JP2679904B2 - 光利得装置からなる製品の製造方法 - Google Patents
光利得装置からなる製品の製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光利得装置、例えば、希
土類がドープされた導波路手段からなるような光増幅器
の製造方法に関する。
土類がドープされた導波路手段からなるような光増幅器
の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】Ｅｒ（エルビウム）がドープされたファ
イバ増幅器における光信号の増幅原理は当業者に公知で
ある。例えば、ジェー・アール・アーミテイジ(J.R.Arm
itage)の“アップライド オプティックス(Applied Opt
ics)”，Vol.２７（２３），４８３１〜４８３６頁（１
９８８年１２月）を参照されたい。Ｅｒがドープされた
ファイバ増幅器の特性を最適化する努力が続けられてい
る。例えば、米国特許第４９２３２７９号明細書を参照
されたい。
イバ増幅器における光信号の増幅原理は当業者に公知で
ある。例えば、ジェー・アール・アーミテイジ(J.R.Arm
itage)の“アップライド オプティックス(Applied Opt
ics)”，Vol.２７（２３），４８３１〜４８３６頁（１
９８８年１２月）を参照されたい。Ｅｒがドープされた
ファイバ増幅器の特性を最適化する努力が続けられてい
る。例えば、米国特許第４９２３２７９号明細書を参照
されたい。
【０００３】光ファイバ増幅器は様々な通信システムに
おいて都合良く使用することができるが、光増幅器が容
易に、または都合良く使用できないような多くの潜在的
用途が存在する。例えば、光増幅器と電子装置または回
路とを集積できることが望まれている。なぜなら、この
ような集積はコストを低減し、耐久性を高め、また、多
分、速度の向上が期待できるからである。このような集
積体はプレーナ（平坦）光増幅器を利用することにより
製造することができる。
おいて都合良く使用することができるが、光増幅器が容
易に、または都合良く使用できないような多くの潜在的
用途が存在する。例えば、光増幅器と電子装置または回
路とを集積できることが望まれている。なぜなら、この
ような集積はコストを低減し、耐久性を高め、また、多
分、速度の向上が期待できるからである。このような集
積体はプレーナ（平坦）光増幅器を利用することにより
製造することができる。
【０００４】更に、プレーナ光増幅器の利用は完全に集
積された光デバイスに向けて著しく進歩し、若干低い進
歩レベルでは、光信号検出器、スイッチ装置の光背面、
光ファイバ構内情報通信網および光ファイバケーブルＴ
Ｖシステムなどのような種々の分野における即時応用が
可能である。最後に、プレーナ光増幅器は小型化するこ
とができ、しかも、高い耐久性を有するので、光ファイ
バ増幅器にとって代わることが期待でき、海底光波通信
システムにおける用途が有望である。
積された光デバイスに向けて著しく進歩し、若干低い進
歩レベルでは、光信号検出器、スイッチ装置の光背面、
光ファイバ構内情報通信網および光ファイバケーブルＴ
Ｖシステムなどのような種々の分野における即時応用が
可能である。最後に、プレーナ光増幅器は小型化するこ
とができ、しかも、高い耐久性を有するので、光ファイ
バ増幅器にとって代わることが期待でき、海底光波通信
システムにおける用途が有望である。
【０００５】プレーナ光増幅器は公知である。公知のタ
イプのプレーナ光導波路としては、例えば、米国特許第
４９０２０８６号明細書に開示されているようなシリコ
ン基板に形成されたシリカ系ガラス導波路がある。プレ
ーナ光導波路に関する広範な論述は例えば、エス・マー
テルチー(S.Martellucci) ら編著の“集積光デバイス、
物性および用途(Integrated Optics,Physics and Appli
cations)”（プレナム出版）、特に、４９〜７２頁のジ
ー・カルティエ(G.Chartier)による章を参照されたい。
イプのプレーナ光導波路としては、例えば、米国特許第
４９０２０８６号明細書に開示されているようなシリコ
ン基板に形成されたシリカ系ガラス導波路がある。プレ
ーナ光導波路に関する広範な論述は例えば、エス・マー
テルチー(S.Martellucci) ら編著の“集積光デバイス、
物性および用途(Integrated Optics,Physics and Appli
cations)”（プレナム出版）、特に、４９〜７２頁のジ
ー・カルティエ(G.Chartier)による章を参照されたい。
【０００６】この研究論文の５３頁には、光導波路を形
成する材料の寄せ集めと共に、使用された製造技術の一
覧表が記載されている。また、研究論文の６３〜６５頁
には、イオン注入による導波路製造に関する論述がなさ
れている。ここに記載されているように、製造技術は基
板を平行化イオンビームで露光し、基板の適当に造形さ
れた領域の特性を変更させることを含む。この特性変更
はその領域の屈折率の変化として表れる。
成する材料の寄せ集めと共に、使用された製造技術の一
覧表が記載されている。また、研究論文の６３〜６５頁
には、イオン注入による導波路製造に関する論述がなさ
れている。ここに記載されているように、製造技術は基
板を平行化イオンビームで露光し、基板の適当に造形さ
れた領域の特性を変更させることを含む。この特性変更
はその領域の屈折率の変化として表れる。
【０００７】ピー・ジェー・チャンドラー(P.J.Chandle
r)らは、“エレクトロニクス レターズ(Electronics L
etters) ”Vol.２６（５），３３２〜３３４頁（１９９
０年３月）に、不活性イオン（Ｈｅ+ ）を単結晶ＬｉＮ
ｂＯ3 に注入することによる光導波路の製造を報告して
いる。ＬｉＮｂＯ3 はＭｇＯまたはＮｄおよびＣｒが均
一のドープされている。
r)らは、“エレクトロニクス レターズ(Electronics L
etters) ”Vol.２６（５），３３２〜３３４頁（１９９
０年３月）に、不活性イオン（Ｈｅ+ ）を単結晶ＬｉＮ
ｂＯ3 に注入することによる光導波路の製造を報告して
いる。ＬｉＮｂＯ3 はＭｇＯまたはＮｄおよびＣｒが均
一のドープされている。
【０００８】ワイ・ヒビノ(Y.Hibino)は“ＩＥＥＥ ホ
トニックス テクノロジー レターズ(Photonics Techn
ology Letters)”Vol.１（１１），３４９〜３５０頁
（１９８９年１１月）に、Ｎｄがドープされたシリカ光
導波路レーザをＳｉ基板上に製造する方法を開示してい
る。この方法は、基板上にガラスすすを堆積し、すす層
をＮｄ含有アルコール中で浸軟させ、すす層を焼結し、
焼結層をパターン付けして幅２０μｍのコアリッジを形
成し、このようにして形成されたコアストリップにガラ
スクラッド層（これもすすから形成されたものである）
を重層することからなる。発光とレーザ動作が確認され
た。
トニックス テクノロジー レターズ(Photonics Techn
ology Letters)”Vol.１（１１），３４９〜３５０頁
（１９８９年１１月）に、Ｎｄがドープされたシリカ光
導波路レーザをＳｉ基板上に製造する方法を開示してい
る。この方法は、基板上にガラスすすを堆積し、すす層
をＮｄ含有アルコール中で浸軟させ、すす層を焼結し、
焼結層をパターン付けして幅２０μｍのコアリッジを形
成し、このようにして形成されたコアストリップにガラ
スクラッド層（これもすすから形成されたものである）
を重層することからなる。発光とレーザ動作が確認され
た。
【０００９】プレーナ光利得装置（例えば、増幅器およ
びレーザ）の潜在的に高い商業的重要性に鑑みれば、こ
のような装置の改良は明らかに極めて重要である。特
に、装置のプレーナ導波路における信号光のモードフィ
ールドへのドーパント原子分布の優れた整合性を有する
デバイスは極めて望ましい。なぜなら、このような優れ
た整合性は、とりわけ、装置の優れた利得特性を生じる
からである。
びレーザ）の潜在的に高い商業的重要性に鑑みれば、こ
のような装置の改良は明らかに極めて重要である。特
に、装置のプレーナ導波路における信号光のモードフィ
ールドへのドーパント原子分布の優れた整合性を有する
デバイスは極めて望ましい。なぜなら、このような優れ
た整合性は、とりわけ、装置の優れた利得特性を生じる
からである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
はこのような優れた整合性を有する導波路の製造方法を
提供することである。
はこのような優れた整合性を有する導波路の製造方法を
提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、優れた
光利得装置からなる製品の製造方法が提供される。更に
詳細には、この利得装置は基板上に設けられたプレーナ
導波路手段からなる。導波路手段はコアおよびクラッド
からなり、波長λs の信号光をガイドすることができ
る。この製品は更に、波長λp ＜λs のポンプ光をプレ
ーナ導波路手段に結合する手段を有する。例えば、１≒
λs ≦３μｍであり、また、０．４≒λp ＜３μｍであ
る。
光利得装置からなる製品の製造方法が提供される。更に
詳細には、この利得装置は基板上に設けられたプレーナ
導波路手段からなる。導波路手段はコアおよびクラッド
からなり、波長λs の信号光をガイドすることができ
る。この製品は更に、波長λp ＜λs のポンプ光をプレ
ーナ導波路手段に結合する手段を有する。例えば、１≒
λs ≦３μｍであり、また、０．４≒λp ＜３μｍであ
る。
【００１２】プレーナ導波路手段は、ポンプ光に応答し
て発光することができる希土類（以下「ＲＥ」という）
イオンを少なくとも１種類含有するシリカ系ガラスから
なる。ＲＥイオンはプレーナ導波路手段中に不均一に分
布している。特に、ＲＥイオンは所定のコア断面中で、
第１の断面領域のＲＥイオンの最大濃度が第２の断面領
域（例えば、残りの領域）のＲＥイオンの最大濃度より
も少なくとも２倍程度高いように分布している。好まし
い実施例では、ＲＥイオンは、信号光およびポンプ光の
両方のモード強度が最高になるコア領域にイオンが集中
されるように分布されている。一般的に、ここはコアの
中心領域である。
て発光することができる希土類（以下「ＲＥ」という）
イオンを少なくとも１種類含有するシリカ系ガラスから
なる。ＲＥイオンはプレーナ導波路手段中に不均一に分
布している。特に、ＲＥイオンは所定のコア断面中で、
第１の断面領域のＲＥイオンの最大濃度が第２の断面領
域（例えば、残りの領域）のＲＥイオンの最大濃度より
も少なくとも２倍程度高いように分布している。好まし
い実施例では、ＲＥイオンは、信号光およびポンプ光の
両方のモード強度が最高になるコア領域にイオンが集中
されるように分布されている。一般的に、ここはコアの
中心領域である。
【００１３】好ましい実施例では、第２の領域の少なく
とも一部分は、第１の領域とコアの“最上面”（すなわ
ち、基板に隣接しないコアの表面部分）との間に配置さ
れる。特に好ましい実施例では、第２の領域は概ね第１
の領域を取り囲んでいる。
とも一部分は、第１の領域とコアの“最上面”（すなわ
ち、基板に隣接しないコアの表面部分）との間に配置さ
れる。特に好ましい実施例では、第２の領域は概ね第１
の領域を取り囲んでいる。
【００１４】特別な実施例では、基板は単結晶Ｓｉ（例
えば、ウエハ）であり、この基板の主要面の少なくとも
一部分はＳｉＯ2 層により被覆されている。プレーナ導
波路手段のコアはシリカ系ガラス（例えば、ホスホシリ
ケート）からなる。コア材料はＳｉＯ2 層上に配置さ
れ、そして、ＳｉＯ2 層と共にクラッドとして機能する
シリカ系ガラスにより被覆されている。クラッド材料の
全ての屈折率はコア材料の屈折率よりも低い。この特別
な実施例では、ＲＥイオンはＥｒイオンである。
えば、ウエハ）であり、この基板の主要面の少なくとも
一部分はＳｉＯ2 層により被覆されている。プレーナ導
波路手段のコアはシリカ系ガラス（例えば、ホスホシリ
ケート）からなる。コア材料はＳｉＯ2 層上に配置さ
れ、そして、ＳｉＯ2 層と共にクラッドとして機能する
シリカ系ガラスにより被覆されている。クラッド材料の
全ての屈折率はコア材料の屈折率よりも低い。この特別
な実施例では、ＲＥイオンはＥｒイオンである。
【００１５】本発明による利得装置の代表例は増幅器で
あるが、レーザであることもできる。また、本発明によ
る利得装置は一般的に、本発明の利得装置と光通信を行
う、少なくとも１個以上の他の光学装置または光電子デ
バイスが存在する基板中、または基板上に配置される。
他のデバイスは例えば、ポンプレーザまたは受光素子で
ある。所望により、１個以上の電子デバイス（例えば、
トランジスタ）またはＩＣを基板中または基板上に配置
することもできる。
あるが、レーザであることもできる。また、本発明によ
る利得装置は一般的に、本発明の利得装置と光通信を行
う、少なくとも１個以上の他の光学装置または光電子デ
バイスが存在する基板中、または基板上に配置される。
他のデバイスは例えば、ポンプレーザまたは受光素子で
ある。所望により、１個以上の電子デバイス（例えば、
トランジスタ）またはＩＣを基板中または基板上に配置
することもできる。
【００１６】本発明による製品の製造方法は例えば、シ
リカ系コア材料の層を有する基板（例えば、ＳｉＯ2 層
を有するＳｉウエハ）を準備し、前記層の少なくとも一
部分をＲＥイオンに暴露し、前記イオンの少なくとも主
要部分をコア材料中に注入し、注入前または注入後の何
れかの時点で、コア材料の層をパターン付けしてプレー
ナ導波路手段のコアを形成し、そして、クラッド材料の
層を堆積させることからなる。この方法は、最終製品の
コア中のＲＥ分布が前記のように不均一になるように行
われる。
リカ系コア材料の層を有する基板（例えば、ＳｉＯ2 層
を有するＳｉウエハ）を準備し、前記層の少なくとも一
部分をＲＥイオンに暴露し、前記イオンの少なくとも主
要部分をコア材料中に注入し、注入前または注入後の何
れかの時点で、コア材料の層をパターン付けしてプレー
ナ導波路手段のコアを形成し、そして、クラッド材料の
層を堆積させることからなる。この方法は、最終製品の
コア中のＲＥ分布が前記のように不均一になるように行
われる。
【００１７】
【実施例】以下、図面を参照しながら本発明を更に詳細
に説明する。図１は本発明による利得装置の導波路手段
の模式的断面図である。符号１０は基板本体、好ましく
はＳｉ本体を示し、符号１１は第１のクラッド材料、好
ましくはＳｉ本体の酸化により生成されたＳｉＯ2 を示
す。コア１２は第１のクラッド材料１１の上に配置され
ている。第２のクラッド材料１３がコアを取り囲んでい
る。コアは比較的高いＲＥ（例えば、Ｅｒ）濃度を有す
る第１の領域１２２と、比較的低いＲＥ濃度の第２の領
域１２１からなる。
に説明する。図１は本発明による利得装置の導波路手段
の模式的断面図である。符号１０は基板本体、好ましく
はＳｉ本体を示し、符号１１は第１のクラッド材料、好
ましくはＳｉ本体の酸化により生成されたＳｉＯ2 を示
す。コア１２は第１のクラッド材料１１の上に配置され
ている。第２のクラッド材料１３がコアを取り囲んでい
る。コアは比較的高いＲＥ（例えば、Ｅｒ）濃度を有す
る第１の領域１２２と、比較的低いＲＥ濃度の第２の領
域１２１からなる。
【００１８】領域１２２における最大ＲＥ濃度は領域１
２１における最大濃度の少なくとも２倍（好ましくは少
なくとも５倍、できれば１０倍）である。第２のクラッ
ドはＳｉＯ2 であるが、コアガラスの屈折率が第２のク
ラッド材料の屈折率（および、言うまでもなく、第１の
クラッド材料の屈折率）よりも十分に高く、波長λsの
光（および波長λp の光）が構造体中を誘導されれば、
その他の適当な（波長λs において）透明な媒体も使用
することができる。
２１における最大濃度の少なくとも２倍（好ましくは少
なくとも５倍、できれば１０倍）である。第２のクラッ
ドはＳｉＯ2 であるが、コアガラスの屈折率が第２のク
ラッド材料の屈折率（および、言うまでもなく、第１の
クラッド材料の屈折率）よりも十分に高く、波長λsの
光（および波長λp の光）が構造体中を誘導されれば、
その他の適当な（波長λs において）透明な媒体も使用
することができる。
【００１９】図２は図１の導波路手段と異なる、とりわ
け、第１のコア領域２２が第２のコア領域２１により取
り囲まれている点で異なる本発明による別の導波路手段
の模式的断面図である。導波路がλs における単一モー
ドガイドである場合、この構造により、ドーパント原子
と信号光のモードフィールドとの間で特に効率的な結合
が生じる。
け、第１のコア領域２２が第２のコア領域２１により取
り囲まれている点で異なる本発明による別の導波路手段
の模式的断面図である。導波路がλs における単一モー
ドガイドである場合、この構造により、ドーパント原子
と信号光のモードフィールドとの間で特に効率的な結合
が生じる。
【００２０】図１に示されたタイプのＲＥ注入導波路は
例えば、最初に基板表面上に比較的厚いクラッド層を形
成し、このクラッド層上に適当な厚さ（例えば、約２μ
ｍ）のシリカ系ガラス層を堆積し、所望により、イオン
注入中の電荷蓄積を避けるために、コアガラス層の最表
面に比較的薄い（例えば、０．１μｍ）導電層を堆積
し、得られた多層構造体を高エネルギー（例えば、１〜
５ＭｅＶ）ＲＥイオンビームに暴露することにより製造
できる。
例えば、最初に基板表面上に比較的厚いクラッド層を形
成し、このクラッド層上に適当な厚さ（例えば、約２μ
ｍ）のシリカ系ガラス層を堆積し、所望により、イオン
注入中の電荷蓄積を避けるために、コアガラス層の最表
面に比較的薄い（例えば、０．１μｍ）導電層を堆積
し、得られた多層構造体を高エネルギー（例えば、１〜
５ＭｅＶ）ＲＥイオンビームに暴露することにより製造
できる。
【００２１】イオンエネルギーは、コアガラス層中の生
成ＲＥ分布の最大部分が概ね層に集中されるように選択
される。イオン線量は一般的に、所定の長さの導波路に
おいて所望の利得が得られるように選択される。例え
ば、線量は１０16〜１０17イオン／ｃｍ2 の範囲内であ
る。注入中の基板温度は室温〜約５００℃、好ましくは
１５０〜３００℃の範囲内である。
成ＲＥ分布の最大部分が概ね層に集中されるように選択
される。イオン線量は一般的に、所定の長さの導波路に
おいて所望の利得が得られるように選択される。例え
ば、線量は１０16〜１０17イオン／ｃｍ2 の範囲内であ
る。注入中の基板温度は室温〜約５００℃、好ましくは
１５０〜３００℃の範囲内である。
【００２２】注入完了後、不必要な導電層を除去し、そ
して、公知の技法（例えば、リソグラフィおよびエッチ
ング）により不必要なコア材料を除去することにより導
波路を画成する。続いて、減圧化学的気相成長法（ＬＰ
ＣＶＤ）などの公知の技法により上部クラッド層（例え
ば、ＳｉＯ2 ）を形成する。
して、公知の技法（例えば、リソグラフィおよびエッチ
ング）により不必要なコア材料を除去することにより導
波路を画成する。続いて、減圧化学的気相成長法（ＬＰ
ＣＶＤ）などの公知の技法により上部クラッド層（例え
ば、ＳｉＯ2 ）を形成する。
【００２３】図２に示されたタイプの導波路は例えば、
前記の方法と同様な方法により製造できる。但し、コア
材料は注入領域の横幅を限定するマスクを通して注入さ
れる。注入は当業者に明らかように、コア層のパターン
付けの前、またはパターン付け後に行うことができる。
また、これは下記の実施例２に述べる方法と同様な技法
により行うこともできる。
前記の方法と同様な方法により製造できる。但し、コア
材料は注入領域の横幅を限定するマスクを通して注入さ
れる。注入は当業者に明らかように、コア層のパターン
付けの前、またはパターン付け後に行うことができる。
また、これは下記の実施例２に述べる方法と同様な技法
により行うこともできる。
【００２４】図３は本発明による光増幅器３０の模式図
である。図示された増幅器は４個のポンプレーザ（３１
１〜３１４）からなり、このうちの２個（例えば、３１
２および３１４）は“スペア”である。レーザ３１１お
よび３１３は同一方向伝搬光および逆方向伝搬光をそれ
ぞれ注入する。言うまでもなく、１個以上の全てのポン
プレーザはオプションである。受動導波路セクション３
２１を通り増幅器導波路３４まで伝搬する信号光は、誘
導発光により増幅器内で増幅され、増幅信号光は受動導
波路セクション３２２を通して伝搬する。
である。図示された増幅器は４個のポンプレーザ（３１
１〜３１４）からなり、このうちの２個（例えば、３１
２および３１４）は“スペア”である。レーザ３１１お
よび３１３は同一方向伝搬光および逆方向伝搬光をそれ
ぞれ注入する。言うまでもなく、１個以上の全てのポン
プレーザはオプションである。受動導波路セクション３
２１を通り増幅器導波路３４まで伝搬する信号光は、誘
導発光により増幅器内で増幅され、増幅信号光は受動導
波路セクション３２２を通して伝搬する。
【００２５】ポンプレーザ３１１からのポンプ光は受動
導波路３２４により偏光スプリッター３３にまでガイド
され、そして、この偏光スプリッター３３から受動ガイ
ド３２５により方向性カプラ３８までガイドされる。こ
れらの部品は常用の部品であり、分離していても、集積
されていても何れでもよい。カプラ３８はポンプ光を受
動導波路セクション３２１に結合し、ポンプ光を信号流
れの方向に伝搬する。逆方向伝搬ポンプ光も同様に信号
路に結合される。必要に応じて使用される公知の格子フ
ィルタ３５は自然発生光を抑制する機能を果たす。光フ
ァイバは、例えば、米国特許第４９０４０３６号明細書
に開示されているような方法により、増幅器組立体に結
合させることができる。
導波路３２４により偏光スプリッター３３にまでガイド
され、そして、この偏光スプリッター３３から受動ガイ
ド３２５により方向性カプラ３８までガイドされる。こ
れらの部品は常用の部品であり、分離していても、集積
されていても何れでもよい。カプラ３８はポンプ光を受
動導波路セクション３２１に結合し、ポンプ光を信号流
れの方向に伝搬する。逆方向伝搬ポンプ光も同様に信号
路に結合される。必要に応じて使用される公知の格子フ
ィルタ３５は自然発生光を抑制する機能を果たす。光フ
ァイバは、例えば、米国特許第４９０４０３６号明細書
に開示されているような方法により、増幅器組立体に結
合させることができる。
【００２６】図４は本発明による別の製品例（すなわ
ち、検出器組立体）の模式図である。信号光は受動ガイ
ド４０１を通して増幅器セクション４２まで伝搬され、
更に、受動ガイド４０３を通して受光素子（例えば、導
波路反転ミラー上に配置されたＰＩＮダイオード）まで
伝搬される。ポンプレーザ４１からのポンプ光は、方向
性カプラ４４により受動ガイド４０３に結合される。図
４に示されたタイプの検出器組立体は、例えば、アバラ
ンシ受光素子（ＡＰＤ）に付随する高感度と、例えば、
ＰＩＮに付随する低ノイズを有する。
ち、検出器組立体）の模式図である。信号光は受動ガイ
ド４０１を通して増幅器セクション４２まで伝搬され、
更に、受動ガイド４０３を通して受光素子（例えば、導
波路反転ミラー上に配置されたＰＩＮダイオード）まで
伝搬される。ポンプレーザ４１からのポンプ光は、方向
性カプラ４４により受動ガイド４０３に結合される。図
４に示されたタイプの検出器組立体は、例えば、アバラ
ンシ受光素子（ＡＰＤ）に付随する高感度と、例えば、
ＰＩＮに付随する低ノイズを有する。
【００２７】本発明による製品では、一般的に、受動導
波路セクションと増幅器セクションとの間に結合が存在
する。例えば、図５は、受動導波路５０の部分、増幅器
ガイド５１の部分、およびこれらの間の遷移部分５２の
平面図である。図６は図５のＡ−Ａ線に沿った断面図で
あり、基板５５、下部クラッド５６、コア５８および上
部クラッド５７を有する。図７は図５のＢ−Ｂ線に沿っ
た断面図であり、増幅器部分のコアはＲＥが殆ど無い外
部領域５９と、殆ど全てのＲＥを含有する中心領域６０
からなる。増幅器ガイドが受動ガイドよりも若干狭い場
合、優れた増幅効率を得るために、このような構造は非
常に好都合である。このような場合、図５に模式的に示
されているように、２個の導波路部分の間に断熱遷移部
分を設けることが好ましい。
波路セクションと増幅器セクションとの間に結合が存在
する。例えば、図５は、受動導波路５０の部分、増幅器
ガイド５１の部分、およびこれらの間の遷移部分５２の
平面図である。図６は図５のＡ−Ａ線に沿った断面図で
あり、基板５５、下部クラッド５６、コア５８および上
部クラッド５７を有する。図７は図５のＢ−Ｂ線に沿っ
た断面図であり、増幅器部分のコアはＲＥが殆ど無い外
部領域５９と、殆ど全てのＲＥを含有する中心領域６０
からなる。増幅器ガイドが受動ガイドよりも若干狭い場
合、優れた増幅効率を得るために、このような構造は非
常に好都合である。このような場合、図５に模式的に示
されているように、２個の導波路部分の間に断熱遷移部
分を設けることが好ましい。
【００２８】本発明による製品の重要な利点は、プレー
ナ導波路と標準的なシリカ系光ファイバとの間で可能
な、比較的低い結合損失である。例えば、本発明による
製品では、プレーナ導波路のコアの屈折率は一般的に、
プレーナ導波路に結合される光ファイバのコアの有効屈
折率よりもせいぜい５％程度しか異ならない。
ナ導波路と標準的なシリカ系光ファイバとの間で可能
な、比較的低い結合損失である。例えば、本発明による
製品では、プレーナ導波路のコアの屈折率は一般的に、
プレーナ導波路に結合される光ファイバのコアの有効屈
折率よりもせいぜい５％程度しか異ならない。
【００２９】主にプレーナ導波路光増幅器について説明
してきたが、構造を適当な光キャビティーを形成するよ
うに変更すれば、同じ原理がプレーナ導波路レーザにつ
いても実施できることは当業者に明らかである。このよ
うな変更は当業者ならば容易に行うことができる。
してきたが、構造を適当な光キャビティーを形成するよ
うに変更すれば、同じ原理がプレーナ導波路レーザにつ
いても実施できることは当業者に明らかである。このよ
うな変更は当業者ならば容易に行うことができる。
【００３０】更に、シリカクラッドおよびホスホシリケ
ートガラスだけが使用可能な導波路材料ではない。例え
ば、コアはＲＥがドープされたＳｉ3 Ｎ4 であることも
できるし、また、クラッドはシリカ系ガラスであること
もできる。本発明を実施するのに有用なＲＥ種はＥｒだ
けではない。例えば、Ｎｄも使用できる。これは常用の
シリカファイバの最小分散ウインドウと一致するλ〜
１．３μｍで遷移するので特に有望である。他のＲＥ種
は特定の用途に有用な異なる遷移を有する。
ートガラスだけが使用可能な導波路材料ではない。例え
ば、コアはＲＥがドープされたＳｉ3 Ｎ4 であることも
できるし、また、クラッドはシリカ系ガラスであること
もできる。本発明を実施するのに有用なＲＥ種はＥｒだ
けではない。例えば、Ｎｄも使用できる。これは常用の
シリカファイバの最小分散ウインドウと一致するλ〜
１．３μｍで遷移するので特に有望である。他のＲＥ種
は特定の用途に有用な異なる遷移を有する。
【００３１】更に、本発明の利得装置はイオン注入を含
む技法により製造する必要性がない。少なくとも図１に
示されたタイプのプレーナガイドはＣＶＤにより、ＲＥ
含有先駆体を反応炉に適当に導入することにより、また
は、一連のターゲットからスパッタすることにより製造
できる。
む技法により製造する必要性がない。少なくとも図１に
示されたタイプのプレーナガイドはＣＶＤにより、ＲＥ
含有先駆体を反応炉に適当に導入することにより、また
は、一連のターゲットからスパッタすることにより製造
できる。
【００３２】以下、具体例により本発明を例証する。実施例１ 常用のＳｉウエハ上に、常用のＳｉ高圧熱酸化法（ＨＩ
ＰＯＸ）により膜厚１５μｍのシリカ層を形成した。こ
のようにして形成されたシリカ面上に、シリカ、酸素お
よびホスヒンを使用し常用のＬＰＣＶＤにより膜厚２μ
ｍのホスホシリケートガラス（ＳｉＯ2 中にＰを８wt％
含有）層を堆積した。続いて、常用の堆積法により、Ｐ
−ガラス（コア）層の上面に膜厚０．１１μｍのＡｌ層
を堆積した。このようにして形成された多層構造体に、
１０-6Torr以下の基本圧力の真空中で２．９ＭｅＶのＥ
ｒ++イオンを打ち込んだ。注入量は３．４×１０16イオ
ン／ｃｍ2 であった。イオン注入中はウエハを２００℃
に維持した。得られたＥｒ分布はおおよそガウス曲線状
であった。ガラス／Ａｌ界面から深さ約１μｍのところ
にピークが存在し、半値全幅は約０．６μｍであった。
その後、常法によりＡｌ層を除去し、常用のリソグラフ
ィおよびエッチングによりコア材料層をパターン付け
し、基板上に幅５μｍで長さ５．５ｃｍのコア材料スト
リップを残した。シランおよび酸素からＬＰＣＶＤによ
り膜厚５μｍのシリカ層を堆積し、続いて、１０００℃
の窒素雰囲気中で層を稠密化することによりプレーナ導
波路を完成させた。このプレーナ導波路はλ＝１．５４
μｍにおける単一モードだけをサポートするように設計
され、λ＝１．５４μｍ付近に中心を有する発光遷移を
示した。約４ｍｓの寿命が観察された。この導波路をλ
＝０．９７２９μｍでポンプすると、長さ５．５ｃｍの
導波路を通して伝達されるλs ＝１．５３６μｍの信号
光は、ポンピングの無い状態で伝達した場合に比べて、
著しく高い振幅を示した。
ＰＯＸ）により膜厚１５μｍのシリカ層を形成した。こ
のようにして形成されたシリカ面上に、シリカ、酸素お
よびホスヒンを使用し常用のＬＰＣＶＤにより膜厚２μ
ｍのホスホシリケートガラス（ＳｉＯ2 中にＰを８wt％
含有）層を堆積した。続いて、常用の堆積法により、Ｐ
−ガラス（コア）層の上面に膜厚０．１１μｍのＡｌ層
を堆積した。このようにして形成された多層構造体に、
１０-6Torr以下の基本圧力の真空中で２．９ＭｅＶのＥ
ｒ++イオンを打ち込んだ。注入量は３．４×１０16イオ
ン／ｃｍ2 であった。イオン注入中はウエハを２００℃
に維持した。得られたＥｒ分布はおおよそガウス曲線状
であった。ガラス／Ａｌ界面から深さ約１μｍのところ
にピークが存在し、半値全幅は約０．６μｍであった。
その後、常法によりＡｌ層を除去し、常用のリソグラフ
ィおよびエッチングによりコア材料層をパターン付け
し、基板上に幅５μｍで長さ５．５ｃｍのコア材料スト
リップを残した。シランおよび酸素からＬＰＣＶＤによ
り膜厚５μｍのシリカ層を堆積し、続いて、１０００℃
の窒素雰囲気中で層を稠密化することによりプレーナ導
波路を完成させた。このプレーナ導波路はλ＝１．５４
μｍにおける単一モードだけをサポートするように設計
され、λ＝１．５４μｍ付近に中心を有する発光遷移を
示した。約４ｍｓの寿命が観察された。この導波路をλ
＝０．９７２９μｍでポンプすると、長さ５．５ｃｍの
導波路を通して伝達されるλs ＝１．５３６μｍの信号
光は、ポンピングの無い状態で伝達した場合に比べて、
著しく高い振幅を示した。
【００３３】実施例２ Ｅｒがドープされたプレーナ導波路を概ね実施例１に述
べたようにして製造した。但し、Ｅｒがドープされたガ
イドは２個の常用の受動導波路部分の間に配置し、別の
受動導波路部分を常用の方向性カプラによりＥｒドープ
ガイドに結合し、そして、コア材料は２工程で堆積し、
Ｅｒ注入はこの工程間で行った。特に、膜厚３μｍの８
％Ｐ−ガラスを堆積し、Ｅｒは実施例１に述べたように
注入し、幅３μｍ、長さ５．５ｃｍの注入コア材料スト
リップが基板上に残るようにＰ−ガラス層をパターン付
けした。その後、膜厚１μｍの８％Ｐ−ガラスを堆積
し、Ｅｒ注入領域が後から堆積されたＰ−ガラスにより
被覆されるようにパターン付けした。得られたコアの幅
は５μｍであった。実施例１に述べたように、適当なク
ラッド層を続いて堆積した。
べたようにして製造した。但し、Ｅｒがドープされたガ
イドは２個の常用の受動導波路部分の間に配置し、別の
受動導波路部分を常用の方向性カプラによりＥｒドープ
ガイドに結合し、そして、コア材料は２工程で堆積し、
Ｅｒ注入はこの工程間で行った。特に、膜厚３μｍの８
％Ｐ−ガラスを堆積し、Ｅｒは実施例１に述べたように
注入し、幅３μｍ、長さ５．５ｃｍの注入コア材料スト
リップが基板上に残るようにＰ−ガラス層をパターン付
けした。その後、膜厚１μｍの８％Ｐ−ガラスを堆積
し、Ｅｒ注入領域が後から堆積されたＰ−ガラスにより
被覆されるようにパターン付けした。得られたコアの幅
は５μｍであった。実施例１に述べたように、適当なク
ラッド層を続いて堆積した。
【００３４】
【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれ
ば、優れた整合性を有する導波路の製造方法が得られ
る。
ば、優れた整合性を有する導波路の製造方法が得られ
る。
【図１】本発明によるＲＥ含有プレーナ導波路手段の一
例の模式的断面図である。
例の模式的断面図である。
【図２】本発明によるＲＥ含有プレーナ導波路手段の別
の例の模式的断面図である。
の例の模式的断面図である。
【図３】本発明による光増幅器の一例の模式図である。
【図４】本発明による増幅器を有する受光素子の模式図
である。
である。
【図５】断熱遷移部分により本発明のプレーナ導波路手
段に結合された受動プレーナ導波路の模式的平面図であ
る。
段に結合された受動プレーナ導波路の模式的平面図であ
る。
【図６】図５のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図７】図５のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
１０ 基板 １１ 第１のクラッド材料 １２ コア １３ 第２のクラッド材料 １２１ 第２のコア領域 １２２ 第１のコア領域 ２１ 第２のコア領域 ２２ 第１のコア領域 ３０ 光増幅器 ３１１ ポンプレーザ ３１２ ポンプレーザ ３１３ ポンプレーザ ３１４ ポンプレーザ ３２１ 受動導波路セクション ３２２ 受動導波路セクション ３２３ 受動導波路 ３２４ 受動導波路 ３２５ 受動ガイド ３３ 偏光スプリッター ３４ 増幅器導波路 ３５ 格子フィルタ ３８ 方向性カプラ ４０１ 受光ガイド ４０２ 受光ガイド ４０３ 受光ガイド ４１ ポンプレーザ ４２ 増幅器セクション ４３ 受光素子 ４４ 方向性カプラ ５０ 受動導波路 ５１ 増幅器ガイド ５２ 遷移部分 ５５ 基板 ５６ 下部クラッド ５７ 上部クラッド ５８ コア ５９ コア外部領域 ６０ コア中心領域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 デール シー．ヤコブソン アメリカ合衆国 07840 ニュージャー ジィ、ハケッツタウン、キャットスワン プ ロード 107 (72)発明者 ロドニー シー．キストラー アメリカ合衆国 18042 ペンシルベニ ア、イーストン、パーソン ストリート 201 (72)発明者 ジョン エム．ポート アメリカ合衆国 07901 ニュージャー ジィ、サミット、マディソン アヴェニ ュー 18 (72)発明者 アルバート ポルマン アメリカ合衆国 07922 ニュージャー ジィ、バークレイ ハイツ、レナープ レーン ３ (56)参考文献 ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅ ｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ Ｖ ｏｌ．１（11） 349−350Ｐ 応用物理第59巻第９号 1175−1192頁 （平成２年９月５日特許庁受入れ)
Claims (7)
- 【請求項１】 コア（２１）とこのコアよりも屈折率の
小さい材料からなるクラッド（１３）とからなり、波長
λs の信号光を導波するプレーナ光導波路手段と、 λsよりも短い波長λpのポンプ光を前記光導波路手段に
結合する手段（３８）とを有する光利得装置（３４）か
らなる製品の製造方法において、 （ａ） 表面の少なくとも一部はＳｉＯ 2 層（１１）で
被覆されており、この表面上にシリカ系ガラス製のコア
材料層を有するＳｉ製基板（１０、１１）を提供する工
程と、 （ｂ） 前記コア材料層内の希土類イオン濃度の最大位
置が、基板（１０，１１）／コア材料層の境界面とコア
材料層表面との間になるように前記コア材料中に希土類
イオンを注入する工程と、 （ｃ） 前記工程（ｂ）の前または後に、前記コア材料
層をパターン付けして前記光導波路手段のコアを形成す
る工程と、 （ｄ） 前記コアまたはコア材料層上にシリカ系ガラス
製のクラッド材料（１３）を堆積する工程と、 からなることを特徴とする光利得装置（３４）からなる
製品の製造方法。 - 【請求項２】 前記希土類イオンは、Ｅｒイオンからな
ることを特徴とする請求項１の製造方法。 - 【請求項３】 前記利得装置は、光増幅器であることを
特徴とする請求項１の製造方法。 - 【請求項４】 前記光増幅器と光通信を行う光デバイス
または光電子デバイスが基板内または基板上に形成され
ることを特徴とする請求項３の製造方法。 - 【請求項５】 前記光デバイスまたは光電子デバイスの
うちの少なくとも１個は、光増幅器を介して伝搬する光
を受信するよう配置された受光素子であることを特徴と
する請求項４の製造方法。 - 【請求項６】 前記他のデバイスのうちの少なくとも１
個は、ポンプ光を発光するレーザであることを特徴とす
る請求項４の製造方法。 - 【請求項７】 前記プレーナ光導波路手段に信号を伝達
するように結合された光ファイバを更に有することを特
徴とする請求項１の製造方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US579118 | 1990-09-07 | ||
| US07/579,118 US5039190A (en) | 1990-09-07 | 1990-09-07 | Apparatus comprising an optical gain device, and method of producing the device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06281977A JPH06281977A (ja) | 1994-10-07 |
| JP2679904B2 true JP2679904B2 (ja) | 1997-11-19 |
Family
ID=24315637
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3250226A Expired - Fee Related JP2679904B2 (ja) | 1990-09-07 | 1991-09-04 | 光利得装置からなる製品の製造方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5039190A (ja) |
| EP (1) | EP0474447B1 (ja) |
| JP (1) | JP2679904B2 (ja) |
| DE (1) | DE69122821T2 (ja) |
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