JP2730955B2 - 希土類元素添加長尺ガラス導波路およびその製造方法 - Google Patents

希土類元素添加長尺ガラス導波路およびその製造方法

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    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/06Construction or shape of active medium
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、希土類元素を添加したガラス導波路レーザ
ーおよびガラス導波路増幅器用の長尺ガラス導波路およ
びその製造方法に関するものである。
[従来の技術] 近年、光ファイバのコアに希土類元素を添加した光フ
ァイバレーザーの研究が活発化し、各種レーザー光源
用、光増幅媒質用として注目されるようになってきた。
第7図は従来の光ファイバレーザーの構成例を示した
ものである(木村,中沢:光ファイバレーザーの発振特
性とその光通信への応用、レーザー学会研究会、PTM−8
7−16,PP.31〜37,1988年1月)。これは光ファイバのコ
アに希土類元素を添加した光ファイバの両端面をレーザ
ーミラーに直に接触させるか、光ファイバの両端面に誘
電体多層膜を蒸着させて光共振器を構成したものであ
る。励起光源にはArイオンレーザー(波長514.5nm)、
色素レーザー(波長650nm)、半導体レーザー(波長830
nm)等を用いて端面励起が行われる。また光増幅器の例
として第8図に示す構成が上記両氏により提案されてい
る。すなわち、希土類を添加した光ファイバ内に信号光
を伝搬させ、励起光は光ファイバカップラを用いて合成
させ、また光ファイバカップラで分離させる構成であ
る。
[発明が解決しようとする課題] 前述した光ファイバレーザーおよび光ファイバ増幅器
は、 光ファイバのコア径が細径であるため励起パワー密
度が大きくなり、励起効率を上げられること 相互作用長を長くとれること 特に石英系ファイバの場合、低損失であること 可撓性があること などの特徴がある。しかしながら、他の光部品、例えば
光源、受光器、光変調器、光カプラ、光合分波器、光フ
ィルタ、光スイッチ,光メモリなどと組合せて多機能光
集積回路を実現しようとすると、実装が複雑になり、小
形化、高性能化が難しく、また光軸調整にも時間がかか
り、低コスト化も容易でないといった問題点があった。
本発明の目的は、前記した従来技術の問題点を解決す
ることにあり、量産化、小形化、低コスト化が容易な長
尺のガラス導波路構造とその製造方法を提供することに
ある。
[課題を解決するための手段] 本発明の要旨は、基板の同一面上に、基準マーカーと
コア導波路が該コア導波路の屈折率よりも低屈折率のク
ラッドに覆われて形成されたガラス導波路ユニットを複
数個有し、該ガラス導波路ユニットの基準マーカー同士
が合うように直列に接続されてなる長尺ガラス導波路に
ある。また、この場合には、基準マーカーとコア導波路
の間隔を一定にしたものを一枚の基準上に複数組構成さ
せ、各組をそれぞれ切断してガラス導波路ユニットと成
し、基準マーカー同志が合うようにそれぞれのガラス導
波路ユニットを直列に接続するのが好ましい。接続はCO
2レーザーで導波路を融着接続することによって達成す
ることができる。
[作用] ガラス導波路をしてより安定な発振をさせる、あるい
はより高い増幅度を得るためには、コア導波路を長くす
るか、活性物質である希土類元素をコア導波路内に多量
に添加する必要がある。しかしながら、前者のコア導波
路を長くしようとすると、現状の基板(直径3ないし4
インチ)および製造プロセス技術により制約されてしま
う。すなわち、直径5インチ以上の基板を用いると、そ
の上へのガラス膜形成に際して、面内での膜厚および屈
折率分布の均一性が問題になる。また厚み約10μm、幅
約10μmの矩形状コア導波路を側面の垂直性を保ち、そ
の長さ方向に精密な寸法を保ってドライエッチングによ
りパターン化することは極めて難しく、結果的に長尺の
コア導波路を上記大面積基板で作ろうとすると、不均一
なコア導波路となり、散乱損失が大きくなってしまい、
光共振器として不適確であるためであった。後者の希土
類元素をコア導波路内に多量に添加する方法は、現状の
CVD法、蒸着法などでは限界があり、多量に添加するこ
とは困難であった。以上の理由から本発明はなされたも
のであって、本発明では比較的小面積の基板でよいた
め、現状のプロセスで低損失、かつ均質なコア導波路を
歩留り良く、大量生産することができる。しかも基板の
厚み、コア導波路の厚みおよび屈折率の均一な一枚の基
板から、同一構造の基準マーカー付きコア導波路を多数
枚切断してとれるので、これら切断した基板を基準マー
カー同志が合うように直列に接続すれば、長尺の低損
失、均質なガラス導波路を容易に作ることができる。そ
の結果、ガラス導波路レーザー、ガラス導波路増幅器と
して、極めて性能の良いものを実現することができる。
[実施例] 第1図に本発明の希土類元素を添加した長尺のガラス
導波路の実施例を示す。同図(a)はガラス導波路の側
面図、(b)は(a)のA−A′断面図を示したもので
ある。これは3つのガラス導波路ユニット7−1,7−2,7
−3を直列に接続した例であり、直径3インチの石英ガ
ラス基板1に形成させたガラス導波路を切断して得たユ
ニットのごく一部(約1/10)を使って構成したものであ
る。低屈折率層2には、この実施例ではSiO2−TiO2−B2
O3系ガラスを用いた(その屈折率をnsとする)。また、
コア導波路3には、この実施例ではSiO2−TiO2系ガラス
にErを添加したものを用い(その屈折率をncとすると、
nc>nsである)クラッド4には、低屈折率層2と同じガ
ラス組成のものを用いた(その屈折率をnclとすると、n
c>ncl)。ncとnclの比屈折率差は約0.3%とし、コア導
波路の厚みおよび幅はいずれも10μmとした。5−1お
よび5−2は基準マーカーであり、これらは各ガラス導
波路ユニット7−1,7−2,7−3を低損失に接続するため
の位置合せマーカーである。このマーカーは少なくとも
一つ、多ければ多い程、有効である。上記各ユニット間
の接続は、例えばCO2レーザー光を照射してユニット同
志を融着させるか、あるいは各ユニットを金属ケース内
に収容し、金属ケース同志をYAGレーザーで融着するよ
うにしてもよい。コア導波路は後で述べるように、並列
に複数本設けておいてもよい。基板1の材料としてはガ
ラス以外に、Si、GaAs、InP、LiNbO3などでもよい。ま
たコア3、クラッド4、低屈折率層2には上記以外にSi
O2にP、Ge、Al、Zn、K、Na、Ba、F、Mgなどの添加物
を少なくとも1種含んでいてもよい。さらに希土類元素
にはNa、Yb、Ho、Tmなどを少なくとも1種含んでいても
よい。
第2図は本発明の希土類元素を添加した長尺ガラス導
波路の製造工程を示したものである。同図(a)はガラ
ス導波路の側面図、(b)は(a)のA−A′断面図を
それぞれ示したものである。これは、例えば直径3イン
チの石英基板上にガラス導波路を形成後、同図(b)の
ように長方形に切断したものである。これには7−1か
ら7−5のガラス導波路ユニットが構成されている。こ
れらのユニットは2つの基準マーカー5−1と5−2、
一つのコア導波路3からなり、いずれも同一構造のユニ
ットからなっている。8−1から8−4は各ユニットの
切断個所を示したものである。この実施例での各ユニッ
トの数は図面をわかりやすくするために5個であるが、
実際には10個以上とることができるので、長さ500mm以
上のガラス導波路を作ることは容易な事である。このプ
ロセスは量産が容易で、歩留りも良いので、非常に低コ
ストにできるという利点も特徴の一つになる。
第3図も本発明の希土類元素を添加した長尺ガラス導
波路の実施例を示したもので、同図(a)はガラス導波
路の側面図、(b)は(a)のA−A′断面図を示した
ものである。これは基準マーカー5−1,5−2としてガ
ラス導波路ユニットの両端面付近のみに設けた実施例で
ある。このように、基準マーカーは種々のものを用いる
ことができる。また基準マーカーの数も2つにとどまら
ず、3つ以上にすれば、より位置精度を高めることがで
きる。
第4図も本発明の希土類元素を添加した長尺ガラス導
波路の実施例を示したもので、同図(a)はガラス導波
路の側面図、(b)は(a)のA−A′断面図を示した
ものである。これらはコアガラス導波路3−1,3−2,3−
3を3つ並列に配列させた場合の実施例である。このよ
うに、各ガラス導波路ユニットにコア導波路を複数個並
列に並べてもよい。
第5図は本発明の長尺ガラス導波路を用いてガラス導
波路レーザーとした一実施例を示したものである。これ
はガラス導波路の入,出力端面にレーザーミラー11,12
をはりつけたものであり、ミラー11にはレーザー発振波
長帯で99%の反射率のものを、ミラー12には反射率90%
のものを用いて構成されている。
第6図はガラス導波路に励起光導入用導波路9−1、
励起光結合用方向性結合器10−1、励起押出用方向性結
合器10−2、励起光取出し用導波路9−2を備えたガラ
ス導波路増幅器の一実施例を示したもので、同一構造の
ガラス導波路ユニット7−1と7−2を接続することに
よって構成したものである。尚、ガラス導波路ユニット
7−1と7−2の間にさらに第1図のような直線状のコ
ア導波路を複数個直列に接続することによって、より高
い増幅度を増幅器を得ることが可能である。
本発明は上記実施例に限定されるものではない。すな
わち、直線上のコア導波路の途中、あるいは入,出力端
側に、光カップラ、光フィルタ、光合分波器などの光受
動回路や、半導体レーザ、発光ダイオード、受光素子、
さらには光スイッチ、光変調器などを一体的に組合せ
て、種々の機能をもたせるようにしてもよい。また基板
1に石英ガラス基板を用いた場合には、低屈折率層2は
特になくてもさしつかえない。
[発明の効果] 以上に述べたように、本発明の希土類元素を添加した
ガラス導波路は、長さ500mm以上の長尺のものを容易に
作ることができ、しかも低損失、かつ均質なコア導波路
を歩留り良く、大量生産することができる。またこの長
尺の低損失なガラス導波路を用いることにより、より安
定なガラス導波路レーザーや高い増幅度のガラス導波路
増幅器を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図,第3図,第4図は本発明の希土類元素を添加し
た長尺のガラス導波路の実施例、第2図は本発明のガラ
ス導波路の製造工程の実施例、第5図は本発明のガラス
導波路レーザーの実施例、第6図は本発明のガラス導波
路増幅器の実施例、第7図は従来の光ファイバレーザー
の構成例、第8図は従来の光ファイバ増幅器の構成例を
それぞれ示したものである。 1:基板、2:低屈折率層、 3:コア導波路、4:クラッド、 5−1,5−2:基準マーカー、 7−1〜7−5:ガラス導波路ユニット。

Claims (13)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板の同一面上に、基準マーカーとコア導
    波路が該コア導波路の屈折率よりも低屈折率のクラッド
    に覆われて形成されたガラス導波路ユニットを複数個有
    し、該ガラス導波路ユニットの基準マーカー同士が合う
    ように直列に接続されてなることを特徴とする長尺ガラ
    ス導波路。
  2. 【請求項2】請求項1記載の長尺ガラス導波路におい
    て、コア導波路内に希土類元素が少なくとも1種添加さ
    れていることを特徴とする長尺ガラス導波路。
  3. 【請求項3】請求項1〜2のいずれかに記載の長尺ガラ
    ス導波路において、各ガラス導波路ユニットには直線上
    のコア導波路が少なくとも2つ並列に形成されているこ
    とを特徴とする長尺ガラス導波路。
  4. 【請求項4】請求項1〜3のいずれかに記載の長尺ガラ
    ス導波路において、ガラス導波路は埋込み型、あるいは
    リッジ型構造を用いたことを特徴とする長尺ガラス導波
    路。
  5. 【請求項5】請求項1〜4のいずれかに記載の長尺ガラ
    ス導波路において、基板の上には低屈折率が設けられ、
    その層の上にコア導波路が形成されていることを特徴と
    する長尺ガラス導波路。
  6. 【請求項6】請求項1〜5のいずれかに記載の長尺ガラ
    ス導波路において、直列に接続されるガラス導波路ユニ
    ットの少なくともコア導波路同士は一体的に融着されて
    いることを特徴とする長尺ガラス導波路。
  7. 【請求項7】請求項1〜6のいずれかに記載の長尺ガラ
    ス導波路において、長尺ガラス導波路のコア導波路の
    入,出力端面には所望の反射率のミラーが設けられたこ
    とを特徴とする長尺ガラス導波路。
  8. 【請求項8】請求項1〜6のいずれかに記載の長尺ガラ
    ス導波路において、長尺ガラス導波路の入力側には、励
    起光を導入させる導入用導波路と方向性結合器を、出力
    側には励起光を取出すための取出し用方向性結合器と取
    出し用導波路を設けたことを特徴とするガラス導波路増
    幅用の長尺ガラス導波路。
  9. 【請求項9】請求項8記載の長尺ガラス導波路におい
    て、励起光を導入させる導入用導波路から励起光を入射
    させるように構成したことを特徴とする長尺ガラス導波
    路。
  10. 【請求項10】請求項1〜6のいずれかに記載の長尺ガ
    ラス導波路の製造方法として、一枚の基板上に少なくと
    も一つの基準マーカーと、コア導波路を一つの組とした
    ものを複数組並列に配置して形成し、各組をそれぞれ切
    断してガラス導波路ユニットと成し、該ユニットを直列
    に接続するようにしたことを特徴とする長尺ガラス導波
    路の製造方法。
  11. 【請求項11】請求項10記載の長尺ガラス導波路の製造
    方法において、一枚の基板上に、基準マーカーとコア導
    波路間隔を一定にしたものを複数組構成させたことを特
    徴とする長尺ガラス導波路の製造方法。
  12. 【請求項12】請求項10〜11のいずれかに記載の長尺ガ
    ラス導波路の製造方法において、各ガラス導波路ユニッ
    トの基準マーカー同士が合うように上記各ガラス導波路
    ユニットを直列に接続したことを特徴とする長尺ガラス
    導波路の製造方法。
  13. 【請求項13】請求項10〜12のいずれかに記載の長尺ガ
    ラス導波路の製造方法において、各ガラス導波路はCO2
    レーザー光を照射することによって融着接続したことを
    特徴とする長尺ガラス導波路の製造方法。
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