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公開番号2024150225
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-10-23
出願番号2023063539
出願日2023-04-10
発明の名称光アイソレータ、光アイソレータの設計方法及び光アイソレータの製造方法
出願人国立大学法人九州大学
代理人個人
主分類G02B 6/126 20060101AFI20241016BHJP(光学)
要約【課題】従来よりも容易に作製できる導波路型の光アイソレータ等を提供する。
【解決手段】光アイソレータ1は、第1クラッド層20と、コア層30と、第2クラッド層40とがこの順に積層された光アイソレータであって、コア層30は、入力光が入力される第1導波路31と、入力光に応じた出力光を出力する第2導波路32と、第1導波路31及び第2導波路32のそれぞれと接続される第3導波路33とを有し、光アイソレータ1の平面視において、第3導波路33には複数の穴50であって、内部が第3導波路33と屈折率が異なる複数の穴50が形成されている。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
第１クラッド層と、コア層と、第２クラッド層とがこの順に積層された光アイソレータであって、
前記コア層は、入力光が入力される第１導波路と、前記入力光に応じた出力光を出力する第２導波路と、前記第１導波路及び前記第２導波路のそれぞれと接続される第３導波路とを有し、
前記光アイソレータの平面視において、前記第３導波路には複数の穴であって、内部が前記第３導波路と屈折率が異なる複数の穴が形成されている
光アイソレータ。
続きを表示（約 1,600 文字）【請求項２】
前記第１導波路は、前記第３導波路の第１辺と接続され、かつ、前記第２導波路は、前記第３導波路の前記第１辺と対向する第２辺に接続され、
前記第１導波路が接続される第１位置と、前記第２導波路が接続される第２位置とは、平面視において、非対称な位置である
請求項１に記載の光アイソレータ。
【請求項３】
前記第１導波路は、前記第３導波路の第１辺と接続され、かつ、前記第２導波路は、前記第３導波路の前記第１辺と対向する第２辺に接続され、
前記第１辺の延在方向における第１位置であって前記第１導波路が接続される第１位置と、前記第２辺の延在方向における第２位置であって前記第２導波路が接続される第２位置とは、互いに異なる位置である
請求項１に記載の光アイソレータ。
【請求項４】
前記複数の穴の径は、ナノオーダーである
請求項１～３のいずれか１項に記載の光アイソレータ。
【請求項５】
前記コア層は、半導体材料により形成される半導体層である
請求項１～３のいずれか１項に記載の光アイソレータ。
【請求項６】
コンピュータを用いて、第１クラッド層と、コア層と、第２クラッド層とがこの順に積層された光アイソレータにおける前記コア層に形成される複数の穴の位置をシミュレーションで決定する光アイソレータの設計方法であって、
前記コア層は、入力光が入力される第１導波路と、前記入力光に応じた出力光を出力する第２導波路と、前記第１導波路及び前記第２導波路のそれぞれと接続される第３導波路とを有し、
前記複数の穴は、前記光アイソレータの平面視において、前記第３導波路に形成され、
前記光アイソレータの設計方法では、
前記平面視において前記第３導波路を複数の領域に分割し、
分割された前記複数の領域のそれぞれに対して穴の有無によるアイソレーション性能を前記シミュレーションを用いて確認し、
前記アイソレーション性能の確認結果に基づいて、当該領域における前記穴の有無を決定する
光アイソレータの設計方法。
【請求項７】
分割された前記複数の領域のうち２以上の領域にランダムに穴を配置した複数の初期パターンを準備し、
前記複数の初期パターンのうち１以上の初期パターンのそれぞれにおいて、
分割された前記複数の領域のそれぞれに対して穴の有無によるアイソレーション性能を前記シミュレーションを用いて確認し、
前記アイソレーション性能の確認結果に基づいて、当該領域における前記穴の有無を変更するか否かを判定する
請求項６に記載の光アイソレータの設計方法。
【請求項８】
初期パターンを入力情報として、所定のアイソレーション性能を有する否かを示す情報を出力するように機械学習された機械学習モデルに、前記複数の初期パターンのそれぞれを入力することで得られる出力に基づいて、前記１以上の初期パターンを抽出する
請求項７に記載の光アイソレータの設計方法。
【請求項９】
第１クラッド層と、コア層とがこの順に積層された光アイソレータの製造方法であって、
前記コア層は、入力光が入力される第１導波路と、前記入力光に応じた出力光を出力する第２導波路と、前記第１導波路及び前記第２導波路のそれぞれと接続される第３導波路とを有し、
前記第１クラッド層及び前記コア層がこの順に積層された積層体を準備し、
請求項６～８のいずれか１項に記載の光アイソレータの設計方法により決定された前記複数の穴の位置を示すパターンに基づいて、前記コア層の前記第３導波路に前記複数の穴を形成する
光アイソレータの製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、光アイソレータ、光アイソレータの設計方法及び光アイソレータの製造方法に関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
高性能な光通信システムや高感度な光センシング機能を実現するために、光源の安定化や光増幅器の発振を防止する光アイソレータが必要不可欠である。光アイソレータは、ある特定の伝搬方向には光を伝搬させ、逆方向への光の伝搬を阻止する機能を有する光学素子である。このような光アイソレータとして、例えば、磁気光学効果の一つであるファラデー回転を利用して、偏光子などの光学要素との組み合わせたバルク型の光アイソレータが知られている（特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０２２－０１９２４６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、特許文献１の光アイソレータは、バルク型の光アイソレータであるので、光集積回路（ＰｈｏｔｏｎｉｃＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ：ＰＩＣ）上に光アイソレータを形成することが困難である。そこで、光集積回路上に光アイソレータを形成するには導波路型の光アイソレータであることが望まれるが、導波路型の光アイソレータは実現されてない。
【０００５】
そこで、本開示は、導波路型の光アイソレータ、光アイソレータの設計方法及び光アイソレータの製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一態様に係る光アイソレータは、第１クラッド層と、コア層と、第２クラッド層とがこの順に積層された光アイソレータであって、前記コア層は、入力光が入力される第１導波路と、前記入力光に応じた出力光を出力する第２導波路と、前記第１導波路及び前記第２導波路のそれぞれと接続される第３導波路とを有し、前記光アイソレータの平面視において、前記第３導波路には複数の穴であって、内部が前記第３導波路と屈折率が異なる複数の穴が形成されている。
【０００７】
本開示の一態様に係る光アイソレータの設計方法は、コンピュータを用いて、第１クラッド層と、コア層と、第２クラッド層とがこの順に積層された光アイソレータにおける前記コア層に形成される複数の穴の位置をシミュレーションで決定する光アイソレータの設計方法であって、前記コア層は、入力光が入力される第１導波路と、前記入力光に応じた出力光を出力する第２導波路と、前記第１導波路及び前記第２導波路のそれぞれと接続される第３導波路とを有し、前記複数の穴は、前記光アイソレータの平面視において、前記第３導波路に形成され、前記光アイソレータの設計方法では、前記平面視において前記第３導波路を複数の領域に分割し、分割された前記複数の領域のそれぞれに対して穴の有無によるアイソレーション性能を前記シミュレーションを用いて確認し、前記アイソレーション性能の確認結果に基づいて、当該領域における前記穴の有無を決定する。
【０００８】
本開示の一態様に係る光アイソレータの製造方法は、第１クラッド層と、コア層とがこの順に積層された光アイソレータの製造方法であって、前記コア層は、入力光が入力される第１導波路と、前記入力光に応じた出力光を出力する第２導波路と、前記第１導波路及び前記第２導波路のそれぞれと接続される第３導波路とを有し、前記第１クラッド層及びコア層がこの順に積層された積層体を準備し、上記の光アイソレータの設計方法により決定された前記複数の穴の位置を示すパターンに基づいて、前記コア層の前記第３導波路に前記複数の穴を形成する。
【発明の効果】
【０００９】
本開示の一態様によれば、導波路型の光アイソレータ等を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
図１は、実施の形態に係る光アイソレータを示す斜視図である。
図２は、実施の形態に係る光アイソレータのコア層を示す平面図である。
図３は、実施の形態に係る光アイソレータを示す断面図である。
図４Ａは、実施の形態に係る光アイソレータにおける順方向の光の電磁場のシミュレーション結果を示す図である。
図４Ｂは、実施の形態に係る光アイソレータにおける逆方向の光の電磁場のシミュレーション結果を示す図である。
図５は、実施の形態に係る光アイソレータの順方向及び逆方向における光の出力を示す図である。
図６は、実施の形態に係る光アイソレータの順方向及び逆方向の光の波長と出力との関係を示す図である。
図７は、実施の形態に係る光アイソレータにおける穴の直径とアイソレーション比との関係を示す図である。
図８は、実施の形態に係る光アイソレータの製造方法を示すフローチャートである。
図９Ａは、実施の形態に係る光アイソレータにおける穴の配置パターンの設計方法の第１例を示すフローチャートである。
図９Ｂは、実施の形態に係る光アイソレータにおける穴の配置パターンの設計方法の第２例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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