JPH0537045A - 希土類元素添加光導波路 - Google Patents

希土類元素添加光導波路

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JPH0537045A
JPH0537045A JP18750791A JP18750791A JPH0537045A JP H0537045 A JPH0537045 A JP H0537045A JP 18750791 A JP18750791 A JP 18750791A JP 18750791 A JP18750791 A JP 18750791A JP H0537045 A JPH0537045 A JP H0537045A
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earth element
optical waveguide
rare
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Masataka Nakazawa
正隆 中沢
Yasuro Kimura
康郎 木村
Katsuyuki Imoto
克之 井本
Seiichi Kashimura
誠一 樫村
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Hitachi Cable Ltd
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 コアへの励起光の閉じ込めを強くして励起効
率を上げること、伝送損失を小さくすること、希土類元
素を高濃度に添加すること、の3つの条件を満足する光
導波路の構造を提供する。 【構成】 低屈折率ncのクラッド4で覆われている略
矩形状のコア3(屈折率nw,nw>nc)の2対の外
周面のうちの少なくとも1対の外周面に、クラッド4よ
りも低い屈折率nbの薄層21,22を設けて、コア3
への励起光の閉じ込めを強くし且つ該薄層を設けた面の
面荒れによる散乱損失を緩和し、またコア3内の中央部
5に希土類元素を高濃度添加することによりゲインを高
めると共に励起光を効率よく希土類元素に吸収させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ガラス導波路中に希土
類元素を添加した光導波路の構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、光ファイバや光導波路のコアに希
土類元素を添加した光増幅器が注目されるようになって
きた。特に、Erを添加した光ファイバでは、図4に示
すような構成により、波長1.5μm帯で数十dB のネ
ットゲインが得られている。
【0003】一方、光導波路でもErやNdを添加する
ことにより、ネットゲインを持った光増幅器を実現する
研究が行われているが、現状ではまだ達成されていな
い。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】光ファイバ増幅の場合
には、相互作用長を数十m以上に長く取ることができる
ために、ネットゲイン数十dB を得ることができる。し
かしながら、光導波路の場合は、その長さは0.1m以
下で、光ファイバ長に比し10- 2 〜10-3の長さであ
る。そのため、ネットゲインが得られていない。このよ
うに短い長さでネットゲインを期待するためには、 (1)コアへの励起光の閉じ込めを強くして励起効率を
上げること。 (2)伝送損失を小さくすること。 (3)希土類元素を高濃度に添加すること。 の3つの条件を満足するようにしなければならない。し
かし、現状では上記3つの条件を満足する光増幅器の構
成法は見い出だされていない。
【0005】本発明の目的は、前記した従来技術の欠点
を解消し、前記した3つの条件を満足する希土類元素添
加光導波路の構造を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、低屈折率ncのクラッドで覆われている屈
折率nwの略矩形状のコア(但し、nw>nc)の2対
の外周面のうちの少なくとも1対の外周面に、該クラッ
ドの屈折率ncよりも低い屈折率nbを持つ薄層を設
け、かつコア内の中央部に希土類元素を集中的あるいは
多層状に添加した構成としたものである。この希土類元
素添加光導波路は、ガラス,半導体,あるいは強誘電体
のいずれかの基板上に形成されていてもよい。
【0007】
【作用】低屈折率(nc)のクラッドで覆われている略
矩形状のコア(屈折率nw,nw>nc)の2対の外周
面のうちの少なくとも1対の外周面に、該クラッドの屈
折率よりも低い屈折率(nb)の薄層を設けることは、
コアへの励起光の閉じ込めを強くし、また該薄層を設け
た面の面荒れによる散乱損失を該低屈折率の薄層により
緩和させる。更に、コア内の中央部に希土類元素を集中
的あるいは多層状に高濃度添加することにより、ゲイン
を高めると共に、励起光を効率よく希土類元素に吸収さ
せることを狙うことができ、結果的にネットゲインを高
め得る。
【0008】
【実施例】以下、本発明の一実施例を添付図面に従って
詳述する。
【0009】図1に本発明の希土類元素添加光導波路の
構造概略図を示す。これはコア3内の中央部に希土類元
素を集中的に添加した領域5を設け、そのコア3の上面
及び下面に、屈折率の低い薄層から成る低屈折率層22
及び21を設けた構造とし、そして上記低屈折率層22
及び21で覆われたコア3全体を、クラッド41及び4
2で覆った構造である。上記光導波路は、基板1に形成
されている。
【0010】以下、図1の詳細について説明する。
【0011】基板1には、SiO2 ,SiO2 に屈折率
制御用添加物を添加したガラス基板、Si,GaAs,
InP等の半導体基板、LiNbO3 ,LiTaO3
の強誘電体基板、サファイヤ基板、YIG等の磁性体基
板、などを用いる。
【0012】この基板1の上のクラッド41及び42
は、SiO2 ,あるいはSiO2 にB,F,P,Ge,
Ti,Al,Ta,Zn,K,Na,Zr,La,Ba
などの添加物を少なくとも1種類含んだ材質からなり、
その屈折率ncはコア3の屈折率nwより低く、低屈折
率層21及び22の屈折率nbよりも高く選ぶ。またク
ラッド41及び42の厚みは厚いほど、光導波路の伝搬
損失を低くすることができるが5μm以上あれば良い。
【0013】低屈折率層21及び22の材質もクラッド
の材質と同様なものを用いる。その厚みHは0.数μm
から数μmの範囲が好ましい。この低屈折率層22及び
21をコア3の上面及び下面に設けることによって、コ
ア3内の光パワ分布はコア3の中央部(ΔTの領域)、
即ち希土類元素を含んだ領域5に集中する。その結果、
励起光の励起効率を高めることができる。またコア3の
上面(下面)と低屈折率層22(21)との界面の不整
による散乱損失を小さくすることができる。
【0014】コア3の材質もクラッドの材質と同様なも
のを用いるが、希土類元素を含んだ領域5には、Er,
Nd,Yb,Sn,Ce,Ho,Tm等の希土類元素も
少なくとも1種含む以外に、Cr,Mg等の高ゲイン
化,広帯域を助成する添加物も含まれていても良い。
尚、この希土類元素を含んだ領域5は、厚みがΔTの一
層の膜か、あるいは厚みがΔT/n(但し、nは1≦n
≦20を満たす値)の多層状の膜であっても良い。ここ
でΔTは、0.数μmから数μmの範囲が好ましい。コ
ア3の厚みTはコア3の幅Wに対しT<Wの関係になる
ようにすれば、コア3内のΔTへの励起光の励起効率を
高めることができる。
【0015】図2は、図1の光導波路の0−0´方向に
おける屈折率分布の実施例を示したものである。同図
(a)及び(b)のいずれの場合も、コア3内の希土類
元素を含んだ領域5の屈折率nrはコア3の屈折率nw
よりも少し高くしてあり、これによって上記領域5への
励起光の閉じ込めが強くなるように構成されている。図
2(a)の場合は、クラッド41と基板1の屈折率は等
しい例である。例えば、クラッド41と基板1はSiO
2 ガラスによって構成した場合である。図2(b)の場
合は、基板1にクラッド41の屈折率よりも高い材質、
例えばSi基板を用いた場合である。
【0016】図3は、本発明の光導波路の別の実施例を
示したものである。即ち、これはコア3の上面及び下面
以外に、両側面にも第2の低屈折層6を形成した例であ
る。この図2の低屈折率層6の屈折率nlは、nl≧n
bのように選ぶのが好ましい。
【0017】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、(1) コ
アへの励起光の閉じ込めを強くして励起効率を上げるこ
と、(2) 伝送損失を小さくすること、(3) 希土類元素を
コアの中央部のみに集中的或いは多層状に高濃度添加す
ること、の3つの条件を満足する光導波路構造が得られ
るので、ネットゲインを得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の希土類元素添加光導波路の実施例を示
す図である。
【図2】図1の光導波路の屈折率分布を示した図であ
る。
【図3】本発明の希土類元素添加光導波路の他の実施例
を示す図である。
【図4】従来の光ファイバ増幅器の概略図である。
【符号の説明】
1 基板 21,22 低屈折率層(薄層) 3 コア 41,42 クラッド 5 希土類元素を含んだ領域 6 第2の低屈折層
───────────────────────────────────────────────────── 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 (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 (72)発明者 樫村 誠一 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

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 【請求項1】 低屈折率ncのクラッドで覆われている
    屈折率nwの略矩形状のコア(但し、nw>nc)の2
    対の外周面のうちの少なくとも1対の外周面に、該クラ
    ッドの屈折率ncよりも低い屈折率nbを持つ薄層を設
    け、かつコア内の中央部に希土類元素を集中的あるいは
    多層状に添加したことを特徴とする希土類元素添加光導
    波路。
JP18750791A 1991-07-26 1991-07-26 希土類元素添加光導波路 Expired - Lifetime JP2804646B2 (ja)

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