DE69704074T2

DE69704074T2 - Erbiumdotierter planarer Wellenleiter

Info

Publication number: DE69704074T2
Application number: DE69704074T
Authority: DE
Inventors: Anne Jans Faber; Yingchao Yan
Original assignee: Nederlandse Organisatie voor Toegepast Natuurwetenschappelijk Onderzoek TNO
Current assignee: Nederlandse Organisatie voor Toegepast Natuurwetenschappelijk Onderzoek TNO
Priority date: 1997-03-27
Filing date: 1997-03-27
Publication date: 2001-06-21
Anticipated expiration: 2017-03-28
Also published as: EP0867985B1; US5982973A; JPH1138242A; ATE199196T1; EP0867985A1; ES2156334T3; DE69704074D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen planaren Lichtwellenleiter.
Ein Lichtwellenleiter ist im Bereich der Telekommunikation eine wichtige Komponente. Ein spezieller Typ von Lichtwellenleiter ist ein planarer Lichtwellenleiter, der als Teil eines integrierten Schaltkreises hergestellt werden kann.
Heutzutage sind optische Signale zur Informationsübermittlung sehr wichtig. Wenn ein optisches Signal jedoch über eine Lichtwellenfaser übermittelt wird, findet immer in gewissem Ausmaß eine Abschwächung statt, so dass es notwendig ist, das Signal nach einer bestimmten Distanz (typischerweise in der Größenordnung von etwa 50 bis 100 km) zu verstärken. Üblicherweise wird zu diesem Zweck eine elektronischer Verstärker verwendet. An der Verstärkeranlage muss das optische Signal dann in ein elektrisches Signal umgewandelt werden, das in einem elektronischen Verstärker verstärkt wird, wonach das verstärkte elektrische Signal in ein optisches Signal zurückverwandelt wird. Dies beinhaltet nicht nur den Nachteil, dass eine Verstärkeranlage einen recht komplizierten Aufbau mit einer recht großen Anzahl von Teilen hat, zu denen optische/elektrische Umsetzer und elektrische/optische Umsetzer gehören, sondern dies führt auch dazu, dass die Bandbreite und Bitrate des Gesamtsystems durch die elektronischen Komponenten begrenzt wird.
Daher sind vor kurzem Lichtwellenfaserverstärker entwickelt worden, d. h. Verstärker, die das optische Signal direkt verstärken und keine Umwandlung in eine elektrisches Signal erfordern.
In ähnlicher Weise werden integrierte planare Lichtwellenleiterverstärker gebraucht, um eine rein optische Telekommunikation zu verwirklichen. Beispielsweise kann ein planarer Lichtwellenleiterverstärker mit einem passiven Teiler als verlustkompensierende Komponenten integriert werden. Es ist zu erwarten, dass planare Lichtwellenleiterverstärker wegen ihrer geringen Größen preisgünstig sind, und dass sie, was noch wichtiger ist, die Möglichkeit der Integration von passiven und aktiven Funktionen auf demselben Substrat bieten.
Materialien für planare Lichtwellenleiter können in unterschiedliche Kategorien unterteilt werden, zu denen
(1) kristalline Materialien (LiNbO&sub3;, Al&sub2;O&sub3;, Y&sub2;O&sub3;, usw.)
(2) glasartige Materialien wie Silikatglas (basierend auf SiO&sub2;), Phosphatglas (basierend auf P&sub2;O&sub5;), usw. gehören. Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lichtwellenleitermaterial dieser zuletzt genannten Kategorie, speziell Phosphatglas.
Ein Lichtwellenleitermaterial dieser Kategorie ist in der US-A-5 491 708 beschrieben. Diese Veröffentlichung beschreibt ein Substrat mit der folgenden Zusammensetzung:
P&sub2;O&sub5; 50 bis 70 Mol.%
Al&sub2;O&sub3; 4 bis 13 Mol.%
Na&sub2;O 3 4 bis 13 Mol.%
La&sub2;O&sub3; 0 bis 6 Mol.%
R&sub2;O&sub3; > 0 bis 6 Mol.%,
wobei R ein Lanthanid ist.
Das in solcher Zusammensetzung verwendete Lanthanid kann als "aktive" Komponente angesehen werden, wie nachfolgend erklärt wird. Allgemein gesagt muss in Anbetracht der Tatsache, dass ein planares Wellenlichtleiterbauteil eine relativ kurze Länge in der Größenordnung von einigen Zentimetern hat, die Konzentration des Lanthanids relativ hoch sein, und die Pumpleistungsdichte muss relativ hoch sein, um eine ausreichende optische Verstärkung zu erhalten. Obwohl die Herstellung eines Wellenleitermaterials mit einer relativ hohen Lanthanidkonzentration technisch möglich ist, wird die Lumineszenz durch Energieübertragungsprozesse aufgrund von Ion-Ion-Wechselwirkungen ausgelöscht. Des weiteren dominiert ein weiterer kooperativer Aufwärtsumwandlungs-Auslöschprozess den Verstärkungsprozess des Bauteils, wenn eine hohe Pumpleistung angelegt wird. Diese beiden Lumineszenzauslöschprozesse beeinflussen die Effizienz des Verstärkers von planaren Lichtwellenverstärkern in hohem Maße.
In der Veröffentlichung "Fabrication of Er Doped Glass Films as used in Planar Optical Waveguides" von Gates cs in Mat. Res. Soc. Symp. Proc. Band 392, 1995, ist ein Erdotierter Natronkalk-Silikatglasfilm auf Silicium beschrieben. In einem speziellen Experiment, das in Fig. 10 der Veröffentlichung wiedergegeben ist, wurde gefunden, dass ein 4,5 cm langer Wellenleiter, der 5,5 Gew.-% Er&sub2;O&sub3; enthielt, etwa 4,2 dB/cm Verstärkung erreichte. Zum Erreichen des Ergebnisses benötigt dieser Wellenleiter des Standes der Technik jedoch eine Pumpe mit mehr als 350 mW.
Die Erfindung hat insbesondere den Zweck der Schaffung eines verbesserten planaren Lichtwellenleiters, der als optischer Verstärker wirken kann.
Es ist ein spezieller Zweck der Erfindung, einen verbesserten planaren Lichtwellenleiter zu schaffen, der als optischer Verstärker für optische Signale mit Wellenlängen im Bereich von etwa 1,53 um wirken kann.
Insbesondere strebt die vorliegende Erfindung die Schaffung eines Materials für einen optischen Lichtwellenleiter an, das eine gute Effizienz hat und eine relativ hohe Verstärkung mit relativ niedriger Pumpleistung zeigt.
Die Erfindung ist durch Anspruch 1 definiert. Verschiedene Ausgestaltungen sind durch die abhängigen Ansprüche definiert.
Die Erfindung wird nachfolgend detaillierter unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert, in denen
Fig. 1 schematisch einen Querschnitt eines planaren Lichtwellenleiterbauteils zeigt,
Fig. 2 schematisch ein Energiediagramm für Er zeigt,
Fig. 3 eine schematische Illustration eines Verstärkungsprozesses zeigt,
und Fig. 4 schematisch einen kooperativen Aufwärtsumwandlungsprozess zeigt.
Fig. 1 zeigt schematisch einen Querschnitt eines planaren Lichtwellenleiterbauteils, das allgemein als 10 bezeichnet wird. Das planare Lichtwellenbauteil 10 umfasst ein Substrat 11, eine Pufferschicht 12, die auf Oberfläche 9 des Substrats 11 angeordnet ist, eine aktive Leitschicht 13, die auf der Pufferschicht 12 angeordnet ist, und eine obere Mantelschicht 14, die auf der aktiven Leitschicht 13 angeordnet ist. Die aktive Leitschicht 13, die beispielsweise eine Dicke von etwa 1 um haben kann, wirkt als der wirkliche Leiter für Lichtstrahlen in einer Richtung parallel zu der Oberfläche 9.
Der Lichtstrahl kann der aktiven Leitschicht 13 in der Richtung senkrecht zu der Oberfläche 9, auch als Querrichtung bezeichnet, nicht entkommen, weil die Brechungsindizes der Pufferschicht 12 und der oberen Mantelschicht 14 niedriger als der Brechungsindex der aktiven Leitschicht 13 sind. In einer effektiven Ausgestaltung besteht die Pufferschicht 12 aus SiO&sub2;, das durch thermisches Oxidieren des Substrats 11 auf dem Substrat 11 angeordnet werden kann, wie als solches bekannt ist. Die Pufferschicht 12 kann beispielsweise eine Dicke von etwa 6,5 um haben. In ähnlicher Weise kann die obere Mantelschicht 14 aus SiO&sub2; bestehen, das durch Zerstäuben auf der aktiven Leitschicht 13 angeordnet werden kann, wie als solches bekannt ist. Die obere Mantelschicht 14 kann beispielsweise eine Dicke von etwa 0,5 um haben.
Zudem kann der Lichtstrahl innerhalb der aktiven Leitschicht 13 nur in einer Richtung parallel zu der Oberfläche 9 transportiert werden, die hier als die Leitrichtung bezeichnet wird. Die Richtung parallel zu der Oberfläche 9, jedoch senkrecht zu der Leitrichtung, wird hier als seitliche Richtung bezeichnet. Das Licht wird in der seitlichen Richtung durch eine geeignete Formgebung von entweder der aktiven Leitschicht 13 oder der oberen Mantelschicht 14 begrenzt, so dass in der seitlichen Richtung ein geeignetes Brechungsindexprofil erhalten wird, wie an sich bekannt und in Fig. 1 nicht gezeigt ist.
Die aktive Leitschicht 13 muss verschiedenen Anforderungen entsprechen, um als Leitschicht für einen Lichtwellenleiter in einem optischen Verstärker oder einem Laser geeignet zu sein. Die aktive Leitschicht 13 sollte einen relativ hohen Brechungsindex und eine niedrige optische Dämpfung haben, vorzugsweise < 1 dB/cm bei den entsprechenden Wellenlängen. Zudem sollte die aktive Leitschicht 13 effiziente optische Verstärkungseigenschaften haben, die beispielsweise durch die Lumineszenzeffizienz der aktiven Ionen wie Er-Ionen charakterisiert sind. Ein sehr wichtiges Merkmal der aktiven Leitschicht 13 ist die optische Verstärkung bei einer spezifischen Wellenlänge (einem spezifischen Wellenlängenbereich), ausgedrückt als dB/cm: es ist eine spezifische Aufgabe der Erfindung, eine relativ hohe Verstärkung mit einer relativ niedrigen Pumpleistung zu erhalten. Spezieller ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine aktive Leitschicht 13 zu schaffen, die eine Verstärkung von > 4 dB/cm mit einer relativ niedrigen Pumpleistung (vorzugsweise weniger als 50 mW) für eine Wellenlänge von etwa 1,53 um bietet.
Gemäß einem wichtigen Merkmal der Erfindung wird die aktive Leitschicht 13 als Phosphatglas mit der folgenden Zusammensetzung hergestellt:
Al&sub2;O&sub3; 8 bis 20 Mol.%
Na&sub2;O 5 bis 18 Mol.%
La&sub2;O&sub3; 6 bis 35 Mol.%, vorzugsweise 10 bis 30 Mol.%
R&sub2;O&sub3; > 0 bis 6 Mol.%, vorzugsweise 0,5 bis 1,5 Mol.%
P&sub2;O&sub5; Rest.
Hierbei bedeutet R in Abhängigkeit von der Wellenlänge der optischen Wellen, die geleitet und verstärkt werden sollen, Erbium (Er), Neodym (Nd) oder Ytterbium (Yb) oder eine Kombination von Er + Yb. Bei Anwendungen, in denen die optische Wellenlänge etwa 1,53 um beträgt, bedeutet R Er.
Zur Aufbringung der aktiven Leitschicht 13 auf die Pufferschicht 12 können mehrere Techniken verwendet werden. Ein Verfahren, das besonders geeignet ist und in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist Hochfrequenzzerstäubung. Diese Technik ist als solche bekannt, deshalb wird sie hier nur kurz diskutiert. In einer Vakuumkammer wird ein Target mit einer geeigneten Zusammensetzung in Hinsicht auf die gewünschte Zusammensetzung der aufzubringenden aktiven Leitschicht gegenüber einem Substrat angeordnet. In die Vakuumkammer werden Argon und Sauerstoff eingebracht, so dass der Druck in der Vakuumkammer im Bereich von etwa 0,3 bis 5 Pa liegt. Hochfrequenzleistung wird an das Target angelegt. Das Target wird von Argonatomen getroffen, so dass Atome und/oder Moleküle des Targets von dem Target emittiert und auf dem Substrat abgesetzt werden. Dieses Verfahren wird fortgesetzt, bis die abgesetzte Schicht eine ausreichende Dicke hat.
Fachleuten wird klar sein, dass andere Techniken zum Aufbringen der aktiven Leitschicht 13 auf das Substrat verwendet werden können, und dass die Erfindung nicht auf die oben beschriebene Technik begrenzt ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Lichtwellenleiterbauteil mit einer aktiven Leitschicht, die Erbium als aktive Komponente umfasst. Daher wird nachfolgend eine Beschreibung eines optischen Verstärkermechanismus basierend auf Erbium gegeben.
Erbium ist ein wohlbekanntes Seltenerdmetall. Die elektronische Struktur von Er³&spplus; ist [Xe]4f¹¹, wobei die teilweise gefüllte 4f-Schale elektronisch von der außenliegenden gefüllten 5s²5p&sup6;-Schalen von der Xe-Konfiguration abgeschirmt wird. Fig. 2 zeigt schematisch das Energiediagramm für die 4f-Elektronen eines freien Er³&spplus;-Ions (linke Seite) und eines Er³&spplus;-Ions in einem Feststoff (rechte Seite). Die verschiedenen Niveaus kommen durch Spin-Spin-Wechselwirkungen und Spin-Bahn-Wechselwirkungen. Die Energieniveaus werden als 2s+1LJ bezeichnet, wobei S den Spin wiedergibt, L die Bahn wiedergibt, und J das Gesamtdrehmoment wiedergibt.
In dem freien Er³&spplus;-Ion sind die 4f-Übergänge aus Paritätsgründen verboten. In einem Feststoff wie einem Glas stört jedoch die Anwesenheit der umgebenden Atome die 4f-Zustände geringfügig. Die elektrischen Dipolübergänge werden aufgrund des Mischens von Zuständen der entgegengesetzten Parität aus höherer Konfiguration in die 4f-Konfiguration hinein zulässig. Aufgrund des Stark-Effekts spalten sich die degenerierten Niveaus in Mehrfachniveaus auf (siehe die rechte Seite von Fig. 2). Zusätzlich zu dieser wirtsabhängigen erzwungenen elektrischen Dipolverteilung hat der &sup4;I13/2 - &sup4;I15/2-Übergang von Erbium bei 1,53 um erhebliche magnetische Dipolstärke, die gegenüber dem Wirtsmaterial relativ unempfindlich ist. Die spontane Emissionslebensdauer des &sup4;I13/2 - &sup4;I15/2-Übergang von Erbium bei 1,53 um in einem Feststoff kann so lang wie etwa 10 ms sein.
Fig. 3 zeigt eine schematische Illustration des Verstärkungsprozesses für das Dreiniveausystem von Er³&spplus;, das die Zustände &sup4;I11/2, &sup4;I13/2 und &sup4;I15/2 beinhaltet.
Durch Absorbieren von Pumpenergie können Er³&spplus;-ionen auf einen Zustand angeregt werden, der über dem &sup4;I13/2-Zustand liegt, wie auf den &sup4;I11/2-Zustand, der in Fig. 3 beispielhaft dargestellt ist. Aus diesem angeregten Zustand zerfallen Er³&spplus;-Ionen mittels nicht-strahlender Relaxation rasch zu den metastabilen &sup4;I13/2-Mehrfachniveaus. Stimulierte Emission aus dem &sup4;I13/2-Zustand zu dem &sup4;I15/2-Grundzustand kann die Verstärkung des Lichts bei 1,53 um verursachen. Die Lichtverstärkung durch elektronische Übergänge von Er³&spplus; funktioniert in einen Laserschema mit drei Niveaus. Lichtverstärkung in einem Dreiniveausystem kann nur stattfinden, wenn mehr als die Hälfte der Besetzung auf das obere Laserniveau angeregt worden ist (d. h. für Er³&spplus; das &sup4;I13/2- Niveau).
Die Prinzipien von Er-dotierten optischen Verstärkern sind für Lichtwellenleiterfasern und planare Lichtwellenleiter gleich. In Hinsicht auf die erforderlichen hohen Er-Dotierniveaus in planaren Lichtwellenleiterbauteilen sind planare Lichtwellenbauteile jedoch weniger effizient als Lichtwellenleiterbauteile in Faserform. Die Effizienz des Er-dotierten Lichtwellenleiterverstärkers wird durch zwei Auslöschprozesse beeinflusst, die beide mit den hohen Er-Dotierniveaus verbunden sind, wie nachfolgend diskutiert wird.
Der erste Auslöschprozess ist ein Konzentrationsauslöschen. Mit zunehmender Konzentration von Er in dem Lichtwellenleiter steigt die Wahrscheinlichkeit, dass ein angeregtes Er³&spplus;-Ion seine Energie durch Ion-Ion-Wechselwirkung auf ein benachbartes Er³&spplus;- Ion im Grundzustand überträgt. Ein solcher Prozess kann wiederholt auftreten, bis die Energie auf ein Er³&spplus;-ion übertragen wird, das mit einem Defekt oder Verunreinigungsion in Beziehung steht, und die Energie kann über nicht-strahlenden Zerfall verloren gehen.
Das zweite Auslöschverfahren, von dem angenommen wird, dass es der dominante Prozess ist, der die Ineffizienz früherer Erdotierter Lichtwellenleiterbauteile verursacht hat, ist ein kooperativer Aufwärtsumwandlungsprozess, der auch auf Ion-Ion- Wechselwirkungen beruht. Dieser Prozess, der insbesondere dann eine Rolle spielt, wenn die Besetzungsumkehr hoch ist, ist in Fig. 4 illustriert. Mit steigender Konzentration von Er in dem Lichtwellenleiter nimmt die Wahrscheinlichkeit zu, dass ein angeregtes Er³&spplus;-Ion seine Energie auf ein benachbartes angeregtes Er³&spplus;-Ion überträgt. Dann kann das erste Er³&spplus;-Ion nicht-strahlend zu dem &sup4;I15/2-Grundzustand zerfallen, während das zweite Er³&spplus;-Ion zu einem höherliegenden Zustand &sup4;I9/2 angeregt wird. Dieses zweite Er³&spplus;-Ion hat dann eine hohe Wahrscheinlichkeit, über nicht-strahlende Relaxation zu dem &sup4;I13/2-Zustand zu zerfallen. Das Nettoergebnis dieses Aufwärtsumwandlungsprozesses besteht darin, dass die Besetzung des oberen Laserzustands von &sup4;I13/2 sich stark vermindert und die Effizienz der Lichtverstärkung bei 1,53 um durch stimulierte Emission stark vermindert wird.
Dieser Aufwärtsumwandlungs-Auslöschprozess ist eine Eigenschaft, die mit dem Wirtsmaterial verknüpft ist, d. h. dem Lichtwellenleitermaterial, in das die Er-Ionen eingebettet sind, da es durch die Ion-Ion-Wechselwirkungen von Er³&spplus;-Ionen in dem Wirt verursacht wird.
Daher liegt ein wichtiges Merkmal der vorliegenden Erfindung in der Zusammensetzung des Wirtsmaterials.

Beispiel

Ein Lichtwellenbauteil wurde gemäß Fig. 1 hergestellt. Als Basismaterial wurde ein Standardsiliciumsubstrat in Form einer runden Scheibe mit einem Durchmesser von etwa 7,5 cm verwendet. Mittels eines standardgemäßen thermischen Oxidationsverfahrens wurde eine Pufferschicht 12 mit einer Dicke von etwa 6,5 um auf das Substrat aufgebracht.
Ein geeignetes Glastarget wurde durch Mischen und Schmelzen von Al&sub2;O&sub3;, Na&sub2;O, La&sub2;O&sub3;, P&sub2;O&sub5; und Er&sub2;O&sub3; in einem geeigneten Anteil hergestellt. Dieses Target wurde gegenüber von dem oxidierten Substrat in einer Standardzerstäubungskammer angeordnet, und mittels eines Standard-Niederdruck-Magnetron-Hochfrequenzzerstäubungsverfahrens wie oben kurz diskutiert wurde eine aktive Leitschicht 13 mit einer (durch Röntgenphotoelektronenspektroskopie bestimmten) Zusammensetzung wie nachfolgend in Tabelle 1 angegeben auf die Pufferschicht 12 aufgebracht.

Tabelle 1

P&sub2;O&sub5; 42 bis 45 Mol.%
Al&sub2;O&sub3; 16 bis 18 Mol.%
Na&sub2;O 8,5 bis 11 Mol.%
La&sub2;O&sub3; 27 bis 28 Mol.%
Er&sub2;O&sub3; 0,9 bis 1,2 Mol.%
Das Verfahren wurde etwa 4 Stunden lang fortgesetzt. Die Dicke der aktiven Leitschicht 13 wurde gemessen und ergab sich als etwa 1 um.
Mittels eines Standardzerstäubungsverfahrens wurde eine obere Mantelschicht 14 aus SiO&sub2; über die Struktur aufgebracht, wobei die obere Mantelschicht 14 eine Dicke von etwa 0,5 um hatte.
Dann wurde mittels Standard-Photolithographie- und Ätzverfahren der größte Teil der Schicht 14 entfernt, um Linienschichtstreifen von 4 um Breite zu bilden, die eine seitliche Einschließung des geleiteten Lichts in der aktiven Schicht 13 liefern.
Schließlich wurde die aktive Leitschicht 13 durch Abspalten des Siliciumsubstrats zu einer Struktur mit einer Länge von 10 mm verarbeitet.
Dieses planare Lichtwellenbauteil wurde auf seine optischen Eigenschaften untersucht. Es zeigte sich, dass die aktive Leitschicht 13 einen Brechungsindex von etwa 1,56 bei 633 nm hatte, wobei in dem Lichtwellenleiter ein hoher Einschließungsgrad des Lichts erhalten werden kann, der zu einer hohen Dichte der Pumpleistung führt. Bei einer Wellenlänge von 1,53 um wurde ein optischer Einschließungsgrad von etwa 70% erhalten.
Die optische Verstärkung für Licht mit einer Wellenlänge von 1,53 um wurde gemessen, wobei Pumplicht mit einer Wellenlänge von 980 nm an das planare Lichtwellenleiterbauteil angelegt wurde. Bei diesem experimentellen planaren Lichtwellenleiterbauteil mit einer Länge von 10 mm wurde mit einer Pumpleistung von etwa 65 mW eine optische Nettoverstärkung von 4,1 dB gemessen. Diese Pumpleistung ist bereits sehr niedrig. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass sich die Kopplungseffizienz des Pumplichts in die aktive Leitschicht 13 als etwa 30% herausstellte, so dass die Menge des Pumplichts, die tatsächlich in die aktive Leitschicht 13 eindrang, etwa 20 mW betrug. In diesem Experiment wurden keine Bemühungen hinsichtlich der Verbesserung der Kopplungseffizienz unternommen, es ist für Fachleute jedoch offensichtlich, dass eine Verbesserung der Kopplungseffizienz auf etwa 80% oder mehr erreichbar ist. Es ist daher vernünftigerweise zu erwarten, dass ein Lichtwellenleiterbauteil mit einer Länge von 4 cm mit der beschriebenen Struktur, wobei die aktive Leitschicht 13 die Zusammensetzung wie beschrieben aufweist, eine optische Verstärkung von 15 dB oder mehr mit einer Ausgangspumpenleistung von 40 mW oder weniger ergibt.
Aus den experimentellen Daten wurde berechnet, dass der Aufwärtsumwandlungskoeffizient (wie er in der Veröffentlichung "Cooperative upconversion in Erbium implanted sodalime silicate glass optical waveguides" von E. Snoeks et al. in J. Opt. Soc. Am. B., 12, 1468 (1995) definiert und verwendet wird) der aktiven Leitschicht 13 einen Wert von etwa 2,6 · 10&supmin;¹&sup8; cm³/s hat. Dieser Wert ist einer der niedrigsten Werte, über die bis heute berichtet wurde.
Zudem wurde gefunden, dass die Lumineszenzlebensdauer von Er in der aktiven Leitschicht etwa 7,2 ms betrug.
Es wird Fachleuten klar sein, dass die Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Beispiele begrenzt ist, sondern dass Variationen und Modifikationen möglich sind, ohne von dem Bereich der Erfindung wie in den Ansprüchen beschrieben abzuweichen. Beispielsweise können alternativ andere Verfahren zur Herstellung der aktiven Leitschicht verwendet werden, selbst wenn in den Beispielen die aktive Leitschicht 13 nach einem Hochfrequenzzerstäubungsverfahren hergestellt worden ist.
Zudem kann es in der Praxis vorkommen, dass das Material der aktiven Leitschicht 13 Verunreinigungen wie beispielsweise Mg, Ca, Cr, Ba, Zn, Pb, Li, K umfasst. Obwohl geringe Mengen solcher Verunreinigungen zugelassen werden können, ist es erfindungsgemäß bevorzugt, dass die Mengen solcher Verunreinigungen so gering wie möglich, vorzugsweise Null, sind, so dass die aktive Leitschicht 13 im Wesentlichen nur aus P&sub2;O&sub5;, Al&sub2;O&sub3;, Na&sub2;O, La&sub2;O&sub3; und Er&sub2;O&sub3; zusammengesetzt ist.
Ferner kann gemäß einem wichtigen Merkmal der Erfindung das optische Bauteil mit mindestens einem Element zum Erreichen einer optischen Rückkopplung ausgestattet sein, beispielsweise einem Spiegel oder einem anderen reflektierenden Element, so dass das Bauteil als Laser fungieren kann.

Claims

1. Planares Lichtwellenleiterbauteil, umfassend:

ein Substrat (11);

eine aktive Leitschicht (13), die auf dem Substrat (11) angeordnet ist,

eine untere Schicht (12), die zwischen der aktiven Leitschicht (13) und dem Substrat (11) angeordnet ist,

eine obere Mantelschicht (14), die über der aktiven Leitschicht (13) angeordnet ist,

wobei die aktive Leitschicht (13) die folgende Zusammensetzung hat:

Al&sub2;O&sub3; 8 bis 20 Mol.%

Na&sub2;&sub0; 5 bis 18 Mol.%

La&sub2;O&sub3; 6 bis 35 Mol.%, vorzugsweise 10 bis 30 Mol.%

R&sub2;O&sub3; > 0 bis 6 Mol.%, vorzugsweise 0,5 bis 1,5 Mol.%

P&sub2;O&sub5; Rest

wobei R Erbium (Er), Neodym (Nd) oder Ytterbium (Yb) oder eine Kombination von Er + Yb bedeutet.

2. Planares Lichtwellenbauteil gemäß Anspruch 1, wobei die aktive Leitschicht (13) die folgende Zusammensetzung hat:

P&sub2;O&sub5; 42 bis 45 Mol.%

Al&sub2;O&sub3; 16 bis 18 Mol.%

Na&sub2;O 8,5 bis 11 Mol.%

La&sub2;O&sub3; 27 bis 28 Mol.%

Er&sub2;O&sub3; 0,9 bis 1,2 Mol.%

3. Planares Lichtwellenbauteil gemäß einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei das Lichtwellenleiterbauteil ein optischer Verstärker ist.

4. Planares Lichtwellenbauteil gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Substrat (11) aus Si besteht, wobei die untere Schicht (12) aus SiO&sub2; besteht und wobei die obere Mantelschicht (14) aus SiO&sub2; besteht.

5. Planares Lichtwellenbauteil gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Verstärkung für Lichtwellenlängen, die sich durch Übergang von Er³&spplus;-Ionen vom &sup4;I13/2-Zustand zum &sup4;I15/2-Zustand ergibt, wenigstens 4,1 dB/cm mit einer Pumpleistung von nicht mehr als 65 mW beträgt und wobei die aktive Leitschicht (13) einen Brechungsindex von 1,54 bis 1,65 bei 632,8 nm hat.

6. Optisches Bauteil gemäß einem der Ansprüche 1, 2, 4, das weiterhin wenigstens ein optisches Rückkopplungselement, z. B. einen Beschichtungsspiegel, umfasst, so dass das Bauteil als Laser fungieren kann.