JPWO2015182017A1 - 光学装置 - Google Patents

Abstract

光学装置に用いられる光導波路の作製条件が緩和可能な光学装置を提供することを目的とする。光学的に接合されたコアおよびクラッドを有する光導波路２００と、光導波路の温度を制御する温度制御手段６００とを備えた光学装置５００であって、光導波路は、光導波路を伝搬する光に対し規定される規格化周波数が、コアの屈折率がクラッドの屈折率より大きい屈折率を示す温度範囲内において、光導波路の構造から決まる導波モードのカットオフ周波数を跨いで変化する、ように形成された前記コア及び前記クラッドを有する。温度制御手段は、規格化周波数がカットオフ周波数と等しくなる温度、を跨ぐ温度範囲に渡って光導波路の温度を制御する。

Description

本発明は、一般的には光学装置に関し、特には光導波路を備えた光学装置に関する。

光導波路とは、光学的な特性をもつ物質（以下、光学材料と記載。）を用いて作製された、伝送対象として光を用いる伝送路のことを示す。

光導波路では、光の伝搬方向に伸長しているコアの外方に、コアよりも屈折率が低いクラッドが光学的に接合されている構造を有しており、主にコアが光路として機能する。

光導波路という場合、いわゆる光ファイバのような同軸型の構造のもの、板状の構造をもつもの、など各種の構造のものが含まれる。

また、光導波路は、単に光を伝搬するだけではなく、伝送に必要な電気素子や、光路の分岐または結合のための構造が組み込まれたものもある。

ここで、および以下の説明において、「構造」との語を用いる場合には、光導波路の寸法といった機械的構造のほかに、使用される材料およびその特性を含む概念として用いる。

従来の光導波路の分かりやすい例として、形状がシート状または平板状である光導波路（以下、平面導波路と記載。）が知られている。（非特許文献１）

フォトニクスシリーズ１３ 光導波路の基礎、岡本勝就著、コロナ社、１９９２年、１４〜２７ページ

平面導波路型の光導波路の作製においては、主に（１）光導波路を伝送させる光の波長、（２）コアの光学材料の屈折率、（３）クラッドの光学材料の屈折率、（４）コアの厚さ、を予め定める必要がある。

そして、作製された光導波路の構造に依存して、光導波路に光が閉じ込められながら伝搬していく際の伝搬形態（以下、導波モード（ｇｕｉｄｅｄ ｍｏｄｅ）と記載。）は特定のものだけが許容され、各導波モードを区別するパラメータの１つとして次数が用いられる。

平面導波路型の光導波路における導波モードは、次式で定義される規格化周波数ｖに依存して特定される。

ここで、πは円周率、ｔはコアの厚さ、λは光の波長、ｎｃｏｒｅはコアの屈折率、ｎｃｌａｄはクラッドの屈折率である。

なお、上記非特許文献１の（２．１４）式を、図２．２をもとにｔ＝２ａと置換えて変形することによって、上記（１）式と同様な式が求まる。

また、ある導波モードの光が許容されるか否かの境界に対応する周波数であるカットオフ周波数は、次式で与えられる。

ここで、ｍは導波モードの次数である。

例えば、ＶがＶｍより大きい場合、０次からｍ次までの導波モードの光が伝搬可能な光導波路となる。

一方、一般的に、光導波路の応用分野においては、光導波路を伝搬する光は低次の導波モードであるほうが望ましい場合が多い。

しかし、上記（１）式から分かるように、より低い次数に限定する作製条件で光導波路を作製しようとすると、コア１の厚さｔをより薄くする必要がある。

したがって、厚さｔの小さいコアを有する光導波路を作製する場合、寸法精度の確保等の作製条件がより厳しくなるという課題がある。

このため、光導波路の加工精度が低下する、または量産性（歩留り）が低下することになり、ひいては、光導波路を用いる光学装置の性能および（または）量産性が低下するという課題が想定される。

なお、光ファイバなどの他の構造の光導波路においても、同様に規格周波数、モード、カットオフ周波数を求めることができる。例えば光ファイバでは、上記（１）式においてコアの厚さｔの代わりにコアの直径をパラメータとして規格化周波数が規定可能であり、より低い次数に対応する作製条件で作製しようとすると、コアの直径をより小さくする必要がある。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、光学装置に用いられる光導波路の作製条件が緩和可能な光学装置を提供することを目的とする。

本発明に係る光学装置は、光学的に接合されたコアおよびクラッドを有する光導波路と、前記光導波路の温度を制御する温度制御手段と、を備えた光学装置であって、
前記光導波路は、
前記光導波路を伝搬する光に対し規定される規格化周波数が、前記コアの屈折率が前記クラッドの屈折率より大きい屈折率を示す第１の温度範囲内において、前記光導波路の構造から決まる導波モードのカットオフ周波数を跨いで変化する、
ように形成された前記コア及び前記クラッドを有し、
前記温度制御手段は、
前記規格化周波数が前記カットオフ周波数と等しくなる温度、を跨ぐ第２の温度範囲に渡って前記光導波路の温度を制御する、ように構成されることを特徴とする。

本発明の光学装置によれば、光学装置に用いられる光導波路の作製条件が緩和可能な光学装置を提供することができる。

本発明の実施の形態１における光学装置の内部構成を示す概要図である。 本発明の実施の形態１における光導波路を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１における光導波路を示す断面図である。 本発明の実施の形態１におけるコアおよびクラッドの屈折率の温度依存性を示す模式図である。 本発明の実施の形態１における規格化周波数の温度依存性を示す模式図である。 本発明の実施の形態２におけるコアおよびクラッドの屈折率の温度依存性を示す図である。 本発明の実施の形態２における規格化周波数の温度依存性を示す図である。 本発明の実施の形態２における規格化周波数の温度依存性の変形例を示す図である。 本発明の実施の形態３におけるコアおよびクラッドの屈折率の温度依存性を示す図である。 本発明の実施の形態３における規格化周波数の温度依存性を示す図である。 本発明の実施の形態３における規格化周波数の温度依存性の変形例を示す図である。 本発明の実施の形態４におけるコアおよびクラッドの屈折率の温度依存性を示す図である。 本発明の実施の形態４における規格化周波数の温度依存性を示す図である。 本発明の実施の形態４における規格化周波数の温度依存性の変形例を示す図である。 本発明の実施の形態５におけるコアおよびクラッドの屈折率の温度依存性を示す図である。 本発明の実施の形態５における規格化周波数の温度依存性を示す図である。 本発明の実施の形態５における規格化周波数の温度依存性の変形例を示す図である。 本発明の実施の形態６における光導波路を示す断面図である。 本発明の実施の形態６におけるコアおよびクラッドの屈折率の温度依存性を示す図である。 本発明の実施の形態６における規格化周波数の温度依存性を示す図である。 本発明の実施の形態７におけるコアおよびクラッドの屈折率の温度依存性を示す図である。 本発明の実施の形態７における規格化周波数の温度依存性を示す図である。 本発明の実施の形態８における光導波路を示す断面図である。 本発明の実施の形態８におけるコアおよびクラッドの屈折率の温度依存性を示す図である。 本発明の実施の形態８における規格化周波数の温度依存性を示す図である。 本発明の実施の形態９におけるコアおよびクラッドの屈折率の温度依存性を示す図である。 本発明の実施の形態９における規格化周波数の温度依存性を示す図である。 本発明の実施の形態１０における光導波路を示す断面図である。 本発明の実施の形態１０におけるコアおよびクラッドの屈折率の温度依存性を示す図である。 本発明の実施の形態１０における規格化周波数の温度依存性を示す図である。

以下に、本発明の各実施の形態について図を用いて説明する。

なお、以下の各実施の形態の図においては、同一ないしは同様なものについては同一ないしは同様の番号を付け、各実施の形態の説明においてその説明を一部省略する場合がある。

また、本発明を分かりやすくするため、以下の各実施の形態の図においては、（１）光導波路が、断面が対称構造の平面導波路型の光導波路であり、（２）コアが、光導波路を伝搬する光に対する増幅作用を有し、（３）光学装置が、レーザ光が光導波路を伝搬するレーザ装置、の場合を例に説明する。

なお、レーザ光に対する増幅作用を有するコアはレーザ媒質と呼ばれる場合がある。

実施の形態１.

以下に、本発明の各実施の形態１について図１から図５を用いて説明する。

図１は、本発明の実施の形態１における光学装置の内部構成を示す概要図である。

図において、１００は励起光源、２００は光導波路、３００は温度制御素子、４００は温度制御部、５００は光学装置、６００は温度制御手段、矢印は光、信号または情報、およびそれらの伝搬方向を示す。

なお、光学装置５００の実装においては、図示しない構成要素を含む広義の光学装置５００を各種定義することも可能であり、例えば（１）レーザ光光源、（２）共振器、（３）ミラー、レンズおよびプリズムで例示される受動光学素子、（４）電源、（５）通信手段、（６）各種インターフェースを含むことが可能である。

なお、温度制御素子３００および温度制御部４００は温度制御手段６００を構成する。

図２は、発明の実施の形態１における光導波路２００を示す斜視図である。

図において、１はコア、２ａおよび２ｂはクラッド、ｎｃｏｒｅはコアの屈折率、ｎｃｌａｄはクラッドの屈折率、ｔはコアの厚さ、ｘ、ｙ、ｚは便宜的な座標軸を示す。

また、本実施の形態においては、光導波路２００はｚ軸方向に伸長しており、伝搬する光の光軸はｚ軸方向であるものとする。

励起光源１００は、コア１に対し光の増幅作用を生じさせるための励起光、を発生する。

励起光源１００は、レーザ光およびコア１の光学材料の種類および特性に応じて選択される。

本実施の形態においては、図１に示すように、励起光が光導波路２００の側方から入射する場合の例となっている。

光導波路２００は、平板状のコア１と、コア１の２つの主面においてコア１に光学的に接合された平板状のクラッド２ａおよび２ｂと、を有する。

また、光導波路２００は、励起光源１００からの励起光により励起され、光導波路２００を伝搬するレーザ光に対する増幅作用、いわゆる増幅利得、を生じる。

具体的には、励起光を吸収したコア１（レーザ媒質）に反転分布状態が形成され、光導波路２００を伝搬するレーザ光に対する増幅作用を生じる。

なお、光導波路２００を伝搬する光がコア１に集中するよう、コア１のｘ方向の幅は光導波路２００を伝搬する光の波長に比べて大きいことが望ましい。

同様に、クラッド２ａおよび２ｂのｙ方向における厚さは、光導波路２００を伝搬する光の波長に比べて大きいことが望ましい。

また、コア１の屈折率ｎｃｏｒｅとクラッド２ａおよび２ｂの屈折率ｎｃｌａｄの温度特性は、コア１の屈折率ｎｃｏｒｅがクラッド２ａおよび２ｂの屈折率ｎｃｌａｄより大きい屈折率を示す温度範囲を有する。

本実施の形態においては、コア１の屈折率ｎｃｏｒｅの温度依存性は負（∴ｄ（ｎｃｏｒｅ）／ｄＴ ＜ ０。Ｔは温度。）で、クラッド２ａおよび２ｂの屈折率ｎｃｌａｄの温度依存性は正（∴ｄ（ｎｃｌａｄ）／ｄＴ ＞ ０）を示す場合を例に説明する。（下記、図４参照。）

コア１とクラッド２ａおよび２ｂとを光学的に接合する方法としては、従来および新規な各種方法が適用可能であり、例えば（１）コア１を先に作製しクラッド２ａおよび２ｂの光学材料を原料としてコア１に蒸着する方法、（２）コア１とクラッド２ａおよび２ｂとを作製した後、オプティカルコンタクト、拡散接合または表面活性化接合によって接合する方法、が適用可能である。

コア１における光の増幅作用を与える光学材料（レーザ媒質）としては、従来及び新規な各種光学材料が適用可能であり、例えばガラス材料として（１）Ｅｒ：Ｙｂ：Ｇｌａｓｓ、（２）Ｎｄ：Ｇｌａｓｓ、（３）Ｅｒ：Ｇｌａｓｓ、（４）Ｙｂ：Ｇｌａｓｓ、（５）Ｐｒ：Ｇｌａｓｓ、結晶材料として（６）Ｎｄ：ＹＬＦ、（７）Ｙｂ：ＹＬＦ、（８）Ｅｒ：ＹＬＦ、（９）Ｐｒ：ＹＬＦ、（１０）Ｈｏ：ＹＬＦ、（１１）Ｔｍ：ＹＬＦ、（１２）Ｔｍ：Ｈｏ：ＹＬＦ、（１３）Ｙｂ：ＫＹＷ、（１４）Ｙｂ：ＫＧＷ、（１５）Ｃｒ：ＬｉＳＡＦが適用可能である。または例えば、活性イオンを添加したセラミック材料でもよい。なお、上記「Ｇｌａｓｓ」はリン酸ガラス、石英ガラスまたはフッ化物ガラスであることが望ましい。また、Ｅｒ、Ｙｂ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｈｏ、ＴｍおよびＣｒは活性化イオンと呼ばれることがある。

また、クラッド２ａおよび２ｂの光学材料としては、各種光学材料が適用可能であり、例えば（１）ガラス材料、（２）カルサイト、（３）ＫＴＰが適用可能である。

ガラス材料は、屈折率の値とその温度依存性をその製造工程において調整することが可能であり、例えば（１）屈折率の温度依存を正にする、（２）温度依存をほぼゼロにする、ことも可能である。

ただし、コア１およびクラッド２ａおよび２ｂの光学材料の組合せは、本発明の効果を奏する組合せが選択される。

すなわち、光学装置５００に用いる光導波路２００として、コア１の屈折率がクラッド２ａおよび２ｂの屈折率より大きい屈折率を示す温度範囲内において、規格化周波数Ｖがカットオフ周波数Ｖｍを跨いで変化するような、コア１とクラッド２ａおよび２ｂの光学材料の組合せにより作製された光導波路２００を用いる。（下記、図５参照。）

温度制御素子３００は、クラッド２ａおよび２ｂの少なくとも一方の外方に配置され、使用する素子の特性に応じ加熱または冷却を行う。

温度制御において加熱を行う素子を用いるか冷却を行う素子を用いるかは、光導波路２００の構造に応じて選択される。

本実施の形態においては、クラッド２ａおよび２ｂの一方に配置される場合の例となっているので、クラッド２ａおよび２ｂの一方から光導波路２００の温度を制御する。

温度制御素子３００の実装としては各種実装形態が可能であり、例えば（１）ヒートシンク、（２）ペルチェ素子、（３）ヒーター、が適用可能である。また、上記素子の代わりに（４）空気または液体といった流体（媒体）を直接的または間接的に接触させるものでもよい。

温度制御部４００は、温度制御素子３００に対する温度制御用の制御信号を生成し、温度制御素子３００を介して光導波路２００の温度を制御する。

また、温度制御部４００は、光導波路２００を伝搬する光に対し規定される規格化周波数Ｖが、光導波路２００の構造から決まる導波モードの特定の次数のカットオフ周波数Ｖｍと等しくなる温度、を跨いで変化する温度制御範囲を有する。（下記、図５参照。）

温度制御部４００の実装としては、温度制御に必要な各種構成要素、例えば（１）演算装置（例えばＣＰＵ）、（２）メモリ（例えばＲＡＭ、ＲＯＭ）、（３）温度センサ、（４）Ａ／Ｄ変換器、（５）Ｄ／Ａ変換器、（６）制御用インターフェース、（７）信号用バス、のいずれかまたは全部を実装形態に応じて含むよう構成する。

メモリには、温度制御に必要な各種情報、例えば（１）制御プログラム、（２）屈折率の温度特性の情報、（３）規格化周波数Ｖがカットオフ周波数Ｖｍと等しくなる温度の情報、（４）規格化周波数Ｖがカットオフ周波数Ｖｍを上回る温度の情報、（５）規格化周波数Ｖがカットオフ周波数Ｖｍを下回る温度の情報、（６）複数個の上記（３）から（５）の情報、（７）温度センサの入出力特性の情報、のいずれかまたは組合せを実装形態に応じて含むよう構成する。

なお、温度制御においては、各種構成要素のばらつきを反映した制御用のマージンを考慮して温度制御をおこなうようにしてもよい。また、図１に示すような温度制御部４００から温度制御素子３００への一方向の温度制御のほかに、温度センサ（図示しない）を用いたフィードバック制御を行うなど、光学装置５００の実装に応じて各種制御方式が適用できる。

温度制御の動作の詳細については、後述する動作原理の説明のなかで説明する。

図３は、本発明の実施の形態１における光導波路を示す断面図である。

図において、３から５の各々は、異なる次数の値に対応する、ｚ方向に伝搬する導波モードの光のｙ方向における電界強度分布の様子の例を示す。３は０次の導波モード、４は１次の導波モード、５は２次の導波モードに対応する。

ただし、ｚ方向における表示位置は、例示した各モードを見やすくするためのもので、特に意味はない。

その他については図２と同様であるのでその説明を省略する。

図４は、本発明の実施の形態１におけるコアおよびクラッドの屈折率の温度依存性を示す模式図である。

図において、ｎは屈折率、Ｔは温度、ｎｃｏｒｅはコアの屈折率、ｎｃｌａｄはクラッドの屈折率を示す。

ここで、図に示したｎｃｏｒｅおよびｎｃｌａｄの特性は、光学装置５００において光導波路２００を伝搬させる光の波長λにおける特性、言い換えると、想定する波長λのレーザ光が光導波路２００を伝搬するとした場合にコア１とクラッド２ａおよび２ｂにおいてレーザ光が感じる屈折率の特性、である。

図５は、本発明の実施の形態１における規格化周波数の温度依存性を示す模式図である。

図において、Ｖは規格化周波数、Ｖｍはｍ次のカットオフ周波数を示す。

次に、光学装置５００の動作原理について説明する。

ここで、常温においては、Ｖ＞Ｖｍであり、光学装置５００の動作時の光導波路２００の温度においては、Ｖ＜Ｖｍであるとする。

温度制御部４００は、光学装置５００の動作時において、コア１の屈折率ｎｃｏｒｅがクラッド２ａおよび２ｂの屈折率ｎｃｌａｄより大きい屈折率を示す温度範囲内において、光導波路２００の温度がＶ＜Ｖｍとなる温度まで加熱するよう、温度制御素子３００に対する制御を行う。

図４に示すようにコア１は屈折率の温度特性が負であり、クラッド２ａおよび２ｂの屈折率の温度特性が正であるので、コア１の屈折率とクラッド２ａおよび２ｂの屈折率との差が、加熱により減少する。

上記（１）式から、波長λの光に対する規格化周波数Ｖは、コアの屈折率の２乗とクラッドの屈折率の２乗との差に依存することが分かる。

したがって、光導波路２００の温度上昇に対応して規格化周波数Ｖが図５のように変化し、光導波路２００は、ｍ次の導波モードで光が伝搬することができないようになるので、等価的に最高次数が（ｍ−１）次の光導波路として機能する。

以上のように、光導波路２００の作製条件としてはｍ次の導波モードまで伝搬可能なコア１の厚みｔを選択し、光学装置５００の使用時には、規格化周波数Ｖがｍ次のカットオフ周波数Ｖｍと等しくなる温度、を跨ぐ温度まで加熱することで、光導波路２００を伝搬する光の導波モードをｍ−１次以下の導波モードに限定することができることが分かる。

なお、次数ｍの具体的な値は、光学装置５００の実装において要求される光の特性または光学装置５００としての性能に応じて選択される。

また、コア１の屈折率ｎｃｏｒｅがクラッド２ａおよび２ｂの屈折率ｎｃｌａｄより大きい屈折率を示す温度範囲と、温度制御における温度範囲と、は同じであっても異なっていてもよく光学装置５００の実装に応じて選択される。また、温度制御における温度範囲は、設定可能な範囲と実際に光学装置５００を使用する際の範囲とが同じであっても異なっていてもよい。

例えば、０次の導波モードの光のみを要求する光学装置５００では、１次の導波モードまで許容する光導波路２００を備えるようにする。

以上のように、本実施の形態の光学装置によれば、光学装置５００に用いられる光導波路２００の作製条件が緩和可能な光学装置５００を提供することができる。

また、本実施の形態の光学装置によれば、平面導波路型の光導波路２００を用いてレーザ装置５００を構成している。平面導波路は、コア１であるレーザ媒質の厚さｔが小さく、したがって反転分布状態におけるレーザ媒質の電子の励起密度が高くすることができるため、誘導放出断面積が小さいレーザ媒質を用いても、レーザ装置５００として大きな光増幅利得が得られる。これにより、高効率なレーザ光の増幅動作を実現することができる。

また、平面導波路型の光導波路２００は、光導波路２００の幅（図２のｘ方向の寸法）を変えることによって、励起密度を所定の値に保ったままでのレーザ光の出力のスケーリングが容易となる。

また、本実施の形態の光学装置５００によれば、コア１の屈折率の温度依存性が負で、クラッド２ａおよび２ｂの屈折率の温度依存性が正であり、光導波路２００を、光導波路２００の外部から温度制御するように構成している。温度制御手段６００が、規格化周波数Ｖがカットオフ周波数Ｖｍと等しくなる温度を跨ぐ温度範囲に渡って光導波路２００の温度を制御することにより、コアとクラッドの屈折率を可変とし、伝搬可能な導波モードの数を可変に制御することができる。

また、本実施の形態の光学装置を、例えばレーザ光を用いたレーダ（ＬＩＤＡＲ：Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ、Ｌａｓｅｒ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ：「光検出と測距」ないし「レーザ画像検出と測距」）装置に応用する場合に、レーザ光の集光性に例示されるレーダ装置としての性能およびレーダ装置の量産性を向上させることができる。

なお、本発明の実施の形態においては、クラッド２ａおよび２ｂを特定の光学材料により作製しているが、他の構造でもよく、例えばクラッド２ａおよび２ｂのうちの一方が作製されない光導波路２００、すなわちクラッド２ａおよび２ｂの一方を空気により構成する構造（含、メサ型導波路）でもよく上記実施の形態の構造に限定されない。

また、本発明の実施の形態においては、平板状のコア１と、クラッド２ａおよび２ｂと、がｙ方向の寸法が同じ断面構造（いわゆるスラブ型導波路）の場合を例に説明したが、コア１の幅が狭く、クラッド２がコア１を囲む断面構造（いわゆる埋め込み型導波路）、としてもよく上記実施の形態の構造に限定されない。

また、本発明の実施の形態においては、コア１がレーザ媒質の場合について述べたが、光導波路２００において増幅作用が不要な光学装置、例えば単なる光伝送路として機能させる光学装置の場合、活性イオンの含まれない光学材料を用いて光導波路２００を構成してもよい。

また例えば、活性イオンとしてＮｄが含まれる光学材料の場合で励起光がなくとも光導波路として機能する場合、すなわち光の減衰量が小さい場合、があり、その場合励起光源を不要としてもよい。一方、活性イオンとしてＥｒまたはＹｂが含まれる光学材料の場合は、そのままでは減衰量が大きい場合があり、活性化イオンによる光の減衰に対する低減作用を生じさせ光導波路２００として機能させるために、励起光源を用いることが望ましい。

また、本発明の実施の形態においては、平面導波路型の光導波路２００を備えた場合を例に説明したが、光学的に接合されたコア１とクラッド２ａおよび２ｂとを有する光導波路２００であればよく、光ファイバ等で例示される、平面導波路以外の導波路構造に対し本発明を適用してもよく、上記実施の形態に限定されない。

また、本発明の実施の形態においては、コア１とクラッド２ａおよび２ｂとの関係がｄ（ｎｃｏｒｅ）／ｄＴ＜ｄ（ｎｃｌａｄ）／ｄＴの関係の場合について述べたが、コア１の屈折率ｎｃｏｒｅがクラッドの屈折率ｎｃｌａｄより大きい屈折率を示す温度範囲において温度変化に伴って屈折率の２乗差が減少すればよく、例えば、（１）ｄ（ｎｃｏｒｅ）／ｄＴ＞ｄ（ｎｃｌａｄ）／ｄＴ、（２）ｄ（ｎｃｏｒｅ）／ｄＴ＝ｄ（ｎｃｌａｄ）／ｄＴ、のような関係の場合でもよく、上記実施の形態に限定されない。

また、本発明の実施の形態においては、コア１の屈折率の温度依存性が負の場合を例に説明したが、温度依存性が正の光学材料を用いてもよく、例えば（１）Ｅｒ：Ｙｂ：Ｇｌａｓｓ、（２）Ｎｄ：Ｇｌａｓｓ、（３）Ｅｒ：Ｇｌａｓｓ、（４）Ｙｂ：Ｇｌａｓｓ、（５）Ｐｒ：Ｇｌａｓｓ、（６）Ｙｂ：ＹＡＧ、（７）Ｎｄ：ＹＡＧ、（８）Ｅｒ：ＹＡＧ、（９）Ｅｒ：Ｙｂ：ＹＡＧ、（１０）Ｃｒ：Ｔｍ：Ｈｏ：ＹＡＧ、（１１）Ｔｍ：Ｈｏ：ＹＡＧ、（１２）Ｔｍ：ＹＡＧ、（１３）Ｈｏ：ＹＡＧ、（１４）Ｐｒ：ＹＡＧが適用可能である。そして、その場合にも、コア１とクラッド２ａおよび２ｂとは、光導波路２００の規格化周波数Ｖが、第１の温度範囲内において、導波モードのカットオフ周波数を跨いで変化するように形成される。

また、本発明の実施の形態においては、図１に示すように、励起光が光導波路２００の側方から励起光が入射する場合の例を示したが、光導波路２００において光の増幅作用を生ずるように光導波路２００に入射されればよく、図の構成および配置関係に限定されない。

また、本発明の実施の形態においては、特定の１つのカットオフ周波数を跨ぐ場合を例に説明したが、複数の次数の値を跨ぐよう構成した光導波路２００を用い、光学装置５００の実装に応じて動作時の温度を制御するようにしてもよく、上記実施の形態に限定されない。

また、本発明の実施の形態においては、光導波路２００をレーザ光が伝搬する場合を例に説明したが、レーザ光以外の光を用いてもよく、上記実施の形態に限定されない。

また、本発明の実施の形態においては、光学装置５００の動作時に、レーザ光源（図示しない）から入射した０次の導波モードのレーザ光を伝搬・増幅させて出射する場合の例となっているが、レーザ光源から光導波路２００に入射するレーザ光にｍ次以下の導波モードが含まれる場合に、ｍ次の導波モードを伝搬させて出射するかどうかを制御する伝搬制御手段として用いる光学装置を構成してもよい。

実施の形態２.

以下に、本発明の各実施の形態２について図６から図８を用いて説明する。

本実施の形態以降は、本発明をより詳細に説明するために、発明を実施するための具体的な光学材料の組合せを取り上げて説明する。ただし、光学材料の組合せは例示に過ぎず、これらに限らない。また、屈折率の温度特性（正または負）の組合せは上記実施の形態１と異なる場合も含まれる。

また、本実施の形態以降に示す各種温度特性は、使用する光学材料のカタログ、文献等に記載の特性値をもとに計算した結果となっている。

また、本実施の形態以降の各種温度特性は、光学材料または光導波路２００が、全体的に均一に温度制御された場合を想定した特性となっている。

なお、上記実施の形態１と同一または同様な構成要素および動作については、その説明を省略する場合がある。

図６は、本発明の実施の形態２における、コアおよびクラッドの屈折率の温度依存性を示す図である。

図において、ｎが屈折率、ΔＴが常温からの温度差（単位：度）、ｎｃｏｒｅはコアの屈折率、ｎｃｌａｄはクラッドの屈折率を示す。

本実施の形態においては、コア１の光学材料として、ガラス材料、具体的にはＥｒ：Ｇｌａｓｓの一種であるＥｒ／Ｑｘ（Ｋｉｇｒｅ社製品名）を用いている。

コア１は、上記実施の形態１と同様にレーザ媒質となっている。

また、クラッド２ａおよび２ｂの光学材料として、ガラス材料、具体的にはＳ−ＴＩＬ６（ＯＨＡＲＡ社製品名）を用いている。

また、想定する光の波長がλ＝１．５３５μｍの場合の例となっている。

図６から、上記実施の形態１と同様に、コア１の屈折率の温度特性が負であり、かつ、クラッド２ａおよび２ｂの温度特性が正となる、温度範囲を有していることが分かる。

図７は、本実施の形態における規格化周波数の温度依存性を示す図である。

規格化周波数Ｖの値は、上記図６の値をもとに計算している。

なお、コア１の厚みがｔ＝５．１μｍの場合の例となっている。

図７から、上記温度範囲において、常温（ΔＴ＝０）からの温度の増加に伴って、規格化周波数Ｖが、１次の導波モードに対するカットオフ周波数（Ｖ１＝π／２）を跨いで減少していることが分かる。

すなわち、常温、すなわち光学装置５００内に実装された状態または光学装置を使用していない状態の光導波路２００は、光導波路２００を伝搬可能な導波モードの最高次数は１次であり、高温（ΔＴ≧５２）においては、１次の導波モードは伝搬不可能となり０次の導波モードのみが光導波路２００を伝搬可能であることがわかる。

これは、温度制御部４００および温度制御素子３００により高温（ΔＴ≧５２）に加熱された光導波路２００が、等価的に０次の導波モード用の光導波路２００となることを意味する。

したがって、光学装置５００としては、１次の導波モードまで伝搬可能なコア１の厚みｔを選択して作製した光導波路２００を備えるようにし、光学装置５００の使用時には、規格化周波数Ｖが１次のカットオフ周波数Ｖ１を下回る温度（ΔＴ≧５２）まで加熱するよう温度制御部４００が温度制御素子３００を制御する、ことにより光学装置５００の動作時における光導波路２００を伝搬する光の導波モードを、０次の導波モードに限定することができることが分かる。

図８は、本実施の形態における規格化周波数Ｖの温度依存性の変形例を示す図である。

なお、コア１の厚みがｔ＝２０．４μｍの場合の例となっている。

図８から、上記温度範囲において、上記（１）式により光導波路２００の構造から規定される規格化周波数Ｖが、上記（２）式から求まる４次の導波モードに対するカットオフ周波数（Ｖ４＝４π／２）を跨いで変化していることが分かる。

すなわち、常温において光導波路２００を伝搬可能な導波モードの最高次数は４次であり、加熱時（ΔＴ≧５２）においては４次の導波モードは伝搬不可能となり３次以下の導波モードが光導波路２００を伝搬可能であることがわかる。

これは、温度制御部４００および温度制御素子３００により高温（ΔＴ≧５２）に加熱された光導波路２００が、等価的に３次以下の導波モード用の光導波路となることを意味する。

したがって、光学装置５００としては、４次の導波モードまで伝搬可能なコア１の厚みｔを選択して作製した光導波路２００を備えるようにし、光学装置５００の使用時には、規格化周波数が４次のカットオフ周波数を下回る温度（ΔＴ≧５２）まで加熱するよう温度制御部４００が温度制御素子３００を制御する、ことにより光学装置５００の動作時における光導波路２００を伝搬する光の導波モードを３次以下の導波モードに限定することができることが分かる。

以上のように、本実施の形態の光学装置５００によれば、上記実施の形態１と同様な効果を奏する。

なお、上記説明においてはコア１の光学材料（ガラス材料）として、Ｅｒ：Ｇｌａｓｓを用いているが、Ｅｒ：Ｙｂ：Ｇｌａｓｓ、例えばＥｒ，Ｙｂ共添加リン酸ガラス、を用いてもよい。Ｅｒ，Ｙｂ共添加リン酸ガラスの作製条件を調整することで上記Ｅｒ／Ｑｘ（Ｋｉｇｒｅ社製品名）と同様の屈折率特性を有するようにできるので、光導波路２００および光学装置５００の作製の自由度が増加する。

実施の形態３.

以下に、本発明の各実施の形態３について図９から図１１を用いて説明する。

なお、上記各実施の形態と同一または同様な構成要素および動作については、その説明を省略する。

図９は、本発明の実施の形態３における、コアおよびクラッドの屈折率の温度依存性を示す図である。図の見かたは上記実施の形態２と同様である。

本実施の形態においては、コア１の光学材料として、ガラス材料、具体的にはＮｄ：Ｇｌａｓｓの１種であるＮｄ：Ｑ−２４６（Ｋｉｇｒｅ社製品名）を用いている。

また、コア１は上記実施の形態１と同様に、レーザ媒質となっている。

また、クラッド２ａおよび２ｂの光学材料として、ガラス材料、具体的にはＳ−ＴＩＬ２５（ＯＨＡＲＡ社製品名）を用いている。

また、想定する光の波長がλ＝１．０６２μｍの場合の例となっている。

図９から、コア１及びクラッド２ａおよび２ｂは、上記実施の形態１および２と異なり、屈折率の温度特性が共に正となる温度範囲を有していることが分かる。

図１０は、本実施の形態における規格化周波数の温度依存性を示す図である。

図の見かたは上記実施の形態２と同様である。

なお、コア１の厚みがｔ＝６．２μｍの場合の例となっている。

図１０から、上記温度範囲において、常温（∴ΔＴ＝０）からの温度の減少に伴って、規格化周波数Ｖが、１次の導波モードに対するカットオフ周波数（Ｖ１＝π／２）を跨いで減少していることが分かる。

すなわち、常温において光導波路２００を伝搬可能な導波モードの最高次数は１次であり、低温（ΔＴ≦−１２）においては１次の導波モードは伝搬不可能となり０次の導波モードのみが光導波路２００を伝搬可能であることがわかる。

これは、温度制御部４００および温度制御素子により低温（ΔＴ≦−１２）に冷却された光導波路２００が、等価的に０次の導波モード用の光導波路となることを意味する。

したがって、光学装置５００としては、１次の導波モードまで伝搬可能なコア１の厚みｔを選択して作製した光導波路２００を備えるようにし、光学装置５００の使用時には、規格化周波数Ｖが１次のカットオフ周波数Ｖ１を下回る温度（ΔＴ≦−１２）まで冷却するよう温度制御部４００が温度制御素子３００を制御することで、光学装置５００の動作時における光導波路２００を伝搬する光の導波モードを、０次の導波モードに限定することができることが分かる。

図１１は、本実施の形態における規格化周波数Ｖの温度依存性の変形例を示す図である。図の見かたは上記実施の形態２および３と同様である。

なお、コア１の厚みがｔ＝３７．２μｍの場合の例となっている。

図１１から、上記温度範囲において、規格化周波数Ｖが、カットオフ周波数（Ｖ６＝６π／２）を跨いで変化していることが分かる。

すなわち、常温において光導波路２００を伝搬可能な導波モードの最高次数は６次であり、冷却時（例えばΔＴ≦−１２）においては６次の導波モードは伝搬不可能となり５次から０次までの導波モードが光導波路２００を伝搬可能であることがわかる。

これは、温度制御部４００および温度制御素子により低温（ΔＴ≦−１２）に冷却された光導波路２００が、等価的に５次以下の導波モード用の光導波路となることを意味する。

したがって、光学装置５００としては、６次の導波モードまで伝搬可能なコア１の厚みｔを選択して作製した光導波路２００を備えるようにし、光学装置５００の使用時には、規格化周波数が６次のカットオフ周波数を下回る温度（ΔＴ≦−１２）まで冷却するよう温度制御部４００が温度制御素子３００を制御する、ことにより光学装置５００の動作時における光導波路２００を伝搬する光の導波モードを５次以下の導波モードの導波モードに限定することができることが分かる。

以上のように、本実施の形態の光学装置５００によれば、上記実施の形態１と同様な効果を奏する。

なお、上記説明においてはコア１の光学材料（ガラス材料）として、Ｎｄ：Ｇｌａｓｓの一種であるＮｄ：Ｑ−２４６（Ｋｉｇｒｅ社製品名）を特定しているが、Ｎｄ添加石英ガラスを用いてもよい。Ｎｄ添加石英ガラスの作製条件を調整することで上記Ｎｄ：Ｑ−２４６（Ｋｉｇｒｅ社製品名）と同様の屈折率特性を有するようにできるので、光導波路２００および光学装置５００の作製の自由度が増加する。

実施の形態４.

以下に、本発明の各実施の形態４について図１２から図１４を用いて説明する。

なお、上記各実施の形態と同一または同様な構成要素および動作については、その説明を省略する。

図１２は、本発明の実施の形態４における、コアおよびクラッドの屈折率の温度依存性を示す図である。図の見かたは上記実施の形態２および３と同様である。

本実施の形態においては、コア１の光学材料として結晶材料、具体的にはＮｄ：ＹＬＦを用いている。

コア１は上記実施の形態１と同様に、レーザ媒質となっている。

また、クラッド２ａおよび２ｂの光学材料としてガラス材料、具体的にはＣｏｒｎｉｎｇ７９８０（ＣＯＲＮＩＮＧ社製品名）を用いている。

また、想定する光の波長がλ＝１．０４７μｍの場合の例となっている。

図１２から、コア１及びクラッド２ａおよび２ｂは、上記実施の形態１から３とは異なり、屈折率の温度特性が共に負となる温度範囲を有していることが分かる。

図１３は、本実施の形態における規格化周波数の温度依存性を示す図である。

図の見かたは上記実施の形態２および３と同様である。

なお、コア１の厚みがｔ＝２．１７μｍの場合の例となっている。

図１３から、上記温度範囲において、常温からの温度の減少に伴って、規格化周波数Ｖが、１次の導波モードに対するカットオフ周波数（Ｖ１＝π／２）を跨いで減少していることが分かる。

これは、温度制御部４００および温度制御素子３００により低温（ΔＴ≦−１４）に冷却された光導波路２００が、等価的に０次の導波モード用の光導波路２００となることを意味する。

したがって、光学装置５００としては、１次の導波モードまで伝搬可能なコア１の厚みｔを選択して作製した光導波路２００を備えるようにし、光学装置５００の使用時には、規格化周波数Ｖが１次のカットオフ周波数Ｖ１を下回る温度（ΔＴ≦−１４）まで冷却するよう温度制御部４００が温度制御素子３００を制御する、ことにより光学装置５００の動作時における光導波路２００を伝搬する光の導波モードを、０次の導波モードに限定することができることが分かる。

図１４は、本実施の形態における規格化周波数の温度依存性の変形例を示す図である。図の見かたは上記実施の形態２および３と同様である。

なお、図の特性は、コア１の厚みがｔ＝１９．５３μｍの場合の特性となっている。

図１４から、上記温度範囲において、規格化周波数Ｖが、９次の導波モードに対するカットオフ周波数（Ｖ９＝９π／２）を跨いで変化していることが分かる。

これは、温度制御部４００および温度制御素子３００により低温（ΔＴ≦−１４）に冷却された光導波路２００が、等価的に８次以下の導波モード用の光導波路２００となることを意味する。

したがって、光学装置５００としては、９次の導波モードの導波モードまで伝搬可能なコア１の厚みｔを選択して作製した光導波路２００を備えるようにし、光学装置５００の使用時には、規格化周波数が９次のカットオフ周波数を下回る温度（ΔＴ＝−１４）まで冷却するよう温度制御部４００が温度制御素子３００を制御する、ことにより光学装置５００の動作時における光導波路２００を伝搬する光の導波モードを８次以下の導波モードに限定することができることが分かる。

以上のように、本実施の形態の光学装置５００によれば、上記実施の形態１と同様な効果を奏する。

実施の形態５.

以下に、本発明の各実施の形態５について図１５から図１７を用いて説明する。

なお、上記各実施の形態と同一または同様な構成要素および動作については、その説明を省略する。

図１５は、本発明の実施の形態５における、コアおよびクラッドの屈折率の温度依存性を示す図である。図の見かたは上記実施の形態２から４と同様である。

本実施の形態においては、コア１の光学材料として結晶材料、具体的にはＹｂ：ＹＡＧを用いている。

コア１は上記実施の形態１と同様に、レーザ媒質となっている。

また、クラッド２ａおよび２ｂの光学材料としてガラス材料、具体的にはＳ−ＬＡＨ５５Ｖ（ＯＨＡＲＡ社製品名）を用いている。

また、想定する光の波長がλ＝１．０３０μｍの場合の例となっている。

図１５から、コア１及びクラッド２ａおよび２ｂは、屈折率の温度特性が共に正となる温度範囲を有していることが分かる。

図１６は、本実施の形態における規格化周波数の温度依存性を示す図である。

図の見かたは上記実施の形態２から４と同様である。

なお、コア１の厚みがｔ＝６μｍの場合の例となっている。

図１６から、上記温度範囲において、常温からの温度の減少に伴って、規格化周波数Ｖが、１次の導波モードに対するカットオフ周波数（Ｖ１＝π／２）を跨いで減少していることが分かる。

これは、温度制御部４００および温度制御素子３００により低温（ΔＴ≦−６２）に冷却された光導波路２００が、等価的に０次の導波モード用の光導波路２００となることを意味する。

したがって、光学装置５００としては、１次の導波モードまで伝搬可能なコア１の厚みｔを選択して作製した光導波路２００を備えるようにし、光学装置５００の使用時には、規格化周波数Ｖが１次のカットオフ周波数Ｖ１を下回る温度（ΔＴ≦−６２）まで冷却するよう温度制御部４００が温度制御素子３００を制御する、ことにより光学装置５００の動作時における光導波路２００を伝搬する光の導波モードを、０次の導波モードに限定することができることが分かる。

図１７は、本実施の形態における規格化周波数Ｖの温度依存性の変形例を示す図である。図の見かたは上記実施の形態２から４と同様である。

なお、コア１の厚みがｔ＝３６μｍの場合の例となっている。

図１７から、上記温度範囲において、規格化周波数Ｖが、６次の導波モードに対するカットオフ周波数（Ｖ６＝６π／２）を跨いで変化していることが分かる。

これは、温度制御部４００および温度制御素子３００により低温（ΔＴ≦−６２）に冷却された光導波路２００が、等価的に５次以下の導波モード用の光導波路２００となることを意味する。

したがって、光学装置５００に用いる光導波路２００としては、６次の導波モードまで伝搬可能なコア１の厚みｔを選択して作製した光導波路２００を備えるようにし、光学装置５００の使用時には、規格化周波数が６次のカットオフ周波数を下回る温度（ΔＴ≦−６２）まで冷却するよう温度制御部４００が温度制御素子３００を制御する、ことにより光学装置５００の動作時における光導波路２００を伝搬する光の導波モードを５次以下の導波モードに限定することができることが分かる。

以上のように、本実施の形態の光学装置５００によれば、上記実施の形態１と同様な効果を奏する。

実施の形態６.

以下に、本発明の各実施の形態６について図１８から図２０を用いて説明する。

なお、上記各実施の形態と同一または同様な構成要素および動作については、その説明を省略する。

本実施の形態においては、コア１の光学材料として、ガラス材料、具体的にはＥｒ：ＧｌａｓｓであるＥｒ／Ｑｘ（Ｋｉｇｒｅ社製品名）を用いている。

コア１は上記実施の形態１と同様に、レーザ媒質となっている。

また、クラッド２ａおよび２ｂの光学材料として、複屈折材料である結晶材料、具体的にはカルサイトを用いている。

また、レーザ光として、偏光方向がｙ軸と平行なレーザ光を用いている。

図１８は、本発明の実施の形態６における光導波路を示す断面図である。

図において、１はコア、２ａおよび２ｂはクラッド、ｘ、ｙおよびｚは便宜的な座標軸を示す。また、ｃはカルサイトの結晶軸であるｃ軸、θはｃ軸とｚ軸（光導波路の光軸。図中、点線で表示。）とのなす角度を示す。

本実施の形態においては、カルサイトのｃ軸がｘ軸に垂直な場合の例となっている。 カルサイトは、いわゆる１軸結晶と呼ばれる結晶構造を有し、結晶の特定の１つの軸方向において屈折率が異なるいわゆる異方性を示す。

図１９は、本発明の実施の形態６における、コアおよびクラッドにおいてレーザ光が感じる屈折率の温度依存性を示す図である。図の見かたは上記実施の形態２から５と同様である。

また、想定する光の波長がλ＝１．５３５μｍ、カルサイトの角度がθ＝５６．３度の場合の例となっている。

図１９から、コア１は屈折率の温度特性が負で、クラッド２ａおよび２ｂは屈折率の温度特性が正となる、温度範囲を有していることが分かる。

図２０は、本実施の形態６における規格化周波数の温度依存性を示す図である。

図の見かたは上記実施の形態２から５と同様である。

なお、コア１の厚みがｔ＝１００μｍの場合の例となっている。

図２０から、上記温度範囲において、常温からの温度の増加に伴って、規格化周波数Ｖが、４次から１次の導波モードに対するカットオフ周波数（Ｖ４＝４π／２、・・・、Ｖ１＝π／２）を跨いで減少していることが分かる。

これは、温度制御部４００および温度制御素子３００により加熱された光導波路２００が、第１の温度変化範囲（８≦ΔＴ≦２２）において等価的に３次以下の導波モード用の光導波路に、第２の温度変化範囲（２２≦ΔＴ≦３０）において等価的に２次以下の導波モード用の光導波路に、第３の温度変化範囲（３０≦ΔＴ≦３６）において等価的に１次以下の導波モード用の光導波路に、第４の温度変化範囲（３６≦ΔＴ）において０次の導波モードの導波モード用の光導波路にとなることを意味する。

したがって、光学装置５００としては、４次の導波モードの導波モードまで伝搬可能なコア１の厚みｔを選択して作製した光導波路２００を備えるようにし、光学装置５００の使用時には、例えば、規格化周波数Ｖが１次のカットオフ周波数Ｖ１を下回る温度まで加熱するよう温度制御部４００が温度制御素子３００を制御する、ことにより光学装置５００の動作時における光導波路２００を伝搬する光の導波モードを、０次の導波モードに限定することができることが分かる。

なお、光学装置５００の使用目的および光学装置５００として許容または使用する光の導波モードの最高次数に応じて、温度変化の設定を変えた光学装置、または、設定を変更可能な光学装置、を構成してもよい。

以上のように、本実施の形態の光学装置５００によれば、上記実施の形態１と同様な効果を奏する。

また、角度θを変えて光導波路２００のクラッド２ａおよび２ｂを作製することで、光導波路２００を伝搬する光が感じるクラッド２ａおよび２ｂの屈折率を等価的に変えることができるので、光導波路２００の作製時のパラメータを増やすことができ、光導波路２００および光学装置５００の作製の自由度が増加する。

また、図２０の場合、コア１の厚さをｔ＝１００μｍと、上記各実施の形態に比べてさらに厚くすることができるので、さらに作製条件を緩和することができる。

また、本実施の形態におけるコア１とクラッド２ａおよび２ｂの光学材料の組合せとすることで、上記各実施の形態と比較して、より少ない温度変化範囲でカットオフ周波数を跨ぐように構成できるので、温度制御手段６００の構成および制御を簡易にできる。

常温からの温度変化量が小さいことで、光学装置５００を構成する光導波路２００およびそれ以外の構成要素に対する温度の影響、例えば機械的な変形に起因する電気的特性の劣化を低減することができる。

また、光学装置５００として許容する導波モードの最高次数の異なる複数の光学装置５００を作製する場合に、同じ光導波路２００を備えるようにできるので、部品の共通化が図れるとともに、光導波路２００および光学装置５００の作製費用を低減することができる。

なお、上記説明においては、コア１の光学材料（ガラス材料）としてＥｒ：Ｇｌａｓｓを用いているが、上記実施の形態２と同様に、Ｅｒ，Ｙｂ共添加リン酸ガラスを用いるようにしてもよく、光導波路２００および光学装置５００の作製の自由度が増加する。

実施の形態７.

以下に、本発明の各実施の形態７について図２１および図２２を用いて説明する。

なお、上記各実施の形態と同一または同様な構成要素および動作については、その説明を省略する。

本実施の形態においては、コア１の光学材料として、ガラス材料、具体的にはＮｄ：ＧｌａｓｓであるＮｄ：Ｑ−２４６（Ｋｉｇｒｅ社製品名）を用いている。

コア１は、上記実施の形態１と同様に、レーザ媒質となっている。

また、クラッド２ａおよび２ｂの光学材料として、複屈折材料である結晶材料、具体的にはＢＢＯを用いている。

また、本実施の形態における光導波路を示す断面図は、上記実施の形態６における図１８と同様である。

この場合、ｃはＢＢＯの結晶軸であるｃ軸、θはｃ軸とｚ軸（光導波路の光軸。図中、点線で表示。）とのなす角度を示す。

本実施の形態においては、ＢＢＯのｃ軸がｘ軸に垂直な場合の例となっている。

また、レーザ光として、偏光方向がｙ軸と平行なレーザ光を用いている。

図２１は本発明の実施の形態７における、コアおよびクラッドにおいてレーザ光が感じる屈折率の温度依存性を示す図である。

図の見かたは上記実施の形態２と同様である。

また、想定する光の波長がλ＝１．０６２μｍ、ＢＢＯの角度がθ＝５４．７度の場合の例となっている。

図２１から、コア１は屈折率の温度特性が正で、クラッド２ａおよび２ｂは屈折率の温度特性が負となる、温度範囲を有していることが分かる。

図２２は、本実施の形態における規格化周波数の温度依存性を示す図である。

図の見かたは上記実施の形態２から６と同様である。

なお、図は、コア１の厚みがｔ＝７０μｍの場合の例となっている。

図２２から、上記温度範囲において、常温からの温度の減少に伴って、規格化周波数Ｖが、３次から１次の導波モードに対するカットオフ周波数（Ｖ３＝３π／２、Ｖ２＝２π／２、Ｖ１＝π／２）を跨いで減少していることが分かる。

これは、温度制御部４００および温度制御素子３００により冷却された光導波路２００が、第１の温度変化範囲（−７．２≦ΔＴ≦−１．９）において等価的に２次以下の導波モード用の光導波路に、第２の温度変化範囲（−１０．４≦ΔＴ≦−７．２）において等価的に１次以下の導波モード用の光導波路に、第３の温度変化範囲（ΔＴ≦−１０．４）において０次の導波モード用の光導波路にとなることを意味する。

したがって、光学装置５００としては、３次の導波モードまで伝搬可能なコア１の厚みｔを選択して作製した光導波路２００を備えるようにし、光学装置５００の使用時には、例えば、規格化周波数Ｖが１次のカットオフ周波数Ｖ１を下回る温度まで冷却するよう温度制御部４００が温度制御素子３００を制御する、ことにより光学装置５００の動作時における光導波路２００を伝搬する光の導波モードを、０次の導波モードに限定することができることが分かる。

なお、光学装置５００の使用目的および光学装置５００として許容（または使用）する光の導波モードの最高次数に応じて、温度変化の設定を変えた光学装置、または、設定を変更可能な光学装置、を構成してもよい。

以上のように、本実施の形態の光学装置５００によれば、上記実施の形態１と同様な効果を奏する。

また、上記実施の形態６と同様に、角度θを変えて作製された光導波路２００を用いることで、光導波路２００を伝搬する光が感じるクラッド２ａおよび２ｂの屈折率を等価的に変えることができるので、光導波路２００の作製時のパラメータを増やすことができ、光導波路２００および光学装置５００の作製の自由度が増加する。

また、図２２の場合、コア１の厚みをｔ＝７０μｍと厚くすることができるので、上記実施の形態６と同様に、作製条件を緩和することができる。

また、本実施の形態におけるコア１とクラッド２ａおよび２ｂの光学材料の組合せとすることで、上記各実施の形態と比較して、より少ない温度変化範囲で規格化周波数Ｖがカットオフ周波数を跨ぐように構成できるので、温度制御手段６００の構成および制御を簡易にできる。

また、常温からの温度変化量が上記実施の形態６に比べてさらに小さいことで、光学装置５００を構成する光導波路２００以外の構成要素に対する温度の影響、例えば機械的な変形に起因する電気的特性の劣化をさらに低減することができる。

また、光学装置５００として許容または使用する導波モードの最高次数の複数の異なる光学装置５００を作製する場合に、同じ光導波路２００を備えるようにできるので、上記実施の形態６と同様に、部品の共通化が図れるとともに、光導波路２００および光学装置５００の作製費用を低減することができる。

なお、上記説明においてはコア１の光学材料（ガラス材料）として、Ｎｄ：Ｇｌａｓｓの一種であるＮｄ：Ｑ−２４６（Ｋｉｇｒｅ社製品名）を用いているが、Ｎｄ添加石英ガラスを用いてもよい。Ｎｄ添加石英ガラスの作製条件を調整することで上記Ｎｄ：Ｑ−２４６（Ｋｉｇｒｅ社製品名）と同様の屈折率特性を有するようにできるので、光導波路２００および光学装置５００の作製の自由度が増加する。

実施の形態８.

以下に、本発明の各実施の形態８について図２３から図２５を用いて説明する。

なお、上記各実施の形態と同一または同様な構成要素および動作については、その説明を省略する。

本実施の形態においては、コア１の光学材料として、結晶材料、具体的にはＹｂ：ＹＡＧを用いている。

コア１は上記実施の形態１と同様に、レーザ媒質となっている。

また、クラッド２ａおよび２ｂの光学材料として、複屈折材料である結晶材料、具体的にはＫＴＰを用いている。

図２３は、本発明の実施の形態８における光導波路を示す断面図である。

図において、１はコア、２ａおよび２ｂはクラッド、ｎｃｏｒｅはコアの屈折率、ｎｃｌａｄはクラッドの屈折率、ｔはコア１の厚さ、図中の光導波路２００の外方に記載したｘ、ｙおよびｚは便宜的な座標軸を示す。

また、クラッド２ａおよび２ｂに記載されたｘおよびｚはＫＴＰの結晶軸であるｘ軸およびｚ軸、θはＫＴＰのｚ軸と光導波路２００の光軸である便宜的なｚ軸とのなす角度を示す。

本実施の形態においては、ＫＴＰのｘ軸が光軸であるｚ軸に垂直な場合の例となっている。

ＫＴＰは、いわゆる２軸結晶と呼ばれる結晶構造を有し、結晶の３つの軸方向において屈折率が異なるいわゆる異方性を示す。

また、レーザ光として、偏光方向がｙ軸と平行なレーザ光を用いている。

図２４は、本発明の実施の形態８における、コアおよびクラッドにおいてレーザ光が感じる屈折率の温度依存性を示す図である。図の見かたは上記実施の形態２から７と同様である。

また、想定する光の波長がλ＝１．０３０μｍ、ＫＴＰの角度がθ＝６５．４度の場合の例となっている。

図２４から、コア１とクラッド２ａおよび２ｂは屈折率の温度特性が共に正となる温度範囲を有していることが分かる。

図２５は、本実施の形態８における規格化周波数の温度依存性を示す図である。

図の見かたは上記実施の形態２から７と同様である。

なお、図の特性は、コア１の厚みがｔ＝７０μｍの場合の特性となっている。

図２５から、上記温度範囲において、常温からの温度の増加に伴って、規格化周波数Ｖが、３次から１次の導波モードに対するカットオフ周波数（Ｖ３＝３π／２、Ｖ２＝π／２、Ｖ１＝π／２）を跨いで減少していることが分かる。

これは、温度制御部４００および温度制御素子３００により加熱された光導波路２００が、第１の温度変化範囲（３≦ΔＴ≦１３）において等価的に２次以下の導波モード用の光導波路に、第２の温度変化範囲（１３≦ΔＴ≦１８）において等価的に１次以下の導波モード用の光導波路に、第３の温度変化範囲（１８≦ΔＴ）おいて等価的に０次の導波モード用の光導波路にとなることを意味する。

したがって、光学装置５００としては、３次の導波モードの導波モードまで伝搬可能なコア１の厚みｔを選択して作製した光導波路２００を備えるようにし、光学装置５００の使用時には、例えば、規格化周波数Ｖが１次のカットオフ周波数Ｖ１を下回る温度まで加熱するよう温度制御部４００が温度制御素子３００を制御する、ことにより光学装置５００の動作時における光導波路２００を伝搬する光の導波モードを、０次の導波モードに限定することができることが分かる。

なお、光学装置５００の使用目的および光学装置５００として許容（または使用）する光の導波モードの最高次数に応じて、温度変化の設定を変えた光学装置、または、設定を変更可能な光学装置、を構成してもよい。

以上のように、本実施の形態の光学装置５００によれば、上記実施の形態１と同様な効果を奏する。

また、上記実施の形態６および７と同様に、角度θを変えて作製された光導波路２００を用いることで、光導波路２００を伝搬する光が感じるクラッド２ａおよび２ｂの屈折率を等価的に変えることができるので、光導波路２００の作製時のパラメータを増やすことができ、光導波路２００および光学装置５００の作製の自由度が増加する。

また、図２５の場合、コア１の厚みをｔ＝７０μｍと厚くすることができるので、さらに作製条件を緩和することができる。

また、本実施の形態におけるコア１とクラッド２ａおよび２ｂの光学材料の組合せとすることで、上記各実施の形態と比較して、少ない温度変化範囲でカットオフ周波数を跨ぐように構成できるので、温度制御手段６００の構成および制御を簡易にできる。

常温からの温度変化量が小さいことで、光学装置５００を構成する光導波路２００以外の構成要素に対する温度の影響、例えば機械的な変形に起因する電気的特性に劣化を低減することができる。

また、光学装置５００として許容または使用する導波モードの最高次数の異なる複数の光学装置５００を作製する場合に、同じ光導波路２００を備えるようにできるので、上記実施の形態６および７と同様に、部品の共通化が図れるとともに、光導波路２００および光学装置５００の作製費用を低減することができる。

実施の形態９．

以下に、本発明の各実施の形態９について図２６および図２７を用いて説明する。

なお、上記各実施の形態と同一または同様な構成要素および動作については、その説明を省略する。

本実施の形態においては、コア１の光学材料として、ガラス材料、具体的にはＮｄ：Ｇｌａｓｓの一種であるＮｄ：ＬＨＧ−８（Ｈｏｙａ社製品名）を用いている。

コア１は、上記実施の形態１と同様に、レーザ媒質となっている。

また、クラッド２ａおよび２ｂの光学材料として、複屈折材料である結晶材料、具体的にはＢＢＯを用いている。

また、本実施の形態における光導波路２００を示す断面図は、上記実施の形態６における図１８と同様である。

ただし、本実施例においては、図中のｃはＢＢＯの結晶軸であるｃ軸、θはｃ軸とｚ軸（光導波路の光軸）とのなす角度を示す。

また、本実施の形態においては、ＢＢＯのｃ軸がｘ軸に垂直な場合の例となっている。

図２６は、本発明の実施の形態９における、コアおよびクラッドにおいてレーザ光が感じる屈折率の温度依存性を示す図である。

図において、ｎｃｏｒｅはコアの屈折率、ｎｅｃｌａｄは図１８において偏光方向がｙ軸方向に平行な場合（以下、ＴＭ偏光と記載。）の光が感じるクラッドの屈折率、ｎｏｃｌａｄは偏光方向がｘ軸に平行な場合（以下、ＴＥ偏光と記載。）の光が感じるクラッドの屈折率を示す。 なお、ｎｏｃｌａｄの値は、図の範囲からはずれているので図中に値のみを記載している。 その他の図の見かたは、上記各実施の形態２から８と同様である。

また、想定する光の波長がλ＝１．０５４μｍ、ＢＢＯの角度がθ＝９０度の場合の例となっている。

図２６から、コア１の屈折率ｎｃｏｒｅ、および、ＴＭ偏光の光がクラッド２ａおよび２ｂで感じる屈折率ｎｅｃｌａｄ、の温度特性が共に負となる温度範囲を有していることが分かる。
また、偏光方向が異なる光がクラッド２ａおよび２ｂで感じる屈折率のうちで、ＴＭ偏光の光に対する屈折率ｎｅｃｌａｄのみがコア１の屈折率ｎｃｏｒｅを下回る温度範囲、を有していることが分かる。

図２７は、本発明の実施の形態９における、規格化周波数の温度依存性を示す図である。 図において、Ｖは、ＴＭ偏光の光に対して規定される規格化周波数を示す。 その他の図の見かたは上記各実施の形態の図と同様である。 なお、コア１の厚みがｔ＝３０μｍの場合の例となっている。

図２７から、図の高温側から温度の減少にともなって、ＴＭ偏光の光に対する規格化周波数Ｖが２次および１次の導波モードに対する規格化周波数（Ｖ２＝２π／２、Ｖ１＝π／２）を跨いで減少する、温度範囲を有することが分かる。

これは、温度制御部４００および温度制御素子３００により加熱された光導波路２００が、第１の温度変化範囲（１３８≦ΔT）において等価的に２次以下の導波モード用の光導波路に、第２の温度変化範囲（１１１≦ΔT≦１３８）において等価的に１次以下の導波モード用の光導波路に、第３の温度変化範囲（１０２≦ΔT≦１１１）おいて等価的に０次の導波モード用の光導波路になることを意味する。

したがって、光学装置５００としては、導波モード用の光導波路として機能しない光導波路２００を備えるようにし、光学装置５００の使用時には、例えば、ＴＭ偏光の光に対する規格化周波数Ｖが１次のカットオフ周波数Ｖ１を下回る温度まで加熱する、ことにより光学装置５００の動作時における光導波路２００を伝搬する光の導波モードを、０次の導波モードに限定することができることが分かる。

また、図の低温側において、ＴＭ偏光の光に対する規格化周波数Ｖが存在しない第４の温度範囲（０≦ΔT≦１０２）を有することが分かる。 これは、ＴＭ偏光の光が、その温度範囲においては導波モードで伝搬できないことを意味する。

一方、ＴＥ偏光の光に対しては、図の温度範囲内において、ＴＥ偏光の光に対する屈折率ｎｏｃｌａｄがコア１の屈折率ｎｃｏｒｅを下回ることがないため、導波モードの規格化周波数（上記（１）式参照。）が規定されない。 これは、ＴＥ偏光の光については、図に示した温度範囲において導波モードで伝搬できないことを意味する。

したがって、温度制御部４００および温度制御素子３００により高温に加熱された光導波路２００が、第１の温度変化範囲から第３の温度範囲においてはＴＭ偏光の光のみに対して導波モード用の光導波路になり、第４の温度範囲においてはＴＭ偏光及びＴＥ偏光の両方に対して導波モード用の光導波路とならないことを意味する。

また、光学装置５００としては導波モード用の光導波路として機能しない光導波路２００を備えるように作製し、光学装置５００の使用時には、屈折率ｎｅｃｌａｄがコア１の屈折率ｎｃｏｒｅを下回る温度まで加熱するよう温度制御部４００が温度制御素子３００を制御する、ことにより光学装置５００の動作時における光導波路２００を伝搬する光の導波モードを一方の導波モード（本実施の形態ではＴＭモード。）に限定することが可能となることが分かる。

以上のように、本実施の形態の光学装置５００によれば、上記実施１と同様な効果を奏する。

また、光学装置５００の応用分野においては、一般的に単一モードの光に限定できる方が望ましい場合が多いことから、光学装置５００の応用分野における各種性能を向上させることができる。

なお、本実施の形態においては、コア１の光学材料とクラッド２ａおよび２ｂの光学材料としてＮｄ：ＬＨＧ−８とＢＢＯの組合せを用いて説明をしたが、上記の組合せに限定されない。

コア１の屈折率がクラッド２ａおよび２ｂの屈折率より大きい屈折率を示す温度範囲内において、（１）第１の偏光方向に偏光した光（本実施の形態ではＴＭ偏光の光。）に対して規定されるクラッド２ａおよび２ｂの第１の屈折率（本実施の形態ではｎｅｃｌａｄ。）が、コア１の屈折率ｎｃｏｒｅより小さい屈折率を示すとともに、（２）第１の偏光方向と垂直な第２の偏光方向に偏光した光（本実施の形態ではＴＥ偏光の光。）に対して規定されるクラッド２ａおよび２ｂの第２の屈折率（本実施の形態ではｎｏｃｌａｄ。）が、コア１の屈折率ｎｃｏｒｅより大きい屈折率を示す、という条件を満たすような光学材料の組合せとなっていればよく、光導波路２００を伝搬する光の導波モードを一方の偏光方向の導波モードに限定することが可能となる。

実施の形態１０．

以下に、本発明の各実施の形態１０について図２８から図３０を用いて説明する。

なお、上記各実施の形態と同一または同様な構成要素および動作については、その説明を省略する。

本実施の形態においては、コア１の光学材料として、ガラス材料、具体的には常温において屈折率１．５３８を有し、温度依存性としてＫｉｇｒｅ社製ＱＸ／Ｅｒと同等な特性を有するものを用いる。

コア１は、上記実施の形態１と同様に、レーザ媒質となっている。

また、本実施の形態においては、クラッド２ａおよび２ｂの光学材料として、複屈折特性が異なる光学材料を用いており、クラッド２ａの光学材料として具体的にはＣＢＯを、クラッド２ｂの光学材料として具体的には水晶を用いている。

図２８は、本発明の実施の形態１０における光導波路を示す断面図である。

図において、１はコア、２ａおよび２ｂはクラッド、ｘ、ｙおよびｚは便宜的な座標軸を示す。また、ＸおよびＹはＣＢＯの屈折率の主軸（Ｘ軸、Ｙ軸）、ｃは水晶の結晶軸であるｃ軸、θはｃ軸とｚ軸（光導波路の光軸。図中、点線で表示。）とのなす角度を示す。

本実施の形態においては、ＣＢＯのＸ軸はｙ軸に対して平行で、Ｙ軸はｘ軸に平行な場合の例となっている。 また、ＣＢＯのｃ軸がｙ軸に平行な場合の例となっている。

図２９は本発明の実施の形態１０における、コアおよびクラッドにおいてレーザ光が感じる屈折率の温度依存性を示す図である。

図において、ｎｃｏｒｅはコアの屈折率、ｎＸｃｌａｄは図２８においてＴＭ偏光の光が感じるクラッド２ａの屈折率、ｎＹｃｌａｄはＴＥ偏光の光が感じるクラッド２ａの屈折率、ｎｅｃｌａｄはＴＭ偏光の光が感じるクラッド２ｂの屈折率、ｎｏｃｌａｄはＴＥ偏光の光が感じるクラッド２ｂの屈折率を示す。 なお、ｎＸｃｌａｄ及びｎｏｃｌａｄの値は、図の範囲からはずれているので図中には説明のみを記載している。 その他の図の見かたは、上記実施の形態２から実施の形態９と同様である。

また、本実施の形態は、想定する光の波長がλ＝１．５３５μｍ、水晶の角度がθ＝９０の場合の例となっている。

図２９から、図の低温側において、（１）ＴＭ偏光の光が感じるクラッド２ａおよび２ｂの屈折率（ｎＸｃｌａｄ、ｎｅｃｌａｄ）が、共にコア１の屈折率ｎｃｏｒｅを下回るとともに、（２）ＴＥ偏光の光が感じるクラッド２ａおよび２ｂの屈折率のうちの一方（ｎＹｃｌａｄ）が、コア１の屈折率ｎｃｏｒｅを上回る、温度範囲を有していることが分かる。

また、図の高温側において、（２）ＴＥ偏光の光がクラッド２ａおよび２ｂで感じる屈折率（ｎＹｃｌａｄ、ｎｏｃｌａｄ）が、共にコア１の屈折率ｎｃｏｒｅを下回るとともに、（２）ＴＭ偏光の光が感じるクラッド２ａおよび２ｂの屈折率のうちの一方（ｎｅｃｌａｄ）が、コア１の屈折率ｎｃｏｒｅを上回る、温度範囲を有していることが分かる。

図３０は、本発明の実施の形態１０における、規格化周波数の温度依存性を示す図である。 なお、図は、コア１の厚みがｔ＝２０μｍの場合の例となっている。

図において、ＶＴＭは、ＴＭ偏光の光に対して規定される規格化周波数、ＶＴＥはＴＥ偏光の光に対して規定される規格化周波数、Ｖｃ，ＴＭ，１は、ＴＭ偏光の光に対する１次の導波モードのカットオフ周波数、Ｖｃ，ＴＥ，１は、ＴＥ偏光の光に対する１次の導波モードのカットオフ周波数を示す。 その他の図の見かたは上記各実施の形態の図と同様である。

なお、本実施の形態においては、クラッド２ａとクラッド２ｂとで、異なる複屈折率特性を有している。 このような非対称平面導波路の場合のカットオフ周波数は、以下のように規定される。

ここで、ｎ１はコア１の屈折率、ｎ０はクラッド２ａおよび２ｂのうちで屈折率が低い方の屈折率、ｎｓはクラッド２ａおよび２ｂのうちで屈折率が高い方の屈折率、γは屈折率の非対称性を表す尺度を示す。

図３０から、常温からの温度の増加にともなって、ＴＭ偏光の光に対する規格化周波数ＶＴＭが、ＴＭ偏光の光の１次の導波モードに対する規格化周波数Ｖｃ，ＴＭ，１を跨いで減少している、温度範囲を有することが分かる。

これは、温度制御部４００および温度制御素子３００により加熱された光導波路２００が、（１）第１の温度変化範囲（ΔＴ≦１２０）において、等価的にＴＭ偏光の光に対する１次以下の導波モード用の光導波路に、（２）第２の温度変化範囲（１２０≦ΔＴ≦２５６）において等価的に、ＴＭ偏光の光に対する０次の導波モード用の光導波路になることを意味する。

一方、図３０から、図の高温側から温度の減少にともなって、ＴＥ偏光の光に対する規格化周波数ＶＴＥが、ＴＥ偏光の光に対する１次の導波モードに対する規格化周波数Ｖｃ，ＴＥ，１を跨いで減少している、温度範囲を有することが分かる。

これは、（１）第３の温度範囲（２９１≦ΔＴ≦３３３）において等価的に、ＴＥ偏光の光に対する０次の導波モード用の光導波路に、（２）第４の温度範囲（３３３≦ΔＴ）において等価的に、ＴＥ偏光の光に対する１次以下の導波モード用の光導波路になることを意味する。

以上のように、本実施の形態の光学装置５００によれば、（１）上記第１および第２の温度範囲、および（２）第３および第４の温度範囲、の少なくとも一方において、上記実施の形態１と同様な効果を奏する。

また、温度制御部４００および温度制御素子３００により温度制御された光導波路２００が、（１）ある温度範囲（ΔＴ≦２５６度）において、導波モードとしてＴＭモードのみが伝搬可能な光導波路を、（２）上記ある温度範囲（ΔＴ≦２５６度）と異なる温度範囲（２９１度≦ΔＴ）において、導波モードとしてＴＥモードのみを伝搬可能な光導波路を形成できることを意味する。

したがって、本実施の形態の光学装置５００によれば、（１）ＴＭ偏光の光が感じるクラッド２ａおよび２ｂの屈折率（ｎＸｃｏｒｅ、ｎｅｃｏｒｅ）がコア１の屈折率ｎｃｏｒｅを下回るとともに、ＴＥ偏光の光が感じるクラッド２ａおよび２ｂの屈折率（ｎＹｃｌａｄ、ｎｏｃｌａｄ）の一方がコア１の屈折率ｎｃｏｒｅを上回るように、光導波路２００を作製し、（２）光学装置５００の使用時には、例えば、ＴＥ偏光の光が感じるクラッド２ａおよび２ｂの屈折率（ｎＹｃｏｒｅ、ｎｏｃｏｒｅ）がコア１の屈折率ｎｃｏｒｅを下回るとともに、ＴＭ偏光の光が感じるクラッド２ａおよび２ｂの屈折率（ｎＸｃｌａｄ、ｎｅｃｌａｄ）の一方がコア１の屈折率ｎｃｏｒｅを上回るように温度制御部４００が温度制御素子３００を制御する。これにより、光学装置５００の動作時において光導波路２００を伝搬する光の導波モードとして、ＴＭモードとＴＥモードとを切替えることができる。

なお、本実施の形態においては、コア１の光学材料とクラッド２ａおよび２ｂの光学材料として、波長１．５３５μｍにおいて屈折率１．５３８を有するガラス材料と、ＣＢＯおよび水晶と、の組合せを用いて説明したが、上記の組合せに限定されない。

（１）クラッド２ａおよび２ｂのうちの一方が、（１ａ）ある温度範囲内において、第１の偏光方向に偏光した光が感じる第１の屈折率および第２の偏光方向に偏光した光が感じる第２の屈折率が、コア１の屈折率より小さい屈折率を示し、（１ｂ）前記ある温度範囲と異なる温度範囲内において、第１の屈折率がコア１の屈折率ｎｃｏｒｅより大きい屈折率を示すとともに、第２の屈折率がコア１の屈折率ｎｃｏｒｅより小さい屈折率を示しており、そして、（２）クラッド２ａおよび２ｂのうちの他方が、（２ａ）前記ある温度範囲内において、第１の偏光方向に偏光した光に対する第３の屈折率が第１の屈折率ｎｃｏｒｅより小さい屈折率を示すとともに、第２の偏光方向に偏光した光に対する第４の屈折率が、コア１の屈折率ｎｃｏｒｅより大きい屈折率を示し、（２ｂ）前記異なる温度範囲内において、第３および第４の屈折率がコア１の屈折率ｎｃｏｒｅより小さい屈折率を示す、という条件を満たすようなコア１およびクラッド２の光学材料の組合せであれば、導波モードとしてＴＭモードとＴＥモードを切替えることができる。

または、本実施の形態で示したような傾向の複屈折率特性を有する光学材料を用いる場合においては、（１）一方のクラッド（上記説明では２ｂ。）に適用される複屈折材料について、第１の偏光方向（上記説明ではＴＭ。）の光が感じる屈折率（上記説明ではｎｅｃｌａｄ）は前記ある温度範囲（上記説明では０〜２５６度。）のみにおいてコア１の屈折率ｎｃｏｒｅよりも小さい屈折率を示し、かつ、第２の偏光方向（上記説明ではＴＥ。）の光が感じる屈折率（上記説明ではｎｏｃｌａｄ。）は全温度制御範囲（上記説明では０〜３５０度。）においてコア１の屈折率ｎｃｏｒｅよりも小さい屈折率を示し、そして、（２）他方のクラッド（上記説明では２ａ。）に適用される複屈折材料については、第１の偏光方向（上記説明ではＴＭ。）に対する屈折率（上記説明ではｎＸｃｌａｄ。）は、全温度制御範囲（上記説明では０〜３５０度。）においてコア１の屈折率ｎｃｏｒｅよりも小さい屈折率を示し、かつ、第２の偏光方向（上記説明ではＴＥ。）に対する屈折率（上記説明ではｎＹｃｌａｄ。）は、前記ある温度範囲とは異なる温度範囲内のみにおいてコア１の屈折率ｎｃｏｒｅよりも小さい屈折率を示す、という条件を満たすような光学材料の組合せであれば、導波モードとしてＴＭモードとＴＥモードを切替えることができる。

なお、上記各実施の形態においては、コア１の屈折率がクラッド２ａおよび２ｂの屈折率より大きい屈折率を示す温度範囲内において、各光学材料の屈折率の温度特性が温度変化に対しほぼ直線的に変化しているが、単調増加または単調減少する光学材料であればよく、図に示した特性に限定されない。ただし、温度に対しほぼ直線的に変化している方が望ましく、その場合、温度制御手段６００の構成が簡易化できるとともに、温度制御が容易となる。

また、光学装置５００の実装において、各種実装形態が可能であり、例えば（１）図に示したある構成要素が、図示しないある構成要素に含まれる場合、（２）上記（１）の逆の関係にある場合、（３）図に示した構成要素の機能と図示しない構成要素の機能とが一部重複する場合、が可能である。

また、上記各実施の形態における信号および情報は、光学装置５００の実装において各種の実装形式が使用可能であり、例えば（１）信号および情報そのもの、（２）信号および情報の値、（３）信号および情報の値を表す情報、（４）信号および情報の値を表すためのパラメータ、などが適用可能である。

また、信号および情報は、光学装置５００の実装の仕方によってその属性が変わることがあり、その場合、明示的に実装されるものか黙示的に実装されるものか、また、明示的に規定されるものか否か、といった属性が異なってもよい。また、上記各実施の形態に記載した以外の信号または情報を含んでいてもよい。

また、図中の各要素は、本発明を説明するために便宜的に分割したものであり、その実装形態は図の構成、分割、名称等に限定されない。また、分割の仕方自体も図に示した分割の仕方に限定されない。

また、図中および以下の説明の記載におけるブロックは、別の呼称と置き換えてもよい。例えば「・・部」は、「・・手段」、「・・機能単位」、「・・回路」、「・・素子（・・デバイス）」または「・・装置」と置換えてもよい。

また、上記各実施の形態の光学装置５００における温度制御手段６００、その制御動作は、（１）実質的に等価（または相当する）手段（または動作）に変形して実装する、（２）実質的に等価な複数の手段に分割して実装する、など本発明の課題及び効果の範囲で各種変形が可能である。

また、上記各実施の形態における各種選択肢および変形例を、本発明の課題及び効果の範囲で他の実施の形態に適用し、新たな実施の形態とすることができる。

１ コア、２ａ、２ｂ クラッド、３、４、５ 導波モードの例、１００ 励起光源、２００ 光導波路、３００ 温度制御素子、４００ 温度制御部、５００ 光学装置、６００ 温度制御手段

Claims (23)

1. 光学的に接合されたコアおよびクラッドを有する光導波路と、
   前記光導波路の温度を制御する温度制御手段と、
   を備えた光学装置であって、
   前記光導波路は、
   前記光導波路を伝搬する光に対して規定される規格化周波数が、前記コアの屈折率が前記クラッドの屈折率より大きい屈折率を示す第１の温度範囲内において、前記光導波路の構造から決まる導波モードのカットオフ周波数を跨いで変化する、
   ように形成された前記コア及び前記クラッドを有し、
   前記温度制御手段は、
   前記規格化周波数が前記カットオフ周波数と等しくなる温度、を跨ぐ第２の温度範囲に渡って前記光導波路の温度を制御する、
   よう構成された光学装置。
2. 前記コア及び前記クラッドの屈折率は、前記第１の温度範囲内において、
   前記光導波路の前記規格化周波数が前記カットオフ周波数を跨いで変化するよう、前記光導波路の温度の増加または減少に伴って前記コアの屈折率と前記クラッドの屈折率との２乗差が減少する関係を有する、
   請求項１に記載の光学装置。
3. 前記コアは、
   前記光導波路を伝搬する光に対し光の減衰に対する低減作用または光の増幅作用を有する光学材料を用いて形成された、
   請求項１または請求項２に記載の光学装置。
4. 前記コアおよび前記クラッドの少なくとも一方は、
   ガラス状の光学材料を用いて形成された、
   請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の光学装置。
5. 前記クラッドは、
   複屈折特性を有する光学材料を用いて形成された、
   請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の光学装置。
6. 前記コアは、
   平板状の形状を有し、
   前記クラッドは、前記コアの少なくとも１つの主面において前記コアに光学的に接合された、
   請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の光学装置。
7. 前記コアに対し前記光の増幅作用を与えるための励起手段をさらに備え、
   前記コアは、
   前記励起手段により前記光導波路を伝搬する光に対し前記増幅作用を生じ、
   前記光導波路は、
   前記励起手段により励起された前記コアにおいて、前記光導波路を伝搬するレーザ光を増幅する、
   請求項３から請求項６のいずれか１項に記載の光学装置。
8. 前記コアは、
   Ｅｒ：Ｙｂ：Ｇｌａｓｓ、Ｎｄ：Ｇｌａｓｓ、Ｅｒ：Ｇｌａｓｓ、Ｙｂ：Ｇｌａｓｓ、Ｐｒ：Ｇｌａｓｓ、Ｎｄ：ＹＬＦ、Ｙｂ：ＹＬＦ、Ｅｒ：ＹＬＦ、Ｐｒ：ＹＬＦ、Ｈｏ：ＹＬＦ、Ｔｍ：ＹＬＦ、Ｔｍ：Ｈｏ：ＹＬＦ、Ｙｂ：ＫＹＷ、Ｙｂ：ＫＧＷ、Ｃｒ：ＬｉＳＡＦ、Ｙｂ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｅｒ：ＹＡＧ、Ｅｒ：Ｙｂ：ＹＡＧ、Ｃｒ：Ｔｍ：Ｈｏ：ＹＡＧ、Ｔｍ：Ｈｏ：ＹＡＧ、Ｔｍ：ＹＡＧ、Ｈｏ：ＹＡＧまたはＰｒ：ＹＡＧを用いて形成された、
   請求項１に記載の光学装置。
9. 前記Ｇｌａｓｓは、リン酸ガラス、石英ガラスまたはフッ化物ガラスである、
   請求項８に記載の光学装置。
10. 前記コアは、Ｅｒ：Ｇｌａｓｓを、
    前記クラッドは、前記第１の温度範囲内において、前記光導波路の前記規格化周波数が前記カットオフ周波数を跨いで変化するよう、前記光導波路の温度の変化に伴って前記コアとの屈折率の２乗差が変化する屈折率特性を有する、ガラス状の光学材料を
    用いて形成された、請求項７に記載の光学装置。
11. 前記コアは、Ｅｒ、Ｙｂ共添加リン酸ガラスを、
    前記クラッドは、前記第１の温度範囲内において、前記光導波路の前記規格化周波数が前記カットオフ周波数を跨いで変化するよう、前記光導波路の温度の変化に伴って前記コアとの屈折率の２乗差が変化する屈折率特性を有する、ガラス状の光学材料を
    用いて形成された、請求項７に記載の光学装置。
12. 前記コアは、Ｎｄ：Ｇｌａｓｓを、
    前記クラッドは、前記第１の温度範囲内において、前記光導波路の前記規格化周波数が前記カットオフ周波数を跨いで変化するよう、前記光導波路の温度の変化に伴って前記コアとの屈折率の２乗差が変化する屈折率特性を有する、ガラス状の光学材料を
    用いて形成された、請求項７に記載の光学装置。
13. 前記コアは、Ｎｄ添加石英ガラスを、
    前記クラッドは、前記第１の温度範囲内において、前記光導波路の前記規格化周波数が前記カットオフ周波数を跨いで変化するよう、前記光導波路の温度の変化に伴って前記コアとの屈折率の２乗差が変化する屈折率特性を有する、ガラス状の光学材料を
    用いて形成された、請求項７に記載の光学装置。
14. 前記コアは、Ｎｄ：ＹＬＦを、
    前記クラッドは、前記第１の温度範囲内において、前記光導波路の前記規格化周波数が前記カットオフ周波数を跨いで変化するよう、前記光導波路の温度の変化に伴って前記コアとの屈折率の２乗差が変化する屈折率特性を有する、ガラス状の光学材料を
    用いて形成された、請求項７に記載の光学装置。
15. 前記コアは、Ｙｂ：ＹＡＧを、
    前記クラッドは、前記第１の温度範囲内において、前記光導波路の前記規格化周波数が前記カットオフ周波数を跨いで変化するよう、前記光導波路の温度の変化に伴って前記コアとの屈折率の２乗差が変化する屈折率特性を有する、ガラス状の光学材料を
    用いて形成された、請求項７に記載の光学装置。
16. 前記コアは、Ｅｒ：Ｇｌａｓｓを、
    前記クラッドは、カルサイトを用いて形成された、
    請求項７に記載の光学装置。
17. 前記コアは、Ｅｒ、Ｙｂ共添加リン酸ガラスを、
    前記クラッドは、カルサイトを用いて形成された、
    請求項７に記載の光学装置。
18. 前記コアは、Ｎｄ：Ｇｌａｓｓを、
    前記クラッドは、ＢＢＯを用いて形成された、
    請求項７に記載の光学装置。
19. 前記コアは、Ｎｄ添加石英ガラスを、
    前記クラッドは、ＢＢＯを用いて形成された、
    請求項７に記載の光学装置。
20. 前記コアは、Ｙｂ：ＹＡＧを、
    前記クラッドは、ＫＴＰを用いて形成された、
    請求項７に記載の光学装置。
21. 前記クラッドは、前記第１の温度範囲内において、
    前記光導波路を伝搬する光の光軸と垂直な第１の偏光方向に偏光した光に対して規定される前記クラッドの第１の屈折率が、前記コアの屈折率より小さい屈折率を示すとともに、前記光軸及び前記第１の偏光方向と垂直な第２の偏光方向に偏光した光に対して規定される前記クラッドの第２の屈折率が、前記コアの屈折率より大きい屈折率を示し、
    前記規格化周波数は、
    前記光導波路を伝搬する前記第１の偏光方向に偏光した光に対して規定される、
    請求項５に記載の光学装置。
22. 前記クラッドは、
    互いに複屈折特性の異なる第１のクラッド部及び第２のクラッド部を備え、
    前記第１のクラッド部は、
    前記第１の温度範囲内において、
    前記光導波路を伝搬する光の光軸と垂直な第１の偏光方向に偏光した光に対して規定される第１の屈折率、及び前記光軸及び前記第１の偏光方向と垂直な第２の偏光方向に偏光した光に対して規定される第２の屈折率が、前記コアの屈折率より小さい屈折率を示し、
    前記第１の温度範囲と異なる第３の温度範囲内において、
    前記第１の屈折率が前記コアの屈折率より大きい屈折率を示すとともに、前記第２の屈折率が前記コアの屈折率より小さい屈折率を示し、
    前記第２のクラッド部は、
    前記第1の温度範囲内において、
    前記第１の偏光方向に偏光した光に対して規定される第３の屈折率が、前記コアの屈折率より小さい屈折率を示すとともに、前記第２の偏光方向に偏光した光に対して規定される第４の屈折率が、前記コアの屈折率より大きい屈折率を示し、
    前記第３の温度範囲内において、
    前記第３及び前記第４の屈折率が前記コアの屈折率より小さい屈折率を示し、
    前記規格化周波数は、
    前記光導波路を伝搬する前記第１の偏光方向に偏光した光及び前記光導波路を伝搬する前記第２の偏光方向に偏光した光の、少なくとも一方に対して規定され、
    前記第２の温度範囲は前記第３の温度範囲を含む、
    請求項５に記載の光学装置。
23. 前記コアは、前記第１の温度範囲内において、前記光導波路の前記規格化周波数が前記カットオフ周波数を跨いで変化するよう、前記光導波路の温度の変化に伴って前記クラッドとの屈折率の２乗差が変化する、ガラス状の光学材料を、
    前記クラッドは、ＣＢＯ及び水晶を
    用いて形成された、請求項７に記載の光学装置。

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