隔离器、光源装置、光收发机、光开关、光放大器以及数据中心的制作方法

相关申请的相互参照

本申请主张在日本提出的专利申请2018-222905号(2018年11月28日申请)的优先权，并将该申请的全部内容援引至此以用于参照。

本公开涉及隔离器、光源装置、光收发机、光开关、光放大器以及数据中心。

背景技术：

已知根据电磁波的传播方向而具有不同透射率的隔离器是包含非互易相位器的结构(例如，参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2003-302603号公报

技术实现要素：

本公开的一实施方式的隔离器在具有基板面的基板上，包括沿着所述基板面配置的直线形状的第一波导和圆环形状的第二波导。所述第一波导和所述第二波导分别具有芯和包层。所述第一波导具有第一端和第二端，所述第一端和所述第二端分别具有输入/输出电磁波的端口。所述第二波导的芯在与所述第二波导延伸的方向交叉的截面的至少一部分上包含非互易性构件。

本公开的一实施方式的隔离器包括第一波导和第二波导。所述第一波导具有第一端和第二端，所述第一端和所述第二端分别具有输入/输出电磁波的端口。所述第二波导沿着所述第一波导设置。所述第二波导的形状为圆环形状。所述第一波导和所述第二波导在任意的动作频率，以与从所述第一端输入的电磁波朝向所述第二端传播的情况下的耦合系数相比，从所述第二端输入的电磁波朝向所述第一端传播的情况下的耦合系数更大的方式耦合。

本公开的一实施方式的光源装置包括隔离器和光源。所述隔离器在具有基板面的基板上，包括沿着所述基板面配置的直线形状的第一波导和圆环形状的第二波导。所述第一波导和所述第二波导分别具有芯和包层。所述第一波导具有第一端和第二端，所述第一端和所述第二端分别具有输入/输出电磁波的端口。所述第二波导的芯在与所述第二波导延伸的方向交叉的截面的至少一部分上包含非互易性构件。所述光源与所述端口光学连接。

本公开的一实施方式的光源装置包括隔离器和光源。所述隔离器包括第一波导和第二波导。所述第一波导具有第一端和第二端，所述第一端和所述第二端分别具有输入/输出电磁波的端口。所述第二波导沿着所述第一波导配置。所述第二波导的形状为圆环形状。所述第一波导和所述第二波导在任意的动作频率，以与从所述第一端输入的电磁波朝向所述第二端传播的情况下的耦合系数相比，从所述第二端输入的电磁波朝向所述第一端传播的情况下的耦合系数更大的方式耦合。所述光源与所述端口光学连接。

本公开的一实施方式的光收发机包括隔离器和光源。所述隔离器在具有基板面的基板的上，包括沿着所述基板面配置的直线形状的第一波导和圆环形状的第二波导。所述第一波导和所述第二波导分别具有芯和包层。所述第一波导具有第一端和第二端，所述第一端和所述第二端分别具有输入/输出电磁波的端口。所述第二波导的芯在与所述第二波导延伸的方向交叉的截面的至少一部分上包含非互易性构件。所述光源与所述端口光学连接。

本公开的一实施方式的光收发机包括隔离器和光源。所述隔离器包括第一波导和第二波导。所述第一波导具有第一端和第二端，所述第一端和所述第二端分别具有输入/输出电磁波的端口。所述第二波导沿着所述第一波导配置。所述第二波导的形状为圆环形状。所述第一波导和所述第二波导在任意的动作频率，以与从所述第一端输入的电磁波朝向所述第二端传播的情况下的耦合系数相比，从所述第二端输入的电磁波朝向所述第一端传播的情况下的耦合系数更大的方式耦合。所述光源与所述端口光学连接。

本公开的一实施方式的光开关包括隔离器。所述隔离器在具有基板面的基板的上，包括沿着所述基板面配置的直线形状的第一波导和圆环形状的第二波导。所述第一波导和所述第二波导分别具有芯和包层。所述第一波导具有第一端和第二端，所述第一端和所述第二端分别具有输入/输出电磁波的端口。所述第二波导的芯在与所述第二波导延伸的方向交叉的截面的至少一部分上包含非互易性构件。

本公开的一实施方式的光开关包括隔离器。所述隔离器包括第一波导和第二波导。所述第一波导具有第一端和第二端，所述第一端和所述第二端分别具有输入/输出电磁波的端口。所述第二波导沿着所述第一波导配置。所述第二波导的形状为圆环形状。所述第一波导和所述第二波导在任意的动作频率，以与从所述第一端输入的电磁波朝向所述第二端传播的情况下的耦合系数相比，从所述第二端输入的电磁波朝向所述第一端传播的情况下的耦合系数更大的方式耦合。

本公开的一实施方式的光放大器包括隔离器。所述隔离器在具有基板面的基板的上，包括沿着所述基板面配置的直线形状的第一波导和圆环形状的第二波导。所述第一波导和所述第二波导分别具有芯和包层。所述第一波导具有第一端和第二端，所述第一端和所述第二端分别具有输入/输出电磁波的端口。所述第二波导的芯在与所述第二波导延伸的方向交叉的截面的至少一部分上包含非互易性构件。

本公开的一实施方式的数据中心利用包括隔离器的设备进行通信。所述隔离器在具有基板面的基板的上，包括沿着所述基板面配置的直线形状的第一波导和圆环形状的第二波导。所述第一波导和所述第二波导分别具有芯和包层。所述第一波导具有第一端和第二端，所述第一端和所述第二端分别具有输入/输出电磁波的端口。所述第二波导的芯在与所述第二波导延伸的方向交叉的截面的至少一部分上包含非互易性构件。

附图说明

图1是表示第一实施方式的隔离器的结构的一例的立体图。

图2是沿图1中的a-a线的剖视图。

图3是表示第二波导的结构的一例的剖视图。

图4是表示第二波导中的相位差的一例的图表。

图5是表示第二波导的结构的一例的剖视图。

图6是表示第二波导中的相位差的一例的图表。

图7是表示第二波导的结构的一例的剖视图。

图8是表示针对在第一方向上前进的电磁波的耦合长度的一例的图表。

图9是表示针对在第二方向上前进的电磁波的耦合长度的一例的图表。

图10是表示透射特性的模拟结果的一例的图表。

图11是表示比较例的隔离器的结构的一例的框图。

图12是表示在波导中具有匹配调整电路的隔离器的结构的一例的侧视图。

图13是表示在波导中具有匹配调整电路的隔离器的结构的一例的俯视图。

图14是表示透射特性的模拟结果的一例的图表。

图15是表示具有磁场施加部的隔离器的结构的一例的侧视图。

图16是表示光源装置的结构的一例的侧视图。

图17是表示连接波导与第一波导连接的一例的剖视图。

图18是表示连接波导与第一波导连接的一例的剖视图。

图19是表示第二实施方式的隔离器的结构的一例的立体图。

具体实施方式

在包含非互易相位器的隔离器中，在包含非互易构件的波导中的非互易性较小的情况下，隔离器整体大型化、插入损耗变大。需要通过充分地增大包含非互易构件的波导中的非互易性来实现小型化并且降低插入损耗。

以下，参照附图详细说明本公开的实施方式。

第一实施方式)

如图1所示，第一实施方式的隔离器10在具有基板面50a的基板50上，包括沿着基板面50a配置的直线形状的第一波导20和圆环形状的第二波导30。

基板50能够构成为包括金属等的导体、硅等的半导体、玻璃或树脂等。在第一实施方式中，将与基板面50a平行并互相垂直的两个方向作为x轴方向和y轴方向，将与基板面50a垂直的方向作为z轴方向。

第一波导20和第二波导30在具有基板面50a的基板50上，沿着基板面50a配置，并从基板面50a观察彼此重叠地配置。第一波导20和第二波导30从基板面50a观察彼此不交叉地配置。从基板面50a观察彼此不交叉地配置是指，例如当第一波导20在x轴方向上延伸地配置时，第二波导30也在x轴方向上延伸地配置。这里，第二波导30在x轴方向上延伸是指，圆环形状的第二波导30作为整体在x轴方向上延伸，也包括圆环形状的第二波导30的一部分例如在y轴方向上延伸的情况。

第一波导20和第二波导30中的任意一方与基板面50a接触。若是第一波导20与基板面50a接触的结构，则第二波导30位于第一波导20的上方，即z轴方向的正侧。若是第二波导30与基板面50a接触的结构，则第一波导20位于第二波导30的上方，即z轴方向的正侧。以下，说明第一波导20与基板面50a接触的结构。

第一波导20在x轴方向上延伸。第一波导20在x轴方向的负侧和x轴方向的正侧分别具有第一端201和第二端202。第一波导20在第一端201和第二端202分别包括输入/输出电磁波的第一端口211和第二端口212。从第一端口211输入至第一波导20的电磁波沿着x轴朝向第二端口212前进。从第二端口212输入至第一波导20的电磁波沿着x轴朝向第一端口211前进。第一端口211和第二端口212可以分别作为芯21的端面构成，也可以与外部装置连接并作为能够传播电磁波的耦合器构成。

第二波导30在x轴方向上延伸。第二波导30具有圆环形状，并且无间断地光学连接。圆环形状只要无间断地光学连接，其形状就没有特别的限定。通过使第二波导30形成为圆环形状，能够增大第二波导30中的非互易部波导的非互易性。通过使第二波导30形成为圆环形状，即使在x轴方向上延伸的第二波导30长度较短也能够实现期望的特性。由此，能够实现隔离器10的小型化并且降低插入损耗。

第二波导30在x轴方向的负侧和x轴方向的正侧分别具有端部301和端部302。第二波导30的至少一部分与第一波导20彼此耦合。在图1中，以第二波导30为单个的情况作为示例进行了说明，但例如第二波导30也可以在x轴方向上配置多个。

第一波导20和第二波导30在延伸方向的至少一部分上沿着彼此配置。第一波导20和第二波导30在延伸方向的至少一部分上以彼此平行的方式配置。沿着彼此配置的两个波导也被称为“平行波导”。在平行波导中，输入至一方的波导的电磁波在该波导中传播的期间能够向另一方的波导转移。即，在第一波导20中传播的电磁波能够向第二波导30转移。在第二波导30中传播的电磁波能够向第一波导20转移。

在平行波导中，表示从一方的波导向另一方的波导转移的电磁波的比例的参数也被称为“耦合系数”。在电磁波完全不从一方的波导向另一方的波导转移的情况下，耦合系数为0。在电磁波全部从一方的波导向另一方的波导转移的情况下，耦合系数为1。耦合系数可以是0以上且1以下的值。耦合系数可以基于每个波导的形状、每个波导之间的距离或波导彼此所沿的长度等来确定。例如，每个波导的形状越近似耦合系数越高。对于每个波导之间的距离，例如，第一波导20和第二波导30之间的距离可以是芯21与芯31之间的距离。耦合系数能够根据电磁波在波导中传播的距离而改变。即，在平行波导中，耦合系数能够根据沿着波导延伸的方向的位置而不同。耦合系数的极大值能够基于每个波导的形状或每个波导之间的距离等来确定。耦合系数的极大值可以是1以下的值。

在平行波导中，波导彼此所沿的区间的起点处的耦合系数为0。从起点至耦合系数为极大值的位置的长度也被称为“耦合长度”。在波导彼此所沿的长度与耦合长度相等的情况下，波导彼此所沿的区间的终点处的耦合系数可以为极大值。耦合长度能够基于每个波导的形状或每个波导之间的距离等来确定。

在第二波导30中，从第一波导20转移的电磁波在第二波导30中也在与第一波导20中的相同方向上传播。在第二波导30中，电磁波围绕圆环形状旋转，通过非互易部波导的损耗被吸收。

如图2所示，第一波导20包括芯21、包层22和包层23。芯21以及包层22和23在x轴方向上延伸。包层22和包层23相对于芯21位于z轴方向的负侧和z轴方向的正侧。从芯21观察，包层22位于基板50侧。从芯21观察，包层23位于基板50的相反一侧。也可以说，从芯21观察，包层23位于第二波导30侧。从基板50观察，可以说包层22、芯21和包层23依次层叠。也可以说，包层22和包层23沿着第一波导20和第二波导30的一部分重叠的方向夹持芯21地配置。也可以说，包层22和包层23沿着第一波导20和第二波导30的一部分重叠的方向位于芯21的两侧。芯21可以具有位于基板50侧的第一面21a和位于第一面21a的相反一侧的第二面21b。包层22和包层23可以分别与第一面21a和第二面21b接触地配置。

如图2所示，第二波导30包括芯31、非互易性构件32、包层33和包层34。芯31具有圆环形状，并作为整体在x轴方向上延伸。非互易性构件32在x轴方向上延伸。包层33和包层34的圆环形状包层作为整体在x轴方向上延伸。非互易性构件32可以相对于芯31位于z轴方向的正侧。非互易性构件32可以相对于芯31位于z轴方向的负侧。非互易性构件32可以相对于芯31排列配置位于y轴方向的正侧或y轴方向的负侧。

如图2所示，从与x轴交叉的截面观察到的芯31和非互易性构件32的形状构成为非点对称。芯31和非互易性构件32的形状进一步构成为非线性对称。芯31和非互易性构件32也统称为“非对称芯”。非对称芯构成为包括芯31和非互易性构件32。非对称芯可以在与x轴交叉的截面的至少一部分上具有非互易性构件32。芯31能够构成为包括至少一种类型的电介质。非互易性构件32可以与至少一种类型的电介质的基板50侧的面或与其相反一侧的面接触。

作为表示非对称芯的截面是否接近点对称的指标，能够使用对称度。对称度可以由非对称芯的截面形状与将规定点作为中心使其截面形状旋转180度而获得的截面形状之间包含一致的部分的比例来表示。对称度高的截面形状可以说接近于点对称。非对称芯能够构成为其截面形状的对称度较低。

在非对称芯的截面中，芯31的面积能够构成为比非互易性构件32的面积大。通过这样的结构，电磁波的大部分能够在芯31的中传播。作为结果，能够降低第二波导30中的电磁波的损耗。

非对称芯的截面能够构成为使芯31位于在非对称芯的中传播的电磁波的强度最大的部分。由此，电磁波的强度较高的部分能够在芯31的中传播。作为结果，能够降低第二波导30中的电磁波的损耗。

包层33和包层34相对于非对称芯位于z轴方向的负侧和z轴方向的正侧。从非对称芯观察，包层33位于基板50侧。从非对称芯观察，包层34位于基板50的相反一侧。也可以说，从非对称芯观察，包层34位于第二波导30侧。可以说，从基板50观察，包层33、非对称芯和包层34依次层叠。也可以说，包层33和包层34以夹持非对称芯的方式配置。也可以说，包层33和包层34沿着第一波导20和第二波导30重叠的方向位于非对称芯的两侧。芯31能够具有位于基板50侧的第一面31a和位于第一面31a的相反一侧的第二面31b。包层33和包层34可以分别与第一面31a和第二面31b接触地配置。

芯21和芯31以及包层22、包层23、包层33和包层34能够构成为包括电介质。芯21和芯31也称为“电介质线路”。芯21的介电常数可以比包层22和包层23中的每个的介电常数高。芯31的介电常数可以比包层33和包层34中的每个的介电常数高。包层23和包层33可以由同一电介质材料构成。包层23和包层33可以一体地构成。在包层23和包层33一体地构成的情况下，能够易于隔离器10的形成。芯21和芯31以及包层22、包层23、包层33和包层34的介电常数可以比空气的介电常数高。由于芯21和芯31以及包层22、包层23、包层33和包层34的介电常数比空气的介电常数高，能够抑制来自第一波导20和第二波导30的电磁波的泄露。作为结果，能够降低因电磁波从隔离器10辐射至外部而引起的损耗。

芯21或芯31例如可以由硅(si)构成。包层22、包层23、包层33或包层34例如可以由石英玻璃(sio2)构成。硅和石英玻璃的介电常数分别大约为12和2。硅可以使具有大约为1.2μm～6μm的近红外波长的电磁波低损耗地传播。当芯21或芯31由硅构成时，能够使在光通信中使用的具有1.3μm带或1.55μm带的波长的电磁波低损耗地传播。

包含芯21、包层22和包层23而构成第一波导20以及包含非对称芯、包层33和包层34而构成的第二波导30可以满足单模中的波导条件。在第一波导20和第二波导30满足单模中的波导条件的情况下，在第一波导20和第二波导30中传播的信号的波形不易失真。组合了满足单模中的波导条件的第一波导20和第二波导30的隔离器10能够适用于光通信。

芯21或芯31的介电常数可以沿着z轴方向均匀地分布，也可以沿着z轴方向变化地分布。例如，芯21的介电常数可以在z轴方向的中央部最高，而越接近包层22和包层23越低地分布。在这种情况下，芯21能够按照与灰色调/索引型光纤相同的原理传播电磁波。

经由第一端口211从第一波导20的第一端201输入至芯21的电磁波在沿着x轴延伸的第一波导20的芯21中，朝向第二端202传播。从第一端201朝向第二端202的方向也被称为“第一方向”。

在芯21中传播的电磁波以根据基于在芯21中沿第一方向传播的距离的耦合系数的比例，向第二波导30的芯31中传播。电磁波在芯21中沿第一方向传播的情况下的耦合系数也被称为“第一耦合系数”。

经由第二端口212从第一波导20的第二端202输入至芯21的电磁波在沿着x轴延伸的第一波导20的芯21中，朝向第一端201传播。从第二端202朝向第一端201的方向也别称为“第二方向”。

在芯21的中传播的电磁波以根据基于在芯21中沿第二方向传播的距离的耦合系数的比例，向第二波导30的芯31中传播。电磁波在芯21中沿第二方向传播的情况下的耦合系数也被称为“第二耦合系数”。

第二波导30的非对称芯在电磁波沿第一方向传播的情况与电磁波沿第二方向传播的情况下，能够具有不同的传播特性。当非对称芯的传播特性基于电磁波的传播方向而不同时，第一耦合系数和第二耦合系数可以彼此不同。即，非互易性构件32能够使得第一耦合系数与第二耦合系数不同。

非互易性构件32在电磁波沿第一方向传播的情况和沿第二方向传播的情况下，可以由分别具有不同的传播特性的材料构成。根据电磁波的传播方向而具有不同的传播特性的材料也被称为“非互易性材料”。非互易性构件32例如能够构成为包括磁性石榴石、铁氧体、铁、钴等的磁性体。如式(1)所示，非互易性构件32的介电常数能够由张量表示。

(式1)

张量的每个要素可以由复数表示。作为每个要素的填标使用的数字可以与x轴、y轴和z轴相对应。具有复数作为要素并表示介电常数的张量也被称为“复数介电常数张量”。

非互易性构件32可以以规定的浓度包含非互易性材料。规定的浓度可以在与x轴交叉的截面中变化。规定的浓度可以在沿着输入隔离器10的电磁波的偏振方向观察到的至少一部分中变化。

如图3所示，非互易性构件32在与x轴交叉的截面上，可以以插入包层33和包层34之间的方式配置。在圆环形状的第二波导30中，包层33和包层34各自的y轴方向的尺寸由a表示。在圆环形状的第二波导30中，芯31和非互易性构件32各自的z轴方向的尺寸由b表示。在圆环形状的第二波导30中，非互易性构件32的y轴方向的尺寸由c表示。例如，非互易性构件32沿着芯31以及y轴排列，并偏向y轴方向的正侧配置。第二波导30以x轴方向的尺寸为规定的长度的方式在x轴方向上延伸。非互易性构件32具有由复数介电常数张量表示的介电常数。

在第二波导30中，通过模拟来计算使第二波导30沿第一方向传播的电磁波的相位与使第二波导30沿第二方向传播的电磁波的相位之间的差。沿第一方向传播的电磁波的相位与沿第二方向传播的电磁波的相位之间的差也被称为“相位差”。

如图4所示，相位差能够根据c/a的值而改变。c/a的值表示在z轴方向上观察非对称芯时，由非互易性构件32占有的比例。当c/a的值接近0.5时，相位差变大。相位差可以通过变化c/a的值而进行调整。当相位差较大时，电磁波的衰减量的非互易性变大。即，相位差越大，电磁波沿第一方向传播的情况下的衰减量与沿第二方向传播的情况下的衰减量之间的差变得越大。第二波导30构成为具有通过调整c/a的值，使电磁波的衰减量根据电磁波的传播方向而不同的性质。电磁波的衰减量根据电磁波的传播方向而不同的性质也被称为“非互易性”。当c/a的值接近0.5时，可以说非对称芯的对称度变低。即，通过降低非对称芯的对称度来增大第二波导30的非互易性。

如图5所示，非互易性构件32在与x轴交叉的截面上，可以以插入芯31和包层34之间的方式配置。在圆环形状的第二波导30中，芯31的y轴方向的尺寸由a表示。在圆环形状的第二波导30中，非互易性构件32的y轴方向和z轴方向的尺寸分别由c和d表示。例如，非互易性构件32位于比芯31更靠z轴方向的正侧，并在第二波导30中偏向位于y轴方向的正侧。第二波导30以x轴方向的尺寸为规定的长度的方式在x轴方向上延伸。非互易性构件32具有由复数介电常数张量表示的介电常数。在第二波导30中，通过模拟来计算使第二波导30沿第一方向传播的电磁波的相位与沿第二方向传播的电磁波的相位之间的差。

如图6所示，相位差能够根据c/a的值而改变。相位差与c/a的值之间的关系能够根据d/b的值而改变。当c/a的值接近0.5时，相位差变大。相位差可以通过变化c/a的值而进行调整。当d/b的值变大时，相位差变大。相位差可以通过变化d/b的值而进行调整。第二波导30构成为通过调整c/a的值和d/b的值而具有非互易性。可以说，当d/b的值在规定范围内变大时，非对称芯的对称度变低。即，通过降低非对称芯的对称度来增大第二波导30的非互易性。

如图7所示，非互易性构件32在与x轴交叉的截面上，可以以插入芯31和包层34之间的方式配置。在这种情况下，非对称芯不是点对称的。因此，第二波导30具有非互易性。

在平行波导的一方的波导具有非互易性的情况下，电磁波沿第一方向传播的情况下的耦合系数的极大值能够与电磁波沿第二方向传播的情况下的耦合系数的极大值不同。例如，如图8所示，电磁波沿第一方向传播的情况下的第一波导20和第二波导30的耦合系数的极大值能够构成为接近0。例如，如图9所示，电磁波沿第二方向传播的情况下的第一波导20和第二波导30的耦合系数的极大值能够构成为接近1。由于耦合系数的极大值根据每个电磁波的传播方向而不同，因此，电磁波的透射率能够根据每个电磁波的传播方向而不同。在图8和图9中，横轴和纵轴分别表示平行波导中的电磁波的前进距离和耦合系数。

当第二波导30具有非互易性时，第一波导20和第二波导30之间的耦合系数根据电磁波的传播方向而不同。即，当第二波导30具有非互易性时，隔离器10的第一耦合系数与第二耦合系数不同。通过调整第二波导30的非互易性的大小，使第二耦合系数比第一耦合系数大。

当从第一端口211输入至第一波导20的电磁波沿第一方向传播时，输入的电磁波中的转移至第二波导30的电磁波的至少一部分到达端部302。当第一耦合系数较大时，输入至第一波导20的电磁波中的转移至第二波导30并到达端部302的电磁波的比例变大。在这种情况下，输入至第一波导20的电磁波中的从第二端口212输出的电磁波的比例变小。即，从第二端口212输出的电磁波的强度与输入至第一端口211的电磁波的强度的比变小。从第二端口212输出的电磁波的强度与输入至第一端口211的电磁波的强度的比也被称为“隔离器10的相对于沿第一方向传播的电磁波的透射率”。当第一耦合系数大时，沿第一方向传播的电磁波的透射率变低。另一方面，当第一耦合系数小时，由于转移至第二波导30的电磁波的比例变小，因此，沿第一方向传播的电磁波的透射率变高。

从第二端口212输入至第一波导20并沿第二方向传播的电磁波能够受到与沿第一方向传播的电磁波从隔离器10受到的作用相同的作用。通过该作用，沿第二方向传播的电磁波的一部分到达第二波导30的端部301。当第二耦合系数大时，沿第二方向传播的电磁波的透射率变低。当第二耦合系数小时，沿第二方向传播的电磁波的透射率变高。

当第一耦合系数和第二耦合系数不同时，沿第一方向传播的电磁波的透射率与沿第二方向传播的电磁波的透射率可以不同。即，通过使第一耦合系数和第二耦合系数不同，隔离器10能够具有使电磁波易于沿一个方向传播，并使电磁波不易沿相反方向传播的功能。当第二耦合系数比第一耦合系数大时，隔离器10能够具有使电磁波易于沿第一方向传播，并使电磁波不易沿第二方向传播的功能。当第一耦合系数和第二耦合系数分别大致为0和大致为1时，沿第一方向传播的电磁波的透射率与沿第二方向传播的电磁波的透射率之间的差可以变大。作为结果，能够提高隔离器10的功能。

当平行波导的一方的波导具有非互易性时，平行波导的针对沿第一方向传播的电磁波的耦合长度能够与平行波导的针对沿第二方向传播的电磁波的耦合长度不同。例如，如图8所示，隔离器10中针对沿第一方向传播的电磁波的耦合长度能够表示为l1。例如，如图9所示，隔离器10中针对沿第二方向传播的电磁波的耦合长度能够表示为l2。隔离器10可以构成为使l1和l2不同。

在平行波导中，当两个波导彼此所沿的长度与耦合长度相同时，耦合系数可以为极大值。例如，在具有图8的图表所示的关系的平行波导中，当两个波导彼此所沿的长度为l1时，耦合系数能够为极大值。当两个波导彼此所沿的长度等于耦合长度的2倍时，耦合系数能够为极小值。例如，在具有图8所示的关系的平行波导中，当两个波导彼此所沿的长度为2l1时，耦合系数能够为极小值。即使在电磁波的前进距离变长的区域中也能够反复图8的图表所示的关系。即，当两个波导彼此所沿的长度为l1的奇数倍时，耦合系数能够为极大值。当两个波导彼此所沿的长度为l1的偶数倍时，耦合系数能够为极小值。在具有图9所示的关系的平行波导中，当两个波导彼此所沿的长度为l2的奇数倍时和为l2的偶数倍时，各自的耦合系数也能够为极大值和极小值。l1和l2可以是平行波导中的最短的耦合长度，也称为“单位耦合长度”。即，耦合长度可以是单位耦合长度的奇数倍。

能够通过调整第一波导20和第二波导30彼此所沿的长度来调整第一耦合系数和第二耦合系数。第一波导20和第二波导30彼此所沿的长度可以与针对沿第二方向传播的电磁波的单位耦合长度的奇数倍大致相同。通过这种结构，第二耦合系数能够变大。第一波导20和第二波导30彼此所沿的长度能够与针对沿第一方向传播的电磁波的单位耦合长度的偶数倍大致相同。由此，第一耦合系数能够变小。由此，第二耦合系数可以比第一耦合系数大。

输入至隔离器10的一方的端口的电磁波中的未从另一方的端口输出的电磁波的量也被称为“衰减量”。在电磁波的衰减量较大的情况下，可以说其电磁波的透射率较低。隔离器10中的沿第一方向和第二方向前进电磁波的衰减量能够由使用有限元法等的模拟来计算。

如图10所示，沿第二方向传播的电磁波的衰减量与电磁波的频率之间的关系由s12所示的实线表示，沿第一方向传播的电磁波的衰减量与电磁波的频率之间的关系由s21所示的虚线表示。图表的横轴和纵轴分别表示在第一波导20中传播的电磁波的频率和其电磁波的衰减量。电磁波的衰减量以分贝(db)为单位表示。沿着纵轴观察位于上方的图标表示电磁波的衰减量很小。沿着纵轴观察位于下方的图标表示电磁波的衰减量很大。

如图10所示，在由fb1表示的规定的频带中，由s12表示的沿第二方向传播的电磁波的衰减量能够比由s21表示的沿第一方向传播的电磁波的衰减量大。在这种情况下，隔离器10能够具有以下的功能：使规定的频带的电磁波易于从第一端口211朝向第二端口212传播，另一方面，不易从第二端口212向第一端口211传播。能够使隔离器10以根据电磁波的传播方向而使电磁波的衰减量不同的方式发挥功能的规定的频带也被称为“隔离器10的动作频率”。隔离器10的动作频率能够基于隔离器10的结构而被任意地确定。即，在任意的动作频率下，第二耦合系数都能够大于第一耦合系数。

隔离器10具有使针对沿第一方向传播的电磁波的透射率与针对沿第二方向传播的电磁波的透射率不同的功能。这种功能也能够通过图11所示的比较例的隔离器90实现。

隔离器90包括输入端91、分支耦合器92、互易移相器93、非互易移相器94、分支耦合器95以及输出端96。从输入端91输入的电磁波由分支耦合器92分支，并向互易移相器93和非互易移相器94传播。电磁波被互易移相器93和非互易移相器94分别移相，并由分支耦合器95耦合，并向输出端96传播。互易移相器93和非互易移相器94能够构成为将从输入端91输入的电磁波从输出端96输出。另一方面，从输出端96输入的电磁波由分支耦合器95分支，并向互易移相器93和非互易移相器94传播。电磁波被互易移相器93和非互易移相器94分别移相，并由分支耦合器92耦合，并向输入端91传播。互易移相器93和非互易移相器94能够构成为使从输出端96输入的电磁波不从输入端91输出。

在比较例的隔离器90中，非互易移相器94以及分支耦合器92和95中的电磁波的损耗较大。另一方面，在第一实施方式的隔离器10中，电磁波原则上在芯31中传播。在第一实施方式的隔离器10中，通过使第二波导30形成为圆环形状，能够增大第二波导30中的非互易部波导的非互易性。在第一实施方式的隔离器10中，通过使第二波导30形成为圆环形状，即使在x轴方向上延伸的第二波导30的长度较短也能够实现期望的特性。作为结果，第一实施方式的隔离器10中的电磁波的损耗能够小于比较例的隔离器90中的电磁波的损耗。即，第一实施方式的隔离器10能够小型并降低电磁波的损耗。在第一实施方式的隔离器10中，第一波导20和第二波导30也被分别称为“互易线路”和“非互易线路”。

在比较例的隔离器90中，非互易移相器94以及分支耦合器92和95以串联地连接的方式安装，从而难以小型化。另一方面，第一实施方式的隔离器10通过将第一波导20和第二波导30重叠而易于在基板50上小型化。作为结果，第一实施方式的隔离器10在基板50的上能够集成地安装。即，由于第一实施方式的隔离器10集成化地构成，从而能够以使电磁波易于在一个方向上透射，而难以在相反方向上透射的方式发挥功能。

如图12所示，第一波导20可以包括匹配调整电路25。匹配调整电路25能够调整在第一波导20的中传播的电磁波的每个频率的传播特性。例如，如图13所示，匹配调整电路25可以配置为使芯21具有多个孔部24的结构。在图13中，第二波导30由双点划线的虚线表示。孔部24可以在y轴方向上贯通芯21。孔部24可以从芯21的第一面21a贯通至第二面21b。孔部24也可以在y轴方向上贯通至包层22和23。孔部24可以在x轴方向上排列。即，孔部24可以在芯21延伸的方向上排列。孔部24的数量不限于九个。从z轴方向观察到的孔部24的形状不限于矩形形状，也可以是圆形或多角形状等的各种形状。

孔部24可以在x轴方向上周期性地排列。当芯21具有在x轴方向上周期性地排列的孔部24时，包含芯21的第一波导20能够构成布拉格衍射光栅。当在第一波导20中电磁波从第一端口211输入时，输入的电磁波中的具有满足布拉格反射条件的波长的电磁波能够被反射并返回至第一端口211。另一方面，具有其他的波长的电磁波能够朝向第二端口212传播。即，具有孔部24的第一波导20能够作为针对具有规定的波长的电磁波的滤波器发挥功能。

在第一波导20包括匹配调整电路25的情况下，例如，如图14所示，在由fb2表示的规定的频带中，由s21表示的沿第一方向传播的电磁波的衰减量能够大于由s12表示的沿第二方向传播的电磁波的衰减量。fb2可以是与图10的fb1所示的频带不同的频带。通过调整匹配调整电路25的结构，fb2是比由fb1表示的频带更高的频带或更低的频带。对于图14的图表，省略了与图10的图表共通的事项的说明。

非互易性构件32能够构成为在施加规定方向的磁场的情况下具有非互易性。非互易性构件32能够构成为在施加具有z轴方向的成分的磁场的情况下具有非互易性。规定方向不限于z轴方向，可以是各种方向。规定方向可以基于非对称芯的截面形状或对称度决定。非互易性构件32可以构成为根据磁场的强度或朝向的变化而具有不同大小的非互易性。通过以这种方式构成隔离器10，能够控制非互易性构件32是否具有非互易性或非互易性构件32所具有的非互易性的大小。

如图15所示，隔离器10还可以包括施加磁场的磁场施加部80。磁场施加部80可以相对于第二波导30位于z轴方向的正侧。磁场施加部80可以相对于第二波导30经由第一波导20位于基板50侧。磁场施加部80可以以与图15所示的方式不同的方式配置。磁场施加部80可以是铁氧体磁铁或钕磁铁等的永久磁铁。磁场施加部80也可以是电磁铁。

平行波导中的电磁波的传播模式能够包括偶模和奇模。偶模是在构成平行波导的每个波导中，传播的电磁波的电场朝向相同的方向的模式。奇模是在构成平行波导的每个波导中，传播的电磁波的电场朝向相反的方向的模式。电磁波能够基于平行波导的有效折射率而在平行波导中传播。平行波导的有效折射率能够基于构成平行波导的每个波导的形状、构成波导的材料的介电常数或电磁波的传播模式等来确定。电磁波以偶模传播的情况下的平行波导的有效折射率也被称为“偶模折射率”。电磁波以奇模传播的情况下的平行波导的有效折射率也被称为“奇模折射率”。偶模折射率和奇模折射率分别表示为neven和nodd。平行波导中的耦合长度能够由以下的式(2)表示。

(式2)

(l：耦合长度，m：奇数，λ0：真空中的波长)

隔离器10能够与输入光的结构组合使用。在这种情况下，隔离器10也被称为“光隔离器”。如图16所示，光源装置100包括隔离器10、光源110、透镜112以及向光源110供给电力的电源114。光源110例如可以是激光二极管(laserdiode，ld)或垂直腔面发射激光器(verticalcavitysurfaceemittinglaser，vcsel)等的半导体激光器。光源110可以形成在基板50上。

透镜112使从光源110输出的光在隔离器10的第一波导20的第一端口211上聚光。透镜112的形状没有特别的限定。作为透镜112，能够采用小球透镜、双凸透镜或平凸透镜等。透镜112可以构成为包含相对于传播的光的波长的光透射性的材料。

也可以说，光源110经由透镜112与第一端口211光学连接。光源110、透镜112和第一端口211可以以不产生位置偏移的方式固定彼此的位置关系。光源110、透镜112和第一端口211可以一体地集成在基板50的上。光源110可以将偏振方向设为y轴方向的直线偏振光的光输入至第一端口211。光源装置100也可以不具有透镜112。在光源装置100不具有透镜112的情况下，从光源110射出的光可以直接输入至第一端口211。

来自光源110的光向第一端口211输入的方法不限于将光源110的光直接或经由透镜112输入的方法。光源110可以经由光纤与第一端口211耦合。将在光纤中传播的光输入至第一端口211的方法可以包含经由透镜等连接自由空间的方法、将光纤的出射面与第一端口211直接对接配合的方法或使用连接波导120(参照图17)的方法等各种方法。

由于光源装置100包括光源110和隔离器10，能够使从光源110输出的光通过隔离器1朝向第一方向输出。另一方面，光源装置100利用隔离器10使在第二方向上返回的光难以传播，能够使光难以返回至光源110侧。作为结果，能够更有效地输出光。

在光源装置100中，第一波导20可以与基板面50a接触地构成。即，第一波导20可以位于比第二波导30更靠近基板面50a侧。由此，能够容易地将集成在基板50的上的光源110与第一端口211光学连接。

如图17所示，连接波导120可具有芯121、包层122和包层123。芯121的介电常数可以与第一波导20的芯21的介电常数大致相同。芯121可以由与芯21相同的材料形成。包层122和包层123的介电常数可以比芯121的介电常数低。包层122和包层123的介电常数可以与第一波导20的包层22和包层23的介电常数大致相同。包层122和包层123可以由与包层22和包层23相同的材料形成。芯121的x轴的正侧的端面与位于芯21的x轴的负侧的端面的第一端口211接触。芯121的z轴方向的厚度可以比第一波导20的芯21的z轴方向的厚度厚。芯121的z轴方向的厚度可以与第一波导20的芯21的z轴方向的厚度大致相同。

在芯121中从x轴的负方向侧输入的光可以是将y轴方向作为偏振方向的直线偏振光。换言之，在芯121中从x轴的负方向侧输入的光的偏振方向可以平行于基板面50a。当集成在基板50上的光源110为半导体激光器时，半导体激光器射出的光的偏振方向平行于基板面50a。半导体激光器易于集成在基板50的上。作为结果，能够易于光源装置100的形成。

在芯121和芯21之间的连接部中，芯121在y轴方向上的宽度可以与芯21在y轴方向上的宽度大致相同。当芯121和芯21在y轴方向的宽度在芯121和芯21之间的连接部中不连续地变化时，将y轴方向作为偏振方向的光容易在连接部上辐射。由于在芯121和芯21之间的连接部中，芯121和芯21各自在y轴方向上的宽度大致相同，从而能够降低因辐射引起的损耗。

如图18所示，连接波导120的芯121可以构成为随着接近与第一波导20的芯21之间的连接部而z轴方向的厚度变薄的锥形形状。通过这种结构，在连接波导120中输入将y轴方向作为偏振方向的光的情况下，输入的光能够与芯21中的光的传播模式匹配。当光从芯121入射至芯21时，难以发生光的传播模式不匹配。作为结果，能够降低光从芯121入射至芯21时的损耗的发生。

第二实施方式)

接下来，说明第二实施方式的隔离器10a。

第一实施方式的隔离器10和第二实施方式的隔离器10a在以下的方面不同。在第一实施方式的隔离器10中，第一波导20和第二波导30沿着z轴方向配置。另一方面，在第二实施方式的隔离器10a中，第一波导20和第二波导30沿着y轴方向配置。由于其他的结构与第一实施方式的隔离器10相同，因此省略重复的说明。

如图19所示，第二实施方式的隔离器10a在具有基板面50a的基板50上包括沿着基板面50a配置的直线形状的第一波导20和圆环形状的第二波导30。

第一波导20和第二波导30在具有基板面50a的基板50上，沿着基板面50a配置，并与基板面50a平行地排列配置。

第一波导20在x轴方向上延伸，并与基板面50a接触。第一波导20在x轴方向的正侧和x轴方向的负侧分别具有第一端201和第二端202。第一波导20在第一端201和第二端202分别包括输入/输出电磁波的第一端口211和第二端口212。从第一端口211向第一波导20输入的电磁波沿着x轴朝向第二端口212前进。从第二端口212向第一波导20输入的电磁波沿着x轴朝向第一端口211前进。第一端口211和第二端口212可以分别作为芯21的端面构成，也可以与外部装置连接，并作为能够传播电磁波的耦合器构成。

第二波导30在x轴方向上延伸，并与基板面50a接触。第二波导30具有圆环形状，并且无间断地光学连接。圆环形状只要无间断地光学连接，其形状就没有特别的限定。通过使第二波导30成为圆环形状，能够使第二波导30中非互易部波导的非互易性变大。通过使第二波导30成为圆环形状，在x轴方向上延伸的第二波导30即使长度较短，也能够实现期望的特性。由此，能够实现隔离器10a的小型化并降低插入损耗。

第二波导30在x轴方向的正侧和x轴方向的负侧分别具有端部301和端部302。在图19中，以第二波导30的个数为一个的情况为例进行了说明，但并不限于一个，第二波导30的个数可以为两个以上。

在第二实施方式的隔离器10a中，通过使第二波导30成为圆环形状，能够增大第二波导30中的非互易部波导的非互易性。在第二实施方式的隔离器10a中，通过使第二波导30成为圆环形状，即使在x轴方向上延伸的第二波导30具有较短的长度也能够实现期望的特性。作为结果，第二实施方式的隔离器10a中的电磁波的损耗能够小于比较例的隔离器90中的电磁波的损耗。即，第二实施方式的隔离器10a是小型的，并且能够降低电磁波的损耗。

如第一实施方式的隔离器10那样，在第一波导20和第二波导30从基板面50a观察彼此重叠地配置的情况下，当制造隔离器10时，具有容易地在z轴方向上调整每个波导的尺寸的优点。另一方面，如第二实施方式的隔离器10a那样，在第一波导20和第二波导30与基板面50a平行地排列设置的情况下，具有隔离器10a的制造工序比较容易的优点。

本公开的隔离器10、隔离器10a和光源装置100可以搭载于具有调制功能的光收发机。本公开的隔离器10、隔离器10a可以在光开关或光放大器中使用。本公开的隔离器10、隔离器10a可以在设备中使用。具有本公开的隔离器10、隔离器10a的设备可以在数据中心中用于通信。

基于各附图和实施例对本公开的实施方式进行了说明，但应当注意的是只要是本领域技术人员就能够容易地基于本公开而进行各种变形或修正。因此，应该留意这些变形或修正包含在本公开的范围中。例如，各构成部或各步骤等中包含的功能等能够在逻辑上不矛盾的情况下进行重新配置，能够将多个结构部或步骤等组合为一个或将其分割。以装置为中心对本公开的实施方式进行了说明，但本公开的实施方式也能够作为包括装置的各结构部执行的步骤的方法来实现。本公开的实施方式也能够由装置所具备的处理器执行的方法、程序或记录程序的存储介质来实现。应当理解的是这些也包含在本公开的范围中。

在本公开中，“第一”和“第二”等的记载是用于区分该结构的标识符。本公开中的由“第一”和“第二”等的记载区分的结构能够交换该结构中的编号。例如，第一端口能够与第二端口交换标识符即“第一”和“第二”。标识符的交换同时进行。标识符交换之后也区分该结构。也可以删除标识符。删除标识符的结构由附图标记区分。不应该仅基于本公开中的“第一”和“第二”等的标识符的记载来用于该结构的顺序的解释、存在小编号的标识符的依据。

在本公开中，为了便于说明而配置x轴、y轴和z轴，也可以彼此互换。本公开的结构使用由x轴、y轴和z轴构成的正交坐标系进行说明。本公开的各结构的位置关系并不限于正交关系。

附图标记说明

10隔离器

20第一波导

201第一端

202第二端

21芯

211第一端口

212第二端口

22、23包层

24孔部

25匹配调整电路

30第二波导

301、302端部

31芯

32非互易性构件

33、34包层

40包层

50基板

50a基板面

80磁场施加部

100光源装置

110光源

112透镜

114电源

120连接波导

121芯

122、123包层