JPH07281039A - 増幅作用を有する光導波路 - Google Patents
増幅作用を有する光導波路Info
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- JPH07281039A JPH07281039A JP6093091A JP9309194A JPH07281039A JP H07281039 A JPH07281039 A JP H07281039A JP 6093091 A JP6093091 A JP 6093091A JP 9309194 A JP9309194 A JP 9309194A JP H07281039 A JPH07281039 A JP H07281039A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 ０．８１μｍの半導体レーザでの励起が可能
な、１．５５μｍ波長領域の増幅器として、小型・安価
でかつ容易に他の導波路型部品への接続が可能であるよ
うな、実用に耐える導波路素子として機能する増幅作用
を有する光導波路を提供する。 【構成】 導波路を形成するための基板にＹ3Ａｌ5Ｏ12
（ＹＡＧ）単結晶基板あるいはイットリウムを置換可能
な他の希土類元素に一部置換した置換型ＹＡＧ単結晶基
板１を用い、下部クラッド２および上部クラッド４に基
板材料と同一のＹＡＧ単結晶あるいは置換型ＹＡＧ単結
晶を用い、光を閉じ込めるコア層３に、基板材料を構成
する希土類元素の一部をＮｄ、Ｔｍ、Ｌｕで置換し、屈
折率を所望の値に制御するために必要に応じてＡｌの一
部をＧａに置換した結晶を用いることを特徴とする。
な、１．５５μｍ波長領域の増幅器として、小型・安価
でかつ容易に他の導波路型部品への接続が可能であるよ
うな、実用に耐える導波路素子として機能する増幅作用
を有する光導波路を提供する。 【構成】 導波路を形成するための基板にＹ3Ａｌ5Ｏ12
（ＹＡＧ）単結晶基板あるいはイットリウムを置換可能
な他の希土類元素に一部置換した置換型ＹＡＧ単結晶基
板１を用い、下部クラッド２および上部クラッド４に基
板材料と同一のＹＡＧ単結晶あるいは置換型ＹＡＧ単結
晶を用い、光を閉じ込めるコア層３に、基板材料を構成
する希土類元素の一部をＮｄ、Ｔｍ、Ｌｕで置換し、屈
折率を所望の値に制御するために必要に応じてＡｌの一
部をＧａに置換した結晶を用いることを特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光導波路、さらに詳細に
は１．５μｍ近辺の特定の波長の光を効率よく増幅する
光導波路の構成に関する。
は１．５μｍ近辺の特定の波長の光を効率よく増幅する
光導波路の構成に関する。
【０００２】
【従来技術の特徴】１．５μｍ波長領域の光増幅器とし
て、小型・安価で、かつ容易に他の導波路型部品への接
続が可能であるような、実用に耐える素子への期待が高
まりつつある。１．５μｍの波長領域において、増幅作
用が実用段階に到っているものは、現在のところ、希土
類元素であるエルビウムを微量添加した石英硝子ファイ
バを用いた光増幅器（Ｅｒｂｉｕｍ Ｄｏｐｅｄ Ｆｉ
ｂｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ：ＥＤＦＡ）のみである。
て、小型・安価で、かつ容易に他の導波路型部品への接
続が可能であるような、実用に耐える素子への期待が高
まりつつある。１．５μｍの波長領域において、増幅作
用が実用段階に到っているものは、現在のところ、希土
類元素であるエルビウムを微量添加した石英硝子ファイ
バを用いた光増幅器（Ｅｒｂｉｕｍ Ｄｏｐｅｄ Ｆｉ
ｂｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ：ＥＤＦＡ）のみである。
【０００３】ＥＤＦＡは、他のファイバ型部品への接続
は比較的容易であり、増幅率も約３０ｄＢと高いため、
実用レベルに最も近い、しかしながら、ＥＤＦＡには、
次のような問題点が存在する。
は比較的容易であり、増幅率も約３０ｄＢと高いため、
実用レベルに最も近い、しかしながら、ＥＤＦＡには、
次のような問題点が存在する。
【０００４】まず、増幅媒体に硝子ファイバを用いてい
ることから、活性イオンの添加量を大きくすることが困
難であり、単位長さ当たりの蛍光の効率が低くなり、増
幅利得を大きくするためには十分な長さを持ったファイ
バ型増幅器が必要になる。このため、増幅器の高性能化
に伴い、増幅器が大型化すると同時に、ファイバ型部品
を使用するため、価格も高くなる。さらに、ファイバ型
増幅器においては、蛍光を生ずるための励起光源に、
０．９８μｍ波長の高価格のＩｎＧａＡｓレーザダイオ
ードを使用しなければならないという欠点もある。大型
・高価格・高性能の増幅器は、中継局等で用いることを
前提として開発されつつあり、各家庭近くにおいて使用
する小型・低価格で必要最小限の性能を要求される増幅
器とは種を異にするものである。
ることから、活性イオンの添加量を大きくすることが困
難であり、単位長さ当たりの蛍光の効率が低くなり、増
幅利得を大きくするためには十分な長さを持ったファイ
バ型増幅器が必要になる。このため、増幅器の高性能化
に伴い、増幅器が大型化すると同時に、ファイバ型部品
を使用するため、価格も高くなる。さらに、ファイバ型
増幅器においては、蛍光を生ずるための励起光源に、
０．９８μｍ波長の高価格のＩｎＧａＡｓレーザダイオ
ードを使用しなければならないという欠点もある。大型
・高価格・高性能の増幅器は、中継局等で用いることを
前提として開発されつつあり、各家庭近くにおいて使用
する小型・低価格で必要最小限の性能を要求される増幅
器とは種を異にするものである。
【０００５】このため、各家庭近傍で使用する光増幅器
には、蛍光の効率を高くできる光学結晶を用いて小型化
し、信号光と励起光を同時に入力するのに用いる方向性
結合器等にはリングラフィ技術により形成した平面型光
回路部品を用い、励起用光源としては、簾価な０．８１
μｍのＧａＡｌＡｓＬＤ等を用いて低価格化を図ること
が考えられる。
には、蛍光の効率を高くできる光学結晶を用いて小型化
し、信号光と励起光を同時に入力するのに用いる方向性
結合器等にはリングラフィ技術により形成した平面型光
回路部品を用い、励起用光源としては、簾価な０．８１
μｍのＧａＡｌＡｓＬＤ等を用いて低価格化を図ること
が考えられる。
【０００６】これまで結晶の端面をミラーにして共振器
を構成することにより、増幅と同様に蛍光を利用して、
固体レーザとして動作あるいはその可能性を示したもの
に、活性イオンとしてネオジム、ホルミウム、エルビウ
ム、ツリウムおよびクロムの３価のイオンを添加したイ
ットリウムアルミガーネット（ＹＡＧ）、ガドリニウム
ガリウムガーネット（ＧＧＧ）、リチウムナイオベー
ト、イットリウムアルミネート等がある。これらは、結
晶中に配列した活性イオンの電子が結晶場の作用により
高効率で発光することで、ファイバ型増幅器に比較し
て、十分短い長さで光の増幅が生ずる。しかし、通信に
用いられる波長が、１．５μｍ帯域では１．５５±０．
０２μｍとその中心が１．５５μｍであるのに対して、
既存の固体レーザ材料を用いてその波長での利得を得る
のは困難である。エルビウムを活性イオンに選択した場
合でも、ＹＡＧ結晶やイットリウムアルミネートをホス
トとすると蛍光の中心波長は、１．６４５μｍである。
他のホスト材料を選択して、中心波長を１．５５μｍ近
辺にすることは、不可能ではないが、単一モード動作を
可能とする導波構造を実現することが困難となる。ま
た、ＹＡＧ以外のガーネット結晶をホストに選んで、エ
ルビウムの4Ｉ13/2→4Ｉ15/2遷移により発光させようと
しても、アルミニウムガーネット以外では実現できず、
かつ中心波長はやはり１．６４５μｍである。さらにエ
ルビウムイオンを励起するには、０．９８μｍのＩｎＧ
ａＡｓレーザダイオードを使用しなければならないとい
う同様である。
を構成することにより、増幅と同様に蛍光を利用して、
固体レーザとして動作あるいはその可能性を示したもの
に、活性イオンとしてネオジム、ホルミウム、エルビウ
ム、ツリウムおよびクロムの３価のイオンを添加したイ
ットリウムアルミガーネット（ＹＡＧ）、ガドリニウム
ガリウムガーネット（ＧＧＧ）、リチウムナイオベー
ト、イットリウムアルミネート等がある。これらは、結
晶中に配列した活性イオンの電子が結晶場の作用により
高効率で発光することで、ファイバ型増幅器に比較し
て、十分短い長さで光の増幅が生ずる。しかし、通信に
用いられる波長が、１．５μｍ帯域では１．５５±０．
０２μｍとその中心が１．５５μｍであるのに対して、
既存の固体レーザ材料を用いてその波長での利得を得る
のは困難である。エルビウムを活性イオンに選択した場
合でも、ＹＡＧ結晶やイットリウムアルミネートをホス
トとすると蛍光の中心波長は、１．６４５μｍである。
他のホスト材料を選択して、中心波長を１．５５μｍ近
辺にすることは、不可能ではないが、単一モード動作を
可能とする導波構造を実現することが困難となる。ま
た、ＹＡＧ以外のガーネット結晶をホストに選んで、エ
ルビウムの4Ｉ13/2→4Ｉ15/2遷移により発光させようと
しても、アルミニウムガーネット以外では実現できず、
かつ中心波長はやはり１．６４５μｍである。さらにエ
ルビウムイオンを励起するには、０．９８μｍのＩｎＧ
ａＡｓレーザダイオードを使用しなければならないとい
う同様である。
【０００７】
【本発明が解決しようとする課題】このように、従来型
の固体レーザ材料においては、１．５５μｍ波長領域の
増幅器として、小型・安価でかつ容易に他の導波路型部
品への接続が可能であるような、実用に耐える導波路素
子の実現は困難であった。
の固体レーザ材料においては、１．５５μｍ波長領域の
増幅器として、小型・安価でかつ容易に他の導波路型部
品への接続が可能であるような、実用に耐える導波路素
子の実現は困難であった。
【０００８】本発明の目的は、上記問題点を解決すべ
く、基板材料、クラッド材料およびコア材料を適宜選択
することにより、安価な０．８１μｍの半導体レーザで
の励起が可能な、１．５５μｍ波長領域の増幅器とし
て、小型・安価でかつ容易に他の導波路型部品への接続
が可能であるような、実用に耐える導波路素子として機
能する増幅作用を有する光導波路を提供することにあ
る。
く、基板材料、クラッド材料およびコア材料を適宜選択
することにより、安価な０．８１μｍの半導体レーザで
の励起が可能な、１．５５μｍ波長領域の増幅器とし
て、小型・安価でかつ容易に他の導波路型部品への接続
が可能であるような、実用に耐える導波路素子として機
能する増幅作用を有する光導波路を提供することにあ
る。
【０００９】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るための本発明による光導波路は、導波路を形成するた
めの基板にＹ3Ａｌ5Ｏ12（ＹＡＧ）単結晶基板あるいは
イットリウムを置換可能な他の希土類元素に一部置換し
た置換型ＹＡＧ単結晶基板を用い、下部クラッドおよび
上部クラッドに基板材料と同一のＹＡＧ単結晶あるいは
置換型ＹＡＧ単結晶を用い、光を閉じ込めるコア層に、
基板材料を構成する希土類元素の一部をＮｄ、Ｔｍ、Ｌ
ｕで置換し、屈折率を所望の値に制御するために必要に
応じてＡｌの一部をＧａに置換した結晶を用いることを
特徴とする。
るための本発明による光導波路は、導波路を形成するた
めの基板にＹ3Ａｌ5Ｏ12（ＹＡＧ）単結晶基板あるいは
イットリウムを置換可能な他の希土類元素に一部置換し
た置換型ＹＡＧ単結晶基板を用い、下部クラッドおよび
上部クラッドに基板材料と同一のＹＡＧ単結晶あるいは
置換型ＹＡＧ単結晶を用い、光を閉じ込めるコア層に、
基板材料を構成する希土類元素の一部をＮｄ、Ｔｍ、Ｌ
ｕで置換し、屈折率を所望の値に制御するために必要に
応じてＡｌの一部をＧａに置換した結晶を用いることを
特徴とする。
【００１０】本発明の光導波路は、図１にその構成の概
念図を示す構造を有している。
念図を示す構造を有している。
【００１１】１は、光導波路を形成するためのガーネッ
ト単結晶基板であり、イットリウムアルミニウムガーネ
ット（ＹＡＧ）単結晶基板あるいは置換型ＹＡＧ単結晶
基板を用いる。２は下部クラッド、３は上部クラッドで
あり、下部クラッド２には、基板そのものあるいは基板
と同一組成のＹＡＧあるいは置換型ＹＡＧ結晶膜を用
い、上部クラッド３には、基板と同一組成のＹＡＧある
いは置換型ＹＡＧ結晶膜を用いる。４は、光を閉じ込め
るためのコアであり、希土類元素の一部をＴｍ、Ｎｄお
よびＬｕで置換し、クラッド材料であるＹＡＧに比して
若干屈折率を大きな値に制御するために必要に応じＡｌ
の一部をＧａに置換し、また必要に応じてＣａあるいは
Ｍｇを添加した結晶膜を用いる。このようにして、導波
構造を実現し、活性イオンとしては、Ｔｍ4+イオンを用
いる。
ト単結晶基板であり、イットリウムアルミニウムガーネ
ット（ＹＡＧ）単結晶基板あるいは置換型ＹＡＧ単結晶
基板を用いる。２は下部クラッド、３は上部クラッドで
あり、下部クラッド２には、基板そのものあるいは基板
と同一組成のＹＡＧあるいは置換型ＹＡＧ結晶膜を用
い、上部クラッド３には、基板と同一組成のＹＡＧある
いは置換型ＹＡＧ結晶膜を用いる。４は、光を閉じ込め
るためのコアであり、希土類元素の一部をＴｍ、Ｎｄお
よびＬｕで置換し、クラッド材料であるＹＡＧに比して
若干屈折率を大きな値に制御するために必要に応じＡｌ
の一部をＧａに置換し、また必要に応じてＣａあるいは
Ｍｇを添加した結晶膜を用いる。このようにして、導波
構造を実現し、活性イオンとしては、Ｔｍ4+イオンを用
いる。
【００１２】
【作用】本発明の増幅作用を有する光導波路の動作を説
明すると以下のようになる。ＡｌＧａＡｓで構成される
極く一般的な０．８１μｍの半導体レーザからの光をコ
ア層４に結合させる。コア層４には、ネオジム（Ｎ
ｄ3+）イオンが存在し、この光を吸収し、基底準位から
4Ｆ3/2へと遷移する。また、コア層４には、４価のルテ
チウムイオン（Ｌｕ4+）が存在し、電気双極子間の相互
作用等の効果によりネオジムが吸収したエネルギーの伝
達に預かり2Ｆ5/2へと遷移し、０．９５μｍ前後の波長
の光で励起されたのと同様の励起状態になる。エネルギ
ーの伝達を受けたルテチウムイオンは、同様の効果によ
り４価のツリウムイオンにエネルギーを伝達する。最終
的にエネルギーの伝達を受けた４価のツリウムイオン
は、０．９８μｍの光で励起されたのと同様に、4Ｉ
11/2準位で反転分布を形成し、4Ｉ13/2準位まで非発光
で遷移した後蛍光を生ずる。この蛍光については、ＹＡ
Ｇ中の３価のエルビウムよりもやや短波長の１．５５μ
ｍの波長の光を誘導放出することが特徴である。この誘
導放出により、１．５５μｍ波長の信号光の増幅作用が
生ずる。４価の価数を有するルテチウムイオンおよびツ
リウムイオンの量を増大するには、電価補償のを利用す
るのが効果的であり、そのため、カルシウムおよびマグ
ネシウムを適宜添加する。ネオジムイオンは、幸いなこ
とに、イオン半径が大きく、４価になりにくい。この様
子を概念的に図２に示す。
明すると以下のようになる。ＡｌＧａＡｓで構成される
極く一般的な０．８１μｍの半導体レーザからの光をコ
ア層４に結合させる。コア層４には、ネオジム（Ｎ
ｄ3+）イオンが存在し、この光を吸収し、基底準位から
4Ｆ3/2へと遷移する。また、コア層４には、４価のルテ
チウムイオン（Ｌｕ4+）が存在し、電気双極子間の相互
作用等の効果によりネオジムが吸収したエネルギーの伝
達に預かり2Ｆ5/2へと遷移し、０．９５μｍ前後の波長
の光で励起されたのと同様の励起状態になる。エネルギ
ーの伝達を受けたルテチウムイオンは、同様の効果によ
り４価のツリウムイオンにエネルギーを伝達する。最終
的にエネルギーの伝達を受けた４価のツリウムイオン
は、０．９８μｍの光で励起されたのと同様に、4Ｉ
11/2準位で反転分布を形成し、4Ｉ13/2準位まで非発光
で遷移した後蛍光を生ずる。この蛍光については、ＹＡ
Ｇ中の３価のエルビウムよりもやや短波長の１．５５μ
ｍの波長の光を誘導放出することが特徴である。この誘
導放出により、１．５５μｍ波長の信号光の増幅作用が
生ずる。４価の価数を有するルテチウムイオンおよびツ
リウムイオンの量を増大するには、電価補償のを利用す
るのが効果的であり、そのため、カルシウムおよびマグ
ネシウムを適宜添加する。ネオジムイオンは、幸いなこ
とに、イオン半径が大きく、４価になりにくい。この様
子を概念的に図２に示す。
【００１３】一方、例えば、２価の価数を有するホルミ
ウムイオンを用いると同様の効果が期待されるが、残念
ながら、その場合には３価のエルビウムイオンよりもや
や長波長の光を誘導放出するに留り、通信波長の増幅は
できない。
ウムイオンを用いると同様の効果が期待されるが、残念
ながら、その場合には３価のエルビウムイオンよりもや
や長波長の光を誘導放出するに留り、通信波長の増幅は
できない。
【００１４】本発明による導波路型固体レーザの持つ利
点には、上述の励起用光源が低価格以外にもあり、これ
をさらに説明すると以下のようになる。
点には、上述の励起用光源が低価格以外にもあり、これ
をさらに説明すると以下のようになる。
【００１５】まず、誘導放出の原理に希土類イオンの蛍
光を利用しているため、波長安定性に優れることが挙げ
られる。材料にガーネット結晶を用いているため、熱的
・化学的に安定であり、長寿命である。非常に小型の素
子であり、励起要項減を別にすると、全長約２０ｍｍ、
厚さ約０．５ｍｍ、幅はハンドリングが容易な範囲内で
１〜５ｍｍ程度に選べる。
光を利用しているため、波長安定性に優れることが挙げ
られる。材料にガーネット結晶を用いているため、熱的
・化学的に安定であり、長寿命である。非常に小型の素
子であり、励起要項減を別にすると、全長約２０ｍｍ、
厚さ約０．５ｍｍ、幅はハンドリングが容易な範囲内で
１〜５ｍｍ程度に選べる。
【００１６】導波路型部品であるため、当然のことなが
ら、他の導波路型デバイスとの結合は容易である。作製
に用いるＹＡＧ結晶基板は、入手が容易で、価格も比較
的やすく、生産・制御技術が進んでいる。液相エピタキ
シャル成長法による結晶成長技術も完成している。ま
た、加工性に優れており、導波路加工が容易であるとと
もに、大量生産が可能となり一層の低価格化が図れる。
ら、他の導波路型デバイスとの結合は容易である。作製
に用いるＹＡＧ結晶基板は、入手が容易で、価格も比較
的やすく、生産・制御技術が進んでいる。液相エピタキ
シャル成長法による結晶成長技術も完成している。ま
た、加工性に優れており、導波路加工が容易であるとと
もに、大量生産が可能となり一層の低価格化が図れる。
【００１７】本発明は、以上のことにより、ＹＡＧある
いは置換型ＹＡＧ基板上にＹＡＧあるいは置換型ＹＡＧ
をクラッド材料とし、コア材料を適宜選択することによ
り、安価な０．８１μｍの半導体レーザでの励起が可能
な、１．５５μｍ波長領域の光を増幅する作用を有する
小型・安価でかつ容易に他の導波路型部品への接続が可
能であるような、実用に耐える素子として機能する光導
波路を提供することが可能である。
いは置換型ＹＡＧ基板上にＹＡＧあるいは置換型ＹＡＧ
をクラッド材料とし、コア材料を適宜選択することによ
り、安価な０．８１μｍの半導体レーザでの励起が可能
な、１．５５μｍ波長領域の光を増幅する作用を有する
小型・安価でかつ容易に他の導波路型部品への接続が可
能であるような、実用に耐える素子として機能する光導
波路を提供することが可能である。
【００１８】
【実施例】以下に、本発明を具体的実施例に基づいて説
明するが、本発明は、これらの実施例に限定されないこ
とは勿論である。
明するが、本発明は、これらの実施例に限定されないこ
とは勿論である。
【００１９】
【実施例１】基板結晶にＹＡＧを用いて、下部クラッド
材料として基板そのものを用い、コア層にイットリウム
の一部をネオジム、ルテチウムおよびツリウムに置換
し、屈折率をクラッドに比較してわずかに大きくなるよ
うにアルミニウムの一部をガリウムに置換したガーネッ
ト結晶膜を用い、上部クラッドにＹＡＧ結晶膜を用いた
光導波路を作製し、特性の評価を行なった。
材料として基板そのものを用い、コア層にイットリウム
の一部をネオジム、ルテチウムおよびツリウムに置換
し、屈折率をクラッドに比較してわずかに大きくなるよ
うにアルミニウムの一部をガリウムに置換したガーネッ
ト結晶膜を用い、上部クラッドにＹＡＧ結晶膜を用いた
光導波路を作製し、特性の評価を行なった。
【００２０】直径が約２インチで厚さ約０．４ｍｍのＹ
ＡＧ単結晶基板｛（１１１）方位｝を用意して、その基
板上に酸化鉛と酸化硼素を融材とする液相エピタキシャ
ル成長により約９５０℃の温度でコア層となるネオジ
ム、ルテチウム、ツリウムおよびガリウムを含有する置
換型ＹＡＧ結晶膜を約５μｍの厚さに成長させた。
ＡＧ単結晶基板｛（１１１）方位｝を用意して、その基
板上に酸化鉛と酸化硼素を融材とする液相エピタキシャ
ル成長により約９５０℃の温度でコア層となるネオジ
ム、ルテチウム、ツリウムおよびガリウムを含有する置
換型ＹＡＧ結晶膜を約５μｍの厚さに成長させた。
【００２１】なお、屈折率を制御すべくガリウムの置換
量はアルミニウムのサイトの約１５％とした。また、希
土類元素の置換による屈折率変化は小さいので、コア層
の屈折率は、ガリウムの置換量によって制御可能で、ク
ラッドよりもおよそ０．０２だけ大きい。添加元素のう
ち発光に関与するのは、ネオジム、ルテチウム、ツリウ
ムでありその含有量は、それぞれ等しい程度の含有量で
あり、合計して希土類元素全体の高々１５％以下程度と
した。この置換により、格子定数が基板と若干相違する
が、結晶成長を阻害しない範囲であれば、あえて格子整
合にこだわる必要はない。また、結晶成長が困難な程度
に格子不整合がある場合には、赤外領域で、吸収・発光
に関与しないランタンあるいはガドリニウムをさらに添
加することにより格子不整合を緩和してコア層の成長を
行なうこともありうる。
量はアルミニウムのサイトの約１５％とした。また、希
土類元素の置換による屈折率変化は小さいので、コア層
の屈折率は、ガリウムの置換量によって制御可能で、ク
ラッドよりもおよそ０．０２だけ大きい。添加元素のう
ち発光に関与するのは、ネオジム、ルテチウム、ツリウ
ムでありその含有量は、それぞれ等しい程度の含有量で
あり、合計して希土類元素全体の高々１５％以下程度と
した。この置換により、格子定数が基板と若干相違する
が、結晶成長を阻害しない範囲であれば、あえて格子整
合にこだわる必要はない。また、結晶成長が困難な程度
に格子不整合がある場合には、赤外領域で、吸収・発光
に関与しないランタンあるいはガドリニウムをさらに添
加することにより格子不整合を緩和してコア層の成長を
行なうこともありうる。
【００２２】次に、コア層まで成長した基板に対して、
膜上にコアリッジを加工するためのマスクをフォト工程
により形成し、イオンビームエッチングを行なって幅約
５μｍ・高さ約５μｍの直線状のコアリッジを形成し
た。
膜上にコアリッジを加工するためのマスクをフォト工程
により形成し、イオンビームエッチングを行なって幅約
５μｍ・高さ約５μｍの直線状のコアリッジを形成し
た。
【００２３】コアリッジの形成まで行なった基板上に、
コア層と同様にして酸化鉛と酸化硼素を融材とする液相
エピタキシャル成長法により約９８０℃の温度で約１５
μｍの厚さに上部クラッド層となるＹＡＧ結晶膜を成長
させることによりコアの断面が５μｍ×５μｍの導波路
構造を形成した。
コア層と同様にして酸化鉛と酸化硼素を融材とする液相
エピタキシャル成長法により約９８０℃の温度で約１５
μｍの厚さに上部クラッド層となるＹＡＧ結晶膜を成長
させることによりコアの断面が５μｍ×５μｍの導波路
構造を形成した。
【００２４】最後に、この導波路を長さ約２０ｍｍに切
断して端面を研磨して光導波路の作製を終わった。この
光導波路は、図１にその概念図を示す構造を有してい
る。
断して端面を研磨して光導波路の作製を終わった。この
光導波路は、図１にその概念図を示す構造を有してい
る。
【００２５】この光導波路のまとめを表１に示す。な
お、励起には０．８１μｍの半導体ＬＤを用いた。
お、励起には０．８１μｍの半導体ＬＤを用いた。
【００２６】 表１ 光導波路のまとめ 基板材料 ＹＡＧ コア材料 （Ｎｄ，Ｌｕ，Ｔｍ，Ｇａ）：ＹＡＧ 励起光光源 ＡｌＧａＡｓ半導体レーザ（波長０．８０６μｍ） １．５５μｍでの利得 ２５ｄＢ以上 利得係数 １ｄＢ／ｍＷ以上
【００２７】利得係数とは、励起光１ｍＷ当たりの増幅
率のことである。この表からわかるように、この光導波
路は、高性能であった。
率のことである。この表からわかるように、この光導波
路は、高性能であった。
【００２８】
【実施例２】実施例１に対して、基板材料として、イッ
トリウムの一部を他の希土類元素に置換した各基板結晶
を用いて、下部クラッドには、基板と同一組成の置換型
ガーネット結晶膜を酸化鉛と酸化硼素を融材とする液相
エピタキシャル成長法により約９８０℃の温度で約１０
μｍの厚さに成長させ、その他の条件は実施例１と同様
とした光導波路を作製して特性評価を行なった。当然
に、それらの光導波路の上部クラッドは、基板材料と同
一組成の下部クラッドと同一の条件で厚さ約１５μｍに
成長したものである。コアの材料も実施例１と同じであ
り、Ｙの一部をネオジム、ルテチウム、ツリウムで置換
したものである。これらの光導波路の特性を表２に示
す。なお、励起には、０．８１μｍの半導体ＬＤを用い
た。
トリウムの一部を他の希土類元素に置換した各基板結晶
を用いて、下部クラッドには、基板と同一組成の置換型
ガーネット結晶膜を酸化鉛と酸化硼素を融材とする液相
エピタキシャル成長法により約９８０℃の温度で約１０
μｍの厚さに成長させ、その他の条件は実施例１と同様
とした光導波路を作製して特性評価を行なった。当然
に、それらの光導波路の上部クラッドは、基板材料と同
一組成の下部クラッドと同一の条件で厚さ約１５μｍに
成長したものである。コアの材料も実施例１と同じであ
り、Ｙの一部をネオジム、ルテチウム、ツリウムで置換
したものである。これらの光導波路の特性を表２に示
す。なお、励起には、０．８１μｍの半導体ＬＤを用い
た。
【００２９】 表２ イットリウムを置換 １．５５μｍにおける 利得係数（ｄＢ／ｍＷ） する希土類元素 利得（ｄＢ） Ｌａ ２３ ０．８ Ｐｒ ２５ １．１ Ｓｍ ２２ ０．７ Ｅｕ ２６ １．２ Ｇｄ ２８ １．３ Ｔｂ ２６ １．２ Ｄｙ ２４ １．０ Ｈｏ ２４ １．０ Ｅｒ ２４ １．０
【００３０】表２からわかるように、これらの光導波路
の性能は十分であった。
の性能は十分であった。
【００３１】
【実施例３】実施例１および２に対して、クラッド材料
は同一として、コア層にネオジム、ルテチウム、ツリウ
ムおよびガリウムに加えてカルシウムおよびマグネシウ
ムを添加した結晶膜を用いて光導波路を作製した。コア
層の屈折率はクラッドよりも若干大きく、格子定数は基
板と同等にしたことは言うまでもない。カルシウムおよ
びマグネシウムは２価のイオンであり、電価補償を行な
うためにルテチウムおよびツリウムの４価イオンが増大
していることが蛍光寿命の測定から確認できた。これら
の光導波路の特性を表３に示す。なお、カルシウムイオ
ンはイオン半径が大きく、酸素の１２面体で囲まれる希
土類元素のサイトを置換し、マグネシウムは比較的イオ
ン半径が小さく、酸素の８面体あるいは４面体で囲まれ
るアルミニウムのサイトを置換する。その置換量として
は、合計して、ルテチウムおよびツリウムの含有量と同
程度となるようにした。なお、励起には、０．８１μｍ
の半導体ＬＤを用いた。
は同一として、コア層にネオジム、ルテチウム、ツリウ
ムおよびガリウムに加えてカルシウムおよびマグネシウ
ムを添加した結晶膜を用いて光導波路を作製した。コア
層の屈折率はクラッドよりも若干大きく、格子定数は基
板と同等にしたことは言うまでもない。カルシウムおよ
びマグネシウムは２価のイオンであり、電価補償を行な
うためにルテチウムおよびツリウムの４価イオンが増大
していることが蛍光寿命の測定から確認できた。これら
の光導波路の特性を表３に示す。なお、カルシウムイオ
ンはイオン半径が大きく、酸素の１２面体で囲まれる希
土類元素のサイトを置換し、マグネシウムは比較的イオ
ン半径が小さく、酸素の８面体あるいは４面体で囲まれ
るアルミニウムのサイトを置換する。その置換量として
は、合計して、ルテチウムおよびツリウムの含有量と同
程度となるようにした。なお、励起には、０．８１μｍ
の半導体ＬＤを用いた。
【００３２】 表３ 希土類元素 １．５５μｍにおける利得（ｄＢ） 利得係数（ｄＢ／ｍＷ） Ｙ ３０ １．３ Ｌａ ２５ ０．９ Ｐｒ ２７ １．２ Ｓｍ ２４ ０．８ Ｅｕ ３０ １．３ Ｇｄ ３２ １．４ Ｔｂ ３０ １．３ Ｄｙ ２６ １．１ Ｈｏ ２６ １．１ Ｅｒ ２６ １．１
【００３３】表３からわかるように、これらの光導波路
は、高性能であった。
は、高性能であった。
【００３４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
導波路を形成するための基板にＹ3Ａｌ5Ｏ12（ＹＡＧ）
単結晶基板あるいはイットリウムを置換可能な他の希土
類元素に一部置換した置換型ＹＡＧ単結晶基板を用い、
下部クラッドおよび上部クラッドに基板材料と同一のＹ
ＡＧ単結晶あるいは置換型ＹＡＧ単結晶を用い、光を閉
じ込めるコア層に、基板材料を構成する希土類元素の一
部をＮｄ、Ｔｍ、Ｌｕで置換し、屈折率を所望の値に制
御するために必要に応じてＡｌの一部をＧａに置換し、
また必要に応じてＣａあるいはＭｇを添加した結晶を用
いることにより、励起に０．８１μｍの半導体ＬＤの使
用が可能な高性能の増幅作用を有する光導波路を構成で
き、産業上の利点が大きいものである。
導波路を形成するための基板にＹ3Ａｌ5Ｏ12（ＹＡＧ）
単結晶基板あるいはイットリウムを置換可能な他の希土
類元素に一部置換した置換型ＹＡＧ単結晶基板を用い、
下部クラッドおよび上部クラッドに基板材料と同一のＹ
ＡＧ単結晶あるいは置換型ＹＡＧ単結晶を用い、光を閉
じ込めるコア層に、基板材料を構成する希土類元素の一
部をＮｄ、Ｔｍ、Ｌｕで置換し、屈折率を所望の値に制
御するために必要に応じてＡｌの一部をＧａに置換し、
また必要に応じてＣａあるいはＭｇを添加した結晶を用
いることにより、励起に０．８１μｍの半導体ＬＤの使
用が可能な高性能の増幅作用を有する光導波路を構成で
き、産業上の利点が大きいものである。
【図１】本発明による光導波路の構成の概念図。
【図２】本発明の効果を概念的に示すエネルギーダイア
グラム。
グラム。
１ 導波路を形成するためのガーネット結晶基板 ２ 下部クラッド ３ 上部クラッド ４ コア層 ５ ３価のネオジムイオンの4Ｆ3/2準位 ６ ４価のルテチウムイオンの6Ｆ5/2準位 ７ ４価のツリウムイオンの4Ｉ11/2準位 ８ ４価のツリウムイオンの4Ｉ13/2準位 ９ 基底準位
Claims (3)
- 【請求項１】導波路を形成するための基板にＹ3Ａｌ5Ｏ
12（ＹＡＧ）単結晶基板あるいはイットリウムを置換可
能な他の希土類元素に一部置換した置換型ＹＡＧ単結晶
基板を用い、下部クラッドおよび上部クラッドに基板材
料と同一のＹＡＧ単結晶あるいは置換型ＹＡＧ単結晶を
用い、光を閉じ込めるコア層に、基板材料を構成する希
土類元素の一部をＮｄ、Ｔｍ、Ｌｕで置換し、屈折率を
所望の値に制御するために必要に応じてＡｌの一部をＧ
ａに置換した結晶を用いることを特徴とする増幅作用を
有する光導波路。 - 【請求項２】前記コア層を構成する結晶に、Ｃａおよび
Ｍｇの群より選択された一種以上の元素を添加したこと
を特徴とする請求項１記載の増幅作用を有する光導波
路。 - 【請求項３】前記置換型ＹＡＧ単結晶はイットリウム
が、Ｌａ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈ
ｏ、Ｅｒの群からなる元素の一種以上で置換されている
ことを特徴とする請求項１または２記載の増幅作用を有
する光導波路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6093091A JPH07281039A (ja) | 1994-04-06 | 1994-04-06 | 増幅作用を有する光導波路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6093091A JPH07281039A (ja) | 1994-04-06 | 1994-04-06 | 増幅作用を有する光導波路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07281039A true JPH07281039A (ja) | 1995-10-27 |
Family
ID=14072859
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6093091A Pending JPH07281039A (ja) | 1994-04-06 | 1994-04-06 | 増幅作用を有する光導波路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07281039A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003005505A1 (en) * | 2001-07-06 | 2003-01-16 | Redfern Integrated Optics Pty Ltd | Monolithically-integrated optical device and method of forming same |
| KR100442063B1 (ko) * | 2002-01-29 | 2004-07-30 | 주식회사 럭스퍼트 | 상부 증폭방식의 도파로 증폭기 |
| JP2010147035A (ja) * | 2008-12-16 | 2010-07-01 | Shimadzu Corp | 光学素子および光学素子の製造方法 |
| JP2017112139A (ja) * | 2015-12-14 | 2017-06-22 | 株式会社豊田中央研究所 | レーザ発振装置 |
| JP2017524265A (ja) * | 2014-08-14 | 2017-08-24 | レイセオン カンパニー | 非対称冷却を有する非対称平面導波路 |
| CN116224488A (zh) * | 2022-12-27 | 2023-06-06 | 四川大学 | 一种基于薄膜铌酸锂集成光子器件实现红绿光输出的方法 |
-
1994
- 1994-04-06 JP JP6093091A patent/JPH07281039A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003005505A1 (en) * | 2001-07-06 | 2003-01-16 | Redfern Integrated Optics Pty Ltd | Monolithically-integrated optical device and method of forming same |
| US6549688B2 (en) | 2001-07-06 | 2003-04-15 | Redfern Integrated Optics Pty Ltd | Monolithically-integrated optical device and method of forming same |
| KR100442063B1 (ko) * | 2002-01-29 | 2004-07-30 | 주식회사 럭스퍼트 | 상부 증폭방식의 도파로 증폭기 |
| JP2010147035A (ja) * | 2008-12-16 | 2010-07-01 | Shimadzu Corp | 光学素子および光学素子の製造方法 |
| JP2017524265A (ja) * | 2014-08-14 | 2017-08-24 | レイセオン カンパニー | 非対称冷却を有する非対称平面導波路 |
| JP2017112139A (ja) * | 2015-12-14 | 2017-06-22 | 株式会社豊田中央研究所 | レーザ発振装置 |
| CN116224488A (zh) * | 2022-12-27 | 2023-06-06 | 四川大学 | 一种基于薄膜铌酸锂集成光子器件实现红绿光输出的方法 |
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