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JP7245744B2 - isolator and optical transmitter - Google Patents
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JP7245744B2 - isolator and optical transmitter - Google Patents

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Description

本開示は、アイソレータ及び光送信機に関する。 The present disclosure relates to isolators and optical transmitters.

従来、導波路型のアイソレータが提案されている(例えば、特許文献1参照)。例えば、特許文献1には、2つの三分岐光結合器の間に二本の導波路を有し、一方の導波路に90°の相反移相器を含み、他方の導波路に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干渉計型光アイソレータが開示されている。 Conventionally, a waveguide type isolator has been proposed (see, for example, Patent Document 1). For example, in Patent Document 1, two waveguides are provided between two three-branch optical couplers, one waveguide includes a 90° reciprocal phase shifter, and the other waveguide includes a 90° phase shifter. An interferometric optical isolator is disclosed that consists of a Mach-Zehnder interferometer that includes a non-reciprocal phase shifter.

特開2003-302603号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-302603

しかしながら、電磁波源(光源)からアイソレータを通り外部へ出射した電磁波の反射波が、アイソレータの出射側の端部から入射するとき、出射した電磁波とは異なるモードの電磁波が含まれることがある。出射した電磁波と異なるモードの電磁波は、アイソレータを反対方向に透過して、アイソレータの入射側の端部から出射し、電磁波源等の損傷等の原因となる虞がある。 However, when the reflected wave of the electromagnetic wave emitted outside from the electromagnetic wave source (light source) through the isolator enters from the end of the isolator on the output side, the electromagnetic wave of a mode different from the emitted electromagnetic wave may be included. An electromagnetic wave having a mode different from that of the emitted electromagnetic wave transmits through the isolator in the opposite direction and is emitted from the incident side end of the isolator, which may cause damage to the electromagnetic wave source or the like.

本開示の目的は、出射した電磁波と異なるモードの電磁波を含む反射波の透過を低減することが可能なアイソレータ及び光送信機を提供することにある。 An object of the present disclosure is to provide an isolator and an optical transmitter capable of reducing transmission of reflected waves including electromagnetic waves of a mode different from that of emitted electromagnetic waves.

本開示のアイソレータは、基板面を有する基板上において、前記基板面に沿って位置する第1導波路、該第1導波路の第1端側に並んで位置する第2導波路及び該第1導波路の第2端側に並んで位置する第3導波路を備える。前記第1導波路、前記第2導波路及び前記第3導波路は、それぞれ誘電体により囲まれたコアを含む。前記アイソレータは、前記第1導波路の前記第1端に電磁波が入出力される第1ポート、及び、前記第1導波路の前記第2端または前記第3導波路の前記第1導波路の前記第2端側に位置する端に電磁波が入出力される第2ポート、を備える。前記第1導波路と前記第2導波路とは、第1モードの電磁波に作用する第1方向性結合器を形成する第1結合部を有する。前記第1導波路と前記第3導波路とは、前記第1モード及び前記第1モードとは異なる第2モードの電磁波の何れか一方に作用する第2方向性結合器を形成する第2結合部を有する。前記第2導波路が、前記第1結合部において該第2導波路の前記コアに隣接する非相反性部材を含むことにより、前記第1方向性結合器は第1方向の電磁波を結合させず、前記第1方向とは異なる第2方向の電磁波を結合させる。 The isolator of the present disclosure includes, on a substrate having a substrate surface, a first waveguide located along the substrate surface, a second waveguide located side by side on a first end side of the first waveguide, and the first waveguide. A third waveguide is provided alongside the second end of the waveguide . The first waveguide, the second waveguide and the third waveguide each include a core surrounded by a dielectric. The isolator has a first port for inputting and outputting an electromagnetic wave to and from the first end of the first waveguide, and the second end of the first waveguide or the first waveguide of the third waveguide. A second port for inputting and outputting an electromagnetic wave is provided at an end located on the second end side. The first waveguide and the second waveguide have a first coupling portion forming a first directional coupler acting on electromagnetic waves in a first mode. The first waveguide and the third waveguide form a second coupling that forms a second directional coupler that acts on either one of the first mode and the electromagnetic wave in a second mode different from the first mode. have a part. The second waveguide includes a non-reciprocal member adjacent to the core of the second waveguide at the first coupling portion so that the first directional coupler does not couple electromagnetic waves in the first direction. , to couple electromagnetic waves in a second direction different from the first direction.

本開示のアイソレータは、3つの導波路と、第1ポート及び第2ポートと、第1方向性結合器及び第2方向性結合器とを備える。前記複数の導波路は、基板面を有する基板上において、前記基板面に沿って位置する。前記第1ポート及び第2ポートは、電磁波が入出力される。前記第1方向性結合器及び前記第2方向性結合器は、前記第1ポートと前記第2ポートとの間に設けられ、それぞれ2つの導波路間に形成される。前記第1方向性結合器及び前記第2方向性結合器は前記3つの導波路の1つを共通にして前記第1ポートから前記第2ポートの方向に前記第1方向性結合器、前記第2方向性結合器の順番で位置する。前記第1方向性結合器は非相反性を有し、第1方向に伝搬する第1モードの電磁波を同じ導波路に透過し、前記第1方向と異なる第2方向に伝搬する第1モードの電磁波を異なる導波路に乗り移らせる。前記第2方向性結合器は、前記第1モード及び前記第1モードとは異なる第2モードの何れか一方の電磁波であって、何れの方向に伝搬する電磁波をも異なる導波路に乗り移らせる。 The isolator of the present disclosure comprises: three waveguides, a first port and a second port, and a first directional coupler and a second directional coupler. The plurality of waveguides are located on a substrate having a substrate surface along the substrate surface. Electromagnetic waves are input to and output from the first port and the second port. The first directional coupler and the second directional coupler are provided between the first port and the second port and formed between two waveguides, respectively. The first directional coupler and the second directional coupler share one of the three waveguides, and the first directional coupler and the second directional coupler extend in the direction from the first port to the second port. Located in the order of the bidirectional coupler. The first directional coupler has non-reciprocity, transmits an electromagnetic wave of a first mode propagating in a first direction through the same waveguide, and transmits an electromagnetic wave of a first mode propagating in a second direction different from the first direction. Transfer electromagnetic waves to different waveguides. The second directional coupler is an electromagnetic wave in either one of the first mode and a second mode different from the first mode, and transfers the electromagnetic wave propagating in either direction to a different waveguide. .

本開示の光送信機は、光源と、光変調器と、アイソレータとを含む。前記光変調器は、送信すべき信号に基づいて、前記光源から射出された光を変調する。前記アイソレータは、前記光源よりも下流側に配置される。前記アイソレータは、基板面を有する基板上において、前記基板面に沿って位置する第1導波路、該第1導波路の第1端側に並んで位置する第2導波路及び該第1導波路の第2端側に並んで位置する第3導波路を備える。前記第1導波路、前記第2導波路及び前記第3導波路は、それぞれ誘電体により囲まれたコアを含む。前記アイソレータは、前記第1導波路の前記第1端に電磁波が入出力される第1ポート、及び、前記第1導波路の前記第2端または前記第3導波路の前記第1導波路の前記第2端側に位置する端に電磁波が入出力される第2ポート、を備える。前記第1導波路と前記第2導波路とは、第1モードの電磁波に作用する第1方向性結合器を形成する第1結合部を有する。前記第1導波路と前記第3導波路とは、前記第1モード及び前記第1モードとは異なる第2モードの電磁波の何れか一方に作用する第2方向性結合器を形成する第2結合部を有する。前記第2導波路が、前記第1結合部において該第2導波路の前記コアに隣接する非相反性部材を含むことにより、前記第1方向性結合器は第1方向の電磁波を結合させず、前記第1方向とは異なる第2方向の電磁波を結合させる。 An optical transmitter of the present disclosure includes a light source, an optical modulator, and an isolator. The optical modulator modulates light emitted from the light source based on a signal to be transmitted. The isolator is arranged downstream of the light source. The isolator comprises, on a substrate having a substrate surface, a first waveguide located along the substrate surface, a second waveguide located side by side on a first end side of the first waveguide, and the first waveguide. a third waveguide positioned side by side on the second end side of the . The first waveguide, the second waveguide and the third waveguide each include a core surrounded by a dielectric. The isolator has a first port for inputting and outputting an electromagnetic wave to and from the first end of the first waveguide, and the second end of the first waveguide or the first waveguide of the third waveguide. A second port for inputting and outputting an electromagnetic wave is provided at an end located on the second end side. The first waveguide and the second waveguide have a first coupling portion forming a first directional coupler acting on electromagnetic waves in a first mode. The first waveguide and the third waveguide form a second coupling that forms a second directional coupler that acts on either one of the first mode and the electromagnetic wave in a second mode different from the first mode. have a part. The second waveguide includes a non-reciprocal member adjacent to the core of the second waveguide at the first coupling portion so that the first directional coupler does not couple electromagnetic waves in the first direction. , to couple electromagnetic waves in a second direction different from the first direction.

本開示の光送信機は、光源と、駆動部と、アイソレータとを備える。前記駆動部は、送信すべき信号に基づいて前記光源を駆動する。前記アイソレータは、前記光源の光の出射側に配置される。前記アイソレータは、基板面を有する基板上において、前記基板面に沿って位置する第1導波路、該第1導波路の第1端側に並んで位置する第2導波路及び該第1導波路の第2端側に並んで位置する第3導波路を備える。前記第1導波路、前記第2導波路及び前記第3導波路は、それぞれ誘電体により囲まれたコアを含む。前記アイソレータは、前記第1導波路の前記第1端に電磁波が入出力される第1ポート、及び、前記第1導波路の前記第2端または前記第3導波路の前記第1導波路の前記第2端側に位置する端に電磁波が入出力される第2ポート、を備える。前記第1導波路と前記第2導波路とは、第1モードの電磁波に作用する第1方向性結合器を形成する第1結合部を有する。前記第1導波路と前記第3導波路とは、前記第1モード及び前記第1モードとは異なる第2モードの電磁波の何れか一方に作用する第2方向性結合器を形成する第2結合部を有する。前記第2導波路が、前記第1結合部において該第2導波路の前記コアに隣接する非相反性部材を含むことにより、前記第1方向性結合器は第1方向の電磁波を結合させず、前記第1方向とは異なる第2方向の電磁波を結合させる。 An optical transmitter of the present disclosure includes a light source, a driver, and an isolator. The driving section drives the light source based on a signal to be transmitted. The isolator is arranged on the light emitting side of the light source. The isolator comprises, on a substrate having a substrate surface, a first waveguide located along the substrate surface, a second waveguide located side by side on a first end side of the first waveguide, and the first waveguide. a third waveguide positioned side by side on the second end side of the . The first waveguide, the second waveguide and the third waveguide each include a core surrounded by a dielectric. The isolator has a first port for inputting and outputting an electromagnetic wave to and from the first end of the first waveguide, and the second end of the first waveguide or the first waveguide of the third waveguide. A second port for inputting and outputting an electromagnetic wave is provided at an end located on the second end side. The first waveguide and the second waveguide have a first coupling portion forming a first directional coupler acting on electromagnetic waves in a first mode. The first waveguide and the third waveguide form a second coupling that forms a second directional coupler that acts on either one of the first mode and the electromagnetic wave in a second mode different from the first mode. have a part. The second waveguide includes a non-reciprocal member adjacent to the core of the second waveguide at the first coupling portion so that the first directional coupler does not couple electromagnetic waves in the first direction. , to couple electromagnetic waves in a second direction different from the first direction.

本発明の実施形態によれば、出射した電磁波と異なるモードの電磁波を含む反射波の透過を低減することができる。 According to the embodiments of the present invention, it is possible to reduce transmission of reflected waves including electromagnetic waves in a mode different from that of the emitted electromagnetic waves.

一実施形態に係るアイソレータの斜視図である。1 is a perspective view of an isolator according to one embodiment; FIG. 図1のアイソレータの平面図である。2 is a plan view of the isolator of FIG. 1; FIG. 図2のA-A断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 2; 図2のB-B断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG. 2; 第1方向性結合器を第1方向に伝搬する電磁波に対する結合係数を示すグラフである。4 is a graph showing coupling coefficients for electromagnetic waves propagating in a first direction through a first directional coupler; 第1方向性結合器を第2方向に伝搬する電磁波に対する結合係数を示すグラフである。4 is a graph showing coupling coefficients for electromagnetic waves propagating in the second direction through the first directional coupler; 第1方向に伝搬するTEモードの電磁波の伝搬経路を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a propagation path of a TE mode electromagnetic wave propagating in a first direction; 第2方向に伝搬するTEモードの電磁波の伝搬経路を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a propagation path of a TE mode electromagnetic wave propagating in a second direction; 第2方向に伝搬するTMモードの電磁波の伝搬経路を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a propagation path of a TM mode electromagnetic wave propagating in a second direction; 他の実施形態に係るアイソレータの斜視図である。FIG. 11 is a perspective view of an isolator according to another embodiment; 第1方向に伝搬するTEモードの電磁波の伝搬経路を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a propagation path of a TE mode electromagnetic wave propagating in a first direction; 第2方向に伝搬するTEモードの電磁波の伝搬経路を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a propagation path of a TE mode electromagnetic wave propagating in a second direction; 第2方向に伝搬するTMモードの電磁波の伝搬経路を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a propagation path of a TM mode electromagnetic wave propagating in a second direction; さらに他の実施形態に係るアイソレータの平面図である。FIG. 8 is a plan view of an isolator according to still another embodiment; 図14のC-C断面図である。FIG. 15 is a cross-sectional view taken along line CC of FIG. 14; 一実施形態に係る光送信機の概略構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a schematic configuration of an optical transmitter according to one embodiment; FIG. 他の実施形態に係る光送信機の概略構成を示すブロック図である。FIG. 11 is a block diagram showing a schematic configuration of an optical transmitter according to another embodiment;

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明で用いられる図は模式的なものである。図面上の寸法、比率等は、現実のものとは必ずしも一致していない。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the diagrams used in the following description are schematic. The dimensions, ratios, etc. on the drawings do not necessarily match the actual ones.

図1~4に示すように、一実施形態に係るアイソレータ10は、基板50と、第1導波路20と、第2導波路30と、第3導波路40とを含んで構成される。基板50は、基板面50a(図3、4参照)を有する。第1導波路20と、第2導波路30と、第3導波路40とは、基板面50aに沿って配置される。第1導波路20と第2導波路30、及び、第1導波路20と第3導波路40とは、それぞれ、部分的に近接して平行に並んでいる。なお、図1、2では、第1導波路20と第2導波路30とが近接して平行に並ぶ部分と、第1導波路20と第3導波路40とが近接して平行に並ぶ部分とは、同じ方向に向いている。しかし、これらの向きは平行でなくてよい。 As shown in FIGS. 1-4, the isolator 10 according to one embodiment includes a substrate 50, a first waveguide 20, a second waveguide 30, and a third waveguide . The substrate 50 has a substrate surface 50a (see FIGS. 3 and 4). The first waveguide 20, the second waveguide 30, and the third waveguide 40 are arranged along the substrate surface 50a. The first waveguide 20 and the second waveguide 30, and the first waveguide 20 and the third waveguide 40 are arranged in parallel and partially close to each other. 1 and 2, the portion where the first waveguide 20 and the second waveguide 30 are closely arranged in parallel and the portion where the first waveguide 20 and the third waveguide 40 are closely arranged in parallel are shown. and are facing in the same direction. However, these orientations do not have to be parallel.

以下の説明のためx軸方向、y軸方向及びz軸方向が、それぞれ定義される。図1~3に示すように、x軸方向は、第1導波路20が第2導波路30及び第3導波路40と近接する部分で延在する方向とする。x軸の正の方向は、第1導波路20の一方の端部(後述する第1端201)から第3導波路40の端部(後述する第2端402)へ向かう方向とする。y軸方向は、基板50の基板面50aに沿う方向であって、x軸方向と交差する方向とする。y軸方向は、x軸方向と略直交してよい。y軸の正の方向は、第1導波路20からみて第2導波路30および第3導波路40の位置する側へ向かう方向とする。z軸方向は、基板面50aに垂直な方向である。z軸方向は、x軸方向及びy軸方向と直交する。z軸の正の方向は、基板50から見て第1導波路20、第2導波路30及び第3導波路40が配置された側の方向とする。 For the following description the x-axis, y-axis and z-axis directions are defined respectively. As shown in FIGS. 1 to 3, the x-axis direction is the direction in which the first waveguide 20 extends near the second waveguide 30 and the third waveguide 40 . The positive direction of the x-axis is the direction from one end of the first waveguide 20 (first end 201 described later) to the end of the third waveguide 40 (second end 402 described later). The y-axis direction is a direction along the substrate surface 50a of the substrate 50 and a direction crossing the x-axis direction. The y-axis direction may be substantially orthogonal to the x-axis direction. The positive direction of the y-axis is the direction toward the side where the second waveguide 30 and the third waveguide 40 are located when viewed from the first waveguide 20 . The z-axis direction is a direction perpendicular to the substrate surface 50a. The z-axis direction is orthogonal to the x-axis direction and the y-axis direction. The positive direction of the z-axis is the direction on which the first waveguide 20, the second waveguide 30 and the third waveguide 40 are arranged when viewed from the substrate 50. FIG.

以下に、アイソレータ10の各構成要素がより詳細に説明される。 Each component of isolator 10 is described in greater detail below.

基板50は種々の材料により構成されうる。例えば、基板50は、金属の導体、シリコン等の半導体、ガラス、又は樹脂等を含む材料から選択された材料により構成されてよい。基板50は、種々の形状を採りうる。例えば、基板50は、x軸方向及びy軸方向に延びる2辺を有し、x軸方向に長い矩形状としうる。 Substrate 50 may be constructed from a variety of materials. For example, the substrate 50 may be made of a material selected from materials including metal conductors, semiconductors such as silicon, glass, resin, and the like. The substrate 50 can take various shapes. For example, the substrate 50 may have a rectangular shape having two sides extending in the x-axis direction and the y-axis direction and being long in the x-axis direction.

基板50の基板面50aの上には、第1導波路20、第2導波路30及び第3導波路40に共通な、第1クラッド61が形成される。第1クラッド61の上面61a上には、第1コア21、第2コア31、第3コア41、及び、非相反性部材32が配置される。第1導波路20は、第1コア21を含む。第2導波路30は、第2コア31及び非相反性部材32を含む。非相反性部材32は、第2コア31に接して配置されている。第3導波路40は、第3コア41を含む。 A first clad 61 common to the first waveguide 20 , the second waveguide 30 and the third waveguide 40 is formed on the substrate surface 50 a of the substrate 50 . The first core 21 , the second core 31 , the third core 41 and the non-reciprocal member 32 are arranged on the upper surface 61 a of the first clad 61 . First waveguide 20 includes a first core 21 . A second waveguide 30 includes a second core 31 and a non-reciprocal member 32 . The non-reciprocal member 32 is arranged in contact with the second core 31 . Third waveguide 40 includes a third core 41 .

図3及び図4に示すように、第1コア21、第2コア31、第3コア41及び非相反性部材32は、第1クラッド61上に形成された第2クラッド62によって周囲及び上部を覆われている。第1クラッド61及び第2クラッド62は、纏めてクラッド60と呼ぶことができる。第1コア21、第2コア31及び非相反性部材32、並びに第3コア41は、クラッド60に囲まれている。第1導波路20は、第1コア21と第1コア21に近接する部分のクラッド60とを含む。第2導波路30は、第2コア31及び非相反性部材32と、第2コア31及び非相反性部材32に近接する部分のクラッド60とを含む。第3導波路40は、第3コア41と第3コア41に近接する部分のクラッド60とを含む。 As shown in FIGS. 3 and 4, the first core 21, the second core 31, the third core 41 and the non-reciprocal member 32 are surrounded and topped by a second clad 62 formed on the first clad 61. covered. The first clad 61 and the second clad 62 can be collectively called the clad 60 . The first core 21 , the second core 31 , the non-reciprocal member 32 and the third core 41 are surrounded by the clad 60 . The first waveguide 20 includes a first core 21 and a portion of the clad 60 adjacent to the first core 21 . The second waveguide 30 includes a second core 31 and a non-reciprocal member 32 and a portion of the clad 60 adjacent to the second core 31 and the non-reciprocal member 32 . The third waveguide 40 includes a third core 41 and a portion of the clad 60 adjacent to the third core 41 .

第1コア21、第2コア31、第3コア41及びクラッド60は、誘電体を含んで構成されてよい。第1コア21、第2コア31及び第3コア41は、誘電体線路ともいう。第1コア21、第2コア31及び第3コア41の比誘電率は、クラッド60の比誘電率よりも高くされてよい。クラッド60を構成する第1クラッド61と第2クラッド62とは、同一の誘電体材料で構成されてよい。第1クラッド61と第2クラッド62とは、一体に構成されてよい。第1クラッド61と第2クラッド62とが一体に構成される場合、アイソレータ10の形成が容易になりうる。第1コア21、第2コア31、第3コア41、及び、クラッド60の比誘電率は、空気の比誘電率よりも高くされてよい。第1コア21、第2コア31、第3コア41、及び、クラッド60の比誘電率が、空気の比誘電率よりも高くされることで、第1導波路20、第2導波路30、及び、第3導波路40からの電磁波の漏れが抑制されうる。結果として、アイソレータ10から外部に電磁波が放射されることによる損失が低減されうる。 The first core 21, the second core 31, the third core 41, and the clad 60 may be configured including a dielectric. The first core 21, the second core 31 and the third core 41 are also referred to as dielectric lines. The dielectric constants of the first core 21 , the second core 31 and the third core 41 may be higher than the dielectric constant of the clad 60 . The first clad 61 and the second clad 62 forming the clad 60 may be made of the same dielectric material. The first clad 61 and the second clad 62 may be configured integrally. When the first clad 61 and the second clad 62 are integrally formed, the isolator 10 can be easily formed. The relative permittivity of the first core 21, the second core 31, the third core 41, and the clad 60 may be higher than that of air. By making the dielectric constants of the first core 21, the second core 31, the third core 41, and the clad 60 higher than the dielectric constant of air, the first waveguide 20, the second waveguide 30, and the , leakage of electromagnetic waves from the third waveguide 40 can be suppressed. As a result, loss due to electromagnetic waves radiated from the isolator 10 to the outside can be reduced.

第1コア21、第2コア31及び第3コア41は、例えば、シリコン(Si)で構成されてよい。クラッド60は、例えば、石英ガラス(SiO2)で構成されてよい。シリコン及び石英ガラスの比誘電率はそれぞれ、約12及び約2である。シリコンは、約1.2μm~約6μmの近赤外波長を有する電磁波を低損失で伝搬させうる。第1コア21及び第2コア31は、シリコンで構成される場合、光通信で使用される1.3μm帯又は1.55μm帯の波長を有する電磁波を低損失で伝搬させうる。 The first core 21, the second core 31 and the third core 41 may be made of silicon (Si), for example. The clad 60 may be made of quartz glass (SiO 2 ), for example. The dielectric constants of silicon and fused silica are about 12 and about 2, respectively. Silicon can propagate electromagnetic waves having near-infrared wavelengths from about 1.2 μm to about 6 μm with low loss. When the first core 21 and the second core 31 are made of silicon, they can propagate electromagnetic waves having a wavelength of 1.3 μm band or 1.55 μm band used in optical communication with low loss.

第1コア21、第2コア31、第3コア41及びクラッド60の材料は、上記の材料に限られない。本開示のアイソレータ10としての機能が得られる範囲で、第1コア21、第2コア31、第3コア41及びクラッド60は、任意の材料を採用しうる。第2クラッド62の部分は、特定の材料の層を設けず空気であってもよい。空気は、誘電体である。 Materials for the first core 21, the second core 31, the third core 41, and the clad 60 are not limited to the materials described above. Any material can be employed for the first core 21, the second core 31, the third core 41, and the clad 60 as long as the function of the isolator 10 of the present disclosure can be obtained. A portion of the second cladding 62 may be air without a layer of a particular material. Air is a dielectric.

第1コア21、第2コア31及び第3コア41の比誘電率は、z軸方向に沿って一様に分布してよいし、z軸方向に沿って変化するように分布してもよい。例えば、第1コア21の比誘電率は、z軸方向の中央部で最も高くなり、第1クラッド61及び第2クラッド62に近づくにつれて低くなるように分布してよい。この場合、第1導波路20は、グレーデッド・インデックス型光ファイバと同様の原理で電磁波を伝搬させうる。 The dielectric constants of the first core 21, the second core 31, and the third core 41 may be uniformly distributed along the z-axis direction, or may be distributed so as to vary along the z-axis direction. . For example, the dielectric constant of the first core 21 may be distributed such that it is highest in the central portion in the z-axis direction and decreases toward the first clad 61 and the second clad 62 . In this case, the first waveguide 20 can propagate electromagnetic waves on the same principle as a graded-index optical fiber.

クラッド60に覆われた第1コア21、第2コア31及び第3コア41は、電磁波を伝搬させる。本開示において、電磁波は、種々の波長の電磁波を含みうる。電磁波の波長は、紫外光から赤外光までの光の帯域に含まれてよい。電磁波の波長が光の波長帯域に含まれる場合、アイソレータ10は、光アイソレータともいう。また、電磁波の帯域は、シリコンフォトニクスで使用される、波長1.55μm等の波長帯域であってよい。 The first core 21, the second core 31 and the third core 41 covered with the clad 60 propagate electromagnetic waves. In the present disclosure, electromagnetic waves may include electromagnetic waves of various wavelengths. The wavelength of the electromagnetic wave may fall within the band of light from ultraviolet to infrared. When the wavelength of electromagnetic waves is included in the wavelength band of light, the isolator 10 is also called an optical isolator. Also, the electromagnetic wave band may be a wavelength band such as a wavelength of 1.55 μm, which is used in silicon photonics.

本実施形態に係る第1導波路20、第2導波路30及び第3導波路40は、TEモードの電磁波を伝搬させることができる。伝搬方向に電界成分を持たない電磁波は、TEモードと呼ばれる。導波路において、TEモードの電磁波は、概して電界が基板50に対して水平方向に振動する。TEモードの電磁波は、TE波とも呼ばれる。アイソレータ10を利用する装置またはシステムにおいて、第1導波路20、第2導波路30及び第3導波路40は、TEモードの電磁波を伝搬させるように設計されてよい。このため、アイソレータ10に入力される電磁波の偏波方向は、基板50に対して平行にしてよい。電磁波が光の場合、偏波方向は偏光方向とも呼ばれる。 The first waveguide 20, the second waveguide 30, and the third waveguide 40 according to the present embodiment can propagate TE mode electromagnetic waves. Electromagnetic waves that do not have an electric field component in the direction of propagation are called TE modes. In the waveguide, the TE mode electromagnetic wave generally oscillates in the horizontal direction with respect to the substrate 50 . Electromagnetic waves in TE mode are also called TE waves. In a device or system utilizing isolator 10, first waveguide 20, second waveguide 30 and third waveguide 40 may be designed to propagate TE mode electromagnetic waves. Therefore, the polarization direction of the electromagnetic waves input to the isolator 10 may be parallel to the substrate 50 . When the electromagnetic wave is light, the polarization direction is also called the polarization direction.

第1導波路20、第2導波路30及び第3導波路40は、シングルモードでの導波条件を満たしてよい。第1導波路20、第2導波路30及び第3導波路40がシングルモードでの導波条件を満たす場合、第1導波路20、第2導波路30及び第3導波路40を伝搬する信号の波形が崩れにくくなる。シングルモードでの導波条件を満たす第1導波路20、第2導波路30及び第3導波路40を組み合わせたアイソレータ10は、光通信に適したものとなりうる。 The first waveguide 20, the second waveguide 30 and the third waveguide 40 may satisfy the waveguide condition in single mode. When the first waveguide 20, the second waveguide 30 and the third waveguide 40 satisfy the waveguide condition in a single mode, the signals propagating through the first waveguide 20, the second waveguide 30 and the third waveguide 40 are satisfied. waveform is less likely to collapse. The isolator 10 combining the first waveguide 20, the second waveguide 30 and the third waveguide 40 satisfying the waveguide condition in a single mode can be suitable for optical communication.

非相反性部材32は非相反性材料を含む。非相反性材料は、電磁波の伝搬方向によって異なる伝搬特性を有する材料である。非相反性部材32は、磁性体を含んで構成されてよい。非相反性材料は、例えば、磁性ガーネット、フェライト、鉄、コバルト等を含む。非相反性部材32に採用される非相反性材料は、電磁波を吸収する性質を有してよい。 Non-reciprocal member 32 comprises a non-reciprocal material. A non-reciprocal material is a material that has different propagation characteristics depending on the propagation direction of electromagnetic waves. The non-reciprocal member 32 may be configured including a magnetic material. Non-reciprocal materials include, for example, magnetic garnets, ferrites, iron, cobalt, and the like. The non-reciprocal material employed for the non-reciprocal member 32 may have the property of absorbing electromagnetic waves.

第1導波路20は、第2導波路30及び第3導波路40と比較してx軸方向に長く延在する。第1導波路20は、直線状の形状とすることができる。第1導波路20は、直線状の形状に限られない。第1導波路20は屈曲した部分を有してよい。図1~4に図示したアイソレータ10では、第1導波路20は、x軸方向に沿うものとして説明する。 The first waveguide 20 extends longer in the x-axis direction than the second waveguide 30 and the third waveguide 40 . The first waveguide 20 can be linear in shape. The first waveguide 20 is not limited to a linear shape. The first waveguide 20 may have a bent portion. In the isolator 10 illustrated in FIGS. 1-4, the first waveguide 20 is described as running along the x-axis direction.

図1、2に示すように、第1導波路20は、x軸の負の方向の側及び正の方向の側それぞれに、第1端201及び第2端202を有する。第1導波路20は、第1端201に、電磁波が入出力される第1ポート211を備える。第1ポート211から第1導波路20に入力される電磁波は、x軸に沿ってx軸の正の方向に進む。第1ポート211は、第1コア21の端面として構成されてよいし、外部装置と接続され、電磁波を伝搬可能なカプラとして構成されてもよい。第2端202は、平坦な端面又は凸面等になっていてよい。第1導波路20は、第2端202の手前で第3導波路40から離れる方向に湾曲していてよい。 As shown in FIGS. 1 and 2, the first waveguide 20 has a first end 201 and a second end 202 on the negative and positive sides of the x-axis, respectively. The first waveguide 20 has a first port 211 at a first end 201 through which electromagnetic waves are input and output. An electromagnetic wave input from the first port 211 to the first waveguide 20 travels along the x-axis in the positive direction of the x-axis. The first port 211 may be configured as an end face of the first core 21, or may be configured as a coupler connected to an external device and capable of propagating electromagnetic waves. The second end 202 may be a flat end, convex, or the like. The first waveguide 20 may curve away from the third waveguide 40 before the second end 202 .

第2導波路30は、基板50の上において、基板面50aに沿って部分的に第1導波路20の第1端201側に並んで位置する。図1、2に示すように、第2導波路30は、直線状でよい。あるいは、第2導波路30は、第1導波路20に並んで位置する部分を挟んで、第1導波路20から離れる方向に屈曲する部分を含んでよい。第2導波路30のx軸の負の方向側の端部を第1端301、正の方向側の端部を第2端302とする。言い換えると、第2導波路30は、両端を有する。第1端301及び第2端302は、平坦な端面又は凸面になっていてよい。 The second waveguide 30 is positioned on the substrate 50 so as to be partially aligned with the first end 201 side of the first waveguide 20 along the substrate surface 50a. As shown in FIGS. 1 and 2, the second waveguide 30 may be straight. Alternatively, the second waveguide 30 may include a portion that is bent in a direction away from the first waveguide 20 with a portion positioned side by side with the first waveguide 20 interposed therebetween. The end of the second waveguide 30 on the negative x-axis side is defined as a first end 301 , and the end on the positive direction side is defined as a second end 302 . In other words, the second waveguide 30 has two ends. The first end 301 and the second end 302 may be flattened or convex.

第3導波路40は、基板50の上において、基板面50aに沿って部分的に第1導波路20の第2端202側に並んで位置する。図1、2に示すように、第3導波路40は、直線状でよい。あるいは、第3導波路40は、第1導波路20に並んで位置する部分を挟んで、第1導波路20から離れる方向に屈曲する部分を含んでよい。第3導波路40のx軸の負の方向側の端部を第1端401、正の方向側の端部を第2端402とする。第3導波路40は、第2端402に、電磁波が入出力される第2ポート412を備える。第2ポート412から第3導波路40に入力される電磁波は、x軸に沿ってx軸の負の方向に進む。第2ポート412は、第1コア21の端面として構成されてよいし、外部装置と接続され、電磁波を伝搬可能なカプラとして構成されてもよい。第3導波路40の第1端401は、平坦な端面又は凸面になっていてよい。 The third waveguide 40 is located on the substrate 50 so as to be partially aligned with the second end 202 side of the first waveguide 20 along the substrate surface 50a. As shown in FIGS. 1 and 2, the third waveguide 40 may be straight. Alternatively, the third waveguide 40 may include a portion that bends in a direction away from the first waveguide 20 with a portion positioned side by side with the first waveguide 20 interposed therebetween. The end of the third waveguide 40 on the negative x-axis side is defined as a first end 401 , and the end on the positive direction side is defined as a second end 402 . The third waveguide 40 has a second port 412 at the second end 402 through which electromagnetic waves are input and output. An electromagnetic wave input from the second port 412 to the third waveguide 40 travels along the x-axis in the negative x-axis direction. The second port 412 may be configured as an end face of the first core 21, or may be configured as a coupler that is connected to an external device and capable of propagating electromagnetic waves. The first end 401 of the third waveguide 40 may be flat or convex.

第2導波路30の第2コア31と、第1導波路20の第1コア21とは、互いに沿って一方向に直線状に延在する第1結合部71を有する。第1導波路20と第2導波路30との互いに沿う部分は、平行導波路ともいう。第1結合部71において、第1コア21と第2コア31とは、近接場(エバネッセント場)の電磁界が結合しうる程度に近接して位置する。、第1結合部71において、第1導波路20と第2導波路30との一方の導波路に入力された電磁波は、その導波路の中で伝搬する間に他方の導波路に移りうる。つまり、第1導波路20の中で伝搬する電磁波は、第2導波路30に移りうる。第2導波路30の中で伝搬する電磁波は、第1導波路20に移りうる。 The second core 31 of the second waveguide 30 and the first core 21 of the first waveguide 20 have a first coupling portion 71 linearly extending in one direction along each other. The portions of the first waveguide 20 and the second waveguide 30 along each other are also called parallel waveguides. In the first coupling portion 71, the first core 21 and the second core 31 are positioned close enough to couple the electromagnetic field of the near field (evanescent field). , in the first coupling portion 71, an electromagnetic wave input to one of the first waveguide 20 and the second waveguide 30 can move to the other waveguide while propagating in that waveguide. That is, electromagnetic waves propagating in the first waveguide 20 can be transferred to the second waveguide 30 . Electromagnetic waves propagating in the second waveguide 30 can pass into the first waveguide 20 .

平行導波路において、一方の導波路から他方の導波路へ移る電磁波の割合を表すパラメータは、結合係数という。一方の導波路から他方の導波路へ電磁波が全く移らない場合、結合係数は0であるものとする。一方の導波路から他方の導波路へ全ての電磁波が移る場合、結合係数は1であるものとする。結合係数は、0以上且つ1以下の値でありうるものとする。結合係数は、各導波路の形状、各導波路間の距離、又は、導波路が互いに沿う長さ等に基づいて決定されうる。例えば、結合係数は、各導波路の形状が近似するほど高くなりうる。各導波路間の距離について、結合係数は、電磁波が導波路の中で伝搬する距離に応じて変化しうる。つまり、平行導波路において、導波路が延在する方向に沿った位置に応じて、結合係数は異なりうる。結合係数の極大値は、各導波路の形状又は各導波路間の距離等に基づいて決定されうる。結合係数の極大値は、1以下の値でありうる。 In parallel waveguides, the parameter representing the proportion of electromagnetic waves that pass from one waveguide to the other is called the coupling coefficient. The coupling coefficient is assumed to be 0 if no electromagnetic wave is transferred from one waveguide to the other. The coupling coefficient is assumed to be 1 if all electromagnetic waves pass from one waveguide to the other. It is assumed that the coupling coefficient can be a value greater than or equal to 0 and less than or equal to 1. The coupling coefficient can be determined based on the shape of each waveguide, the distance between each waveguide, the length along which the waveguides are along each other, and the like. For example, the coupling coefficient can be higher as the shapes of each waveguide are more similar. For the distance between each waveguide, the coupling coefficient can change depending on the distance that the electromagnetic wave propagates in the waveguide. That is, in parallel waveguides, the coupling coefficient can be different depending on the position along the direction in which the waveguides extend. The maximum value of the coupling coefficient can be determined based on the shape of each waveguide, the distance between each waveguide, or the like. The maximum value of the coupling coefficient can be a value of 1 or less.

平行導波路において、導波路が互いに沿う区間の始点における結合係数は0である。始点から、結合係数が極大値となる位置までの長さは、結合長ともいう。導波路が互いに沿う長さが結合長に等しい場合、導波路が互いに沿う区間の終点における結合係数は、極大値でありうる。結合長は、各導波路の形状又は各導波路間の距離等に基づいて決定されうる。 In parallel waveguides, the coupling coefficient is zero at the beginning of the section where the waveguides are along each other. The length from the starting point to the position where the coupling coefficient becomes the maximum value is also called the coupling length. If the length along which the waveguides are along each other is equal to the coupling length, the coupling coefficient at the end of the section along which the waveguides are along each other may be at a maximum value. The coupling length can be determined based on the shape of each waveguide, the distance between each waveguide, or the like.

結合係数が極大値に近く、一方の導波路から他方の導波路へ移る電磁波の割合大きい、平行導波路は方向性結合器を形成するということができる。すなわち、第1結合部71は、第1方向性結合器72を形成することができる。平行導波路において、結合係数及び結合長は、伝搬される電磁波のモードにより異なる。方向性結合器72は、所定の波長のTEモード及びTMモードの何れかのモードの電磁波に対して作用するように設計される。本実施形態のアイソレータ10は、TEモードの電磁波に対して作用するように設計される。 Parallel waveguides with coupling coefficients close to the maximum and with a large proportion of the electromagnetic wave going from one waveguide to the other can be said to form a directional coupler. That is, the first coupling portion 71 can form the first directional coupler 72 . In parallel waveguides, the coupling coefficient and coupling length depend on the mode of the propagated electromagnetic wave. The directional coupler 72 is designed to act on electromagnetic waves in either TE mode or TM mode of a predetermined wavelength. The isolator 10 of this embodiment is designed to act on TE mode electromagnetic waves.

第2導波路30において、第1導波路20から移ってきた電磁波は、第2導波路30の中でも第1導波路20の中と同じ方向に伝搬する。第2導波路30において、電磁波は第2コア31内を、全反射を繰り返しながら第1端301又は第2端302へ向けて伝搬する。電磁波が第1端301又は第2端302に到達した場合、電磁波は、第1端301又は第2端302から放射されたり、第1端301又は第2端302で反射されて逆方向に進んだりしうる。 In the second waveguide 30 , the electromagnetic waves transferred from the first waveguide 20 propagate in the second waveguide 30 in the same direction as in the first waveguide 20 . In the second waveguide 30, the electromagnetic wave propagates through the second core 31 toward the first end 301 or the second end 302 while repeating total reflection. When an electromagnetic wave reaches the first end 301 or the second end 302, the electromagnetic wave is radiated from the first end 301 or the second end 302 or reflected at the first end 301 or the second end 302 to travel in the opposite direction. can be

一般的な方向性結合器と異なり、アイソレータ10の第1方向性結合器72は、第2コア31に非相反性部材32が隣接することにより非相反性を示す。非相反性部材32は、第2導波路30の第2コア31に対して、y軸の正の方向の側に位置する。非相反性部材32は、第2コア31のx軸方向に沿う面の全体に渡り第2コア31に接してよい。あるいは、非相反性部材32は、第2コア31のx軸方向に沿う面の一部分に接してよい。非相反性部材32が、第2導波路30ので第2コア31に接することにより、以下に説明するように第2導波路30は非相反性を有する。 Unlike a general directional coupler, the first directional coupler 72 of the isolator 10 exhibits nonreciprocity due to the nonreciprocal member 32 adjacent to the second core 31 . The non-reciprocal member 32 is located on the positive direction side of the y-axis with respect to the second core 31 of the second waveguide 30 . The non-reciprocal member 32 may be in contact with the second core 31 over the entire surface of the second core 31 along the x-axis direction. Alternatively, the non-reciprocal member 32 may be in contact with part of the surface of the second core 31 along the x-axis direction. The non-reciprocal member 32 contacts the second core 31 at the second waveguide 30 so that the second waveguide 30 has non-reciprocal properties as described below.

第1ポート211を介して第1導波路20の第1端201から第1コア21に入力された電磁波は、x軸に沿って延在する第1導波路20の第1コア21の中で、第2端202に向けて伝搬する。本願において、各導波路をx軸の正の方向の側から負の方向の側に伝搬する方向は、第1方向ともいう。第1コア21の中で伝搬する電磁波は、第1コア21の中で第1結合部71を第1方向に伝搬した距離に基づく結合係数に応じた割合で、第2コア31に移りうる。電磁波が第1コア21の中で第1方向に伝搬する場合の結合係数は、第1結合係数ともいう。 An electromagnetic wave input from the first end 201 of the first waveguide 20 to the first core 21 via the first port 211 is generated in the first core 21 of the first waveguide 20 extending along the x-axis. , propagates toward the second end 202 . In the present application, the direction in which light propagates through each waveguide from the positive x-axis side to the negative x-axis direction is also referred to as the first direction. The electromagnetic wave propagating in the first core 21 can move to the second core 31 at a rate corresponding to the coupling coefficient based on the distance propagated through the first coupling portion 71 in the first core 21 in the first direction. The coupling coefficient when the electromagnetic wave propagates in the first core 21 in the first direction is also referred to as the first coupling coefficient.

本願において、各導波路をx軸の負の方向の側から正の方向の側に伝搬する方向は、第2方向ともいう。後述するように、第3導波路40の第2ポート412から入射した電磁波の一部は、第1導波路20に移り第1端201に向けて第2方向に伝搬する。第1コア21の中で伝搬する電磁波は、第1コア21の中で第1結合部71を第2方向に伝搬した距離に基づく結合係数に応じた割合で、第2コア31に移りうる。電磁波が第1コア21の中で第2方向に伝搬する場合の結合係数は、第2結合係数ともいう。 In the present application, the direction in which light propagates through each waveguide from the negative x-axis side to the positive x-axis direction is also referred to as the second direction. As will be described later, part of the electromagnetic wave entering from the second port 412 of the third waveguide 40 moves to the first waveguide 20 and propagates in the second direction toward the first end 201 . The electromagnetic wave propagating in the first core 21 can move to the second core 31 at a rate corresponding to the coupling coefficient based on the distance propagated through the first coupling portion 71 in the first core 21 in the second direction. The coupling coefficient when the electromagnetic wave propagates in the second direction inside the first core 21 is also referred to as the second coupling coefficient.

第2導波路30の第2コア31は、y軸の正の方向側で非相反性部材32と接することにより、非相反性を有する。非相反性を有するとは、伝搬する光が受ける効果が、光の伝搬方向によって異なることを意味する。第2導波路30は、電磁波が第1方向に伝搬する場合と、電磁波が第2方向に伝搬する場合とで、異なる伝搬特性を有しうる。第2導波路30の伝搬特性が電磁波の伝搬方向に基づいて異なる場合、第1結合係数と第2結合係数とは互いに異なりうる。つまり、非相反性部材32は、第1結合係数と第2結合係数とを異ならせうる。 The second core 31 of the second waveguide 30 has nonreciprocity by being in contact with the nonreciprocity member 32 on the positive direction side of the y-axis. Having non-reciprocity means that the effect received by propagating light differs depending on the propagation direction of the light. The second waveguide 30 may have different propagation characteristics depending on whether the electromagnetic wave propagates in the first direction or the electromagnetic wave propagates in the second direction. If the propagation characteristics of the second waveguide 30 differ based on the propagation direction of the electromagnetic wave, the first coupling coefficient and the second coupling coefficient may differ from each other. That is, the non-reciprocal member 32 can have the first coupling coefficient and the second coupling coefficient different.

非相反性部材32による第2導波路30の非相反性は、外部から磁場が加わることにより発現する。非相反性部材32に加えられる外部磁場の方向と、第2導波路30を伝搬する電磁波の偏波方向とは、互いに交差するように構成される。本実施形態において、第2導波路30を伝搬するTEモードの電磁波の偏波方向は、基板50の基板面50aに対して略平行(すなわち、y軸方向)となる。この場合、基板面50aに垂直なz軸方向の成分を有する外部磁場を印加することにより、非相反性部材32による非相反性が発現する。外部磁場の大きさが一定のとき、略z軸方向の外部磁場を印加することにより、非相反性が最も大きくなる。 The non-reciprocity of the second waveguide 30 due to the non-reciprocity member 32 is exhibited by applying a magnetic field from the outside. The direction of the external magnetic field applied to the non-reciprocal member 32 and the polarization direction of the electromagnetic wave propagating through the second waveguide 30 are configured to cross each other. In this embodiment, the polarization direction of the TE mode electromagnetic wave propagating through the second waveguide 30 is substantially parallel to the substrate surface 50a of the substrate 50 (that is, the y-axis direction). In this case, by applying an external magnetic field having a component in the z-axis direction perpendicular to the substrate surface 50a, the non-reciprocity of the non-reciprocal member 32 is exhibited. When the magnitude of the external magnetic field is constant, the non-reciprocity is maximized by applying an external magnetic field substantially in the z-axis direction.

非相反性部材32が強磁性体の場合、非相反性部材32は、外部磁場を加えなくとも非相反性を発現する。第2導波路30を伝搬する電磁波の偏波方向がy軸方向の場合、非相反性部材32は、磁化方向をz軸方向の成分を有するように配置される。好ましくは、非相反性部材32は、磁化方向を略z軸方向となるように配置される。 When the non-reciprocal member 32 is a ferromagnetic material, the non-reciprocal member 32 develops non-reciprocity without applying an external magnetic field. When the polarization direction of the electromagnetic wave propagating through the second waveguide 30 is the y-axis direction, the non-reciprocal member 32 is arranged so that the magnetization direction has a component in the z-axis direction. Preferably, the non-reciprocal member 32 is arranged so that the magnetization direction is approximately in the z-axis direction.

平行導波路の一方の導波路が非相反性を有する場合、電磁波が第1方向に伝搬する場合の結合係数の極大値は、電磁波が第2方向に伝搬する場合の結合係数の極大値と異なりうる。例えば図5に示されるように、電磁波が第1方向に伝搬する場合における第1導波路20と第2導波路30との結合係数の極大値は、0に近い値となるように構成されうる。例えば図6に示されるように、電磁波が第2方向に伝搬する場合における第1導波路20と第2導波路30との結合係数の極大値は、1に近い値となるように構成されうる。電磁波の伝搬方向ごとに結合係数の極大値が異なることによって、電磁波の伝搬方向ごとに電磁波の透過率が異なりうる。図5及び図6において、横軸及び縦軸はそれぞれ、平行導波路における電磁波の進行距離、及び、結合係数を表す。 When one waveguide of the parallel waveguides has nonreciprocity, the maximum value of the coupling coefficient when the electromagnetic wave propagates in the first direction is different from the maximum value of the coupling coefficient when the electromagnetic wave propagates in the second direction. sell. For example, as shown in FIG. 5, the maximum value of the coupling coefficient between the first waveguide 20 and the second waveguide 30 when the electromagnetic wave propagates in the first direction can be configured to be a value close to 0. . For example, as shown in FIG. 6, the maximum value of the coupling coefficient between the first waveguide 20 and the second waveguide 30 when the electromagnetic wave propagates in the second direction can be configured to be a value close to 1. . Since the maximum value of the coupling coefficient is different for each propagation direction of the electromagnetic wave, the transmittance of the electromagnetic wave can be different for each propagation direction of the electromagnetic wave. In FIGS. 5 and 6, the horizontal axis and the vertical axis represent the traveling distance of the electromagnetic wave in the parallel waveguide and the coupling coefficient, respectively.

第2導波路30が非相反性を有する場合、第1導波路20と第2導波路30との結合係数は、電磁波の伝搬方向に応じて異なりうる。つまり、第2導波路30が非相反性を有する場合、アイソレータ10の第1結合係数は、第2結合係数と異なりうる。第2導波路30の非相反性の大きさが調整されることによって、第2結合係数は、第1結合係数よりも大きくされうる。 When the second waveguide 30 has non-reciprocity, the coupling coefficient between the first waveguide 20 and the second waveguide 30 may differ according to the propagation direction of electromagnetic waves. That is, if the second waveguide 30 is non-reciprocal, the first coupling coefficient of the isolator 10 can differ from the second coupling coefficient. By adjusting the magnitude of the non-reciprocity of the second waveguide 30, the second coupling coefficient can be made larger than the first coupling coefficient.

平行導波路の一方の導波路が非相反性を有する場合、第1方向に伝搬する電磁波に対する平行導波路の結合長は、第2方向に伝搬する電磁波に対する平行導波路の結合長と異なりうる。例えば図5に示されるように、第1方向性結合器72において第1方向に伝搬する電磁波に対する結合長は、L1と表されうる。例えば図6に示されるように、第1方向性結合器72において第2方向に伝搬する電磁波に対する結合長は、L2と表されうる。第1方向性結合器72は、L1とL2とが異なるように構成されてよい。 If one of the parallel waveguides has nonreciprocity, the coupling length of the parallel waveguides for electromagnetic waves propagating in the first direction can be different from the coupling length of the parallel waveguides for electromagnetic waves propagating in the second direction. For example, as shown in FIG. 5, the coupling length for electromagnetic waves propagating in the first direction in the first directional coupler 72 can be represented as L1 . For example, as shown in FIG. 6, the coupling length for electromagnetic waves propagating in the second direction in the first directional coupler 72 can be represented as L2 . The first directional coupler 72 may be configured such that L 1 and L 2 are different.

平行導波路において2つの導波路が互いに沿う長さが結合長に等しい場合、結合係数が極大値となりうる。例えば図5のグラフに示される関係を有する平行導波路において、2つの導波路が互いに沿う長さがL1である場合、結合係数が極大値となりうる。2つの導波路が互いに沿う長さが結合長の2倍に等しい場合、結合係数が極小値となりうる。例えば図5に示される関係を有する平行導波路において、2つの導波路が互いに沿う長さが2L1である場合、結合係数が極小値となりうる。 If the length of the two waveguides along each other in parallel waveguides is equal to the coupling length, then the coupling coefficient can reach a maximum value. For example, in parallel waveguides having the relationship shown in the graph of FIG. 5, the coupling coefficient can reach a maximum value if the two waveguides have a length along each other of L 1 . If the length of the two waveguides along each other is equal to twice the coupling length, the coupling coefficient can be at a local minimum. For example, in parallel waveguides having the relationship shown in FIG. 5, if the two waveguides have a length along each other of 2L 1 , the coupling coefficient can be a local minimum.

図5のグラフに示される関係は、電磁波の進行距離が長くなった領域でも繰り返されうる。つまり、2つの導波路が互いに沿う長さがL1の奇数倍である場合、結合係数が極大値となりうる。2つの導波路が互いに沿う長さがL1の偶数倍である場合、結合係数が極小値となりうる。図6に示される関係を有する平行導波路においても、2つの導波路が互いに沿う長さがL2の奇数倍である場合、及び、L2の偶数倍ある場合それぞれで、結合係数が極大値及び極小値となりうる。L1及びL2は、平行導波路における最短の結合長となりうる長さであり、単位結合長ともいう。つまり、結合長は、単位結合長の奇数倍であってよい。 The relationship shown in the graph of FIG. 5 can be repeated in regions where the electromagnetic waves travel longer distances. That is, if the length of the two waveguides along each other is an odd multiple of L 1 , the coupling coefficient can be maximal. If the length of the two waveguides along each other is an even multiple of L 1 , the coupling coefficient can be a local minimum. Even in parallel waveguides having the relationship shown in FIG . and can be a local minimum. L 1 and L 2 are lengths that can be the shortest coupling lengths in parallel waveguides, and are also called unit coupling lengths. That is, the bond length may be an odd multiple of the unit bond length.

第1導波路20と第2導波路30とが互いに沿う長さが調整されることによって、第1結合係数及び第2結合係数が調整されうる。第1導波路20と第2導波路30とが互いに沿う長さは、第2方向に伝搬する電磁波に対する単位結合長の奇数倍と略同一であってよい。このようにすることで、第2結合係数が大きくされうる。第1導波路20と第2導波路30とが互いに沿う長さは、第1方向に伝搬する電磁波に対する単位結合長の偶数倍と略同一であってよい。このようにすることで、第1結合係数が小さくされうる。このようにすることで、第2結合係数が第1結合係数より大きくされてよい。 The first coupling coefficient and the second coupling coefficient can be adjusted by adjusting the lengths of the first waveguide 20 and the second waveguide 30 along each other. The length of the first waveguide 20 and the second waveguide 30 along each other may be substantially the same as an odd multiple of the unit coupling length for the electromagnetic wave propagating in the second direction. By doing so, the second coupling coefficient can be increased. The length of the first waveguide 20 and the second waveguide 30 along each other may be substantially the same as an even multiple of the unit coupling length for the electromagnetic wave propagating in the first direction. By doing so, the first coupling coefficient can be reduced. By doing so, the second coupling coefficient may be larger than the first coupling coefficient.

以上のようにして、第1方向性結合器72において、TEモードの電磁波に対する第1結合係数は、小さい値であって、好ましくは0に近い値に設定することができる。また、第2結合係数は、第1結合係数よりも大きく、好ましくは1に近い値に設定されうる。すなわち、第1導波路20を第1方向に伝搬するTEモードの電磁波に対する第1方向性結合器72の透過率は高く設定できる。第1導波路20を第2方向に伝搬するTEモードの電磁波に対する第1方向性結合器72の透過率は低く設定できる。 As described above, in the first directional coupler 72, the first coupling coefficient for the TE mode electromagnetic wave can be set to a small value, preferably close to zero. Also, the second coupling factor can be set to a value that is larger than the first coupling factor, preferably close to one. That is, the transmittance of the first directional coupler 72 with respect to the TE mode electromagnetic wave propagating in the first direction in the first waveguide 20 can be set high. The transmittance of the first directional coupler 72 to the TE mode electromagnetic wave propagating in the second direction in the first waveguide 20 can be set low.

第3導波路40の第3コア41と、第1導波路20の第1コア21とは、互いに沿って一方向に直線状に延在する第2結合部73を有する。第2結合部73において、第1コア21と第3コア41とは、近接場(エバネッセント場)の電磁界が結合しうる程度に近接して位置する。特に、アイソレータ10では、第1コア21と第3コア41とが電界により結合する。したがって、TEモードで伝搬する電磁波について、第1導波路20と第3導波路40との結合係数が極大値に近い場合、平行導波路は方向性結合器を形成するということができる。すなわち、第2結合部73は、第2方向性結合器74を形成することができる。 The third core 41 of the third waveguide 40 and the first core 21 of the first waveguide 20 have a second coupling portion 73 linearly extending in one direction along each other. In the second coupling portion 73, the first core 21 and the third core 41 are positioned close enough to couple the electromagnetic field of the near field (evanescent field). In particular, in the isolator 10, the first core 21 and the third core 41 are coupled by an electric field. Therefore, for electromagnetic waves propagating in the TE mode, it can be said that the parallel waveguides form a directional coupler when the coupling coefficient between the first waveguide 20 and the third waveguide 40 is close to the maximum value. That is, the second coupling portion 73 can form the second directional coupler 74 .

第1方向性結合器72と異なり第3コア41は非相反性部材と接していない。そのため、第2方向性結合器74は、第1方向及び第2方向の双方について同じ結合係数を有する。第2方向性結合器74は、所定波長のTEモードで伝搬する電磁波について、第1導波路20を第1方向に伝搬してきた電磁波を、第3導波路40に移す。第3導波路40に移った電磁波は、第1方向に伝搬する。第2方向性結合器74は、所定波長のTEモードで伝搬する電磁波について、第3導波路40を第2方向に伝搬してきた電磁波を、第1導波路20に移す。第1導波路20に移った電磁波は、第2方向に伝搬する。 Unlike the first directional coupler 72, the third core 41 is not in contact with the non-reciprocal member. Therefore, the second directional coupler 74 has the same coupling coefficient for both the first direction and the second direction. The second directional coupler 74 transfers the electromagnetic wave propagating in the TE mode with a predetermined wavelength that has propagated through the first waveguide 20 in the first direction to the third waveguide 40 . The electromagnetic wave transferred to the third waveguide 40 propagates in the first direction. The second directional coupler 74 transfers the electromagnetic wave propagating in the TE mode with a predetermined wavelength that has propagated through the third waveguide 40 in the second direction to the first waveguide 20 . The electromagnetic wave transferred to the first waveguide 20 propagates in the second direction.

第2方向性結合器74は、TEモードで伝搬される電磁波に対して、方向性結合器として機能するように構成される。第2方向性結合器74は、TMモードで伝搬する電磁波に対しては結合係数が小さい。第2方向性結合器74のTMモードで伝搬する電磁波に対する結合係数は、0に近くなるように設計されてよい。 The second directional coupler 74 is configured to function as a directional coupler with respect to electromagnetic waves propagated in TE mode. The second directional coupler 74 has a small coupling coefficient with respect to electromagnetic waves propagating in TM mode. A coupling coefficient of the second directional coupler 74 for electromagnetic waves propagating in the TM mode may be designed to be close to zero.

以上のように構成されるので、アイソレータ10は、以下に説明するように動作する。 With the configuration described above, the isolator 10 operates as described below.

図7に示すように、第1ポート211から第1導波路20に入射したTEモードの電磁波は、第1方向に伝搬する。第1方向に伝搬する電磁波は、第1方向性結合器72では、第1結合係数が小さいので第2導波路30に僅かしか結合しない。第1方向に伝搬する電磁波の大部分は、第1方向性結合器72を透過して、第1導波路20を第1方向に進む。第1方向性結合器72を透過して第1方向に伝搬する電磁波の大部分は、第2方向性結合器74により、第3導波路40に結合する。第3導波路40に結合した電磁波は、第3導波路40を第1方向に進み、第2ポート412から出射する。第1ポート211から第1導波路20に入射したTEモードの電磁波は、概ね図7で矢印により示されるように、アイソレータ10内を伝搬する。 As shown in FIG. 7, the TE mode electromagnetic wave incident on the first waveguide 20 from the first port 211 propagates in the first direction. An electromagnetic wave propagating in the first direction is only slightly coupled to the second waveguide 30 in the first directional coupler 72 because the first coupling coefficient is small. Most of the electromagnetic waves propagating in the first direction pass through the first directional coupler 72 and travel through the first waveguide 20 in the first direction. Most of the electromagnetic waves that pass through the first directional coupler 72 and propagate in the first direction are coupled to the third waveguide 40 by the second directional coupler 74 . The electromagnetic wave coupled to the third waveguide 40 travels through the third waveguide 40 in the first direction and exits from the second port 412 . A TE mode electromagnetic wave that enters the first waveguide 20 from the first port 211 propagates through the isolator 10 as generally indicated by the arrows in FIG.

図8に示すように、第2ポート412から第3導波路40に入射したTEモードの電磁波は、第2方向に伝搬する。第3導波路40を第2方向に伝搬する電磁波の大部分は、第2方向性結合器74により第1導波路20に結合する。第1導波路20に結合した電磁波は、第1導波路20を第2方向に伝搬する。第1導波路20を第2方向に伝搬する電磁波の大部分は、第1方向性結合器72の第2結合係数が大きいので、第1方向性結合器72で第2導波路30に結合する。第2導波路30に結合した電磁波は、第2導波路30を第2方向に進み、第2導波路30の第1端301から外部に放射される。第2ポート412から第3導波路40に入射したTEモードの電磁波は、概ね図8で矢印により示されるように、アイソレータ10内を伝搬する。 As shown in FIG. 8, the TE-mode electromagnetic wave entering the third waveguide 40 from the second port 412 propagates in the second direction. Most of the electromagnetic waves propagating in the second direction through the third waveguide 40 are coupled to the first waveguide 20 by the second directional coupler 74 . The electromagnetic waves coupled to the first waveguide 20 propagate through the first waveguide 20 in the second direction. Most of the electromagnetic waves propagating in the second direction through the first waveguide 20 are coupled to the second waveguide 30 by the first directional coupler 72 because the second coupling coefficient of the first directional coupler 72 is large. . The electromagnetic wave coupled to the second waveguide 30 travels through the second waveguide 30 in the second direction and is radiated to the outside from the first end 301 of the second waveguide 30 . The TE mode electromagnetic wave incident on the third waveguide 40 from the second port 412 propagates through the isolator 10 as generally indicated by the arrows in FIG.

図9に示すように、第2ポート412から第3導波路40に入射したTMモードの電磁波は、第2方向に伝搬する。第2方向性結合器74のTMモードの電磁波に対する結合係数は小さいので、第3導波路40を第2方向に伝搬する電磁波は、第2方向性結合器74により第1導波路20に僅かしか結合しない。第3導波路40を第2方向に伝搬する電磁波の大部分は、第3導波路40を更に伝搬して、第3導波路40の第1端401から外部に放射される。第2ポート412から第3導波路40に入射したTMモードの電磁波は、概ね図9で矢印により示されるように、アイソレータ10内を伝搬する。 As shown in FIG. 9, the TM-mode electromagnetic wave entering the third waveguide 40 from the second port 412 propagates in the second direction. Since the coupling coefficient of the second directional coupler 74 for the TM mode electromagnetic wave is small, the electromagnetic wave propagating in the second direction through the third waveguide 40 passes through the first waveguide 20 by the second directional coupler 74 only slightly. do not combine. Most of the electromagnetic waves propagating through the third waveguide 40 in the second direction further propagate through the third waveguide 40 and are radiated to the outside from the first end 401 of the third waveguide 40 . The TM mode electromagnetic wave incident on the third waveguide 40 from the second port 412 propagates through the isolator 10 as generally indicated by the arrows in FIG.

したがって、アイソレータ10において、入力用ポートとして第1ポート211を用いた場合、入力されたTEモードの電磁波の大部分は、出力用の第2ポート412に伝搬される。第1ポート211に入力される電磁波の強度に対する、第2ポート412から出力される電磁波の強度の比は、第1方向に伝搬する電磁波に対するアイソレータ10の透過率ともいう。一方、第2ポート412に外部から反射されたTEモード及びTMモードの不要な電磁波が入射した場合、この不要な電磁波は、第1ポート211に伝搬されないか、又は、僅かにのみ伝搬される。第2ポート412に入力される電磁波の強度に対する、第1ポート211から出力される電磁波の強度の比は、第2方向に伝搬する電磁波に対するアイソレータ10の透過率ともいう。第2方向に伝搬する電磁波に対するアイソレータ10の透過率は、第1方向に伝搬する電磁波に対するアイソレータ10の透過率よりもはるかに小さい。 Therefore, in the isolator 10 , when the first port 211 is used as the input port, most of the input TE mode electromagnetic wave is propagated to the second output port 412 . The ratio of the intensity of the electromagnetic wave output from the second port 412 to the intensity of the electromagnetic wave input to the first port 211 is also referred to as the transmittance of the isolator 10 with respect to the electromagnetic wave propagating in the first direction. On the other hand, when unwanted electromagnetic waves of TE mode and TM mode reflected from the outside are incident on the second port 412 , the unwanted electromagnetic waves are not propagated to the first port 211 , or are propagated only slightly. The ratio of the intensity of the electromagnetic wave output from the first port 211 to the intensity of the electromagnetic wave input to the second port 412 is also referred to as the transmittance of the isolator 10 with respect to the electromagnetic wave propagating in the second direction. The transmittance of isolator 10 for electromagnetic waves propagating in the second direction is much smaller than the transmittance of isolator 10 for electromagnetic waves propagating in the first direction.

以上説明したように、アイソレータ10は、出射した電磁波と異なるモードの電磁波を含む反射波の透過を低減することができる。これによって、アイソレータ10は、入力用のポートに接続された電磁波源(光源)又は素子(光学素子)等が損傷を受ける虞を低減することができる。また、本開示のアイソレータ10は、偏光子等の光学素子を基板上に配置すること無く、シリコン半導体のプロセス技術を用いて作成することが可能である。したがって、アイソレータ10は、微細化及び基板上に他の光学素子とともに集積することが期待できる。 As described above, the isolator 10 can reduce the transmission of reflected waves including electromagnetic waves having a mode different from that of the emitted electromagnetic waves. As a result, the isolator 10 can reduce the risk of damage to the electromagnetic wave source (light source) or element (optical element) connected to the input port. In addition, the isolator 10 of the present disclosure can be produced using silicon semiconductor process technology without arranging an optical element such as a polarizer on the substrate. Therefore, the isolator 10 can be expected to be miniaturized and integrated with other optical elements on the substrate.

他の実施形態に係るアイソレータ11が、図10の斜視図に示される。図10のアイソレータ11は、図1~4に示したアイソレータ10と類似する。このため、以下のアイソレータ11の説明において、アイソレータ10と同一又は類似する構成要素には、アイソレータ10の対応する構成要素と同一の符号及び同一の名称を付して、アイソレータ10と異なる部分についてのみ説明する。 An isolator 11 according to another embodiment is shown in perspective view in FIG. Isolator 11 of FIG. 10 is similar to isolator 10 shown in FIGS. For this reason, in the following description of the isolator 11, components identical or similar to those of the isolator 10 are denoted by the same reference numerals and names as those of the corresponding components of the isolator 10, and only portions different from the isolator 10 are given. explain.

図10に示すように、アイソレータ11の第1導波路20は、第1ポート211に加え、第2端202に電磁波が入出力される第2ポート212を備える。第2ポート212は、第1コア21の端面として構成されてよいし、外部装置と接続され、電磁波を伝搬可能なカプラとして構成されてもよい。第1ポート211と第2ポート212との間は、第1導波路20によりx軸方向に直線状に接続されてよい。第1導波路20は、直線状の部分だけでなく屈曲した部分を含んでもよい。 As shown in FIG. 10, the first waveguide 20 of the isolator 11 has a first port 211 and a second port 212 through which electromagnetic waves are input and output at a second end 202 . The second port 212 may be configured as an end face of the first core 21, or may be configured as a coupler connected to an external device and capable of propagating electromagnetic waves. The first port 211 and the second port 212 may be connected linearly in the x-axis direction by the first waveguide 20 . The first waveguide 20 may include curved portions as well as straight portions.

アイソレータ11において、第3導波路40は、第2端402にポートを有していない。第2端402は、平坦な面又は凸面等とすることができる。第3導波路40を第1方向に伝搬して、第2端402に到達した電磁波は、第2端402から第3導波路40の外部に放射されたり、第2端402で反射され第3導波路40内を第2方向に戻ったりする。 In isolator 11 , third waveguide 40 has no port at second end 402 . The second end 402 can be flat, convex, or the like. The electromagnetic wave that has propagated through the third waveguide 40 in the first direction and reached the second end 402 is radiated from the second end 402 to the outside of the third waveguide 40 or reflected at the second end 402 to form a third wave. It returns in the waveguide 40 in the second direction.

アイソレータ11の第2方向性結合器74(図11~13参照)は、アイソレータ10とは異なり、TMモードで伝搬する電磁波に対して、第1導波路20と第3導波路40との結合係数が極大値に近くなるように構成される。アイソレータ11では、第2結合部73において、第1コア21と第3コア41とが磁界により結合する。平行導波路である第2結合部73は、TMモードの電磁波に作用する、第2方向性結合器74を形成する。一般に、電磁波が導波路から滲み出す距離は、磁界の方が電界よりも大きい。このため、第2結合部73における第1コア21と第3コア41との間の間隔は、TEモードの電磁波に対して設計した場合よりも、TMモードの電磁波に対して設計した方が広くなる。 Unlike the isolator 10, the second directional coupler 74 (see FIGS. 11 to 13) of the isolator 11 has a coupling coefficient between the first waveguide 20 and the third waveguide 40 for electromagnetic waves propagating in the TM mode. is configured to be close to the local maximum. In the isolator 11 , the magnetic field couples the first core 21 and the third core 41 at the second coupling portion 73 . The second coupling section 73, which is a parallel waveguide, forms a second directional coupler 74 acting on TM mode electromagnetic waves. In general, the distance that an electromagnetic wave penetrates a waveguide is greater in a magnetic field than in an electric field. Therefore, the distance between the first core 21 and the third core 41 in the second coupling portion 73 is wider when designed for the TM mode electromagnetic wave than when designed for the TE mode electromagnetic wave. Become.

以上のような構成により、アイソレータ11では、第1方向性結合器72は、TEモードの第1方向の電磁波をあまり結合せず、TEモードの第2方向の電磁波を結合する。第1方向性結合器72は、TMモードの電磁波をあまり結合しない。第2方向性結合器74は、TEモードの電磁波をあまり結合せず、TMモードの電磁波を結合する。 With the configuration described above, in the isolator 11, the first directional coupler 72 does not couple the TE mode electromagnetic wave in the first direction, but couples the TE mode electromagnetic wave in the second direction. The first directional coupler 72 hardly couples TM mode electromagnetic waves. The second directional coupler 74 does not couple TE mode electromagnetic waves but couples TM mode electromagnetic waves.

アイソレータ11のその他の構成は、アイソレータ10と同様である。以上のように構成されるので、アイソレータ11は、以下に説明するように動作する。 Other configurations of the isolator 11 are the same as those of the isolator 10 . Since it is configured as described above, the isolator 11 operates as described below.

図11に示すように、第1ポート211から第1導波路20に入射したTEモードの電磁波は、第1方向に伝搬する。第1方向に伝搬する電磁波は、第1方向性結合器72では、第1結合係数が小さいので第2導波路30に僅かにしか結合しない。第1方向に伝搬する電磁波は、第1方向性結合器72を透過して、第1導波路20を第1方向に進む。第1方向性結合器72を透過して第1方向に伝搬する電磁波の大部分は、第2方向性結合器74で第3導波路40に結合せずに、第2方向性結合器74を透過する。第2方向性結合器74を透過した電磁波は、第1導波路20を第1方向に進み、第2ポート212から出射する。第1ポート211から第1導波路20に入射したTEモードの電磁波は、概ね図11で矢印により示されるように、アイソレータ10内を伝搬する。 As shown in FIG. 11, the TE-mode electromagnetic wave entering the first waveguide 20 from the first port 211 propagates in the first direction. Electromagnetic waves propagating in the first direction are only slightly coupled to the second waveguide 30 in the first directional coupler 72 because the first coupling coefficient is small. Electromagnetic waves propagating in the first direction pass through the first directional coupler 72 and travel through the first waveguide 20 in the first direction. Most of the electromagnetic waves that pass through the first directional coupler 72 and propagate in the first direction pass through the second directional coupler 74 without being coupled to the third waveguide 40 at the second directional coupler 74 . To Penetrate. The electromagnetic wave that has passed through the second directional coupler 74 travels in the first direction through the first waveguide 20 and is emitted from the second port 212 . A TE mode electromagnetic wave that enters the first waveguide 20 from the first port 211 propagates through the isolator 10 as generally indicated by the arrows in FIG.

図12に示すように、第2ポート212から第1導波路20に入射したTEモードの電磁波は、第2方向に伝搬する。第2方向性結合器74のTEモードの電磁波に対する結合係数は小さいので、第1導波路20を第2方向に伝搬する電磁波の大部分は、第2方向性結合器74で第3導波路40に結合せず、第2方向性結合器74を透過する。第2方向性結合器74を透過した電磁波は、第1導波路20を第2方向に伝搬する。第1導波路20を第2方向に伝搬する電磁波の大部分は、第1方向性結合器72の第2結合係数が大きいので、第2導波路30に結合する。第2導波路30に結合した電磁波は、第2導波路30を第2方向に進み、第2導波路30の第1端301から外部に放射される。第2ポート212から第1導波路20に入射したTEモードの電磁波は、概ね図12で矢印により示されるように、アイソレータ10内を伝搬する。 As shown in FIG. 12, the TE-mode electromagnetic wave entering the first waveguide 20 from the second port 212 propagates in the second direction. Since the coupling coefficient of the second directional coupler 74 for the TE mode electromagnetic wave is small, most of the electromagnetic wave propagating in the second direction through the first waveguide 20 is coupled to the third waveguide 40 by the second directional coupler 74 . , and pass through the second directional coupler 74 . The electromagnetic wave transmitted through the second directional coupler 74 propagates through the first waveguide 20 in the second direction. Most of the electromagnetic waves propagating in the second direction through the first waveguide 20 are coupled to the second waveguide 30 because the second coupling coefficient of the first directional coupler 72 is large. The electromagnetic wave coupled to the second waveguide 30 travels through the second waveguide 30 in the second direction and is radiated to the outside from the first end 301 of the second waveguide 30 . A TE mode electromagnetic wave that enters the first waveguide 20 from the second port 212 propagates through the isolator 10 as generally indicated by the arrows in FIG.

図13に示すように、第2ポート212から第1導波路20に入射したTMモードの電磁波は、第2方向に伝搬する。第2方向性結合器74のTMモードの電磁波に対する結合係数は大きいので、第1導波路20を第2方向に伝搬する電磁波の大部分は、第2方向性結合器74により第3導波路40に結合する。第3導波路40に結合した電磁波は、第3導波路40を第2方向に更に伝搬して、第3導波路40の第1端401から外部に放射される。第2ポート212から第1導波路20に入射したTMモードの電磁波は、概ね図13で矢印により示されるように、アイソレータ10内を伝搬する。 As shown in FIG. 13, the TM-mode electromagnetic wave entering the first waveguide 20 from the second port 212 propagates in the second direction. Since the second directional coupler 74 has a large coupling coefficient for the TM mode electromagnetic wave, most of the electromagnetic wave propagating in the second direction through the first waveguide 20 is transferred to the third waveguide 40 by the second directional coupler 74 . bind to The electromagnetic wave coupled to the third waveguide 40 further propagates through the third waveguide 40 in the second direction and is radiated to the outside from the first end 401 of the third waveguide 40 . The TM-mode electromagnetic wave entering the first waveguide 20 from the second port 212 propagates through the isolator 10 as generally indicated by the arrows in FIG.

したがって、アイソレータ11において、入力用ポートとして第1ポート211を用いた場合、入力されたTEモードの電磁波の大部分は、出力用の第2ポート212に伝搬される。一方、第2ポート212に外部から反射されたTEモード及びTMモードの不要な電磁波が入射した場合、この不要な電磁波は、第1ポート211に伝搬されないか、又は、僅かにのみ第1ポート211に伝搬される。 Therefore, in the isolator 11, when the first port 211 is used as the input port, most of the input TE mode electromagnetic wave is propagated to the second output port 212. FIG. On the other hand, when unwanted electromagnetic waves of TE mode and TM mode reflected from the outside enter the second port 212 , the unwanted electromagnetic waves are not propagated to the first port 211 or only slightly is propagated to

以上説明したように、アイソレータ11は、アイソレータ10と同様に、出射した電磁波と異なるモードの電磁波を含む反射波の透過を低減することができる。これによって、アイソレータ11は、前述のアイソレータ10と同様の効果を有する。また、アイソレータ11では、第1ポート211と第2ポート212とが、同一の第1導波路20に設けられているので、第1ポート211と第2ポート212との間で、電磁波が導波路間を乗り移らない。このため、第1ポート211から入力され、第2ポート212から出力されるTEモードの電磁波の損失が少ない。さらに、第1導波路20の第1コア21と第3導波路40の第3コア41との間は、磁界により結合している。磁界による結合は、電界による結合よりも第1導波路20の第1コア21と第3導波路40の第3コア41との間の間隔を広く取ることができる。このため、第1導波路20の第1コア21と第3導波路40の第3コア41とが磁界により結合するとき、第1導波路20の第1コア21と第3導波路40の第3コア41の電界は互いに結合し難い。したがって、第1導波路20の第1コア21と第3導波路40の第3コア41との間のTEモードの電磁波の結合係数は低くなる。この点からも、第1ポート211から入力され、第2ポート212から出力されるTEモードの電磁波の損失が少ない。 As described above, the isolator 11, like the isolator 10, can reduce the transmission of reflected waves including electromagnetic waves in a mode different from that of the emitted electromagnetic waves. Thus, the isolator 11 has the same effect as the isolator 10 described above. Further, in the isolator 11, the first port 211 and the second port 212 are provided in the same first waveguide 20, so that the electromagnetic wave is transmitted through the waveguide between the first port 211 and the second port 212. Don't move between. Therefore, the loss of the TE mode electromagnetic wave that is input from the first port 211 and output from the second port 212 is small. Furthermore, the magnetic field couples between the first core 21 of the first waveguide 20 and the third core 41 of the third waveguide 40 . Coupling by a magnetic field can make the distance between the first core 21 of the first waveguide 20 and the third core 41 of the third waveguide 40 wider than coupling by an electric field. Therefore, when the first core 21 of the first waveguide 20 and the third core 41 of the third waveguide 40 are coupled by a magnetic field, the first core 21 of the first waveguide 20 and the third core 41 of the third waveguide 40 The electric fields of the three cores 41 are difficult to couple with each other. Therefore, the coupling coefficient of the TE mode electromagnetic wave between the first core 21 of the first waveguide 20 and the third core 41 of the third waveguide 40 is low. Also from this point, the loss of the TE mode electromagnetic waves input from the first port 211 and output from the second port 212 is small.

さらに他の実施形態に係るアイソレータ12が、図14の平面図に示される。図14のアイソレータ12は、図10に示したアイソレータ11と類似する。このため、以下のアイソレータ12の説明において、アイソレータ11と同一又は類似する構成要素には、アイソレータ11の対応する構成要素と同一の符号及び同一の名称を付して、アイソレータ11と異なる部分についてのみ説明する。 An isolator 12 according to yet another embodiment is shown in plan view in FIG. The isolator 12 of FIG. 14 is similar to the isolator 11 shown in FIG. For this reason, in the following description of the isolator 12, components identical or similar to those of the isolator 11 are denoted by the same reference numerals and names as those of the corresponding components of the isolator 11, and only the portions different from the isolator 11 are described. explain.

アイソレータ12において、第2導波路30の非相反性部材32は、第1導波路20とは反対側(すなわち、y軸の正の方向側)に、広がりを有する。例えば、非相反性部材32は、基板面50aに垂直な方向(z軸方向)から見たとき、図14に示すような矩形の形状を有してよい。 In the isolator 12, the non-reciprocal member 32 of the second waveguide 30 has an extension on the side opposite to the first waveguide 20 (ie, on the positive direction side of the y-axis). For example, the non-reciprocal member 32 may have a rectangular shape as shown in FIG. 14 when viewed from the direction (z-axis direction) perpendicular to the substrate surface 50a.

また、アイソレータ12の第3導波路40の第3コア41は、第1部分41aと第2部分41bとを含む。第3コア41の第1部分41aは、第1導波路20の第1コア21と互いに沿って第2結合部73を形成する部分である。第3コア41の第2部分41bは、第1部分41aの第2方向側で、第1コア21から離れる方向に屈曲して延びる部分である。第3コア41の第2部分41bは、第1部分41aの第1導波路20から離れた側(すなわち、y軸の正の方向側)を回り込み、第2導波路30の非相反性部材32の内部にまで延びる。 Also, the third core 41 of the third waveguide 40 of the isolator 12 includes a first portion 41a and a second portion 41b. The first portion 41 a of the third core 41 and the first core 21 of the first waveguide 20 form the second coupling portion 73 along each other. The second portion 41b of the third core 41 is a portion that is bent and extends in a direction away from the first core 21 on the second direction side of the first portion 41a. The second portion 41b of the third core 41 wraps around the side of the first portion 41a away from the first waveguide 20 (that is, the positive direction side of the y-axis), and the non-reciprocal member 32 of the second waveguide 30 extends into the interior of

図15の断面図に示すように、第3コア41の第2部分41bの第2端402を含む先端付近は、第1クラッド61上に設けられた非相反性部材32に埋設された構造となっている。これにより、第3コア41の第2部分41bは、非相反性部材32に面的に接している。非相反性部材32は、比較的大きな吸収係数を有する。そのため、第3コア41の第2部分41bを伝搬してきた電磁波がある場合、電磁波は、非相反性部材32に接触する面で吸収される。 As shown in the cross-sectional view of FIG. 15, the vicinity of the tip including the second end 402 of the second portion 41b of the third core 41 has a structure embedded in the non-reciprocal member 32 provided on the first clad 61. It's becoming Thereby, the second portion 41 b of the third core 41 is in surface contact with the non-reciprocal member 32 . The non-reciprocal member 32 has a relatively large absorption coefficient. Therefore, when there is an electromagnetic wave propagating through the second portion 41 b of the third core 41 , the electromagnetic wave is absorbed by the surface in contact with the non-reciprocal member 32 .

また、第3コア41の第2端402は、先端に向かって径が細くなる先細の形状を有する。第3コア41の先細の部分は、アイソレータ12を伝搬する電磁波の波長よりも長くすることができる。第2端402は、xy平面に平行な平面で切った断面が先細の形状となっている。第2端402は、さらに、z軸方向においても、先端に向けて幅が狭まってもよい。第2端402を先細の形状としたことにより、第3コア41を伝搬してきた電磁波は、多くの部分が反射されることなく、第2端402から第3導波路40の外部へ放射される。 Also, the second end 402 of the third core 41 has a tapered shape that tapers in diameter toward the tip. The tapered portion of the third core 41 can be longer than the wavelength of the electromagnetic wave propagating through the isolator 12 . The second end 402 has a tapered cross section taken along a plane parallel to the xy plane. The second end 402 may also taper toward the tip in the z-axis direction. Since the second end 402 is tapered, most of the electromagnetic wave propagating through the third core 41 is radiated from the second end 402 to the outside of the third waveguide 40 without being reflected. .

アイソレータ12のその他の構成は、アイソレータ11と同じである。 Other configurations of the isolator 12 are the same as those of the isolator 11 .

以上のような構成により、アイソレータ12はアイソレータ11が有する効果に加え、第1ポート211から入射して、第2方向性結合器74で第3導波路40に結合した電磁波が、第3導波路40内で反射され、再び、第1ポート211に戻ることを低減できるという効果を有する。以下に、より詳しく説明する。 With the configuration described above, the isolator 12 has the effect of the isolator 11, and the electromagnetic wave incident from the first port 211 and coupled to the third waveguide 40 by the second directional coupler 74 is transferred to the third waveguide. This has the effect of reducing the amount of light reflected within 40 and returning to the first port 211 again. A more detailed description is given below.

図11を用いて説明したように、第1ポート211から入力されたTEモードの電磁波は、大部分が第1導波路20をそのまま第1方向に伝搬して、第2ポート212から出力される。しかし、一部の電磁波が、第2方向性結合器74で第3導波路40に結合することがある。第2方向性結合器74で第3導波路40に移った電磁波が第3導波路40を伝搬し、第2端402で反射されると、その一部が、再び第2方向性結合器74で第1導波路20に結合し、第1導波路20を戻り第1ポート211から出射する虞がある。 As described with reference to FIG. 11, most of the TE mode electromagnetic wave input from the first port 211 propagates through the first waveguide 20 in the first direction and is output from the second port 212. . However, some electromagnetic waves may couple into the third waveguide 40 at the second directional coupler 74 . When the electromagnetic wave transferred to the third waveguide 40 by the second directional coupler 74 propagates through the third waveguide 40 and is reflected by the second end 402, part of it is transferred to the second directional coupler 74 again. may be coupled to the first waveguide 20 at , return through the first waveguide 20 , and exit from the first port 211 .

本実施形態によれば、第3導波路40の第3コア41が、第2部分41bで非相反性部材32に接している。第3導波路40を伝搬される電磁波の一部が、第3導波路40が非相反性部材32と接する界面において全反射するとき、その一部が非相反性部材32にエバネッセント波として滲み出す。この非相反性部材32に滲み出した電磁波は、非相反性部材32により少なくとも部分的に吸収される。したがって、アイソレータ11は、第3導波路40に結合した不要な電磁波を減衰させることができる。さらに、第3コア41の第2端402が先細の形状となっているので、第2端402まで進んだ不要な電磁波が、第3導波路40の外部に放射される。したがって、第1ポート211に戻る電磁波が、低減される。 According to this embodiment, the third core 41 of the third waveguide 40 contacts the non-reciprocal member 32 at the second portion 41b. When part of the electromagnetic wave propagating through the third waveguide 40 is totally reflected at the interface where the third waveguide 40 contacts the non-reciprocal member 32, part of the electromagnetic wave seeps out to the non-reciprocal member 32 as an evanescent wave. . The electromagnetic waves leaked into the non-reciprocal member 32 are at least partially absorbed by the non-reciprocal member 32 . Therefore, the isolator 11 can attenuate unnecessary electromagnetic waves coupled to the third waveguide 40 . Furthermore, since the second end 402 of the third core 41 has a tapered shape, unwanted electromagnetic waves traveling to the second end 402 are radiated to the outside of the third waveguide 40 . Therefore, electromagnetic waves returning to the first port 211 are reduced.

上記実施形態では、第3導波路40の第2端402側を延ばして非相反性部材32に接する構造とした。同様に、第2導波路30の第1端301及び第2端302並びに第3導波路40の第1端401の何れの側を延ばして、非相反性部材32に接する構造とすることも可能である。 In the above embodiment, the structure is such that the second end 402 side of the third waveguide 40 is extended to be in contact with the non-reciprocal member 32 . Similarly, any side of the first end 301 and the second end 302 of the second waveguide 30 and the first end 401 of the third waveguide 40 can be extended to contact the non-reciprocal member 32. is.

本開示のアイソレータ10~12は、光送信機に適用することができる。アイソレータ10~12を適用した一実施形態に係る光送信機80が、図16のブロック図に示されている。 The isolators 10-12 of the present disclosure can be applied to optical transmitters. An embodiment of an optical transmitter 80 incorporating isolators 10-12 is shown in the block diagram of FIG.

光送信機80は、光源81と、DAC82(Digital to Analog Converter)と、ドライバ83と、光変調器84と、アイソレータ85とを含んで構成される。 The optical transmitter 80 includes a light source 81 , a DAC 82 (Digital to Analog Converter), a driver 83 , an optical modulator 84 and an isolator 85 .

光源81は、レーザ光源を採用しうる。レーザ光源は、LD(Laser Diode)等の半導体レーザを含んでよい。光源81の射出する光は、赤外光から紫外光までの帯域に含まれてよい。光源81は、連続的に安定した光を射出することができる。 The light source 81 may employ a laser light source. The laser light source may include a semiconductor laser such as an LD (Laser Diode). The light emitted by the light source 81 may be included in a band from infrared light to ultraviolet light. The light source 81 can continuously emit stable light.

光送信機80は、送信すべき送信信号を他の装置等から受け取る。送信信号は、DAC82によりアナログ信号に変換される。ドライバ83はアナログ信号に変換された送信信号に基づいて、光変調器84を駆動して光源81から射出された光を変調する。光を変調する変調方式は、振幅変調、位相変調等種々の変調方式を採用しうる。光変調器84としては、例えば、シリコンフォトニクス技術により形成されるマッハツェンダ光変調器を用いることができる。光変調器84は、アイソレータ85と同じ基板50上に形成されうる。 The optical transmitter 80 receives a transmission signal to be transmitted from another device or the like. A transmission signal is converted into an analog signal by the DAC 82 . The driver 83 drives the optical modulator 84 to modulate the light emitted from the light source 81 based on the transmission signal converted to the analog signal. Various modulation schemes such as amplitude modulation and phase modulation can be adopted as modulation schemes for modulating light. As the optical modulator 84, for example, a Mach-Zehnder optical modulator formed by silicon photonics technology can be used. Optical modulator 84 may be formed on the same substrate 50 as isolator 85 .

アイソレータ85は、本開示に従うアイソレータを採用しうる。例えば、アイソレータ85は、図1~3に示したアイソレータ10、図10に示したアイソレータ11、または、図14に示したアイソレータ12を用いることができる。アイソレータ85は、光源81から射出された光の光路の光源81よりも下流側に配置される。例えば、図16に示すように、アイソレータ85は、光変調器84の光の出射側に配置され、光送信機80の外部へ向かう光を透過させる。アイソレータ85は、送信した光と異なるモードの光も含めて、外部で反射されて光送信機80に戻った光が、光変調器84側へ伝搬することを低減する。これによって、アイソレータ85は、出射光の反射光が光源81に入射し、光源81に損傷等の悪影響を与える虞を低減する。アイソレータ85は、図16とは異なり、光源81と光変調器84との間に配置されてよい。この場合、アイソレータ85は、外部から戻ってきた光及び光変調器84の内部で反射された戻り光が、光源81に入射する虞を低減することができる。 Isolator 85 may employ an isolator according to the present disclosure. For example, the isolator 85 can be the isolator 10 shown in FIGS. 1-3, the isolator 11 shown in FIG. 10, or the isolator 12 shown in FIG. The isolator 85 is arranged downstream of the light source 81 in the optical path of the light emitted from the light source 81 . For example, as shown in FIG. 16, the isolator 85 is arranged on the light emitting side of the optical modulator 84 and transmits light directed to the outside of the optical transmitter 80 . The isolator 85 reduces the propagation of light that has been reflected outside and returned to the optical transmitter 80 to the optical modulator 84 side, including light of a mode different from that of the transmitted light. Thereby, the isolator 85 reduces the possibility that the reflected light of the emitted light enters the light source 81 and adversely affects the light source 81 such as damage. The isolator 85 may be arranged between the light source 81 and the optical modulator 84 unlike in FIG. In this case, the isolator 85 can reduce the risk of light returning from the outside and return light reflected inside the optical modulator 84 entering the light source 81 .

光送信機の他の実施形態が、図17に示される。図16の光送信機80は、光源81からの光を光源81の外部の光変調器84で変調する、外部変調方式を採用していた。図17に例示する実施形態では、光源を直接制御する直接変調方式を採用する。 Another embodiment of an optical transmitter is shown in FIG. The optical transmitter 80 of FIG. 16 employs an external modulation system in which light from a light source 81 is modulated by an optical modulator 84 outside the light source 81 . The embodiment illustrated in FIG. 17 employs a direct modulation scheme that directly controls the light source.

光送信機90は、信号変調部91、駆動部であるドライバ92、光源93及びアイソレータ94を含む。信号変調部91は、送信信号を2値の変調信号に変換する。ドライバ92は、信号変調部91から出力される変調信号に基づいて、光源93の駆動のオン/オフを制御する。アイソレータ94は、本開示に従うアイソレータを採用しうる。例えば、アイソレータ94は、図1~3に示したアイソレータ10、図10に示したアイソレータ11、または、図14に示したアイソレータ12を用いることができる。アイソレータ94は、光源93の光の出射側に配置され、光送信機90の外部へ向かう光を透過させる。アイソレータ94は、送信した光と異なるモードの光も含めて、反射等により外部から光送信機90に戻った光が、光源93に入射し、光源93に損傷等の悪影響を与える虞を低減する。 The optical transmitter 90 includes a signal modulator 91 , a driver 92 that is a driver, a light source 93 and an isolator 94 . The signal modulator 91 converts the transmission signal into a binary modulated signal. The driver 92 controls ON/OFF of driving of the light source 93 based on the modulated signal output from the signal modulating section 91 . Isolator 94 may employ an isolator according to the present disclosure. For example, the isolator 94 can be the isolator 10 shown in FIGS. 1-3, the isolator 11 shown in FIG. 10, or the isolator 12 shown in FIG. The isolator 94 is arranged on the light emitting side of the light source 93 and transmits light directed to the outside of the optical transmitter 90 . The isolator 94 reduces the possibility that light, including light in a mode different from the transmitted light, returning to the optical transmitter 90 from the outside due to reflection or the like will enter the light source 93 and have an adverse effect such as damage on the light source 93 . .

本開示に係る実施形態について、諸図面及び実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形又は修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形又は修正は本開示の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各構成部又は各ステップなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成部又はステップなどを1つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。本開示に係る実施形態について装置を中心に説明してきたが、本開示に係る実施形態は装置の各構成部が実行するステップを含む方法としても実現し得るものである。本開示に係る実施形態は装置が備えるプロセッサにより実行される方法、プログラム、又はプログラムを記録した記憶媒体としても実現し得るものである。本開示の範囲にはこれらも包含されるものと理解されたい。 Although the embodiments of the present disclosure have been described with reference to the drawings and examples, it should be noted that those skilled in the art can easily make various variations or modifications based on the present disclosure. Therefore, it should be noted that these variations or modifications are included within the scope of this disclosure. For example, functions included in each component or each step can be rearranged so as not to be logically inconsistent, and multiple components or steps can be combined into one or divided. is. Although the embodiments of the present disclosure have been described with a focus on the apparatus, the embodiments of the present disclosure may also be implemented as a method including steps performed by each component of the apparatus. Embodiments according to the present disclosure can also be implemented as a method, a program, or a storage medium recording a program executed by a processor provided in an apparatus. It should be understood that these are also included within the scope of the present disclosure.

本開示において「第1」及び「第2」等の記載は、当該構成を区別するための識別子である。本開示における「第1」及び「第2」等の記載で区別された構成は、当該構成における番号を交換することができる。例えば、第1ポートは、第2ポートと識別子である「第1」と「第2」とを交換することができる。識別子の交換は同時に行われる。識別子の交換後も当該構成は区別される。識別子は削除してよい。識別子を削除した構成は、符号で区別される。本開示における「第1」及び「第2」等の識別子の記載のみに基づいて、当該構成の順序の解釈、小さい番号の識別子が存在することの根拠に利用してはならない。 Descriptions such as “first” and “second” in the present disclosure are identifiers for distinguishing the configurations. Configurations that are differentiated in descriptions such as "first" and "second" in this disclosure may interchange the numbers in that configuration. For example, a first port can exchange the identifiers "first" and "second" with a second port. The exchange of identifiers is done simultaneously. The configurations are still distinct after the exchange of identifiers. Identifiers may be deleted. Configurations from which identifiers have been deleted are distinguished by codes. The description of identifiers such as “first” and “second” in this disclosure should not be used as a basis for interpreting the order of the configuration or the existence of lower numbered identifiers.

本開示において、x軸、y軸、及びz軸は、説明の便宜上設けられたものであり、互いに入れ替えられてよい。本開示に係る構成は、x軸、y軸、及びz軸によって構成される直交座標系を用いて説明されてきた。本開示に係る各構成の位置関係は、直交関係にあると限定されるものではない。 In the present disclosure, x-axis, y-axis, and z-axis are provided for convenience of explanation and may be interchanged with each other. Configurations according to the present disclosure have been described using a Cartesian coordinate system formed by x-, y-, and z-axes. The positional relationship of each configuration according to the present disclosure is not limited to an orthogonal relationship.

上記アイソレータの各実施形態における、基板上の導波路の配置は例示に過ぎない。例えば、上記各実施形態では、複数の導波路が近接して平行導波路を形成する部分の導波路の向きは、基板の長手方向の辺と平行となっていた。しかし、基板の形状と導波路の向き及び配置はこれに限られず、本開示の効果が得られる範囲で如何様にも設定できる。例えば、複数の導波路は基板面に沿う方向に並んで配置されるのみならず、基板面に垂直な方向に並ぶように配置することも可能である。 The arrangement of the waveguides on the substrate in each of the isolator embodiments described above is merely exemplary. For example, in each of the above-described embodiments, the orientation of the waveguides in the portions where the plurality of waveguides are adjacent to form parallel waveguides is parallel to the longitudinal side of the substrate. However, the shape of the substrate and the orientation and arrangement of the waveguides are not limited to this, and can be set arbitrarily within the range in which the effects of the present disclosure can be obtained. For example, a plurality of waveguides can be arranged not only in the direction along the substrate surface, but also in the direction perpendicular to the substrate surface.

上記実施形態では、TEモードの電磁波を伝搬させるアイソレータ及び光送信機について説明してきた。しかし、本開示はTMモードの電磁波を伝搬させるアイソレータ及び光送信機についても適用することができる。本開示をTMモードの電磁波を伝搬させるアイソレータ及び光送信機に適用する場合、上記実施形態とは、第2導波路に対する非相反性部材の配置及び印加する磁場の方向が異なる。例えば、本発明をTMモードのアイソレータ及び光送信機に適用する場合、非相反性部材は第2導波路の基板面に垂直な方向(上記実施例のz軸方向に相当)に接して配置されうる。また、このとき、磁場は第2導波路が延在する方向に直交する方向(上記実施例のy軸方向に相当)に印加されうる。 In the above embodiments, an isolator and an optical transmitter for propagating TE mode electromagnetic waves have been described. However, the present disclosure can also be applied to isolators and optical transmitters that propagate TM mode electromagnetic waves. When the present disclosure is applied to an isolator and an optical transmitter that propagate TM mode electromagnetic waves, the arrangement of the non-reciprocal member with respect to the second waveguide and the direction of the applied magnetic field are different from those of the above embodiments. For example, when the present invention is applied to a TM mode isolator and an optical transmitter, the non-reciprocal member is arranged in contact with the direction perpendicular to the substrate surface of the second waveguide (corresponding to the z-axis direction in the above embodiment). sell. Also, at this time, the magnetic field can be applied in a direction orthogonal to the direction in which the second waveguide extends (corresponding to the y-axis direction in the above embodiment).

10,11,12 アイソレータ
20 第1導波路
21 第1コア
201 第1端
202 第2端
211 第1ポート
212 第2ポート
30 第2導波路
31 第2コア
32 非相反性部材
301 第1端
302 第2端
40 第3導波路
41 第3コア
401 第1端
402 第2端
412 第2ポート
50 基板
50a 基板面
60 クラッド
61 第1クラッド(誘電体)
62 第2クラッド(誘電体)
71 第1結合部
72 第1方向性結合器
73 第2結合部
74 第2方向性結合器
80,90 光送信機
81 光源
82 DAC(デジタルアナログコンバータ)
83 ドライバ
84 光変調器
85 アイソレータ
91 信号生成部
92 ドライバ(駆動部)
93 光源
94 アイソレータ
10, 11, 12 isolator 20 first waveguide 21 first core 201 first end 202 second end 211 first port 212 second port 30 second waveguide 31 second core 32 non-reciprocal member 301 first end 302 Second end 40 Third waveguide 41 Third core 401 First end 402 Second end 412 Second port 50 Substrate 50a Substrate surface 60 Cladding 61 First clad (dielectric)
62 Second clad (dielectric)
71 first coupling unit 72 first directional coupler 73 second coupling unit 74 second directional coupler 80, 90 optical transmitter 81 light source 82 DAC (digital-to-analog converter)
83 driver 84 optical modulator 85 isolator 91 signal generator 92 driver (driving unit)
93 light source 94 isolator

Claims (10)

基板面を有する基板上において、前記基板面に沿って位置する第1導波路、該第1導波路の第1端側に並んで位置する第2導波路及び該第1導波路の第2端側に並んで位置する第3導波路を備え、
前記第1導波路、前記第2導波路及び前記第3導波路は、それぞれ誘電体により囲まれたコアを含み、
前記第1導波路の前記第1端に電磁波が入出力される第1ポート、及び、前記第1導波路の前記第2端または前記第3導波路の前記第1導波路の前記第2端側に位置する端に電磁波が入出力される第2ポート、を備え、
前記第1導波路と前記第2導波路とは、第1モードの電磁波に作用する第1方向性結合器を形成する第1結合部を有し、
前記第1導波路と前記第3導波路とは、前記第1モード及び前記第1モードとは異なる第2モードの電磁波の何れか一方に作用する第2方向性結合器を形成する第2結合部を有し、
前記第2導波路が、前記第1結合部において該第2導波路の前記コアに隣接する非相反性部材を含むことにより、前記第1方向性結合器は第1方向の電磁波を結合させず、前記第1方向とは異なる第2方向の電磁波を結合させる
アイソレータ。
On a substrate having a substrate surface, a first waveguide located along the substrate surface, a second waveguide located side by side with the first end of the first waveguide, and a second end of the first waveguide. a third waveguide located side by side ;
the first waveguide, the second waveguide, and the third waveguide each include a core surrounded by a dielectric;
a first port for inputting and outputting an electromagnetic wave to and from the first end of the first waveguide, and the second end of the first waveguide or the second end of the first waveguide of the third waveguide a second port for inputting and outputting electromagnetic waves at the end located on the side,
the first waveguide and the second waveguide have a first coupling portion forming a first directional coupler that acts on electromagnetic waves in a first mode;
The first waveguide and the third waveguide form a second coupling that forms a second directional coupler that acts on either one of the first mode and the electromagnetic wave in a second mode different from the first mode. has a part
The second waveguide includes a non-reciprocal member adjacent to the core of the second waveguide at the first coupling portion so that the first directional coupler does not couple electromagnetic waves in the first direction. , an isolator for coupling electromagnetic waves in a second direction different from the first direction.
前記第1モードはTEモードであり、前記第2モードはTMモードであり、前記第2方向性結合器はTEモードの電磁波にのみ作用する請求項1に記載のアイソレータ。 2. The isolator according to claim 1, wherein said first mode is TE mode, said second mode is TM mode, and said second directional coupler acts only on TE mode electromagnetic waves. 前記第1導波路は、一方の端部に電磁波が入出力される第1ポートを有し、前記第3導波路は前記第1ポートと異なる側の端部に電磁波が入出力される第2ポートを有する請求項2に記載のアイソレータ。 The first waveguide has a first port for inputting/outputting an electromagnetic wave at one end, and the third waveguide has a second port for inputting/outputting an electromagnetic wave at an end on a side different from the first port. 3. The isolator of claim 2, comprising ports. 前記第1モードはTEモードであり、前記第2モードはTMモードであり、前記第2方向性結合器はTMモードの電磁波にのみ作用する請求項1に記載のアイソレータ。 2. The isolator according to claim 1, wherein said first mode is TE mode, said second mode is TM mode, and said second directional coupler acts only on TM mode electromagnetic waves. 前記第1導波路は、第1端と第2端とを有し、前記第1端及び前記第2端のそれぞれに、電磁波が入出力される、第1ポート及び第2ポートを有する請求項4に記載のアイソレータ。 The first waveguide has a first end and a second end, and each of the first end and the second end has a first port and a second port through which electromagnetic waves are input and output. 5. The isolator according to 4. 前記第2導波路及び前記第3導波路の少なくとも何れか一方の前記コアは、前記第1結合部または前記第2結合部以外の部分で前記非相反性部材に接する請求項1から5の何れか一項に記載のアイソレータ。 6. The core of at least one of the second waveguide and the third waveguide is in contact with the non-reciprocal member at a portion other than the first coupling portion or the second coupling portion. or the isolator according to item 1. 前前記第2導波路及び前記第3導波路の少なくとも何れか一方の前記コアの端部は、先端に向かって径が小さくなる請求項1から6の何れか一項に記載のアイソレータ。 7. The isolator according to any one of claims 1 to 6, wherein an end portion of the core of at least one of the front second waveguide and the third waveguide has a diameter that decreases toward the tip. 基板面を有する基板上において、前記基板面に沿って位置する3つの導波路と、
電磁波が入出力される第1ポート及び第2ポートと
前記第1ポートと前記第2ポートとの間に設けられ、それぞれ2つの導波路間に形成される第1方向性結合器及び第2方向性結合器とを備え、
前記第1方向性結合器及び前記第2方向性結合器は前記3つの導波路の1つを共通にして前記第1ポートから前記第2ポートの方向に前記第1方向性結合器、前記第2方向性結合器の順番で位置し、
前記第1方向性結合器は非相反性を有し、第1方向に伝搬する第1モードの電磁波を同じ導波路に透過し、前記第1方向と異なる第2方向に伝搬する第1モードの電磁波を異なる導波路に乗り移らせ、
前記第2方向性結合器は、前記第1モード及び前記第1モードとは異なる第2モードの何れか一方の電磁波であって、何れの方向に伝搬する電磁波をも異なる導波路に乗り移らせる
アイソレータ。
on a substrate having a substrate surface, three waveguides positioned along the substrate surface;
a first port and a second port for inputting and outputting an electromagnetic wave; and a first directional coupler and a second directional coupler provided between the first port and the second port and respectively formed between two waveguides. a sexual coupler;
The first directional coupler and the second directional coupler share one of the three waveguides, and the first directional coupler and the second directional coupler extend in the direction from the first port to the second port. located in the order of the bidirectional coupler,
The first directional coupler has non-reciprocity, transmits an electromagnetic wave of a first mode propagating in a first direction through the same waveguide, and transmits an electromagnetic wave of a first mode propagating in a second direction different from the first direction. Transfer electromagnetic waves to different waveguides,
The second directional coupler is an electromagnetic wave in either one of the first mode and a second mode different from the first mode, and transfers the electromagnetic wave propagating in either direction to a different waveguide. isolator.
光源と、
送信すべき信号に基づいて、前記光源から射出された光を変調する光変調器と、
前記光源よりも下流側に配置されるアイソレータと
を備え、
前記アイソレータは、
基板面を有する基板上において、前記基板面に沿って位置する第1導波路、該第1導波路の第1端側に並んで位置する第2導波路及び該第1導波路の第2端側に並んで位置する第3導波路を備え、
前記第1導波路、前記第2導波路及び前記第3導波路は、それぞれ誘電体により囲まれたコアを含み、
前記第1導波路の前記第1端に電磁波が入出力される第1ポート、及び、前記第1導波路の前記第2端または前記第3導波路の前記第1導波路の前記第2端側に位置する端に電磁波が入出力される第2ポート、を備え、
前記第1導波路と前記第2導波路とは、第1モードの電磁波に 作用する第1方向性結合器を形成する第1結合部を有し、
前記第1導波路と前記第3導波路とは、前記第1モード及び前記第1モードとは異なる第2モードの電磁波の何れか一方に作用する第2方向性結合器を形成する第2結合部を有し、
前記第2導波路が、前記第1結合部において該第2導波路の前記コアに隣接する非相反性部材を含むことにより、前記第1方向性結合器は第1方向の電磁波を結合させず、前記第1方向とは異なる第2方向の電磁波を結合させる
光送信機。
a light source;
an optical modulator that modulates light emitted from the light source based on a signal to be transmitted;
an isolator arranged downstream of the light source,
The isolator is
On a substrate having a substrate surface, a first waveguide located along the substrate surface, a second waveguide located side by side with the first end of the first waveguide, and a second end of the first waveguide. a third waveguide located side by side ;
the first waveguide, the second waveguide, and the third waveguide each include a core surrounded by a dielectric;
a first port for inputting and outputting an electromagnetic wave to and from the first end of the first waveguide, and the second end of the first waveguide or the second end of the first waveguide of the third waveguide a second port for inputting and outputting electromagnetic waves at the end located on the side,
the first waveguide and the second waveguide have a first coupling portion forming a first directional coupler that acts on electromagnetic waves in a first mode;
The first waveguide and the third waveguide form a second coupling that forms a second directional coupler that acts on either one of the first mode and the electromagnetic wave in a second mode different from the first mode. has a part
The second waveguide includes a non-reciprocal member adjacent to the core of the second waveguide at the first coupling portion so that the first directional coupler does not couple electromagnetic waves in the first direction. , an optical transmitter for coupling electromagnetic waves in a second direction different from the first direction.
光源と、
送信すべき信号に基づいて前記光源を駆動する駆動部と、
前記光源の光の出射側に配置されるアイソレータとを備え、
前記アイソレータは、
基板面を有する基板上において、前記基板面に沿って位置する第1導波路、該第1導波路の第1端側に並んで位置する第2導波路及び該第1導波路の第2端側に並んで位置する第3導波路を備え、
前記第1導波路、前記第2導波路及び前記第3導波路は、それぞれ誘電体により囲まれたコアを含み、
前記第1導波路の前記第1端に電磁波が入出力される第1ポート、及び、前記第1導波路の前記第2端または前記第3導波路の前記第1導波路の前記第2端側に位置する端に電磁波が入出力される第2ポート、を備え、
前記第1導波路と前記第2導波路とは、第1モードの電磁波に作用する第1方向性結合器を形成する第1結合部を有し、
前記第1導波路と前記第3導波路とは、前記第1モード及び前記第1モードとは異なる第2モードの電磁波の何れか一方に作用する第2方向性結合器を形成する第2結合部を有し、
前記第2導波路が、前記第1結合部において該第2導波路の前記コアに隣接する非相反性部材を含むことにより、前記第1方向性結合器は第1方向の電磁波を結合させず、前記第1方向とは異なる第2方向の電磁波を結合させる
光送信機。
a light source;
a driving unit that drives the light source based on a signal to be transmitted;
an isolator arranged on the light emission side of the light source,
The isolator is
On a substrate having a substrate surface, a first waveguide located along the substrate surface, a second waveguide located side by side with the first end of the first waveguide, and a second end of the first waveguide. a third waveguide located side by side ;
the first waveguide, the second waveguide, and the third waveguide each include a core surrounded by a dielectric;
a first port for inputting and outputting an electromagnetic wave to and from the first end of the first waveguide, and the second end of the first waveguide or the second end of the first waveguide of the third waveguide a second port for inputting and outputting electromagnetic waves at the end located on the side,
the first waveguide and the second waveguide have a first coupling portion forming a first directional coupler that acts on electromagnetic waves in a first mode;
The first waveguide and the third waveguide form a second coupling that forms a second directional coupler that acts on either one of the first mode and the electromagnetic wave in a second mode different from the first mode. has a part
The second waveguide includes a non-reciprocal member adjacent to the core of the second waveguide at the first coupling portion so that the first directional coupler does not couple electromagnetic waves in the first direction. , an optical transmitter for coupling electromagnetic waves in a second direction different from the first direction.
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