光隔离器制造技术

具有衬底、与该衬底晶格匹配的波导层、非互易移相器，在波导层上形成在波导层中导波的波导路径及弯曲波导路径、并设置分支耦合器的光隔离器，改变波导层的半导体组成，使其折射率大于３．３６。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及小型化结构的光隔离器，尤其涉及改变与衬底晶格匹配的波导层的半导体组成以增大折射率、同时减小弯曲波导路径容许曲率半径、使用多模干涉型分支耦合器以缩短器件长度的小型化结构的光隔离器。
技术介绍
光隔离器是使光只向一个方向通过、阻止反向传输的光的元件。例如，将光隔离器设置在半导体激光器出射端后，从激光器射出的光透过光隔离器，能够作为光纤通信用的光源来使用。相反，要通过光隔离器向半导体激光器入射的光，被光隔离器阻止，无法入射到半导体激光器。如果半导体激光器出射端不设置光隔离器，反射回来的光会入射到半导体激光器，导致半导体激光器振荡特性劣化。即，光隔离器遮住要入射到半导体激光器的光，不会使半导体激光器特性退化，有保持稳定振荡的作用。 不仅是上述半导体激光器，光放大器等光有源元件中，未预料的光反向入射，会导致元件工作特性退化。光隔离器使光只向一个方向通过，所以能够防止未预料的光反向入射到光有元元件。 光隔离器的工作原理如第1图所示。光隔离器，使用构成光干涉仪的两个光波导路径中发生的、大小随传输方向而不同的相位变化(以下称为“非互易移相效应”)进行设定，对于前向波，使两个光波导路径中传输的光波为同相，对于反向传输的返波，使之为反相。 两个光波为同相时，由结构的对称性，设置在输出侧的分支耦合器中，从中央的输出端输出。 另外，为反相时，由结构的对称性，在设置在输入侧的分支耦合器中，形成反对称的分布，所以不从耦合器的中央输出端输出，从设置在中央输出端两侧的无用光输出端输出。 即，从图中左侧的分支耦合器的中央输入端入射的光波，从图中右侧的分支耦合器的中央输出端输出，而从图中右侧的分支耦合器的中央输出端入射的光波，不会锁入图中左侧的分支耦合器的中央输入端，能够隔离从图中右侧的分支耦合器的中央输出端入射的反向传输光。 为了实现光隔离器的这种光分支耦合特性的工作，需要一定量的非互易移相效应。在平面状的波导路径中设置磁光材料(具有磁光效应的材料)，从外部向波导路径面内垂直于传输方向的方向(横向)施加磁场，使磁光材料的磁化定向，由此可以产生非互易移相效应。由光传输方向与磁化定向方向的关系，决定磁光效应引起的相位变化，若保持磁化方向不变地使传输方向反转，则相位变化会不同。 第1图所示的光隔离器中，向构成干涉仪的两个波导路径施加相互反平行的磁场，所以在两个波导路径中传输相同距离时的光波相位差，与非互易移相量(前向波与返波的相位变化差)一致。另外，对于前向波，因非互易移相效应，两个波导路径间产生+φ的相位差时，对于返波，产生符号与之相反的-φ的相位差。 这里，构成干涉仪的两个波导路径中，设置了相当于1/4波长的光程差。其目的在于，无论什么方向，在光程长的波导路径中传输的光，给予π/2的相位变化。即，对于前向波，光程长的波导路径与短的波导路径相比，非互易移相效应产生的相位差(以下称为“非互易移相相位差”)为-π/2时，对于前向波，两个波导路径中传输的光波为同相。这时，若使传输方向反转，则非互易移相相位差的符号也反转，光程长的波导路径给予非互易移相相位差+π/2。此数值加上光程差产生的+π/2的相位差，在反相状态下输入到分支耦合器。如上述，可以得出结论:第1图的干涉型光隔离器中，需要π/2的非互易移相相位差。 以往，相当于与半导体激光器集成化的光隔离器，有人提出了第2图的立体图所示的干涉型光隔离器101。 该以往的光隔离器101的结构为:在化合物半导体衬底102上设置使用了半导体材料的波导层103，在该波导层103上设置波导路径104和分支耦合器105，再在波导层103上设置非互易移相器106。并且，非互易移相器106的结构为:具有由磁光材料构成的包层107和用于将磁光材料的磁化统一为规定方向的磁场施加部件108，在包层107上设置磁场施加部件108。 第3图表示该光隔离器101的器件尺寸例的示意俯视图。 该光隔离器101中，衬底102使用InP，波导层103使用折射率3.36的GaInAsP(带隙波长λg＝1.25μm，与InP衬底102晶格匹配)，包层107使用Ce:YIG(半导体激光器的工作波长λ＝1.55μm中，法拉第旋转系数＝-4500deg/cm)。 另外，非互易移相相位差与传输距离成比例。因此，单位传输长度的非互易移相效应较大时，能够缩短发生π/2相位差所必需的传输距离。该光隔离器101的波导路径104的结构中，单位传输长度的非互易移相量为0.256mm-1，得到π/2的非互易相位差所需的传输距离为6.14mm。 分支耦合器105使用锥状分支耦合器，为了得到上述光隔离器101的工作所需的分支耦合特性，如第4图的分支耦合器105示意结构图所示，耦合部分的波导路径(以下称为“耦合波导路径”)的长度为0.41mm。 并且，耦合波导路径前后需要设置S字形的弯曲波导路径部分，由折射率3.36的GaInAsP的波导层103形成拱形波导路径时，如第3图所示，弯曲波导路径部分的长度必须为0.78mm。 即，该以往的光隔离器101中，波导路径104弯曲部分的长度为0.78×4＝3.12mm，锥状分支耦合器105的长度为0.41×2＝0.82mm，非互易移相器106的长度须为6.14mm，结果光隔离器101的纵向器件长度须为10.08mm。 该以往光隔离器101宽度方向的器件长度由S字形弯曲波导路径的容许曲率半径和横向移位量决定。横向移位量是以1个S字形弯曲波导路径需要0.15mm为条件设计的。即，相当于非互易移相器106正下方的波导路径104的部分，必须施加反平行的磁场，所以两个波导路径间隔须为0.3mm。另外，这时S字形的弯曲波导路径曲率半径(R)需要1.0mm。 但是，具有上述结构的以往的光隔离器中，与光传输方向垂直的方向(横向)长度为波导路径宽度(几μm)的几倍～几十倍(几μm～100μm)，在小型化上是没有大的问题，但元件长度(沿光传输方向的元件长度)就变成毫米等级，对于光集成电路的小型化来说，就是大问题了。
技术实现思路
本专利技术是鉴于上述问题点专利技术的，本专利技术的目的在于提供一种光隔离器:增大波导层折射率的同时，设定各折射率中得到最大非互易移相量的波导层厚度，确保工作波长与带隙波长的差，缩短器件长度。 关于本专利技术涉及光隔离器，本专利技术的上述目的由下述方式实现:具有衬底、与该衬底晶格匹配的波导层、非互易移相器，且在上述波导层形成在该波导层中导波的波导路径及弯曲波导路径、并设置了分支耦合器的光隔离器中，在上述波导层中，改变了半导体组成，以使折射率大于3.36。 本专利技术的上述目的通过提供下述光隔离器能够有效实现:上述波导层具有对于该波导层折射率产生最大非互易移相量的厚度。 本专利技术的上述目的通过提供下述光隔离器能够有效实现:上述非互易移相器的长度小于6.14mm。 本专利技术的上述目的通过提供下述光隔离器能够有效实现:上述弯曲波导路径的曲率半径小于1.00mm。 本专利技术的上述目的通过提供下述光隔离器能够有效实现:上述分支耦合器为多模干涉型分支耦合器。 本专利技术的上述目的通过提供下述光隔离器能够有效实现:上述光隔离器的器件长度小于10.08mm。 本专利技术的上述目的通过提供下述光隔离器能够有效实现:上述波导层为III-V本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光隔离器，具有衬底、与该衬底晶格匹配的波导层、非互易移相器，在上述波导层上形成在该波导层中导波的波导路径及弯曲波导路径、并设置分支耦合器，其特征在于，改变上述波导层的半导体组成，使其折射率大于３．３６。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：水本哲弥，樱井一正，
申请(专利权)人：国立大学法人东京工业大学，三美电机株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[]