JP3266194B2 - 光導波路並びにその光導波路を用いたレーザ発振器およびレーザ増幅器 - Google Patents
光導波路並びにその光導波路を用いたレーザ発振器およびレーザ増幅器Info
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体レーザ発振の
外部共振器または光増幅器を構成する光導波路に関す
る。さらには、その光導波路を用いたレーザ発振器およ
び光増幅器に関する。
外部共振器または光増幅器を構成する光導波路に関す
る。さらには、その光導波路を用いたレーザ発振器およ
び光増幅器に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、希土類元素(Er3+、Nd3+、Y
b3+、Tm3+、Ho3+、Pr3+等)あるいは遷移金属
(Ti、Cr等)を活性種とし、ガラスまたは結晶を母
材とする光励起型レーザ発振/増幅デバイスが盛んに研
究されている。代表的なものに、半導体レーザ励起固体
レーザ発振器や半導体レーザ励起Er3+ドープ・ファイ
バー増幅器等が挙げられる。さらに進んだ形態として、
導波路型レーザ発振器や導波路型レーザ増幅器をシリコ
ン基板や石英基板などの上に形成して、光変調やスイッ
チ機能を同一基板上に集積形成した、小型で堅牢なアク
ティブデバイスなどがある。このようなアクティブデバ
イスは、特に光通信分野において盛んに研究が進められ
ている。
b3+、Tm3+、Ho3+、Pr3+等)あるいは遷移金属
(Ti、Cr等)を活性種とし、ガラスまたは結晶を母
材とする光励起型レーザ発振/増幅デバイスが盛んに研
究されている。代表的なものに、半導体レーザ励起固体
レーザ発振器や半導体レーザ励起Er3+ドープ・ファイ
バー増幅器等が挙げられる。さらに進んだ形態として、
導波路型レーザ発振器や導波路型レーザ増幅器をシリコ
ン基板や石英基板などの上に形成して、光変調やスイッ
チ機能を同一基板上に集積形成した、小型で堅牢なアク
ティブデバイスなどがある。このようなアクティブデバ
イスは、特に光通信分野において盛んに研究が進められ
ている。
【0003】導波路型レーザ発振器や導波路型レーザ増
幅器は、導波路構造を採用したことにより、励起レーザ
光を空間的に閉じ込め、極めて高い励起密度を実現する
ことができ、レーザ発振/レーザ増幅動作を高効率に行
うことができる。
幅器は、導波路構造を採用したことにより、励起レーザ
光を空間的に閉じ込め、極めて高い励起密度を実現する
ことができ、レーザ発振/レーザ増幅動作を高効率に行
うことができる。
【0004】1.55ミクロン帯導波路型光増幅器の一
例として、1998年2月オプティカル・ファイバー・
コミュニケーション国際会議録、論文TuH5、45〜46
頁(Optical Fiber Communication Conference '98, te
chnical digest, paper TuH5, p.p.45-46)には、Yb
/Er共添加りんガラス導波路型レーザ増幅器が記載さ
れている。図6は、そのような従来の導波路型光増幅器
の構成の一例を示す模式図である。
例として、1998年2月オプティカル・ファイバー・
コミュニケーション国際会議録、論文TuH5、45〜46
頁(Optical Fiber Communication Conference '98, te
chnical digest, paper TuH5, p.p.45-46)には、Yb
/Er共添加りんガラス導波路型レーザ増幅器が記載さ
れている。図6は、そのような従来の導波路型光増幅器
の構成の一例を示す模式図である。
【0005】図6に示す導波路型光増幅器は、信号光1
00を伝搬する信号用シングルモードファイバ104と
励起用シングルモード半導体レーザ106から射出され
た励起光を伝搬する励起光用シングルモードファイバ1
05が波長多重カプラ101を介してEr/Ybりん酸
ガラス導波路102に結合された構成となっている。
00を伝搬する信号用シングルモードファイバ104と
励起用シングルモード半導体レーザ106から射出され
た励起光を伝搬する励起光用シングルモードファイバ1
05が波長多重カプラ101を介してEr/Ybりん酸
ガラス導波路102に結合された構成となっている。
【0006】励起光源である励起用シングルモード半導
体レーザ106は、波長980nm、出力180mWの
シングル横モード半導体レーザである。Er/Ybりん
酸ガラス導波路102は、Yb、Erをそれぞれ4重量
パーセント、2重量パーセント含有するりん酸ガラス導
波路で、その導波路長は86mmとなっており、波長
1.5ミクロン帯において、最大増幅利得が27dB、
雑音指数が4dB、飽和出力14dBm(25mW)の
光増幅特性を有する。この導波路102は、2ステップ
・イオン交換法により作製することができ、1.55ミ
クロン帯においてはシングルモード伝搬し、0.98ミ
クロン帯においてはマルチモード伝搬するような導波路
構造になっている。また、この導波路102のTE0伝
搬モードサイズ(電界が1/eとなるサイズ)は、典型
値として、1.55ミクロン帯では導波路の厚み方向が
6.4ミクロン、導波路の幅方向が7.3ミクロンで、
0.98ミクロン帯では、厚み方向、幅方向ともにおお
よそ5ミクロンである。
体レーザ106は、波長980nm、出力180mWの
シングル横モード半導体レーザである。Er/Ybりん
酸ガラス導波路102は、Yb、Erをそれぞれ4重量
パーセント、2重量パーセント含有するりん酸ガラス導
波路で、その導波路長は86mmとなっており、波長
1.5ミクロン帯において、最大増幅利得が27dB、
雑音指数が4dB、飽和出力14dBm(25mW)の
光増幅特性を有する。この導波路102は、2ステップ
・イオン交換法により作製することができ、1.55ミ
クロン帯においてはシングルモード伝搬し、0.98ミ
クロン帯においてはマルチモード伝搬するような導波路
構造になっている。また、この導波路102のTE0伝
搬モードサイズ(電界が1/eとなるサイズ)は、典型
値として、1.55ミクロン帯では導波路の厚み方向が
6.4ミクロン、導波路の幅方向が7.3ミクロンで、
0.98ミクロン帯では、厚み方向、幅方向ともにおお
よそ5ミクロンである。
【0007】導波路型レーザ発振器の例としては、英国
サザンプトン大学によって報告されている導波路型レー
ザ(1995年4月 オプティクス・コミュニケーショ
ン誌、第115巻、491頁)がある。その導波路型レ
ーザの概略構成を図7(a)に示し、その導波路の断面
構造を図7(b)に示す。
サザンプトン大学によって報告されている導波路型レー
ザ(1995年4月 オプティクス・コミュニケーショ
ン誌、第115巻、491頁)がある。その導波路型レ
ーザの概略構成を図7(a)に示し、その導波路の断面
構造を図7(b)に示す。
【0008】図7(a)に示す導波路型レーザは、励起
用マルチモード半導体レーザ107から射出した励起光
が、ビームスプリッタ108、ニュートラルデンシティ
フィルタ109、対物レンズ(倍率10倍)110を順
次介してYb:YAG導波路113の導波路端面に入射
するように構成されている。
用マルチモード半導体レーザ107から射出した励起光
が、ビームスプリッタ108、ニュートラルデンシティ
フィルタ109、対物レンズ(倍率10倍)110を順
次介してYb:YAG導波路113の導波路端面に入射
するように構成されている。
【0009】Yb:YAG導波路113は、図7(b)
に示すように、液相エピタキシャル成長によりYAG基
板119上にYb:YAG導波路コア117が形成さ
れ、さらに導波路の上部にクラッド層(YAG結晶)11
6が設けられている。Yb:YAG導波路コア117の
層厚は6ミクロン、クラッド層116の厚みは19ミク
ロン、これらの比屈折率差は1.4×10-2である。こ
の導波路は、マルチモード導波路であって、導波路厚み
方向(y方向)で、励起光115およびレーザ発振光1
14ともに1ミクロン帯レーザ光に対して3つの伝搬モ
ードまで許容する。導波路長は1.6mmである。導波
路の両端面を研磨した後、共振器ミラー(リアミラー1
11、出力ミラー112)をバッティング接続(突き合
わせ接続)することで共振器を形成している。
に示すように、液相エピタキシャル成長によりYAG基
板119上にYb:YAG導波路コア117が形成さ
れ、さらに導波路の上部にクラッド層(YAG結晶)11
6が設けられている。Yb:YAG導波路コア117の
層厚は6ミクロン、クラッド層116の厚みは19ミク
ロン、これらの比屈折率差は1.4×10-2である。こ
の導波路は、マルチモード導波路であって、導波路厚み
方向(y方向)で、励起光115およびレーザ発振光1
14ともに1ミクロン帯レーザ光に対して3つの伝搬モ
ードまで許容する。導波路長は1.6mmである。導波
路の両端面を研磨した後、共振器ミラー(リアミラー1
11、出力ミラー112)をバッティング接続(突き合
わせ接続)することで共振器を形成している。
【0010】上述のように構成される導波路型レーザで
は、励起用マルチモード半導体レーザ光115は励起光
学系である対物レンズ110によりYb:YAG導波路
113の導波路端面に集光される。集光点において、導
波路の厚み方向(y方向)では光強度が1/e2となる直
径6ミクロンのガウス分布となり、導波路に平行な方向
(x方向)では直径20ミクロンのトップハット分布
(3つのピークを有する)となる。レーザ発振光114
のプロファイルは、導波路の厚み方向(y方向)におい
ては、主ピークの他に2つのサイドピークのあるマルチ
モード発振となり、水平方向(x方向)においては、光
強度が1/e2となる直径60ミクロンの近似的ガウシ
アン発振をしている。この導波路型レーザによれば、マ
ルチモード半導体レーザ107(波長968nm、出力
1W)を励起光源として、励起パワー400mWにおい
て、1.03ミクロン帯レーザ発振出力250mW、ス
ロープ効率77%、発振閾値43mWを達成している。
は、励起用マルチモード半導体レーザ光115は励起光
学系である対物レンズ110によりYb:YAG導波路
113の導波路端面に集光される。集光点において、導
波路の厚み方向(y方向)では光強度が1/e2となる直
径6ミクロンのガウス分布となり、導波路に平行な方向
(x方向)では直径20ミクロンのトップハット分布
(3つのピークを有する)となる。レーザ発振光114
のプロファイルは、導波路の厚み方向(y方向)におい
ては、主ピークの他に2つのサイドピークのあるマルチ
モード発振となり、水平方向(x方向)においては、光
強度が1/e2となる直径60ミクロンの近似的ガウシ
アン発振をしている。この導波路型レーザによれば、マ
ルチモード半導体レーザ107(波長968nm、出力
1W)を励起光源として、励起パワー400mWにおい
て、1.03ミクロン帯レーザ発振出力250mW、ス
ロープ効率77%、発振閾値43mWを達成している。
【0011】以上説明した従来例のレーザ発振器/増幅
器の最大出力は、それぞれ導波路型レーザ出力として2
50mW(マルチモード)、導波路型光アンプ飽和出力
として14dBM(25mW、シングルモード)程度で
ある。
器の最大出力は、それぞれ導波路型レーザ出力として2
50mW(マルチモード)、導波路型光アンプ飽和出力
として14dBM(25mW、シングルモード)程度で
ある。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】シングルモード光ファ
イバを伝送線路とする高速光通信との整合性を考慮する
と、信号帯域(1.55ミクロン帯、1.3ミクロン帯
等)において導波路型レーザ/増幅器もシングルモード
である必要がある。そして、近年の光通信の大容量化、
多チャネル化に対応するためには、より高出力のシング
ルモード・レーザ発振器/レーザ増幅器を実現していく
必要が有る。このようなことから、高出力のシングルモ
ード・レーザ発振器/増幅器の開発が重要な課題となっ
ていた。
イバを伝送線路とする高速光通信との整合性を考慮する
と、信号帯域(1.55ミクロン帯、1.3ミクロン帯
等)において導波路型レーザ/増幅器もシングルモード
である必要がある。そして、近年の光通信の大容量化、
多チャネル化に対応するためには、より高出力のシング
ルモード・レーザ発振器/レーザ増幅器を実現していく
必要が有る。このようなことから、高出力のシングルモ
ード・レーザ発振器/増幅器の開発が重要な課題となっ
ていた。
【0013】導波路型レーザ発振器/増幅器の高出力化
を行う場合、励起パワーを増大させることがもっともシ
ンプルな方法である。より高いレーザ出力(1W以上)
を実現するには、より高パワーの励起用半導体レーザを
用いる必要が有る。励起用半導体レーザの空間モードは
出力パワーレベルに依存し、空間シングルモード出力
(活性層幅2〜3ミクロン)は、現在の技術水準では、
100〜200mW(波長980nm)程度である。半
導体レーザの高出力化には、一般的にはレーザの活性層
幅を伸長していく手法が取られるが、この場合は発振横
モードがマルチ化する。半導体レーザの出力の目安とし
ては、活性層幅100ミクロンあたり出力1Wであり、
マルチモード半導体レーザでは、現在、500ミクロン
活性層幅から最大出力4Wが得られている。このような
マルチモード半導体レーザのビーム品質は回折限界の2
0〜100倍(M2値=20-100)である。
を行う場合、励起パワーを増大させることがもっともシ
ンプルな方法である。より高いレーザ出力(1W以上)
を実現するには、より高パワーの励起用半導体レーザを
用いる必要が有る。励起用半導体レーザの空間モードは
出力パワーレベルに依存し、空間シングルモード出力
(活性層幅2〜3ミクロン)は、現在の技術水準では、
100〜200mW(波長980nm)程度である。半
導体レーザの高出力化には、一般的にはレーザの活性層
幅を伸長していく手法が取られるが、この場合は発振横
モードがマルチ化する。半導体レーザの出力の目安とし
ては、活性層幅100ミクロンあたり出力1Wであり、
マルチモード半導体レーザでは、現在、500ミクロン
活性層幅から最大出力4Wが得られている。このような
マルチモード半導体レーザのビーム品質は回折限界の2
0〜100倍(M2値=20-100)である。
【0014】しかし、上記のようなマルチモード半導体
レーザを導波路型レーザ/アンプの励起光源として用い
た場合、低い横モード品質のためシングルモード導波路
に高効率に光結合できない。従って、デバイスの低効率
化(光/光変換効率)を招くという問題を生じる。
レーザを導波路型レーザ/アンプの励起光源として用い
た場合、低い横モード品質のためシングルモード導波路
に高効率に光結合できない。従って、デバイスの低効率
化(光/光変換効率)を招くという問題を生じる。
【0015】なお、導波路をマルチモードとすることで
半導体レーザ光を高効率に光結合できるが、この場合に
は、出力光の横モードはマルチ化することになる。
半導体レーザ光を高効率に光結合できるが、この場合に
は、出力光の横モードはマルチ化することになる。
【0016】また、上述の問題を解決する手法として、
特開平5-283770号公報には、シングルモード導波路の回
りをマルチモード導波路で囲み、このマルチモード導波
路に励起光を入射するようにした光信号増幅器が記載さ
れている。しかし、この公報の記載の光信号増幅器にお
いては、シングルモード導波路は厚み方向、基板に平行
な方向ともにマルチモード導波路で囲まれているため、
励起光にスキューモード伝搬(周回光)が発生し、励起
光吸収率が低下してしまうという課題がある。
特開平5-283770号公報には、シングルモード導波路の回
りをマルチモード導波路で囲み、このマルチモード導波
路に励起光を入射するようにした光信号増幅器が記載さ
れている。しかし、この公報の記載の光信号増幅器にお
いては、シングルモード導波路は厚み方向、基板に平行
な方向ともにマルチモード導波路で囲まれているため、
励起光にスキューモード伝搬(周回光)が発生し、励起
光吸収率が低下してしまうという課題がある。
【0017】本発明の目的は、上述のような問題・課題
を解決し、シングルモードで高出力を得ることのでき
る、導波路型レーザ発振器または導波路型光増幅器の光
導波路を提供することにある。さらには、その光導波路
を備える、導波路型レーザ発振器および導波路型光増幅
器を提供することにある。
を解決し、シングルモードで高出力を得ることのでき
る、導波路型レーザ発振器または導波路型光増幅器の光
導波路を提供することにある。さらには、その光導波路
を備える、導波路型レーザ発振器および導波路型光増幅
器を提供することにある。
【0018】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の光導波路は、光学基板上に導波路を形成し
てなる光導波路であって、希土類イオンまたは遷移金属
イオンが添加され、該イオンが励起されることにより生
じる誘導放出光が導波路の厚さ方向および幅方向の両方
向に対してシングルモード伝搬するように構成されたシ
ングルモード導波路と、前記光学基板上で前記シングル
モード導波路を両側から挟むように設けられ、前記希土
類イオンまたは遷移金属イオンを励起するための光が導
波路の厚さ方向に対してのみシングルモード伝搬し、幅
方向に対してはマルチモード伝搬するように構成された
マルチモード導波路とを有することを特徴とする。
め、本発明の光導波路は、光学基板上に導波路を形成し
てなる光導波路であって、希土類イオンまたは遷移金属
イオンが添加され、該イオンが励起されることにより生
じる誘導放出光が導波路の厚さ方向および幅方向の両方
向に対してシングルモード伝搬するように構成されたシ
ングルモード導波路と、前記光学基板上で前記シングル
モード導波路を両側から挟むように設けられ、前記希土
類イオンまたは遷移金属イオンを励起するための光が導
波路の厚さ方向に対してのみシングルモード伝搬し、幅
方向に対してはマルチモード伝搬するように構成された
マルチモード導波路とを有することを特徴とする。
【0019】上記の光導波路において、前記マルチモー
ド導波路の少なくとも一部が、励起光の伝搬方向に向け
幅が縮小されていくテーパ形状であってもよい。
ド導波路の少なくとも一部が、励起光の伝搬方向に向け
幅が縮小されていくテーパ形状であってもよい。
【0020】上述のいずれの光導波路においても、前記
マルチモード導波路が複数の入力導波路を有するような
構成としてもよい。
マルチモード導波路が複数の入力導波路を有するような
構成としてもよい。
【0021】本発明の導波路型レーザ発振器は、上述の
いずれかの光導波路を有し、該光導波路を構成するシン
グルモード導波路の一方の端面に、該シングルモード導
波路に添加された希土類イオンまたは遷移金属イオンが
励起されることにより生じる誘導放出光を全反射する第
1のミラーが設けられ、他方の端面に前記誘導放出光を
部分反射する第2のミラーが設けられた光共振器と、前
記希土類イオンまたは遷移金属イオンを励起するための
マルチモードレーザ光を射出する励起用マルチモード半
導体レーザと、前記マルチモードレーザ光を前記光導波
路を構成するマルチモード導波路に入射せしめる入力手
段とを有することを特徴とする。
いずれかの光導波路を有し、該光導波路を構成するシン
グルモード導波路の一方の端面に、該シングルモード導
波路に添加された希土類イオンまたは遷移金属イオンが
励起されることにより生じる誘導放出光を全反射する第
1のミラーが設けられ、他方の端面に前記誘導放出光を
部分反射する第2のミラーが設けられた光共振器と、前
記希土類イオンまたは遷移金属イオンを励起するための
マルチモードレーザ光を射出する励起用マルチモード半
導体レーザと、前記マルチモードレーザ光を前記光導波
路を構成するマルチモード導波路に入射せしめる入力手
段とを有することを特徴とする。
【0022】本発明の導波路型光増幅器は、上述のいず
れかの光導波路を有し、該光導波路を構成するシングル
モード導波路に添加された希土類イオンまたは遷移金属
イオンを励起するためのマルチモードレーザ光を射出す
る励起用マルチモード半導体レーザと、前記マルチモー
ドレーザ光を前記光導波路を構成するマルチモード導波
路に入射せしめる入力手段とを有し、前記シングルモー
ド導波路は、一端面から信号光が入射され、該入射信号
光を添加されている希土類イオンまたは遷移金属イオン
が励起されることにより生じる誘導放出により光増幅す
るように構成されていることを特徴とする。
れかの光導波路を有し、該光導波路を構成するシングル
モード導波路に添加された希土類イオンまたは遷移金属
イオンを励起するためのマルチモードレーザ光を射出す
る励起用マルチモード半導体レーザと、前記マルチモー
ドレーザ光を前記光導波路を構成するマルチモード導波
路に入射せしめる入力手段とを有し、前記シングルモー
ド導波路は、一端面から信号光が入射され、該入射信号
光を添加されている希土類イオンまたは遷移金属イオン
が励起されることにより生じる誘導放出により光増幅す
るように構成されていることを特徴とする。
【0023】(作用)光学基板上に導波路を形成してな
る3次元導波路の伝搬モードは、基板平面方向(x方
向)と該方向に垂直な方向(y方向)の2つの方向につ
いて2次元の導波路に展開して考えることができる。上
記のとおりの本発明においては、シングルモード導波路
を挟むように形成されたマルチモード導波路は、励起光
が導波路の厚さ方向(y方向)に対してのみシングルモ
ード伝搬し、幅方向(x方向)に対してはマルチモード
伝搬するように構成されているので、このマルチモード
導波路に入射された励起光はスキューモード伝搬するこ
となく、シングルモード導波路を交差横断しつつ伝搬す
る。
る3次元導波路の伝搬モードは、基板平面方向(x方
向)と該方向に垂直な方向(y方向)の2つの方向につ
いて2次元の導波路に展開して考えることができる。上
記のとおりの本発明においては、シングルモード導波路
を挟むように形成されたマルチモード導波路は、励起光
が導波路の厚さ方向(y方向)に対してのみシングルモ
ード伝搬し、幅方向(x方向)に対してはマルチモード
伝搬するように構成されているので、このマルチモード
導波路に入射された励起光はスキューモード伝搬するこ
となく、シングルモード導波路を交差横断しつつ伝搬す
る。
【0024】本発明のうちマルチモード導波路がテーパ
状に形成されたものにおいては、マルチモード導波路に
入射された励起光はテーパ状により空間的に閉じ込めら
れることとなり、このためシングルモード導波路との空
間的な重なりが大きくなる。
状に形成されたものにおいては、マルチモード導波路に
入射された励起光はテーパ状により空間的に閉じ込めら
れることとなり、このためシングルモード導波路との空
間的な重なりが大きくなる。
【0025】本発明のうちマルチモード導波路が複数の
入力導波路を持つものにおいては、各入力導波路から励
起光がそれぞれ入射されて合波されるので、より大きな
励起光パワーを得られる。
入力導波路を持つものにおいては、各入力導波路から励
起光がそれぞれ入射されて合波されるので、より大きな
励起光パワーを得られる。
【0026】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。
図面を参照して説明する。
【0027】図1(a)は、本発明の第1の実施形態で
ある導波路型レーザ発振器の構成を示す模式図で、図1
(b)は図1(a)の導波路の断面図である。図中、前
述の図7に示した構成と同じものには同じ符号を付して
いる。
ある導波路型レーザ発振器の構成を示す模式図で、図1
(b)は図1(a)の導波路の断面図である。図中、前
述の図7に示した構成と同じものには同じ符号を付して
いる。
【0028】この導波路型レーザ発振装置は、励起用マ
ルチモード半導体レーザ107、励起光学系6、外部共
振器200からなる。励起用マルチモード半導体レーザ
107の活性層(発光層)13の幅(発光幅)は20ミ
クロン以上、500ミクロン以下、望ましくは50ミク
ロン以上、200ミクロン以下である。これは、後述す
る外部共振器200のシングルモード導波路2の幅が通
常6〜10ミクロン程度であるため、シングルモード導
波路2との結合には、半導体レーザ発光幅が狭いほど良
いことと、高出力化のためある程度の発光幅が必要であ
るためである。
ルチモード半導体レーザ107、励起光学系6、外部共
振器200からなる。励起用マルチモード半導体レーザ
107の活性層(発光層)13の幅(発光幅)は20ミ
クロン以上、500ミクロン以下、望ましくは50ミク
ロン以上、200ミクロン以下である。これは、後述す
る外部共振器200のシングルモード導波路2の幅が通
常6〜10ミクロン程度であるため、シングルモード導
波路2との結合には、半導体レーザ発光幅が狭いほど良
いことと、高出力化のためある程度の発光幅が必要であ
るためである。
【0029】外部共振器200に用いられている光導波
路は、光学基板1(例えば、シリコン、石英等)上に、
希土類イオンまたは遷移金属イオンが添加され、該イオ
ンが励起されることにより生じる誘導放出光が導波路の
厚さ方向および幅方向の両方向に対してシングルモード
伝搬するように構成されたシングルモード導波路2と、
該シングルモード導波路2を両側から挟むように設けら
れ、励起光が導波路の厚さ方向に対してのみシングルモ
ード伝搬し、幅方向に対してはマルチモード伝搬するよ
うに構成されたマルチモード導波路3とを有する構成と
なっている。
路は、光学基板1(例えば、シリコン、石英等)上に、
希土類イオンまたは遷移金属イオンが添加され、該イオ
ンが励起されることにより生じる誘導放出光が導波路の
厚さ方向および幅方向の両方向に対してシングルモード
伝搬するように構成されたシングルモード導波路2と、
該シングルモード導波路2を両側から挟むように設けら
れ、励起光が導波路の厚さ方向に対してのみシングルモ
ード伝搬し、幅方向に対してはマルチモード伝搬するよ
うに構成されたマルチモード導波路3とを有する構成と
なっている。
【0030】以下、シングルモード導波路2、マルチモ
ード導波路3の構成について具体的に説明する。
ード導波路3の構成について具体的に説明する。
【0031】シングルモード導波路2の形成には、光伝
搬損失の低い高品質の導波路作製が可能な技術であれ
ば、イオン交換法、液相エピタキシャル成長法、化学的
気相成長法など如何なる方法を用いても差し支えない。
このシングルモード導波路2には、適当な方法で希土類
元素を添加しておく。添加する希土類元素としては、所
望のレーザ発振/レーザ増幅動作が得られるようなもの
を選択する。例えば、1.55ミクロン帯であれば、E
r3+が好ましい。1ミクロン帯であればYb3+、Nd3+
などが好適である。また、このシングルモード導波路2
には、さらに所望のレーザ出力を得るための活性元素以
外に、励起半導体レーザ光を効率よく吸収し、活性元素
へエネルギーを移乗させる増感剤となる元素をドープし
てもよい。例えば、Er3+の場合であれば、Yb3+を共
添加することで、吸収効率の向上が図れる。
搬損失の低い高品質の導波路作製が可能な技術であれ
ば、イオン交換法、液相エピタキシャル成長法、化学的
気相成長法など如何なる方法を用いても差し支えない。
このシングルモード導波路2には、適当な方法で希土類
元素を添加しておく。添加する希土類元素としては、所
望のレーザ発振/レーザ増幅動作が得られるようなもの
を選択する。例えば、1.55ミクロン帯であれば、E
r3+が好ましい。1ミクロン帯であればYb3+、Nd3+
などが好適である。また、このシングルモード導波路2
には、さらに所望のレーザ出力を得るための活性元素以
外に、励起半導体レーザ光を効率よく吸収し、活性元素
へエネルギーを移乗させる増感剤となる元素をドープし
てもよい。例えば、Er3+の場合であれば、Yb3+を共
添加することで、吸収効率の向上が図れる。
【0032】上記シングルモード導波路2のサイズは、
所望のレーザ出力波長において、シングルモード伝搬す
る条件で決定される。例えば、石英ガラス系ステップイ
ンデックス型光導波路の場合、比屈折率差0.3%とす
ると9ミクロン角の導波断面形状を有することで、1.
55ミクロン帯シングルモード伝搬が可能である。
所望のレーザ出力波長において、シングルモード伝搬す
る条件で決定される。例えば、石英ガラス系ステップイ
ンデックス型光導波路の場合、比屈折率差0.3%とす
ると9ミクロン角の導波断面形状を有することで、1.
55ミクロン帯シングルモード伝搬が可能である。
【0033】励起光を導波させるマルチモード導波路3
は、図1(b)に示すように光学基板1上に、上記シン
グルモード導波路2を挟むように配置されている。この
マルチモード導波路3のさらに両側にクラッド層5を設
けても良い。
は、図1(b)に示すように光学基板1上に、上記シン
グルモード導波路2を挟むように配置されている。この
マルチモード導波路3のさらに両側にクラッド層5を設
けても良い。
【0034】各部の屈折率は、(シングルモード導波路
2)>(マルチモード導波路3)>(基板1またはマル
チモード導波路3のクラッド層5)の関係を満たすよう
にする。必要であれば、Geなどのドーパントをマルチ
モード導波路3や、シングルモード導波路2に添加する
ことで、光学基板1の屈折率をより高く出来る。
2)>(マルチモード導波路3)>(基板1またはマル
チモード導波路3のクラッド層5)の関係を満たすよう
にする。必要であれば、Geなどのドーパントをマルチ
モード導波路3や、シングルモード導波路2に添加する
ことで、光学基板1の屈折率をより高く出来る。
【0035】シングルモード導波路2およびマルチモー
ド導波路3から構成される導波路の上に上部クラッド層
4(図1(b)参照)を設けてもよい。これにより、導
波路が空気層と直接に接している、いわゆるエア・クラ
ッドにおいて生じる、外環境の変化(湿度など)、汚染
(埃、ごみ)などによる全反射面の状態変化が導波特性
に大きな影響を与えることを防ぐことができるととも
に、導波路を保護することもできる。なお、図1(b)
に示した構造では、埋め込み型導波路を想定している
が、リッジ型導波路等も適用できる。
ド導波路3から構成される導波路の上に上部クラッド層
4(図1(b)参照)を設けてもよい。これにより、導
波路が空気層と直接に接している、いわゆるエア・クラ
ッドにおいて生じる、外環境の変化(湿度など)、汚染
(埃、ごみ)などによる全反射面の状態変化が導波特性
に大きな影響を与えることを防ぐことができるととも
に、導波路を保護することもできる。なお、図1(b)
に示した構造では、埋め込み型導波路を想定している
が、リッジ型導波路等も適用できる。
【0036】上述したマルチモード導波路3のサイズ
は、厚み方向(y方向)はシングルモード伝搬、幅方向
(x方向)は20ミクロンから200ミクロン程度でマ
ルチモード伝搬するように設計される。このマルチモー
ド導波路3の開口数NAは、厚み方向(y方向)でNA
=0.1〜0.2、幅方向(x方向)でNA=0.2〜
0.5程度である。なお、幅方向で高NA導波路を実現
するためには屈折率差を大きくとる必要があるが、この
場合は、マルチモード導波路3のクラッド層5の材料と
して低屈折率プラスティックや紫外線硬化樹脂などポリ
マ材を選定すれば実現できる。
は、厚み方向(y方向)はシングルモード伝搬、幅方向
(x方向)は20ミクロンから200ミクロン程度でマ
ルチモード伝搬するように設計される。このマルチモー
ド導波路3の開口数NAは、厚み方向(y方向)でNA
=0.1〜0.2、幅方向(x方向)でNA=0.2〜
0.5程度である。なお、幅方向で高NA導波路を実現
するためには屈折率差を大きくとる必要があるが、この
場合は、マルチモード導波路3のクラッド層5の材料と
して低屈折率プラスティックや紫外線硬化樹脂などポリ
マ材を選定すれば実現できる。
【0037】以上説明したシングルモード導波路2およ
びマルチモード導波路3から構成される導波路の入力側
端面には、励起用半導体レーザ光(励起光)の波長に対
し全透過し、所望のレーザ発振波長に対し全反射する誘
電多層膜コート(共振器リアミラー111)が設けられ
ており、出力側端面には、レーザ発振波長に対し部分反
射する誘電体多層膜コート(共振器出力ミラー112)
が設けられている。このように共振器リアミラー111
および共振器出力ミラー112を設けることによりレー
ザ共振器を形成している。出力鏡として機能する共振器
出力ミラー112の透過率は、実効的な導波路単一通過
あたりのレーザ利得(励起パワー、活性イオンのエネル
ギー準位構造等に依存)と、導波路の伝搬損失とにより
最適化できる。典型的な値としては、部分反射鏡の反射
率は80%から98%程度である。詳しくは、ケヒナ−
著、ソリッド・ステート・レーザ・エンジニアリング
第4版、100頁,(W. Koechner, Solid-State Laser Engi
neering, 4th edition, p.100, Springer-Verlag)の
(3.67)式に記載されている。
びマルチモード導波路3から構成される導波路の入力側
端面には、励起用半導体レーザ光(励起光)の波長に対
し全透過し、所望のレーザ発振波長に対し全反射する誘
電多層膜コート(共振器リアミラー111)が設けられ
ており、出力側端面には、レーザ発振波長に対し部分反
射する誘電体多層膜コート(共振器出力ミラー112)
が設けられている。このように共振器リアミラー111
および共振器出力ミラー112を設けることによりレー
ザ共振器を形成している。出力鏡として機能する共振器
出力ミラー112の透過率は、実効的な導波路単一通過
あたりのレーザ利得(励起パワー、活性イオンのエネル
ギー準位構造等に依存)と、導波路の伝搬損失とにより
最適化できる。典型的な値としては、部分反射鏡の反射
率は80%から98%程度である。詳しくは、ケヒナ−
著、ソリッド・ステート・レーザ・エンジニアリング
第4版、100頁,(W. Koechner, Solid-State Laser Engi
neering, 4th edition, p.100, Springer-Verlag)の
(3.67)式に記載されている。
【0038】次に、本実施形態の導波路型レーザ発振器
のレーザ発振動作を説明する。
のレーザ発振動作を説明する。
【0039】励起用マルチモード半導体レーザ107か
ら射出されたレーザ光115は、励起光学系6を通し
て、適当なビーム径に整形され、導波路端面に集光され
る。励起光115は、共振器リアミラー111を透過
し、マルチモード導波路3を伝搬する。このときの集光
スポットサイズは、上記マルチモード導波路3の断面に
合致するサイズとなっている。また、集光ビームのビー
ム発散角(この場合、集光角)は、上記マルチモード導
波路3の開口数(NA)以下としてある。これにより、
マルチモード半導体レーザビームは導波路に高効率に結
合され、伝搬されることとなる。
ら射出されたレーザ光115は、励起光学系6を通し
て、適当なビーム径に整形され、導波路端面に集光され
る。励起光115は、共振器リアミラー111を透過
し、マルチモード導波路3を伝搬する。このときの集光
スポットサイズは、上記マルチモード導波路3の断面に
合致するサイズとなっている。また、集光ビームのビー
ム発散角(この場合、集光角)は、上記マルチモード導
波路3の開口数(NA)以下としてある。これにより、
マルチモード半導体レーザビームは導波路に高効率に結
合され、伝搬されることとなる。
【0040】上記励起光の伝搬過程で、シングルモード
導波路2を横切る導波光7が発生する。この導波光7
は、シングルモード導波路2にドープされた活性イオン
または増感イオンにより吸収される。マルチモード伝搬
を続けていく過程で、全ての光線がシングルモード導波
路2を通過する。このため原理的には、十分に長い導波
路を作製すれば、高効率に励起光を吸収できる。このこ
とは、より詳細には以下のように説明できる。
導波路2を横切る導波光7が発生する。この導波光7
は、シングルモード導波路2にドープされた活性イオン
または増感イオンにより吸収される。マルチモード伝搬
を続けていく過程で、全ての光線がシングルモード導波
路2を通過する。このため原理的には、十分に長い導波
路を作製すれば、高効率に励起光を吸収できる。このこ
とは、より詳細には以下のように説明できる。
【0041】いわゆるダブルクラッド構造のファイバに
おいては、信号光の通過するシングルモードコア部分
と、それを取り囲むように設けられた、励起用マルチモ
ード半導体レーザ光を導波するマルチモードコア(信号
光に対してはクラッドの役割をなす)とが配置され、励
起レーザビームはマルチモード伝搬しながら、シングル
モードコア(信号コア)に吸収されていく(93年8月
エレクロニクス・レターズ、第29巻、1500頁(Ele
ctronics Letters,vol.29, pp.1500-1501, 1993)を参
照)。コアの位置が、中心より偏っている場合(オフセ
ット型)やクラッドが矩形やD型の場合は、原理的に
は、十分に長いファイバであれば、励起光は必ずコアを
横切ることとなり、高効率(90%程度、ないしそれ以
上)で吸収される。本形態の場合でも同様の現象が起こ
る。
おいては、信号光の通過するシングルモードコア部分
と、それを取り囲むように設けられた、励起用マルチモ
ード半導体レーザ光を導波するマルチモードコア(信号
光に対してはクラッドの役割をなす)とが配置され、励
起レーザビームはマルチモード伝搬しながら、シングル
モードコア(信号コア)に吸収されていく(93年8月
エレクロニクス・レターズ、第29巻、1500頁(Ele
ctronics Letters,vol.29, pp.1500-1501, 1993)を参
照)。コアの位置が、中心より偏っている場合(オフセ
ット型)やクラッドが矩形やD型の場合は、原理的に
は、十分に長いファイバであれば、励起光は必ずコアを
横切ることとなり、高効率(90%程度、ないしそれ以
上)で吸収される。本形態の場合でも同様の現象が起こ
る。
【0042】本形態が導波路構造を採用していること以
外で上記ダブルクラッド・ファイバとの最も大きな違い
は、マルチモード導波路の構造が、幅方向でマルチモー
ド、厚み方向でシングルモードであることである。ダブ
ルクラッド・ファイバでは、厚み方向および幅方向の両
方向とも、マルチモード伝搬であり、励起光の吸収のた
めには、長い路長/高濃度ドープが必要である。その理
由は、(励起光の実効的な吸収係数)=(励起光のシン
グルモード導波路の吸収係数)x(シングルモード導波
路断面積)÷(マルチモード導波路断面積)という式で
実効吸収係数を見積もることが出来るため、典型的なダ
ブルクラッドファイバ(コア直径が10ミクロン、クラ
ッドが100ミクロン×200ミクロン角)の吸収係数
はコアの1/200程度にまで下がるためである。これ
を補償するため、活性イオン・増感イオンの高濃度ドー
プが必要となる。以上は、より詳細には、97年10月
レーザー研究、第25巻、702頁に詳細な記述があ
る。
外で上記ダブルクラッド・ファイバとの最も大きな違い
は、マルチモード導波路の構造が、幅方向でマルチモー
ド、厚み方向でシングルモードであることである。ダブ
ルクラッド・ファイバでは、厚み方向および幅方向の両
方向とも、マルチモード伝搬であり、励起光の吸収のた
めには、長い路長/高濃度ドープが必要である。その理
由は、(励起光の実効的な吸収係数)=(励起光のシン
グルモード導波路の吸収係数)x(シングルモード導波
路断面積)÷(マルチモード導波路断面積)という式で
実効吸収係数を見積もることが出来るため、典型的なダ
ブルクラッドファイバ(コア直径が10ミクロン、クラ
ッドが100ミクロン×200ミクロン角)の吸収係数
はコアの1/200程度にまで下がるためである。これ
を補償するため、活性イオン・増感イオンの高濃度ドー
プが必要となる。以上は、より詳細には、97年10月
レーザー研究、第25巻、702頁に詳細な記述があ
る。
【0043】一方、本形態では、(シングルモード導波
路断面積)/(マルチモード導波路断面積)は高々1/
2〜1/20程度であり、長さの面で十分に短尺化で
き、導波路化できる。このことは、励起用半導体レーザ
のビーム品質が、pn接合面に垂直方向でほぼシングル
モード、pn接合面に平行な活性層幅方向でマルチモー
ドであることを利用し、それに整合するような幅方向に
マルチモード導波路を構成したことによる。
路断面積)/(マルチモード導波路断面積)は高々1/
2〜1/20程度であり、長さの面で十分に短尺化で
き、導波路化できる。このことは、励起用半導体レーザ
のビーム品質が、pn接合面に垂直方向でほぼシングル
モード、pn接合面に平行な活性層幅方向でマルチモー
ドであることを利用し、それに整合するような幅方向に
マルチモード導波路を構成したことによる。
【0044】以下に、上述したような構成の導波路レー
ザを試作した実施例を説明する。
ザを試作した実施例を説明する。
【0045】本実施例では、Yb:YAGシングルモー
ド導波路に、マルチモード導波路を作製する。励起用半
導体レーザ(波長940nm、出力1.6W、発光幅1
00ミクロン)をコリメートレンズ(焦点距離6.5m
m、NA=0.5)によりコリメートした後、アナモル
フィックプリズムペアで発行幅方向を3倍に拡大する。
さらに、非球面レンズ(f=3mm)で集光することに
より、導波路幅方向の直径30ミクロン、厚み方向5ミ
クロン程度に集光することができる。マルチモード導波
路を幅30ミクロン、厚み6ミクロン、幅方向NA=
0.4とすることで、励起用半導体レーザ光は高効率に
結合・伝搬する。
ド導波路に、マルチモード導波路を作製する。励起用半
導体レーザ(波長940nm、出力1.6W、発光幅1
00ミクロン)をコリメートレンズ(焦点距離6.5m
m、NA=0.5)によりコリメートした後、アナモル
フィックプリズムペアで発行幅方向を3倍に拡大する。
さらに、非球面レンズ(f=3mm)で集光することに
より、導波路幅方向の直径30ミクロン、厚み方向5ミ
クロン程度に集光することができる。マルチモード導波
路を幅30ミクロン、厚み6ミクロン、幅方向NA=
0.4とすることで、励起用半導体レーザ光は高効率に
結合・伝搬する。
【0046】この例では、1.6Wの半導体レーザパワ
ーに対し、励起光学系のスループット効率95%、入射
結合効率80%で、1.2WのLDパワーを導波路に入
射できた。
ーに対し、励起光学系のスループット効率95%、入射
結合効率80%で、1.2WのLDパワーを導波路に入
射できた。
【0047】また、Yb濃度10at%(原子数の百分
率)、導波路長7.5mmにおいて、導波路での吸収を
90%以上確保することができ、レーザ発振出力0.8
4W(発振効率70%)を得ることができた。濃度と長
さの設定は、940nmにおけるYb3+の吸収係数はお
よそ1cm-1/at%であることから、10at%で
は、コア部分の吸収係数は10cm-1、コア面積とマル
チモードクラッド面積の比率は6/30=1/5である
ため、実効吸収係数は10/5=2cm-1となる。導波
路長7.5mmとすることで、シングルパスあたり78
%、ダブルパスで95%以上吸収することになる。
率)、導波路長7.5mmにおいて、導波路での吸収を
90%以上確保することができ、レーザ発振出力0.8
4W(発振効率70%)を得ることができた。濃度と長
さの設定は、940nmにおけるYb3+の吸収係数はお
よそ1cm-1/at%であることから、10at%で
は、コア部分の吸収係数は10cm-1、コア面積とマル
チモードクラッド面積の比率は6/30=1/5である
ため、実効吸収係数は10/5=2cm-1となる。導波
路長7.5mmとすることで、シングルパスあたり78
%、ダブルパスで95%以上吸収することになる。
【0048】(実施形態2)上述の第1の実施形態で説
明した導波路の構造は、図示した構造に限定されるもの
ではなく、励起光を効率的に吸収できるように設計に応
じて種々の構造を採用することができる。ここでは、励
起光を効率的に吸収できる導波路構造の一例を説明す
る。
明した導波路の構造は、図示した構造に限定されるもの
ではなく、励起光を効率的に吸収できるように設計に応
じて種々の構造を採用することができる。ここでは、励
起光を効率的に吸収できる導波路構造の一例を説明す
る。
【0049】図2は、本発明の第2の実施形態を説明す
るための図であって、励起光を効率的に吸収できる導波
路構造の一例を示す模式図である。本形態における導波
路は、上述の図1(a)、(b)に示した、シングルモ
ード導波路を挟む励起光用のマルチモード導波路の幅が
一定でなく、励起光が伝搬する方向に向かって幅が縮小
されていくテーパ形状になっている(テーパ型マルチモ
ード導波路8)。このようなテーパ構造によれば、伝搬
する励起光7はより狭い断面内に閉じ込めるため、伝搬
過程における励起光吸収率を導波路の幅が一定の場合よ
りも高めることができる。例えば、入射端面における導
波路幅を30ミクロン、出射端面での導波路幅を15ミ
クロン程度とすると、一定幅の導波路では、7.5mm
程度の導波路長が必要であるところが5.7mm程度で
同じ吸収率を得ることができた。Yb:YAGレーザ
は、準3準位レーザであるため、活性イオンがドープさ
れた領域では、基底準位吸収が生じる。すなわち、レー
ザ発振光に対し吸収が生じるため、導波路長はできる限
り短い方が良い。活性イオンをNd3+などの4準位レー
ザであれば、導波路の長さの選定は緩くて良い。
るための図であって、励起光を効率的に吸収できる導波
路構造の一例を示す模式図である。本形態における導波
路は、上述の図1(a)、(b)に示した、シングルモ
ード導波路を挟む励起光用のマルチモード導波路の幅が
一定でなく、励起光が伝搬する方向に向かって幅が縮小
されていくテーパ形状になっている(テーパ型マルチモ
ード導波路8)。このようなテーパ構造によれば、伝搬
する励起光7はより狭い断面内に閉じ込めるため、伝搬
過程における励起光吸収率を導波路の幅が一定の場合よ
りも高めることができる。例えば、入射端面における導
波路幅を30ミクロン、出射端面での導波路幅を15ミ
クロン程度とすると、一定幅の導波路では、7.5mm
程度の導波路長が必要であるところが5.7mm程度で
同じ吸収率を得ることができた。Yb:YAGレーザ
は、準3準位レーザであるため、活性イオンがドープさ
れた領域では、基底準位吸収が生じる。すなわち、レー
ザ発振光に対し吸収が生じるため、導波路長はできる限
り短い方が良い。活性イオンをNd3+などの4準位レー
ザであれば、導波路の長さの選定は緩くて良い。
【0050】以上のようなことから、本形態のように励
起光を伝搬するマルチモード導波路をテーパ状に形成す
ることにより、全体のサイズを小型化することができ
る。
起光を伝搬するマルチモード導波路をテーパ状に形成す
ることにより、全体のサイズを小型化することができ
る。
【0051】(実施形態3)ここでは、前述した第1の
実施形態で説明した導波路型レーザ発振器を高出力化で
きるようにした例を説明する。図3は、本発明の第3の
実施形態である導波路型レーザ発振器の構成を示す模式
図である。
実施形態で説明した導波路型レーザ発振器を高出力化で
きるようにした例を説明する。図3は、本発明の第3の
実施形態である導波路型レーザ発振器の構成を示す模式
図である。
【0052】本形態の導波路型レーザ発振器では、前述
の図1(a)、(b)に示したマルチモード導波路3の
入力側の導波路が複数のマルチモード入力導波路11か
ら構成されている。各マルチモード入力導波路11にお
いても、励起光が厚さ方向に対してシングルモード伝搬
し、幅方向に対してマルチモード伝搬する構成となって
いる。これらマルチモード入力導波路11は、合波器1
0で結合されて1本の導波路になっている。
の図1(a)、(b)に示したマルチモード導波路3の
入力側の導波路が複数のマルチモード入力導波路11か
ら構成されている。各マルチモード入力導波路11にお
いても、励起光が厚さ方向に対してシングルモード伝搬
し、幅方向に対してマルチモード伝搬する構成となって
いる。これらマルチモード入力導波路11は、合波器1
0で結合されて1本の導波路になっている。
【0053】各マルチモード入力導波路11の入力端面
には、それぞれ励起用マルチモード半導体レーザ9(励
起光学系は不図示)が設けられている。これら励起用マ
ルチモード半導体レーザ9の代わりに、発光素子が発光
幅の3〜4倍の間隔をあけて1次元的(アレイ状)に配
置された、所謂「半導体レーザ・バー」を用いても良
い。
には、それぞれ励起用マルチモード半導体レーザ9(励
起光学系は不図示)が設けられている。これら励起用マ
ルチモード半導体レーザ9の代わりに、発光素子が発光
幅の3〜4倍の間隔をあけて1次元的(アレイ状)に配
置された、所謂「半導体レーザ・バー」を用いても良
い。
【0054】図1の例と同様に、マルチモード導波路3
に挟まれ、活性イオンがドープされたシングルモード導
波路2が合波器10を貫いて、中央部分に配置されてい
る。また、シングルモード導波路2とこれを挟むマルチ
モード導波路3から構成される導波路の端面には、共振
器リアミラー111と共振器出力ミラー112が設けら
れている。
に挟まれ、活性イオンがドープされたシングルモード導
波路2が合波器10を貫いて、中央部分に配置されてい
る。また、シングルモード導波路2とこれを挟むマルチ
モード導波路3から構成される導波路の端面には、共振
器リアミラー111と共振器出力ミラー112が設けら
れている。
【0055】上記のように構成された導波路型レーザ発
振器では、合波器10で合波されたマルチモード半導体
レーザ光(励起光)が、第1の実施例の場合と同様に、
伝搬過程でシングルモード導波路2(コア部分)を横切
りながら、活性イオンを励起することになる。
振器では、合波器10で合波されたマルチモード半導体
レーザ光(励起光)が、第1の実施例の場合と同様に、
伝搬過程でシングルモード導波路2(コア部分)を横切
りながら、活性イオンを励起することになる。
【0056】本形態の導波路構造において、合波器以降
のマルチモード導波路3は、テーパ形状を成していても
良い。
のマルチモード導波路3は、テーパ形状を成していても
良い。
【0057】また、図3では入力導波路および半導体レ
ーザは3つになっているが、この数は設計に応じて自由
に変更することができる。
ーザは3つになっているが、この数は設計に応じて自由
に変更することができる。
【0058】また、バー型半導体レーザを用いる場合に
は、通常は、100ミクロン発光素子が20個から25
個程度、直線状に並ぶことになるので、それぞれに対応
した入力導波路を形成する必要がある。
は、通常は、100ミクロン発光素子が20個から25
個程度、直線状に並ぶことになるので、それぞれに対応
した入力導波路を形成する必要がある。
【0059】(実施形態4)ここでは、前述の図3に示
したような複数の入力導波路を有するマルチモード導波
路とシングルモード導波路によって導波路が構成され、
各入力導波路毎に複数の励起光源を備える導波路型光増
幅器について説明する。図4は、本発明の第4の実施形
態である導波路型光増幅器の構成を示す模式図である。
したような複数の入力導波路を有するマルチモード導波
路とシングルモード導波路によって導波路が構成され、
各入力導波路毎に複数の励起光源を備える導波路型光増
幅器について説明する。図4は、本発明の第4の実施形
態である導波路型光増幅器の構成を示す模式図である。
【0060】この導波路型光増幅器は、2つの励起用マ
ルチモード半導体レーザ9(励起光学系は不図示)を備
え、各励起用マルチモード半導体レーザ9に1対1対応
でマルチモード入力導波路11が設けられている。これ
らマルチモード入力導波路11は、シングルモード導波
路2に対して左右対象に設けられており、合波器10で
結合されて1本の導波路になっている。シングルモード
導波路2の入力側端面に入力信号100の入射が可能な
ように構成されているが、シングルモード導波路2の両
端面には共振器を構成するためのミラーは設けられてい
ない。
ルチモード半導体レーザ9(励起光学系は不図示)を備
え、各励起用マルチモード半導体レーザ9に1対1対応
でマルチモード入力導波路11が設けられている。これ
らマルチモード入力導波路11は、シングルモード導波
路2に対して左右対象に設けられており、合波器10で
結合されて1本の導波路になっている。シングルモード
導波路2の入力側端面に入力信号100の入射が可能な
ように構成されているが、シングルモード導波路2の両
端面には共振器を構成するためのミラーは設けられてい
ない。
【0061】上記の構成の導波路型光増幅器では、各励
起用マルチモード半導体レーザ9から射出された励起光
は、それぞれマルチモード入力導波路11を伝搬し、合
波器10にて合波される。この合波器10で合波された
励起光が、第1の実施例の場合と同様に、伝搬過程でシ
ングルモード導波路2(コア部分)を横切りながら、活
性イオンを励起する。シングルモード導波路2は、一端
面から信号光100が入射され、該入力信号光を添加さ
れている希土類イオンまたは遷移金属イオンが励起され
ることにより生じる誘導放出により光増幅するようにな
っており、他方の端面から該増幅された信号光(増幅信
号光103)が射出される。
起用マルチモード半導体レーザ9から射出された励起光
は、それぞれマルチモード入力導波路11を伝搬し、合
波器10にて合波される。この合波器10で合波された
励起光が、第1の実施例の場合と同様に、伝搬過程でシ
ングルモード導波路2(コア部分)を横切りながら、活
性イオンを励起する。シングルモード導波路2は、一端
面から信号光100が入射され、該入力信号光を添加さ
れている希土類イオンまたは遷移金属イオンが励起され
ることにより生じる誘導放出により光増幅するようにな
っており、他方の端面から該増幅された信号光(増幅信
号光103)が射出される。
【0062】本形態の場合、シングルモード導波路2
(コア部分)活性イオンは、1.55ミクロン帯の光増
幅を行う場合には、Er3+やEr3+とYb3+の共添加が
望ましい。特に、Yb3+を共添加した場合は、導波路の
単位長あたりの吸収係数を2桁ほど増大することが可能
で、さらに0.8〜1.1ミクロンの波長域のレーザ光
を吸収可能となる。これにより、導波路長をさらに短く
することができる。
(コア部分)活性イオンは、1.55ミクロン帯の光増
幅を行う場合には、Er3+やEr3+とYb3+の共添加が
望ましい。特に、Yb3+を共添加した場合は、導波路の
単位長あたりの吸収係数を2桁ほど増大することが可能
で、さらに0.8〜1.1ミクロンの波長域のレーザ光
を吸収可能となる。これにより、導波路長をさらに短く
することができる。
【0063】(実施形態5)図5は、本発明の第5の実
施形態であるパス型の導波路型光増幅器の構成を示す模
式図である。この導波路型光増幅器は、2パス型の導波
路型光増幅器であって、図3に示した構造と同様の導波
路構造を備え、各マルチモード入力導波路11毎に励起
用マルチモード半導体レーザ9(励起光学系は不図示)
が設けられている。本形態では、シングルモード導波路
2とマルチモード導波路3とから構成される導波路の両
端面には共振器用のミラーは設けられておらず、代わっ
て導波路の励起光入力端面に全反射ミラー111aが設
けられ、信号光入出力端面側に光サーキュレータ12が
設けられている。
施形態であるパス型の導波路型光増幅器の構成を示す模
式図である。この導波路型光増幅器は、2パス型の導波
路型光増幅器であって、図3に示した構造と同様の導波
路構造を備え、各マルチモード入力導波路11毎に励起
用マルチモード半導体レーザ9(励起光学系は不図示)
が設けられている。本形態では、シングルモード導波路
2とマルチモード導波路3とから構成される導波路の両
端面には共振器用のミラーは設けられておらず、代わっ
て導波路の励起光入力端面に全反射ミラー111aが設
けられ、信号光入出力端面側に光サーキュレータ12が
設けられている。
【0064】本形態の導波路型光増幅器では、図3に示
した例の場合と同様、合波器10で合波されたマルチモ
ード半導体レーザ光(励起光)が伝搬過程でシングルモ
ード導波路2(コア部分)を横切りながら、活性イオン
を励起する。入力信号光100は、光サーキュレータ1
2を介して信号光入出力端面(全反射ミラー111aと
は反対側の端面)からシングルモード導波路2に入射す
る。入射した入力信号光100は、シングルモード導波
路2を伝搬して全反射ミラー111aに到達し、該全反
射ミラー111aで反射されて再びシングルモード導波
路2を伝搬して信号光入出力端面から射出される。この
往復(2−パス)過程により、入力信号光100は効率
の良く増幅されることになる。
した例の場合と同様、合波器10で合波されたマルチモ
ード半導体レーザ光(励起光)が伝搬過程でシングルモ
ード導波路2(コア部分)を横切りながら、活性イオン
を励起する。入力信号光100は、光サーキュレータ1
2を介して信号光入出力端面(全反射ミラー111aと
は反対側の端面)からシングルモード導波路2に入射す
る。入射した入力信号光100は、シングルモード導波
路2を伝搬して全反射ミラー111aに到達し、該全反
射ミラー111aで反射されて再びシングルモード導波
路2を伝搬して信号光入出力端面から射出される。この
往復(2−パス)過程により、入力信号光100は効率
の良く増幅されることになる。
【0065】本形態においても、合波器10以降のマル
チモード導波路3は、図2に示すようなテーパ形状をな
していてもよく、またテーパにより幅縮小された後、一
定の幅を保ち、その後幅が拡大していくような亜鈴状に
なっていてもよい。
チモード導波路3は、図2に示すようなテーパ形状をな
していてもよく、またテーパにより幅縮小された後、一
定の幅を保ち、その後幅が拡大していくような亜鈴状に
なっていてもよい。
【0066】また、複数の励起用半導体レーザを用いる
場合において、図3〜図5までに示した配置は一例に過
ぎず、励起光導波路の配置方法は設計に応じて自由設定
することができる。例えば前方、後方から励起するよう
なマルチモード導波路を配置することで、励起効率の向
上を図り、また、光信号増幅器の場合、低雑音化を図る
こともできる。これは、一般にErドープファイバアン
プの場合、前方励起(励起光と信号光が同一方向)の場
合に低雑音特性を発現し、後方励起(励起光と信号光が
反対方向)の場合に高効率であることを利用する。
場合において、図3〜図5までに示した配置は一例に過
ぎず、励起光導波路の配置方法は設計に応じて自由設定
することができる。例えば前方、後方から励起するよう
なマルチモード導波路を配置することで、励起効率の向
上を図り、また、光信号増幅器の場合、低雑音化を図る
こともできる。これは、一般にErドープファイバアン
プの場合、前方励起(励起光と信号光が同一方向)の場
合に低雑音特性を発現し、後方励起(励起光と信号光が
反対方向)の場合に高効率であることを利用する。
【0067】また、図3〜図5までの複数の半導体レー
ザを用いる場合において、シングルモード導波路は、合
波器より手前側で活性イオンが添加されておらず、合波
器以降において活性イオンを添加するような構成を採用
しても良い。これは、ErやYbなどは3準位レーザで
あるため、励起されていない(励起光が通過・吸収して
いない)部位においては、基底準位吸収が起こり、効率
の低下を招くので、この現象を防ぐため、励起光の通過
しない部位には活性イオンを添加しない構成が望まし
い。ただし、Ndなど4準位レーザにおいては、この限
りではない。
ザを用いる場合において、シングルモード導波路は、合
波器より手前側で活性イオンが添加されておらず、合波
器以降において活性イオンを添加するような構成を採用
しても良い。これは、ErやYbなどは3準位レーザで
あるため、励起されていない(励起光が通過・吸収して
いない)部位においては、基底準位吸収が起こり、効率
の低下を招くので、この現象を防ぐため、励起光の通過
しない部位には活性イオンを添加しない構成が望まし
い。ただし、Ndなど4準位レーザにおいては、この限
りではない。
【0068】以上の説明は、レーザについてYb:YA
GレーザやNd:YAGレーザについて、光増幅器につ
いては、Erドープ増幅器について述べたが、本発明は
以上の材料に限定されることはなく、広く光励起可能な
材料すべてに渡って適用可能である。例えば、レーザ材
料として、1ミクロン帯では、Nd:YVO4(808
nm)、Nd:YLF(795nm)、Yb:LuAG
(940nmまたは970nm)、Yb:YLF(94
0nm)等、2ミクロン帯ではTm:YAG(795n
m)、Ho:YAG(1.9ミクロン)、Tm,Ho:
YAG(795nm)、Tm,Ho:YLF(795n
m)等、3ミクロン帯ではEr:YAG(968n
m)、Er:YLF(968nm)等、可視域では、C
r:LiSAF(650nm)等の材料はすべて括弧内
に示した波長の半導体レーザにより励起可能である。
GレーザやNd:YAGレーザについて、光増幅器につ
いては、Erドープ増幅器について述べたが、本発明は
以上の材料に限定されることはなく、広く光励起可能な
材料すべてに渡って適用可能である。例えば、レーザ材
料として、1ミクロン帯では、Nd:YVO4(808
nm)、Nd:YLF(795nm)、Yb:LuAG
(940nmまたは970nm)、Yb:YLF(94
0nm)等、2ミクロン帯ではTm:YAG(795n
m)、Ho:YAG(1.9ミクロン)、Tm,Ho:
YAG(795nm)、Tm,Ho:YLF(795n
m)等、3ミクロン帯ではEr:YAG(968n
m)、Er:YLF(968nm)等、可視域では、C
r:LiSAF(650nm)等の材料はすべて括弧内
に示した波長の半導体レーザにより励起可能である。
【0069】さらに、シングルモード導波路の伝搬方向
の延長上に、周期的分極反転素子を作製することも可能
である。これによりレーザ光を波長変換することも可能
である。また、第2高調波発生や光パラメトリック発振
を行うことも可能である。
の延長上に、周期的分極反転素子を作製することも可能
である。これによりレーザ光を波長変換することも可能
である。また、第2高調波発生や光パラメトリック発振
を行うことも可能である。
【0070】また、各実施形態では、励起用マルチモー
ド半導体レーザから射出された半導体レーザ光をマルチ
モード導波路に入射せしめる手段として励起光学系を用
いているが、これに代えて、半導体レーザ光をファイバ
ーなどを用いて直接マルチモード導波路に結合させるよ
うに構成してもよい。
ド半導体レーザから射出された半導体レーザ光をマルチ
モード導波路に入射せしめる手段として励起光学系を用
いているが、これに代えて、半導体レーザ光をファイバ
ーなどを用いて直接マルチモード導波路に結合させるよ
うに構成してもよい。
【0071】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
励起光がスキューモード伝搬することなく、シングルモ
ード導波路を交差横断しつつ吸収されていくので、シン
グルモードで高出力を得ることのできるレーザ発振器お
よび光増幅器を提供することができる。
励起光がスキューモード伝搬することなく、シングルモ
ード導波路を交差横断しつつ吸収されていくので、シン
グルモードで高出力を得ることのできるレーザ発振器お
よび光増幅器を提供することができる。
【0072】本発明のうち励起光が伝搬するマルチモー
ド導波路がテーパ状になっているものにおいては、シン
グルモード導波路との空間的な重なりが大きくなるの
で、シングルモード導波路における励起光の吸収効率が
向上し、高出力かつ高効率のレーザ発振器および光増幅
器を提供することができる。さらにこの場合、励起光の
吸収効率が向上したことにより、導波路長を短くするこ
とができ、小型で堅牢な高出力のレーザ発振器および光
増幅器を提供することができる。
ド導波路がテーパ状になっているものにおいては、シン
グルモード導波路との空間的な重なりが大きくなるの
で、シングルモード導波路における励起光の吸収効率が
向上し、高出力かつ高効率のレーザ発振器および光増幅
器を提供することができる。さらにこの場合、励起光の
吸収効率が向上したことにより、導波路長を短くするこ
とができ、小型で堅牢な高出力のレーザ発振器および光
増幅器を提供することができる。
【0073】本発明のうちマルチモード導波路が複数の
入力導波路を持つものにおいては、大きな励起光パワー
を得られるので、さらに高出力を得ることのできるレー
ザ発振器および光増幅器を提供することができる。
入力導波路を持つものにおいては、大きな励起光パワー
を得られるので、さらに高出力を得ることのできるレー
ザ発振器および光増幅器を提供することができる。
【図1】(a)は本発明の第1の実施形態である導波路
型レーザ発振器の構成を示す模式図で、(b)は(a)
示す導波路の断面図である。
型レーザ発振器の構成を示す模式図で、(b)は(a)
示す導波路の断面図である。
【図2】本発明の第2の実施形態である、励起光を効率
的に吸収できる導波路構造の一例を示す模式図である。
的に吸収できる導波路構造の一例を示す模式図である。
【図3】本発明の第3の実施形態である導波路型レーザ
発振器の構成を示す模式図である。
発振器の構成を示す模式図である。
【図4】本発明の第4の実施形態である導波路型光増幅
器の構成を示す模式図である。
器の構成を示す模式図である。
【図5】本発明の第5の実施形態であるパス型の導波路
型光増幅器の構成を示す模式図である。
型光増幅器の構成を示す模式図である。
【図6】従来の導波路型光増幅器を示す模式図である。
【図7】(a)は従来の導波路型レーザの概略構成を一
例を示す模式図、(b)は(a)に示す導波路の断面図
である。
例を示す模式図、(b)は(a)に示す導波路の断面図
である。
1 光学基板 2 シングルモード導波路 3 マルチモード導波路 4 上部クラッド 5 ポリマクラッド 6 励起光学系 7 導波光(励起光) 13 活性層(発光層) 107 励起用マルチモード半導体レーザ 115 半導体レーザ光 111 共振器リアミラー 112 共振器出力ミラー 114 レーザ光
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−283770(JP,A) 特開 平2−222182(JP,A) 特開 平5−29686(JP,A) 特開 昭60−115274(JP,A) OPTICS COMMUNICAT IONS,Vol.115,No.5,6, 491−497 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01S 3/06 - 3/07 G02B 6/12 - 6/122 H01S 3/10
Claims (13)
- 【請求項1】 光学基板上に導波路を形成してなる光導
波路であって、 希土類イオンまたは遷移金属イオンが添加され、該イオ
ンが励起されることにより生じる誘導放出光が導波路の
厚さ方向および幅方向の両方向に対してシングルモード
伝搬するように構成されたシングルモード導波路と、 前記光学基板上で前記シングルモード導波路を両側から
挟むように設けられ、前記希土類イオンまたは遷移金属
イオンを励起するための光が導波路の厚さ方向に対して
のみシングルモード伝搬し、幅方向に対してはマルチモ
ード伝搬するように構成されたマルチモード導波路とを
有することを特徴とする光導波路。 - 【請求項2】 請求項1に記載の光導波路において、 前記マルチモード導波路は、複数の入力導波路と、これ
ら入力導波路を伝搬する励起光を合波する合波器とを有
することを特徴とする光導波路。 - 【請求項3】 請求項1に記載の光導波路において、 前記マルチモード導波路の少なくとも一部が、励起光の
伝搬方向に向け幅が縮小されていくテーパ形状であるこ
とを特徴とする光導波路。 - 【請求項4】 請求項3に記載の光導波路において、 前記マルチモード導波路は、複数の入力導波路と、これ
ら入力導波路を伝搬する励起光を合波する合波器とを有
し、該合波器で合波された励起光が伝搬される導波路部
分が前記テーパ形状になっていることを特徴とする光導
波路。 - 【請求項5】 請求項1乃至請求項4のいずれか1項に
記載の光導波路において、 前記希土類イオンがEr3+、Nd3+、Yb3+、Tm3+、
Ho3+、Pr3+のうちの少なくとも1つからなり、前記
遷移金属イオンがTiおよびCrのうちの少なくとも1
からなることを特徴とする光導波路。 - 【請求項6】 請求項1乃至請求項5のいずれか1項に
記載の光導波路を有し、該光導波路を構成するシングル
モード導波路の一方の端面に、該シングルモード導波路
に添加された希土類イオンまたは遷移金属イオンが励起
されることにより生じる誘導放出光を全反射する第1の
ミラーが設けられ、他方の端面に前記誘導放出光を部分
反射する第2のミラーが設けられた光共振器と、 前記希土類イオンまたは遷移金属イオンを励起するため
のマルチモードレーザ光を射出する励起用マルチモード
半導体レーザと、 前記マルチモードレーザ光を前記光導波路を構成するマ
ルチモード導波路に入射せしめる入力手段とを有するこ
とを特徴とする導波路型レーザ発振器。 - 【請求項7】 請求項1または請求項3に記載の光導波
路を有し、該光導波路を構成するシングルモード導波路
とこれを挟むように形成されたマルチモード導波路とか
ら構成される導波路の一方の端面に、前記シングルモー
ド導波路に添加された希土類イオンまたは遷移金属イオ
ンが励起されることにより生じる誘導放出光を全反射す
る第1のミラーが設けられ、他方の端面に前記誘導放出
光を部分反射する第2のミラーが設けられた光共振器
と、 前記希土類イオンまたは遷移金属イオンを励起するため
のマルチモードレーザ光を射出する励起用マルチモード
半導体レーザと、 前記マルチモードレーザ光を前記導波路構造を構成する
マルチモード導波路に入射せしめる入力手段とを有し、 前記光共振器の第1のミラーは、前記入力手段を介して
入射されるマルチモードレーザ光を全透過するように構
成されていることを特徴とする導波路型レーザ発振器。 - 【請求項8】 請求項2または請求項4に記載の光導波
路を有し、該光導波路を構成するシングルモード導波路
の一方の端面に、該シングルモード導波路に添加された
希土類イオンまたは遷移金属イオンが励起されることに
より生じる誘導放出光を全反射する第1のミラーが設け
られ、他方の端面に前記誘導放出光を部分反射する第2
のミラーが設けられた光共振器と、 前記光導波路を構成するマルチモード導波路の各入力導
波路毎に設けられ、前記希土類イオンまたは遷移金属イ
オンを励起するためのマルチモードレーザ光を射出する
複数の励起用マルチモード半導体レーザと、 前記複数の励起用マルチモード半導体レーザ毎に設けら
れ、各励起用マルチモード半導体レーザから射出された
マルチモードレーザ光を前記マルチモード導波路の対応
する入力導波路に入射せしめる複数の入力手段とを有す
ることを特徴とする導波路型レーザ発振器。 - 【請求項9】 請求項8に記載の導波路型レーザ発振器
において、 前記複数の励起用マルチモード半導体レーザに代えて、
複数の発光素子が所定の間隔で一次元的に配置された半
導体レーザ・バーが設けられ、該半導体レーザ・バーの
各発光素子から射出されたレーザ光が前記複数の入力手
段にそれぞれ入射するように構成されたこと特徴とする
導波路型レーザ発振器。 - 【請求項10】 請求項1乃至請求項5のいずれか1項
に記載の光導波路と、 前記光導波路を構成するシングルモード導波路に添加さ
れた希土類イオンまたは遷移金属イオンを励起するため
のマルチモードレーザ光を射出する励起用マルチモード
半導体レーザと、 前記マルチモードレーザ光を前記光導波路を構成するマ
ルチモード導波路に入射せしめる入力手段とを有し、 前記シングルモード導波路は、一端面から信号光が入射
され、該入射信号光を添加されている希土類イオンまた
は遷移金属イオンが励起されることにより生じる誘導放
出により光増幅するように構成されていることを特徴と
する導波路型光増幅器。 - 【請求項11】 請求項10に記載の導波路型光増幅器
において、 前記シングルモード導波路は、信号光が入射される端面
が誘導放出によって光増幅された信号光の出力端面とな
っており、該端面の反対側の端面に、前記信号光を全反
射するミラーが設けられ、 前記シングルモード導波路に前記信号光を入射せしめる
とともに、該シングルモード導波路の出力端面から光増
幅された信号光を取り出すサーキュレータをさらに有す
ることを特徴とする導波路型光増幅器。 - 【請求項12】 請求項2または請求項4に記載の光導
波路と、 前記光導波路を構成するマルチモード導波路の各入力導
波路毎に設けられ、前記光導波路を構成するシングルモ
ード導波路に添加された希土類イオンまたは遷移金属イ
オンを励起するためのマルチモードレーザ光を射出する
複数の励起用マルチモード半導体レーザと、 前記複数の励起用マルチモード半導体レーザ毎に設けら
れ、各励起用マルチモード半導体レーザから射出された
マルチモードレーザ光を前記マルチモード導波路の対応
する入力導波路に入射せしめる複数の入力手段とを有
し、 前記シングルモード導波路は、一端面から信号光が入射
され、該入射信号光を添加されている希土類イオンまた
は遷移金属イオンが励起されることにより生じる誘導放
出により光増幅するように構成されていることを特徴と
する導波路型光増幅器。 - 【請求項13】 請求項12に記載の導波路型光増幅器
において、 前記複数の励起用マルチモード半導体レーザに代えて、
複数の発光素子が所定の間隔で一次元的に配置された半
導体レーザ・バーが設けられ、該半導体レーザ・バーの
各発光素子から射出されたレーザ光が前記複数の入力手
段にそれぞれ入射するように構成されたこと特徴とする
導波路型光増幅器。
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US6640040B2 (en) * | 2001-03-15 | 2003-10-28 | The Regents Of The University Of California | Compact cladding-pumped planar waveguide amplifier and fabrication method |
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US6895152B2 (en) * | 2001-06-28 | 2005-05-17 | Hrl Laboratories, Llc | Guided-mode laser apparatus with improved cladding structure and a method of fabricating thereof |
US6778319B2 (en) * | 2001-09-10 | 2004-08-17 | Np Photonics, Inc. | Side-pumped multi-port optical amplifier and method of manufacture using fiber drawing technologies |
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US7295580B2 (en) * | 2003-05-15 | 2007-11-13 | Hrl Laboratories, Llc | Numerical aperture optimization using doped cladding layers |
US7193772B2 (en) * | 2004-06-10 | 2007-03-20 | Raytheon Company | Conductively cooled liquid thermal nonlinearity cell for phase conjugation and method |
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US5793521A (en) * | 1992-09-21 | 1998-08-11 | Sdl Inc. | Differentially patterned pumped optical semiconductor gain media |
US5365538A (en) * | 1992-10-29 | 1994-11-15 | The Charles Stark Draper Laboratory Inc. | Slab waveguide pumped channel waveguide laser |
US5392308A (en) * | 1993-01-07 | 1995-02-21 | Sdl, Inc. | Semiconductor laser with integral spatial mode filter |
US5463649A (en) * | 1993-08-06 | 1995-10-31 | Sandia Corporation | Monolithically integrated solid state laser and waveguide using spin-on glass |
US5448586A (en) * | 1993-09-20 | 1995-09-05 | At&T Corp. | Pumping arrangements for arrays of planar optical devices |
US6075801A (en) * | 1995-01-18 | 2000-06-13 | Nec Corporation | Semiconductor laser with wide side of tapered light gain region |
US6014396A (en) * | 1997-09-05 | 2000-01-11 | Sdl, Inc. | Flared semiconductor optoelectronic device |
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