JP2004288773A

JP2004288773A - Waveguide type optical amplifier

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Publication number: JP2004288773A
Application number: JP2003077192A
Authority: JP
Inventors: Shigeyoshi Misawa; 成嘉三澤
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2003-03-20
Filing date: 2003-03-20
Publication date: 2004-10-14
Anticipated expiration: 2023-03-20
Also published as: JP4279580B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To increase the amplification rate of a signal light by reducing a spot diameter on the output surface of the signal light and increasing the amount of a pumping light, in a waveguide type optical amplifier which amplifies the signal light by using the pumping light. <P>SOLUTION: A first optical waveguide 3 for guiding the signal light and a second optical waveguide 4 for guiding a pumping light are formed on a substrate 2. An overlapping part 8 where the first waveguide 3 and the second waveguide 4 overlap is formed. At least the overlapping part 8 is doped with activity dopant which is activated by the pumping light and amplifies the signal light. Volume intensity distribution of direction orthogonal to guide wave direction of the pumping light of the second waveguide 4 is set to be greater than the volume intensity distribution in the direction orthogonal to guide wave direction of the signal light of the first waveguide 3. Consequently, the amount of light of the pumping light can be increased without enlarging the spot diameter on the output surface of the signal light, so that the amplification rate of the signal light can be improved while maintaining precision of the signal light. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導波路型光増幅器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、励起光を用いて信号光を増幅するようにした導波路型光増幅器について、様々な発明が提案され、又は、実用化されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
上述した特許文献１に開示された導波路型光増幅器について図１８に基づいて説明する。この導波路型光増幅器１０１は、信号光が導波される第一光導波路１０２と、励起光が導波される第二光導波路１０３と、これらの第一光導波路１０２と第二光導波路１０３とが一つに合体された第三光導波路１０４とが基板１０５上に形成されている。第一光導波路１０２、第二光導波路１０３、第三光導波路１０４は略同じ径に形成されている。第三光導波路１０４には、励起光により光学的に活性化される活性ドーパントが添加されている。第三光導波路１０４の途中には、この第三光導波路１０４内を導波される信号光を透過させて励起光を吸収又は反射させるグレーティングからなるフィルタ１０６が設けられている。
【０００４】
この導波路型光増幅器１０１では、信号光が第一光導波路１０２を経て第三光導波路１０４を導波され、励起光が第二光導波路１０３を経て第三光導波路１０４を導波される。励起光が第三光導波路１０４を導波されることにより、第三光導波路１０４中の活性ドーパントが励起光を吸収して活性化され、信号光の導波時に信号光による誘導によって活性化されている活性ドーパントから信号光と同じ波長の光が放出され、これにより信号光の増幅が行われる。
【０００５】
ところで、信号光が導波される第一光導波路１０２の径に関しては、この径を太くすると、第一光導波路１０２を導波される信号光の導波方向と直交する方向の空間強度分布が大きくなり、出射面での信号光が分散された状態となって信号の精度が低下するので、第一光導波路１０２の径を細くする（第一光導波路１０２を導波される信号光の導波方向と直交する方向の空間強度分布を小さくする）とともに出射面での信号光のスポット径を小さくすることが望ましい。
【０００６】
一方、励起光が入射される第二光導波路１０３の径に関しては、この径を太くすると、第二光導波路１０３を導波される励起光の導波方向と直交する方向の空間強度分布が大きくなり、導波できる励起光の光量を増やすことができ、信号光の増幅作用を高めることができるので、第二光導波路１０３の径を太くする（第二光導波路１０３を導波される信号光の導波方向と直交する方向の空間強度分布を大きくする）とともに励起光の光量を増やすことが望ましい。
【０００７】
【特許文献１】
特許第３００１６７２号公報（図９）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した図１８に示した導波路型光増幅器１０１においては、第一光導波路１０２と第二光導波路１０３と第三光導波路１０４とが略同じ径に形成されているため、第一光導波路１０２の径を細くして出射面での信号光のスポット径を小さくするとともに、第二光導波路１０３の径を太くして励起光の光量を増やすという、相反する二つの目的を同時に達成することはできない。
【０００９】
本発明の目的は、信号光の出射面でのスポット径を小さくするとともに励起光の光量を増やして信号光の増幅率を高めることができる導波路型光増幅器を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明の導波路型光増幅器は、基板と、前記基板上に設けられ、信号光出射部から出射された信号光が導波される第一光導波路と、前記基板上に設けられ、励起光出射部から出射された励起光が導波される第二光導波路と、を有し、前記第一光導波路の屈折率が前記第二光導波路の屈折率より大きく設定され、前記第一光導波路と前記第二光導波路とが少なくとも一部に重なり部を有して少なくともこの重なり部に前記励起光により光学的に活性化される活性ドーパントがドープされ、前記第二光導波路の前記励起光の導波方向と直交する方向の空間強度分布が前記第一光導波路の前記信号光の導波方向と直交する方向の空間強度分布より大きく設定されている。
【００１１】
したがって、第二光導波路を導波される励起光により活性ドーパントが活性化され、信号光が重なり部を通過するときに、活性化された光ドーパントから信号光と同じ波長の光が放出されて信号光の増幅が行われる。そして、第二光導波路における励起光と直交する方向の空間強度分布が第一光導波路における信号光の導波方向と直交する方向の空間強度分布より大きく設定されているので、信号光の出射面でのスポット径を大きくすることなく励起光の光量を増やすことが可能になり、信号光の精度を維持しつつ信号光の増幅率を高めることが可能になる。
【００１２】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の導波路型光増幅器において、前記第二光導波路中の前記活性ドーパントは、前記重なり部にのみ設けられている。
【００１３】
したがって、励起光が第二光導波路を導波されるときに、重なり部以外の部分で励起光が活性ドーパントに吸収されるということが起こらず、励起光は信号光の増幅が行われる領域である重なり部で活性ドーパントに効率よく吸収される。これにより、励起光が信号光の増幅のために効率良く使用されるようになり、信号光の増幅が効率良く行われる。また、第二光導波路における重なり部以外の部分では励起光が吸収されないので、第二光導波路の長さを長くしても励起光の減衰されにくくなり、第二光導波路のレイアウトの自由度が高くなる。
【００１４】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の導波路型光増幅器において、前記第二光導波路中に前記活性ドーパントがドープされ、前記第一光導波路中には前記活性ドーパントがドープされていない。
【００１５】
したがって、第一光導波路を形成する際に、活性ドーパントをドープし易い材料を用いる必要がなく、第一光導波路を形成する材料の選択幅が広くなり、製造作業が容易になるとともに製造コストが低減される。
【００１６】
請求項４記載の発明は、請求項１記載の導波路型光増幅器において、前記第一光導波路中の前記活性ドーパントの濃度が前記第二光導波路中の前記活性ドーパントの濃度より高く設定されるとともに、この活性ドーパントの濃度により前記第一光導波路の屈折率が前記第二光導波路中の屈折率より高く設定されている。
【００１７】
したがって、第一光導波路と第二光導波路との屈折率を設定するために使用されるドーパントとして活性ドーパントが用いられているので、活性ドーパントによる励起光の吸収率が高くなり、信号光の増幅率が向上する。
【００１８】
請求項５記載の発明は、請求項１記載の導波路型光増幅器において、前記第二光導波路に比べて屈折率が大きく設定された前記第一光導波路は、前記活性ドーパントに加えて高屈折率を生じさせるドーパントを含んでいる。
【００１９】
したがって、第一光導波路と第二光導波路との屈折率を変えるために第一光導波路には高屈折率を生じさせるドーパントを含んだ材料を使用すればよく、第一光導波路、第二光導波路の形成方法の自由度が高くなる。
【００２０】
請求項６記載の発明は、請求項１ないし５のいずれか一記載の導波路型光増幅器において、前記重なり部における前記信号光と前記励起光とが出射される部位に前記励起光を透過させずに前記信号光のみを透過させるフィルタが設けられている。
【００２１】
したがって、重なり部の出射側の部位からは励起光を除いた信号光のみを出射させることができる。
【００２２】
ここで、本発明及び以下の発明において、「励起光を透過させず」とは、励起光を反射させたり吸収したりし、その結果として励起光が透過されないことを意味する。
【００２３】
請求項７記載の発明は、請求項１ないし５のいずれか一記載の導波路型光増幅器において、前記第一光導波路と前記第二光導波路とは、前記信号光と前記励起光との導波方向に沿った前記重なり部より下流側において前記第一光導波路と前記第二光導波路とに分離され、分離された後の前記第一光導波路における前記信号光が出射される部位に前記励起光を透過させずに前記信号光のみを透過させるフィルタが設けられている。
【００２４】
したがって、重なり部で信号光と励起光とが重なった後、重なり部を通過した励起光は第一光導波路と第二光導波路とに分かれて導波される、重なり部を通過した信号光の大部分は第一光導波路を導波されて出射される。このため、重なり部を通過した後に第一光導波路を導波されて信号光と共に出射される励起光の量が少なくなり、重なり部を通過した後に第一光導波路から出射される信号光の励起光に対するＳ／Ｎ比が向上し、フィルタによる励起光の除去性能が高くなり、出射される信号光の品質が高くなる。
【００２５】
請求項８記載の発明は、請求項１ないし５のいずれか一記載の導波路型光増幅器において、前記第二光導波路が複数設けられ、複数の前記第二光導波路が前記重なり部で合流されている。
【００２６】
したがって、第二光導波路を導波される励起光の光量を増加させることが可能となり、信号光の増幅率を高めることが可能となる。
【００２７】
請求項９記載の発明は、請求項１ないし５のいずれか一記載の導波路型光増幅器において、前記励起光の導波方向に沿った前記重なり部の上流側に複数の前記第二光導波路が設けられ、前記励起光の導波方向に沿った重なり部の下流側において前記第一光導波路と前記第二光導波路とに分離されている。
【００２８】
したがって、第二光導波路を導波される励起光の光量を増加させることが可能になるとともに信号光の増幅率を高めることが可能となる。また、重なり部を通過した後に第一光導波路を導波される励起光の量が少なくなり、重なり部を通過した後に第一光導波路から出射される信号光の励起光に対するＳ／Ｎ比が向上する。
【００２９】
請求項１０記載の発明は、請求項１ないし５のいずれか一記載の導波路型光増幅器において、前記第二光導波路は平面型に形成されている。
【００３０】
したがって、第二光導波路を導波される励起光の光量を増加させることが可能となり、信号光の増幅率を高めることが可能となる。
【００３１】
請求項１１記載の発明は、請求項６ないし１０のいずれか一記載の導波路型光増幅器において、前記信号光の導波方向に沿った前記重なり部の上流側にそれぞれ前記信号光出射部から出射された信号光が導波される複数の前記第一光導波路が設けられ、複数の前記第一光導波路が前記重なり部の上流側で合流されている。
【００３２】
したがって、複数の第一光導波路に同一波長で同一周期の信号光を入射することができ、第一光導波路を導波される信号光の出力アップを図ることが可能となる。
【００３３】
請求項１２記載の発明は、請求項１ないし１１のいずれか一記載の導波路型光増幅器において、前記重なり部に、前記励起光を導波させずに前記信号光を導波させるフィルタが設けられている。
【００３４】
したがって、励起光を導波させずに信号光を導波させるフィルタの設置位置の自由度が高くなる。
【００３５】
請求項１３記載の発明は、請求項１ないし１２のいずれか一記載の導波路型光増幅器において、前記第一光導波路又は前記重なり部における前記信号光が入射又は出射される部位に前記信号光に対する無反射コーティング膜が設けられている。
【００３６】
したがって、第一光導波路や重なり部に対する信号光の入射及び出射の効率が高くなり、信号光の出力アップを図れる。
【００３７】
請求項１４記載の発明は、請求項１ないし１３のいずれか一記載の導波路型光増幅器において、前記基板が酸化物またはフッ化物により形成され、前記活性ドーパントとしてＣｒまたはＴｉが用いられている。
【００３８】
したがって、基板を酸化物またはフッ化物により形成し、活性ドーパントとしてＣｒまたはＴｉを用いる組み合わせにより、波長が０．６〜０．８μｍ付近の赤色から近赤外の波長領域の信号光の増幅を効果的に図ることができる。
【００３９】
【発明の実施の形態】
本発明の第一の実施の形態を図１ないし図３に基づいて説明する。本実施の形態の導波路型光増幅器１は、基板２と、基板２上に形成された第一光導波路３と第二光導波路４とにより形成されている。第一光導波路３は信号光出射部である光源用半導体レーザ５から出射された信号光が入射されて導波される導波路であり、第二光導波路４は励起光出射部である励起用レーザ６から出射された励起光が入射されて導波される導波路である。この導波路型光増幅器１の近傍には、光源用半導体レーザ５と励起用レーザ６とが設置された基板７が配置されている。
【００４０】
基板２は、酸化物であるＡｌ_２Ｏ_３により形成されている。
【００４１】
第一光導波路３と第二光導波路４とには活性ドーパントがドープされている。第一光導波路３と第二光導波路４とにドープされる活性ドーパントとしては、例えば、ＴｉイオンやＣｒイオンを用いることができる。第一光導波路３と第二光導波路４とのドープ領域の断面積、言い換えると、第一・第二光導波路３、４における信号光又は励起光が導波される領域である導波方向と直交する方向の空間強度分布が、第二光導波路４が第一光導波路３より大きく設定されている。また、活性ドーパントの濃度を比べると、第一光導波路３では高く、第二光導波路４では低く設定されている。また、この濃度の違いにより、第一光導波路３の屈折率が第二光導波路４の屈折率に比べて大きく設定されている。
【００４２】
第一光導波路３と第二光導波路４とは、信号光又は励起光が入射される側では分岐されており、途中から重なり合った重なり部８とされている。信号光及び励起光の導波方向に沿った重なり部８の下流側先端部であって導波された信号光や励起光が出射される部位には、励起光を透過させず反射又は吸収し、及び、信号光のみを透過させるフィルタ９が取付けられている。
【００４３】
また、第一光導波路３の入射側の部位と重なり部８の出射側の部位とには、信号光に対する無反射コーティング膜１０が設けられている。
【００４４】
ここで、導波路型光増幅器１の製造方法について説明する。まず、Ａｌ_２Ｏ_３の基板２の上に、Ａｌ_２Ｏ_３に対してＴｉイオンをドープした層を形成する。この層の形成は、パルスレーザデポジション法、反応性クラスタービームデポジション法等が知られている。さらに、マスクを用いた気相エッチング法等により、第一光導波路３を形成する。第一光導波路３を形成した後、同様の手法で第二光導波路４を形成する。
【００４５】
このような構成において、光源用半導体レーザ５から出射された信号光は、第一光導波路３内を導波され、重なり部８において第二光導波路４と重なり合った後も第一光導波路３と第二光導波路４との屈折率の差によって第一光導波路３の部分のみを導波し、導波方向に沿った重なり部８の下流側先端部から出射される。
【００４６】
また、励起用レーザ６から出射された励起光は、第二光導波路４内を導波され、重なり部８においては第二光導波路４と第一光導波路３とを導波され、導波方向に沿った重なり部８の下流側先端部から出射される。
【００４７】
ここで、第二光導波路４を励起光が導波されることにより、第二光導波路４中の活性ドーパントが励起光を吸収して活性化され、高エネルギー状態となる。そして、活性ドーパントが活性化されているときに、信号光が第一光導波路３中を導波されることにより、重なり部８において、信号光による誘導によって活性化されている活性ドーパントから信号光と同じ波長の光が放出され、放出された光により信号光が増幅される。
【００４８】
第二光導波路４は、励起光の導波方向と直交する方向の断面積、言い換えると、励起光の導波方向と直交する方向の空間強度分布が大きく設定されているので、励起光の光量を増やすることができるとともに信号光の増幅率を高めることができる。
【００４９】
一方、第一光導波路３は、信号光の導波方向と直交する方向の断面積、言い換えると、信号光の導波方向と直交する方向の空間強度分布が小さく設定されているので、重なり部８の下流側端部から出射された信号光のスポット径を小さくし、信号光の精度を維持することができる。
【００５０】
つまり、本実施の形態の導波路型光増幅器１を用いれば、信号光の出射面でのスポット径を小さくできるとともに、励起光の光量を増やして信号光の増幅率を高めることができる。
【００５１】
また、本実施の形態では、第一光導波路３の入射側の部位と重なり部８の出射側の部位とに、信号光に対する無反射コーティング膜１０が設けられているので、第一光導波路３への信号光の入射時、重なり部８から信号光の出射時に信号光が反射されにくくなり、信号光の出力アップを図れる。
【００５２】
また、本実施の形態では、重なり部８の出射側の部位にフィルタ９が取り付けられているので、励起光を除いた信号光のみを出射させることができ、信号光の精度がアップする。
【００５３】
なお、本実施の形態では、第一光導波路３、第二光導波路４を形成する際に、Ａｌ_２Ｏ_３に対してＴｉイオンをドープした層を形成して行う場合を例に挙げて説明したが、この他に、ＣｒイオンをＡｌ_２Ｏ_３やＬｉＳｒＡｌＦ_６等の材料にドープした層を形成して行うようにしてもよい。
【００５４】
本発明の第二の実施の形態を図４及び図５に基づいて説明する。なお、図１ないし図３において説明した部分と同じ部分は同じ符号で示し、説明も省略する（以下の実施の形態でも同じ）。
【００５５】
本実施の形態の導波路型光増幅器２１の基本的構成は第一の実施の形態の導波路型光増幅器１と同じであり、この導波路型光増幅器２１と第一の実施の形態の導波路型光増幅器１との相違する部分は、第一光導波路２２と第二光導波路２３とが基板２４中に埋め込み型に形成されている点である。
【００５６】
第一光導波路２２は光源用半導体レーザ５（図１参照）から出射された信号光が入射されて導波される導波路であり、第二光導波路２３は励起用レーザ６（図１参照）から出射された励起光が入射されて導波される導波路である。
【００５７】
第一光導波路２２と第二光導波路２３とは、信号光又は励起光が入射される側では分岐されており、途中から重なり合った重なり部２５とされている。信号光及び励起光の導波方向に沿った重なり部２５の下流側先端部であって導波された信号光や励起光が出射されたる部位には、励起光を透過させず反射又は吸収し、及び、信号光のみを透過させるフィルタ９が取付けられている。
【００５８】
第一光導波路２２と第二光導波路２３とには活性ドーパントがドープされている。第一光導波路２２と第二光導波路２３とのドープ領域の断面積、言い換えると、第一・第二光導波路２２、２３における信号光又は励起光が導波される領域である導波方向と直交する方向の空間強度分布が、第二光導波路２３が第一光導波路２２より大きく設定されている。また、活性ドーパントの濃度を比べると、第一光導波路２２では高く、第二光導波路２３では低く設定されている。また、この濃度の違いにより、第一光導波路２２の屈折率が第二光導波路２３の屈折率に比べて大きく設定されている。
【００５９】
このような構成において、第二光導波路２３を励起光が導波されることにより、第二光導波路２３中の活性ドーパントが励起光を吸収して活性化され、高エネルギー状態となる。そして、活性ドーパントが活性化されているときに、信号光が第一光導波路２２中を導波されることにより、重なり部２５において、信号光による誘導によって活性化されている活性ドーパントから信号光と同じ波長の光が放出され、放出された光により信号光が増幅される。
【００６０】
第二光導波路２３は、励起光の導波方向と直交する方向の断面積、言い換えると、励起光の導波方向と直交する方向の空間強度分布が大きく設定されているので、励起光の光量を増やすることができるとともに信号光の増幅率を高めることができる。
【００６１】
一方、第一光導波路２２は、信号光の導波方向と直交する方向の断面積、言い換えると、信号光の導波方向と直交する方向の空間強度分布が小さく設定されているので、重なり部２５の下流側端部から出射された信号光のスポット径を小さくし、信号光の精度を維持することができる。
【００６２】
つまり、本実施の形態の導波路型光増幅器２１を用いれば、信号光の出射面でのスポット径を小さくできるとともに、励起光の光量を増やして信号光の増幅率を高めることができる。
【００６３】
本発明の第三の実施の形態を図６及び図７に基づいて説明する。本実施の形態の導波路型光増幅器３１では、基板３２内へ埋め込み型の第二光導波路３４が形成され、その上に第一光導波路３３が形成されている。
【００６４】
第一光導波路３３と第二光導波路３４とは、信号光又は励起光が入射される側では分岐されており、途中から重なり合った重なり部３５とされている。信号光及び励起光の導波方向に沿った重なり部３５の下流側先端部であって導波された信号光や励起光が出射されたる部位には、励起光を透過させず反射又は吸収し、及び、信号光のみを透過させるフィルタ９が取付けられている。
【００６５】
第一光導波路３３と第二光導波路３４とには活性ドーパントがドープされている。第一光導波路３３と第二光導波路３４とのドープ領域の断面積、言い換えると、第一・第二光導波路３３、３４における信号光又は励起光が導波される領域である導波方向と直交する方向の空間強度分布が、第二光導波路３４が第一光導波路３３より大きく設定されている。また、活性ドーパントの濃度を比べると、第一光導波路３３では高く、第二光導波路３４では低く設定されている。また、この濃度の違いにより、第一光導波路３３の屈折率が第二光導波路３４の屈折率に比べて大きく設定されている。
【００６６】
このような構成において、第二光導波路３４を励起光が導波されることにより、第二光導波路３４中の活性ドーパントが励起光を吸収して活性化され、高エネルギー状態となる。そして、活性ドーパントが活性化されているときに、信号光が第一光導波路３３中を導波されることにより、重なり部３５において、信号光による誘導によって活性化されている活性ドーパントから信号光と同じ波長の光が放出され、放出された光により信号光が増幅される。
【００６７】
第二光導波路３４は、励起光の導波方向と直交する方向の断面積、言い換えると、励起光の導波方向と直交する方向の空間強度分布が大きく設定されているので、励起光の光量を増やすることができるとともに信号光の増幅率を高めることができる。
【００６８】
一方、第一光導波路３３は、信号光の導波方向と直交する方向の断面積、言い換えると、信号光の導波方向と直交する方向の空間強度分布が小さく設定されているので、重なり部３５の下流側端部から出射された信号光のスポット径を小さくし、信号光の精度を維持することができる。
【００６９】
つまり、本実施の形態の導波路型光増幅器３１を用いれば、信号光の出射面でのスポット径を小さくできるとともに、励起光の光量を増やして信号光の増幅率を高めることができる。
【００７０】
なお、上述した第一ないし第三の実施の形態では、第一光導波路３、２２，３３と第二光導波路４、２３、３４とに活性ドーパントをドープした場合を例に挙げて説明したが、第二光導波路４、２３、３４中の活性ドーパントを重なり部８、２５、３５のみに設けてもよい。
【００７１】
また、活性ドーパントを第二光導波路４、２３、３４にのみ設けて第一光導波路３、２２、３３には設けない構成としてもよい。
【００７２】
上述した各構成の導波路型光増幅器においても、励起光による活性ドーパントの活性化と、活性化された活性ドーパントから放出された光による信号光の増幅とが行われる。
【００７３】
また、第一光導波路３、２２、３３と第二光導波路４、２３、３４とにおいては、第一光導波路３、２２、３３の屈折率を第二光導波路４、２３、３４より大きくするために活性ドーパントとは異なる材料のドーパントを加えることもできる。この場合のドーパントとしては、例えば、銀イオン、タリウム等を用いることができる。
【００７４】
本発明の第四の実施の形態を図８に基づいて説明する。本実施の形態の導波路型光増幅器４１では、基板４２上に第一光導波路４３と第二光導波路４４とがＸ字状に形成されており、第一光導波路４３と第二光導波路４４とが重なり合う重なり部４５は中央部にのみ存在する。即ち、第一光導波路４３と第二光導波路４４とは、信号光又は励起光が入射される側では分岐されており、途中に重なり部４５が形成され、信号光及び励起光の導波方向に沿った重なり部４５の下流側で第一光導波路４３と第二光導波路４４とに分岐されている。重なり部４５より下流側の第一光導波路４３における信号光が出射される部位には、励起光を透過させずに信号光のみを透過させるフィルタ９が取付けられている。
【００７５】
本実施の形態でも上述した各導波路型光増幅器と同じように、第一光導波路４３と第二光導波路４４とにおける少なくとも重なり部４５には活性ドーパントがドープされている。
【００７６】
このような構成において、重なり部４５を通過した信号光は第一光導波路４３を導波され、重なり部４５を通過した励起光は第一光導波路４３と第二光導波路４４とに分かれて導波される。
【００７７】
このため、重なり部４５を通過した後に第一光導波路４３を導波されて信号光と共に出射される励起光の量が少なくなり、重なり部４５を通過した後に第一光導波路４３から出射される信号光の励起光に対するＳ／Ｎ比が向上し、フィルタ９による励起光の除去性能が高くなるので出射される信号光の品質が高くなる。
【００７８】
なお、励起光による信号光の増幅は、上述した各実施の形態と同様に行われる。
【００７９】
本発明の第五の実施の形態を図９に基づいて説明する。本実施の形態の導波路型光増幅器５１では、基板５２上に一つの第一光導波路５３と複数の第二光導波路５４とが形成されている。各第二光導波路５４の入射側端部には、励起光を出射する励起用レーザ６がそれぞれ配置され、第一光導波路５３の入射側端部には信号光を出射する光源用半導体レーザ５（図１参照）が配置されている。
【００８０】
各第二光導波路５４は第一光導波路５３の周囲で合流され、第一光導波路５３の周囲を囲んだ重なり部５５が形成されている。
【００８１】
本実施の形態でも上述した各導波路型光増幅器と同じように、第一光導波路５３と第二光導波路５４とにおける少なくとも重なり部５５には活性ドーパントがドープされている。
【００８２】
このような構成において、複数の第二光導波路５４のそれぞれから励起光を入射することができ、信号光を増幅する励起光の光量を増加させることが可能となり、信号光の増幅率を高めることが可能となる。
【００８３】
本発明の第六の実施の形態を図１０に基づいて説明する。本実施の形態の導波路型光増幅器６１では、基板６２上に、第一光導波路６３と、第二光導波路６４とが形成され、第一光導波路６３と第二光導波路６４とが重なり合った重なり部６５が形成されている。第一光導波路６３は直線状に形成されている。第二光導波路６４は、励起光の導波方向に沿った重なり部６５の上流側である入射側が二本に分岐されており、二本の第二光導波路６４は重なり部６５の位置で合流し、合流した第二光導波路６４は重なり部６５の下流側において一本に合流した状態のまま第一光導波路６３に対して分離されている。
【００８４】
本実施の形態でも上述した各導波路型光増幅器と同じように、第一光導波路６３と第二光導波路６４とにおける少なくとも重なり部６５には活性ドーパントがドープされている。
【００８５】
このような構成において、本実施の形態の導波路型光増幅器６１では、二本に分かれている第二光導波路６４のそれぞれから励起光を入射させることができ、信号光を増幅する励起光の光量を増加させることが可能となり、信号光の増幅率を高めることができる。
【００８６】
また、重なり部６５を通過した信号光は第一光導波路６３を導波され、重なり部６５を通過した励起光は第一光導波路６３と第二光導波路６４とに分かれて導波される。
【００８７】
このため、重なり部６５を通過した後に第一光導波路６３を導波されて信号光と共に出射される励起光の量が少なくなり、重なり部６５を通過した後に第一光導波路６３から出射される信号光の励起光に対するＳ／Ｎ比が向上し、フィルタ９による励起光の除去性能が高くなるので第一光導波路６３から出射される信号光の品質が高くなる。
【００８８】
本発明の第七の実施の形態を図１１及び図１２に基づいて説明する。本実施の形態の導波路型光増幅器７１では、基板７２上に直線状の第一光導波路７３と、基板７２上の第一光導波路７３以外の部分を覆う平面型の第二光導波路７４とが形成され、第一光導波路７３の周囲には第二光導波路７４が重なった重なり部７５が形成されている。第二光導波路７４の入射側端部には励起光を出射する複数の励起用レーザ６が配置されている。
【００８９】
本実施の形態でも上述した各導波路型光増幅器と同じように、第一光導波路７３と第二光導波路７４とにおける少なくとも重なり部７５には活性ドーパントがドープされている。
【００９０】
このような構成において、複数の励起用レーザ６から励起光が出射され、信号光の増幅のために用いられる励起光の光量を増加させることができる。これにより、信号光の増幅率を高めることができる。
【００９１】
本発明の第八の実施の形態を図１３に基づいて説明する。本実施の形態の導波路型光増幅器８１では、基板８２上に、第一光導波路８３と、第二光導波路８４とが形成され、第一光導波路８３と第二光導波路８４とが重なり合った重なり部８５が形成されている。
【００９２】
第一光導波路８３は、この第一光導波路８３を導波される信号光の導波方向に沿った重なり部８５より上流側である入射側が二本に分岐されており、二本の第一光導波路８３は重なり部８５の上流位置で合流し、合流した第一光導波路８３は重なり部８５の下流側においても一本に合流した状態を維持される。
【００９３】
第二光導波路８４は第六の実施の形態（図１０）で説明した第二光導波路６４と同じ構造であり、励起光の導波方向に沿った重なり部８５の上流側である入射側が二本に分岐されており、重なり部８５で合流した二本の第二光導波路８４は、重なり部８５の下流側において一本に合流した状態で第一光導波路８３に対して分離されている。
【００９４】
本実施の形態でも上述した各導波路型光増幅器と同じように、第一光導波路８３と第二光導波路８４とにおける少なくとも重なり部８５には活性ドーパントがドープされている。
【００９５】
このような構成において、分岐された第一光導波路８３の入射側端部から同一波長で同一周期の信号光を入射することができ、その信号光を一つに合流させてから重なり部８５で増幅することができる。これにより、信号光の出力アップを図ることができる。
【００９６】
また、重なり部８５を通過した励起光は第一光導波路８３と第二光導波路８４とに分かれて導波されるので、重なり部８５を通過した後に第一光導波路８３を導波されて信号光と共に出射される励起光の量が少なくなり、重なり部８５を通過した後に第一光導波路８３から出射される信号光の励起光に対するＳ／Ｎ比が向上し、フィルタ９による励起光の除去性能が高くなるので第一光導波路６３から出射される信号光の品質が高くなる。
【００９７】
本発明の第九の実施の形態を図１４及び図１５に基づいて説明する。本実施の形態の導波路型光増幅器９１の基本的構造は第六の実施の形態（図１０）の導波路型光増幅器６１と同じであり、重なり部６５にフィルタ９２が設けられている。このフィルタ９２は、装荷型グレーティングであり、励起光を透過させずに信号光を透過させる性能を有する。ここで、フィルタ９２のグレーティングの間隔を、励起光の中心周波数に対応する第二光導波路６４の導波モードが反射するように選ぶことで、励起光を反射させ、信号光を透過させることが可能となる。なお、フィルタ９２としては、屈折率変調型グレーティングを用いることも可能である。
【００９８】
本発明の第十の実施の形態を図１６及び図１７に基づいて説明する。本実施の形態の導波路型光増幅器９４では、基板９５上に第一光導波路９６と第二光導波路９７とが形成され、これらの第一光導波路９６と第二光導波路９７との重なり部９８に、フィルタ９９が設けられている。フィルタ９９は、重なり部９８を斜めに分離するように誘電体多層膜を挿入したものであり、フィルタ９９の誘電体多層膜の各膜厚を、励起光の中心周波数に対応する第二光導波路９７の導波モードが反射するように選ぶことで、励起光を反射させ、信号光を透過させることが可能となる。
【００９９】
【発明の効果】
請求項１記載の発明の導波路型光増幅器によれば、励起光が導波される第二光導波路における励起光と直交する方向の空間強度分布が、信号光が導波される第一光導波路における信号光の導波方向と直交する方向の空間強度分布より大きく設定されているので、信号光の出射面でのスポット径を大きくすることなく励起光の光量を増やすことが可能になり、信号光の精度を維持しつつ信号光の増幅率を高めることができる。
【０１００】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の導波路型光増幅器において、前記第二光導波路中の前記活性ドーパントは、前記重なり部にのみ設けられているので、励起光が第二光導波路を導波されるときに、重なり部以外の部分で励起光が活性ドーパントに吸収されるということが起こらず、励起光は信号光の増幅が行われる領域である重なり部で活性ドーパントに効率よく吸収されることになり、励起光を信号光の増幅のために効率良く使用することができ、信号光の増幅を効率良く行うことができる。
【０１０１】
請求項３記載の発明によれば、請求項１記載の導波路型光増幅器において、前記第二光導波路中に前記活性ドーパントがドープされ、前記第一光導波路中には前記活性ドーパントがドープされていないので、第一光導波路を形成する際に活性ドーパントをドープし易い材料を用いる必要がなくなり、第一光導波路を形成する材料の選択幅を広くできるとともに製造コストを低減することができる。
【０１０２】
請求項４記載の発明によれば、請求項１記載の導波路型光増幅器において、前記第一光導波路中の前記活性ドーパントの濃度が前記第二光導波路中の前記活性ドーパントの濃度より高く設定されるとともに、この活性ドーパントの濃度により前記第一光導波路の屈折率が前記第二光導波路中の屈折率より高く設定されているので、第一光導波路と第二光導波路との屈折率を設定するために使用されるドーパントとして活性ドーパントを用いているので、活性ドーパントによる励起光の吸収率を高くして信号光の増幅率を向上させることができる。
【０１０３】
請求項５記載の発明によれば、請求項１記載の導波路型光増幅器において、前記第二光導波路に比べて屈折率が大きく設定された前記第一光導波路は、前記活性ドーパントに加えて高屈折率を生じさせるドーパントを含んでいるので、第一光導波路と第二光導波路との屈折率を変えるために第一光導波路には高屈折率を生じさせるドーパントを含んだ材料を使用すればよく、第一光導波路、第二光導波路の形成方法の自由度を高めることができる。
【０１０４】
請求項６記載の発明によれば、請求項１ないし５のいずれか一記載の導波路型光増幅器において、前記重なり部における前記信号光と前記励起光とが出射される部位に前記励起光を透過させずに前記信号光のみを透過させるフィルタが設けられているので、重なり部の出射側の部位からは励起光を除いた信号光のみを出射させることができる。
【０１０５】
請求項７記載の発明によれば、請求項１ないし５のいずれか一記載の導波路型光増幅器において、前記第一光導波路と前記第二光導波路とは、前記信号光と前記励起光との導波方向に沿った前記重なり部より下流側において前記第一光導波路と前記第二光導波路とに分離され、分離された後の前記第一光導波路における前記信号光が出射される部位に前記励起光を透過させずに前記信号光のみを透過させるフィルタが設けられているので、重なり部を通過した後に第一光導波路から出射される信号光の励起光に対するＳ／Ｎ比を向上させることができ、フィルタによる励起光の除去性能が高くなって出射される信号光の品質を高めることができる。
【０１０６】
請求項８記載の発明によれば、請求項１ないし５のいずれか一記載の導波路型光増幅器において、前記第二光導波路が複数設けられ、複数の前記第二光導波路が前記重なり部で合流されているので、第二光導波路を導波される励起光の光量を増加させることができ、信号光の増幅率を高めることができる。
【０１０７】
請求項９記載の発明によれば、請求項１ないし５のいずれか一記載の導波路型光増幅器において、前記励起光の導波方向に沿った前記重なり部の上流側に複数の前記第二光導波路が設けられ、前記励起光の導波方向に沿った重なり部の下流側において前記第一光導波路と前記第二光導波路とに分離されているので、第二光導波路を導波される励起光の光量を増加させることにより信号光の増幅率を高めることができ、また、重なり部を通過した後に第一光導波路から出射される信号光の励起光に対するＳ／Ｎ比を向上させることができる。
【０１０８】
請求項１０記載の発明によれば、請求項１ないし５のいずれか一記載の導波路型光増幅器において、前記第二光導波路は平面型に形成されているので、第二光導波路を導波される励起光の光量を増加させることができ、信号光の増幅率を高めることができる。
【０１０９】
請求項１１記載の発明によれば、請求項６ないし１０のいずれか一記載の導波路型光増幅器において、前記信号光の導波方向に沿った前記重なり部の上流側にそれぞれ前記信号光出射部から出射された信号光が導波される複数の前記第一光導波路が設けられ、複数の前記第一光導波路が前記重なり部の上流側で合流されているので、複数の第一光導波路に同一波長で同一周期の信号光を入射することができ、第一光導波路を導波される信号光の出力アップを図ることができる。
【０１１０】
請求項１２記載の発明によれば、請求項１ないし１１のいずれか一記載の導波路型光増幅器において、前記重なり部に、前記励起光を導波させずに前記信号光を導波させるフィルタが設けられているので、このフィルタの設置位置の自由度を高めることができる。
【０１１１】
請求項１３記載の発明によれば、請求項１ないし１２のいずれか一記載の導波路型光増幅器において、前記第一光導波路又は前記重なり部における前記信号光が入射又は出射される部位に前記信号光に対する無反射コーティング膜が設けられているので、第一光導波路や重なり部に対する信号光の入射及び出射の効率が高くなり、信号光の出力アップを図ることができる。
【０１１２】
請求項１４記載の発明によれば、請求項１ないし１３のいずれか一記載の導波路型光増幅器において、前記基板が酸化物またはフッ化物により形成され、前記活性ドーパントとしてＣｒまたはＴｉが用いられているので、この組み合わせによって波長が０．６〜０．８μｍ付近の赤色から近赤外の波長領域の信号光の増幅を効果的に図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施の形態の導波路型光増幅器と光源用半導体レーザと励起用レーザとを示す斜視図である。
【図２】導波路型光増幅器を示す斜視図である。
【図３】その重なり部の断面図である。
【図４】本発明の第二の実施の形態の導波路型光増幅器を示す斜視図である。
【図５】その重なり部の断面図である。
【図６】本発明の第三の実施の形態の導波路型光増幅器を示す斜視図である。
【図７】その重なり部の断面図である。
【図８】本発明の第四の実施の形態の導波路型光増幅器を示す斜視図である。
【図９】本発明の第五の実施の形態の導波路型光増幅器を示す斜視図である。
【図１０】本発明の第六の実施の形態の導波路型光増幅器を示す平面図である。
【図１１】本発明の第七の実施の形態の導波路型光増幅器を示す平面図である。
【図１２】その断面図である。
【図１３】本発明の第八の実施の形態の導波路型光増幅器を示す平面図である。
【図１４】本発明の第九の実施の形態の導波路型光増幅器を示す平面図である。
【図１５】その重なり部の断面図である。
【図１６】本発明の第十の実施の形態の導波路型光増幅器を示す平面図である。
【図１７】その斜視図である。
【図１８】従来例の導波路型光増幅器を示す斜視図である。
【符号の説明】
１導波路型光増幅器
２基板
３第一光導波路
４第二光導波路
５信号光出射部
６励起光出射部
８重なり部
９フィルタ
１０無反射コーティング膜
２１導波路型光増幅器
２２第一光導波路
２３第二光導波路
２４基板
２５重なり部
３１導波路型光増幅器
３２基板
３３第一光導波路
３４第二光導波路
３５重なり部
４１導波路型光増幅器
４２基板
４３第一光導波路
４４第二光導波路
４５重なり部
５１導波路型光増幅器
５２基板
５３第一光導波路
５４第二光導波路
５５重なり部
６１導波路型光増幅器
６２基板
６３第一光導波路
６４第二光導波路
６５重なり部
７１導波路型光増幅器
７２基板
７３第一光導波路
７４第二光導波路
７５重なり部
８１導波路型光増幅器
８２基板
８３第一光導波路
８４第二光導波路
８５重なり部
９１導波路型光増幅器
９２フィルタ
９４導波路型光増幅器
９５基板
９６第一光導波路
９７第二光導波路
９８重なり部
９９フィルタ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a waveguide type optical amplifier.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, various inventions have been proposed or put into practical use for a waveguide type optical amplifier in which signal light is amplified using pump light (for example, see Patent Document 1).
[0003]
The waveguide type optical amplifier disclosed in Patent Document 1 will be described with reference to FIG. This waveguide type optical amplifier 101 includes a first optical waveguide 102 through which signal light is guided, a second optical waveguide 103 through which pumping light is guided, and these first optical waveguide 102 and second optical waveguide 103. And the third optical waveguide 104 in which the two are combined into one. The first optical waveguide 102, the second optical waveguide 103, and the third optical waveguide 104 have substantially the same diameter. An active dopant optically activated by the excitation light is added to the third optical waveguide 104. In the middle of the third optical waveguide 104, there is provided a filter 106 made of a grating for transmitting signal light guided in the third optical waveguide 104 and absorbing or reflecting excitation light.
[0004]
In this waveguide type optical amplifier 101, signal light is guided through the third optical waveguide 104 via the first optical waveguide 102, and excitation light is guided through the third optical waveguide 104 via the second optical waveguide 103. When the excitation light is guided through the third optical waveguide 104, the active dopant in the third optical waveguide 104 is activated by absorbing the excitation light, and is activated by the induction of the signal light when the signal light is guided. The light having the same wavelength as the signal light is emitted from the active dopant, thereby amplifying the signal light.
[0005]
By the way, as for the diameter of the first optical waveguide 102 through which the signal light is guided, if this diameter is increased, the spatial intensity distribution in the direction orthogonal to the guiding direction of the signal light guided through the first optical waveguide 102 is increased. The diameter of the first optical waveguide 102 is reduced by reducing the diameter of the first optical waveguide 102 because the diameter of the first optical waveguide 102 becomes small and the signal light at the emission surface is dispersed and the accuracy of the signal is reduced. It is desirable to reduce the spatial intensity distribution in the direction orthogonal to the wave direction) and to reduce the spot diameter of the signal light on the emission surface.
[0006]
On the other hand, with respect to the diameter of the second optical waveguide 103 on which the excitation light is incident, if this diameter is increased, the spatial intensity distribution in the direction orthogonal to the waveguide direction of the excitation light guided through the second optical waveguide 103 increases. Therefore, the amount of pumping light that can be guided can be increased, and the amplifying effect of signal light can be enhanced, so that the diameter of the second optical waveguide 103 is increased (the signal light guided through the second optical waveguide 103). It is desirable to increase the spatial light intensity distribution in the direction orthogonal to the waveguide direction) and to increase the amount of excitation light.
[0007]
[Patent Document 1]
Japanese Patent No. 3001672 (FIG. 9)
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described waveguide type optical amplifier 101 shown in FIG. 18, since the first optical waveguide 102, the second optical waveguide 103, and the third optical waveguide 104 are formed to have substantially the same diameter, the first optical waveguide The two contradictory objectives of simultaneously reducing the diameter of the waveguide 102 to reduce the spot diameter of the signal light at the emission surface and increasing the diameter of the second optical waveguide 103 to increase the amount of excitation light are achieved simultaneously. It is not possible.
[0009]
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a waveguide-type optical amplifier that can reduce the spot diameter on the emission surface of signal light and increase the amount of excitation light to increase the amplification factor of signal light.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The waveguide type optical amplifier according to the first aspect of the present invention is provided on a substrate, a first optical waveguide provided on the substrate, through which the signal light emitted from the signal light emitting unit is guided, and provided on the substrate. And a second optical waveguide through which the excitation light emitted from the excitation light emission unit is guided, and the refractive index of the first optical waveguide is set to be larger than the refractive index of the second optical waveguide, and The first optical waveguide and the second optical waveguide at least partially have an overlapping portion, and at least this overlapping portion is doped with an active dopant that is optically activated by the excitation light, and the second optical waveguide has The spatial intensity distribution in the direction orthogonal to the waveguide direction of the pump light is set to be larger than the spatial intensity distribution in the direction orthogonal to the waveguide direction of the signal light in the first optical waveguide.
[0011]
Therefore, the active dopant is activated by the excitation light guided through the second optical waveguide, and when the signal light passes through the overlapping portion, light having the same wavelength as the signal light is emitted from the activated light dopant. The signal light is amplified. Since the spatial intensity distribution in the direction orthogonal to the excitation light in the second optical waveguide is set to be larger than the spatial intensity distribution in the direction orthogonal to the guiding direction of the signal light in the first optical waveguide, the emission surface of the signal light It is possible to increase the light amount of the excitation light without increasing the spot diameter in the above, and it is possible to increase the amplification factor of the signal light while maintaining the accuracy of the signal light.
[0012]
According to a second aspect of the present invention, in the waveguide type optical amplifier according to the first aspect, the active dopant in the second optical waveguide is provided only in the overlapping portion.
[0013]
Therefore, when the pumping light is guided through the second optical waveguide, the pumping light is not absorbed by the active dopant in a portion other than the overlapping portion, and the pumping light is in a region where the signal light is amplified. The active dopant is efficiently absorbed at a certain overlap portion. As a result, the pump light is efficiently used for amplifying the signal light, and the signal light is efficiently amplified. In addition, since the excitation light is not absorbed in portions other than the overlapping portion in the second optical waveguide, even if the length of the second optical waveguide is increased, the excitation light is hardly attenuated, and the degree of freedom of the layout of the second optical waveguide is reduced. Get higher.
[0014]
According to a third aspect of the present invention, in the waveguide type optical amplifier according to the first aspect, the active dopant is doped in the second optical waveguide, and the active dopant is not doped in the first optical waveguide. .
[0015]
Therefore, when forming the first optical waveguide, it is not necessary to use a material which is easy to dope the active dopant, and the selection range of the material for forming the first optical waveguide is widened. Reduced.
[0016]
According to a fourth aspect of the present invention, in the waveguide type optical amplifier according to the first aspect, the concentration of the active dopant in the first optical waveguide is set higher than the concentration of the active dopant in the second optical waveguide. At the same time, the refractive index of the first optical waveguide is set higher than the refractive index of the second optical waveguide by the concentration of the active dopant.
[0017]
Therefore, since the active dopant is used as a dopant used to set the refractive index of the first optical waveguide and the second optical waveguide, the absorption of the excitation light by the active dopant is increased, and the amplification of the signal light is performed. The rate is improved.
[0018]
According to a fifth aspect of the present invention, in the waveguide type optical amplifier according to the first aspect, the first optical waveguide having a higher refractive index than the second optical waveguide has a high refractive index in addition to the active dopant. It contains a dopant that produces a rate.
[0019]
Therefore, in order to change the refractive index between the first optical waveguide and the second optical waveguide, a material containing a dopant that produces a high refractive index may be used for the first optical waveguide. The degree of freedom in the method of forming the waveguide is increased.
[0020]
According to a sixth aspect of the present invention, in the waveguide type optical amplifier according to any one of the first to fifth aspects, the pumping light is transmitted through a portion of the overlapping portion where the signal light and the pumping light are emitted. A filter that allows only the signal light to pass therethrough is provided.
[0021]
Therefore, only the signal light excluding the excitation light can be emitted from the portion on the emission side of the overlapping portion.
[0022]
Here, in the present invention and the following invention, "not transmit the excitation light" means that the excitation light is reflected or absorbed, and as a result, the excitation light is not transmitted.
[0023]
According to a seventh aspect of the present invention, in the waveguide type optical amplifier according to any one of the first to fifth aspects, the first optical waveguide and the second optical waveguide are configured to guide the signal light and the pump light. The first optical waveguide and the second optical waveguide are separated on the downstream side from the overlapping portion along the wave direction, and the excitation is performed at a portion where the signal light is emitted in the separated first optical waveguide. A filter is provided for transmitting only the signal light without transmitting light.
[0024]
Therefore, after the signal light and the pumping light overlap in the overlapping portion, the pumping light that has passed through the overlapping portion is guided separately to the first optical waveguide and the second optical waveguide, and the signal light that has passed through the overlapping portion Most of the light is guided through the first optical waveguide and emitted. Therefore, the amount of the excitation light guided through the first optical waveguide after passing through the overlapping portion and emitted together with the signal light is reduced, and the excitation of the signal light emitted from the first optical waveguide after passing through the overlapping portion is reduced. The S / N ratio with respect to light is improved, the performance of removing the excitation light by the filter is increased, and the quality of the emitted signal light is increased.
[0025]
According to an eighth aspect of the present invention, in the waveguide type optical amplifier according to any one of the first to fifth aspects, a plurality of the second optical waveguides are provided, and the plurality of the second optical waveguides are joined at the overlapping portion. ing.
[0026]
Therefore, it is possible to increase the amount of the excitation light guided through the second optical waveguide, and to increase the amplification factor of the signal light.
[0027]
According to a ninth aspect of the present invention, in the waveguide type optical amplifier according to any one of the first to fifth aspects, a plurality of the second optical waveguides are provided on an upstream side of the overlapping portion along a waveguide direction of the pump light. Is provided, and is separated into the first optical waveguide and the second optical waveguide on the downstream side of the overlapping portion along the waveguide direction of the excitation light.
[0028]
Therefore, it is possible to increase the amount of the excitation light guided through the second optical waveguide and to increase the amplification factor of the signal light. Further, the amount of the excitation light guided through the first optical waveguide after passing through the overlapping portion is reduced, and the S / N ratio of the signal light emitted from the first optical waveguide after passing through the overlapping portion to the excitation light is reduced. improves.
[0029]
According to a tenth aspect of the present invention, in the waveguide type optical amplifier according to any one of the first to fifth aspects, the second optical waveguide is formed to be planar.
[0030]
Therefore, it is possible to increase the amount of the excitation light guided through the second optical waveguide, and to increase the amplification factor of the signal light.
[0031]
According to an eleventh aspect of the present invention, in the waveguide type optical amplifier according to any one of the sixth to tenth aspects, each of the signal light emitting units is provided on the upstream side of the overlapping portion along the signal light guiding direction. A plurality of the first optical waveguides through which the emitted signal light is guided are provided, and the plurality of the first optical waveguides are joined on the upstream side of the overlapping portion.
[0032]
Therefore, the signal light having the same wavelength and the same period can be incident on the plurality of first optical waveguides, and the output of the signal light guided through the first optical waveguide can be increased.
[0033]
According to a twelfth aspect of the present invention, in the waveguide type optical amplifier according to any one of the first to eleventh aspects, a filter that guides the signal light without guiding the pumping light is provided in the overlapping portion. Have been.
[0034]
Therefore, the degree of freedom of the installation position of the filter for guiding the signal light without guiding the excitation light is increased.
[0035]
According to a thirteenth aspect of the present invention, in the waveguide type optical amplifier according to any one of the first to twelfth aspects, the signal light is applied to a portion of the first optical waveguide or the overlapping portion where the signal light enters or exits. Is provided with a non-reflective coating film.
[0036]
Therefore, the efficiency of the signal light entering and exiting the first optical waveguide and the overlapping portion is increased, and the output of the signal light can be increased.
[0037]
According to a fourteenth aspect of the present invention, in the waveguide type optical amplifier according to any one of the first to thirteenth aspects, the substrate is formed of an oxide or a fluoride, and Cr or Ti is used as the active dopant. .
[0038]
Therefore, by combining the substrate with an oxide or a fluoride and using Cr or Ti as an active dopant, the effect of amplifying the signal light in the wavelength region from red to near infrared having a wavelength of about 0.6 to 0.8 μm is obtained. It can be aimed at.
[0039]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The waveguide type optical amplifier 1 of the present embodiment is formed by a substrate 2, a first optical waveguide 3 and a second optical waveguide 4 formed on the substrate 2. The first optical waveguide 3 is a waveguide on which the signal light emitted from the light source semiconductor laser 5 which is the signal light emitting portion is incident and guided, and the second optical waveguide 4 is an excitation light emitting portion which is an excitation light emitting portion. This is a waveguide on which the excitation light emitted from the laser 6 is incident and guided. In the vicinity of the waveguide type optical amplifier 1, a substrate 7 on which a light source semiconductor laser 5 and a pumping laser 6 are installed is arranged.
[0040]
The substrate 2 is made of an oxide Al ₂ O ₃ Is formed.
[0041]
The first optical waveguide 3 and the second optical waveguide 4 are doped with an active dopant. As the active dopant doped into the first optical waveguide 3 and the second optical waveguide 4, for example, Ti ion or Cr ion can be used. The cross-sectional area of the doped region of the first optical waveguide 3 and the second optical waveguide 4, in other words, the guiding direction of the first and second optical waveguides 3 and 4, which is the region where the signal light or the pumping light is guided. The spatial intensity distribution in the orthogonal direction is set so that the second optical waveguide 4 is larger than the first optical waveguide 3. Further, comparing the concentrations of the active dopants, the first optical waveguide 3 is set to be high, and the second optical waveguide 4 is set to be low. Also, due to this difference in concentration, the refractive index of the first optical waveguide 3 is set to be larger than the refractive index of the second optical waveguide 4.
[0042]
The first optical waveguide 3 and the second optical waveguide 4 are branched on the side where the signal light or the excitation light is incident, and form an overlapping portion 8 which is overlapped from the middle. At the downstream end portion of the overlapping portion 8 along the waveguide direction of the signal light and the excitation light, where the guided signal light and the excitation light are emitted, the excitation light is reflected or absorbed without transmitting. , And a filter 9 for transmitting only the signal light is attached.
[0043]
An anti-reflection coating film 10 for signal light is provided on the incident side of the first optical waveguide 3 and on the exit side of the overlapping portion 8.
[0044]
Here, a method for manufacturing the waveguide optical amplifier 1 will be described. First, Al ₂ O ₃ Al on the substrate 2 of ₂ O ₃ To form a layer doped with Ti ions. For forming this layer, a pulse laser deposition method, a reactive cluster beam deposition method, and the like are known. Further, the first optical waveguide 3 is formed by a vapor phase etching method using a mask or the like. After forming the first optical waveguide 3, the second optical waveguide 4 is formed in the same manner.
[0045]
In such a configuration, the signal light emitted from the semiconductor laser for light source 5 is guided in the first optical waveguide 3, and after being overlapped with the second optical waveguide 4 in the overlapping portion 8, the signal light is transmitted to the first optical waveguide 3. Due to the difference in refractive index from the second optical waveguide 4, only the portion of the first optical waveguide 3 is guided, and the light is emitted from the downstream end of the overlapping portion 8 along the waveguide direction.
[0046]
Excitation light emitted from the excitation laser 6 is guided in the second optical waveguide 4, is guided in the second optical waveguide 4 and the first optical waveguide 3 in the overlapping portion 8, and is guided in the guiding direction. From the downstream end of the overlapping portion 8 along the line.
[0047]
Here, when the excitation light is guided through the second optical waveguide 4, the active dopant in the second optical waveguide 4 is activated by absorbing the excitation light, and becomes a high energy state. When the active dopant is activated, the signal light is guided in the first optical waveguide 3, so that in the overlapping portion 8, the signal light is converted from the active dopant activated by the induction by the signal light. And the signal light is amplified by the emitted light.
[0048]
The second optical waveguide 4 has a large cross-sectional area in a direction orthogonal to the waveguide direction of the excitation light, in other words, a large spatial intensity distribution in a direction orthogonal to the waveguide direction of the excitation light. Can be increased, and the amplification factor of the signal light can be increased.
[0049]
On the other hand, the first optical waveguide 3 has a small cross-sectional area in the direction orthogonal to the signal light guiding direction, in other words, the spatial intensity distribution in the direction orthogonal to the signal light guiding direction is set to be small. 8, the spot diameter of the signal light emitted from the downstream end can be reduced, and the accuracy of the signal light can be maintained.
[0050]
That is, by using the waveguide type optical amplifier 1 of the present embodiment, the spot diameter on the emission surface of the signal light can be reduced, and the amount of the excitation light can be increased to increase the amplification factor of the signal light.
[0051]
Further, in the present embodiment, the anti-reflection coating film 10 for the signal light is provided on the incident side portion of the first optical waveguide 3 and on the exit side portion of the overlapping portion 8, so that the first optical waveguide 3 The signal light is less likely to be reflected when the signal light is incident on the substrate and when the signal light is emitted from the overlapping portion 8, so that the output of the signal light can be increased.
[0052]
Further, in the present embodiment, since the filter 9 is attached to a portion on the emission side of the overlapping portion 8, only the signal light excluding the excitation light can be emitted, and the accuracy of the signal light is improved.
[0053]
In the present embodiment, when forming the first optical waveguide 3 and the second optical waveguide 4, Al ₂ O ₃ In the above description, the case where a layer doped with Ti ions is formed is described as an example. ₂ O ₃ And LiSrAlF ₆ Alternatively, a layer doped with such a material may be formed.
[0054]
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted (the same applies to the following embodiments).
[0055]
The basic configuration of the waveguide type optical amplifier 21 of the present embodiment is the same as that of the waveguide type optical amplifier 1 of the first embodiment. The difference from the waveguide optical amplifier 1 is that the first optical waveguide 22 and the second optical waveguide 23 are embedded in a substrate 24.
[0056]
The first optical waveguide 22 is a waveguide on which the signal light emitted from the light source semiconductor laser 5 (see FIG. 1) is incident and guided, and the second optical waveguide 23 is the excitation laser 6 (see FIG. 1). This is a waveguide on which the excitation light emitted from is guided and guided.
[0057]
The first optical waveguide 22 and the second optical waveguide 23 are branched on the side where the signal light or the excitation light is incident, and form an overlapping portion 25 that overlaps in the middle. The downstream end of the overlapping portion 25 along the waveguide direction of the signal light and the pumping light, where the guided signal light and the pumping light are emitted, is reflected or absorbed without transmitting the pumping light. , And a filter 9 for transmitting only the signal light is attached.
[0058]
The first optical waveguide 22 and the second optical waveguide 23 are doped with an active dopant. The cross-sectional area of the doped region of the first optical waveguide 22 and the second optical waveguide 23, in other words, the guiding direction of the first and second optical waveguides 22 and 23, which is the region where the signal light or the excitation light is guided. The spatial intensity distribution in the orthogonal direction is set so that the second optical waveguide 23 is larger than the first optical waveguide 22. In addition, the concentration of the active dopant is set higher in the first optical waveguide 22 and lower in the second optical waveguide 23. Also, due to this difference in concentration, the refractive index of the first optical waveguide 22 is set to be larger than the refractive index of the second optical waveguide 23.
[0059]
In such a configuration, when the excitation light is guided through the second optical waveguide 23, the active dopant in the second optical waveguide 23 is activated by absorbing the excitation light, and becomes a high energy state. When the active dopant is activated, the signal light is guided in the first optical waveguide 22, and the signal light is guided from the active dopant activated by the induction by the signal light in the overlapping portion 25. And the signal light is amplified by the emitted light.
[0060]
The second optical waveguide 23 has a large cross-sectional area in the direction orthogonal to the waveguide direction of the excitation light, in other words, the spatial intensity distribution in the direction orthogonal to the waveguide direction of the excitation light is set to be large. Can be increased, and the amplification factor of the signal light can be increased.
[0061]
On the other hand, the first optical waveguide 22 has a small cross-sectional area in the direction orthogonal to the signal light guiding direction, in other words, the spatial intensity distribution in the direction orthogonal to the signal light guiding direction. It is possible to reduce the spot diameter of the signal light emitted from the downstream end portion of the light source 25 and maintain the accuracy of the signal light.
[0062]
That is, by using the waveguide type optical amplifier 21 of the present embodiment, the spot diameter on the emission surface of the signal light can be reduced, and the amount of the excitation light can be increased to increase the amplification factor of the signal light.
[0063]
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the waveguide type optical amplifier 31 of the present embodiment, an embedded second optical waveguide 34 is formed in a substrate 32, and a first optical waveguide 33 is formed thereon.
[0064]
The first optical waveguide 33 and the second optical waveguide 34 are branched on the side where the signal light or the excitation light is incident, and form an overlapping portion 35 that overlaps in the middle. At the downstream end of the overlapping portion 35 along the waveguide direction of the signal light and the excitation light, the portion where the guided signal light and the excitation light are emitted is reflected or absorbed without transmitting the excitation light. , And a filter 9 for transmitting only the signal light is attached.
[0065]
The first optical waveguide 33 and the second optical waveguide 34 are doped with an active dopant. The cross-sectional area of the doped region of the first optical waveguide 33 and the second optical waveguide 34, in other words, the waveguide direction in the first and second optical waveguides 33 and 34, which is the region where the signal light or the excitation light is guided. The spatial intensity distribution in the orthogonal direction is set so that the second optical waveguide 34 is larger than the first optical waveguide 33. In addition, the concentration of the active dopant is set higher in the first optical waveguide 33 and lower in the second optical waveguide 34. Further, due to the difference in the concentration, the refractive index of the first optical waveguide 33 is set to be larger than the refractive index of the second optical waveguide 34.
[0066]
In such a configuration, when the excitation light is guided through the second optical waveguide 34, the active dopant in the second optical waveguide 34 is activated by absorbing the excitation light, and becomes a high energy state. When the active dopant is activated, the signal light is guided in the first optical waveguide 33, so that the signal light is guided from the active dopant activated by the induction by the signal light in the overlapping portion 35. And the signal light is amplified by the emitted light.
[0067]
The second optical waveguide 34 has a large cross-sectional area in a direction orthogonal to the waveguide direction of the excitation light, in other words, a large spatial intensity distribution in a direction orthogonal to the waveguide direction of the excitation light. Can be increased, and the amplification factor of the signal light can be increased.
[0068]
On the other hand, the first optical waveguide 33 has a small cross-sectional area in the direction orthogonal to the signal light guiding direction, in other words, the spatial intensity distribution in the direction orthogonal to the signal light guiding direction is set to be small. It is possible to reduce the spot diameter of the signal light emitted from the downstream end of 35 and maintain the accuracy of the signal light.
[0069]
That is, by using the waveguide type optical amplifier 31 of the present embodiment, the spot diameter on the emission surface of the signal light can be reduced, and the amount of the excitation light can be increased to increase the amplification factor of the signal light.
[0070]
In the first to third embodiments, the case where the first optical waveguides 3, 22, 33 and the second optical waveguides 4, 23, 34 are doped with an active dopant has been described as an example. The active dopant in the second optical waveguides 4, 23, 34 may be provided only in the overlapping portions 8, 25, 35.
[0071]
Further, a configuration may be adopted in which the active dopant is provided only in the second optical waveguides 4, 23, and 34, and is not provided in the first optical waveguides 3, 22, 33.
[0072]
Also in the waveguide type optical amplifier having the above-described configuration, activation of the active dopant by the excitation light and amplification of the signal light by the light emitted from the activated active dopant are performed.
[0073]
Further, in the first optical waveguides 3, 22, 33 and the second optical waveguides 4, 23, 34, the refractive index of the first optical waveguides 3, 22, 33 is made larger than that of the second optical waveguides 4, 23, 34. Therefore, a dopant of a different material from the active dopant can be added. As the dopant in this case, for example, silver ions, thallium and the like can be used.
[0074]
A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the waveguide type optical amplifier 41 of the present embodiment, the first optical waveguide 43 and the second optical waveguide 44 are formed in an X shape on the substrate 42, and the first optical waveguide 43 and the second optical waveguide 44 are formed. The overlapping portion 45 where the と overlaps exists only in the central portion. That is, the first optical waveguide 43 and the second optical waveguide 44 are branched on the side where the signal light or the pumping light is incident, and an overlapping portion 45 is formed in the middle, and the guiding direction of the signal light and the pumping light. Is branched into a first optical waveguide 43 and a second optical waveguide 44 on the downstream side of the overlapping portion 45 along the line. A filter 9 that transmits only the signal light without transmitting the excitation light is attached to a portion of the first optical waveguide 43 downstream of the overlapping portion 45 where the signal light is emitted.
[0075]
In this embodiment, at least the overlapping portion 45 of the first optical waveguide 43 and the second optical waveguide 44 is doped with an active dopant, as in each of the waveguide optical amplifiers described above.
[0076]
In such a configuration, the signal light that has passed through the overlapping portion 45 is guided through the first optical waveguide 43, and the excitation light that has passed through the overlapping portion 45 is guided separately into the first optical waveguide 43 and the second optical waveguide 44. Waved.
[0077]
Therefore, the amount of the excitation light guided through the first optical waveguide 43 after passing through the overlapping portion 45 and emitted together with the signal light is reduced, and is emitted from the first optical waveguide 43 after passing through the overlapping portion 45. The S / N ratio of the signal light to the pumping light is improved, and the performance of removing the pumping light by the filter 9 is improved, so that the quality of the emitted signal light is improved.
[0078]
The amplification of the signal light by the pump light is performed in the same manner as in the above-described embodiments.
[0079]
A fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the waveguide type optical amplifier 51 of the present embodiment, one first optical waveguide 53 and a plurality of second optical waveguides 54 are formed on a substrate 52. Excitation lasers 6 for emitting excitation light are arranged at the incident side ends of the respective second optical waveguides 54, and the light source semiconductor lasers 5 for emitting signal light are disposed at the incident side ends of the first optical waveguides 53. (See FIG. 1).
[0080]
Each of the second optical waveguides 54 is merged around the first optical waveguide 53 to form an overlapping portion 55 surrounding the first optical waveguide 53.
[0081]
In this embodiment, at least the overlapping portion 55 in the first optical waveguide 53 and the second optical waveguide 54 is doped with an active dopant, as in each of the waveguide optical amplifiers described above.
[0082]
In such a configuration, the excitation light can be incident from each of the plurality of second optical waveguides 54, and the amount of the excitation light for amplifying the signal light can be increased, thereby increasing the amplification rate of the signal light. Becomes possible.
[0083]
A sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the waveguide type optical amplifier 61 of the present embodiment, the first optical waveguide 63 and the second optical waveguide 64 are formed on the substrate 62, and the first optical waveguide 63 and the second optical waveguide 64 are overlapped. An overlapping portion 65 is formed. The first optical waveguide 63 is formed in a straight line. In the second optical waveguide 64, the incident side, which is the upstream side of the overlapping section 65 along the waveguide direction of the excitation light, is branched into two, and the two second optical waveguides 64 merge at the position of the overlapping section 65. Then, the merged second optical waveguide 64 is separated from the first optical waveguide 63 while being merged into one at the downstream side of the overlapping portion 65.
[0084]
In the present embodiment, at least the overlapping portion 65 in the first optical waveguide 63 and the second optical waveguide 64 is doped with an active dopant, similarly to the above-described waveguide optical amplifiers.
[0085]
In such a configuration, in the waveguide type optical amplifier 61 of the present embodiment, pumping light can be made to enter from each of the two divided second optical waveguides 64, and the pumping light for amplifying the signal light can be formed. The light amount can be increased, and the amplification factor of the signal light can be increased.
[0086]
The signal light that has passed through the overlapping portion 65 is guided through the first optical waveguide 63, and the excitation light that has passed through the overlapping portion 65 is guided separately into the first optical waveguide 63 and the second optical waveguide 64.
[0087]
Therefore, the amount of the excitation light guided through the first optical waveguide 63 after passing through the overlapping portion 65 and emitted together with the signal light is reduced, and is emitted from the first optical waveguide 63 after passing through the overlapping portion 65. The S / N ratio of the signal light to the pumping light is improved, and the performance of removing the pumping light by the filter 9 is improved, so that the quality of the signal light emitted from the first optical waveguide 63 is improved.
[0088]
A seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the waveguide type optical amplifier 71 of the present embodiment, a linear first optical waveguide 73 on a substrate 72 and a planar second optical waveguide 74 covering portions other than the first optical waveguide 73 on the substrate 72 are provided. Are formed around the first optical waveguide 73, and an overlapping portion 75 in which the second optical waveguide 74 overlaps is formed. A plurality of excitation lasers 6 for emitting excitation light are arranged at the incident side end of the second optical waveguide 74.
[0089]
In this embodiment, at least the overlapping portion 75 of the first optical waveguide 73 and the second optical waveguide 74 is doped with an active dopant, as in each of the waveguide optical amplifiers described above.
[0090]
In such a configuration, the excitation light is emitted from the plurality of excitation lasers 6, and the amount of excitation light used for amplifying the signal light can be increased. Thereby, the amplification factor of the signal light can be increased.
[0091]
An eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the waveguide type optical amplifier 81 of the present embodiment, the first optical waveguide 83 and the second optical waveguide 84 are formed on the substrate 82, and the first optical waveguide 83 and the second optical waveguide 84 are overlapped. An overlapping portion 85 is formed.
[0092]
The first optical waveguide 83 has an incident side, which is upstream of an overlapping portion 85 along the waveguide direction of the signal light guided through the first optical waveguide 83, and is branched into two. The optical waveguides 83 merge at an upstream position of the overlapping portion 85, and the merged first optical waveguide 83 is maintained in a state of being merged at the downstream side of the overlapping portion 85.
[0093]
The second optical waveguide 84 has the same structure as the second optical waveguide 64 described in the sixth embodiment (FIG. 10), and the incident side which is the upstream side of the overlapping portion 85 along the excitation light guiding direction has two The two second optical waveguides 84 that are branched into a book and merge at the overlapping portion 85 are separated from the first optical waveguide 83 in a state where they are merged into one at the downstream side of the overlapping portion 85.
[0094]
Also in the present embodiment, at least the overlapping portion 85 of the first optical waveguide 83 and the second optical waveguide 84 is doped with an active dopant, similarly to the above-described waveguide optical amplifiers.
[0095]
In such a configuration, the signal light having the same wavelength and the same period can be incident from the incident side end of the branched first optical waveguide 83, and the signal lights are merged into one, and Can be amplified. Thereby, the output of the signal light can be increased.
[0096]
In addition, since the excitation light that has passed through the overlapping portion 85 is guided separately to the first optical waveguide 83 and the second optical waveguide 84, the excitation light is guided through the first optical waveguide 83 after passing through the overlapping portion 85 and the signal is transmitted therethrough. The amount of pumping light emitted together with the light is reduced, the S / N ratio of the signal light emitted from the first optical waveguide 83 after passing through the overlapping portion 85 to the exciting light is improved, and the filter 9 removes the exciting light. Since the performance is improved, the quality of the signal light emitted from the first optical waveguide 63 is improved.
[0097]
A ninth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The basic structure of a waveguide type optical amplifier 91 of the present embodiment is the same as that of the waveguide type optical amplifier 61 of the sixth embodiment (FIG. 10), and a filter 92 is provided in the overlapping portion 65. The filter 92 is a loaded grating and has a performance of transmitting signal light without transmitting excitation light. Here, by selecting the grating interval of the filter 92 so that the waveguide mode of the second optical waveguide 64 corresponding to the center frequency of the excitation light is reflected, the excitation light is reflected and the signal light is transmitted. It becomes possible. In addition, as the filter 92, a refractive index modulation type grating can be used.
[0098]
A tenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the waveguide type optical amplifier 94 of the present embodiment, a first optical waveguide 96 and a second optical waveguide 97 are formed on a substrate 95, and an overlapping portion of the first optical waveguide 96 and the second optical waveguide 97 is provided. 98 is provided with a filter 99. The filter 99 has a dielectric multilayer film inserted so as to diagonally separate the overlapping portion 98. The thickness of each of the dielectric multilayer films of the filter 99 is determined by adjusting the thickness of the second optical waveguide corresponding to the center frequency of the excitation light. By selecting so that the 97 guided modes are reflected, it becomes possible to reflect the excitation light and transmit the signal light.
[0099]
【The invention's effect】
According to the waveguide type optical amplifier of the first aspect of the present invention, the spatial intensity distribution in the direction orthogonal to the pumping light in the second optical waveguide through which the pumping light is guided is determined by the first optical waveguide through which the signal light is guided. Since the spatial intensity distribution is set to be larger than the spatial intensity distribution in the direction orthogonal to the waveguide direction of the signal light in the wave path, it is possible to increase the amount of excitation light without increasing the spot diameter on the emission surface of the signal light, The amplification factor of the signal light can be increased while maintaining the accuracy of the signal light.
[0100]
According to the second aspect of the present invention, in the waveguide type optical amplifier according to the first aspect, since the active dopant in the second optical waveguide is provided only in the overlapping portion, the pumping light is emitted from the second optical waveguide. When guided through the optical waveguide, the excitation light is not absorbed by the active dopant in portions other than the overlapping portion, and the excitation light is applied to the active dopant in the overlapping portion where signal light is amplified. Since the pump light is efficiently absorbed, the pump light can be used efficiently for amplifying the signal light, and the signal light can be efficiently amplified.
[0101]
According to the third aspect of the present invention, in the waveguide type optical amplifier according to the first aspect, the active dopant is doped in the second optical waveguide, and the active dopant is doped in the first optical waveguide. Since the first optical waveguide is not formed, it is not necessary to use a material which is easily doped with an active dopant when forming the first optical waveguide, so that it is possible to widen the selection range of the material forming the first optical waveguide and to reduce the manufacturing cost.
[0102]
According to the fourth aspect of the present invention, in the waveguide type optical amplifier according to the first aspect, the concentration of the active dopant in the first optical waveguide is set higher than the concentration of the active dopant in the second optical waveguide. In addition, since the refractive index of the first optical waveguide is set higher than the refractive index in the second optical waveguide by the concentration of the active dopant, the refractive indices of the first optical waveguide and the second optical waveguide are reduced. Since the active dopant is used as the dopant used for setting, the absorptance of the excitation light by the active dopant can be increased, and the amplification factor of the signal light can be improved.
[0103]
According to the fifth aspect of the present invention, in the waveguide type optical amplifier according to the first aspect, the first optical waveguide whose refractive index is set to be larger than that of the second optical waveguide is added to the active dopant. Since the first optical waveguide contains a dopant that produces a high refractive index, a material containing a dopant that produces a high refractive index may be used for the first optical waveguide to change the refractive index between the first optical waveguide and the second optical waveguide. The degree of freedom of the method of forming the first optical waveguide and the second optical waveguide can be increased.
[0104]
According to a sixth aspect of the present invention, in the waveguide type optical amplifier according to any one of the first to fifth aspects, the pumping light is applied to a portion of the overlapping portion where the signal light and the pumping light are emitted. Since the filter that transmits only the signal light without transmitting the filter is provided, only the signal light excluding the excitation light can be emitted from a portion on the emission side of the overlapping portion.
[0105]
According to a seventh aspect of the present invention, in the waveguide type optical amplifier according to any one of the first to fifth aspects, the first optical waveguide and the second optical waveguide include the signal light, the pump light, The first optical waveguide and the second optical waveguide are separated on the downstream side from the overlapping portion along the waveguide direction, and the portion where the signal light in the first optical waveguide after being separated is emitted. Since the filter that transmits only the signal light without transmitting the excitation light is provided, the S / N ratio of the signal light emitted from the first optical waveguide to the excitation light after passing through the overlapping portion is improved. As a result, the performance of removing the excitation light by the filter is improved, and the quality of the emitted signal light can be improved.
[0106]
According to an eighth aspect of the present invention, in the waveguide type optical amplifier according to any one of the first to fifth aspects, a plurality of the second optical waveguides are provided, and the plurality of the second optical waveguides are arranged in the overlapping portion. Since they are merged, the amount of excitation light guided through the second optical waveguide can be increased, and the amplification factor of signal light can be increased.
[0107]
According to the ninth aspect of the present invention, in the waveguide type optical amplifier according to any one of the first to fifth aspects, a plurality of the second optical amplifiers are provided on the upstream side of the overlapping portion along the waveguide direction of the pump light. Since the optical waveguide is provided and is separated into the first optical waveguide and the second optical waveguide on the downstream side of the overlapping portion along the waveguide direction of the excitation light, the light is guided through the second optical waveguide. By increasing the amount of excitation light, the amplification factor of signal light can be increased, and the S / N ratio of signal light emitted from the first optical waveguide after passing through the overlapping portion to the excitation light can be improved. Can be.
[0108]
According to the tenth aspect of the present invention, in the waveguide type optical amplifier according to any one of the first to fifth aspects, since the second optical waveguide is formed to be planar, the second optical waveguide is guided. It is possible to increase the amount of excitation light to be emitted, and to increase the amplification factor of signal light.
[0109]
According to an eleventh aspect of the present invention, in the waveguide type optical amplifier according to any one of the sixth to tenth aspects, the signal light emission is provided on the upstream side of the overlapping portion along the signal light guiding direction. A plurality of the first optical waveguides through which the signal light emitted from the portion is guided are provided, and the plurality of the first optical waveguides are merged on the upstream side of the overlapping portion. And the signal light having the same wavelength and the same period can be incident on the first optical waveguide, and the output of the signal light guided through the first optical waveguide can be increased.
[0110]
According to a twelfth aspect of the present invention, in the waveguide type optical amplifier according to any one of the first to eleventh aspects, a filter that guides the signal light without guiding the pumping light in the overlapping portion. Is provided, the degree of freedom of the installation position of the filter can be increased.
[0111]
According to the invention of claim 13, in the waveguide type optical amplifier according to any one of claims 1 to 12, the first optical waveguide or the overlapping portion has the signal light incident or emitted at a portion thereof. Since the anti-reflection coating film for the signal light is provided, the efficiency of the incidence and emission of the signal light to the first optical waveguide and the overlapping portion is increased, and the output of the signal light can be increased.
[0112]
According to a fourteenth aspect of the present invention, in the waveguide type optical amplifier according to any one of the first to thirteenth aspects, the substrate is formed of an oxide or a fluoride, and Cr or Ti is used as the active dopant. Therefore, by this combination, it is possible to effectively amplify the signal light in the wavelength region from red to near infrared having a wavelength of about 0.6 to 0.8 μm.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a waveguide type optical amplifier, a light source semiconductor laser, and a pumping laser according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing a waveguide type optical amplifier.
FIG. 3 is a cross-sectional view of the overlapping portion.
FIG. 4 is a perspective view showing a waveguide type optical amplifier according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view of the overlapping portion.
FIG. 6 is a perspective view showing a waveguide type optical amplifier according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view of the overlapping portion.
FIG. 8 is a perspective view showing a waveguide type optical amplifier according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a perspective view showing a waveguide type optical amplifier according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a plan view showing a waveguide type optical amplifier according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a plan view showing a waveguide type optical amplifier according to a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a sectional view of the same.
FIG. 13 is a plan view showing a waveguide type optical amplifier according to an eighth embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a plan view showing a waveguide type optical amplifier according to a ninth embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a sectional view of the overlapping portion.
FIG. 16 is a plan view showing a waveguide type optical amplifier according to a tenth embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a perspective view of FIG.
FIG. 18 is a perspective view showing a conventional waveguide type optical amplifier.
[Explanation of symbols]
1 Waveguide optical amplifier
2 substrate
3 First optical waveguide
4 Second optical waveguide
5 Signal light emitting part
6 Excitation light emission section
8 Overlap
9 Filter
10. Non-reflective coating film
21 Waveguide Optical Amplifier
22 First optical waveguide
23 Second optical waveguide
24 substrates
25 Overlap
31 Waveguide Optical Amplifier
32 substrates
33 First Optical Waveguide
34 Second Optical Waveguide
35 Overlap
41 Waveguide Optical Amplifier
42 substrate
43 First Optical Waveguide
44 Second optical waveguide
45 Overlap
51 Waveguide Optical Amplifier
52 substrate
53 first optical waveguide
54 Second Optical Waveguide
55 Overlap
61 Waveguide Optical Amplifier
62 substrate
63 First optical waveguide
64 Second optical waveguide
65 Overlap
71 Waveguide Optical Amplifier
72 substrate
73 First Optical Waveguide
74 Second optical waveguide
75 Overlap
81 Waveguide Optical Amplifier
82 substrate
83 First Optical Waveguide
84 Second optical waveguide
85 Overlap
91 Waveguide Optical Amplifier
92 Filter
94 Waveguide Optical Amplifier
95 substrate
96 First optical waveguide
97 Second optical waveguide
98 Overlap
99 Filter

Claims

Board and
A first optical waveguide provided on the substrate, through which the signal light emitted from the signal light emitting unit is guided,
A second optical waveguide provided on the substrate, through which excitation light emitted from the excitation light emission unit is guided,
Has,
The refractive index of the first optical waveguide is set to be larger than the refractive index of the second optical waveguide,
The first optical waveguide and the second optical waveguide at least partially have an overlapping portion, and at least the overlapping portion is doped with an active dopant that is optically activated by the excitation light,
A guide in which the spatial intensity distribution of the second optical waveguide in the direction orthogonal to the waveguide direction of the excitation light is set to be larger than the spatial intensity distribution of the first optical waveguide in the direction orthogonal to the waveguide direction of the signal light. Waveguide optical amplifier.

The waveguide type optical amplifier according to claim 1, wherein the active dopant in the second optical waveguide is provided only in the overlapping portion.

The waveguide optical amplifier according to claim 1, wherein the active dopant is doped in the second optical waveguide, and the active dopant is not doped in the first optical waveguide.

The concentration of the active dopant in the first optical waveguide is set higher than the concentration of the active dopant in the second optical waveguide, and the refractive index of the first optical waveguide is changed by the concentration of the active dopant to the second optical waveguide. 2. The waveguide type optical amplifier according to claim 1, wherein the refractive index is set higher than the refractive index in the optical waveguide.

2. The waveguide type optical amplifier according to claim 1, wherein the first optical waveguide having a higher refractive index than the second optical waveguide contains a dopant for generating a high refractive index in addition to the active dopant.

The filter according to any one of claims 1 to 5, wherein a filter that transmits only the signal light without transmitting the excitation light is provided at a portion of the overlapping portion where the signal light and the excitation light are emitted. Waveguide type optical amplifier.

The first optical waveguide and the second optical waveguide are separated into the first optical waveguide and the second optical waveguide on the downstream side of the overlapping portion along the waveguide direction of the signal light and the excitation light. 6. The filter according to claim 1, wherein a filter that transmits only the signal light without transmitting the excitation light is provided at a portion of the first optical waveguide after the separation where the signal light is emitted. A waveguide optical amplifier according to any one of the preceding claims.

The waveguide type optical amplifier according to any one of claims 1 to 5, wherein a plurality of the second optical waveguides are provided, and the plurality of the second optical waveguides are joined at the overlapping portion.

A plurality of second optical waveguides are provided on the upstream side of the overlapping section along the waveguide direction of the excitation light, and the first optical waveguide on the downstream side of the overlapping section along the waveguide direction of the excitation light. The waveguide type optical amplifier according to any one of claims 1 to 5, wherein the waveguide type optical amplifier is separated from the second optical waveguide.

The waveguide type optical amplifier according to any one of claims 1 to 5, wherein the second optical waveguide is formed in a planar shape.

A plurality of the first optical waveguides through which the signal light emitted from the signal light emitting portion is respectively provided on the upstream side of the overlapping portion along the waveguide direction of the signal light, and a plurality of the first The waveguide type optical amplifier according to any one of claims 6 to 10, wherein an optical waveguide is joined at an upstream side of the overlapping portion.

The waveguide type optical amplifier according to any one of claims 1 to 11, wherein a filter that guides the signal light without guiding the pumping light is provided in the overlapping portion.

The waveguide type optical amplifier according to any one of claims 1 to 12, wherein a non-reflection coating film for the signal light is provided on a portion of the first optical waveguide or the overlapping portion where the signal light is incident or emitted. .

14. The waveguide type optical amplifier according to claim 1, wherein the substrate is formed of an oxide or a fluoride, and Cr or Ti is used as the active dopant.