CN106415345B - 光学装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于，提供一种能够放宽在光学装置中使用的光波导的制作条件的光学装置。光学装置(500)具有：光波导(200)，其具有被光学耦合的芯区及包层；以及温度控制单元(600)，其控制光波导的温度，光波导具有以如下方式形成的所述芯区及所述包层：在芯区的折射率表现为比包层的折射率大的折射率的温度范围内，针对在光波导中传播的光规定的归一化频率跨越由光波导的构造决定的导模的截止频率而变化。温度控制单元构成为，在如下的温度范围中控制光波导的温度，该温度范围跨越归一化频率与截止频率相等的温度。

Description

光学装置
技术领域
本发明一般而言涉及光学装置，尤其涉及具有光波导的光学装置。
背景技术
光波导是指使用具有光学特性的物质(以下，记述为光学材料)制作的、使用光作为传输对象的传输路径。
光波导具有如下的构造：折射率比芯区低的包层与沿光的传播方向延伸的芯区的外侧光耦合，芯区主要发挥光路的作用。
在光波导的情况下，包含各种构造的光波导，如所谓光纤那样的同轴型构造的光波导、以及具有板状构造的光波导等。
并且，光波导不仅有只传播光的光波导，而且也有装配了传输所需的电气元件和/或光路的分支或者耦合用的构造的光波导。
在此处及以下的说明中，在使用词语“构造”的情况下，除光波导的尺寸这样的机械意义上的构造以外，也用作包含所使用的材料及其特性的概念。
作为容易理解的现有光波导的例子，已知有形状呈片状或者平板状的光波导(以下，记述为平面波导)(非专利文献1)。
现有技术文献
非专利文献
非专利文献1：フォトニクスシリーズ(光子学系列)13光導波路の基礎(光波导的基础)，冈本胜就著，科罗娜出版社，1992年，14～27页
发明内容
发明要解决的问题
在制作平面波导型的光波导时，主要需要预先设定(1)在光波导中传播的光的波长、(2)芯区的光学材料的折射率、(3)包层的光学材料的折射率以及(4)芯区的厚度。
并且，取决于所制作的光波导的构造，将光封闭在光波导中进行传播时的传播形式(以下记述为导模(guided mode))仅允许特定的传播形式，阶数被用作用于区分各导模的参数之一。
平面波导型的光波导的导模是取决于按照下式定义的归一化频率v而确定的。
其中，π表示圆周率，t表示芯区的厚度，λ表示光的波长，ncore表示芯区的折射率，nclad表示包层的折射率。
另外，通过根据上述非专利文献1的图2.2将(2.14)的式子以t＝2a置换变形，而求得与上式(1)相同的式子。
并且，根据下式给出与某种导模的光是否被容许的边界对应的频率即截止频率。
其中，m表示导模的阶数。
例如，在V大于Vm的情况下，将成为能够传播零阶～m阶的导模的光的光波导。
另一方面，一般而言，在光波导的应用领域中往往期望在光波导中传播的光是低阶的导模。
但是，根据上式(1)可知，当在限定为更低阶数的制作条件下制作光波导时，需要使芯区1的厚度t更薄。
因此，在制作具有厚度t较薄的芯区的光波导的情况下，存在需要确保尺寸精度等制作条件更加严格的问题。
因此，可以预想到存在如下问题：由于光波导的加工精度降低或者批量生产性(成品率)降低，进而使用光波导的光学装置的性能及(或)批量生产性降低。
另外，对于光纤等其它构造的光波导，也同样能够求出归一化频率、导模、截止频率。例如，对于光纤，在上式(1)中能够替代芯区的厚度t而将纤芯的直径作为参数来规定归一化频率，当要在与更低阶数对应的制作条件下进行制作时，需要进一步减小纤芯的直径。
本发明正是为了解决上述问题而提出的，其目的在于提供一种能够放宽在光学装置中使用的光波导的制作条件的光学装置。
用于解决问题的手段
本发明的光学装置具有：光波导，其具有被光学耦合的芯区及包层；以及温度控制单元，其控制所述光波导的温度，该光学装置的特征在于，所述光波导具有以如下方式形成的所述芯区及所述包层：在所述芯区的折射率表现为比所述包层的折射率大的折射率的第1温度范围内，针对在所述光波导中传播的光规定的归一化频率跨越由所述光波导的构造决定的导模的截止频率而变化，所述温度控制单元构成为，在第2温度范围中控制所述光波导的温度，所述第2温度范围跨越所述归一化频率与所述截止频率相等的温度。
发明效果
根据本发明的光学装置，能够提供可以放宽在光学装置中使用的光波导的制作条件的光学装置。
附图说明
图1是示出本发明的实施方式1的光学装置的内部结构的概要图。
图2是示出本发明的实施方式1的光波导的立体图。
图3是示出本发明的实施方式1的光波导的截面图。
图4是示出本发明的实施方式1的芯区及包层的折射率的温度依赖性的示意图。
图5是示出本发明的实施方式1的归一化频率的温度依赖性的示意图。
图6是示出本发明的实施方式2的芯区及包层的折射率的温度依赖性的图。
图7是示出本发明的实施方式2的归一化频率的温度依赖性的图。
图8是示出本发明的实施方式2的归一化频率的温度依赖性的变形例的图。
图9是示出本发明的实施方式3的芯区及包层的折射率的温度依赖性的图。
图10是示出本发明的实施方式3的归一化频率的温度依赖性的图。
图11是示出本发明的实施方式3的归一化频率的温度依赖性的变形例的图。
图12是示出本发明的实施方式4的芯区及包层的折射率的温度依赖性的图。
图13是示出本发明的实施方式4的归一化频率的温度依赖性的图。
图14是示出本发明的实施方式4的归一化频率的温度依赖性的变形例的图。
图15是示出本发明的实施方式5的芯区及包层的折射率的温度依赖性的图。
图16是示出本发明的实施方式5的归一化频率的温度依赖性的图。
图17是示出本发明的实施方式5的归一化频率的温度依赖性的变形例的图。
图18是示出本发明的实施方式6的光波导的截面图。
图19是示出本发明的实施方式6的芯区及包层的折射率的温度依赖性的图。
图20是示出本发明的实施方式6的归一化频率的温度依赖性的图。
图21是示出本发明的实施方式7的芯区及包层的折射率的温度依赖性的图。
图22是示出本发明的实施方式7的归一化频率的温度依赖性的图。
图23是示出本发明的实施方式8的光波导的截面图。
图24是示出本发明的实施方式8的芯区及包层的折射率的温度依赖性的图。
图25是示出本发明的实施方式8的归一化频率的温度依赖性的图。
图26是示出本发明的实施方式9的芯区及包层的折射率的温度依赖性的图。
图27是示出本发明的实施方式9的归一化频率的温度依赖性的图。
图28是示出本发明的实施方式10的光波导的截面图。
图29是示出本发明的实施方式10的芯区及包层的折射率的温度依赖性的图。
图30是示出本发明的实施方式10的归一化频率的温度依赖性的图。
具体实施方式
下面，使用附图说明本发明的各个实施方式。
另外，在下面的各个实施方式的附图中，对同一乃至同样的部分标注同一乃至同样的标号，在各实施方式的说明中存在对其说明进行部分省略的情况。
并且，为了容易理解本发明，在下面的各实施方式的附图中，以如下情况为例进行说明：(1)光波导是截面呈对称构造的平面波导型光波导，(2)芯区对在光波导中传播的光具有放大作用，(3)光学装置是在光波导中传播激光的激光装置。
另外，存在将具有对激光的放大作用的芯区称为激光介质的情况。
实施方式1
下面，使用图1～图5说明本发明的各实施方式1。
图1是示出本发明的实施方式1的光学装置的内部结构的概要图。
在图中，100表示激励光源，200表示光波导，300表示温度控制元件，400表示温度控制部，500表示光学装置，600表示温度控制单元，箭头示出光、信号或者信息以及它们的传输方向。
另外，在安装光学装置500时，也能够定义各种包含未图示的结构要素的广义的光学装置500，例如能够包含(1)激光光源、(2)谐振器、(3)以反射镜、透镜及棱镜为例示出的被动光学元件、(4)电源、(5)通信单元和(6)各种接口。
另外，温度控制元件300及温度控制部400构成温度控制单元600。
图2是示出本发明的实施方式1的光波导200的立体图。
在图中，1表示芯区，2a及2b表示包层，ncore表示芯区的折射率，nclad表示包层的折射率，t表示芯区的厚度，x、y、z表示适当的坐标轴。
并且，在本实施方式中，设为光波导200沿z轴方向延伸，所传播的光的光轴是z轴方向。
激励光源100产生用于使芯区1产生对光的放大作用的激励光。
激励光源100是根据激光及芯区1的光学材料的类型及特性选择的。
在本实施方式中，如图1所示是激励光从光波导200的侧方入射的例子。
光波导200具有平板状的芯区1、和在芯区1的两个主面与芯区1光学耦合的平板状的包层2a及2b。
并且，光波导200被来自激励光源100的激励光激励，产生对在光波导200中传播的激光的放大作用即所谓放大增益。
具体而言，在吸收了激励光的芯区1(激光介质)形成有反转分布状态，而产生对在光波导200中传播的激光的放大作用。
另外，优选芯区1的x方向上的宽度比在光波导200中传播的光的波长大，以便在光波导200中传播的光集中于芯区1。
同样，优选包层2a及2b在y方向上的厚度比在光波导200中传播的光的波长大。
另外，关于芯区1的折射率ncore和包层2a及2b的折射率nclad的温度特性，具有芯区1的折射率ncore表现为比包层2a及2b的折射率nclad大的折射率的温度范围。
在本实施方式中，以如下的例子进行说明：即芯区1的折射率ncore的温度依赖性为负(∴d(ncore)/dT<0。T表示温度)，包层2a及2b的折射率nclad的温度依赖性为正(∴d(nclad)/dT>0)。(下面，参照图4。)
作为将芯区1和包层2a及2b光学耦合的方法能够采用以往的及新的各种方法，例如能够采用(1)先制作芯区1，将包层2a及2b的光学材料作为原料蒸镀在芯区1上的方法，(2)在制作了芯区1和包层2a及2b后，通过光学接触(optical contact)、扩散接合(diffusion joining)或者表面活化接合(surface activated joining)进行接合的方法。
作为芯区1中提供光的放大作用的光学材料(激光介质)能够采用以往的及新的各种光学材料，例如玻璃材料能够采用(1)Er：Yb：Glass(玻璃)、(2)Nd：Glass、(3)Er：Glass、(4)Yb：Glass、(5)Pr：Glass，作为晶体材料能够采用(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。或者，例如也可以是添加了活性离子的陶瓷材料。另外，优选上述“Glass(玻璃)”是磷酸盐玻璃、石英玻璃或者氟化物玻璃。并且，有时将Er、Yb、Nd、Pr、Ho、Tm及Cr称为活性离子。
并且，包层2a及2b的光学材料能够采用各种光学材料，例如能够采用(1)玻璃材料、(2)方解石(calcite)、(3)KTP。
玻璃材料能够在其制造工序中调节折射率的值及其温度依赖性，例如也能够(1)使折射率的温度依赖性为正，(2)使温度依赖性大致为零。
但是，芯区1与包层2a及2b的光学材料的组合选择了起到本发明的效果的组合。
即，作为在光学装置500中使用的光波导200，采用利用如下的芯区1与包层2a及2b的光学材料的组合制作的光波导200：即，在芯区1的折射率表现为比包层2a及2b的折射率大的折射率的温度范围内，归一化频率V跨越截止频率Vm而变化。(下面，参照图5。)
温度控制元件300配置在包层2a及2b中的至少一方的外侧，根据所使用的元件的特性进行加热或者冷却。
在温度控制中使用进行加热的元件还是使用进行冷却的元件，是根据光波导200的构造进行选择的。
在本实施方式中是配置在包层2a及2b的一方时的例子，因而从包层2a及2b的一方控制光波导200的温度。
关于温度控制元件300的装备能够采用各种装备形式，例如能够采用(1)散热器、(2)珀尔帖元件、(3)加热器。另外，也可以取代上述元件，而(4)使与空气或者液体这样的流体(介质)直接或者间接接触。
温度控制部400生成针对温度控制元件300的温度控制用控制信号，通过温度控制元件300控制光波导200的温度。
并且，温度控制部400具有跨越如下温度而变化的温度控制范围，在该温度下，针对在光波导200中传播的光规定的归一化频率V与根据光波导200的构造决定的导模的特定阶数的截止频率Vm相等。(下面，参照图5。)
关于温度控制部400的装备，根据装备形式包括温度控制所需的各种构成要素例如(1)运算装置(例如CPU)、(2)存储器(例如RAM、ROM)、(3)温度传感器、(4)A/D转换器、(5)D/A转换器、(6)控制用接口、(7)信号用总线中的任意构成要素或者全部而构成。
存储器根据装备形式包括温度控制所需的各种信息例如(1)控制程序、(2)折射率的温度特性信息、(3)归一化频率V与截止频率Vm相等时的温度信息、(4)归一化频率V超过截止频率Vm时的温度信息、(5)归一化频率V低于截止频率Vm时的温度信息、(6)多个上述(3)～(5)的信息、(7)温度传感器的输入输出特性信息中的任意信息或者组合而构成。
另外，在温度控制中，也可以考虑反映了各种构成要素的偏差的控制用余量进行温度控制。另外，除如图1所示的从温度控制部400向温度控制元件300的单向温度控制以外，也能够根据光学装置500的装备而采用各种控制方式，如进行使用了温度传感器(未图示)的反馈控制等。
关于温度控制动作的详细情况，将在后述的动作原理的说明中进行说明。
图3是示出本发明的实施方式1的光波导的截面图。
在图中，3～5分别表示与不同阶数的值对应的、沿z方向传播的导模的光在y方向的电场强度分布的状态的例子。3对应于零阶导模，4对应于1阶导模，5对应于2阶导模。
但是，z方向上的显示位置是为了容易观察例示出的各导模而示出的，没有特别的意义。
其它方面与图2相同，因而省略其说明。
图4是示出本发明的实施方式1的芯区及包层的折射率的温度依赖性的示意图。
在图中，n表示折射率，T表示温度，ncore表示芯区的折射率，nclad表示包层的折射率。
其中，在图中示出的ncore及nclad的特性是指在光学装置500中在光波导200中传播的光的波长λ下的特性，换言之，是指当假想的波长λ的激光在光波导200中传播时激光在芯区1和包层2a及2b中感受到的折射率的特性。
图5是示出本发明的实施方式1的归一化频率的温度依赖性的示意图。
在图中，V表示归一化频率，Vm表示m阶截止频率。
下面，说明光学装置500的动作原理。
在此，假设在常温时V>Vm，在光学装置500工作时的光波导200的温度下，V<Vm。
温度控制部400对温度控制元件300进行控制，使得在光学装置500工作时，在芯区1的折射率ncore表现为比包层2a及2b的折射率nclad大的折射率的温度范围内，光波导200的温度被加热成为V<Vm的温度。
如图4所示，芯区1的折射率的温度特性为负，包层2a及2b的折射率的温度特性为正，因而芯区1的折射率与包层2a及2b的折射率之差由于加热而减小。
根据上式(1)可知，关于波长λ的光的归一化频率V取决于芯区的折射率的平方与包层的折射率的平方之差。
因此，归一化频率V与光波导200的温升对应地如图5所示那样变化，光波导200不能以m阶导模传播光，因而作为等效的最高阶数为(m-1)阶的光波导发挥作用。
根据以上所述可知，作为光波导200的制作条件，选择截止到m阶导模都能传播的芯区1的厚度t，在使用光学装置500时，通过加热至跨越归一化频率V与m阶截止频率Vm相等的温度的温度，而能够将在光波导200中传播的光的导模限定为m-1阶以下的导模。
另外，关于阶数m的具体的值，根据在装备光学装置500时所要求的光的特性或者作为光学装置500的性能而进行选择。
另外，芯区1的折射率ncore表现为比包层2a及2b的折射率nclad大的折射率的温度范围、与温度控制中的温度范围，既可以相同也可以不同，是根据光学装置500的装备来选择的。另外，关于温度控制中的温度范围，可设定的范围与实际使用光学装置500时的范围既可以相同也可以不同。
例如，在仅要求零阶导模的光的光学装置500中，设置容许到1阶导模的光波导200。
如上所述，根据本实施方式的光学装置，能够提供可以放宽在光学装置500中使用的光波导200的制作条件的光学装置500。
另外，根据本实施方式的光学装置，使用平面波导型的光波导200构成激光装置500。平面波导的芯区1即激光介质的厚度t较薄，因此能够提高反转分布状态下的激光介质的电子激励密度，因而即使使用受激发射截面积较小的激光介质，作为激光装置500也能够得到较大的光放大增益。由此，能够实现高效率的激光放大动作。
另外，平面波导型的光波导200通过改变光波导200的宽度(图2的x方向上的尺寸)，容易实现在将激励密度保持为规定值的状态下的激光输出的缩放(scale)。
另外，根据本实施方式的光学装置500，构成为芯区1的折射率的温度依赖性为负，包层2a及2b的折射率的温度依赖性为正，从光波导200的外部对光波导200进行温度控制。温度控制单元600通过在跨越归一化频率V与截止频率Vm相等的温度的温度范围中控制光波导200的温度，能够使芯区和包层的折射率变化，能够可变地控制可传播的导模的数量。
另外，在将本实施方式的光学装置应用于例如使用激光的雷达(LIDAR：LightDetection and Ranging、Laser Imaging Detection and Ranging：“光检测和测距”乃至“激光图像检测和测距”)装置的情况下，能够提高以激光的聚光性而例示出的雷达装置的性能及雷达装置的批量生产性。
另外，在本发明的实施方式中，利用特定的光学材料制作包层2a及2b，但也可以是其它的构造，例如也可以是不制作包层2a及2b中的一方的光波导200、即由空气构成包层2a及2b中的一方的构造(包括台面型光波导，mesa waveguide)，不限于上述实施方式的构造。
另外，在本发明的实施方式中，以平板状的芯区1和包层2a及2b在y方向上的尺寸相同的截面构造(所谓的平板型波导)的情况为例进行了说明，但也可以是芯区1的宽度较窄、包层2包围芯区1的截面构造(所谓的嵌入型波导)，不限于上述实施方式的构造。
另外，在本发明的实施方式中叙述了芯区1是激光介质的情况，但对于在光波导200中不需要放大作用的光学装置例如仅作为光传播路径发挥作用的光学装置，也可以使用不含活性离子的光学材料构成光波导200。
另外，例如存在光学材料包含Nd作为活性离子时即使没有激励光也能作为光波导发挥作用的情况，即光的衰减量较小的情况，在这种情况下，也可以不需要激励光源。另一方面，在光学材料包含Er或者Yb作为活性离子的情况下，存在在不设置激励光源的情况下衰减量较大的情况，为了产生降低活性离子带来的对光的衰减作用而作为光波导200发挥作用，优选使用激励光源。
另外，在本发明的实施方式中，以设置平面波导型光波导200为例进行了说明，但只要是具有被光学耦合的芯区1和包层2a及2b的光波导200即可，也可以将本发明应用于以光纤等示例的平面波导以外的波导构造，不限于上述实施方式。
另外，在本发明的实施方式中，叙述了芯区1和包层2a及2b的关系是d(ncore)/dT<d(nclad)/dT的关系的情况，但只要在芯区1的折射率ncore表现为比包层的折射率nclad大的折射率的温度范围中、折射率的平方差随着温度变化而减小即可，例如也可以是诸如(1)d(ncore)/dT>d(nclad)/dT、(2)d(ncore)/dT＝d(nclad)/dT这样的关系，不限于上述实施方式。
另外，在本发明的实施方式中，以芯区1的折射率的温度依赖性为负的情况为例进行了说明，但也可以使用温度依赖性为正的光学材料，例如也能够采用(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。并且，在这种情况下，芯区1和包层2a及2b也形成为，光波导200的归一化频率V在第1温度范围内跨越导模的截止频率而变化。
另外，在本发明的实施方式中，如图1所示示出了激励光从光波导200的侧方入射的例子，但只要以使得在光波导200中产生光的放大作用的方式入射到光波导200即可，不限于图示的结构及配置关系。
另外，在本发明的实施方式中，以跨越特定的1个截止频率的情况为例进行了说明，但也可以使用跨越多个阶数的值而构成的光波导200，并根据光学装置500的装备控制工作时的温度，并不限于上述实施方式。
另外，在本发明的实施方式中，以在光波导200中传播激光的情况为例进行了说明，但也可以使用激光以外的光，不限于上述实施方式。
另外，在本发明的实施方式中，示出了在光学装置500工作时，将从激光光源(未图示)入射的零阶导模的激光传播、放大并射出的例子，但也可以构成为如下的光学装置：用作在从激光光源入射到光波导200的激光中包含m阶以下的导模的情况下，控制是否以m阶导模进行传播并射出的传播控制单元。
实施方式2
下面，使用图6～图8说明本发明的各实施方式2。
从本实施方式起，为了更详细地说明本发明，列举用于实施发明的具体的光学材料的组合进行说明。但是，光学材料的组合只不过是示例，不限于这些示例。另外，也包括折射率的温度特性(正或者负)的组合与上述实施方式1不同的情况。
另外，从本实施方式起示出的各种温度特性是根据使用的光学材料的产品目录、文献等记载的特性值而计算出的结果。
另外，从本实施方式起的各种温度特性是假定将光学材料或者光波导200控制成整体上均匀的温度时的特性。
另外，对与上述实施方式1相同或者同样的构成要素及动作，存在省略其说明的情况。
图6是示出本发明的实施方式2的芯区及包层的折射率的温度依赖性的图。
在图中，n表示折射率，△T表示相对于常温的温度差(单位：度)，ncore表示芯区的折射率，nclad表示包层的折射率。
在本实施方式中，芯区1的光学材料使用玻璃材料，具体地讲使用Er：Glass的一种即Er/Qx(Kigre公司的产品名称)。
芯区1与上述实施方式1一样是激光介质。
另外，包层2a及2b的光学材料使用玻璃材料，具体地讲使用S-TIL6(OHARA公司的产品名称)。
并且，以假定光的波长为λ＝1.535μm的情况为例。
根据图6可知，与上述实施方式1一样，具有芯区1的折射率的温度特性为负、且包层2a及2b的折射率的温度特性为正的温度范围。
图7是示出本实施方式的归一化频率的温度依赖性的图。
归一化频率V的值是根据上述图6的值计算的。
另外，以假定芯区1的厚度为t＝5.1μm的情况为例。
根据图7可知，在上述温度范围中，随着从常温(△T＝0)起的温度增加，归一化频率V跨越1阶导模的截止频率(V1＝π/2)而减小。
即，可知关于常温即安装在光学装置500内的状态或者未使用光学装置的状态的光波导200，能够在光波导200中传播的导模的最高阶数是1阶，在高温(△T≥52)时不能以1阶导模进行传播，只能以零阶导模在光波导200中进行传播。
这意味着通过温度控制部400及温度控制元件300被加热成高温(△T≥52)的光波导200，成为等效的零阶导模用光波导200。
因此，可知作为光学装置500通过具有选择截止到1阶导模都能传播的芯区1的厚度t而制作的光波导200，在使用光学装置500时，温度控制部400控制温度控制元件300，使得加热至归一化频率V低于1阶截止频率V1的温度(△T≥52)，由此能够将光学装置500工作时在光波导200中传播的光的导模限定为零阶导模。
图8是示出本实施方式的归一化频率V的温度依赖性的变形例的图。
另外，以假定芯区1的厚度为t＝20.4μm的情况为例。
根据图8可知，在上述温度范围中，根据上式(1)按照光波导200的构造而规定的归一化频率V跨越根据上式(2)求出的4阶导模的截止频率(V4＝4π/2)而变化。
即，在常温时能够在光波导200中传播的导模的最高阶数是4阶，在加热时(△T≥52)不能以4阶导模进行传播，而能够以3阶以下的导模在光波导200中传播。
这意味着通过温度控制部400及温度控制元件300被加热成高温(△T≥52)的光波导200形成为等效的3阶以下的导模用光波导。
因此，可知作为光学装置500通过具有选择截止到4阶导模都能传播的芯区1的厚度t而制作的光波导200，在使用光学装置500时，温度控制部400控制温度控制元件300，使得加热至归一化频率低于4阶截止频率的温度(△T≥52)，而能够将光学装置500工作时在光波导200中传播的光的导模限定为3阶以下的导模。
如上所述，根据本实施方式的光学装置500，发挥与上述实施方式1相同的效果。
另外，在上述说明中，芯区1的光学材料(玻璃材料)使用Er：Glass，但也可以使用Er：Yb：Glass，例如Er/Yb共掺磷酸盐玻璃。通过调节Er/Yb共掺磷酸盐玻璃的制造条件，使其能够具有与上述Er/Qx(Kigre公司的产品名称)相同的折射率特性，因而光波导200及光学装置500的制作的自由度增加。
实施方式3
下面，使用图9～图11说明本发明的各实施方式3。
另外，对与上述各实施方式相同或者同样的构成要素及动作，省略其说明。
图9是示出本发明的实施方式3的芯区及包层的折射率的温度依赖性的图。该图的读图方式与上述实施方式2相同。
在本实施方式中，芯区1的光学材料使用玻璃材料，具体地讲使用Nd：Glass的一种即Nd：Q-246(Kigre公司的产品名称)。
另外，芯区1与上述实施方式1一样是激光介质。
另外，包层2a及2b的光学材料使用玻璃材料，具体地讲使用S-TIL25(OHARA公司的产品名称)。
另外，以假定光的波长为λ＝1.062μm的情况为例。
根据图9可知，与上述实施方式1及2不同，芯区1和包层2a及2b具有折射率的温度特性都为正的温度范围。
图10是示出本实施方式的归一化频率的温度依赖性的图。
该图的读图方式与上述实施方式2相同。
另外，以假定芯区1的厚度为t＝6.2μm的情况为例。
根据图10可知，在上述温度范围中，随着从常温(∴△T＝0)起的温度的降低，归一化频率V跨越1阶导模的截止频率(V1＝π/2)而减小。
即，在常温时能够在光波导200中传播的导模的最高阶数是1阶，在低温时(△T≤-12)不能以1阶导模进行传播，只能以零阶导模在光波导200中传播。
这意味着通过温度控制部400及温度控制元件被冷却成低温(△T≤-12)的光波导200成为等效的零阶导模用光波导。
因此，可知作为光学装置500通过具有选择截止到1阶导模都能传播的芯区1的厚度t而制作的光波导200，在使用光学装置500时，温度控制部400控制温度控制元件300，使得冷却至归一化频率V低于1阶截止频率V1的温度(△T≤-12)，而能够将光学装置500工作时在光波导200中传播的光的导模限定为零阶导模。
图11是示出本实施方式的归一化频率V的温度依赖性的变形例的图。该图的读图方式与上述实施方式2及3相同。
另外，以假定芯区1的厚度为t＝37.2μm的情况为例。
根据图11可知，在上述温度范围中，归一化频率V跨越截止频率(V6＝6π/2)而变化。
即，可知在常温时能够在光波导200中传播的导模的最高阶数是6阶，在冷却时(例如△T≤-12)不能以6阶导模进行传播，只能以5阶～零阶的导模在光波导200中传播。
这意味着通过温度控制部400及温度控制元件被冷却成低温(△T≤-12)的光波导200，形成为等效的5阶以下的导模用光波导。
因此，可知作为光学装置500通过具有选择截止到6阶导模都能传播的芯区1的厚度t而制作的光波导200，在使用光学装置500时，温度控制部400控制温度控制元件300，使得冷却至归一化频率低于6阶截止频率的温度(△T≤-12)，而能够将光学装置500工作时在光波导200中传播的光的导模限定为5阶以下的导模。
如上所述，根据本实施方式的光学装置500，发挥与上述实施方式1相同的效果。
另外，在上述说明中，芯区1的光学材料(玻璃材料)使用Nd：Glass的一种即Nd：Q-246(Kigre公司的产品名称)，但也可以使用添加了Nd的石英玻璃。通过调节添加了Nd的石英玻璃的制造条件，使其能够具有与上述Nd：Q-246(Kigre公司的产品名称)相同的折射率特性，因而光波导200及光学装置500的制作的自由度增加。
实施方式4
下面，使用图12～图14说明本发明的各实施方式4。
另外，对与上述各实施方式相同或者同样的构成要素及动作，省略其说明。
图12是示出本发明的实施方式4的芯区及包层的折射率的温度依赖性的图。该图的读图方式与上述实施方式2及3相同。
在本实施方式中，芯区1的光学材料使用晶体材料，具体地讲使用Nd：YLF。
芯区1与上述实施方式1一样是激光介质。
另外，包层2a及2b的光学材料使用玻璃材料，具体地讲使用Corning7980(CORNING公司的产品名称)。
另外，以假定光的波长为λ＝1.047μm的情况为例。
根据图12可知，与上述实施方式1～3不同，芯区1和包层2a及2b具有折射率的温度特性都为负的温度范围。
图13是示出本实施方式的归一化频率的温度依赖性的图。
该图的读图方式与上述实施方式2及3相同。
另外，以假定芯区1的厚度为t＝2.17μm的情况为例。
根据图13可知，在上述温度范围中，随着从常温起的温度降低，归一化频率V跨越1阶导模的截止频率(V1＝π/2)而减小。
这意味着通过温度控制部400及温度控制元件300被冷却成低温(△T≤-14)的光波导200成为等效的零阶导模用光波导200。
因此，可知作为光学装置500通过具有选择截止到1阶导模都能传播的芯区1的厚度t而制作的光波导200，在使用光学装置500时，温度控制部400控制温度控制元件300，使得冷却至归一化频率V低于1阶截止频率V1的温度(△T≤-14)，而能够将光学装置500工作时在光波导200中传播的光的导模限定为零阶导模。
图14是示出本实施方式的归一化频率的温度依赖性的变形例的图。该图的读图方式与上述实施方式2及3相同。
另外，图中所示的特性是假定芯区1的厚度为t＝19.53μm时的特性。
根据图14可知，在上述温度范围中，归一化频率V跨越9阶导模的截止频率(V9＝9π/2)而变化。
这意味着通过温度控制部400及温度控制元件300被冷却成低温(△T≤-14)的光波导200成为等效的8阶以下的导模用光波导200。
因此，可知使作为光学装置500通过具有选择截止到9阶导模都能传播的芯区1的厚度t而制作的光波导200，在使用光学装置500时，温度控制部400控制温度控制元件300，使得冷却至归一化频率低于9阶截止频率的温度(△T＝-14)，而能够将光学装置500工作时在光波导200中传播的光的导模限定为8阶以下的导模。
如上所述，根据本实施方式的光学装置500，发挥与上述实施方式1相同的效果。
实施方式5
下面，使用图15～图17说明本发明的各实施方式5。
另外，对与上述各实施方式相同或者同样的构成要素及动作，省略其说明。
图15是示出本发明的实施方式5的芯区及包层的折射率的温度依赖性的图。该图的读图方式与上述实施方式2～4相同。
在本实施方式中，芯区1的光学材料使用晶体材料，具体地讲使用Yb：YAG。
芯区1与上述实施方式1一样是激光介质。
另外，包层2a及2b的光学材料使用玻璃材料，具体地讲使用S-LAH55V(OHARA公司的产品名称)。
另外，以假定光的波长为λ＝1.030μm的情况为例。
根据图15可知，芯区1和包层2a及2b具有折射率的温度特性都为正的温度范围。
图16是示出本实施方式的归一化频率的温度依赖性的图。
该图的读图方式与上述实施方式2～4相同。
另外，以假定芯区1的厚度为t＝6μm的情况为例。
根据图16可知，在上述温度范围中，随着从常温起的温度降低，归一化频率V跨越1阶导模的截止频率(V1＝π/2)而减小。
这意味着通过温度控制部400及温度控制元件300被冷却成低温(△T≤-62)的光波导200成为等效的零阶导模用光波导200。
因此，可知作为光学装置500通过具有选择截止到1阶导模都能传播的芯区1的厚度t而制作的光波导200，在使用光学装置500时，温度控制部400控制温度控制元件300，使得冷却至归一化频率V低于1阶截止频率V1的温度(△T≤-62)，而能够将光学装置500工作时在光波导200中传播的光的导模限定为零阶导模。
图17是示出本实施方式的归一化频率V的温度依赖性的变形例的图。该图的读图方式与上述实施方式2～4相同。
另外，以假定芯区1的厚度为t＝36μm的情况为例。
根据图17可知，在上述温度范围中，归一化频率V跨越6阶导模的截止频率(V6＝6π/2)而变化。
这意味着通过温度控制部400及温度控制元件300被冷却成低温(△T≤-62)的光波导200成为等效的5阶以下的导模用光波导200。
因此，可知作为在光学装置500中使用的光波导200，通过具有选择截止到6阶导模都能传播的芯区1的厚度t而制作的光波导200，在使用光学装置500时，温度控制部400控制温度控制元件300，使得冷却至归一化频率低于6阶的截止频率的温度(△T≤-62)，而能够将光学装置500工作时在光波导200中传播的光的导模限定为5阶以下的导模。
如上所述，根据本实施方式的光学装置500，发挥与上述实施方式1相同的效果。
实施方式6
下面，使用图18～图20说明本发明的各实施方式6。
另外，对与上述各实施方式相同或者同样的构成要素及动作，省略其说明。
在本实施方式中，芯区1的光学材料使用玻璃材料，具体地讲使用作为Er：Glass的Er/Qx(Kigre公司的产品名称)。
芯区1与上述实施方式1一样是激光介质。
另外，包层2a及2b的光学材料使用作为双折射材料的晶体材料，具体地讲使用方解石。
另外，激光使用偏振方向与y轴平行的激光。
图18是示出本发明的实施方式6的光波导的截面图。
在图中，1表示芯区，2a及2b表示包层，x、y及z表示适当的坐标轴。并且，c表示方解石的晶轴即c轴，θ表示c轴和z轴(光波导的光轴。在图中用虚线表示)形成的夹角。
在本实施方式中是方解石的c轴与x轴垂直的例子。方解石具有被称作所谓单轴晶体的晶体构造，显示出在晶体的特定的一个轴向上折射率不同的所谓各向异性。
图19是示出本发明的实施方式6的在芯区及包层中激光感受到的折射率的温度依赖性的图。该图的读图方式与上述实施方式2～5相同。
并且，以假定光的波长为λ＝1.535μm、方解石的角度为θ＝56.3度的情况为例。
根据图19可知，芯区1具有折射率的温度特性为负的温度范围，包层2a及2b具有折射率的温度特性为正的温度范围。
图20是示出本实施方式6的归一化频率的温度依赖性的图。
该图的读图方式与上述实施方式2～5相同。
另外，以假定芯区1的厚度为t＝100μm的情况为例。
根据图20可知，在上述温度范围中，随着从常温起的温度增加，归一化频率V跨越4阶～1阶的导模的截止频率(V4＝4π/2、…、V1＝π/2)而减小。
这意味着通过温度控制部400及温度控制元件300被加热后的光波导200，在第1温度变化范围(8≤△T≤22)中成为等效的3阶以下的导模用光波导，在第2温度变化范围(22≤△T≤30)中成为等效的2阶以下的导模用光波导，在第3温度变化范围(30≤△T≤36)中成为等效的1阶以下的导模用光波导，在第4温度变化范围(36≤△T)中形成为零阶以下的导模用光波导。
因此，可知作为光学装置500通过具有选择截止到4阶导模都能传播的芯区1的厚度t而制作的光波导200，在使用光学装置500时，温度控制部400控制温度控制元件300，使得例如加热至归一化频率V低于1阶截止频率V1的温度，而能够将在光学装置500工作时在光波导200中传播的光的导模限定为零阶导模。
另外，也可以构成，能够根据光学装置500的使用目的及作为光学装置500容许或者使用的光的导模的最高阶数，改变温度变化的设定的光学装置或者可变更设定的光学装置。
如上所述，根据本实施方式的光学装置500，能够发挥与上述实施方式1相同的效果。
另外，通过改变角度θ制作光波导200的包层2a及2b，能够等效地改变在光波导200中传播的光感受到的包层2a及2b的折射率，因而能够增加光波导200在制作时的参数，光波导200及光学装置500的制作的自由度增加。
另外，在图20中将芯区1的厚度设为t＝100μm，与上述各实施方式相比能够进一步加厚，因而能够进一步放宽制作条件。
另外，通过设为本实施方式中的芯区1和包层2a及2b的光学材料的组合，与上述各实施方式相比，能够构成为在更小的温度变化范围中跨越截止频率，因而能够简化温度控制单元600的结构及控制。
通过使相对于常温的温度变化量较小，而能够降低温度对构成光学装置500的光波导200及除其以外的构成要素的影响，例如降低因机械性的变形引起的电气特性的劣化。
另外，在制作多个作为光学装置500容许的导模的最高阶数不同的光学装置500的情况下，能够使它们具有相同的光波导200，因而能够实现部件的共用，并且能够降低光波导200及光学装置500的制作费用。
另外，在上述说明中，芯区1的光学材料(玻璃材料)使用了Er：Glass，但也可以与上述实施方式2一样使用Er、Yb共掺磷酸盐玻璃，从而光波导200及光学装置500的制作的自由度增加。
实施方式7
下面，使用图21～图22说明本发明的各实施方式7。
另外，对与上述各实施方式相同或者同样的构成要素及动作，省略其说明。
在本实施方式中，芯区1的光学材料使用玻璃材料，具体地讲使用作为Nd：Glass的Nd-Q-246(Kigre公司的产品名称)。
芯区1与上述实施方式1一样是激光介质。
另外，包层2a及2b的光学材料使用作为双折射材料的晶体材料，具体地讲使用BBO。
另外，示出本实施方式的光波导的截面图与上述实施方式6中的图18相同。
在这种情况下，c表示BBO的晶轴即c轴，θ表示c轴和z轴(光波导的光轴。在图中用虚线表示)形成的夹角。
在本实施方式中以BBO的c轴与x轴垂直的情况为例。
并且，激光使用偏振方向与y轴平行的激光。
图21是示出本发明的实施方式7的在芯区及包层中激光感受到的折射率的温度依赖性的图。
该图的读图方式与上述实施方式2相同。
并且，以假定光的波长为λ＝1.062μm、BBO的角度为θ＝54.7度的情况为例。
根据图21可知，芯区1具有折射率的温度特性为正的温度范围，包层2a及2b具有折射率的温度特性为负的温度范围。
图22是示出本实施方式的归一化频率的温度依赖性的图。
该图的读图方式与上述实施方式2～6相同。
另外，该图是芯区1的厚度为t＝70μm时的例子。
根据图22可知，在上述温度范围中，随着从常温起的温度降低，归一化频率V跨越3阶～1阶的导模的截止频率(V3＝3π/2、V2＝2π/2、V1＝π/2)而减小。
这意味着通过温度控制部400及温度控制元件300被冷却后的光波导200，在第1温度变化范围(-7.2≤△T≤-1.9)中成为等效的2阶以下的导模用光波导，在第2温度变化范围(-10.4≤△T≤-7.2)中成为等效的1阶以下的导模用光波导，在第3温度变化范围(△T≤-10.4)中成为零阶导模用光波导。
因此，可知作为光学装置500通过具有选择截止到3阶导模都能传播的芯区1的厚度t而制作的光波导200，在使用光学装置500时，温度控制部400控制温度控制元件300，使得例如冷却至归一化频率V低于1阶截止频率V1的温度，而能够将光学装置500工作时在光波导200中传播的光的导模限定为零阶导模。
另外，也可以构成，能够根据光学装置500的使用目的及作为光学装置500容许(或者使用)的光的导模的最高阶数，改变了温度变化的设定的光学装置或者可变更设定的光学装置。
如上所述，根据本实施方式的光学装置500，能够发挥与上述实施方式1相同的效果。
另外，与上述实施方式6相同，通过使用改变角度θ制作的光波导200，能够等效地改变在光波导200中传播的光感受到的包层2a及2b的折射率，因而能够增加光波导200制作时的参数，光波导200及光学装置500的制作的自由度增加。
另外，在图22的情况下，能够将芯区1的厚度加厚为t＝70μm，因而与上述实施方式6相同能够放宽制作条件。
另外，通过设为本实施方式中的芯区1和包层2a及2b的光学材料的组合，与上述各实施方式相比，能够构成为在更小的温度变化范围中归一化频率V跨越截止频率，因而能够简化温度控制单元600的结构及控制。
通过使相对于常温的温度变化量与上述实施方式6相比进一步减小，能够降低温度对构成光学装置500的光波导200以外的构成要素的影响，例如降低因机械性的变形引起的电气特性的劣化。
另外，在制作多个作为光学装置500容许或者使用的导模的最高阶数不同的光学装置500的情况下，能够使它们具有相同的光波导200，因而与上述实施方式6一样能够实现部件的共用，并且能够降低光波导200及光学装置500的制作费用。
另外，在上述说明中，芯区1的光学材料(玻璃材料)使用了作为Nd：Glass的一种的Nd：Q-246(Kigre公司的产品名称)，但也可以使用掺Nd石英玻璃。通过调节掺Nd石英玻璃的制作条件，能够具有与上述Nd：Q-246(Kigre公司的产品名称)相同的折射率特性，因而光波导200及光学装置500的制作的自由度增加。
实施方式8
下面，使用图23～图25说明本发明的各实施方式8。
另外，对与上述各实施方式相同或者同样的构成要素及动作，省略其说明。
在本实施方式中，芯区1的光学材料使用晶体材料，具体地讲使用Yb：YAG。
芯区1与上述实施方式1一样是激光介质。
另外，包层2a及2b的光学材料使用作为双折射材料的晶体材料，具体地讲使用KTP。
图23是示出本发明的实施方式8的光波导的截面图。
在图中，1表示芯区，2a及2b表示包层，ncore表示芯区的折射率，nclad表示包层的折射率，t表示芯区1的厚度，在图中的光波导200的外侧记载的x、y及z表示适当的坐标轴。
另外，在包层2a及2b记载的x及z表示KTP的晶轴即x轴及z轴，θ表示KTP的z轴与光波导200的光轴即适当的z轴形成的夹角。
在本实施方式中是KTP的x轴与作为光轴的z轴垂直时的例子。
KTP具有被称作所谓双轴晶体的晶体构造，显示出在晶体的三个轴向上折射率不同的所谓各向异性。
另外，激光使用偏振方向与y轴平行的激光。
图24是示出本发明的实施方式8的在芯区及包层中激光感受到的折射率的温度依赖性的图。该图的读图方式与上述实施方式2～7相同。
另外，以假定光的波长为λ＝1.030μm、KTP的角度为θ＝65.4度的情况为例。
根据图24可知，芯区1和包层2a及2b具有折射率的温度特性都为正的温度范围。
图25是示出本实施方式8的归一化频率的温度依赖性的图。
该图的读图方式与上述实施方式2～7相同。
另外，该图的特性是芯区1的厚度为t＝70μm时的特性。
根据图25可知，在上述温度范围中，随着从常温起的温度增加，归一化频率V跨越3阶～1阶的导模的截止频率(V3＝3π/2、V2＝2π/2、V1＝π/2)而减小。
这意味着通过温度控制部400及温度控制元件300被加热后的光波导200在第1温度变化范围(3≤△T≤13)中成为等效的2阶以下的导模用光波导，在第2温度变化范围(13≤△T≤18)中成为等效的1阶以下的导模用光波导，在第3温度变化范围(18≤△T)中成为等效的零阶导模用光波导。
因此，可知作为光学装置500通过具有选择截止到3阶导模都能传播的芯区1的厚度t而制作的光波导200，在使用光学装置500时，温度控制部400控制温度控制元件300，使得例如加热至归一化频率V低于1阶截止频率V1的温度，而能够将光学装置500工作时在光波导200中传播的光的导模限定为零阶导模。
另外，也可以构成，能够根据光学装置500的使用目的及作为光学装置500容许(或者使用)的光的导模的最高阶数，改变了温度变化的设定的光学装置或者可变更设定的光学装置。
如上所述，根据本实施方式的光学装置500，能够发挥与上述实施方式1相同的效果。
另外，与上述实施方式6及7相同，通过使用改变角度θ制作的光波导200，能够等效地改变在光波导200中传播的光感受到的包层2a及2b的折射率，因而能够增加光波导200制作时的参数，光波导200及光学装置500的制作的自由度增加。
另外，在图25的情况下，能够将芯区1的厚度加厚为t＝70μm，因而能够进一步放宽制作条件。
另外，通过设为本实施方式中的芯区1和包层2a及2b的光学材料的组合，与上述各实施方式相比，能够构成为在较小的温度变化范围中跨越截止频率，因而能够简化温度控制单元600的结构及控制。
通过使相对于常温的温度变化量较小，能够降低温度对构成光学装置500的光波导200以外的构成要素的影响，例如降低因机械性的变形引起的电气特性的劣化。
另外，在制作多个作为光学装置500容许或者使用的导模的最高阶数不同的光学装置500的情况下，能够使它们具有相同的光波导200，因而与上述实施方式6及7同样地能够实现部件的共用，并且能够降低光波导200及光学装置500的制作费用。
实施方式9
下面，使用图26及图27说明本发明的各实施方式9。
另外，对与上述各实施方式相同或者同样的构成要素及动作，省略其说明。
在本实施方式中，芯区1的光学材料使用玻璃材料，具体地讲使用作为Nd：Glass的一种的Nd-LHG-8(Hoya公司的产品名称)。
芯区1与上述实施方式1一样是激光介质。
另外，包层2a及2b的光学材料使用作为双折射材料的晶体材料，具体地讲使用BBO。
另外，示出本实施方式的光波导200的截面图与上述实施方式6中的图18相同。
但是，在本实施例中，图中的c表示BBO的晶轴即c轴，θ表示c轴与z轴(光波导的光轴)形成的夹角。
另外，在本实施方式中是BBO的c轴与x轴垂直时的例子。
图26是示出本发明的实施方式9的在芯区及包层中激光感受到的折射率的温度依赖性的图。
在图中，ncore表示芯区的折射率，neclad表示在图18中偏振方向与y轴平行时(以下记述为TM偏振)的光感受到的包层的折射率，noclad表示偏振方向与x轴平行时(以下记述为TE偏振)的光感受到的包层的折射率。另外，noclad的值超出了图中的范围，因而在图中仅记述值。
该图的其它部分的读图方式与上述各实施方式2～8相同。
另外，以假定光的波长为λ＝1.054μm、BBO的角度为θ＝90度的情况为例。
根据图26可知，具有芯区1的折射率ncore以及TM偏振光在包层2a及2b感受到的折射率neclad的温度特性都为负的温度范围。
并且，可知具有偏振方向不同的光在包层2a及2b感受到的折射率中、只有对于TM偏振光的折射率neclad低于芯区1的折射率ncore的温度范围。
图27是示出本发明的实施方式9的归一化频率的温度依赖性的图。在图中，V表示对TM偏振光规定的归一化频率。该图的其它部分的读图方式与上述各实施方式相同。另外，以假定芯区1的厚度为t＝30μm的情况为例。
根据图27可知，具有如下的温度范围：随着温度从图中的高温侧降低，TM偏振光的归一化频率V跨越2阶及1阶的导模的归一化频率(V2＝2π/2、V1＝π/2)而减小。
这意味着通过温度控制部400及温度控制元件300被加热后的光波导200在第1温度变化范围(138≤△T)中成为等效的2阶以下的导模用光波导，在第2温度变化范围(111≤△T≤138)中成为等效的1阶以下的导模用光波导，在第3温度变化范围(102≤△T≤111)中成为零阶导模用光波导。
因此，可知作为光学装置500通过具有不作为导模用的光波导发挥作用的光波导200，在使用光学装置500时，例如加热至TM偏振光的归一化频率V低于1阶截止频率V1的温度，而能够将光学装置500工作时在光波导200中传播的光的导模限定为零阶导模。
另外，可知在图的低温侧具有不存在TM偏振光的归一化频率V的第4温度变化范围(0≤△T≤102)。这意味着TM偏振光在该温度范围中不能以导模进行传播。
另一方面，关于TE偏振光，在图的温度范围内，对TE偏振光的折射率noclad不会低于芯区1的折射率ncore，因而不规定导模的归一化频率V(参照上式(1))。这意味着对于TE偏振光，不能在图示的温度范围中以导模进行传播。
因此，这意味着通过温度控制部400及温度控制元件300被加热成高温的光波导200，在第1温度变化范围～第3温度变化范围中仅针对TM偏振光成为导模用光波导，在第4温度变化范围中不会成为针对TM偏振及TE偏振双方的导模用光波导。
另外，可知通过以具有不作为导模用光波导发挥作用的光波导200的方式制作光学装置500，在使用光学装置500时，温度控制部400控制温度控制元件300，使得加热至折射率neclad低于芯区1的折射率ncore的温度，而能够将光学装置500工作时在光波导200中传播的光的导模限定为一方的导模(在本实施方式中是TM模)。
如上所述，根据本实施方式的光学装置500，能够发挥与上述实施方式1相同的效果。
另外，在光学装置500的应用领域中，通常往往是期望能够限定为单模的光，因而能够提高光学装置500在应用领域中的各种性能。
另外，在本实施方式中，作为芯区1的光学材料和包层2a及2b的光学材料，使用Nd：LHG-8和BBO的组合进行了说明，但不限于上述的组合。
在芯区1的折射率表现为比包层2a及2b的折射率大的折射率的温度范围内，只要是满足如下条件的光学材料的组合就能够将在光波导200中传播的光的导模限定为一方的偏振方向的导模：(1)对在第1偏振方向上偏振的光(在本实施方式中指TM偏振的光)规定的包层2a及2b的第1折射率(在本实施方式中指neclad)表现为比芯区1的折射率ncore小的折射率，(2)对在与第1偏振方向垂直的第2偏振方向上偏振的光(在本实施方式中指TE偏振的光)规定的包层2a及2b的第2折射率(在本实施方式中指noclad)表现为比芯区1的折射率ncore大的折射率。
实施方式10
下面，使用图28～图30说明本发明的各实施方式10。
另外，对与上述各实施方式相同或者同样的构成要素及动作，省略其说明。
在本实施方式中，芯区1的光学材料使用玻璃材料，具体地讲使用在常温下具有折射率1.538、温度依赖性具有与Kigre公司的产品QX/Er同等特性的玻璃材料。
芯区1与上述实施方式1一样是激光介质。
另外，在本实施方式中，包层2a及2b的光学材料使用双折射特性不同的光学材料，包层2a的光学材料具体地讲使用CBO，包层2b的光学材料具体地讲使用水晶。
图28是示出本发明的实施方式10的光波导的图。
在图中，1表示芯区，2a及2b表示包层，x、y及z表示适当的坐标轴。并且，X及Y表示CBO的折射率的主轴(X轴、Y轴)，c表示水晶的晶轴即c轴，θ表示c轴与z轴(光波导的光轴，在图中用虚线表示)形成的夹角。
在本实施方式中是CBO的X轴与Y轴平行、Y轴与x轴平行时的例子。并且，是CBO的c轴与y轴平行时的例子。
图29是示出本发明的实施方式10的在芯区及包层中激光光束感受到的折射率的温度依赖性的图。
在图中，ncore表示芯区的折射率，nXclad表示在图28中TM偏振光感受到的包层2a的折射率，nYclad表示TE偏振光感受到的包层2a的折射率，neclad表示TM偏振光感受到的包层2b的折射率，noclad表示TE偏振光感受到的包层2b的折射率。另外，nXclad及noclad的值超出了图中的范围，因而在图中仅记述说明。该图的其它部分的读图方式与上述实施方式2～实施方式9相同。
另外，本实施方式是假定光的波长为λ＝1.535μm、水晶的角度为θ＝90时的例子。
根据图29可知，在图中的低温侧具有如下的温度范围：(1)TM偏振光感受到的包层2a及2b的折射率(nXclad、neclad)都低于芯区1的折射率ncore，(2)TE偏振光感受到的包层2a及2b的折射率中的一方(nYclad)超过芯区1的折射率ncore。
另外，在图中的高温侧具有如下的温度范围：(2)TE偏振光在包层2a及2b感受到的折射率(nYclad、noclad)都低于芯区1的折射率ncore，(2)TM偏振光感受到的包层2a及2b的折射率中的一方(neclad)超过芯区1的折射率ncore。
图30是示出本发明的实施方式10的归一化频率的温度依赖性的图。另外，该图以假定芯区1的厚度为t＝20μm的情况为例。
在图中，VTM表示对TM偏振光规定的归一化频率，VTE表示对TE偏振光规定的归一化频率，Vc、TM、1表示TM偏振光的1阶导模的截止频率，Vc、TE、1表示TE偏振光的1阶导模的截止频率。该图的其它部分的读图方式与上述各实施方式的附图相同。
另外，在本实施方式中，包层2a和包层2b具有不同的双折射率特性。这种非对称平面波导的情况下的截止频率是按照以下所述规定的。
其中，n1表示芯区1的折射率，n0表示包层2a及2b中折射率较低者的折射率，ns表示包层2a及2b中折射率较高者的折射率，γ示出表示折射率的非对称性的尺度。
根据图30可知具有如下的温度范围：随着从常温起的温度增加，TM偏振光的归一化频率VTM跨越TM偏振光的1阶导模的归一化频率Vc、TM、1而减小。
这意味着通过温度控制部400及温度控制元件300被加热后的光波导200，(1)在第1温度变化范围(△T≤120)中成为等效的TM偏振光的1阶以下的导模用光波导，(2)在第2温度变化范围(120≤△T≤256)中成为等效的TM偏振光的零阶导模用光波导。
另一方面，根据图30可知具有如下的温度范围：随着温度从图中高温侧降低，TE偏振光的归一化频率VTE跨越TE偏振光的1阶导模的归一化频率Vc、TE、1而减小。
这意味着(1)在第3温度变化范围(291≤△T≤333)中成为等效的TE偏振光的零阶导模用光波导，(2)在第4温度变化范围(333≤△T)中成为等效的TE偏振光的1阶以下的导模用光波导。
如上所述，根据本实施方式的光学装置500，在(1)上述第1及第2温度范围及(2)第3及第4温度范围中的至少一方发挥与上述实施方式1相同的效果。
另外，这意味着通过温度控制部400及温度控制元件300被控制温度后的光波导200，(1)在某个温度范围(△T≤256度)中，能够形成作为导模只能以TM模进行传播的光波导，(2)在与上述某个温度范围(△T≤256度)不同的温度范围(291度≤△T)中，能够形成作为导模只能以TE模进行传播的光波导。
因此，根据本实施方式的光学装置500，(1)以如下方式制作光波导200：TM偏振光感受到的包层2a及2b的折射率(nXcore、necore)低于芯区1的折射率ncore，并且TE偏振光感受到的包层2a及2b的折射率(nYclad、noclad)中的一方超过芯区1的折射率ncore，(2)在使用光学装置500时，温度控制部400控制温度控制元件300，使得例如TE偏振光感受到的包层2a及2b的折射率(nYcore、nocore)低于芯区1的折射率ncore，并且TM偏振光感受到的包层2a及2b的折射率(nXclad、neclad)中的一方超过芯区1的折射率ncore。由此，能够切换TM模和TE模作为光学装置500工作时在光波导200中传播的光的导模。
另外，在本实施方式中，作为芯区1的光学材料和包层2a及2b的光学材料，使用在波长1.535μm下具有折射率1.538的玻璃材料、和CBO及水晶的组合进行了说明，但不限于上述的组合。
如果是满足如下条件的芯区1及包层2的光学材料的组合就能够切换TM模和TE模作为导模：(1)包层2a及2b中的一方(1a)在某个温度范围内，在第1偏振方向上偏振的光感受到的第1折射率及在第2偏振方向上偏振的光感受到的第2折射率表现为比芯区1的折射率小的折射率，(1b)在与所述某个温度范围不同的温度范围内，第1折射率表现为比芯区1的折射率ncore大的折射率，第2折射率表现为比芯区1的折射率ncore小的折射率，并且，(2)包层2a及2b中的另一方(2a)在所述某个温度范围内，针对在第1偏振方向上偏振的光的第3折射率表现为比第1折射率ncore小的折射率，并且针对在第2偏振方向上偏振的光的第4折射率表现为比芯区1的折射率ncore大的折射率，(2b)在所述不同的温度范围内，第3及第4折射率表现为比芯区1的折射率ncore小的折射率。
或者，在使用具有如在本实施方式中示出的倾向的双折射率特性的光学材料的情况下，如果是满足如下条件的光学材料的组合就能够切换TM模和TE模作为导模：(1)关于一方的包层(在上述说明中指2b。)所应用的双折射材料，第1偏振方向(在上述说明中指TM。)的光感受到的折射率(在上述说明中指neclad。)仅在所述某个温度范围(在上述说明中指0～256度。)中表现为比芯区1的折射率ncore小的折射率，而且第2偏振方向(在上述说明中指TE。)的光感受到的折射率(在上述说明中指noclad。)在整个温度控制范围(在上述说明中指0～350度。)中表现为比芯区1的折射率ncore小的折射率，并且，(2)关于另一方的包层(在上述说明中指2a。)所应用的双折射材料，第1偏振方向(在上述说明中指TM。)的折射率(在上述说明中指nXclad。)在整个温度控制范围(在上述说明中指0～350度。)中表现为比芯区1的折射率ncore小的折射率，而且第2偏振方向(在上述说明中指TE。)的折射率(在上述说明中指nYclad。)仅在与所述某个温度范围不同的温度范围内表现为比芯区1的折射率ncore小的折射率。
另外，在上述各实施方式中，在芯区1的折射率表现为比包层2a及2b的折射率大的折射率的温度范围内，各光学材料的折射率的温度特性相对于温度变化大致呈直线状变化，但只要是单调递增或者单调递减的光学材料即可，不限于图示的特性。但是，优选相对于温度大致呈直线状变化的材料，在这种情况下，能够简化温度控制单元600的结构，并且容易进行温度控制。
另外，在光学装置500的装备中能够实现各种装备形式，例如能够举出(1)图示的某个构成要素包含在未图示的某个构成要素中的情况，(2)与上述(1)相反的关系的情况，(3)图示的构成要素和未图示的构成要素部分重叠的情况。
另外，上述各实施方式中的信号及信息在光学装置500的装备中能够使用各种装备形式，例如能够应用(1)信号及信息自身、(2)信号及信息的值、(3)表示信号及信息的值的信息、(4)表示信号及信息的值用的参数等。
另外，信号及信息的属性有时根据光学装置500的装备方式而变化，在这种情况下，其属性可以不同，例如是明确装备的还是隐含地装备的、或者是否明确规定的。另外，也可以包含在上述各实施方式记载的以外的信号或者信息。
另外，图中的各要素为了说明本发明而进行了适当分割，其装备形式不限于图的结构、分割、名称等。并且，分割的方式自身也不限于图示的分割方式。
另外，图中以及以下的说明的记载中的单元也可以置换为其它的称呼。例如，“…部”也可以置换为“…单元”、“…功能单位”、“…电路”、“…元件(器件)”或者“…装置”。
另外，上述各实施方式的光学装置500中的温度控制单元600及其控制动作能够在本发明的课题及效果的范围内进行各种变形，如(1)变形为实质上等效(或者相当的)单元(或者动作)进行装备，(2)分割成实质上等效的多个单元进行装备等。
另外，能够将上述各实施方式中的各种选择项及变形例应用于本发明的课题及效果的范围内的其它实施方式，并作为新的实施方式。
标号说明
1芯区；2a、2b包层；3、4、5导模的示例；100激励光源；200光波导；300温度控制元件；400温度控制部；500光学装置；600温度控制单元。

Claims (23)

1.一种光学装置，其设有：光波导，其具有被光学耦合的芯区及包层；以及温度控制单元，其控制所述光波导的温度，其中，
所述光波导具有以如下方式形成的所述芯区及所述包层：在所述芯区的折射率表现为比所述包层的折射率大的折射率的第1温度范围内，针对在所述光波导中传播的光规定的归一化频率跨越由所述光波导的构造决定的导模的截止频率而变化，
所述温度控制单元构成为，在第2温度范围中控制所述光波导的温度，所述第2温度范围跨越所述归一化频率与所述截止频率相等的温度。
2.根据权利要求1所述的光学装置，其中，
所述芯区及所述包层的折射率在所述第1温度范围内存在如下的关系：随着所述光波导的温度的提高或者降低，所述芯区的折射率与所述包层的折射率之间的平方差减小，以使得所述光波导的所述归一化频率跨越所述截止频率而变化。
3.根据权利要求1或2所述的光学装置，其中，
所述芯区是利用如下的光学材料形成的，该光学材料针对在所述光波导中传播的光具有对光衰减的降低作用或者光的放大作用。
4.根据权利要求1或2所述的光学装置，其中，
所述芯区及所述包层中的至少一方是利用玻璃状的光学材料形成的。
5.根据权利要求1或2所述的光学装置，其中，
所述包层是利用具有双折射特性的光学材料形成的。
6.根据权利要求1或2所述的光学装置，其中，
所述芯区具有平板状的形状，
所述包层在所述芯区的至少一个主面与所述芯区光学耦合。
7.根据权利要求3所述的光学装置，其中，
所述光学装置还具有用于对所述芯区赋予所述光的放大作用的激励单元，
在所述芯区中，通过所述激励单元对在所述光波导中传播的光产生所述放大作用，
所述光波导在被所述激励单元激励的所述芯区中，对在所述光波导中传播的激光进行放大。
8.根据权利要求1所述的光学装置，其中，
所述芯区是利用Er：Yb：玻璃、Nd：玻璃、Er：玻璃、Yb：玻璃、Pr：玻璃、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或Pr：YAG形成的。
9.根据权利要求8所述的光学装置，其中，
所述玻璃是磷酸盐玻璃、石英玻璃或者氟化物玻璃。
10.根据权利要求7所述的光学装置，其中，
所述芯区是利用Er：玻璃形成的，
所述包层是利用玻璃状的光学材料形成的，该光学材料具有如下的折射率特性：在所述第1温度范围内，随着所述光波导的温度变化，所述包层与所述芯区之间的折射率的平方差变化，使得所述光波导的所述归一化频率跨越所述截止频率而变化。
11.根据权利要求7所述的光学装置，其中，
所述芯区是利用Er/Yb共掺磷酸盐玻璃形成的，
所述包层是利用玻璃状的光学材料形成的，该光学材料具有如下的折射率特性：在所述第1温度范围内，随着所述光波导的温度变化，所述包层与所述芯区之间的折射率的平方差变化，使得所述光波导的所述归一化频率跨越所述截止频率而变化。
12.根据权利要求7所述的光学装置，其中，
所述芯区是利用Nd：玻璃形成的，
所述包层是利用玻璃状的光学材料形成的，该光学材料具有如下的折射率特性：在所述第1温度范围内，随着所述光波导的温度变化，所述包层与所述芯区之间的折射率的平方差变化，使得所述光波导的所述归一化频率跨越所述截止频率而变化。
13.根据权利要求7所述的光学装置，其中，
所述芯区是利用掺Nd石英玻璃形成的，
所述包层是利用玻璃状的光学材料形成的，该光学材料具有如下的折射率特性：在所述第1温度范围内，随着所述光波导的温度变化，所述包层与所述芯区之间的折射率的平方差变化，使得所述光波导的所述归一化频率跨越所述截止频率而变化。
14.根据权利要求7所述的光学装置，其中，
所述芯区是利用Nd：YLF形成的，
所述包层是利用玻璃状的光学材料形成的，该光学材料具有如下的折射率特性：在所述第1温度范围内，随着所述光波导的温度变化，所述包层与所述芯区之间的折射率的平方差变化，使得所述光波导的所述归一化频率跨越所述截止频率而变化。
15.根据权利要求7所述的光学装置，其中，
所述芯区是利用Yb：YAG形成的，
所述包层是利用玻璃状的光学材料形成的，该光学材料具有如下的折射率特性：在所述第1温度范围内，随着所述光波导的温度变化，所述包层与所述芯区之间的折射率的平方差变化，使得所述光波导的所述归一化频率跨越所述截止频率而变化。
16.根据权利要求7所述的光学装置，其中，
所述芯区是利用Er：玻璃形成的，
所述包层是利用方解石形成的。
17.根据权利要求7所述的光学装置，其中，
所述芯区是利用Er/Yb共掺磷酸盐玻璃形成的，
所述包层是利用方解石形成的。
18.根据权利要求7所述的光学装置，其中，
所述芯区是利用Nd：玻璃形成的，
所述包层是利用BBO形成的。
19.根据权利要求7所述的光学装置，其中，
所述芯区是利用掺Nd石英玻璃形成的，
所述包层是利用BBO形成的。
20.根据权利要求7所述的光学装置，其中，
所述芯区是利用Yb：YAG形成的，
所述包层是利用KTP形成的。
21.根据权利要求5所述的光学装置，其中，
关于所述包层，在所述第1温度范围内，对在第1偏振方向上偏振的光规定的所述包层的第1折射率表现为比所述芯区的折射率小的折射率，对在第2偏振方向上偏振的光规定的所述包层的第2折射率表现为比所述芯区的折射率大的折射率，其中，所述第1偏振方向与在所述光波导中传播的光的光轴垂直，所述第2偏振方向与所述光轴及所述第1偏振方向垂直，
所述归一化频率是对在所述光波导中传播的在所述第1偏振方向上偏振的光规定的。
22.根据权利要求5所述的光学装置，其中，
所述包层具有双折射特性彼此不同的第1包层部及第2包层部，
关于所述第1包层部，
在所述第1温度范围内，对在第1偏振方向上偏振的光规定的第1折射率及对在第2偏振方向上偏振的光规定的第2折射率表现为比所述芯区的折射率小的折射率，其中，所述第1偏振方向与在所述光波导中传播的光的光轴垂直，所述第2偏振方向与所述光轴及所述第1偏振方向垂直，
在与所述第1温度范围不同的第3温度范围内，所述第1折射率表现为比所述芯区的折射率大的折射率，并且所述第2折射率表现为比所述芯区的折射率小的折射率，
关于所述第2包层部，
在所述第1温度范围内，对在所述第1偏振方向上偏振的光规定的第3折射率表现为比所述芯区的折射率小的折射率，并且对在所述第2偏振方向上偏振的光规定的第4折射率表现为比所述芯区的折射率大的折射率，
在所述第3温度范围内，所述第3折射率及所述第4折射率表现为比所述芯区的折射率小的折射率，
所述归一化频率是对在所述光波导中传播的在所述第1偏振方向上偏振的光以及在所述光波导中传播的在所述第2偏振方向上偏振的光中的至少一方规定的，
所述第2温度范围包括所述第3温度范围。
23.根据权利要求7所述的光学装置，其中，
所述芯区使用玻璃状的光学材料形成，该光学材料在所述第1温度范围内随着所述光波导的温度变化，与所述包层之间的折射率的平方差变化，使得所述光波导的所述归一化频率跨越所述截止频率而变化，
所述包层是利用CBO及水晶形成的。
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