JPH05283770A

JPH05283770A - 光信号増幅器

Info

Publication number: JPH05283770A
Application number: JP10409892A
Authority: JP
Inventors: Toshihiro Nishi; 俊弘西; Koichi Nakagawa; 幸一中川; Shiro Takahashi; 志郎高橋
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1992-03-31
Filing date: 1992-03-31
Publication date: 1993-10-29

Abstract

(57)【要約】【目的】大出力光源である多モード半導体レーザが利
用でき、また信号光が伝搬する導波路の外側より励起光
を入射する構造にもかかわらず、励起光強度が強く効率
良く増幅できるようにする。【構成】ガラス基板１０上に形成される励起光を伝搬
する矩形の光導波路１２を第１の光導波路とし、この光
導波路１２内にレーザ発振あるいは光信号増幅機能を有
するイオンとして稀土類イオンを含む第２の光導波路１
１を形成して、これら第１及び第２の光導波路１１，１
２を分離した構造とする。そして、第１の光導波路１２
の一部に前記稀土類イオンを励起する励起光を入力する
励起光入射ポート１４を設ける。これによって、稀土類
イオンを含む光導波路１１を横励起により励起すること
で、信号光を効率良く増幅できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光ファイバ通信，光ファ
イバ計測等で使用される光源あるいは光信号増幅器に関
し、特に光導波路型増幅器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】最近、光導波路のコア中に光機能を発現
するイオン、例えば１．５５μｍ帯でレーザ発振あるい
は光信号増幅機能を有するＥｒ³⁺イオンを含んだ光導波
路型レーザあるいは光信号増幅器が提案されている。こ
れは、光機能を作用させるのに不可欠な励起光あるいは
信号光の強度が光導波路中で高いことを利用すると、高
効率でレーザ発振あるいは光信号増幅等の光機能を得ら
れるためである。

【０００３】これまで提案されている光導波路は、励起
光をレーザ発振あるいは信号光の進行方向と同じ方向か
ら入射する、いわゆる縦増幅という方法をとっている。
このため、励起光は導波路型光カプラーあるいはダイク
ロイックミラー等を組み合わせて光機能を発現するイオ
ンを含む光導波路内に入射されるものとなっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような励
起光の入射方法には、以下の欠点がある。すなわち、シ
ングルモード光導波路への入射効率を上げるため横モー
ド品質の良いシングルモード半導体レーザを使用しなけ
ればならず、結果として半導体レーザのコストが高いこ
と、光カプラーあるいはダイクロイックミラーの部品が
必要となり光増幅器の部品点数が多くなること等の欠点
があった。

【０００５】これらの欠点を克服するための試みとし
て、導波路構造を二重コアとし、外側のコアに励起光を
伝搬させることにより、内側のコア内に含まれる光物性
を示すイオンを励起し光増幅あるいはレーザ発振を発現
する光デバイスが考案されている。その導波路構造を図
４に示す。なお、図４中４１は外側のコアを形成する第
１の光導波路、４２はこの光導波路４１内に形成される
稀土類イオンを含む内側コアとしての第２の光導波路、
４３は第１の光導波路４１内の周囲を被うクラッドであ
る。しかし、この導波路構造は、励起光と信号光を同一
のシングルモードコア内に伝搬させて増幅する従来の方
法に比べ、励起光の単位面積当たりの強度が著しく小さ
く、従って励起効率が低いこと、励起光の多モード光導
波路への導入には特別のカプラー等の部品が必要になる
等の欠点があった。

【０００６】本発明は以上の点に鑑み、このような問題
点を解決するためになされたものであり、その目的は、
大出力光源である多モード半導体レーザが利用でき、ま
た信号光が伝搬する導波路の外側より励起光を入射する
構造にもかかわらず、励起光強度が強く効率良く増幅で
きる光信号増幅器を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記目的
を達成するために光励起方法を種々検討した結果、光機
能性を有するイオンを含む光導波路を横励起により励起
することで、前述の問題を解決できることを見い出した
ものである。

【０００８】すなわち、本発明の光信号増幅器は、基板
上に形成された光導波路を第１の光導波路とし、この第
１の光導波路内にレーザ発振あるいは光信号増幅機能を
有するイオンを含む第２の光導波路を有し、第１の光導
波路に励起光を入射するポート部分を１箇所以上備え、
かつ第１の光導波路内に励起光を閉じ込めるために第１
の光導波路の周囲に励起光波長における反射鏡もしくは
クラッド層を備えていることを最も主要な特徴とする。
また、このとき第２の光導波路に含まれるイオンがＮｄ
³⁺，Ｅｒ³⁺，Ｙｂ³⁺のいずれか１種類あるいは２種以上
であることを第２の特徴とする。さらに、光信号を増幅
する場合には、第２の光導波路がシングルモードである
ことが必須である。

【０００９】ここで、横励起とは、稀土類イオン等の光
機能性を有するイオンを含む導波路中を伝搬するモード
の励起光により励起する方式（縦励起）に対し、そのイ
オンを含むを導波路中を伝搬することのないモードの励
起光により励起する方式を言う。すなわち、本発明にお
いて励起光は、第１の光導波路中を伝搬し前記イオンを
含む第２の光導波路を横切り、このとき、そのイオンを
励起するが、モードが異なるため第２の光導波路を伝搬
することはない。このような励起を横励起と呼ぶ。

【００１０】

【作用】このように本発明によれば、励起光が伝搬する
第１の光導波路と光機能性を有するイオンが含まれる第
２の光導波路とが分離しており、かつ励起光が伝搬する
第１の光導波路に励起用半導体レーザを入射するポート
の形状も直方形となり、より高出力のレーザが得られや
すい多モード半導体レーザの出力光が効率良く導波路に
入力できるため、効率の良い増幅が実現できる。

【００１１】

【実施例】次に本発明を図面を参照して詳細に説明す
る。図１に本発明の光信号増幅器の基本構造を示す。こ
の光信号増幅器は、図１に示すように、ガラス基板１０
上に形成される断面形状が矩形の光導波路１２を第１の
光導波路とし、この光導波路１２内にレーザ発振あるい
は光信号増幅機能を有するイオンとして稀土類イオンを
含む第２の光導波路１１を形成して、これら第１及び第
２の光導波路１１，１２を分離した構造とする。そし
て、第１の光導波路１２の側部に前記稀土類イオンを励
起する励起光を入力する励起光入射ポート１４を設ける
ことにより、第１の光導波路１２には励起光のみを入射
させ、第２の光導波路１１には信号光を直接入射させる
ものとなっている。

【００１２】ここで、第１の光導波路１２の断面積が小
さいほど励起光強度が高くなり、励起効率が高くなるこ
とはいうまでもない。この第１及び第２の光導波路１
１，１２は、どのような方法で作製してもよく、エッチ
ング法により作製した矩形型導波路，蒸着法により作製
したリッジ型導波路，イオン拡散法により作製した光導
波路等どれでも良い。

【００１３】また、第１の光導波路１２の外側の界面に
その光導波路に入射した励起光を効率良く導波路中に閉
じ込めるため、励起光を高効率で反射する反射層１３を
付与される構造か、あるいは第１の光導波路１２よりさ
らに低い屈折率の物質でクラッド層を形成させ、このク
ラッド層で被うことが励起効率を高めるために望まし
い。この時、励起光入射ポート部１４は、反射膜あるい
は低屈折率物質の付与は避け励起光波長で無反射となる
膜を付与する。

【００１４】このように本発明の光信号増幅器による
と、稀土類イオンを含む第２の光導波路１１を横励起に
より励起することによって、多モード半導体レーザが利
用でき、励起光強度が強く効率良く増幅することができ
る。また、励起光が伝搬する第１の光導波路１２は平面
型の光導波路を作製しているので、従来の二重コア導波
路構造中で励起光が伝搬する外側の導波路に比べて断面
積が小さくでき、励起光の光学密度を高くできる利点を
有する。

【００１５】また、第１の光導波路１２に励起光入射ポ
ート１４を複数個設け、それに応じた複数個の半導体レ
ーザを用いて励起することにより、光増幅度は励起光強
度に比例して大きくなるため、そのレーザの個数に比例
して増幅特性を向上させることができる。さらに、第２
の光導波路１１をシングルモードにすることにより、通
信分野に使用されているシングルモード信号光を効率良
く増幅することもできる。

【００１６】なお、稀土類イオンを含む第２の光導波路
１１の構造は、直線型に限らず、Ｙ分岐，スター型，カ
プラー型等どんな構造を持つ光回路にも適用できる。ま
た、光機能性を有するイオンとしては、例えばＥｒ³⁺，
Ｎｄ³⁺，Ｙｂ³⁺などの稀土類イオンが挙げられるが、そ
の他の遷移金属イオンでも良い。しかし、レーザ発振，
光信号増幅特性あるいはこれら光機能性を発現するのに
有能なイオンの１種あるいは２種以上を含んでも本発明
の光導波路構造の特徴は発揮される。本発明の光導波路
を構成する物質は、例えば、無機ガラス材料としては、
石英ガラス，石英多成分ガラス，リン酸ガラス，フッリ
ン酸ガラス，フッ化物ガラス等が挙げられ、有機ガラス
としては、種々の光導波路用高分子が挙げられる。

【００１７】以下、実施例により本発明を更に説明する
が、本発明はこれら実施例になんら限定されるものでは
ない。実施例１図２に本発明の第１の実施例の主要断面構造を示す。ガ
ラス基板（ｎ_D ＝1.45）２１上に、第２の光導波路とし
てＥｒ³⁺イオンを１．５ｗｔ％含む多成分石英ガラス
（ｎ_D ＝1.47）２２を厚さ１０ｍｍ堆積し、ドライエッ
チングで１０ｍｍの幅に加工した。これに第１の光導波
路として低軟化ガラス（ｎ_D ＝1.46）２３を流し研磨
し、このうえを更に別の組成の低軟化ガラス（ｎ_D ＝1.
45）２４で被い、図２のような断面を持つ光導波路を作
製した。この周囲に９８０ｎｍ付近で反射率９９．９９
％の反射膜２５を蒸着し、半導体レーザの入射部分を研
磨により形成した。

【００１８】信号光は、バッティングにより石英シング
ルモードファイバより前記光導波路に入射および受光し
た。また、励起光は、半導体レーザ入射ポートに波長９
８０ｎｍ、出力１００ｍＷの多モード半導体レーザから
の光をシリンドリカルレンズを用いて集光入射した。こ
の時、信号光として−３０ｄＢｍの強度を入射したとき
約１５ｄＢの内部増幅が認められた。このようにスラブ
型光導波路を用いた横励起により光信号を効率良く増幅
できることが証明された。

【００１９】実施例２図３に本発明の第２の実施例を示す。ガラス基板（ｎ_D
＝1.45）３１上に第２の光導波路としてＥｒ³⁺イオンを
１．５ｗｔ％含む多成分石英ガラス（ｎ_D ＝1.47）３２
を厚さ１０ｍｍ堆積し、ドライエッチングで１０ｍｍの
幅に加工した。これに第１の光導波路として低軟化ガラ
ス（ｎ_D ＝1.46）３３を流し研磨し、このうえを更に別
の組成の低軟化ガラス（ｎ_D ＝1.45）３４で被い、図３
のような断面を持つ光導波路を作製した。しかる後、こ
の周囲に半導体レーザの入射部分を研磨により形成し
た。

【００２０】信号光は、バッティングにより石英シング
ルモードファイバより前記光導波路に入射および受光し
た。また、励起光は、半導体レーザ入射ポートに波長９
８０ｎｍ、出力１００ｍＷの多モード半導体レーザから
の光をシリンドリカルレンズを用いて集光入射した。こ
の時、信号光として−３０ｄＢｍの強度を入射したとき
約１５ｄＢの内部増幅が認められた。このようにスラブ
型光導波路を用いた横励起により光信号を効率良く増幅
できることが証明された。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように本発明の光信号増幅
器は、光機能性を有するイオンを含む光導波路を横励起
により励起することにより、高出力のレーザが得られや
すい多モード半導体レーザの出力光を効率良く導波路に
入力できるため、励起光強度が強く効率の良い増幅が実
現できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光信号増幅器の基本構造を示す外観図
である。

【図２】本発明の第１の実施例の光導波路の主要断面図
である。

【図３】本発明の第２の実施例の光導波路の主要断面図
である。

【図４】従来の二重コア構造の光導波路を示す図であ
る。

【符号の説明】

１１稀土類イオンを含む第２の光導波路１２第１の光導波路１３反射層１４半導体レーザ及び励起光入射ポート

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｓ 3/17 8934−4Ｍ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に形成された光導波路において、
該光導波路を第１の光導波路とし、この第１の光導波路
内にレーザ発振あるいは光信号増幅機能を有するイオン
を含む第２の光導波路を有し、前記第１の光導波路に前
記イオンを励起する励起光を入射するポート部分を少な
くとも１箇所以上備え、かつ前記第１の光導波路の周囲
に励起光波長における反射層もしくはクラッド層を備え
てなることを特徴とする光信号増幅器。
【請求項２】請求項１の光信号増幅器において、第２
の光導波路に含まれるイオンは、Ｎｄ³⁺，Ｅｒ³⁺，Ｙｂ
³⁺のいずれか１種類あるいは２種類以上であることを特
徴とする光信号増幅器。
【請求項３】請求項１の光信号増幅器において、第２
の光導波路はシングルモードであることを特徴とする光
信号増幅器。