(57)【要約】【課題】  光通信用の光素子に対し高水準のモノリシック集積化が可能な光アイソレータを提供する。【解決手段】入力端に入ってくる光は、互いに異なる方向に磁化された２つのアーム(130、140)を過ぎ、逆方向に非相反的位相変位を持つようになる。光が第１MMI光分配器(110)から第２MMI光分配器(120)に伝わる場合は、第1アーム(130)に伝わる光はλ／8ほどの非相反的位相変位を有し、第２アーム(140)に伝わる光は−λ／8ほどの位相変位を有するようになる。即ち、二つの光の非相反的位相変位は−λ／4になる。また、相反的位相変位であるλ／4があるので、MMI光分配器(110、120)では、二つの光の位相変位が０になって伝わる。光が第２MMI光分配器(120)から第１MMI光分配器(110)に伝わる場合は、非相反的位相変位がλ／4になり、総位相値はλ／2ほどの位相値を有するようになり消滅する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と；
前記基板上にウエハ直接接合法により形成された２つのMMI光分配器と；
前記MMI光分配器から分配された２つのアーム上に形成されたクラッド層と；
前記クラッド層に形成され、互いに逆方向の磁場を形成する電極を含むことを特徴とする光アイソレータ。
【請求項２】
請求項１において、
前記MMI光分配器は、入力される光を同じパワーを有する２つの光に分配することを特徴とする光アイソレータ。
【請求項３】
請求項１において、
前記クラッド層は、非相反的位相変位を提供する磁気光学物質からなることを特徴とする光アイソレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光集積回路（光ＩＣ）に関するものであり、詳細には多重モード干渉型(Multi-Mode Interference : MMI)構造及び非相反的位相変位（nonreciprocal phase shift）を提供する磁気光学物質からなるクラッド（cladding）層を利用し、光進行時に発生する不必要な反射光を除去し、短いサイズの集積化が可能なMMI構造の光アイソレータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
今日、光通信システム分野は急激な速度で発展しており、特に様々な光学的構成要素、すなわち光変調器、半導体レーザー、光増幅器のような光通信用光素子に対し高水準のモノリシック集積化を必要とする。
このような光集積化において、様々な光素子の安定な動作を保障するためには、光が進行するとき発生する不必要な反射光から光素子を保護する光アイソレータが必須である。
【０００３】
既存の光アイソレータはバルク形態の磁気光学物質を用い製作されたため、モノリシック集積化が不可能であった。このため、それぞれの光素子と光絶縁体を整列しパッケージ化する方式を採った。従って、光アイソレータを光素子とともに集積化する技術が要求されたが、それは常温で磁化される磁気光学物質を利用することで可能であった。
【０００４】
現在、磁気光学物質を利用した光アイソレータに関する研究が活発に進められており、代表的なものとして非特許文献１に記載された磁気光学物質が光導波路にガイド層として活用される方法、及び非特許文献１に記載されたクラッド層に活用される方法等がある。
【０００５】
図4は、従来の技術によるマッハゼンダー干渉系型光アイソレータの構造図である。図4を参照すれば、既存の光アイソレータは２つのY-分配器(20、30)を連結した形態のマッハゼンダー干渉系(Mach Zehnder interferometer)構造を持っており、入力される光は２つのアーム(40、50)を介し分配された後、再結合される構成を持つ。ここで、未説明符号(10)はクラッド層である。
【非特許文献１】J. Fujita, et al. Appl. Phys. Lett., 76, 2158(2000)
【非特許文献２】H. Yokoi, et al. Appl Opt., 39, 6158(2000)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、マッハゼンダー干渉系は入力された光を分配するY-分配器領域が数mmの工程長を含んでおり、光を２つのアームに分配して再結合するためには、数mm単位の長さが必要であるため集積化に限界がある。
本発明は、前記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、光通信用の光素子に対し高水準のモノリシック集積化が可能な光アイソレータを提供するものである。
本発明の他の目的は、MMI構造を利用し、短いサイズの集積化が可能なMMI構造の光アイソレータを具現するものである。
本発明のまた他の目的は、非相反的位相変位を提供する磁気光学物質からなるクラッド層を用い光進行時に発生する不必要な反射光を除去する光アイソレータを具現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記した本発明の目的を達成するための本発明は、基板と；前記基板上にウエハ直接接合法により形成された２つのMMI光分配器と；前記MMI光分配器から分配された２つのアーム上に形成されたクラッド層と；前記クラッド層に形成され、互いに逆方向の磁場を形成する電極とを含むことを特徴とする。
また、前記MMI光分配器は、入力される光を同じパワーを有する２つの光に分配することを特徴とする。
さらに、前記クラッド層は、非相反的位相変位を提供する磁気光学物質(Ce : YIG)からなることを特徴とする。
【０００８】
MMI構造の基本的理論は、Baojun Li, Guozheng Li, Enke Liu, Zuimin Jiang, Jie Qin, Xun Wang, “Low-Loss 1×2 multimode interference wavelength demultiplexer in Silicon-Germanium alloy,” IEEE Photo. Tech. Lett. Vol. 11, pp. 575〜577, 1999; L.B. Soldano and E.C.M. Pennings, “Optical Multi Mode Interference Device Based on Self-Imaging: Principles and Application”, J. Lightwave Technology. Vol. 13(4), pp. 615〜627, 1995で扱っている。
【０００９】
MMI構造は、入力光を分配する領域が数百μmの長さで短くなるという長所を持つ。したがって、入力光を分配し、分配された入力光を再結合する２つのMMIを用いた干渉系を適用すれば、既存のマッハゼンダー干渉系を適用したときよりも入力光を分配する領域が数十μmないし数百μm短くなる光アイソレータを製作することができる。また、MMI構造は製作時の許容誤差が大きいため製作が容易で収率を高めることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、MMI構造と非相反的位相変位を提供する磁気光学物質からなるクラッド層を利用することによって、短いサイズの集積化が可能な光アイソレータを具現できるという長所を提供する。
また、入力光を分配する領域が数十μmないし数百μm短くなる光アイソレータを製作することができ、製作時の許容誤差が大きいため製作が容易で収率も高めることができるという長所を提供できる。
したがって、高水準の光集積化を具現できるようになり、光情報処理システムに多大な影響を及ぼすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、添付した図面を参照しながら、本発明による望ましい実施例を説明する。
図１は、本発明によるMMI構造を用いた光アイソレータの構造図である。
図１によれば、本発明の光アイソレータは、基板(100)と、前記基板(100)にウエハ直接接合法（direct wafer bonding method）により形成された２つのMMI光分配器(110、120)と、前記MMI分配器(110、120)から分配された２つのアーム(130、140)上に形成されたクラッド層(150)と、前記クラッド(150)上に形成された電極(160)とから構成される。
上記クラッド層(150)は、非相反的位相変位を提供する磁気光学物質(Ce : YIG)からなる。
【００１２】
前記電極(160)は、前記MMI光分配器(110、120)の平面に平行して互いに逆方向に磁場を形成させるように設計され電流が注入されるとき、磁気光学物質が磁化されるようにする。
また、前記２つのアーム(130、140)の経路差がλ／4になるように製作することによって、MMI光分配器の相反的位相変位がλ／4になるようにする。
【００１３】
入力端に入ってくる光はMMI光分配器(110、120)により同じパワーを持つ光に分配される。そして、入力端に入ってくる光は、互いに異なる方向に磁化された２つのアーム(130、140)を過ぎるようになり、逆方向に非相反的位相変位を持つようになる。例えば、光が前向き方向、すなわち第１MMI光分配器(110)から第２MMI光分配器(120)に伝わる場合には、第1アーム(130)に伝わる光はλ／8ほどの非相反的位相変位を有し、第２アーム(140)に伝わる光は−λ／8ほどの位相変位を有するようになる。即ち、二つの光の非相反的位相変位は−λ／4になる。また、相反的位相変位であるλ／4があるので、MMI光分配器(110、120)では、二つの光の位相変位が０になって伝わるようになる。しかし、光が後向き方向、すなわち第２MMI光分配器(120)から第１MMI光分配器(110)に伝わる場合には、非相反的位相変位がλ／4になり、総位相差はλ／2になって消滅するようになる。
【００１４】
図２は、図１のMMI構造を利用した光アイソレータのBMPシミュレーション結果を示すグラフである。
図２を参照すれば、第１MMI光分配器(MMI#1)で入力された二つの入力光は、同じ位相で二つのアーム(130、140)に分配され、分配された二つの出力光は、第２MMI光分配器(MMI#2)の入力で再結合され、最終出力光が発生する。このような場合に、第１MMI光分配器(MMI#1)と第２MMI光分配器(MMI#2)の連結部分のうち一方のアームに位相変位を与えるようにすれば、第２MMI光分配器(MMI#2)で二つの入力光の位相差により干渉現象が起こるようになり、最終出力光の変化が発生する。
【００１５】
図3は、図１に使用されたMMI構造において50対50で光を分配する場合にMMI幅の変化に対するMMIの長さの変化を解析した結果である。図示されたように、MMI幅の変化によってMMIの長さが数百μmに減少されることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明によるMMI構造を用いた光アイソレータの構造図である。
【図２】MMI構造を用いた光アイソレータのBPMシミュレーション結果を図示したグラフである。
【図３】MMIの幅による長さの変化を図示したグラフである。
【図４】従来の技術によるマッハゼンダー干渉系型光アイソレータの構造図である。
【符号の説明】
【００１７】
100・・・基板、110，120・・・MMI光分配器、130，140・・・アーム、150・・・クラッド層、160・・・電極。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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