JP2804646B2 - 希土類元素添加光導波路 - Google Patents
希土類元素添加光導波路Info
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- JP2804646B2 JP2804646B2 JP18750791A JP18750791A JP2804646B2 JP 2804646 B2 JP2804646 B2 JP 2804646B2 JP 18750791 A JP18750791 A JP 18750791A JP 18750791 A JP18750791 A JP 18750791A JP 2804646 B2 JP2804646 B2 JP 2804646B2
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- Japan
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- rare earth
- earth element
- core
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- Optical Integrated Circuits (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ガラス導波路中に希土
類元素を添加した光導波路の構造に関するものである。
類元素を添加した光導波路の構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、光ファイバや光導波路のコアに希
土類元素を添加した光増幅器が注目されるようになって
きた。特に、Ｅｒを添加した光ファイバでは、図４に示
すような構成により、波長１．５μｍ帯で数十ｄB のネ
ットゲインが得られている。
土類元素を添加した光増幅器が注目されるようになって
きた。特に、Ｅｒを添加した光ファイバでは、図４に示
すような構成により、波長１．５μｍ帯で数十ｄB のネ
ットゲインが得られている。
【０００３】一方、光導波路でもＥｒやＮｄを添加する
ことにより、ネットゲインを持った光増幅器を実現する
研究が行われているが、現状ではまだ達成されていな
い。
ことにより、ネットゲインを持った光増幅器を実現する
研究が行われているが、現状ではまだ達成されていな
い。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】光ファイバ増幅の場合
には、相互作用長を数十ｍ以上に長く取ることができる
ために、ネットゲイン数十ｄB を得ることができる。し
かしながら、光導波路の場合は、その長さは０．１ｍ以
下で、光ファイバ長に比し１０- 2 〜１０-3の長さであ
る。そのため、ネットゲインが得られていない。このよ
うに短い長さでネットゲインを期待するためには、 （１）コアへの励起光の閉じ込めを強くして励起効率を
上げること。 （２）伝送損失を小さくすること。 （３）希土類元素を高濃度に添加すること。 の３つの条件を満足するようにしなければならない。し
かし、現状では上記３つの条件を満足する光増幅器の構
成法は見い出だされていない。
には、相互作用長を数十ｍ以上に長く取ることができる
ために、ネットゲイン数十ｄB を得ることができる。し
かしながら、光導波路の場合は、その長さは０．１ｍ以
下で、光ファイバ長に比し１０- 2 〜１０-3の長さであ
る。そのため、ネットゲインが得られていない。このよ
うに短い長さでネットゲインを期待するためには、 （１）コアへの励起光の閉じ込めを強くして励起効率を
上げること。 （２）伝送損失を小さくすること。 （３）希土類元素を高濃度に添加すること。 の３つの条件を満足するようにしなければならない。し
かし、現状では上記３つの条件を満足する光増幅器の構
成法は見い出だされていない。
【０００５】本発明の目的は、前記した従来技術の欠点
を解消し、前記した３つの条件を満足する希土類元素添
加光導波路の構造を提供することにある。
を解消し、前記した３つの条件を満足する希土類元素添
加光導波路の構造を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、低屈折率ｎｃのクラッドで覆われている屈
折率ｎｗの略矩形状のコア（但し、ｎｗ＞ｎｃ）の２対
の外周面のうちの少なくとも１対の外周面に、該クラッ
ドの屈折率ｎｃよりも低い屈折率ｎｂを持つ薄層を設
け、かつコア内の中央部に希土類元素を集中的あるいは
多層状に添加した構成としたものである。この希土類元
素添加光導波路は、ガラス，半導体，あるいは強誘電体
のいずれかの基板上に形成されていてもよい。
に本発明は、低屈折率ｎｃのクラッドで覆われている屈
折率ｎｗの略矩形状のコア（但し、ｎｗ＞ｎｃ）の２対
の外周面のうちの少なくとも１対の外周面に、該クラッ
ドの屈折率ｎｃよりも低い屈折率ｎｂを持つ薄層を設
け、かつコア内の中央部に希土類元素を集中的あるいは
多層状に添加した構成としたものである。この希土類元
素添加光導波路は、ガラス，半導体，あるいは強誘電体
のいずれかの基板上に形成されていてもよい。
【０００７】
【作用】低屈折率（ｎｃ）のクラッドで覆われている略
矩形状のコア（屈折率ｎｗ，ｎｗ＞ｎｃ）の２対の外周
面のうちの少なくとも１対の外周面に、該クラッドの屈
折率よりも低い屈折率（ｎｂ）の薄層を設けることは、
コアへの励起光の閉じ込めを強くし、また該薄層を設け
た面の面荒れによる散乱損失を該低屈折率の薄層により
緩和させる。更に、コア内の中央部に希土類元素を集中
的あるいは多層状に高濃度添加することにより、ゲイン
を高めると共に、励起光を効率よく希土類元素に吸収さ
せることを狙うことができ、結果的にネットゲインを高
め得る。
矩形状のコア（屈折率ｎｗ，ｎｗ＞ｎｃ）の２対の外周
面のうちの少なくとも１対の外周面に、該クラッドの屈
折率よりも低い屈折率（ｎｂ）の薄層を設けることは、
コアへの励起光の閉じ込めを強くし、また該薄層を設け
た面の面荒れによる散乱損失を該低屈折率の薄層により
緩和させる。更に、コア内の中央部に希土類元素を集中
的あるいは多層状に高濃度添加することにより、ゲイン
を高めると共に、励起光を効率よく希土類元素に吸収さ
せることを狙うことができ、結果的にネットゲインを高
め得る。
【０００８】
【実施例】以下、本発明の一実施例を添付図面に従って
詳述する。
詳述する。
【０００９】図１に本発明の希土類元素添加光導波路の
構造概略図を示す。これはコア３内の中央部に希土類元
素を集中的に添加した領域５を設け、そのコア３の上面
及び下面に、屈折率の低い薄層から成る低屈折率層２２
及び２１を設けた構造とし、そして上記低屈折率層２２
及び２１で覆われたコア３全体を、クラッド４１及び４
２で覆った構造である。上記光導波路は、基板１に形成
されている。
構造概略図を示す。これはコア３内の中央部に希土類元
素を集中的に添加した領域５を設け、そのコア３の上面
及び下面に、屈折率の低い薄層から成る低屈折率層２２
及び２１を設けた構造とし、そして上記低屈折率層２２
及び２１で覆われたコア３全体を、クラッド４１及び４
２で覆った構造である。上記光導波路は、基板１に形成
されている。
【００１０】以下、図１の詳細について説明する。
【００１１】基板１には、ＳｉＯ2 ，ＳｉＯ2 に屈折率
制御用添加物を添加したガラス基板、Ｓｉ，ＧａＡｓ，
ＩｎＰ等の半導体基板、ＬｉＮｂＯ3 ，ＬｉＴａＯ3 等
の強誘電体基板、サファイヤ基板、ＹＩＧ等の磁性体基
板、などを用いる。
制御用添加物を添加したガラス基板、Ｓｉ，ＧａＡｓ，
ＩｎＰ等の半導体基板、ＬｉＮｂＯ3 ，ＬｉＴａＯ3 等
の強誘電体基板、サファイヤ基板、ＹＩＧ等の磁性体基
板、などを用いる。
【００１２】この基板１の上のクラッド４１及び４２
は、ＳｉＯ2 ，あるいはＳｉＯ2 にＢ，Ｆ，Ｐ，Ｇｅ，
Ｔｉ，Ａｌ，Ｔａ，Ｚｎ，Ｋ，Ｎａ，Ｚｒ，Ｌａ，Ｂａ
などの添加物を少なくとも１種類含んだ材質からなり、
その屈折率ｎｃはコア３の屈折率ｎｗより低く、低屈折
率層２１及び２２の屈折率ｎｂよりも高く選ぶ。またク
ラッド４１及び４２の厚みは厚いほど、光導波路の伝搬
損失を低くすることができるが５μｍ以上あれば良い。
は、ＳｉＯ2 ，あるいはＳｉＯ2 にＢ，Ｆ，Ｐ，Ｇｅ，
Ｔｉ，Ａｌ，Ｔａ，Ｚｎ，Ｋ，Ｎａ，Ｚｒ，Ｌａ，Ｂａ
などの添加物を少なくとも１種類含んだ材質からなり、
その屈折率ｎｃはコア３の屈折率ｎｗより低く、低屈折
率層２１及び２２の屈折率ｎｂよりも高く選ぶ。またク
ラッド４１及び４２の厚みは厚いほど、光導波路の伝搬
損失を低くすることができるが５μｍ以上あれば良い。
【００１３】低屈折率層２１及び２２の材質もクラッド
の材質と同様なものを用いる。その厚みＨは０．数μｍ
から数μｍの範囲が好ましい。この低屈折率層２２及び
２１をコア３の上面及び下面に設けることによって、コ
ア３内の光パワ分布はコア３の中央部（ΔＴの領域）、
即ち希土類元素を含んだ領域５に集中する。その結果、
励起光の励起効率を高めることができる。またコア３の
上面（下面）と低屈折率層２２（２１）との界面の不整
による散乱損失を小さくすることができる。
の材質と同様なものを用いる。その厚みＨは０．数μｍ
から数μｍの範囲が好ましい。この低屈折率層２２及び
２１をコア３の上面及び下面に設けることによって、コ
ア３内の光パワ分布はコア３の中央部（ΔＴの領域）、
即ち希土類元素を含んだ領域５に集中する。その結果、
励起光の励起効率を高めることができる。またコア３の
上面（下面）と低屈折率層２２（２１）との界面の不整
による散乱損失を小さくすることができる。
【００１４】コア３の材質もクラッドの材質と同様なも
のを用いるが、希土類元素を含んだ領域５には、Ｅｒ，
Ｎｄ，Ｙｂ，Ｓｎ，Ｃｅ，Ｈｏ，Ｔｍ等の希土類元素も
少なくとも１種含む以外に、Ｃｒ，Ｍｇ等の高ゲイン
化，広帯域を助成する添加物も含まれていても良い。
尚、この希土類元素を含んだ領域５は、厚みがΔＴの一
層の膜か、あるいは厚みがΔＴ／ｎ（但し、ｎは１≦ｎ
≦２０を満たす値）の多層状の膜であっても良い。ここ
でΔＴは、０．数μｍから数μｍの範囲が好ましい。コ
ア３の厚みＴはコア３の幅Ｗに対しＴ＜Ｗの関係になる
ようにすれば、コア３内のΔＴへの励起光の励起効率を
高めることができる。
のを用いるが、希土類元素を含んだ領域５には、Ｅｒ，
Ｎｄ，Ｙｂ，Ｓｎ，Ｃｅ，Ｈｏ，Ｔｍ等の希土類元素も
少なくとも１種含む以外に、Ｃｒ，Ｍｇ等の高ゲイン
化，広帯域を助成する添加物も含まれていても良い。
尚、この希土類元素を含んだ領域５は、厚みがΔＴの一
層の膜か、あるいは厚みがΔＴ／ｎ（但し、ｎは１≦ｎ
≦２０を満たす値）の多層状の膜であっても良い。ここ
でΔＴは、０．数μｍから数μｍの範囲が好ましい。コ
ア３の厚みＴはコア３の幅Ｗに対しＴ＜Ｗの関係になる
ようにすれば、コア３内のΔＴへの励起光の励起効率を
高めることができる。
【００１５】図２は、図１の光導波路の０−０´方向に
おける屈折率分布の実施例を示したものである。同図
（ａ）及び（ｂ）のいずれの場合も、コア３内の希土類
元素を含んだ領域５の屈折率ｎｒはコア３の屈折率ｎｗ
よりも少し高くしてあり、これによって上記領域５への
励起光の閉じ込めが強くなるように構成されている。図
２（ａ）の場合は、クラッド４１と基板１の屈折率は等
しい例である。例えば、クラッド４１と基板１はＳｉＯ
2 ガラスによって構成した場合である。図２（ｂ）の場
合は、基板１にクラッド４１の屈折率よりも高い材質、
例えばＳｉ基板を用いた場合である。
おける屈折率分布の実施例を示したものである。同図
（ａ）及び（ｂ）のいずれの場合も、コア３内の希土類
元素を含んだ領域５の屈折率ｎｒはコア３の屈折率ｎｗ
よりも少し高くしてあり、これによって上記領域５への
励起光の閉じ込めが強くなるように構成されている。図
２（ａ）の場合は、クラッド４１と基板１の屈折率は等
しい例である。例えば、クラッド４１と基板１はＳｉＯ
2 ガラスによって構成した場合である。図２（ｂ）の場
合は、基板１にクラッド４１の屈折率よりも高い材質、
例えばＳｉ基板を用いた場合である。
【００１６】図３は、本発明の光導波路の別の実施例を
示したものである。即ち、これはコア３の上面及び下面
以外に、両側面にも第２の低屈折層６を形成した例であ
る。この図２の低屈折率層６の屈折率ｎｌは、ｎｌ≧ｎ
ｂのように選ぶのが好ましい。
示したものである。即ち、これはコア３の上面及び下面
以外に、両側面にも第２の低屈折層６を形成した例であ
る。この図２の低屈折率層６の屈折率ｎｌは、ｎｌ≧ｎ
ｂのように選ぶのが好ましい。
【００１７】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、(1) コ
アへの励起光の閉じ込めを強くして励起効率を上げるこ
と、(2) 伝送損失を小さくすること、(3) 希土類元素を
コアの中央部のみに集中的或いは多層状に高濃度添加す
ること、の３つの条件を満足する光導波路構造が得られ
るので、ネットゲインを得ることが可能となる。
アへの励起光の閉じ込めを強くして励起効率を上げるこ
と、(2) 伝送損失を小さくすること、(3) 希土類元素を
コアの中央部のみに集中的或いは多層状に高濃度添加す
ること、の３つの条件を満足する光導波路構造が得られ
るので、ネットゲインを得ることが可能となる。
【図１】本発明の希土類元素添加光導波路の実施例を示
す図である。
す図である。
【図２】図１の光導波路の屈折率分布を示した図であ
る。
る。
【図３】本発明の希土類元素添加光導波路の他の実施例
を示す図である。
を示す図である。
【図４】従来の光ファイバ増幅器の概略図である。
１ 基板 ２１，２２ 低屈折率層（薄層） ３ コア ４１，４２ クラッド ５ 希土類元素を含んだ領域 ６ 第２の低屈折層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井本 克之 茨城県土浦市木田余町3550番地 日立電 線株式会社アドバンスリサーチセンタ内 (72)発明者 樫村 誠一 茨城県土浦市木田余町3550番地 日立電 線株式会社アドバンスリサーチセンタ内 (56)参考文献 特開 平３−35203（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−180910（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−324405（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−271328（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−124006（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−359230（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−284707（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−60618（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】 低屈折率ｎｃのクラッドで覆われている
屈折率ｎｗの略矩形状のコア（但し、ｎｗ＞ｎｃ）の２
対の外周面のうちの少なくとも１対の外周面に、該クラ
ッドの屈折率ｎｃよりも低い屈折率ｎｂを持つ薄層を設
け、かつコア内の中央部に希土類元素を集中的あるいは
多層状に添加したことを特徴とする希土類元素添加光導
波路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18750791A JP2804646B2 (ja) | 1991-07-26 | 1991-07-26 | 希土類元素添加光導波路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18750791A JP2804646B2 (ja) | 1991-07-26 | 1991-07-26 | 希土類元素添加光導波路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0537045A JPH0537045A (ja) | 1993-02-12 |
| JP2804646B2 true JP2804646B2 (ja) | 1998-09-30 |
Family
ID=16207278
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18750791A Expired - Lifetime JP2804646B2 (ja) | 1991-07-26 | 1991-07-26 | 希土類元素添加光導波路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2804646B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2960674B2 (ja) * | 1996-01-26 | 1999-10-12 | 三菱電線工業株式会社 | 増幅用光ファイバ |
| JP2004037990A (ja) * | 2002-07-05 | 2004-02-05 | Nec Corp | 光導波路及びその製造方法 |
| JP2004095839A (ja) * | 2002-08-30 | 2004-03-25 | Nec Corp | 導波路型光増幅器及びその製造方法 |
| JP2006332137A (ja) * | 2005-05-23 | 2006-12-07 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 発光素子 |
| JP5580511B2 (ja) * | 2007-10-22 | 2014-08-27 | パナソニック株式会社 | 光電複合基板の製造方法 |
| JP6888533B2 (ja) * | 2017-11-30 | 2021-06-16 | 日本電信電話株式会社 | 結晶ファイバ光源 |
| CN112363331B (zh) * | 2020-09-04 | 2022-05-27 | 浙江大学 | 一种硅基铌酸锂混合电光调制器 |
-
1991
- 1991-07-26 JP JP18750791A patent/JP2804646B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0537045A (ja) | 1993-02-12 |
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