JPH04271328A - 光増幅器用光導波路の製造方法 - Google Patents

光増幅器用光導波路の製造方法

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JPH04271328A
JPH04271328A JP3053652A JP5365291A JPH04271328A JP H04271328 A JPH04271328 A JP H04271328A JP 3053652 A JP3053652 A JP 3053652A JP 5365291 A JP5365291 A JP 5365291A JP H04271328 A JPH04271328 A JP H04271328A
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Kuninori Hattori
邦典 服部
Takeshi Kitagawa
毅 北川
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光通信分野における導
波型光部品の製造方法に関するものであり、詳しくは、
 1.3μm 帯および 1.5μm 帯における信号
光を増幅する機能を有する導波型光増幅器の製造方法に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】最近、光通信に重要な 1.5μm 帯
の光を増幅する導波型光増幅器が開発されている。この
導波型光増幅器は希土類元素であるErの 1.5μm
 帯でのレーザ遷移を利用したものであり、従来の受動
型光導波回路の作製方法と同様、コア用ガラス膜をパタ
ーン化して、上部クラッド層で埋め込む方法により作製
される。図6にEr添加光増幅用光導波回路の作製方法
を示す。まず、Si基板1の上に火炎堆積法を用いて下
部クラッド層用石英系ガラス膜2およびコア用Er添加
石英系光導波膜6を作製する。次に、コア用Er添加石
英系ガラス膜をパターニング技術を用いて矩形の導波路
3にエッチング加工し、さらに上部クラッド層用石英系
ガラス膜4を形成する。 この方法によると、コア部にのみErを添加できるので
、クラッド部を含めた導波路全体に添加する拡散法など
と比べて、小さい励起光で1.5 μm 帯の信号光を
増幅させることができる。また、任意の導波路幅をもつ
光導波路を作製することができ、さらに導波路パターン
も任意に形成でき、従来の導波型光部品に用いられてい
る方向性結合器、リング共振器等の導波回路を作製する
ことができる。これらのEr添加導波回路は、光増幅に
より伝搬損失や分割損失を補償することができるので、
極めて有用な光部品である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、希土類
添加光導波路を用いた光増幅器では、光ファイバ型光増
幅器に比べて、希土類を高濃度添加しなければならず、
従って高い励起光強度が必要となる。ところが、LD光
源を用いて光増幅を行うには光源の出力に制限があるの
で、単位励起光強度に対する利得を向上させ、高効率に
動作させる必要がある。高効率化の一つの手段として、
Er添加ファイバ型光増幅器においては、Erをコア中
心部に添加したファイバを用いる方法が実現されている
。これは光強度の大きいコア中心部にErを添加するこ
とにより、単位励起光強度あたりの増幅度を向上させる
ものである。光導波路においても、同様に導波路中心部
にErを添加すると、増幅度の向上が期待できるが、従
来のEr添加石英系光導波路の製造工程で作製した導波
路では、Erの分布と屈折率分布が完全に一致しており
、Erをコア周辺部に対し中心部に多く添加した導波路
を作製することは実際上困難であった。本発明は、これ
らの問題点を鑑みてなされたものであり、その目的は、
高効率で動作する光増幅器用光導波路の製造方法を提供
することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
、本発明の光増幅器用光導波路の製造方法は、平面基板
上に下部クラッド用ガラス膜を形成し、この下部クラッ
ド層用ガラス膜上に屈折率を高める元素および希土類元
素を含むコア層用ガラス膜を形成し、パターン化により
このコア層用ガラス膜を矩形のコア部にエッチング加工
し、さらにコア部より屈折率の低い上部クラッド層用ガ
ラス膜を形成して作製する埋め込み型希土類添加光導波
路の製造方法において、上部クラッド層用ガラス膜を形
成した後、埋め込み型希土類添加光導波路を屈折率を高
める元素のガラス中の拡散係数が増大し始める温度以上
の温度ないし基板の融点以下の温度で熱処理し、光導波
路コア部に添加された屈折率を高める元素を、クラッド
部に拡散させてコア部を拡大し、コア中心部に希土類元
素を分布させる。
【0005】
【作用】本発明によれば、熱処理することにより、コア
部に添加されている屈折率を高める元素を、クラッド部
に拡散させ、コア部を拡げて光導波路コア中心部に希土
類元素を添加することができる。特に、石英系光導波路
において、Pは石英系ガラスの屈折率を高め、かつEr
に比べ原子量が約五分の一でイオン半径が約三分の一と
小さく、ガラス中の拡散係数が大きい元素であり、本発
明に好適である。同様に、石英系ガラスの屈折率を高め
、イオン半径がPにほぼ等しく、原子量が約2倍である
Geと希土類元素の組み合わせによる光導波路コア部へ
の添加も、また本発明への適用が可能である。希土類元
素としては、光通信で使用される 1.3μm 帯およ
び 1.5μm 帯にレーザ遷移を有するNd, Er
のほか、Sm, Ho、さらにはErの 1.5μm 
帯レーザ遷移に対して増感作用を有するYb等が挙げら
れる。これらの希土類元素とP,Ge等の屈折率を高め
る元素とは任意に組み合わせて適用することができる。 また、熱処理温度の下限はP,Ge等の屈折率を高める
元素のガラス中の拡散係数が増大し始める1000℃で
あり、これ以上の温度で加熱することにより実現可能な
時間の熱処理により、所定の屈折率分布を得ることがで
きる。また熱処理温度の上限は基板の融点であり、実用
性の高いSi基板の場合には約1400℃である。本発
明の方法によれば、熱処理によりパターニング工程で導
波路側壁面のエッチング荒れにより生じる伝搬損失を低
減可能であるという特徴を合わせもつ。また、本発明の
方法は、石英系ガラス中に希土類元素を添加したコア層
をパターニング技術により導波路に加工し、クラッド層
に埋め込むような埋め込み型の導波路構造をもつ光増幅
器において、膜の製造法の如何にかかわらず、火炎堆積
法、プラズマCVD法等に適用することができる。
【0006】
【実施例】以下、図面により本発明の実施例を詳細に説
明する。
【実施例1】図1に、本発明の実施例における光導波路
の作製過程を示す。ここで、希土類元素としてErを用
い、コア部の屈折率を高めるためPをコア部に添加した
。まず、Si基板1の上に、火炎堆積法により下部クラ
ッド層用石英系ガラス膜2、および膜厚8μm 、比屈
折率差 0.7%、P2O5濃度10wt%、Er濃度
8000ppm のEr添加コア層用石英系ガラス膜を
作製し、パターンニング技術を適用して導波路幅8μm
 のEr添加光導波路3を形成した。次に、火炎堆積法
を用いて上部クラッド層用石英系ガラス膜4を堆積し透
明化した。さらに、この導波路を基板ごと電気炉に挿入
し、1400℃に加熱し2時間保持することにより拡散
処理して、Er中心添加石英系光導波路5を形成した。
【0007】次に、図2に前記方法により作製したEr
添加光導波路断面部のオージェ電子分光による線分析の
結果を示す。Erの分布範囲が8μmであるのに対しP
は15μm の範囲で分布しており、熱処理することに
より、Pが拡散しコア部の中心部にErが添加されてい
ることがわかる。さらに、本発明の製造方法により熱処
理を施して作製されたパターン幅8μm を用いたEr
添加石英系光導波路の損失波長特性を図3に示す。λ(
μm )は波長であり、横軸を 1/λ4 としてプロ
ットした損失波長特性を示す。なお比較のため、熱処理
を施していない8μm のEr添加石英系光導波路の特
性も破線で示した。熱処理の有無によらず波長0.80
μm 、0.98μm および1.55μm にErに
よる吸収が見られる。熱処理を施していないEr添加光
導波路では波長に依存しない損失が 0.4dB/cm
であったものが、本発明でのEr中心添加光導波路では
0.05dB/cmに低減している。波長に依存しない
損失は導波路側壁面のエッチング荒れにより生じるもの
であり、本発明の熱処理によって伝搬損失が低減したも
のである。
【0008】前記の導波路を用いて 1.5μm 信号
光の増幅実験を行った。LDからの1.55μm 信号
およびLDからの0.97μm の励起光30mVを、
シングルモードファイバを用いて導波路端面に入射した
。導波路からの出射光を、マルチモードファイバにより
受光し、誘電体ミラーを用いて信号光成分と励起光成分
に分割し、光パワーメータを使って信号光の光強度を測
定した。図4に利得特性の励起光強度依存性を示す。入
射励起光強度50mVにて信号光強度を3dB増幅する
ことができた。以上により、本発明で作製した導波路で
は、Erをコア中心部に添加することができ、光増幅器
に要する励起光強度を低減するうえで有効であることが
明らかとなった。
【0009】
【実施例2】この実施例では、希土類元素としてErの
代わりにNdを添加し、屈折率を高める元素としてGe
を用いた。Si基板上にプラズマCVD法により下部ク
ラッド層用ガラス膜、および導波路断面8μm ×8μ
m 、比屈折率差 0.7%、P2O5濃度10wt%
、Nd濃度8000ppm のNd添加光導波路、およ
び上部クラッド層用ガラス膜を形成し、この導波路を基
板ごと電気炉に挿入し、1400℃に加熱し2時間保持
し拡散処理して、Nd中心添加石英系光導波路を形成し
た。前記の光導波路を用いてレーザ発振実験を行った。 導波路は長さ5cmである直線状のNd中心添加石英光
導波路を用い、両端面に誘電体多層膜ミラー (励起光
入射側:1.05μm における反射率99%、レーザ
光出射側:1.05μm における反射率95%) を
蒸着し、波長0.81μm のLDで励起し、波長1.
05μm におけるレーザ発振実験を行った。図5に発
振実験の結果を示す。本発明の製造方法により、従来、
発振閾値が10mwであったものを8mwに低減でき、
また、スロープ効率を10%から12%にまで高効率化
できた。
【0010】以上の実験より、本発明のNd中心添加石
英系光導波路を用いることにより、低発振閾値で高効率
なレーザを実現できることがわかり、導波型レーザや光
増幅器の特性向上に有効であることが判明した。以上の
実施例では、8μm 幅の導波路のコア部を、熱処理に
より15μm 幅に拡大させたが、あらかじめ細いコア
部を形成しておき、熱処理することによって通信用光フ
ァイバとの接続特性に優れた単一モード光導波路を実現
することも可能である。
【0011】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の光増幅器
用光導波路の製造方法によれば、以下に列挙する利点が
ある。 (1) コア中心部に希土類元素を添加した光導波路を
作製できるので、希土類添加部の励起光強度を高めるこ
とが可能となり、より小さい励起光強度で動作する光増
幅器を実現できる。 (2) 熱処理により、導波路側壁面のエッチング荒れ
に起因する伝搬損失を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1のEr中心添加石英系光導波
路の作製過程を示す図である。
【図2】本発明の実施例1のEr中心添加石英系光導波
路断面のオージェ電子分光による線分析結果を示す図で
ある。
【図3】本発明の実施例1のEr中心添加石英系光導波
路の波長損失特性を示す図である。
【図4】本発明の実施例1のEr中心添加石英系光導波
路の励起光強度と利得の関係を示す図である。
【図5】本発明の実施例2のNd中心添加石英系光導波
路を用いたレーザの励起光強度とレーザ発振光強度の関
係を示す図である。
【図6】従来のEr添加石英系光導波路の作製過程を示
す図である。
【符号の説明】
1  Si基板 2  下部クラッド層用石英ガラス膜 3  Er添加石英系光導波路 4  上部クラッド層用石英ガラス膜 5  Er中心添加石英系光導波路 6  Er添加石英系光導波膜

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  平面基板上に下部クラッド層用ガラス
    膜を形成し、この下部クラッド層用ガラス膜上に屈折率
    を高める元素および希土類元素を含むコア層用ガラス膜
    を形成し、パターン化によりこのコア層用ガラス膜を矩
    形のコア部にエッチング加工し、さらにコア部より屈折
    率の低い上部クラッド層用ガラス膜を形成して作製する
    埋め込み型希土類添加光導波路の製造方法において、上
    部クラッド層用ガラス膜を形成した後、埋め込み型希土
    類添加光導波路を、屈折率を高める元素のガラス中の拡
    散係数が増大し始める温度以上の温度ないし基板の融点
    以下の温度で熱処理し、光導波路コア部に添加された屈
    折率を高める元素を、クラッド部に拡散させてコア部を
    拡大し、コア中心部に希土類元素を分布させることを特
    徴とする光増幅器用光導波路の製造方法。
  2. 【請求項2】  平面基板上に下部クラッド層用ガラス
    膜を形成し、この下部クラッド層用ガラス膜上に屈折率
    を高める元素および希土類元素を含むコア層用ガラス膜
    を形成し、パターン化によりこのコア層用ガラス膜を矩
    形のコア部にエッチング加工し、さらにコア部より屈折
    率の低い上部クラッド層用ガラス膜を形成して作製する
    埋め込み型希土類添加光導波路の製造方法において、上
    部クラッド層用ガラス膜を形成した後、埋め込み型希土
    類添加光導波路を、1000℃ないし1400℃の温度
    で熱処理し、光導波路コア部に添加された屈折率を高め
    る元素を、クラッド部に拡散させてコア部を拡大し、コ
    ア中心部に希土類元素を分布させることを特徴とする光
    増幅器用光導波路の製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004006394A1 (ja) * 2002-07-05 2004-01-15 Nec Corporation 光導波路及びその製造方法
US6850683B2 (en) * 2000-07-10 2005-02-01 Massachusetts Institute Of Technology Low-loss waveguide and method of making same
JP2006074016A (ja) * 2004-08-02 2006-03-16 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 光増幅型アレイ導波路回折格子

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