JPH05152670A - 光増幅デバイス - Google Patents
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- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 波長１．３μｍ付近の増幅が可能な光ファイ
バー増幅器を実現する。 【構成】 信号を導入する手段と、増幅のための光パワ
ーを導入する手段と、出力手段と、信号および光パワー
を導波するのに適した領域からなるデバイスである。こ
の領域は、例えば光ファイバーであって、１）ドーパン
トを含む単結晶コアと、２）導波を可能にするため前記
コアより低い屈折率の隣接するクラッドからなる。ドー
パントは、所望の波長での増幅を可能にするように単結
晶材料（例えばＹ2ＳｉＯ5）と相互作用する電子構造を
有する酸化状態の原子（例えばＣｒなどの遷移金属）で
あることを特徴とする。
バー増幅器を実現する。 【構成】 信号を導入する手段と、増幅のための光パワ
ーを導入する手段と、出力手段と、信号および光パワー
を導波するのに適した領域からなるデバイスである。こ
の領域は、例えば光ファイバーであって、１）ドーパン
トを含む単結晶コアと、２）導波を可能にするため前記
コアより低い屈折率の隣接するクラッドからなる。ドー
パントは、所望の波長での増幅を可能にするように単結
晶材料（例えばＹ2ＳｉＯ5）と相互作用する電子構造を
有する酸化状態の原子（例えばＣｒなどの遷移金属）で
あることを特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光増幅器、特に、ドー
プされた材料を含む光増幅器に関する。
プされた材料を含む光増幅器に関する。
【０００２】
【従来の技術】多くの最近の研究は、光通信において有
用な光増幅器の開発に関連している。一般に、こうした
増幅器は、導波路コアに存在する希土類ドーパントおよ
びコアを包囲するより低い屈折率の領域をもつガラス材
料（長距離秩序がなく、Ｘ線回折でブラッグピークがな
いことや示差走査熱量測定でガラス転移が観測されるこ
とによって特徴づけられる材料）中に形成された導波路
を含む。ガラス材料ホストはドーパントの放出スペクト
ルにほとんど影響しないため、希土類材料は、光通信が
実行される波長に対応するスペクトル放出線を有するよ
うに選択される。例えば、大部分の長距離光通信は１．
３μｍまたは１．５５μｍで実行される。
用な光増幅器の開発に関連している。一般に、こうした
増幅器は、導波路コアに存在する希土類ドーパントおよ
びコアを包囲するより低い屈折率の領域をもつガラス材
料（長距離秩序がなく、Ｘ線回折でブラッグピークがな
いことや示差走査熱量測定でガラス転移が観測されるこ
とによって特徴づけられる材料）中に形成された導波路
を含む。ガラス材料ホストはドーパントの放出スペクト
ルにほとんど影響しないため、希土類材料は、光通信が
実行される波長に対応するスペクトル放出線を有するよ
うに選択される。例えば、大部分の長距離光通信は１．
３μｍまたは１．５５μｍで実行される。
【０００３】１．５５μｍにおける光増幅器は出現して
いる。この増幅器はエルビウムを有する導波路ファイバ
ーを含む。エルビウムは、１．５３〜１．５８μｍで放
出し、一般に１０〜１０００ｐｐｍの範囲の濃度でコア
中に存在する。動作時には、波長０．９７５または１．
４８μｍの光パワーが、波長１．５５μｍの信号ととも
に導波路コア内に導入される。光パワーは、１．５５μ
ｍで放出するように崩壊可能な状態を占有するようなエ
ルビウム内の遷移を誘導し、信号はその占有状態からの
崩壊を誘導する。したがって、増幅器からの出力は、パ
ワーおよび信号入力の結合されたものに近い強度を有す
る１．５５μｍの信号を含む。このようにして、光信号
は、電気信号への変換、その信号の電気的増幅および光
信号への逆変換ということをせずに、増幅される。
いる。この増幅器はエルビウムを有する導波路ファイバ
ーを含む。エルビウムは、１．５３〜１．５８μｍで放
出し、一般に１０〜１０００ｐｐｍの範囲の濃度でコア
中に存在する。動作時には、波長０．９７５または１．
４８μｍの光パワーが、波長１．５５μｍの信号ととも
に導波路コア内に導入される。光パワーは、１．５５μ
ｍで放出するように崩壊可能な状態を占有するようなエ
ルビウム内の遷移を誘導し、信号はその占有状態からの
崩壊を誘導する。したがって、増幅器からの出力は、パ
ワーおよび信号入力の結合されたものに近い強度を有す
る１．５５μｍの信号を含む。このようにして、光信号
は、電気信号への変換、その信号の電気的増幅および光
信号への逆変換ということをせずに、増幅される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】エルビウム／ガラス光
ファイバー配置は、１．５５μｍでは非常に有望である
ことを示しているが、このシステムの１．３μｍでの増
幅は不可能である。一方、１．３μｍの波長に対する方
法が提案されている。例えば、シリカ・ガラス・ファイ
バー導波路中のネオジムの使用が検討されている。１．
３２〜１．３７μｍの信号の増幅出力は可能であるが、
この出力にはその３倍の強度の１．０６μｍの対応する
信号が伴う。１．３７μｍでのシリカ・ファイバーの強
い吸収とともに、このより強い寄生信号の存在、およ
び、励起状態吸収の存在のため、この方法は完全には望
ましいものではない。導波路配置における増幅器を形成
するためにさまざまなドーパントがガラス材料中に利用
されてきたが、このような配置に対する１．３μｍでの
有望な方法は現在知られていない。
ファイバー配置は、１．５５μｍでは非常に有望である
ことを示しているが、このシステムの１．３μｍでの増
幅は不可能である。一方、１．３μｍの波長に対する方
法が提案されている。例えば、シリカ・ガラス・ファイ
バー導波路中のネオジムの使用が検討されている。１．
３２〜１．３７μｍの信号の増幅出力は可能であるが、
この出力にはその３倍の強度の１．０６μｍの対応する
信号が伴う。１．３７μｍでのシリカ・ファイバーの強
い吸収とともに、このより強い寄生信号の存在、およ
び、励起状態吸収の存在のため、この方法は完全には望
ましいものではない。導波路配置における増幅器を形成
するためにさまざまなドーパントがガラス材料中に利用
されてきたが、このような配置に対する１．３μｍでの
有望な方法は現在知られていない。
【０００５】
【課題を解決するための手段】導波路の単結晶コア中に
遷移金属のような適切なドーパントを使用することによ
って、１．３μｍを含む所望のスペクトル放出に対して
出力波長を適切に調節することができる。例えば、Ｙ2
ＳｉＯ5結晶の正四面体サイトの＋４酸化状態にＣｒを
使用することにより、１．２５〜１．３５μｍスペクト
ル領域の信号の増幅が可能となる。
遷移金属のような適切なドーパントを使用することによ
って、１．３μｍを含む所望のスペクトル放出に対して
出力波長を適切に調節することができる。例えば、Ｙ2
ＳｉＯ5結晶の正四面体サイトの＋４酸化状態にＣｒを
使用することにより、１．２５〜１．３５μｍスペクト
ル領域の信号の増幅が可能となる。
【０００６】結晶格子サイトに適切なドーパントを使用
する本発明の方法では、ドーパントは、所望のスペクト
ル領域内の放出遷移を有するように選択される。所望の
酸化状態を要求するドーパントを結晶サイト上に導入す
ることによって原子はこの酸化状態に維持される。一例
では、Ｙ2ＳｉＯ5の正四面体結晶サイトは、所望の＋４
酸化状態以外ではＣｒを受容しない。しかし、シリカ・
ガラスのようなアモルファス材料中へのＣｒの導入は、
Ｃｒが、エネルギー的に有利なＣｒ3+酸化状態に存在す
ることを許容し、所望の遷移の利用を排除することにな
る。
する本発明の方法では、ドーパントは、所望のスペクト
ル領域内の放出遷移を有するように選択される。所望の
酸化状態を要求するドーパントを結晶サイト上に導入す
ることによって原子はこの酸化状態に維持される。一例
では、Ｙ2ＳｉＯ5の正四面体結晶サイトは、所望の＋４
酸化状態以外ではＣｒを受容しない。しかし、シリカ・
ガラスのようなアモルファス材料中へのＣｒの導入は、
Ｃｒが、エネルギー的に有利なＣｒ3+酸化状態に存在す
ることを許容し、所望の遷移の利用を排除することにな
る。
【０００７】さらに、単結晶ホストの使用によって、ア
モルファス材料で実施されるよりも高いドーパント濃度
が可能となる。結晶サイトにドーパントを導入すること
は、ドーパント原子の空間的集積を排除する。アモルフ
ァス・ホストでは空間的集積が可能であり、この集積に
よって、あるドーパント原子からの放出が隣接した第２
のドーパント原子によって吸収される。結晶ホスト中の
比較的高いドーパント濃度およびそれに伴う高い利得を
使用することができる結果、１〜１０センチメートルの
範囲の長さを有する導波路が使用可能となる。アモルフ
ァス・ホスト中の一般的な濃度に対しては、同レベルの
増幅には１メートル〜１キロメートルの範囲の導波路長
が必要である。従って、単結晶ホスト増幅を利用するこ
とにより、１．３μｍ信号が可能となり、導波路長を非
常に短縮することも実現される。
モルファス材料で実施されるよりも高いドーパント濃度
が可能となる。結晶サイトにドーパントを導入すること
は、ドーパント原子の空間的集積を排除する。アモルフ
ァス・ホストでは空間的集積が可能であり、この集積に
よって、あるドーパント原子からの放出が隣接した第２
のドーパント原子によって吸収される。結晶ホスト中の
比較的高いドーパント濃度およびそれに伴う高い利得を
使用することができる結果、１〜１０センチメートルの
範囲の長さを有する導波路が使用可能となる。アモルフ
ァス・ホスト中の一般的な濃度に対しては、同レベルの
増幅には１メートル〜１キロメートルの範囲の導波路長
が必要である。従って、単結晶ホスト増幅を利用するこ
とにより、１．３μｍ信号が可能となり、導波路長を非
常に短縮することも実現される。
【０００８】
【実施例】前記のように、本発明は単結晶導波領域にお
ける（０でない酸化状態の）ドーパント原子の使用に関
する。典型的なドーパントとして、Ｃｒのような遷移金
属およびＰｒやＮｄのような希土類材料がある。
ける（０でない酸化状態の）ドーパント原子の使用に関
する。典型的なドーパントとして、Ｃｒのような遷移金
属およびＰｒやＮｄのような希土類材料がある。
【０００９】ドーパントのホストは、所望の酸化状態に
ドーパントを維持し、ホストとの励起状態相互作用を生
じさせて所望の波長で放出を引き起こすように選択され
る。ドーパント原子が導入されるサイトの対称性および
ドーパントによって置換される結晶構成原子の酸化状態
は、ドーパント原子の許容酸化状態を決定する。サイト
対称性、その対称性を有する結晶の例、および所望の酸
化状態につながるその他の性質は周知であり、例えば、
「レーザー結晶(Laser Crystals)」（アレクサンダー・
カミンスキー(AlexanderKaminskii)著、シュプリンガー
・フェアラーク刊、１９８１年）および「主な三元構造
の族(The Major Ternary StructuralFamilies)」（ミュ
ラー(Mueller)、ロイ(Roy)著、シュプリンガー・フェア
ラーク刊、１９７４年）の表に示されている。
ドーパントを維持し、ホストとの励起状態相互作用を生
じさせて所望の波長で放出を引き起こすように選択され
る。ドーパント原子が導入されるサイトの対称性および
ドーパントによって置換される結晶構成原子の酸化状態
は、ドーパント原子の許容酸化状態を決定する。サイト
対称性、その対称性を有する結晶の例、および所望の酸
化状態につながるその他の性質は周知であり、例えば、
「レーザー結晶(Laser Crystals)」（アレクサンダー・
カミンスキー(AlexanderKaminskii)著、シュプリンガー
・フェアラーク刊、１９８１年）および「主な三元構造
の族(The Major Ternary StructuralFamilies)」（ミュ
ラー(Mueller)、ロイ(Roy)著、シュプリンガー・フェア
ラーク刊、１９７４年）の表に示されている。
【００１０】特定の結晶格子サイトへのドーパントの導
入は、チョクラルスキー成長、上部種付け溶液成長、レ
ーザー・ペデスタル成長のような方法によって実現され
る周知の手続きである。（これらの工程の完全な説明
は、「単結晶の成長法(Growthof Single Crystal)」
（Ｒ．ローディス(R. Laudise)著、プレンティス・ホー
ル刊、１９７０年）参照。）従って、例えば、Ｃｒ
4+は、Ｙ2ＳｉＯ5結晶の正四面体（シリコン）結晶サイ
トに導入されることによってこの酸化状態に維持され
る。
入は、チョクラルスキー成長、上部種付け溶液成長、レ
ーザー・ペデスタル成長のような方法によって実現され
る周知の手続きである。（これらの工程の完全な説明
は、「単結晶の成長法(Growthof Single Crystal)」
（Ｒ．ローディス(R. Laudise)著、プレンティス・ホー
ル刊、１９７０年）参照。）従って、例えば、Ｃｒ
4+は、Ｙ2ＳｉＯ5結晶の正四面体（シリコン）結晶サイ
トに導入されることによってこの酸化状態に維持され
る。
【００１１】増幅器の利得は、結晶構造中のドーパント
濃度に比例する。一般的に、ドーパントは０．０５〜２
原子パーセントの範囲の濃度で導入される。０．０５原
子パーセント以下の濃度では一般に望ましくない低利得
となり、２原子パーセント以上の濃度は濃度クエンチの
可能性が非常に高まるため望ましくない。単結晶材料で
はアモルファス材料よりも非常に高いドーパント濃度
が、大きなドーパント・クエンチを誘導することなく可
能であるため、導波路の単位長あたりの利得の増大の可
能性が大きい。
濃度に比例する。一般的に、ドーパントは０．０５〜２
原子パーセントの範囲の濃度で導入される。０．０５原
子パーセント以下の濃度では一般に望ましくない低利得
となり、２原子パーセント以上の濃度は濃度クエンチの
可能性が非常に高まるため望ましくない。単結晶材料で
はアモルファス材料よりも非常に高いドーパント濃度
が、大きなドーパント・クエンチを誘導することなく可
能であるため、導波路の単位長あたりの利得の増大の可
能性が大きい。
【００１２】一般に、この高められた利得は、アモルフ
ァス・ホストを有する増幅器においてよりも、それより
ずっと短い導波路を使用することによって利用される。
従って、例えば、１〜１０００メートルの長さのアモル
ファス・ホスト増幅器は、例えば２０ｃｍ以下という非
常に短い単結晶のものによって置換することができる。
ァス・ホストを有する増幅器においてよりも、それより
ずっと短い導波路を使用することによって利用される。
従って、例えば、１〜１０００メートルの長さのアモル
ファス・ホスト増幅器は、例えば２０ｃｍ以下という非
常に短い単結晶のものによって置換することができる。
【００１３】前記のように、遷移金属原子の場合、単結
晶ホストはドーパント原子のエネルギー準位と相互作用
し、それに摂動を加える。（ドーパント・エネルギー準
位は編集された分光データから周知である。）この相互
作用の結果、原子準位は一般的に５００〜３０００ｃｍ
-1の範囲で広がる。広がりの正確な幅は分光測定によっ
て決定することができる。従って、出力スペクトルおよ
び増幅が可能な波長が対応して広がる。このようにし
て、所望の波長を増幅するようにホストおよびドーパン
トの組合せを調整することが、アモルファス・ホストに
よる増幅器よりも非常に簡便に実現される。
晶ホストはドーパント原子のエネルギー準位と相互作用
し、それに摂動を加える。（ドーパント・エネルギー準
位は編集された分光データから周知である。）この相互
作用の結果、原子準位は一般的に５００〜３０００ｃｍ
-1の範囲で広がる。広がりの正確な幅は分光測定によっ
て決定することができる。従って、出力スペクトルおよ
び増幅が可能な波長が対応して広がる。このようにし
て、所望の波長を増幅するようにホストおよびドーパン
トの組合せを調整することが、アモルファス・ホストに
よる増幅器よりも非常に簡便に実現される。
【００１４】導波路は従来技術によって形成される。例
えば、単結晶が、フェイゲルソン(Feigelson)によって
「マテリアル・サイエンス・アンド・エンジニアリング
(Material Science and Engineering)」Ｂ１、６７ペー
ジ（１９８８年）に開示されたように引き取られて、フ
ァイバーが形成される。このファイバーのコアは一般的
に６〜２０μｍの範囲の寸法を有する。さらに小さい寸
法は製造が困難であり、一方、さらに大きい寸法では、
達成可能利得が非常に減少する。
えば、単結晶が、フェイゲルソン(Feigelson)によって
「マテリアル・サイエンス・アンド・エンジニアリング
(Material Science and Engineering)」Ｂ１、６７ペー
ジ（１９８８年）に開示されたように引き取られて、フ
ァイバーが形成される。このファイバーのコアは一般的
に６〜２０μｍの範囲の寸法を有する。さらに小さい寸
法は製造が困難であり、一方、さらに大きい寸法では、
達成可能利得が非常に減少する。
【００１５】次に、このファイバーのクラッドが、ファ
イバーの周辺領域へＨｅ+のような物質をイオン注入す
ることによって形成される。注入されたイオンによる障
害の結果、（ほとんど）障害のない領域に比べて屈折率
が低くなる。こうして、所望のコアを形成する深さまで
ファイバーにイオン注入することにより、高屈折率のコ
アおよび障害を受けた低屈折率のクラッドを有する導波
構造体が形成される。所望の導波構造体を形成するのに
必要な障害の幅を決定するために対照サンプルが容易に
使用される。
イバーの周辺領域へＨｅ+のような物質をイオン注入す
ることによって形成される。注入されたイオンによる障
害の結果、（ほとんど）障害のない領域に比べて屈折率
が低くなる。こうして、所望のコアを形成する深さまで
ファイバーにイオン注入することにより、高屈折率のコ
アおよび障害を受けた低屈折率のクラッドを有する導波
構造体が形成される。所望の導波構造体を形成するのに
必要な障害の幅を決定するために対照サンプルが容易に
使用される。
【００１６】平面状に形成された導波路も可能である。
例えば、図１で、ドープされた単結晶領域９よりもずっ
と障害を受けた領域７を形成するために、単結晶材料が
イオン注入される。次に、図２の配置を形成するため
に、フォトレジストのような材料が基板上に堆積され、
リソグラフィーおよびエッチングのような従来技術によ
ってパターン形成される。（リソグラフィーおよびエッ
チング技術はそれぞれ「光集積回路(Optical Integrate
d Circuits)」（ニシハラ(Nishihara)他著、マグローヒ
ル刊、１９８５年）に説明されている。）
例えば、図１で、ドープされた単結晶領域９よりもずっ
と障害を受けた領域７を形成するために、単結晶材料が
イオン注入される。次に、図２の配置を形成するため
に、フォトレジストのような材料が基板上に堆積され、
リソグラフィーおよびエッチングのような従来技術によ
ってパターン形成される。（リソグラフィーおよびエッ
チング技術はそれぞれ「光集積回路(Optical Integrate
d Circuits)」（ニシハラ(Nishihara)他著、マグローヒ
ル刊、１９８５年）に説明されている。）
【００１７】３次元導波路を形成するために、堆積材料
によってマスクされない領域（図２の領域３および５）
が再びイオン注入によって障害を受ける。このように、
曲線状および矩形状の両方の導波路が可能である。基板
上に適当な屈折率の材料を堆積または成長することによ
る導波路の形成もまた可能であり、それを排除するもの
ではない。
によってマスクされない領域（図２の領域３および５）
が再びイオン注入によって障害を受ける。このように、
曲線状および矩形状の両方の導波路が可能である。基板
上に適当な屈折率の材料を堆積または成長することによ
る導波路の形成もまた可能であり、それを排除するもの
ではない。
【００１８】形成された増幅器は光通信に付随する増幅
信号に有用である。しかし、例えば、ケーブル・テレビ
・システムにおける使用が考えられている高パワー光増
幅器のような他の応用も可能であり、それを排除するも
のではない。信号および増幅パワーの挿入は「集積光学
の理論および技術(Integrated Optics and Technolog
y)」（ハリスパーガー(Harisperger)著、シュプリンガ
ー・フェアラーク刊、１９８２年）に開示されたように
実現される。出力信号はハリスパーガーの上掲書に開示
されたように導波路に結合される。入出力結合の一般的
方法は、増幅器の導波路領域に突き合わされた入出力シ
リカ光ファイバーの使用を含む。
信号に有用である。しかし、例えば、ケーブル・テレビ
・システムにおける使用が考えられている高パワー光増
幅器のような他の応用も可能であり、それを排除するも
のではない。信号および増幅パワーの挿入は「集積光学
の理論および技術(Integrated Optics and Technolog
y)」（ハリスパーガー(Harisperger)著、シュプリンガ
ー・フェアラーク刊、１９８２年）に開示されたように
実現される。出力信号はハリスパーガーの上掲書に開示
されたように導波路に結合される。入出力結合の一般的
方法は、増幅器の導波路領域に突き合わされた入出力シ
リカ光ファイバーの使用を含む。
【００１９】以下の例は、本発明での使用に適した材料
の説明である。
の説明である。
【００２０】例１。ネオジムをドープしたＹ2ＳｉＯ5の
結晶を基板として使用した。ネオジムの濃度は約１原子
％であった。このネオジム・ドープ結晶は、従来のチョ
クラルスキー成長法で成長された。ネオジム・ドーパン
トはイットリウムを置換し、＋３酸化状態にあった。直
径約２ｃｍの結晶の主表面は＜１０１＞結晶面にあっ
た。引き抜かれた結晶を、厚さ約１ｍｍの基板になるよ
うに切断した。基板をアセトン中に浸し、超音波洗浄
し、メタノールですすいだ。
結晶を基板として使用した。ネオジムの濃度は約１原子
％であった。このネオジム・ドープ結晶は、従来のチョ
クラルスキー成長法で成長された。ネオジム・ドーパン
トはイットリウムを置換し、＋３酸化状態にあった。直
径約２ｃｍの結晶の主表面は＜１０１＞結晶面にあっ
た。引き抜かれた結晶を、厚さ約１ｍｍの基板になるよ
うに切断した。基板をアセトン中に浸し、超音波洗浄
し、メタノールですすいだ。
【００２１】このウェハーを、イオン注入機３．７５Ｍ
ｅＶヴァン・デ・グラーフ加速器（ハイ・ヴォルテージ
・エンジニアリング(High Voltage Engineering)）のサ
ンプル・ホルダーに置いた。Ｈｅ+の注入は、約１．２
５ＭｅＶの加速電圧を使用して、約１×１０15イオン／
ｃｍ2になるまで行われた。注入中に、ウェハーは液体
窒素フィンガーを利用して冷却された。イオン注入によ
って、深さ約２．５μｍを中心として表面に向かって落
ちるガウス型プロフィールを有する障害領域が形成され
た。
ｅＶヴァン・デ・グラーフ加速器（ハイ・ヴォルテージ
・エンジニアリング(High Voltage Engineering)）のサ
ンプル・ホルダーに置いた。Ｈｅ+の注入は、約１．２
５ＭｅＶの加速電圧を使用して、約１×１０15イオン／
ｃｍ2になるまで行われた。注入中に、ウェハーは液体
窒素フィンガーを利用して冷却された。イオン注入によ
って、深さ約２．５μｍを中心として表面に向かって落
ちるガウス型プロフィールを有する障害領域が形成され
た。
【００２２】ウェハーは再び順次アセトンおよびメタノ
ールに浸された。４，０００ｒｐｍで回転した後、厚さ
約１．８μｍのレジスト層を形成するために、ウェハー
の注入面上に十分なフォトレジストを導入した。（使用
されたレジストはシプレー(Shipley)１３５０Ｊフォト
レジストであった。）レジストは、厚さ２〜１２μｍか
ら２μｍの間隔で一連の線にパターン形成された。この
パターン形成は、標準的な紫外線暴露およびシプレー社
から供給されている現像液を使用して実行された。次
に、パターン形成されたフォトレジストを有する表面に
は、Ｂｅ+イオンが、３００ＫｅＶの加速電圧で、５×
１０15イオン／ｃｍ2の濃度になるように注入された。
ールに浸された。４，０００ｒｐｍで回転した後、厚さ
約１．８μｍのレジスト層を形成するために、ウェハー
の注入面上に十分なフォトレジストを導入した。（使用
されたレジストはシプレー(Shipley)１３５０Ｊフォト
レジストであった。）レジストは、厚さ２〜１２μｍか
ら２μｍの間隔で一連の線にパターン形成された。この
パターン形成は、標準的な紫外線暴露およびシプレー社
から供給されている現像液を使用して実行された。次
に、パターン形成されたフォトレジストを有する表面に
は、Ｂｅ+イオンが、３００ＫｅＶの加速電圧で、５×
１０15イオン／ｃｍ2の濃度になるように注入された。
【００２３】例２。例１の手順に従ったが、Ｈｅによる
初期イオン注入の前に、厚さ約１．５μｍの二酸化ケイ
素の層が、テトラエチルオルトケイ酸前駆体を使用した
化学蒸着によって単結晶基板上に堆積された。ウェハー
は例１のようにＨｅ+注入されたが、単結晶材料内に
２．５μｍの等しい平均深さになるように加速電圧は十
分高められた。二酸化ケイ素は、ＣＦ4プラズマによる
二酸化ケイ素の反応性イオンエッチングとともに、例１
で説明されたフォトレジストおよびリソグラフィー手順
を使用してパターン形成された。二酸化ケイ素のエッチ
ング後、レジストはアセトンを使用して除去された。
初期イオン注入の前に、厚さ約１．５μｍの二酸化ケイ
素の層が、テトラエチルオルトケイ酸前駆体を使用した
化学蒸着によって単結晶基板上に堆積された。ウェハー
は例１のようにＨｅ+注入されたが、単結晶材料内に
２．５μｍの等しい平均深さになるように加速電圧は十
分高められた。二酸化ケイ素は、ＣＦ4プラズマによる
二酸化ケイ素の反応性イオンエッチングとともに、例１
で説明されたフォトレジストおよびリソグラフィー手順
を使用してパターン形成された。二酸化ケイ素のエッチ
ング後、レジストはアセトンを使用して除去された。
【００２４】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、導
波路の単結晶コア中に遷移金属のような適切なドーパン
トを使用することによって、１．３μｍを含む所望のス
ペクトル放出に対して出力波長を適切に調節することが
できる。例えば、Ｙ2ＳｉＯ5結晶の正四面体サイトの＋
４酸化状態にＣｒを使用することにより、１．２５〜
１．３５μｍスペクトル領域の信号の増幅が可能とな
る。また、結晶ホスト中の比較的高いドーパント濃度お
よびそれに伴う高い利得を使用することができる結果、
１〜１０センチメートルの範囲の長さを有する導波路が
使用可能となる。
波路の単結晶コア中に遷移金属のような適切なドーパン
トを使用することによって、１．３μｍを含む所望のス
ペクトル放出に対して出力波長を適切に調節することが
できる。例えば、Ｙ2ＳｉＯ5結晶の正四面体サイトの＋
４酸化状態にＣｒを使用することにより、１．２５〜
１．３５μｍスペクトル領域の信号の増幅が可能とな
る。また、結晶ホスト中の比較的高いドーパント濃度お
よびそれに伴う高い利得を使用することができる結果、
１〜１０センチメートルの範囲の長さを有する導波路が
使用可能となる。
【図１】本発明に関する配置の説明図である。
【図２】本発明に関する配置の説明図である。
３ イオン注入領域 ５ イオン注入領域 ７ イオン注入領域 ９ 単結晶領域
Claims (8)
- 【請求項１】 信号を導入する手段と、 増幅のための光パワーを導入する手段と、 出力手段と、 信号および光パワーを導波するのに適した領域からなる
デバイスであって、この領域が、１）ドーパントを含む
単結晶コアと、２）導波を可能にするため前記コアより
低い屈折率の隣接するクラッドからなり、 ドーパントは、所望の波長での増幅を可能にするように
単結晶材料と相互作用する電子構造を有する酸化状態の
原子であることを特徴とする、所望の波長で光信号を増
幅するのに適した光増幅デバイス。 - 【請求項２】 前記原子がクロムからなることを特徴と
する請求項１のデバイス。 - 【請求項３】 前記単結晶材料がＹ2ＳｉＯ5であること
を特徴とする請求項２のデバイス。 - 【請求項４】 前記単結晶材料がＹ2ＳｉＯ5であること
を特徴とする請求項１のデバイス。 - 【請求項５】 前記領域がファイバーからなることを特
徴とする請求項１のデバイス。 - 【請求項６】 前記原子が遷移金属からなることを特徴
とする請求項１のデバイス。 - 【請求項７】 前記光パワー導入手段が、前記導波領域
とシリカ・ファイバーの間の突き合わせ結合からなるこ
とを特徴とする請求項１のデバイス。 - 【請求項８】 前記出力手段が、前記導波領域とシリカ
・ファイバーの間の突き合わせ結合からなることを特徴
とする請求項１のデバイス。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/691,958 US5140658A (en) | 1991-04-26 | 1991-04-26 | Optical amplifiers involving single crystal waveguides |
| US691958 | 1991-04-26 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05152670A true JPH05152670A (ja) | 1993-06-18 |
| JP2628821B2 JP2628821B2 (ja) | 1997-07-09 |
Family
ID=24778690
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4129773A Expired - Fee Related JP2628821B2 (ja) | 1991-04-26 | 1992-04-24 | 光増幅デバイス |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5140658A (ja) |
| EP (1) | EP0510901A3 (ja) |
| JP (1) | JP2628821B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4022090A1 (de) * | 1989-12-18 | 1991-06-20 | Forschungszentrum Juelich Gmbh | Elektro-optisches bauelement und verfahren zu dessen herstellung |
| US5287217A (en) * | 1993-03-30 | 1994-02-15 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Optical amplification at the 1.31 wavelength |
| US5555342A (en) * | 1995-01-17 | 1996-09-10 | Lucent Technologies Inc. | Planar waveguide and a process for its fabrication |
| US5535051A (en) * | 1995-01-24 | 1996-07-09 | At&T Corp. | WDM optical fiber system using crystal optical amplifier |
| US20040201000A1 (en) * | 1999-02-19 | 2004-10-14 | Photon-X, Inc. | Polymer blends for optical amplification |
| US6538805B1 (en) | 1999-02-19 | 2003-03-25 | Photon-X, Inc. | Codopant polymers for efficient optical amplification |
| US6292292B1 (en) | 2000-02-18 | 2001-09-18 | Photon-X | Rare earth polymers, optical amplifiers and optical fibers |
| US6490081B1 (en) | 2000-07-28 | 2002-12-03 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Method of amplifying optical signals using doped materials with extremely broad bandwidths |
| AU2002345949A1 (en) | 2001-06-28 | 2003-03-03 | Bae Systems Information Electronic Systems Integration Inc. | Erbium doped crystal amplifier |
| WO2003082884A1 (en) * | 2002-03-26 | 2003-10-09 | Photon-X, Inc. | Halogenated phosphinic acids and their active metal derivatives |
| US7333263B2 (en) * | 2005-01-24 | 2008-02-19 | National Sun Yat-Sen University | Transition metal doped fiber amplifier |
| CN100399652C (zh) * | 2006-07-28 | 2008-07-02 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 包层掺杂的平板波导激光放大器 |
| US9711928B2 (en) * | 2012-06-22 | 2017-07-18 | Clemson University Research Foundation | Single crystals with internal doping with laser ions prepared by a hydrothermal method |
| US10156025B2 (en) | 2015-05-04 | 2018-12-18 | University Of South Carolina | Monolithic heterogeneous single crystals with multiple regimes for solid state laser applications |
| US10295771B2 (en) | 2016-05-03 | 2019-05-21 | Corning Optical Communications LLC | Telecommunications terminal with removable modules |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5556678A (en) * | 1978-10-20 | 1980-04-25 | Allied Chem | Laser capable of controlling widely wavelength |
| JPS59161890A (ja) * | 1983-02-22 | 1984-09-12 | アライド・コ−ポレ−シヨン | Ｃｒド−ピングされたガドリニウム−ガリウム−ガ−ネツトレ−ザ− |
| JPS60239076A (ja) * | 1984-05-11 | 1985-11-27 | Toshiba Corp | 固体レ−ザ発振装置 |
| JPS6329986A (ja) * | 1986-07-23 | 1988-02-08 | Hoya Corp | 光導波形レ−ザ− |
| JPH0388800A (ja) * | 1989-08-31 | 1991-04-15 | Tokin Corp | レーザ用酸化物単結晶 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4272733A (en) * | 1978-10-20 | 1981-06-09 | Allied Chemical Corporation | Broadly tunable chromium-doped beryllium aluminate lasers and operation thereof |
| EP0253589A1 (en) * | 1986-07-14 | 1988-01-20 | AT&T Corp. | Display devices utilizing crystalline and powder phosphors |
| US4932031A (en) * | 1987-12-04 | 1990-06-05 | Alfano Robert R | Chromium-doped foresterite laser system |
| JPH0373934A (ja) * | 1989-08-15 | 1991-03-28 | Fujitsu Ltd | 光増幅器 |
| JPH0644645B2 (ja) * | 1990-03-30 | 1994-06-08 | ホーヤ株式会社 | 光導波路型レーザ媒体及び光導波路型レーザ装置 |
-
1991
- 1991-04-26 US US07/691,958 patent/US5140658A/en not_active Expired - Lifetime
-
1992
- 1992-04-21 EP EP19920303521 patent/EP0510901A3/en not_active Withdrawn
- 1992-04-24 JP JP4129773A patent/JP2628821B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5556678A (en) * | 1978-10-20 | 1980-04-25 | Allied Chem | Laser capable of controlling widely wavelength |
| JPS59161890A (ja) * | 1983-02-22 | 1984-09-12 | アライド・コ−ポレ−シヨン | Ｃｒド−ピングされたガドリニウム−ガリウム−ガ−ネツトレ−ザ− |
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| JPH0388800A (ja) * | 1989-08-31 | 1991-04-15 | Tokin Corp | レーザ用酸化物単結晶 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2628821B2 (ja) | 1997-07-09 |
| EP0510901A2 (en) | 1992-10-28 |
| US5140658A (en) | 1992-08-18 |
| EP0510901A3 (en) | 1993-02-17 |
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