JPH07106676A - Optical waveguide type laser - Google Patents

Optical waveguide type laser

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JPH07106676A
JPH07106676A JP24793793A JP24793793A JPH07106676A JP H07106676 A JPH07106676 A JP H07106676A JP 24793793 A JP24793793 A JP 24793793A JP 24793793 A JP24793793 A JP 24793793A JP H07106676 A JPH07106676 A JP H07106676A
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JP
Japan
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optical waveguide
laser
waveguide type
optical
type laser
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Application number
JP24793793A
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Japanese (ja)
Inventor
Takeshi Kitagawa
毅 北川
Kuninori Hattori
邦典 服部
Manabu Oguma
学 小熊
Masaharu Horiguchi
正治 堀口
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Abstract

PURPOSE:To obtain a high intensity laser light having a single frequency from an optical waveguide type laser having an optical induction grating. CONSTITUTION:The optical waveguide type laser comprises an optical waveguide 11 added, at least partially, with rare earth ions and an optical induction grating type reflector 12 formed on a planar substrate. A dielectric multilayer reflector 13 is disposed on the input side of a laser resonator 10 and an optical waveguide type post-amplifier 14 added with rare earth ions is disposed on the output side.

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、光導波路型レーザに関
し、さらに詳しくは、光通信,光情報処理,光計測など
の分野において光源としての利用価値が高い希土類イオ
ン添加ガラス光導波路型レーザ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 waveguide type laser, and more particularly to a rare earth ion-doped glass optical waveguide type laser having a high utility value as a light source in the fields of optical communication, optical information processing, optical measurement and the like. It is a thing.

【0002】[0002]

【従来の技術】エルビウムなどの希土類イオンをコアに
添加した石英系光導波路型レーザは、導波路構造による
光閉じ込め効果を利用して低い励起光強度の発振しきい
値と高い変換効率を得ることができ、小型であるため、
光通信,光情報処理,光計測などの分野において様々な
応用が期待されている。とりわけ、活性イオンとして、
エルビウムイオンを添加した光導波路型レーザは、光通
信に重要な1.5μm帯に発光帯を有するので極めて利
用価値が高い。エルビウムイオンは、0.82μm帯、
0.98μm帯および1.48μm帯など近赤外領域に
吸収帯を有し、これらに適合した波長の光で励起され、
1.5μm帯の光を誘導放出する。
2. Description of the Related Art A silica-based optical waveguide laser in which a rare earth ion such as erbium is added to a core is capable of obtaining an oscillation threshold of a low excitation light intensity and a high conversion efficiency by utilizing an optical confinement effect of a waveguide structure. Because it is possible and small,
Various applications are expected in fields such as optical communication, optical information processing, and optical measurement. Among other things, as an active ion,
The erbium ion-doped optical waveguide type laser has an extremely high utility value because it has an emission band in the 1.5 μm band, which is important for optical communication. Erbium ions are in the 0.82 μm band,
It has an absorption band in the near-infrared region such as the 0.98 μm band and the 1.48 μm band, and is excited by light of a wavelength suitable for these
Stimulated emission of light in the 1.5 μm band.

【0003】希土類添加光導波路型レーザ共振器をグレ
ーティング反射鏡を用いて構成することにより、グレー
ティング周期により発振波長を制御でき、同時に発振ス
ペクトルの狭線幅化が可能である。さらに、導波路長と
グレーティング反射帯域を適切に設定することにより、
単一周波数でレーザ発振する単一縦モード光導波路型レ
ーザを実現することも可能である。従来のグレーティン
グを有する光導波路型レーザの構造を図2に示す。これ
は本出願人の先願に記載されている(特願平4−147
298号)。この光導波路型レーザは、希土類イオンを
コア21に添加した光導波路を光増幅媒体とし、2光束
干渉露光法や位相シフトマスク法により書き込み光を照
射して形成した光誘起グレーティング導波路22を一方
の反射器とし、誘電体多層膜反射ミラーを他方の反射器
23とする。光誘起グレーティング露光条件により、グ
レーティング型反射器の反射波長および反射率を制御で
きる。
By constructing a rare earth-doped optical waveguide type laser resonator using a grating reflection mirror, the oscillation wavelength can be controlled by the grating period, and at the same time, the line width of the oscillation spectrum can be narrowed. Furthermore, by setting the waveguide length and the grating reflection band appropriately,
It is also possible to realize a single longitudinal mode optical waveguide type laser that oscillates at a single frequency. FIG. 2 shows the structure of a conventional optical waveguide type laser having a grating. This is described in the applicant's prior application (Japanese Patent Application No. 4-147).
298). In this optical waveguide type laser, an optical waveguide in which rare earth ions are added to a core 21 is used as an optical amplification medium, and a photoinduced grating waveguide 22 formed by irradiating writing light by a two-beam interference exposure method or a phase shift mask method is used. And the dielectric multilayer reflecting mirror is the other reflector 23. It is possible to control the reflection wavelength and the reflectance of the grating type reflector depending on the light-induced grating exposure condition.

【0004】この光導波路型レーザの一方の光導波路端
面より励起光を入射すると、エルビウムイオンが励起さ
れる。共振器内のエルビウムイオンの蛍光はグレーティ
ング反射波長に一致した波長でのみ反射され、利得が共
振器損失を上回るとレーザ発振を開始し、他方の端面よ
りグレーティング反射波長と等しい波長のレーザ発振光
を出力する。
When pumping light enters from one end facet of the optical waveguide of this optical waveguide type laser, erbium ions are excited. The fluorescence of the erbium ion in the resonator is reflected only at the wavelength that matches the grating reflection wavelength, laser oscillation starts when the gain exceeds the resonator loss, and laser oscillation light with a wavelength equal to the grating reflection wavelength is emitted from the other end face. Output.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】従来の光導波路型レー
ザには以下のような問題点があった。希土類添加光導波
路は単位長さ当りの励起光吸収係数(0.5重量%のエ
ルビウムイオンを添加した光導波路の980nm吸収係
数:0.5dB/cm)が小さいことから、1cm以下
の短い共振器長を要する単一縦モード光導波路型レーザ
の場合、励起光のごく一部が希土類イオンにより吸収さ
れ、残りは希土類イオンを励起することなく出力端より
出射されるので、励起光強度に対するレーザ発振光強度
の微分効率が低かった。この結果、単一縦モードレーザ
などの従来の光導波路型レーザには、光出力が小さいと
いう問題点があった。このため、高出力光導波路型単一
縦モードレーザの開発が待たれていた。
The conventional optical waveguide type laser has the following problems. The rare-earth-doped optical waveguide has a small excitation light absorption coefficient per unit length (980 nm absorption coefficient of the optical waveguide added with 0.5 wt% erbium ions: 0.5 dB / cm), so that a short resonator of 1 cm or less is used. In the case of a single-longitudinal-mode optical waveguide type laser that requires a long length, a small part of the excitation light is absorbed by the rare earth ions, and the rest is emitted from the output end without exciting the rare earth ions. The differential efficiency of light intensity was low. As a result, the conventional optical waveguide type laser such as the single longitudinal mode laser has a problem that the optical output is small. Therefore, development of a high-power optical waveguide type single longitudinal mode laser has been awaited.

【0006】そこで本発明では、光励起グレーティング
を備えた高出力光導波路型レーザを提供することを目的
とする。
Therefore, an object of the present invention is to provide a high-power optical waveguide type laser provided with an optically pumped grating.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
めに、本発明の光導波路型レーザは、平面基板上に構成
された、希土類イオンを少なくとも一部に添加した光導
波路と光誘起屈折率変化を利用して形成した光誘起グレ
ーティング型反射器を有する光導波路型レーザであっ
て、レーザ共振器の出力側に希土類イオン添加光導波路
型後置光増幅器を有することを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, the optical waveguide type laser of the present invention comprises an optical waveguide formed on a flat substrate and containing at least a portion of rare earth ions and photoinduced refraction. An optical waveguide type laser having a photo-induced grating type reflector formed by utilizing a rate change, characterized by having a rare earth ion-doped optical waveguide type post optical amplifier on the output side of a laser resonator.

【0008】[0008]

【作用】レーザ共振器の出力側に希土類イオン添加光導
波路型後置光増幅器を配置することにより、レーザ共振
器からの微弱な単一モードレーザ発振光をこの後置光増
幅器により増幅し、高いレーザ出力を得ることができ
る。また、光誘起グレーティングは励起光波長において
低損失であることから、レーザ共振器内で吸収されなか
った透過励起光を利用して後置光増幅器を効率的に励起
することができる。
By arranging the rare earth ion-doped optical waveguide type post optical amplifier on the output side of the laser resonator, the weak single-mode laser oscillation light from the laser resonator is amplified by this post optical amplifier, and A laser output can be obtained. Further, since the photo-induced grating has a low loss at the pumping light wavelength, it is possible to efficiently pump the post optical amplifier by utilizing the transmitted pumping light that is not absorbed in the laser resonator.

【0009】[0009]

【実施例】以下、実施例により詳細に説明する。EXAMPLES The present invention will be described in detail below with reference to examples.

【0010】図1に、本発明の光導波路型レーザを示
す。この光導波路型レーザは、光導波路型レーザ共振器
10を備えている。この光導波路型レーザ共振器10は
0.1〜2重量%の希土類イオンを添加した1本の光導
波路(希土類添加光導波路)11とその一部に設けられ
た光誘起グレーティング型反射器12と、一方の光導波
路端面にのみ設けられた誘電体多層膜反射ミラー13と
を有する。光誘起グレーティング型反射器12と誘電体
多層膜反射ミラー13の距離(レーザ共振器長)は、単
一縦モードレーザ発振を得るため1cm以下と短いこと
が望ましい。光誘起グレーティング型反射器12と反射
ミラー13を有しない光導波路端面の間を結ぶ希土類イ
オン添加光導波路型後置光増幅光導波路14は、高いレ
ーザ発振光出力を得るために数cm以上の長さを有する
ことが望ましい。
FIG. 1 shows an optical waveguide type laser according to the present invention. This optical waveguide type laser includes an optical waveguide type laser resonator 10. This optical waveguide type laser resonator 10 includes one optical waveguide (rare earth doped optical waveguide) 11 to which 0.1 to 2 wt% of rare earth ions are added, and a photo-induced grating type reflector 12 provided in a part thereof. , And a dielectric multilayer film reflection mirror 13 provided only on one end face of the optical waveguide. The distance (laser cavity length) between the photo-induced grating type reflector 12 and the dielectric multilayer film reflection mirror 13 is preferably as short as 1 cm or less in order to obtain single longitudinal mode laser oscillation. The rare earth ion-doped optical waveguide type post-optical amplification optical waveguide 14 that connects the photo-induced grating reflector 12 and the end face of the optical waveguide without the reflection mirror 13 has a length of several cm or more in order to obtain a high laser oscillation light output. It is desirable to have

【0011】光誘起グレーティング形成のため光導波路
に添加されるゲルマニウムは紫外域に欠陥に起因する吸
収帯を有し、吸収帯に合致する波長の光を照射すること
により欠陥の構造が変化し、光導波路の屈折率変化を引
き起こす。屈折率変化量は、10-4程度である。ゲルマ
ニウムを添加した光導波路では、高温高圧下で水素処理
を行い欠陥の量を増加させることにより、屈折率変化量
を増すことも可能である。
Germanium added to the optical waveguide for forming the photo-induced grating has an absorption band in the ultraviolet region due to the defect, and the structure of the defect is changed by irradiating with light having a wavelength matching the absorption band, It causes a change in the refractive index of the optical waveguide. The amount of change in the refractive index is about 10 −4 . In a germanium-doped optical waveguide, it is possible to increase the amount of change in refractive index by increasing the number of defects by hydrogen treatment under high temperature and high pressure.

【0012】(実施例1)火炎堆積法によりエルビウム
およびゲルマニウムを添加した石英系光導波路をシリコ
ン基板上に作製し、光導波路の一部に光照射によりグレ
ーティングを形成した。以下に具体的に述べる埋め込み
光導波路のエルビウムおよびゲルマニウム添加量はそれ
ぞれ1重量%および10重量%であった。光導波路の片
端面に誘電体多層膜反射ミラー13(レーザ発振光波長
1535nmにおける反射率99.9%、励起光波長9
80nmにおける透過率90%)を蒸着した後、エキシ
マレーザ(波長245nm、強度300mJ)を用い、
位相シフトマスクを使用して長さ2mmの光誘起グレー
ティングを有する光誘起グレーティング型反射器12を
形成した。この光誘起グレーティング型反射器12の反
射波長は1535nm、反射率は90%であり、反射帯
域は0.1nm以下であった。また、光誘起グレーティ
ングと誘電体多層膜反射ミラーの間の距離は1cm、曲
線光導波路で構成した後置光増幅器14の長さは19c
mとした。
(Example 1) A quartz optical waveguide doped with erbium and germanium was produced on a silicon substrate by a flame deposition method, and a grating was formed on a part of the optical waveguide by light irradiation. The amounts of erbium and germanium added to the buried optical waveguide described below were 1% by weight and 10% by weight, respectively. A dielectric multilayer film reflection mirror 13 (reflectance 99.9% at laser oscillation light wavelength 1535 nm, excitation light wavelength 9) is formed on one end surface of the optical waveguide.
After vapor deposition of a transmittance of 90% at 80 nm), an excimer laser (wavelength 245 nm, intensity 300 mJ) was used.
A photo-induced grating reflector 12 having a photo-induced grating having a length of 2 mm was formed using a phase shift mask. The reflection wavelength of this photo-induced grating reflector 12 was 1535 nm, the reflectance was 90%, and the reflection band was 0.1 nm or less. Further, the distance between the photo-induced grating and the dielectric multilayer film reflection mirror is 1 cm, and the length of the post optical amplifier 14 constituted by the curved optical waveguide is 19c.
m.

【0013】励起光としてエルビウムイオンの吸収帯に
合致した波長980nmの歪超格子半導体レーザ光(出
力100mW)を用い、誘電体多層膜反射ミラーを蒸着
した端面より入射して、レーザ発振実験を行った。その
結果、作製した光導波路型レーザがグレーティング反射
波長に一致した1535nmにおいて単一縦モードでレ
ーザ発振することが明らかとなった。この光導波路型レ
ーザの光出力は、1mWと高出力であった。
A laser oscillation experiment was performed by using a strained superlattice semiconductor laser light (output 100 mW) having a wavelength of 980 nm that matched the absorption band of erbium ions as excitation light, and injecting it from the end surface on which a dielectric multilayer film reflection mirror was deposited. It was As a result, it was revealed that the manufactured optical waveguide laser oscillates in a single longitudinal mode at 1535 nm which coincides with the grating reflection wavelength. The optical output of this optical waveguide type laser was as high as 1 mW.

【0014】(比較例)実施例1で作製した光導波路型
レーザの希土類イオン添加光導波路型後置光増幅器を切
断除去して従来構成の光導波路型レーザとし、実施例1
と同様の励起光源を用いてレーザ発振特性を測定したと
ころ、光出力は0.03mWと小さかった。
(Comparative Example) The optical waveguide type laser manufactured in Example 1 was cut and removed to remove the rare earth ion-doped optical waveguide type post optical amplifier to obtain an optical waveguide type laser having a conventional structure.
When the laser oscillation characteristic was measured using the same pumping light source as in (1), the optical output was as small as 0.03 mW.

【0015】[0015]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光導波路
型レーザを用いることにより、単一周波数でありかつ高
強度のレーザ光を得ることができる。
As described above, by using the optical waveguide type laser of the present invention, it is possible to obtain laser light having a single frequency and high intensity.

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

【図1】本発明の光導波路型レーザの構造を示す模式的
平面図である。
FIG. 1 is a schematic plan view showing the structure of an optical waveguide type laser according to the present invention.

【図2】従来のグレーティングを有する光導波路型レー
ザの構造を示す模式的平面図である。
FIG. 2 is a schematic plan view showing the structure of a conventional optical waveguide type laser having a grating.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 レーザ共振器 11 希土類添加光導波路 12 光誘起グレーティング型反射器 13 誘電体多層膜反射ミラー 14 希土類イオン添加光導波路型後置光増幅器 21 希土類添加導波路 22 光誘起グレーティング型反射器 23 誘電体多層膜反射ミラー 10 Laser Resonator 11 Rare-earth-doped Optical Waveguide 12 Photo-induced Grating Reflector 13 Dielectric Multilayer Reflector Mirror 14 Rare-earth Ion-doped Optical Waveguide Type Post-Optical Amplifier 21 Rare-earth Added Waveguide 22 Photo-induced Grating Reflector 23 Dielectric Multilayer Membrane reflection mirror

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01S 3/094 3/17 (72)発明者 堀口 正治 東京都千代田区内幸町1丁目1番6号 日 本電信電話株式会社内─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Internal reference number for FI Technical indication H01S 3/094 3/17 (72) Inventor Shoji Horiguchi 1-1-6 Uchisaiwaicho, Chiyoda-ku, Tokyo Nippon Telegraph and Telephone Corporation

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 平面基板上に構成された、希土類イオン
を少なくとも一部に添加した光導波路と光誘起屈折率変
化を利用して形成した光誘起グレーティング型反射器を
有する光導波路型レーザであって、レーザ共振器の出力
側に希土類イオン添加光導波路型後置光増幅器を有する
ことを特徴とする光導波路型レーザ。
1. An optical waveguide laser comprising a planar substrate and an optical waveguide at least a portion of which is doped with rare earth ions, and an optically induced grating reflector formed by utilizing an optically induced refractive index change. An optical waveguide type laser having a rare earth ion-doped optical waveguide type post optical amplifier on the output side of the laser resonator.
JP24793793A 1993-10-04 1993-10-04 Optical waveguide type laser Pending JPH07106676A (en)

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