JPH0677578A - Optical amplifier and manufacture thereof - Google Patents

Optical amplifier and manufacture thereof

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JPH0677578A
JPH0677578A JP4229966A JP22996692A JPH0677578A JP H0677578 A JPH0677578 A JP H0677578A JP 4229966 A JP4229966 A JP 4229966A JP 22996692 A JP22996692 A JP 22996692A JP H0677578 A JPH0677578 A JP H0677578A
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JP
Japan
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refractive index
substrate
film
optical
core
Prior art date
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Application number
JP4229966A
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Japanese (ja)
Inventor
Masataka Nakazawa
正隆 中沢
Seiichi Kashimura
誠一 樫村
Akishi Hongo
晃史 本郷
Katsuyuki Imoto
克之 井本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Cable Ltd
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Hitachi Cable Ltd
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
Application filed by Hitachi Cable Ltd, Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Hitachi Cable Ltd
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Abstract

PURPOSE:To make it possible to lessen the connection loss of an optical amplifier with an optical fiber and a bending loss of the amplifier. CONSTITUTION:An optical amplifier is manufactured into a constitution, wherein a core 5, which consists of Al2O3 and has a rectangular section, is formed on a substrate 1 and at the same time, a rare earth element, such as Pr, Nd, Yb, Ho, Er, Tm and La, a transition metal, such as Cr and Ti, or an element for optical amplification use, which is these mixture, is added to the interior of the core 5.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、特に通信、計測、情報
処理の分野に適した小型、多機能な光集積回路を構成す
る光増幅器及びその製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical amplifier which is suitable for the fields of communication, measurement and information processing, and which constitutes a small-sized and multifunctional optical integrated circuit, and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】通信、計測、情報処理の分野において、
光をより高度に利用するため、いろいろな機能をもつ光
集積回路の研究が活発に行われている。このような光集
積回路を構成する基本要素のひとつとして光増幅器があ
る。これまでにNdを3wt%ドープしたリン酸塩ガラ
スLHG5を用いて光増幅作用が確認されている(H.Aok
i,O.Maruyama,Y.Asahara:Topical meeting on glasses
for optoelectronics. Extended abstracts, p69, Dec.
1,(1989)) 。この製作法は以下の通りである。まずNd
を3wt%ドープしたリン酸塩ガラスLHG5の表面に
Tiを蒸着し、ホトリソグラフィー法を用いて、光導波
路マスクパターンを設け、さらにAgを蒸着する。次
に、約 400℃の電気炉内で電圧を数時間印加しAgイオ
ンをTi膜の隙間を通してガラス内に拡散させ断面が半
円状のチャネル型光導波路を形成する。この光導波路
に、波長802nm のレーザダイオードを励起用光源として
用いることにより増幅器作用が確認されている。
2. Description of the Related Art In the fields of communication, measurement and information processing,
In order to use light in a higher degree, researches on optical integrated circuits having various functions are being actively conducted. An optical amplifier is one of the basic elements constituting such an optical integrated circuit. So far, the light amplification effect has been confirmed using the phosphate glass LHG5 doped with 3 wt% of Nd (H. Aok
i, O.Maruyama, Y.Asahara: Topical meeting on glasses
for optoelectronics. Extended abstracts, p69, Dec.
1, (1989)). This manufacturing method is as follows. First Nd
Ti is vapor-deposited on the surface of a phosphate glass LHG5 doped with 3 wt% of Al, an optical waveguide mask pattern is provided by the photolithography method, and Ag is vapor-deposited. Next, a voltage is applied for several hours in an electric furnace at about 400 ° C. to diffuse Ag ions through the gap between the Ti films into the glass to form a channel type optical waveguide having a semicircular cross section. An amplifier function has been confirmed by using a laser diode with a wavelength of 802 nm as a light source for excitation in this optical waveguide.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記のリン
酸塩ガラスを用いた光増幅は、その光導波路の断面が半
円状の非対称構造であるため、光ファイバと接続する場
合、大きな結合損失をもつ。またループ状のリングレー
ザのように曲りを伴なう光増幅器においては、曲げによ
る損失増加を極力抑えなければならない。すなわち光が
伝搬するコアとその周辺のクラッドとの屈折率差(Δ
n)が大きいことが重要となる。Δnを大きくすること
によって、光はコア内に強く閉じ込められて、小さな曲
率で光導波路を曲げても損失は小さく、その結果、素子
寸法を小さくすることができる。前記した従来例ではA
gイオンを拡散させることにより屈折率を周辺部より大
きくしているが、本質的にΔnを大きくすることはでき
ない。
By the way, in the optical amplification using the above-mentioned phosphate glass, since the cross section of the optical waveguide has a semicircular asymmetric structure, a large coupling loss occurs when connecting with an optical fiber. With. In addition, in an optical amplifier with bending, such as a loop ring laser, it is necessary to suppress increase in loss due to bending as much as possible. That is, the refractive index difference (Δ
It is important that n) is large. By increasing Δn, the light is strongly confined in the core, and the loss is small even if the optical waveguide is bent with a small curvature, and as a result, the element size can be reduced. In the above-mentioned conventional example, A
Although the refractive index is made higher than that of the peripheral portion by diffusing g ions, Δn cannot be essentially increased.

【0004】本発明の目的は、前記した課題を解消し、
光ファイバとの接続損失及び曲げ損失が小さい光増幅器
及びその製造方法を提供することにある。
The object of the present invention is to solve the above problems.
An object of the present invention is to provide an optical amplifier having a small connection loss with an optical fiber and a bending loss, and a manufacturing method thereof.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本発明の一つの態様は、基板上に、Al2 3
らなる断面矩形状のコアを形成すると共に、該コア内
に、Pr,Nd,Yb,Ho,Er,Tm,La等の希
土類元素あるいはCr,Ti等の遷移金属又はこれらの
混合物である光増幅用元素を添加したものである。
In order to achieve the above-mentioned object, one embodiment of the present invention is to form a core having a rectangular cross section made of Al 2 O 3 on a substrate and to form the core in the core. , A rare earth element such as Pr, Nd, Yb, Ho, Er, Tm, and La, a transition metal such as Cr and Ti, or a light amplification element which is a mixture thereof is added.

【0006】別の態様は、基板上に形成されたAl膜の
一部を除去して断面矩形状の光導波路パターンを形成
し、これを陽極酸化によって酸化物に変換させてコアを
形成し、これに、Pr,Nd,Yb,Ho,Er,T
m,La等の希土類元素あるいはCr,Ti等の遷移金
属又はこれらの混合物である光増幅用元素を添加したも
のである。
In another aspect, a part of the Al film formed on the substrate is removed to form an optical waveguide pattern having a rectangular cross section, which is converted into an oxide by anodic oxidation to form a core, Pr, Nd, Yb, Ho, Er, T
A rare earth element such as m or La, a transition metal such as Cr or Ti, or a light amplification element which is a mixture thereof is added.

【0007】別の態様は、基板上にAl膜を形成し、こ
の一部を除去して断面矩形状の光導波路パターンを形成
し、これを陽極酸化によって酸化物に変換した後、光増
幅用元素を含むアルコール溶液を含浸するものである。
In another embodiment, an Al film is formed on a substrate, a part of the Al film is removed to form an optical waveguide pattern having a rectangular cross section, and the optical waveguide pattern is converted into an oxide by anodic oxidation. It is impregnated with an alcohol solution containing an element.

【0008】別の態様は、基板上に、Al2 3 からな
る断面矩形状のコアを形成すると共に、該コア内に、A
2 3 よりも屈折率が低い材料である屈折率制御用元
素と、Pr,Nd,Yb,Ho,Er,Tm,La等の
希土類元素あるいはCr,Ti等の遷移金属又はこれら
の混合物である光増幅用元素とを添加したものである。
In another embodiment, a core having a rectangular cross section made of Al 2 O 3 is formed on a substrate, and A is formed in the core.
A refractive index control element, which is a material having a lower refractive index than l 2 O 3, and a rare earth element such as Pr, Nd, Yb, Ho, Er, Tm, La, or a transition metal such as Cr or Ti, or a mixture thereof. A certain light amplification element is added.

【0009】別の態様は、基板上に、Alの酸化物より
も酸化後の屈折率が低い材料である屈折率制御用元素
と、Pr,Nd,Yb,Ho,Er,Tm,La等の希
土類元素あるいはCr,Ti等の遷移金属又はこれらの
混合物である光増幅用元素とが添加されたAl膜を形成
し、この一部を除去して断面矩形状の光導波路パターン
を形成し、これを陽極酸化によって酸化物に変換してコ
アを形成したものである。前記屈折率制御用元素は、S
i,B,Mg,P,Pbの元素又はこれらの混合物であ
ることが望ましい。
In another embodiment, a refractive index control element, which is a material having a lower refractive index after oxidation than an oxide of Al, and Pr, Nd, Yb, Ho, Er, Tm, La, etc. are formed on a substrate. An Al film added with a rare earth element or a transition metal such as Cr or Ti or a light amplification element which is a mixture thereof is formed, and a part of the Al film is removed to form an optical waveguide pattern having a rectangular cross section. Is converted into an oxide by anodic oxidation to form a core. The refractive index controlling element is S
It is preferably an element of i, B, Mg, P, Pb or a mixture thereof.

【0010】別の態様は、基板上に、屈折率制御用元
素、光増幅用元素及びAlをそれぞれ別の蒸発源から同
時に蒸着させてAl膜を形成し、この一部を除去して断
面矩形状の光導波路パターンを形成し、これを陽極酸化
によって酸化物に変換させるものである。
In another embodiment, a refraction index controlling element, a light amplifying element and Al are simultaneously vapor-deposited from different evaporation sources to form an Al film, a part of which is removed to obtain a rectangular cross section. A shaped optical waveguide pattern is formed and converted into an oxide by anodic oxidation.

【0011】また、前記基板は前記コアよりも低屈折率
であること、あるいは、基板の表面が前記コアよりも低
屈折率の層で覆われていることが望ましい。さらに、前
記基板はAlの酸化物よりも低屈折率の材料であるこ
と、あるいは、基板の表面があらかじめAlの酸化物よ
りも低屈折率の層で覆われていることが望ましい。
Further, it is desirable that the substrate has a lower refractive index than the core, or that the surface of the substrate is covered with a layer having a lower refractive index than the core. Further, it is desirable that the substrate is made of a material having a lower refractive index than the oxide of Al, or the surface of the substrate is previously covered with a layer having a lower refractive index than the oxide of Al.

【0012】[0012]

【作用】光の伝搬領域であるコアは、断面矩形状に形成
されて断面が対称構造となるので、光ファイバとの接続
損失が小さくなる。また、Al2 3 は可視から中赤外
領域の広い波長領域にわたって透明であり、その屈折率
は、例えば波長 1.3μm近傍において1.75と、クラッド
領域の材料として使用されるSiO2 の屈折率1.45より
も十分大きい。このため、光が伝搬するコアとその周辺
のクラッドとの屈折率差(Δn)が大きくなるので、曲
げ損失が小さくなり、リングレーザのような曲げを伴う
ものにも適用可能で、しかも光増幅用元素の添加により
様々な波長の光を増幅できる光増幅器が得られることに
なる。
Since the core, which is a light propagation region, is formed in a rectangular cross section and has a symmetrical cross section, the connection loss with the optical fiber is reduced. Al 2 O 3 is transparent over a wide wavelength range from the visible region to the mid-infrared region, and its refractive index is 1.75 near a wavelength of 1.3 μm, and the refractive index of SiO 2 used as a material for the cladding region is 1.45. Big enough. For this reason, the refractive index difference (Δn) between the core through which the light propagates and the clad around it becomes large, so that the bending loss becomes small, and it can be applied to those with bending such as a ring laser. An optical amplifier capable of amplifying light of various wavelengths can be obtained by adding the use element.

【0013】また、Al2 3 膜を直接基板上に形成
し、これを3次元のパターニングにする場合には、膜形
成速度等はAlよりも遥かに遅く、また高価な膜形成、
微細加工装置を必要とするが、基板上にAl膜を蒸着法
あるいは浸漬法により形成し、これをパターニングして
からAl2 3 に変換するため、Al膜はAl2 3
の場合よりも速く形成されると共に、その膜を陽極酸化
により短時間に透明な酸化物膜とすることができる。
尚、Alのみの場合は、1μm/min 程度の速度でAl
2 3 への変換が可能である。このため、光増幅用元素
等を含んだAl2 3 導波路を容易に安価な装置で製造
することが可能となる。
When an Al 2 O 3 film is directly formed on a substrate and is subjected to three-dimensional patterning, the film forming speed is much slower than that of Al, and the costly film forming,
Although a microfabrication device is required, since an Al film is formed on a substrate by a vapor deposition method or a dipping method, and this is patterned and then converted into Al 2 O 3 , the Al film is different from the case of the Al 2 O 3 film. In addition to being formed quickly, the film can be formed into a transparent oxide film in a short time by anodic oxidation.
In the case of Al only, Al at a speed of about 1 μm / min
Conversion to 2 O 3 is possible. Therefore, it becomes possible to easily manufacture the Al 2 O 3 waveguide containing the optical amplifying element and the like with an inexpensive device.

【0014】さらに、基板上に形成されたAl膜を陽極
酸化によって酸化物に変換した後、これに光増幅用元素
を含むアルコール溶液を含浸させることで、陽極酸化に
よって得られたAl2 3 膜は多孔質であるので、容易
にしかも制御よく表面から深い位置までほぼ一様にドー
パントを添加することができる。
Further, the Al film formed on the substrate is converted into an oxide by anodic oxidation, and then impregnated with an alcohol solution containing an element for optical amplification to obtain Al 2 O 3 obtained by anodic oxidation. Since the film is porous, the dopant can be added almost uniformly from the surface to the deep position with ease and control.

【0015】さらにまた、光増幅用元素、屈折率制御用
元素及びAlを、それぞれ別の蒸発源より同時に蒸着さ
せてAl膜の形成を行うことで、光増幅用元素或いは屈
折制御用元素のAl膜への添加濃度を容易に制御するこ
とができる。
Furthermore, the optical amplification element, the refractive index control element, and Al are simultaneously vapor-deposited from different evaporation sources to form an Al film, thereby forming the optical amplification element or the refractive control element Al. The concentration added to the film can be easily controlled.

【0016】[0016]

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面を用いて説
明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

【0017】図1は、本発明の一実施例である光増幅器
の製造方法の工程図である。
FIG. 1 is a process chart of a method of manufacturing an optical amplifier according to an embodiment of the present invention.

【0018】まず、(a)に示すSiO2 基板1上に、
電子ビーム蒸着法によりAl膜2を(b)に示すように
形成する。膜厚は10μmとした。このAl膜2の形成
は、電子ビーム蒸着等の真空蒸着法のほか、スパッタリ
ング法やAl溶液への直接浸漬によっても可能である。
First, on the SiO 2 substrate 1 shown in FIG.
The Al film 2 is formed by the electron beam evaporation method as shown in FIG. The film thickness was 10 μm. The Al film 2 can be formed by a vacuum vapor deposition method such as electron beam vapor deposition, a sputtering method, or a direct immersion in an Al solution.

【0019】次に、(c)に示すように、基板1上に形
成したAl膜2の一部をホトリソグラフィー法により除
去して10μm×10μmの導波路のパターニングをし、エ
ッチングによりAlの矩形部3を形成する。Al膜は、
例えばカ性ソーダ、リン酸によって容易にエッチングが
可能であるが、BCl3 やCCl4 のエッチングガスに
よるドライプロセスを用いても良い。ウエットエッチン
グは高価な装置を必要としない点で有利であり、またド
ライエッチングは、導波路パターンを精度よく形成する
のに優れている。
Next, as shown in (c), a portion of the Al film 2 formed on the substrate 1 is removed by photolithography to pattern a waveguide of 10 μm × 10 μm, and an Al rectangle is formed by etching. Form part 3. The Al film is
For example, etching can be easily performed with caustic soda and phosphoric acid, but a dry process using an etching gas of BCl 3 or CCl 4 may be used. Wet etching is advantageous in that it does not require expensive equipment, and dry etching is excellent in accurately forming a waveguide pattern.

【0020】次に、(d)に示すように、Alの矩形部
3を陽極酸化法により酸化物(Al2 3 )の矩形部4
に変換させる。陽極酸化は、硫酸などの電解液中に浸し
た基板のAlを陽極として、炭素板または白金板を陰極
として電圧を印加し表面をAl2 3 に変換させる方法
である。本実施例では、電解液として液温20℃、濃度20
%の硫酸を、また陰極として白金板を用いた。電流密度
が30mA/cm2 のとき、約45μm/hの速度でAlの矩形
部3は酸化され、透明な酸化物の矩形部4に変換され
た。
Next, as shown in (d), the rectangular portion 3 of Al is rectangular portion 4 of oxide (Al 2 O 3 ) by anodization.
Convert to. Anodization is a method in which Al of a substrate immersed in an electrolytic solution such as sulfuric acid is used as an anode and a carbon plate or a platinum plate is used as a cathode to apply a voltage to convert the surface into Al 2 O 3 . In this embodiment, the electrolytic solution has a liquid temperature of 20 ° C. and a concentration of 20.
% Sulfuric acid and a platinum plate was used as the cathode. When the current density was 30 mA / cm 2 , the Al rectangular portion 3 was oxidized at a rate of about 45 μm / h and converted into a transparent oxide rectangular portion 4.

【0021】次に、(e)に示すように、光の増幅作用
をもたらす元素であるErを含有するアルコール溶液を
Al2 3 の矩形部4(導波路)が形成された基板1に
含浸させ、Erイオンをドープする。本実施例では、光
の増幅作用をもたらす元素としてErを用いたが、これ
以外にPr,Nd,Yb,Ho,Tm,等の希土類元素
でもほぼ同様な方法により、また一つの元素に限らず数
種類の元素を同時に容易にドープすることができる。ま
た、CrやTi等の遷移金属をドープしたAl2
3 は、ルビーあるいはサファイアレーザとして知られて
おり、これらの材料も本発明に適用することができる。
Next, as shown in (e), the substrate 1 on which the rectangular portion 4 (waveguide) of Al 2 O 3 is formed is impregnated with an alcohol solution containing Er, which is an element that provides a light amplification effect. Then, Er ions are doped. In the present embodiment, Er was used as an element that brings about a light amplification effect, but other than this, rare earth elements such as Pr, Nd, Yb, Ho, Tm, etc. are not limited to one element by substantially the same method. It is possible to easily dope several kinds of elements simultaneously. Also, Al 2 O doped with a transition metal such as Cr or Ti
3 is known as a ruby or sapphire laser, and these materials can also be applied to the present invention.

【0022】ドープ後、十分乾燥させてから1300〜1500
℃のO2 及びHe−Cl雰囲気中で熱処理を行う。O2
雰囲気中の熱処理は、残留Alを完全に酸化させること
を、He−Cl雰囲気中の熱処理は、水分の除去をそれ
ぞれ目的とする。これにより、Al2 3 は、緻密な膜
(コア)5になり、散乱損失を十分小さくすることがで
きる。
After the dope is sufficiently dried, 1300 to 1500
Heat treatment is performed in an atmosphere of O 2 and He-Cl at 0 ° C. O 2
The heat treatment in the atmosphere aims to completely oxidize the residual Al, and the heat treatment in the He—Cl atmosphere aims to remove water. As a result, Al 2 O 3 becomes a dense film (core) 5 and the scattering loss can be made sufficiently small.

【0023】最後に、(f)に示すように、Erをドー
プしたAl2 3 (コア5)の上に、クラッドとしてS
iO2 層6を形成する。SiO2 層6は、火炎堆積法あ
るいはCVD法などによって形成される。これによりA
2 3 を主成分とするコア(矩形部)5の側面の粗
さ、あるいは外部環境の影響を受けにくい安定した光導
波路を得る。SiO2 クラッド層6は屈折率あるいは応
力の調整のため何等かのドーパントを添加してもよい。
なお、基板としてSiO2 のガラス基板を用いたが、光
集積回路において、光源や受光素子など他の素子を集積
化する場合に有効であると共に、Si基板は熱酸化によ
り容易にその表面にSiO2 膜を形成することができる
ので、そのSiO2 膜上に前述とほぼ同様のプロセスを
用いて光増幅器用の導波路を形成することも可能であ
る。
Finally, as shown in (f), on the Er-doped Al 2 O 3 (core 5), S as a clad is formed.
The iO 2 layer 6 is formed. The SiO 2 layer 6 is formed by a flame deposition method, a CVD method, or the like. This makes A
It is possible to obtain a stable optical waveguide which is hardly affected by the roughness of the side surface of the core (rectangular portion) 5 containing l 2 O 3 as a main component or the external environment. The SiO 2 clad layer 6 may be added with any dopant for adjusting the refractive index or stress.
Although the glass substrate of SiO 2 is used as the substrate, it is effective when integrating other elements such as a light source and a light receiving element in an optical integrated circuit, and the Si substrate is easily oxidized by thermal oxidation on its surface. Since two films can be formed, it is also possible to form a waveguide for an optical amplifier on the SiO 2 film by using the same process as described above.

【0024】図2は、本発明の他の実施例である光増幅
器の製造方法の工程図である。
FIG. 2 is a process chart of a method of manufacturing an optical amplifier according to another embodiment of the present invention.

【0025】まず、(a)に示すように、Si基板10
上に熱酸化などによりSiO2 を主成分とする低屈折率
層11を形成する。このSi基板10上に、(b)に示
すように、電子ビーム蒸着法により光の増幅作用をもた
らす元素であるEr及び屈折率を制御するための元素で
あるSiを添加したAl膜12を形成する。膜厚は10μ
mとした。ここで、電子ビーム蒸着による膜形成は、A
lタブレットと光増幅用元素であるErタブレット、屈
折率制御用元素であるSiタブレットをそれぞれ別の蒸
発源より蒸発させる3蒸発源方式により行った。この方
法によって、Al中の光の増幅作用をもたらす元素であ
るErの濃度、及び屈折率を制御するための元素である
Siの濃度を制御性良くコントロールすることができ
た。なお、光の増幅作用をもたらす元素及び屈折率を制
御するための元素を添加したAl膜の形成法は、電子ビ
ーム蒸着などの高真空蒸着に限らず、スパッタリング法
を使用しても良い。スパッタリング法を使用する場合、
2つのカソードにAlターゲットと光の増幅作用をもた
らす元素のターゲット、或いは屈折率を制御するための
元素のターゲットをそれぞれ取り付け、同時スパッタ或
いは交スパッタにより、膜を形成することができる。ま
た、Alに光の増幅作用をもたらす元素及び屈折率を制
御するための元素を所望量混入したターゲットを用いた
単独のスパッタリングによっても膜形成を行うことが可
能である。なお、光の増幅作用をもたらす元素としてE
rを用いたが、これ以外にPr,Nd,Yb,Ho,T
m,Ka等の希土類元素でも同様な方法により、容易に
ドープすることができると共に、光の増幅作用を助長す
る元素も同様な方法により容易にドープすることができ
る。また、屈折率制御用の元素もSi以外に、BやMg
等の元素を使用することができる。さらに、CrやTi
等の遷移金属をドープしたAl2 3 は、ルビーあるい
はサファイアレーザとして知られており、これらの材料
も本発明に適用することができる。さらにまた、これら
の内、2種以上の元素をドーパントとして用いることも
できる。
First, as shown in FIG.
A low refractive index layer 11 containing SiO 2 as a main component is formed thereon by thermal oxidation or the like. On the Si substrate 10, as shown in (b), an Al film 12 added with Er, which is an element that causes a light amplification effect, and Si, which is an element for controlling the refractive index, is formed by an electron beam evaporation method. To do. Film thickness is 10μ
m. Here, the film formation by electron beam evaporation is
1 tablet, an Er tablet that is an element for light amplification, and a Si tablet that is an element for controlling the refractive index were evaporated from different evaporation sources. By this method, it was possible to control the concentration of Er, which is an element that causes a light amplifying action in Al, and the concentration of Si, which is an element for controlling the refractive index, with good controllability. The method of forming the Al film to which an element that causes a light amplification effect and an element that controls the refractive index is added is not limited to high vacuum evaporation such as electron beam evaporation, and a sputtering method may be used. When using the sputtering method,
A film can be formed by co-sputtering or cross-sputtering by attaching an Al target and a target of an element that provides a light amplifying action or a target of an element for controlling the refractive index to the two cathodes. It is also possible to form the film by a single sputtering using a target in which a desired amount of an element that causes a light amplification effect to Al and an element that controls the refractive index is mixed. In addition, as an element that brings about the light amplification effect, E
r was used, but other than this, Pr, Nd, Yb, Ho, T
A rare earth element such as m or Ka can be easily doped by the same method, and an element that promotes the amplification effect of light can be easily doped by the same method. In addition to Si, the elements for controlling the refractive index include B and Mg.
Can be used. In addition, Cr and Ti
Al 2 O 3 doped with a transition metal such as is known as a ruby or sapphire laser, and these materials are also applicable to the present invention. Furthermore, of these, two or more kinds of elements can be used as a dopant.

【0026】次に、(c)に示すように、以上のような
方法により形成した膜12の一部をホトリソグラフィー
法により除去して導波路のパターニングをし、エッチン
グによりAlの矩形部13を形成する。この時の導波路
(コア)のサイズは、光ファイバとの結合を考慮して、
10μm×10μmとした。Al膜は、例えばカ性ソーダ、
リン酸によって容易にエッチングが可能であるが、BC
3 やCCl4 のエッチングガスによるドライプロセス
を用いても良い。ウエットエッチングは高価な装置を必
要としない点で有利であり、またドライエッチングは、
導波路パターンを精度よく形成するのに優れている。た
だし、Al中のEr及びSiの割合が多い場合にはエッ
チング荒れなどを生じるため、Al膜中の濃度はそれぞ
れ 10mol%以下であることが望ましい。
Next, as shown in (c), a part of the film 12 formed by the above method is removed by photolithography to pattern the waveguide, and the rectangular portion 13 of Al is etched. Form. The size of the waveguide (core) at this time is, considering the coupling with the optical fiber,
The size was 10 μm × 10 μm. The Al film is, for example, caustic soda,
Can be easily etched with phosphoric acid, but BC
A dry process using an etching gas such as l 3 or CCl 4 may be used. Wet etching is advantageous in that it does not require expensive equipment, and dry etching is
It is excellent for accurately forming a waveguide pattern. However, when the ratio of Er and Si in Al is high, etching roughness and the like occur. Therefore, the concentration in the Al film is preferably 10 mol% or less.

【0027】次に、(d)に示すように、Alの矩形部
13を陽極酸化法により酸化物(Al2 3 )の矩形部
(コア)14に変換する。陽極酸化は、硫酸などの電解
液中に浸した基板のAlなどを陽極として、炭素板また
は白金板を陰極として電圧を印加し表面をAl2 3
変換させる方法である。本実施例では、Erの添加され
たAlの矩形部13を陽極、白金板を陰極とし、電解液
として液温20℃、濃度20%の硫酸中で陽極酸化を行っ
た。その結果、電流密度が30mA/cm2 のとき、約45μm
/hの速度でErの添加されたAlの矩形部13は酸化
され、透明な酸化物の矩形部14に変換された。
Next, as shown in (d), the rectangular portion 13 of Al is converted into a rectangular portion (core) 14 of oxide (Al 2 O 3 ) by an anodic oxidation method. The anodic oxidation is a method of converting the surface into Al 2 O 3 by applying a voltage with Al or the like of a substrate immersed in an electrolytic solution such as sulfuric acid as an anode and a carbon plate or a platinum plate as a cathode. In this example, the rectangular portion 13 of Al containing Er was used as an anode and the platinum plate was used as a cathode, and anodization was carried out in sulfuric acid having a liquid temperature of 20 ° C. and a concentration of 20% as an electrolytic solution. As a result, when the current density is 30 mA / cm 2 , it is about 45 μm.
The rectangular portion 13 of Al to which Er was added was oxidized at a rate of / h and converted into a rectangular portion 14 of transparent oxide.

【0028】最後に、(e)に示すように、陽極酸化さ
れた酸化物リッジ部である矩形部14を火炎堆積法ある
いはCVD法によりSiO2 クラッド層15で覆い、導
波路を形成する。これにより矩形部14の側面の荒さ、
あるいは外部環境の影響を受けにくい安定した光導波路
を得る。SiO2 クラッド層15には屈折率あるいは応
力調整のため何等かのドーパントを添加してもよい。
尚、基板としてSiO2 を主成分とする低屈折率層を有
するSiを用いた。これは、光集積回路において、光源
や受光素子など他の素子を集積化する場合に有効であ
る。基板としてSiO2 を使用しても同様のプロセスを
用いて光増幅器用の導波路を形成することも可能であ
る。
Finally, as shown in (e), the rectangular portion 14 which is the anodized oxide ridge portion is covered with the SiO 2 clad layer 15 by the flame deposition method or the CVD method to form a waveguide. By this, the roughness of the side surface of the rectangular portion 14,
Alternatively, a stable optical waveguide that is not easily affected by the external environment is obtained. Some kind of dopant may be added to the SiO 2 clad layer 15 in order to adjust the refractive index or stress.
As the substrate, Si having a low refractive index layer containing SiO 2 as a main component was used. This is effective when integrating other elements such as a light source and a light receiving element in the optical integrated circuit. Even if SiO 2 is used as the substrate, it is possible to form a waveguide for an optical amplifier by using the same process.

【0029】以上のようにして光増幅器が製造され、こ
の基板1,10上の光の伝搬領域であるコア5,14
は、断面矩形状に形成されて断面が対称構造となると共
に、この周囲を一様な媒質であるSiO2 層6,15に
よって覆われているので、光ファイバとの接続損失が小
さくなる。また、コア5,14には光増幅用元素がドー
プされるので、様々な波長の光を増幅することができ
る。さらに、Al2 3 は可視から中赤外領域の広い波
長領域にわたって透明であり、その屈折率は、例えば波
長 1.3μm近傍において1.75と、クラッドの材料として
使用されるSiO2 の屈折率1.45よりも十分大きい。こ
れにより、光が伝搬するコア5,14とその周辺のクラ
ッド6,15との屈折率差(Δn)が大きくなるので、
曲げ損失が小さくなる。これによって、リングレーザの
ような曲げを伴うものにも適用可能でかつ様々な波長の
光を増幅できる光増幅器が得られることになる。
The optical amplifier is manufactured as described above, and the cores 5 and 14 which are light propagation regions on the substrates 1 and 10 are manufactured.
Is formed to have a rectangular cross section and has a symmetrical cross section, and since the periphery is covered with the SiO 2 layers 6 and 15 which are uniform media, the connection loss with the optical fiber is reduced. Moreover, since the cores 5 and 14 are doped with the optical amplification element, it is possible to amplify light of various wavelengths. Furthermore, Al 2 O 3 is transparent over a wide wavelength range from the visible to the mid-infrared region, and its refractive index is 1.75 at a wavelength of around 1.3 μm, and the refractive index of SiO 2 used as a cladding material is 1.45. Is also big enough. As a result, the refractive index difference (Δn) between the cores 5 and 14 through which light propagates and the clads 6 and 15 around them increases,
Bending loss is reduced. As a result, it is possible to obtain an optical amplifier that can be applied to a bending laser such as a ring laser and that can amplify light of various wavelengths.

【0030】また、Al2 3 膜を直接基板上に形成
し、これを3次元のパターニングにする場合には、膜形
成速度等はAlよりも遥かに遅く、また高価な膜形成、
微細加工装置を必要とするが、基板1,10上にAl膜
2,12を形成し、これをパターニングにしてからAl
2 3 に変換するため、Al膜2,12はAl2 3
を直接基板に形成する場合よりもその膜形成速度が速い
と共に、その膜を陽極酸化により短時間に透明な酸化物
膜とすることができる。このため、効率良く安価な装置
で、光の増幅作用をもたらす元素や屈折率を制御するた
めの元素を種々光導波路(コア5,14)内にドープす
ることができる。
When an Al 2 O 3 film is directly formed on a substrate and is subjected to three-dimensional patterning, the film forming speed is much slower than that of Al, and the expensive film forming,
Although a microfabrication device is required, Al films 2 and 12 are formed on the substrates 1 and 10 and patterned, and then Al is formed.
Since the Al films 2 and 12 are converted into 2 O 3 , the film forming speed is faster than that in the case where the Al 2 O 3 film is directly formed on the substrate, and the film is a transparent oxide film in a short time by anodic oxidation. Can be Therefore, it is possible to dope various optical waveguides (cores 5 and 14) with an element that exerts a light amplifying effect and an element that controls the refractive index with an efficient and inexpensive device.

【0031】さらに、基板1上のAl膜3を陽極酸化に
よって酸化物に変換した後、これに光増幅用元素を含む
アルコール溶液を含浸させることで、容易にしかも制御
よく表面から深い位置までほぼ一様にドーパントを添加
することが可能となる。すなわち、基板上に直接Al2
3 膜を形成するとそのAl2 3 膜は緻密になり、膜
内に表面から深い位置にしかも均等にドーパントを添加
することができない。これに対し、陽極酸化によって得
られたAl2 3 膜(矩形部4)は多孔質、ポアとよば
れる数十から数百オングストロームの微細孔が基板1に
対して垂直に存在する。このため、その微細孔を利用す
ることにより、容易にしかも制御よく表面から深い位置
までほぼ一様にドーパントを添加することが可能とな
る。
Furthermore, after converting the Al film 3 on the substrate 1 into an oxide by anodic oxidation, and impregnating this with an alcohol solution containing an element for light amplification, it is possible to control easily and well from the surface to a deep position. It is possible to add the dopant uniformly. That is, Al 2 directly on the substrate
When the O 3 film is formed, the Al 2 O 3 film becomes dense and the dopant cannot be uniformly added at a deep position from the surface in the film. On the other hand, the Al 2 O 3 film (rectangular part 4) obtained by anodic oxidation is porous and has micropores called pores of several tens to several hundred angstroms perpendicular to the substrate 1. Therefore, by utilizing the fine pores, the dopant can be added almost uniformly from the surface to the deep position with good control.

【0032】さらにまた、光増幅用元素、屈折率制御用
元素及びAlを、それぞれ別の蒸発源より同時に蒸着さ
せてAl膜12の形成を行うことで、光増幅用元素或い
は屈折制御用元素のAl膜12への添加濃度を容易に制
御することができる。このため、光増幅用元素及び屈折
率制御用元素を均一にAl2 3 光導波路(コア14)
中に添加することができる。また、ドーパントの種類を
変えることによって様々な波長の光の増幅及び屈折率を
任意に制御することができる。
Furthermore, the optical amplification element, the refractive index control element and Al are simultaneously vapor-deposited from different evaporation sources to form the Al film 12, whereby the optical amplification element or the refraction control element is formed. The concentration added to the Al film 12 can be easily controlled. Therefore, the optical amplification element and the refractive index control element are uniformly distributed in the Al 2 O 3 optical waveguide (core 14).
Can be added in. Further, amplification of light of various wavelengths and refractive index can be arbitrarily controlled by changing the kind of dopant.

【0033】従って、効率良く安価な装置で、光の増幅
作用をもたらす元素等を光導波路(コア5,14)内に
ドープでき、しかも光ファイバとの接続損失及び曲げ損
失が小さい光増幅器が得られることになる。
Therefore, it is possible to obtain an optical amplifier which can efficiently and inexpensively dope the optical waveguide (cores 5 and 14) with an element or the like which has a function of amplifying light and which has a small connection loss with an optical fiber and a small bending loss. Will be done.

【0034】[0034]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、次
のような効果を発揮する。
As described above, according to the present invention, the following effects are exhibited.

【0035】(1) 曲げ損失が小さくリングレーザのよう
な曲りを伴うものにも適用可能でしかも光増幅用元素等
をドープした光増幅器が得られる。
(1) An optical amplifier which has a small bending loss and can be applied to a bending type such as a ring laser and which is doped with an element for optical amplification can be obtained.

【0036】(2) 光増幅用元素等を含んだAl2 3
波路を容易に安価な装置で製造することができる。
(2) An Al 2 O 3 waveguide containing an optical amplification element or the like can be easily manufactured with an inexpensive device.

【0037】(3) 基板上に形成されたAl膜を陽極酸化
によって酸化物に変換した後、これに光増幅用元素を添
加することで、容易にしかも制御よく表面から深い位置
までほぼ一様にAl2 3 膜内に光増幅用元素を添加す
ることができる。
(3) The Al film formed on the substrate is converted into an oxide by anodic oxidation, and then an element for optical amplification is added to this to easily and well controllably and substantially uniformly from the surface to the deep position. Further, a light amplification element can be added to the Al 2 O 3 film.

【0038】(4) 光増幅用元素、屈折率制御用元素及び
Alを、それぞれ別の蒸発源より同時に蒸着させてAl
膜の形成を行うことで、光増幅用元素及び屈折率制御用
元素のAl2 3 光導波路中への添加を制御することが
でき、光の増幅及び屈折率を任意に制御することができ
る。
(4) An optical amplification element, a refractive index control element and Al are simultaneously vapor-deposited from different evaporation sources to form Al.
By forming the film, it is possible to control the addition of the light amplification element and the refractive index control element into the Al 2 O 3 optical waveguide, and it is possible to arbitrarily control the light amplification and the refractive index. .

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例を示す工程図である。FIG. 1 is a process drawing showing an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の他の実施例を示す工程図である。FIG. 2 is a process drawing showing another embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板 5 コア 1 substrate 5 cores

───────────────────────────────────────────────────── 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 3/07 8934−4M 3/10 Z 8934−4M (72)発明者 本郷 晃史 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 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─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification code Internal reference number FI Technical display location H01S 3/07 8934-4M 3/10 Z 8934-4M (72) Inventor Akifumi Hongo Tsuchiura City, Ibaraki Prefecture 3550 Kita Yomachi, Hitachi Cable Advanced Research Center (72) Inventor Katsuyuki Imoto 3550, Kida Yomachi, Tsuchiura City, Ibaraki Hitachi Cable Advanced Research Center

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上に、Al2 3 からなる断面矩形
状のコアを形成すると共に、該コア内に、Pr,Nd,
Yb,Ho,Er,Tm,La等の希土類元素あるいは
Cr,Ti等の遷移金属又はこれらの混合物である光増
幅用元素を添加したことを特徴とする光増幅器。
1. A core having a rectangular cross section made of Al 2 O 3 is formed on a substrate, and Pr, Nd,
An optical amplifier comprising a rare earth element such as Yb, Ho, Er, Tm and La, a transition metal such as Cr and Ti, or an optical amplification element which is a mixture thereof.
【請求項2】 基板上に形成されたAl膜の一部を除去
して断面矩形状の光導波路パターンを形成し、これを陽
極酸化によって酸化物に変換させてコアを形成し、これ
に、Pr,Nd,Yb,Ho,Er,Tm,La等の希
土類元素あるいはCr,Ti等の遷移金属又はこれらの
混合物である光増幅用元素を添加したことを特徴とする
光増幅器。
2. A portion of the Al film formed on the substrate is removed to form an optical waveguide pattern having a rectangular cross section, which is converted into an oxide by anodic oxidation to form a core. An optical amplifier, wherein a rare earth element such as Pr, Nd, Yb, Ho, Er, Tm, La, etc., a transition metal such as Cr, Ti, etc., or an optical amplification element which is a mixture thereof is added.
【請求項3】 基板上にAl膜を形成し、この一部を除
去して断面矩形状の光導波路パターンを形成し、これを
陽極酸化によって酸化物に変換した後、光増幅用元素を
含むアルコール溶液を含浸することを特徴とする光増幅
器の製造方法。
3. An Al film is formed on a substrate, a part of the Al film is removed to form an optical waveguide pattern having a rectangular cross section, and the optical waveguide pattern is converted into an oxide by anodic oxidation. A method for manufacturing an optical amplifier, which comprises impregnating with an alcohol solution.
【請求項4】 基板上に、Al2 3 からなる断面矩形
状のコアを形成すると共に、該コア内に、Al2 3
りも屈折率が低い材料である屈折率制御用元素と、P
r,Nd,Yb,Ho,Er,Tm,La等の希土類元
素あるいはCr,Ti等の遷移金属又はこれらの混合物
である光増幅用元素とを添加したことを特徴とする光増
幅器。
4. A core having a rectangular cross section made of Al 2 O 3 is formed on a substrate, and a refractive index control element which is a material having a refractive index lower than that of Al 2 O 3 is formed in the core. P
An optical amplifier, wherein a rare earth element such as r, Nd, Yb, Ho, Er, Tm, La, or a transition metal such as Cr or Ti, or an optical amplification element which is a mixture thereof is added.
【請求項5】 基板上に、Alの酸化物よりも酸化後の
屈折率が低い材料である屈折率制御用元素と、Pr,N
d,Yb,Ho,Er,Tm,La等の希土類元素ある
いはCr,Ti等の遷移金属又はこれらの混合物である
光増幅用元素とが添加されたAl膜を形成し、この一部
を除去して断面矩形状の光導波路パターンを形成し、こ
れを陽極酸化によって酸化物に変換してコアを形成した
ことを特徴とする光増幅器。
5. A refractive index control element, which is a material having a lower refractive index after oxidation than an oxide of Al, and Pr, N on a substrate.
An Al film to which a rare earth element such as d, Yb, Ho, Er, Tm, La or the like or a transition metal such as Cr or Ti or a light amplification element which is a mixture thereof is added is formed, and a part thereof is removed. An optical amplifier characterized in that a core is formed by forming an optical waveguide pattern having a rectangular cross section and converting it into an oxide by anodic oxidation.
【請求項6】 前記屈折率制御用元素が、Si,B,M
g,P,Pbの元素又はこれらの混合物である請求項4
又は5記載の光増幅器。
6. The element for controlling the refractive index is Si, B, M
5. An element of g, P, Pb or a mixture thereof.
Alternatively, the optical amplifier according to item 5.
【請求項7】 基板上に、屈折率制御用元素、光増幅用
元素及びAlをそれぞれ別の蒸発源から同時に蒸着させ
てAl膜を形成し、この一部を除去して断面矩形状の光
導波路パターンを形成し、これを陽極酸化によって酸化
物に変換させることを特徴とする光増幅器の製造方法。
7. An optical film having a rectangular cross section is formed by simultaneously vapor-depositing a refractive index control element, a light amplification element and Al from different evaporation sources on a substrate to form an Al film. A method for manufacturing an optical amplifier, which comprises forming a waveguide pattern and converting it into an oxide by anodic oxidation.
【請求項8】 前記基板が前記コアよりも低屈折率であ
る、あるいは、前記基板の表面が前記コアよりも低屈折
率の層で覆われている請求項1、2、4又は5記載の光
増幅器。
8. The method according to claim 1, wherein the substrate has a lower refractive index than the core, or the surface of the substrate is covered with a layer having a lower refractive index than the core. Optical amplifier.
【請求項9】 前記基板がAlの酸化物よりも低屈折率
の材料である、あるいは、前記基板の表面があらかじめ
Alの酸化物よりも低屈折率の層で覆われている請求項
3又は7記載の光増幅器の製造方法。
9. The method according to claim 3, wherein the substrate is made of a material having a lower refractive index than the Al oxide, or the surface of the substrate is previously covered with a layer having a lower refractive index than the Al oxide. 7. The method for manufacturing an optical amplifier according to 7.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8111866B2 (en) 2006-11-28 2012-02-07 Sony Corporation Storage rack
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8111866B2 (en) 2006-11-28 2012-02-07 Sony Corporation Storage rack
JP2016166425A (en) * 2009-07-23 2016-09-15 エムエスゲー リトグラス ゲーエムベーハー Method of forming structurized coating part on substrate and coated substrate
US10954591B2 (en) 2009-07-23 2021-03-23 Msg Lithoglas Ag Method for producing a structured coating on a substrate, coated substrate, and semi-finished product having a coated substrate
WO2020110839A1 (en) * 2018-11-28 2020-06-04 日本電信電話株式会社 Method for producing erbium-doped bismuth oxide film
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