JPS6329986A - 光導波形レ−ザ− - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、光増幅作用あるいは光発振作用を有する導波
形レーザーに関するものである。

［従来の技術］ 最近、固体レーザーの一種としてファイバー形のレーザ
ーが注目を集めている。これらのレーザーは、ガラスフ
ァイバーを使用したレーザーを例にとればｒ）、Ｎ、Ｐ
ａｙｎｅ等の報告［レーザーと電気光学に関する会ｉｉ
　（Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｎ　Ｌａ５ｅｒｓａｎｄ
　Ｅｌｅｃｔｒｏ−０ｐｔｉｃｓ、１９８６．Ｊｕｎｅ
　９〜１３゜サンフランシスコ）又は光フアイバー通信
に関する会議（Ｃｏｎｒｃｒｅｎｃｅ　ｏｎ　０ｐｔｉ
ｃａｌ　Ｆｉｂｅｒ、１９８６．２／２４〜２６）アト
ランタ］にもあるように、発振閾値が低く、波長合せが
ｂ１能で、ビークパワーが高いなどの特徴を有し、光通
信やファイバーセンサー用の光源として、又後方散乱法
による光ファイバーの散乱測定用の光源、光フアイバー
ジャイロ用の光源など、多くの応用が考えられる。

レーザー作用を誘起する励起光源としては、Ｎｄを含有
するガラスファイバーレーザーあるいはＹＡＧ結晶ファ
イバーレーザーを例にとれば、第１３図に示すようにア
ルゴンイオンレーザ−や半導体レーザーなどの光源１７
を用いてレーザーファイバー１８の端面から励起するの
が一般的であり、光源１７とレーザーファイバー１８と
を光学的に結合するためには光源光を集光しファイバー
内に光を挿入する光学系１９が必要となる。また発振器
の場合、レーザーファイバー１８の両端面に高反射ミラ
ー２０を必要とするが、高反射膜コートで代行すること
も可能である。そして高反射ミラーを構成するためには
、レーザーファイバー１８の両端面を鏡面研磨すること
が必要となる。

Ｅ問題点を解決するための手段］ しかしながら、光学的に効率良く光源とファイバーを結
合するためには、発振器を例にとれば励起光源、ファイ
バー、反射ミラーを含めて、各光要素の位置合せに精度
を要するばかりか、外部の振動によって容易に位置にく
ろいが生ずる恐れがある。またＹＡＧ結晶ファイバーな
どの例に見られるようにファイバーの端面を鏡面研磨す
るためには、第１４図に示す如く基板２１上に溝２３を
形成し、ここにファイバーレーザー２４を挿入した後、
さらにもう一つの基板２２でおさえてから、端面を研磨
するなど加工上多くの工程を要する点で好ましくない。

また発Ｓ器の場合に必要な高反射ミラーをファイバーレ
ーザー２４の両端面に直接コートすることも充分考えら
れるが、ファイバーのような微小な端面ではこれも難し
い。

本発明は、ファイバーレーザーの特徴を生かし、かつフ
ァイバーレーザーでは避けることのできない安定な光源
との光結合や、安定な位置合せ精度を具えた光導波形レ
ーザーを提供することを目的とするものである。

［問題点を解決するだめの手段］ 上記目的を達成するため、本発明は基板上に形成したレ
ーザー作用を有する活性イオンを含む光導波路と、これ
に直接又は間接的に光接合した半導体レーザー等の励起
光源あるいは高反射ミラー等を集積させて光導波形レー
ザーを構成させたものである。

［作　　用］ 基板上の光導波路中で効率良く活性イオンを励起し、レ
ーザー発振又はレーザー増幅を行なうものである。光源
と基板あるいは必要に応じて集光用の光学系や８反射ミ
ラーが−・体化しているので、外部からの振動に対して
影響を受けにくい。

次にこの発明を、図を参照して具体的に説明する。

［実施例］ 第１図、第２図は基本的な発振器の例を示したものであ
る。基板３の上に形成されたレーザー作用を有する活性
イオンを含有する線状の光導波路２と、光導波路中の活
性イオンを励起するための光源１と、共撮用の高反射ミ
ラー４とより構成される。高反射ミラー４は基板３の端
面および光導波路２の端面への直接コーティングでもよ
い。励起光源は例えば、活性イオンがＮｄイオンの場合
には８５０ｎｌのレーザー光を発光する半導体レーザー
（結晶）を用い、これを高反射ミラー４を介して光導波
路２と光結合するように基板３に接着し一体化する。半
導体レーザーより発したレーザー光は、光導波路内の活
性イオンを励起し、発光をくり返すうち、共成条件を満
した時点でレーザー発掘することになる。この構成によ
れば、励起用レーザー光源１は基板３の上面中央に形成
された光導波路２との光結合を考えればよく、基板３を
基準にして位置合せができる利点があるばかりか、接合
の後は光源１は基板３と−・体化するので、外部の振動
に対して影響を受けにくい利点がある。

また光導波路端面は基板３の端面とともに研磨すること
が可能なため、ファイバーレーザーの時に必要であった
複雑な加工工程は、ここでは不必要となる。

さらに、共振用高反射ミラー４も基板３と一体化して接
合することが可能である。またファイバーレーザーの場
合、困難であった端面への直接コーティングも基板端面
と、同時にコーティングすることで容易に行なえる利点
がある。しかも、光導波構造を有するので、ファイバー
レーザーと同様にレーザー光を光導波路２内にとじ込め
られるため、従来ファイバーレーザーが有している低発
振閾値、高ビークパワー、波長調整可能などの利点はそ
のまま保持できる。

第３図ないし第５図は光導波路と励起光源との光結合の
別の態様を示すもので、１面中央に光導波路２を有する
基板３における一方の端面よりの上面中央にＶ形の溝６
を形成し、この溝６内に屈折率分布型の光集束性ロッド
レンズ５を固定したものである。励起レーザー光源１か
らのレーザービームは斜線で示すごとくロッドレンズ５
によって集光し、効率良く光導波路２に挿入される。

更に他の実施例としては、レーザー光を増幅する場合、
第６図に示したように基板３の上に形成したレーザー作
用を有する活性イオンを含む光る波路２と、これに接合
したおよそ０．２５ピツチの長さの光集束性ロッドレン
ズ５を固定したものより構成される。光導波路２の内部
の活性イオンは励起光源、例えば、活性イオンがＮｄの
場合にはキセノンランプを用いて、符号９に示すように
上面励起を行なう。増幅すべきレーザー光８はレンズ５
によって光導波路２内に挿入され、増幅されて、もう一
方の端面より出射する。ざらに第７図に示すように、基
板３の上に形成したレーザー作用を右する活性イオンを
含む平面光導波路１０と、これに接合した一方向性屈折
率分布型スラブレンズ１１より構成される。平面光導波
路１０の内部の活性イオンは励起光源、例えば活性イオ
ンがＮｄの場合にはキセノンランプを用いて、符号９に
示すように面励起を行なう。レーザー光線８はスラブレ
ンズ１１によって平面光導波路端面で線状に集光され、
平面光導波路１０内に導かれ、スラブレーザーの場合同
様に平面光導波路内を逆行するうちに増幅され、もう一
方の端面より出射することになる。この他光源としては
発光ダイオード又はこれをアレー化したものも使用し得
る。

本発明においてはレーザー作用を有する活性イオンを含
む光導波路は、第８図に示すような埋め込み光導波路１
２、第９図に示すリッジ型光導波路１３、第１０図に示
す矩形光導波路１４、第１１図に示す屈折率分布型光導
波路１５の何れでもよ（、また第１２図に示す平面光導
波路１６であっても良い。また、その材料は、ガラスで
あってもＹＡＧ　（イツトリウム　アルミニウム　ガー
ネット）やＧＳＧＧ（ガドリニウム　ストロンチウム　
ガリウム　ガーネット）等の結晶であっても差支えない
。さらに、光導波路中のレーザー作用を右する活性イオ
ンは、Ｎｄを初めとしてＥｒ、Ｐｒ、Ｔｂ、ト１０、Ｃ
ｒ、Ｔｍなどのいづれであっても良い。

第８図〜第１２図までの光導波路の作製例の一例として
以下に示すような製法がある。

Ｎｄを含有するレーザーガラスを基板とし、これにスリ
ットを有する拡散防止膜をコートして、スリットのみを
通してガラス中に含有されるアルカリ（これをＡとする
）の一部をＡより屈折率の高いアルカリ（これをＢとす
る）でイオン交換した後、さらに再びＡイオンを用いて
、表面の８イオンのみイオン交換を行なえば、第８図に
示すような断面を有する埋込み型レーザー光導波路１２
を作成することができる。

Ｎｄを含有するガラスあるいはＹへＧ等の結晶を、ＭＯ
ＶＤ　（モディファイド　ケミカル　ベーパー　デポジ
ション）法で平面状に基板に積層することによって、第
１２図に示す如き平面光導波路１６を形成することがで
き、またフォトリソグラフィー技術を用いて、不要部分
をエツチングして取り去ることによって第９図に示す如
きリッヂ形の光導波路１３が得られる。

基板にあらかじめ断面が矩形の溝を形成し、これにＭＯ
ＶＤ法やプラズマＣＶＩ′）（プラズマ　ケミカル　ペ
ーパー　デポジション）法を用いて、活性イオンを含有
する結晶あるいはガラスを堆積させ、溝をうめた後に表
面を研磨づれば、第１０図に示すように断面を有する光
導波路１４を作ることができる。

多孔質ガラスの一つの表面のみ屈折率を高めるイオンと
ともに活性イオンを浸透させた後、これを焼成して細孔
をつぶせば、第１２図の如き平面光導波路１６を作成で
きる。多孔質ガラスの表面にスリット状のすき間をもっ
たマスクをコーティングし、スリットを通してのみ活性
イオンを多孔質細孔中に充填した後、これを焼成して細
孔をつぶせば、第１１図の如き断面を有する光導波路１
５を作製できる。

［発明の効果］ 以上のごとく、本発明光導波形レーザーは、光源と光導
波路と基板とを一体化したので、外部からのＳａに対し
て光結合が乱されることがなく、効率の良い光励起を保
持できるばかりでなく、更には一体化しているため、従
来のようにファイバ一端面の研磨等の複雑な工程も必要
としないなどの効果を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明光導波形レーザー発振器の構成を示す側
面図、第２図は同じくその平面図、第３図は光源と光導
波路の光結合の別の例を示す側面図、第４図はその平面
図、第５図はその斜視図、第６図、第７図は本発明の構
成からなるレーザー増幅器を示す斜視図、第８図から第
１２図は光導波路の断面図、第１３図は従来技術による
ファイバーレーザーの構成を示ず側面図、第１４図は従
来技術によるファイバーレーザーの端面研磨法を示す斜
視図である。 １・・・半導体レーザー光源、２・・・レーザー作用を
有する活性イオンを含有する光導波路、３・・・基板、
４・・・高反射ミラーまたは高反射膜］−ト、５・・・
屈折率分布型ロッドレンズ、６・・・■型溝、７・・・
レーザービーム、８・・・レーザー光線、９・・・励起
光線、１０・・・平面光導波路、１１・・・一方向性屈
折率分布型入りスラブレンズ、１２〜１６・・・活性イ
オンを含む光導波路。 第１０図 第１図 第３（２Ｉ 第４図 第５　図 第６図 第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　レーザー作用を有する活性イオンを含有して基板上
   に形成された光導波路と、活性イオンがレーザー発振又
   は増幅できるように活性イオンを励起する光源とから構
   成された光導波形レーザー。 ２　基板上に形成された光導波路が平面光導波路である
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光導波形
   レーザー。 ３　基板上に形成された光導波路が線状光導波路である
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光導波形
   レーザー。 ４　基板上に形成された光導波路がガラス光導波路であ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１、２または３項
   に記載の光導波形レーザー。 ５　基板上に形成された光導波路が結晶光導波路である
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１、２または３項に
   記載の光導波形レーザー。 ６　基板がＮｄを含有するガラスであることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の光導波形レーザー。 ７　基板がＮｄ含有ガラスで、その表面に高屈折率領域
   の光導波路が形成されていることを特徴とする特許請求
   の範囲第１〜４項および第６項の何れか一つの項に記載
   の光導波形レーザー。 ８　基板上に形成された光導波路がリッチ型の光導波路
   であることを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の光
   導波形レーザー。 ９　活性イオンの励起光源が半導体レーザーであること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光導波形レー
   ザー。 １０　励起光源がキセノンランプであることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の光導波形レーザー。 １１　光導波路内の活性イオンがＮｄであることを特徴
   とする特許請求の範囲第１〜５、７、８項の何れか一つ
   の項に記載の光導波形レーザー。 １２　光導波路内の活性イオンがＥｒであることを特徴
   とする特許請求の範囲第１〜５、７、８項の何れか一つ
   の項に記載の光導波形レーザー。 １３　基板上に形成された光導波路が活性イオンとして
   ＮｄおよびＥｒを含有するガラス光導波路であることを
   特徴とする特許請求の範囲第１〜５、７、８項の何れか
   一つの項に記載の光導波形レーザー。