JP2000244042A - 光導波路並びにその光導波路を用いたレーザ発振器およびレーザ増幅器 - Google Patents
光導波路並びにその光導波路を用いたレーザ発振器およびレーザ増幅器Info
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- H01S3/2308—Amplifier arrangements, e.g. MOPA
Abstract
(57)【要約】
【課題】シングルモードで高出力を得ることのできる、
導波路型レーザ発振器または導波路型光増幅器の光導波
路を提供することにある。 【解決手段】光学基板１上に導波路を形成してなる光導
波路において、希土類イオンまたは遷移金属イオンが添
加され、該イオンが励起されることにより生じる第１の
波長帯の誘導放出光が導波路の厚さ方向および幅方向の
両方向に対してシングルモード伝搬するように構成され
たシングルモード導波路２と、光学基板１上で上記シン
グルモード導波路２を両側から挟むように設けられ、励
起用の第２の波長帯の光７が導波路の厚さ方向に対して
のみシングルモード伝搬し、幅方向に対してはマルチモ
ード伝搬するように構成されたマルチモード導波路３と
を有する。
導波路型レーザ発振器または導波路型光増幅器の光導波
路を提供することにある。 【解決手段】光学基板１上に導波路を形成してなる光導
波路において、希土類イオンまたは遷移金属イオンが添
加され、該イオンが励起されることにより生じる第１の
波長帯の誘導放出光が導波路の厚さ方向および幅方向の
両方向に対してシングルモード伝搬するように構成され
たシングルモード導波路２と、光学基板１上で上記シン
グルモード導波路２を両側から挟むように設けられ、励
起用の第２の波長帯の光７が導波路の厚さ方向に対して
のみシングルモード伝搬し、幅方向に対してはマルチモ
ード伝搬するように構成されたマルチモード導波路３と
を有する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体レーザ発振の
外部共振器または光増幅器を構成する光導波路に関す
る。さらには、その光導波路を用いたレーザ発振器およ
び光増幅器に関する。
外部共振器または光増幅器を構成する光導波路に関す
る。さらには、その光導波路を用いたレーザ発振器およ
び光増幅器に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、希土類元素（Ｅｒ3+、Ｎｄ3+、Ｙ
ｂ3+、Ｔｍ3+、Ｈｏ3+、Ｐｒ3+等）あるいは遷移金属
（Ｔｉ、Ｃｒ等）を活性種とし、ガラスまたは結晶を母
材とする光励起型レーザ発振／増幅デバイスが盛んに研
究されている。代表的なものに、半導体レーザ励起固体
レーザ発振器や半導体レーザ励起Ｅｒ3+ドープ・ファイ
バー増幅器等が挙げられる。さらに進んだ形態として、
導波路型レーザ発振器や導波路型レーザ増幅器をシリコ
ン基板や石英基板などの上に形成して、光変調やスイッ
チ機能を同一基板上に集積形成した、小型で堅牢なアク
ティブデバイスなどがある。このようなアクティブデバ
イスは、特に光通信分野において盛んに研究が進められ
ている。
ｂ3+、Ｔｍ3+、Ｈｏ3+、Ｐｒ3+等）あるいは遷移金属
（Ｔｉ、Ｃｒ等）を活性種とし、ガラスまたは結晶を母
材とする光励起型レーザ発振／増幅デバイスが盛んに研
究されている。代表的なものに、半導体レーザ励起固体
レーザ発振器や半導体レーザ励起Ｅｒ3+ドープ・ファイ
バー増幅器等が挙げられる。さらに進んだ形態として、
導波路型レーザ発振器や導波路型レーザ増幅器をシリコ
ン基板や石英基板などの上に形成して、光変調やスイッ
チ機能を同一基板上に集積形成した、小型で堅牢なアク
ティブデバイスなどがある。このようなアクティブデバ
イスは、特に光通信分野において盛んに研究が進められ
ている。
【０００３】導波路型レーザ発振器や導波路型レーザ増
幅器は、導波路構造を採用したことにより、励起レーザ
光を空間的に閉じ込め、極めて高い励起密度を実現する
ことができ、レーザ発振／レーザ増幅動作を高効率に行
うことができる。
幅器は、導波路構造を採用したことにより、励起レーザ
光を空間的に閉じ込め、極めて高い励起密度を実現する
ことができ、レーザ発振／レーザ増幅動作を高効率に行
うことができる。
【０００４】１．５５ミクロン帯導波路型光増幅器の一
例として、１９９８年２月オプティカル・ファイバー・
コミュニケーション国際会議録、論文TuH5、４５〜４６
頁（Optical Fiber Communication Conference '98, te
chnical digest, paper TuH5, p.p.45-46）には、Ｙｂ
／Ｅｒ共添加りんガラス導波路型レーザ増幅器が記載さ
れている。図６は、そのような従来の導波路型光増幅器
の構成の一例を示す模式図である。
例として、１９９８年２月オプティカル・ファイバー・
コミュニケーション国際会議録、論文TuH5、４５〜４６
頁（Optical Fiber Communication Conference '98, te
chnical digest, paper TuH5, p.p.45-46）には、Ｙｂ
／Ｅｒ共添加りんガラス導波路型レーザ増幅器が記載さ
れている。図６は、そのような従来の導波路型光増幅器
の構成の一例を示す模式図である。
【０００５】図６に示す導波路型光増幅器は、信号光１
００を伝搬する信号用シングルモードファイバ１０４と
励起用シングルモード半導体レーザ１０６から射出され
た励起光を伝搬する励起光用シングルモードファイバ１
０５が波長多重カプラ１０１を介してＥｒ／Ｙｂりん酸
ガラス導波路１０２に結合された構成となっている。
００を伝搬する信号用シングルモードファイバ１０４と
励起用シングルモード半導体レーザ１０６から射出され
た励起光を伝搬する励起光用シングルモードファイバ１
０５が波長多重カプラ１０１を介してＥｒ／Ｙｂりん酸
ガラス導波路１０２に結合された構成となっている。
【０００６】励起光源である励起用シングルモード半導
体レーザ１０６は、波長９８０ｎｍ、出力１８０ｍＷの
シングル横モード半導体レーザである。Ｅｒ／Ｙｂりん
酸ガラス導波路１０２は、Ｙｂ、Ｅｒをそれぞれ４重量
パーセント、２重量パーセント含有するりん酸ガラス導
波路で、その導波路長は８６ｍｍとなっており、波長
１．５ミクロン帯において、最大増幅利得が２７ｄＢ、
雑音指数が４ｄＢ、飽和出力１４ｄＢｍ（２５ｍＷ）の
光増幅特性を有する。この導波路１０２は、２ステップ
・イオン交換法により作製することができ、１．５５ミ
クロン帯においてはシングルモード伝搬し、０．９８ミ
クロン帯においてはマルチモード伝搬するような導波路
構造になっている。また、この導波路１０２のＴＥ0伝
搬モードサイズ（電界が１／ｅとなるサイズ）は、典型
値として、１．５５ミクロン帯では導波路の厚み方向が
６．４ミクロン、導波路の幅方向が７．３ミクロンで、
０．９８ミクロン帯では、厚み方向、幅方向ともにおお
よそ５ミクロンである。
体レーザ１０６は、波長９８０ｎｍ、出力１８０ｍＷの
シングル横モード半導体レーザである。Ｅｒ／Ｙｂりん
酸ガラス導波路１０２は、Ｙｂ、Ｅｒをそれぞれ４重量
パーセント、２重量パーセント含有するりん酸ガラス導
波路で、その導波路長は８６ｍｍとなっており、波長
１．５ミクロン帯において、最大増幅利得が２７ｄＢ、
雑音指数が４ｄＢ、飽和出力１４ｄＢｍ（２５ｍＷ）の
光増幅特性を有する。この導波路１０２は、２ステップ
・イオン交換法により作製することができ、１．５５ミ
クロン帯においてはシングルモード伝搬し、０．９８ミ
クロン帯においてはマルチモード伝搬するような導波路
構造になっている。また、この導波路１０２のＴＥ0伝
搬モードサイズ（電界が１／ｅとなるサイズ）は、典型
値として、１．５５ミクロン帯では導波路の厚み方向が
６．４ミクロン、導波路の幅方向が７．３ミクロンで、
０．９８ミクロン帯では、厚み方向、幅方向ともにおお
よそ５ミクロンである。
【０００７】導波路型レーザ発振器の例としては、英国
サザンプトン大学によって報告されている導波路型レー
ザ（１９９５年４月 オプティクス・コミュニケーショ
ン誌、第１１５巻、４９１頁）がある。その導波路型レ
ーザの概略構成を図７（ａ）に示し、その導波路の断面
構造を図７（ｂ）に示す。
サザンプトン大学によって報告されている導波路型レー
ザ（１９９５年４月 オプティクス・コミュニケーショ
ン誌、第１１５巻、４９１頁）がある。その導波路型レ
ーザの概略構成を図７（ａ）に示し、その導波路の断面
構造を図７（ｂ）に示す。
【０００８】図７（ａ）に示す導波路型レーザは、励起
用マルチモード半導体レーザ１０７から射出した励起光
が、ビームスプリッタ１０８、ニュートラルデンシティ
フィルタ１０９、対物レンズ（倍率１０倍）１１０を順
次介してＹｂ：ＹＡＧ導波路１１３の導波路端面に入射
するように構成されている。
用マルチモード半導体レーザ１０７から射出した励起光
が、ビームスプリッタ１０８、ニュートラルデンシティ
フィルタ１０９、対物レンズ（倍率１０倍）１１０を順
次介してＹｂ：ＹＡＧ導波路１１３の導波路端面に入射
するように構成されている。
【０００９】Ｙｂ：ＹＡＧ導波路１１３は、図７（ｂ）
に示すように、液相エピタキシャル成長によりＹＡＧ基
板１１９上にＹｂ：ＹＡＧ導波路コア１１７が形成さ
れ、さらに導波路の上部にクラッド層（YAG結晶）１１
６が設けられている。Ｙｂ：ＹＡＧ導波路コア１１７の
層厚は６ミクロン、クラッド層１１６の厚みは１９ミク
ロン、これらの比屈折率差は１．４×１０-2である。こ
の導波路は、マルチモード導波路であって、導波路厚み
方向（ｙ方向）で、励起光１１５およびレーザ発振光１
１４ともに１ミクロン帯レーザ光に対して３つの伝搬モ
ードまで許容する。導波路長は１．６ｍｍである。導波
路の両端面を研磨した後、共振器ミラー（リアミラー１
１１、出力ミラー１１２）をバッティング接続（突き合
わせ接続）することで共振器を形成している。
に示すように、液相エピタキシャル成長によりＹＡＧ基
板１１９上にＹｂ：ＹＡＧ導波路コア１１７が形成さ
れ、さらに導波路の上部にクラッド層（YAG結晶）１１
６が設けられている。Ｙｂ：ＹＡＧ導波路コア１１７の
層厚は６ミクロン、クラッド層１１６の厚みは１９ミク
ロン、これらの比屈折率差は１．４×１０-2である。こ
の導波路は、マルチモード導波路であって、導波路厚み
方向（ｙ方向）で、励起光１１５およびレーザ発振光１
１４ともに１ミクロン帯レーザ光に対して３つの伝搬モ
ードまで許容する。導波路長は１．６ｍｍである。導波
路の両端面を研磨した後、共振器ミラー（リアミラー１
１１、出力ミラー１１２）をバッティング接続（突き合
わせ接続）することで共振器を形成している。
【００１０】上述のように構成される導波路型レーザで
は、励起用マルチモード半導体レーザ光１１５は励起光
学系である対物レンズ１１０によりＹｂ：ＹＡＧ導波路
１１３の導波路端面に集光される。集光点において、導
波路の厚み方向（y方向）では光強度が１／ｅ2となる直
径６ミクロンのガウス分布となり、導波路に平行な方向
（x方向）では直径２０ミクロンのトップハット分布
（３つのピークを有する）となる。レーザ発振光１１４
のプロファイルは、導波路の厚み方向（y方向）におい
ては、主ピークの他に２つのサイドピークのあるマルチ
モード発振となり、水平方向（x方向）においては、光
強度が１／ｅ2となる直径６０ミクロンの近似的ガウシ
アン発振をしている。この導波路型レーザによれば、マ
ルチモード半導体レーザ１０７（波長９６８ｎｍ、出力
１Ｗ）を励起光源として、励起パワー４００ｍＷにおい
て、１．０３ミクロン帯レーザ発振出力２５０ｍＷ、ス
ロープ効率７７％、発振閾値４３ｍＷを達成している。
は、励起用マルチモード半導体レーザ光１１５は励起光
学系である対物レンズ１１０によりＹｂ：ＹＡＧ導波路
１１３の導波路端面に集光される。集光点において、導
波路の厚み方向（y方向）では光強度が１／ｅ2となる直
径６ミクロンのガウス分布となり、導波路に平行な方向
（x方向）では直径２０ミクロンのトップハット分布
（３つのピークを有する）となる。レーザ発振光１１４
のプロファイルは、導波路の厚み方向（y方向）におい
ては、主ピークの他に２つのサイドピークのあるマルチ
モード発振となり、水平方向（x方向）においては、光
強度が１／ｅ2となる直径６０ミクロンの近似的ガウシ
アン発振をしている。この導波路型レーザによれば、マ
ルチモード半導体レーザ１０７（波長９６８ｎｍ、出力
１Ｗ）を励起光源として、励起パワー４００ｍＷにおい
て、１．０３ミクロン帯レーザ発振出力２５０ｍＷ、ス
ロープ効率７７％、発振閾値４３ｍＷを達成している。
【００１１】以上説明した従来例のレーザ発振器／増幅
器の最大出力は、それぞれ導波路型レーザ出力として２
５０ｍＷ（マルチモード）、導波路型光アンプ飽和出力
として１４ｄＢＭ（２５ｍＷ、シングルモード）程度で
ある。
器の最大出力は、それぞれ導波路型レーザ出力として２
５０ｍＷ（マルチモード）、導波路型光アンプ飽和出力
として１４ｄＢＭ（２５ｍＷ、シングルモード）程度で
ある。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】シングルモード光ファ
イバを伝送線路とする高速光通信との整合性を考慮する
と、信号帯域（１．５５ミクロン帯、１．３ミクロン帯
等）において導波路型レーザ／増幅器もシングルモード
である必要がある。そして、近年の光通信の大容量化、
多チャネル化に対応するためには、より高出力のシング
ルモード・レーザ発振器／レーザ増幅器を実現していく
必要が有る。このようなことから、高出力のシングルモ
ード・レーザ発振器／増幅器の開発が重要な課題となっ
ていた。
イバを伝送線路とする高速光通信との整合性を考慮する
と、信号帯域（１．５５ミクロン帯、１．３ミクロン帯
等）において導波路型レーザ／増幅器もシングルモード
である必要がある。そして、近年の光通信の大容量化、
多チャネル化に対応するためには、より高出力のシング
ルモード・レーザ発振器／レーザ増幅器を実現していく
必要が有る。このようなことから、高出力のシングルモ
ード・レーザ発振器／増幅器の開発が重要な課題となっ
ていた。
【００１３】導波路型レーザ発振器／増幅器の高出力化
を行う場合、励起パワーを増大させることがもっともシ
ンプルな方法である。より高いレーザ出力（１Ｗ以上）
を実現するには、より高パワーの励起用半導体レーザを
用いる必要が有る。励起用半導体レーザの空間モードは
出力パワーレベルに依存し、空間シングルモード出力
（活性層幅２〜３ミクロン）は、現在の技術水準では、
１００〜２００ｍＷ（波長９８０ｎｍ）程度である。半
導体レーザの高出力化には、一般的にはレーザの活性層
幅を伸長していく手法が取られるが、この場合は発振横
モードがマルチ化する。半導体レーザの出力の目安とし
ては、活性層幅１００ミクロンあたり出力１Ｗであり、
マルチモード半導体レーザでは、現在、５００ミクロン
活性層幅から最大出力４Ｗが得られている。このような
マルチモード半導体レーザのビーム品質は回折限界の２
０〜１００倍（M2値=20-100）である。
を行う場合、励起パワーを増大させることがもっともシ
ンプルな方法である。より高いレーザ出力（１Ｗ以上）
を実現するには、より高パワーの励起用半導体レーザを
用いる必要が有る。励起用半導体レーザの空間モードは
出力パワーレベルに依存し、空間シングルモード出力
（活性層幅２〜３ミクロン）は、現在の技術水準では、
１００〜２００ｍＷ（波長９８０ｎｍ）程度である。半
導体レーザの高出力化には、一般的にはレーザの活性層
幅を伸長していく手法が取られるが、この場合は発振横
モードがマルチ化する。半導体レーザの出力の目安とし
ては、活性層幅１００ミクロンあたり出力１Ｗであり、
マルチモード半導体レーザでは、現在、５００ミクロン
活性層幅から最大出力４Ｗが得られている。このような
マルチモード半導体レーザのビーム品質は回折限界の２
０〜１００倍（M2値=20-100）である。
【００１４】しかし、上記のようなマルチモード半導体
レーザを導波路型レーザ／アンプの励起光源として用い
た場合、低い横モード品質のためシングルモード導波路
に高効率に光結合できない。従って、デバイスの低効率
化（光／光変換効率）を招くという問題を生じる。
レーザを導波路型レーザ／アンプの励起光源として用い
た場合、低い横モード品質のためシングルモード導波路
に高効率に光結合できない。従って、デバイスの低効率
化（光／光変換効率）を招くという問題を生じる。
【００１５】なお、導波路をマルチモードとすることで
半導体レーザ光を高効率に光結合できるが、この場合に
は、出力光の横モードはマルチ化することになる。
半導体レーザ光を高効率に光結合できるが、この場合に
は、出力光の横モードはマルチ化することになる。
【００１６】また、上述の問題を解決する手法として、
特開平5-283770号公報には、シングルモード導波路の回
りをマルチモード導波路で囲み、このマルチモード導波
路に励起光を入射するようにした光信号増幅器が記載さ
れている。しかし、この公報の記載の光信号増幅器にお
いては、シングルモード導波路は厚み方向、基板に平行
な方向ともにマルチモード導波路で囲まれているため、
励起光にスキューモード伝搬（周回光）が発生し、励起
光吸収率が低下してしまうという課題がある。
特開平5-283770号公報には、シングルモード導波路の回
りをマルチモード導波路で囲み、このマルチモード導波
路に励起光を入射するようにした光信号増幅器が記載さ
れている。しかし、この公報の記載の光信号増幅器にお
いては、シングルモード導波路は厚み方向、基板に平行
な方向ともにマルチモード導波路で囲まれているため、
励起光にスキューモード伝搬（周回光）が発生し、励起
光吸収率が低下してしまうという課題がある。
【００１７】本発明の目的は、上述のような問題・課題
を解決し、シングルモードで高出力を得ることのでき
る、導波路型レーザ発振器または導波路型光増幅器の光
導波路を提供することにある。さらには、その光導波路
を備える、導波路型レーザ発振器および導波路型光増幅
器を提供することにある。
を解決し、シングルモードで高出力を得ることのでき
る、導波路型レーザ発振器または導波路型光増幅器の光
導波路を提供することにある。さらには、その光導波路
を備える、導波路型レーザ発振器および導波路型光増幅
器を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の光導波路は、光学基板上に導波路を形成し
てなる光導波路であって、希土類イオンまたは遷移金属
イオンが添加され、該イオンが励起されることにより生
じる誘導放出光が導波路の厚さ方向および幅方向の両方
向に対してシングルモード伝搬するように構成されたシ
ングルモード導波路と、前記光学基板上で前記シングル
モード導波路を両側から挟むように設けられ、前記希土
類イオンまたは遷移金属イオンを励起するための光が導
波路の厚さ方向に対してのみシングルモード伝搬し、幅
方向に対してはマルチモード伝搬するように構成された
マルチモード導波路とを有することを特徴とする。
め、本発明の光導波路は、光学基板上に導波路を形成し
てなる光導波路であって、希土類イオンまたは遷移金属
イオンが添加され、該イオンが励起されることにより生
じる誘導放出光が導波路の厚さ方向および幅方向の両方
向に対してシングルモード伝搬するように構成されたシ
ングルモード導波路と、前記光学基板上で前記シングル
モード導波路を両側から挟むように設けられ、前記希土
類イオンまたは遷移金属イオンを励起するための光が導
波路の厚さ方向に対してのみシングルモード伝搬し、幅
方向に対してはマルチモード伝搬するように構成された
マルチモード導波路とを有することを特徴とする。
【００１９】また、本発明の光導波路は、光学基板上に
導波路を形成してなる光導波路であって、希土類イオン
または遷移金属イオンが添加され、該イオンが励起され
ることにより生じる誘導放出光が導波路の厚さ方向およ
び幅方向の両方向に対してシングルモード伝搬するよう
に構成されたシングルモード導波路と、前記光学基板上
で前記シングルモード導波路を取り囲むように設けら
れ、前記希土類イオンまたは遷移金属イオンを励起する
ための光がマルチモード伝搬するように構成されたマル
チモード導波路とを有し、前記マルチモード導波路の少
なくとも一部が、励起光の伝搬方向に向け幅が縮小され
ていくテーパ形状であることを特徴とする。
導波路を形成してなる光導波路であって、希土類イオン
または遷移金属イオンが添加され、該イオンが励起され
ることにより生じる誘導放出光が導波路の厚さ方向およ
び幅方向の両方向に対してシングルモード伝搬するよう
に構成されたシングルモード導波路と、前記光学基板上
で前記シングルモード導波路を取り囲むように設けら
れ、前記希土類イオンまたは遷移金属イオンを励起する
ための光がマルチモード伝搬するように構成されたマル
チモード導波路とを有し、前記マルチモード導波路の少
なくとも一部が、励起光の伝搬方向に向け幅が縮小され
ていくテーパ形状であることを特徴とする。
【００２０】上述のいずれの光導波路においても、前記
マルチモード導波路が複数の入力導波路を有するような
構成としてもよい。
マルチモード導波路が複数の入力導波路を有するような
構成としてもよい。
【００２１】本発明の導波路型レーザ発振器は、上述の
いずれかの光導波路を有し、該光導波路を構成するシン
グルモード導波路の一方の端面に、該シングルモード導
波路に添加された希土類イオンまたは遷移金属イオンが
励起されることにより生じる誘導放出光を全反射する第
１のミラーが設けられ、他方の端面に前記誘導放出光を
部分反射する第２のミラーが設けられた光共振器と、前
記希土類イオンまたは遷移金属イオンを励起するための
マルチモードレーザ光を射出する励起用マルチモード半
導体レーザと、前記マルチモードレーザ光を前記光導波
路を構成するマルチモード導波路に入射せしめる入力手
段とを有することを特徴とする。
いずれかの光導波路を有し、該光導波路を構成するシン
グルモード導波路の一方の端面に、該シングルモード導
波路に添加された希土類イオンまたは遷移金属イオンが
励起されることにより生じる誘導放出光を全反射する第
１のミラーが設けられ、他方の端面に前記誘導放出光を
部分反射する第２のミラーが設けられた光共振器と、前
記希土類イオンまたは遷移金属イオンを励起するための
マルチモードレーザ光を射出する励起用マルチモード半
導体レーザと、前記マルチモードレーザ光を前記光導波
路を構成するマルチモード導波路に入射せしめる入力手
段とを有することを特徴とする。
【００２２】本発明の導波路型光増幅器は、上述のいず
れかの光導波路を有し、該光導波路を構成するシングル
モード導波路に添加された希土類イオンまたは遷移金属
イオンを励起するためのマルチモードレーザ光を射出す
る励起用マルチモード半導体レーザと、前記マルチモー
ドレーザ光を前記光導波路を構成するマルチモード導波
路に入射せしめる入力手段とを有し、前記シングルモー
ド導波路は、一端面から信号光が入射され、該入射信号
光を添加されている希土類イオンまたは遷移金属イオン
が励起されることにより生じる誘導放出により光増幅す
るように構成されていることを特徴とする。
れかの光導波路を有し、該光導波路を構成するシングル
モード導波路に添加された希土類イオンまたは遷移金属
イオンを励起するためのマルチモードレーザ光を射出す
る励起用マルチモード半導体レーザと、前記マルチモー
ドレーザ光を前記光導波路を構成するマルチモード導波
路に入射せしめる入力手段とを有し、前記シングルモー
ド導波路は、一端面から信号光が入射され、該入射信号
光を添加されている希土類イオンまたは遷移金属イオン
が励起されることにより生じる誘導放出により光増幅す
るように構成されていることを特徴とする。
【００２３】（作用）光学基板上に導波路を形成してな
る３次元導波路の伝搬モードは、基板平面方向（ｘ方
向）と該方向に垂直な方向（ｙ方向）の２つの方向につ
いて２次元の導波路に展開して考えることができる。上
記のとおりの本発明においては、シングルモード導波路
を挟むように形成されたマルチモード導波路は、励起光
が導波路の厚さ方向（ｙ方向）に対してのみシングルモ
ード伝搬し、幅方向（ｘ方向）に対してはマルチモード
伝搬するように構成されているので、このマルチモード
導波路に入射された励起光はスキューモード伝搬するこ
となく、シングルモード導波路を交差横断しつつ伝搬す
る。
る３次元導波路の伝搬モードは、基板平面方向（ｘ方
向）と該方向に垂直な方向（ｙ方向）の２つの方向につ
いて２次元の導波路に展開して考えることができる。上
記のとおりの本発明においては、シングルモード導波路
を挟むように形成されたマルチモード導波路は、励起光
が導波路の厚さ方向（ｙ方向）に対してのみシングルモ
ード伝搬し、幅方向（ｘ方向）に対してはマルチモード
伝搬するように構成されているので、このマルチモード
導波路に入射された励起光はスキューモード伝搬するこ
となく、シングルモード導波路を交差横断しつつ伝搬す
る。
【００２４】本発明のうちマルチモード導波路がテーパ
状に形成されたものにおいては、マルチモード導波路に
入射された励起光はテーパ状により空間的に閉じ込めら
れることとなり、このためシングルモード導波路との空
間的な重なりが大きくなる。
状に形成されたものにおいては、マルチモード導波路に
入射された励起光はテーパ状により空間的に閉じ込めら
れることとなり、このためシングルモード導波路との空
間的な重なりが大きくなる。
【００２５】本発明のうちマルチモード導波路が複数の
入力導波路を持つものにおいては、各入力導波路から励
起光がそれぞれ入射されて合波されるので、より大きな
励起光パワーを得られる。
入力導波路を持つものにおいては、各入力導波路から励
起光がそれぞれ入射されて合波されるので、より大きな
励起光パワーを得られる。
【００２６】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。
図面を参照して説明する。
【００２７】図１（ａ）は、本発明の第1の実施形態で
ある導波路型レーザ発振器の構成を示す模式図で、図１
（ｂ）は図１（ａ）の導波路の断面図である。図中、前
述の図７に示した構成と同じものには同じ符号を付して
いる。
ある導波路型レーザ発振器の構成を示す模式図で、図１
（ｂ）は図１（ａ）の導波路の断面図である。図中、前
述の図７に示した構成と同じものには同じ符号を付して
いる。
【００２８】この導波路型レーザ発振装置は、励起用マ
ルチモード半導体レーザ１０７、励起光学系６、外部共
振器２００からなる。励起用マルチモード半導体レーザ
１０７の活性層（発光層）１３の幅（発光幅）は２０ミ
クロン以上、５００ミクロン以下、望ましくは５０ミク
ロン以上、２００ミクロン以下である。これは、後述す
る外部共振器２００のシングルモード導波路２の幅が通
常６〜１０ミクロン程度であるため、シングルモード導
波路２との結合には、半導体レーザ発光幅が狭いほど良
いことと、高出力化のためある程度の発光幅が必要であ
るためである。
ルチモード半導体レーザ１０７、励起光学系６、外部共
振器２００からなる。励起用マルチモード半導体レーザ
１０７の活性層（発光層）１３の幅（発光幅）は２０ミ
クロン以上、５００ミクロン以下、望ましくは５０ミク
ロン以上、２００ミクロン以下である。これは、後述す
る外部共振器２００のシングルモード導波路２の幅が通
常６〜１０ミクロン程度であるため、シングルモード導
波路２との結合には、半導体レーザ発光幅が狭いほど良
いことと、高出力化のためある程度の発光幅が必要であ
るためである。
【００２９】外部共振器２００に用いられている光導波
路は、光学基板１（例えば、シリコン、石英等）上に、
希土類イオンまたは遷移金属イオンが添加され、該イオ
ンが励起されることにより生じる誘導放出光が導波路の
厚さ方向および幅方向の両方向に対してシングルモード
伝搬するように構成されたシングルモード導波路２と、
該シングルモード導波路２を両側から挟むように設けら
れ、励起光が導波路の厚さ方向に対してのみシングルモ
ード伝搬し、幅方向に対してはマルチモード伝搬するよ
うに構成されたマルチモード導波路３とを有する構成と
なっている。
路は、光学基板１（例えば、シリコン、石英等）上に、
希土類イオンまたは遷移金属イオンが添加され、該イオ
ンが励起されることにより生じる誘導放出光が導波路の
厚さ方向および幅方向の両方向に対してシングルモード
伝搬するように構成されたシングルモード導波路２と、
該シングルモード導波路２を両側から挟むように設けら
れ、励起光が導波路の厚さ方向に対してのみシングルモ
ード伝搬し、幅方向に対してはマルチモード伝搬するよ
うに構成されたマルチモード導波路３とを有する構成と
なっている。
【００３０】以下、シングルモード導波路２、マルチモ
ード導波路３の構成について具体的に説明する。
ード導波路３の構成について具体的に説明する。
【００３１】シングルモード導波路２の形成には、光伝
搬損失の低い高品質の導波路作製が可能な技術であれ
ば、イオン交換法、液相エピタキシャル成長法、化学的
気相成長法など如何なる方法を用いても差し支えない。
このシングルモード導波路２には、適当な方法で希土類
元素を添加しておく。添加する希土類元素としては、所
望のレーザ発振／レーザ増幅動作が得られるようなもの
を選択する。例えば、１．５５ミクロン帯であれば、Ｅ
ｒ3+が好ましい。1ミクロン帯であればＹｂ3+、Ｎｄ3+
などが好適である。また、このシングルモード導波路２
には、さらに所望のレーザ出力を得るための活性元素以
外に、励起半導体レーザ光を効率よく吸収し、活性元素
へエネルギーを移乗させる増感剤となる元素をドープし
てもよい。例えば、Ｅｒ3+の場合であれば、Ｙｂ3+を共
添加することで、吸収効率の向上が図れる。
搬損失の低い高品質の導波路作製が可能な技術であれ
ば、イオン交換法、液相エピタキシャル成長法、化学的
気相成長法など如何なる方法を用いても差し支えない。
このシングルモード導波路２には、適当な方法で希土類
元素を添加しておく。添加する希土類元素としては、所
望のレーザ発振／レーザ増幅動作が得られるようなもの
を選択する。例えば、１．５５ミクロン帯であれば、Ｅ
ｒ3+が好ましい。1ミクロン帯であればＹｂ3+、Ｎｄ3+
などが好適である。また、このシングルモード導波路２
には、さらに所望のレーザ出力を得るための活性元素以
外に、励起半導体レーザ光を効率よく吸収し、活性元素
へエネルギーを移乗させる増感剤となる元素をドープし
てもよい。例えば、Ｅｒ3+の場合であれば、Ｙｂ3+を共
添加することで、吸収効率の向上が図れる。
【００３２】上記シングルモード導波路２のサイズは、
所望のレーザ出力波長において、シングルモード伝搬す
る条件で決定される。例えば、石英ガラス系ステップイ
ンデックス型光導波路の場合、比屈折率差０．３％とす
ると９ミクロン角の導波断面形状を有することで、１．
５５ミクロン帯シングルモード伝搬が可能である。
所望のレーザ出力波長において、シングルモード伝搬す
る条件で決定される。例えば、石英ガラス系ステップイ
ンデックス型光導波路の場合、比屈折率差０．３％とす
ると９ミクロン角の導波断面形状を有することで、１．
５５ミクロン帯シングルモード伝搬が可能である。
【００３３】励起光を導波させるマルチモード導波路３
は、図1（ｂ）に示すように光学基板１上に、上記シン
グルモード導波路２を挟むように配置されている。この
マルチモード導波路３のさらに両側にクラッド層５を設
けても良い。
は、図1（ｂ）に示すように光学基板１上に、上記シン
グルモード導波路２を挟むように配置されている。この
マルチモード導波路３のさらに両側にクラッド層５を設
けても良い。
【００３４】各部の屈折率は、（シングルモード導波路
２）＞（マルチモード導波路３)＞（基板１またはマル
チモード導波路３のクラッド層５）の関係を満たすよう
にする。必要であれば、Ｇｅなどのドーパントをマルチ
モード導波路３や、シングルモード導波路２に添加する
ことで、光学基板１の屈折率をより高く出来る。
２）＞（マルチモード導波路３)＞（基板１またはマル
チモード導波路３のクラッド層５）の関係を満たすよう
にする。必要であれば、Ｇｅなどのドーパントをマルチ
モード導波路３や、シングルモード導波路２に添加する
ことで、光学基板１の屈折率をより高く出来る。
【００３５】シングルモード導波路２およびマルチモー
ド導波路３から構成される導波路の上に上部クラッド層
４（図１（ｂ）参照）を設けてもよい。これにより、導
波路が空気層と直接に接している、いわゆるエア・クラ
ッドにおいて生じる、外環境の変化（湿度など）、汚染
（埃、ごみ）などによる全反射面の状態変化が導波特性
に大きな影響を与えることを防ぐことができるととも
に、導波路を保護することもできる。なお、図１（ｂ）
に示した構造では、埋め込み型導波路を想定している
が、リッジ型導波路等も適用できる。
ド導波路３から構成される導波路の上に上部クラッド層
４（図１（ｂ）参照）を設けてもよい。これにより、導
波路が空気層と直接に接している、いわゆるエア・クラ
ッドにおいて生じる、外環境の変化（湿度など）、汚染
（埃、ごみ）などによる全反射面の状態変化が導波特性
に大きな影響を与えることを防ぐことができるととも
に、導波路を保護することもできる。なお、図１（ｂ）
に示した構造では、埋め込み型導波路を想定している
が、リッジ型導波路等も適用できる。
【００３６】上述したマルチモード導波路３のサイズ
は、厚み方向（ｙ方向）はシングルモード伝搬、幅方向
（ｘ方向）は２０ミクロンから２００ミクロン程度でマ
ルチモード伝搬するように設計される。このマルチモー
ド導波路３の開口数ＮＡは、厚み方向（ｙ方向）でＮＡ
＝０．１〜０．２、幅方向（ｘ方向）でＮＡ＝０．２〜
０．５程度である。なお、幅方向で高ＮＡ導波路を実現
するためには屈折率差を大きくとる必要があるが、この
場合は、マルチモード導波路３のクラッド層５の材料と
して低屈折率プラスティックや紫外線硬化樹脂などポリ
マ材を選定すれば実現できる。
は、厚み方向（ｙ方向）はシングルモード伝搬、幅方向
（ｘ方向）は２０ミクロンから２００ミクロン程度でマ
ルチモード伝搬するように設計される。このマルチモー
ド導波路３の開口数ＮＡは、厚み方向（ｙ方向）でＮＡ
＝０．１〜０．２、幅方向（ｘ方向）でＮＡ＝０．２〜
０．５程度である。なお、幅方向で高ＮＡ導波路を実現
するためには屈折率差を大きくとる必要があるが、この
場合は、マルチモード導波路３のクラッド層５の材料と
して低屈折率プラスティックや紫外線硬化樹脂などポリ
マ材を選定すれば実現できる。
【００３７】以上説明したシングルモード導波路２およ
びマルチモード導波路３から構成される導波路の入力側
端面には、励起用半導体レーザ光（励起光）の波長に対
し全透過し、所望のレーザ発振波長に対し全反射する誘
電多層膜コート（共振器リアミラー１１１）が設けられ
ており、出力側端面には、レーザ発振波長に対し部分反
射する誘電体多層膜コート（共振器出力ミラー１１２）
が設けられている。このように共振器リアミラー１１１
および共振器出力ミラー１１２を設けることによりレー
ザ共振器を形成している。出力鏡として機能する共振器
出力ミラー１１２の透過率は、実効的な導波路単一通過
あたりのレーザ利得（励起パワー、活性イオンのエネル
ギー準位構造等に依存）と、導波路の伝搬損失とにより
最適化できる。典型的な値としては、部分反射鏡の反射
率は８０％から９８％程度である。詳しくは、ケヒナ−
著、ソリッド・ステート・レーザ・エンジニアリング
第4版、100頁,（W. Koechner, Solid-State Laser Engi
neering, 4th edition, p.100, Springer-Verlag）の
（３．６７）式に記載されている。
びマルチモード導波路３から構成される導波路の入力側
端面には、励起用半導体レーザ光（励起光）の波長に対
し全透過し、所望のレーザ発振波長に対し全反射する誘
電多層膜コート（共振器リアミラー１１１）が設けられ
ており、出力側端面には、レーザ発振波長に対し部分反
射する誘電体多層膜コート（共振器出力ミラー１１２）
が設けられている。このように共振器リアミラー１１１
および共振器出力ミラー１１２を設けることによりレー
ザ共振器を形成している。出力鏡として機能する共振器
出力ミラー１１２の透過率は、実効的な導波路単一通過
あたりのレーザ利得（励起パワー、活性イオンのエネル
ギー準位構造等に依存）と、導波路の伝搬損失とにより
最適化できる。典型的な値としては、部分反射鏡の反射
率は８０％から９８％程度である。詳しくは、ケヒナ−
著、ソリッド・ステート・レーザ・エンジニアリング
第4版、100頁,（W. Koechner, Solid-State Laser Engi
neering, 4th edition, p.100, Springer-Verlag）の
（３．６７）式に記載されている。
【００３８】次に、本実施形態の導波路型レーザ発振器
のレーザ発振動作を説明する。
のレーザ発振動作を説明する。
【００３９】励起用マルチモード半導体レーザ１０７か
ら射出されたレーザ光１１５は、励起光学系６を通し
て、適当なビーム径に整形され、導波路端面に集光され
る。励起光１１５は、共振器リアミラー１１１を透過
し、マルチモード導波路３を伝搬する。このときの集光
スポットサイズは、上記マルチモード導波路３の断面に
合致するサイズとなっている。また、集光ビームのビー
ム発散角（この場合、集光角）は、上記マルチモード導
波路３の開口数（ＮＡ）以下としてある。これにより、
マルチモード半導体レーザビームは導波路に高効率に結
合され、伝搬されることとなる。
ら射出されたレーザ光１１５は、励起光学系６を通し
て、適当なビーム径に整形され、導波路端面に集光され
る。励起光１１５は、共振器リアミラー１１１を透過
し、マルチモード導波路３を伝搬する。このときの集光
スポットサイズは、上記マルチモード導波路３の断面に
合致するサイズとなっている。また、集光ビームのビー
ム発散角（この場合、集光角）は、上記マルチモード導
波路３の開口数（ＮＡ）以下としてある。これにより、
マルチモード半導体レーザビームは導波路に高効率に結
合され、伝搬されることとなる。
【００４０】上記励起光の伝搬過程で、シングルモード
導波路２を横切る導波光７が発生する。この導波光７
は、シングルモード導波路２にドープされた活性イオン
または増感イオンにより吸収される。マルチモード伝搬
を続けていく過程で、全ての光線がシングルモード導波
路２を通過する。このため原理的には、十分に長い導波
路を作製すれば、高効率に励起光を吸収できる。このこ
とは、より詳細には以下のように説明できる。
導波路２を横切る導波光７が発生する。この導波光７
は、シングルモード導波路２にドープされた活性イオン
または増感イオンにより吸収される。マルチモード伝搬
を続けていく過程で、全ての光線がシングルモード導波
路２を通過する。このため原理的には、十分に長い導波
路を作製すれば、高効率に励起光を吸収できる。このこ
とは、より詳細には以下のように説明できる。
【００４１】いわゆるダブルクラッド構造のファイバに
おいては、信号光の通過するシングルモードコア部分
と、それを取り囲むように設けられた、励起用マルチモ
ード半導体レーザ光を導波するマルチモードコア（信号
光に対してはクラッドの役割をなす）とが配置され、励
起レーザビームはマルチモード伝搬しながら、シングル
モードコア（信号コア）に吸収されていく（９３年８月
エレクロニクス・レターズ、第２９巻、１５００頁(Ele
ctronics Letters,vol.29, pp.1500-1501, 1993)を参
照）。コアの位置が、中心より偏っている場合（オフセ
ット型）やクラッドが矩形やＤ型の場合は、原理的に
は、十分に長いファイバであれば、励起光は必ずコアを
横切ることとなり、高効率（９０％程度、ないしそれ以
上）で吸収される。本形態の場合でも同様の現象が起こ
る。
おいては、信号光の通過するシングルモードコア部分
と、それを取り囲むように設けられた、励起用マルチモ
ード半導体レーザ光を導波するマルチモードコア（信号
光に対してはクラッドの役割をなす）とが配置され、励
起レーザビームはマルチモード伝搬しながら、シングル
モードコア（信号コア）に吸収されていく（９３年８月
エレクロニクス・レターズ、第２９巻、１５００頁(Ele
ctronics Letters,vol.29, pp.1500-1501, 1993)を参
照）。コアの位置が、中心より偏っている場合（オフセ
ット型）やクラッドが矩形やＤ型の場合は、原理的に
は、十分に長いファイバであれば、励起光は必ずコアを
横切ることとなり、高効率（９０％程度、ないしそれ以
上）で吸収される。本形態の場合でも同様の現象が起こ
る。
【００４２】本形態が導波路構造を採用していること以
外で上記ダブルクラッド・ファイバとの最も大きな違い
は、マルチモード導波路の構造が、幅方向でマルチモー
ド、厚み方向でシングルモードであることである。ダブ
ルクラッド・ファイバでは、厚み方向および幅方向の両
方向とも、マルチモード伝搬であり、励起光の吸収のた
めには、長い路長／高濃度ドープが必要である。その理
由は、（励起光の実効的な吸収係数）＝（励起光のシン
グルモード導波路の吸収係数）ｘ（シングルモード導波
路断面積）÷（マルチモード導波路断面積）という式で
実効吸収係数を見積もることが出来るため、典型的なダ
ブルクラッドファイバ（コア直径が１０ミクロン、クラ
ッドが１００ミクロン×２００ミクロン角）の吸収係数
はコアの１／２００程度にまで下がるためである。これ
を補償するため、活性イオン・増感イオンの高濃度ドー
プが必要となる。以上は、より詳細には、９７年１０月
レーザー研究、第２５巻、７０２頁に詳細な記述があ
る。
外で上記ダブルクラッド・ファイバとの最も大きな違い
は、マルチモード導波路の構造が、幅方向でマルチモー
ド、厚み方向でシングルモードであることである。ダブ
ルクラッド・ファイバでは、厚み方向および幅方向の両
方向とも、マルチモード伝搬であり、励起光の吸収のた
めには、長い路長／高濃度ドープが必要である。その理
由は、（励起光の実効的な吸収係数）＝（励起光のシン
グルモード導波路の吸収係数）ｘ（シングルモード導波
路断面積）÷（マルチモード導波路断面積）という式で
実効吸収係数を見積もることが出来るため、典型的なダ
ブルクラッドファイバ（コア直径が１０ミクロン、クラ
ッドが１００ミクロン×２００ミクロン角）の吸収係数
はコアの１／２００程度にまで下がるためである。これ
を補償するため、活性イオン・増感イオンの高濃度ドー
プが必要となる。以上は、より詳細には、９７年１０月
レーザー研究、第２５巻、７０２頁に詳細な記述があ
る。
【００４３】一方、本形態では、（シングルモード導波
路断面積）／（マルチモード導波路断面積）は高々１／
２〜１／２０程度であり、長さの面で十分に短尺化で
き、導波路化できる。このことは、励起用半導体レーザ
のビーム品質が、ｐｎ接合面に垂直方向でほぼシングル
モード、ｐｎ接合面に平行な活性層幅方向でマルチモー
ドであることを利用し、それに整合するような幅方向に
マルチモード導波路を構成したことによる。
路断面積）／（マルチモード導波路断面積）は高々１／
２〜１／２０程度であり、長さの面で十分に短尺化で
き、導波路化できる。このことは、励起用半導体レーザ
のビーム品質が、ｐｎ接合面に垂直方向でほぼシングル
モード、ｐｎ接合面に平行な活性層幅方向でマルチモー
ドであることを利用し、それに整合するような幅方向に
マルチモード導波路を構成したことによる。
【００４４】以下に、上述したような構成の導波路レー
ザを試作した実施例を説明する。
ザを試作した実施例を説明する。
【００４５】本実施例では、Ｙｂ：ＹＡＧシングルモー
ド導波路に、マルチモード導波路を作製する。励起用半
導体レーザ（波長９４０ｎｍ、出力１．６Ｗ、発光幅１
００ミクロン）をコリメートレンズ（焦点距離６．５ｍ
ｍ、ＮＡ＝０．５）によりコリメートした後、アナモル
フィックプリズムペアで発行幅方向を３倍に拡大する。
さらに、非球面レンズ（ｆ＝３ｍｍ）で集光することに
より、導波路幅方向の直径３０ミクロン、厚み方向５ミ
クロン程度に集光することができる。マルチモード導波
路を幅３０ミクロン、厚み６ミクロン、幅方向ＮＡ＝
０．４とすることで、励起用半導体レーザ光は高効率に
結合・伝搬する。
ド導波路に、マルチモード導波路を作製する。励起用半
導体レーザ（波長９４０ｎｍ、出力１．６Ｗ、発光幅１
００ミクロン）をコリメートレンズ（焦点距離６．５ｍ
ｍ、ＮＡ＝０．５）によりコリメートした後、アナモル
フィックプリズムペアで発行幅方向を３倍に拡大する。
さらに、非球面レンズ（ｆ＝３ｍｍ）で集光することに
より、導波路幅方向の直径３０ミクロン、厚み方向５ミ
クロン程度に集光することができる。マルチモード導波
路を幅３０ミクロン、厚み６ミクロン、幅方向ＮＡ＝
０．４とすることで、励起用半導体レーザ光は高効率に
結合・伝搬する。
【００４６】この例では、１．６Ｗの半導体レーザパワ
ーに対し、励起光学系のスループット効率９５％、入射
結合効率８０％で、１．２ＷのＬＤパワーを導波路に入
射できた。
ーに対し、励起光学系のスループット効率９５％、入射
結合効率８０％で、１．２ＷのＬＤパワーを導波路に入
射できた。
【００４７】また、Ｙｂ濃度１０ａｔ％（原子数の百分
率）、導波路長７．５ｍｍにおいて、導波路での吸収を
９０％以上確保することができ、レーザ発振出力０．８
４Ｗ（発振効率７０％）を得ることができた。濃度と長
さの設定は、９４０ｎｍにおけるＹｂ3+の吸収係数はお
よそ１ｃｍ-1／ａｔ％であることから、１０ａｔ％で
は、コア部分の吸収係数は１０ｃｍ-1、コア面積とマル
チモードクラッド面積の比率は６／３０＝１／５である
ため、実効吸収係数は１０／５＝２ｃｍ-1となる。導波
路長７．５ｍｍとすることで、シングルパスあたり７８
％、ダブルパスで９５％以上吸収することになる。
率）、導波路長７．５ｍｍにおいて、導波路での吸収を
９０％以上確保することができ、レーザ発振出力０．８
４Ｗ（発振効率７０％）を得ることができた。濃度と長
さの設定は、９４０ｎｍにおけるＹｂ3+の吸収係数はお
よそ１ｃｍ-1／ａｔ％であることから、１０ａｔ％で
は、コア部分の吸収係数は１０ｃｍ-1、コア面積とマル
チモードクラッド面積の比率は６／３０＝１／５である
ため、実効吸収係数は１０／５＝２ｃｍ-1となる。導波
路長７．５ｍｍとすることで、シングルパスあたり７８
％、ダブルパスで９５％以上吸収することになる。
【００４８】（実施形態２）上述の第１の実施形態で説
明した導波路の構造は、図示した構造に限定されるもの
ではなく、励起光を効率的に吸収できるように設計に応
じて種々の構造を採用することができる。ここでは、励
起光を効率的に吸収できる導波路構造の一例を説明す
る。
明した導波路の構造は、図示した構造に限定されるもの
ではなく、励起光を効率的に吸収できるように設計に応
じて種々の構造を採用することができる。ここでは、励
起光を効率的に吸収できる導波路構造の一例を説明す
る。
【００４９】図２は、本発明の第２の実施形態を説明す
るための図であって、励起光を効率的に吸収できる導波
路構造の一例を示す模式図である。本形態における導波
路は、上述の図１（ａ）、（ｂ）に示した、シングルモ
ード導波路を挟む励起光用のマルチモード導波路の幅が
一定でなく、励起光が伝搬する方向に向かって幅が縮小
されていくテーパ形状になっている（テーパ型マルチモ
ード導波路８）。このようなテーパ構造によれば、伝搬
する励起光７はより狭い断面内に閉じ込めるため、伝搬
過程における励起光吸収率を導波路の幅が一定の場合よ
りも高めることができる。例えば、入射端面における導
波路幅を３０ミクロン、出射端面での導波路幅を１５ミ
クロン程度とすると、一定幅の導波路では、７．５ｍｍ
程度の導波路長が必要であるところが５．７ｍｍ程度で
同じ吸収率を得ることができた。Ｙｂ：ＹＡＧレーザ
は、準３準位レーザであるため、活性イオンがドープさ
れた領域では、基底準位吸収が生じる。すなわち、レー
ザ発振光に対し吸収が生じるため、導波路長はできる限
り短い方が良い。活性イオンをＮｄ3+などの4準位レー
ザであれば、導波路の長さの選定は緩くて良い。
るための図であって、励起光を効率的に吸収できる導波
路構造の一例を示す模式図である。本形態における導波
路は、上述の図１（ａ）、（ｂ）に示した、シングルモ
ード導波路を挟む励起光用のマルチモード導波路の幅が
一定でなく、励起光が伝搬する方向に向かって幅が縮小
されていくテーパ形状になっている（テーパ型マルチモ
ード導波路８）。このようなテーパ構造によれば、伝搬
する励起光７はより狭い断面内に閉じ込めるため、伝搬
過程における励起光吸収率を導波路の幅が一定の場合よ
りも高めることができる。例えば、入射端面における導
波路幅を３０ミクロン、出射端面での導波路幅を１５ミ
クロン程度とすると、一定幅の導波路では、７．５ｍｍ
程度の導波路長が必要であるところが５．７ｍｍ程度で
同じ吸収率を得ることができた。Ｙｂ：ＹＡＧレーザ
は、準３準位レーザであるため、活性イオンがドープさ
れた領域では、基底準位吸収が生じる。すなわち、レー
ザ発振光に対し吸収が生じるため、導波路長はできる限
り短い方が良い。活性イオンをＮｄ3+などの4準位レー
ザであれば、導波路の長さの選定は緩くて良い。
【００５０】以上のようなことから、本形態のように励
起光を伝搬するマルチモード導波路をテーパ状に形成す
ることにより、全体のサイズを小型化することができ
る。
起光を伝搬するマルチモード導波路をテーパ状に形成す
ることにより、全体のサイズを小型化することができ
る。
【００５１】（実施形態３）ここでは、前述した第１の
実施形態で説明した導波路型レーザ発振器を高出力化で
きるようにした例を説明する。図３は、本発明の第３の
実施形態である導波路型レーザ発振器の構成を示す模式
図である。
実施形態で説明した導波路型レーザ発振器を高出力化で
きるようにした例を説明する。図３は、本発明の第３の
実施形態である導波路型レーザ発振器の構成を示す模式
図である。
【００５２】本形態の導波路型レーザ発振器では、前述
の図１（ａ）、（ｂ）に示したマルチモード導波路３の
入力側の導波路が複数のマルチモード入力導波路１１か
ら構成されている。各マルチモード入力導波路１１にお
いても、励起光が厚さ方向に対してシングルモード伝搬
し、幅方向に対してマルチモード伝搬する構成となって
いる。これらマルチモード入力導波路１１は、合波器１
０で結合されて１本の導波路になっている。
の図１（ａ）、（ｂ）に示したマルチモード導波路３の
入力側の導波路が複数のマルチモード入力導波路１１か
ら構成されている。各マルチモード入力導波路１１にお
いても、励起光が厚さ方向に対してシングルモード伝搬
し、幅方向に対してマルチモード伝搬する構成となって
いる。これらマルチモード入力導波路１１は、合波器１
０で結合されて１本の導波路になっている。
【００５３】各マルチモード入力導波路１１の入力端面
には、それぞれ励起用マルチモード半導体レーザ９（励
起光学系は不図示）が設けられている。これら励起用マ
ルチモード半導体レーザ９の代わりに、発光素子が発光
幅の３〜４倍の間隔をあけて１次元的（アレイ状）に配
置された、所謂「半導体レーザ・バー」を用いても良
い。
には、それぞれ励起用マルチモード半導体レーザ９（励
起光学系は不図示）が設けられている。これら励起用マ
ルチモード半導体レーザ９の代わりに、発光素子が発光
幅の３〜４倍の間隔をあけて１次元的（アレイ状）に配
置された、所謂「半導体レーザ・バー」を用いても良
い。
【００５４】図１の例と同様に、マルチモード導波路３
に挟まれ、活性イオンがドープされたシングルモード導
波路２が合波器１０を貫いて、中央部分に配置されてい
る。また、シングルモード導波路２とこれを挟むマルチ
モード導波路３から構成される導波路の端面には、共振
器リアミラー１１１と共振器出力ミラー１１２が設けら
れている。
に挟まれ、活性イオンがドープされたシングルモード導
波路２が合波器１０を貫いて、中央部分に配置されてい
る。また、シングルモード導波路２とこれを挟むマルチ
モード導波路３から構成される導波路の端面には、共振
器リアミラー１１１と共振器出力ミラー１１２が設けら
れている。
【００５５】上記のように構成された導波路型レーザ発
振器では、合波器１０で合波されたマルチモード半導体
レーザ光（励起光）が、第1の実施例の場合と同様に、
伝搬過程でシングルモード導波路２（コア部分）を横切
りながら、活性イオンを励起することになる。
振器では、合波器１０で合波されたマルチモード半導体
レーザ光（励起光）が、第1の実施例の場合と同様に、
伝搬過程でシングルモード導波路２（コア部分）を横切
りながら、活性イオンを励起することになる。
【００５６】本形態の導波路構造において、合波器以降
のマルチモード導波路３は、テーパ形状を成していても
良い。
のマルチモード導波路３は、テーパ形状を成していても
良い。
【００５７】また、図３では入力導波路および半導体レ
ーザは３つになっているが、この数は設計に応じて自由
に変更することができる。
ーザは３つになっているが、この数は設計に応じて自由
に変更することができる。
【００５８】また、バー型半導体レーザを用いる場合に
は、通常は、１００ミクロン発光素子が２０個から２５
個程度、直線状に並ぶことになるので、それぞれに対応
した入力導波路を形成する必要がある。
は、通常は、１００ミクロン発光素子が２０個から２５
個程度、直線状に並ぶことになるので、それぞれに対応
した入力導波路を形成する必要がある。
【００５９】（実施形態４）ここでは、前述の図３に示
したような複数の入力導波路を有するマルチモード導波
路とシングルモード導波路によって導波路が構成され、
各入力導波路毎に複数の励起光源を備える導波路型光増
幅器について説明する。図４は、本発明の第４の実施形
態である導波路型光増幅器の構成を示す模式図である。
したような複数の入力導波路を有するマルチモード導波
路とシングルモード導波路によって導波路が構成され、
各入力導波路毎に複数の励起光源を備える導波路型光増
幅器について説明する。図４は、本発明の第４の実施形
態である導波路型光増幅器の構成を示す模式図である。
【００６０】この導波路型光増幅器は、２つの励起用マ
ルチモード半導体レーザ９（励起光学系は不図示）を備
え、各励起用マルチモード半導体レーザ９に１対１対応
でマルチモード入力導波路１１が設けられている。これ
らマルチモード入力導波路１１は、シングルモード導波
路２に対して左右対象に設けられており、合波器１０で
結合されて１本の導波路になっている。シングルモード
導波路２の入力側端面に入力信号１００の入射が可能な
ように構成されているが、シングルモード導波路２の両
端面には共振器を構成するためのミラーは設けられてい
ない。
ルチモード半導体レーザ９（励起光学系は不図示）を備
え、各励起用マルチモード半導体レーザ９に１対１対応
でマルチモード入力導波路１１が設けられている。これ
らマルチモード入力導波路１１は、シングルモード導波
路２に対して左右対象に設けられており、合波器１０で
結合されて１本の導波路になっている。シングルモード
導波路２の入力側端面に入力信号１００の入射が可能な
ように構成されているが、シングルモード導波路２の両
端面には共振器を構成するためのミラーは設けられてい
ない。
【００６１】上記の構成の導波路型光増幅器では、各励
起用マルチモード半導体レーザ９から射出された励起光
は、それぞれマルチモード入力導波路１１を伝搬し、合
波器１０にて合波される。この合波器１０で合波された
励起光が、第1の実施例の場合と同様に、伝搬過程でシ
ングルモード導波路２（コア部分）を横切りながら、活
性イオンを励起する。シングルモード導波路２は、一端
面から信号光１００が入射され、該入力信号光を添加さ
れている希土類イオンまたは遷移金属イオンが励起され
ることにより生じる誘導放出により光増幅するようにな
っており、他方の端面から該増幅された信号光（増幅信
号光１０３）が射出される。
起用マルチモード半導体レーザ９から射出された励起光
は、それぞれマルチモード入力導波路１１を伝搬し、合
波器１０にて合波される。この合波器１０で合波された
励起光が、第1の実施例の場合と同様に、伝搬過程でシ
ングルモード導波路２（コア部分）を横切りながら、活
性イオンを励起する。シングルモード導波路２は、一端
面から信号光１００が入射され、該入力信号光を添加さ
れている希土類イオンまたは遷移金属イオンが励起され
ることにより生じる誘導放出により光増幅するようにな
っており、他方の端面から該増幅された信号光（増幅信
号光１０３）が射出される。
【００６２】本形態の場合、シングルモード導波路２
（コア部分）活性イオンは、１．５５ミクロン帯の光増
幅を行う場合には、Ｅｒ3+やＥｒ3+とＹｂ3+の共添加が
望ましい。特に、Ｙｂ3+を共添加した場合は、導波路の
単位長あたりの吸収係数を２桁ほど増大することが可能
で、さらに０．８〜１．１ミクロンの波長域のレーザ光
を吸収可能となる。これにより、導波路長をさらに短く
することができる。
（コア部分）活性イオンは、１．５５ミクロン帯の光増
幅を行う場合には、Ｅｒ3+やＥｒ3+とＹｂ3+の共添加が
望ましい。特に、Ｙｂ3+を共添加した場合は、導波路の
単位長あたりの吸収係数を２桁ほど増大することが可能
で、さらに０．８〜１．１ミクロンの波長域のレーザ光
を吸収可能となる。これにより、導波路長をさらに短く
することができる。
【００６３】（実施形態５）図５は、本発明の第５の実
施形態であるパス型の導波路型光増幅器の構成を示す模
式図である。この導波路型光増幅器は、２パス型の導波
路型光増幅器であって、図３に示した構造と同様の導波
路構造を備え、各マルチモード入力導波路１１毎に励起
用マルチモード半導体レーザ９（励起光学系は不図示）
が設けられている。本形態では、シングルモード導波路
２とマルチモード導波路３とから構成される導波路の両
端面には共振器用のミラーは設けられておらず、代わっ
て導波路の励起光入力端面に全反射ミラー１１１ａが設
けられ、信号光入出力端面側に光サーキュレータ１２が
設けられている。
施形態であるパス型の導波路型光増幅器の構成を示す模
式図である。この導波路型光増幅器は、２パス型の導波
路型光増幅器であって、図３に示した構造と同様の導波
路構造を備え、各マルチモード入力導波路１１毎に励起
用マルチモード半導体レーザ９（励起光学系は不図示）
が設けられている。本形態では、シングルモード導波路
２とマルチモード導波路３とから構成される導波路の両
端面には共振器用のミラーは設けられておらず、代わっ
て導波路の励起光入力端面に全反射ミラー１１１ａが設
けられ、信号光入出力端面側に光サーキュレータ１２が
設けられている。
【００６４】本形態の導波路型光増幅器では、図３に示
した例の場合と同様、合波器１０で合波されたマルチモ
ード半導体レーザ光（励起光）が伝搬過程でシングルモ
ード導波路２（コア部分）を横切りながら、活性イオン
を励起する。入力信号光１００は、光サーキュレータ１
２を介して信号光入出力端面（全反射ミラー１１１ａと
は反対側の端面）からシングルモード導波路２に入射す
る。入射した入力信号光１００は、シングルモード導波
路２を伝搬して全反射ミラー１１１ａに到達し、該全反
射ミラー１１１ａで反射されて再びシングルモード導波
路２を伝搬して信号光入出力端面から射出される。この
往復（２−パス）過程により、入力信号光１００は効率
の良く増幅されることになる。
した例の場合と同様、合波器１０で合波されたマルチモ
ード半導体レーザ光（励起光）が伝搬過程でシングルモ
ード導波路２（コア部分）を横切りながら、活性イオン
を励起する。入力信号光１００は、光サーキュレータ１
２を介して信号光入出力端面（全反射ミラー１１１ａと
は反対側の端面）からシングルモード導波路２に入射す
る。入射した入力信号光１００は、シングルモード導波
路２を伝搬して全反射ミラー１１１ａに到達し、該全反
射ミラー１１１ａで反射されて再びシングルモード導波
路２を伝搬して信号光入出力端面から射出される。この
往復（２−パス）過程により、入力信号光１００は効率
の良く増幅されることになる。
【００６５】本形態においても、合波器１０以降のマル
チモード導波路３は、図２に示すようなテーパ形状をな
していてもよく、またテーパにより幅縮小された後、一
定の幅を保ち、その後幅が拡大していくような亜鈴状に
なっていてもよい。
チモード導波路３は、図２に示すようなテーパ形状をな
していてもよく、またテーパにより幅縮小された後、一
定の幅を保ち、その後幅が拡大していくような亜鈴状に
なっていてもよい。
【００６６】また、複数の励起用半導体レーザを用いる
場合において、図３〜図５までに示した配置は一例に過
ぎず、励起光導波路の配置方法は設計に応じて自由設定
することができる。例えば前方、後方から励起するよう
なマルチモード導波路を配置することで、励起効率の向
上を図り、また、光信号増幅器の場合、低雑音化を図る
こともできる。これは、一般にＥｒドープファイバアン
プの場合、前方励起（励起光と信号光が同一方向）の場
合に低雑音特性を発現し、後方励起（励起光と信号光が
反対方向）の場合に高効率であることを利用する。
場合において、図３〜図５までに示した配置は一例に過
ぎず、励起光導波路の配置方法は設計に応じて自由設定
することができる。例えば前方、後方から励起するよう
なマルチモード導波路を配置することで、励起効率の向
上を図り、また、光信号増幅器の場合、低雑音化を図る
こともできる。これは、一般にＥｒドープファイバアン
プの場合、前方励起（励起光と信号光が同一方向）の場
合に低雑音特性を発現し、後方励起（励起光と信号光が
反対方向）の場合に高効率であることを利用する。
【００６７】また、図３〜図５までの複数の半導体レー
ザを用いる場合において、シングルモード導波路は、合
波器より手前側で活性イオンが添加されておらず、合波
器以降において活性イオンを添加するような構成を採用
しても良い。これは、ＥｒやＹｂなどは３準位レーザで
あるため、励起されていない（励起光が通過・吸収して
いない）部位においては、基底準位吸収が起こり、効率
の低下を招くので、この現象を防ぐため、励起光の通過
しない部位には活性イオンを添加しない構成が望まし
い。ただし、Ｎｄなど４準位レーザにおいては、この限
りではない。
ザを用いる場合において、シングルモード導波路は、合
波器より手前側で活性イオンが添加されておらず、合波
器以降において活性イオンを添加するような構成を採用
しても良い。これは、ＥｒやＹｂなどは３準位レーザで
あるため、励起されていない（励起光が通過・吸収して
いない）部位においては、基底準位吸収が起こり、効率
の低下を招くので、この現象を防ぐため、励起光の通過
しない部位には活性イオンを添加しない構成が望まし
い。ただし、Ｎｄなど４準位レーザにおいては、この限
りではない。
【００６８】以上の説明は、レーザについてＹｂ：ＹＡ
ＧレーザやＮｄ：ＹＡＧレーザについて、光増幅器につ
いては、Ｅｒドープ増幅器について述べたが、本発明は
以上の材料に限定されることはなく、広く光励起可能な
材料すべてに渡って適用可能である。例えば、レーザ材
料として、１ミクロン帯では、Ｎｄ：ＹＶＯ4（８０８
ｎｍ）、Ｎｄ：ＹＬＦ（７９５ｎｍ）、Ｙｂ：ＬｕＡＧ
（９４０ｎｍまたは９７０ｎｍ）、Ｙｂ：ＹＬＦ（９４
０ｎｍ）等、２ミクロン帯ではＴｍ：ＹＡＧ（７９５ｎ
ｍ）、Ｈｏ：ＹＡＧ（１．９ミクロン）、Ｔｍ，Ｈｏ：
ＹＡＧ（７９５ｎｍ）、Ｔｍ，Ｈｏ：ＹＬＦ（７９５ｎ
ｍ）等、３ミクロン帯ではＥｒ：ＹＡＧ（９６８ｎ
ｍ）、Ｅｒ：ＹＬＦ（９６８ｎｍ）等、可視域では、Ｃ
ｒ：ＬｉＳＡＦ（６５０ｎｍ）等の材料はすべて括弧内
に示した波長の半導体レーザにより励起可能である。
ＧレーザやＮｄ：ＹＡＧレーザについて、光増幅器につ
いては、Ｅｒドープ増幅器について述べたが、本発明は
以上の材料に限定されることはなく、広く光励起可能な
材料すべてに渡って適用可能である。例えば、レーザ材
料として、１ミクロン帯では、Ｎｄ：ＹＶＯ4（８０８
ｎｍ）、Ｎｄ：ＹＬＦ（７９５ｎｍ）、Ｙｂ：ＬｕＡＧ
（９４０ｎｍまたは９７０ｎｍ）、Ｙｂ：ＹＬＦ（９４
０ｎｍ）等、２ミクロン帯ではＴｍ：ＹＡＧ（７９５ｎ
ｍ）、Ｈｏ：ＹＡＧ（１．９ミクロン）、Ｔｍ，Ｈｏ：
ＹＡＧ（７９５ｎｍ）、Ｔｍ，Ｈｏ：ＹＬＦ（７９５ｎ
ｍ）等、３ミクロン帯ではＥｒ：ＹＡＧ（９６８ｎ
ｍ）、Ｅｒ：ＹＬＦ（９６８ｎｍ）等、可視域では、Ｃ
ｒ：ＬｉＳＡＦ（６５０ｎｍ）等の材料はすべて括弧内
に示した波長の半導体レーザにより励起可能である。
【００６９】さらに、シングルモード導波路の伝搬方向
の延長上に、周期的分極反転素子を作製することも可能
である。これによりレーザ光を波長変換することも可能
である。また、第２高調波発生や光パラメトリック発振
を行うことも可能である。
の延長上に、周期的分極反転素子を作製することも可能
である。これによりレーザ光を波長変換することも可能
である。また、第２高調波発生や光パラメトリック発振
を行うことも可能である。
【００７０】また、各実施形態では、励起用マルチモー
ド半導体レーザから射出された半導体レーザ光をマルチ
モード導波路に入射せしめる手段として励起光学系を用
いているが、これに代えて、半導体レーザ光をファイバ
ーなどを用いて直接マルチモード導波路に結合させるよ
うに構成してもよい。
ド半導体レーザから射出された半導体レーザ光をマルチ
モード導波路に入射せしめる手段として励起光学系を用
いているが、これに代えて、半導体レーザ光をファイバ
ーなどを用いて直接マルチモード導波路に結合させるよ
うに構成してもよい。
【００７１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
励起光がスキューモード伝搬することなく、シングルモ
ード導波路を交差横断しつつ吸収されていくので、シン
グルモードで高出力を得ることのできるレーザ発振器お
よび光増幅器を提供することができる。
励起光がスキューモード伝搬することなく、シングルモ
ード導波路を交差横断しつつ吸収されていくので、シン
グルモードで高出力を得ることのできるレーザ発振器お
よび光増幅器を提供することができる。
【００７２】本発明のうち励起光が伝搬するマルチモー
ド導波路がテーパ状になっているものにおいては、シン
グルモード導波路との空間的な重なりが大きくなるの
で、シングルモード導波路における励起光の吸収効率が
向上し、高出力かつ高効率のレーザ発振器および光増幅
器を提供することができる。さらにこの場合、励起光の
吸収効率が向上したことにより、導波路長を短くするこ
とができ、小型で堅牢な高出力のレーザ発振器および光
増幅器を提供することができる。
ド導波路がテーパ状になっているものにおいては、シン
グルモード導波路との空間的な重なりが大きくなるの
で、シングルモード導波路における励起光の吸収効率が
向上し、高出力かつ高効率のレーザ発振器および光増幅
器を提供することができる。さらにこの場合、励起光の
吸収効率が向上したことにより、導波路長を短くするこ
とができ、小型で堅牢な高出力のレーザ発振器および光
増幅器を提供することができる。
【００７３】本発明のうちマルチモード導波路が複数の
入力導波路を持つものにおいては、大きな励起光パワー
を得られるので、さらに高出力を得ることのできるレー
ザ発振器および光増幅器を提供することができる。
入力導波路を持つものにおいては、大きな励起光パワー
を得られるので、さらに高出力を得ることのできるレー
ザ発振器および光増幅器を提供することができる。
【図１】（ａ）は本発明の第1の実施形態である導波路
型レーザ発振器の構成を示す模式図で、（ｂ）は（ａ）
示す導波路の断面図である。
型レーザ発振器の構成を示す模式図で、（ｂ）は（ａ）
示す導波路の断面図である。
【図２】本発明の第２の実施形態である、励起光を効率
的に吸収できる導波路構造の一例を示す模式図である。
的に吸収できる導波路構造の一例を示す模式図である。
【図３】本発明の第３の実施形態である導波路型レーザ
発振器の構成を示す模式図である。
発振器の構成を示す模式図である。
【図４】本発明の第４の実施形態である導波路型光増幅
器の構成を示す模式図である。
器の構成を示す模式図である。
【図５】本発明の第５の実施形態であるパス型の導波路
型光増幅器の構成を示す模式図である。
型光増幅器の構成を示す模式図である。
【図６】従来の導波路型光増幅器を示す模式図である。
【図７】（ａ）は従来の導波路型レーザの概略構成を一
例を示す模式図、（ｂ）は（ａ）に示す導波路の断面図
である。
例を示す模式図、（ｂ）は（ａ）に示す導波路の断面図
である。
１ 光学基板 ２ シングルモード導波路 ３ マルチモード導波路 ４ 上部クラッド ５ ポリマクラッド ６ 励起光学系 ７ 導波光（励起光） １３ 活性層（発光層） １０７ 励起用マルチモード半導体レーザ １１５ 半導体レーザ光 １１１ 共振器リアミラー １１２ 共振器出力ミラー １１４ レーザ光
Claims (13)
- 【請求項１】 光学基板上に導波路を形成してなる光導
波路であって、 希土類イオンまたは遷移金属イオンが添加され、該イオ
ンが励起されることにより生じる誘導放出光が導波路の
厚さ方向および幅方向の両方向に対してシングルモード
伝搬するように構成されたシングルモード導波路と、 前記光学基板上で前記シングルモード導波路を両側から
挟むように設けられ、前記希土類イオンまたは遷移金属
イオンを励起するための光が導波路の厚さ方向に対して
のみシングルモード伝搬し、幅方向に対してはマルチモ
ード伝搬するように構成されたマルチモード導波路とを
有することを特徴とする光導波路。 - 【請求項２】 請求項１に記載の光導波路において、 前記マルチモード導波路は、複数の入力導波路と、これ
ら入力導波路を伝搬する励起光を合波する合波器とを有
することを特徴とする光導波路。 - 【請求項３】 光学基板上に導波路を形成してなる光導
波路であって、 希土類イオンまたは遷移金属イオンが添加され、該イオ
ンが励起されることにより生じる誘導放出光が導波路の
厚さ方向および幅方向の両方向に対してシングルモード
伝搬するように構成されたシングルモード導波路と、 前記光学基板上で前記シングルモード導波路を取り囲む
ように設けられ、前記希土類イオンまたは遷移金属イオ
ンを励起するための光がマルチモード伝搬するように構
成されたマルチモード導波路とを有し、 前記マルチモード導波路の少なくとも一部が、励起光の
伝搬方向に向け幅が縮小されていくテーパ形状であるこ
とを特徴とする光導波路。 - 【請求項４】 請求項３に記載の光導波路において、 前記マルチモード導波路は、複数の入力導波路と、これ
ら入力導波路を伝搬する励起光を合波する合波器とを有
し、該合波器で合波された励起光が伝搬される導波路部
分が前記テーパ形状になっていることを特徴とする光導
波路。 - 【請求項５】 請求項１乃至請求項４のいずれか１項に
記載の光導波路において、 前記希土類イオンがＥｒ3+、Ｎｄ3+、Ｙｂ3+、Ｔｍ3+、
Ｈｏ3+、Ｐｒ3+のうちの少なくとも１つからなり、前記
遷移金属イオンがＴｉおよびＣｒのうちの少なくとも１
からなることを特徴とする光導波路。 - 【請求項６】 請求項１乃至請求項５のいずれか１項に
記載の光導波路を有し、該光導波路を構成するシングル
モード導波路の一方の端面に、該シングルモード導波路
に添加された希土類イオンまたは遷移金属イオンが励起
されることにより生じる誘導放出光を全反射する第１の
ミラーが設けられ、他方の端面に前記誘導放出光を部分
反射する第２のミラーが設けられた光共振器と、 前記希土類イオンまたは遷移金属イオンを励起するため
のマルチモードレーザ光を射出する励起用マルチモード
半導体レーザと、 前記マルチモードレーザ光を前記光導波路を構成するマ
ルチモード導波路に入射せしめる入力手段とを有するこ
とを特徴とする導波路型レーザ発振器。 - 【請求項７】 請求項１または請求項３に記載の光導波
路を有し、該光導波路を構成するシングルモード導波路
とこれを挟むように形成されたマルチモード導波路とか
ら構成される導波路の一方の端面に、前記シングルモー
ド導波路に添加された希土類イオンまたは遷移金属イオ
ンが励起されることにより生じる誘導放出光を全反射す
る第１のミラーが設けられ、他方の端面に前記誘導放出
光を部分反射する第２のミラーが設けられた光共振器
と、 前記希土類イオンまたは遷移金属イオンを励起するため
のマルチモードレーザ光を射出する励起用マルチモード
半導体レーザと、 前記マルチモードレーザ光を前記導波路構造を構成する
マルチモード導波路に入射せしめる入力手段とを有し、 前記光共振器の第１のミラーは、前記入力手段を介して
入射されるマルチモードレーザ光を全透過するように構
成されていることを特徴とする導波路型レーザ発振器。 - 【請求項８】 請求項２または請求項４に記載の光導波
路を有し、該光導波路を構成するシングルモード導波路
の一方の端面に、該シングルモード導波路に添加された
希土類イオンまたは遷移金属イオンが励起されることに
より生じる誘導放出光を全反射する第１のミラーが設け
られ、他方の端面に前記誘導放出光を部分反射する第２
のミラーが設けられた光共振器と、 前記光導波路を構成するマルチモード導波路の各入力導
波路毎に設けられ、前記希土類イオンまたは遷移金属イ
オンを励起するためのマルチモードレーザ光を射出する
複数の励起用マルチモード半導体レーザと、 前記複数の励起用マルチモード半導体レーザ毎に設けら
れ、各励起用マルチモード半導体レーザから射出された
マルチモードレーザ光を前記マルチモード導波路の対応
する入力導波路に入射せしめる複数の入力手段とを有す
ることを特徴とする導波路型レーザ発振器。 - 【請求項９】 請求項８に記載の導波路型レーザ発振器
において、 前記複数の励起用マルチモード半導体レーザに代えて、
複数の発光素子が所定の間隔で一次元的に配置された半
導体レーザ・バーが設けられ、該半導体レーザ・バーの
各発光素子から射出されたレーザ光が前記複数の入力手
段にそれぞれ入射するように構成されたこと特徴とする
導波路型レーザ発振器。 - 【請求項１０】 請求項１乃至請求項５のいずれか１項
に記載の光導波路と、 前記光導波路を構成するシングルモード導波路に添加さ
れた希土類イオンまたは遷移金属イオンを励起するため
のマルチモードレーザ光を射出する励起用マルチモード
半導体レーザと、 前記マルチモードレーザ光を前記光導波路を構成するマ
ルチモード導波路に入射せしめる入力手段とを有し、 前記シングルモード導波路は、一端面から信号光が入射
され、該入射信号光を添加されている希土類イオンまた
は遷移金属イオンが励起されることにより生じる誘導放
出により光増幅するように構成されていることを特徴と
する導波路型光増幅器。 - 【請求項１１】 請求項１０に記載の導波路型光増幅器
において、 前記シングルモード導波路は、信号光が入射される端面
が誘導放出によって光増幅された信号光の出力端面とな
っており、該端面の反対側の端面に、前記信号光を全反
射するミラーが設けられ、 前記シングルモード導波路に前記信号光を入射せしめる
とともに、該シングルモード導波路の出力端面から光増
幅された信号光を取り出すサーキュレータをさらに有す
ることを特徴とする導波路型光増幅器。 - 【請求項１２】 請求項２または請求項４に記載の光導
波路と、 前記光導波路を構成するマルチモード導波路の各入力導
波路毎に設けられ、前記光導波路を構成するシングルモ
ード導波路に添加された希土類イオンまたは遷移金属イ
オンを励起するためのマルチモードレーザ光を射出する
複数の励起用マルチモード半導体レーザと、 前記複数の励起用マルチモード半導体レーザ毎に設けら
れ、各励起用マルチモード半導体レーザから射出された
マルチモードレーザ光を前記マルチモード導波路の対応
する入力導波路に入射せしめる複数の入力手段とを有
し、 前記シングルモード導波路は、一端面から信号光が入射
され、該入射信号光を添加されている希土類イオンまた
は遷移金属イオンが励起されることにより生じる誘導放
出により光増幅するように構成されていることを特徴と
する導波路型光増幅器。 - 【請求項１３】 請求項１２に記載の導波路型光増幅器
において、 前記複数の励起用マルチモード半導体レーザに代えて、
複数の発光素子が所定の間隔で一次元的に配置された半
導体レーザ・バーが設けられ、該半導体レーザ・バーの
各発光素子から射出されたレーザ光が前記複数の入力手
段にそれぞれ入射するように構成されたこと特徴とする
導波路型光増幅器。
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