共同導波路形アイソレータの低損失化を実現するためのCe:YIGを用いた直線導波路の検討

高速光通信システムでは、高いビットレートで高密度に配置された波長多重伝送がなされており、発振波長幅が狭く、波長とともに出力強度が安定した光源を用いる必要があります。光アイソレータは半導体レーザの安定した動作に不可欠なものです。半導体レーザに光が入射すると特性が劣化するため、防止する必要があります。また、意図しない方向に光が伝搬することを防止する必要もあります。この機能を実現する素子が光アイソレータです。光アイソレータは、非相反効果を持つ素子で、特殊なため1枚の基板に集積することができていません。現在研究している光アイソレータが実現すると集積化することができ、通信システムの発展が期待されます。

(1)ハードウェア構成
高速光通信システムでは、高いビットレートで高密度に配置された波長多重伝送がなされており、発振波長幅が狭く、波長とともに出力強度が安定した光源を用いる必要がある。半導体レーザに光が入射すると、この特性が劣化することが知られており、これを防止する必要がある。また、光増幅器の発振防止のために、意図しない方向に光が伝搬することを阻止する機能が必要である。この機能を実現する素子が光アイソレータである。
光アイソレータの構造はMach-Zehnder干渉計（MZI）形導波路であり、Ce:YIGに磁界をかけた非相反位相器と2本の干渉導波路の光路差による相反位相器からなっている。図の赤矢印のような順方向の光に対しては三分岐結合器の中央ポートから光が出力される。それに対して黄色矢印の反射光の場合は三分岐結合器の両ポートに出力される。

製作プロセスを図3に示す。SOI基板に直線導波路を製作し、上部クラッドに反応性DCスパッタリング装置（SPS-208CW）を用いてSiO₂を成膜した。その後、窓マスクを、マスクアライメント装置を用いてパターニングし種結晶（SGGG）をコンタクトさせた。そして、ランプアニールを用いて熱処理を施し結晶化を行った。

Ce:YIG成膜後結晶化を行っていない基板と結晶化後のX線回折（XRD）結果の比較を行った。結晶化を行っていない状態のグラフを図4、結晶化後の状態を図5に示す。図4ではピークがみられないのに対し、図5ではピークの確認ができたため、結晶化傾向がみられることが分かる。

上部クラッドSiO₂の時とCe:YIG結晶化後の各導波路の近視野像と波長透過率の測定を端面結合法で行った。素子長は上部クラッドSiO₂のとき約9.0[mm]、結晶化後約5.3[mm]であった。波長特性(図6)、近視野像(上部クラッドSiO₂の状態を図7a、結晶化後の状態を図7b)に示す。導波路幅2[μm]をTMモードで測定したところ、上部クラッドSiO₂の状態では約-32[dB]、結晶化後状態では約-36[dB]の光を確認することができた。その上、損失が少なく結晶化できることも確認することができた。

直線導波路で導波路製作を行い光アイソレータで使われる導波路幅2[μm]でCe:YIGを結晶化させ、導波路光を確認することができた。そのため、今後MZI形導波路での導波路光の確認を目指す。