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JP3214910B2 - 平面導波路型光増幅器の製造方法 - Google Patents

平面導波路型光増幅器の製造方法

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JP3214910B2
JP3214910B2 JP21902792A JP21902792A JP3214910B2 JP 3214910 B2 JP3214910 B2 JP 3214910B2 JP 21902792 A JP21902792 A JP 21902792A JP 21902792 A JP21902792 A JP 21902792A JP 3214910 B2 JP3214910 B2 JP 3214910B2
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core
planar waveguide
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light
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    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/06—Construction or shape of active medium
    • H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
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    • G02B6/30—Optical coupling means for use between fibre and thin-film device
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    • G—PHYSICS
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光ファイバ間を通る光を
増幅する平面導波路型光増幅器の製造方法に関し、特に
希土類元素を用いた平面導波路型光増幅器の製造方法に
関する。
【０００２】一般に、光通信システムで使用される光増
幅器としては、光ファイバのコアにエルビウム（Ｅｒ）
等の希土類元素を混入したファイバ型光増幅器がもちい
られている。
【０００３】
【従来の技術】図４はファイバ型光増幅器の構成を示す
図である。光ファイバ３１を通る波長１．５３μｍの信
号光は、合波器３２に入力される。合波器３２では、励
起光出力器３３からの波長１．４８μｍの励起光と信号
光とを合成し、Ｅｒドープ光ファイバ３４に送る。Ｅｒ
ドープ光ファイバ３４では、信号光が増幅される励起光
が吸収される。分波器３５では、増幅された信号光と、
Ｅｒドープ光ファイバ３４により吸収されなかった励起
光とを分離し、信号光のみを光ファイバ３６に出力す
る。
【０００４】しかし、このようなファイバ型光増幅器
は、合波器３２や分波器３５等の取り付けや調整に手間
がかかるという欠点があった。また、Ｅｒドープ光ファ
イバ３４の余長部分の巻き付け半径にも制限があること
から、増幅器全体の小型化が困難であった。
【０００５】このため、近年では、シリコン基板または
石英ガラス基板上にＥｒ等の希土類元素をドープしたガ
ラス膜を堆積させ、それをエッチングすることによりコ
アを形成した平面導波路型光増幅器が提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような平
面導波路型光増幅器では、製法上コア全体に希土類元素
をドープしなくてはならなかった。このため、増幅部以
外の部分では信号光や励起光が減衰して、高い増幅効率
が得られないという問題点があった。
【０００７】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、製造や取り付けが簡単であり、小型でありな
がら高い増幅率を得ることができる平面導波路型光増幅
器の製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】図１は上記目的を達成す
る本発明の平面導波路型光増幅器の製造方法の原理図で
ある。光増幅用コア４の増幅部４ｂ付近には、溝４ｄが
形成され、溝４ｄには希土類元素混入ガラス材５が充填
される。
【０００９】
【作用】光増幅用コア４の増幅部４ｂ付近に溝４ｄを形
成した上で希土類元素混入ガラス材５を充填するので、
容易にかつ正確に光増幅用コア４の増幅部４ｂ付近のみ
に希土類元素をドープすることができる。
【００１０】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図１は本実施例の平面導波路型光増幅器の構成
を示す平面図である。平面導波路型光増幅器１は、シリ
コン基板２の上に厚さ約７μｍのコア４，６，７が形成
されている。また、その周囲にはクラッド３が形成され
ている。クラッド３は二酸化ケイ素（ＳｉＯ2 ）で形成
されており、コア４，６，７を囲むように形成されてい
る。コア４，６，７は、主に二酸化ゲルマニウム（Ｇｅ
Ｏ2 ）、五酸化二リン（Ｐ2 Ｏ5 ）をドープした石英ガ
ラス膜である。
【００１１】コア４は中央部付近が増幅部４ｂとなって
いる光増幅用のコアであり、その光結合部４ａには入力
用の光ファイバ８が、光分離部４ｃには出力用の光ファ
イバ９がそれぞれ結合されている。コア６は励起光導入
用のコアであり、励起光出力器１０から出力される励起
光をコア４の光結合部４ａに導く。コア７は励起光分離
用のコアであり、コア４で吸収されずに余った励起光を
分離する。
【００１２】コア４には長手方向に約幅７μｍ、深さ約
５μｍの溝４ｄが形成されており、その溝４ｄにはガラ
ス材５が充填されている。ガラス材５はエルビウム（Ｅ
ｒ）が混入されたアルキルシリケート液をガラス化した
ものである。溝４ｄは、ガラス材５の中央部５ｂがコア
４に沿って直線的になるように、また、端部５ａおよび
５ｃがテーパ状になるように形成されている。
【００１３】図２は図１のＡ−Ａ線に沿う断面図であ
る。クラッド３およびコア４は基板２の上にＣＶＤ（ch
emical vapour deposition) 法により形成されている。
すなわち、基板２の上には、最初に下地となるクラッド
３ａが形成され、その上からコア４が火炎法およびエッ
チングにより形成される。溝４ｄはコア４のエッチング
のときに同時に形成される。
【００１４】エッチングが終了すると、溝４ｄにガラス
材５が充填される。ガラス材５は、エルビウム（Ｅｒ）
を２０００ｐｐｍ混入したアルキルシリケート液を溝４
ｄに注入し、１５０°Ｃで約２時間加熱し、ガラス化し
たものである。また、ガラス材５には、コア中央部への
光パワー集中度を高めるために、二酸化ゲルマニウム
（ＧｅＯ2 ）、五酸化二リン（Ｐ2 Ｏ5 ）が多めにドー
プされている。これにより、コア４の他の部分よりも屈
折率が高くなっている。さらに、ガラス材５には、増幅
帯域を広げるためにアルミニウム（Ａｌ）もドープされ
ている。
【００１５】図１に戻り、このような構成を有する本実
施例の平面導波路型光増幅器１の動作を説明する。光フ
ァイバ８から信号光が入力されると、コア６から送られ
る励起光とコア４の光結合部で結合する。結合した信号
光および励起光は、ガラス材５を通過する。このとき、
ガラス材５の端部５ａはテーパ状に形成されているの
で、コア４とガラス材５との間の屈折率に連続性が持た
されている。これにより、信号光および励起光は、ほと
んどパワー損失することなくコア４とガラス材５間との
接続面を通過する。
【００１６】ガラス材５に入力された信号光および励起
光は、中央部５ｂを通過する。このとき、信号光は励起
光からエネルギを受けて増幅し、一方、励起光はガラス
材５内のＥｒによって大部分が吸収される。増幅された
信号光は、ガラス材５の端部５ｃおよびコア４の光分離
部４ｃを通過する。端部５ｃは、前述の端部５ａと同様
にテーパ状に形成されているので、同じ理由から信号光
のパワー損失は少ない。
【００１７】光分離部４ｃでは、信号光が光ファイバ９
に出力されるとともに、ガラス材５内のＥｒに吸収され
なかった励起光が信号光と分離され、コア７を介して外
部に出力される。
【００１８】このように、本実施例では、コア４に溝４
ｄを形成し、Ｅｒの混入されたガラス材５を注入するよ
うにしたので、容易にかつ正確に増幅部４ｂ付近のみに
Ｅｒ等の希土類元素を混入することができる。このた
め、増幅部４ｂ以外の部分では信号光や励起光が吸収さ
れないので、高い増幅率を得ることができる。
【００１９】また、本実施例では、ガラス材５の端部５
ａおよび５ｃをテーパ状に形成したので、信号光および
励起光のパワー損失を低減することができる。本願出願
人の実験したところでは、出力２０ｍＷ、波長１．４８
μｍの励起光を用いて信号光を増幅した場合、２０ｄＢ
の増幅利得を得ることができた。
【００２０】さらに本実施例では、ガラス材５のＧｅＯ
2 およびＰ2 Ｏ5 の含有量を多くして屈折率を高くした
ので、コア中央部への光パワー集中度を高めることがで
きる。
【００２１】また、本実施例では、励起光導入用のコア
６と、励起光分離用のコア７とをコア４と同一基板２上
に形成したので、平面導波路型光増幅器１の小型化を図
ることができる。
【００２２】図３は本発明の平面導波路型光増幅器をレ
ーザ発振器に応用した例を示す図である。このレーザ発
振器２０の基本構造は、前述の平面導波路型光増幅器１
とほぼ同一であるので、同一構成部分には同一符号を付
して説明を省略する。コア４の両端面には、それぞれ反
射膜２１，２２が取り付けられている。
【００２３】このレーザ発振器２０では、コア６から波
長１．４８μｍの励起光が入力され、光結合部４ａでコ
ア４に導入される。導入された励起光は、ガラス材５に
よって吸収される一方、１．５３μｍの光を放出する。
その放出光は、反射膜２２で反射されて反対方向に進
み、さらに反射膜２１で反射される。こうして、反射を
繰り返しながら、放出光は徐々に増幅されて行き、パワ
ーが一定値に達するとレーザ光として反射膜２２側から
出力される。
【００２４】本願出願人の実験したところでは、波長
１．５３μｍのレーザ光を出力２０ｍＷ、波長１．４８
μｍの励起光を用いて励起させた場合、１５ｍＷの出力
を得ることができた。
【００２５】
【発明の効果】以上説明したように本発明では、光増幅
用コアの増幅部付近に溝を形成した上で希土類元素混入
ガラス材を充填するようにしたので、容易にかつ正確に
増幅部付近のみに希土類元素をドープすることができ
る。このため、製造が簡単となり、また、小型でありな
がら高い増幅率を得ることができる。したがって、コス
トも低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の平面導波路型光増幅器の原理図であ
る。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図３】本発明の平面導波路型光増幅器をレーザ発振器
に応用した例を示す図である。
【図４】ファイバ型光増幅器の構成を示す図である。
【符号の説明】
１ 平面導波路型光増幅器 ２ 基板 ３ クラッド ４ （光増幅用）コア ４ｂ 増幅部 ４ｄ 溝 ５ ガラス材 ６ （励起光導入用）コア ７ （励起光分離用）コア ８，９ 光ファイバ ２１，２２ 反射膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−25083（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−104231（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−27921（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−191107（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−293204（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−114476（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−35203（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−222182（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01S 3/00 - 3/30 G02B 6/12 - 6/14 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 平面導波路型光増幅器の製造方法におい
    て、増幅対象の信号光を導くコアの増幅部に前記コアの幅よ
    り幅の狭い溝を設け、 前記溝に希土類元素を混入した液状ガラス材を流し込
    む、 ことを特徴とする平面導波路型光増幅器の製造方法。
  2. 【請求項２】 前記希土類元素を混入したガラス材とし
    て、アルキルシリケート液をガラス化することを特徴と
    する請求項１記載の平面導波路型増幅器の製造方法。
  3. 【請求項３】 励起光導入用コアおよび励起光分離用コ
    アを前記増幅対象の信号光を導くコアと同一基板上に形
    成することを特徴とする請求項１記載の平面導波路型増
    幅器の製造方法。
  4. 【請求項４】 前記溝の両端部をテーパ状とすることを
    特徴とする請求項１記載の平面導波路型増幅器の製造方
    法。
  5. 【請求項５】 前記増幅部は、増幅対象の信号光を導く
    コアと、励起光導入用コア、励起光分離用コアとが隣接
    する部分を含むことを特徴とする請求項１記載の平面導
    波路型増幅器の製造方法。
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