JP2009123883A - Optical amplifier and optical oscillator - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、ダブルクラッド型平面光導波路を用いた光増幅器及び光発振器に関するものである。 The present invention relates to an optical amplifier and an optical oscillator using a double-clad planar optical waveguide.
従来、平面光導波路を用いる光増幅器や光発振器において、ダブルクラッド型平面光導波路を使用したものが知られている(例えば、特許文献1、特許文献2参照)。
2. Description of the Related Art Conventionally, optical amplifiers and optical oscillators using planar optical waveguides that use double-clad planar optical waveguides are known (see, for example,
上述したような従来のダブルクラッド型平面光導波路に励起光を入力させると、ダブルクラッド型平面光導波路のコア層と第1クラッド層の厚さが一定であるため、励起光の進行方向に対してダブルクラッド型平面光導波路による励起光の吸収係数が一定となり、励起光の光路長にしたがって、励起光の透過パワーが指数関数的に小さくなる。そのため、励起光の光路長が長くなるにしたがって、励起光の吸収量が小さくなる。その結果、平面光導波路のコア層において励起光の進行方向に対して励起密度の分布に不均一性が生じ、局所的に大きい励起パワーが必要とされるため、光増幅器において所要の利得を得るために必要な励起パワーが増えるという問題点があった。 When excitation light is input to the conventional double-clad planar optical waveguide as described above, the thickness of the core layer and the first cladding layer of the double-clad planar optical waveguide is constant. Thus, the absorption coefficient of the excitation light by the double clad planar optical waveguide becomes constant, and the transmission power of the excitation light decreases exponentially according to the optical path length of the excitation light. Therefore, the amount of excitation light absorbed decreases as the optical path length of the excitation light increases. As a result, in the core layer of the planar optical waveguide, the pumping density distribution is non-uniform with respect to the traveling direction of the pumping light, and a large pumping power is required locally. Therefore, there is a problem that the excitation power necessary for the increase.
また、平面光導波路のコア層における励起密度の分布に不均一性が生じることで、平面光導波路のコア層の各位置で発生する熱分布にも不均一性が生じ、平面光導波路に歪みや割れが生じるという問題点があった。 In addition, non-uniformity in the distribution of excitation density in the core layer of the planar optical waveguide also causes non-uniformity in the heat distribution generated at each position of the core layer of the planar optical waveguide, and distortion and distortion in the planar optical waveguide. There was a problem that cracking occurred.
さらに、光増幅器において信号光を励起光に平行でない方向から入力した場合、信号光のビーム断面方向に不均一な励起密度の分布が生じるため、信号光の増幅率がビーム段面内の各位置で異なり、その結果、信号出力光のビーム品質が劣化するという問題点があった。 Furthermore, when the signal light is input from a direction that is not parallel to the pump light in the optical amplifier, a non-uniform pump density distribution occurs in the beam cross-sectional direction of the signal light. As a result, there is a problem that the beam quality of the signal output light deteriorates.
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、ダブルクラッド型平面光導波路のコア層における励起密度の分布を均一化することができる光増幅器及び光発振器を得るものである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an optical amplifier and an optical oscillator capable of uniformizing the excitation density distribution in the core layer of a double-clad planar optical waveguide. To get.
この発明に係る光増幅器は、ダブルクラッド型平面光導波路と、前記ダブルクラッド型平面光導波路へ励起光を入力する励起光入力手段と、前記ダブルクラッド型平面光導波路へ信号光を入力する信号光入力手段とを設けた光増幅器であって、前記ダブルクラッド型平面光導波路は、下部第2クラッド層、下部第1クラッド層、コア層、上部第1クラッド層、及び上部第2クラッド層が順に積層され、前記下部第1クラッド層及び前記コア層の第1の境界面が、平面であり、前記コア層及び前記上部第1クラッド層の第2の境界面が、前記第1の境界面に平行な平面であり、前記第1の境界面に垂直な第1の端面、前記第1の端面に平行な第2の端面、前記第1の境界面と前記第1の端面とに垂直な第3の端面、及び前記第3の端面に平行な第4の端面を有し、前記下部第1クラッド層と前記上部第1クラッド層の積層方向の厚さの和が、前記第1の端面に垂直な方向に対して前記第1の端面から前記第2の端面へ向かうにしたがって徐々に小さくなり、前記下部第1クラッド層の積層方向の厚さと前記上部第1クラッド層の積層方向の厚さが、前記第3の端面に垂直な方向に対して一定であり、前記下部第1クラッド層と前記上部第1クラッド層の屈折率が、前記コア層の屈折率よりも小さく、前記下部第2クラッド層の屈折率が、前記下部第1クラッド層の屈折率よりも小さく、かつ、前記上部第2クラッド層の屈折率が、前記上部第1クラッド層の屈折率よりも小さく、前記励起光入力手段は、前記コア層を励起するための前記励起光を前記第1の端面に向けて出射し、前記第1の端面から前記下部第1クラッド層、前記コア層及び前記上部第1クラッド層へ前記励起光を入力させ、前記信号光入力手段は、前記コア層によって増幅されるための前記信号光を前記第1、第2、第3又は第4の端面のうちいずれか1つの端面に向けて出射し、前記いずれか1つの端面から前記コア層へ前記信号光を入力させるものである。 An optical amplifier according to the present invention includes a double-clad planar optical waveguide, excitation light input means for inputting excitation light to the double-clad planar optical waveguide, and signal light for inputting signal light to the double-clad planar optical waveguide An optical amplifier provided with an input means, wherein the double clad planar optical waveguide has a lower second cladding layer, a lower first cladding layer, a core layer, an upper first cladding layer, and an upper second cladding layer in order. The first boundary surface between the lower first cladding layer and the core layer is a plane, and the second boundary surface between the core layer and the upper first cladding layer is the first boundary surface. A first end surface perpendicular to the first boundary surface; a second end surface parallel to the first end surface; and a second end surface perpendicular to the first boundary surface and the first end surface. 3 end faces and parallel to the third end face 4, and the sum of the thicknesses of the lower first cladding layer and the upper first cladding layer in the stacking direction is from the first end surface to the first end surface with respect to the direction perpendicular to the first end surface. The thickness in the stacking direction of the lower first cladding layer and the thickness in the stacking direction of the upper first cladding layer are smaller than the direction perpendicular to the third end surface. The refractive index of the lower first cladding layer and the upper first cladding layer is smaller than the refractive index of the core layer, and the refractive index of the lower second cladding layer is lower than that of the lower first cladding layer. The refractive index of the upper second cladding layer is smaller than the refractive index of the upper first cladding layer, and the excitation light input means is configured to excite the core layer. Is emitted toward the first end face, The excitation light is input from one end face to the lower first cladding layer, the core layer, and the upper first cladding layer, and the signal light input means outputs the signal light to be amplified by the core layer. The light is emitted toward any one of the first, second, third, and fourth end faces, and the signal light is input from the one end face to the core layer.
この発明に係る光増幅器は、ダブルクラッド型平面光導波路のコア層における励起密度の分布を均一化することができる。これにより、局所的に大きい励起パワーが必要とされないため、最小の励起パワーで所要の利得を達成することができるという効果を奏する。また、コア層における励起密度の不均一性に起因する平面光導波路内の熱分布の不均一性から生じる平面光導波路の歪みや割れを軽減することができるという効果を奏する。さらに、信号光を励起光に平行でない方向から入力した場合でも、信号光のビーム断面方向の励起密度の分布が均一化されるため、信号光の増幅率がビーム段面内の各位置で同じになり、その結果、信号出力光のビーム品質を向上させるという効果を奏する。 In the optical amplifier according to the present invention, the distribution of the excitation density in the core layer of the double clad planar optical waveguide can be made uniform. Thereby, since a locally large excitation power is not required, the required gain can be achieved with a minimum excitation power. In addition, there is an effect that distortion and cracking of the planar optical waveguide caused by the nonuniformity of the heat distribution in the planar optical waveguide due to the nonuniformity of the excitation density in the core layer can be reduced. Furthermore, even when the signal light is input from a direction not parallel to the excitation light, the distribution of the excitation density in the beam cross-sectional direction of the signal light is made uniform, so that the amplification factor of the signal light is the same at each position in the beam stage surface. As a result, the beam quality of the signal output light is improved.
実施の形態1.
この発明の実施の形態1に係る光増幅器について図1から図6までを参照しながら説明する。図1は、この発明の実施の形態1に係る光増幅器の構成を示す斜視図である。なお、以降では、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
An optical amplifier according to
図1において、この発明の実施の形態1に係る光増幅器は、ダブルクラッド型平面光導波路10aと、励起光入力手段20と、信号光入力手段30とが設けられている。矢印は、励起光100と信号光110の進行方向を示している。
In FIG. 1, the optical amplifier according to the first embodiment of the present invention is provided with a double clad planar
励起光入力手段20として、半導体レーザを用いることができる。なお、励起光入力手段20としては、励起光100をダブルクラッド型平面光導波路10aに入力させる機能を持つものであれば、どのような構成を用いても良い。
A semiconductor laser can be used as the excitation light input means 20. As the excitation light input means 20, any configuration may be used as long as it has a function of inputting the
信号光入力手段30として、半導体レーザを集光レンズで集光させる構成を用いることができる。なお、信号光入力手段30としては、信号光110をダブルクラッド型平面光導波路10aに入力させる機能を持つものであれば、どのような構成を用いても良い。
As the signal light input means 30, a configuration in which a semiconductor laser is condensed by a condenser lens can be used. As the signal light input means 30, any configuration may be used as long as it has a function of inputting the
また、ダブルクラッド型平面光導波路10aは、下から、下部第2クラッド層11aと、下部第1クラッド層12aと、コア層13と、上部第1クラッド層14aと、上部第2クラッド層15aとから構成されている。
The double clad planar
この発明の実施の形態1に係る光増幅器は、ダブルクラッド型平面光導波路10aを用いたもので、このダブルクラッド型平面光導波路10aにおいて、励起光100の進行方向に対して励起光100の光路長が長くなるにしたがって下部第1クラッド層12aと上部第1クラッド層14aの厚さの和を徐々に小さくするようにしたので、ダブルクラッド型平面光導波路10aのコア層13における励起密度の分布を均一化することができるものである。
The optical amplifier according to
つぎに、この実施の形態1に係る光増幅器の動作について図面を参照しながら説明する。 Next, the operation of the optical amplifier according to the first embodiment will be described with reference to the drawings.
まず、図1において、励起光100の進行方向をX軸の正の方向、信号光110の進行方向をZ軸の正の方向、X軸とZ軸に直交しコア層13から上部第1クラッド層14aに向かう方向をY軸の正の方向とする。
First, in FIG. 1, the traveling direction of the
励起光入力手段20によって生成された励起光100は、X軸の正の方向に進行し、ダブルクラッド型平面光導波路10aに入力される。また、信号光入力手段30によって生成された信号光110は、Z軸の正の方向に進行し、ダブルクラッド型平面光導波路10aに入力される。
The
図2は、この発明の実施の形態1に係る光増幅器のダブルクラッド型平面光導波路における信号光の伝搬の様子を示す図である。 FIG. 2 is a diagram showing a state of signal light propagation in the double-clad planar optical waveguide of the optical amplifier according to the first embodiment of the present invention.
図2に示すように、ダブルクラッド型平面光導波路10aにおいて、信号光110がコア層13を伝搬できるように、下部第1クラッド層12aと上部第1クラッド層14aの屈折率は、コア層13の屈折率よりも小さい値に設定されている。
As shown in FIG. 2, in the double clad planar
なお、この実施の形態1では、下部第1クラッド層12aと上部第1クラッド層14aの屈折率が等しい場合を説明するが、信号光110がコア層13を伝搬できるような構成であれば、下部第1クラッド層12aと上部第1クラッド層14aの屈折率は異なっても良い。
In the first embodiment, the case where the refractive indexes of the lower
図3は、この発明の実施の形態1に係る光増幅器のダブルクラッド型平面光導波路における励起光の伝搬の様子を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a state of propagation of excitation light in the double-clad planar optical waveguide of the optical amplifier according to
図3に示すように、ダブルクラッド型平面光導波路10aにおいて、励起光100が下部第1クラッド層12a、コア層13及び上部第1クラッド層14aを伝搬できるように、下部第2クラッド層11aの屈折率は下部第1クラッド層12aの屈折率よりも小さい値に設定されており、また、上部第2クラッド層15aの屈折率は上部第1クラッド層14aの屈折率よりも小さい値に設定されている。
As shown in FIG. 3, in the double clad planar
なお、この実施の形態1では、下部第2クラッド層11aと上部第2クラッド層15aの屈折率が等しい場合を説明するが、励起光100が下部第1クラッド層12a、コア層13及び上部第1クラッド層14aを伝搬できるような構成であれば、下部第2クラッド層11aと上部第2クラッド層15aの屈折率は異なっても良い。
In the first embodiment, the case where the lower
ダブルクラッド型平面光導波路10aのコア層13の材質は、励起光100を吸収して、信号光110を増幅させるためのレーザ媒質である。これにより、励起光100がコア層13を伝播する際に励起光100が吸収されて、信号光110がコア層13を伝播する際に信号光110が増幅される。
The material of the
ここで、図3に示したように、励起光100は下部第1クラッド層12a、コア層13及び上部第1クラッド層14aを伝搬するが、励起光100はコア層13で吸収されて、下部第1クラッド層12a及び上部第1クラッド層14aでは吸収されない。ダブルクラッド型平面光導波路10aのX座標がXの位置における、ダブルクラッド型平面光導波路10aによる励起光100の吸収係数α(X)[1/m]と、コア層13による励起光100の吸収係数α0[1/m]との関係は、X座標がXの位置におけるコア層13の厚さDcore[μm]と、下部第1クラッド層12a、コア層13及び上部第1クラッド層14aの厚さの和Dtotal(X)[μm]を用いて、次の式(1)で表される。
Here, as shown in FIG. 3, the
α(X)=α0・Dcore/Dtotal(X) 式(1) α (X) = α 0 · D core / D total (X) Equation (1)
ここで、X座標がX〜X+ΔXの微小区間と、X座標がX+ΔX〜X+2・ΔXの微小区間における、コア層13による励起光100の吸収量を考える。X座標がX〜X+ΔXの微小区間では、Dtotal(X)が一定であるとする。
Here, the absorption amount of the
X座標がXの位置における、X軸の正の方向に進行する励起光100のパワーをPf(X)[W]とする。このとき、X座標がX〜X+ΔXの微小区間における単位長さ当りのコア層13による励起光100の吸収量Pabs(X)[W/m]は、以下の式(2)で表される。
Let P f (X) [W] be the power of the pumping light 100 that travels in the positive direction of the X axis at the position where the X coordinate is X. At this time, the amount of absorption P abs (X) [W / m] of the
Pabs(X)=Pf(X)・{1−exp(−α(X)・ΔX)}/ΔX
式(2)
P abs (X) = P f (X) · {1-exp (−α (X) · ΔX)} / ΔX
Formula (2)
一方、X座標がX+ΔX〜X+2・ΔXの微小区間における単位長さ当りのコア層13による励起光100の吸収量Pabs(X+ΔX)[W/m]は、以下の式(3)で表される。
On the other hand, the amount of absorption P abs (X + ΔX) [W / m] of the
Pabs(X+ΔX)=Pf(X)・exp(−α(X)・ΔX)・{1−exp(−α(X+ΔX)・ΔX)}/ΔX
式(3)
P abs (X + ΔX) = P f (X) · exp (−α (X) · ΔX) · {1-exp (−α (X + ΔX) · ΔX)} / ΔX
Formula (3)
ダブルクラッド型平面光導波路10aのコア層13において励起密度の分布が均一化されるのは、Pabs(X)=Pabs(X+ΔX)となる場合である。このとき、X座標がX〜X+ΔXの微小区間における、ダブルクラッド型平面光導波路10aによる励起光100の吸収係数α(X)と、X座標X+ΔX〜X+2・ΔXの微小区間における、ダブルクラッド型平面光導波路10aによる励起光100の吸収係数α(X+ΔX)との関係は、以下の式(4)で表される。
The distribution of the excitation density in the
α(X+ΔX)=−1/ΔX・ln{2−exp(α(X)・ΔX)} 式(4) α (X + ΔX) = − 1 / ΔX · ln {2-exp (α (X) · ΔX)} Equation (4)
このとき、X座標がX〜X+ΔXにおけるDtotal(X)と、X座標がX+ΔX〜X+2・ΔXにおけるDtotal(X+ΔX)との関係は、以下の式(5)で表される。 At this time, the relationship between D total (X) when the X coordinate is X to X + ΔX and D total (X + ΔX) when the X coordinate is X + ΔX to X + 2 · ΔX is expressed by the following equation (5).
Dtotal(X+ΔX)=Dtotal(X)・α(X)/α(X+ΔX)式(5) D total (X + ΔX) = D total (X) · α (X) / α (X + ΔX) (5)
この実施の形態1では、ダブルクラッド型平面光導波路10aの下部第1クラッド層12a、上部第1クラッド層14aの厚さの和を、式(5)を満たすようにすることで、コア層13における励起密度の分布を均一化させることができる。すなわち、この実施の形態1では、ダブルクラッド型平面光導波路10aにおいて、X座標が大きくなるにしたがって第1クラッド層12a、14aの厚さを薄くすることによって、X座標が大きくなるにしたがって励起光100の吸収係数α(X)を大きくすることができ、その結果、平面光導波路のコア層13における励起密度の分布を均一化することができるのである。
In the first embodiment, the
ただし、このとき、X座標が大きくなるにしたがって第1クラッド層12a、14aの厚さを薄くすることによって、励起光100の閉じ込め条件が満足しなくならないように、第1クラッド層12a、14aと第2クラッド層11a、15aの屈折率差を設定しておく必要がある。例えば、ダブルクラッド型平面光導波路10aのX軸方向の長さがLであり、励起光100がダブルクラッド型平面光導波路10aに入力される位置をX座標が0の位置とする場合を考える。励起光100のビーム直径がダブルクラッド型平面光導波路10aのX座標が0の位置におけるDtotal(0)と等しい場合であり、励起光100の開口数がNAbeamであり、ダブルクラッド型平面光導波路10aの第1クラッド層の屈折率n1と第2クラッド層の屈折率n2の屈折率差から導出される許容開口数がNAwg=√(n1 2−n2 2)である場合、許容開口数NAwgは、以下の式(6)を満たす必要がある。
However, at this time, by reducing the thickness of the
NAwg>NAbeam・Dtotal(0)/Dtotal(L) 式(6) NA wg > NA beam · D total (0) / D total (L) Equation (6)
例えば、ダブルクラッド型平面光導波路10aのコア層13の材質が、Ybイオンを添加したガラスである場合を考える。ダブルクラッド型平面光導波路10aのコア層13のY軸方向の厚さDcoreを20μm、X座標が0の位置における下部第1クラッド層12a、コア層13及び上部第1クラッド層14aの厚さの和Dtotal(0)が220μm、ダブルクラッド型平面光導波路10aのX軸方向の長さが2cm、Z軸方向の長さが3cmである場合を考える。
For example, consider the case where the material of the
また、励起光100のダブルクラッド型平面光導波路10aへの入力パワーが1Wであり、励起光100の波長が940nm、信号光110の波長が1030nmであり、Ybイオンの940nmに対する吸収断面積が2.26×10−25m2、ダブルクラッド型平面光導波路10aのコア層13に含まれる波長がYbイオンのイオン密度が1.5×1027個/m3である場合を考える。このとき、ダブルクラッド型平面光導波路10aのコア層13による励起光100の吸収断面積は339/mである。
Further, the input power of the pumping light 100 to the double clad planar
図4は、下部第1クラッド層12a、コア層13及び上部第1クラッド層14aの厚さの和Dtotal(X)[μm]の計算結果を示す図である。また、図5は、単位長さ当りのコア層13による励起光100の吸収量Pabs(X)[W/m]の計算結果を示す図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating a calculation result of the sum D total (X) [μm] of the thicknesses of the lower
図4及び図5において、実線は本実施の形態1におけるダブルクラッド型平面光導波路10aの場合である。なお、破線は第1クラッド層の厚さが一定のダブルクラッド型平面光導波路の場合であり、比較のために参考として示す。図5に示すように、本実施の形態1におけるダブルクラッド型平面光導波路10aの場合では、励起光100の進行方向に対してコア層13による励起光100の吸収量がX座標によらず31[W/m]という一定値になる。その結果、コア層13における励起密度が5.1×107[W/m3]という一定値になり、励起密度の分布が均一化される。
4 and 5, the solid line is the case of the double clad planar
また、ここでは、励起光100のビーム径が220μm、励起光100の開口数が0.1である場合を考える。上述の計算結果から、Dtotal(X)は、X座標が0の場合は220μm、X座標が2cmの場合は84μmとなる。したがって、式(6)より、ダブルクラッド型平面光導波路10aの第1クラッド層の屈折率n1と第2クラッド層の屈折率n2の屈折率差から導出される許容開口数NAwgは、NAwg>0.26である必要がある。
Here, a case where the beam diameter of the
また、ここでは、下部第1クラッド層12aの厚さDlclad(X)[μm]と上部第1クラッド層14aの厚さDuclad(X)[μm]が等しい場合を考える。コア層13を中心として上下対称の形状を持つ場合を考える。
Further, here, the case bottom thickness of the first cladding layer 12a D lclad (X) [μm ] and the thickness D Uclad the upper
図6は、下部第1クラッド層12aの厚さDlclad(X)と、上部第1クラッド層14aの厚さDuclad(X)[μm]の計算結果を示す図である。
Figure 6 is a diagram showing the thickness D Lclad the lower first clad
以上のように、下部第1クラッド層12aと上部第1クラッド層14aがコア層13を中心として上下対称の形状を持つ場合、下部第1クラッド層12aと上部第1クラッド層14aの熱膨張が均等に生じるため、下部第1クラッド層12aと上部第1クラッド層14aからのコア層13への熱応力が釣り合い、熱応力による歪みや割れを軽減する効果を奏する。
As described above, when the lower
なお、ここでは、下部第1クラッド層12aと上部第1クラッド層14aがコア層13を中心として上下対称の形状を持つ場合を示したが、下部第1クラッド層12aと上部第1クラッド層14aはコア層13を中心として上下対称の形状を持たなくても良い。
Here, the case where the lower
以上のように、この実施の形態1に係る、ダブルクラッド型平面光導波路10aを用いた光増幅器では、ダブルクラッド型平面光導波路10aのコア層13における励起密度の分布を均一化することができる。これにより、局所的に大きい励起パワーが必要とされないため、光増幅器において最小の励起パワーで所要の利得を達成することができるという効果を奏する。また、コア層13における励起密度の不均一性に起因する平面光導波路内の熱分布の不均一性から生じる平面光導波路の歪みや割れを軽減する効果を奏する。さらに、光増幅器において信号光110を励起光100に平行でない方向から入力した場合でも、信号光110のビーム断面方向の励起密度の分布が均一化されるため、信号光110の増幅率がビーム段面内の各位置で同じになり、その結果、信号出力光のビーム品質を向上させる効果を奏する。
As described above, in the optical amplifier using the double clad planar
実施の形態2.
この発明の実施の形態2に係る光増幅器について図7から図10までを参照しながら説明する。図7は、この発明の実施の形態2に係る光増幅器の構成を示す斜視図である。なお、図1と同一または相当部分については重複する説明を省略する。
An optical amplifier according to
図7において、この発明の実施の形態2に係る光増幅器は、ダブルクラッド型平面光導波路10bと、励起光入力手段20と、信号光入力手段30とが設けられている。
In FIG. 7, the optical amplifier according to the second embodiment of the present invention is provided with a double-clad planar
また、ダブルクラッド型平面光導波路10bは、下部第2クラッド層11bと、下部第1クラッド層12bと、コア層13と、上部第1クラッド層14bと、上部第2クラッド層15bと、励起光反射手段16とから構成されている。
The double-clad planar
この発明の実施の形態2に係る光増幅器は、ダブルクラッド型平面光導波路10bにおいて、励起光100の進行方向に対して励起光100の光路長が長くなるにしたがって下部第1クラッド層12bと上部第1クラッド層14bの厚さの和を徐々に小さくするようにしたので、ダブルクラッド型平面光導波路10bのコア層13における励起密度の分布を均一化することができ、かつ、励起光100を励起光反射手段16で反射させるようにしたので、コア層13による励起光100の吸収効率を大きくすることができるものである。
In the optical amplifier according to
つぎに、この実施の形態2に係る光増幅器の動作について図面を参照しながら説明する。 Next, the operation of the optical amplifier according to the second embodiment will be described with reference to the drawings.
この実施の形態2に係る光増幅器の基本的な動作は、上記の実施の形態1に係る光増幅器と同様なので、重複する説明を省略する。ここでは、励起光反射手段16に関する動作について説明する。 Since the basic operation of the optical amplifier according to the second embodiment is the same as that of the optical amplifier according to the first embodiment, a duplicate description is omitted. Here, the operation related to the excitation light reflecting means 16 will be described.
励起光入力手段20によって生成された励起光100は、X軸の正の方向に進行し、ダブルクラッド型平面光導波路10bに入力される。ダブルクラッド型平面光導波路10bに入力され、下部第1クラッド層12b、コア層13及び上部第1クラッド層14bを伝搬した励起光100は、励起光反射手段16によって反射される。
The
X座標がXの位置における、X軸の正の方向に進行する励起光100のパワーをPf(X)[W]、X軸の負の方向に進行する励起光100のパワーをPb(X)[W]とする。このとき、X座標がX〜X+ΔXの微小区間における単位長さ当りのコア層13による励起光100の吸収量Pabs(X)[W/m]は、以下の式(7)で表される。
The power of the pumping light 100 traveling in the positive direction of the X axis at the position where the X coordinate is X is P f (X) [W], and the power of the pumping light 100 traveling in the negative direction of the X axis is P b ( X) Let [W]. At this time, the amount of absorption P abs (X) [W / m] of the
Pabs(X)=Pf(X)・{1−exp(−α(X)・ΔX)}/ΔX+Pb(X)・{exp(α(X)・ΔX)−1}/ΔX
式(7)
P abs (X) = P f (X) · {1−exp (−α (X) · ΔX)} / ΔX + P b (X) · {exp (α (X) · ΔX) −1} / ΔX
Formula (7)
一方、X座標がX+ΔX〜X+2・ΔXの微小区間における単位長さ当りのコア層13による励起光100の吸収量Pabs(X+ΔX)[W/m]は、以下の式(8)で表される。
On the other hand, the amount of absorption P abs (X + ΔX) [W / m] of the
Pabs(X+ΔX)=Pf(X)・exp(−α(X)・ΔX)・{1−exp(−α(X+ΔX)・ΔX)}/ΔX+Pb(X)・exp(α(X)・ΔX)・{exp(α(X+ΔX)・ΔX)−1}/ΔX
式(8)
P abs (X + ΔX) = P f (X) · exp (−α (X) · ΔX) · {1-exp (−α (X + ΔX) · ΔX)} / ΔX + P b (X) · exp (α (X) .DELTA.X). {Exp (.alpha. (X + .DELTA.X) .DELTA.X) -1} /. DELTA.X
Formula (8)
ダブルクラッド型平面光導波路10bのコア層13において励起密度の分布が均一化されるのは、Pabs(X)=Pabs(X+ΔX)となる場合である。この関係を満たすDtotal(X)を計算により求めることができる。
The distribution of the excitation density in the
例えば、上記の実施の形態1で述べた場合と同様の計算条件の場合を考える。 For example, consider a case where the calculation conditions are the same as those described in the first embodiment.
図8は、下部第1クラッド層12b、コア層13及び上部第1クラッド層14bの厚さの和Dtotal(X)[μm]の計算結果を示す図である。また、図9は、単位長さ当りのコア層13による励起光100の吸収量Pabs(X)[W/m]の計算結果を示す図である。
FIG. 8 is a diagram illustrating a calculation result of the sum D total (X) [μm] of the thicknesses of the lower
図8及び図9において、実線は本実施の形態2におけるダブルクラッド型平面光導波路10bの場合である。なお、破線は第1クラッド層の厚さが一定のダブルクラッド型平面光導波路の場合であり、比較のために参考として示す。図9に示すように、本実施の形態2におけるダブルクラッド型平面光導波路10bの場合では、励起光100の進行方向に対してコア層13による励起光100の吸収量がX座標によらず38[W/m]という一定値になる。その結果、コア層13における励起密度が6.4×107[W/m3]という一定値になり、励起密度の分布が均一化される。
8 and 9, the solid line represents the case of the double clad planar
この実施の形態2では、励起光100を励起光反射手段16で反射させることによって、コア層13による励起光100の吸収効率を大きくすることができる。上記で述べた計算条件において、単位長さ当りのコア層13による励起光100の吸収量Pabs(X)は、上記の実施の形態1において31[W/m]であったが、この実施の形態2において38[W/m]であり、上記の実施の形態1の場合よりも、コア層13による励起光100の吸収効率が大きい。
In the second embodiment, the absorption efficiency of the
また、ここでは、励起光100のビーム径が220μm、励起光100の開口数が0.1である場合を考える。上述の計算結果から、Dtotal(X)は、X座標が0の場合は220μm、X座標が2cmの場合は173μmとなる。したがって、式(6)より、ダブルクラッド型平面光導波路10aの第1クラッド層の屈折率n1と第2クラッド層の屈折率n2の屈折率差から導出される許容開口数NAwgは、NAwg>0.13である必要がある。
Here, a case where the beam diameter of the
上記で述べた計算条件において、ダブルクラッド型平面光導波路に必要とされる許容開口数NAwgは、上記の実施の形態1において0.26であったが、この実施の形態2において0.13であり、上記の実施の形態1の場合よりも、ダブルクラッド型平面光導波路に必要とされる許容開口数が小さい。これにより、ある許容開口数でダブルクラッド型平面光導波路を製作した場合、この実施の形態2の方が、上記の実施の形態1に比べて、励起光100の第2クラッド層への沁み出しを軽減できる効果を奏する。
Under the calculation conditions described above, the allowable numerical aperture NA wg required for the double-clad planar optical waveguide is 0.26 in the first embodiment, but is 0.13 in the second embodiment. Therefore, the allowable numerical aperture required for the double-clad planar optical waveguide is smaller than in the case of the first embodiment. As a result, when a double-clad type planar optical waveguide is manufactured with a certain allowable numerical aperture, the second embodiment squeezes the
また、ここでは、下部第1クラッド層12bの厚さDlclad(X)[μm]と、上部第1クラッド層14bの厚さDuclad(X)[μm]が等しい場合を考える。コア層13を中心として上下対称の形状を持つ場合を考える。
Further, here, the thickness D Lclad the lower first clad
図10は、下部第1クラッド層12bの厚さDlclad(X)と、上部第1クラッド層14bの厚さDuclad(X)[μm]の計算結果を示す図である。
Figure 10 is a diagram showing the thickness D Lclad the lower first clad
以上のように、下部第1クラッド層12bと上部第1クラッド層14bがコア層13を中心として上下対称の形状を持つ場合、下部第1クラッド層12bと上部第1クラッド層14bの熱膨張が均等に生じるため、下部第1クラッド層12bと上部第1クラッド層14bからのコア層13への熱応力が釣り合い、熱応力による歪みや割れを軽減する効果を奏する。
As described above, when the lower
なお、ここでは、下部第1クラッド層12bと上部第1クラッド層14bがコア層13を中心として上下対称の形状を持つ場合を示したが、下部第1クラッド層12bと上部第1クラッド層14bはコア層13を中心として上下対称の形状を持たなくても良い。
Here, the case where the lower
以上のように、この実施の形態2に係る、ダブルクラッド型平面光導波路10bを用いた光増幅器においては、上記の実施の形態1に係る、ダブルクラッド型平面光導波路10aを用いた光増幅器よりも、コア層13による励起光100の吸収効率を大きくすることができるという効果を奏する。
As described above, in the optical amplifier using the double clad planar
実施の形態3.
この発明の実施の形態3に係る光増幅器について図11から図14までを参照しながら説明する。図11は、この発明の実施の形態3に係る光増幅器の構成を示す斜視図である。なお、図1と同一または相当部分については重複する説明を省略する。
Embodiment 3 FIG.
An optical amplifier according to Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 11 is a perspective view showing a configuration of an optical amplifier according to Embodiment 3 of the present invention. In addition, the overlapping description is abbreviate | omitted about the part which is the same as that of FIG. 1, or an equivalent part.
図11において、この発明の実施の形態3に係る光増幅器は、ダブルクラッド型平面光導波路10cと、励起光入力手段(第1の励起光入力手段)20と、励起光入力手段(第2の励起光入力手段)21と、信号光入力手段30とが設けられている。矢印は、励起光100、101と信号光110の進行方向を示している。
In FIG. 11, an optical amplifier according to Embodiment 3 of the present invention includes a double-clad planar
また、ダブルクラッド型平面光導波路10cは、下部第2クラッド層11cと、下部第1クラッド層12cと、コア層13と、上部第1クラッド層14cと、上部第2クラッド層15cとから構成されている。
The double-clad planar
この実施の形態3に係る光増幅器は、ダブルクラッド型平面光導波路10cにおいて、励起光100、101の進行方向に対して励起光100、101が通過する2つの端面の中間で下部第1クラッド層12cと上部第1クラッド層14cの厚さの和を最小とするようにしたので、ダブルクラッド型平面光導波路10cのコア層13における励起密度の分布を均一化することができ、かつ、ダブルクラッド型平面光導波路10cの両側から励起光100、101を入力させるようにしたので、コア層13における励起密度を大きくすることができるものである。
In the optical amplifier according to the third embodiment, in the double-clad planar
つぎに、この実施の形態3に係る光増幅器の動作について図面を参照しながら説明する。 Next, the operation of the optical amplifier according to the third embodiment will be described with reference to the drawings.
この実施の形態3に係る光増幅器の基本的な動作は、上記の実施の形態1に係る光増幅器と同様なので、重複する説明を省略する。ここでは、励起光入力手段20、21に関する動作について説明する。 Since the basic operation of the optical amplifier according to the third embodiment is the same as that of the optical amplifier according to the first embodiment, a duplicate description is omitted. Here, operations related to the excitation light input means 20 and 21 will be described.
励起光入力手段20によって生成された励起光100は、X軸の正の方向に進行し、ダブルクラッド型平面光導波路10cに入力される。一方、励起光入力手段21によって生成された励起光101は、X軸の負の方向に進行し、ダブルクラッド型平面光導波路10cに入力される。信号光入力手段30によって生成された信号光110は、Z軸の正の方向に進行し、ダブルクラッド型平面光導波路10cに入力される。
The
X座標がXの位置における、X軸の正の方向に進行する励起光100のパワーをPf(X)[W/m]、X軸の負の方向に進行する励起光101のパワーをPb(X)[W/m]とする。このとき、X座標がX〜X+ΔXの微小区間における単位長さ当りのコア層13による励起光の吸収量Pabs(X)[W/m]は、上述の式(7)で表される。
At the position where the X coordinate is X, the power of the pumping light 100 traveling in the positive direction of the X axis is P f (X) [W / m], and the power of the pumping light 101 traveling in the negative direction of the X axis is P b (X) [W / m]. At this time, the absorption amount P abs (X) [W / m] of the excitation light by the
また、X座標がX+ΔX〜X+2・ΔXの微小区間における、単位長さ当りのコア層13による励起光の吸収量Pabs(X+ΔX)[W/m]は、上述の式(8)で表される。
In addition, the absorption amount P abs (X + ΔX) [W / m] of the excitation light by the
ダブルクラッド型平面光導波路10cのコア層13において励起密度の分布が均一化されるのは、Pabs(X)=Pabs(X+ΔX)となる場合である。この関係を満たすDtotal(X)を計算により求めることができる。
The distribution of the excitation density is made uniform in the
例えば、上記の実施の形態1で述べた場合と同様の計算条件の場合を考える。ただし、この実施の形態3では、励起光100と励起光101のダブルクラッド型平面光導波路10cへの入力パワーが両方とも1Wである場合を考える。
For example, consider a case where the calculation conditions are the same as those described in the first embodiment. However, in the third embodiment, a case is considered in which the input powers of the
図12は、下部第1クラッド層12c、コア層13及び上部第1クラッド層14cの厚さの和Dtotal(X)[μm]の計算結果を示す図である。また、図13は、単位長さ当りのコア層13による励起光の吸収量Pabs(X)[W/m]の計算結果を示す図である。
FIG. 12 is a diagram illustrating a calculation result of the sum D total (X) [μm] of the thicknesses of the lower
図12及び図13において、実線は本実施の形態3におけるダブルクラッド型平面光導波路10cの場合である。なお、破線は第1クラッド層の厚さが一定のダブルクラッド型平面光導波路の場合であり、比較のために参考として示す。図13に示すように、本実施の形態3におけるダブルクラッド型平面光導波路10cの場合では、励起光100、101の進行方向に対してコア層13による励起光の吸収量がX座標によらず47[W/m]という一定値になる。その結果、コア層13における励起密度が7.9×107[W/m3]という一定値になり、励起密度の分布が均一化される。
12 and 13, the solid line is the case of the double clad planar
この実施の形態3では、ダブルクラッド型平面光導波路10cのX軸方向の正負の両側から励起光100、101を入力させることによって、コア層13における励起密度を大きくすることができる。上述した計算条件において、単位長さ当りのコア層13による励起光の吸収量Pabs(X)は、上記の実施の形態1及び2においてそれぞれ31[W/m]、38[W/m]であったが、この実施の形態3において47[W/m]であり、上記の実施の形態1及び2の場合よりもコア層13による励起光の吸収量が大きい。
In the third embodiment, the excitation density in the
また、ここでは、励起光100、101のビーム径が220μm、励起光100、101の開口数が0.1である場合を考える。上述の計算結果から、Dtotal(X)は、X座標が0の場合は220μm、X座標が1cmの場合は209μmとなる。したがって、式(6)より、ダブルクラッド型平面光導波路10cの第1クラッド層の屈折率n1と第2クラッド層の屈折率n2の屈折率差から導出される許容開口数NAwgは、NAwg>0.11である必要がある。
Here, a case is considered where the beam diameters of the
上述した計算条件において、ダブルクラッド型平面光導波路に必要とされる許容開口数NAwgは、上記の実施の形態1及び2においてそれぞれ0.26及び0.13であったが、この実施の形態3において0.11であり、上記の実施の形態1及び2の場合よりもダブルクラッド型平面光導波路に必要とされる許容開口数が小さい。これにより、ある許容開口数でダブルクラッド型平面光導波路を製作した場合、この実施の形態3の方が、上記の実施の形態1及び2に比べて、励起光100、101の第2クラッド層への沁み出しを軽減できる効果を奏する。
Under the calculation conditions described above, the allowable numerical aperture NA wg required for the double-clad planar optical waveguide was 0.26 and 0.13 in the first and second embodiments, respectively. 3 is 0.11, and the allowable numerical aperture required for the double-clad planar optical waveguide is smaller than those in the first and second embodiments. As a result, when a double-clad type planar optical waveguide is manufactured with a certain allowable numerical aperture, the second clad layer of the
また、ここでは、下部第1クラッド層12cの厚さDlclad(X)[μm]と、上部第1クラッド層14cの厚さDuclad(X)[μm]が等しい場合を考える。コア層13を中心として上下対称の形状を持つ場合を考える。
Further, here, the thickness D Lclad the lower first clad
図14は、下部第1クラッド層12cの厚さDlclad(X)と、上部第1クラッド層14cの厚さDuclad(X)[μm]の計算結果を示す図である。
Figure 14 is a diagram showing the thickness D Lclad the lower first clad
以上のように、下部第1クラッド層12cと上部第1クラッド層14cがコア層13を中心として上下対称の形状を持つ場合、下部第1クラッド層12cと上部第1クラッド層14cの熱膨張が均等に生じるため、下部第1クラッド層12cと上部第1クラッド層14cからのコア層13への熱応力が釣り合い、熱応力による歪みや割れを軽減する効果を奏する。
As described above, when the lower
なお、ここでは、下部第1クラッド層12cと上部第1クラッド層14cがコア層13を中心として上下対称の形状を持つ場合を示したが、下部第1クラッド層12cと上部第1クラッド層14cはコア層13を中心として上下対称の形状を持たなくても良い。
Here, the case where the lower
以上のように、この実施の形態3に係る光増幅器は、上記の実施の形態1及び2に係る光増幅器よりも、コア層13における励起密度を大きくすることができるという効果を奏する。
As described above, the optical amplifier according to the third embodiment has an effect that the excitation density in the
実施の形態4.
この発明の実施の形態4に係る光増幅器について図15から図17までを参照しながら説明する。図15は、この発明の実施の形態4に係る光増幅器の第1の構成を示す斜視図である。なお、図15〜図17において、図1、図7、図11と同一または相当部分については重複する説明を省略する。
Embodiment 4 FIG.
An optical amplifier according to Embodiment 4 of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 15 is a perspective view showing a first configuration of the optical amplifier according to Embodiment 4 of the present invention. 15 to 17, the same or corresponding parts as those in FIGS. 1, 7, and 11 are not described.
図15において、ダブルクラッド型平面光導波路10dは、下部第2クラッド層11dと、下部第1クラッド層12dと、コア層13と、上部第1クラッド層14dと、上部第2クラッド層15dとから構成されている。
In FIG. 15, a double clad planar
また、図16は、この発明の実施の形態4に係る光増幅器の第2の構成を示す斜視図である。 FIG. 16 is a perspective view showing a second configuration of the optical amplifier according to Embodiment 4 of the present invention.
図16において、ダブルクラッド型平面光導波路10eは、下部第2クラッド層11eと、下部第1クラッド層12eと、コア層13と、上部第1クラッド層14eと、上部第2クラッド層15eと、励起光反射手段16とから構成されている。
In FIG. 16, a double clad planar
さらに、図17は、この発明の実施の形態4に係る光増幅器の第3の構成を示す斜視図である。 Further, FIG. 17 is a perspective view showing a third configuration of the optical amplifier according to Embodiment 4 of the present invention.
図17において、ダブルクラッド型平面光導波路10fは、下部第2クラッド層11fと、下部第1クラッド層12fと、コア層13と、上部第1クラッド層14fと、上部第2クラッド層15fとから構成されている。
In FIG. 17, a double clad planar
この実施の形態4に係る光増幅器は、ダブルクラッド型平面光導波路10d〜10fにおいて、コア層13と第1クラッド層の境界面内にある直交する2軸のうち少なくとも1軸について、励起光が進行するにしたがってコア層13の上下両側にある第1クラッド層のうち、どちらか一方の第1クラッド層の厚さを薄くするようにして、もう一方の第1クラッド層の厚さを一定にするようにしたので、平面光導波路のコア層13における励起密度の分布を均一化することができるものである。
In the optical amplifier according to the fourth embodiment, in the double-clad planar
つぎに、この実施の形態4に係る光増幅器の動作について図面を参照しながら説明する。 Next, the operation of the optical amplifier according to the fourth embodiment will be described with reference to the drawings.
この実施の形態4に係る光増幅器の基本的な動作は、上記の実施の形態1〜3に係る光増幅器と同様なので、重複する説明を省略する。ここでは、例として、図1と図15を用いて比較を行なう。 Since the basic operation of the optical amplifier according to the fourth embodiment is the same as that of the optical amplifier according to the first to third embodiments, a duplicate description is omitted. Here, as an example, a comparison is made using FIG. 1 and FIG.
この実施の形態4では、ダブルクラッド型平面光導波路10dの下部第1クラッド層12dの厚さが一定であることを特徴としている。この実施の形態4では、下部第1クラッド層12dと上部第1クラッド層14dの厚さの和を、上記の実施の形態1における下部第1クラッド層12aと上部第1クラッド層14aの厚さの和と等しくなるようにする。このとき、この実施の形態4は、上記の実施の形態1と同様に、平面光導波路のコア層13における励起密度の分布を均一化することができるという効果を奏する。
The fourth embodiment is characterized in that the thickness of the lower
さらに、平面光導波路の製作過程において、下部第2クラッド層11dと下部第1クラッド層12dを研磨する際や、下部第2クラッド層11dと下部第1クラッド層12dを接合する際に、下部第2クラッド層11dと下部第1クラッド層12dの境界面が傾斜していない平面であることは、平面光導波路の製作を技術的に容易にし、コスト的に安価にする。
Further, when the lower
以上のように、この実施の形態4では、上記の実施の形態1のように、下部第1クラッド層12dと上部第1クラッド層14dの両方の厚さを薄くする必要がなく、上部第1クラッド層14dのみ厚さを薄くすれば良いため、平面光導波路の製作が技術的に容易になり、コスト的に安価になるという効果を奏する。
As described above, in the fourth embodiment, unlike the first embodiment described above, it is not necessary to reduce the thickness of both the lower
なお、上述のように、実施の形態1〜4では、信号光110を励起光100、101の進行方向と直交する方向から入力させる場合を説明したが、信号光110の入力方向は、これに限られるものではない。これは、例えば、上記の実施の形態1では、信号光110を励起光100の進行方向と平行する方向から入力させるようにしても良い。
As described above, in the first to fourth embodiments, the case where the
実施の形態5.
この発明の実施の形態5に係る光発振器について図18を参照しながら説明する。図18は、この発明の実施の形態5に係る光発振器の構成を示す斜視図である。
Embodiment 5 FIG.
An optical oscillator according to Embodiment 5 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 18 is a perspective view showing a configuration of an optical oscillator according to the fifth embodiment of the present invention.
図18において、この発明の実施の形態5に係る光発振器は、ダブルクラッド型平面光導波路10aと、励起光入力手段20と、全反射鏡40と、部分反射鏡41とが設けられている。矢印は、励起光100の進行方向を示している。
18, the optical oscillator according to the fifth embodiment of the present invention is provided with a double-clad planar
また、ダブルクラッド型平面光導波路10aは、下から、下部第2クラッド層11aと、下部第1クラッド層12aと、コア層13と、上部第1クラッド層14aと、上部第2クラッド層15aとから構成されている。
The double clad planar
上述のように、実施の形態1〜4では光増幅器の場合を説明したが、この実施の形態5では信号光を入力させずにレーザ光発振器として使用するものである。 As described above, in the first to fourth embodiments, the case of the optical amplifier has been described. However, in the fifth embodiment, the signal light is not input and used as a laser light oscillator.
これは、例えば、図18に示すように、信号光入力手段30を使用せずに、ダブルクラッド型平面光導波路10aの両端に、全反射鏡40と部分反射鏡41を追加することで実現可能である。
This can be realized, for example, by adding a
なお、上述のように、ダブルクラッド型平面光導波路は、光増幅器やレーザ光発振器への適用に有用であるが、用途はこれに限られるものではない。 As described above, the double-clad planar optical waveguide is useful for application to optical amplifiers and laser light oscillators, but the application is not limited thereto.
上記の実施の形態1〜5では、ダブルクラッド型平面光導波路が直方体の形状について説明したが、これに限られず、例えば、多角柱状や、円柱状、楕円柱状、あるいは不平行六面体などの複雑な形状も考えられる。 In the first to fifth embodiments described above, the double-clad planar optical waveguide has been described with respect to a rectangular parallelepiped shape. A shape is also conceivable.
10a ダブルクラッド型平面光導波路、10b ダブルクラッド型平面光導波路、10c ダブルクラッド型平面光導波路、10d ダブルクラッド型平面光導波路、10e ダブルクラッド型平面光導波路、10f ダブルクラッド型平面光導波路、11a、11b、11c、11d、11e、11f 下部第2クラッド層、12a、12b、12c、12d、12e、12f 下部第1クラッド層、13 コア層、14a、14b、14c、14d、14e、14f 上部第1クラッド層、15a、15b、15c、15d、15e、15f 上部第2クラッド層、16 励起光反射手段、20 励起光入力手段、21 励起光入力手段、30 信号光入力手段、40 全反射鏡、41 部分反射鏡。 10a double-clad planar optical waveguide, 10b double-clad planar optical waveguide, 10c double-clad planar optical waveguide, 10e double-clad planar optical waveguide, 10f double-clad planar optical waveguide, 11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f Lower second cladding layer, 12a, 12b, 12c, 12d, 12e, 12f Lower first cladding layer, 13 Core layer, 14a, 14b, 14c, 14d, 14e, 14f Upper first Cladding layer, 15a, 15b, 15c, 15d, 15e, 15f Upper second cladding layer, 16 Excitation light reflection means, 20 Excitation light input means, 21 Excitation light input means, 30 Signal light input means, 40 Total reflection mirror, 41 Partial reflector.
Claims (10)
前記ダブルクラッド型平面光導波路へ励起光を入力する励起光入力手段と、
前記ダブルクラッド型平面光導波路へ信号光を入力する信号光入力手段とを備えた光増幅器であって、
前記ダブルクラッド型平面光導波路は、
下部第2クラッド層、下部第1クラッド層、コア層、上部第1クラッド層、及び上部第2クラッド層が順に積層され、
前記下部第1クラッド層及び前記コア層の第1の境界面が、平面であり、
前記コア層及び前記上部第1クラッド層の第2の境界面が、前記第1の境界面に平行な平面であり、
前記第1の境界面に垂直な第1の端面、前記第1の端面に平行な第2の端面、前記第1の境界面と前記第1の端面とに垂直な第3の端面、及び前記第3の端面に平行な第4の端面を有し、
前記下部第1クラッド層と前記上部第1クラッド層の積層方向の厚さの和が、前記第1の端面に垂直な方向に対して前記第1の端面から前記第2の端面へ向かうにしたがって徐々に小さくなり、
前記下部第1クラッド層の積層方向の厚さと前記上部第1クラッド層の積層方向の厚さが、前記第3の端面に垂直な方向に対して一定であり、
前記下部第1クラッド層と前記上部第1クラッド層の屈折率が、前記コア層の屈折率よりも小さく、
前記下部第2クラッド層の屈折率が、前記下部第1クラッド層の屈折率よりも小さく、かつ、前記上部第2クラッド層の屈折率が、前記上部第1クラッド層の屈折率よりも小さく、
前記励起光入力手段は、前記コア層を励起するための前記励起光を前記第1の端面に向けて出射し、前記第1の端面から前記下部第1クラッド層、前記コア層及び前記上部第1クラッド層へ前記励起光を入力させ、
前記信号光入力手段は、前記コア層によって増幅されるための前記信号光を前記第1、第2、第3又は第4の端面のうちいずれか1つの端面に向けて出射し、前記いずれか1つの端面から前記コア層へ前記信号光を入力させる
ことを特徴とする光増幅器。 A double-clad planar optical waveguide;
Excitation light input means for inputting excitation light to the double clad planar optical waveguide;
An optical amplifier comprising signal light input means for inputting signal light to the double clad planar optical waveguide,
The double clad planar optical waveguide is
A lower second cladding layer, a lower first cladding layer, a core layer, an upper first cladding layer, and an upper second cladding layer are sequentially stacked;
A first boundary surface of the lower first cladding layer and the core layer is a plane;
A second boundary surface of the core layer and the upper first cladding layer is a plane parallel to the first boundary surface;
A first end surface perpendicular to the first boundary surface; a second end surface parallel to the first end surface; a third end surface perpendicular to the first boundary surface and the first end surface; and Having a fourth end face parallel to the third end face;
The sum of the thicknesses of the lower first cladding layer and the upper first cladding layer in the stacking direction is directed from the first end surface to the second end surface with respect to a direction perpendicular to the first end surface. Gradually getting smaller,
The thickness in the stacking direction of the lower first cladding layer and the thickness in the stacking direction of the upper first cladding layer are constant with respect to the direction perpendicular to the third end face;
The refractive index of the lower first cladding layer and the upper first cladding layer is smaller than the refractive index of the core layer,
A refractive index of the lower second cladding layer is smaller than a refractive index of the lower first cladding layer, and a refractive index of the upper second cladding layer is smaller than a refractive index of the upper first cladding layer;
The excitation light input means emits the excitation light for exciting the core layer toward the first end face, and the lower first cladding layer, the core layer, and the upper second end face from the first end face. The excitation light is input to one cladding layer,
The signal light input means emits the signal light to be amplified by the core layer toward one end face of the first, second, third, or fourth end face, and An optical amplifier, wherein the signal light is input from one end face to the core layer.
ことを特徴とする請求項1記載の光増幅器。 The optical amplifier according to claim 1, wherein the double-clad planar optical waveguide has excitation light reflecting means for reflecting the excitation light on the second end face.
前記ダブルクラッド型平面光導波路へ第1及び第2の励起光をそれぞれ入力する第1及び第2の励起光入力手段と、
前記ダブルクラッド型平面光導波路へ信号光を入力する信号光入力手段とを備えた光増幅器であって、
前記ダブルクラッド型平面光導波路は、
下部第2クラッド層、下部第1クラッド層、コア層、上部第1クラッド層、及び上部第2クラッド層が順に積層され、
前記下部第1クラッド層及び前記コア層の第1の境界面が、平面であり、
前記コア層及び前記上部第1クラッド層の第2の境界面が、前記第1の境界面に平行な平面であり、
前記第1の境界面に垂直な第1の端面、前記第1の端面に平行な第2の端面、前記第1の境界面と前記第1の端面とに垂直な第3の端面、及び前記第3の端面に平行な第4の端面を有し、
前記下部第1クラッド層と前記上部第1クラッド層の積層方向の厚さの和が、前記第1の端面に垂直な方向に対して前記第1の端面と前記第2の端面の中間点で最小となり、前記第1の端面から前記中間点へ向かうにしたがって徐々に小さくなり、かつ前記第2の端面から前記中間点へ向かうにしたがって徐々に小さくなり、
前記下部第1クラッド層の積層方向の厚さと前記上部第1クラッド層の積層方向の厚さが、前記第3の端面に垂直な方向に対して一定であり、
前記下部第1クラッド層と前記上部第1クラッド層の屈折率が、前記コア層の屈折率よりも小さく、
前記下部第2クラッド層の屈折率が、前記下部第1クラッド層の屈折率よりも小さく、かつ、前記上部第2クラッド層の屈折率が、前記上部第1クラッド層の屈折率よりも小さく、
前記第1の励起光入力手段は、前記コア層を励起するための前記第1の励起光を前記第1の端面に向けて出射し、前記第1の端面から前記下部第1クラッド層、前記コア層及び前記上部第1クラッド層へ前記第1の励起光を入力させ、
前記第2の励起光入力手段は、前記コア層を励起するための前記第2の励起光を前記第2の端面に向けて出射し、前記第2の端面から前記下部第1クラッド層、前記コア層及び前記上部第1クラッド層へ前記第2の励起光を入力させ、
前記信号光入力手段は、前記コア層によって増幅されるための前記信号光を前記第1、第2、第3又は第4の端面のうちいずれか1つの端面に向けて出射し、前記いずれか1つの端面から前記コア層へ前記信号光を入力させる
ことを特徴とする光増幅器。 A double-clad planar optical waveguide;
First and second excitation light input means for inputting first and second excitation lights to the double clad planar optical waveguide, respectively;
An optical amplifier comprising signal light input means for inputting signal light to the double clad planar optical waveguide,
The double clad planar optical waveguide is
A lower second cladding layer, a lower first cladding layer, a core layer, an upper first cladding layer, and an upper second cladding layer are sequentially stacked;
A first boundary surface of the lower first cladding layer and the core layer is a plane;
A second boundary surface of the core layer and the upper first cladding layer is a plane parallel to the first boundary surface;
A first end surface perpendicular to the first boundary surface; a second end surface parallel to the first end surface; a third end surface perpendicular to the first boundary surface and the first end surface; and Having a fourth end face parallel to the third end face;
The sum of the thicknesses of the lower first cladding layer and the upper first cladding layer in the stacking direction is an intermediate point between the first end surface and the second end surface with respect to a direction perpendicular to the first end surface. Becomes a minimum, gradually decreases from the first end surface toward the intermediate point, and gradually decreases from the second end surface toward the intermediate point,
The thickness in the stacking direction of the lower first cladding layer and the thickness in the stacking direction of the upper first cladding layer are constant with respect to the direction perpendicular to the third end face;
The refractive index of the lower first cladding layer and the upper first cladding layer is smaller than the refractive index of the core layer,
A refractive index of the lower second cladding layer is smaller than a refractive index of the lower first cladding layer, and a refractive index of the upper second cladding layer is smaller than a refractive index of the upper first cladding layer;
The first excitation light input means emits the first excitation light for exciting the core layer toward the first end surface, and the lower first cladding layer, Inputting the first excitation light to the core layer and the upper first cladding layer;
The second excitation light input means emits the second excitation light for exciting the core layer toward the second end surface, and the lower first cladding layer, the second end surface, The second excitation light is input to the core layer and the upper first cladding layer,
The signal light input means emits the signal light to be amplified by the core layer toward one end face of the first, second, third, or fourth end face, and An optical amplifier, wherein the signal light is input from one end face to the core layer.
ことを特徴とする請求項1、2又は3記載の光増幅器。 4. The optical amplifier according to claim 1, wherein the lower first cladding layer and the upper first cladding layer have a vertically symmetrical shape about the core layer. 5.
ことを特徴とする請求項1、2又は3記載の光増幅器。 4. The optical amplifier according to claim 1, wherein the thickness of the lower first cladding layer in a stacking direction is constant with respect to a direction perpendicular to the first end face.
前記ダブルクラッド型平面光導波路へ励起光を入力する励起光入力手段とを備えた光発振器であって、
前記ダブルクラッド型平面光導波路は、
下部第2クラッド層、下部第1クラッド層、コア層、上部第1クラッド層、及び上部第2クラッド層が順に積層され、
前記下部第1クラッド層及び前記コア層の第1の境界面が、平面であり、
前記コア層及び前記上部第1クラッド層の第2の境界面が、前記第1の境界面に平行な平面であり、
前記第1の境界面に垂直な第1の端面、前記第1の端面に平行な第2の端面、前記第1の境界面と前記第1の端面とに垂直な第3の端面、及び前記第3の端面に平行な第4の端面を有し、
前記下部第1クラッド層と前記上部第1クラッド層の積層方向の厚さの和が、前記第1の端面に垂直な方向に対して前記第1の端面から前記第2の端面へ向かうにしたがって徐々に小さくなり、
前記下部第1クラッド層の積層方向の厚さと前記上部第1クラッド層の積層方向の厚さが、前記第3の端面に垂直な方向に対して一定であり、
前記下部第2クラッド層の屈折率が、前記下部第1クラッド層の屈折率よりも小さく、かつ、前記上部第2クラッド層の屈折率が、前記上部第1クラッド層の屈折率よりも小さく、
前記励起光入力手段は、前記コア層を励起するための前記励起光を前記第1の端面に向けて出射し、前記第1の端面から前記下部第1クラッド層、前記コア層及び前記上部第1クラッド層へ前記励起光を入力させる
ことを特徴とする光発振器。 A double-clad planar optical waveguide;
An optical oscillator comprising excitation light input means for inputting excitation light to the double-clad type planar optical waveguide,
The double clad planar optical waveguide is
A lower second cladding layer, a lower first cladding layer, a core layer, an upper first cladding layer, and an upper second cladding layer are sequentially stacked;
A first boundary surface of the lower first cladding layer and the core layer is a plane;
A second boundary surface of the core layer and the upper first cladding layer is a plane parallel to the first boundary surface;
A first end surface perpendicular to the first boundary surface; a second end surface parallel to the first end surface; a third end surface perpendicular to the first boundary surface and the first end surface; and Having a fourth end face parallel to the third end face;
The sum of the thicknesses of the lower first cladding layer and the upper first cladding layer in the stacking direction is directed from the first end surface to the second end surface with respect to a direction perpendicular to the first end surface. Gradually getting smaller,
The thickness in the stacking direction of the lower first cladding layer and the thickness in the stacking direction of the upper first cladding layer are constant with respect to the direction perpendicular to the third end face;
A refractive index of the lower second cladding layer is smaller than a refractive index of the lower first cladding layer, and a refractive index of the upper second cladding layer is smaller than a refractive index of the upper first cladding layer;
The excitation light input means emits the excitation light for exciting the core layer toward the first end face, and the lower first cladding layer, the core layer, and the upper second end face from the first end face. An optical oscillator, wherein the pumping light is input to one cladding layer.
ことを特徴とする請求項6記載の光発振器。 The optical oscillator according to claim 6, wherein the double clad planar optical waveguide has excitation light reflecting means for reflecting the excitation light on the second end face.
前記ダブルクラッド型平面光導波路へ第1及び第2の励起光をそれぞれ入力する第1及び第2の励起光入力手段とを備えた光発振器であって、
前記ダブルクラッド型平面光導波路は、
下部第2クラッド層、下部第1クラッド層、コア層、上部第1クラッド層、及び上部第2クラッド層が順に積層され、
前記下部第1クラッド層及び前記コア層の第1の境界面が、平面であり、
前記コア層及び前記上部第1クラッド層の第2の境界面が、前記第1の境界面に平行な平面であり、
前記第1の境界面に垂直な第1の端面、前記第1の端面に平行な第2の端面、前記第1の境界面と前記第1の端面とに垂直な第3の端面、及び前記第3の端面に平行な第4の端面を有し、
前記下部第1クラッド層と前記上部第1クラッド層の積層方向の厚さの和が、前記第1の端面に垂直な方向に対して前記第1の端面と前記第2の端面の中間点で最小となり、前記第1の端面から前記中間点へ向かうにしたがって徐々に小さくなり、かつ前記第2の端面から前記中間点へ向かうにしたがって徐々に小さくなり、
前記下部第1クラッド層の積層方向の厚さと前記上部第1クラッド層の積層方向の厚さが、前記第3の端面に垂直な方向に対して一定であり、
前記下部第2クラッド層の屈折率が、前記下部第1クラッド層の屈折率よりも小さく、かつ、前記上部第2クラッド層の屈折率が、前記上部第1クラッド層の屈折率よりも小さく、
前記第1の励起光入力手段は、前記コア層を励起するための前記第1の励起光を前記第1の端面に向けて出射し、前記第1の端面から前記下部第1クラッド層、前記コア層及び前記上部第1クラッド層へ前記第1の励起光を入力させ、
前記第2の励起光入力手段は、前記コア層を励起するための前記第2の励起光を前記第2の端面に向けて出射し、前記第2の端面から前記下部第1クラッド層、前記コア層及び前記上部第1クラッド層へ前記第2の励起光を入力させる
ことを特徴とする光発振器。 A double-clad planar optical waveguide;
An optical oscillator comprising first and second pumping light input means for inputting first and second pumping lights to the double-clad planar optical waveguide, respectively;
The double clad planar optical waveguide is
A lower second cladding layer, a lower first cladding layer, a core layer, an upper first cladding layer, and an upper second cladding layer are sequentially stacked;
A first boundary surface of the lower first cladding layer and the core layer is a plane;
A second boundary surface of the core layer and the upper first cladding layer is a plane parallel to the first boundary surface;
A first end surface perpendicular to the first boundary surface; a second end surface parallel to the first end surface; a third end surface perpendicular to the first boundary surface and the first end surface; and Having a fourth end face parallel to the third end face;
The sum of the thicknesses of the lower first cladding layer and the upper first cladding layer in the stacking direction is an intermediate point between the first end surface and the second end surface with respect to a direction perpendicular to the first end surface. Becomes a minimum, gradually decreases from the first end surface toward the intermediate point, and gradually decreases from the second end surface toward the intermediate point,
The thickness in the stacking direction of the lower first cladding layer and the thickness in the stacking direction of the upper first cladding layer are constant with respect to the direction perpendicular to the third end face;
A refractive index of the lower second cladding layer is smaller than a refractive index of the lower first cladding layer, and a refractive index of the upper second cladding layer is smaller than a refractive index of the upper first cladding layer;
The first excitation light input means emits the first excitation light for exciting the core layer toward the first end surface, and the lower first cladding layer, Inputting the first excitation light to the core layer and the upper first cladding layer;
The second excitation light input means emits the second excitation light for exciting the core layer toward the second end surface, and the lower first cladding layer, the second end surface, The optical oscillator, wherein the second pumping light is input to the core layer and the upper first cladding layer.
ことを特徴とする請求項6、7又は8記載の光発振器。 9. The optical oscillator according to claim 6, wherein the lower first cladding layer and the upper first cladding layer have a vertically symmetrical shape about the core layer.
ことを特徴とする請求項6、7又は8記載の光発振器。 The optical oscillator according to claim 6, 7 or 8, wherein the thickness of the lower first cladding layer in the stacking direction is constant with respect to a direction perpendicular to the first end face.
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JPWO2015097869A1 (en) * | 2013-12-27 | 2017-03-23 | 三菱電機株式会社 | Planar waveguide laser device |
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2007
- 2007-11-14 JP JP2007295784A patent/JP2009123883A/en active Pending
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