JP2730954B2 - 希土類元素添加光結合導波路 - Google Patents
希土類元素添加光結合導波路Info
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- JP2730954B2 JP2730954B2 JP1042508A JP4250889A JP2730954B2 JP 2730954 B2 JP2730954 B2 JP 2730954B2 JP 1042508 A JP1042508 A JP 1042508A JP 4250889 A JP4250889 A JP 4250889A JP 2730954 B2 JP2730954 B2 JP 2730954B2
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/06—Construction or shape of active medium
- H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は希土類を添加した光結合導波路に関する。
［従来の技術］ 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。
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。
第９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10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。
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10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。
［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。
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。
本発明の目的は、前記した従来技術の問題点を解決す
ることにあり、多機能光集積回路の実現が容易な光結合
導波路を提供することにある。
ることにあり、多機能光集積回路の実現が容易な光結合
導波路を提供することにある。
［課題を解決するための手段］ 本発明の要旨は、低屈折率（屈折率ncl）のクラッド
を介して少なくとも２つのコア導波路（屈折率nc,nc＞n
cl）が並列に配置され、それらコア導波路間を光信号が
移り変わりながら干渉し合って伝搬するように形成され
た光結合導波路において、前記コア導波路および前記ク
ラッドに希土類元素を添加したことにある。
を介して少なくとも２つのコア導波路（屈折率nc,nc＞n
cl）が並列に配置され、それらコア導波路間を光信号が
移り変わりながら干渉し合って伝搬するように形成され
た光結合導波路において、前記コア導波路および前記ク
ラッドに希土類元素を添加したことにある。
［作用］ 上記光結合導波路においては光信号は２つのコア導波
路間を移り変わりながら干渉し合って伝搬し、ある結合
長の時には一方のコア導波路から他方のコア導波路へ完
全に光が移り、また別の長さの結合長の時にはお互いに
光信号を分け合って伝搬する。それゆえにコア導波路ば
かりでなく、クラッド部にも希土類元素を添加しておけ
ば、コア導波路間のクラッド部もレーザー機能および増
幅機能に大きく寄与させることができ、より効率的なレ
ーザーおよび増幅器を実現させることができる。さら
に、上記光結合導波路にミラー、反射膜などの形成や、
半導体レーザー、受光素子などの能動光素子を実装すれ
ば、多機能光集積回路を実現することが可能である。
路間を移り変わりながら干渉し合って伝搬し、ある結合
長の時には一方のコア導波路から他方のコア導波路へ完
全に光が移り、また別の長さの結合長の時にはお互いに
光信号を分け合って伝搬する。それゆえにコア導波路ば
かりでなく、クラッド部にも希土類元素を添加しておけ
ば、コア導波路間のクラッド部もレーザー機能および増
幅機能に大きく寄与させることができ、より効率的なレ
ーザーおよび増幅器を実現させることができる。さら
に、上記光結合導波路にミラー、反射膜などの形成や、
半導体レーザー、受光素子などの能動光素子を実装すれ
ば、多機能光集積回路を実現することが可能である。
［実施例］ 第１図に本発明の光結合導波路の実施例を示す。同図
（ａ）は平面図、（ｂ）はその側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のバッファ層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３−１
および３−２を形成され、そしてその上全体を屈折率が
ncl（ncl＜nc）のクラッド４で覆った構造である。希土
類元素はコア導波路３−1,3−２およびクラッド４に添
加されている。２つのコア導波路３−１および３−２は
近接して配置された結合部５を有しており、その結合長
ｌを完全結合長Ｌ（コア導波路３−１へ入射した光信号
６がコア導波路３−２へ完全に移り変わるのに要する長
さ）に対して、 のように選ぶと3dBのカプラとして動作する。またコア
導波路３−１へ入射した波長λ1,λ２の光信号を７−１
へ波長λ１を７−２へ波長λ２をそれぞれ分波させるに
は、波長λ１およびλ２に対する完全結合長をそれぞれ
Ｌ（λ１）およびＬ（λ２）とすると、 のように選べばよい。
（ａ）は平面図、（ｂ）はその側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のバッファ層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３−１
および３−２を形成され、そしてその上全体を屈折率が
ncl（ncl＜nc）のクラッド４で覆った構造である。希土
類元素はコア導波路３−1,3−２およびクラッド４に添
加されている。２つのコア導波路３−１および３−２は
近接して配置された結合部５を有しており、その結合長
ｌを完全結合長Ｌ（コア導波路３−１へ入射した光信号
６がコア導波路３−２へ完全に移り変わるのに要する長
さ）に対して、 のように選ぶと3dBのカプラとして動作する。またコア
導波路３−１へ入射した波長λ1,λ２の光信号を７−１
へ波長λ１を７−２へ波長λ２をそれぞれ分波させるに
は、波長λ１およびλ２に対する完全結合長をそれぞれ
Ｌ（λ１）およびＬ（λ２）とすると、 のように選べばよい。
ここで、クラッド４内に希土類元素が添加されていな
いと、結合部５のクラッド４内を伝搬する光信号のレー
ザー発振、あるいは増幅作用が促進されない。これに対
して、クラッド４に希土類元素が添加してあれば、上記
作用が促進され、非常に効率の良いレーザー発振、ある
いは増幅作用を実現させることができる。すなわち、活
性導波路長を等価的に長くさせる効果がある。
いと、結合部５のクラッド４内を伝搬する光信号のレー
ザー発振、あるいは増幅作用が促進されない。これに対
して、クラッド４に希土類元素が添加してあれば、上記
作用が促進され、非常に効率の良いレーザー発振、ある
いは増幅作用を実現させることができる。すなわち、活
性導波路長を等価的に長くさせる効果がある。
第２図から第６図までは本発明の種々の光結合導波路
の結合部の断面図を示したものである。
の結合部の断面図を示したものである。
第２図は３つのコア導波路３−1,3−2,3−３を並設さ
せた場合である。例えば、コア導波路３−１へ入射した
光信号をコア導波路３−2,3−３へ分岐、あるいは分波
させるような場合に用いることができる。
せた場合である。例えば、コア導波路３−１へ入射した
光信号をコア導波路３−2,3−３へ分岐、あるいは分波
させるような場合に用いることができる。
第３図も３つのコア導波路３−1,3−4,3−５を並設さ
せた実施例である。これはコア導波路３−１に対して３
−4,3−５の構造寸法、屈折率などを異ならせることに
よって、光分岐器、光合分波器、光共振器などを構成す
るのに好適な構成である。
せた実施例である。これはコア導波路３−１に対して３
−4,3−５の構造寸法、屈折率などを異ならせることに
よって、光分岐器、光合分波器、光共振器などを構成す
るのに好適な構成である。
第４図も同様にしてコア導波路３−１に対して、コア
導波路３−４に構造寸法、屈折率などを異ならせること
によって、光フィルタ、光共振器、光合分波器などを実
現させることができる。
導波路３−４に構造寸法、屈折率などを異ならせること
によって、光フィルタ、光共振器、光合分波器などを実
現させることができる。
第５図は、今迄述べた埋込み型光結合導波路とは異な
り、リッジ型光結合導波路の例を示したものである。す
なわち、クラッド８は今までのクラッド４に比し、薄い
膜で構成されている。
り、リッジ型光結合導波路の例を示したものである。す
なわち、クラッド８は今までのクラッド４に比し、薄い
膜で構成されている。
第６図はバッファ層２がない場合の実施例である。こ
の場合には基板１がバッファ層２の役目をし、その屈折
率はnsに選ばれる。
の場合には基板１がバッファ層２の役目をし、その屈折
率はnsに選ばれる。
上記第１図から第６図の実施例において、例えば基板
１にはSiまたはSiO2が用いられ、バッファ層２にはSiO2
の屈折率と等しくなるようにSiO2−P2O5−B2O3系のガラ
スが用いられる。コア導波路３には、SiO2−TiO2系ガラ
スに、Er,Nd,Ceなどの希土類元素が少なくとも１つ添加
されたものを用いる。クラッドにはSiO2−P2O5−B2O3系
のガラスにEr,Nd,Ceなどの希土類元素が添加されたもの
を用いる。また、導波路寸法としては、コア内を伝搬さ
せる信号光およびレーザー発振した場合の発振信号光が
単一モード伝送するように選ぶ。例えば、信号光および
レーザー発振信号光が1.5μｍ帯の場合、光導波路の
入，出力端に接続する単一モード光ファイバとの整合性
を考えて、コア導波路の幅および厚みは約10μｍ、コア
導波路とクラッドとの屈折率差は約0.4％、バッファ層
の厚みは約10μｍ、クラッドの厚みは約30μｍとなる。
１にはSiまたはSiO2が用いられ、バッファ層２にはSiO2
の屈折率と等しくなるようにSiO2−P2O5−B2O3系のガラ
スが用いられる。コア導波路３には、SiO2−TiO2系ガラ
スに、Er,Nd,Ceなどの希土類元素が少なくとも１つ添加
されたものを用いる。クラッドにはSiO2−P2O5−B2O3系
のガラスにEr,Nd,Ceなどの希土類元素が添加されたもの
を用いる。また、導波路寸法としては、コア内を伝搬さ
せる信号光およびレーザー発振した場合の発振信号光が
単一モード伝送するように選ぶ。例えば、信号光および
レーザー発振信号光が1.5μｍ帯の場合、光導波路の
入，出力端に接続する単一モード光ファイバとの整合性
を考えて、コア導波路の幅および厚みは約10μｍ、コア
導波路とクラッドとの屈折率差は約0.4％、バッファ層
の厚みは約10μｍ、クラッドの厚みは約30μｍとなる。
第７図は本発明のリング型共振器の実施例を示したも
のである。本実施例では、矢印12−１の方向からコア導
波路９−１に入射した励起光源（波長λｐ）に対して、
入射側には反射率99％のミラー13を設け、出射側には反
射率98％のミラー14を設けることによって、波長λ01か
らλ0nにわたって連続発振光を生じさせるようにしてい
る。ここで、リング状の導波路10は結合部11−１および
11−２により、コア導波路９−１および９−２と結合さ
れている。そして、このリング状の導波路は上記波長λ
０からλｎの中から所望の波長（例えばλ03）の光信号
に結合を生じさせ、矢印12−３のように光信号をとりだ
すようにしたものである。尚、本実施例の別の利用方法
としては、矢印12−１方向より入射した波長λslからλ
snの信号光および波長λｐの励起光に対して、コア導波
路９−１内を伝搬することによって上記信号光を増幅さ
せ、その信号光のうちある波長（例えばλs2）をリング
状導波路10に結合させ、矢印12−３方向へその波長λs2
の信号光をとり出すようにする、いわゆる光分波器とし
ての使い方も可能である。
のである。本実施例では、矢印12−１の方向からコア導
波路９−１に入射した励起光源（波長λｐ）に対して、
入射側には反射率99％のミラー13を設け、出射側には反
射率98％のミラー14を設けることによって、波長λ01か
らλ0nにわたって連続発振光を生じさせるようにしてい
る。ここで、リング状の導波路10は結合部11−１および
11−２により、コア導波路９−１および９−２と結合さ
れている。そして、このリング状の導波路は上記波長λ
０からλｎの中から所望の波長（例えばλ03）の光信号
に結合を生じさせ、矢印12−３のように光信号をとりだ
すようにしたものである。尚、本実施例の別の利用方法
としては、矢印12−１方向より入射した波長λslからλ
snの信号光および波長λｐの励起光に対して、コア導波
路９−１内を伝搬することによって上記信号光を増幅さ
せ、その信号光のうちある波長（例えばλs2）をリング
状導波路10に結合させ、矢印12−３方向へその波長λs2
の信号光をとり出すようにする、いわゆる光分波器とし
ての使い方も可能である。
第８図は本発明の光結合導波路を用いて多機能光集積
回路とした実施例を示したもので、ここでは励起光源と
して用いる半導体レーザ15の波長安定化をはかるように
した例を示している。すなわち、半導体レーザ15の光信
号をミラー13を通してコア導波路９−１内へ入射させ、
発振した波長の光信号をミラー14を通して矢印12−２に
出射させる際に、半導体レーザ15の光信号の一部をリン
グ状導波路10を通してコア導波路９−２内へ導びき、矢
印12−３方向へ伝搬させて受光素子16で受光させ、電気
受信回路18を通して電気駆動回路17へフィードバックさ
せることにより、半導体レーザー15の波長を安定化させ
る。そして結果的に矢印12−２方向へ出射させる発振光
の波長安定化を行なわせることが可能となる。
回路とした実施例を示したもので、ここでは励起光源と
して用いる半導体レーザ15の波長安定化をはかるように
した例を示している。すなわち、半導体レーザ15の光信
号をミラー13を通してコア導波路９−１内へ入射させ、
発振した波長の光信号をミラー14を通して矢印12−２に
出射させる際に、半導体レーザ15の光信号の一部をリン
グ状導波路10を通してコア導波路９−２内へ導びき、矢
印12−３方向へ伝搬させて受光素子16で受光させ、電気
受信回路18を通して電気駆動回路17へフィードバックさ
せることにより、半導体レーザー15の波長を安定化させ
る。そして結果的に矢印12−２方向へ出射させる発振光
の波長安定化を行なわせることが可能となる。
尚、本発明は上記実施例に限定されない。まず、コア
導波路、クラッドのガラス組成はSiO2にB,P,Ti,Ge,Fな
どの添加物を少なくとも一つ含んだものに希土類元素を
添加したもの、あるいはSiO2にアルカリ金属、アルカリ
土類金属などの添加物やB,P,Ti,Ge,Fなどの添加物を少
なくとも一つ含んだものに希土類元素を添加したものを
用いることができる。また、バッファ層にはSiO2あるい
はSiO2にB,P,Ti,Ge,F、アルカリ金属、アルカリ土類金
属などの添加物の少なくとも一つ含んだものを用いるこ
とができる。
導波路、クラッドのガラス組成はSiO2にB,P,Ti,Ge,Fな
どの添加物を少なくとも一つ含んだものに希土類元素を
添加したもの、あるいはSiO2にアルカリ金属、アルカリ
土類金属などの添加物やB,P,Ti,Ge,Fなどの添加物を少
なくとも一つ含んだものに希土類元素を添加したものを
用いることができる。また、バッファ層にはSiO2あるい
はSiO2にB,P,Ti,Ge,F、アルカリ金属、アルカリ土類金
属などの添加物の少なくとも一つ含んだものを用いるこ
とができる。
［発明の効果］ 以上述べたように、本発明はプレーナ構造の光結合導
波路のコア導波路およびクラッドに希土類元素を添加す
ることにより、結合部におけるクラッド内を伝搬する光
信号のレーザー発振、あるいは増幅作用を促進させるこ
とができ、非常に効率の良いレーザー発振、あるいは増
幅作用を実現させることができる。しかも光能動素子や
ミラー、反射膜などを容易に実装できるので、小形で多
機能な光集積回路を実現することが可能となる。
波路のコア導波路およびクラッドに希土類元素を添加す
ることにより、結合部におけるクラッド内を伝搬する光
信号のレーザー発振、あるいは増幅作用を促進させるこ
とができ、非常に効率の良いレーザー発振、あるいは増
幅作用を実現させることができる。しかも光能動素子や
ミラー、反射膜などを容易に実装できるので、小形で多
機能な光集積回路を実現することが可能となる。
第１図および第７図は本発明の光結合導波路の実施例を
示したもので、第２図から第６図は本発明の光結合導波
路の種々の実施例の断面図を示したものである。第８図
は本発明の光結合導波路を用いて多機能光集積回路とし
た実施例を示したものである。第９図は従来の光ファイ
バレーザーの構成例を、第10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:バッファ層、 ３−1,3−2,3−3,3−4,9−1,9−2:コア導波路、 4,8:クラッド、 5:結合部、 10:リング状導波路、 13,14:ミラー、 15:半導体レーザー、 16:受光素子。
示したもので、第２図から第６図は本発明の光結合導波
路の種々の実施例の断面図を示したものである。第８図
は本発明の光結合導波路を用いて多機能光集積回路とし
た実施例を示したものである。第９図は従来の光ファイ
バレーザーの構成例を、第10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:バッファ層、 ３−1,3−2,3−3,3−4,9−1,9−2:コア導波路、 4,8:クラッド、 5:結合部、 10:リング状導波路、 13,14:ミラー、 15:半導体レーザー、 16:受光素子。
Claims (4)
- 【請求項１】低屈折率（屈折率ncl）のクラッドを介し
て少なくとも２つのコア導波路（屈折率nc,nc＞ncl）が
並列に配置され、それらコア導波路間を光信号が移り変
わりながら干渉し合って伝搬するように形成された光結
合導波路において、前記コア導波路および前記クラッド
に希土類元素を添加したことを特徴とする光結合導波
路。 - 【請求項２】請求項１記載の光結合導波路において、導
波路構造として、埋込み型、あるいはリッジ型を用いた
ことを特徴とする光結合導波路。 - 【請求項３】請求項１記載の光結合導波路において、光
結合導波路として、方向性結合器、あるいはリング共振
器を用いたことを特徴とする光結合導波路。 - 【請求項４】請求項１〜３のいずれかに記載の光結合導
波路において、その入出力端もしくは導波路の途中に能
動光素子及び電子回路を実装した光結合導波路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1042508A JP2730954B2 (ja) | 1989-02-22 | 1989-02-22 | 希土類元素添加光結合導波路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1042508A JP2730954B2 (ja) | 1989-02-22 | 1989-02-22 | 希土類元素添加光結合導波路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02222181A JPH02222181A (ja) | 1990-09-04 |
| JP2730954B2 true JP2730954B2 (ja) | 1998-03-25 |
Family
ID=12638006
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1042508A Expired - Fee Related JP2730954B2 (ja) | 1989-02-22 | 1989-02-22 | 希土類元素添加光結合導波路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2730954B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6693736B1 (en) | 1992-09-10 | 2004-02-17 | Fujitsu Limited | Optical circuit system and components of same |
| JP5291277B2 (ja) * | 2001-08-28 | 2013-09-18 | アバゴ・テクノロジーズ・ジェネラル・アイピー（シンガポール）プライベート・リミテッド | 柱状集積回路および柱状集積回路の製造方法 |
| JP2010060333A (ja) * | 2008-09-01 | 2010-03-18 | Central Glass Co Ltd | 干渉型光ファイバジャイロ |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6329986A (ja) * | 1986-07-23 | 1988-02-08 | Hoya Corp | 光導波形レ−ザ− |
-
1989
- 1989-02-22 JP JP1042508A patent/JP2730954B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6329986A (ja) * | 1986-07-23 | 1988-02-08 | Hoya Corp | 光導波形レ−ザ− |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02222181A (ja) | 1990-09-04 |
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