JP2003149481A - Optical amplifier-integrated waveguide - Google Patents

Optical amplifier-integrated waveguide

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JP2003149481A
JP2003149481A JP2001347299A JP2001347299A JP2003149481A JP 2003149481 A JP2003149481 A JP 2003149481A JP 2001347299 A JP2001347299 A JP 2001347299A JP 2001347299 A JP2001347299 A JP 2001347299A JP 2003149481 A JP2003149481 A JP 2003149481A
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waveguide
optical amplifier
signal light
integrated waveguide
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Yuko Seki
祐子 関
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NEC Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical amplifier-integrated optical waveguide of a small size with no insertion loss. SOLUTION: The waveguide comprises a glass substrate 4 doped with rare earth elements (rare earth ions) and having a step, an amplifying core 3 acting as a waveguide type amplifying part formed by partially increasing the refractive index in the upper part of the step of the glass substrate 4, and a core 1 for signal light acting as the waveguide for the signal light and a core 2 for excitation light acting as the waveguide for excitation both formed on the lower part of the step of the glass substrate 4. The core 1 for the signal light and the core 2 for the excitation light are obtained by forming a film of a quartz-based material having low propagation loss and then patterning the film. The amplifying core 3 is formed by partially increasing the refractive index of the glass substrate 4 doped with rare earth elements along the waveguide pattern.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、希土類をドープし
た基板を用いた光増幅器集積型導波路に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical amplifier integrated waveguide using a rare earth-doped substrate.

【0002】[0002]

【従来の技術】Er3+,Nd3+,Tm3+,Yb3+,Ho
3+,Pr3+などの希土類元素を,石英,Siなどの母材
にドープし、励起光を照射することによって、別途入力
している信号光を増幅する光増幅器は、光通信における
長距離伝送に欠くことができない。特にファイバにこれ
を応用したエルビウムドープドファイバアンプ(EDF
A)は、海底ケーブルなどに広く活用されている。光導
波路にこれを適用すれば、変調器,スイッチ,分波器を
同一基板上に集積化することにより、より小型で高機能
なデバイスを実現させることができる。
2. Description of the Related Art Er 3+ , Nd 3+ , Tm 3+ , Yb 3+ , Ho
An optical amplifier that amplifies the separately input signal light by doping a base material such as quartz or Si with a rare earth element such as 3+ or Pr 3+ and irradiating it with excitation light is used for long-distance optical communication. Indispensable for transmission. In particular, the erbium-doped fiber amplifier (EDF) that applies this to the fiber
A) is widely used for submarine cables and the like. If this is applied to an optical waveguide, a smaller and highly functional device can be realized by integrating a modulator, a switch, and a demultiplexer on the same substrate.

【0003】ポンプ光用の導波路と信号光導波路を集積
した光アンプを「J.L.Philipsen」らが2
000年7月オプティカル アンプリファイヤー アン
ドゼア アプリケーションズ国際会議予稿集「論文Ot
uD2−1、頁151−153(Optical Am
plifiers and Their Applic
ations ’00 Proceedins Otu
D2−1, p.p.151−153)」に発表してい
る。この例では、イオン交換によりErドープした基板
に光導波路を形成して増幅部とし、やはりイオン交換に
よりガラス基板上に信号/励起用導波路部分を形成し、
これらを紫外線硬化樹脂により接合し、ネットゲインと
して3dB/cmを得ている。
An optical amplifier in which a pump light waveguide and a signal light waveguide are integrated is described in "JL Philipsn" et al.
July 000 Optical Amplifire And There Applications International Conference Proceedings "Papers Ot
uD2-1, pages 151-153 (Optical Am
pliers and the Tir Applic
ations '00 Proceedins Otu
D2-1, p. p. 151-153) ”. In this example, an optical waveguide is formed on an Er-doped substrate by ion exchange to form an amplification section, and a signal / excitation waveguide portion is also formed on a glass substrate by ion exchange.
These are joined with an ultraviolet curable resin to obtain a net gain of 3 dB / cm.

【0004】しかし、この技術では、集積に際して、増
幅部と通常の導波路部を接合するという方法をとってい
るので、カップリング損失が避けられない。一方、プラ
ズマCVDにより導波路型光アンプを形成した例が、1
993年9月ヨーロピアン コンファレンス オンオプ
ティカル コミュニケーション国際会議予稿集、論文M
oP2.3、53−56頁(European Con
ference on Optical Commun
ication ‘93Proceedings、Vo
l.2,Paper MoP2.3,p.p.53−5
6)に報告されている。
However, in this technique, the coupling loss is unavoidable because the amplification section and the ordinary waveguide section are joined together at the time of integration. On the other hand, an example of forming a waveguide type optical amplifier by plasma CVD is 1
September 993 European Conference International Conference on Optical Communication Proceedings, Paper M
oP 2.3, pp. 53-56 (European Con
ference on Optical Commun
ication '93 Proceedings, Vo
l. 2, Paper MoP 2.3, p. p. 53-5
6).

【0005】この技術(成膜方法)では、通常の石英光
導波路の原料ガスにErキレートを添加して増幅器を形
成している。したがって、通常導波路と増幅部は原料ガ
スを変えて形成した膜を加工して形成すればよく、結合
損失はほとんど発生しない。しかし、この技術では、ネ
ットゲインが0.3dB/cmと低く、長い導波路を形
成しなければ、増幅部としての充分な性能は期待できな
い。S.Musaらにより報告されているスパッタで形
成したErドープAl23薄膜による導波路型光増幅器
(2000年 IEEE JOURNAL OF QU
ANTUM ELECTRONICS Vol.36、
No.9 p.p.1089−1097)は、薄膜導波
路としては最高の1.0dB/cmを報告しているが、
これもイオン交換法に比べると1/3の低さであり、導
波路の長尺化を免れない。
In this technique (film forming method), an Er chelate is added to a raw material gas of an ordinary quartz optical waveguide to form an amplifier. Therefore, the waveguide and the amplifying section are usually formed by processing the film formed by changing the raw material gas, and the coupling loss hardly occurs. However, with this technique, the net gain is as low as 0.3 dB / cm, and sufficient performance as an amplification section cannot be expected unless a long waveguide is formed. S. Musa et al. Reported a waveguide-type optical amplifier using an Er-doped Al 2 O 3 thin film formed by sputtering (2000 IEEE JOURNAL OF QUA).
ANTUM ELECTRONICS Vol. 36,
No. 9 p. p. 1089-1097) reported a maximum of 1.0 dB / cm as a thin film waveguide,
This is also 1/3 as low as the ion exchange method, and the lengthening of the waveguide is inevitable.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
まず従来よりあるイオン交換方式では、形成された光増
幅器は、高いゲインは得られても通常導波路との結合損
失が大きいという問題があった。また、成膜方式では、
形成された光増幅器は、通常導波路としての損失は低い
ものの、光増幅器として充分なゲインを得ることができ
ないため、一つのプラットホーム上に光増幅器と光導波
路を集積することが難しいという問題があった。本発明
は、以上のような問題点を解消するためになされたもの
であり、小型で挿入損失のない光増幅器集積型光導波路
を提供することを目的とする。
As described above,
First, in the conventional ion exchange method, there is a problem that the formed optical amplifier usually has a large coupling loss with the waveguide even though a high gain is obtained. In addition, in the film formation method,
Although the formed optical amplifier usually has a low loss as a waveguide, it cannot obtain a sufficient gain as an optical amplifier, and thus there is a problem that it is difficult to integrate the optical amplifier and the optical waveguide on one platform. It was The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide an optical amplifier integrated optical waveguide that is small in size and has no insertion loss.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明の一形態における
光増幅器集積型導波路は、段差下部と段差上部とが形成
されて希土類が添加されたガラス基板と、ガラス基板の
段差下部上に、一端が段差下部と段差上部との段差部に
向かって形成された信号光用導波路を構成する信号光用
コアと、段差上部内に、信号光用コアの延長線上に配置
され、段差上部より添加物を拡散することで周囲より高
屈折率化した増幅部コアとを備え、信号光用コアと増幅
部コアとは、互いの一端の端面が対向するように配置さ
れているものである。この光増幅器集積型導波路は、信
号光用コアによる信号光用導波路を導波して増幅部コア
による導波路型増幅部に導入された信号光は、導波路型
増幅部に入射される励起光により増幅される。
According to one embodiment of the present invention, there is provided an optical amplifier integrated waveguide comprising: a glass substrate having a step lower portion and a step upper portion formed therein, to which a rare earth element is added; A signal light core that forms a signal light waveguide having one end formed toward the step between the lower part of the step and the upper part of the step, and the core of the signal light that is disposed in the upper part of the step and on the extension line of the signal light core. An amplifying section core having a higher refractive index than the surroundings by diffusing the additive is provided, and the signal light core and the amplifying section core are arranged so that end faces of one ends thereof face each other. In this optical amplifier integrated waveguide, the signal light guided through the signal light waveguide by the signal light core and introduced into the waveguide type amplification unit by the amplification unit core is incident on the waveguide type amplification unit. It is amplified by the excitation light.

【0008】上記光増幅器集積型導波路において、ガラ
ス基板に添加する希土類は、例えば、Er,Yb,もし
くはこれらを組み合わせたものであればよい。また、上
記光増幅器集積型導波路において、ガラス基板に、結晶
化ガラスを用いるようにしてもよい。また、上記光増幅
器集積型導波路において、段差上部の面は、信号光用コ
アの上部平面と実質的に同一の平面を共有するように構
成する。
In the above optical amplifier integrated waveguide, the rare earth element added to the glass substrate may be Er, Yb, or a combination thereof. In the above optical amplifier integrated waveguide, crystallized glass may be used for the glass substrate. In the above optical amplifier integrated waveguide, the surface above the step is configured to share substantially the same plane as the upper plane of the signal light core.

【0009】また、上記光増幅器集積型導波路におい
て、ガラス基板の段差下部上に、一端が信号光用コアか
らなる信号光用導波路に方向性結合する励起用導波路を
構成する励起光用コアを備えることで、増幅部コアによ
る導波路型増幅部に励起光を導入するようにしてもよ
い。
Further, in the above optical amplifier integrated waveguide, for the pumping light constituting the pumping waveguide which is directionally coupled to the signal light waveguide having the signal light core at one end on the lower portion of the step of the glass substrate. By providing the core, the pumping light may be introduced into the waveguide type amplifying section by the amplifying section core.

【0010】また、上記光増幅器集積型導波路におい
て、信号光用コアは、例えば、化学的気相堆積法,スパ
ッタ法,蒸着法,火炎堆積法,塗布法のいずれかの方法
により形成した膜を加工すれば形成できる。また、上記
光増幅器集積型導波路において、増幅部コアは、例え
ば、ガラス基板の段差上部の上面よりチタニウムを拡散
させることで形成してもよく、イオン交換法により形成
したてもよい。
In the above optical amplifier integrated waveguide, the signal light core is a film formed by, for example, any one of a chemical vapor deposition method, a sputtering method, an evaporation method, a flame deposition method and a coating method. Can be formed by processing. In the above optical amplifier integrated waveguide, the amplification section core may be formed by diffusing titanium from the upper surface of the step upper portion of the glass substrate, or may be formed by an ion exchange method.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図を参照して説明する。図1は、本発明の実施の形態
における光増幅器集積型導波路の構成例を模式的に示す
斜視図である。この光増幅器集積型光導波路は、希土類
(希土類イオン)がドープされた段差のあるガラス基板
4と、ガラス基板4の段差上部の一部を高屈折率化する
ことで形成した導波路型増幅部となる増幅部コア3と、
ガラス基板4の段差下部に形成した信号光用導波路とな
る信号光用コア1および励起用導波路となる励起光用コ
ア2とを備えている。信号光用コア1および励起光用コ
ア2は、石英系の伝搬損失の小さい材料からなり、この
材料の膜を形成した後パターニングすることで形成でき
る。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view schematically showing a configuration example of an optical amplifier integrated waveguide according to an embodiment of the present invention. This optical amplifier integrated optical waveguide has a stepped glass substrate 4 doped with rare earths (rare earth ions), and a waveguide type amplifier formed by increasing the refractive index of a part of the upper part of the step of the glass substrate 4. And the amplification unit core 3
The glass substrate 4 includes a signal light core 1 serving as a signal light waveguide and a pumping light core 2 serving as a pumping waveguide, which are formed below the step. The signal light core 1 and the excitation light core 2 are made of a silica-based material having a small propagation loss, and can be formed by forming a film of this material and then patterning.

【0012】増幅部コア3は、希土類がドープされたガ
ラス基板4の一部を導波路形状に高屈折率化することに
より形成している。入力信号光光源5から出射された入
力信号光および励起用光源6より出射された励起用光、
各々信号光用コア1からなる信号光用導波路および励起
光用コア2からなる励起用導波路に導入する。導入され
た励起用光は、励起光用コア2が信号光用コア1に結合
する方向性結合部分で、入力信号光に結合した後、増幅
部コア3からなる導波型増幅部に導波する。導波路型増
幅部に導波した信号光は、結合している励起用光が希土
類元素ドープされたガラス基板4の希土類元素を励起す
ることにより増幅され、強度を強められる。
The amplifying section core 3 is formed by increasing the refractive index of a part of the glass substrate 4 doped with rare earth into a waveguide shape. The input signal light emitted from the input signal light source 5 and the excitation light emitted from the excitation light source 6,
They are introduced into a signal light waveguide composed of a signal light core 1 and a pumping waveguide composed of a pumping light core 2, respectively. The introduced pumping light is a directional coupling portion in which the pumping light core 2 is coupled to the signal light core 1, and after being coupled to the input signal light, is guided to the waveguide type amplification section including the amplification section core 3. To do. The signal light guided to the waveguide type amplifying section is amplified by the excitation light that is coupled to the rare earth element of the glass substrate 4 doped with the rare earth element, and is thus amplified.

【0013】入力信号として1.55μm帯の光を用い
る場合は、ガラス基板4にドープする希土類としてEr
を用い、励起光として0.98μm帯の光を用いること
により、光増幅を実現することができる。また、入力信
号として1.0μm帯の光を用いる場合は、ガラス基板
4にドープする希土類としてNd,Er(のイオン)を
用い、励起光として0.8nm帯の光を用いることによ
り、光増幅作用を得ることができる。
When light in the 1.55 μm band is used as an input signal, Er is used as a rare earth element to be doped in the glass substrate 4.
And the light of 0.98 μm band is used as the excitation light, it is possible to realize optical amplification. When 1.0 μm band light is used as the input signal, Nd and Er (ions) are used as the rare earth element doped in the glass substrate 4, and 0.8 nm band light is used as the excitation light to perform optical amplification. The action can be obtained.

【0014】ここで、希土類を添加について述べる。希
土類を一定の濃度に添加されたガラスは、この希土類が
持つ基底準位より大きいエネルギーを持つ光を受けて内
部に反転分布を形成し、誘導放出による光増幅を生じさ
せる。添加する希土類としてエルビウムを用いたガラス
の場合、0.98μmもしくは1.48μmの励起光に
より、1.5μm近傍の緩和発光が生じるので、1.5
μm帯である光通信の信号光を受けて誘導放出が生じ、
この信号光を増幅する。このようなガラスに導波路形状
の高い屈折率領域を形成すると、信号光は高屈折領域に
閉じ込められるので、さらに効率的な光増幅が実現し、
信号光は、高屈折領域を伝搬しつつ同時に増幅されるこ
とになる。
Here, the addition of rare earth elements will be described. The glass to which the rare earth is added to a certain concentration receives light having an energy higher than the ground level of the rare earth and forms a population inversion inside, which causes optical amplification by stimulated emission. In the case of a glass using erbium as the rare earth to be added, relaxation light in the vicinity of 1.5 μm occurs due to excitation light of 0.98 μm or 1.48 μm.
Stimulated emission occurs when receiving the signal light of optical communication in the μm band,
This signal light is amplified. When a high refractive index region with a waveguide shape is formed in such glass, signal light is confined in the high refractive region, so more efficient optical amplification is realized,
The signal light propagates through the high refraction region and is simultaneously amplified.

【0015】高屈折率化は、希土類を添加したガラス基
板の所望部分へのイオン注入またはイオン交換により行
うことができる。このようにして形成した光増幅器は、
減衰したパワーを適宜補うために必要不可欠ではある
が、利得と同時にノイズも発生するため、伝送距離の中
での適用領域は、必要最小限に制限する必要がある。し
たがって、増幅部以外の導波路は、石英系の伝搬損失の
小さい材料であることが望ましい。希土類元素がドープ
された材料では、伝搬損失の増加を免れない。したがっ
て、仮にこのような基板上に形成した高屈折率化部分を
通常の導波路として用いようとすると、伝搬損失の大き
さが問題となる。
The high refractive index can be obtained by ion implantation or ion exchange into a desired portion of the glass substrate to which the rare earth is added. The optical amplifier formed in this way is
Although it is indispensable for appropriately supplementing the attenuated power, noise is generated at the same time as the gain, so that the applicable area within the transmission distance must be limited to the necessary minimum. Therefore, it is desirable that the waveguides other than the amplifying section are made of a silica-based material having a small propagation loss. A material doped with a rare earth element cannot avoid an increase in propagation loss. Therefore, if the high refractive index portion formed on such a substrate is used as an ordinary waveguide, the magnitude of the propagation loss becomes a problem.

【0016】例えば、基板の部分的な高屈折率化という
方法で光増幅器と導波路とを、同一の基板上に集積した
デバイスでは、損失の面で充分な性能が得にくい。導波
路部分を希土類がドープされていないシリカガラスで形
成し、増幅部分と端面を貼り合わせる方法を用いれば、
導波路部分での伝搬損失は低減できるものの、結合損失
が生じるため根本的な改善にはならない。
For example, in a device in which an optical amplifier and a waveguide are integrated on the same substrate by a method of partially increasing the refractive index of the substrate, it is difficult to obtain sufficient performance in terms of loss. If the waveguide part is made of silica glass that is not doped with rare earths, and the amplification part and the end face are bonded together,
Although the propagation loss in the waveguide portion can be reduced, it is not a fundamental improvement because coupling loss occurs.

【0017】以上のことに対し、化学的気相堆積(CV
D)法,火炎堆積(FHD)法,スパッタ法、蒸着法な
どの成膜法を用いれば、純度の高い石英膜を形成するこ
とができる。このような方法によれば、形成する石英膜
中に、ボロン,燐などの不純物も所定の濃度に制御性良
く添加することも可能であるので、コアとクラッドに屈
折率差をつけることが容易であり、極めて伝搬損失の低
い光導波路を形成することが可能となる。
In view of the above, chemical vapor deposition (CV)
A high-purity quartz film can be formed by using a film forming method such as the D) method, the flame deposition (FHD) method, the sputtering method, or the vapor deposition method. According to such a method, it is possible to add impurities such as boron and phosphorus to a predetermined concentration in the formed quartz film with good controllability, so that it is easy to provide a refractive index difference between the core and the clad. Therefore, it becomes possible to form an optical waveguide having extremely low propagation loss.

【0018】上述したような成膜方法においては、原料
ガス,スパッタターゲット,蒸着源に希土類を添加する
ことより、光増幅部を形成することも可能であり、添加
物を変えた2種類の材料による導波路を、基板の表面で
結合させることにより、導波路と増幅部の集積が可能と
なる。しかし、希土類を一定濃度以上に添加すると、い
ずれの成膜方法においても、析出などの劣化が生じるの
で、希土類の添加量は1%程度となる。このような濃度
では、充分なゲインが得られないので、増幅用の光導波
路は、長尺化せざるを得ず、大型化,複雑化を免れな
い。
In the film forming method as described above, it is possible to form the optical amplifying portion by adding a rare earth element to the raw material gas, the sputtering target and the vapor deposition source, and two kinds of materials with different additives are used. The waveguide and the amplification section can be integrated by coupling the waveguide according to (1) on the surface of the substrate. However, if the rare earth is added at a certain concentration or more, deterioration such as precipitation occurs in any of the film forming methods. Therefore, the amount of the rare earth added is about 1%. At such a concentration, a sufficient gain cannot be obtained, so that the amplification optical waveguide has to be made long, and it is unavoidable that the amplification optical waveguide becomes large and complicated.

【0019】これらに対し、希土類を高い濃度でドープ
したガラス基板に、イオン交換,イオン注入などの高屈
折率化により増幅部を形成し、導波路部を前述した成膜
方法で形成すれば、一つの基板上に高いゲインをもつ光
増幅器と、低い伝搬損失をもつ導波路とを、1つの基板
上に集積することができる。ところで、増幅部と導波路
部の境界で信号を漏洩させないために、成膜によるコア
の中心点と、増幅部の深さ方向の中心点とは一致させる
必要がある。これは、あらかじめ、導波路形成領域の基
板を必要な分だけ掘り下げておくことよって、この構造
は実現する。基板を掘り下る量は、コアの高さであり、
下クラッドを用いる場合は下クラッド底部からコアの上
部まで、下クラッドを用いない場合はコアの単独の高さ
がこの量に相当する。
On the other hand, by forming an amplifying portion on a glass substrate doped with rare earth at a high concentration by increasing the refractive index such as ion exchange or ion implantation, and forming the waveguide portion by the above-described film forming method, An optical amplifier having high gain and a waveguide having low propagation loss can be integrated on one substrate on one substrate. By the way, in order to prevent signals from leaking at the boundary between the amplification section and the waveguide section, it is necessary to make the center point of the core formed by film formation coincide with the center point in the depth direction of the amplification section. This is achieved by previously digging the substrate in the waveguide formation region by the required amount. The amount of digging into the board is the height of the core,
This amount corresponds to the height from the bottom of the lower clad to the upper part of the core when the lower clad is used, and the height of the core alone when the lower clad is not used.

【0020】つぎに、図1の導波路型光増幅器の製造方
法について説明する。図2(a),(b),(c)およ
び図3(a),(b),(c),(d),(e)は、本
実施の形態における製造工程例の一部を模式的に示す斜
視図である。まず、図2(a)に示すように、Erを2
〜4wt%ドープした結晶化ガラスからなるガラス基板
4を用意し、図2(b)に示すように、ガラス基板4の
表面を一部エッチングで削り取り段差を形成する。
Next, a method of manufacturing the waveguide type optical amplifier of FIG. 1 will be described. 2 (a), (b), (c) and FIGS. 3 (a), (b), (c), (d), (e) schematically illustrate a part of the manufacturing process example in the present embodiment. It is a perspective view which shows typically. First, as shown in FIG.
A glass substrate 4 made of crystallized glass doped with ˜4 wt% is prepared, and as shown in FIG. 2B, the surface of the glass substrate 4 is partially etched to form a step.

【0021】つぎに図2(c)に示すように、段差を形
成したガラス基板4の上にフォスフォボロシリケートガ
ラス(BPSG)をCVD法で堆積し、下クラッド層1
4を形成する。引き続いて、図3(a)に示すように、
下クラッド層14上にフォスフォゲルマニウムガラス
(GPSG)をCVD法で堆積し、コア層15を形成す
る。この際、下クラッド層14の屈折率は、コア層15
の屈折率より小さくなるように、添加されているボロ
ン,燐,ゲルマニウムの濃度を調整する。
Next, as shown in FIG. 2 (c), a phosphoborosilicate glass (BPSG) is deposited on the glass substrate 4 having the step formed by the CVD method, and the lower clad layer 1 is formed.
4 is formed. Subsequently, as shown in FIG.
Phosphogermanium glass (GPSG) is deposited on the lower cladding layer 14 by the CVD method to form the core layer 15. At this time, the refractive index of the lower clad layer 14 is
The concentration of added boron, phosphorus, and germanium is adjusted so that it becomes smaller than the refractive index of.

【0022】堆積形成した下クラッド層14とコア層1
5とに800〜900℃台のアニール処理を施した後、
図3(b)に示すように、これらを公知のフォトリソグ
ラフィ技術とエッチング技術(RIE)によりパターニ
ングする。この際、コア層15には、信号用コア1と励
起用コア2が方向性結合器を構成するように、パターニ
ングを施す。
Deposited lower clad layer 14 and core layer 1
After an annealing treatment of 800 to 900 ° C. for 5 and
As shown in FIG. 3B, these are patterned by a known photolithography technique and etching technique (RIE). At this time, the core layer 15 is patterned so that the signal core 1 and the excitation core 2 form a directional coupler.

【0023】つぎに、スパッタ法によりTi膜を全面に
形成した後、このチタン膜を公知のフォトリソグラフィ
技術とエッチング技術とによりパターニングし、図3
(c)に示すように、ガラス基板4の段差上部にチタン
パターン16を形成する。チタンパターン16は、信号
光用コア1の延長線上に配置する。次いで、これらを数
時間800〜900℃に加熱し、チタンパターン16よ
りガラス基板4の段差上部にチタンを拡散させ、この後
チタンパターン16を除去する。このことにより、図3
(d)に示すように、チタニウムが拡散することで高屈
折率化した増幅部コア3が、ガラス基板4の段差上部に
形成された状態とする。
Next, after a Ti film is formed on the entire surface by a sputtering method, the titanium film is patterned by a well-known photolithography technique and etching technique.
As shown in (c), the titanium pattern 16 is formed on the step of the glass substrate 4. The titanium pattern 16 is arranged on an extension of the signal light core 1. Next, these are heated to 800 to 900 ° C. for several hours to diffuse titanium from the titanium pattern 16 to above the step of the glass substrate 4, and then the titanium pattern 16 is removed. As a result, FIG.
As shown in (d), the amplification section core 3 having a high refractive index due to the diffusion of titanium is formed on the step portion of the glass substrate 4.

【0024】上述したチタニウムの拡散深さは、拡散時
間と温度で決まるが、一例として5.5μm高さの導波
路型増幅部を形成する場合、800℃で5〜6時間の拡
散時間で所要の深さまで高屈折率化できる。最後に、図
3(e)に示すように、信号光用コア1および励起光用
コア2を覆うようにフォスフォボロシリケートガラス
(BPSG)を堆積して上クラッド層17を形成して完
成する。この際、上クラッド層17の屈折率が、各導波
路のコアの屈折率より低くなるように、ボロン,燐,ゲ
ルマニウムの濃度を調整する。
The above-mentioned diffusion depth of titanium is determined by the diffusion time and temperature. As an example, in the case of forming a waveguide type amplifying portion having a height of 5.5 μm, the diffusion time at 800 ° C. is required for 5 to 6 hours. The refractive index can be increased to the depth of. Finally, as shown in FIG. 3E, a phosphoborosilicate glass (BPSG) is deposited so as to cover the signal light core 1 and the excitation light core 2, and the upper clad layer 17 is formed to complete the process. . At this time, the concentrations of boron, phosphorus and germanium are adjusted so that the refractive index of the upper cladding layer 17 becomes lower than the refractive index of the core of each waveguide.

【0025】なお、上述では、CVD法により各層を堆
積形成するようにしたが、これに限るものではなく、ス
パッタ法、火炎堆積法でもよく、また、液体材料を塗布
することで形成してもよい。また、この上述では、コア
としてGPSG、クラッドとしてBPSGを用いてるよ
うにしたが、この組み合わせに限るものではなく、コア
としてSiONを用い、クラッドとしてSiO2を用い
るようにしても同様である。
In the above description, the respective layers are deposited and formed by the CVD method, but the present invention is not limited to this, and a sputtering method or a flame deposition method may be used, or a liquid material may be applied to form the layers. Good. Further, in the above description, GPSG is used as the core and BPSG is used as the clad, but the present invention is not limited to this combination, and the same applies when SiON is used as the core and SiO 2 is used as the clad.

【0026】また、上述した実施の形態では、下クラッ
ド層を形成しているが、ガラス基板4の屈折率がコア材
料より低く、光の閉じ込めが可能な場合は、必ずしも下
クラッドを用いる必要はない。また、上述では、上クラ
ッド層17を形成しているが、マルチモード伝搬が許さ
れる仕様であれば、必ずしも上クラッドは必要ない。ま
た、この上述した実施の形態では、800℃以上の高温
アニールやTi拡散を必要とするため、高温耐性のある
結晶化ガラスを用いているが、必ずしも結晶化ガラスを
用いる必要はない。
In the above-described embodiment, the lower clad layer is formed. However, when the glass substrate 4 has a lower refractive index than the core material and light can be confined, it is not always necessary to use the lower clad. Absent. Further, although the upper clad layer 17 is formed in the above description, the upper clad layer 17 is not necessarily required if the specifications allow multimode propagation. Further, in the above-described embodiment, since the high temperature annealing at 800 ° C. or higher and the Ti diffusion are required, the crystallized glass having high temperature resistance is used, but the crystallized glass is not necessarily used.

【0027】例えば、高温処理を必要としない光CVD
法を用いる場合、希土類をドープしたソーダガラスを用
いることができる。この場合は、導波路型光増幅部3の
形成の際、所望する形状のみを開口部としてその他の部
分をSiO2薄膜などで覆い、KOHなどのカリウム溶
解液に浸潤してソーダガラス中のナトリウムをカリウム
に置換することにより、増幅部コア3となる高屈折率化
部を得ることができる。また、上述した実施の形態で
は、ガラス基板4にドープする希土類としてErを用い
ているが、必ずしもErである必要はなく、Yb,Nb
あるいはこれらの組み合わせを用いても構わない。
For example, photo-CVD which does not require high temperature treatment.
When using the method, soda glass doped with rare earth can be used. In this case, when forming the waveguide type optical amplifying section 3, only the desired shape is used as an opening and the other portions are covered with a SiO 2 thin film or the like, and the solution is soaked in a potassium solution such as KOH to dissolve sodium in soda glass. By substituting potassium for potassium, it is possible to obtain a high-refractive-index portion that will become the amplification portion core 3. Further, in the above-described embodiment, Er is used as the rare earth element to be doped into the glass substrate 4, but it is not necessarily Er and Yb, Nb.
Alternatively, a combination of these may be used.

【0028】また、上記実施の形態では、光増幅器集積
型導波路の例として励起用導波路を用いているが、必ず
しも導波路形状にする必要はない。例えば、図3(a)
に示すように、増幅部コア3からなる導波型増幅器上部
から、励起光を照射することで、導波路型増幅器を導波
する信号光を増幅するようにしてもよい。また、図3
(b)に示すように、入力信号光光源5から出射された
入力信号光と励起用光源6から出射された励起用光と
を、3dBカプラー31を用いて結合させ、この結合し
た入力信号を導入させるようにしてもよい。
Further, in the above-mentioned embodiment, the pumping waveguide is used as an example of the optical amplifier integrated type waveguide, but it is not always necessary to make the waveguide shape. For example, FIG.
As shown in, the signal light guided through the waveguide amplifier may be amplified by irradiating the pumping light from the upper portion of the waveguide amplifier including the amplification unit core 3. Also, FIG.
As shown in (b), the input signal light emitted from the input signal light source 5 and the excitation light emitted from the excitation light source 6 are combined using the 3 dB coupler 31, and the combined input signal is You may make it introduce.

【0029】ここで、図1に示した本実施の形態におけ
る光増幅器集積型光導波路の増幅ゲインは、3dB/c
mであり、導波路の伝搬損失は0.1dB/cmであっ
た。この光増幅器集積型光導波路を応用して入力信号用
導波路をアレイドウェーブガイドグレーティング(AW
G)とし、各チャネル毎に導波路型増幅部を配した例を
図4に示す。この構成では、AWGの長さを5cm、導
波路型増幅部の長さを2cmとすることによって、AW
Gの挿入損失を打ち消すゲインを得ることができ、挿入
損失のない光増幅器集積型AWGを得ることができた。
以上説明したように、本実施の形態によれば、挿入損失
のない小型の光増幅器集積型光導路を得ることができ
る。
Here, the amplification gain of the optical amplifier integrated optical waveguide in the present embodiment shown in FIG. 1 is 3 dB / c.
m, and the propagation loss of the waveguide was 0.1 dB / cm. An optical waveguide integrated with an arrayed waveguide grating (AW) is applied by applying this optical amplifier integrated optical waveguide.
FIG. 4 shows an example in which a waveguide type amplifier is arranged for each channel as G). In this configuration, the length of the AWG is 5 cm, and the length of the waveguide type amplifier is 2 cm.
A gain that cancels the insertion loss of G can be obtained, and an optical amplifier integrated AWG without insertion loss can be obtained.
As described above, according to the present embodiment, it is possible to obtain a compact optical amplifier integrated optical path with no insertion loss.

【0030】[0030]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
小型で挿入損失のない光増幅器集積型光導波路が提供で
きるというすぐれた効果が得られる。
As described above, according to the present invention,
The excellent effect that an optical amplifier integrated type optical waveguide having a small size and no insertion loss can be provided is obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明の実施の形態における光増幅器集積型
導波路の構成例を示す斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing a configuration example of an optical amplifier integrated waveguide according to an embodiment of the present invention.

【図2】 本実施の形態における製造工程例の一部を模
式的に示す斜視図である。
FIG. 2 is a perspective view schematically showing a part of the manufacturing process example in the present embodiment.

【図3】 図2に続く、本実施の形態における製造工程
例の一部を模式的に示す斜視図である。
FIG. 3 is a perspective view schematically showing a part of the manufacturing process example in the present embodiment, following FIG. 2;

【図4】 本発明の他の形態における光増幅器集積型導
波路の構成例を示す斜視図である。
FIG. 4 is a perspective view showing a configuration example of an optical amplifier integrated waveguide according to another embodiment of the present invention.

【図5】 本発明の他の形態における光増幅器集積型導
波路の構成例を示す斜視図である。
FIG. 5 is a perspective view showing a configuration example of an optical amplifier integrated waveguide according to another embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…信号光用コア、2…励起光用コア、3…増幅部コ
ア、4…ガラス基板、5…入力信号光光源、6…励起用
光源。
1 ... Signal light core, 2 ... Excitation light core, 3 ... Amplifier core, 4 ... Glass substrate, 5 ... Input signal light source, 6 ... Excitation light source.

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 段差下部と段差上部とが形成されて希土
類が添加されたガラス基板と、 前記ガラス基板の前記段差下部上に、一端が前記段差下
部と段差上部との段差部に向かって形成された信号光用
導波路を構成する信号光用コアと、 前記段差上部内に、前記信号光用コアの延長線上に配置
され、前記段差上部より添加物を拡散することで周囲よ
り高屈折率化した増幅部コアとを備え、 前記信号光用コアと前記増幅部コアとは、互いの一端の
端面が対向するように配置されていることを特徴とする
光増幅器集積型導波路。
1. A glass substrate having a step lower portion and a step upper portion formed therein and a rare earth element added thereto, and one end formed on the step lower portion of the glass substrate toward a step portion between the step lower portion and the step upper portion. And a signal light core forming a signal light waveguide, which is arranged on an extension of the signal light core in the upper part of the step and has a higher refractive index than the surroundings by diffusing the additive from the upper part of the step. An optical amplifier integrated waveguide, comprising: an amplified amplification unit core, wherein the signal light core and the amplification unit core are arranged such that end surfaces of one ends thereof face each other.
【請求項2】 請求項1記載の光増幅器集積型導波路に
おいて、 前記希土類はErであることを特徴とする光増幅器集積
型導波路。
2. The optical amplifier integrated waveguide according to claim 1, wherein the rare earth element is Er.
【請求項3】 請求項1記載の光増幅器集積型導波路に
おいて、 前記希土類はYbであることを特徴とする光増幅器集積
型導波路。
3. The optical amplifier integrated waveguide according to claim 1, wherein the rare earth element is Yb.
【請求項4】 請求項1記載の光増幅器集積型導波路に
おいて、 前記希土類はErとYbであることを特徴とする光増幅
器集積型導波路。
4. The optical amplifier integrated waveguide according to claim 1, wherein the rare earth elements are Er and Yb.
【請求項5】 請求項1記載の光増幅器集積型導波路に
おいて、 前記ガラス基板は、結晶化ガラスから構成されたもので
あることを特徴とする光増幅器集積型導波路。
5. The optical amplifier integrated waveguide according to claim 1, wherein the glass substrate is made of crystallized glass.
【請求項6】 請求項1記載の光増幅器集積型導波路に
おいて、 前記段差上部の面は、前記信号光用コアの上部平面と実
質的に同一の平面を共有することを特徴とする光増幅器
集積型導波路。
6. The optical amplifier integrated waveguide according to claim 1, wherein the upper surface of the step shares substantially the same plane as the upper plane of the signal light core. Integrated waveguide.
【請求項7】 請求項1記載の光増幅器集積型導波路に
おいて、 前記ガラス基板の前記段差下部上に、一端が前記信号光
用コアからなる信号光用導波路に方向性結合する励起用
導波路を構成する励起光用コアを備えたことを特徴とす
る光増幅器集積型導波路。
7. The optical amplifier integrated waveguide according to claim 1, wherein one end of the excitation waveguide is directionally coupled to the signal light waveguide having the signal light core on the lower portion of the step of the glass substrate. An optical amplifier integrated waveguide comprising a pumping light core forming a waveguide.
【請求項8】 請求項1記載の光増幅器集積型導波路に
おいて、 前記信号光用コアは、化学的気相堆積法,スパッタ法,
蒸着法,火炎堆積法,塗布法のいずれかの方法により形
成した膜を加工したものであることを特徴とする光増幅
器集積型導波路。
8. The optical amplifier integrated waveguide according to claim 1, wherein the signal light core is formed by a chemical vapor deposition method, a sputtering method,
An optical amplifier integrated waveguide characterized by processing a film formed by any one of a vapor deposition method, a flame deposition method, and a coating method.
【請求項9】 請求項1記載の光増幅器集積型導波路に
おいて、 前記増幅部コアは、前記ガラス基板の段差上部の上面よ
りチタニウムを拡散させることで形成したものであるこ
とを特徴とする光増幅器集積型導波路。
9. The optical amplifier integrated waveguide according to claim 1, wherein the amplifier core is formed by diffusing titanium from an upper surface of a step upper portion of the glass substrate. Amplifier integrated waveguide.
【請求項10】 請求項1記載の光増幅器集積型導波路
において、 前記増幅部コアは、イオン交換法により形成したもので
あることを特徴とする光増幅器集積型導波路。
10. The optical amplifier integrated waveguide according to claim 1, wherein the amplifier core is formed by an ion exchange method.
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