JP2859763B2 - 単一モード伝送用機能性ガラス導波路 - Google Patents
単一モード伝送用機能性ガラス導波路Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、アクティブデバイスの
構築に好適な単一モード伝送用機能性ガラス導波路に関
するものである。
構築に好適な単一モード伝送用機能性ガラス導波路に関
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や光ファイバレーザーが実現した。
これに伴ない、より小型で多機能性を期待できる導波路
型の増幅器やレーザーの研究が注目されるようになって
きた。
た光ファイバ増幅器や光ファイバレーザーが実現した。
これに伴ない、より小型で多機能性を期待できる導波路
型の増幅器やレーザーの研究が注目されるようになって
きた。
【０００３】その一例として、図５に導波路型ガラスレ
ーザーの従来例を示す。これは、基板としてリン酸塩系
レーザーガラス（たとえば、ＨＯＹＡ製，型式ＬＨＧ
５，Ｎｄ添加量：３ｗｔ％）を用い、そのガラス基板内
に断面が半円状のチャネル導波路を形成し、この導波路
の入射端に波長 800ｎｍを 85％透過し 1.054μｍを99.
9％以上反射する膜を、また、出射端には 1.054μｍの
光を 0.3％透過する膜を蒸着した構成である。半円状の
チャネル導波路は、ガラス基板上にＴｉでマスクパター
ンを設け、その上に拡散源であるＡｇ金属膜を蒸着し、
さらにその上と基板の裏面とに電極としてＡｕ膜を設け
る。そして、これら両Ａｕ膜に約 400℃下で電圧を数時
間印加して、ＡｇイオンをＴｉ膜のスリットを通してガ
ラス内に拡散させることで得られている。
ーザーの従来例を示す。これは、基板としてリン酸塩系
レーザーガラス（たとえば、ＨＯＹＡ製，型式ＬＨＧ
５，Ｎｄ添加量：３ｗｔ％）を用い、そのガラス基板内
に断面が半円状のチャネル導波路を形成し、この導波路
の入射端に波長 800ｎｍを 85％透過し 1.054μｍを99.
9％以上反射する膜を、また、出射端には 1.054μｍの
光を 0.3％透過する膜を蒸着した構成である。半円状の
チャネル導波路は、ガラス基板上にＴｉでマスクパター
ンを設け、その上に拡散源であるＡｇ金属膜を蒸着し、
さらにその上と基板の裏面とに電極としてＡｕ膜を設け
る。そして、これら両Ａｕ膜に約 400℃下で電圧を数時
間印加して、ＡｇイオンをＴｉ膜のスリットを通してガ
ラス内に拡散させることで得られている。
【０００４】このガラスレーザーにおいては、導波路の
入射端より波長 800ｎｍの励起用半導体レーザー光を入
射させることにより、出射端より波長1.054μｍで発振
したレーザ光が出力される。その発振しきい値は 10 ｍ
Ｗ以下と低く、また、高い発振効率（〜30％）と高出力
（100 数十ｍＷ）とが実現されている。
入射端より波長 800ｎｍの励起用半導体レーザー光を入
射させることにより、出射端より波長1.054μｍで発振
したレーザ光が出力される。その発振しきい値は 10 ｍ
Ｗ以下と低く、また、高い発振効率（〜30％）と高出力
（100 数十ｍＷ）とが実現されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このように図５の導波
路型ガラスレーザーでは、高い発振効率と高出力とが実
現される。しかし、今まで実現されているのは、半円状
の導波路径が 90 μｍ〜200μｍ、導波路の開口数（Ｎ
Ａ）が 0.32 のマルチモードの導波路型ガラスレーザー
であり、導波路径が 10 μｍ前後からなるシングルモー
ドの導波路型ガラスレーザーはまだ実現されていない。
路型ガラスレーザーでは、高い発振効率と高出力とが実
現される。しかし、今まで実現されているのは、半円状
の導波路径が 90 μｍ〜200μｍ、導波路の開口数（Ｎ
Ａ）が 0.32 のマルチモードの導波路型ガラスレーザー
であり、導波路径が 10 μｍ前後からなるシングルモー
ドの導波路型ガラスレーザーはまだ実現されていない。
【０００６】この原因には次のような点が考えられる。
【０００７】(1) Ａｇイオンをガラス内に拡散させて導
波路を形成する方法では、その導波路径を 10 μｍ前後
に精密に制御することがむずかしい。
波路を形成する方法では、その導波路径を 10 μｍ前後
に精密に制御することがむずかしい。
【０００８】(2) ＮＡが 0.32 の場合、比屈折率差Δは
2.2％程度となる。シングルモードの導波路を実現する
には、Δを１％前後にしなければならないが、上記導波
路構造でΔを１％前後にすることはむずかしい。
2.2％程度となる。シングルモードの導波路を実現する
には、Δを１％前後にしなければならないが、上記導波
路構造でΔを１％前後にすることはむずかしい。
【０００９】以上のように従来は、導波路の構造パラメ
ータならびに比屈折率差を自由に制御できず、そのた
め、シングルモードのガラスレーザなどアクティブデバ
イスを実現できなかった。
ータならびに比屈折率差を自由に制御できず、そのた
め、シングルモードのガラスレーザなどアクティブデバ
イスを実現できなかった。
【００１０】本発明の目的は、前述した従来技術の欠点
を解決し、導波路の構造パラメータを均一に制御したシ
ングルモードの機能性ガラス導波路を提供し、これによ
り導波路型のレーザー、増幅器、共振器などアクティブ
光デバイスの実現を可能とすることにある。
を解決し、導波路の構造パラメータを均一に制御したシ
ングルモードの機能性ガラス導波路を提供し、これによ
り導波路型のレーザー、増幅器、共振器などアクティブ
光デバイスの実現を可能とすることにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の単一モード伝送
用機能性ガラス導波路は、希土類元素を含むリン酸塩系
ガラス基板上にＡｇイオンの添加された略矩形状のコア
を有し、このコアの上面および側面が平坦に保たれ、か
つ、これら上面および側面がコアの屈折率よりも低いク
ラッドで覆われており、かつ、コアの上面および側面と
クラッドとの間には、クラッドの屈折率よりも低屈折率
の層が挿入されているものである。さらに、本発明の導
波路は、その使用に際して、コアの一端より信号光と励
起光を重畳させて伝搬させることにより、そのコアの他
端から増幅された信号光をとりだすように構成されるこ
とが望ましい。また、光分岐・結合素子、光分波素子、
光合波素子などの光受動素子のうち少なくとも１つに構
成されることも好適である。
用機能性ガラス導波路は、希土類元素を含むリン酸塩系
ガラス基板上にＡｇイオンの添加された略矩形状のコア
を有し、このコアの上面および側面が平坦に保たれ、か
つ、これら上面および側面がコアの屈折率よりも低いク
ラッドで覆われており、かつ、コアの上面および側面と
クラッドとの間には、クラッドの屈折率よりも低屈折率
の層が挿入されているものである。さらに、本発明の導
波路は、その使用に際して、コアの一端より信号光と励
起光を重畳させて伝搬させることにより、そのコアの他
端から増幅された信号光をとりだすように構成されるこ
とが望ましい。また、光分岐・結合素子、光分波素子、
光合波素子などの光受動素子のうち少なくとも１つに構
成されることも好適である。
【００１２】
【作用】本発明の単一モード伝送用機能性ガラス導波路
は、従来の導波路にさらに微細加工・ガラス膜堆積を施
すことで製作される構造としたものである。すなわち、
希土類元素を含むリン酸塩系ガラス基板内に従来同様の
拡散プロセスにより半円状の高屈折率部分（チャネル導
波路）を形成したのち、この高屈折率部分をフォトリソ
グラフィとドライエッチングプロセスによりリッジ状
（コア）に加工し、このリッジ表面全体を低屈折率のク
ラッド層で被覆することで得られる。このようなプロセ
スで製作できるため、コアの厚みおよび幅を簡単かつ正
確に１０μｍ以下に制御できる。しかも、外付けのクラ
ッドの屈折率を調整することで、比屈折率差を自由に制
御できるという特徴もある。したがって、構造パラメー
タならびに比屈折率差をともにシングルモード条件に設
定でき、機能性ガラス導波路を単一モード伝送用として
構成することができる。また、以上のように加工された
コアの上面および側面は平坦に保たれ、そのコアとクラ
ッドとの界面では屈折率がステップ状に変化しているの
で、低損失で光の閉じ込めの良いガラス導波路を得るこ
ともできる。さらに、コアの上面および側面とクラッド
との間にクラッドの屈折率よりも低い屈折率を有する層
が挿入されることにより、コア内での励起光の閉じ込め
が良くなり、励起効率が高くなる。
は、従来の導波路にさらに微細加工・ガラス膜堆積を施
すことで製作される構造としたものである。すなわち、
希土類元素を含むリン酸塩系ガラス基板内に従来同様の
拡散プロセスにより半円状の高屈折率部分（チャネル導
波路）を形成したのち、この高屈折率部分をフォトリソ
グラフィとドライエッチングプロセスによりリッジ状
（コア）に加工し、このリッジ表面全体を低屈折率のク
ラッド層で被覆することで得られる。このようなプロセ
スで製作できるため、コアの厚みおよび幅を簡単かつ正
確に１０μｍ以下に制御できる。しかも、外付けのクラ
ッドの屈折率を調整することで、比屈折率差を自由に制
御できるという特徴もある。したがって、構造パラメー
タならびに比屈折率差をともにシングルモード条件に設
定でき、機能性ガラス導波路を単一モード伝送用として
構成することができる。また、以上のように加工された
コアの上面および側面は平坦に保たれ、そのコアとクラ
ッドとの界面では屈折率がステップ状に変化しているの
で、低損失で光の閉じ込めの良いガラス導波路を得るこ
ともできる。さらに、コアの上面および側面とクラッド
との間にクラッドの屈折率よりも低い屈折率を有する層
が挿入されることにより、コア内での励起光の閉じ込め
が良くなり、励起効率が高くなる。
【００１３】上記導波路を用いれば、たとえば、励起光
と信号光を入力させて信号光を増幅させる光増幅器が可
能となる。この場合、Ａｌ、Ｃｒなどの添加物をさらに
コア内に含ませれば、光増幅の帯域特性を拡げることも
できる。また、コアの入出力両端面にミラーを形成し入
力側より波長 0.8μｍの光を励振すれば、出力側より波
長1.05μｍ（あるいは 1.3μｍ帯）で発振した光をとり
だすガラスレーザが可能となる。さらに、上記導波路を
リング状に形成し、このリング状導波路に２つの方向性
結合器を接続し、一方の結合器を介して励起光を結合さ
せれば、他方の結合器よりリングで発振した光をとりだ
すリング共振器が可能となる。以上のように、低損失の
シングルモード導波路の実現により、種々のアクティブ
光デバイスを構築することが可能となる。
と信号光を入力させて信号光を増幅させる光増幅器が可
能となる。この場合、Ａｌ、Ｃｒなどの添加物をさらに
コア内に含ませれば、光増幅の帯域特性を拡げることも
できる。また、コアの入出力両端面にミラーを形成し入
力側より波長 0.8μｍの光を励振すれば、出力側より波
長1.05μｍ（あるいは 1.3μｍ帯）で発振した光をとり
だすガラスレーザが可能となる。さらに、上記導波路を
リング状に形成し、このリング状導波路に２つの方向性
結合器を接続し、一方の結合器を介して励起光を結合さ
せれば、他方の結合器よりリングで発振した光をとりだ
すリング共振器が可能となる。以上のように、低損失の
シングルモード導波路の実現により、種々のアクティブ
光デバイスを構築することが可能となる。
【００１４】シングルモード導波路の実現は、また、低
損失な光分波素子、光合波素子、光分岐・結合素子など
光受動素子の構築をも可能とする。しかも、これらの素
子の損失を補償した損失補償素子、さらには増幅機能を
もった素子などへの展開も容易である。
損失な光分波素子、光合波素子、光分岐・結合素子など
光受動素子の構築をも可能とする。しかも、これらの素
子の損失を補償した損失補償素子、さらには増幅機能を
もった素子などへの展開も容易である。
【００１５】本発明の導波路の別の特徴は、基板として
希土類元素の添加された多成分系のガラスを用いている
ので、将来的に量産が可能で、大幅な低価格化を図れる
ことにある。特に、アクティブ光デバイスを構築する場
合も、基板にイオン拡散、微細加工、ガラス膜堆積プロ
セスを施すだけでよいので、このようなデバイスの価格
低減の効果は顕著である。
希土類元素の添加された多成分系のガラスを用いている
ので、将来的に量産が可能で、大幅な低価格化を図れる
ことにある。特に、アクティブ光デバイスを構築する場
合も、基板にイオン拡散、微細加工、ガラス膜堆積プロ
セスを施すだけでよいので、このようなデバイスの価格
低減の効果は顕著である。
【００１６】なお、リン酸塩系ガラス基板に添加する希
土類元素としては、従来添加のＮｄ以外に、Ｅｒ、Ｙ
ｂ、Ｓｍ、Ｃｅ、Ｈｏ、Ｔｍなどを少なくとも１種含ん
だものでもよい。希土類元素の選定により、光増幅器の
増幅波長帯、ガラスレーザの発振波長帯などを所望に設
定することができる。また、コアに添加するイオンとし
ては、Ａｇイオン以外にＮａあるいはＴｅイオンなどを
用いてもよい。
土類元素としては、従来添加のＮｄ以外に、Ｅｒ、Ｙ
ｂ、Ｓｍ、Ｃｅ、Ｈｏ、Ｔｍなどを少なくとも１種含ん
だものでもよい。希土類元素の選定により、光増幅器の
増幅波長帯、ガラスレーザの発振波長帯などを所望に設
定することができる。また、コアに添加するイオンとし
ては、Ａｇイオン以外にＮａあるいはＴｅイオンなどを
用いてもよい。
【００１７】
【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。
説明する。
【００１８】図１に、本発明の前提となった単一モード
伝送用機能性ガラス導波路の概略図を示す。この機能性
ガラス導波路は、リン酸塩系ガラス基板１上に断面が略
矩形状のコア２を有し、このコア２の上面２ａおよび側
面２ｂがクラッド３で覆われて構成されている。リン酸
塩系ガラス基板１にはあらかじめ希土類元素が添加され
ている。このような基板１の材質としては、ＨＯＹＡ株
式会社製のレーザーガラスＬＨＧ５、ＬＨＧ７、ＬＨＧ
８、ＬＨＧ１０、あるいはエルビウムレーザーガラスＬ
ＥＧ１０、ＬＥＧ２０などがある。これらのガラスは、
Ｐ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５、ＭｇＯ、ＣａＯ、
ＳｎＯ、ＢａＯからなる基礎ガラスにＮｄ２Ｏ３あるい
はＥｒ２Ｏ３を０．１〜８モル％加えてなるリン酸塩系
ガラスである。たとえば、型式ＬＨＧ５のレーザガラス
を用いたとすると、波長１．０５４μｍでの屈折率ｎｓ
はｎｓ＝１．５３０７８である。コア２は上記のリン酸
塩系ガラスにＡｇイオンを添加してなり、基板１よりも
高い屈折率を有する。たとえば、上記ＬＨＧ５にＡｇイ
オンを添加することにより、コア２の屈折率ｎｗは約
１．５６になる。クラッド３はコア２の屈折率よりも低
い屈折率の材質からなる。この材質としては、上記リン
酸塩系ガラスの他に、ホウ酸塩系ガラス（たとえば、Ｌ
ａ２Ｏ３−ＢａＯ−ＴｈＯ２−Ｂ２Ｏ３）、ケイ酸塩系
ガラス（Ｋ２Ｏ−ＢａＯ−ＳｉＯ２、Ｎａ２Ｏ−ＣａＯ
−ＳｉＯ２、Ｌｉ２Ｏ−ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−Ｓｉ
Ｏ２、Ｌｉ２Ｏ−ＢａＯ−ＳｉＯ２、Ｌｉ２Ｏ−ＭｇＯ
−ＳｉＯ２、Ｋ２Ｏ−ＭｇＯ−ＳｉＯ２など）、さらに
は、ＳｉＯ２にＰ、Ｇｅ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｂ、Ｚ
ｎ、Ｓｎ、Ｓｂなどの屈折率制御用ドーパントを少なく
とも１種含んだガラス膜が用いられる。
伝送用機能性ガラス導波路の概略図を示す。この機能性
ガラス導波路は、リン酸塩系ガラス基板１上に断面が略
矩形状のコア２を有し、このコア２の上面２ａおよび側
面２ｂがクラッド３で覆われて構成されている。リン酸
塩系ガラス基板１にはあらかじめ希土類元素が添加され
ている。このような基板１の材質としては、ＨＯＹＡ株
式会社製のレーザーガラスＬＨＧ５、ＬＨＧ７、ＬＨＧ
８、ＬＨＧ１０、あるいはエルビウムレーザーガラスＬ
ＥＧ１０、ＬＥＧ２０などがある。これらのガラスは、
Ｐ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５、ＭｇＯ、ＣａＯ、
ＳｎＯ、ＢａＯからなる基礎ガラスにＮｄ２Ｏ３あるい
はＥｒ２Ｏ３を０．１〜８モル％加えてなるリン酸塩系
ガラスである。たとえば、型式ＬＨＧ５のレーザガラス
を用いたとすると、波長１．０５４μｍでの屈折率ｎｓ
はｎｓ＝１．５３０７８である。コア２は上記のリン酸
塩系ガラスにＡｇイオンを添加してなり、基板１よりも
高い屈折率を有する。たとえば、上記ＬＨＧ５にＡｇイ
オンを添加することにより、コア２の屈折率ｎｗは約
１．５６になる。クラッド３はコア２の屈折率よりも低
い屈折率の材質からなる。この材質としては、上記リン
酸塩系ガラスの他に、ホウ酸塩系ガラス（たとえば、Ｌ
ａ２Ｏ３−ＢａＯ−ＴｈＯ２−Ｂ２Ｏ３）、ケイ酸塩系
ガラス（Ｋ２Ｏ−ＢａＯ−ＳｉＯ２、Ｎａ２Ｏ−ＣａＯ
−ＳｉＯ２、Ｌｉ２Ｏ−ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−Ｓｉ
Ｏ２、Ｌｉ２Ｏ−ＢａＯ−ＳｉＯ２、Ｌｉ２Ｏ−ＭｇＯ
−ＳｉＯ２、Ｋ２Ｏ−ＭｇＯ−ＳｉＯ２など）、さらに
は、ＳｉＯ２にＰ、Ｇｅ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｂ、Ｚ
ｎ、Ｓｎ、Ｓｂなどの屈折率制御用ドーパントを少なく
とも１種含んだガラス膜が用いられる。
【００１９】ここで、本導波路をシングルモード伝送用
とするために、コア２の上面２ａおよび側面２ｂが平坦
に保たれ、かつ、厚みｗ1 および幅ｗ2 がともに 10 μ
ｍ以下とされている。また、クラッド３の屈折率ｎ
C （波長 1.054μｍでの値）は下記の数１を満足する範
囲内から選ばれ、コア２との比屈折率差Δが 1.3％未満
の所定値に設定されている。この場合、クラッド３の厚
みＴは、３μｍ以上あればよいが、厚いほど、コア２内
を伝搬する光信号の損失変動および劣化をおさえること
ができるので、好ましい方向である。
とするために、コア２の上面２ａおよび側面２ｂが平坦
に保たれ、かつ、厚みｗ1 および幅ｗ2 がともに 10 μ
ｍ以下とされている。また、クラッド３の屈折率ｎ
C （波長 1.054μｍでの値）は下記の数１を満足する範
囲内から選ばれ、コア２との比屈折率差Δが 1.3％未満
の所定値に設定されている。この場合、クラッド３の厚
みＴは、３μｍ以上あればよいが、厚いほど、コア２内
を伝搬する光信号の損失変動および劣化をおさえること
ができるので、好ましい方向である。
【００２０】
【数１】
【００２１】次に、図２を用いて本単一モード伝送用機
能性ガラス導波路の製造方法に関する実施例について述
べる。ここで、図２の(a) 〜(c) はいずれも導波路断面
を示したものである。
能性ガラス導波路の製造方法に関する実施例について述
べる。ここで、図２の(a) 〜(c) はいずれも導波路断面
を示したものである。
【００２２】まず (a)に示すように、リン酸塩系ガラス
基板１内に従来同様のチャネル導波路を作成する。すな
わち、まず用意されたガラス基板１上にＴｉ膜を形成
し、このＴｉ膜に所定幅のスリットを形成し、その上に
Ａｇ膜を全面蒸着する。次いで、そのＡｇ膜の上とガラ
ス基板１の裏面とにＡｕ膜を形成し、約 400℃の電気炉
内で両Ａｕ膜間に電圧を数時間印加する。これにより、
ＡｇイオンがＴｉ膜のスリットを通してガラス内に拡散
され、断面が半円状のＡｇイオン添加部４ (チャネル導
波路) が形成される。このとき、Ａｇイオン添加部４
は、その半径が最終的に出来上がったコア２の厚みＷ1
(図１参照) と略等しくなるように形成しておく。
基板１内に従来同様のチャネル導波路を作成する。すな
わち、まず用意されたガラス基板１上にＴｉ膜を形成
し、このＴｉ膜に所定幅のスリットを形成し、その上に
Ａｇ膜を全面蒸着する。次いで、そのＡｇ膜の上とガラ
ス基板１の裏面とにＡｕ膜を形成し、約 400℃の電気炉
内で両Ａｕ膜間に電圧を数時間印加する。これにより、
ＡｇイオンがＴｉ膜のスリットを通してガラス内に拡散
され、断面が半円状のＡｇイオン添加部４ (チャネル導
波路) が形成される。このとき、Ａｇイオン添加部４
は、その半径が最終的に出来上がったコア２の厚みＷ1
(図１参照) と略等しくなるように形成しておく。
【００２３】次に、前記Ａｕ、Ａｇ、Ｔｉ膜を順に取り
除いたのち、 (b)に示すように、フォトリソグラフィ技
術およびドライエッチング技術を用いて、ガラス基板１
表面を加工し、略矩形状のリッジ導波路にパターン化す
る。つまり、Ａｇイオン添加部４の両側部を落として断
面が略矩形状のコア２を形成する。ここで、基板１上に
残されたリッジ部５の厚みｗ3 は、コア２の厚みｗ1 に
対して、ｗ3 ≧ｗ1 となるように、また、幅ｗ2 はｗ2
≦ｗ1 となるように加工する。この加工に関しては、た
とえば「井本，他：導波路型光合分波器、信学技報ＯＱ
Ｅ８７−７，1987-04 」に述べられているので、これ以
上の説明は省略する。
除いたのち、 (b)に示すように、フォトリソグラフィ技
術およびドライエッチング技術を用いて、ガラス基板１
表面を加工し、略矩形状のリッジ導波路にパターン化す
る。つまり、Ａｇイオン添加部４の両側部を落として断
面が略矩形状のコア２を形成する。ここで、基板１上に
残されたリッジ部５の厚みｗ3 は、コア２の厚みｗ1 に
対して、ｗ3 ≧ｗ1 となるように、また、幅ｗ2 はｗ2
≦ｗ1 となるように加工する。この加工に関しては、た
とえば「井本，他：導波路型光合分波器、信学技報ＯＱ
Ｅ８７−７，1987-04 」に述べられているので、これ以
上の説明は省略する。
【００２４】最後に (c)に示すように、このリッジ導波
路の全表面をコア２の屈折率ｎW よりも低い屈折率ｎC
の材料で被覆し、埋込み型導波路とする。被覆材として
たとえばＳｉＯ2 に屈折率制御用のドーパントを少なく
とも１種含んだガラス膜を用いる場合、この材料の被覆
方法としては化学的蒸着法（ＣＶＤ法）、プラズマＣＶ
Ｄ法、電子ビーム蒸着法、イオンプレーティング法、ゾ
ルゲル法、コーティング法などが用いられる。
路の全表面をコア２の屈折率ｎW よりも低い屈折率ｎC
の材料で被覆し、埋込み型導波路とする。被覆材として
たとえばＳｉＯ2 に屈折率制御用のドーパントを少なく
とも１種含んだガラス膜を用いる場合、この材料の被覆
方法としては化学的蒸着法（ＣＶＤ法）、プラズマＣＶ
Ｄ法、電子ビーム蒸着法、イオンプレーティング法、ゾ
ルゲル法、コーティング法などが用いられる。
【００２５】このように、リン酸塩系ガラス基板１にＡ
ｇイオンを拡散させて半円状のＡｇイオン添加部４を形
成し、この添加部４を通常のフォトリソグラフィおよび
ドライエッチングにより加工して、略矩形状のコア２を
形成することにより、構造パラメータが精密にかつ微小
に制御されたコア２を得ることができる。すなわち、コ
ア２を、その厚みｗ1 と幅ｗ2 がともに 10 μｍ前後と
なるように形成でき、シングルモード条件を満足させる
ことができる。しかも、コア２の上面２ａおよび側面２
ｂは平坦に加工され、かつ、コア２とクラッド３との界
面では屈折率がステップ状に変化するため、低損失で光
の閉じ込めも良い導波路構造とすることもできる。ま
た、このように形成された矩形状のコア２を、その後ク
ラッド３で被覆することにより、そのクラッド３の屈折
率を調節だけで、比屈折率差Δを自由に制御することが
できる。そのため、この比屈折率差Δをシングルモード
条件である１％前後に調整することもできる。
ｇイオンを拡散させて半円状のＡｇイオン添加部４を形
成し、この添加部４を通常のフォトリソグラフィおよび
ドライエッチングにより加工して、略矩形状のコア２を
形成することにより、構造パラメータが精密にかつ微小
に制御されたコア２を得ることができる。すなわち、コ
ア２を、その厚みｗ1 と幅ｗ2 がともに 10 μｍ前後と
なるように形成でき、シングルモード条件を満足させる
ことができる。しかも、コア２の上面２ａおよび側面２
ｂは平坦に加工され、かつ、コア２とクラッド３との界
面では屈折率がステップ状に変化するため、低損失で光
の閉じ込めも良い導波路構造とすることもできる。ま
た、このように形成された矩形状のコア２を、その後ク
ラッド３で被覆することにより、そのクラッド３の屈折
率を調節だけで、比屈折率差Δを自由に制御することが
できる。そのため、この比屈折率差Δをシングルモード
条件である１％前後に調整することもできる。
【００２６】なお、上記実施例では、コア２に拡散させ
るイオンとしてＡｇイオンを用いたが、それに代えて、
Ｎａイオン、Ｔｅイオンなどを用いてもよい。たとえ
ば、Ｎａイオンを添加する場合には、ＮａＮＯ3 を熱拡
散あるいはイオン交換することによって実現できる。
るイオンとしてＡｇイオンを用いたが、それに代えて、
Ｎａイオン、Ｔｅイオンなどを用いてもよい。たとえ
ば、Ｎａイオンを添加する場合には、ＮａＮＯ3 を熱拡
散あるいはイオン交換することによって実現できる。
【００２７】図３は、本発明の単一モード伝送用機能性
ガラス導波路の一実施例を示したものである。これは、
コア２とクラッド３との間にクラッド３の屈折率よりも
低い屈折率の低屈折率層６を設けたものである。これに
よれば、図１に示す導波路と比べて、さらにコア２内で
の励起光の閉じ込めを良くし、励起効率を高めることが
できる。この場合の低屈折率層６は、ガラス基板１上に
略矩形状にコア２を形成したのち、クラッド３よりも低
い屈折率の材料で被覆を施すことにより得られる。な
お、このときの被覆材は上記数１を満足する範囲から、
また、その厚みは０．１μｍ〜数μｍの範囲から選ぶ。
ガラス導波路の一実施例を示したものである。これは、
コア２とクラッド３との間にクラッド３の屈折率よりも
低い屈折率の低屈折率層６を設けたものである。これに
よれば、図１に示す導波路と比べて、さらにコア２内で
の励起光の閉じ込めを良くし、励起効率を高めることが
できる。この場合の低屈折率層６は、ガラス基板１上に
略矩形状にコア２を形成したのち、クラッド３よりも低
い屈折率の材料で被覆を施すことにより得られる。な
お、このときの被覆材は上記数１を満足する範囲から、
また、その厚みは０．１μｍ〜数μｍの範囲から選ぶ。
【００２８】図４は、本発明のガラス導波路を用いて構
成した光デバイスの例を示したものであり、同図 (a)は
側面を、 (b)は (a)のＡ−Ａ断面を示す。これは、光増
幅器の例であり、入力端より波長 0.8μｍの励起光 (矢
印１７ａで示す) と波長 1.054μｍの信号光 (矢印１６
ａで示す) を入射させることにより、出力端より増幅さ
れた信号光と減衰した励起光とをとりだすようにしたも
のである。
成した光デバイスの例を示したものであり、同図 (a)は
側面を、 (b)は (a)のＡ−Ａ断面を示す。これは、光増
幅器の例であり、入力端より波長 0.8μｍの励起光 (矢
印１７ａで示す) と波長 1.054μｍの信号光 (矢印１６
ａで示す) を入射させることにより、出力端より増幅さ
れた信号光と減衰した励起光とをとりだすようにしたも
のである。
【００２９】リン酸塩系ガラス基板１１にはＮｄが含ま
れており、その基板１１上には上述の拡散プロセス、フ
ォトリソグラフィおよびドライエッチングプロセスによ
り、４つのコア１２ａ〜１２ｄが形成されている。これ
らコア１２ａ〜１２ｄのうち、コア１２ａ，１２ｂはＹ
型光結合部１４として、コア１２ｃは増幅媒体として、
さらにコア１２ｃ，１２ｄは方向性結合型光分離部１５
としてそれぞれ機能するように形成されている。Ｙ型光
結合部１４は、入力端より別々に入射された信号光と励
起光とを合波してコア１２ｃに伝搬させる機能を、ま
た、方向性結合型光分離部１５は、コア１２ｃ中を矢印
１８方向に伝搬してきた信号光と励起光のうち、信号光
をそのまま通過させ、励起光を分波する機能をもったも
のである。なお、これらに関しても、先に述べた文献
「井本，他：導波路型光合分波器、信学技報ＯＱＥ８７
−７，1987-04 」から容易に実現できる。
れており、その基板１１上には上述の拡散プロセス、フ
ォトリソグラフィおよびドライエッチングプロセスによ
り、４つのコア１２ａ〜１２ｄが形成されている。これ
らコア１２ａ〜１２ｄのうち、コア１２ａ，１２ｂはＹ
型光結合部１４として、コア１２ｃは増幅媒体として、
さらにコア１２ｃ，１２ｄは方向性結合型光分離部１５
としてそれぞれ機能するように形成されている。Ｙ型光
結合部１４は、入力端より別々に入射された信号光と励
起光とを合波してコア１２ｃに伝搬させる機能を、ま
た、方向性結合型光分離部１５は、コア１２ｃ中を矢印
１８方向に伝搬してきた信号光と励起光のうち、信号光
をそのまま通過させ、励起光を分波する機能をもったも
のである。なお、これらに関しても、先に述べた文献
「井本，他：導波路型光合分波器、信学技報ＯＱＥ８７
−７，1987-04 」から容易に実現できる。
【００３０】矢印１６ａ方向から波長 1.054μｍの信号
光を入射させ、矢印１７ａ方向から波長 0.8μｍの励起
光を入射させると、これら励起光と信号光とはＹ型光結
合部１４で合流され、コア１２ｃ内を伝搬する。このと
き、コア１２ｃ内にはＮｄが添加されているので、この
コア１２ｃ内を励起光が伝搬することにより、励起状態
にエネルギーが蓄積される。この状態でさらに信号光が
伝搬されると、上記蓄積されたエネルギーが低いエネル
ギー状態へ誘導され、信号光が増幅される。この増幅さ
れた信号光は、その後方向性結合型光分離部１５をその
まま通過して、矢印１６ｂ方向に出射される。また、励
起光は、光分離部１５でコア１２ｄ側に分波されて、矢
印１７ｂ方向に出射される。
光を入射させ、矢印１７ａ方向から波長 0.8μｍの励起
光を入射させると、これら励起光と信号光とはＹ型光結
合部１４で合流され、コア１２ｃ内を伝搬する。このと
き、コア１２ｃ内にはＮｄが添加されているので、この
コア１２ｃ内を励起光が伝搬することにより、励起状態
にエネルギーが蓄積される。この状態でさらに信号光が
伝搬されると、上記蓄積されたエネルギーが低いエネル
ギー状態へ誘導され、信号光が増幅される。この増幅さ
れた信号光は、その後方向性結合型光分離部１５をその
まま通過して、矢印１６ｂ方向に出射される。また、励
起光は、光分離部１５でコア１２ｄ側に分波されて、矢
印１７ｂ方向に出射される。
【００３１】このように、本発明単一モード伝送用機能
性ガラス導波路を用いれば、簡単に導波路型光増幅器を
構成することができる。
性ガラス導波路を用いれば、簡単に導波路型光増幅器を
構成することができる。
【００３２】なお、本発明の導波路を用いて構成される
光デバイスは、上記実施例に限定されない。たとえば、
図１および図２で示した直線状のコア２を有するガラス
導波路の入出力両端面にミラーを形成し、入力側より波
長 0.8μｍの光を励振することにより、出力側より波長
1.05 μｍ（あるいは 1.3μｍ帯）で発振した光をとり
だすようにしてもよい。また、Ｅｒ2 Ｏ3 添加のリン酸
塩系ガラス基板を用い、波長 0.8μｍ、0.98μｍおよび
1.48μｍ帯で励振することにより、1.5 μｍ帯における
光増幅およびレーザ発振を行うようにしてもよい。さら
に、閉ループのリング状導波路を形成し、このリング状
導波路の外周に２つの方向性結合器を設け、一方の方向
性結合器より励起光をリング状導波路に結合させること
により、他方の方向性結合器よりリング状導波路で発振
した光をとりだすようにしてもよい。
光デバイスは、上記実施例に限定されない。たとえば、
図１および図２で示した直線状のコア２を有するガラス
導波路の入出力両端面にミラーを形成し、入力側より波
長 0.8μｍの光を励振することにより、出力側より波長
1.05 μｍ（あるいは 1.3μｍ帯）で発振した光をとり
だすようにしてもよい。また、Ｅｒ2 Ｏ3 添加のリン酸
塩系ガラス基板を用い、波長 0.8μｍ、0.98μｍおよび
1.48μｍ帯で励振することにより、1.5 μｍ帯における
光増幅およびレーザ発振を行うようにしてもよい。さら
に、閉ループのリング状導波路を形成し、このリング状
導波路の外周に２つの方向性結合器を設け、一方の方向
性結合器より励起光をリング状導波路に結合させること
により、他方の方向性結合器よりリング状導波路で発振
した光をとりだすようにしてもよい。
【００３３】
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のよう
な優れた効果を発揮する。
な優れた効果を発揮する。
【００３４】（１）希土類元素を含むリン酸塩系ガラス
基板上に略矩形状のコアを設け、コアとクラッドとの間
に、さらにクラッドの屈折率よりも低い屈折率の層を挿
入すれば、より一層光の閉じ込め性の向上を図ることが
できる。
基板上に略矩形状のコアを設け、コアとクラッドとの間
に、さらにクラッドの屈折率よりも低い屈折率の層を挿
入すれば、より一層光の閉じ込め性の向上を図ることが
できる。
【００３５】
【００３６】（２）単一モード伝送用機能性ガラス導波
路の実現により、種々の導波路型アクティブ光デバイス
を構築することができる。しかも、これら光デバイスの
量産化、大幅な低価格化を図ることもできる。
路の実現により、種々の導波路型アクティブ光デバイス
を構築することができる。しかも、これら光デバイスの
量産化、大幅な低価格化を図ることもできる。
【００３７】（３）また、単一モード伝送用機能性ガラ
ス導波路の実現により、低損失な光分波素子、光合波素
子、光分岐・結合素子などの光受動素子を構成すること
ができる。
ス導波路の実現により、低損失な光分波素子、光合波素
子、光分岐・結合素子などの光受動素子を構成すること
ができる。
【図１】本発明の前提となった単一モード伝送用機能性
ガラス導波路を示す概略斜視図である。
ガラス導波路を示す概略斜視図である。
【図２】単一モード伝送用機能性ガラス導波路の製造方
法の一例を示す概略工程図である。
法の一例を示す概略工程図である。
【図３】本発明の単一モード伝送用機能性ガラス導波路
の一実施例を示す斜視図である。
の一実施例を示す斜視図である。
【図４】本発明の機能性ガラス導波路を用いて構成した
光増幅器を示す図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）
のＡ−Ａ矢視断面図である。
光増幅器を示す図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）
のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図５】従来の導波路型ガラスレーザーを示す概略図で
ある。
ある。
１ リン酸塩系ガラス基板 ２ コア ２ａ 上面 ２ｂ 側面 ３ クラッド ６ 低屈折率層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｓ 3/094 Ｓ (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 (56)参考文献 特開 平３−35203（ＪＰ，Ａ) 実開 平３−51422（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01S 3/07 G02B 6/12 H01S 3/08 H01S 3/094 H01S 3/17
Claims (3)
- 【請求項１】 希土類元素を含むリン酸塩系ガラス基板
上にＡｇイオンの添加された略矩形状のコアを有し、該
コアの上面および側面が平坦に保たれ、かつ、これら上
面および側面が該コアの屈折率よりも低いクラッドで覆
われている単一モード伝送用機能性ガラス導波路におい
て、前記コアの上面および側面とクラッドとの間にクラ
ッドの屈折率よりも低い屈折率を有する層が挿入されて
いることを特徴とする単一モード伝送用機能性ガラス導
波路。 - 【請求項２】 前記コアの一端より信号光と励起光を重
畳させて伝搬させることにより、該コアの他端より増幅
された信号光をとりだすように構成したことを特徴とす
る請求項１記載の単一モード伝送用機能性ガラス導波
路。 - 【請求項３】 光分岐・結合素子、光分波素子、光合波
素子などの光受動素子のうち少なくとも１つに構成した
ことを特徴とする請求項１または２記載の単一モード伝
送用機能性ガラス導波路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22036891A JP2859763B2 (ja) | 1991-08-30 | 1991-08-30 | 単一モード伝送用機能性ガラス導波路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22036891A JP2859763B2 (ja) | 1991-08-30 | 1991-08-30 | 単一モード伝送用機能性ガラス導波路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0563257A JPH0563257A (ja) | 1993-03-12 |
| JP2859763B2 true JP2859763B2 (ja) | 1999-02-24 |
Family
ID=16750036
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22036891A Expired - Fee Related JP2859763B2 (ja) | 1991-08-30 | 1991-08-30 | 単一モード伝送用機能性ガラス導波路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2859763B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AU2003221350A1 (en) * | 2002-03-13 | 2003-09-22 | Nikon Corporation | Light amplifying device and method of manufacturing the device, light source device using the light amplifying device, light treatment device using the light source device, and exposure device using the light source device |
-
1991
- 1991-08-30 JP JP22036891A patent/JP2859763B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0563257A (ja) | 1993-03-12 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
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