JP2721537B2 - Glass waveguide - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は希土類元素を添加したガラス導波路、特にガ
ラス導波路レーザーおよびガラス導波路増幅器用のガラ
ス導波路に関するものである。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a glass waveguide to which a rare earth element is added, particularly to a glass waveguide for a glass waveguide laser and a glass waveguide amplifier.
［従来技術］ 近年、光ファイバのコアに希土類元素を添加した光フ
ァイバレーザーの研究が活発化し、各種レーザー光源
用、光増幅媒質用として注目されるようになってきた。[Prior Art] In recent years, research on optical fiber lasers in which a rare earth element is added to the core of an optical fiber has been active, and has attracted attention for various laser light sources and optical amplification media.
第６図は従来の光ファイバレーザーの構成例を示した
ものである（木村，中沢：光ファイバレーザーの発振特
性とその光通信への応用、レーザー学会研究会、PTM−8
7−16,PP.31〜37,1988年１月）。これは光ファイバのコ
アに希土類元素を添加した光ファイバの両端面をレーザ
ーミラーに直に接触させるか、光ファイバの両端面に誘
電体多層膜を蒸着させて光共振器を構成したものであ
る。励起光源にはArイオンレーザー（波長514.5nm）、
色素レーザー（波長650nm）、半導体レーザー（波長830
nm）等を用いて端面励起が行われる。また光増幅器の例
として第７図に示す構成が上記両氏により提案されてい
る。すなわち、希土類を添加した光ファイバ内に信号光
を伝搬させ、励起光は光ファイバカップラを用いて合成
させ、また光ファイバカップラで分離させる構成であ
る。Fig. 6 shows a configuration example of a conventional optical fiber laser (Kimura, Nakazawa: Oscillation characteristics of optical fiber laser and its application to optical communication, Laser Society of Japan, PTM-8
7-16, PP. 31-37, January 1988). This is an optical resonator in which both ends of an optical fiber with a rare earth element added to the core of the optical fiber are brought into direct contact with a laser mirror, or a dielectric multilayer film is deposited on both ends of the optical fiber to form an optical resonator. . The excitation light source is Ar ion laser (wavelength 514.5nm),
Dye laser (wavelength 650 nm), semiconductor laser (wavelength 830
nm) is used to excite the end face. As an example of an optical amplifier, the configuration shown in FIG. That is, the signal light is propagated in the optical fiber to which the rare earth is added, the pump light is synthesized using the optical fiber coupler, and separated by the optical fiber coupler.
［発明が解決しようとする課題］ 前述した光ファイバレーザーおよび光ファイバ増幅器
は、 光ファイバのコア径が細径であるため励起パワー密
度が大きくなり、励起効率を上げられること 相互作用長を長くとれること 特に石英系ファイバの場合、低損失であること 可撓性があること 等の特徴がある。しかしながら、他の光部品、例えば光
源、受光器、光変調器、光カプラ、光合分波器、光フィ
ルタ、光スイッチなどと組合せていわゆる多機能光集積
回路を実現しようとすると、実装が複雑になり、低コス
ト化が難しく、また小形化、高性能化も容易でないとい
った問題点があった。[Problems to be Solved by the Invention] In the above-described optical fiber laser and optical fiber amplifier, since the core diameter of the optical fiber is small, the pump power density increases, the pump efficiency can be increased, and the interaction length can be increased. In particular, a silica-based fiber has characteristics such as low loss and flexibility. However, when trying to realize a so-called multifunctional optical integrated circuit by combining with other optical components such as a light source, a light receiver, an optical modulator, an optical coupler, an optical multiplexer / demultiplexer, an optical filter, and an optical switch, the mounting becomes complicated. Therefore, there were problems that it was difficult to reduce the cost, and it was not easy to reduce the size and improve the performance.
本発明の目的は、前記した従来技術の問題点を解決す
ることにある。すなわち、量産化が容易で低コスト化が
可能であり、小形化、高性能化も可能なガラス導波路レ
ーザー、ガラス導波路増幅器用ガラス導波路を提供する
ことにある。An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the conventional technology. That is, an object of the present invention is to provide a glass waveguide laser and a glass waveguide for a glass waveguide amplifier, which can be easily mass-produced, can be reduced in cost, and can be downsized and have high performance.
［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するため本発明では、基板上に低屈折
率層（屈折率ｎs）を設け、その層の上に希土類元素の
添加された略断面矩形状のコア導波路（屈折率ｎc,nc＞
ｎc1）を有し、該導波路表面を屈折率ｎc1（ｎc1＜ｎ
c）のクラッド膜で覆ったガラス導波路からなり、上記
コア導波路を基板内にジグザグ状に形成させ、コア導波
路の入力端から入射された光は、分波あるいは分岐され
ることなくジクザグ状に形成されたコア導波路内を通っ
て、コア導波路の出力端から出射されるようにガラス導
波路を形成してなる。[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, according to the present invention, a low refractive index layer (refractive index ns) is provided on a substrate, and a substantially rectangular section having a rare-earth element added thereto is formed on the layer. Core waveguide (refractive index nc, nc>
nc1), and the surface of the waveguide has a refractive index of nc1 (nc1 <n
c) a glass waveguide covered with a cladding film, wherein the core waveguide is formed in a zigzag shape in the substrate, and light incident from the input end of the core waveguide is zigzag without being split or branched. A glass waveguide is formed so as to pass through the core waveguide formed in the shape and emit from the output end of the core waveguide.
［作用］ すなわち、従来の直線導波路の代わりに、ジグザグ状
コア導波路にして基板面積を有効に活用させ、長い導波
路長を得るようにしたものであり、高い増幅度のガラス
導波路増幅器、あるいは発振波長の安定したガラス導波
路レーザーを実現させることができる。[Operation] That is, instead of the conventional linear waveguide, a zigzag core waveguide is used to effectively utilize the substrate area to obtain a long waveguide length, and a glass waveguide amplifier having a high amplification degree Alternatively, a glass waveguide laser having a stable oscillation wavelength can be realized.
また、本発明のガラス導波路はプレーナ構造で、かつ
半導体プロセスを利用して製造することができるので、
量産化が容易であり、結果として低コスト化を達成する
ことが可能である。なお、このようにコア導波路を長く
させる理由は、コア導波路への希土類元素（例えば、E
r,Nd,Yb,Tmなど）の添加量を多くとることが製造上、非
常に難しいからである。Also, since the glass waveguide of the present invention has a planar structure and can be manufactured using a semiconductor process,
Mass production is easy, and as a result, cost reduction can be achieved. The reason for making the core waveguide longer in this way is that rare-earth elements (for example, E
This is because it is extremely difficult to increase the amount of added (r, Nd, Yb, Tm) in production.
［実施例］ 第１図に本発明の希土類元素を添加したガラス導波路
を用いたガラス導波路レーザーの実施例を示す。同図
（ａ）はガラス導波路の側面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−
Ａ′断面図を示したものである。半導体、ガラス、強誘
電体、磁性体などよりなる基板１上に屈折率がｎbの低
屈折率層２を設け、その上に屈折率がｎc（ｎc＞ｎb）
で略断面矩形状のコア導波路３をジグザグ状に形成し、
そしてその上全体を屈折率がｎc1（ｎc1＞ｎc）のクラ
ッド４で覆った構造である。コア導波路３には、例えば
SiO2−FiO2系ガラスに、Er,Ndなどの希土類元素を少な
くとも一種添加したガラスを用いる。クラッド４には、
例えばSiO2−TiO2−B2O3系ガラスを用いる。また低屈折
率層２にもSiO2−TiO2−B2O3系ガラスを用いる。屈曲部
に設けられた５−2,5−3,5−４および５−５は反射率が
ほぼ100％のミラーである。５−１は反射率99％のミラ
ー、５−６は反射率98％のミラーであり、この５−１と
５−６でレーザーミラーを構成させて発振波長の安定し
たレーザ発振用光共振器を実現させる構成としてある。
すなわち、矢印６−１より励起光源（例えば、波長514.
5nmのArイオンレーザー）を入射させると、その光信号
はコア導波路内を矢印６−2,6−3,6−4,6−5,6−6,7−
1,7−2,7−3,7−4,7−5,6−2,…,6−６のように光共振
器間を反射を繰り返すことにより、増幅作用、あるいは
レーザー発振を行わせるようにしたものである。このよ
うに、コア導波路３をジグザグ状にしてその共振器長Ｌ
を長くすることによって、増幅あるいはレーザー発振し
やすくすることができる。実際に本実施例のようにジグ
ザグ状にすることによって、直線導波路の場合の３倍以
上にすることができた。ここで、ジグザグ状にすると、
８−４〜８−４の屈曲部分での放射損、ミラー５−２〜
５−５の反射率の低下による損失が問題になるが、θを
大きくし、また非常に高い反射率の膜を形成することに
よって補うことができる。Embodiment FIG. 1 shows an embodiment of a glass waveguide laser using a glass waveguide to which a rare earth element is added according to the present invention. FIG. 3A is a side view of the glass waveguide, and FIG.
FIG. 3 is a sectional view taken along the line A ′. A low-refractive-index layer 2 having a refractive index of nb is provided on a substrate 1 made of a semiconductor, glass, ferroelectric, magnetic material, or the like, and a refractive index of nc (nc> nc) is provided thereon.
To form a substantially rectangular core waveguide 3 in a zigzag shape,
The entire structure is covered with a cladding 4 having a refractive index of nc1 (nc1> nc). In the core waveguide 3, for example,
Glass is used in which at least one rare earth element such as Er and Nd is added to SiO 2 —FiO 2 glass. In cladding 4,
For example SiO 2 -TiO 2 -B 2 O 3 system using glass. In addition, SiO 2 —TiO 2 —B 2 O 3 based glass is used for the low refractive index layer 2. 5-2, 5-3, 5-4 and 5-5 provided at the bent portion are mirrors having a reflectance of almost 100%. Reference numeral 5-1 denotes a mirror having a reflectivity of 99%, and reference numeral 5-6 denotes a mirror having a reflectivity of 98%. These laser mirrors 5-1 and 5-6 constitute an optical resonator for laser oscillation having a stable oscillation wavelength. Is realized.
That is, the excitation light source (for example, the wavelength 514.
When a 5 nm Ar ion laser is incident, the optical signal is transmitted through the arrows 6-2, 6-3, 6-4, 6-5, 6-6, 7- through the core waveguide.
By repeating the reflection between the optical resonators as in 1,7-2,7-3,7-4,7-5,6-2, ..., 6-6, amplification or laser oscillation is performed. It is like that. As described above, the core waveguide 3 is formed in a zigzag shape and its resonator length L
By increasing the length, amplification or laser oscillation can be facilitated. Actually, by making the zigzag shape as in the present embodiment, it was possible to make it three times or more as compared with the case of the straight waveguide. Here, if you make a zigzag shape,
8-4 to radiation loss at bent portion of 8-4, mirror 5-2
The loss due to the decrease in the reflectance of 5-5 is a problem, but can be compensated by increasing θ and forming a film having a very high reflectance.
第２図は本発明の希土類元素を添加したガラス導波路
を用いたガラス導波路レーザーの別の実施例を示したも
のである。９−１〜９−８は光信号を90゜曲げさせる90
゜コーナーであり、反応性イオンエッチング技術により
コア導波路側面を垂直性よくエッチングして形成するこ
とができる。また11は反射膜である。このコーナー９−
１〜９−８と反射膜11により、放射損失を第１図のもの
より小さくすることができ、レーザーミラー５−１と５
−６間が損失の小さい光共振器として構成される。FIG. 2 shows another embodiment of a glass waveguide laser using a glass waveguide to which a rare earth element is added according to the present invention. 9-1 to 9-8 cause 90 to bend the optical signal by 90 degrees.
This is a corner, which can be formed by etching the side surface of the core waveguide with good verticality by reactive ion etching technology. Reference numeral 11 denotes a reflection film. This corner 9-
1 to 9-8 and the reflection film 11, the radiation loss can be made smaller than that of FIG.
The portion between −6 is configured as a low-loss optical resonator.
第３図は本発明のガラス導波路を用いて構成したガラ
ス導波路増幅器の実施例を示したものである。同図にお
いて、９は誘電体多層蒸着膜であり、矢印６−８から入
射する励起光、例えば波長514.5nmのArイオンレーザー
の光信号に対しては透過特性をもつが、矢印６−１方向
から入射する入力光、例えば波長1.535μｍの半導体レ
ーザーの光信号に対してはこれを透過させず反射させる
特性をもったものである。なお、同図は第１図における
第１図（ａ）のＡ−Ａ′断面図と同様の断面図を示した
ものであり、第１図と同一符号のものは同一性能のもの
である。コア導波路３として、例えばErを添加したSiO2
−TiO2系ガラスを用いると、矢印６−７方向へは光強度
の増幅された光信号がとりだされる。FIG. 3 shows an embodiment of a glass waveguide amplifier constituted by using the glass waveguide of the present invention. In the figure, reference numeral 9 denotes a dielectric multilayer vapor-deposited film, which has a transmission characteristic with respect to an excitation light incident from an arrow 6-8, for example, an optical signal of an Ar ion laser having a wavelength of 514.5 nm, but in a direction of an arrow 6-1. It has a characteristic of reflecting an input light incident from an optical path, for example, an optical signal of a semiconductor laser having a wavelength of 1.535 μm, without transmitting the signal. FIG. 1 is a sectional view similar to the sectional view taken along the line AA 'of FIG. 1 (a) in FIG. 1, and those having the same reference numerals as those in FIG. 1 have the same performance. As the core waveguide 3, for example, SiO 2 added with Er
With -TiO 2 type glass, amplified optical signals of the light intensity is taken out is the arrow 6-7 direction.
第４図も本発明のガラス導波路を用いて構成したガラ
ス導波路増幅器の実施例を示したものである。同図にお
いて、誘電体多層蒸着膜９は低屈折率層２にスリットを
形成し、そのスリットに上記膜を埋め込んだものであ
る。10は矢印６−８方向に入射する励起光、例えば波長
514.5nmのArイオンレーザーの光信号を導波させる導波
路であり入力光６−１はカットオフによる伝搬すること
ができないように、導波路幅が狭く設計されている。FIG. 4 also shows an embodiment of a glass waveguide amplifier constructed using the glass waveguide of the present invention. In the figure, a dielectric multilayer vapor-deposited film 9 is obtained by forming a slit in the low refractive index layer 2 and embedding the film in the slit. Reference numeral 10 denotes excitation light, for example, wavelength, which is incident in the directions of arrows 6-8.
The waveguide is designed to guide an optical signal of an Ar ion laser of 514.5 nm and has a narrow waveguide width so that the input light 6-1 cannot propagate by cutoff.
尚、本発明は上記実施例に限定されない。まず、コア
導波路３のジグザグ回数は何回でもよく、多ければ多い
程良い。コア導波路３、クラッド４、低屈折率層２の材
質はSiO2を主成分としたガラス以外に、種々の添加物
（Ti,P,Ge,B,F,Na,K,Ba,Al,Sb,Mg,Ca,Znなど）を少なく
とも１種添加したガラスを用いてもよい。また導波路構
造としては、第１〜第４図に示した埋込み型以外に、第
５図に示したようなリッジ型を用いてもよい。さらに、
第５図に示したように、励起光用光源として半導体レー
ザー12をガラス導波路端面に設けてもよい。また受光素
子、光ファイバなども同様にして実装できることも言う
までもないことである。The present invention is not limited to the above embodiment. First, the zigzag frequency of the core waveguide 3 may be any number, and the more the number, the better. Core waveguide 3, the clad 4, the material of the low refractive index layer 2 is other than glass whose main component is SiO 2, various additives (Ti, P, Ge, B , F, Na, K, Ba, Al, Sb, Mg, Ca, Zn, etc.) may be used. As the waveguide structure, other than the buried type shown in FIGS. 1 to 4, a ridge type as shown in FIG. 5 may be used. further,
As shown in FIG. 5, a semiconductor laser 12 may be provided on the end face of the glass waveguide as a light source for excitation light. Needless to say, a light receiving element, an optical fiber, and the like can be similarly mounted.
［発明の効果］ 以上に述べたように、本発明のガラス導波路によれ
ば、プレーナ構造で、小さな基板面積でコア導波路長を
長くとることができるので、僅かな希土類元素の添加で
高利得のガラス導波路の増幅器、あるいは安定な発振特
性を有するガラス導波路レーザーを構成させることがで
きる。プレーナ構造であるので、半導体プロセスを利用
して容易に作ることができる。そのため、量産化が容易
で低コスト化が可能であり、また小形に作れるといった
特徴がある。[Effects of the Invention] As described above, according to the glass waveguide of the present invention, the core waveguide length can be increased with a small substrate area in a planar structure. A glass waveguide amplifier having a gain or a glass waveguide laser having stable oscillation characteristics can be configured. Since it has a planar structure, it can be easily manufactured using a semiconductor process. Therefore, it has features that mass production is easy, cost reduction is possible, and it can be made small.
第１図および第２図は本発明の希土類元素を添加したガ
ラス導波路レーザーの実施例、第３図から第５図は本発
明のガラス導波路を用いたガラス導波路増幅器の実施
例、第６図は従来の光ファイバレーザーの構成例、第７
図は従来の光ファイバ増幅器の構成例をそれぞれ示した
ものである。 1:基板、 2:低屈折率層、 3:コア導波路、 4:クラッド、 ５−１〜５−6:ミラー、 ９−１〜９−8:90゜コーナー、 9:誘電体多層蒸着膜、 11:反射膜、 12:半導体レーザー。1 and 2 show an embodiment of a glass waveguide laser doped with a rare earth element of the present invention. FIGS. 3 to 5 show embodiments of a glass waveguide amplifier using the glass waveguide of the present invention. FIG. 6 shows a configuration example of a conventional optical fiber laser, and FIG.
The figure shows a configuration example of a conventional optical fiber amplifier. 1: substrate, 2: low refractive index layer, 3: core waveguide, 4: clad, 5-1 to 5-6: mirror, 9-1 to 9-8: 90 ° corner, 9: dielectric multilayer deposited film , 11: reflective film, 12: semiconductor laser.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井本 克之 茨城県日立市日高町５丁目１番１号 日 立電線株式会社電線研究所内 (72)発明者 上塚 尚人 茨城県日立市日高町５丁目１番１号 日 立電線株式会社電線研究所内 (56)参考文献 特開 昭62−246005（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−109022（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−105396（ＪＰ，Ａ) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Katsuyuki Imoto 5-1-1, Hidaka-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Inside the Wire Research Laboratory, Hitachi Cable Co., Ltd. (72) Inventor Naoto Uezuka Hidaka, Hitachi City, Ibaraki Prefecture 5-1-1, Machida, Electric Wire Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (56) References JP-A-62-246005 (JP, A) JP-A-59-109022 (JP, A) JP-A-53-105396 (JP) , A)
Claims (8)
け、その層の上に希土類元素の添加された略断面矩形状
のコア導波路（屈折率ｎc,nc＞ｎcs）を有し、そのコア
導波路表面を屈折率ｎc1（ｎc1＜ｎc）のクラッド膜で
覆ったガラス導波路からなり、該コア導波路を基板内に
ジクザグ状に形成させ、該コア導波路の入力端から入射
された光は、分波あるいは分岐されることなくジクザグ
状に形成された該コア導波路内を通って、該コア導波路
の出力端から出射されるように形成されてなることを特
徴とするガラス導波路。1. A low-refractive-index layer (refractive index ns) is provided on a substrate, and a core waveguide (refractive index nc, nc> ncs) having a substantially rectangular cross section to which a rare earth element is added is provided on the layer. The core waveguide is made of a glass waveguide whose surface is covered with a cladding film having a refractive index of nc1 (nc1 <nc). The core waveguide is formed in a zigzag shape in the substrate. The incident light passes through the core waveguide formed in a zigzag shape without branching or branching, and is formed so as to be emitted from the output end of the core waveguide. Glass waveguide.
ザグ状コア導波路として、90゜コーナーを用いて構成し
たことを特徴とするガラス導波路。2. The glass waveguide according to claim 1, wherein the zigzag core waveguide is formed using a 90 ° corner.
ザグ状コア導波路として、基板両端面に設けた反射膜間
をジグザグ状に形成させたことを特徴とするガラス導波
路。3. The glass waveguide according to claim 1, wherein the zigzag core waveguide is formed in a zigzag manner between reflection films provided on both end faces of the substrate.
ザグ状コア導波路の途中から、励起光は透過させるが、
コア導波路の入力端から入射した信号光は反射させる誘
電体多層蒸着膜を介して励起光を入射させる構成とした
ことを特徴とするガラス導波路。4. The glass waveguide according to claim 1, wherein the excitation light is transmitted through a part of the zigzag core waveguide.
A glass waveguide, wherein excitation light is made incident through a dielectric multilayer deposited film that reflects signal light incident from an input end of a core waveguide.
て、埋込み型、あるいはリッジ型構造を用いたことを特
徴とするガラス導波路。5. A glass waveguide according to claim 1, wherein an embedded type or a ridge type structure is used as the glass waveguide.
面と出力端面に所望の反射率を有するミラーを設けたこ
とを特徴とするガラス導波路。6. A glass waveguide according to claim 1, wherein a mirror having a desired reflectance is provided on an input end face and an output end face of the core waveguide.
り励起光をミラーを通して入射させたことを特徴とする
ガラス導波路。7. A glass waveguide according to claim 6, wherein the excitation light is made to enter from the input end face of the core waveguide through a mirror.
体レーザ、受光素子などの光素子を実装したことを特徴
とするガラス導波路。8. A glass waveguide according to claim 1, wherein an optical element such as a semiconductor laser or a light receiving element is mounted on the glass waveguide.
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