JPS5845681B2 - ホウシヤエネルギ−ノ デンパモ−ドオヘンカンスルソウチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は集積光学装置の放射エネルギー案内に関し、更
に詳しくいえば案内されたエネルギー伝播モードを変換
し、その目的のために磁気光学効果を利用する装置に関
する。

集積電子回路に類似するために集積光学装置と呼ばれて
いる装置においては、放射されたエネルギーは、基板上
に付着されている高屈折率薄膜により構成される導波管
の壁における全反射により案内される。

放射されたエネルギーはいくつかのモードに従うて、そ
のような導波管内を伝播する。

たとえばファラデー効果のような磁気光学効果を用いて
モード変換器を設計することが可能である。

放射されたエネルギーを案内するために、伝播方向に磁
化された磁気薄膜が使用される。

たとえば、この装置の入力端子において、案内されるモ
ードがＴＥ型とすると、伝播中にＴＭモード型のエネル
ギーが生ずる。

このようにしてＴＥモードからＴＥモードへの変換器を
作ることができる。

しかし、この種の変換器は大きな欠点を有する。

一方、このような変換器の変換比は低く、他方では、最
初のモードと最後のモードにおけるエネルギーの伝播速
度が異なるために、位相差が生じて変換の平衡が周期的
に打ち消される。

このような欠点を解消するために各種の提案が行われて
いる。

その中には、変換効果が付加されるように磁化の向きを
周期的に反転させる技術や、前記した伝播速度の違いを
複屈折効果により補償するために、導波管に異方性膜を
付加する技術などがある。

しかし、これら２つの技術の具体化にはかなりの困難が
伴う。

本発明の目的は、伝播速度の違いを零にする構造を利用
することにより、前記した欠点を解消することである。

そのために、本発明はコツトン・ムートン（Ｃｏｌｏｎ
−Ｍｏｕｔｏｎ）効果として知られている他の磁気光学
効果を用いる。

このコツトン・ムートン効果はガーネット形のフェリ磁
性物質に特に顕著な現象である。

本発明によれば、第１モードに従って放射エネルギーが
その中を案内されるようなフェリ磁性材料の層を備え、
この層の磁化は前記放射エネルギーの伝播方向に垂直な
方向における少くとも１つの成分を示し、前記層の厚み
は２つのモードにおける第１モードにおける放射エネル
ギーの伝播速度がほぼ等しいような厚さである。

磁気光学効果を利用して、放射エネルギーの伝播モード
を第１モードから第２モードへ変換する装置が得られる
。

以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図はファラデー効果として知られている磁気光学効
果に基づく、従来のモード変換器内を伝播するエネルギ
ーの分散のグラフである。

エネルギーの伝播方向に平行な磁化を有する。

または少くともその方向の成分を有する磁性物質中を光
が透過した時に、上記ファラデー効果が起ることを当業
者は知っているであろう。

この効果は光の偏向面を相互作用する長さに比例する角
度だけ回転させる。

この回転の向きは磁化の向きのみに依存し、伝播方向に
は依存しない向きであり、この効果は非可逆効果である
。

この種の構造を用いて変換器を設計するために、相互作
用の長さは、たとえば最初のモードがＴＥモードで最後
の希望するモードがＴＥモードだとすると、得られた回
転角度はπ／２であるように選択される。

先に説明したように、この種の装置の大きな欠点は、各
モードにおけるエネルギーの伝播速度が、第１図に示す
ように同じではないということから生ずる。

第１図で横軸には導波管の実効屈折率として知られてお
り、β／ｋに等しい量Ｎがとられ、縦軸にはｋＷがとら
れる。

ここに、βは導かれる波の伝播定数、ｋは波の数（ｋ＝
２π／λ、λは波長）であり、Ｗは導管波の厚みである
。

第１図には２つのグラフが示されている。

１つのグラフは最初のＴＥモードに対応し、他のグラフ
は希望のＴＭモードに対応する。

たとえば基本モードはＴＥｏとＴＭｏである。

グラフＴＥとＴＭは低い値では横座標値Ｎｓをを通る縦
軸に平行な直線Ｎｓにより制限され、高い値は横座標値
Ｎｃを通って縦軸に平行な直線により制限される。

横座標値Ｎｃを通る直線は２つのグラフＴＥ、ＴＭの漸
近線である。

Ｎｓは基板の屈折率であり、Ｎｃは導波管の屈折率であ
る。

このグラフが示すように、導波管のある与えられた厚み
（たとえばＷｌ）において、各モードＴＥ、ＴＭに対し
て異なった実効屈折率Ｎ１．Ｎ２が得られる。

すなわち、異った伝播係数（、Ｎ＝β／ｋ）が得られる
。

この違いの影響は、先に述べたように、変換の平衡を周
期的に打ち消すことである。

第２図は第３図に示す本発明の一実施例の装置内を伝播
するエネルギーの分散のグラフである。

第３図において、本発明の装置１はたとえば非磁性体で
あるガドリニウム−ガリウム・ガーネットで作られ、こ
の基板１の上にはへテロ・エピタキシにより作られたフ
ェリ磁性ガーネットにより構成される膜２が付着される
。

このために、イツトリウムと酸化鉄およびフラックス（
たとえば酸化鉛と酸化ホウ素）とにより構成されるエピ
タキシャル浴を含むるつぼを炉の中に入れる。

基板１を過冷却した浴の中に浸し、ある回転軸を中心に
して１００ ｒｐｍのオーダーの速さで回転させる。

その結果ウェハーが浴から除去されると、エビクキシャ
ル成長層からフラックスをなくすために、１５００ ｒ
ｐｍのオーダーの高速で回転させる。

第１実施例においては、磁化の向きは膜２の面内に含ま
れる。

この面を第３図ではＹＯＺで示しである。

ＯＺはエネルギーの伝播の向きである。それから磁化の
向きをＯＹ軸に平行にする。

このように磁化させるのに必要な電磁装置は通常よく知
られているものであるから、図示と説明は省略する。

第３図には放射エネルギ用の入力装置３と出力装置４も
示されている。

第３図に示す装置では、磁化の向きは伝播の向きＯＺに
垂直であるからファラデ効果はもはや起らず、その代り
にコツトン・ムートン効果と呼ばれる別の磁気光学効果
が起る。

この現象の効果はファラデー効果と同程度の大きさでは
あるが、イツトリウム−鉄、またはテルビウム−鉄・ガ
ーネット形、あるいはより一般的には希土類と鉄・ガー
ネット形のフェリ磁性物質のようなある種の物質では少
し弱い。

この現象により、エネルギーの伝播がある好適な結晶方
向に行われた場合に、エネルギーの伝播が１つのモード
かう他のモードへ移ることになる。

これは複屈折媒質中で起るのに類似の可逆効果である。

コツトン・ムートン効果について考えると、物質はもは
や等方性的には振る舞わない。

すなわち、導波管では全ての方向に対して単一の実効屈
折率（第１図のＮｃ ）がもはや存在しない。

これは第２図に示す分散のグラフにおいては、２本の漸
近線の存在により説明される。

１本の漸近線Ｎｃ１ははＴＥモードでＯＹ方向に対する
屈折率を示し、他の漸近線Ｎｃ２はＴＭモードでＯＸ方
向に対する屈折率を示す。

このような異方性の結果、座標が（Ｎｄ、Ｗｄ）である
Ｄ点で２枚の膜が交わることになる。

この点には単一の伝播速度βｄ、（Ｎｄ＝βｄ／ｋ ）
が対応し、それにより導波層２の厚みを決定する。

たとえば、７ミクロンのオーダーの厚さＷｄに対応する
点りで動作するイツトリウム−鉄・ガーネットにより導
波層２で構成されるような換換器が製作されている。

エネルギーの入力部と出力部は従来どおりプリズム３，
４で構成されている。

いいかえれば、導波層２と空気との間のジオプトルの界
面に起る全反射現象のために（これはエネルギーを導波
層２を通じて伝播させるために必要である）、簡単な屈
折によりエネルギーを導入することは不可能である。

第３図に示す実施例ではプリズム３が利用されている。

このプリズム３の底部は、ある距離を隔てて導波層２の
上面に向い合う。

この距離はたかだかエネルギーの波長程度である。

たとえばレーザから放射されたコヒーレントな単色光ビ
ーム１０が、プリズムめ底面内側で全反射されるような
入射角度で、プリズムの一方の面番ζ人射する。

このような条件の下ではプリズム３から、プリズム３と
導波層２との間に生ずる減衰波を介しで、導波層２への
エネルギー移動が生ずる。

導波層２からのエネルギーの取り出しは、プリズム３と
同様にして導波層２の上に配置されている第２プリズム
４と導波層２との間の結合により、プリズム３′！″″
＃４２．：：（７）Ｍ（７）”７′！、ヂ、９社順゛′
１て、行われる。

この場合には、導波層２と空気との間の界面に生ずる全
反射で生ずる減衰波により、結合が行われる。

第２の実施例では、フェリ磁性体層すなわち導波層２の
磁化ＭはなおＯＺ方向に垂直であるが、平面ＸＯＹ内に
含まれ、ＯＹ軸に対して４５度のオーダーの角度をなす
。

この向きはＯＸ方向とＯＹ方向の外部磁界（図示せず）
により得られる。

ＯＹ方向の磁界は磁化Ｍを平面ＸＯＹ内に維持するため
に必要である。

いいかえれば、フェリ磁性体の膜２をエピタキシャル法
により作る方法により、その膜は固有の異方性を有する
ことになる。

すなわち、この膜の構造ＩＩシ立方体構造ではなくて単
軸構造である。

この構造は、経験から判明しているように、２つのモー
ドに対して単一の伝播速度を達成することが可能であり
、変換効率を最大にできる。

計算によれば、変換効率はＳｍ２αの関数であることが
示されている。

すなわち、変換効率は磁化Ｍが平面ＸＯＹ内でＯＹ軸に
対して４５度の角度をなす時に最大である。

本発明の変換器はサーキュレータに用いると特に有効で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は先行技術の装置に関連する説明図、第２図は本
発明の装置に関連する説明図、第３図は本発明の装置の
一実施例を示す概略斜視図である。 １・・・基板、２・・・導波層、３，４・・・プリズム
、２０・・・モードセレクタ１．２１・・・非可逆要素
、２２・・・可逆要素。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ フェリ磁性材料層を備え、このフェリ磁性材料層の
   中では放射エネルギーは第１モードに従って案内され、
   前記フェリ磁性材料層の磁化は前記放射エネルギーの伝
   播方向に垂直な方向に少くとも１つの成分を示し、前記
   フェリ磁性材料層の厚みは放射エネルギーの第２のモー
   ドの第１のモードにおける伝播速度がほぼ等しいような
   厚さであることを特徴とする、磁気光学効果を用いて放
   射エネルギーの伝播モードを第１モードから第２モード
   へ変換する装置。