CN111512504B - 平面波导和激光放大器 - Google Patents

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Abstract

具有：第1电介质多层膜(15)，其配置于芯(11)、第1内部包层(12)、第1外部包层(13)和第2外部包层(14)的2个端面中的一个端面，使包含信号光(2)的波长的波段透射，反射第1激励光(4)；以及第2电介质多层膜(12)，其配置于2个端面中的另一个端面，使包含信号光(2)的波长的波段透射，反射第1激励光(4)。

Description

平面波导和激光放大器
技术领域
本发明涉及具有吸收第1激励光而形成反转分布从而对信号光进行放大的平板状的芯的平面波导、以及具有平面波导的激光放大器。
背景技术
例如，在以下的专利文献1中公开有将掺杂玻璃用于内部包层的双包层构造的光纤。
将掺杂玻璃用于内部包层的双包层构造的光纤具有由玻璃形成的芯，该芯具有吸收第1激励光而形成反转分布从而放出振荡光的性质。
此外，将掺杂玻璃用于内部包层的双包层构造的光纤具有以包含芯的方式配置于芯外周的内部包层、以及以包含内部包层的方式配置于内部包层外周的外部包层。
内部包层由具有比芯的折射率低的折射率的玻璃形成，吸收第2激励光而形成反转分布，由此放出第1激励光。第1激励光是内部包层的振荡光。
内部包层放出第1激励光，因此，不需要额外准备光源以将第1激励光导入到光纤。
外部包层由具有比内部包层的折射率低的折射率的玻璃形成，使第1激励光进行全反射。
从芯放出的振荡光在内部包层进行全反射，因此被封闭在芯中。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：美国专利第5291501A号
发明内容
发明要解决的课题
在现有的将掺杂玻璃用于内部包层的双包层构造的光纤中，是芯进行振荡，由此放出光，而不是用于对从外部的信号光源射出的信号光进行放大。
因此，在用作对从外部的信号光源射出的信号光进行放大的放大器的情况下，产生芯的寄生振荡。由于产生芯的寄生振荡，不仅从信号光源射出的信号光放大，与信号光的波长不同的波长的光也放大，因此，存在信号光的放大率降低这样的课题。
本发明正是为了解决上述的课题而完成的，其目的在于，得到能够防止芯的寄生振荡的平面波导和激光放大器。
用于解决课题的手段
本发明的平面波导具有：平板状的芯，其吸收第1激励光而形成反转分布，由此对信号光进行放大；平板状的第1内部包层，其与芯的2个平面中的一个平面接合，吸收第2激励光而形成反转分布，由此放出第1激励光，并且反射信号光；平板状的第1外部包层，其与第1内部包层的2个平面中的、与接合有芯的平面相反的一侧的平面接合，反射第1激励光；平板状的第2外部包层，其与芯的2个平面中的、与接合有第1内部包层的平面相反的一侧的平面接合，分别反射第1激励光和信号光；第1电介质多层膜，其配置于芯、第1内部包层、第1外部包层和第2外部包层的2个端面中的一个端面，使包含信号光的波长的波段的光透射，反射第1激励光；以及第2电介质多层膜，其配置于2个端面中的另一个端面，使包含信号光的波长的波段的光透射，反射第1激励光。
发明效果
根据本发明，构成为具有：第1电介质多层膜，其配置于芯、第1内部包层、第1外部包层和第2外部包层的2个端面中的一个端面，使包含信号光的波长的波段的光透射，反射第1激励光；以及第2电介质多层膜，其配置于2个端面中的另一个端面，使包含信号光的波长的波段的光透射，反射第1激励光。因此，具有能够防止芯的寄生振荡的效果。
附图说明
图1是示出包含实施方式1的平面波导的激光放大器的结构图。
图2是示出包含实施方式1的另一个平面波导的激光放大器的结构图。
图3是示出包含实施方式1的另一个平面波导的激光放大器的结构图。
图4是示出包含实施方式2的平面波导的激光放大器的结构图。
图5是示出包含实施方式3的平面波导的激光放大器的结构图。
图6是示出包含实施方式4的平面波导的激光放大器的结构图。
具体实施方式
下面，为了更加详细地说明本发明，按照添加的附图对用于实施本发明的方式进行说明。
实施方式1
图1是示出包含实施方式1的平面波导的激光放大器的结构图。
在图1中，信号光源1是向平面波导3射出信号光2的光源。
平面波导3是如下的传输路径：具有芯11、第1内部包层12、第1外部包层13、第2外部包层14、第1电介质多层膜15、第2电介质多层膜16和散热器17，对从信号光源1射出的信号光2进行放大，射出放大后的信号光2。
在图1中，设与光轴平行的方向为z轴，设与平面波导3中的平面垂直的方向为y轴。
此外，设与y轴和z轴分别垂直的方向为x轴。
激励光源5是向平面波导3射出第2激励光6的光源，一般使用激光二极管等非相干光源。在平面波导3中，光源的配置比较自由，因此，作为激励光源5，还能够使用闪光灯、LED(Light Emitting Diode：发光二极管)等非相干光源。
在图1中，示出激励光源5配置于平面波导3的-z方向和+x方向(或-x方向)的例子。
在图1的例子中，描绘成从激励光源5射出的第2激励光6通过第1电介质多层膜15。但是，激励光源5的位置在平面波导3的+x方向或-x方向偏移，因此，实际上，从激励光源5射出的第2激励光6从纸面的近前侧或里侧入射到平面波导3而不通过第1电介质多层膜15。
配置激励光源5的位置是从激励光源5射出的第2激励光6入射到平面波导3的位置即可，不限于图1所示的位置。
例如，在使用使第2激励光6透射的多层膜作为后述第1电介质多层膜15的情况下，即使激励光源5配置于平面波导3的-z方向，也不需要在平面波导3的+x方向或-x方向偏移。
芯11是如下的平板状的增益产生部件：吸收从第1内部包层12放出的第1激励光4而形成反转分布，通过辐射跃迁而产生增益。
芯11吸收第1激励光4而形成反转分布，由此对从信号光源1射出的信号光2进行放大，向外部射出放大后的信号光2。
作为芯11，使用掺杂有Er(铒)、Yb(镱)、Tm(铥)、Nd(钕)和Ho(钬)等稀土类元素的玻璃。
此外，作为芯11，使用掺杂有Nd：YVO4(掺钕钒酸钇)这种稀土类的晶体、将Yb：YAG(掺镱钇铝石榴石)这种稀土类元素掺杂晶体材料作为原料的陶瓷、或掺杂有Cr：YAG(掺铬钇铝石榴石)、Ti：Sapphire(掺钛蓝宝石)等跃迁金属的晶体。
第1内部包层12与芯11的2个平面中的一个平面接合。
在图1的例子中，芯11的2个平面是芯11的上表面和下表面，第1内部包层12与芯11的上表面接合。
第1内部包层12是如下的平板状的增益产生部件：吸收从激励光源5射出的第2激励光6而形成反转分布，通过辐射跃迁而产生增益。
第1内部包层12吸收第2激励光6而形成反转分布，由此放出第1激励光4，并且反射信号光2。
作为第1内部包层12，使用掺杂有Er、Yb、Tm、Nd和Ho等稀土类元素的玻璃、掺杂有Nd：YVO4这种稀土类的晶体、将Yb：YAG这种稀土类元素掺杂晶体材料作为原料的陶瓷、或掺杂有Cr：YAG、Ti：Sapphire等跃迁金属的晶体中的能够振荡出芯11的激励波长的材料。
第1外部包层13与第1内部包层12的2个平面中的、与接合有芯11的平面相反的一侧的平面接合。
在图1的例子中，第1内部包层12的2个平面是第1内部包层12的上表面和下表面，第1外部包层13与第1内部包层12的上表面接合。
第1外部包层13例如是平板状的光学玻璃，反射从第1内部包层12放出的第1激励光4。
第2外部包层14与芯11的2个平面中的、与接合有第1内部包层12的平面相反的一侧的平面接合。
在图1的例子中，第2外部包层14与芯11的下表面接合。
第2外部包层14例如是平板状的光学玻璃，分别反射从第1内部包层12放出的第1激励光4和信号光2。
第1外部包层13和第2外部包层14可以是相同的材质，也可以是不同的材质。
第1电介质多层膜15配置于具有芯11、第1内部包层12、第1外部包层13和第2外部包层14的平面波导3的2个端面中的一个端面。
在图1的例子中，平面波导3的2个端面是平面波导3的图中左侧的端面和右侧的端面，第1电介质多层膜15配置于左侧的端面。
第1电介质多层膜15使包含从信号光源1射出的信号光2的波长的波段的光透射，反射从第1内部包层12放出的第1激励光4。
作为第1电介质多层膜15，使用在包含信号光2的波长的波段内为高透射率且在包含第1激励光4的波长的波段内为高反射率的多层膜。
在该实施方式1中，假设第1电介质多层膜15附着于平面波导3的左侧的端面的结构，但是，也可以是附着有第1电介质多层膜15的玻璃基板配置于平面波导3的左侧的端面附近的结构。
第2电介质多层膜16配置于平面波导3的2个端面中的另一个端面。
在图1的例子中，第2电介质多层膜16配置于右侧的端面。
第2电介质多层膜16使包含从芯11射出的信号光2的波长的波段的光透射，反射从第1内部包层12放出的第1激励光4。
作为第2电介质多层膜16，使用在包含信号光2的波长的波段内为高透射率且在包含第1激励光4的波长的波段内为高反射率的多层膜。
在该实施方式1中，假设第2电介质多层膜16附着于平面波导3的右侧的端面的结构，但是，也可以是附着有第2电介质多层膜16的玻璃基板配置于平面波导3的右侧的端面附近的结构。
散热器17配置于第2外部包层14的2个平面中的、与接合有芯11的平面相反的一侧的平面。
在图1的例子中，第2外部包层14的2个平面是第2外部包层14的上表面和下表面，散热器17配置于第2外部包层14的下表面。
散热器17是向外部排出在芯11或第1内部包层12产生的热的部件。
在图1中，示出散热器17配置于第2外部包层14的下表面的例子，但是，如图2所示，散热器17也可以配置于第1外部包层13的上表面。
此外，如图3所示，散热器17也可以配置于第2外部包层14的下表面，并且配置于第1外部包层13的上表面。
图2和图3是示出包含实施方式1的另一个平面波导的激光放大器的结构图。
在该实施方式1中，对使用Ho掺杂玻璃作为芯11的例子进行说明。
Ho掺杂玻璃的上能级寿命较长，适用于放大器和Q开关脉冲激光器，但是，为了激励Ho掺杂玻璃，需要1.9μm或1.1μm的光。
在使用1.1μm的光以进行激励的情况下，量子亏损较大，因此，发热容易增大，有时妨碍高强度化。
在使用1.9μm的光以进行激励的情况下，发热不容易增大，能够实现高强度化，但是，一般而言，很难得到射出1.9μm的高强度的光的激光二极管(Laser Diode)等光源。
但是，在使用Tm掺杂玻璃作为第1内部包层12的情况下，Tm掺杂玻璃吸收0.79μm的激励光，产生1.9μm的增益，因此，能够使用Ho掺杂玻璃作为芯11。射出0.79μm的高强度的光的光源是容易得到的光源。
在该实施方式1中，作为射出0.79μm的光作为第2激励光的光源，使用激励光源5。
在该实施方式1中，对使用Ho掺杂玻璃作为芯11且使用Tm掺杂玻璃作为第1内部包层12的例子进行说明。但是，在该实施方式1中，在芯11中，只要是能够放出在反转分布的形成中使用的第1激励光4的第1内部包层12即可，芯11和第1内部包层12的材料不限于上述例子。
在该实施方式1中，设芯11的折射率为n0，第1内部包层12的折射率为n11，第1外部包层13的折射率为n21，第2外部包层14的折射率为n22。与一般的双包层型的波导同样，这些折射率n0、n11、n21、n22被设定成满足以下的式(1)(2)。
n0＞n11＞＞n21 (1)
n11＞＞n22 (2)
在该实施方式1中，设芯11的折射率n0和第1内部包层12的折射率n11被设定成接近的值，使用芯11作为单模或少模波导。
例如，在设定成n0＝1.533、n11＝1.530时，如果芯11的厚度(y方向的尺寸)为10μm，则波长2.0μm的光在芯11的内部以单模方式传播。
此外，在该实施方式1中，设第1内部包层12的折射率n11、第1外部包层13的折射率n21和第2外部包层14的折射率n22被设定成大幅分离的值。如果这样设定，则芯11和第1内部包层12的区域成为多模波导，波导的开口数(以下称作NA)增大。
例如，如果设定成n11＝1.530、n21＝n22＝1.470，则NA成为0.42，平面波导3能够进行发散角较大的光的导光。
在制作能够对高强度的信号光进行放大的激光放大器的情况下，激光放大器中的平面波导3产生热，平面波导3成为高温，因此，在平面波导3中的第2外部包层14设置有散热器17。
平面波导3中的第2外部包层14是平板，因此，与散热器17之间的接触面积较大，在散热器17中得到较高的排热能力。
通过减薄第2外部包层14的厚度(y方向的尺寸)，散热器17的排热效果提高，能够容易地排出从作为发热源的芯11和第1内部包层12产生的热。
接着，对包含平面波导3的激光放大器的动作进行说明。
激励光源5向平面波导3射出第2激励光6。
从激励光源5射出的第2激励光6入射到平面波导3中的第1内部包层12和芯11。
芯11和第1内部包层12的区域能够取较大的NA，因此，激励光源5例如如激光二极管那样廉价且高输出，但是，即使是波束品质差的光源，也能够容易地使第2激励光6入射。
第2激励光6在沿±z方向入射的情况下，一边在芯11和第1内部包层12的区域内传播，一边被第1内部包层12吸收，因此，能够延长吸收长度。
此外，第2激励光6在沿±y方向入射的情况下，在第1内部包层12中，为了被充分吸收，需要进行加厚第1内部包层12的厚度的研究或加浓第1内部包层12的掺杂物即Tm的浓度来提供吸收系数的研究等。
第1内部包层12被入射从激励光源5射出的第2激励光6时，吸收第2激励光6而形成反转分布，通过辐射跃迁产生针对第1激励光4的增益。
第1内部包层12放出已产生增益的第1激励光4。从第1内部包层12放出的第1激励光4入射到芯11。
第1内部包层12放出第1激励光4，因此，激光放大器不需要安装射出第1激励光4的光源等。
信号光源1向平面波导3射出信号光2。
配置于平面波导3的端面的第1电介质多层膜15使从信号光源1射出的信号光2透射。透射过第1电介质多层膜15的信号光2入射到平面波导3的芯11。
芯11被入射从第1内部包层12放出的第1激励光4时，吸收第1激励光4而形成反转分布，通过辐射跃迁产生针对信号光2的增益。
芯11被入射信号光2时，对信号光2进行放大。
配置于平面波导3的端面的第2电介质多层膜16使由芯11放大后的信号光2透射。透射过第2电介质多层膜16的信号光2向平面波导3的外部射出。
这里，第1电介质多层膜15和第2电介质多层膜16分别使用在包含第1激励光4的波长的波段具有高反射率的多层膜。因此，第1激励光4被第1电介质多层膜15和第2电介质多层膜16反射，因此，在第1电介质多层膜15与第2电介质多层膜16之间，一边在芯11和第1内部包层12的区域内传播一边往复。
第1激励光4在第1内部包层12内传播时，通过第1内部包层12给出增益，因此进行激光振荡。
进行激光振荡的第1激励光4不向平面波导3的外部放出，而是在第1电介质多层膜15与第2电介质多层膜16之间，在芯11和第1内部包层12的区域内传播时，被芯11吸收。
芯11吸收第1激励光4，由此产生针对信号光2的增益，因此，当被入射从信号光源1射出的信号光2时，对信号光2进行放大。
另外，第1激励光4进行激光振荡，因此强度提高，此外，直接被芯11吸收，因此效率良好。
此时，当在与信号光2的波长接近的波段中产生激光振荡时，芯11中蓄积的能量即针对信号光2的增益被浪费，因此，为了提高信号光2的放大效率，需要防止与信号光2的波长接近的波段中的寄生振荡。
在该实施方式1中，第1电介质多层膜15和第2电介质多层膜16使用如下的多层膜：作为与信号光2的波长接近的波段，在包含信号光2的波长的波段内为高透射率，因此，与信号光2的波长接近的波段透射过第1电介质多层膜15或第2电介质多层膜16，向平面波导3的外部放出。因此，能够防止与信号光2的波长接近的波段中的寄生振荡。
以上的实施方式1构成为具有：第1电介质多层膜15，其配置于芯11、第1内部包层12、第1外部包层13和第2外部包层14的2个端面中的一个端面，使包含信号光2的波长的波段的光透射，反射第1激励光4；以及第2电介质多层膜16，其配置于2个端面中的另一个端面，使包含信号光2的波长的波段的光透射，反射第1激励光4。因此，具有能够防止芯11的寄生振荡的效果。
实施方式2
在上述实施方式1中，示出包含具有第1内部包层12的平面波导3的激光放大器。
在该实施方式2中，对包含具有第1内部包层12和第2内部包层18的平面波导3的激光放大器进行说明。
图4是示出包含实施方式2的平面波导的激光放大器的结构图。在图4中，与图1相同的标号表示相同或相当的部分，因此省略说明。
第2内部包层18接合于芯11与第2外部包层14之间。
第2内部包层18是如下的平板状的增益产生部件：吸收从激励光源5射出的第2激励光6而形成反转分布，通过辐射跃迁产生增益。
第2内部包层18吸收第2激励光6而形成反转分布，由此放出第1激励光4，并且反射信号光2。
作为第2内部包层18，使用掺杂有Er、Yb、Tm、Nd和Ho等稀土类元素的玻璃、掺杂有Nd：YVO4这种稀土类的晶体、将Yb：YAG这种稀土类元素掺杂晶体材料作为原料的陶瓷、或掺杂有Cr：YAG、Ti：Sapphire等跃迁金属的晶体中的能够振荡出芯11的激励波长的材料。
第2内部包层18也可以使用与第1内部包层12相同的材质。此外，第2内部包层18也可以使用与第1内部包层12不同但是掺杂有与第1内部包层12相同的掺杂物的材料。作为相同的掺杂物，考虑Tm等掺杂物。
例如，有时以进行消泡等为目的在玻璃中掺杂有掺杂物，但是，该实施方式2中的掺杂物是与激光等的发光有关的掺杂物。第2内部包层18使用掺杂有与第1内部包层12相同的掺杂物的材料，由此，能够吸收第2激励光6，产生针对第1激励光4的增益。
在该实施方式2中，设芯11的折射率为n0，第1内部包层12的折射率为n11，第2内部包层18的折射率为n12，第1外部包层13的折射率为n21，第2外部包层14的折射率为n22。与一般的双包层型的波导同样，这些折射率n0、n11、n21、n22被设定成满足以下的式(3)(4)。
n0＞n11＞＞n21 (3)
n0＞n12＞＞n22 (4)
在该实施方式2中，对第2内部包层18应用于图1所示的激光放大器中包含的平面波导3的例子进行说明，但是，第2内部包层18也可以应用于图2或图3所示的激光放大器中包含的平面波导3。
接着，对包含平面波导3的激光放大器的动作进行说明。
激励光源5向平面波导3射出第2激励光6。
从激励光源5射出的第2激励光6入射到平面波导3中的第1内部包层12、芯11和第2内部包层18。
第1内部包层12被入射从激励光源5射出的第2激励光6时，与上述实施方式1同样，吸收第2激励光6而形成反转分布，通过辐射跃迁产生针对第1激励光4的增益。
第1内部包层12放出已产生增益的第1激励光4。从第1内部包层12放出的第1激励光4入射到芯11。
第2内部包层18被入射从激励光源5射出的第2激励光6时，与第1内部包层12同样，吸收第2激励光6而形成反转分布，通过辐射跃迁产生针对第1激励光4的增益。
第2内部包层18放出已产生增益的第1激励光4。从第2内部包层18放出的第1激励光4入射到芯11。
信号光源1向平面波导3射出信号光2。
配置于平面波导3的端面的第1电介质多层膜15使从信号光源1射出的信号光2透射。透射过第1电介质多层膜15的信号光2入射到平面波导3的芯11。
芯11被入射从第1内部包层12和第2内部包层18分别放出的第1激励光4时，吸收第1激励光4而形成反转分布，通过辐射跃迁产生针对信号光2的增益。
芯11被入射信号光2时，对信号光2进行放大。
配置于平面波导3的端面的第2电介质多层膜16使由芯11放大后的信号光2透射。透射过第2电介质多层膜16的信号光2向平面波导3的外部射出。
这里，与上述实施方式1同样，第1电介质多层膜15和第2电介质多层膜16分别使用在包含第1激励光4的波长的波段具有高反射率的多层膜。因此，第1激励光4被第1电介质多层膜15和第2电介质多层膜16反射，因此，在第1电介质多层膜15与第2电介质多层膜16之间，一边在芯11、第1内部包层12和第2内部包层18的区域内传播一边往复。
第1激励光4在第1内部包层12和第2内部包层18内分别传播时，通过第1内部包层12和第2内部包层18分别给出增益，因此进行激光振荡。
进行激光振荡的第1激励光4不向平面波导3的外部放出，而是在第1电介质多层膜15与第2电介质多层膜16之间，在芯11、第1内部包层12和第2内部包层18的区域内传播时，被芯11吸收。
芯11吸收第1激励光4，由此产生针对信号光2的增益，因此，当被入射从信号光源1射出的信号光2时，对信号光2进行放大。
此时，当在与信号光2的波长接近的波段中产生激光振荡时，芯11中蓄积的能量即针对信号光2的增益被浪费，因此，为了提高信号光2的放大效率，需要防止与信号光2的波长接近的波段中的寄生振荡。
在该实施方式2中，第1电介质多层膜15和第2电介质多层膜16使用如下的多层膜：作为与信号光2的波长接近的波段，在包含信号光2的波长的波段内为高透射率，因此，与信号光2的波长接近的波段透射过第1电介质多层膜15或第2电介质多层膜16，向平面波导3的外部放出。因此，能够防止与信号光2的波长接近的波段中的寄生振荡。
在上述实施方式1中，为了以高NA封闭第1激励光4，示出芯11的上下层即第1内部包层12和第2外部包层14的折射率非对称的例子。
在该实施方式2中，在芯11与第2外部包层14之间接合有第2内部包层18，因此，能够使芯11的上下层即第1内部包层12和第2内部包层18的折射率对称或接近对称。
通过使第1内部包层12的折射率和第2内部包层18的折射率相同，在平面波导3内传播的信号光2即波束的轮廓在y方向上成为对称形，从平面波导3射出的信号光2即波束的质量得到改善。
在该实施方式2中，假设在第1内部包层12的材料和第2内部包层18的材料不同的情况下，在双方的材料中掺杂有相同的掺杂物。在第1内部包层12的材料和第2内部包层18的材料不同的情况下，第1内部包层12和第2内部包层18分别能够对芯11附加彼此不同的功能。
例如，在第1内部包层12的材料为玻璃且第2内部包层18的材料为复折射晶体的情况下，玻璃比较容易调整折射率，因此，将第1内部包层12的折射率设定成与芯11的折射率接近的值，由此能够使芯11成为单模。
复折射晶体能够按照每个偏振具有不同的传播常数，因此，能够对平面波导3赋予偏振保持功能。
实施方式3
在上述实施方式2中，示出如下例子：在芯11与第2外部包层14之间接合有第2内部包层18，该第2内部包层18吸收第2激励光而形成反转分布，由此放出第1激励光。
在该实施方式3中，说明如下例子：在芯11与第2外部包层14之间接合有第2内部包层19，该第2内部包层19使第1激励光4和第2激励光6透射，反射信号光2。
图5是示出包含实施方式3的平面波导的激光放大器的结构图。在图5中，与图1相同的标号表示相同或相当的部分，因此省略说明。
第2内部包层19接合于芯11与第2外部包层14之间。
第2内部包层19是如下的平板状的部件：使从第1内部包层12放出的第1激励光4和从激励光源5射出的第2激励光6分别透射，反射信号光。
作为第2内部包层19的材料，使用未掺杂与第1内部包层12中掺杂的掺杂物相同的掺杂物且使第1激励光4和第2激励光6分别透射的材质的材料。
在该实施方式3中，对第2内部包层19应用于图1所示的激光放大器中包含的平面波导3的例子进行说明，但是，第2内部包层19也可以应用于图2或图3所示的激光放大器中包含的平面波导3。
第2内部包层19与上述实施方式2中的第2内部包层18不同，不具有吸收第2激励光6的功能和放出第1激励光4的功能。
平面波导3具有第2内部包层19，由此能够调整平面波导3中的第2激励光6的吸收率。
例如，在第1内部包层12由掺杂有Tm作为掺杂物的材料形成的情况下，Tm为三能级，因此，在第2激励光6较弱的条件下，吸收第1激励光4。
当Tm对第2激励光6的吸收过大且在平面波导3的内部出现第2激励光6未到达的区域时，产生第1激励光4的吸收，导致效率的降低。
在该实施方式3中，平面波导3具有不吸收第2激励光6的第2内部包层19，因此，能够降低每单位长度的第2激励光6的吸收率，使得第2激励光6能够到达平面波导3的内部。通过改变第1内部包层12的厚度与第2内部包层19的厚度之比，能够调整该每单位长度的第2激励光6的吸收率。
实施方式4
在上述实施方式1中，说明了如下例子：在平面波导3的2个端面分别配置第1电介质多层膜15和第2电介质多层膜16，由此防止芯11的寄生振荡。
在该实施方式4中，对与上述实施方式1相比，芯11的寄生振荡的防止效果更高的激光放大器进行说明。
图6是示出包含实施方式4的平面波导的激光放大器的结构图。在图6中，与图1相同的标号表示相同或相当的部分，因此省略说明。
端面21是平面波导3的2个端面中的、图6中左侧的端面。
端面22是平面波导3的2个端面中的、图6中右侧的端面。
垂直面23、24是与芯11、第1内部包层12、第1外部包层13和第2外部包层14中的各个平面垂直的面，与y轴方向平行。
端面21、22相对于垂直面23、24倾斜，使得在芯11内传播的信号光2被端面21、22反射时，信号光2从芯11漏出，在第1外部包层13与第2外部包层14之间传播的第1激励光4被端面21、22反射时，第1激励光4留在第1外部包层13与第2外部包层14之间。
在该实施方式4中，端面21与垂直面23的角度为θ1，端面22与垂直面24的角度为θ2。
第1电介质多层膜15和第2电介质多层膜16分别使包含信号光2的波长的波段的光透射，因此，防止芯11的寄生振荡。
但是，在第1电介质多层膜15和第2电介质多层膜16中，信号光2的波长附近的波段的反射率是有限的值。因此，在芯11中的信号光2的增益较大的情况下，可能产生芯11的寄生振荡。
是否产生芯11的寄生振荡由芯11中的信号光2的增益与第1电介质多层膜15和第2电介质多层膜16的寄生振荡的防止效果的平衡来决定。
在该实施方式4中，与上述实施方式1相比，使平面波导3的2个端面21、22相对于垂直面23、24倾斜，以提高寄生振荡的防止效果，使得能够得到具有更大增益的激光放大器。
使平面波导3的2个端面21、22相对于垂直面23、24倾斜，使得在芯11内传播的信号光2被端面21、22反射时，信号光2从芯11漏出，由此，能够防止被端面21、22反射后的信号光2再次入射到芯11，即被端面21、22反射后的信号光2与芯11再次耦合。
但是，在第1外部包层13与第2外部包层14之间传播的第1激励光4被端面21、22反射时，当第1激励光4从第1外部包层13与第2外部包层14之间漏出时，芯11针对信号光2的增益减少。
为了使第1激励光4留在第1外部包层13与第2外部包层14之间，需要使端面21、22与垂直面23、24的角度θ1、θ2不会过大。
如果端面21、22与垂直面23、24的角度θ1、θ2满足以下的条件(1)，则能够防止信号光2与芯11再次耦合。
[条件(1)]
arccos(n11/n0)＜θ1
arccos(n11/n0)＜θ2
在条件(1)中，n0为芯11的折射率，n11为第1内部包层12的折射率。
此外，如果端面21、22与垂直面23、24的角度θ1、θ2满足以下的条件(2)，则能够防止第1激励光4从第1外部包层13与第2外部包层14之间漏出。
[条件(2)]
θ1＜arccos(n21/n11)
θ1＜arccos(n22/n0)
θ2＜arccos(n21/n11)
θ2＜arccos(n22/n0)
在条件(2)中，n21为第1外部包层13的折射率，n22为第2外部包层14的折射率。
例如，在芯11的折射率为n0＝1.533、第1内部包层12的折射率为n11＝1.530、第1外部包层13的折射率为n21＝1.470、第2外部包层14的折射率为n22＝1.470的情况下，作为角度θ1、θ2，如果设定成3.585073～16.09893的角度，则能够防止信号光2的再次耦合和第1激励光4的漏出。
在以上的实施方式4中，端面21、22相对于垂直面23、24倾斜，使得在芯11内传播的信号光2被端面21、22反射时，信号光2从芯11漏出，在第1外部包层13与第2外部包层14之间传播的第1激励光4被端面21、22反射时，第1激励光4留在第1外部包层13与第2外部包层14之间。因此，与上述实施方式1相比，能够提高寄生振荡的防止效果，得到具有更大增益的激光放大器。
在该实施方式4中，示出图1所示的激光放大器中包含的平面波导3的2个端面21、22相对于垂直面23、24倾斜的例子，但是，上述实施方式2中的图4所示的激光放大器中包含的平面波导3的2个端面21、22也可以相对于垂直面23、24倾斜。
图4所示的激光放大器中包含的平面波导3具有第2内部包层18，因此，端面21、22与垂直面23、24的角度θ1、θ2满足以下的条件(3)时，能够防止信号光2与芯11的再次耦合。
[条件(3)]
arccos(n11/n0)＜θ1
arccos(n12/n0)＜θ1
arccos(n11/n0)＜θ2
arccos(n12/n0)＜θ2
在条件(3)中，n12为第2内部包层18的折射率。
此外，端面21、22与垂直面23、24的角度θ1、θ2满足以下的条件(4)时，能够防止第1激励光4从第1外部包层13与第2外部包层14之间漏出。
[条件(4)]
θ1＜arccos(n21/n11)
θ1＜arccos(n22/n12)
θ2＜arccos(n21/n11)
θ2＜arccos(n22/n12)
在该实施方式4中，示出图1所示的激光放大器中包含的平面波导3的2个端面21、22相对于垂直面23、24倾斜的例子，但是，上述实施方式3中的图5所示的激光放大器中包含的平面波导3的2个端面21、22也可以相对于垂直面23、24倾斜。
图5所示的激光放大器中包含的平面波导3具有第2内部包层19，因此，端面21、22与垂直面23、24的角度θ1、θ2满足以下的条件(5)时，能够防止信号光2与芯11的再次耦合。
[条件(5)]
arccos(n11/n0)＜θ1
arccos(n13/n0)＜θ1
arccos(n11/n0)＜θ2
arccos(n13/n0)＜θ2
在条件(5)中，n13为第2内部包层19的折射率。
此外，端面21、22与垂直面23、24的角度θ1、θ2满足以下的条件(6)时，能够防止第1激励光4从第1外部包层13与第2外部包层14之间漏出。
[条件(6)]
θ1＜arccos(n21/n11)
θ1＜arccos(n22/n13)
θ2＜arccos(n21/n11)
θ2＜arccos(n22/n13)
另外，本申请能够在其发明范围内进行各实施方式的自由组合、或各实施方式的任意结构要素的变形、或各实施方式中的任意结构要素的省略。
产业上的可利用性
本发明适用于具有吸收第1激励光而形成反转分布从而对信号光进行放大的平板状的芯的平面波导。
此外，本发明适用于具有平面波导的激光放大器。
标号说明
1：信号光源；2：信号光；3：平面波导；4：第1激励光；5：激励光源；6：第2激励光；11：芯；12：第1内部包层；13：第1外部包层；14：第2外部包层；15：第1电介质多层膜；16：第2电介质多层膜；17：散热器；18：第2内部包层；19：第2内部包层；21、22：端面；23、24：垂直面。

Claims (12)

1.一种平面波导，该平面波导具有：
平板状的芯，其吸收第1激励光而形成反转分布，由此对信号光进行放大；
平板状的第1内部包层，其与所述芯的2个平面中的一个平面接合，吸收第2激励光而形成反转分布，由此放出所述第1激励光，并且反射所述信号光；
平板状的第1外部包层，其与所述第1内部包层的2个平面中的、与接合有所述芯的平面相反的一侧的平面接合，反射所述第1激励光；
平板状的第2外部包层，其与所述芯的2个平面中的、与接合有所述第1内部包层的平面相反的一侧的平面接合，分别反射所述第1激励光和所述信号光；
第1电介质多层膜，其配置于所述芯、所述第1内部包层、所述第1外部包层和第2外部包层的2个端面中的一个端面，使包含所述信号光的波长的波段的光和所述第2激励光透射，反射所述第1激励光；以及
第2电介质多层膜，其配置于所述2个端面中的另一个端面，使包含所述信号光的波长的波段的光透射，反射所述第1激励光和所述第2激励光。
2.根据权利要求1所述的平面波导，其特征在于，
在所述第2外部包层的2个平面中的、与接合有所述芯的平面相反的一侧的平面配置有散热器，该散热器排出在所述芯或所述第1内部包层产生的热。
3.根据权利要求1所述的平面波导，其特征在于，
在所述第1外部包层的2个平面中的、与接合有所述第1内部包层的平面相反的一侧的平面配置有散热器，该散热器排出在所述芯或所述第1内部包层产生的热。
4.根据权利要求1所述的平面波导，其特征在于，
所述平面波导具有平板状的第2内部包层，该第2内部包层接合于所述芯与所述第2外部包层之间，吸收所述第2激励光而形成反转分布，由此放出所述第1激励光，并且反射所述信号光。
5.根据权利要求1所述的平面波导，其特征在于，
所述平面波导具有平板状的第2内部包层，该第2内部包层接合于所述芯与所述第2外部包层之间，使所述第1激励光和第2激励光透射，反射所述信号光。
6.根据权利要求1所述的平面波导，其特征在于，
所述2个端面相对于与所述芯、所述第1内部包层、所述第1外部包层和所述第2外部包层各自的平面垂直的面倾斜，使得在所述芯内传播的所述信号光被所述2个端面反射时，所述信号光从所述芯漏出，在所述第1外部包层与所述第2外部包层之间传播的所述第1激励光被所述2个端面反射时，所述第1激励光留在所述第1外部包层与所述第2外部包层之间。
7.根据权利要求6所述的平面波导，其特征在于，
如果所述芯的折射率为n0，所述第1内部包层的折射率为n11，所述第1外部包层的折射率为n21，所述第2外部包层的折射率为n22，则所述2个端面中的一个端面与所述垂直的面所成的角度θ1、以及所述2个端面中的另一个端面与所述垂直的面所成的角度θ2满足以下的条件：
arccos(n11/n0)<θ1
arccos(n11/n0)<θ2
θ1<arccos(n21/n11)
θ1<arccos(n22/n0)
θ2<arccos(n21/n11)
θ2<arccos(n22/n0)。
8.根据权利要求4所述的平面波导，其特征在于，
所述2个端面相对于与所述芯、所述第1内部包层、所述第2内部包层、所述第1外部包层和所述第2外部包层各自的平面垂直的面倾斜，使得在所述芯内传播的所述信号光被所述2个端面反射时，所述信号光从所述芯漏出，在所述第1外部包层与所述第2外部包层之间传播的所述第1激励光被所述2个端面反射时，所述第1激励光留在所述第1外部包层与所述第2外部包层之间。
9.根据权利要求8所述的平面波导，其特征在于，
如果所述芯的折射率为n0，所述第1内部包层的折射率为n11，所述第2内部包层的折射率为n12，所述第1外部包层的折射率为n21，所述第2外部包层的折射率为n22，则所述2个端面中的一个端面与所述垂直的面所成的角度θ1、以及所述2个端面中的另一个端面与所述垂直的面所成的角度θ2满足以下的条件：
arccos(n11/n0)<θ1
arccos(n12/n0)<θ1
arccos(n11/n0)<θ2
arccos(n12/n0)<θ2
θ1<arccos(n21/n11)
θ1<arccos(n22/n12)
θ2<arccos(n21/n11)
θ2<arccos(n22/n12)。
10.根据权利要求5所述的平面波导，其特征在于，
所述2个端面相对于与所述芯、所述第1内部包层、所述第2内部包层、所述第1外部包层和所述第2外部包层各自的平面垂直的面倾斜，使得在所述芯内传播的所述信号光被所述2个端面反射时，所述信号光从所述芯漏出，在所述第1外部包层与所述第2外部包层之间传播的所述第1激励光被所述2个端面反射时，所述第1激励光留在所述第1外部包层与所述第2外部包层之间。
11.根据权利要求10所述的平面波导，其特征在于，
如果所述芯的折射率为n0，所述第1内部包层的折射率为n11，所述第2内部包层的折射率为n13，所述第1外部包层的折射率为n21，所述第2外部包层的折射率为n22，则所述2个端面中的一个端面与所述垂直的面所成的角度θ1、以及所述2个端面中的另一个端面与所述垂直的面所成的角度θ2满足以下的条件：
arccos(n11/n0)<θ1
arccos(n13/n0)<θ1
arccos(n11/n0)<θ2
arccos(n13/n0)<θ2
θ1<arccos(n21/n11)
θ1<arccos(n22/n13)
θ2<arccos(n21/n11)
θ2<arccos(n22/n13)。
12.一种激光放大器，该激光放大器具有：
信号光源，其射出信号光；
平板状的芯，其吸收第1激励光而形成反转分布，由此对从所述信号光源射出的信号光进行放大；
平板状的第1内部包层，其与所述芯的2个平面中的一个平面接合，吸收第2激励光而形成反转分布，由此放出所述第1激励光，并且反射所述信号光；
平板状的第1外部包层，其与所述第1内部包层的2个平面中的、与接合有所述芯的平面相反的一侧的平面接合，反射所述第1激励光；
平板状的第2外部包层，其与所述芯的2个平面中的、与接合有所述第1内部包层的平面相反的一侧的平面接合，分别反射所述第1激励光和所述信号光；
第1电介质多层膜，其配置于所述芯、所述第1内部包层、所述第1外部包层和第2外部包层的2个端面中的一个端面，使包含所述信号光的波长的波段的光和所述第2激励光透射，反射所述第1激励光；以及
第2电介质多层膜，其配置于所述2个端面中的另一个端面，使包含所述信号光的波长的波段的光透射，反射所述第1激励光和所述第2激励光。
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