JP2755471B2 - 希土類元素添加光導波路及びその製造方法 - Google Patents
希土類元素添加光導波路及びその製造方法Info
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- JP2755471B2 JP2755471B2 JP2173156A JP17315690A JP2755471B2 JP 2755471 B2 JP2755471 B2 JP 2755471B2 JP 2173156 A JP2173156 A JP 2173156A JP 17315690 A JP17315690 A JP 17315690A JP 2755471 B2 JP2755471 B2 JP 2755471B2
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- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
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- C03C13/04—Fibre optics, e.g. core and clad fibre compositions
- C03C13/045—Silica-containing oxide glass compositions
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- H—ELECTRICITY
- 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、光増幅器用光導波路に係り、特にコア導波
路内に希土類元素を添加した希土類元素添加光導波路及
びその製造方法に関するものである。
路内に希土類元素を添加した希土類元素添加光導波路及
びその製造方法に関するものである。
［従来の技術］ 現在、光増幅器として光ファイバのコア層中にEr（波
長1.55μｍ帯増幅用）,Nd（波長1.3μｍ帯増幅用）等の
希土類元素を添加した光ファイバ増幅器及びファイバレ
ーザが盛んに研究されている。光ファイバ増幅器及びフ
ァイバレーザは、（１）コア径が10μｍと微細であるた
め励起パワー密度が大きくなり、励起効率が上がる、
（２）相互作用長が長くとれる、（３）石英系光ファイ
バの場合非常に低損失である、等の特長を有している。
長1.55μｍ帯増幅用）,Nd（波長1.3μｍ帯増幅用）等の
希土類元素を添加した光ファイバ増幅器及びファイバレ
ーザが盛んに研究されている。光ファイバ増幅器及びフ
ァイバレーザは、（１）コア径が10μｍと微細であるた
め励起パワー密度が大きくなり、励起効率が上がる、
（２）相互作用長が長くとれる、（３）石英系光ファイ
バの場合非常に低損失である、等の特長を有している。
しかしながら、光ファイバ増幅器及びファイバレーザ
ーにあっては、半導体レーザー、受光素子、光変調回
路、光分岐・結合回路、光スイッチ回路、光合・分波回
路等と共に実装したシステムを構成しようとする場合
に、それぞれが個別部品であるため、システムの小型
化、低損失化が難しいといった問題点がある。また、こ
れら個別部品を個々に光軸調整して配置させなければな
らないので、調整時間が膨大にかかり、コスト高にな
り、信頼性に問題がある等の欠点もある。
ーにあっては、半導体レーザー、受光素子、光変調回
路、光分岐・結合回路、光スイッチ回路、光合・分波回
路等と共に実装したシステムを構成しようとする場合
に、それぞれが個別部品であるため、システムの小型
化、低損失化が難しいといった問題点がある。また、こ
れら個別部品を個々に光軸調整して配置させなければな
らないので、調整時間が膨大にかかり、コスト高にな
り、信頼性に問題がある等の欠点もある。
そこで、最近では光ファイバ型に比べ小型化，集積化
が期待できるという観点から、希土類元素（主にEr,N
d）添加石英系光導波路が将来型の光増幅器として注目
され始めている。
が期待できるという観点から、希土類元素（主にEr,N
d）添加石英系光導波路が将来型の光増幅器として注目
され始めている。
従来の石英系光導波路の製造方法として、第12図に示
す方法が知られている（K.Imoto,et al.,“Guided−wav
e multi/demultipulexers with high stopband rejecti
on",Applied Optics Vol.26,No.19,Oct.1987,pp.4214−
4219）。この製造方法は、次に示す（１）〜（８）の一
連の工程から成る。
す方法が知られている（K.Imoto,et al.,“Guided−wav
e multi/demultipulexers with high stopband rejecti
on",Applied Optics Vol.26,No.19,Oct.1987,pp.4214−
4219）。この製造方法は、次に示す（１）〜（８）の一
連の工程から成る。
（１） 基板１（SiO2ガラス）上にコア用ガラス膜25
（SiO2−TiO2系ガラス）を形成させる（第12図
（ａ））。このガラス膜25と基板１との間の屈折率差は
約0.25％，ガラス膜25の膜厚Ｔは約８μｍである。
（SiO2−TiO2系ガラス）を形成させる（第12図
（ａ））。このガラス膜25と基板１との間の屈折率差は
約0.25％，ガラス膜25の膜厚Ｔは約８μｍである。
（２） （１）で得た試料を約1200℃で高温熱処理して
緻密な膜25にする（第12図（ｂ））。
緻密な膜25にする（第12図（ｂ））。
（３） コア用ガラス膜25をエッチングするため厚さ１
μｍ程度のWSix膜26を形成する（第12図（ｃ））。
μｍ程度のWSix膜26を形成する（第12図（ｃ））。
（４） WSix膜26上にホトレジストを塗布し、ホトリソ
グラフィによりホトレジスト膜27のパターニングを行う
（第12図（ｄ））。
グラフィによりホトレジスト膜27のパターニングを行う
（第12図（ｄ））。
（５） ホトレジスト膜27をマスクにしてドライエッチ
ングによりWSix膜26のパターニングを行う（第12図
（ｅ））。
ングによりWSix膜26のパターニングを行う（第12図
（ｅ））。
（６） ホトレジスト膜27及びWSix膜26をマスクにして
ドライエッチングによりコア用ガラス膜25のパターニン
グを行う（第12図（ｆ））。
ドライエッチングによりコア用ガラス膜25のパターニン
グを行う（第12図（ｆ））。
（７） ホトレジスト膜27及びWSix膜26を除去する（第
12図（ｇ））。
12図（ｇ））。
（８） パターニングされたコア用ガラス膜25を覆うよ
うにして基板１上にクラッド層28（SiO2−P2O5−B2O3系
ガラス）を形成させる。これにより、クラッド内に略矩
形状のコア導波路３を有する石英系光導波路が形成され
る。
うにして基板１上にクラッド層28（SiO2−P2O5−B2O3系
ガラス）を形成させる。これにより、クラッド内に略矩
形状のコア導波路３を有する石英系光導波路が形成され
る。
［発明が解決しようとする課題］ ところで、プレーナ構造の光導波路は光ファイバのよ
うに長尺にすることが困難である。そのため、励起効率
を良くするにはコア中に希土類元素を多量に添加しなけ
ればならない。しかしながら、希土類元素を多量に添加
すると濃度消光をおこし、所望のレーザー発振、或いは
増幅機能が得られなくなるという問題が生じることがわ
かった。
うに長尺にすることが困難である。そのため、励起効率
を良くするにはコア中に希土類元素を多量に添加しなけ
ればならない。しかしながら、希土類元素を多量に添加
すると濃度消光をおこし、所望のレーザー発振、或いは
増幅機能が得られなくなるという問題が生じることがわ
かった。
また、上述した従来の石英系光導波路の製造方法は、
コア用ガラス膜25中にErやNd等の希土類元素が添加され
ていない場合には問題はないが、コアガラス膜25中に希
土類元素が添加されている場合には、ドライエッチング
によりコア用ガラス膜２をパターン化する第12図（ｆ）
の工程においてコア導波路側面が荒らされるという問題
が生じることがわかった。コア導波路側面が荒れている
と、これが伝搬光の散乱の要因となってエネルギー損失
を招き、光増幅効率が低下する。第13（ａ）に従来方法
により形成した希土類元素添加コア導波路のSEM写真を
示す。また、第13図（ｂ）に希土類元素を添加していな
いコア導波路のSEM写真を示す。これらの写真から、希
土類元素が添加された方のコア導波路側面が荒れている
様子、導波路表面に希土類元素の化合物と考えられる生
成物が堆積している様子がわかる。
コア用ガラス膜25中にErやNd等の希土類元素が添加され
ていない場合には問題はないが、コアガラス膜25中に希
土類元素が添加されている場合には、ドライエッチング
によりコア用ガラス膜２をパターン化する第12図（ｆ）
の工程においてコア導波路側面が荒らされるという問題
が生じることがわかった。コア導波路側面が荒れている
と、これが伝搬光の散乱の要因となってエネルギー損失
を招き、光増幅効率が低下する。第13（ａ）に従来方法
により形成した希土類元素添加コア導波路のSEM写真を
示す。また、第13図（ｂ）に希土類元素を添加していな
いコア導波路のSEM写真を示す。これらの写真から、希
土類元素が添加された方のコア導波路側面が荒れている
様子、導波路表面に希土類元素の化合物と考えられる生
成物が堆積している様子がわかる。
その原因は、ドライエッチングによりコア用ガラス膜
25をパターン化する工程において、コア用ガラス膜２に
添加されている希土類元素がエッチングされずに残るた
めである。例えば、反応ガスとしてCHF3を用いて、Erが
添加されたコア用ガラス膜のドライエッチングを行った
場合には、SiやTiはそれぞれ Si＋4F＊→SiF4↑ Ti＋4F＊→TiF4↑ という反応によって蒸気圧の高い反応生成物となり、こ
れによりエッチングされる。しかし、Erは Er＋3F＊→ErF3 という反応過程をたどって蒸気圧の低い反応生成物とな
るため、これがエッチングされずに残る。これは塩素系
のエッチングガスを用いても同様のことがいえる。
25をパターン化する工程において、コア用ガラス膜２に
添加されている希土類元素がエッチングされずに残るた
めである。例えば、反応ガスとしてCHF3を用いて、Erが
添加されたコア用ガラス膜のドライエッチングを行った
場合には、SiやTiはそれぞれ Si＋4F＊→SiF4↑ Ti＋4F＊→TiF4↑ という反応によって蒸気圧の高い反応生成物となり、こ
れによりエッチングされる。しかし、Erは Er＋3F＊→ErF3 という反応過程をたどって蒸気圧の低い反応生成物とな
るため、これがエッチングされずに残る。これは塩素系
のエッチングガスを用いても同様のことがいえる。
本発明の目的は、上記課題を解決し、高効率の光増幅
機能が発揮し得る希土類元素添加光導波路及びその製造
方法を提供することにある。
機能が発揮し得る希土類元素添加光導波路及びその製造
方法を提供することにある。
［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の希土類元素添加光導
波路にあっては、基板上に形成されたクラッド内に幅が
厚みよりも大きい断面略矩形状のコア導波路を形成する
と共に、そのコア導波路内に導波方向に沿って希土類元
素添加層を形成したものである。そして、上記希土類元
素添加層はコア導波路の積層厚みの略中央部に形成され
ている共に、その幅方向に一様に不純物が添加されてい
ることが好ましい。また、上記希土類元素添加層は上記
コア導波路の厚み方向に互いに離間して複数層形成され
てもよい。また、上記コア導波路の厚み方向に互いに離
間して複数層形成された上記希土類元素添加層のうち、
少なくとも一層の厚さを他の希土類元素添加層の厚さと
異ならせてもよい。また上記コア導波路全体に対して上
記希土類元素添加層の領域の占める割合は30％以下に設
定されることが好ましい。また、上記希土類元素添加層
の屈折率は上記コア導波路の希土類元素が添加されない
領域の屈折率よりも大きいことが好ましい。
波路にあっては、基板上に形成されたクラッド内に幅が
厚みよりも大きい断面略矩形状のコア導波路を形成する
と共に、そのコア導波路内に導波方向に沿って希土類元
素添加層を形成したものである。そして、上記希土類元
素添加層はコア導波路の積層厚みの略中央部に形成され
ている共に、その幅方向に一様に不純物が添加されてい
ることが好ましい。また、上記希土類元素添加層は上記
コア導波路の厚み方向に互いに離間して複数層形成され
てもよい。また、上記コア導波路の厚み方向に互いに離
間して複数層形成された上記希土類元素添加層のうち、
少なくとも一層の厚さを他の希土類元素添加層の厚さと
異ならせてもよい。また上記コア導波路全体に対して上
記希土類元素添加層の領域の占める割合は30％以下に設
定されることが好ましい。また、上記希土類元素添加層
の屈折率は上記コア導波路の希土類元素が添加されない
領域の屈折率よりも大きいことが好ましい。
また、本発明の希土類元素添加光導波路にあっては、
基板上に形成されたクラッド内に断面略矩形状のコア導
波路が形成されている光導波路において、上記コア導波
路が、希土類元素を添加した断面略矩形状の第１のコア
導波路と、第１のコア導波路を覆う希土類元素を添加し
ていない第２のコア導波路とを有するものである。この
場合、上記第１のコア導波路内に希土類元素が導波方向
に沿って層状に添加されることが好ましい。また、上記
第１のコア導波路の屈折率が上記第２のコア導波路の屈
折率と等しいか或いは該第２のコア導波路の屈折率より
も大きいことが好ましい。
基板上に形成されたクラッド内に断面略矩形状のコア導
波路が形成されている光導波路において、上記コア導波
路が、希土類元素を添加した断面略矩形状の第１のコア
導波路と、第１のコア導波路を覆う希土類元素を添加し
ていない第２のコア導波路とを有するものである。この
場合、上記第１のコア導波路内に希土類元素が導波方向
に沿って層状に添加されることが好ましい。また、上記
第１のコア導波路の屈折率が上記第２のコア導波路の屈
折率と等しいか或いは該第２のコア導波路の屈折率より
も大きいことが好ましい。
次に、本発明の希土類元素添加光導波路の製造方法に
あっては、基板上に第１クラッド層を形成したのち、第
１クラッド層上に希土類元素を添加しないコア層と希土
類元素を添加したコア層とを交互に積層させ、次いで、
フォトリソグラフィ，ドライエッチング等により、上記
第１クラッド層上に、希土類元素添加層を有する断面略
矩形状のコア導波路を形成したのち、コア導波路の表面
全体を覆うべく第２クラッド層を形成するようにしたも
のである。
あっては、基板上に第１クラッド層を形成したのち、第
１クラッド層上に希土類元素を添加しないコア層と希土
類元素を添加したコア層とを交互に積層させ、次いで、
フォトリソグラフィ，ドライエッチング等により、上記
第１クラッド層上に、希土類元素添加層を有する断面略
矩形状のコア導波路を形成したのち、コア導波路の表面
全体を覆うべく第２クラッド層を形成するようにしたも
のである。
また、本発明の希土類元素添加光導波路の製造方法
は、低屈折率基板上に希土類元素を添加した断面略矩形
状の第１のコア導波路を形成したのち、上記低屈折率基
板上に第１のコア導波路を完全に埋め込むようにして希
土類元素を添加していないコア層を形成し、次いで、フ
ォトリソグラフィ，ドライエッチング等により、上記低
屈折率基板上に、第１のコア導波路とその第１のコア導
波路を覆う希土類元素を添加していない第２のコア導波
路とを有するコア導波路を形成したのち、そのコア導波
路の表面全体を覆うようにしてクラッド層を形成するよ
うにしたものである。この場合、上記第１のコア導波路
は上記低屈折率基板上に上記第２のコア導波路と同質の
コア層を形成したのち、そのコア層上に形成するように
してもよい。
は、低屈折率基板上に希土類元素を添加した断面略矩形
状の第１のコア導波路を形成したのち、上記低屈折率基
板上に第１のコア導波路を完全に埋め込むようにして希
土類元素を添加していないコア層を形成し、次いで、フ
ォトリソグラフィ，ドライエッチング等により、上記低
屈折率基板上に、第１のコア導波路とその第１のコア導
波路を覆う希土類元素を添加していない第２のコア導波
路とを有するコア導波路を形成したのち、そのコア導波
路の表面全体を覆うようにしてクラッド層を形成するよ
うにしたものである。この場合、上記第１のコア導波路
は上記低屈折率基板上に上記第２のコア導波路と同質の
コア層を形成したのち、そのコア層上に形成するように
してもよい。
［作用］ 上記構成による希土類元素添加光導波路によれば、コ
ア導波路の横幅が厚みに比して大く形成されることによ
り、光の導波路幅方向に対する閉じ込めが良くなり、光
が希土類元素添加層に効率よく集中して吸収されること
になる。これにより、励起パワーの励起効率を著しく向
上させることができる。従って、少ない希土類元素添加
量で励起効率を高くすることができ、濃度消光の生じな
い高利得の光増幅器用導波路を実現することが可能とな
る。
ア導波路の横幅が厚みに比して大く形成されることによ
り、光の導波路幅方向に対する閉じ込めが良くなり、光
が希土類元素添加層に効率よく集中して吸収されること
になる。これにより、励起パワーの励起効率を著しく向
上させることができる。従って、少ない希土類元素添加
量で励起効率を高くすることができ、濃度消光の生じな
い高利得の光増幅器用導波路を実現することが可能とな
る。
また、希土類元素添加層をコア導波路内の励起光のパ
ワー分布に対応させて多層に形成することにより、より
効果的に励起効率を向上させることができる。この場
合、コア導波路全体に対して多層に設けた希土類元素添
加層の領域の占める割合が30％以下であれば、濃度消光
のおそれはない。そして、希土類元素添加層の屈折率を
大きくすることにより、光を希土類元素添加層内により
効果的に集中させることができる。
ワー分布に対応させて多層に形成することにより、より
効果的に励起効率を向上させることができる。この場
合、コア導波路全体に対して多層に設けた希土類元素添
加層の領域の占める割合が30％以下であれば、濃度消光
のおそれはない。そして、希土類元素添加層の屈折率を
大きくすることにより、光を希土類元素添加層内により
効果的に集中させることができる。
また、上記コア導波路が、希土類元素を添加した第１
のコア導波路とこれを覆う第２のコア導波路とを有する
ことにより、第１のコア導波路の表面における伝搬光の
散乱を防止し得る。これにより、伝搬光の散乱によるエ
ネルギー損失を低減させ、光増幅効率を向上させること
ができる。
のコア導波路とこれを覆う第２のコア導波路とを有する
ことにより、第１のコア導波路の表面における伝搬光の
散乱を防止し得る。これにより、伝搬光の散乱によるエ
ネルギー損失を低減させ、光増幅効率を向上させること
ができる。
次に、本発明の希土類元素添加光導波路の製造方法に
よれば、希土類元素添加光導波路がプレーナ技術により
基板上に形成されるので、ガラス導波路の光伝搬部分で
あるコア導波路内の所定の部分に希土類元素を集中的、
且つ幅方向に一様に添加し得る。またこの方法によれ
ば、希土類元素添加光導波路を他の光学素子と共に基板
上に一括形成することが可能であり、高品質で多機能な
ものを製造することができることになる。
よれば、希土類元素添加光導波路がプレーナ技術により
基板上に形成されるので、ガラス導波路の光伝搬部分で
あるコア導波路内の所定の部分に希土類元素を集中的、
且つ幅方向に一様に添加し得る。またこの方法によれ
ば、希土類元素添加光導波路を他の光学素子と共に基板
上に一括形成することが可能であり、高品質で多機能な
ものを製造することができることになる。
また、コア導波路を形成する際、希土類元素を添加し
た第１のコア導波路を形成したのち第１のコア導波路を
覆う希土類元素を添加していない第２のコア導波路を形
成することにより、コア導波路の表面が滑らかに形成さ
れる。従って、コア導波路の表面における伝搬光の散乱
が防止し得る。
た第１のコア導波路を形成したのち第１のコア導波路を
覆う希土類元素を添加していない第２のコア導波路を形
成することにより、コア導波路の表面が滑らかに形成さ
れる。従って、コア導波路の表面における伝搬光の散乱
が防止し得る。
［実施例］ 次に、本発明の実施例を添付図面に従って説明する。
第１図に本発明の希土類元素添加光導波路の一実施例
を示す。図において、希土類添加導波路は基板１（例え
ば、Si,GaAsなどの半導体基板、SiO2,SiO2に屈折率制御
用添加物を添加したガラス基板、LiNbO3,LiTaO3などの
強誘電体基板,YIGなどの磁性体基板など）上に形成され
た低屈折率ncのクラッド２内に高屈折率nw（nw＞nc）の
コア導波路３が埋込まれて形成されている。クラッド２
の材質はSiO2あるいはSiO2にB,F,P,Ge,Ti,Al,Ta,Zn,K,N
a,La,Baなどの添加物を少なくとも１種含んだもので構
成される。コア導波路３の材質もクラッド２の材質と同
様なものを用いる。コア導波路３の厚みＴ方向の中央部
のΔＴの領域には、希土類元素添加層４が形成されてい
る。この希土類元素添加層４の添加元素としては、Er,N
d,Yb,Sm,Ce,Ho,Tmなどを少なくとも１種含んだものを用
いる。単一モード光導波路の場合、コア導波路３とクラ
ッド２の屈折率差は0.2〜0.7％の範囲内から選ばれる。
また、コア導波路３の厚みＴは数μｍから10μｍの範囲
で、コア導波路３の幅Ｗは数μｍから10数μｍの範囲で
選ばれる。また、コア導波路３の幅方向への光の閉じ込
めを強くし、励起光が希土類元素添加層４の領域に効率
良く集中して吸収されるようにするために、Ｗ＞Ｔとな
るようにコア導波路３を設定する。例えば、波長1.55μ
ｍ帯で単一モード光導波路として用いる場合には、Ｔ＝
７μm,W＝11μm,コア導波路３とクラッド２の屈折率差
0.25％，ΔＴ＝１μｍ〜４μｍのように設定される。こ
のように、コア導波路３内の励起光のパワー分布の最大
となる領域、すなわちコア導波路３の積層厚みの中央部
に希土類元素を添加しておけば、わずかの希土類元素添
加量で励起効率を高くとることができる。つまり、本実
施例に示す構成によれば、従来のコア導波路３内全領域
に希土類元素を添加する場合に比し、希土類元素の添加
量が少なくてよく、かつ励起効率を高くとることがで
き、結果的に濃度消光を生じない、高利得の光増幅器用
導波路を実現することが可能となる。
を示す。図において、希土類添加導波路は基板１（例え
ば、Si,GaAsなどの半導体基板、SiO2,SiO2に屈折率制御
用添加物を添加したガラス基板、LiNbO3,LiTaO3などの
強誘電体基板,YIGなどの磁性体基板など）上に形成され
た低屈折率ncのクラッド２内に高屈折率nw（nw＞nc）の
コア導波路３が埋込まれて形成されている。クラッド２
の材質はSiO2あるいはSiO2にB,F,P,Ge,Ti,Al,Ta,Zn,K,N
a,La,Baなどの添加物を少なくとも１種含んだもので構
成される。コア導波路３の材質もクラッド２の材質と同
様なものを用いる。コア導波路３の厚みＴ方向の中央部
のΔＴの領域には、希土類元素添加層４が形成されてい
る。この希土類元素添加層４の添加元素としては、Er,N
d,Yb,Sm,Ce,Ho,Tmなどを少なくとも１種含んだものを用
いる。単一モード光導波路の場合、コア導波路３とクラ
ッド２の屈折率差は0.2〜0.7％の範囲内から選ばれる。
また、コア導波路３の厚みＴは数μｍから10μｍの範囲
で、コア導波路３の幅Ｗは数μｍから10数μｍの範囲で
選ばれる。また、コア導波路３の幅方向への光の閉じ込
めを強くし、励起光が希土類元素添加層４の領域に効率
良く集中して吸収されるようにするために、Ｗ＞Ｔとな
るようにコア導波路３を設定する。例えば、波長1.55μ
ｍ帯で単一モード光導波路として用いる場合には、Ｔ＝
７μm,W＝11μm,コア導波路３とクラッド２の屈折率差
0.25％，ΔＴ＝１μｍ〜４μｍのように設定される。こ
のように、コア導波路３内の励起光のパワー分布の最大
となる領域、すなわちコア導波路３の積層厚みの中央部
に希土類元素を添加しておけば、わずかの希土類元素添
加量で励起効率を高くとることができる。つまり、本実
施例に示す構成によれば、従来のコア導波路３内全領域
に希土類元素を添加する場合に比し、希土類元素の添加
量が少なくてよく、かつ励起効率を高くとることがで
き、結果的に濃度消光を生じない、高利得の光増幅器用
導波路を実現することが可能となる。
第２図（ａ）〜（ｄ）は、第１図に示す希土類元素添
加光導波路の厚み方向の屈折率分布を示したものであ
る。第２図（ａ）はコア導波路３内の厚み方向の屈折率
分布が平坦な場合である。すなわち、希土類元素添加層
４の屈折率がコア導波路３の希土類元素を添加しない領
域の屈折率と同じ場合である。第２図（ｂ）〜（ｄ）は
希土類元素添加層４の屈折率が希土類元素を添加しない
コア導波路３の領域の屈折率よりもわずかに高い場合で
あり、第２図（ｂ）は希土類元素添加層４内の屈折率分
布が平坦な場合、第２図（ｃ）は中央部に行くに従って
階段状に屈折率が高くなっている場合、第２図（ｄ）は
中央部に行くに従って連続的に曲線状に屈折率が高くな
っている場合を示している。この第２図（ｂ）〜（ｄ）
に示すように、希土類元素添加層４の屈折率をその周辺
のコア導波路３の屈折率よりも大きくすることにより、
励起光の希土類元素添加層４内への光の閉じ込めが強く
なり、より高い励起効率を期待することができる。
加光導波路の厚み方向の屈折率分布を示したものであ
る。第２図（ａ）はコア導波路３内の厚み方向の屈折率
分布が平坦な場合である。すなわち、希土類元素添加層
４の屈折率がコア導波路３の希土類元素を添加しない領
域の屈折率と同じ場合である。第２図（ｂ）〜（ｄ）は
希土類元素添加層４の屈折率が希土類元素を添加しない
コア導波路３の領域の屈折率よりもわずかに高い場合で
あり、第２図（ｂ）は希土類元素添加層４内の屈折率分
布が平坦な場合、第２図（ｃ）は中央部に行くに従って
階段状に屈折率が高くなっている場合、第２図（ｄ）は
中央部に行くに従って連続的に曲線状に屈折率が高くな
っている場合を示している。この第２図（ｂ）〜（ｄ）
に示すように、希土類元素添加層４の屈折率をその周辺
のコア導波路３の屈折率よりも大きくすることにより、
励起光の希土類元素添加層４内への光の閉じ込めが強く
なり、より高い励起効率を期待することができる。
また、第３図はクラッド５の形状を凸状にすることに
より、コア導波路３内に余分な応力（熱膨張係数の違い
によって生ずる応力）が加わらないように、コア導波路
３の側面側のクラッドを薄くしたものである。
より、コア導波路３内に余分な応力（熱膨張係数の違い
によって生ずる応力）が加わらないように、コア導波路
３の側面側のクラッドを薄くしたものである。
尚、希土類元素添加の光導波路の構造は上記実施例に
限定されない。例えば、コア導波路３がクラッド内に複
数設けられた構造、いわゆる結合導波路構造のものであ
ってもよい。また直線導波路以外に曲線導波路、90゜屈
曲部を有する導波路、などであってもよい。さらには、
他の光素子（たとえば、干渉膜フィルタ，レンズ，プリ
ズム，半導体レーザー，受光素子）が実装された導波路
であってもよい。また上記希土類元素添加光導波路を用
いて光方向性結合器,Y分岐光導波路，リング共振器，光
合分波器，光スターカプラ，光スイッチ，光変調器など
の光回路を構成してもよい。
限定されない。例えば、コア導波路３がクラッド内に複
数設けられた構造、いわゆる結合導波路構造のものであ
ってもよい。また直線導波路以外に曲線導波路、90゜屈
曲部を有する導波路、などであってもよい。さらには、
他の光素子（たとえば、干渉膜フィルタ，レンズ，プリ
ズム，半導体レーザー，受光素子）が実装された導波路
であってもよい。また上記希土類元素添加光導波路を用
いて光方向性結合器,Y分岐光導波路，リング共振器，光
合分波器，光スターカプラ，光スイッチ，光変調器など
の光回路を構成してもよい。
第４図（ａ）〜（ｄ）は本発明の希土類元素添加光導
波路の製造方法の一実施例を示す工程図である。
波路の製造方法の一実施例を示す工程図である。
まず、第４図（ａ）に示すように、基板１上に第１ク
ラッド層６を形成する。この第１クラッド層６はCVD
法，火炎堆積法、電子ビーム蒸着法、スパッタリング法
などいずれの方法により形成してもよい。次に第４図
（ｂ）に示すように、第１クラッド層６上に第１コアガ
ラス層７を厚み（T/2−ΔT/2）だけ形成する。この第１
コアガラス層７も上記方法のいずれかの方法で形成する
ことができる。その後、第１コアガラス層７の上に希土
類元素添加層４を形成させ、さらに希土類元素添加層４
上に第１コアガラス層７と略同じ材質の第２コアガラス
層８を形成させる。このプロセスにおいて、第１コアガ
ラス層７、希土類元素添加層4,および第２コアガラス層
８は連続プロセス，あるいは断続プロセスのいずれの方
法で形成してもよい。次に第４図（ｃ）に示すように、
フォトリソグラフイ，ドライエッチングプロセスによ
り、第1,第２コアガラス層7,8および希土類元素添加層
４を矩形状に加工して第１クラッド層６上に幅Ｗが厚み
Ｔより大きい断面矩形状のコア導波路３を形成する。そ
して最後に第１クラッド層６と略同じ屈折率の第２クラ
ッド層９でコア導波路３を覆うことにより、埋込み形光
導波路が形成される。
ラッド層６を形成する。この第１クラッド層６はCVD
法，火炎堆積法、電子ビーム蒸着法、スパッタリング法
などいずれの方法により形成してもよい。次に第４図
（ｂ）に示すように、第１クラッド層６上に第１コアガ
ラス層７を厚み（T/2−ΔT/2）だけ形成する。この第１
コアガラス層７も上記方法のいずれかの方法で形成する
ことができる。その後、第１コアガラス層７の上に希土
類元素添加層４を形成させ、さらに希土類元素添加層４
上に第１コアガラス層７と略同じ材質の第２コアガラス
層８を形成させる。このプロセスにおいて、第１コアガ
ラス層７、希土類元素添加層4,および第２コアガラス層
８は連続プロセス，あるいは断続プロセスのいずれの方
法で形成してもよい。次に第４図（ｃ）に示すように、
フォトリソグラフイ，ドライエッチングプロセスによ
り、第1,第２コアガラス層7,8および希土類元素添加層
４を矩形状に加工して第１クラッド層６上に幅Ｗが厚み
Ｔより大きい断面矩形状のコア導波路３を形成する。そ
して最後に第１クラッド層６と略同じ屈折率の第２クラ
ッド層９でコア導波路３を覆うことにより、埋込み形光
導波路が形成される。
この製造方法によれば、希土類元素添加光導波路がプ
レーナ技術により基板１上にされるので、導波路の光伝
搬部分であるコア導波路３内の一部分（希土類元素添加
層４）に希土類元素を集中的、且つ幅方向に一様に添加
し得る。またこの方法によれば、希土類元素添加光導波
路を他の光学素子と共に基板上に一括形成することが可
能であり、高品質で多機能なものを製造することができ
る。
レーナ技術により基板１上にされるので、導波路の光伝
搬部分であるコア導波路３内の一部分（希土類元素添加
層４）に希土類元素を集中的、且つ幅方向に一様に添加
し得る。またこの方法によれば、希土類元素添加光導波
路を他の光学素子と共に基板上に一括形成することが可
能であり、高品質で多機能なものを製造することができ
る。
第５図はコア導波路３内に希土類元素添加層を多層に
形成したものである。コア導波路３の厚みＴ方向には、
中央部のΔT0の領域、下部のΔT1の領域、および上部の
ΔT1の領域には希土類元素が添加され、コア導波路３の
層厚み方向に互いに離間させて希土類元素添加層４が、
３層形成されている。この希土類元素として、Er,Nd,Y
b,Sm,Ce,Ho,Tmなどを少なくとも１種含んだものを用い
る。ここで、単一モード光導波路の場合、コア導波路３
とクラッド２の屈折率差は0.2〜0.8％の範囲内から選ば
れ、コア導波路３の厚みＴは、数μｍから10μｍの範囲
から、またコア導波路３の幅Ｗも数μｍから10μｍの範
囲で選ばれるが、コア導波路３の幅方向への光の閉じ込
めを強くし、励起光がコア導波路３内の希土類元素添加
領域10,11および12に効率良く集中して吸収されるよう
にするために、Ｗ＞Ｔとなるようにコア導波路３を設定
する。たとえば、波長1.5μｍ帯で単一モード光導波路
として用いる場合には、Ｔ＝８μm,W＝12μm,コア導波
路３とクラッド２の屈折率差0.259,ΔT0＝２μm,ΔT1＝
１μm,希土類元素（Er）の添加されていない領域の厚み
１μｍのように設定される。なお、コア導波路３の材質
は、この場合、SiO2−GeO2−B2O2系ガラスを用い、クラ
ッド２にはSiO2−P2O5−B2O3系ガラスを用い、基板１に
はSiO2ガラスで構成した。コア導波路３内の励起光のパ
ワ分布に対応して希土類元素を多層状に添加しておけ
ば、コア導波路３内に全体に均一に希土類元素を添加し
た場合に比し、希土類元素の添加量を少なくすることが
でき、励起光の励起効率を高くとることができる。すな
わち、濃度消光の生じない、高利得の光増幅器用導波路
を実現することができる。
形成したものである。コア導波路３の厚みＴ方向には、
中央部のΔT0の領域、下部のΔT1の領域、および上部の
ΔT1の領域には希土類元素が添加され、コア導波路３の
層厚み方向に互いに離間させて希土類元素添加層４が、
３層形成されている。この希土類元素として、Er,Nd,Y
b,Sm,Ce,Ho,Tmなどを少なくとも１種含んだものを用い
る。ここで、単一モード光導波路の場合、コア導波路３
とクラッド２の屈折率差は0.2〜0.8％の範囲内から選ば
れ、コア導波路３の厚みＴは、数μｍから10μｍの範囲
から、またコア導波路３の幅Ｗも数μｍから10μｍの範
囲で選ばれるが、コア導波路３の幅方向への光の閉じ込
めを強くし、励起光がコア導波路３内の希土類元素添加
領域10,11および12に効率良く集中して吸収されるよう
にするために、Ｗ＞Ｔとなるようにコア導波路３を設定
する。たとえば、波長1.5μｍ帯で単一モード光導波路
として用いる場合には、Ｔ＝８μm,W＝12μm,コア導波
路３とクラッド２の屈折率差0.259,ΔT0＝２μm,ΔT1＝
１μm,希土類元素（Er）の添加されていない領域の厚み
１μｍのように設定される。なお、コア導波路３の材質
は、この場合、SiO2−GeO2−B2O2系ガラスを用い、クラ
ッド２にはSiO2−P2O5−B2O3系ガラスを用い、基板１に
はSiO2ガラスで構成した。コア導波路３内の励起光のパ
ワ分布に対応して希土類元素を多層状に添加しておけ
ば、コア導波路３内に全体に均一に希土類元素を添加し
た場合に比し、希土類元素の添加量を少なくすることが
でき、励起光の励起効率を高くとることができる。すな
わち、濃度消光の生じない、高利得の光増幅器用導波路
を実現することができる。
第６図に希土類元素添加層をさらに多層に形成した実
施例を示す。この実施例ではコア導波路３の厚みＴ方向
に希土類元素を添加した層が５層形成されている。Ｔ＝
８μｍに対して、希土類元素添加層4a〜4eの厚みは、夫
々1.5μm,1μm,1μm,0.5μm,0.5μｍのように設定され
る。また希土類元素を添加しないコア層3a〜3fの厚み
は、夫々0.75μm,0.75μm,0.5μm,0.5μm,0.5μm,0.5μ
ｍのように設定される。すなわち、希土類添加領域の厚
みはコアの厚みの30％以下が好ましい。このように、希
土類元素添加層は２層以上、10数層程度まで設けること
ができる。
施例を示す。この実施例ではコア導波路３の厚みＴ方向
に希土類元素を添加した層が５層形成されている。Ｔ＝
８μｍに対して、希土類元素添加層4a〜4eの厚みは、夫
々1.5μm,1μm,1μm,0.5μm,0.5μｍのように設定され
る。また希土類元素を添加しないコア層3a〜3fの厚み
は、夫々0.75μm,0.75μm,0.5μm,0.5μm,0.5μm,0.5μ
ｍのように設定される。すなわち、希土類添加領域の厚
みはコアの厚みの30％以下が好ましい。このように、希
土類元素添加層は２層以上、10数層程度まで設けること
ができる。
第７図に第５図の希土類元素添加導波路の製造方法を
示す。
示す。
まず、第７図（ａ）に示すように、基板１上に第１ク
ラッド層13を形成する。このクラッド層13はCVD法、電
子ビーム蒸着法、スパッタリング法、火炎堆積法などの
いずれの方法を使って形成してもよい。次に第７図
（ｂ）に示すように、希土類元素を添加しないコア層10
と希土類元素を添加したコア層11とを交互に積層させ
る。これらのコア層11の形成方法はCVD法、電子ビーム
蒸着法、スパッタリング法などのいずれかの方法を使っ
て形成させることができる。その後、第７図（ｃ）に示
すように、フォトリソグラフィ、ドライエッチングプロ
セスにより、上記第１クラッド層13上に多層状のコア導
波路３を略矩形状に加工する。ここで、希土類元素を添
加した層は薄い層であるので、容易にエッチングするこ
とができる。たとえば、エッチングガスとしては、CH
F3,CHF3にCCl3を混合したものを使うことができる。最
後に第７図（ｄ）に示すように、第１クラッド層13と略
同じ屈折率の第２クラッド層15で、コア導波路を覆うこ
とにより、埋込み型光導波路が形成される。
ラッド層13を形成する。このクラッド層13はCVD法、電
子ビーム蒸着法、スパッタリング法、火炎堆積法などの
いずれの方法を使って形成してもよい。次に第７図
（ｂ）に示すように、希土類元素を添加しないコア層10
と希土類元素を添加したコア層11とを交互に積層させ
る。これらのコア層11の形成方法はCVD法、電子ビーム
蒸着法、スパッタリング法などのいずれかの方法を使っ
て形成させることができる。その後、第７図（ｃ）に示
すように、フォトリソグラフィ、ドライエッチングプロ
セスにより、上記第１クラッド層13上に多層状のコア導
波路３を略矩形状に加工する。ここで、希土類元素を添
加した層は薄い層であるので、容易にエッチングするこ
とができる。たとえば、エッチングガスとしては、CH
F3,CHF3にCCl3を混合したものを使うことができる。最
後に第７図（ｄ）に示すように、第１クラッド層13と略
同じ屈折率の第２クラッド層15で、コア導波路を覆うこ
とにより、埋込み型光導波路が形成される。
希土類元素添加層をコア導波路内に複数層（≧２層）
設けてあるので、この光導波路で、光方向性結合回路，
光合分波回路，光リング共振回路，光フィルタ回路、光
スイリッチ回路などを構成した際に、偏波依存性の少な
い光回路を得ることが可能である。
設けてあるので、この光導波路で、光方向性結合回路，
光合分波回路，光リング共振回路，光フィルタ回路、光
スイリッチ回路などを構成した際に、偏波依存性の少な
い光回路を得ることが可能である。
第８図に示す光導波路は、クラッド２内に、希土類元
素を均一に添加した断面略矩形状の第１のコア導波路15
と第１のコア導波路15を覆うようにして形成された希土
類元素を添加していない第２のコア導波路16とを有する
コア導波路３が形成されたものである。この光導波路
は、第９図に示す工程により製造される。
素を均一に添加した断面略矩形状の第１のコア導波路15
と第１のコア導波路15を覆うようにして形成された希土
類元素を添加していない第２のコア導波路16とを有する
コア導波路３が形成されたものである。この光導波路
は、第９図に示す工程により製造される。
第９図（ａ）は低屈折率基板１上に希土類元素を添加
した層を形成したのちドライエッチング等によって断面
略矩形状の第１のコア導波路15を形成したものである。
ここで、基板１として石英系ガラスを用いた。この他に
基板として多成分系ガラス、サファイア、Siなどを用い
る場合には、基板上に、コアの屈折率に応じてSiO2或い
はSiO2にB,P,Ti,Ge,Ta,Al,F等の屈折率制御用添加物を
少なくとも一種類含んだバッファ層を形成する必要があ
る。第１のコア導波路15はB,P,Ti,Ge,Ta,Al,F等の屈折
率制御用添加物を少なくとも一種類含み、且つ光増幅に
寄与する希土類元素としてYb,Er,Ndのうち少なくとも一
種類の元素を含んだものである。
した層を形成したのちドライエッチング等によって断面
略矩形状の第１のコア導波路15を形成したものである。
ここで、基板１として石英系ガラスを用いた。この他に
基板として多成分系ガラス、サファイア、Siなどを用い
る場合には、基板上に、コアの屈折率に応じてSiO2或い
はSiO2にB,P,Ti,Ge,Ta,Al,F等の屈折率制御用添加物を
少なくとも一種類含んだバッファ層を形成する必要があ
る。第１のコア導波路15はB,P,Ti,Ge,Ta,Al,F等の屈折
率制御用添加物を少なくとも一種類含み、且つ光増幅に
寄与する希土類元素としてYb,Er,Ndのうち少なくとも一
種類の元素を含んだものである。
この段階でErやNdの濃度が数百ppm以上になると、エ
ッチングされた第１のコア導波路15側面の荒れがひどく
なる（第13図（ａ））。そこで、予め、第１のコア導波
路コア15の幅W1及び厚みT1を最終的なコア導波路サイズ
よりも若干小さく形成し、第９図（ｂ）に示すように、
屈折率が第１のコア導波路15と等しいか若干低い希土類
元素が添加されていないコア層17により完全に埋め込
む。次に、第９図（ｃ）に示すように、コア層17をエッ
チングするため厚さ１μｍ程度のメタル膜18を形成す
る。そして、第９図（ｄ）に示すようにメタル膜18上に
ホトレジスト19をホトリソグラフィによって形成する。
ここでホトレジスト19のパターン幅W2は第１のコア導波
路15の幅W1より若干（2mm程度）大きく設定されてお
り、十分に第１のコア導波路15の側面をカバーすること
ができる幅である。続いて、第９図（ｅ）〜第９図
（ｇ）に示すように，メタル膜18のドライエッチング，
カバー用のコア層17のドライエッチング、ホトレジスト
19及びメタル膜18の除去を順次行い、低屈折率基板１上
に、第１のコア導波路と該第１のコア導波路15を覆うよ
うにして形成され希土類元素を添加していない第２のコ
ア導波路16とを有するコア導波路３を形成する。最後
に、コア導波路３の表面全体を覆うようにしてクラッド
層２を形成する。
ッチングされた第１のコア導波路15側面の荒れがひどく
なる（第13図（ａ））。そこで、予め、第１のコア導波
路コア15の幅W1及び厚みT1を最終的なコア導波路サイズ
よりも若干小さく形成し、第９図（ｂ）に示すように、
屈折率が第１のコア導波路15と等しいか若干低い希土類
元素が添加されていないコア層17により完全に埋め込
む。次に、第９図（ｃ）に示すように、コア層17をエッ
チングするため厚さ１μｍ程度のメタル膜18を形成す
る。そして、第９図（ｄ）に示すようにメタル膜18上に
ホトレジスト19をホトリソグラフィによって形成する。
ここでホトレジスト19のパターン幅W2は第１のコア導波
路15の幅W1より若干（2mm程度）大きく設定されてお
り、十分に第１のコア導波路15の側面をカバーすること
ができる幅である。続いて、第９図（ｅ）〜第９図
（ｇ）に示すように，メタル膜18のドライエッチング，
カバー用のコア層17のドライエッチング、ホトレジスト
19及びメタル膜18の除去を順次行い、低屈折率基板１上
に、第１のコア導波路と該第１のコア導波路15を覆うよ
うにして形成され希土類元素を添加していない第２のコ
ア導波路16とを有するコア導波路３を形成する。最後
に、コア導波路３の表面全体を覆うようにしてクラッド
層２を形成する。
この方法によれば、希土類元素を添加した第１のコア
導波路15を形成したのち第１のコア導波路15を覆うよう
にして希土類元素を添加していない第２のコア導波路16
を形成するので、コア導波路３の表面を滑らかに形成す
ることができる。従って、コア導波路３の表面における
伝搬光の散乱が防止し得る。また、第１のコア導波路15
はその屈折率が第２のコア導波路16の屈折率と等しいか
或いは高くなるので、光を第１のコア導波路15内に効果
的に集中させることができ、コア導波路３の伝搬効率を
向上させることができる。
導波路15を形成したのち第１のコア導波路15を覆うよう
にして希土類元素を添加していない第２のコア導波路16
を形成するので、コア導波路３の表面を滑らかに形成す
ることができる。従って、コア導波路３の表面における
伝搬光の散乱が防止し得る。また、第１のコア導波路15
はその屈折率が第２のコア導波路16の屈折率と等しいか
或いは高くなるので、光を第１のコア導波路15内に効果
的に集中させることができ、コア導波路３の伝搬効率を
向上させることができる。
第10図は希土類添加光導波路の製造方法の別の実施例
を示したものである。これは、コア導波路３の中心部分
に、それと同様の屈折率を有し、かつ希土類元素の添加
された第１のコア導波路20を設けることにより、光増幅
器用導波路としての性能向上を図ったものである。
を示したものである。これは、コア導波路３の中心部分
に、それと同様の屈折率を有し、かつ希土類元素の添加
された第１のコア導波路20を設けることにより、光増幅
器用導波路としての性能向上を図ったものである。
まず、第10図（ａ）のように低屈折率基板１の上に希
土類元素を含まないコア層21とこれと同様な屈折率を有
する希土類元素の添加されているコア層22を連続して形
成する。次に、第10図（ｂ）〜（ｆ）に示すフォトリソ
グラフィとドライエッチングにより、第１のコア導波路
20を形成する。ここで、第１のコア導波路20のサイズ
は、例えば、最終的なコア導波路サイズを幅W2,厚さT2
とすれば、W1＝W2/3,T1＝T2/3となるようにパターニン
グを行う。続いて第10図（ｇ）に示すように第１のコア
導波路20をコア層21と等しい屈折率を有するコア層31で
埋め込む。これを再度第10図（ｈ），（ｉ）に示すよう
にホトリソグラフィ及びドライエッチングして幅W2,厚
さT2のコア導波路３を形成する。そして、最後に第10図
（ｊ）に示す如くクラッド層２の形成を行う。
土類元素を含まないコア層21とこれと同様な屈折率を有
する希土類元素の添加されているコア層22を連続して形
成する。次に、第10図（ｂ）〜（ｆ）に示すフォトリソ
グラフィとドライエッチングにより、第１のコア導波路
20を形成する。ここで、第１のコア導波路20のサイズ
は、例えば、最終的なコア導波路サイズを幅W2,厚さT2
とすれば、W1＝W2/3,T1＝T2/3となるようにパターニン
グを行う。続いて第10図（ｇ）に示すように第１のコア
導波路20をコア層21と等しい屈折率を有するコア層31で
埋め込む。これを再度第10図（ｈ），（ｉ）に示すよう
にホトリソグラフィ及びドライエッチングして幅W2,厚
さT2のコア導波路３を形成する。そして、最後に第10図
（ｊ）に示す如くクラッド層２の形成を行う。
第11図に示す方法は、同一基板上に低損失な希土類添
加導波路と希土類の添加されていない導波路とを一括形
成するためのものである。第11図（ａ）〜（ｃ）までの
プロセスは、第９図（ａ）〜（ｃ）で示したプロセスと
同様である。本方法は、次の第11図（ｄ）の段階におい
て、ホトレジスト19を第１のコア導波路15上以外の部分
にもパターン化することで、希土類が添加されていない
コア導波路24も一緒に形成することができる。また、第
11図（ｅ）〜（ｈ）までのプロセスは第９図（ｅ）〜
（ｈ）で示したプロセスと同様である。例えば、本方法
によれば、波長1.53μｍの信号光増幅器に使用されるEr
添加光導波路とこれを励起するための波長1.46μｍ〜1.
48μｍの励起光を導く光導波路を同一基板上に一体化さ
せて形成することができる。
加導波路と希土類の添加されていない導波路とを一括形
成するためのものである。第11図（ａ）〜（ｃ）までの
プロセスは、第９図（ａ）〜（ｃ）で示したプロセスと
同様である。本方法は、次の第11図（ｄ）の段階におい
て、ホトレジスト19を第１のコア導波路15上以外の部分
にもパターン化することで、希土類が添加されていない
コア導波路24も一緒に形成することができる。また、第
11図（ｅ）〜（ｈ）までのプロセスは第９図（ｅ）〜
（ｈ）で示したプロセスと同様である。例えば、本方法
によれば、波長1.53μｍの信号光増幅器に使用されるEr
添加光導波路とこれを励起するための波長1.46μｍ〜1.
48μｍの励起光を導く光導波路を同一基板上に一体化さ
せて形成することができる。
［発明の効果］ 以上要するに、本発明によれば以下の如き優れた効果
が発揮できる。
が発揮できる。
（１） 少ない希土類元素添加量で励起効率を高くする
ことができ、濃度消光の生じにくい高利得の光増幅器用
導波路を実現することができる。
ことができ、濃度消光の生じにくい高利得の光増幅器用
導波路を実現することができる。
（２） 希土類元素を添加したコアが希土類元素を添加
していないコアで覆うことにより、希土類元素を添加し
たコアの側面の荒れによる伝搬光の散乱が防止でき、エ
ネルギー損失を低減させ、光増幅効率を向上させること
ができる。
していないコアで覆うことにより、希土類元素を添加し
たコアの側面の荒れによる伝搬光の散乱が防止でき、エ
ネルギー損失を低減させ、光増幅効率を向上させること
ができる。
第１図は本発明の希土類元素添加光導波路の一実施例を
示す斜視図，第２図は第１図の光導波路の厚み方向の屈
折率分布の実施例を示す図、第３図，第５図，第６図及
び第８図は本発明の希土類元素添加光導波路の他の実施
例を示す図，第４図は本発明の製造方法の一実施例を示
す工程図，第７図，及び第９〜11図は本発明の製造方法
の他の実施例を示す工程図，第12図は従来例を示す工程
図、第13図（ａ）は従来方法によって形成した希土類元
素添加コア導波路表面の粒子構造を示す写真、第13図
（ｂ）は希土類元素が添加されていないコア導波路表面
の粒子構造を示す写真である。 図中、１は基板、２はクラッド３はコア導波路、４は希
土類元素添加層、６は第１クラッド層、７は第１コアガ
ラス層、８は第２コアガラス層、９は第２クラッド層、
15は第１のコア導波路、16は第２のコア導波路、Ｗはコ
ア導波路の幅、ΔＴは希土類元素添加層の厚みである。
示す斜視図，第２図は第１図の光導波路の厚み方向の屈
折率分布の実施例を示す図、第３図，第５図，第６図及
び第８図は本発明の希土類元素添加光導波路の他の実施
例を示す図，第４図は本発明の製造方法の一実施例を示
す工程図，第７図，及び第９〜11図は本発明の製造方法
の他の実施例を示す工程図，第12図は従来例を示す工程
図、第13図（ａ）は従来方法によって形成した希土類元
素添加コア導波路表面の粒子構造を示す写真、第13図
（ｂ）は希土類元素が添加されていないコア導波路表面
の粒子構造を示す写真である。 図中、１は基板、２はクラッド３はコア導波路、４は希
土類元素添加層、６は第１クラッド層、７は第１コアガ
ラス層、８は第２コアガラス層、９は第２クラッド層、
15は第１のコア導波路、16は第２のコア導波路、Ｗはコ
ア導波路の幅、ΔＴは希土類元素添加層の厚みである。
───────────────────────────────────────────────────── 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 樫村 誠一 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 鴨志田 敏和 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 菊地 不二男 茨城県日立市日高町５丁目１番１号 日 立電線株式会社日高工場内
Claims (12)
- 【請求項１】基板上に形成されたクラッド内に幅が厚み
よりも大きい断面略矩形状のコア導波路が形成されてい
ると共に、該コア導波路内に導波方向に沿って希土類元
素添加層が形成されていることを特徴とする希土類元素
添加光導波路。 - 【請求項２】上記希土類元素添加層がコア導波路の厚み
方向の略中央部に形成されていると共に、その幅方向に
一様な不純物添加濃度を有することを特徴とする請求項
１記載の希土類元素添加光導波路。 - 【請求項３】上記希土類元素添加層が上記コア導波路の
厚み方向に互いに離間して複数層形成されていることを
特徴とする請求項１記載の希土類元素添加光導波路。 - 【請求項４】上記コア導波路の厚み方向に互いに離間し
て複数層形成された上記希土類元素添加層のうち、少な
くとも一層の厚さが他の希土類元素添加層の厚さと異な
ることを特徴とする請求項３記載の希土類元素添加光導
波路。 - 【請求項５】上記コア導波路全体に対して上記希土類元
素添加層の領域の占める割合が30％以下であることを特
徴とする請求項１乃至４記載の希土類元素添加光導波
路。 - 【請求項６】上記希土類元素添加層の屈折率が上記コア
導波路の希土類元素が添加されない領域の屈折率よりも
大きいことを特徴とする請求項１乃至４記載の希土類元
素添加光導波路。 - 【請求項７】基板上に形成されたクラッド内に断面略矩
形状のコア導波路が形成されている光導波路において、
上記コア導波路が、希土類元素を添加した断面略矩形状
の第１のコア導波路と、第１のコア導波路を覆うように
して形成された希土類元素を添加していない第２のコア
導波路とを有することを特徴とする希土類元素添加光導
波路。 - 【請求項８】上記第１のコア導波路内に希土類元素が導
波方向に沿って層状に添加されたことを特徴とする請求
項７記載の希土類元素添加光導波路。 - 【請求項９】上記第１のコア導波路の屈折率が上記第２
のコア導波路の屈折率と等しいか或いは該第２のコア導
波路の屈折率よりも大きいことを特徴とする請求項７又
は８記載の希土類元素添加光導波路。 - 【請求項１０】基板上に第１クラッド層を形成したの
ち、第１クラッド層上に希土類元素を添加しないコア層
と希土類元素を添加したコア層とを交互に積層させ、次
いで、フォトリソグラフィ，ドライエッチング等によ
り、上記第１クラッド層上に、希土類元素添加層を有す
る断面略矩形状のコア導波路を形成したのち、該コア導
波路の表面全体を覆うべく第２クラッド層を形成するよ
うにしたことを特徴とする希土類元素添加光導波路の製
造方法。 - 【請求項１１】低屈折率基板上に希土類元素を添加した
断面略矩形状の第１のコア導波路を形成したのち、上記
低屈折率基板上に第１のコア導波路を完全に埋め込むよ
うにして希土類元素を添加していないコア層を形成し、
次いで、フォトリソグラフィ，ドライエッチング等によ
り、上記低屈折率基板上に、第１のコア導波路と該第１
のコア導波路を覆う希土類元素を添加していない第２の
コア導波路とを有するコア導波路を形成したのち、該コ
ア導波路の表面全体を覆うようにしてクラッド層を形成
するようにしたことを特徴とする希土類元素添加光導波
路の製造方法。 - 【請求項１２】上記低屈折率基板上に上記第２のコア導
波路と同質のコア層を形成したのち、該コア層上に上記
第１のコア導波路を形成するようにしたことを特徴とす
る請求項11記載の希土類元素添加光導波路の製造方法。
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| GB9108664A GB2245984B (en) | 1990-06-29 | 1991-04-23 | Rare earth element-doped optical waveguide and process for producing the same |
| US07/692,336 US5206925A (en) | 1990-06-29 | 1991-04-26 | Rare earth element-doped optical waveguide and process for producing the same |
| DE4120054A DE4120054A1 (de) | 1990-06-29 | 1991-06-18 | Seltenerdmetalldotierter lichtwellenleiter und verfahren zu dessen herstellung |
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ID=15955142
Family Applications (1)
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| JP (1) | JP2755471B2 (ja) |
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| DE (1) | DE4120054A1 (ja) |
| GB (1) | GB2245984B (ja) |
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