JP2002365456A

JP2002365456A - 光アクティブ伝送路及びその製造方法

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Publication number: JP2002365456A
Application number: JP2001169772A
Authority: JP
Inventors: Katsuyuki Imoto; 克之井本
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2001-06-05
Filing date: 2001-06-05
Publication date: 2002-12-18

Abstract

(57)【要約】【課題】希土類元素の不均一分布などによる光散乱損
失を低減し、高効率の光アクティブ伝送路及びその製造
方法を提供する。【解決手段】希土類元素を添加したガラス板２の表面
或いは内部に超短パルスレーザ光Ｌ₁ ，Ｌ₂ のスポット
を照射して、高屈折率の光伝搬層３を形成する光アクテ
ィブ伝送路及びその製造方法において、上記レーザ光Ｌ
₁ ，Ｌ₂ の波長を上記希土類元素固有の吸収スペクトル
の吸収ピーク波長近傍の励起用波長とし、かつそのパル
ス幅が数十フェムト秒から数百フェムト秒の範囲内とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高効率で高品質な
希土類元素添加光アクティブ伝送路に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】光通信システムを構成する伝送路に用い
られる導波路の一つとして、ガラスに希土類元素を添加
した導波路（以下「希土類元素添加導波路」と称す
る。）が検討されている。

【０００３】この希土類元素添加導波路は、ＣＶＤ法、
電子ビーム蒸着法等を用いて形成した希土類元素を添加
した膜を、フォトリソグラフィ、ドライエッチング等に
よってパターニングした後に、低屈折率層で覆うことに
よって作製されている。

【０００４】また、これ以外にも、ガラス板の表面或い
は内部にフェムト秒（ｆｓ）レーザパルスビームを集光
させて照射させることにより、その照射された微小領域
の屈折率を高め、その高屈折率領域をガラス板のＸ，Ｙ
或いはＺ方向に連続的に形成することによって光の伝搬
するガラス導波路を実現する方法が提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
希土類元素添加導波路及びフェムト秒レーザビーム照射
を利用して形成したガラス導波路には、次のような課題
が残されている。

【０００６】（１）従来の希土類元素添加導波路は、導
波路自身の光散乱損失が大きく、また希土類元素の不均
一分布、粒径が不均一なクラスター状構造などによる光
損失が大きいために、これを用いて光増幅器や光発振器
を構成しても極めて効率が悪く、ファイバ型構造のもの
に比して特性が大幅に悪い。

【０００７】（２）二つの方法を組み合わせ、希土類元
素を添加したガラス膜にフェムト秒レーザビームを照射
して高屈折率の光伝搬層を形成することも試みられる
が、従来の８００ｎｍ帯の波長を用いたフェムト秒レー
ザビーム照射では希土類元素へのレーザの吸収効率が低
いので、不均一に添加されている希土類元素を均一分布
に状態変化させることが難しい。そのため、（１）と同
様の問題が残る。

【０００８】また、導波路型でファイバ型光増幅器と同
程度の光増幅特性を得ようとすると、ファイバのように
伝搬長を長くとることができないので、導波路型では希
土類元素の添加量を０．１％以上にしなければならな
い。しかし、このように高濃度に添加したガラス膜で
は、希土類元素は極めて不均一（組成、価数、粒径）に
ガラス膜中に分布してしまうため、光散乱損失の大きい
導波路となり、ファイバ型増幅器のような光増幅特性は
まだ得られていない。

【０００９】そこで、本発明の目的は、希土類元素の不
均一分布などによる光散乱損失を低減し、高効率の光ア
クティブ伝送路及びその製造方法を提供することにあ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に請求項１の発明は、希土類元素を添加したガラス板の
表面或いは内部に超短パルスレーザ光のスポットを照射
して、高屈折率の光伝搬層を形成した光アクティブ伝送
路において、上記レーザ光の波長が上記希土類元素固有
の吸収スペクトルの吸収ピーク波長近傍の励起用波長で
あり、かつそのパルス幅が数十フェムト秒から数百フェ
ムト秒の範囲内で形成したものである。請求項２の発明
は、上記希土類元素を添加したガラス板は多層のガラス
層で構成されており、中央のガラス層に上記高屈折率の
光伝搬層が形成されているものである。

【００１１】請求項３の発明は、上記各ガラス層がそれ
ぞれ互いに異なる希土類元素の濃度分布を有するもので
ある。

【００１２】請求項４の発明は、上記高屈折率の光伝搬
層に隣接するガラス層の屈折率分布は該ガラス層の屈折
率よりも低いものである。

【００１３】請求項５の発明は、上記希土類元素を添加
したガラス板は、基板上に形成されているか、或いは屈
折率の異なるガラス板に挟まれたサンドイッチ構造に形
成されているものである。

【００１４】請求項６の発明は、上記希土類元素は、Ｅ
ｒ、Ｎｄ、Ｙｂ、Ｓｍ、Ｔｍ、Ｐｒ、Ｅｕ、Ｃｅなどを
少なくとも１種類含んでいるものである。

【００１５】請求項７の発明は、上記希土類元素の添加
量が０．１％よりも多く含まれているものである。

【００１６】請求項８の発明は、上記高屈折率の光伝搬
層のパターンは、直線パターン、曲線パターン或いはこ
れらの組合せパターンが少なくとも一つ形成されている
と共に、入力端と出力端とをそれぞれ少なくとも一つず
つ有しているものである。

【００１７】請求項９の発明は、上記光伝搬層のパター
ンは、一方の端面から信号光と励起光とを入力させ、該
光アクティブ伝送路の他方の端面から増幅された信号光
を取り出すように形成されているものである。

【００１８】請求項１０の発明は、上記光伝搬層の一方
の端面の外部に設けられた光源から入射された励起光を
該光伝搬層内で反射する第一の反射膜を上記光伝搬層の
他方の端面に設け、第一の反射膜で反射された励起光を
反射して発振させるための第二の反射膜を上記光伝搬層
の一方の端面に設けて、上記第一の反射膜から上記発振
光の一部を取り出すようにしたものである。

【００１９】請求項１１の発明は、希土類元素を添加し
たガラス板の表面或いは内部に超短パルスレーザ光のス
ポットを照射して、高屈折率の光伝搬層を形成する光ア
クティブ伝送路の製造方法において、上記レーザ光の波
長が上記希土類元素固有の吸収スペクトルの吸収ピーク
波長近傍の励起用波長であり、かつそのパルス幅が数十
フェムト秒から数百フェムト秒の範囲内で形成する方法
である。

【００２０】請求項１２の発明は、上記高屈折率の光伝
搬層のパターンを形成しながら、該光伝搬層の入力端か
ら光増幅可能な信号光を入力することにより、該信号光
に上記励起用レーザ光を重畳させる方法である。

【００２１】請求項１３の発明は、上記高屈折率の光伝
搬層からの増幅光をモニタし、該モニタした増幅光を制
御しながら上記光伝搬層を形成する方法である。

【００２２】請求項１４の発明は、上記入力端から入力
された信号光が増幅されて戻ってくる増幅光をモニタ
し、該モニタした増幅光を励起用レーザ光の照射条件に
フィードバックして照射条件を調節する方法である。

【００２３】すなわち、本発明は、希土類元素固有の吸
収スペクトル帯の中の吸収ピーク波長近傍の波長で、か
つ光増幅や光発振を効率良く行わせることができる励起
波長のフェムト秒パルスレーザビームを集光させて照射
することにより、ガラス膜中の希土類元素をより活性化
させて高効率な光増幅や光発振の可能な希土類元素イオ
ン状態に改質しながら高屈折率化も図って光伝搬層を形
成するようにしたものである。

【００２４】特に、希土類元素を高濃度に添加したガラ
ス膜は、希土類元素が不均一な組成で分布したり、クラ
スター状に不均一な粒径で存在する。そのために、導波
路構造に作り上げても光散乱損失が支配的となって光増
幅や光発振の効率の低い導波路となっていた。このた
め、本発明にあっては、希土類元素固有の吸収スペクト
ルの中から吸収ピーク波長近傍の波長で、かつ光増幅や
光発振の効率を高くすることができる励起波長を照射用
レーザビームの波長に選び、かつそのパルス幅を数十ｆ
ｓから数百ｆｓの極めて狭いパルス幅で数十Ｈｚから数
百Ｈｚの繰り返しにすることにより、瞬間的に数千万Ｗ
クラスのパワーを照射して、上記希土類元素の不均一な
組成、クラスター状の不均一粒径などを改質させると共
に、同時にレーザビーム照射領域を高屈折率層に変質さ
せて光伝搬層を形成し、伝送路を構成するようにした。

【００２５】

【発明の実施の形態】次に、本発明の好適一実施の形態
を添付図面に基づいて詳述する。

【００２６】図３に本発明にかかる光アクティブ伝送路
の断面図を示す。

【００２７】図３に示すように、光アクティブ伝送路
は、基板１上に、希土類元素が添加されたガラス板２が
形成されて主に構成されており、そのガラス板２の内部
にはＥｒが均一に分布された高屈折率の光伝搬層３の線
状パターンが形成されている。

【００２８】この光伝搬層３のパターンは、直線パター
ン、曲線パターン、あるいはこれらの組み合わせパター
ン等で形成されており、入力端と出力端とがそれぞれ形
成されている。

【００２９】また、基板１の材料としては、ガラス、半
導体、磁性体、強誘電体などが用いられ、希土類元素を
添加したガラス板２としては、Ｅｒを添加したＳｉＯ₂
が用いられている。

【００３０】次に、この光アクティブ伝送路の製造方法
を図１を用いて作用と共に説明する。

【００３１】光アクティブ伝送路を製造するに際して
は、先ず、基板１上に、電子ビーム蒸着法、ＣＶＤ法、
スート状のガラス膜への液浸法によるＥｒ溶液の含浸及
び加熱、乾燥させる方法などにより、Ｅｒを添加したＳ
ｉＯ₂ 膜を膜厚２０μｍ以上に成膜する。

【００３２】この時、ＳｉＯ₂ に添加するＥｒの濃度
は、できる限り高濃度であることが望ましく、１万ｐｐ
ｍから数％の範囲が好ましい。

【００３３】そして、このＳｉＯ₂ 膜に光伝搬層３を形
成するには、図１に示すような装置を用いる。

【００３４】この装置は、Ｅｒを添加したＳｉＯ₂ 膜に
フェムト秒レーザビームＬ₁ ，Ｌ₂を照射するためのレ
ーザ光源（図示せず）と、そのレーザビームＬ₁ ，Ｌ₂
を集光させてスポットを形成するレンズ９と、基板１を
搭載し移動軌跡によって照射パターンを設定することが
できる移動ステージ（図示せず）と、レーザビームＬ
₁ ，Ｌ₂ の照射により形成された光伝搬層３に信号光を
出力する光源（図示せず）とで主に構成されている。

【００３５】ここで、レーザ光源から照射されるフェム
ト秒レーザビームＬ₁ ，Ｌ₂ としては、Ｅｒイオンの吸
収ピーク波長０．９８μｍか、あるいは１．４８μｍま
たはその近傍の波長が選ばれる。また、レーザビームＬ
₁ ，Ｌ₂ はパルスレーザビームとし、そのパルス幅は数
十ｆｓから数百ｆｓの範囲に選ぶのが好ましい。

【００３６】そして、レーザー光源からフェムト秒レー
ザビームＬ₁ を出射させ、そのレーザビームＬ₁ をレン
ズ９で集光させ、矢印で示すごとくＥｒ添加ＳｉＯ₂ 膜
の内部の所望深さの位置に焦点を結ばせ、スポットとし
て照射する。

【００３７】このスポットは、直径数μｍから１０μｍ
の範囲内のほぼ円形サイズに形成され、照射部分（光伝
搬層３）はその周囲の屈折率よりも０．２％から１．３
％高い比屈折率差を得るように実現される。

【００３８】比屈折率差は、レーザビームＬ₂ の出力が
大きい程、また基板１の矢印ｘ方向の移動速度が遅い
程、大きい値を実現することができる。

【００３９】そして基板１を矢印ｘ方向に所望速度で移
動させことにより、順次、所望断面形状の光伝搬層３が
Ｅｒ添加ＳｉＯ₂ 膜内部に所望のパターン状で形成され
る。

【００４０】また、本発明にあっては、光伝搬層３を形
成しながら、その光伝搬層３内に光増幅することが可能
な信号光（例えば、Ｅｒ添加光伝搬層の場合には波長
１．５３μｍから１．５６μｍの範囲内の信号光）を矢
印Ｓ₁ 方向から入力させ、励起用レーザビーム照射部２
ｐで信号光が光増幅されるようにする。

【００４１】そしてその光増幅された信号光の入力側へ
の反射戻り光を矢印Ｓ₂ 方向に取り出してモニタし、光
伝搬層３の品質の良さを観察する。

【００４２】また、図示していないが、０．９８μｍの
Ｅｒイオン固有の吸収ピーク波長の励起用レーザビーム
を照射することによりレーザビーム照射部２ｐから発光
する光（例えば０．５μｍ帯の発光）を、レーザビーム
照射部２ｐの近傍に設けたファイババンドル内に取り入
れてモニタしたり、レーザビームＬ₁ ，Ｌ₂ の出力方向
に反射してきた発光パワーを干渉膜フィルタで反射さ
せ、受光素子でモニタすることにより、より高効率に作
用する光伝搬層３の形成に有効に利用することができ
る。

【００４３】このようにして、上述した１．５μｍ帯の
信号光と０．９８帯（あるいは感度は少し悪いが、１．
４８μｍ帯）の励起光を伝搬させるための高屈折率の光
伝搬層３が形成されると共に、光伝搬層３の外周にはＥ
ｒ添加ＳｉＯ₂ 膜２からなるクラッド層が形成されるこ
とになり、シングルモードの光アクティブ伝送路が製造
される。

【００４４】以上説明したように、Ｅｒが数％程度の高
濃度に添加されることによりＳｉＯ ₂ 膜中に不均一に分
散されていても、Ｅｒ固有の吸収スペクトルの中の吸収
ピーク波長近傍の特定の波長のフェムト秒レーザビーム
Ｌ₁ ，Ｌ₂ が照射されることによって、その照射された
Ｅｒ添加ＳｉＯ₂ 膜にレーザビームＬ₂ が強く吸収さ
れ、より均一で活性なＥｒイオン状態に改質され、かつ
高屈折率領域に変化させられ、結果的に信号光の減衰を
少なくし、励起光を効率良く吸収する光伝搬層３を構成
することができる。

【００４５】また、パルス幅を狭くする程、そのパルス
幅内でのレーザビームＬ₁ ，Ｌ₂ のエネルギーを高くす
ることができ、このレーザビームＬ₁ ，Ｌ₂ を照射され
た領域２ｐのＥｒ添加ＳｉＯ₂ 膜の屈折率を高い値に変
えることができる。さらに、Ｅｒの不均一組成、不均一
粒径などを均一に改質することができる。

【００４６】尚、図１において、希土類元素固有の吸収
ピーク波長に選んだフェムト秒パルスレーザビームＬ
₁ ，Ｌ₂ のパルスの繰り返しは、数十Ｈｚから数百ｋＨ
ｚの範囲から選ばれ、また励起用レーザの波長は、ガラ
ス膜に添加する希土類元素の種類に応じて選ばれる。

【００４７】例えば、Ｎｄ添加ガラス膜の場合には１．
０６μｍの波長が好ましい。また希土類元素を複数添加
している場合には、どちらかの希土類元素固有の吸収ピ
ーク波長に設定する。

【００４８】希土類元素添加ガラス膜のホスト材料とし
ては、ＳｉＯ₂ 系、多成分系（例えばリン酸塩系ガラ
ス、フッ化物系ガラス、ケイ酸塩系ガラス、フツリン酸
塩系ガラス、テルライト系ガラス、ビスマス系ガラス
等）ガラスなどを用いることができる。

【００４９】次に、図１の装置の変形例について述べ
る。

【００５０】図２に示す装置は、図１に示した装置を構
成するレーザー光源、集光レンズ、移動ステージ、及び
信号光の光源は同一の作用、機能をするものである。

【００５１】この装置は、これ以外にハーフミラー７と
モニタ用受光素子回路８を備えており、作製中の光伝搬
層３内に、信号光Ｓ₀ をハーフミラー７を通して矢印Ｓ
₁ 方向に入力させ、光伝搬層３内を伝搬させるものであ
る。

【００５２】そして、レーザビーム照射部２ｐで励起用
レーザＬ₂ によって増幅させ、光伝搬層３内を逆方向
（矢印Ｓ₂ 方向）に伝搬する信号光（反射光）を取り出
し、ハーフミラー７で矢印Ｓ₃ 方向に反射させてモニタ
用受光素子回路８で受光する。さらに、このモニタ用受
光素子回路８で電気信号に変換し、この電気信号Ｓ₄ を
フェムト秒レーザビーム発生光源１０側に制御回路（図
示せず）を通してフィードバックするようになってい
る。

【００５３】このように構成することにより、電気信号
Ｓ₄ の値が一定になるようにレーザ光源１０の出力を調
節して、均質な光伝搬層３を形成することができる。

【００５４】尚、図２において、信号光Ｓ₀ に励起用の
励起光も重畳させて光伝搬層３内に入力させながら光伝
搬層３を形成するようにしても良い。

【００５５】これにより、光伝搬層３内を伝搬する信号
光が増幅されながら伝搬すると共に、入力端側にも反射
されて戻ってくるので、光伝搬層３の形成長さが長くな
るほど、信号光は増幅されて大きな値となるので、電気
信号Ｓ₄ の値もほぼそれに応じて大きくなり、レーザ光
源１０の出力調節も電気信号Ｓ₄ の値の増大係数がほぼ
一定となるように調節して、光伝搬層３を長さ方向に均
一に形成することができる。

【００５６】また、光伝搬層３の形成方法の変形例とし
ては、図１及び図２に示した希土類元素を含むガラス膜
２の表面あるいは内部に、フェムト秒レーザＬ₁ ，Ｌ₂
を照射して高屈折率の希土類元素添加伝搬層３を形成す
る際に、酸化性ガス雰囲気下、あるいはＨｅを含む酸化
性ガス雰囲気下で行うと、価数の安定した希土類元素イ
オンにすることができるので、併用するのが好ましい。
特に、希土類元素の添加量が多い場合には有効な手段で
ある。

【００５７】また、希土類元素添加ガラス膜が形成され
た基板１を加熱した状態（温度：１００℃〜１０００
℃）でフェムト秒レーザビームＬ₁ ，Ｌ₂ を照射するこ
とにより、光伝搬層３の高屈折率化をより促進させるこ
とができ、また希土類元素の均一化にも有効に作用させ
ることができる。さらに酸化性ガス雰囲気下で行うこと
により、より大きな効果が期待できる。

【００５８】次に、本発明の他の実施の形態について述
べる。

【００５９】図４に本発明の他の実施の形態の断面図を
示す。

【００６０】図４に示すように、この光アクティブ伝送
路は、希土類元素を添加したガラス板１２を、希土類元
素を添加していないガラス板１１ａ，１１ｂで挟んでサ
ンドイッチ構造に形成したものである。

【００６１】高屈折率の光伝搬層１３ａから１３ｅは、
希土類元素を添加したガラス板１２内に、ほぼ等間隔で
５本並列して形成されている。

【００６２】上下層のガラス板１１ａ，１１ｂは、希土
類元素を添加したガラス板１２の屈折率と同程度かそれ
よりも低い屈折率を有するものが用いられており、例え
ば、ＳｉＯ₂ガラス、ＦやＢのような屈折率を低下させ
るドーパントを含んだＳｉＯ₂等が用いられる。

【００６３】また、図５（ａ）、図５（ｂ）に本発明の
他の実施の形態を示す。

【００６４】図５（ａ）はこの光アクティブ伝送路の断
面図を示し、図５（ｂ）は図５（ａ）のＡ−Ａ線断面内
の希土類元素（この例ではＥｒ元素）の濃度分布を示し
ている。

【００６５】図５（ａ）に示すように、この光アクティ
ブ伝送路は、基板２１上に、希土類元素を添加したガラ
ス膜２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２３が５層に積
層された構造であり、各ガラス膜２２ａ，２２ｂ，２２
ｃ，２２ｄ，２３内の希土類元素の添加濃度を変えて形
成されていると共に、中央のガラス膜２３に光伝搬層２
４が形成されているものである。

【００６６】すなわち、高屈折率の光伝搬層２４を形成
するガラス膜２３内の希土類元素の添加濃度が最も高
く、その上（あるいは下）方向にいくに従って希土類元
素の添加濃度を最も低くなっている。

【００６７】このように構成することにより、例えば光
増幅器を構成した場合に高利得特性を実現することがで
きる。

【００６８】また、図６（ａ）、図６（ｂ）に本発明の
他の実施の形態を示す。

【００６９】図６（ａ）はこの光アクティブ伝送路の断
面図を示し、図６（ｂ）は図６（ａ）のＢ−Ｂ線断面内
の屈折率分布を示している。

【００７０】図６（ａ）に示すように、このアクティブ
伝送路は、基板３１上に、ガラス膜３２ａ，３２ｂ，３
２ｃ，３２ｄ，３３が５層に積層された構造であり、希
土類元素を添加した中央のガラス膜３３の屈折率が最も
高く形成され、その上下のガラス膜（３２ａ〜３２ｄ）
の屈折率が低く形成されている。

【００７１】そして光伝搬層３４ａ〜３４ｃは、フェム
ト秒レーザ照射によって、中央のガラス膜３３よりもさ
らに高い屈折率に変えられている。

【００７２】これにより、信号光及び励起光を効率良く
光伝搬層３４ａ〜３４ｃ内に閉じこめて伝搬させること
ができ、結果的に高利得な光増幅器（あるいは光発振
器）を実現することができる。

【００７３】尚、これらのガラス膜３２ａ〜３２ｄ内に
も希土類元素が添加されていても良い。その場合には、
図５（ｂ）に示したように、希土類元素の添加量に分布
を持たせても良い。またそれぞれのガラス膜３２ａ〜３
２ｄ内へ添加する希土類元素の種類は異なっても良い。

【００７４】また、図７（ａ）、図７（ｂ）に本発明の
他の実施の形態を示す。

【００７５】図７（ａ）はこの光アクティブ伝送路の断
面図を示し、図７（ｂ）は図７（ａ）のＣ−Ｃ線断面図
である。

【００７６】図７（ａ）に示すように、この光アクティ
ブ伝送路は、基板４１上に形成された希土類元素添加ガ
ラス膜４２内に形成される高屈折率の光伝搬層４２ａ，
４２ｂのパターンが、図７（ｂ）に示すように、直線と
曲線とを組み合わせて形成されている。

【００７７】このように構成することにより、長尺の伝
送路を形成することができ、矢印Ｓ ₃ 方向から信号光と
励起光を入力し、矢印Ｓ₄ 方向から増幅された信号光を
取り出すことができる。

【００７８】尚、この図７（ａ）に示した光アクティブ
伝送路において、光伝搬層４３ａ，４３ｂの長さをでき
る限り長くして高利得な光増幅、高出力な光発振用伝送
路を構成する手段として、図７（ｂ）に示したような２
次元的配線パターンを希土類元素添加ガラス膜４２の厚
みｔ方向に、３次元的ならせん状にパターン形成し、伝
送路長を２次元配線パターンの２倍以上に長く形成する
ようにしても良い。

【００７９】また、図８（ａ）、図８（ｂ）に本発明の
他の実施の形態を示す。

【００８０】図８（ａ）はこの光アクティブ伝送路の断
面図を示し、図８（ｂ）は図８（ａ）のＤ−Ｄ線断面内
の屈折率分布を示している。

【００８１】図８（ａ）に示すように、この光アクティ
ブ伝送路は、基板５１（ガラス基板）上に、ガラス膜５
２，５３ａ〜５３ｆが７層積層された構造であり、希土
類元素（Ｅｒ）を添加したガラス膜５２の屈折率が他の
ガラス膜５３ａ〜５３ｆの屈折率よりも高く形成されて
いる。

【００８２】そして、フェノム秒レーザビームが照射さ
れて形成された光伝搬層５４の屈折率が最も高くなるよ
うに構成されている。また、この光アクティブ伝送路の
透過的な屈折率差を大きくするために、希土類元素を添
加したガラス膜５２の上下に積層されたガラス膜５３
ｃ，５３ｄは、それらの屈折率がさらにその上下に積層
されたガラス膜５３ｂ，５３ｅの屈折率よりも低く形成
されている。

【００８３】このように構成することにより、光伝搬層
５４内への信号光及び励起光の閉じ込めを強くすること
ができ、より高効率な光増幅器、あるいは光発振器を構
成することができる。

【００８４】次に、本発明の応用例について述べる。

【００８５】図９は本発明を用いて構成した光増幅器を
示したものである。

【００８６】図９に示すように、この光増幅器は、光ア
クティブ伝送路６０の入力端６０ｉと出力端６０ｏに光
合分波器６６，６７が接続されている。

【００８７】そして、励起用光源６３，６４からの励起
光Ｒ₂ ，Ｒ₄ を、光合分派器６６，６７を介して光アク
ティブ伝送路６０の入力端６０ｉと出力端６０ｏから入
力させると共に、光源６１からの出力光Ｒ₁ を光アイソ
レータ６２を介して光アクティブ伝送路６０の入力端６
０ｉから入力させる。

【００８８】そして光アクティブ伝送路６０の出力端６
０ｏから光増幅された信号光Ｒ₃ を出力させ、光合分派
器６７、光アイソレータ６５を介して矢印Ｒ₅ 方向に高
利得に増幅された信号光として取り出される。

【００８９】尚、励起光Ｒ₂ ，Ｒ₄ による励起は、光ア
クティブ伝送路６０の入力端６０ｉと出力端６０ｏのど
ちらか一方から入力させる片方向励起、あるいは上述し
たように両方向から入力させる双方向励起のどちらでも
良い。

【００９０】また、図１０は本発明を用いて構成した光
発振器を示したものである。

【００９１】図１０に示すように、この光発振器は、光
アクティブ伝送路７０の一方の端面に、その光アクティ
ブ伝送路７０に入力した励起光を反射すると共に内部で
発振した発振光の一部を通過する第一の反射膜７１が設
けられており、この面に対向する他方の端面に、光源７
３からの励起光を透過し、光アクティブ伝送路７０内で
その励起光を反射する第二の反射膜７２が設けられてい
る。

【００９２】さらに、第二の反射膜７２側の外部に光源
７３が設けられ、その光源７３と光アクティブ伝送路７
０との間には光源７３からの励起光を集光させて光アク
ティブ伝送路７０に入射させるためのレンズ７４が設け
られている。さらに、第一の反射膜７１側の外部に、第
一の反射膜７１を透過して出力された発振光を集光する
レンズ７５が設けられている。

【００９３】このように構成された光発信器の光アクテ
ィブ伝送路７０内に入力された励起光は、第一の反射膜
７１と第二の反射膜７２との間で多重反射を繰り返し、
その一部が第一の反射膜７１を透過して出力され、レン
ズ７５を通して矢印Ｈ方向に発振光が出力される。

【００９４】尚、上述した実施の形態では、様々な数の
高屈折率の光伝搬層が形成されているが、いずれの実施
の形態においても光伝搬層の数は限定されず、さらに光
伝搬層は希土類元素添加ガラス膜の内部以外にその表面
近傍に形成しても、本実施の形態と同様な効果が得られ
ることは言うまでもない。

【００９５】また、上述した実施の形態において、希土
類元素添加ガラス膜の層数も限定されず、さらにそれら
のガラス膜の希土類元素添加濃度分布も限定されない。

【００９６】また、高屈折率の光伝搬層は、最も屈折率
が高いガラス膜以外のガラス膜内に少なくとも一つ形成
してあっても良く、例えば、１０μｍ以下の間隔で三次
元的に配列させてそれぞれ有機的に結合させた光回路を
構成しても良い。

【００９７】

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、以下に示
すような優れた効果を発揮する。

【００９８】（１）高屈折率で希土類元素を均一に分布
させた光伝搬層を有する光アクティブ伝送路を実現する
ことができる。これにより、小型で高効率な光増幅器や
光発振器を得ることができる。

【００９９】（２）希土類元素を０．１％以上添加した
光散乱損失の小さい光アクティブ伝送路を得ることがで
きる。

【０１００】（３）積層した多数のガラス膜の少なくと
も一つのガラス膜中に、クリーンな雰囲気の外部からフ
ェムト秒レーザビーム照射によって、非接触で高屈折率
の光伝搬層を形成することができるので、それぞれのガ
ラス膜界面が均一であり、光散乱損失の小さい光アクテ
ィブ伝送路を構成することができる。

【０１０１】（４）希土類元素固有の吸収ピーク波長の
フェムト秒レーザビームを希土類元素添加ガラス膜の表
面あるいは内部に照射するので、希土類元素は極めて高
い光エネルギー密度を吸収することによって均一に分布
するように改質され、また組成、構造等も安定化され
る。これにより、高効率な光増幅作用や光発振作用を期
待できる光デバイスを実現することができる。

【０１０２】（５）励起用レーザを希土類元素添加ガラ
ス膜中に集光、照射しながら高屈折率の光伝搬層を形成
しつつ、かつその光伝搬層内に光増幅可能な信号光を入
力しながら形成し、その信号光の反射光をモニタした
り、あるいはレーザビーム照射部からの発光した光をモ
ニタしたりすることによって、非常に均一な光伝搬層を
再現性良く得ることができる。またモニタ光をレーザビ
ーム光源側にフィードバックすることにより、さらに均
一な光伝搬層を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる光アクティブ伝送路の製造方法
を説明するための図である。

【図２】図１の光アクティブ伝送路の製造装置の変形例
を示す図である。

【図３】本発明の一実施の形態を示す光アクティブ伝送
路の断面図である。

【図４】本発明の他の実施の形態を示す光アクティブ伝
送路の断面図ある。

【図５】（ａ）は本発明の他の実施の形態を示す光アク
ティブ伝送路の断面図、（ｂ）はそのＡ−Ａ線断面図で
ある。

【図６】（ａ）は本発明の他の実施の形態を示す光アク
ティブ伝送路の断面図、（ｂ）はそのＢ−Ｂ線断面図で
ある。

【図７】（ａ）は本発明の他の実施の形態を示す光アク
ティブ伝送路の断面図、（ｂ）はそのＣ−Ｃ線断面図で
ある。

【図８】（ａ）は本発明の他の実施の形態を示す光アク
ティブ伝送路の断面図、（ｂ）はそのＤ−Ｄ線断面図で
ある。

【図９】本発明にかかる光アクティブ伝送路を用いて構
成した光増幅器の概略図である。

【図１０】本発明にかかる光アクティブ伝送路を用いて
構成した光発振器の概略図である。

【符号の説明】

１基板２希土類元素添加ガラス膜３光伝搬層９レンズＬ₁ ，Ｌ₂ レーザ光

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】希土類元素を添加したガラス板の表面或
いは内部に超短パルスレーザ光のスポットを照射して、
高屈折率の光伝搬層を形成した光アクティブ伝送路にお
いて、上記レーザ光の波長が上記希土類元素固有の吸収
スペクトルの吸収ピーク波長近傍の励起用波長であり、
かつそのパルス幅が数十フェムト秒から数百フェムト秒
の範囲内であることを特徴とする光アクティブ伝送路。
【請求項２】上記希土類元素を添加したガラス板は多
層のガラス層で構成されており、中央のガラス層に上記
高屈折率の光伝搬層が形成されている請求項１に記載の
光アクティブ伝送路。
【請求項３】上記各ガラス層がそれぞれ互いに異なる
希土類元素の濃度分布を有する請求項２に記載の光アク
ティブ伝送路。
【請求項４】上記高屈折率の光伝搬層に隣接するガラ
ス層の屈折率分布は該ガラス層の屈折率よりも低い請求
項２に記載の光アクティブ伝送路。
【請求項５】上記希土類元素を添加したガラス板は、
基板上に形成されているか、或いは屈折率の異なるガラ
ス板に挟まれたサンドイッチ構造に形成されている請求
項１から４のいずれかに記載の光アクティブ伝送路。
【請求項６】上記希土類元素は、Ｅｒ、Ｎｄ、Ｙｂ、
Ｓｍ、Ｔｍ、Ｐｒ、Ｅｕ、Ｃｅなどを少なくとも１種類
含んでいる請求項１から５のいずれかに記載の光アクテ
ィブ伝送路。
【請求項７】上記希土類元素の添加量が０．１％より
も多く含まれている請求項１から６のいずれかに記載の
光アクティブ伝送路。
【請求項８】上記高屈折率の光伝搬層のパターンは、
直線パターン、曲線パターン或いはこれらの組合せパタ
ーンが少なくとも一つ形成されていると共に、入力端と
出力端とをそれぞれ少なくとも一つずつ有している請求
項１から７のいずれかに記載の光アクティブ伝送路。
【請求項９】上記光伝搬層のパターンは、一方の端面
から信号光と励起光とを入力させ、該光アクティブ伝送
路の他方の端面から増幅された信号光を取り出すように
形成されている請求項１から８に記載の光アクティブ伝
送路。
【請求項１０】上記光伝搬層の一方の端面の外部に設
けられた光源から入射された励起光を該光伝搬層内で反
射する第一の反射膜を上記光伝搬層の他方の端面に設
け、第一の反射膜で反射された励起光を反射して発振さ
せるための第二の反射膜を上記光伝搬層の一方の端面に
設けて、上記第一の反射膜から上記発振光の一部を取り
出すようにした請求項１から８のいずれかに記載の光ア
クティブ伝送路。
【請求項１１】希土類元素を添加したガラス板の表面
或いは内部に超短パルスレーザ光のスポットを照射し
て、高屈折率の光伝搬層を形成する光アクティブ伝送路
の製造方法において、上記レーザ光の波長が上記希土類
元素固有の吸収スペクトルの吸収ピーク波長近傍の励起
用波長であり、かつそのパルス幅が数十フェムト秒から
数百フェムト秒の範囲内であることを特徴とする光アク
ティブ伝送路の製造方法。
【請求項１２】上記高屈折率の光伝搬層のパターンを
形成しながら、該光伝搬層の入力端から光増幅可能な信
号光を入力することにより、該信号光に上記励起用レー
ザ光を重畳させる請求項１１に記載の光アクティブ伝送
路の製造方法。
【請求項１３】上記高屈折率の光伝搬層からの増幅光
をモニタし、該モニタした増幅光を制御しながら上記光
伝搬層を形成する請求項１１又は１２に記載の光アクテ
ィブ伝送路の製造方法。
【請求項１４】上記入力端から入力された信号光が増
幅されて戻ってくる増幅光をモニタし、該モニタした増
幅光を励起用レーザ光の照射条件にフィードバックして
照射条件を調節する請求項１１又は１２に記載の光アク
ティブ伝送路の製造方法。