JPS6249307A - デバイスの伝搬モ−ド変換のための磁気光学導波路デバイス - Google Patents
デバイスの伝搬モ−ド変換のための磁気光学導波路デバイスInfo
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- JPS6249307A JPS6249307A JP61135859A JP13585986A JPS6249307A JP S6249307 A JPS6249307 A JP S6249307A JP 61135859 A JP61135859 A JP 61135859A JP 13585986 A JP13585986 A JP 13585986A JP S6249307 A JPS6249307 A JP S6249307A
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- G—PHYSICS
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- G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
- G02B26/06—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the phase of light
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- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
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- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
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- G02F1/09—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on magneto-optical elements, e.g. exhibiting Faraday effect
- G02F1/095—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on magneto-optical elements, e.g. exhibiting Faraday effect in an optical waveguide structure
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本・発明は、墓石にエピタキシャルにより設けられた層
を有し、これ等層のうちの少なくともモードが伝搬する
導波層はモード変換のために磁界により影響されること
のできる磁気光学透明材料より成り、一方、ＴＥモード
とＴＭモードの位相速度を整合するための別の手段が設
けられた、デバイスの伝搬モード変換のための磁気光学
導波路デバイスに関するものである。
を有し、これ等層のうちの少なくともモードが伝搬する
導波層はモード変換のために磁界により影響されること
のできる磁気光学透明材料より成り、一方、ＴＥモード
とＴＭモードの位相速度を整合するための別の手段が設
けられた、デバイスの伝搬モード変換のための磁気光学
導波路デバイスに関するものである。
例えば光アイソレータやサーキュレータに必要とされる
このような平面モード（ｐｌａｎａｒ ｍｏｄｅ）導波
路構造は、英国特許第１．５２９．３７４号より知られ
ている。
このような平面モード（ｐｌａｎａｒ ｍｏｄｅ）導波
路構造は、英国特許第１．５２９．３７４号より知られ
ている。
導波層内では、横電気（ＴＥ）モードと横磁気（ＴＭ）
モードは非可逆的に変換される（モード変換）。これは
、例えば、伝搬方向に磁化された導波層においてＴＥ／
ＴＭモード結合を生じるファラデー効果によって得られ
る。けれども、この結合では、所望の完全なモード変換
は、両方の関与モードすなわちＴＥモードとＴＭモード
が同じ伝搬の速度（位相速度）を有する場合にしか得ら
れない。というのは、この場合にのみ一方のモードから
他方のモードへのエネルギの連続的で蓄積的な伝搬が可
能だからである。
モードは非可逆的に変換される（モード変換）。これは
、例えば、伝搬方向に磁化された導波層においてＴＥ／
ＴＭモード結合を生じるファラデー効果によって得られ
る。けれども、この結合では、所望の完全なモード変換
は、両方の関与モードすなわちＴＥモードとＴＭモード
が同じ伝搬の速度（位相速度）を有する場合にしか得ら
れない。というのは、この場合にのみ一方のモードから
他方のモードへのエネルギの連続的で蓄積的な伝搬が可
能だからである。
したがって、ＴＥモードとＴＭモードの伝搬定数β７Ｅ
とβＴＸの差Δβに対し、位相整合のため値零が目指さ
れる。
とβＴＸの差Δβに対し、位相整合のため値零が目指さ
れる。
光通信技術の多くの用途に対し、磁気光学導波路におけ
る非可逆的なモード変換の極めて高い効率、例えばアイ
ソレータに対し、ｎ＞ ９９．９９９ ％が望まれる。
る非可逆的なモード変換の極めて高い効率、例えばアイ
ソレータに対し、ｎ＞ ９９．９９９ ％が望まれる。
このことは、特に弱い伝搬モードの実際に重要な場合に
対し、並はずれて正確な位相整合を意味する。この目的
で要求される両モードに対する有効な屈折率の並はずれ
て正確な調節は、製造精度に対する許容要件では得るこ
とはできない。
対し、並はずれて正確な位相整合を意味する。この目的
で要求される両モードに対する有効な屈折率の並はずれ
て正確な調節は、製造精度に対する許容要件では得るこ
とはできない。
前記の英国特許明細書には、位相整合を導波層上の付加
的な層によって得ることが示唆されている。この層の必
要とされる幾何学的な正確な位置を得るのはきわめて困
難である。
的な層によって得ることが示唆されている。この層の必
要とされる幾何学的な正確な位置を得るのはきわめて困
難である。
［ジャパン・ジャーナル・オン・アプライド・フィジッ
クス（Ｊａｐ、Ｊ、Ａｐｐｌ、 Ｐｈｙｓ、） ２２（
１９８３年）のＬ６１８頁から１６２０頁の記載より、
前記の層の成長の間に得られる異方性に、前記の差Δβ
が零になるように影響を与えることができるということ
は知られている。けれども、実用に供するには、並はず
れて高い製造精度が要求され′るてあろう。
クス（Ｊａｐ、Ｊ、Ａｐｐｌ、 Ｐｈｙｓ、） ２２（
１９８３年）のＬ６１８頁から１６２０頁の記載より、
前記の層の成長の間に得られる異方性に、前記の差Δβ
が零になるように影響を与えることができるということ
は知られている。けれども、実用に供するには、並はず
れて高い製造精度が要求され′るてあろう。
「フロシーディングズ・オン・テンス・ユーロピアン・
コンフェレンス・オン・オプティカル・コミュニケーシ
ョン（Ｐｒｏｃ、１Ｑｔｈ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｃｏｎ
ｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ ０ｐｔｉｃａｌ Ｃｏｍｍｕｎ
ｉｃａｔｉｏｎ） １９３４年の第４２頁によれば、位
相整合は、導波層上に設けられ且つ複屈折格子構造の形
を有する被覆層によっても得ることができる。これもや
はり望ましくない高い製造精度を必要とすることは疑い
ない。
コンフェレンス・オン・オプティカル・コミュニケーシ
ョン（Ｐｒｏｃ、１Ｑｔｈ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｃｏｎ
ｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ ０ｐｔｉｃａｌ Ｃｏｍｍｕｎ
ｉｃａｔｉｏｎ） １９３４年の第４２頁によれば、位
相整合は、導波層上に設けられ且つ複屈折格子構造の形
を有する被覆層によっても得ることができる。これもや
はり望ましくない高い製造精度を必要とすることは疑い
ない。
更に、これ等公知の位相整合手段は、層が設けられた後
には修正を行うことは不可能であるという大きな欠点を
有する。
には修正を行うことは不可能であるという大きな欠点を
有する。
Ａβ・０が得られるようにその音響周波数が調節された
定圧波によって位相整合を得るために、モード結合を導
波層内ではなくてその隣接層との境界で行うようにした
導波路構造は、米国特許明細舎弟４．２２０．３９５号
より知られている。この定圧波をつくるために設けられ
る装置は複雑で、冒頭に記載した種類の導波路構造に好
結果を得るには適しない。
定圧波によって位相整合を得るために、モード結合を導
波層内ではなくてその隣接層との境界で行うようにした
導波路構造は、米国特許明細舎弟４．２２０．３９５号
より知られている。この定圧波をつくるために設けられ
る装置は複雑で、冒頭に記載した種類の導波路構造に好
結果を得るには適しない。
本発明の目的は、冒頭に記載した種類のデバイスを、Ｔ
ＥモードとＴＭモードの位相整合がより高い精度で得ら
れるように構成することにある。
ＥモードとＴＭモードの位相整合がより高い精度で得ら
れるように構成することにある。
本発明の特徴とするところは、位相速度を整合するため
に、導波路構造が、調節可能な機械的変形力を該導波路
構造に及ぼす装置内に配設されたことにある。
に、導波路構造が、調節可能な機械的変形力を該導波路
構造に及ぼす装置内に配設されたことにある。
ＧＧＧ基層に液相からエピタキシャルに設けられた純粋
または例えば鉛置換イツ） ＩＪウム鉄ガーネット層を
基礎とする本発明の導波路デバイスは、製法およびドー
パントの量に応じて、負または正でもよくそして普通は
零でない差の値Ａβを有する。
または例えば鉛置換イツ） ＩＪウム鉄ガーネット層を
基礎とする本発明の導波路デバイスは、製法およびドー
パントの量に応じて、負または正でもよくそして普通は
零でない差の値Ａβを有する。
物理的起源の異なる３つの成分を考慮に入れねばならな
い、すなわち、 Ａ β −＜ＡＮｅｒｒ ＋ １ｊｎｚ＋ Δ
ｎ５）−２π／ λ（λ＝真空波長） 等方１生材料を用いても、形によって定まる成分ＡＮｅ
ｔｔは約−１０−５台であり、ＴＭモードとＴＥモード
の異なる伝搬速度をきたす。
い、すなわち、 Ａ β −＜ＡＮｅｒｒ ＋ １ｊｎｚ＋ Δ
ｎ５）−２π／ λ（λ＝真空波長） 等方１生材料を用いても、形によって定まる成分ＡＮｅ
ｔｔは約−１０−５台であり、ＴＭモードとＴＥモード
の異なる伝搬速度をきたす。
成長によって定まる約＋４・１０−４の複屈折Δｎｓは
立方形よりの結晶格子構造のずれから生じる。
立方形よりの結晶格子構造のずれから生じる。
というのは、膜の成長過程において格子要素の僅かな転
位が行われるからである。焼きなましによって、成長に
より定まる複屈折を減らすことができる。
位が行われるからである。焼きなましによって、成長に
より定まる複屈折を減らすことができる。
複屈折により誘起される応力Ａｎｓは、例えば鉛成分の
量に応じて、約−４・１０＝４と＋４・１０−４の間の
値をとることができ、基層と設けられた皮膜層との結晶
格子常数が合わないことより生じる。
量に応じて、約−４・１０＝４と＋４・１０−４の間の
値をとることができ、基層と設けられた皮膜層との結晶
格子常数が合わないことより生じる。
何れにしても、この値Ａｎｓは約５・１０−５の精度で
前辺て調節することができる。
前辺て調節することができる。
本発明のデバイスの製造時並はずれた精度の必要はない
。驚くほど簡単な方法で、残留値Ａβ≠０を、外部より
加えた静応力によって除くことができることがわかった
。正の値のＡβに対しては圧力が加えられ、負の値のＡ
βに対しては負の張力が加えられねばならない。残留値
Ａβが常に零となることができるように、応力は後で加
えられることができ、夫々の導波路構造に簡単に適合さ
せることができる。ＩＫＮ／ａｍ２の圧力で約５ ・１
０−５の補償値が得られた。
。驚くほど簡単な方法で、残留値Ａβ≠０を、外部より
加えた静応力によって除くことができることがわかった
。正の値のＡβに対しては圧力が加えられ、負の値のＡ
βに対しては負の張力が加えられねばならない。残留値
Ａβが常に零となることができるように、応力は後で加
えられることができ、夫々の導波路構造に簡単に適合さ
せることができる。ＩＫＮ／ａｍ２の圧力で約５ ・１
０−５の補償値が得られた。
本発明のデバイスでは、従来この精度では得られなかっ
たＴＥモードとＴＭモードの位相速度の一致が簡単に得
ることができる。
たＴＥモードとＴＭモードの位相速度の一致が簡単に得
ることができる。
機械的応力は、導波路構造に働く曲げモーメントによっ
て有利につくることができ、中立の無応力軸の外側に起
きる曲げ応力が利用され、やはり導波路構造の変形を生
じる。この曲げモーメントの方向に応じて、導波路構造
の材料は層の面に垂直な方向に圧縮または膨張される。
て有利につくることができ、中立の無応力軸の外側に起
きる曲げ応力が利用され、やはり導波路構造の変形を生
じる。この曲げモーメントの方向に応じて、導波路構造
の材料は層の面に垂直な方向に圧縮または膨張される。
特定の効果を生むために、導波路の面の変形の異方性の
変化を、光伝搬方向と特に４５°の角度で交わる平面内
で曲げモーメントを加えることによって調節することが
できる。
変化を、光伝搬方向と特に４５°の角度で交わる平面内
で曲げモーメントを加えることによって調節することが
できる。
圧電素子によりつくられた力が圧力ダイを経て導波層に
加えられると、圧力を導波層の光伝導ストリップに人為
的に加えることができる。
加えられると、圧力を導波層の光伝導ストリップに人為
的に加えることができる。
特に有利な結果は、別の層が次の順序で基層上にエピタ
キシャルに設けられた導波路構造を用いることにより得
られた。すてわち、 下吸収層 下クラッド層 導波層 上クラッド層 上吸収層 上と下のクラッド層の屈折率は導波層の屈折率よりも小
さい。
キシャルに設けられた導波路構造を用いることにより得
られた。すてわち、 下吸収層 下クラッド層 導波層 上クラッド層 上吸収層 上と下のクラッド層の屈折率は導波層の屈折率よりも小
さい。
本発明を容易に実施できるように、以下に本発明を添付
の図面を参照して実施例によって更に詳しく説明する。
の図面を参照して実施例によって更に詳しく説明する。
第１図は対称的な磁気光学導波路構造を示す。
導波路の６層１は磁気光学材料例えば純粋または置換さ
れたイツトリウム鉄ガーネット（ＹＩＧ）より成る。光
はＴＥモードおよび／またはＴＭモードの形で矢印２（
人口）および３（出口）の方向に伝搬する。上と下のク
ラッド層（夫々４および５）は、導波路の６層よりも約
５・１０−３低い屈折率を有する。前記のクラッド層は
やはり磁気光学材料より成るのが好ましい。上と下の吸
収層６と７は夫々タラッデング（ｃｌａｄｄｉｎｇ）モ
ードすなわち６層を通して伝搬しないモードを抑制する
のに役立つ。すべての層は、基層８、より詳しくはＧＧ
Ｇ層に連続的にエピタキシャルに設けられる。
れたイツトリウム鉄ガーネット（ＹＩＧ）より成る。光
はＴＥモードおよび／またはＴＭモードの形で矢印２（
人口）および３（出口）の方向に伝搬する。上と下のク
ラッド層（夫々４および５）は、導波路の６層よりも約
５・１０−３低い屈折率を有する。前記のクラッド層は
やはり磁気光学材料より成るのが好ましい。上と下の吸
収層６と７は夫々タラッデング（ｃｌａｄｄｉｎｇ）モ
ードすなわち６層を通して伝搬しないモードを抑制する
のに役立つ。すべての層は、基層８、より詳しくはＧＧ
Ｇ層に連続的にエピタキシャルに設けられる。
調節可能なく正または負）の力２４が第１図に図示して
ない装置のダイ９および１０によって導波路構造に加え
られる。この力は均等な圧縮または引張応力を生じ、こ
の応力が導波路の所望の変形を生じる。したがって、導
波路構造内に調節可能な付加的な複屈折が得られ、この
複屈折により位相整合が人為的に得られる。
ない装置のダイ９および１０によって導波路構造に加え
られる。この力は均等な圧縮または引張応力を生じ、こ
の応力が導波路の所望の変形を生じる。したがって、導
波路構造内に調節可能な付加的な複屈折が得られ、この
複屈折により位相整合が人為的に得られる。
前記の層１から８の代表的な厚さは次のとおりである。
基層８ ０．５ｍｍ
吸収層６および７ ３ μｍ
クラッド層４および５ ４ μｍ
心層１ ６ μｍ
調節可能な圧力または張力を発生する装置は図には極く
原理的に示されており、種々の公知のやり方で構成する
ことができる。通常の場合は、機械的応力が磁気光学導
波路全体に亘って均等に分布することを考慮すべきであ
る。けれども、特別な効果を生じるために、機械的応力
を層の表面に不均一に働かせるのが有利なこともある。
原理的に示されており、種々の公知のやり方で構成する
ことができる。通常の場合は、機械的応力が磁気光学導
波路全体に亘って均等に分布することを考慮すべきであ
る。けれども、特別な効果を生じるために、機械的応力
を層の表面に不均一に働かせるのが有利なこともある。
第２図では、基層１１と導波層１２より成る導波路構造
が硬いハウジング１３内に収納されている。圧電素子１
４により、機械的な圧力が、ダイ１５を経て、特に面に
垂直に延在する光伝導ストリップ１６に加えられること
ができる。変形に必要な応力が光伝導スｌ−ＩＪツブ１
６に人為的につくられるので、圧電素子１４は比較的小
さな力を生じるだけですむ。
が硬いハウジング１３内に収納されている。圧電素子１
４により、機械的な圧力が、ダイ１５を経て、特に面に
垂直に延在する光伝導ストリップ１６に加えられること
ができる。変形に必要な応力が光伝導スｌ−ＩＪツブ１
６に人為的につくられるので、圧電素子１４は比較的小
さな力を生じるだけですむ。
第３図に示すように、曲げモーメントによって圧縮また
は引張応力を加えることができる。曲げ力が矢印１８お
よび１９の方向に導波路構造に働くと、層の面と平行な
圧縮応力が光伝導ス） ＩＪツブ１６に発生する。この
場合破線１７は応力のない中立軸を示す。この圧縮応力
は、あたかもその方向に張力があるかのように層１２の
面に垂直な方向に特にストリップ１６の材料の膨張を生
じる。
は引張応力を加えることができる。曲げ力が矢印１８お
よび１９の方向に導波路構造に働くと、層の面と平行な
圧縮応力が光伝導ス） ＩＪツブ１６に発生する。この
場合破線１７は応力のない中立軸を示す。この圧縮応力
は、あたかもその方向に張力があるかのように層１２の
面に垂直な方向に特にストリップ１６の材料の膨張を生
じる。
これと反対に、２０と２１の方向に働く力では、引張応
力がス） ＩＪツブ１６に発生し、この応力は、層１２
の面に垂直な方向にス） ＩＪツブ１６の圧縮を生じる
。
力がス） ＩＪツブ１６に発生し、この応力は、層１２
の面に垂直な方向にス） ＩＪツブ１６の圧縮を生じる
。
第４図は、異なる鉛量でドープされた２つの異なるサン
プルの測定によって得られた特性曲線２２と２３を示す
。
プルの測定によって得られた特性曲線２２と２３を示す
。
本来正のＡβを有する特性曲線２２のサンプルでは、第
１図の矢印２４と２５の方向に約１．６ＫＮ／Ｃｍ２の
圧力Ｐ１によって理想的な位相補償が得られた。特性曲
線２３による本来負のＡβを有する他方のサンプルでは
、この目的に対して引張応力Ｐ２を加えねばならなかっ
た。
１図の矢印２４と２５の方向に約１．６ＫＮ／Ｃｍ２の
圧力Ｐ１によって理想的な位相補償が得られた。特性曲
線２３による本来負のＡβを有する他方のサンプルでは
、この目的に対して引張応力Ｐ２を加えねばならなかっ
た。
第１図は本発明の導波路デバイスの原理的な構造図、
第２図は圧力発生装置として圧電素子を有する実施例の
断面略図、 第３図は曲げモーメントにより所望の変形を発生させる
説明図、 第４図はドープ量の異なる２つのサンプルの測定結果を
示す特性曲線図である。 １・・・６層 ４．５・・・クラッド層６
．７・・・吸収層 ８．１１・・・基層９、 ｔ
ｏ、 １５・・・グイ ・ １２・・・導波層１３・
・・ハウジング １４・・・圧電素子１６・・・
光伝導ストリップ し−―−
断面略図、 第３図は曲げモーメントにより所望の変形を発生させる
説明図、 第４図はドープ量の異なる２つのサンプルの測定結果を
示す特性曲線図である。 １・・・６層 ４．５・・・クラッド層６
．７・・・吸収層 ８．１１・・・基層９、 ｔ
ｏ、 １５・・・グイ ・ １２・・・導波層１３・
・・ハウジング １４・・・圧電素子１６・・・
光伝導ストリップ し−―−
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、基層にエピタキシャルに設けられた層を有し、これ
等層のうちの少なくともモードが伝搬する導波層は、モ
ード変換のために磁界により影響されることのできる磁
気光学透明材料より成り、一方、ＴＥモードとＴＭモー
ドの位相速度を整合するための別の手段が設けられた、
デバイスの伝搬モード変換のための磁気光学導波路デバ
イスにおいて、位相速度を整合するために、導波路構造
が、調節可能な機械的変形力を該導波路構造に及ぼす装
置内に配設されたことを特徴とする磁気光学導波路デバ
イス。 ２、機械的変形力は、導波路構造に加えられた曲げモー
メントによりつくられる特許請求の範囲第１項記載の磁
気光学導波路デバイス。 ３、曲げモーメントは、光伝搬方向と特に４５°の角度
で交わる平面内に加えられる特許請求の範囲第２項記載
の磁気光学導波路デバイス。 ４、機械的変形力は、層の面に垂直に働く圧力である特
許請求の範囲第１項から第３項の何れかの１項記載の磁
気光学導波路デバイス。 ５、機械的変形力は、層の面に垂直に働く張力である特
許請求の範囲第１項から第３項の何れかの１項記載の磁
気光学導波路デバイス。 ６、圧電素子によりつくられた力が圧力ダイを経て導波
層に伝えられる特許請求の範囲第１項から第５項の何れ
かの１項記載の磁気光学導波路デバイス。 ７、デバイスは、 下吸収層 下クラッド層 導波層 上クラッド層 上吸収層 の順序で層を有する特許請求の範囲第１項から第６項の
何れかの１項記載の磁気光学導波路デバイス。 ８、上および下クラッド層の屈折率は導波層のそれより
も小さい特許請求の範囲第７項記載の磁気光学導波路デ
バイス。
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