(57)【要約】      （修正有）【課題】小型化を図りつつ挿入損失を低減させたアイソレータを提供する。【解決手段】アイソレータ１０は、基板面５０ａを有する基板５０の上において、前記基板面５０ａに沿って位置する直線形状の第１導波路２０と円環形状の第２導波路３０とを備え、前記第１導波路２０及び前記第２導波路３０はそれぞれ、コアとクラッドとを有し、前記第１導波路２０は、第１端２０１と第２端２０２とを有し、前記第１端２０１及び前記第２端２０２それぞれに電磁波が入出力されるポート２１１を有し、前記第２導波路３０のコアは、前記第２導波路３０が延在する方向に交差する断面の少なくとも一部に非相反性部材３２を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板面を有する基板の上において、前記基板面に沿って位置する直線形状の第１導波路と円環形状の第２導波路とを備え、
前記第１導波路及び前記第２導波路はそれぞれ、コアとクラッドとを有し、
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端それぞれに電磁波が入出力されるポートを有し、
前記第２導波路のコアは、前記第２導波路が延在する方向に交差する断面の少なくとも一部に非相反性部材を含む、アイソレータ。
【請求項２】
前記第２導波路は、光学的に断絶なく繋がっている、請求項１に記載のアイソレータ。
【請求項３】
前記第１導波路と前記第２導波路とは、前記基板面と平行に並んで位置する、請求項１又は２に記載のアイソレータ。
【請求項４】
前記第１導波路と前記第２導波路とは、前記基板面から見て互いに重なるように位置する、請求項１又は２に記載のアイソレータ。
【請求項５】
前記第１導波路と前記第２導波路とは、前記基板面から見て交差しないように位置する、請求項４に記載のアイソレータ。
【請求項６】
前記基板面に交差する方向に磁場を印加する磁場印加部をさらに備える、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のアイソレータ。
【請求項７】
前記第１端に入力される電磁波の偏光方向は、前記基板面に平行である、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のアイソレータ。
【請求項８】
前記コアの誘電率は、前記クラッドの誘電率より高い、請求項１乃至７のいずれか一項に記載のアイソレータ。
【請求項９】
前記非相反性部材は、所定の濃度の非相反性材料を含み、
前記所定の濃度は、前記第１端に入力される電磁波の偏光方向に沿う方向に見た少なくとも一部において変化する、請求項１乃至８のいずれか一項に記載のアイソレータ。
【請求項１０】
前記第１導波路の、前記第２導波路の側に位置するクラッドは、前記第２導波路の、前記第１導波路の側に位置するクラッドと一体である、請求項１乃至９のいずれか一項に記載のアイソレータ。
【請求項１１】
前記第１端及び前記第２端に入力された電磁波は、シングルモードで伝搬される、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のアイソレータ。
【請求項１２】
前記第１導波路及び前記第２導波路それぞれのコアの比誘電率は、空気の比誘電率より高い、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載のアイソレータ。
【請求項１３】
前記第２導波路の長さは、前記第２端から前記第１端に伝搬する電磁波に対する、前記第１導波路と前記第２導波路との結合長の奇数倍である、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載のアイソレータ。
【請求項１４】
前記第２導波路の長さを表すＬは、前記第１導波路と前記第２導波路との結合における、前記第２端から前記第１端に伝搬する電磁波に対する、偶モード屈折率を表すｎｅｖｅｎと、奇モード屈折率を表すｎｏｄｄとを含む式
Ｌ＝ｍλ０／２｜（ｎｅｖｅｎ−ｎｏｄｄ）｜    （ｍ：奇数、λ０：真空中の波長）
によって算出される、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載のアイソレータ。
【請求項１５】
前記第２導波路の長さは、前記第１端から前記第２端に伝搬する電磁波に対する、前記第１導波路と前記第２導波路との結合長の偶数倍である、請求項１乃至１４のいずれか一項に記載のアイソレータ。
【請求項１６】
前記第１導波路のコアは、前記第１面から前記第２面まで貫通する複数の孔部を有し、
前記複数の孔部は、前記コアが延在する方向に並ぶ、請求項１乃至１５のいずれか一項に記載のアイソレータ。
【請求項１７】
前記ポートに接続する接続導波路をさらに備え、
前記接続導波路のコアの比誘電率は、前記第１導波路のコアの少なくとも一部の比誘電率と略同一であり、
前記基板面に沿い、且つ、前記第１導波路が延在する方向に交差する方向に見て、前記接続導波路のコアの幅は、前記第１導波路のコアの幅と略同一である、請求項１乃至１６のいずれか一項に記載のアイソレータ。
【請求項１８】
第１端と第２端とを有し、前記第１端及び前記第２端それぞれに電磁波が入出力されるポートを有する第１導波路と、
前記第１導波路に沿って位置する円環形状の第２導波路と、
を備え、
任意の動作周波数において、前記第１導波路と前記第２導波路とは、前記第１端から入力された電磁波が前記第２端に向けて伝搬する場合の結合係数よりも、前記第２端から入力された電磁波が前記第１端に向けて伝搬する場合の結合係数の方が大きくなるように結合する、アイソレータ。
【請求項１９】
前記第１導波路と前記第２導波路とが互いに沿う長さは、前記第２端から前記第１端に向けて伝搬する電磁波に対する、前記第１導波路と前記第２導波路との結合長と略同一である、請求項１８に記載のアイソレータ。
【請求項２０】
前記第１導波路は、前記第２導波路と結合する部分に整合調整回路を有する、請求項１８又は１９に記載のアイソレータ。
【請求項２１】
基板面を有する基板の上において、前記基板面に沿って位置する直線形状の第１導波路と円環形状の第２導波路とを備えるアイソレータと、
光源と、
を備え、
前記第１導波路及び前記第２導波路はそれぞれ、コアとクラッドとを有し、
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端それぞれに電磁波が入出力されるポートを有し、
前記第２導波路のコアは、前記第２導波路が延在する方向に交差する断面の少なくとも一部に非相反性部材を含み、
前記光源は、前記ポートに光学的に接続される、光源装置。
【請求項２２】
第１端と第２端とを有し、前記第１端及び前記第２端それぞれに電磁波が入出力されるポートを有する第１導波路と、前記第１導波路に沿って位置する円環形状の第２導波路と、を備えるアイソレータと、
前記ポートに光学的に接続される光源と、
を備え、
任意の動作周波数において、前記第１導波路と前記第２導波路とは、前記第１端から入力された電磁波が前記第２端に向けて伝搬する場合の結合係数よりも、前記第２端から入力された電磁波が前記第１端に向けて伝搬する場合の結合係数の方が大きくなるように結合する、光源装置。
【請求項２３】
前記光源に電力を供給する電源をさらに備える、請求項２１又は２２に記載の光源装置。
【請求項２４】
基板面を有する基板の上において、前記基板面に沿って位置する直線形状の第１導波路と円環形状の第２導波路とを備えるアイソレータと、
光源と、
を備え、
前記第１導波路及び前記第２導波路はそれぞれ、コアとクラッドとを有し、
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端それぞれに電磁波が入出力されるポートを有し、
前記第２導波路のコアは、前記第２導波路が延在する方向に交差する断面の少なくとも一部に非相反性部材を含み、
前記光源は、前記ポートに光学的に接続される、光源装置を搭載し、
光の変調機能を有する、光送受信機。
【請求項２５】
第１端と第２端とを有し、前記第１端及び前記第２端それぞれに電磁波が入出力されるポートを有する第１導波路と、前記第１導波路に沿って位置する円環形状の第２導波路と、を備えるアイソレータと、
前記ポートに光学的に接続される光源と、
を備え、
任意の動作周波数において、前記第１導波路と前記第２導波路とは、前記第１端から入力された電磁波が前記第２端に向けて伝搬する場合の結合係数よりも、前記第２端から入力された電磁波が前記第１端に向けて伝搬する場合の結合係数の方が大きくなるように結合する、光源装置を搭載し、
光の変調機能を有する、光送受信機。
【請求項２６】
基板面を有する基板の上において、前記基板面に沿って位置する直線形状の第１導波路と円環形状の第２導波路とを備え、
前記第１導波路及び前記第２導波路はそれぞれ、コアとクラッドとを有し、
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端それぞれに電磁波が入出力されるポートを有し、
前記第２導波路のコアは、前記第２導波路が延在する方向に交差する断面の少なくとも一部に非相反性部材を含む、アイソレータを備える、光スイッチ。
【請求項２７】
第１端と第２端とを有し、前記第１端及び前記第２端それぞれに電磁波が入出力されるポートを有する第１導波路と、
前記第１導波路に沿って位置する円環形状の第２導波路と、
を備え、
任意の動作周波数において、前記第１導波路と前記第２導波路とは、前記第１端から入力された電磁波が前記第２端に向けて伝搬する場合の結合係数よりも、前記第２端から入力された電磁波が前記第１端に向けて伝搬する場合の結合係数の方が大きくなるように結合する、アイソレータを備える、光スイッチ。
【請求項２８】
基板面を有する基板の上において、前記基板面に沿って位置する直線形状の第１導波路と円環形状の第２導波路とを備え、
前記第１導波路及び前記第２導波路はそれぞれ、コアとクラッドとを有し、
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端それぞれに電磁波が入出力されるポートを有し、
前記第２導波路のコアは、前記第２導波路が延在する方向に交差する断面の少なくとも一部に非相反性部材を含む、アイソレータを備える、光増幅器。
【請求項２９】
基板面を有する基板の上において、前記基板面に沿って位置する直線形状の第１導波路と円環形状の第２導波路とを備え、
前記第１導波路及び前記第２導波路はそれぞれ、コアとクラッドとを有し、
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端それぞれに電磁波が入出力されるポートを有し、
前記第２導波路のコアは、前記第２導波路が延在する方向に交差する断面の少なくとも一部に非相反性部材を含む、アイソレータを備えるデバイスによって通信する、データセンター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、アイソレータ、光源装置、光送受信機、光スイッチ、光増幅器、及びデータセンターに関する。
【背景技術】
【０００２】
電磁波の伝搬方向によって透過率が異なるアイソレータが非相反位相器を含む構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−３０２６０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の構成では、非相反部材を含む導波路における非相反性を十分に大きくすることができないという問題があった。この結果、アイソレータ全体が大型化し、挿入損失が大きくなってしまっていた。
【０００５】
かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、小型化を図りつつ挿入損失を低減させたアイソレータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一実施形態に係るアイソレータは、
基板面を有する基板の上において、前記基板面に沿って位置する直線形状の第１導波路と円環形状の第２導波路とを備え、
前記第１導波路及び前記第２導波路はそれぞれ、コアとクラッドとを有し、
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端それぞれに電磁波が入出力されるポートを有し、
前記第２導波路のコアは、前記第２導波路が延在する方向に交差する断面の少なくとも一部に非相反性部材を含む。
【０００７】
本開示の一実施形態に係るアイソレータは、
第１端と第２端とを有し、前記第１端及び前記第２端それぞれに電磁波が入出力されるポートを有する第１導波路と、
前記第１導波路に沿って位置する円環形状の第２導波路と、
を備え、
任意の動作周波数において、前記第１導波路と前記第２導波路とは、前記第１端から入力された電磁波が前記第２端に向けて伝搬する場合の結合係数よりも、前記第２端から入力された電磁波が前記第１端に向けて伝搬する場合の結合係数の方が大きくなるように結合する。
【０００８】
本開示の一実施形態に係る光源装置は、
基板面を有する基板の上において、前記基板面に沿って位置する直線形状の第１導波路と円環形状の第２導波路とを備えるアイソレータと、
光源と、
を備え、
前記第１導波路及び前記第２導波路はそれぞれ、コアとクラッドとを有し、
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端それぞれに電磁波が入出力されるポートを有し、
前記第２導波路のコアは、前記第２導波路が延在する方向に交差する断面の少なくとも一部に非相反性部材を含み、
前記光源は、前記ポートに光学的に接続される。
【０００９】
本開示の一実施形態に係る光源装置は、
第１端と第２端とを有し、前記第１端及び前記第２端それぞれに電磁波が入出力されるポートを有する第１導波路と、前記第１導波路に沿って位置する円環形状の第２導波路と、を備えるアイソレータと、
前記ポートに光学的に接続される光源と、
を備え、
任意の動作周波数において、前記第１導波路と前記第２導波路とは、前記第１端から入力された電磁波が前記第２端に向けて伝搬する場合の結合係数よりも、前記第２端から入力された電磁波が前記第１端に向けて伝搬する場合の結合係数の方が大きくなるように結合する。
【００１０】
本開示の一実施形態に係る光送受信機は、
基板面を有する基板の上において、前記基板面に沿って位置する直線形状の第１導波路と円環形状の第２導波路とを備えるアイソレータと、
光源と、
を備え、
前記第１導波路及び前記第２導波路はそれぞれ、コアとクラッドとを有し、
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端それぞれに電磁波が入出力されるポートを有し、
前記第２導波路のコアは、前記第２導波路が延在する方向に交差する断面の少なくとも一部に非相反性部材を含み、
前記光源は、前記ポートに光学的に接続される、光源装置を搭載し、
光の変調機能を有する。
【００１１】
本開示の一実施形態に係る光送受信機は、
第１端と第２端とを有し、前記第１端及び前記第２端それぞれに電磁波が入出力されるポートを有する第１導波路と、前記第１導波路に沿って位置する円環形状の第２導波路と、を備えるアイソレータと、
前記ポートに光学的に接続される光源と、
を備え、
任意の動作周波数において、前記第１導波路と前記第２導波路とは、前記第１端から入力された電磁波が前記第２端に向けて伝搬する場合の結合係数よりも、前記第２端から入力された電磁波が前記第１端に向けて伝搬する場合の結合係数の方が大きくなるように結合する、光源装置を搭載し、
光の変調機能を有する。
【００１２】
本開示の一実施形態に係る光スイッチは、
基板面を有する基板の上において、前記基板面に沿って位置する直線形状の第１導波路と円環形状の第２導波路とを備え、
前記第１導波路及び前記第２導波路はそれぞれ、コアとクラッドとを有し、
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端それぞれに電磁波が入出力されるポートを有し、
前記第２導波路のコアは、前記第２導波路が延在する方向に交差する断面の少なくとも一部に非相反性部材を含む、アイソレータを備える。
【００１３】
本開示の一実施形態に係る光スイッチは、
第１端と第２端とを有し、前記第１端及び前記第２端それぞれに電磁波が入出力されるポートを有する第１導波路と、
前記第１導波路に沿って位置する円環形状の第２導波路と、
を備え、
任意の動作周波数において、前記第１導波路と前記第２導波路とは、前記第１端から入力された電磁波が前記第２端に向けて伝搬する場合の結合係数よりも、前記第２端から入力された電磁波が前記第１端に向けて伝搬する場合の結合係数の方が大きくなるように結合する、アイソレータを備える。
【００１４】
本開示の一実施形態に係る光増幅器は、
基板面を有する基板の上において、前記基板面に沿って位置する直線形状の第１導波路と円環形状の第２導波路とを備え、
前記第１導波路及び前記第２導波路はそれぞれ、コアとクラッドとを有し、
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端それぞれに電磁波が入出力されるポートを有し、
前記第２導波路のコアは、前記第２導波路が延在する方向に交差する断面の少なくとも一部に非相反性部材を含む、アイソレータを備える。
【００１５】
本開示の一実施形態に係るデータセンターは、
基板面を有する基板の上において、前記基板面に沿って位置する直線形状の第１導波路と円環形状の第２導波路とを備え、
前記第１導波路及び前記第２導波路はそれぞれ、コアとクラッドとを有し、
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端それぞれに電磁波が入出力されるポートを有し、
前記第２導波路のコアは、前記第２導波路が延在する方向に交差する断面の少なくとも一部に非相反性部材を含む、アイソレータを備えるデバイスによって通信する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、小型化を図りつつ挿入損失を低減させたアイソレータを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１実施形態に係るアイソレータの構成の一例を示す斜視図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ断面図である。
【図３】第２導波路の構成の一例を示す断面図である。
【図４】第２導波路における位相差の一例を示すグラフである。
【図５】第２導波路の構成の一例を示す断面図である。
【図６】第２導波路における位相差の一例を示すグラフである。
【図７】第２導波路の構成の一例を示す断面図である。
【図８】第１方向に進む電磁波に対する結合長の一例を示すグラフである。
【図９】第２方向に進む電磁波に対する結合長の一例を示すグラフである。
【図１０】透過特性のシミュレーション結果の一例を示すグラフである。
【図１１】比較例に係るアイソレータの構成の一例を示すブロック図である。
【図１２】導波路に整合調整回路を有するアイソレータの構成の一例を示す側面図である。
【図１３】導波路に整合調整回路を有するアイソレータの構成の一例を示す平面図である。
【図１４】透過特性のシミュレーション結果の一例を示すグラフである。
【図１５】磁場印加部を備えるアイソレータの構成の一例を示す側面図である。
【図１６】光源装置の構成の一例を示す側面図である。
【図１７】接続導波路と第１導波路との接続の一例を示す断面図である。
【図１８】接続導波路と第１導波路との接続の一例を示す断面図である。
【図１９】第２実施形態に係るアイソレータの構成の一例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１９】
＜第１実施形態＞
図１に示すように、第１実施形態に係るアイソレータ１０は、基板面５０ａを有する基板５０の上において、基板面５０ａに沿って位置する直線形状の第１導波路２０と、円環形状の第２導波路３０と、を備える。
【００２０】
基板５０は、金属などの導体、シリコンなどの半導体、ガラス、又は樹脂などを含んで構成されてよい。第１実施形態において、基板面５０ａに対して平行で互いに垂直な２方向をＸ軸方向、Ｙ軸方向とし、基板面５０ａに対して垂直な方向をＺ軸方向とする。
【００２１】
第１導波路２０と第２導波路３０とは、基板面５０ａを有する基板５０の上において、基板面５０ａに沿って位置し、基板面５０ａから見て互いに重なるように位置する。また、第１導波路２０と第２導波路３０とは、基板面５０ａから見て交差しないように位置する。基板面５０ａから見て交差しないように位置するとは、例えば、第１導波路２０がＸ軸方向に延在して位置する場合、第２導波路３０もＸ軸方向に延在して位置することを意味する。ここで、第２導波路３０がＸ軸方向に延在するとは、円環形状の第２導波路３０が全体としてＸ軸方向に延在することを意味し、円環形状の第２導波路３０の一部が、例えば、Ｙ軸方向に延在する場合も含むものとする。
【００２２】
第１導波路２０及び第２導波路３０のいずれか一方は、基板面５０ａに接する。第１導波路２０が基板面５０ａに接する構成であれば、第２導波路３０が第１導波路２０の上、即ちＺ軸方向の正の側に位置する。第２導波路３０が基板面５０ａに接する構成であれば、第１導波路２０が第２導波路３０の上、即ちＺ軸方向の正の側に位置する。以下、第１導波路２０が基板面５０ａに接する構成について説明する。
【００２３】
第１導波路２０は、Ｘ軸方向に延在する。第１導波路２０は、Ｘ軸方向の負の側及びＸ軸方向の正の側それぞれに、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及び第２端２０２それぞれに、電磁波が入出力される第１ポート２１１及び第２ポート２１２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軸に沿って第２ポート２１２に向けて進む。第２ポート２１２から第１導波路２０に入力される電磁波は、Ｘ軸に沿って第１ポート２１１に向けて進む。第１ポート２１１及び第２ポート２１２はそれぞれ、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。
【００２４】
第２導波路３０は、Ｘ軸方向に延在する。第２導波路３０は、円環形状を有し、光学的に断絶なく繋がっている。円環形状は、少なくとも光学的に断絶なく繋がっていれば、その形状が特に限定されるものではない。第２導波路３０を円環形状とすることで、第２導波路３０における非相反部導波路の非相反性を大きくすることができる。また、第２導波路３０を円環形状とすることで、Ｘ軸方向に延在する第２導波路３０が短い長さであっても所望の特性を実現できる。これにより、アイソレータ１０の小型化を図りつつ挿入損失を低減させることができる。
【００２５】
第２導波路３０は、Ｘ軸方向の負の側及びＸ軸方向の正の側それぞれに、端部３０１及び端部３０２を有する。第２導波路３０は、少なくともその一部が、第１導波路２０と互いに結合する。なお、図１では、第２導波路３０が単数である場合を一例に挙げて説明しているが、例えば、第２導波路３０は、Ｘ軸方向に複数設けられていてもよい。
【００２６】
第１導波路２０と第２導波路３０とは、延在する方向の少なくとも一部において、互いに沿って位置する。また、第１導波路２０と第２導波路３０とは、延在する方向の少なくとも一部において、互いに平行となるように位置する。互いに沿って位置する２つの導波路は、平行導波路ともいう。平行導波路において、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。
【００２７】
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、結合係数ともいう。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。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。結合係数は、０以上且つ１以下の値でありうる。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など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、例えば、第１導波路２０と第２導波路３０との間の距離は、コア２１とコア３１との間の距離であってよい。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など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。
【００２８】
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などに基づいて決定されうる。
【００２９】
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、円環形状の中を回り、非相反部導波路の損失により、吸収を受ける。
【００３０】
図２に示すように、第１導波路２０は、コア２１と、クラッド２２及びクラッド２３と、を備える。コア２１、並びに、クラッド２２及び２３は、Ｘ軸方向に延在する。クラッド２２及びクラッド２３は、コア２１に対して、Ｚ軸方向の負の側及びＺ軸方向の正の側に位置する。クラッド２２は、コア２１から見て基板５０の側に位置する。クラッド２３は、コア２１から見て基板５０の反対側に位置する。クラッド２３は、コア２１から見て第２導波路３０の側に位置するともいえる。基板５０から見て、クラッド２２、コア２１、及び、クラッド２３が順番に積層されるともいえる。クラッド２２及びクラッド２３は、第１導波路２０と第２導波路３０の一部とが重なる方向に沿って、コア２１を挟んで位置するともいえる。クラッド２２及びクラッド２３は、第１導波路２０と第２導波路３０の一部とが重なる方向に沿って、コア２１の両側に位置するともいえる。コア２１は、基板５０の側に位置する第１面２１ａと、第１面２１ａの反対側に位置する第２面２１ｂとを有してよい。クラッド２２及びクラッド２３はそれぞれ、第１面２１ａ及び第２面２１ｂに接するように位置してよい。
【００３１】
図２に示すように、第２導波路３０は、コア３１と、非相反性部材３２と、クラッド３３、及びクラッド３４とを備える。コア３１は、円環形状のコアが全体としてＸ軸方向に延在する。非相反性部材３２は、Ｘ軸方向に延在する。クラッド３３及びクラッド３４は、円環形状クラッドが全体としてＸ軸方向に延在する。非相反性部材３２は、コア３１に対して、Ｚ軸方向の正の側に位置してよい。非相反性部材３２は、コア３１に対して、Ｚ軸方向の負の側に位置してよい。非相反性部材３２は、コア３１に対して、Ｙ軸方向の正の側又はＹ軸方向の負の側に並んで位置してよい。
【００３２】
図２に示すように、Ｘ軸に交差する断面から見たコア３１及び非相反性部材３２の形状は、点対称とならないように構成される。コア３１及び非相反性部材３２の形状は、さらに線対称とならないように構成される。コア３１と非相反性部材３２とは、まとめて非対称コアともいう。非対称コアは、コア３１と非相反性部材３２とを含んで構成される。非対称コアは、Ｘ軸に交差する断面の少なくとも一部に非相反性部材３２を有してよい。コア３１は、少なくとも１種類の誘電体を含んで構成されてよい。非相反性部材３２は、少なくとも１種類の誘電体の基板５０の側の面、又は、その反対側の面に接してよい。
【００３３】
非対称コアの断面が点対称に近いか否かを表す指標として、対称度が用いられうる。対称度は、非対称コアの断面形状と、所定点を中心としてその断面形状を１８０度回転させて得られる断面形状との間で、一致する部分が含まれる割合によって表されてよい。対称度が高い断面形状は、点対称に近いといえる。非対称コアは、その断面形状の対称度が低くなるように構成されてよい。
【００３４】
非対称コアの断面において、コア３１の面積は、非相反性部材３２の面積よりも大きく構成されてよい。このようにすることで、電磁波の大部分がコア３１の中で伝搬しうる。結果として、第２導波路３０における電磁波の損失が低減されうる。
【００３５】
非対称コアの断面は、非対称コアの中で伝搬する電磁波の強度が最大となる部分にコア３１が位置するように構成されてよい。このようにすることで、電磁波の強度が高い部分がコア３１の中で伝搬しうる。結果として、第２導波路３０における電磁波の損失が低減されうる。
【００３６】
クラッド３３及びクラッド３４は、非対称コアに対して、Ｚ軸方向の負の側及びＺ軸方向の正の側に位置する。クラッド３３は、非対称コアから見て基板５０の側に位置する。クラッド３４は、非対称コアから見て基板５０の反対側に位置する。クラッド３４は、非対称コアから見て第２導波路３０の側に位置するともいえる。基板５０から見て、クラッド３３、非対称コア、及び、クラッド３４が順番に積層されるともいえる。クラッド３３及びクラッド３４は、非対称コアを挟んで位置するともいえる。クラッド３３及びクラッド３４は、第１導波路２０と第２導波路３０とが重なる方向に沿って、非対称コアの両側に位置するともいえる。コア３１は、基板５０の側に位置する第１面３１ａと、第１面３１ａの反対側に位置する第２面３１ｂとを有してよい。クラッド３３及びクラッド３４はそれぞれ、第１面３１ａ及び第２面３１ｂに接するように位置してよい。
【００３７】
コア２１及びコア３１、並びに、クラッド２２、クラッド２３、クラッド３３及びクラッド３４は、誘電体を含んで構成されてよい。コア２１及びコア３１は、誘電体線路ともいう。コア２１の比誘電率は、クラッド２２及びクラッド２３それぞれの比誘電率よりも高くされてよい。コア３１の比誘電率は、クラッド３３及びクラッド３４それぞれの比誘電率よりも高くされてよい。クラッド２３とクラッド３３とは、同一の誘電体材料で構成されてよい。クラッド２３とクラッド３３とは、一体に構成されてよい。クラッド２３とクラッド３３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。コア２１及びコア３１、並びに、クラッド２２、クラッド２３、クラッド３３及びクラッド３４の比誘電率は、空気の比誘電率よりも高くされてよい。コア２１及びコア３１、並びに、クラッド２２、クラッド２３、クラッド３３及びクラッド３４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及び第２導波路３０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。
【００３８】
コア２１又はコア３１は、例えば、シリコン（Ｓｉ）で構成されてよい。クラッド２２、クラッド２３、クラッド３３又はクラッド３４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。コア２１又はコア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。
【００３９】
コア２１とクラッド２２及びクラッド２３とを含んで構成される第１導波路２０、並びに、非対称コアとクラッド３３及びクラッド３４とを含んで構成される第２導波路３０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及び第２導波路３０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及び第２導波路３０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及び第２導波路３０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。
【００４０】
コア２１又はコア３１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、コア２１の比誘電率は、Ｚ軸方向の中央部で最も高くなり、クラッド２２及びクラッド２３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、コア２１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。
【００４１】
第１ポート２１１を介して第１導波路２０の第１端２０１からコア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のコア２１の中で、第２端２０２に向けて伝搬する。第１端２０１から第２端２０２に向かう方向は、第１方向ともいう。
【００４２】
コア２１の中で伝搬する電磁波は、コア２１の中で第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導波路３０のコア３１に伝搬する。電磁波がコア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。
【００４３】
第２ポート２１２を介して第１導波路２０の第２端２０２からコア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のコア２１の中で、第１端２０１に向けて伝搬する。第２端２０２から第１端２０１に向かう方向は、第２方向ともいう。
【００４４】
コア２１の中で伝搬する電磁波は、コア２１の中で第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導波路３０のコア３１に伝搬する。電磁波がコア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。
【００４５】
第２導波路３０の非対称コアは、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。非対称コア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。
【００４６】
非相反性部材３２は、電磁波が第１方向に伝搬する場合と第２方向に伝搬する場合とにおいて、それぞれ異なる伝搬特性を有するような材料で構成されてよい。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は、非相反性材料ともいう。非相反性部材３２は、例えば、磁性ガーネット、フェライト、鉄、コバルトなどの磁性体を含んで構成されてよい。非相反性部材３２の比誘電率は、式（１）のようにテンソルで表されうる。
【数１】
2020086250.tif 000003
テンソルの各要素は、複素数で表されてよい。各要素の添え字として用いられている数字は、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸に対応してよい。要素として複素数を有し、比誘電率を表すテンソルは、複素比誘電率テンソルともいう。
【００４７】
非相反性部材３２は、非相反性材料を所定の濃度で含んでよい。所定の濃度は、Ｘ軸に交差する断面の中で変化してよい。所定の濃度は、アイソレータ１０に入力される電磁波の偏光方向に沿って見た少なくとも一部において変化してよい。
【００４８】
図３に示すように、非相反性部材３２は、Ｘ軸に交差する断面において、クラッド３３とクラッド３４との間に挿入されるように位置してよい。円環形状の第２導波路３０において、クラッド３３及びクラッド３４それぞれのＹ軸方向の寸法は、Ａで表される。円環形状の第２導波路３０において、コア３１及び非相反性部材３２それぞれのＺ軸方向の寸法は、Ｂで表される。円環形状の第２導波路３０において、非相反性部材３２のＹ軸方向の寸法は、Ｃで表される。例えば、非相反性部材３２は、コア３１とＹ軸に沿って並び、Ｙ軸方向の正の側に偏って位置する。第２導波路３０は、Ｘ軸方向の寸法が所定の長さとなるようにＸ軸方向に延在する。非相反性部材３２は、複素比誘電率テンソルで表される比誘電率を有する。
【００４９】
第２導波路３０において、第２導波路３０を第１方向に伝搬する電磁波の位相と、第２導波路３０を第２方向に伝搬する電磁波の位相と、の差がシミュレーションによって計算される。第１方向に伝搬する電磁波の位相と第２方向に伝搬する電磁波の位相との差は、位相差ともいう。
【００５０】
図４に示すように、位相差は、Ｃ／Ａの値に応じて変化しうる。Ｃ／Ａの値は、非対称コアをＺ軸方向に見て、非相反性部材３２によって占有される割合を表す。Ｃ／Ａの値が０．５に近づく場合に、位相差が大きくなる。位相差は、Ｃ／Ａの値を変化させることによって調整される。位相差が大きい場合、電磁波の減衰量の非相反性が大きくなる。つまり、位相差が大きいほど、電磁波が第１方向に伝搬する場合の減衰量と、第２方向に伝搬する場合の減衰量と、の差が大きくなる。第２導波路３０は、Ｃ／Ａの値が調整されることによって、電磁波の伝搬方向に応じて電磁波の減衰量が異なる性質を有するように構成される。電磁波の伝搬方向に応じて電磁波の減衰量が異なる性質は、非相反性ともいう。Ｃ／Ａの値が０．５に近づく場合、非対称コアの対称度が低くなるといえる。つまり、非対称コアの対称度が低くされることによって、第２導波路３０の非相反性が大きくされる。
【００５１】
図５に示すように、非相反性部材３２は、Ｘ軸に交差する断面において、コア３１とクラッド３４との間に挿入されるように位置してよい。円環形状の第２導波路３０において、コア３１のＹ軸方向の寸法は、Ａで表される。円環形状の第２導波路３０において、非相反性部材３２のＹ軸方向及びＺ軸方向それぞれの寸法は、Ｃ及びＤで表される。例えば、非相反性部材３２は、コア３１よりもＺ軸方向の正の側に位置し、第２導波路３０の中でＹ軸方向の正の側に偏って位置する。第２導波路３０は、Ｘ軸方向の寸法が所定の長さとなるようにＸ軸方向に延在する。非相反性部材３２は、複素比誘電率テンソルで表される比誘電率を有する。第２導波路３０において、第２導波路３０を第１方向に伝搬する電磁波の位相と、第２方向に伝搬する電磁波の位相と、の差がシミュレーションによって計算される。
【００５２】
図６に示すように、位相差は、Ｃ／Ａの値に応じて変化しうる。位相差とＣ／Ａの値との関係は、Ｄ／Ｂの値に応じて変化しうる。Ｃ／Ａの値が０．５に近づく場合に、位相差が大きくなる。位相差は、Ｃ／Ａの値を変化させることによって調整される。Ｄ／Ｂの値が大きくなる場合に、位相差が大きくなる。位相差は、Ｄ／Ｂの値を変化させることによって調整さる。第２導波路３０は、Ｃ／Ａの値及びＤ／Ｂの値が調整されることによって、非相反性を有するように構成される。Ｄ／Ｂの値が所定範囲で大きくなる場合、非対称コアの対称度が低くなるといえる。つまり、非対称コアの対称度が低くされることによって、第２導波路３０の非相反性が大きくされる。
【００５３】
図７に示すように、非相反性部材３２は、Ｘ軸に交差する断面において、コア３１とクラッド３４との間に挿入されるように位置してよい。この場合、非対称コアは点対称ではない。よって、第２導波路３０は、非相反性を有する。
【００５４】
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８に示すように、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９に示すように、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８及び図９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。
【００５５】
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る。
【００５６】
第１ポート２１１から第１導波路２０に入力された電磁波が第１方向に伝搬する場合、入力された電磁波のうち第２導波路３０に移った電磁波の少なくとも一部が端部３０２に到達する。第１結合係数が大きい場合、第１導波路２０に入力された電磁波のうち、第２導波路３０に移って、端部３０２に到達する電磁波の割合が大きくなる。この場合、第１導波路２０に入力された電磁波のうち、第２ポート２１２から出力される電磁波の割合が小さくなる。つまり、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２１２から出力される電磁波の強度の比が小さくなる。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２１２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。第１結合係数が大きい場合、第１方向に伝搬する電磁波に対する透過率が低くなる。一方で、第１結合係数が小さい場合、第２導波路３０に移る電磁波の割合が小さくなるので、第１方向に伝搬する電磁波に対する透過率が高くなる。
【００５７】
第２ポート２１２から第１導波路２０に入力され第２方向に伝搬する電磁波は、第１方向に伝搬する電磁波がアイソレータ１０から受ける作用と同一の作用を受けうる。その作用によって、第２方向に伝搬する電磁波の一部は、第２導波路３０の端部３０１に到達する。第２結合係数が大きい場合、第２方向に伝搬する電磁波に対する透過率が低くなる。第２結合係数が小さい場合、第２方向に伝搬する電磁波に対する透過率が高くなる。
【００５８】
第１結合係数と第２結合係数とが異なる場合、第１方向に伝搬する電磁波に対する透過率と、第２方向に伝搬する電磁波に対する透過率とが異なりうる。つまり、アイソレータ１０は、第１結合係数と第２結合係数とを異ならせることによって、一方向に電磁波を伝搬させやすくし、逆方向に電磁波を伝搬させにくくするように機能しうる。第２結合係数が第１結合係数よりも大きい場合、アイソレータ１０は、第１方向に電磁波を伝搬させやすくし、第２方向に電磁波を伝搬させにくくするように機能しうる。第１結合係数及び第２結合係数がそれぞれ略０及び略１とされる場合、第１方向に伝搬する電磁波に対する透過率と、第２方向に伝搬する電磁波に対する透過率との差が大きくされうる。結果として、アイソレータ１０の機能が向上されうる。
【００５９】
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８に示すように、アイソレータ１０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９に示すように、アイソレータ１０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。アイソレータ１０は、Ｌ１とＬ２とが異なるように構成されてよい。
【００６０】
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８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８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。図８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９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。
【００６１】
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。
【００６２】
アイソレータ１０の一方のポートに入力される電磁波のうち、他方のポートから出力されない電磁波の量は、減衰量ともいう。電磁波の減衰量が大きい場合、その電磁波の透過率は低いといえる。アイソレータ１０における第１方向及び第２方向に進む電磁波の減衰量は、有限要素法などを用いたシミュレーションによって算出されうる。
【００６３】
図１０に示すように、第２方向に伝搬する電磁波の減衰量と電磁波の周波数との関係は、Ｓ１２で表される実線のグラフで表され、第１方向に伝搬する電磁波の減衰量と電磁波の周波数との関係は、Ｓ２１で表される破線のグラフで表される。グラフの横軸及び縦軸はそれぞれ、第１導波路２０を伝搬する電磁波の周波数、及び、その電磁波の減衰量を表す。電磁波の減衰量は、デシベル（ｄＢ）を単位として表される。縦軸に沿って見て上方に位置するプロットは、電磁波の減衰量が少ないことを表す。縦軸に沿って見て下方に位置するプロットは、電磁波の減衰量が多いことを表す。
【００６４】
図１０に示すように、ｆｂ１で表される所定の周波数帯において、Ｓ１２で表される第２方向に伝搬する電磁波の減衰量は、Ｓ２１で表される第１方向に伝搬する電磁波の減衰量よりも大きくなりうる。この場合、アイソレータ１０は、所定の周波数帯の電磁波を、第１ポート２１１から第２ポート２１２に向けて伝搬させやすくする一方で、第２ポート２１２から第１ポート２１１へ伝搬させにくくするように機能しうる。アイソレータ１０が電磁波の伝搬方向ごとに減衰量を異ならせるように機能しうる所定の周波数帯は、アイソレータ１０の動作周波数ともいう。アイソレータ１０の動作周波数は、アイソレータ１０の構成に基づいて、任意に決定されうる。つまり、任意の動作周波数において、第１結合係数よりも第２結合係数の方が大きくされうる。
【００６５】
アイソレータ１０は、第１方向に伝搬する電磁波に対する透過率と第２方向に伝搬する電磁波に対する透過率とを異ならせる機能を有する。このような機能は、図１１に示す比較例に係るアイソレータ９０によっても実現されうる。
【００６６】
アイソレータ９０は、入力端９１と、分岐結合器９２と、相反移相器９３と、非相反移相器９４と、分岐結合器９５と、出力端９６とを備える。入力端９１から入力された電磁波は、分岐結合器９２で分岐され、相反移相器９３と非相反移相器９４とに伝搬する。電磁波は、相反移相器９３と非相反移相器９４とでそれぞれ移相され、分岐結合器９５で結合され、出力端９６に伝搬する。相反移相器９３と非相反移相器９４とは、入力端９１から入力された電磁波が出力端９６から出力されるように構成されうる。一方で、出力端９６から入力された電磁波は、分岐結合器９５で分岐され、相反移相器９３と非相反移相器９４とに伝搬する。電磁波は、相反移相器９３と非相反移相器９４とでそれぞれ移相され、分岐結合器９２で結合され、入力端９１に伝搬する。相反移相器９３と非相反移相器９４とは、出力端９６から入力された電磁波が入力端９１からは出力されないように構成されうる。
【００６７】
比較例に係るアイソレータ９０において、非相反移相器９４、並びに、分岐結合器９２及び９５における電磁波の損失が比較的大きい。一方、第１実施形態に係るアイソレータ１０において、電磁波は原則としてコア３１を伝搬する。また、第１実施形態に係るアイソレータ１０において、第２導波路３０を円環形状とすることで、第２導波路３０における非相反部導波路の非相反性を大きくすることができる。また、第１実施形態に係るアイソレータ１０において、第２導波路３０を円環形状とすることで、Ｘ軸方向に延在する第２導波路３０が短い長さであっても所望の特性を実現できる。結果として、第１実施形態に係るアイソレータ１０における電磁波の損失は、比較例に係るアイソレータ９０における電磁波の損失よりも小さくなりうる。つまり、第１実施形態に係るアイソレータ１０は、小型でありながらも、電磁波の損失を低減させることができる。第１実施形態に係るアイソレータ１０において、第１導波路２０及び第２導波路３０はそれぞれ、相反線路及び非相反線路ともいう。
【００６８】
比較例に係るアイソレータ９０において、非相反移相器９４、並びに、分岐結合器９２及び９５は、直列に接続されるように実装され、小型化されにくい。一方、第１実施形態に係るアイソレータ１０は、第１導波路２０と第２導波路３０とが重なることで、基板５０の上で小型化されやすい。結果として、第１実施形態に係るアイソレータ１０は、基板５０の上で、集積して実装されうる。つまり、第１実施形態に係るアイソレータ１０は、集積化された構成によって、電磁波を一方向に透過しやすく、逆方向に透過しにくいように機能しうる。
【００６９】
図１２に示すように、第１導波路２０は、整合調整回路２５を含んでよい。整合調整回路２５は、第１導波路２０の中で伝搬する電磁波の周波数ごとの伝搬特性を調整しうる。整合調整回路２５は、例えば、図１３に示すように、コア２１が複数の孔部２４を有する構造として設けられてよい。図１３において、第２導波路３０は、二点鎖線の仮想線で示される。孔部２４は、Ｙ軸方向にコア２１を貫通してよい。孔部２４は、コア２１の第１面２１ａから第２面２１ｂまで貫通してよい。孔部２４は、Ｙ軸方向にクラッド２２及び２３まで貫通してもよい。孔部２４は、Ｘ軸方向に並んでよい。つまり、孔部２４は、コア２１が延在する方向に並んでよい。孔部２４の数は、９個に限られない。孔部２４をＺ軸方向から見た形状は、矩形状に限られず、円状又は多角形状などの種々の形状であってよい。
【００７０】
孔部２４は、Ｘ軸方向に周期的に並んでよい。コア２１がＸ軸方向に周期的に並ぶ孔部２４を有する場合、コア２１を含む第１導波路２０は、ブラッグ回折格子を構成しうる。第１導波路２０に第１ポート２１１から電磁波が入力された場合、入力された電磁波のうちブラッグ反射条件を満たす波長を有する電磁波は、反射されて第１ポート２１１に戻りうる。一方で、その他の波長を有する電磁波は、第２ポート２１２に向けて伝搬しうる。つまり、孔部２４を備える第１導波路２０は、所定の波長を有する電磁波に対するフィルタとして機能しうる。
【００７１】
第１導波路２０が整合調整回路２５を含む場合、例えば、図１４に示すように、ｆｂ２で表される所定の周波数帯において、Ｓ２１で表される第１方向に伝搬する電磁波の減衰量は、Ｓ１２で表される第２方向に伝搬する電磁波の減衰量よりも大きくなりうる。ｆｂ２は、図１０のｆｂ１で示される周波数帯と異なる周波数帯とされてよい。整合調整回路２５の構成が調整されることによって、ｆｂ２は、ｆｂ１で示される周波数帯よりも、高い周波数帯とされたり、低い周波数帯とされたりする。図１４のグラフに関して図１０のグラフと共通する事項の説明は省略される。
【００７２】
非相反性部材３２は、所定方向の磁場が印加される場合に非相反性を有するように構成されてよい。非相反性部材３２は、Ｚ軸方向の成分を有する磁場が印加される場合に非相反性を有するように構成されてよい。所定方向は、Ｚ軸方向に限られず、種々の方向であってよい。所定方向は、非対称コアの断面形状、又は、対称度に基づいて決定されてよい。非相反性部材３２は、磁場の強度又は向きの変化に応じて異なる大きさの非相反性を有するように構成されてよい。アイソレータ１０がこのように構成されることで、非相反性部材３２が非相反性を有するか否か、又は、非相反性部材３２が有する非相反性の大きさが制御されうる。
【００７３】
図１５に示すように、アイソレータ１０は、磁場を印加する磁場印加部８０をさらに備えてよい。磁場印加部８０は、第２導波路３０に対してＺ軸方向の正の側に位置してよい。磁場印加部８０は、第２導波路３０に対して第１導波路２０を介して基板５０の側に位置してよい。磁場印加部８０は、図１５に例示される態様とは異なる態様で位置してもよい。磁場印加部８０は、フェライト磁石又はネオジム磁石などの永久磁石であってよい。磁場印加部８０は、電磁石であってもよい。
【００７４】
平行導波路における電磁波の伝搬モードは、偶モードと奇モードとを含みうる。偶モードは、平行導波路を構成する各導波路において、伝搬する電磁波の電場が同じ方向を向くモードである。奇モードは、平行導波路を構成する各導波路において、伝搬する電磁波の電場が反対の方向を向くモードである。電磁波は、平行導波路の実効屈折率に基づいて、平行導波路を伝搬しうる。平行導波路の実効屈折率は、平行導波路を構成する各導波路の形状、導波路を構成する材料の比誘電率、又は、電磁波の伝搬モードなどに基づいて決定されうる。電磁波が偶モードで伝搬する場合の平行導波路の実効屈折率は、偶モード屈折率ともいう。電磁波が奇モードで伝搬する場合の平行導波路の実効屈折率は、奇モード屈折率ともいう。偶モード屈折率及び奇モード屈折率はそれぞれ、ｎｅｖｅｎ及びｎｏｄｄと表される。平行導波路における結合長は、以下の式（２）で表されうる。
【数２】
2020086250.tif 000004
（Ｌ：結合長、ｍ：奇数、λ０：真空中の波長）
【００７５】
アイソレータ１０は、光を入力する構成と組み合わされて使用されうる。この場合、アイソレータ１０は、光アイソレータともいう。図１６に示すように、光源装置１００は、アイソレータ１０と、光源１１０と、レンズ１１２と、光源１１０に電力を供給する電源１１４とを含む。光源１１０は、例えば、ＬＤ（Laser Diode）又はＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting LASER）などの半導体レーザであってよい。光源１１０は、基板５０上に形成されてよい。
【００７６】
レンズ１１２は、光源１１０から出力された光を、アイソレータ１０の第１導波路２０の第１ポート２１１に集光させる。レンズ１１２の形状は特に限定されない。レンズ１１２として、小球レンズ、両凸レンズ、又は平凸レンズなどが採用されうる。レンズ１１２は、伝搬される光の波長に対して光透過性の材料を含んで構成されてよい。
【００７７】
光源１１０は、レンズ１１２を介して第１ポート２１１に光学的に接続されるともいえる。光源１１０、レンズ１１２、及び、第１ポート２１１は、位置ずれを生じないように相互の位置関係が固定されてよい。光源１１０、レンズ１１２、及び、第１ポート２１１は、基板５０の上に一体として集積されてよい。光源１１０は、偏光方向がＹ軸方向となるような直線偏光の光を、第１ポート２１１に入力してよい。光源装置１００は、レンズ１１２を有しなくてもよい。光源装置１００は、レンズ１１２を有しない場合、光源１１０から出射した光を第１ポート２１１に直接入力してよい。
【００７８】
光源１１０から第１ポート２１１への光の入力方法は、光源１１０の光を直接又はレンズ１１２を介して入力する方法に限られない。光源１１０は、光ファイバを介して第１ポート２１１に結合してよい。光ファイバを伝搬する光を第１ポート２１１に入力する方法は、レンズなどを介して自由空間を接続する方法、光ファイバの出射面と第１ポート２１１とを直接突き合わせる方法、又は、接続導波路１２０（図１７参照）を用いる方法など、種々の方法を含んでよい。
【００７９】
光源装置１００は、光源１１０とアイソレータ１０とを備えることによって、光源１１０から出力される光を、アイソレータ１０を通して第１方向に向けて出力しうる。一方で、光源装置１００は、アイソレータ１０によって第２方向に戻る光を伝搬させにくくし、光源１１０の側に光が戻りにくくしうる。結果として、光が効率よく出力されうる。
【００８０】
光源装置１００において、第１導波路２０が基板面５０ａに接するように構成されてよい。つまり、第１導波路２０が第２導波路３０より基板面５０ａに近い側に位置してよい。このようにすることで、基板５０の上に集積された光源１１０と第１ポート２１１とが容易に光学的に接続されうる。
【００８１】
図１７に示すように、接続導波路１２０は、コア１２１とクラッド１２２及びクラッド１２３とを有してよい。コア１２１の比誘電率は、第１導波路２０のコア２１の比誘電率と略同一であってよい。コア１２１は、コア２１と同じ材料で形成されてよい。クラッド１２２及びクラッド１２３の比誘電率は、コア１２１の比誘電率よりも低くされてよい。クラッド１２２及びクラッド１２３の比誘電率は、第１導波路２０のクラッド２２及びクラッド２３の比誘電率と略同一であってよい。クラッド１２２及びクラッド１２３は、クラッド２２及びクラッド２３と同じ材料で形成されてよい。コア１２１のＸ軸の正の方向の側の端面は、コア２１のＸ軸の負の方向の側の端面に位置する第１ポート２１１と接する。コア１２１のＺ軸方向の厚みは、第１導波路２０のコア２１のＺ軸方向の厚みよりも厚くてよい。コア１２１のＺ軸方向の厚みは、第１導波路２０のコア２１のＺ軸方向の厚みと略同一であってもよい。
【００８２】
コア１２１にＸ軸の負の方向の側から入力される光は、Ｙ軸方向を偏光方向とする直線偏光であってよい。言い換えれば、コア１２１にＸ軸の負の方向の側から入力される光の偏光方向は、基板面５０ａに平行であってよい。基板５０の上に集積された光源１１０が半導体レーザである場合、半導体レーザが射出する光の偏光方向は基板面５０ａに平行となる。半導体レーザは、基板５０の上に集積しやすい。結果として、光源装置１００の形成が容易になりうる。
【００８３】
コア１２１とコア２１との接続部において、コア１２１のＹ軸方向の幅は、コア２１のＹ軸方向の幅と略同一であってよい。コア１２１及びコア２１のＹ軸方向の幅が、コア１２１とコア２１との接続部で不連続に変化する場合、Ｙ軸方向を偏光方向とする光は、接続部において放射しやすくなる。コア１２１とコア２１との接続部において、コア１２１及びコア２１それぞれのＹ軸方向の幅が略同一とされることで、放射による損失が低減されうる。
【００８４】
図１８に示すように、接続導波路１２０のコア１２１は、第１導波路２０のコア２１との接続部に近づくにつれて、Ｚ軸方向の厚みが薄くなるテーパ形状に構成されてよい。このようにすることで、接続導波路１２０にＹ軸方向を偏光方向とする光が入力された場合に、入力された光は、コア２１における光の伝搬モードに整合されうる。コア１２１からコア２１に光が入射する際、光の伝搬モードの不整合が発生しにくくなる。結果として、コア１２１からコア２１に光が入射する際の損失の発生が低減されうる。
【００８５】
＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態に係るアイソレータ１０Ａについて説明する。
【００８６】
第１実施形態に係るアイソレータ１０と第２実施形態に係るアイソレータ１０Ａとで異なる点は、第１実施形態に係るアイソレータ１０では、第１導波路２０と第２導波路３０とが、Ｚ軸方向に沿って位置するのに対して、第２実施形態に係るアイソレータ１０Ａでは、第１導波路２０と第２導波路３０とが、Ｙ軸方向に沿って位置する点である。なお、その他の構成は、第１実施形態に係るアイソレータ１０と同じであるため、重複した説明を省略する。
【００８７】
図１９に示すように、第２実施形態に係るアイソレータ１０Ａは、基板面５０ａを有する基板５０の上において、基板面５０ａに沿って位置する直線形状の第１導波路２０と、円環形状の第２導波路３０と、を備える。
【００８８】
第１導波路２０と第２導波路３０とは、基板面５０ａを有する基板５０の上において、基板面５０ａに沿って位置し、基板面５０ａと平行に並んで位置する。
【００８９】
第１導波路２０は、Ｘ軸方向に延在し、基板面５０ａに接する。第１導波路２０は、Ｘ軸方向の正の側及びＸ軸方向の負の側それぞれに、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及び第２端２０２それぞれに、電磁波が入出力される第１ポート２１１及び第２ポート２１２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軸に沿って第２ポート２１２に向けて進む。第２ポート２１２から第１導波路２０に入力される電磁波は、Ｘ軸に沿って第１ポート２１１に向けて進む。第１ポート２１１及び第２ポート２１２はそれぞれ、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。
【００９０】
第２導波路３０は、Ｘ軸方向に延在し、基板面５０ａに接する。第２導波路３０は、円環形状を有し、光学的に断絶なく繋がっている。円環形状は、少なくとも光学的に断絶なく繋がっていれば、その形状が特に限定されるものではない。第２導波路３０を円環形状とすることで、第２導波路３０における非相反部導波路の非相反性を大きくすることができる。また、第２導波路３０を円環形状とすることで、Ｘ軸方向に延在する第２導波路３０が短い長さであっても所望の特性を実現できる。これにより、アイソレータ１０Ａの小型化を図りつつ挿入損失を低減させることができる。
【００９１】
第２導波路３０は、Ｘ軸方向の正の側及びＸ軸方向の負の側それぞれに、端部３０１及び端部３０２を有する。なお、図１９では、第２導波路３０の数が１つである場合を一例に挙げて説明しているが、１つに限られず、第２導波路３０の数は、２つ以上であってよい。
【００９２】
第２実施形態に係るアイソレータ１０Ａにおいて、第２導波路３０を円環形状とすることで、第２導波路３０における非相反部導波路の非相反性を大きくすることができる。また、第２実施形態に係るアイソレータ１０Ａにおいて、第２導波路３０を円環形状とすることで、Ｘ軸方向に延在する第２導波路３０が短い長さであっても所望の特性を実現できる。結果として、第２実施形態に係るアイソレータ１０Ａにおける電磁波の損失は、比較例に係るアイソレータ９０における電磁波の損失よりも小さくなりうる。つまり、第２実施形態に係るアイソレータ１０Ａは、小型でありながらも、電磁波の損失を低減させることができる。
【００９３】
第１実施形態に係るアイソレータ１０のように、第１導波路２０と第２導波路３０とが基板面５０ａから見て互いに重なるように位置する場合、アイソレータ１０を製造する際、Ｚ軸方向において、各導波路のサイズを調整し易いというメリットがある。一方で、第２実施形態に係るアイソレータ１０Ａのように、第１導波路２０と第２導波路３０とが基板面５０ａと平行に並んで位置する場合、アイソレータ１０Ａの製造工程が比較的容易になるというメリットがある。
【００９４】
本開示に係るアイソレータ１０、アイソレータ１０Ａ及び光源装置１００は、変調機能を有する光送受信機に搭載されてよい。本開示に係るアイソレータ１０、アイソレータ１０Ａは、光スイッチ又は光増幅器に用いられてよい。本開示に係るアイソレータ１０、アイソレータ１０Ａは、デバイスで用いられてよい。本開示に係るアイソレータ１０、アイソレータ１０Ａを備えるデバイスは、データセンターにおいて通信するために用いられてよい。
【００９５】
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。
【００９６】
本開示において「第１」及び「第２」などの記載は、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」など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」など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。
【００９７】
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。
【符号の説明】
【００９８】
１０            アイソレータ
２０            第１導波路
２０１          第１端
２０２          第２端
２１            コア
２１１          第１ポート
２１２          第２ポート
２２、２３      クラッド
２４            孔部
２５            整合調整回路
３０            第２導波路
３０１、３０２  端部
３１            コア
３２            非相反性部材
３３、３４      クラッド
４０            クラッド
５０            基板
５０ａ          基板面
８０            磁場印加部
１００          光源装置
１１０          光源
１１２          レンズ
１１４          電源
１２０          接続導波路
１２１          コア
１２２、１２３  クラッド
【図１】
2020086250.tif 000005
【図２】
2020086250.tif 000006
【図３】
2020086250.tif 000007
【図４】
2020086250.tif 000008
【図５】
2020086250.tif 000009
【図６】
2020086250.tif 000010
【図７】
2020086250.tif 000011
【図８】
2020086250.tif 000012
【図９】
2020086250.tif 000013
【図１０】
2020086250.tif 000014
【図１１】
2020086250.tif 000015
【図１２】
2020086250.tif 000016
【図１３】
2020086250.tif 000017
【図１４】
2020086250.tif 000018
【図１５】
2020086250.tif 000019
【図１６】
2020086250.tif 000020
【図１７】
2020086250.tif 000021
【図１８】
2020086250.tif 000022
【図１９】
2020086250.tif 000023