JP2004095839A - Waveguide optical amplifier and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、平面型導波路を用いた導波路型光増幅器及びその製造方法に関し、特にガラスからなる導波路中に希土類を添加することで光増幅作用を備えた導波路型光増幅器及びその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
光増幅器は、電気回路を通さずに光を直接増幅し、しかも広い波長範囲に渡って増幅するため、近年の長距離の波長多重通信において非常に重要なデバイスとなっている。現在は、エルビウム等の希土類元素を添加したファイバーを用いた光増幅器が主に使われており、高い増幅利得や低いノイズ特性などを有した高品質のものが提供されている。
【0003】
このような中で、より小型化を目指して平面光導波路に希土類元素を添加した光増幅器が開発されるようになってきており、より高い利得とより広い増幅帯域を目指した光増幅器の開発が行われている。光増幅器では、外部から励起光を光増幅部に導入して希土類の電子を励起し、信号光で励起した電子を緩和させて誘導放出により元の信号光の強度を増大することで、光信号を増幅している。
【0004】
従って、光増幅器の小型化と高利得化を両立させるためには、添加する希土類元素の濃度を大きくすればよい。すなわち、効率よく利得を大きくするためには、より多くの励起準位を導波路の中に設ければよく、従って、励起準位を作る源となるエルビウム等の希土類元素をより多く導波路内に導入することで、小型化と高利得化とが両立できるようになる。
【0005】
ところが、希土類は、高濃度に導波路ガラス内に添加された場合に、クラスター化する特性がある。希土類がクラスター化すると、励起準位が変化し、所望の波長での励起に寄与する希土類元素の数が実質的に減少し、増幅利得が低下する。このため、小型化と高利得化とを両立させるためには、クラスター化を抑制した状態で、導波路ガラス内の希土類濃度を高くすればよいことになる。
【0006】
光増幅器に要求される重要な特性として、高い利得とともに、増幅波長帯域が広いことがあげられる。波長多重通信においては、例えば0.8nm間隔で40種の波長の光信号が使用され、合計で32nmの波長帯域が使用されていることになる。このような波長多重通信で用いられる光増幅器では、32nm以上の範囲の帯域で利得を増幅する機能が要求される。
【0007】
ここで、添加された希土類のクラスター化抑制と光増幅器の広帯域化のために、導波路ガラスに希土類以外の元素を導入した例が報告されている(文献1:特開平9−105965号公報)。文献1においては、希土類以外の少なくとも2つの元素を導波路のコアに添加している。この2つの元素は、LaやAlやGaなどの、IIIB属,IVB属,IIIA属の元素である。これらの元素は、希土類元素と同時にコア中に存在することにより、希土類のクラスター化を抑制し、励起準位をブロードにして増幅波長帯域を拡大する効果が得られる。これらの元素は、コア中に均一に添加されている。
【0008】
また、希土類元素が添加された層をコアの中心部に一層形成し、また、希土類元素が添加された複数の層をコア内に形成することで、広帯域化と高い増幅効果とを得ようとする技術も提案されている(文献2:特許2842954号)。文献2に示された技術においては、クラスター化の抑制や広帯域化のための助成ドーパントも希土類元素添加層に添加しており、この上下の隣接層には、希土類元素も助成元素も導入しない。文献2には、希土類元素添加層の厚さは0.5μm程度から1.5μm程度であることが示されている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、より多くの機能をより小型な装置で実現することが要求されている中で、上述した光増幅器も、より小型化することが要求されている。上述したような導波路型の光増幅器では、導波路方向の単位長さ当たりの利得をより大きくすることで光増幅器を短く小型化するようにしている。このように、近年の小型化の要求に対応するためには、光増幅器のさらなる高利得化が必要となっている。
【0010】
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、導波路型の光増幅器においてより高い利得が得られるようにすることを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る導波路型光増幅器は、基板上に形成されたクラッドと、このクラッド中に配置されたコアとから構成され、コアは、クラッドと屈折率が異なる材料から構成された第1の層と、クラッドと屈折率が異なる材料から構成され希土類元素が添加された第2の層とが交互に積層された積層構造体であり、第2の層は、数十原子層例えば50原子層以下の厚さに形成されたものである。ここで、1原子層は、希土類元素一つ分の厚さとなる。
この導波路型光増幅器によれば、希土類元素がコアの膜厚方向に離散的に存在し、原子層レベルで薄く形成された第2の層内では、この層の膜厚方向におけるクラスター化が抑制される。
【0012】
上記導波路型光増幅器において、第2の層の厚さは、より薄く例えば1〜15原子層,より望ましくは1原子層と、数原子層以下に形成されていれば、より高いクラスター化の抑制効果が期待できる。希土類元素が添加された第2の層全てについてこの厚さを数十原子層また波数原子層以下にしてもよいが、少なくとも1つの第2の層についてこの厚さを上述したようにしてもよい。
【0013】
また、上記導波路型光増幅器において、コアにおける希土類元素の平均濃度分布は、少なくともコアの高さ方向、すなわち第1,第2の層の積層方向において、コアの中心ほど濃度が高く、さらには、コアを導波する光の強度分布に対応するようにしてもよい。なお、上述した希土類元素の平均濃度分布は、コアの任意の点を中心とした所定の範囲内における平均濃度をいい、例えば、コアの厚さ方向において、任意の点を含む複数層(第1,第2の層を含む)における希土類元素の平均濃度をいう。
【0014】
このような分布とするために、例えば、第1の層が、コアの中心部からはなれるほど厚く形成されているようにしてもよく、第2の層が、コアの中心部から離れるほど第2の層に添加された希土類元素の濃度が低く形成されているようにしてもよく、また、第2の層が、コアの中心部からはなれるほど薄く形成されているようにしてもよい。
【0015】
上記導波路型光増幅器において、コアに添加された希土類元素のクラスター化を抑制する機能、または、コアに添加された希土類元素を励起光で励起して信号光を増幅するときの増幅帯域を広げる機能の何れか一方もしくは両方を備えた元素からなる修正元素が、コアに添加されているようにしてもよく、修正元素が、第2の層のみに添加されているようにしてもよい。なお、修正元素は、Al,B,Ga,In,Ge,Sn,Bi,N,P,Ybの少なくとも何れか1つである。
【0016】
上記、導波路型光増幅器において、第1の層の中に配置され、第2の層に添加されている希土類元素の拡散を防止する元素から構成された拡散防止層を備えるようにしてもよく、拡散防止層が、第2の層に接して設けられているようにしてもよい。この拡散防止層は、酸化アルミニウム,窒化シリコン,酸窒化シリコンの少なくとも何れか1つから構成されたものであればよい。
また、上記導波路型光増幅器において、希土類元素は、Er,Tm,Pr,Ndの少なくとも何れか1つであり、また、コアの主な成分は、酸化シリコン,酸化アルミニウム,酸化ビスマスの少なくとも何れか1つを含むものであり、また、第2の層の主な成分は、リン酸ガラス,希土類の酸化物,希土類元素の何れか1つである。
【0017】
本発明に係る導波路型光増幅器の製造方法は、基板上に下クラッドを形成する工程と、下クラッド上に、コアの主たる成分を含む第1のターゲットと、希土類元素を含む第2のターゲットと、修正元素を含む第3のターゲットとを用い、第2のターゲット及び第3のターゲットのスパッタ状態を変化させるスパッタリング法,イオンプレーティング法,蒸着法の何れかにより、コアの主たる成分からなる第1の層と希土類元素が添加された第2の層とが交互に積層された積層構造体からなり、修正元素が添加されたコアを形成する工程と、下クラッド及びコア上に上クラッドを形成する工程とを備え、前記第2の層を数十原子層例えば50原子層以下の厚さに形成するようにしたものである。
上記導波路型光増幅器の製造方法において、第2のターゲットと第3のターゲットは、希土類元素と修正元素を同時に含むターゲットとしてもよい。
【0018】
また、本発明の他の形態のおける導波路型光増幅器の製造方法は、基板上に下クラッドを形成する工程と、下クラッド上に、コアの主たる成分を含む第1のソースガスと、希土類元素を含む第2のソースガスと、修正元素を含む第3のソースガスとを導入する化学的気相成長法により、コアの主たる成分からなる第1の層と、希土類元素が添加された数十原子層以下の第2の層とが交互に積層された積層構造体からなり、修正元素が添加されたコアを形成する工程と、下クラッド及びコア上に上クラッドを形成する工程とを備えたものである。
【0019】
【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。
<実施の形態1>
図1(a)は本発明の第1実施の形態における導波路型光増幅器の構成例を概略的に示す模式的な断面図である。この導波路型光増幅器は、基板1上に形成された下クラッド2,幅及び高さを2μm程度とされたコア3,及びコア3を覆うように形成された上クラッド4から構成され、コア3を含む領域にはコア3内を伝搬する信号光を増幅するための希土類元素が添加されている。コア3の屈折率は下クラッド2及び上クラッド4よりも大きく、基板1の平面に平行な方向に延在している。
【0020】
また、本実施の形態では、図1(b)の部分的な拡大図に示すように、コア3を、Erを含む例えば膜厚が1原子層の希土類含有層(第2の層)301と、希土類元素を含まない例えば膜厚が4原子層の希土類非含有層(第1の層)302との積層構造とした。希土類含有層301は、例えば、シリカ系材料に希土類としてErを添加した場合、膜厚0.3nmとなる。添加されているErの濃度は、希土類含有層301を構成しているシリコンに対し、5%程度である。また、希土類非含有層302は、例えば、シリカ系材料からなる場合、膜厚1.5nmの層となる。また、コア3全体におけるErの平均濃度は、1×1020原子/cm3程度である。
【0021】
本実施の形態における図1の導波路型光増幅器によれば、導波路利得が、1.2dB/cmであった。従来の、コア内に均一にErを添加した場合では、導波路利得が1dB/cmであったので、図1の導波路型光増幅器によって導波路利得の向上が得られたことになる。
なお、基板1は、例えばシリコン単結晶から構成され、下クラッド2は、膜厚15μm程度のシリコン酸化膜から構成され、上クラッド4は、例えば、膜厚10μm程度のホウ素とリンとが添加された酸化シリコン(BPSG)から構成されたものである。
【0022】
本実施の形態では、極薄い希土類含有層301と希土類非含有層302との積層体でコア3を構成することで、コア3に添加されている希土類元素(Er)のクラスター化を抑制し、効率よく光増幅を行わせるようにしたものである。
希土類含有層301の厚さを1原子程度にし、他の希土類含有層301との間に希土類元素を添加していない希土類非含有層302を挟むことにより、コア3の膜厚方向での希土類原子間に距離を設け、クラスター化を低減するようにした。
【0023】
なお、希土類非含有層302の厚さは、4原子層程度あれば、希土類含有層301に添加されている希土類が拡散して希土類非含有層302内にしみ出してきても、これらが希土類非含有層302中でクラスター化するのを抑制できる。また、製造過程において、希土類非含有層302にも微量の希土類が混入する場合があるが、微量の希土類が希土類非含有層302中に存在していてもこの濃度は非常に小さいため、クラスター化することはほとんど無く、問題はない。
【0024】
ところで、希土類含有層301に添加する希土類は、Erに限るものではなく、ツリウム(Tm)、プラセオジウム(Pr)、ネオジウム(Nd)等、励起放射による信号光の増幅作用のある元素であってもよい。また、これらを複数組み合わせたものが、希土類含有層に添加されているようにしてもよい。
【0025】
なお、本実施の形態においては、希土類含有層301と希土類非含有層302の膜厚は、各々1原子層と4原子層として説明したが、これに限るものではなく、例えば、希土類含有層301が2原子層、希土類非含有層302が8原子層程度であってもよい。また、希土類含有層301の面方向の希土類元素濃度は、均一である必要はなく、変化していてもよい。また、上述した各寸法は一例であり、これらに限るものではない。
【0026】
クラスター化抑制の効果は、希土類含有層301の一層の厚み方向の原子数が少ないほど大きい。従って、理論的には、希土類含有層301の厚さを1原子層とした場合が、クラスター化抑制の効果が最も高い。
ところで、膜厚が1原子層となる条件で希土類含有層301を形成しても、現状の製造技術では、5原子層程度となる場合もある。このように、希土類含有層301は、実質的には、数原子層程度の形成されるものとなる。
【0027】
ただし、希土類含有層301を数原子層に形成することは、現状の製造技術上では量産に向かない。希土類含有層301を厚くすれば、クラスター化抑制の効果が低減するが、現状の製造技術において、希土類含有層301の厚さが50原子層程度であれば、困難無く、上述した積層構造を量産することが可能であり、かつ、クラスター化抑制の効果による利得の向上も得られる。例えば、希土類含有層を50原子層としたとき、導波路利得は1.01dB/cmであった。
【0028】
<実施の形態2>
つぎに、本発明の他の実施の形態について説明する。図1に示した導波路型光増幅器では、複数の希土類含有層301及び複数の希土類非含有層302の各々の膜厚は、コア3内において各々均一としが、これに限るものではなく、各々異なるようにしてもよい。以下、複数の希土類含有層301及び複数の希土類非含有層302の各々の膜厚が、コア3内において変化するようにした例について説明する。
【0029】
図2(a)は、本発明の他の実施の形態における導波路型光増幅器の構成例を概略的に示す模式的な断面図であり、図2(b)は、コア3を拡大して示す断面図である。この導波路型光増幅器は、基板1の上に形成された下クラッド2,幅及び高さを2μm程度とされたコア3,及びコア3を覆うように形成された上クラッド4から構成され、コア3を含む領域にはコア3内を伝搬する信号光を増幅するための希土類元素が添加されている。コア3の屈折率は下クラッド2及び上クラッド4よりも大きく、基板1の平面に平行な方向に延在している。
【0030】
また、本実施の形態では、図2(b)の部分的な拡大図に示すように、コア3を、Erを含む例えば膜厚が1原子層の希土類含有層301と、希土類元素を含まない希土類非含有層302との積層構造とし、コア3の上下方向の両端に行くほど、希土類非含有層302の膜厚を厚くした。このように希土類非含有層302の厚さ、すなわち希土類含有層301同士の間隔を異ならせたことにより、コア3の高さ方向における希土類元素の平均濃度分布に変化を持たせ、例えば、コア3内を伝播する光の濃度分布に対応させることが可能となる。
【0031】
なお、希土類含有層301は、例えば、シリカ系材料に希土類としてErを添加した膜厚0.3nmの層である。添加されているErの濃度は、希土類含有層301を構成しているシリコンに対し、5%程度である。また、希土類非含有層302は、例えば、シリカ系材料から構成されたものであり、コア3全体におけるErの平均濃度は、1×1020原子/cm3程度である。
【0032】
図2の導波路型光増幅器では、希土類非含有層302の膜厚を、例えば、コア3の中心部では1nmとし、上下の周辺に行くほど厚くし、コア3の上端下端においては5nmとした。このように、コア3の膜厚方向での希土類原子間に距離を設けるようにしたので、図2の導波路型光増幅器においても、コア3に添加されている希土類元素のクラスター化が抑制できる。
本実施の形態にかかる導波路型光増幅器によれば、導波路利得が、1.5dB/cmであった。従来の、コア全体に均一にErを添加した場合では、導波路利得が1dB/cmであったので、図2の導波路型光増幅器によって、導波路利得の向上が得られたことになる。
【0033】
<実施の形態3>
つぎに、本発明の他の実施の形態について説明する。導波路型光増幅器のコアを導波する光の断面方向の強度分布は、図3(a)に示すように、コアの中心部で強く、コアの周辺部に行くほど弱くなっている。光の強度が弱い場合には、高濃度の希土類元素による光の増幅が得られずに、光の吸収が起こる場合もある。そこで、この光強度の分布に合わせ、コアに希土類元素を添加するようにすれば、導波路利得をより向上させることができる。コア内を導波する光が導波方向な垂直な面内において、上述したような光強度分布をもつ場合には、コア3(図2)の高さ方向(y方向)の希土類元素分布を、図3(b)に示すように、中心部で多くし周辺部に行くほど少なくすればよい。
【0034】
本実施の形態では、前述した図2に示す構造を有する導波路型光増幅器において、希土類非含有層302の膜厚を、例えば、コア3の中心部では1nmとし、上下の周辺に行くほど厚くし、コア3の上端下端においては5nmとした。希土類含有層301の厚さは、何れも1〜10原子層程度とする。このようにすることで、図3(b)に示すように、コア3における希土類元素の平均濃度分布を形成することができる。
【0035】
なお、コア3における希土類元素の平均濃度分布を、図3(b)に示すように形成するにあたっては、コア3の中心部から離れている希土類含有層301ほど、希土類の含有量(濃度)が低くなるようにしてもよく、コア3の中心部から離れている希土類含有層301ほど薄く形成されているようにしてもよい。
【0036】
図2に示すように、希土類非含有層302の膜厚を、コア3の中心部では1nmとし、上下の周辺に行くほど厚くしてコア3の上端下端においては5nmとし、また、コア3の中心部付近での体積当たりのErの平均濃度を2×1020原子/cm3とすることで、導波路利得を、1.7dB/cmとすることができた。従来の、コア内に均一にErを添加した場合では、導波路利得が1dB/cmであったので、本実施の形態の導波路型光増幅器によれば、大幅に導波路利得を向上させることができる。
【0037】
<実施の形態4>
つぎに、本発明の他の実施の形態について説明する。上述したように希土類含有層の希土類元素の濃度を、コアの中心部ほど高くするに当たり、図4に示すように、コアにおける単位体積当たりの希土類元素濃度が、ガウス分布となるようにしてもよい。例えば、図2に構造を示す導波路型光増幅器において、コア3の中心付近のErの単位体積当たりの濃度(平均濃度)を2×1020原子/cm3とし、コア3の周辺部、すなわちコア3のクラッドとの境界部では、Erの単位体積当たりの濃度(平均濃度)を2×1019原子/cm3とすればよい。
【0038】
このように、コア3における希土類元素の平均濃度分布を、ガウス分布またはこれに準ずる状態とすることで、導波路利得を、1.7dB/cmとすることができた。従来の、コア内に均一にErを添加した場合では、導波路利得が1dB/cmであったので、本実施の形態の導波路型光増幅器によれば、大幅に導波路利得を向上させることができる。
【0039】
なお、コア3のおける希土類元素の平均濃度分布は、正確にガウス分布となっている必要はなく、図5に示すように、ガウス分布に対して±30%以下の誤差範囲であれば、利得増加の効果は悪化しないことを確認している。従って、図5において、点線はガウス分布に対してそれぞれ+30%増加、−30%減少した分布を示し、これらの範囲に入る実線のように変化する希土類元素分布であればよい。
【0040】
<実施の形態5>
つぎに、本発明の他の実施の形態について説明する。
本実施の形態は、希土類元素のクラスター化を抑制する元素、または、添加されている希土類元素を励起光で励起して信号光を増幅する際の増幅帯域を拡大する修正元素を、コアに添加する例である。
基板、下クラッド、上クラッドの材料、膜厚及びコアの寸法は、前述した図1及び図2に示す導波路型光増幅器と同様である。また、コア内には0.3nmの厚さで面内Er濃度がSiに対して5%とされた希土類含有層301が、図1に示すように離間して配置されているものである。
【0041】
加えて、本実施の形態では、修正元素としてアルミニウム(Al)及びリン(P)が、コア3(図1)に添加されているようにした。コア3を構成する希土類含有層301と希土類非含有層302での単位体積当たりに換算したErの濃度(平均濃度)は、コア中心部付近で最大(2.5×1020原子/cm3)となるようにし、コアの周辺に向かって徐々に減少し、コアとクラッドの境界面では2.5×1019原子/cm3まで徐々に減少するようにした。このように、前述した実施の形態に比較し、Erの添加濃度が高いが、本実施の形態では修正元素が添加されているので、クラスター化が抑制できる。
【0042】
修正元素であるAlの濃度は、コアを構成しているSiO2中のSiに対して10%の濃度を添加し、リンの濃度は、SiO2中のSiに対して5%の濃度を添加した。コアを構成しているSiO2に添加されたAlは、希土類元素を高濃度に添加した時のクラスター化を抑制し、また増幅波長帯域を拡大する作用がある。このような作用を有する元素として、Alの他に、ホウ素(B)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、ゲルマニウム(Ge)、錫(Sn)、ビスマス(Bi)、窒素(N)、リン(P)、イットリビウム(Yb)やそれらの酸化物等がある。
【0043】
これら元素により、両方の働きに対する効果の程度は異なるものの、どの元素であっても、クラスター化の抑制作用と増幅帯域拡大作用との両方の働きをもつ。これらのクラスター化抑制のための元素や増幅帯域増加のための修正元素を1つまたは2つ以上添加してもよく、同様な機能を有するのであればその他の元素を添加してもよい。上記Er濃度、添加する修正元素、基板、クラッド材料及びサイズ等は一例でありこれに限るものではない。
本実施の形態によれば、前述した実施の形態に比較してさらにクラスター化が抑制できるため、添加できるErの濃度を増加することが可能となる。この結果、本実施の形態によれば、導波路利得は2.0dB/cmに増加した。また1dB/cm以上の増幅帯域は、30nm以上拡大した。
【0044】
<実施の形態6>
つぎに、本発明の他の実施の形態について説明する。
上述した修正元素は、コア3を構成する希土類含有層301のみに添加するようにしてもよい。修正元素を希土類含有層301のみに添加した場合、導波路利得は、2.2dB/cmとなる。従って、本実施の形態によれば、コア内に均一にAl、P等の修正元素を添加した場合の2.0dB/cmに対し、導波路利得が増加する。
【0045】
<実施の形態7>
つぎに、本発明の他の実施の形態について説明する。
図6は、本実施の形態における導波路型光増幅器の一部構成、すなわち、コア部分を概略的に示す断面図である。なお、他の構成は、図1,2に示した導波路型光増幅器と同様である。
図6の構成としたコアでは、新たに、酸化アルミニウムからなる拡散防止層303を設けるようにしたものである。
【0046】
拡散防止層303は、希土類非含有層302中に設ける。このように拡散防止層303を設けることで、希土類含有層301中の希土類元素の拡散を、前述した実施の形態より抑制できるようになる。厚さ0.2nmの酸化アルミニウムからなる拡散防止層303を設けた本実施の形態の構成により、導波路利得は2.4dB/cmに増加した。
【0047】
また、図7に示すように、拡散防止層303を、希土類含有層301に接して設けるようにしてもよい。このようにすることで、希土類含有層301からの希土類の拡散が、より抑制できるようになる。この結果、導波路利得は2.5dB/cmに増加した。なお、希土類非含有層が拡散防止層となっていてもよい。
【0048】
以下、前述した実施の形態における導波路型光増幅器の、特に導波路の部分の製造方法について説明する。まず、図8(a)に示すように、基板1の上に下クラッド2を成膜し、次いで図8(b)に示すように、コア3となる膜3aを下クラッド2上に形成する。次いで、公知のフォトリソグラフィ及びリアクティブイオンエッチング(RIE)によって膜3aを加工し、図8(c)に示すように、下クラッド2上にコア3が形成された状態とする。
【0049】
つぎに、図8(d)に示すように、コア3を覆うように上クラッド4を形成すれば、光導波路が完成する。各層の成膜には、例えば、CVD法,スパッタリング法,蒸着法,火炎堆積法などを用いればよい。
つぎに、コア3となる、希土類が添加された層と希土類が添加されていない層との積層構造の製造方法について説明する。これは、例えば、図9に模式的に示すスパッタ装置によるスパッタ法により、積層構造の膜を製造するようにすればよい。
【0050】
例えば、まず、図8(b)に示した膜3aを図9に示すスパッタ装置により形成する。このスパッタ装置では、SiO2のターゲットとEr2O3のターゲットとAl2O3のターゲットとを備えたものである。このようなスパッタ装置を用い、各ターゲットにおけるスパッタ量を、膜3aを形成している最中に変化させることにより、特定の層のみにErやAlを添加させることが可能となる。スパッタ法による膜の形成は、面単位で行われるので、x方向(膜面方向)には、添加する元素は均一に分布することになる。
【0051】
例えば、基板を300℃に加熱し、電源パワーを2kW、スパッタ装置のチャンバー内のガス圧を3mTorrにし、Er濃度が5%かつ成膜レート0.2nm/sになるように流量を調整した。この結果、膜厚は1nm以内で制御可能であり、5原子層以下の膜厚の成膜を行うことができた。なお、成膜レートはこれに限ったものではなく、流量を調整してレートを下げることにより制御性を向上させることができる。
【0052】
上述したようなスパッタ法によれば、1原子層程度の膜厚の希土類含有層と4原子層程度の膜厚の希土類非含有層とが交互に形成された積層構造の膜を実現することができる。
また、CVD法によっても上述した積層構造の膜を形成することができる。以下、図8(b)に示した膜3aを、図10に示すプラズマCVD装置により形成する場合について説明する。
【0053】
このプラズマCVD装置では、ソースガスとして、シラン、トリメチルアルミニウム、2,2,6,6−テトラメチル−3,5−ヘプタンジオエンエルビウムを用いるようにしたものである。このようなプラズマCVD装置を用い、膜3a(図8)を形成している最中に、各ソースガスの供給量を変化させることにより、特定の層のみにErやAlを添加させることが可能となる。プラズマCVD法による膜の形成は、面単位で行われるので、x方向(膜面方向)には、添加する元素は均一に分布することとなる。
【0054】
基板を420℃に加熱し、プラズマパワーを500Wとして、Er濃度を5%かつ成膜レートを1〜2nm/sになるように流量を調整した。この結果、膜厚は2nm以内で制御可能であり、10原子層以下の膜厚の成膜を行うことができた。なお、成膜レートはこれに限ったものではなく、流量を調整してレートを下げることにより、膜厚の制御性を向上させることができる。
【0055】
なお、このような膜の形成は、スパッタ法やCVD法に限るものではなく、蒸着法,火炎堆積法などの膜形成方法によっても実現できる。何れの手法においても、Er,Alは、異なる減少から供給し、膜を形成するに従って供給量を変化させるようにすることで、所望の濃度分布を形成することができる。
【0056】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、コアにおいて、希土類元素が離散的に存在しているようにしたので、希土類元素のクラスター化を抑制できるようになり、導波路型の光増幅器においてより高い利得が得られるようになるという優れた効果が得られる。
【0057】
また、例えば、コアの積層方向における希土類元素の平均濃度分布を、コアの中心ほど濃度が高い状態とすることで、より高い利得が得られるようになる。例えば、コアの積層方向における平均濃度分布を、コアを導波する光の濃度分布に対応させることで、より高い利得が得られるようになる。このように濃度分布を形成するためには、例えば、第1の層をコアの中心から離れるほど厚くしてもよく、第2の層における希土類元素の濃度をコアの中心から離れるほど低くしてもよく、また、第2の層をコアの中心から離れるほど薄く形成するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施の形態における導波路型光増幅器の構成例を概略的に示す模式的な断面図である。
【図2】本発明の他の実施の形態における導波路型光増幅器の構成例を概略的に示す模式的な断面図である。
【図3】本発明の他の実施の形態における光導波路のコアにおける光強度の分布を示す分布図(a)と、希土類元素の濃度分布を示す分布図(b)である。
【図4】本発明の他の実施の形態における光導波路のコアにおける希土類元素の濃度分布を示す分布図である。
【図5】本発明の他の実施の形態における光導波路のコアにおける希土類元素の濃度分布を示す分布図である。
【図6】本発明の他の実施の形態における導波路型光増幅器の構成例を概略的に示す模式的な断面図である。
【図7】本発明の他の実施の形態における導波路型光増幅器の構成例を概略的に示す模式的な断面図である。
【図8】本発明の実施の形態における光導波路の製造方法を説明するための工程図である。
【図9】本発明の実施の形態における光導波路の製造方法を実現するための製造装置の概略を示す構成図である。
【図10】本発明の実施の形態における光導波路の製造方法を実現するための製造装置の概略を示す構成図である。
【符号の説明】
1…基板、2…下クラッド、3…コア、4…上クラッド、301…希土類含有層、302…希土類非含有層。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a waveguide-type optical amplifier using a planar waveguide and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a waveguide-type optical amplifier having an optical amplification effect by adding a rare earth element to a waveguide made of glass, and manufacturing the same. It is about the method.
[0002]
[Prior art]
An optical amplifier directly amplifies light without passing through an electric circuit, and further, amplifies light over a wide wavelength range. Therefore, the optical amplifier has become a very important device in recent long-distance WDM communication. At present, optical amplifiers using fibers doped with a rare earth element such as erbium are mainly used, and high quality amplifiers having high amplification gain and low noise characteristics are provided.
[0003]
Under such circumstances, optical amplifiers in which a rare-earth element is added to a planar optical waveguide have been developed with the aim of further miniaturization, and the development of optical amplifiers aiming for higher gain and a wider amplification band has been developed. Is being done. In an optical amplifier, an excitation signal is introduced from the outside into an optical amplifier to excite rare-earth electrons, the electrons excited by the signal light are relaxed, and the intensity of the original signal light is increased by stimulated emission. Is amplified.
[0004]
Therefore, in order to achieve both miniaturization and high gain of the optical amplifier, the concentration of the rare earth element to be added may be increased. That is, in order to increase the gain efficiently, it is necessary to provide more excitation levels in the waveguide, and therefore, more rare earth elements such as erbium as a source for generating an excitation level are provided in the waveguide. , It is possible to achieve both miniaturization and high gain.
[0005]
However, rare earths have the property of clustering when added in a high concentration into the waveguide glass. When the rare earth is clustered, the excitation level changes, the number of rare earth elements contributing to excitation at a desired wavelength is substantially reduced, and the amplification gain is reduced. Therefore, in order to achieve both miniaturization and high gain, it is only necessary to increase the rare earth concentration in the waveguide glass while suppressing clustering.
[0006]
Important characteristics required of an optical amplifier include a wide gain wavelength band as well as a high gain. In wavelength multiplex communication, for example, optical signals of 40 wavelengths are used at 0.8 nm intervals, and a total of 32 nm wavelength band is used. An optical amplifier used in such wavelength division multiplex communication is required to have a function of amplifying a gain in a band of 32 nm or more.
[0007]
Here, there has been reported an example in which an element other than the rare earth is introduced into the waveguide glass in order to suppress clustering of the added rare earth and broaden the band of the optical amplifier (Reference 1: Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-105965). . In Document 1, at least two elements other than rare earth elements are added to the core of the waveguide. These two elements are elements belonging to the genus IIIB, IVB and IIIA, such as La, Al and Ga. Since these elements are present in the core at the same time as the rare earth element, the effect of suppressing the clustering of the rare earth element and broadening the excitation level to broaden the amplification wavelength band can be obtained. These elements are uniformly added in the core.
[0008]
In addition, by forming a layer to which a rare earth element is added at the center of the core and forming a plurality of layers to which the rare earth element is added in the core, it is possible to obtain a wider band and a higher amplification effect. There is also proposed a technique for performing the above (Reference 2: Japanese Patent No. 2842954). In the technique disclosed in
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, while it is required to realize more functions with a smaller device, the above-described optical amplifier is also required to be smaller. In the waveguide-type optical amplifier as described above, the gain per unit length in the waveguide direction is increased to shorten and reduce the size of the optical amplifier. As described above, in order to meet the recent demand for miniaturization, it is necessary to further increase the gain of the optical amplifier.
[0010]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and has as its object to obtain a higher gain in a waveguide-type optical amplifier.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
A waveguide type optical amplifier according to the present invention includes a clad formed on a substrate and a core disposed in the clad, and the core is formed of a material having a refractive index different from that of the clad. A laminated structure in which layers and second layers made of a material having a refractive index different from that of the clad and to which a rare earth element is added are alternately laminated, and the second layer is composed of several tens of atomic layers, for example, 50 atomic layers. It was formed to the following thickness. Here, one atomic layer has a thickness of one rare earth element.
According to this waveguide type optical amplifier, the rare-earth element is discretely present in the thickness direction of the core, and in the second layer formed thin at the atomic layer level, clustering in the thickness direction of this layer occurs. Be suppressed.
[0012]
In the above waveguide type optical amplifier, the thickness of the second layer is thinner, for example, 1 to 15 atomic layers, more desirably 1 atomic layer, and if the second layer is formed to be several atomic layers or less, higher clustering can be achieved. A suppression effect can be expected. Although the thickness of all the second layers to which the rare earth element is added may be set to several tens of atomic layers or less than the wave number atomic layer, the thickness may be set to be as described above for at least one second layer. .
[0013]
Further, in the above waveguide type optical amplifier, the average concentration distribution of the rare earth element in the core is higher at the center of the core at least in the height direction of the core, that is, in the stacking direction of the first and second layers. May correspond to the intensity distribution of light guided through the core. The above-described average concentration distribution of the rare earth element refers to an average concentration within a predetermined range centered on an arbitrary point of the core. For example, in the thickness direction of the core, a plurality of layers including the arbitrary point (first layer) , And the second layer).
[0014]
In order to obtain such a distribution, for example, the first layer may be formed so thick that it is separated from the center of the core, and the second layer is formed so as to be farther away from the center of the core. The concentration of the rare earth element added to the second layer may be formed to be low, and the second layer may be formed thin enough to be separated from the center of the core.
[0015]
In the above-mentioned waveguide type optical amplifier, the function of suppressing the clustering of the rare earth element added to the core, or expanding the amplification band when amplifying the signal light by exciting the rare earth element added to the core with excitation light. A modifying element made of an element having one or both of the functions may be added to the core, or the modifying element may be added only to the second layer. The modifying element is at least one of Al, B, Ga, In, Ge, Sn, Bi, N, P, and Yb.
[0016]
In the above-mentioned waveguide type optical amplifier, a diffusion prevention layer made of an element which is disposed in the first layer and prevents diffusion of the rare earth element added to the second layer may be provided. Alternatively, the diffusion prevention layer may be provided in contact with the second layer. The diffusion preventing layer may be formed of at least one of aluminum oxide, silicon nitride, and silicon oxynitride.
In the above waveguide type optical amplifier, the rare earth element is at least one of Er, Tm, Pr, and Nd, and the main component of the core is at least one of silicon oxide, aluminum oxide, and bismuth oxide. The main component of the second layer is any one of phosphate glass, rare earth oxides, and rare earth elements.
[0017]
The method of manufacturing a waveguide type optical amplifier according to the present invention includes a step of forming a lower clad on a substrate, a first target containing a main component of a core, and a second target containing a rare earth element on the lower clad. And a third target containing a modifying element, and the main component of the core is formed by any one of a sputtering method, an ion plating method, and a vapor deposition method that changes the sputtering state of the second target and the third target. A step of forming a core to which a first element and a second layer to which a rare earth element is added are alternately stacked, and forming a core to which a correction element is added; and forming a lower clad and an upper clad on the core. And forming the second layer to a thickness of several tens of atomic layers, for example, 50 atomic layers or less.
In the above-described method for manufacturing a waveguide optical amplifier, the second target and the third target may be targets each containing a rare earth element and a modifying element at the same time.
[0018]
According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a waveguide type optical amplifier, comprising: forming a lower cladding on a substrate; forming a first source gas containing a main component of a core on the lower cladding; The first layer composed of the main components of the core and the number of rare earth elements added by a chemical vapor deposition method in which a second source gas containing an element and a third source gas containing a modifying element are introduced. It comprises a laminated structure in which ten or less atomic layers or less are alternately laminated, and includes a step of forming a core to which a modifying element is added, and a step of forming an upper clad on the lower clad and the core. It is a thing.
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
<Embodiment 1>
FIG. 1A is a schematic cross-sectional view schematically showing a configuration example of the waveguide type optical amplifier according to the first embodiment of the present invention. This waveguide type optical amplifier comprises a
[0020]
Further, in the present embodiment, as shown in a partially enlarged view of FIG. 1B, the
[0021]
According to the waveguide type optical amplifier of FIG. 1 in the present embodiment, the waveguide gain was 1.2 dB / cm. In the conventional case where Er was uniformly doped in the core, the waveguide gain was 1 dB / cm, so that the waveguide type optical amplifier of FIG. 1 improved the waveguide gain.
The substrate 1 is made of, for example, silicon single crystal, the
[0022]
In the present embodiment, by forming the
By setting the thickness of the rare-earth-containing
[0023]
Note that the thickness of the rare earth-
[0024]
Incidentally, the rare earth added to the rare
[0025]
In this embodiment, the thickness of the rare earth-containing
[0026]
The effect of suppressing clustering increases as the number of atoms in the thickness direction of one layer of the rare earth-containing
By the way, even if the rare-earth-containing
[0027]
However, forming the rare earth-containing
[0028]
<
Next, another embodiment of the present invention will be described. In the waveguide type optical amplifier shown in FIG. 1, the thickness of each of the plurality of rare earth-containing
[0029]
FIG. 2A is a schematic cross-sectional view schematically illustrating a configuration example of a waveguide type optical amplifier according to another embodiment of the present invention, and FIG. 2B is an enlarged view of a
[0030]
In the present embodiment, as shown in a partially enlarged view of FIG. 2B, the
[0031]
The rare earth-containing
[0032]
In the waveguide type optical amplifier of FIG. 2, the thickness of the rare-earth-
According to the waveguide type optical amplifier according to the present embodiment, the waveguide gain was 1.5 dB / cm. Conventionally, when Er was uniformly added to the entire core, the waveguide gain was 1 dB / cm, so that the waveguide type optical amplifier of FIG. 2 improved the waveguide gain.
[0033]
<
Next, another embodiment of the present invention will be described. As shown in FIG. 3A, the intensity distribution in the cross-sectional direction of the light guided through the core of the waveguide type optical amplifier is strong at the center of the core and becomes weaker toward the periphery of the core. When the light intensity is low, light may not be amplified by a high concentration of rare earth element, and light may be absorbed. Therefore, if a rare earth element is added to the core in accordance with the distribution of the light intensity, the waveguide gain can be further improved. When the light guided in the core has the above-described light intensity distribution in a plane perpendicular to the waveguide direction, the rare earth element distribution in the height direction (y direction) of the core 3 (FIG. 2) is determined. As shown in FIG. 3 (b), the number may be increased at the center and decreased toward the periphery.
[0034]
In the present embodiment, in the waveguide type optical amplifier having the structure shown in FIG. 2 described above, the thickness of the rare-earth-
[0035]
In forming the average concentration distribution of rare earth elements in the
[0036]
As shown in FIG. 2, the thickness of the rare-earth-
[0037]
<Embodiment 4>
Next, another embodiment of the present invention will be described. As described above, when increasing the concentration of the rare earth element in the rare earth-containing layer toward the center of the core, the concentration of the rare earth element per unit volume in the core may have a Gaussian distribution as shown in FIG. . For example, in the waveguide type optical amplifier whose structure is shown in FIG. 2, the concentration (average concentration) of Er per unit volume near the center of the
[0038]
As described above, by setting the average concentration distribution of the rare earth elements in the
[0039]
The average concentration distribution of the rare earth element in the
[0040]
<Embodiment 5>
Next, another embodiment of the present invention will be described.
In the present embodiment, an element that suppresses clustering of a rare earth element or a correction element that expands an amplification band when a signal light is amplified by exciting an added rare earth element with excitation light is added to the core. Here is an example.
The materials of the substrate, the lower cladding, and the upper cladding, the film thickness, and the dimensions of the core are the same as those of the waveguide type optical amplifier shown in FIGS. In the core, a rare-earth-containing
[0041]
In addition, in this embodiment, aluminum (Al) and phosphorus (P) are added to the core 3 (FIG. 1) as modifying elements. The concentration (average concentration) of Er per unit volume of the rare earth-containing
[0042]
The concentration of Al, which is a correction element, depends on the
[0043]
Although these elements have different degrees of effect on both functions, any element has both functions of suppressing clustering and expanding the amplification band. One or two or more of these elements for suppressing clustering and for improving the amplification band may be added, and other elements having the same function may be added. The Er concentration, the modifying element to be added, the substrate, the cladding material, the size, and the like are merely examples, and are not limited thereto.
According to this embodiment, clustering can be further suppressed as compared with the above-described embodiment, so that the concentration of Er that can be added can be increased. As a result, according to the present embodiment, the waveguide gain was increased to 2.0 dB / cm. The amplification band of 1 dB / cm or more was expanded by 30 nm or more.
[0044]
<Embodiment 6>
Next, another embodiment of the present invention will be described.
The above-mentioned modifying element may be added only to the rare earth-containing
[0045]
<
Next, another embodiment of the present invention will be described.
FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing a partial configuration of the waveguide optical amplifier according to the present embodiment, that is, a core portion. The other configuration is the same as that of the waveguide type optical amplifier shown in FIGS.
In the core configured as shown in FIG. 6, a
[0046]
The
[0047]
Further, as shown in FIG. 7, the
[0048]
Hereinafter, a method of manufacturing the waveguide type optical amplifier according to the above-described embodiment, particularly, a portion of the waveguide will be described. First, as shown in FIG. 8A, a lower clad 2 is formed on a substrate 1, and then, as shown in FIG. 8B, a film 3a to be a
[0049]
Next, as shown in FIG. 8D, if the upper clad 4 is formed so as to cover the
Next, a method of manufacturing a laminated structure of a layer to which the rare earth is added and a layer to which the rare earth is not added, which becomes the
[0050]
For example, first, the film 3a shown in FIG. 8B is formed by the sputtering device shown in FIG. In this sputtering apparatus, SiO 2 Target and Er 2 O 3 Target and Al 2 O 3 And a target. By using such a sputtering apparatus and changing the amount of sputtering in each target during the formation of the film 3a, it becomes possible to add Er or Al only to a specific layer. Since the film is formed by the sputtering method in units of planes, the elements to be added are uniformly distributed in the x direction (the plane direction of the film).
[0051]
For example, the substrate was heated to 300 ° C., the power supply power was set to 2 kW, the gas pressure in the chamber of the sputtering apparatus was set to 3 mTorr, and the flow rate was adjusted so that the Er concentration was 5% and the film formation rate was 0.2 nm / s. As a result, the film thickness could be controlled within 1 nm, and a film having a thickness of 5 atomic layers or less could be formed. Note that the film formation rate is not limited to this, and controllability can be improved by adjusting the flow rate and lowering the rate.
[0052]
According to the above-described sputtering method, it is possible to realize a film having a laminated structure in which a rare earth-containing layer having a thickness of about 1 atomic layer and a rare earth non-containing layer having a thickness of about 4 atomic layers are alternately formed. it can.
Further, a film having the above-described laminated structure can be formed by a CVD method. Hereinafter, a case where the film 3a shown in FIG. 8B is formed by the plasma CVD apparatus shown in FIG. 10 will be described.
[0053]
In this plasma CVD apparatus, silane, trimethylaluminum, 2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedioene erbium is used as a source gas. By changing the supply amount of each source gas while forming the film 3a (FIG. 8) using such a plasma CVD apparatus, Er or Al can be added only to a specific layer. It becomes. Since the film formation by the plasma CVD method is performed on a plane basis, the elements to be added are uniformly distributed in the x direction (the plane direction of the film).
[0054]
The substrate was heated to 420 ° C., the plasma power was set to 500 W, and the flow rate was adjusted so that the Er concentration was 5% and the film formation rate was 1 to 2 nm / s. As a result, the film thickness could be controlled within 2 nm, and a film having a thickness of 10 atomic layers or less could be formed. Note that the film formation rate is not limited to this, and the controllability of the film thickness can be improved by adjusting the flow rate and lowering the rate.
[0055]
The formation of such a film is not limited to the sputtering method and the CVD method, but can also be realized by a film forming method such as an evaporation method and a flame deposition method. In any of the methods, the desired concentration distribution can be formed by supplying Er and Al from different decreases and changing the supply amounts as the film is formed.
[0056]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since the rare earth elements are discretely present in the core, clustering of the rare earth elements can be suppressed. An excellent effect that a high gain can be obtained is obtained.
[0057]
Further, for example, a higher gain can be obtained by setting the average concentration distribution of the rare earth element in the stacking direction of the core such that the concentration is higher toward the center of the core. For example, a higher gain can be obtained by making the average concentration distribution in the stacking direction of the core correspond to the concentration distribution of light guided through the core. In order to form the concentration distribution in this manner, for example, the first layer may be thicker as the distance from the center of the core is increased, and the concentration of the rare earth element in the second layer may be decreased as the distance from the center of the core decreases. Alternatively, the second layer may be formed to be thinner as being away from the center of the core.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic sectional view schematically showing a configuration example of a waveguide type optical amplifier according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic sectional view schematically showing a configuration example of a waveguide type optical amplifier according to another embodiment of the present invention.
FIG. 3A is a distribution diagram showing a distribution of light intensity in a core of an optical waveguide according to another embodiment of the present invention, and FIG. 3B is a distribution diagram showing a concentration distribution of a rare earth element.
FIG. 4 is a distribution diagram showing a concentration distribution of a rare earth element in a core of an optical waveguide according to another embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a distribution diagram showing a concentration distribution of a rare earth element in a core of an optical waveguide according to another embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a schematic sectional view schematically showing a configuration example of a waveguide type optical amplifier according to another embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a schematic sectional view schematically showing a configuration example of a waveguide type optical amplifier according to another embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a process chart illustrating a method for manufacturing an optical waveguide according to an embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a configuration diagram schematically showing a manufacturing apparatus for realizing a method of manufacturing an optical waveguide according to an embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a configuration diagram schematically showing a manufacturing apparatus for realizing a method for manufacturing an optical waveguide according to an embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Substrate, 2 ... Lower clad, 3 ... Core, 4 ... Upper clad, 301 ... Rare earth containing layer, 302 ... Rare earth non-containing layer.
Claims (19)
このクラッド中に配置されたコアとから構成され、
前記コアは、
前記クラッドと屈折率が異なる材料から構成された第1の層と、
前記クラッドと屈折率が異なる材料から構成され希土類元素が添加された第2の層とが交互に積層された積層構造体であり、
前記第2の層は、数十原子層以下の厚さに形成されたものである
ことを特徴とする導波路型光増幅器。A clad formed on the substrate,
And a core disposed in the cladding,
The core is
A first layer made of a material having a different refractive index from the cladding;
A laminated structure in which the clad and a second layer to which a rare earth element is added, which is made of a material having a different refractive index, are alternately laminated;
A waveguide type optical amplifier, wherein the second layer has a thickness of several tens of atomic layers or less.
前記第2の層は、数原子層以下の厚さに形成されたものである
ことを特徴とする導波路型光増幅器。The waveguide type optical amplifier according to claim 1,
The said 2nd layer is formed in thickness below several atomic layers, The waveguide type optical amplifier characterized by the above-mentioned.
前記コアにおける前記希土類元素の平均濃度分布は、少なくとも前記第1,第2の層の積層方向において、前記コアの中心ほど濃度が高い
ことを特徴とする導波路型光増幅器。The waveguide type optical amplifier according to claim 1 or 2,
The waveguide type optical amplifier according to claim 1, wherein an average concentration distribution of the rare earth element in the core is higher at a center of the core at least in a stacking direction of the first and second layers.
前記コアにおける前記希土類元素の平均濃度分布は、少なくとも前記第1,第2の層の積層方向において前記コアを導波する光の強度分布に対応したものである
ことを特徴とする導波路型光増幅器。The waveguide type optical amplifier according to claim 3,
The waveguide type light, wherein an average concentration distribution of the rare earth element in the core corresponds to an intensity distribution of light guided through the core at least in a stacking direction of the first and second layers. amplifier.
前記第1の層は、前記コアの中心部からはなれるほど厚く形成されている
ことを特徴とする導波路型光増幅器。The waveguide type optical amplifier according to claim 3 or 4,
The waveguide type optical amplifier according to claim 1, wherein the first layer is formed so as to be thicker than a central portion of the core.
前記第2の層は、前記コアの中心部から離れるほど前記希土類元素の濃度が低く形成されている
ことを特徴とする導波路型光増幅器。The waveguide type optical amplifier according to claim 3 or 4,
The waveguide type optical amplifier, wherein the second layer is formed such that the concentration of the rare earth element decreases as the distance from the center of the core increases.
前記第2の層は、前記コアの中心部からはなれるほど薄く形成されている
ことを特徴とする導波路型光増幅器。The waveguide type optical amplifier according to claim 3 or 4,
The waveguide type optical amplifier, wherein the second layer is formed so as to be thinner than a center portion of the core.
前記コアに添加された希土類元素のクラスター化を抑制する機能、または、前記コアに添加された希土類元素を励起光で励起して信号光を増幅するときの増幅帯域を広げる機能の何れか一方もしくは両方を備えた元素からなる修正元素が、前記コアに添加されている
ことを特徴とする導波路型光増幅器。The waveguide optical amplifier according to any one of claims 1 to 7,
Either a function of suppressing clustering of the rare earth element added to the core, or a function of expanding an amplification band when amplifying signal light by exciting the rare earth element added to the core with excitation light or A waveguide type optical amplifier, wherein a correction element comprising both elements is added to the core.
前記修正元素は、前記第2の層のみに添加されている
ことを特徴とする導波路型光増幅器。The waveguide type optical amplifier according to claim 8,
The said optical element is added only to the said 2nd layer, The waveguide type optical amplifier characterized by the above-mentioned.
前記修正元素は、Al,B,Ga,In,Ge,Sn,Bi,N,P,Ybの少なくとも何れか1つであることを特徴とする導波路型光増幅器。The waveguide type optical amplifier according to claim 8 or 9,
A waveguide type optical amplifier, wherein the modifying element is at least one of Al, B, Ga, In, Ge, Sn, Bi, N, P, and Yb.
前記第1の層の中に配置され、前記第2の層に添加されている希土類元素の拡散を防止する元素から構成された拡散防止層
を備えたことを特徴とする導波路型光増幅器。The waveguide-type optical amplifier according to any one of claims 1 to 10,
A waveguide type optical amplifier, comprising: a diffusion prevention layer disposed in the first layer and made of an element for preventing diffusion of a rare earth element added to the second layer.
前記拡散防止層は、前記第2の層に接して設けられている
ことを特徴とする導波路型光増幅器。The waveguide type optical amplifier according to claim 11,
The said diffusion prevention layer is provided in contact with the said 2nd layer, The waveguide type optical amplifier characterized by the above-mentioned.
前記拡散防止層は、酸化アルミニウム,窒化シリコン,酸窒化シリコンの少なくとも何れか1つから構成されたものである
ことを特徴とする導波路型光増幅器。The waveguide type optical amplifier according to claim 11 or 12,
The waveguide type optical amplifier according to claim 1, wherein the diffusion preventing layer is made of at least one of aluminum oxide, silicon nitride, and silicon oxynitride.
前記希土類元素は、Er,Tm,Pr,Ndの少なくとも何れか1つであることを特徴とする導波路型光増幅器。The waveguide type optical amplifier according to any one of claims 1 to 13,
The rare-earth element is at least one of Er, Tm, Pr, and Nd.
前記コアの主な成分は、酸化シリコン,酸化アルミニウム,酸化ビスマスの少なくとも何れか1つを含むことを特徴とする導波路型光増幅器。The waveguide-type optical amplifier according to any one of claims 1 to 14,
A main component of the core includes at least one of silicon oxide, aluminum oxide and bismuth oxide.
前記第2の層の主な成分は、リン酸ガラス,希土類の酸化物,希土類元素の何れか1つであることを特徴とする導波路型光増幅器。The waveguide type optical amplifier according to claim 15,
A main component of the second layer is any one of phosphate glass, a rare earth oxide, and a rare earth element.
前記下クラッド上に、コアの主たる成分を含む第1のターゲットと、希土類元素を含む第2のターゲットと、修正元素を含む第3のターゲットとを用い、前記第2のターゲット及び第3のターゲットのスパッタ状態を変化させるスパッタリング法,イオンプレーティング法,蒸着法の何れかにより、前記コアの主たる成分からなる第1の層と希土類元素が添加された数十原子層以下の第2の層とが交互に積層された積層構造体からなり、前記修正元素が添加されたコアを形成する工程と、
前記下クラッド及び前記コア上に上クラッドを形成する工程と
を備えたことを特徴とする導波路型光増幅器の製造方法。Forming a lower cladding on the substrate;
A second target including a main component of a core, a second target including a rare earth element, and a third target including a modifying element, on the lower clad, the second target and the third target being used; A first layer composed of a main component of the core and a second layer of several tens of atomic layers or less to which a rare earth element is added, by any one of a sputtering method, an ion plating method, and a vapor deposition method for changing a sputtering state of the core. Comprises a laminated structure alternately laminated, the step of forming a core to which the correction element is added,
Forming an upper cladding on the lower cladding and the core.
前記第2のターゲットと第3のターゲットは、希土類元素と前記修正元素を同時に含むターゲットである
ことを特徴とする導波路型光増幅器の製造方法。The method of manufacturing a waveguide type optical amplifier according to claim 17,
The method of manufacturing a waveguide-type optical amplifier, wherein the second target and the third target are targets containing a rare earth element and the modifying element simultaneously.
前記下クラッド上に、コアの主たる成分を含む第1のソースガスと、希土類元素を含む第2のソースガスと、修正元素を含む第3のソースガスとを導入する化学的気相成長法により、前記コアの主たる成分からなる第1の層と、希土類元素が添加された数十原子層以下の第2の層とが交互に積層された積層構造体からなり、前記修正元素が添加されたコアを形成する工程と、
前記下クラッド及び前記コア上に上クラッドを形成する工程と
を備えたことを特徴とする光導波路の製造方法。Forming a lower cladding on the substrate;
By a chemical vapor deposition method in which a first source gas containing a main component of the core, a second source gas containing a rare earth element, and a third source gas containing a correction element are introduced onto the lower clad. A first layer composed of a main component of the core, and a laminated structure in which a second layer of several tens of atomic layers or less to which a rare earth element is added is alternately laminated, and the correction element is added. Forming a core;
Forming an upper clad on the lower clad and the core.
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