JP2842954B2 - 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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- JP2842954B2 JP2842954B2 JP13422491A JP13422491A JP2842954B2 JP 2842954 B2 JP2842954 B2 JP 2842954B2 JP 13422491 A JP13422491 A JP 13422491A JP 13422491 A JP13422491 A JP 13422491A JP 2842954 B2 JP2842954 B2 JP 2842954B2
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光増幅器用光導波路に係
り、特にガラス導波路中に希土類元素を添加した光導波
路及びその製造方法に関するものである。
り、特にガラス導波路中に希土類元素を添加した光導波
路及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光ファイバのコアに希土類元素を添加し
た光ファイバ増幅器が注目されている。特に、Ｅｒを添
加した光ファイバは1.55μｍ帯の波長領域に増幅作用を
有していることから、種々の研究機関で検討されてい
る。最近では、さらに高利得化、広帯域化を目指して、
コア内にＥｒ以外に、Ａｌ，Ｓｒ，Ｐなど、光増幅の高
利得化、広帯域化を助成するドーパント（以下「助成ド
ーパント」と略称する。）を共に添加する研究が行われ
るようになってきた。たとえば、コアのガラス組成とし
て、(1) Ａｌ2 Ｏ3 −ＧｅＯ2 −Ｅｒ2 Ｏ3 −Ｓｉ
Ｏ2 ，(2) Ａｌ2 Ｏ3 −Ｐ2 Ｏ5 −ＧｅＯ2 −Ｅｒ2 Ｏ
3 −ＳｉＯ2 ，(3) Ａｌ2 Ｏ3 −ＧｅＯ2 −Ｃｒ2 Ｏ3
−Ｅｒ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 などが検討され、高利得、広帯
域特性が実現されている（たとえば、文献：「Ｅｒドー
プファイバの増幅特性におけるＡｌ，Ｐ共ドープ効果」
森澤、他，1990年電子情報通信学会秋季全国大会p.4-31
0 ）。
た光ファイバ増幅器が注目されている。特に、Ｅｒを添
加した光ファイバは1.55μｍ帯の波長領域に増幅作用を
有していることから、種々の研究機関で検討されてい
る。最近では、さらに高利得化、広帯域化を目指して、
コア内にＥｒ以外に、Ａｌ，Ｓｒ，Ｐなど、光増幅の高
利得化、広帯域化を助成するドーパント（以下「助成ド
ーパント」と略称する。）を共に添加する研究が行われ
るようになってきた。たとえば、コアのガラス組成とし
て、(1) Ａｌ2 Ｏ3 −ＧｅＯ2 −Ｅｒ2 Ｏ3 −Ｓｉ
Ｏ2 ，(2) Ａｌ2 Ｏ3 −Ｐ2 Ｏ5 −ＧｅＯ2 −Ｅｒ2 Ｏ
3 −ＳｉＯ2 ，(3) Ａｌ2 Ｏ3 −ＧｅＯ2 −Ｃｒ2 Ｏ3
−Ｅｒ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 などが検討され、高利得、広帯
域特性が実現されている（たとえば、文献：「Ｅｒドー
プファイバの増幅特性におけるＡｌ，Ｐ共ドープ効果」
森澤、他，1990年電子情報通信学会秋季全国大会p.4-31
0 ）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】光ファイバ増幅器は、
1)コア径が10μｍ程度と細径であるため、励起パワー密
度が大きくなり励起効率が上がること、2)相互作用長を
長くとれること、3)石英系ファイバの場合非常に低損失
であること、などの特徴を有している。しかしながら、
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，光合分波回路などと共に光ファ
イバ増幅器を実装した光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ので、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、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る、コスト高になる、信頼
性に問題がある、などの欠点もあった。
1)コア径が10μｍ程度と細径であるため、励起パワー密
度が大きくなり励起効率が上がること、2)相互作用長を
長くとれること、3)石英系ファイバの場合非常に低損失
であること、などの特徴を有している。しかしながら、
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，光合分波回路などと共に光ファ
イバ増幅器を実装した光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ので、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、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る、コスト高になる、信頼
性に問題がある、などの欠点もあった。
【０００４】本発明は上記課題を解消すべく創案された
ものであり、その目的は光システムの小型化、低損失
化、多機能化を実現する上で好適な光増幅器用の希土類
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。
ものであり、その目的は光システムの小型化、低損失
化、多機能化を実現する上で好適な光増幅器用の希土類
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。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく、
本発明の希土類元素添加光導波路においては、ガラス導
波路のコア内の中心部に、導波方向に沿って希土類元素
添加層を形成すると共にその希土類元素添加層に光増幅
の高利得化、広帯域化を助成するドーパントを添加した
希土類元素添加光導波路において、上記希土類元素添加
層を上記コアの厚み方向に互いに離間させて複数層形成
したものである。
本発明の希土類元素添加光導波路においては、ガラス導
波路のコア内の中心部に、導波方向に沿って希土類元素
添加層を形成すると共にその希土類元素添加層に光増幅
の高利得化、広帯域化を助成するドーパントを添加した
希土類元素添加光導波路において、上記希土類元素添加
層を上記コアの厚み方向に互いに離間させて複数層形成
したものである。
【０００６】上記希土類元素としてＥｒ，Ｎｄ，Ｙｂ，
Ｓｍ，Ｃｅ，Ｈｏ，Ｔｍのうち少なくとも一種類の元素
を含んだものを用い、上記ド−パントとしてはＡｌ，
Ｐ，Ｃｒを少なくとも１種含んだものを用いることが望
ましい。
Ｓｍ，Ｃｅ，Ｈｏ，Ｔｍのうち少なくとも一種類の元素
を含んだものを用い、上記ド−パントとしてはＡｌ，
Ｐ，Ｃｒを少なくとも１種含んだものを用いることが望
ましい。
【０００７】上記ガラス導波路は幅が厚みよりも大きい
断面略矩形状のコアをそれよりも低屈折率のクラッドで
覆って構成されていることが望ましい。
断面略矩形状のコアをそれよりも低屈折率のクラッドで
覆って構成されていることが望ましい。
【０００８】
【０００９】上記希土類元素添加層の屈折率は希土類元
素を含んでいない部分のコアの屈折率よりも高いことが
望ましい。
素を含んでいない部分のコアの屈折率よりも高いことが
望ましい。
【００１０】次に、本発明に係る製造方法においては、
基板上に形成された第１のクラッド膜上に、希土類元素
並びに助成ドーパントを添加しないコア膜と、希土類元
素並びに助成ドーパントを共に添加したコア膜とを順
次、少なくとも二層ずつ積層させ、その積層体をフォト
リソグラフィ，ドライエッチングプロセスにより断面略
矩形状に成形した後、その表面全体を覆って第２のクラ
ッド膜を形成するようにしている。
基板上に形成された第１のクラッド膜上に、希土類元素
並びに助成ドーパントを添加しないコア膜と、希土類元
素並びに助成ドーパントを共に添加したコア膜とを順
次、少なくとも二層ずつ積層させ、その積層体をフォト
リソグラフィ，ドライエッチングプロセスにより断面略
矩形状に成形した後、その表面全体を覆って第２のクラ
ッド膜を形成するようにしている。
【００１１】
【作用】本発明の光導波路は、光の伝搬するコアに希土
類元素と助成ドーパントを共に添加することにより光増
幅の利得並びに帯域特性の向上を図っている。励起光の
分布率が最も高いコア中心部に、希土類元素と助成ドー
パントとを含んだ領域（希土類元素添加層）を設けるこ
とにより励起効率を効果的に高めることができる。この
希土類元素添加層をコア内の励起光のパワー分布に合わ
せて多層に形成することにより、より効果的に励起効率
を高めることができる。
類元素と助成ドーパントを共に添加することにより光増
幅の利得並びに帯域特性の向上を図っている。励起光の
分布率が最も高いコア中心部に、希土類元素と助成ドー
パントとを含んだ領域（希土類元素添加層）を設けるこ
とにより励起効率を効果的に高めることができる。この
希土類元素添加層をコア内の励起光のパワー分布に合わ
せて多層に形成することにより、より効果的に励起効率
を高めることができる。
【００１２】希土類元素として、Ｅｒ，Ｎｄ，Ｙｂ，Ｓ
ｍ，Ｃｅ，Ｈｏ，Ｔｍなどを少なくとも１種含んだもの
を適宜用いることにより、増幅することができる波長領
域を種々に設定することができる。たとえば、Ｅｒを含
んだ光導波路の場合、増幅することができる信号光は1.
5 μｍ帯であり、その励起光には0.8 μｍ帯，0.98μｍ
帯，1.48μｍ帯などを用いることができる。Ｎｄを含ん
だ光導波路の場合、増幅することができる信号光は、1.
3 μｍ帯，0.9 μｍ帯，1.1 μｍ帯であり、その励起光
には0.8 μｍ帯，0.89μｍ、などを用いることができ
る。また、助成ドーパントにＡｌ，Ｐ，Ｃｒを少なくと
も１種含んだものを用いることにより、希土類元素添加
層のガラス組成として、例えば、Ａｌ2 Ｏ3 −ＧｅＯ2
−Ｅｒ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 ，Ａｌ2 Ｏ3 −Ｐ2 Ｏ5 −Ｇｅ
Ｏ2 −Ｅｒ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 ，Ａｌ2 Ｏ3 −ＧｅＯ2 −
Ｃｒ2 Ｏ3 −Ｅｒ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 などが実現できる。
コア内中心部に上記ガラス組成の領域が形成されること
により、光導波路の増幅特性は著しく向上する。
ｍ，Ｃｅ，Ｈｏ，Ｔｍなどを少なくとも１種含んだもの
を適宜用いることにより、増幅することができる波長領
域を種々に設定することができる。たとえば、Ｅｒを含
んだ光導波路の場合、増幅することができる信号光は1.
5 μｍ帯であり、その励起光には0.8 μｍ帯，0.98μｍ
帯，1.48μｍ帯などを用いることができる。Ｎｄを含ん
だ光導波路の場合、増幅することができる信号光は、1.
3 μｍ帯，0.9 μｍ帯，1.1 μｍ帯であり、その励起光
には0.8 μｍ帯，0.89μｍ、などを用いることができ
る。また、助成ドーパントにＡｌ，Ｐ，Ｃｒを少なくと
も１種含んだものを用いることにより、希土類元素添加
層のガラス組成として、例えば、Ａｌ2 Ｏ3 −ＧｅＯ2
−Ｅｒ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 ，Ａｌ2 Ｏ3 −Ｐ2 Ｏ5 −Ｇｅ
Ｏ2 −Ｅｒ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 ，Ａｌ2 Ｏ3 −ＧｅＯ2 −
Ｃｒ2 Ｏ3 −Ｅｒ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 などが実現できる。
コア内中心部に上記ガラス組成の領域が形成されること
により、光導波路の増幅特性は著しく向上する。
【００１３】コアの幅を厚みに比して大きく形成するこ
とにより、コア内を伝搬する光の幅方向に対する閉じ込
めが良くなり、励起光が希土類元素添加層に効率良く集
中して吸収されて反転分布状態が形成され、信号光が高
効率で増幅されるようになる。したがって、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用導波路を実現することが
可能となる。
とにより、コア内を伝搬する光の幅方向に対する閉じ込
めが良くなり、励起光が希土類元素添加層に効率良く集
中して吸収されて反転分布状態が形成され、信号光が高
効率で増幅されるようになる。したがって、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用導波路を実現することが
可能となる。
【００１４】
【００１５】希土類元素添加層の屈折率をその希土類元
素添加層以外のコア領域よりも高くすることにより、光
を希土類元素添加領域に集中させて伝搬させることがで
きる。励起光が希土類元素に吸収されやすくなるので、
励起効率が高められる。助成ドーパントも希土類元素が
添加されている領域にのみに含ませるようにしてあるの
で、光増幅の高利得化並びに広帯域化を高効率で実現す
ることができる。つまり、コア内全体に助成ドーパント
が含まれていると、コア内の屈折率分布も一様になって
励起光のコア中心部への閉じ込めが弱くなるが、本発明
によればこのような不都合は生じない。
素添加層以外のコア領域よりも高くすることにより、光
を希土類元素添加領域に集中させて伝搬させることがで
きる。励起光が希土類元素に吸収されやすくなるので、
励起効率が高められる。助成ドーパントも希土類元素が
添加されている領域にのみに含ませるようにしてあるの
で、光増幅の高利得化並びに広帯域化を高効率で実現す
ることができる。つまり、コア内全体に助成ドーパント
が含まれていると、コア内の屈折率分布も一様になって
励起光のコア中心部への閉じ込めが弱くなるが、本発明
によればこのような不都合は生じない。
【００１６】なお、助成ドーパントをコア中心部に多
く、コア周辺部に近づくにつれて少なくすることによ
り、励起光のコア中心部への閉じ込めを強くすることも
一見有効と考えられる。しかし、これは助成ドーパント
の増大によるレーレー散乱損失の増加をまねくので好ま
しくない。また、コア内への助成ドーパント添加量が増
大し過ぎるとコアの軟化温度の低下を招くことになり、
コアをクラッドで覆う際にコアの軟化温度低下に依存す
るコアの形状変形を生じ、それに伴う各種光回路（カプ
ラ，フィルタ、分波器など）の設計を難しくすることに
つながる。
く、コア周辺部に近づくにつれて少なくすることによ
り、励起光のコア中心部への閉じ込めを強くすることも
一見有効と考えられる。しかし、これは助成ドーパント
の増大によるレーレー散乱損失の増加をまねくので好ま
しくない。また、コア内への助成ドーパント添加量が増
大し過ぎるとコアの軟化温度の低下を招くことになり、
コアをクラッドで覆う際にコアの軟化温度低下に依存す
るコアの形状変形を生じ、それに伴う各種光回路（カプ
ラ，フィルタ、分波器など）の設計を難しくすることに
つながる。
【００１７】次に、本発明の製造方法によれば、ガラス
導波路を基板上にプレ−ナ技術によって形成することが
できるので、ガラス導波路の光伝搬部分であるコア内の
所定の部分に希土類元素並びに助成ドーパントを集中
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
基板上に一括して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。
導波路を基板上にプレ−ナ技術によって形成することが
できるので、ガラス導波路の光伝搬部分であるコア内の
所定の部分に希土類元素並びに助成ドーパントを集中
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
基板上に一括して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。
【００１８】
【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。
明する。
【００１９】図１に本発明の前提となった希土類元素添
加光導波路を示す。これは埋込み型光導波路構造の一例
を示すものであり、基板１上に形成された低屈折率ｎ
ｃ１のクラッド２ａ上に矩形状のコア３（屈折率ｎｗ；
ｎｗ＞ｎｃ１）が形成され、コア３の表面およびクラッ
ド２ａの表面をクラッド２ｂ（屈折率ｎｃ２；ｎｃ２＜
ｎｗ，ｎｃ１≧ｎｃ２，あるいはｎｃ１≦ｎｃ２）で覆
った構造になっている。基板１には、Ｓｉ，ＧａＡｓ，
ＩｎＰ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、ＬｉＮ６Ｏ３，Ｌ
ｉＴａＯ３などの強誘電体基板、サファイヤ基板、ＹＩ
Ｇなどの磁性体基板、などが用いられる。クラッド２
ａ，２ｂには、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一種類含んだ材質
が用いられる。コア３の厚みＴ方向中央部のΔＴの領域
には、Ｅｒ，Ｎｄ，Ｙｂ，Ｓｍ，Ｃｅ，Ｈｏ，Ｔｍなど
の希土類元素が少なくとも一種類添加されて希土類元素
添加層４が形成されている。この希土類元素添加層４に
は、Ａｌ，Ｐ，Ｃｒなどの助成ドーパントが共に添加さ
れている。コア３の中の希土類元素添加層４以外の領域
はＳｉＯ２、あるいはＳｉＯ２にＧｅ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｚ
ｎ，などの屈折率制御用添加物を少なくとも１種含んだ
材料が用いられる。ここで、光導波路が単一モード伝送
用の場合には、コア３とクラッド２ａとの比屈折率差Δ
＝（ｎｗ−ｎｃ１）／ｎｗ×１００％（あるいはΔ＝
（ｎｗ−ｎｃ２）／ｎｗ×１００％）は０．１〜２．０
％好ましくは０．２〜０．８％の範囲内から選ばれ、コ
ア３の厚みＴは数μｍから１０μｍの範囲内から、また
コア３の幅Ｗは３μｍ〜数１０μｍ好ましくは６μｍ〜
１０数μｍの範囲内から選ばれる。ただし、コア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内に効率よく集中して希土類元素に吸収されるよ
うにするために、Ｗ＞Ｔとなるようにコア３は設定す
る。たとえば、波長１．５５μｍ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，
Δ＝０．２５％，希土類元素添加層４の厚みΔＴ＝１〜
５μｍのように設定される。このように、コア３内の励
起光のパワー分布の最大となる領域に希土類元素と助成
ドーパントを共に添加しておけば、励起光が希土類元素
に効率よく吸収されて反転分布状態が形成され、この状
態で１．５μｍ帯の信号光が伝搬してくると、信号光は
増幅される。希土類元素添加層４にＡｌ，Ｐ，Ｃｒなど
の助成ドーパントが共に添加されているので、光増幅の
高利得化と広帯域化を図ることができる。すなわち、こ
れら助成ドーパントの添加は、希土類元素添加層４内に
希土類元素を多量に入れたことによって生ずる希土類元
素の濃度消光による増幅利得の低下を抑制することがで
きる。
加光導波路を示す。これは埋込み型光導波路構造の一例
を示すものであり、基板１上に形成された低屈折率ｎ
ｃ１のクラッド２ａ上に矩形状のコア３（屈折率ｎｗ；
ｎｗ＞ｎｃ１）が形成され、コア３の表面およびクラッ
ド２ａの表面をクラッド２ｂ（屈折率ｎｃ２；ｎｃ２＜
ｎｗ，ｎｃ１≧ｎｃ２，あるいはｎｃ１≦ｎｃ２）で覆
った構造になっている。基板１には、Ｓｉ，ＧａＡｓ，
ＩｎＰ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、ＬｉＮ６Ｏ３，Ｌ
ｉＴａＯ３などの強誘電体基板、サファイヤ基板、ＹＩ
Ｇなどの磁性体基板、などが用いられる。クラッド２
ａ，２ｂには、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一種類含んだ材質
が用いられる。コア３の厚みＴ方向中央部のΔＴの領域
には、Ｅｒ，Ｎｄ，Ｙｂ，Ｓｍ，Ｃｅ，Ｈｏ，Ｔｍなど
の希土類元素が少なくとも一種類添加されて希土類元素
添加層４が形成されている。この希土類元素添加層４に
は、Ａｌ，Ｐ，Ｃｒなどの助成ドーパントが共に添加さ
れている。コア３の中の希土類元素添加層４以外の領域
はＳｉＯ２、あるいはＳｉＯ２にＧｅ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｚ
ｎ，などの屈折率制御用添加物を少なくとも１種含んだ
材料が用いられる。ここで、光導波路が単一モード伝送
用の場合には、コア３とクラッド２ａとの比屈折率差Δ
＝（ｎｗ−ｎｃ１）／ｎｗ×１００％（あるいはΔ＝
（ｎｗ−ｎｃ２）／ｎｗ×１００％）は０．１〜２．０
％好ましくは０．２〜０．８％の範囲内から選ばれ、コ
ア３の厚みＴは数μｍから１０μｍの範囲内から、また
コア３の幅Ｗは３μｍ〜数１０μｍ好ましくは６μｍ〜
１０数μｍの範囲内から選ばれる。ただし、コア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内に効率よく集中して希土類元素に吸収されるよ
うにするために、Ｗ＞Ｔとなるようにコア３は設定す
る。たとえば、波長１．５５μｍ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，
Δ＝０．２５％，希土類元素添加層４の厚みΔＴ＝１〜
５μｍのように設定される。このように、コア３内の励
起光のパワー分布の最大となる領域に希土類元素と助成
ドーパントを共に添加しておけば、励起光が希土類元素
に効率よく吸収されて反転分布状態が形成され、この状
態で１．５μｍ帯の信号光が伝搬してくると、信号光は
増幅される。希土類元素添加層４にＡｌ，Ｐ，Ｃｒなど
の助成ドーパントが共に添加されているので、光増幅の
高利得化と広帯域化を図ることができる。すなわち、こ
れら助成ドーパントの添加は、希土類元素添加層４内に
希土類元素を多量に入れたことによって生ずる希土類元
素の濃度消光による増幅利得の低下を抑制することがで
きる。
【００２０】図２（ａ）〜（ｃ）は図１の希土類元素添
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。図示するように、希土類元素添加層４の屈折率は希
土類元素並びに助成ドーパントが添加されていない領域
のコアの屈折率よりも少し高くなっている。（ａ）は希
土類元素添加層４（−ΔＴ／２から＋ΔＴ／２の範囲）
内の屈折率分布が平坦な場合、（ｂ）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、（ｃ）は
中央部に行くに従って連続的な曲線状に屈折率が高くな
っている場合を示している。このように希土類元素添加
層４の屈折率をその周辺のコアの屈折率よりも高くする
ことにより、励起光の希土類元素添加層４内への閉じ込
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。図示するように、希土類元素添加層４の屈折率は希
土類元素並びに助成ドーパントが添加されていない領域
のコアの屈折率よりも少し高くなっている。（ａ）は希
土類元素添加層４（−ΔＴ／２から＋ΔＴ／２の範囲）
内の屈折率分布が平坦な場合、（ｂ）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、（ｃ）は
中央部に行くに従って連続的な曲線状に屈折率が高くな
っている場合を示している。このように希土類元素添加
層４の屈折率をその周辺のコアの屈折率よりも高くする
ことにより、励起光の希土類元素添加層４内への閉じ込
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。
【００２１】図３に本発明の希土類元素添加光導波路の
一実施例を示す。これは、コア３内に希土類元素添加層
を３箇所形成した多層構造の光導波路を示しており、コ
ア３の厚みＴ方向中央部のΔＴ０の領域，下部のΔＴ１
の領域，および上部のΔＴ１の領域に希土類元素と助成
ドーパントを共に添加した３つの希土類元素添加層４
ａ，４ｂ，４ｃがコア３の厚みＴ方向に互いに離間させ
て形成されている。ここで、例えば、波長１．５μｍ帯
で用いる場合、導波路構造はＴ＝８μｍ，Ｗ＝１２μ
ｍ，Δ＝０．３５％，ΔＴ０＝２μｍ，ΔＴ１＝１μｍ
とし、希土類元素としてＥｒ、助成ドーパントとしてＡ
ｌとＰとを用いる。コア３の希土類元素添加層４ａ，４
ｂ，４ｃ以外の領域にはＳｉＯ２−ＧｅＯ２系ガラス、
希土類元素添加層４ａ，４ｂ，４ｃにはｓｉＯ２−Ｇｅ
Ｏ２−Ａｌ２Ｏ３−Ｐ２Ｏ５−Ｅｒ２Ｏ３系ガラス、ク
ラッド２ａおよび２ｂにはＳｉＯ２−Ｐ２Ｏ５−Ｂ２Ｏ
３系ガラス，基板１にはＳｉＯ ２ ガラスを用いる。この
ように、コア３内の励起光のパワー分布に対応させて希
土類元素と助成ドーパントを多層状に共に添加しておけ
ば、コア３の中に全体に均一に添加した場合に比し、励
起光の励起効率を高めることができる。図４に希土類元
素添加層をさらに多層に形成した例を示す。ここではコ
ア３の厚みＴ方向に、希土類元素並びに助成ドーパント
を共に添加した領域（希土類元素添加層４ａ，４ｂ，４
ｃ，４ｄ，および４ｅ）が５つ設けられている。たとえ
ば、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，０．５μ
ｍ，、０．５μｍのように設定される。また希土類元素
と助成ドーパントが共に添加されていないコア領域３ａ
〜３ｆの厚みは０．７５μｍ，０．７５μｍ，０．５μ
ｍ，０．５μｍ，０．５μｍ，０．５μｍのように設定
される。このように、希土類元素と助成ドーパントを共
に添加した層は１層以上，１０数層程度設けることがで
きる。
一実施例を示す。これは、コア３内に希土類元素添加層
を３箇所形成した多層構造の光導波路を示しており、コ
ア３の厚みＴ方向中央部のΔＴ０の領域，下部のΔＴ１
の領域，および上部のΔＴ１の領域に希土類元素と助成
ドーパントを共に添加した３つの希土類元素添加層４
ａ，４ｂ，４ｃがコア３の厚みＴ方向に互いに離間させ
て形成されている。ここで、例えば、波長１．５μｍ帯
で用いる場合、導波路構造はＴ＝８μｍ，Ｗ＝１２μ
ｍ，Δ＝０．３５％，ΔＴ０＝２μｍ，ΔＴ１＝１μｍ
とし、希土類元素としてＥｒ、助成ドーパントとしてＡ
ｌとＰとを用いる。コア３の希土類元素添加層４ａ，４
ｂ，４ｃ以外の領域にはＳｉＯ２−ＧｅＯ２系ガラス、
希土類元素添加層４ａ，４ｂ，４ｃにはｓｉＯ２−Ｇｅ
Ｏ２−Ａｌ２Ｏ３−Ｐ２Ｏ５−Ｅｒ２Ｏ３系ガラス、ク
ラッド２ａおよび２ｂにはＳｉＯ２−Ｐ２Ｏ５−Ｂ２Ｏ
３系ガラス，基板１にはＳｉＯ ２ ガラスを用いる。この
ように、コア３内の励起光のパワー分布に対応させて希
土類元素と助成ドーパントを多層状に共に添加しておけ
ば、コア３の中に全体に均一に添加した場合に比し、励
起光の励起効率を高めることができる。図４に希土類元
素添加層をさらに多層に形成した例を示す。ここではコ
ア３の厚みＴ方向に、希土類元素並びに助成ドーパント
を共に添加した領域（希土類元素添加層４ａ，４ｂ，４
ｃ，４ｄ，および４ｅ）が５つ設けられている。たとえ
ば、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，０．５μ
ｍ，、０．５μｍのように設定される。また希土類元素
と助成ドーパントが共に添加されていないコア領域３ａ
〜３ｆの厚みは０．７５μｍ，０．７５μｍ，０．５μ
ｍ，０．５μｍ，０．５μｍ，０．５μｍのように設定
される。このように、希土類元素と助成ドーパントを共
に添加した層は１層以上，１０数層程度設けることがで
きる。
【００２２】また、図５はクラッド５の形状を凸形状に
することにより、コア３内に余分に応力（熱膨脹係数の
違いによって生ずる応力）が加わらないように、コア３
の側面側のクラッドを薄くした構造である。
することにより、コア３内に余分に応力（熱膨脹係数の
違いによって生ずる応力）が加わらないように、コア３
の側面側のクラッドを薄くした構造である。
【００２３】なお、本発明の光導波路の構造は上記実施
例に限定されない。例えば直線導波路以外に、曲線光導
波路、90°屈曲部を有する導波路、Ｙ分岐光導波路，交
差型光導波路などであってもよい。また、複数のコアを
有する方向性結合器型光導波路、リング共振器型光導波
路のような結合器構造の光導波路であってもよい。さら
には、希土類元素添加光導波路を用いて、光合分波器、
光スターカプラ、光スイッチ、光変調器、半導体レーザ
ー、受光素子、干渉膜フィルタ、レンズなどを実装した
光伝送用送信或いは受信モジュールを構成してもよい。
例に限定されない。例えば直線導波路以外に、曲線光導
波路、90°屈曲部を有する導波路、Ｙ分岐光導波路，交
差型光導波路などであってもよい。また、複数のコアを
有する方向性結合器型光導波路、リング共振器型光導波
路のような結合器構造の光導波路であってもよい。さら
には、希土類元素添加光導波路を用いて、光合分波器、
光スターカプラ、光スイッチ、光変調器、半導体レーザ
ー、受光素子、干渉膜フィルタ、レンズなどを実装した
光伝送用送信或いは受信モジュールを構成してもよい。
【００２４】次に、本発明に係る光導波路の製造方法の
一例として、図１に示した埋込み型光導波路の製造方法
について説明する。
一例として、図１に示した埋込み型光導波路の製造方法
について説明する。
【００２５】まず、図６（ａ）に示すように、基板１上
に第１のクラッド膜２ａを形成する。このクラッド膜２
ａは化学気相堆積法（ＣＶＤ法），火炎堆積法，スパッ
タリング法，電子ビーム蒸着法，イオンプレーティング
法，プラズマＣＶＤ法，ゾル・ゲル法などのいずれの方
法を用いて形成してもよい。次に図６（ｂ）に示すよう
に，コア膜３ａ．を厚み（Ｔ／２−ΔＴ／２）だけ形成
する。このコア膜３ａも上記膜形成方法のいずれかの方
法で形成することができる。その後、コア膜３ａの上
に、希土類元素と助成ドーパントを共に添加したコア膜
（希土類元素添加層４）を積層形成し、その上にさらに
コア膜３ａと略同じ材質のコア膜３ｂを積層形成する。
この（ｂ）のプロセスにおいて、コア膜３ａ，希土類元
素添加層４，およびコア膜３ｂ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
図６（ｃ）に示すように、コア膜３ａ，３ｂ及び希土類
元素添加層４から成る積層体をフォトリソグラフィ，ド
ライエッチグプロセスにより断面略矩形状のコア３に成
形する。そして最後に、コア３を覆うようにして第１の
クラッド膜２ａと略同じ屈折率の第２のクラッド膜２ｂ
を形成することにより、埋込み型光導波路が形成され
る。
に第１のクラッド膜２ａを形成する。このクラッド膜２
ａは化学気相堆積法（ＣＶＤ法），火炎堆積法，スパッ
タリング法，電子ビーム蒸着法，イオンプレーティング
法，プラズマＣＶＤ法，ゾル・ゲル法などのいずれの方
法を用いて形成してもよい。次に図６（ｂ）に示すよう
に，コア膜３ａ．を厚み（Ｔ／２−ΔＴ／２）だけ形成
する。このコア膜３ａも上記膜形成方法のいずれかの方
法で形成することができる。その後、コア膜３ａの上
に、希土類元素と助成ドーパントを共に添加したコア膜
（希土類元素添加層４）を積層形成し、その上にさらに
コア膜３ａと略同じ材質のコア膜３ｂを積層形成する。
この（ｂ）のプロセスにおいて、コア膜３ａ，希土類元
素添加層４，およびコア膜３ｂ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
図６（ｃ）に示すように、コア膜３ａ，３ｂ及び希土類
元素添加層４から成る積層体をフォトリソグラフィ，ド
ライエッチグプロセスにより断面略矩形状のコア３に成
形する。そして最後に、コア３を覆うようにして第１の
クラッド膜２ａと略同じ屈折率の第２のクラッド膜２ｂ
を形成することにより、埋込み型光導波路が形成され
る。
【００２６】このように、本発明の製造方法は希土類元
素添加光導波路をプレ−ナ技術によって基板１上に形成
するので、ガラス導波路の光伝搬部分であるコア３内の
所定の領域（希土類元素添加層４）に希土類元素並びに
助成ド−パントを集中的、且つ幅方向に一様に添加する
ことができる。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１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。
素添加光導波路をプレ−ナ技術によって基板１上に形成
するので、ガラス導波路の光伝搬部分であるコア３内の
所定の領域（希土類元素添加層４）に希土類元素並びに
助成ド−パントを集中的、且つ幅方向に一様に添加する
ことができる。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１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。
【００２７】なお、図３〜５に示した光導波路も上述の
工程と同様、プレ−ナ技術によって製造することができ
る。すなわち、図３，４に示したような多層構造の光導
波路を製造する場合には、コア３となる部分を積層形成
する工程（上記図６（ｂ）の工程に相当）おいて、希土
類元素並びに助成ドーパントを共に添加した領域（希土
類元素添加層４ａ，４ｂ，４ｃ等）と、希土類元素並び
に助成ド−パントを添加しない領域（コア領域３ａ，３
ｂ，３ｃ等）とを積層する処理回数を多くすればよい。
この場合、希土類元素並びに助成ドーパントを共に添加
した個々の領域は薄い層であるので、容易にエッチング
して矩形状コア３を得ることができる。また、図５に示
したような凸型導波路を製造する場合には、コア３を覆
うクラッド膜を形成する工程（上記図６（ｃ）の工程に
相当）の後、さらにコア３の側面側のクラッドを薄くす
るようにエッチング処理を行えばよい。
工程と同様、プレ−ナ技術によって製造することができ
る。すなわち、図３，４に示したような多層構造の光導
波路を製造する場合には、コア３となる部分を積層形成
する工程（上記図６（ｂ）の工程に相当）おいて、希土
類元素並びに助成ドーパントを共に添加した領域（希土
類元素添加層４ａ，４ｂ，４ｃ等）と、希土類元素並び
に助成ド−パントを添加しない領域（コア領域３ａ，３
ｂ，３ｃ等）とを積層する処理回数を多くすればよい。
この場合、希土類元素並びに助成ドーパントを共に添加
した個々の領域は薄い層であるので、容易にエッチング
して矩形状コア３を得ることができる。また、図５に示
したような凸型導波路を製造する場合には、コア３を覆
うクラッド膜を形成する工程（上記図６（ｃ）の工程に
相当）の後、さらにコア３の側面側のクラッドを薄くす
るようにエッチング処理を行えばよい。
【００２８】
【発明の効果】以上要するに、本発明によれば次の如き
優れた効果が発揮できる。
優れた効果が発揮できる。
【００２９】（１）励起光の分布率が最も高いコア中心
部に希土類元素添加層を形成し、しかも、希土類元素添
加層に助成ドーパントを添加したので、希土類元素の添
加濃度を高くすることによって生ずる濃度消光による増
幅利得の低下を抑制して、高効率で信号光を増幅するこ
とができる。さらに希土類元素添加層をコア内の励起光
のパワー分布に合わ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高めることができる。
部に希土類元素添加層を形成し、しかも、希土類元素添
加層に助成ドーパントを添加したので、希土類元素の添
加濃度を高くすることによって生ずる濃度消光による増
幅利得の低下を抑制して、高効率で信号光を増幅するこ
とができる。さらに希土類元素添加層をコア内の励起光
のパワー分布に合わ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高めることができる。
【００３０】（２）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
だものを適宜用いることにより、増幅することができる
波長帯域を種々に設定することができ、また、助成ドー
パントにＡｌ，Ｐ，Ｃｒを少なくとも１種含んだものを
用いることにより、光導波路の増幅特性を著しく向上さ
せることができる。
ｂ，Ｓｍ，Ｃｅ，Ｈｏ，Ｔｍなどを少なくとも１種含ん
だものを適宜用いることにより、増幅することができる
波長帯域を種々に設定することができ、また、助成ドー
パントにＡｌ，Ｐ，Ｃｒを少なくとも１種含んだものを
用いることにより、光導波路の増幅特性を著しく向上さ
せることができる。
【００３１】（３）コアの幅を厚みに比して大きく形成
することにより、コア内を伝搬する光の幅方向に対する
閉じ込めを良くし、励起光を希土類元素添加層に効率良
く集中させて吸収させることができるので、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用導波路を実現することが
できる。
することにより、コア内を伝搬する光の幅方向に対する
閉じ込めを良くし、励起光を希土類元素添加層に効率良
く集中させて吸収させることができるので、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用導波路を実現することが
できる。
【００３２】
【００３３】（４）希土類元素添加層の屈折率をその周
辺のコア領域よりも高くすることにより、コア内を伝搬
する光の希土類元素添加層内への閉じ込めを良くするこ
とができるので、励起光が希土類元素に吸収されやすく
なり、励起効率が高められる。
辺のコア領域よりも高くすることにより、コア内を伝搬
する光の希土類元素添加層内への閉じ込めを良くするこ
とができるので、励起光が希土類元素に吸収されやすく
なり、励起効率が高められる。
【００３４】（５）ガラス導波路を基板上にプレーナ技
術によって形成することができるので、ガラス導波路の
光伝搬部分であるコア内の所定の部分に希土類元素並び
に助成ドーパントを集中的、且つ幅方向に一様に添加す
ることができ、また、この光導波路を他の光学素子と共
に基板上に一括して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。
術によって形成することができるので、ガラス導波路の
光伝搬部分であるコア内の所定の部分に希土類元素並び
に助成ドーパントを集中的、且つ幅方向に一様に添加す
ることができ、また、この光導波路を他の光学素子と共
に基板上に一括して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。
【図１】本発明の前提となった希土類元素添加光導波路
を示す斜視図である。
を示す斜視図である。
【図２】図１の光導波路の厚み方向の屈折率分布の一実
施例を示す図である。
施例を示す図である。
【図３】本発明の希土類元素添加光導波路の一実施例を
示す斜視図である。
示す斜視図である。
【図４】本発明の希土類元素添加光導波路の他の実施例
を示す正面図である。
を示す正面図である。
【図５】本発明の希土類元素添加光導波路の他の実施例
を示す斜視図である。
を示す斜視図である。
【図６】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。
一実施例を示す工程図である。
１ 基板 ２ａ 第１のクラッド膜 ２ｂ 第２のクラッド膜 ３ コア ４ 希土類元素添加層（希土類元素と助成ドーパントを
共に添加したコア膜） Ｗ コアの幅 Ｔ コアの厚み
共に添加したコア膜） Ｗ コアの幅 Ｔ コアの厚み
───────────────────────────────────────────────────── 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 (56)参考文献 特開 平２−132422（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−53202（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−221902（ＪＰ，Ａ) 電子情報通信学会技術研究報告 Ｖｏ ｌ．90，Ｎｏ．206，ｐｐ．53−58 （1990／９／17) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01S 3/17 G02F 1/35 501 G02B 6/00 G02B 6/12 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (5)
- 【請求項１】 ガラス導波路のコア内の中心部に導波方
向に沿って希土類元素添加層を形成すると共に該希土類
元素添加層に光増幅の高利得化、広帯域化を助成するド
ーパントを添加した希土類元素添加光導波路において、
上記希土類元素添加層を上記コアの厚み方向に互いに離
間させて複数層形成したことを特徴とする希土類元素添
加光導波路。 - 【請求項２】 上記希土類元素としてＥｒ，Ｎｄ，Ｙ
ｂ，Ｓｍ，Ｃｅ，Ｈｏ，Ｔｍのうち少なくとも一種類の
元素を含んだものを用い、上記ドーパントとしてＡｌ，
Ｐ，Ｃｒのうち少なくとも一種類の元素を含んだものを
用いた請求項１記載の希土類元素添加光導波路。 - 【請求項３】 上記ガラス導波路を幅が厚みよりも大き
い断面略矩形状のコアをそれよりも低屈折率のクラッド
で覆って構成した請求項１又は２記載の希土類元素添加
光導波路。 - 【請求項４】 上記希土類元素添加層の屈折率が希土類
元素を含んでいない部分のコアの屈折率よりも高い請求
項１〜３のいずれかに記載の希土類元素添加光導波路。 - 【請求項５】 基板上に形成された第１のクラッド膜上
に、希土類元素並びに光増幅の高利得化、広帯域化を助
成するドーパントを添加しないコア膜と、希土類元素並
びに上記ドーパントを共に添加したコア膜とを順次、少
なくとも二層ずつ積層させ、その積層体をフォトリソグ
ラフィ，ドライエッチングプロセスにより断面略矩形状
に成形した後、その積層体の全表面を覆って第２のクラ
ッド膜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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13422491A JP2842954B2 (ja) | 1991-06-05 | 1991-06-05 | 希土類元素添加光導波路及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13422491A JP2842954B2 (ja) | 1991-06-05 | 1991-06-05 | 希土類元素添加光導波路及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04359230A JPH04359230A (ja) | 1992-12-11 |
| JP2842954B2 true JP2842954B2 (ja) | 1999-01-06 |
Family
ID=15123325
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13422491A Expired - Fee Related JP2842954B2 (ja) | 1991-06-05 | 1991-06-05 | 希土類元素添加光導波路及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2842954B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2704323B1 (fr) * | 1993-02-17 | 1997-09-05 | Canada Majesty In Right Of | Photosensibilisation de fibres optiques et guides d'ondes de silice. |
| JPH11121839A (ja) * | 1997-10-17 | 1999-04-30 | Fujitsu Ltd | 光増幅用ファイバ及び光ファイバ増幅器 |
| US6229939B1 (en) * | 1999-06-03 | 2001-05-08 | Trw Inc. | High power fiber ribbon laser and amplifier |
| EP1456695A4 (en) * | 2001-12-20 | 2006-07-19 | Corning Inc | ISOTOPICALLY MODIFIED OPTICAL FIBER |
| 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 |
-
1991
- 1991-06-05 JP JP13422491A patent/JP2842954B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 電子情報通信学会技術研究報告 Ｖｏｌ．９０，Ｎｏ．２０６，ｐｐ．５３−５８（１９９０／９／１７） |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04359230A (ja) | 1992-12-11 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| S531 | Written request for registration of change of domicile |
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|
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