入力端）１１０からは出力されずに、中央出力端１１０の両脇に設けられた不要光出力端１１２から光波が出力される（第２図（ｃ））。
すなわち、図中左側のテーパ状分岐結合器１０５の中央入力端１１０から入力された光波は、図中右側のテーパ状分岐結合器１０５の中央出力端１１１から出力される。逆に図中右側のテーパ状分岐結合器１０５の中央出力端１１１から入力された光波は、図中左側のテーパ状分岐結合器１０５の中央入力端１１０に入ることがなく、図中左側の導波路より出力される。このように、逆方向の伝搬波に対して二つの光波が逆位相になるように設定することにより、図中右側の分岐結合器の中央出力端から入力された逆方向伝搬光をアイソレートすることができる。
光アイソレータのこのような光の分岐結合特性の動作を実現するためには、一定量の非相反移相効果が必要である。まず、干渉光路の一方を他方に比べて長くすることによって、２本の光路間に伝搬方向に依存しない位相差（相反位相差）を発生させる。また、磁気光学材料（磁気光学効果を有する材料）を平面状の導波路中に配置し、外部から導波路面内で伝搬方向に直交する方向（横方向）に磁界を印加して、磁気光学材料の磁化を配向することによって、非相反移相効果を発生させることができる。光の伝搬方向と磁化の配向方向の関係によって、磁気光学効果による非相反移相効果が決まるため、磁化方向を保ったまま伝搬方向を反転させると、非相反移相効果が異なる。
第２図に示す導波路型光アイソレータ１０１では、干渉計を構成する２本の導波路に互いに反平行に磁界が印加されているため、２本の導波路中を同じ距離伝搬した際の光波の位相差が非相反移相量（順方向伝搬波と逆方向伝搬波の位相変化の差）に一致する。また、順方向伝搬波に対して非相反移相効果によって２本の導波路間に＋φの位相差が生じるとすると、逆方向伝搬波に対してはこれと異符号−φの位相差が生じることになる。
この磁界による非相反移相効果に加え、干渉計を構成する２本の導波路には、１／４波長に相当する光路長差が設けられている。これは、方向によらず光路の長い導波路を伝搬する光がπ／２だけ大きな位相変化を与えることを目的とする。すなわち、順方向伝搬波に対しては、光路の長い導波路の方が短い導波路に比べて非相反移相効果による位相差（以下、「非相反位相差」という。）−π／２を生じるようにすれば、順方向伝搬波に対して２本の導波路を伝搬する光波は同位相となる。このとき、伝搬方向を反転すると、非相反位相差は符号が反転するため、光路の長い導波路の方が非相反位相差＋π／２を与えられる。これと光路長差による＋π／２の位相差が加わり、逆位相状態（位相差π）でテーパ状分岐結合器に入力されることになる。以上のことから、第２図に示す導波路型光アイソレータにおいて、π／２の非相反位相差が必要であると結論することができる。
このような従来の導波路型光アイソレータは、入力光の偏波状態によって特性が大きく変化するため、入力光の偏波が特定の場合の一偏波（ＴＭモード、垂直偏波）でないとアイソレータとしては動作しないという偏波依存性をもっている。なお、このような導波路型光アイソレータの一例が日本国特許第３４０７０４６号に示されている。また非特許文献１及び非特許文献２には、導波路型光アイソレータのＴＭモードにおける動作実証例が記載されている。さらに、非特許文献３には、ＴＭモードに対して発生する非相反位相量を測定し、ＴＥモードでは非相反位相効果が発生しないことを実験で示している。
しかしながら、光アイソレータは、光ファイバ通信で使用されるということを考えると、ファイバを伝送されてきた光波の偏波状態はランダムに変化している。このため、偏波依存性をもつ光アイソレータでは利用可能な範囲が限定されてしまう。特に逆方向伝搬光の阻止特性（アイソレーション特性）は使用上重要な特性であり、十分大きな阻止特性が得られることが要求される。
そこで、非特許文献４で、磁性ガーネットの磁化構造を工夫した偏波無依存な導波路型光アイソレータが提案されている。しかしながら、この光アイソレータは、磁化構造の制御が複雑かつ困難な構成となっている。
バルク型光アイソレータについては、非特許文献５で、偏波ダイバーシティ（偏波分離・合成）構成とした偏波無依存なバルク型光アイソレータが提案されている。
偏波ダイバーシティを利用した導波路型光アイソレータも考えられるが、入力光をＴＥモード（水平偏波）とＴＭモードとに分離した後、ＴＥモードに対して９０°偏波面を回転させて光アイソレータを通し、さらに偏波面を回転させ元に戻して出力する必要がある。この場合、２つの導波路型光アイソレータが必要となり、光アイソレータの小型化という現在の要求仕様に対して著しく逆行する結果となってしまい、実用性に乏しかった。
非特許文献６では、非対称型導波路構造でＴＥ−ＴＭモード変換器を試作し、良好なモード変換特性を明らかにしている。
エイチ．ヨコイ、ティー．ミズモト、エヌ．シンジョウ、エヌ．フタクチ、アンド ワイ．ナカノ、"デモンストレイション オブ オプティカル アイソレータ、ウィズ ア セミコンダクタ ガイデッド レイヤ ザット ワズ オブテインド バイ ユース オブ ア ノンレシプロカル フェイズ シフト"アプライド オプティクス、ボリューム３９、ナンバー３３、６１５８−６１６４ページ（２０００）（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）） 横井、水本、新城、二口、中野、"半導体導波層を有する光アイソレータの動作実証"、電子情報通信学会技術研究報告、ＯＰＥ２０００−１０、ＰＰ．５５−６０（２０００） ティー．ミズモト アンド ワイ．ナイトウ、"ノンレシプロカル プロパゲイション キャラクタリスティクス オブ ワイアイジー ツィン フィルム、"アイイーイーイー トランス．オン マイクロウェーブ セオリー アンド テクニクス、ボリューム．エムティーティー−３０、ナンバー．６、ピーピー．９２２−９２５（１９８２）（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）） オー．シュロムスキー、エイチ．ドエシ、エム．ローマイア、エル．ウィルキンス、アンド ピー．ハーテル、"マグネットオプティカル ウェブガイド ウィズ ポラリゼーション−インディペンデント ノンレシプロカル フェイズ シフト、"アイイーイーイー ジェイ．ライトウェーブ テクノロジー、ボリューム．１９、ナンバー．２、ピーピー．２１４−２２１（２００１）（Ｏ．Ｚｈｕｒｏｍｓｋｙｙ，Ｈ．Ｄｅｏｅｔｓｃｈ，Ｍ．Ｌｏｈｍｅｙｅｒ，Ｌ．Ｗｉｌｋｅｎｓ，ａｎｄ Ｐ．Ｈｅｒｔｅｌ，"Ｍａｇｎｅｔｏｏｐｔｉｃｓ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ ｗｉｔｈ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ−ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｎｏｎｒｅｃｉｐｒｏｃａｌ ｐｈａｓｅ ｓｈｉｆｔ，"ＩＥＥＥ Ｊ．Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｖｏｌ．１９，Ｎｏ．２，ｐｐ．２１４−２２１（２００１）） ケイ．シライシ、"ニュー コンフィギュレイション オブ ポラリゼイション−インデペンデント アイソレータ ユージング ア ポラリゼーション−ディペンデント ワン、"エレクトロニクス レターズ、ボリューム．２７、ナンバー．４、ピーピー．３０２−３０３（１９９１）（Ｋ．Ｓｈｉｒａｉｓｈｉ，"Ｎｅｗ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ−ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｉｓｏｌａｔｏｒ ｕｓｉｎｇ ａ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ−ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｏｎｅ，"Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，ｖｏｌ．２７，Ｎｏ．４，ｐｐ３０２−３０３（１９９１）） ジェイ．ゼット．ファン、アール．スカモジノ、ジー．ネイジー、エム．ジェイ．スティール、アンド アール．エム．オースゴッド、ジュニア、"リアライゼイション オブ ア コンパクト アンド シングル−モード オプティカル パッシブ ポラリゼーション コンバータ、"アイイーイーイー フォトニクス テクノロジー レターズ、ボリューム．１２、ナンバー．３、ピーピー３１７−３１９（２０００）（Ｊ．Ｚ．Ｈｕａｎｇ，Ｒ．Ｓｃａｒｍｏｚｚｉｎｏ，Ｇ．Ｎａｇｙ，Ｍ．Ｊ．Ｓｔｅｅｌ，ａｎｄ Ｒ．Ｍ．Ｏｓｇｏｏｄ，Ｊｒ，"Ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｃｏｍｐａｃｔ ａｎｄ ｓｉｎｇｌｅ−ｍｏｄｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｐａｓｓｉｖｅ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ，"ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｌｅｔｔｅｒｓ，ｖｏｌ．１２，Ｎｏ．３，ｐｐ−３１７−３１９（２０００））

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、導波路型光アイソレータに入力される光の偏波に依存せず、特に、逆方向伝搬光を確実にアイソレートすることが可能な偏波無依存光アイソレータを提供することにある。
本発明は偏波無依存光アイソレータに関し、第一分岐結合器及び第二分岐結合器と、該第一分岐結合器及び第二分岐結合器をそれぞれ結ぶ第一導波路及び第二導波路と、該第一導波路及び該第二導波路上に跨るように配設され、前記２つの導波路をそれぞれ伝搬する順方向伝搬光及び逆方向伝搬光に所定の位相差を与える非相反移相器と、前記第一導波路上に配設される第一モード変換器と、前記第二導波路上に配設される第二モード変換器とを備え、前記第一モード変換器と前記第二モード変換器とは、前記伝搬光の偏波の、ＴＭモードをＴＥモードに変換する、あるいはＴＥモードをＴＭモードに変換するものであり、前記第一モード変換器が前記第一分岐結合器と前記非相反移相器との間に配設されている場合には、前記第二モード変換器は、前記非相反移相器と前記第二分岐結合器との間に配設され、前記第一モード変換器が前記第二分岐結合器と前記非相反移相器との間に配設されている場合には、前記第二モード変換器は、前記非相反移相器と前記第一分岐結合器との間に配設することによって達成される。
また、本発明の上記目的は、前記非相反移相器の前記所定の位相差は、前記順方向伝搬光に対するＴＥモードの位相変化をφ_ＴＥ、ＴＭモードの位相変化をφ^ｆ _ＴＭとし、前記逆方向伝搬光に対するＴＥモードの位相変化をφ_ＴＥ、ＴＭモードの位相変化をφ^ｂ _ＴＭとして、
φ_ＴＥ−φ^ｆ _ＴＭ＝２ｍπ (ｍは整数)
φ_ＴＥ−φ^ｂ _ＴＭ＝（２ｎ＋１)π (ｎは整数)
とすることにより、効果的に達成される。
また、本発明の上記目的は、前記第一導波路または前記第二導波路のいずれか一方に相反移相器を配設し、該相反移相器を通過する伝搬光に対し所定の位相差を与えることにより、効果的に達成される。
また、本発明の上記目的は、前記非相反移相器の前記所定の位相差は、前記順方向伝搬光に対するＴＥモードの位相変化をφ_ＴＥ、ＴＭモードの位相変化をφ^ｆ _ＴＭとし、前記逆方向伝搬光に対するＴＥモードの位相変化をφ_ＴＥ、ＴＭモードの位相変化をφ^ｂ _ＴＭとして、
φ_ＴＥ−φ^ｆ _ＴＭ＝(２ｍ＋１)π (ｍは整数)
φ_ＴＥ−φ^ｂ _ＴＭ＝２ｎπ (ｎは整数)
とすることにより、より効果的に達成される。
さらにまた、本発明の上記目的は、前記相反移相器の前記所定の位相差は、(２ｌ＋１)π(ｌは整数)とすることにより、より効果的に達成される。
発明の効果
本発明の偏波無依存光アイソレータによれば、従来の一偏波(ＴＭモード)のみに対して動作していた導波路型光アイソレータを、偏波毎に分離する必要なく一つの光アイソレータで偏波無依存な導波路型光アイソレータを実現している。
特に、モード変換器の動作が完全な場合は、入力偏波によらず、順方向伝搬光は無損失で伝搬させ、逆方向伝搬光は完全にアイソレートする偏波無依存光アイソレータが提供可能である。
また、モード変換器の動作が不完全な場合、すなわち、ＴＥモードからＴＭモードへの変換効率、及びＴＭモードからＴＥモードへの変換効率が共にη(η＜１)の場合であっても、入力偏波によらず、逆方向伝搬光は確実にアイソレートする偏波無依存光アイソレータが提供可能である。
また、この偏波無依存光アイソレータにより、偏波ダイバーシティを利用した偏波無依存の導波路型光アイソレータに比べ、導波路内にモード変換器を備えると共に１つの導波路型光アイソレータのみで偏波無依存光アイソレータを提供可能であるため、集積化による小型化が実現されている。

第１図は、従来の干渉型光アイソレータの一例を示す斜視図である。
第２図は、干渉型光アイソレータの動作原理の概略説明図である。
第３図は、本発明に係る偏波無依存光アイソレータの概略構成図の一例である。
第４図は、エッチングによってモード変換器が形成された導波路の断面形状の一例を示す画像である。
第５図は、エッチングによってモード変換器が形成された導波路の概略断面図の一例である。
第６図は、モード変換器とモード変換効率との関係の一例を示す表である。
第７図は、本発明に係る偏波無依存光アイソレータに光が入力された際の動作の一例を示す概略構成図である。
第８図は、本発明の変更例に係る偏波無依存光アイソレータの概略構成図である。
第９図は、本発明の変更例に係る偏波無依存光アイソレータに光が入力された際の動作の一例を示す概略構成図である。
第１０図は、本発明のさらに別に変更例に係る偏波無依存光アイソレータに光が入力された際の動作の一例を示す概略構成図である。

以下に、本発明に係る偏波無依存光アイソレータについて、図面を参照しながら詳細に説明する。
第３図は、本発明に係る偏波無依存光アイソレータの概略構成図の一例である。
偏波無依存光アイソレータ１は、図示するように、第一分岐結合器２と、第二分岐結合器３と、第一導波路４と、第二導波路５と、非相反移相器６と、第一モード変換器７と、第二モード変換器８とを少なくとも具備して構成されている。
第一分岐結合器２及び第二分岐結合器３は、入力光を分岐または結合するものである。このような分岐結合器２，３としては、複数の導波路を近接して配置し、光の伝搬方向に分布的に生じる結合を利用したテーパ状分岐結合器、Ｙ分岐結合器、多モード干渉効果を用いた多モード干渉カプラ（ＭＭＩカプラ）等が利用可能である。
なお、第一分岐結合器２及び第二分岐結合器３は、入力された光をＴＥモードの偏波とＴＭモードの偏波に分離するものではなく、ＴＥモード及びＴＭモードの両偏波を含む入力光を同位相・同振幅の二つの光波に分岐するものである。すなわち、分岐結合器２，３は、ａの振幅をもつ入力光を、第一導波路４及び第二導波路５に振幅ａ／２の光波に分岐する動作を行う。
第一導波路４及び第二導波路５は、第一分岐結合器２及び第二分岐結合器３を結ぶようにそれぞれ接続されて、光を導波する。
非相反移相器６は、第一導波路４及び第二導波路５を導波する順方向伝搬光及び逆方向伝搬光に所定の位相差（位相変化）を与えるものである。偏波無依存光アイソレータ１において、非相反移相器６は、第一導波路４及び第二導波路５上に、かつ、第一導波路４及び第二導波路５を跨ぐように配設されている。
この非相反移相器６によって与えられる所定の位相差とは、設計波長において順方向伝搬光に対してＴＥモードの位相変化をφ_ＴＥ、ＴＭモードの位相変化をφ^ｆ _ＴＭ、逆方向伝搬光に対してＴＥモードの位相変化をφ_ＴＥ、ＴＭモードの位相変化をφ^ｂ _ＴＭとして、
φ_ＴＥ−φ^ｆ _ＴＭ＝２ｍπ （ｍは整数） （１）
φ_ＴＥ−φ^ｂ _ＴＭ＝（２ｎ＋１）π （ｎは整数） （２）
である。なお、本実施例においてはｎ＝ｍであっても良い。
さらにまた、偏波無依存光アイソレータ１に用いられる非相反移相器６では、一例として、順方向伝搬光のＴＥモードの偏波とＴＭモードの偏波との間に位相差０°、逆方向伝搬光のＴＥモードの偏波とＴＭモードの偏波との間に位相差−πを与える。なお以下ではＴＭモードの偏波を単にＴＭモードと言い、ＴＥモードの偏波を単にＴＥモードという。
このような非相反移相器６は、光ファイバ通信波長帯では、磁気光学効果を有するガーネット（磁気光学ガーネット）を導波路中に用いることで形成することができる（非特許文献３参照）。
すなわち、非相反移相器６は、磁気光学ガーネットで導波層を構成することにより形成することができる。また、化合物半導体基板（例えばＩｎＰ基板）上に結晶成長させたＧａＩｎＡｓＰを導波層とし、この導波層上に磁気光学ガーネットをダイレクトボンディングなどの手法によってクラッド層として接合した導波路構成により形成することもできる。なお、磁気光学ガーネットの例としては、Ｙ_３Ｆｅ_５Ｏ_１２（ＹＩＧ）、（ＢｉＹ）_３Ｆｅ_５Ｏ_１２（Ｂｉ：ＹＩＧ）、（ＣｅＹ）_３Ｆｅ_５Ｏ_１２（Ｃｅ：ＹＩＧ）などが挙げられる。
第一モード変換器７及び第二モード変換器８は光の偏波のモード変換を行うものである。すなわち、ＴＭモードをＴＥモードに変換する、あるいはＴＥモードをＴＭモードに変換するものである。
本発明の偏波無依存光アイソレータ１は、導波路型光アイソレータであり、第一モード変換器７及び第二モード変換器８は、導波路型のモード変換器である。このような導波路型のモード変換器の構成法としては、導波路の断面形状を二軸に対して非対称形に形成し、これにより生じる形状複屈折性によって、ＴＥ−ＴＭモード変換を発生させる方法がある（非特許文献６参照）。この構成法を用いると、どのような材料でも導波路にモード変換器を形成することができる。
第４図及び第５図に、この構成法によって形成したモード変換器の一例を示す。すなわち、第４図は、上述した構成法に従い、エッチングによってモード変換器が形成された導波路の断面形状を示す画像であり、第５図は、モード変換器が形成された導波路の概略断面図である。なお、第４図及び第５図に示すモード変換器は、基板としてＩｎＰ基板を用い、この基板上に半導体材料を結晶成長させたＧａＩｎＡｓＰ（バンドギャップ波長λ_ｇ＝１２５０ｎｍ）を導波層とし、さらに、この導波層上にクラッド層を形成し、このクラッド層を空気の導波路としている。
また、モード変換器７，８には、変換特性（変換効率）がある。第６図に、モード変換器の上面部の幅（Ｗ）と、モード変換効率（％）との関係の一例を示す。なお、第６図におけるモード変換効率（％）は、波長を１５５０ｎｍとし、ＴＥモードをＴＭモードに変換した場合の、モード変換器から出力されたＴＭモードのパワーの割合の実測値である。
なお、第３図中では、第一モード変換器７が、第一導波路４上で、第一分岐結合器２と非相反移相器６との間に配設され、第二モード変換器８が、第二導波路５上で、第二分岐結合器３と非相反移相器６との間に配設されている。しかしながら、本発明に係る偏波無依存光アイソレータ１は、第一モード変換器７が、第一導波路４上で、非相反移相器６と第二分岐結合器３との間に配設され、第二モード変換器８が、第二導波路５上で、第一分岐結合器２と非相反移相器６との間に配設されていても良い。
第７図は、偏波無依存光アイソレータ１に光が入力された際の動作の一例を示す概略構成図である。なお、理解を容易にするために入力光をＴＥモードと、ＴＭモードとに分けて説明するが、これは、入力光がＴＥモード及びＴＭモードの偏波に分離されて第一分岐結合器２又は第二分岐結合器３に入力されることを示すものではない。すなわち、第７図は、ＴＥモード及びＴＭモードの２つの偏波を含む光が、偏波無依存光アイソレータ１に入力された際に、各モードの偏波がどのように変化するのかを示すものである。また、偏波無依存光アイソレータ１では、第一モード変換器２及び第二モード変換器３での変換特性は１００％とし、さらに、入力光は、偏波無依存光アイソレータ１の設計波長と同波長とする。
また、位相変化は度数法を用いて表す。従って、例えば０°と記すときは、第一導波路４及び第二導波路５の同じ伝搬距離での位置で、相対的に位相差がないことを表す。すなわち、ＴＭ０°と記されていると、その位置の導波路における光波はＴＭモードであり、また第一導波路４と第二導波路５とを比較したときに、位相差が０°であること（位相変化が無いこと）を表している。
まず、偏波無依存光アイソレータ１に入力された順方向伝搬光のＴＭモードが、出力される際の様子を第７図（ａ）を参照しながら説明する。
図示するように、入力光は、まず第一分岐結合器２により、同位相・同振幅の２光波に分岐される。すなわち、第一導波路４及び第二導波路５のそれぞれに導波される光は振幅が１／２となる。従って、以下では、第一分岐結合器２に入力される光のＴＭモードを２ＴＭと表し、第一導波路４及び第二導波路５に導波される光のＴＭモードをＴＭと表す。なお、ＴＥモードの場合についても同様とする。
第一導波路４に導波されたＴＭモード（ＴＭ０°）は、第一モード変換器７に入力される。そして第一モード変換器７でＴＥモード（ＴＥ０°）に変換されて、非相反移相器６に入力される。
また、偏波無依存光アイソレータ１に入力され、第一分岐結合器２により分岐され、第二導波路５に導波されたＴＭモード（ＴＭ０°）は、そのままＴＭモードとして伝搬し、非相反移相器６に入力される。
第一導波路４を導波されて非相反移相器６に入力されたＴＥモードの順方向伝搬光（ＴＥ０°）と、第二導波路５を導波されて非相反移相器６に入力されたＴＭモードの順方向伝搬光（ＴＭ０°）には、（１）式の条件により０°の位相差が与えられ、それぞれＴＥモード（ＴＥ０°）、ＴＭモード（ＴＭ０°）として非相反移相器６から出力される。
その後、ＴＥモード（ＴＥ０°）は、第一導波路４を導波し、第二分岐結合器３に入力される。
また、ＴＭモード（ＴＭ０°）は、第二導波路５を導波し、第二モード変換器８に入力され、第二モード変換器８でＴＥモード（ＴＥ０°）に変換されて、第二分岐結合器３に入力される。
第二分岐結合器３では、第一導波路４から入力されるＴＥモード（ＴＥ０°）及び第二導波路５から入力されるＴＥモード（ＴＥ０°）を結合し、２ＴＥの光波とし、その後、偏波無依存光アイソレータ１の出力端から２ＴＥの光波が出力される。
次に、偏波無依存光アイソレータ１に入力された順方向伝搬光のＴＥモードが、出力される際の様子を第７図（ｂ）を参照しながら説明する。
偏波無依存光アイソレータ１に入力され、第一分岐結合器２により分岐され、第一導波路４に導波されたＴＥモード（ＴＥ０°）は、第一モード変換器７に入力される。そして、第一モード変換器７でＴＭモード（ＴＭ０°）に変換されて、非相反移相器６に入力される。
また、偏波無依存光アイソレータ１に入力され、第一分岐結合器２により分岐され、第二導波路５に導波されたＴＥモード（ＴＥ０°）は、そのままＴＥモードとして伝搬し、非相反移相器６に入力される。
第一導波路４を導波されて非相反移相器６に入力されたＴＭモードの順方向伝搬光（ＴＭ０°）と、第二導波路５を導波されて非相反移相器６に入力されたＴＥモードの順方向伝搬光（ＴＥ０°）には、（１）式の条件により０°の位相差が与えられ、それぞれＴＭモード（ＴＭ０°）、ＴＥモード（ＴＥ０°）として非相反移相器６から出力される。
その後、ＴＭモード（ＴＭ０°）は、第一導波路４を導波し、第二分岐結合器３に入力される。
また、ＴＥモード（ＴＥ０°）は、第二導波路５を導波し、第二モード変換器８に入力され、第二モード変換器８でＴＭモード（ＴＭ０°）に変換されて、第二分岐結合器３に入力される。
第二分岐結合器３では、第一導波路４から入力されるＴＭモード（ＴＭ０°）及び第二導波路５から入力されるＴＭモード（ＴＭ０°）を結合し、２ＴＭの光波とし、その後、偏波無依存光アイソレータ１の出力端から２ＴＭの光波が出力される。
次に、偏波無依存光アイソレータ１に入力された逆方向伝搬光のＴＥモードが、出力される際の様子を第７図（ｃ）を参照しながら説明する。
偏波無依存光アイソレータ１に入力され、第二分岐結合器３により分岐され、第一導波路４に導波されたＴＥモード（ＴＥ０°）は、そのまま非相反移相器６に入力される。
また、偏波無依存光アイソレータ１に入力され、第二分岐結合器３により分岐され、第二導波路５に導波されたＴＥモード（ＴＥ０°）は、第二モード変換器８に入力される。そして、第二モード変換器８でＴＭモード（ＴＭ０°）に変換されて、非相反移相器６に入力される。
第一導波路４を導波されて非相反移相器６に入力されたＴＥモードの逆方向伝搬光（ＴＥ０°）に対して、第二導波路５を導波されて非相反移相器６に入力されたＴＭモードの逆方向伝搬光（ＴＭ０°）には、（２）式の条件により位相差−π（−１８０°）が与えられる。すなわち、非相反移相器６の出力端で第二導波路５から出力される光を、同じ伝搬距離での位置における第一導波路４を導波する光と比較すると、相対的に−１８０°の位相差を持つようになるので、非相反移相器６から第一導波路４及び第二導波路５に出力される光は、それぞれＴＥモード（ＴＥ０°）、ＴＭモード（ＴＭ−１８０°）である。
その後、ＴＥモード（ＴＥ０°）は、第一導波路４を導波し、第一モード変換器７に入力され、第一モード変換器７でＴＭモード（ＴＭ０°）に変換されて、第一分岐結合器２に入力される。
また、ＴＭモード（ＴＭ−１８０°）は、第二導波路を導波し、そのまま第一分岐結合器２に入力される。
第一分岐結合器２では、第一導波路４から入力されるＴＭモード（ＴＭ０°）及び第二導波路５から入力されるＴＭモード（ＴＭ−１８０°）を結合する。しかしながら、第一分岐結合器２に入力される２光波は、位相差が１８０°である逆位相のＴＭモードの光である。従って、２光波の対称性によって、ＴＭモードは打ち消されるため、偏波無依存光アイソレータ１の出力端には出力されず（順方向伝搬光の入力端からは出力されず）、不要光出力端（図示しない）から結合器外部に放射される。
さらに、偏波無依存光アイソレータ１に入力された逆方向伝搬光のＴＭモードが、出力される際の様子を第７図（ｄ）を参照しながら説明する。
偏波無依存光アイソレータ１に入力され、第二分岐結合器３により分岐され、第一導波路４に導波されたＴＭモード（ＴＭ０°）は、そのまま非相反移相器６に入力される。
また、偏波無依存光アイソレータ１に入力され、第二分岐結合器３により分岐され、第二導波路５に導波されたＴＭモード（ＴＭ０°）は、第二モード変換器８に入力される。そして、第二モード変換器８でＴＥモード（ＴＥ０°）に変換されて、非相反移相器６に入力される。
第一導波路４を導波されて非相反移相器６に入力されたＴＭモードの逆方向伝搬光（ＴＭ０°）には、第二導波路５を導波されて非相反移相器６に入力されたＴＥモードの逆方向伝搬光（ＴＥ０°）に対して、（２）式の条件により位相差−π（−１８０°）が与えられる。すなわち、非相反移相器６の出力端で第一導波路４から出力される光を、同じ伝搬距離での位置における第二導波路５を導波する光と比較すると、相対的に−１８０°の位相差を持つようになるので、非相反移相器６から第一導波路４及び第二導波路５に出力される光は、それぞれＴＭモード（ＴＭ−１８０°）、ＴＥモード（ＴＥ０°）となる。
その後、ＴＭモード（ＴＭ−１８０°）は、第一導波路４を導波し、第一モード変換器７に入力され、第一モード変換器７でＴＥモード（ＴＥ−１８０°）に変換されて、第一分岐結合器２に入力される。
また、ＴＥモード（ＴＥ０°）は、第二導波路５を導波し、そのまま第一分岐結合器２に入力される。
第一分岐結合器２では、第一導波路４から入力されるＴＥモード（ＴＥ−１８０°）及び第二導波路５から入力されるＴＥモード（ＴＥ０°）を結合する。しかしながら、第一分岐結合器２に入力される２光波は、位相差が１８０°である逆位相のＴＥモードの光である。従って、２光波の対称性によって、逆方向伝搬光のＴＥモードは打ち消され、偏波無依存光アイソレータ１の出力端には出力されず（順方向伝搬光の入力端からは出力されず）、不要光出力端（図示しない）から結合器外部に放射される。
以上のように、偏波無依存光アイソレータ１では、入力端（第一分岐結合器２の入力端）から入力された順方向伝搬光のＴＥモードもＴＭモードも、原理的な光損失を受けることなく、偏波無依存光アイソレータ１の出力端（第二分岐結合器３の出力端）から出力される。すなわち、ＴＭモードはＴＥモードに変換されて、そしてＴＥモードはＴＭモードに変換されて光損失無く偏波無依存光アイソレータ１の出力端から出力される。
また、偏波無依存光アイソレータ１では、出力端（第二分岐結合器３の入力端）から入力された逆方向伝搬光は、ＴＥモード及びＴＭモード共に、偏波無依存光アイソレータ１の入力端（第一分岐結合器２の出力端）からは出力されない。すなわち、逆方向伝搬光は完全にアイソレートされる。
このように、本発明に係る偏波無依存光アイソレータ１は、設計波長の入力光に対して偏波無依存で、順方向伝搬光は無損失で伝搬させることができ、一方、逆方向伝搬光は確実に伝搬を阻止することができる。
第８図は、本発明の変更例に係る偏波無依存光アイソレータの概略構成図の一例である。なお、本実施例に係る偏波無依存光アイソレータ１′は、相反移相器９を設けたことを除くその他の点は、上述した偏波無依存光アイソレータ１と実質的に同一であるので、以下では、同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
偏波無依存光アイソレータ１′は、図示するように、第一分岐結合器２と、第二分岐結合器３と、第一導波路４と、第二導波路５と、非相反移相器６と、第一モード変換器７と、第二モード変換器８と、相反移相器９とを少なくとも具備して構成されている。
本実施例では、相反移相器９は、第一導波路４上で、非相反移相器６と第二分岐結合器３との間に配設されている。しかしながら、相反移相器９は、第一導波路４又は第二導波路５のいずれか一方の、任意の位置に配設されていれば良い。
相反移相器９は、一方の導波路の光学長を、他方の導波路と異なるように設定することで実現される。ここで、導波路の光学長は、導波路の長さ、幅、屈折率等の導波路構成パラメータを変化させることで調節可能である。
また、本実施例において相反移相器９は、通過する順方向伝搬光及び逆方向伝搬光に対して所定の位相差を与える。すなわち、相反移相器９によって与えられる位相差は、（２ｌ＋１）π（ｌは整数）である。なお、本実施例では簡便のため、位相差πを与えるものとする。
また、非相反移相器６は、相反移相器９との関係から第３図の非相反移相器６の磁化方向を変更する。すなわち、非相反移相器６によって与えられる位相差は、設計波長において順方向伝搬光に対してＴＥモードの位相変化をφ_ＴＥ、ＴＭモードの位相変化をφ^ｆ _ＴＭ、逆方向伝搬光に対してＴＥモードの位相変化をφ_ＴＥ、ＴＭモードの位相変化をφ^ｂ _ＴＭとして、
φ_ＴＥ−φ^ｆ _ＴＭ＝（２ｍ＋１）π （ｍは整数） （３）
φ_ＴＥ−φ^ｂ _ＴＭ＝ ２ｎπ （ｎは整数） （４）
である。なお、この場合においても、ｎ＝ｍであっても良い。
本実施例では、一例として、順方向伝搬光のＴＥモードとＴＭモードとの間に位相差−π、逆方向伝搬光のＴＥモードとＴＭモードとの間に位相差０°を与える。
第９図は、偏波無依存光アイソレータ１′に光が入力された際の動作の一例を示す概略構成図である。なお、本実施例においても、理解を容易にするために入力光をＴＥモードと、ＴＭモードとに分けて説明するが、これは、入力光がＴＥモード及びＴＭモードの偏波に分離されて第一分岐結合器２又は第二分岐結合器３に入力されることを示すものではない。
また、第９図においては、図中左側から右側に伝搬する光波が逆方向伝搬光で、図中右側から左側に伝搬する光波が順方向伝搬光である点に注意する。
まず、偏波無依存光アイソレータ１′に入力された逆方向伝搬光のＴＭモードが、出力される際の様子を第９図（ａ）を参照しながら説明する。
偏波無依存光アイソレータ１′に入力され、第一分岐結合器２により分岐され、第一導波路４に導波されたＴＭモード（ＴＭ０°）は、第一モード変換器７に入力される。そして、第一モード変換器７でＴＥモード（ＴＥ０°）に変換されて、非相反移相器６に入力される。
また、偏波無依存光アイソレータ１′に入力され、第一分岐結合器２により分岐され、第二導波路５に導波されたＴＭモード（ＴＭ０°）は、そのまま非相反移相器６に入力される。
第一導波路４を導波されて非相反移相器６に入力されたＴＥモードの逆方向伝搬光（ＴＥ０°）と、第二導波路５を導波されて非相反移相器６に入力されたＴＭモードの逆方向伝搬光（ＴＭ０°）には、（４）式の条件により０°の位相差が与えられ、それぞれＴＥモード（ＴＥ０°）、ＴＭモード（ＴＭ０°）として非相反移相器６から出力される。
その後、ＴＥモードは、第一導波路４を導波し、相反移相器９に入力され、相反移相器９で１８０°（π）の位相差が与えられる。すなわち、同じ伝搬距離での位置における第二導波路５を導波する光と比較すると、相対的に１８０°の位相差を持つようになる。従って、相反移相器９からＴＥモード（ＴＥ１８０°）が出力され、第二分岐結合器３に入力される。
また、非相反移相器６から出力されたＴＭモード（ＴＭ０°）は、第二導波路５を導波し、第二モード変換器８に入力され、第二モード変換器８でＴＥモード（ＴＥ０°）に変換されて、第二分岐結合器３に入力される。
第二分岐結合器３には、第一導波路４から入力されるＴＥモード（ＴＥ１８０°）及び第二導波路５から入力されるＴＥモード（ＴＥ０°）を結合する。しかしながら、第二分岐結合器３に入力される２光波は、位相差が１８０°である逆位相のＴＥモードである。従って、２光波の対称性によって逆方向伝搬光のＴＥモードは打ち消され、偏波無依存光アイソレータ１′の出力端には出力されず（順方向伝搬光の入力端からは出力されず）、不要光出力端（図示しない）から結合器外部に放射される。
次に、偏波無依存光アイソレータ１′に入力された逆方向伝搬光のＴＥモードが、出力される際の様子を第９図（ｂ）を参照しながら説明する。
偏波無依存光アイソレータ１′に入力され、第一分岐結合器２により分岐され、第一導波路４に導波されたＴＥモード（ＴＥ０°）は、第一モード変換器７に入力される。そして、第一モード変換器７でＴＭモード（ＴＭ０°）に変換されて、非相反移相器６に入力される。
また、偏波無依存光アイソレータ１′に入力され、第一分岐結合器２により分岐され、第二導波路５に導波されたＴＥモード（ＴＥ０°）は、そのまま非相反移相器６に入力される。
第一導波路４を導波されて非相反移相器６に入力されたＴＭモードの逆方向伝搬光（ＴＭ０°）と、第二導波路５を導波されて非相反移相器６に入力されたＴＥモードの逆方向伝搬光（ＴＥ０°）には、（４）式の条件により０°の位相差が与えられ、それぞれＴＭモード（ＴＭ０°）、ＴＥモード（ＴＥ０°）として非相反移相器６から出力される。
その後、ＴＭモード（ＴＭ０°）は第一導波路４を導波し、相反移相器９に入力される。相反移相器９で１８０°（π）の位相差が与えられる。すなわち、同じ伝搬距離での位置における第二導波路５を導波する光と比較すると、相対的に１８０°の位相差を持つようになる。従って、相反移相器９からＴＭモード（ＴＭ１８０°）が出力され、第二分岐結合器３に入力される。
また、非相反移相器６から出力されたＴＥモード（ＴＥ０°）は、第二導波路５を導波し、第二モード変換器８に入力され、第二モード変換器８でＴＭモード（ＴＭ０°）に変換されて、第二分岐結合器３に入力される。
第二分岐結合器３では、第一導波路４から入力されたＴＭモード（ＴＭ１８０°）及び第二導波路５から入力されたＴＭモード（ＴＭ０°）を結合する。しかしながら、第二分岐結合器３に入力される２光波は、位相差が１８０°である逆位相のＴＭモードである。従って、２光波の対称性によって、逆方向伝搬光のＴＭモードは、偏波無依存光アイソレータ１′の出力端には出力されず（順方向伝搬光の入力端からは出力されず）、不要光出力端（図示しない）から結合器外部に放射される。
次に、偏波無依存光アイソレータ１′に入力された順方向伝搬光のＴＥモードの光波が、出力される際の様子を第９図（ｃ）を参照しながら説明する。
偏波無依存光アイソレータ１′に入力され、第二分岐結合器３により分岐され、第一導波路４に導波されたＴＥモード（ＴＥ０°）は、相反移相器９に入力される。相反移相器９では１８０°（π）の位相差が与えられる。すなわち、同じ伝搬距離での位置における第二導波路５を導波する光と比較すると、相対的に１８０°の位相差を持つようになる。従って、相反移相器９からＴＥモード（ＴＥ１８０°）が出力され、非相反移相器６に入力される。
また、偏波無依存光アイソレータ１′に入力され、第二分岐結合器３により分岐され、第二導波路５に導波されたＴＥモード（ＴＥ０°）は、第二モード変換器８に入力される。そして、第二モード変換器８でＴＭモード（ＴＭ０°）に変換されて、非相反移相器６に入力される。
第一導波路４を導波されて非相反移相器６に入力されたＴＥモードの順方向伝搬光（ＴＥ１８０°）に対して、第二導波路５を導波されて非相反移相器６に入力されたＴＭモードの順方向伝搬光（ＴＭ０°）には、（３）式の条件により位相差−π（−１８０°）が与えられる。従って、非相反移相器６から第一導波路４および第二導波路５に出力される光は、それぞれＴＥモード（ＴＥ１８０°）、ＴＭモード（ＴＭ−１８０°）である。
その後、ＴＥモード（ＴＥ１８０°）は、第一導波路４を導波し、第一モード変換器７に入力され、第一モード変換器７でＴＭモード（ＴＭ１８０°）に変換されて、第一分岐結合器２に入力される。
また、ＴＭモード（ＴＭ−１８０°）は、第二導波路を導波し、そのまま第一分岐結合器２に入力される。
第一分岐結合器２では、第一導波路４から入力されるＴＭモード（ＴＭ１８０°）及び第二導波路５から入力されるＴＭモード（ＴＭ−１８０°）を結合する。このとき、第一分岐結合器２に入力される２光波は、位相差が３６０°（２π）である同位相のＴＭモードである。従って、第一分岐結合器２で２光波が結合されて２ＴＭの光波となり、偏波無依存光アイソレータ１′の出力端から２ＴＭの光波が出力される。
次に、偏波無依存光アイソレータ１′に入力された順方向伝搬光のＴＭモードの光波が、出力される際の様子を第９図（ｄ）を参照しながら説明する。
偏波無依存光アイソレータ１′に入力され、第二分岐結合器３により分岐され、第一導波路４に導波されたＴＭモード（ＴＭ０°）は、相反移相器９に入力される。相反移相器９では１８０°（π）の位相差が与えられる。すなわち、同じ伝搬距離での位置における第二導波路５を導波する光と比較すると、相対的に１８０°の位相差を持つようになる。従って、相反移相器９からＴＭモード（ＴＭ１８０°）が出力され、非相反移相器６に入力される。
また、偏波無依存光アイソレータ１′に入力され、第二分岐結合器３により分岐され、第二導波路５に導波されたＴＭモード（ＴＭ０°）は、第二モード変換器８に入力される。そして、第二モード変換器８でＴＥモード（ＴＥ０°）に変換されて、非相反移相器６に入力される。
第一導波路４を導波されて非相反移相器６に入力されたＴＭモードの順方向伝搬光（ＴＭ１８０°）には、第二導波路５を導波されて非相反移相器６に入力されたＴＥモードの順方向伝搬光（ＴＥ０°）に対して、（３）式の条件により位相差−１８０°（−π）が与えられる。従って、非相反移相器６から第一導波路４および第二導波路５に出力される光は、それぞれＴＭモード（ＴＭ０°）、ＴＥモード（ＴＥ０°）である。
その後、ＴＭモード（ＴＭ０°）は第一導波路４を導波し、第一モード変換器７に入力され、第一モード変換器７でＴＥモード（ＴＥ０°）に変換されて、第一分岐結合器２に入力される。
また、ＴＥモード（ＴＥ０°）は第二導波路５を導波し、そのまま第一分岐結合器２に入力される。
第一分岐結合器２では、第一導波路４から入力されたＴＥモード（ＴＥ０°）及び第二導波路５から入力したＴＥモード（ＴＥ０°）を結合し、２ＴＥの光波とし、その後、偏波無依存光アイソレータ１′の出力端から２ＴＥの光波が出力される。
以上のように、偏波無依存光アイソレータ１′でも、入力端（第二分岐結合器３の入力端）から入力された順方向伝搬光のＴＥモードもＴＭモードも、原理的な光損失を受けることなく、偏波無依存光アイソレータ１′の出力端（第一分岐結合器２の出力端）から出力される。すなわち、ＴＭモードはＴＥモードに変換されて、そしてＴＥモードはＴＭモードに変換されて光損失無く偏波無依存光アイソレータ１′の出力端から出力される。
また、偏波無依存光アイソレータ１′では、出力端（第一分岐結合器２の入力端）から入力された逆方向伝搬光は、ＴＥモード及びＴＭモード共に、偏波無依存光アイソレータ１′の入力端（第二分岐結合器３の出力端）からは出力されない。すなわち、逆方向伝搬光は完全にアイソレートされる。
このように、本発明に係る偏波無依存光アイソレータ１′も、設計波長の入力光に対して偏波無依存で、順方向伝搬光は無損失で伝搬させることができ、一方、逆方向伝搬光は確実に伝搬を阻止することができる。
第１０図は、第一及び第二モード変換器の特性が不完全である偏波無依存光アイソレータ１′′に光が入力された際の動作の一例を示す概略構成図である。すなわち、第１０図は、偏波無依存光アイソレータ１′′の第一及び第二モード変換器７，８が変換率η（η＜１）だけ光波のモードを変換する場合の動作を示す。なお、本実施例に係る偏波無依存光アイソレータ１′′は、第一及び第二モード変換器２，３の特性を除くその他の点は、上述した偏波無依存光アイソレータ１′と実質的に同一であるので、以下では、同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。また、第１０図においては、図中左側から右側に伝搬する光が逆方向伝搬光で、図中右側から左側に伝搬する光が順方向伝搬光である点に注意する。
まず、偏波無依存光アイソレータ１′′に入力された逆方向伝搬光のＴＭモードが、出力される際の様子を第１０図（ａ）を参照しながら説明する。
偏波無依存光アイソレータ１′′に入力され、第一分岐結合器２により分岐され、第一導波路４に導波されたＴＭモード（ＴＭ０°）は、第一モード変換器７に入力される。そして、第一モード変換器７でηの割合だけＴＥモード（ηＴＥ０°）に変換して、出力し、残りの（１−η）の割合はＴＭモード（（１−η）ＴＭ０°）のまま出力し、それぞれ非相反移相器６に入力される。
また、偏波無依存光アイソレータ１′′に入力され、第一分岐結合器２により分岐され、第二導波路５に導波されたＴＭモード（ＴＭ０°）は、そのまま非相反移相器６に入力される。
第一導波路４を導波されて非相反移相器６に入力されたＴＥモードの逆方向伝搬光（ηＴＥ０°）およびＴＭモードの逆方向伝搬光（（１−η）ＴＭ０°）と、第二導波路５を導波されて非相反移相器６に入力されたＴＭモードの逆方向伝搬光（ＴＭ０°）には、（４）式の条件により０°の位相差が与えられ、それぞれＴＥモード（ηＴＥ０°）及びＴＭモード（（１−η）ＴＭ０°）と、ＴＭモード（ＴＭ０°）として非相反移相器６から出力される。
その後、ＴＥモード（ηＴＥ０°）及びＴＭモード（（１−η）ＴＭ０°）は、第一導波路４を導波し、相反移相器９に入力される。相反移相器９では１８０°（π）の位相差が与えられる。すなわち、同じ伝搬距離での位置における第二導波路５を導波する光と比較すると、相対的に１８０°の位相差を持つようになる。従って、相反移相器９からＴＥモード（ηＴＥ１８０°）及びＴＭモード（（１−η）ＴＭ１８０°）が出力され、第一導波路４を導波し、第二分岐結合器３に入力される。
また、非相反移相器６から出力されたＴＭモード（ＴＭ０°）は、第二導波路５を導波し、第二モード変換器８に入力される。そして、第二モード変換器８でηの割合だけＴＥモード（ηＴＥ０°）に変換されて出力され、残りの（１−η）の割合はＴＭモード（（１−η）ＴＭ０°）のまま出力され、第二分岐結合器３に入力される。
第二分岐結合器３では、第一導波路４から入力されるＴＥモード（ηＴＥ（１８０°））及びＴＭモード（（１−η）ＴＭ１８０°）と、第二導波路５から入力されるＴＥモード（ηＴＥ０°）及びＴＭモード（（１−η）ＴＭ０°）とを結合する。
しかしながら、第二分岐結合器３に入力されるＴＥモードの２光波は、位相差が１８０°である同振幅・逆位相の光である。従って、２光波の対称性によって、ＴＥモードは打ち消されるため、偏波無依存光アイソレータ１′′の出力端には出力されず（順方向伝搬光の入力端からは出力されず）、不要光出力端（図示しない）から結合器外部に放射される。
また、第二分岐結合器３に入力されるＴＭモードの２光波も、位相差が１８０°である同振幅・逆位相のＴＭモードの光である。従って、２光波の対称性によって、ＴＭモードは打ち消されるため、偏波無依存光アイソレータ１′′の出力端には出力されず、不要光出力端（図示せず）から結合器外部に放射される。
次に、偏波無依存光アイソレータ１′′に入力された逆方向伝搬光のＴＥモードが、出力される際の様子を第１０図（ｂ）を参照しながら説明する。
偏波無依存光アイソレータ１′′に入力され、第一分岐結合器２により分岐され、第一導波路４に導波されたＴＥモード（ＴＥ０°）は、第一モード変換器７に入力される。そして、第一モード変換器７でηの割合だけＴＭモード（ηＴＭ０°）に変換して出力し、残りの（１−η）の割合はＴＥモード（（１−η）ＴＥ０°）のまま出力して、非相反移相器６に入力される。
また、偏波無依存光アイソレータ１′′に入力され、第一分岐結合器２により分岐され、第二導波路５に導波されたＴＥモード（ＴＥ０°）は、そのまま非相反移相器６に入力される。
第一導波路４を導波されて非相反移相器６に入力されたＴＭモードの逆方向伝搬光（ηＴＭ０°）及びＴＥモードの逆方向伝搬光（（１−η）ＴＥ０°）と、第二導波路５を導波されて非相反移相器６に入力されたＴＥモードの逆方向伝搬光（ＴＥ０°）には、（４）式の条件により０°の位相差が与えられ、それぞれＴＭモード（ηＴＭ０°）及びＴＥモード（（１−η）ＴＥ０°）と、ＴＥモード（ＴＥ０°）として非相反移相器６から出力される。
その後、ＴＭモード（ηＴＭ０°）及びＴＥモード（（１−η）ＴＥ０°）は、第一導波路４を導波し、相反移相器９に入力される。相反移相器９では１８０°（π）の位相差が与えられる。すなわち、同じ伝搬距離での位置における第二導波路５を導波する光と比較すると、相対的に１８０°の位相差を持つようになる。従って、相反移相器９からＴＭモード（ηＴＭ１８０°）及びＴＥモード（（１−η）ＴＥ１８０°）が出力され、第一導波路４を導波し、第二分岐結合器３に入力される。
また、非相反移相器６から出力されたＴＥモード（ＴＥ０°）は、第二導波路５を導波し、第二モード変換器８に入力される。そして、第二モード変換器８でηの割合だけＴＭモード（ηＴＭ０°）に変換して出力し、残りの（１−η）の割合はＴＥモード（（１−η）ＴＥ０°）のまま出力し、第二分岐結合器３に入力される。
第二分岐結合器３では、第一導波路４から入力されるＴＭモード（ηＴＭ（１８０°））及びＴＥモード（（１−η）ＴＥ１８０°）と、第二導波路５から入力されるＴＭモード（ηＴＭ０°）及びＴＥモード（（１−η）ＴＥ０°）とを結合する。
しかしながら、第二分岐結合器３に入力されるＴＭモードの２光波は、位相差が１８０°である同振幅・逆位相の光である。従って、２光波の対称性によって、ＴＭモードは打ち消されるため、偏波無依存光アイソレータ１′′の出力端には出力されず（順方向伝搬光の入力端からは出力されず）、不要光出力端（図示しない）から結合器外部に放射される。
また、第二分岐結合器３に入力されるＴＥモードの２光波も、位相差が１８０°である同振幅・逆位相のＴＥモードの光である。従って、２光波の対称性によって、ＴＥモードは打ち消されるため、偏波無依存光アイソレータ１′′の出力端には出力されず、不要光出力端（図示せず）から結合器外部に放射される。
次に、偏波無依存光アイソレータ１′′に入力された順方向伝搬光のＴＥモードが、出力される際の様子を第１０図（ｃ）を参照しながら説明する。
偏波無依存光アイソレータ１′′に入力され、第二分岐結合器３により分岐され、第一導波路４に導波されたＴＥモード（ＴＥ０°）は、相反移相器９に入力される。相反移相器９では１８０°（π）の位相差が与えられる。すなわち、同じ伝搬距離での位置における第二導波路５を導波する光と比較すると、相対的に１８０°の位相差を持つようになる。従って、相反移相器９からＴＥモード（ＴＥ１８０°）が出力され、非相反移相器６に入力される。
また、偏波無依存光アイソレータ１′′に入力され、第二分岐結合器３により分岐され、第二導波路５に導波されたＴＥモード（ＴＥ０°）は、第二モード変換器８に入力される。そして、第二モード変換器８でηの割合だけＴＭモード（ηＴＭ０°）に変換して出力され、残りの（１−η）の割合はＴＥモード（（１−η）ＴＥ０°）のまま出力され、非相反移相器６に入力される。
非相反移相器６において、ＴＥモードの順方向伝搬光に対してＴＭモードの順方向伝搬光には、（３）式の条件により位相差−１８０°（−π）が与えられる。すなわち、第一導波路４を導波されて非相反移相器６に入力されたＴＥモードの順方向伝搬光（ＴＥ１８０°）に対して、第二導波路５を導波されて非相反移相器６に入力されたＴＭモードの順方向伝搬光（ηＴＭ０°）には位相差−１８０°（−π）が与えられるので、第二導波路５にはＴＭモード（ηＴＭ−１８０°）が非相反移相器６から出力される。また、第二導波路５を導波されて非相反移相器６に入力されたＴＥモードの順方向伝搬光（（１−η）ＴＥ０°）は、第一導波路４のＴＥモードの順方向伝搬光（ＴＥ１８０°）に対して位相差０°が与えられるため、ＴＥモード（（１−η）ＴＥ０°）として非相反移相器６から出力される。
その後、ＴＥモード（ＴＥ１８０°）は第一導波路４を導波し、第一モード変換器７に入力される。そして、第一モード変換器７でηの割合だけＴＭモード（ηＴＭ１８０°）に変換して出力し、残りの（１−η）の割合はＴＥモード（（１−η）ＴＥ１８０°）のまま出力し、第一分岐結合器２に入力される。
また、非相反移相器６から出力されたＴＭモード（ηＴＭ−１８０°）及びＴＥモード（（１−η）ＴＥ０°）は第二導波路５を導波し、そのまま第一分岐結合器２に入力される。
第一分岐結合器３では、第一導波路４から入力されるＴＭモード（ηＴＭ（１８０°））及びＴＥモード（（１−η）ＴＥ１８０°）と、第二導波路５から入力されるＴＭモード（ηＴＭ−１８０°）及びＴＥモード（（１−η）ＴＥ０°）とを結合する。
第一分岐結合器２に入力されるＴＭモードの２光波は、位相差が３６０°（すなわち０°）である同位相・同振幅の光である。従って、この２光波は結合され２ηＴＭの光波とし、その後、偏波無依存光アイソレータ１′′の出力端から２ηＴＭの光波が出力される。
また、第一分岐結合器２に入力されるＴＥモードの２光波は、位相差が１８０°である同振幅・逆位相の光である。従って、２光波の対称性によって、ＴＥモードは打ち消されるため、偏波無依存光アイソレータ１′′の出力端には出力されず（順方向伝搬光の入力端からは出力されず）、不要光出力端（図示しない）から結合器外部に放射される。
次に、偏波無依存光アイソレータ１′′に入力され、順方向伝搬光のＴＭモードが、出力される際の様子を第１０図（ｄ）を参照しながら説明する。
偏波無依存光アイソレータ１′′に入力され、第二分岐結合器３により分岐され、第一導波路４に導波されたＴＭモード（ＴＭ０°）は、相反移相器９に入力される。相反移相器９では１８０°（π）の位相差が与えられる。すなわち、同じ伝搬距離での位置における第二導波路５を導波する光と比較すると、相対的に１８０°の位相差を持つようになる。従って、相反移相器９からＴＭモード（ＴＭ１８０°）が出力され、非相反移相器６に入力される。
また、偏波無依存光アイソレータ１′′に入力され、第二分岐結合器３により分岐され、第二導波路５に導波されたＴＭモード（ＴＭ０°）は、第二モード変換器に入力される。そして、第二モード変換器８でηの割合だけＴＥモード（ηＴＥ０°）に変換して出力し、残りの（１−η）の割合はＴＭモード（（１−η）ＴＭ０°）のまま出力し、非相反移相器６に入力される。
非相反移相器６において、ＴＥモードの順方向伝搬光に対してＴＭモードの順方向伝搬光には、（３）式の条件により位相差−１８０°（−π）が与えられる。すなわち、第二導波路５を導波されて非相反移相器６に入力されたＴＥモードの順方向伝搬光（ηＴＥ０°）に対して、第一導波路４を導波されて非相反移相器６に入力されたＴＭモードの順方向伝搬光（ＴＭ１８０°）には位相差−１８０°（−π）が与えられるので、非相反移相器６からはＴＭモード（ＴＭ０°）が出力される。また、第二導波路５から非相反移相器６に入力したＴＭモード（（１−η）ＴＭ０°）にも−１８０°（−π）の位相差が与えられるので、非相反移相器６からは、ＴＭモード（（１−η）ＴＭ−１８０°）が出力される。第二導波路５から非相反移相器６に入力したＴＥモード（ηＴＥ０°）はＴＥモード（ηＴＥ０°）として非相反移相器６から出力される。
その後、非相反移相器６から出力されたＴＭモード（ＴＭ０°）は、第一導波路４を導波し、第一モード変換器７に入力される。そして、第一モード変換器７でηの割合だけＴＥモード（ηＴＥ０°）に変換して出力し、残りの（１−η）の割合はＴＭモード（（１−η）ＴＭ０°）のまま出力し、第一分岐結合器２に入力される。
また、非相反移相器６から出力されたＴＥモード（ηＴＥ０°）及びＴＭモード（（１−η）ＴＭ−１８０°）は、第二導波路５を導波し、第一分岐結合器２に入力される。
第一分岐結合器２では、第一導波路４から入力されるＴＥモード（ηＴＥ０°））及びＴＭモード（（１−η）ＴＭ０°）と、第二導波路５から入力されるＴＥモード（ηＴＥ０°）及びＴＭモード（（１−η）ＴＭ−１８０°）とを結合する。
第一分岐結合器２に入力されるＴＥモードの２光波は、位相差０°である同位相・同振幅の光である。従って、この２光波は結合され２ηＴＥの光波となり、その後、偏波無依存光アイソレータ１′′の出力端から２ηＴＥの光波が出力される。
また、第一分岐結合器２に入力されるＴＭモードの２光波は、位相差が１８０°である同振幅・逆位相の光である。従って、２光波の対称性によって、ＴＭモードは打ち消されるため、偏波無依存光アイソレータ１′′の出力端には出力されず（順方向伝搬光の入力端からは出力されず）、不要光出力端（図示しない）から結合器外部に放射される。
以上のように、偏波無依存光アイソレータ１′′でも、入力端（第二分岐結合器３の入力端）から入力された順方向伝搬光のＴＥモードもＴＭモードも、偏波無依存光アイソレータ１′′の出力端（第一分岐結合器２の出力端）から出力される。すなわち、ＴＭモードはηＴＥモードに変換されて、そしてＴＥモードはηＴＭモードに変換されて偏波無依存光アイソレータ１′′の出力端から出力される。なお、この場合は、第一モード変換器７及び第二モード変換器８の不完全さの分（１−η）だけ、損失が発生することになる。しかしながら、アイソレータの仕様形態を考えた場合、逆方向の伝搬を阻止することが重要であり、これが達成されれば、この光損失は重大な欠点とはならない。
また、偏波無依存光アイソレータ１′′では、出力端（第一分岐結合器２の入力端）から入力された逆方向伝搬光は、ＴＥモード及びＴＭモード共に、偏波無依存光アイソレータ１′′の入力端（第二分岐結合器３の出力端）からは出力されない。すなわち、逆方向伝搬光は完全にアイソレートされる。
このように、本発明に係る偏波無依存光アイソレータ１′′も、設計波長の逆方向伝搬光に対して偏波無依存で確実に伝搬を阻止することができる。

Claims (5)

1. 第一分岐結合器及び第二分岐結合器と、
   該第一分岐結合器及び第二分岐結合器をそれぞれ結ぶ第一導波路及び第二導波路と、
   該第一導波路及び該第二導波路上に跨るように配設され、前記２つの導波路をそれぞれ伝搬する順方向伝搬光及び逆方向伝搬光に所定の位相差を与える非相反移相器と、
   前記第一導波路上に配設される第一モード変換器と、
   前記第二導波路上に配設される第二モード変換器とを備え、
   前記第一モード変換器と前記第二モード変換器とは、前記伝搬光の偏波の、ＴＭモードをＴＥモードに変換する、あるいはＴＥモードをＴＭモードに変換するものであり、
   前記第一モード変換器が前記第一分岐結合器と前記非相反移相器との間に配設されている場合には、前記第二モード変換器は、前記非相反移相器と前記第二分岐結合器との間に配設され、前記第一モード変換器が前記第二分岐結合器と前記非相反移相器との間に配設されている場合には、前記第二モード変換器は、前記非相反移相器と前記第一分岐結合器との間に配設されていることを特徴とする偏波無依存光アイソレータ。
2. 前記非相反移相器の前記所定の位相差は、
   前記順方向伝搬光に対するＴＥモードの位相変化をφ_ＴＥ、ＴＭモードの位相変化をφ^ｆ _ＴＭとし、
   前記逆方向伝搬光に対するＴＥモードの位相変化をφ_ＴＥ、ＴＭモードの位相変化をφ^ｂ _ＴＭとして、
   φ_ＴＥ−φ^ｆ _ＴＭ＝２ｍπ (ｍは整数)
   
   φ_ＴＥ−φ^ｂ _ＴＭ＝（２ｎ＋１)π (ｎは整数)
   である請求項１に記載の偏波無依存光アイソレータ。
3. 前記第一導波路または前記第二導波路のいずれか一方に相反移相器を配設し、該相反移相器を通過する伝搬光に対し所定の位相差を与えることを特徴とする請求項１に記載の偏波無依存光アイソレータ。
4. 前記相反移相器の前記所定の位相差は、(２ｌ＋１)π (ｌは整数)である請求項３に記載の偏波無依存光アイソレータ。
5. 前記非相反移相器の前記所定の位相差は、
   前記順方向伝搬光に対するＴＥモードの位相変化をφ_ＴＥ、ＴＭモードの位相変化をφ^ｆ _ＴＭとし、
   前記逆方向伝搬光に対するＴＥモードの位相変化をφ_ＴＥ、ＴＭモードの位相変化をφ^ｂ _ＴＭとして、
   φ_ＴＥ−φ^ｆ _ＴＭ＝(２ｍ＋１)π (ｍは整数)
   φ_ＴＥ−φ^ｂ _ＴＭ＝２ｎπ (ｎは整数)
   である請求項３又は４に記載の偏波無依存光アイソレータ。