JPH0837328A - Garnet crystal waveguide for tunable laser - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To efficiently confine an incident exciting beam and light by spontaneous emission in a core layer and achieve a low crystal for wavelength variable laser to be in the shape of a waveguide path. CONSTITUTION:An under clad layer is formed of a garnet crystal board expressed by the composition formula of R13A12M13O12. A core layer composed of substitutional garnet crystal, which has the composition expressed as R13-XR 2XA12-YA2YM13-ZM2ZO12 and has a higher refraction index than the under clad layer, is arrange on the under clad layer, where 0<x, z<3, 0<y<2; the R1 and the R2 express the elements formed by discretionally combining one or more elements selected from elements such as Y, and the A1 and the A2 express the elements formed by disretionally combining one or more elements selected from the elements such as A1. The M1 expresses the elements formed by discretionally combining one or more elements selected from the elements such as A1, and the M2 is the elements formed by discretionally combining one or more elements selected from iron group or palladium group or platinum group or group 11b elements.

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、波長可変固体レーザに
関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a tunable solid-state laser.

【０００２】[0002]

【従来の技術】図７は従来型の波長可変固体レーザに用
いられているレーザロッド７１の一例である。このレー
ザロッドを図８で示されるような光学系に組み込むこと
によって波長可変レーザを動作させていた。2. Description of the Related Art FIG. 7 shows an example of a laser rod 71 used in a conventional tunable solid-state laser. The wavelength tunable laser was operated by incorporating this laser rod into an optical system as shown in FIG.

【０００３】励起光８６はダイクロイックミラー７５を
介して、平行光で共振器内に入り、凸レンズ８９によっ
て、レーザロッド８１内で焦点を結ぶ。レーザロッド８
１内で活性イオンによって発せられた光は、凸レンズ８
８によって平行光となり、波長選択用プリズム８４を通
ってミラー８３に到達する。ミラー８３の角度を調整す
ることによって特定の波長のみ光軸が一致し、共振器内
に定在波を立てることができる。レーザ発振が起こった
光はダイクロイックミラー８５によって取り出す仕組み
となっている。なお８２は固定型反射鏡、８７はレーザ
発振光を示す。Excitation light 86 enters the resonator as parallel light through the dichroic mirror 75 and is focused inside the laser rod 81 by the convex lens 89. Laser rod 8
The light emitted by the active ions in 1 is the convex lens 8
The light becomes parallel light by 8 and reaches the mirror 83 through the wavelength selecting prism 84. By adjusting the angle of the mirror 83, the optical axes of only specific wavelengths coincide with each other, and a standing wave can be generated in the resonator. The light in which the laser oscillation has occurred is taken out by the dichroic mirror 85. Reference numeral 82 denotes a fixed reflection mirror, and 87 denotes laser oscillation light.

【０００４】また、図９はレーザロッドに励起光を入射
している様子を示した断面図である。従来型の波長可変
固体レーザは以下のメカニズムによって発振が起こる。
レーザロッド９１に励起光ビーム９２が入射され、該励
起光ビームによって、レーザロッドの中の活性イオン９
３が励起される。従来型の波長可変レーザでは励起光の
電解強度を高める目的で、励起光ビームをミラー系を用
いて絞り込むために、レーザロッド中の活性イオンを均
一に励起することができない。そのため、励起光ビーム
９２によって、励起された活性イオン９３から、励起光
ビームが当たらない範囲に存在する、活性イオン９４へ
のエネルギー伝達９５が起こる。励起された活性イオン
９４は、非輻射繊維によって基底状態に戻ったり、共振
器以外の方向への発光９６になって発振に寄与しないも
のが多い。また、共振器方向に発せられた光９７も、別
の励起されていない活性イオン９８に吸収されてしま
う。したがって、このレーザロッドの中で、発振に寄与
するのは、励起光ビーム９２が絞り込まれたごく一部で
あり、入射励起光ビームから発振光ビームへの、変換効
率が著しく悪く、そのため発振しきい値が大きなものに
なってしまう。また、上記のような現象を避けるため
に、励起光ビームを平行にして、レーザロッド全体を励
起することも考えられるが、この場合も、励起光電界強
度を十分に上げなければ発振しないので、発振しきい値
が大きくなってしまうことは明かである。このように従
来の波長可変固体レーザでは、レーザ媒体にバルク結晶
を用いているために、しきい値が高くなるだけでなく、
さらにそのことによって励起用光源にフラッシュランプ
や高出力レーザ（エキシマレーザや色素レーザ）を用い
なければならず全体の構成が非常に大型になるという問
題点があった。FIG. 9 is a sectional view showing a state in which excitation light is incident on the laser rod. Oscillation occurs in the conventional tunable solid-state laser by the following mechanism.
An excitation light beam 92 is made incident on the laser rod 91, and the excitation light beam causes the active ions 9 in the laser rod to enter.
3 is excited. In the conventional wavelength tunable laser, the active light in the laser rod cannot be uniformly excited because the excitation light beam is narrowed down by using the mirror system for the purpose of increasing the electric field intensity of the excitation light. Therefore, the excitation light beam 92 causes energy transfer 95 from the excited active ions 93 to the active ions 94 existing in a range not hit by the excitation light beam. Many of the excited active ions 94 return to the ground state by the non-radiative fiber or emit light 96 in a direction other than the resonator and do not contribute to oscillation. Further, the light 97 emitted in the resonator direction is also absorbed by another unexcited active ion 98. Therefore, in this laser rod, it is only a small portion of the excitation light beam 92 that contributes to the oscillation, and the conversion efficiency from the incident excitation light beam to the oscillation light beam is extremely poor, which causes oscillation. The threshold value becomes large. Further, in order to avoid the phenomenon as described above, it is possible to make the excitation light beam parallel to excite the entire laser rod, but in this case as well, if the excitation light electric field strength is not sufficiently raised, oscillation does not occur. It is clear that the oscillation threshold becomes large. As described above, in the conventional tunable solid-state laser, since the bulk crystal is used for the laser medium, not only the threshold value becomes high, but also
Further, as a result, a flash lamp or a high-power laser (excimer laser or dye laser) has to be used as a light source for excitation, and there is a problem that the entire configuration becomes very large.

【０００５】前述した問題を解決する手段として、バル
ク結晶の代わりに光を狭い領域に閉じ込める導波構造を
有する単結晶ファイバあるいは導波路を用い、励起光か
ら発振光への変換効率を高めてしきい値を下げる方法が
考えられる。As a means for solving the above-mentioned problems, a single crystal fiber or a waveguide having a waveguide structure for confining light in a narrow region is used in place of the bulk crystal to enhance the conversion efficiency from pumping light to oscillating light. A method of lowering the threshold value can be considered.

【０００６】しかしながら、単結晶ファイバの場合、現
在のファイバ作製技術では、予めクラッドを形成してお
いて光を閉じ込める領域であるコアとその周りにコアよ
りわずかに屈折率を小さくしてコアに光を閉じ込める役
割を果たすクラッドを同時に線引きする手法がなく、ま
た線引き後にクラッドを形成することも困難であるた
め、ファイバー表面での散乱損失が大きく、十分にしき
い値を下げることができない。またファイバーの直径が
約１０μｍまでしか細くすることができないので、線幅
を細くすることによる低減効果が十分に現われず、十分
にしきい値を下げることができない。However, in the case of a single crystal fiber, in the current fiber manufacturing technology, the cladding is formed in advance, and the core, which is a region for confining light, and the periphery thereof have a refractive index slightly smaller than that of the core, and the light is transmitted to the core. Since there is no method for simultaneously drawing the cladding that plays a role of confining the fiber, and it is also difficult to form the cladding after drawing, the scattering loss on the fiber surface is large, and the threshold cannot be lowered sufficiently. Further, since the diameter of the fiber can be reduced to only about 10 μm, the effect of reducing the line width is not sufficiently exhibited, and the threshold value cannot be sufficiently reduced.

【０００７】このため、現在、最も有望なのは光学結晶
を用いて導波路を形成したものとなる。最近良質の固体
レーザのホスト材料として知られるＹ₃Ａｌ₅Ｏ₁₂、Ｇｄ
₃Ｇａ₅Ｏ₁₂等のガーネット結晶で５μｍ×５μｍのリッ
ジ加工技術が得られている。しかし、ガーネット結晶材
料の屈折率を制御し、かつ導波路を形成し、波長可変レ
ーザを形成した例はない。Therefore, at present, the most promising one is a waveguide formed by using an optical crystal. Y ₃ Al ₅ O ₁₂ , Gd, which is recently known as a host material for high-quality solid-state lasers
A ridge processing technology of 5 μm × 5 μm has been obtained with a garnet crystal such as ₃ Ga ₅ O ₁₂ . However, there is no example of forming a wavelength tunable laser by controlling the refractive index of a garnet crystal material and forming a waveguide.

【０００８】[0008]

【発明が解決しようとする課題】一般にバルク結晶をレ
ーザ媒質として用いる場合、励起光ビームの電界強度を
上げる目的で集光を行なうので、レーザ媒質のある一部
を励起することになる。励起された活性イオンでは電子
が上準位に、ある寿命をもって存在するが、近隣に励起
されていない活性イオンが存在した場合に、エネルギー
移動によって、エネルギーが逃げてしまう。従って、反
転分布を形成しようとした場合、それに打ち勝つだけの
励起光強度が必要となり、発振しきい値が高くなる。ま
た、励起された活性イオンが発光に到った場合でも、バ
ルク結晶を用いた場合は、自然放出光の空間的方向性を
制御できない。レーザ発振を実現できるのは共振器方向
にたつ定在波であるのでそれ以外の方向に放出された自
然放出光はレーザ発振には寄与しないため、その分効率
が悪くなる。従って自然放出光のごく一部しかレーザ発
振に寄与することができず、発振の効率が悪くなり結果
的にしきい値が高くなったり、あるいは極低温でしか発
振しなかったりした。Generally, when a bulk crystal is used as a laser medium, light is condensed for the purpose of increasing the electric field strength of the excitation light beam, so that a part of the laser medium is excited. In the excited active ions, electrons exist in the upper level with a certain lifetime, but when unexcited active ions exist in the vicinity, energy escapes due to energy transfer. Therefore, in order to form the population inversion, the intensity of the excitation light sufficient to overcome the population is required, and the oscillation threshold becomes high. Further, even when the excited active ions reach the light emission, the spatial directivity of the spontaneous emission light cannot be controlled when the bulk crystal is used. Since laser oscillation can be realized by standing waves that lie in the cavity direction, spontaneous emission light emitted in other directions does not contribute to laser oscillation, resulting in poor efficiency. Therefore, only a small part of the spontaneous emission light can contribute to the laser oscillation, and the oscillation efficiency becomes poor, resulting in a high threshold value, or oscillation occurs only at an extremely low temperature.

【０００９】本発明は従来バルク型レーザ結晶のみが用
いられていた波長可変レーザ用結晶を導波路の形にする
ことによって、入射した励起光および自然放出光を効率
よくコア層に閉じ込めて、室温で低い発振しきい値を実
現させることを目的とする。According to the present invention, a crystal for a wavelength tunable laser, which has conventionally been used only for a bulk type laser crystal, is made into a waveguide shape, so that incident pumping light and spontaneous emission light are efficiently confined in a core layer and the temperature is kept at room temperature. The purpose is to realize a low oscillation threshold.

【００１０】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明では前記目的を達
成するため、組成式がＲ１₃Ａ１₂Ｍ１₃Ｏ₁₂で表現され
るガーネット結晶基板からなるアンダークラッド層上
に、組成式がＲ１_3-xＲ２_xＡ１_2-yＡ２_yＭ１_3-zＭ２_zＯ
₁₂で表現される組成を有し、かつアンダークラッド層よ
りも屈折率が高い置換型ガーネット結晶からなるコア層
を設置した構成を特徴とする（ただし０＜ｘ、ｚ＜３、
０＜ｙ＜２；Ｒ１，Ｒ２はＹ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎ
ｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔ
ｍ，Ｙｂ，Ｌｕ，Ｂｉ，Ｂｅ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ
の中から選ばれた１種以上の元素を任意に組み合わせた
元素の組を表わし、Ａ１，Ａ２はＡｌ，Ｇａ，Ｆｅ，Ｓ
ｃ，Ｇｅ，Ｓｉの中から選ばれた１種以上を任意に組み
合わせたものを表わし、Ｍ１はＡｌ，Ｇａ，Ｆｅ，Ｇ
ｅ，Ｓｉの中から選ばれた１種以上を任意に組み合わせ
たものを表わし、Ｍ２は鉄族（Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，
Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ）、あるいはパラジウム族（Ｚ
ｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｂ，Ａｇ）、あるいは
白金族（Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ｐｔ，Ａ
ｕ）、あるいはIIｂ族（Ｚｎ，Ｃｄ，Ｈｇ）の中の１種
以上の元素を任意に組み合わせたものを表わす）。Since the A solution for the present invention to achieve the above object, the under-cladding layer having a composition formula consists garnet crystal substrate represented by _{R1 3 A1 2 M1 3 O 12} , composition formula R1 _{3 -x} R2 _x A1 _2-y A2 _y M1 _3-z M2 _z O
_The composition is characterized in that a core layer made of a substitutional garnet crystal having a composition represented by ₁₂ and having a higher refractive index than the underclad layer is provided (where 0 <x, z <3,
0 <y <2; R1, R2 are Y, La, Ce, Pr, N
d, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, T
m, Yb, Lu, Bi, Be, Mg, Ca, Sr, Ba
Represents a set of elements in which one or more elements selected from the above are arbitrarily combined, and A1, A2 are Al, Ga, Fe, S
c, Ge, Si is an arbitrary combination of at least one selected from the group, M1 is Al, Ga, Fe, G
e, Si represents an arbitrary combination of one or more selected from Si, and M2 represents an iron group (Ti, V, Cr, Mn,
Fe, Co, Ni, Cu) or palladium group (Z
r, Nb, Mo, Ru, Rh, Pb, Ag) or platinum group (Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, A
u), or an arbitrary combination of one or more elements from the IIb group (Zn, Cd, Hg)).

【００１１】すなわち一般式Ｒ₃Ａ₂Ｍ₃Ｏ₁₂で示される
ガーネット結晶基板において、酸素以外の構成元素の一
部を１種以上の元素によって置換した置換型ガーネット
結晶基板からなるアンダークラッド層上に、該ガーネッ
ト結晶または置換型ガーネット結晶の構成元素の一部を
鉄族、パラジウム族、白金族、IIｂ族の中の１種以上の
元素を価数制御して置換し、かつ基板に対して屈折率を
上昇させて基板と格子整合を図った薄膜（コア層）を成
長させたことを特徴とするガーネット結晶スラブ型導波
路を作製することによって前記目的を達成する。That is, on a garnet crystal substrate represented by the general formula R ₃ A ₂ M ₃ O ₁₂ , an underclad layer made of a substitutional garnet crystal substrate in which a part of constituent elements other than oxygen is replaced by one or more elements A part of the constituent elements of the garnet crystal or substitutional garnet crystal is replaced by controlling the valence of one or more elements of the iron group, palladium group, platinum group, and IIb group, and The above object is achieved by producing a garnet crystal slab type waveguide characterized by growing a thin film (core layer) whose refractive index is increased to achieve lattice matching with a substrate.

【００１２】また、前記スラブ型導波路のコア層部分を
リッジ状に加工してリッジ型導波路を作製することによ
って前記目的を達成する。Further, the above object is achieved by processing the core layer portion of the slab type waveguide into a ridge shape to produce a ridge type waveguide.

【００１３】また、前記スラブ型導波路のコア層の全部
およびクラッド層の一部をリッジ状に加工して３次元型
導波路を作製することによって前記目的を達成する。Further, the above object is achieved by processing the entire core layer and a part of the cladding layer of the slab type waveguide into a ridge shape to produce a three-dimensional type waveguide.

【００１４】さらに前記リッジ型導波路およびリッジ状
に加工した３次元型導波路をアンダークラッド層と同じ
組成を有するガーネット結晶またはコア層より低い屈折
率を有する高分子材料によって埋め込みを行なって３次
元埋め込み型導波路を作製することによって前記目的を
達成する。Further, the ridge type waveguide and the three-dimensional type waveguide processed into a ridge shape are embedded with a garnet crystal having the same composition as that of the underclad layer or a polymer material having a lower refractive index than the core layer to form a three-dimensional structure. The above object is achieved by making an embedded waveguide.

【００１５】[0015]

【作用】ガーネット結晶は、一般式Ｒ₃Ａ₂Ｍ₃Ｏ₁₂で表
わされる（ただしＲはＹ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓ
ｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙ
ｂ，Ｌｕ，Ｂｉ，Ｂｅ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａの中か
ら選ばれた１種以上の元素を任意に組み合わせた元素の
組を表わし、ＡはＡｌ，Ｇａ，Ｆｅ，Ｓｃ，Ｇｅ，Ｓｉ
の中から選ばれた１種以上を任意に組み合わせたものを
表わし、ＭはＡｌ，Ｇａ，Ｆｅ，Ｇｅ，Ｓｉの中から選
ばれた１種以上を任意に組み合わせたものを表わす）。The garnet crystal is represented by the general formula R ₃ A ₂ M ₃ O ₁₂ (where R is Y, La, Ce, Pr, Nd, S).
m, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Y
b, Lu, Bi, Be, Mg, Ca, Sr, Ba represents an element set in which one or more elements selected arbitrarily are combined, and A represents Al, Ga, Fe, Sc, Ge, Si.
Represents an arbitrary combination of one or more selected from the above, and M represents an arbitrary combination of one or more selected from Al, Ga, Fe, Ge and Si).

【００１６】この元素Ｒの部分を希土類元素、Ｂｉ，Ｂ
ｅ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａで、Ａ，Ｍの部分をＡｌ，
Ｇａ，Ｓｃ，Ｇｅ，Ｓｉ，遷移金属（鉄族・パラジウム
族・白金族）あるいはIIｂ族元素で置換することができ
る。これらの置換元素を適当に選ぶことによって、ガー
ネット単結晶基板上に活性イオンを含みかつ基板との格
子整合を図り、基板に対して屈折率を上昇させた単結晶
薄膜導波路を作製することが可能となる。The portion of this element R is a rare earth element, Bi, B
e, Mg, Ca, Sr, and Ba, where A and M are Al,
It can be substituted with Ga, Sc, Ge, Si, a transition metal (iron group, palladium group, platinum group) or IIb group element. By properly selecting these substituting elements, it is possible to fabricate a single crystal thin film waveguide containing active ions on the garnet single crystal substrate and achieving lattice matching with the substrate, and increasing the refractive index with respect to the substrate. It will be possible.

【００１７】上記の方法により作製したスラブ型導波
路、あるいはスラブ型導波路のコア層部分をリッジ加工
したリッジ型導波路、またはスラブ型導波路のコア層全
部とクラッド層の一部をリッジ状に加工した３次元導波
路、さらにリッジ型導波路および３次元導波路をコア層
よりも屈折率の低い物質で埋め込みを行なった埋め込み
型導波路は、以下の理由によりバルク型レーザ結晶より
も低いしきい値を実現することができる。The slab type waveguide manufactured by the above method, or a ridge type waveguide in which the core layer portion of the slab type waveguide is ridged, or the entire core layer and part of the cladding layer of the slab type waveguide are ridged. The three-dimensional waveguide processed into the above, the ridge type waveguide, and the embedded type waveguide in which the three-dimensional waveguide is embedded with a material having a lower refractive index than the core layer are lower than the bulk laser crystal for the following reasons. A threshold can be realized.

【００１８】レーザ発振を実現するためには、活性イオ
ンが添加されている部分（コア層）の発振波長光の電界
強度がある一定値を越えなければならない。図１はスラ
ブ型導波路の斜視図を示すものである。図中、１１はコ
ア層、１２はアンダークラッド層を示す。In order to realize laser oscillation, the electric field intensity of the oscillation wavelength light in the portion (core layer) to which active ions are added must exceed a certain value. FIG. 1 is a perspective view of a slab type waveguide. In the figure, 11 is a core layer and 12 is an underclad layer.

【００１９】スラブ型導波路では膜の厚さ方向に光を閉
じ込めることができるので、バルク結晶よりも光の電界
強度を上げることが可能である。図６はスラブ型導波路
内で起こる量子力学的現象を示した模式図である。スラ
ブ型導波路では、コア層６１がアンダークラッド層６２
や空気６３に比較して屈折率が高いために励起光６４は
コア層６１とアンダークラッド層６２あるいは、コア層
６１と空気６３との励起光の波長に対する屈折率差で決
まる全反射条件を満たさない一部の放射モード励起光６
６を除くと、導波モード励起光６５となってコア層内を
伝搬する。また、同様に導波モード励起光によって励起
された活性イオン６７は自然放出光を放出するが、コア
層６１とアンダークラッド層６２あるいは、コア層６１
と空気６３との自然放出光の波長に対する屈折率差で決
まる全反射条件を満たさない一部の放射モード光６９を
除くと、導波モード自然放出光６８となってコア層内を
伝搬し、ある強度以上になるとレーザ発振が実現する。
従って、励起光の電界とレーザ発振波長の自然放出光の
電界の両方とも強度を容易に上げることが可能となり、
それによって室温で低いしきい値なレーザ発振を実現す
ることができる。Since light can be confined in the thickness direction of the film in the slab type waveguide, it is possible to increase the electric field intensity of light as compared with the bulk crystal. FIG. 6 is a schematic diagram showing a quantum mechanical phenomenon occurring in the slab type waveguide. In the slab type waveguide, the core layer 61 is the under clad layer 62.
Since the refractive index is higher than that of air or air 63, the excitation light 64 satisfies the total reflection condition determined by the refractive index difference between the core layer 61 and the underclad layer 62 or the core layer 61 and the air 63 with respect to the wavelength of the excitation light. Not some radiation mode excitation light 6
Excluding 6, the guided mode excitation light 65 is propagated in the core layer. Similarly, the active ions 67 excited by the guided mode excitation light emit spontaneous emission light, but the core layer 61 and the underclad layer 62 or the core layer 61 are emitted.
And a part of the radiation mode light 69 that does not satisfy the total reflection condition determined by the refractive index difference with respect to the wavelength of the spontaneous emission light between the air 63 and the air 63 becomes guided mode spontaneous emission light 68 and propagates in the core layer. Laser oscillation is realized when the intensity exceeds a certain level.
Therefore, it becomes possible to easily increase the intensity of both the electric field of the excitation light and the electric field of the spontaneous emission light of the laser oscillation wavelength.
Thereby, low threshold laser oscillation can be realized at room temperature.

【００２０】また、図２は前記スラブ型導波路のコア層
部分をリッジ状に加工したリッジ型導波路の斜視図であ
り、図３は前記スラブ型導波路のコア層の全部およびク
ラッド層の一部をリッジ状に加工した３次元導波路の斜
視図である。図中、２１、３１はコア層、２２、３２は
アンダークラッド層を示す。これらの導波路では、膜の
厚さ方向の光の閉じ込めに加えて、基板と水平な方向へ
も光が閉じ込められているために、前記スラブ型導波路
よりもさらに低いしきい値を実現することができる。FIG. 2 is a perspective view of a ridge-type waveguide in which the core layer portion of the slab-type waveguide is processed into a ridge shape, and FIG. 3 shows all of the core layers and the cladding layers of the slab-type waveguide. It is a perspective view of a three-dimensional waveguide in which a part is processed into a ridge shape. In the figure, 21 and 31 are core layers, and 22 and 32 are underclad layers. In these waveguides, in addition to confining light in the thickness direction of the film, light is confined in the direction parallel to the substrate, so that a threshold value lower than that of the slab waveguide is realized. be able to.

【００２１】また、図４は前記リッジ型導波路を、コア
層よりも屈折率の低い物質で埋め込み４３を行なった埋
め込み型導波路１であり、図５は前記３次元導波路を、
コア層よりも屈折率の低い物質で埋め込み５３を行なっ
た埋め込み型導波路２である。いずれの埋め込み型導波
路も、前記リッジ型導波路および３次元導波路に比較し
て、コア層界面部分での散乱が減少するので、その分さ
らに低いしきい値を実現することができる。なお、４
３、５３はオーバークラッド層（埋め込み層）を示す。FIG. 4 shows an embedded waveguide 1 in which the ridge type waveguide is embedded 43 with a substance having a refractive index lower than that of the core layer, and FIG. 5 shows the three-dimensional waveguide.
The buried waveguide 2 has a buried layer 53 made of a material having a refractive index lower than that of the core layer. In any of the buried type waveguides, scattering at the interface portion of the core layer is reduced as compared with the ridge type waveguide and the three-dimensional waveguide, so that a lower threshold value can be realized. 4
Reference numerals 3 and 53 denote overcladding layers (buried layers).

【００２２】[0022]

【実施例】以下、実施例１から実施例８を用いて、本発
明の実施例について説明する。本実施例のレーザ発振実
験は従来のバルク型に用いられている図８で示される評
価系を用いて行なった。EXAMPLES Examples of the present invention will be described below with reference to Examples 1 to 8. The laser oscillation experiment of the present example was carried out using the evaluation system shown in FIG. 8 which is used for the conventional bulk type.

【００２３】本実施例では、活性イオンをＦｅ²⁺，
Ｖ²⁺，Ｔｉ³⁺，Ｃｏ²⁺，Ｎｉ²⁺，Ｍｎ²⁺，Ｃｒ³⁺，Ｃｒ
⁴⁺についてのみ記述してあるが、これらのイオンを構成
する元素で異なった原子価を持つイオンや、これらのイ
オンを構成する元素以外の元素すなわち、Ｃｕ，Ｚｒ，
Ｎｂ，Ｍｏ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｈｆ，Ｔａ，
Ｗ，Ｒｅ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ｐｔ，Ａｕ，Ｚｎ，Ｃｄ，Ｈｇ
からなるイオンも包含することは言うまでもない。In this embodiment, the active ions are Fe ²⁺ ,
V ²⁺ , Ti ³⁺ , Co ²⁺ , Ni ²⁺ , Mn ²⁺ , Cr ³⁺ , Cr
^Although only ⁴⁺ is described, the ions forming these ions have different valences, and elements other than the elements forming these ions, namely Cu, Zr,
Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Hf, Ta,
W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Zn, Cd, Hg
Needless to say, it also includes ions consisting of.

【００２４】また、アンダークラッド層（ガーネット単
結晶基板）についてはＬａ₃Ｓｃ₂Ｇａ₃Ｏ₁₂，Ｇｄ₃Ｓｃ
₂Ｇａ₃Ｏ₁₂，Ｃａ₃Ｓｃ₂Ｇｅ₃Ｏ₁₂，Ｇａ₃Ｓｃ₂Ａｌ₃Ｏ
₁₂，Ｙ₃Ｓｃ₂Ｇａ₃Ｏ₁₂，Ｇｄ₃Ｇａ₅Ｏ₁₂，Ｃａ₃Ｇａ₂
Ｇｅ₃Ｏ₁₂，Ｙ₃Ａｌ₅Ｏ₁₂，Ｇｄ₃Ａｌ₅Ｏ₁₂，Ｍｇ₃Ａｌ
₂Ｓｉ₃Ｏ₁₂についてのみ記述したが、その他のガーネッ
ト単結晶基板Ｒ１₃Ａ１₂Ｍ１₃Ｏ₁₂（Ｒ１はＹ，Ｌａ，
Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈ
ｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕ，Ｂｉ，Ｂｅ，Ｍｇ，Ｃ
ａ，Ｓｒ，Ｂａの中から選ばれた１種以上の元素を任意
に組み合わせた元素の組を表わし、Ａ１はＡｌ，Ｇａ，
Ｆｅ，Ｓｃ，Ｇｅ，Ｓｉの中から選ばれた１種以上を任
意に組み合わせたものを表わし、Ｍ１はＡｌ，Ｇａ，Ｆ
ｅ，Ｇｅ，Ｓｉの中から選ばれた１種以上を任意に組み
合わせたものを表わす）で示されるガーネット結晶基
板、または、前記ガーネット結晶の酸素以外の構成元素
の一部を１種以上の元素によって置換した置換型ガーネ
ット結晶基板についても適用されることは言うまでもな
い。Regarding the under cladding layer (garnet single crystal substrate), La ₃ Sc ₂ Ga ₃ O ₁₂ and Gd ₃ Sc are used.
₂ Ga ₃ O ₁₂ , Ca ₃ Sc ₂ Ge ₃ O ₁₂ , Ga ₃ Sc ₂ Al ₃ O
₁₂ , Y ₃ Sc ₂ Ga ₃ O ₁₂ , Gd ₃ Ga ₅ O ₁₂ , Ca ₃ Ga ₂
Ge ₃ O ₁₂ , Y ₃ Al ₅ O ₁₂ , Gd ₃ Al ₅ O ₁₂ , Mg ₃ Al
_Although only ₂ Si ₃ O ₁₂ is described, other garnet single crystal substrates R1 ₃ A1 ₂ M1 ₃ O ₁₂ (R1 is Y, La,
Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, H
o, Er, Tm, Yb, Lu, Bi, Be, Mg, C
a, Sr, Ba represents a set of elements arbitrarily combined with one or more elements selected from the group consisting of Al, Ga,
Represents any combination of one or more selected from Fe, Sc, Ge, Si, and M1 is Al, Ga, F
a garnet crystal substrate represented by an arbitrary combination of one or more selected from e, Ge, and Si, or one or more elements of a part of the constituent elements other than oxygen of the garnet crystal. It goes without saying that the present invention is also applicable to a substitution type garnet crystal substrate substituted by.

【００２５】また、ガーネット結晶基板上に成長させる
置換型ガーネット結晶膜Ｒ１_3-xＲ２_xＡ１_2-yＡ２_yＭ１
_3-zＭ２_zＯ₁₂の構成元素Ｒ２、Ａ２、Ｍ２についても、
Ｒ２はＹ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇ
ｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕ，Ｂ
ｉ，Ｂｅ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａの中から選ばれた１
種以上の元素を任意に組み合わせた元素の組を表わし、
Ａ２はＡｌ，Ｇａ，Ｆｅ，Ｓｃ，Ｇｅ，Ｓｉの中から選
ばれた１種以上を任意に組み合わせたものを表わし、Ｍ
２は鉄族（Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，
Ｃｕ）、あるいはパラジウム族（Ｚｒ，Ｎｄ，Ｍｏ，Ｒ
ｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ａｇ）、あるいは白金族（Ｈｆ，Ｔ
ａ，Ｗ，Ｒｅ，Ｏｓ，Ｉｆ，Ｐｔ，Ａｕ）、あるいはII
ｂ族（Ｚｎ，Ｃｄ，Ｈｇ）の中の１種以上の元素を表わ
すことは言うまでもない。Further, a substitution type garnet crystal film R1 _3-x R2 _x A1 _2-y A2 _y M1 is grown on the garnet crystal substrate.
Regarding the constituent elements R2, A2, and M2 of _3-z M2 _z O ₁₂ ,
R2 is Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, G
d, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, B
1 selected from i, Be, Mg, Ca, Sr, Ba
Represents a set of elements that are an arbitrary combination of more than one element,
A2 represents a combination of one or more selected from Al, Ga, Fe, Sc, Ge and Si, and M
2 is iron group (Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni,
Cu) or palladium group (Zr, Nd, Mo, R
u, Rh, Pd, Ag), or platinum group (Hf, T
a, W, Re, Os, If, Pt, Au), or II
It goes without saying that it represents one or more elements in the group b (Zn, Cd, Hg).

【００２６】[0026]

【実施例１】本実施例は、組成式Ｒ１₃Ａ１₂Ｍ１₃Ｏ₁₂
で表わされるガーネット単結晶基板上に、組成式Ｒ１
_3-xＲ２_xＡ１_2-yＦｅ_yＭ１_3-zＭ２_zＯ₁₂（０＜ｘ＜３，
０＜ｙ＜２，０＜ｚ＜３；Ｒ１，Ｒ２はＹ，Ｌａ，Ｃ
ｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈ
ｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕ，Ｂｉ，Ｂｅ，Ｍｇ，Ｃ
ａ，Ｓｒ，Ｂａを表わし、Ａ１はＡｌ，Ｇａ，Ｆｅ，Ｓ
ｃ，Ｇｅ，Ｓｉを表わし、Ｍ１，Ｍ２はＡｌ，Ｇａ，Ｆ
ｅ，Ｇｅ，Ｓｉ，Ｚｒを表わす）で表わされる薄膜を作
製し、本発明レーザ用ガーネット結晶スラブ型導波路を
作製したものである。さらに、コア層をリッジ加工した
リッジ型導波路、コア層の全部およびアンダークラッド
層の一部をリッジ状に加工した３次元導波路、リッジ型
導波路をコア層に対して低い屈折率の物質で埋め込みを
行なった埋め込み型導波路１および３次元導波路をコア
層に対して低い屈折率の物質で埋め込みを行なった埋め
込み型導波路２を作製した。Example 1 In this example, the composition formula R1 ₃ A1 ₂ M1 ₃ O _{12 was used.}
On the garnet single crystal substrate represented by
_3-x R2 _x A1 _2-y Fe _y M1 _3-z M2 _z O ₁₂ (0 <x <3
0 <y <2, 0 <z <3; R1, R2 are Y, La, C
e, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, H
o, Er, Tm, Yb, Lu, Bi, Be, Mg, C
a, Sr, Ba, A1 is Al, Ga, Fe, S
c, Ge, Si, M1, M2 are Al, Ga, F
A thin film represented by e, Ge, Si and Zr) is produced to produce a garnet crystal slab type waveguide for a laser of the present invention. Further, a ridge type waveguide in which the core layer is processed into a ridge, a three-dimensional waveguide in which the entire core layer and a part of the under cladding layer are processed into a ridge shape, and a material having a low refractive index with respect to the core layer in the ridge type waveguide A buried waveguide 1 and a three-dimensional waveguide, which were buried in, were buried in a core layer with a substance having a low refractive index to prepare a buried waveguide 2.

【００２７】置換元素は活性イオンにＦｅ²⁺を用い、価
数制御にはＧｅ，Ｚｒ，Ｓｉ等の４価のイオンで置換
し、屈折率上昇のためにＧａに対してはＦｅやＳｃで、
Ａｌに対してはＧａで、Ｇｅに対してはＺｒで、Ｓｉに
対してはＧｅで置換し、基板と膜の格子整合にＬｕある
いはＭｇを用いた。レーザ発振特性は、図８に示した測
定系を用いて評価した。As the substituting element, Fe ²⁺ is used as an active ion, and tetravalent ions such as Ge, Zr and Si are substituted for controlling the valence, and Fe or Sc is used for Ga to increase the refractive index. ,
Ga was substituted for Al, Zr was substituted for Ge, and Ge was substituted for Si, and Lu or Mg was used for lattice matching between the substrate and the film. The laser oscillation characteristics were evaluated using the measurement system shown in FIG.

【００２８】表１にアンダークラッド層（基板（Ｒ１₃
Ａ１₂Ｍ１₃Ｏ₁₂））の組成と、コア層の置換元素Ｒ２，
Ｍ２を用いて作製した本発明によるスラブ型導波路・リ
ッジ型導波路・３次元導波路・埋め込み型導波路１・埋
め込み型導波路２の発振波長範囲と、その発振波長範囲
での最小発振しきい値を示す。いずれのスラブ型導波路
も従来のバルク結晶材料では実現が困難であった７０ｍ
Ｗ以下の低いしきい値で発振した。また、いずれのリッ
ジ型導波路および３次元導波路も従来のバルク結晶材料
では実現が困難であった６０ｍＷ以下の低いしきい値で
発振した。また、いずれの埋め込み型導波路１・埋め込
み型導波路２も従来のバルク結晶材料では実現が困難で
あった５０ｍＷ以下の低いしきい値で発振した。Table 1 shows the under clad layer (substrate (R1 ₃
A1 ₂ M1 ₃ O ₁₂ )) composition and the substitution element R2 of the core layer
The oscillation wavelength range of the slab-type waveguide / ridge-type waveguide / three-dimensional waveguide / embedded-type waveguide 1 / embedded-type waveguide 2 produced by using M2 and the minimum oscillation in the oscillation wavelength range. Indicates the threshold value. It was difficult to realize any slab type waveguide with the conventional bulk crystal material.
It oscillated at a low threshold value of W or less. Further, any of the ridge type waveguides and the three-dimensional waveguides oscillated at a low threshold value of 60 mW or less, which was difficult to realize with the conventional bulk crystal material. Further, any of the buried type waveguide 1 and the buried type waveguide 2 oscillated at a low threshold value of 50 mW or less, which was difficult to realize with the conventional bulk crystal material.

【００２９】 [0029]

【００３０】 [0030]

【００３１】[0031]

【実施例２】本実施例は、組成式Ｒ１₃Ａ１₂Ｍ１₃Ｏ₁₂
で表わされるガーネット単結晶基板上に、組成式Ｒ１
_3-xＲ２_xＡ１_2-yＦｅ_yＭ１_3-zＭ２_zＯ₁₂（０＜ｘ＜３，
０＜ｙ＜２，０＜ｚ＜３；Ｒ１，Ｒ２はＹ，Ｌａ，Ｃ
ｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈ
ｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕ，Ｂｉ，Ｂｅ，Ｍｇ，Ｃ
ａ，Ｓｒ，Ｂａを表わし、Ａ１はＡｌ，Ｇａ，Ｆｅ，Ｓ
ｃ，Ｇｅ，Ｓｉを表わし、Ｍ１，Ｍ２はＡｌ，Ｇａ，Ｆ
ｅ，Ｇｅ，Ｓｉ，Ｚｒを表わす）で表わされる薄膜を作
製し、本発明レーザ用ガーネット結晶スラブ型導波路を
作製したものである。さらに、コア層をリッジ加工した
リッジ型導波路、コア層の全部およびアンダークラッド
層の一部をリッジ状に加工した３次元導波路、リッジ型
導波路をコア層に対して低い屈折率の物質で埋め込みを
行なった埋め込み型導波路１および３次元導波路をコア
層に対して低い屈折率の物質で埋め込みを行なった埋め
込み型導波路２を作製した。Example 2 In this example, the composition formula R1 ₃ A1 ₂ M1 ₃ O _{12 was used.}
On the garnet single crystal substrate represented by
_3-x R2 _x A1 _2-y Fe _y M1 _3-z M2 _z O ₁₂ (0 <x <3
0 <y <2, 0 <z <3; R1, R2 are Y, La, C
e, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, H
o, Er, Tm, Yb, Lu, Bi, Be, Mg, C
a, Sr, Ba, A1 is Al, Ga, Fe, S
c, Ge, Si, M1, M2 are Al, Ga, F
A thin film represented by e, Ge, Si and Zr) is produced to produce a garnet crystal slab type waveguide for a laser of the present invention. Further, a ridge type waveguide in which the core layer is processed into a ridge, a three-dimensional waveguide in which the entire core layer and a part of the under cladding layer are processed into a ridge shape, and a material having a low refractive index with respect to the core layer in the ridge type waveguide A buried waveguide 1 and a three-dimensional waveguide, which were buried in, were buried in a core layer with a substance having a low refractive index to prepare a buried waveguide 2.

【００３２】置換元素は活性イオンにＶ²⁺を用い、価数
制御にはＧｅ，Ｚｒ，Ｓｉ等の４価のイオンで置換し、
屈折率上昇のためにＧａに対してはＦｅやＳｃで、Ａｌ
に対してはＧａで、Ｇｅに対してはＺｒで、Ｓｉに対し
てはＧｅで置換し、基板と膜の格子整合にＬｕあるいは
Ｍｇを用いた。レーザ発振特性は、図８に示した測定系
を用いて評価した。As the substituting element, V ²⁺ is used as an active ion, and tetravalent ions such as Ge, Zr and Si are substituted for controlling the valence,
Fe and Sc for Ga to increase the refractive index, Al
Was replaced by Ga, Ge by Zr, and Si by Ge, and Lu or Mg was used for lattice matching between the substrate and the film. The laser oscillation characteristics were evaluated using the measurement system shown in FIG.

【００３３】表２にアンダークラッド層（基板（Ｒ１₃
Ａ１₂Ｍ１₃Ｏ₁₂））の組成と、コア層の置換元素Ｒ２，
Ｍ２を用いて作製した本発明スラブ型導波路・リッジ型
導波路・３次元導波路・埋め込み型導波路１・埋め込み
型導波路２の発振波長範囲と、その発振波長範囲での最
小しきい値を示す。いずれのスラブ型導波路も従来のバ
ルク結晶材料では実現が困難であった７０ｍＷ以下の低
いしきい値で発振した。また、いずれのリッジ型導波路
および３次元導波路も従来のバルク結晶材料では実現が
困難であった６０ｍＷ以下の低いしきい値で発振した。
また、いずれの埋め込み型導波路１・埋め込み型導波路
２も従来のバルク結晶材料では実現が困難であった５０
ｍＷ以下の低いしきい値で発振した。Table 2 shows the under clad layer (substrate (R1 ₃
A1 ₂ M1 ₃ O ₁₂ )) composition and the substitution element R2 of the core layer
The oscillation wavelength range of the slab-type waveguide / ridge-type waveguide / three-dimensional waveguide / embedded-type waveguide 1 / embedded-type waveguide 2 produced using M2 and the minimum threshold value in the oscillation wavelength range Indicates. All of the slab waveguides oscillated at a low threshold value of 70 mW or less, which was difficult to realize with the conventional bulk crystal material. Further, any of the ridge type waveguides and the three-dimensional waveguides oscillated at a low threshold value of 60 mW or less, which was difficult to realize with the conventional bulk crystal material.
Moreover, it was difficult to realize any of the buried type waveguide 1 and the buried type waveguide 2 with the conventional bulk crystal material.
It oscillated at a low threshold value of mW or less.

【００３４】 [0034]

【００３５】 [0035]

【００３６】[0036]

【実施例３】本実施例は、組成式Ｒ１₃Ａ１₂Ｍ１₃Ｏ₁₂
で表わされるガーネット単結晶基板上に、組成式Ｒ１
_3-xＲ２_xＡ１_2-yＴｉ_yＭ１_3-zＭ２_zＯ₁₂（０＜ｘ＜３，
０＜ｙ＜２，０＜ｚ＜３；Ｒ１，Ｒ２はＹ，Ｌａ，Ｃ
ｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈ
ｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕ，Ｂｉ，Ｂｅ，Ｍｇ，Ｃ
ａ，Ｓｒ，Ｂａを表わし、Ａ１はＡｌ，Ｇａ，Ｆｅ，Ｓ
ｃ，Ｇｅ，Ｓｉを表わし、Ｍ１，Ｍ２はＡｌ，Ｇａ，Ｆ
ｅ，Ｓｃ，Ｇｅ，Ｓｉ，Ｚｒを表わす）で表わされる薄
膜を作製し、本発明レーザ用ガーネット結晶スラブ型導
波路を作製したものである。さらに、コア層をリッジ加
工したリッジ型導波路、コア層の全部およびアンダーク
ラッド層の一部をリッジ状に加工した３次元導波路、リ
ッジ型導波路および３次元導波路をコア層に対して低い
屈折率の物質で埋め込みを行なった埋め込み型導波路を
作製した。Example 3 In this example, the composition formula R1 ₃ A1 ₂ M1 ₃ O _{12 was used.}
On the garnet single crystal substrate represented by
_3-x R2 _x A1 _2-y Ti _y M1 _3-z M2 _z O ₁₂ (0 <x <3
0 <y <2, 0 <z <3; R1, R2 are Y, La, C
e, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, H
o, Er, Tm, Yb, Lu, Bi, Be, Mg, C
a, Sr, Ba, A1 is Al, Ga, Fe, S
c, Ge, Si, M1, M2 are Al, Ga, F
A thin film represented by e, Sc, Ge, Si, and Zr) is manufactured to manufacture a garnet crystal slab type waveguide for a laser of the present invention. Further, a ridge type waveguide in which the core layer is ridge processed, a three-dimensional waveguide in which the entire core layer and a part of the undercladding layer are processed in a ridge shape, a ridge type waveguide and a three-dimensional waveguide with respect to the core layer An embedded waveguide was fabricated by embedding a material with a low refractive index.

【００３７】置換元素は活性イオンにＴｉ³⁺を用い、屈
折率上昇のためにＧａに対してはＦｅやＳｃで、Ａｌに
対してはＧａで、Ｇｅに対してはＺｒで、Ｓｉに対して
はＧｅで置換し、基板と膜の格子整合にＬｕ，Ｍｇ，Ｂ
ｅを用いた。レーザ発振特性は、図８に示した測定系を
用いて評価した。As the substituting element, Ti ³⁺ is used as an active ion, and Fe and Sc are used for Ga to increase the refractive index, Ga is used for Al, Zr is used for Ge, and Si is used for Si. Is replaced by Ge, and Lu, Mg, B are used for lattice matching between the substrate and the film.
e was used. The laser oscillation characteristics were evaluated using the measurement system shown in FIG.

【００３８】表３にガーネット単結晶基板（Ｒ１₃Ａ１₂
Ｍ１₃Ｏ₁₂）の組成と、置換元素Ｒ２，Ｍ２を用いて作
製した本発明スラブ型導波路・リッジ型導波路・３次元
導波路・埋め込み型導波路１・埋め込み型導波路２の発
振波長範囲と、その発振波長範囲での最小しきい値を示
す。いずれのスラブ型導波路も従来のバルク結晶材料で
は実現が困難であった７０ｍＷ以下の低いしきい値で発
振した。また、いずれのリッジ型導波路も従来のバルク
結晶材料では実現が困難であった６０ｍＷ以下の低いし
きい値で発振した。また、いずれの３次元導波路・埋め
込み型導波路１・埋め込み型導波路２も従来のバルク結
晶材料では実現が困難であった５０ｍＷ以下の低いしき
い値で発振した。Table 3 shows the garnet single crystal substrate (R1 ₃ A1 ₂
M1 ₃ O ₁₂ ) composition and oscillation wavelengths of the slab type waveguide / ridge type waveguide / three-dimensional waveguide / embedded type waveguide 1 / embedded type waveguide 2 of the present invention produced by using the substitution elements R2 and M2 The range and the minimum threshold in the oscillation wavelength range are shown. All of the slab waveguides oscillated at a low threshold value of 70 mW or less, which was difficult to realize with the conventional bulk crystal material. Further, each of the ridge type waveguides oscillated at a low threshold value of 60 mW or less, which was difficult to realize with the conventional bulk crystal material. Further, any of the three-dimensional waveguide / embedded waveguide 1 / embedded waveguide 2 oscillated at a low threshold value of 50 mW or less, which was difficult to realize with the conventional bulk crystal material.

【００３９】 [0039]

【００４０】 [0040]

【００４１】[0041]

【実施例４】本実施例は、組成式Ｒ１₃Ａ１₂Ｍ１₃Ｏ₁₂
で表わされるガーネット単結晶基板上に、組成式Ｒ１
_3-xＲ２_xＡ１_2-yＦｅ_yＭ１_3-zＭ２_zＯ₁₂（０＜ｘ＜３，
０＜ｙ＜２，０＜ｚ＜３；Ｒ１，Ｒ２はＹ，Ｌａ，Ｃ
ｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈ
ｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕ，Ｂｉ，Ｂｅ，Ｍｇ，Ｃ
ａ，Ｓｒ，Ｂａを表わし、Ａ１はＡｌ，Ｇａ，Ｆｅ，Ｓ
ｃ，Ｇｅ，Ｓｉを表わし、Ｍ１，Ｍ２はＡｌ，Ｇａ，Ｆ
ｅ，Ｇｅ，Ｓｉ，Ｚｒを表わす）で表わされる薄膜を作
製し、本発明レーザ用ガーネット結晶スラブ型導波路を
作製したものである。さらに、コア層をリッジ加工した
リッジ型導波路、コア層の全部およびアンダークラッド
層の一部をリッジ状に加工した３次元導波路、リッジ型
導波路をコア層に対して低い屈折率の物質で埋め込みを
行なった埋め込み型導波路１および３次元導波路をコア
層に対して低い屈折率の物質で埋め込みを行なった埋め
込み型導波路２を作製した。Example 4 This example shows the composition formula R1 ₃ A1 ₂ M1 ₃ O ₁₂
On the garnet single crystal substrate represented by
_3-x R2 _x A1 _2-y Fe _y M1 _3-z M2 _z O ₁₂ (0 <x <3
0 <y <2, 0 <z <3; R1, R2 are Y, La, C
e, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, H
o, Er, Tm, Yb, Lu, Bi, Be, Mg, C
a, Sr, Ba, A1 is Al, Ga, Fe, S
c, Ge, Si, M1, M2 are Al, Ga, F
A thin film represented by e, Ge, Si and Zr) is produced to produce a garnet crystal slab type waveguide for a laser of the present invention. Further, a ridge type waveguide in which the core layer is processed into a ridge, a three-dimensional waveguide in which the entire core layer and a part of the under cladding layer are processed into a ridge shape, and a material having a low refractive index with respect to the core layer in the ridge type waveguide A buried waveguide 1 and a three-dimensional waveguide, which were buried in, were buried in a core layer with a substance having a low refractive index to prepare a buried waveguide 2.

【００４２】置換元素は活性イオンにＣｏ²⁺を用い、価
数制御にはＧｅ，Ｚｒ，Ｓｉ等の４価のイオンで置換
し、屈折率上昇のためにＧａに対してはＦｅやＳｃで、
Ａｌに対してはＧａで、Ｇｅに対してはＺｒで、Ｓｉに
対してはＧｅで置換し、基板と膜の格子整合にＬｕある
いはＭｇを用いた。レーザ発振特性は、図８に示した測
定系を用いて評価した。As the substituting element, Co ²⁺ is used as an active ion, and tetravalent ions such as Ge, Zr and Si are substituted for controlling the valence, and Fe or Sc is used for Ga to increase the refractive index. ,
Ga was substituted for Al, Zr was substituted for Ge, and Ge was substituted for Si, and Lu or Mg was used for lattice matching between the substrate and the film. The laser oscillation characteristics were evaluated using the measurement system shown in FIG.

【００４３】表４にアンダークラッド層（基板（Ｒ１₃
Ａ１₂Ｍ１₃Ｏ₁₂））の組成と、コア層の置換元素Ｒ２，
Ｍ２を用いて作製した本発明スラブ型導波路・リッジ型
導波路・３次元導波路・埋め込み型導波路１・埋め込み
型導波路２の発振波長範囲と、その発振波長範囲での最
小しきい値を示す。いずれのスラブ型導波路も従来のバ
ルク結晶材料では実現が困難であった７０ｍＷ以下の低
いしきい値で発振した。また、いずれのリッジ型導波路
および３次元導波路も従来のバルク結晶材料では実現が
困難であった６０ｍＷ以下の低いしきい値で発振した。
また、いずれの埋め込み型導波路１・埋め込み型導波路
２も従来のバルク結晶材料では実現が困難であった５０
ｍＷ以下の低いしきい値で発振した。Table 4 shows the under clad layer (substrate (R1 ₃
A1 ₂ M1 ₃ O ₁₂ )) composition and the substitution element R2 of the core layer
The oscillation wavelength range of the slab-type waveguide / ridge-type waveguide / three-dimensional waveguide / embedded-type waveguide 1 / embedded-type waveguide 2 produced using M2 and the minimum threshold value in the oscillation wavelength range Indicates. All of the slab waveguides oscillated at a low threshold value of 70 mW or less, which was difficult to realize with the conventional bulk crystal material. Further, any of the ridge type waveguides and the three-dimensional waveguides oscillated at a low threshold value of 60 mW or less, which was difficult to realize with the conventional bulk crystal material.
Moreover, it was difficult to realize any of the buried type waveguide 1 and the buried type waveguide 2 with the conventional bulk crystal material.
It oscillated at a low threshold value of mW or less.

【００４４】 [0044]

【００４５】 [0045]

【００４６】[0046]

【実施例５】本実施例は、組成式Ｒ１₃Ａ１₂Ｍ１₃Ｏ₁₂
で表わされるガーネット単結晶基板上に、組成式Ｒ１
_3-xＲ２_xＡ１_2-yＦｅ_yＭ１_3-zＭ２_zＯ₁₂（０＜ｘ＜３，
０＜ｙ＜２，０＜ｚ＜３；Ｒ１，Ｒ２はＹ，Ｌａ，Ｃ
ｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈ
ｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕ，Ｂｉ，Ｂｅ，Ｍｇ，Ｃ
ａ，Ｓｒ，Ｂａを表わし、Ａ１はＡｌ，Ｇａ，Ｆｅ，Ｓ
ｃ，Ｇｅ，Ｓｉを表わし、Ｍ１，Ｍ２はＡｌ，Ｇａ，Ｆ
ｅ，Ｇｅ，Ｓｉ，Ｚｒを表わす）で表わされる薄膜を作
製し、本発明レーザ用ガーネット結晶スラブ型導波路を
作製したものである。さらに、コア層をリッジ加工した
リッジ型導波路、コア層の全部およびアンダークラッド
層の一部をリッジ状に加工した３次元導波路、リッジ型
導波路をコア層に対して低い屈折率の物質で埋め込みを
行なった埋め込み型導波路１および３次元導波路をコア
層に対して低い屈折率の物質で埋め込みを行なった埋め
込み型導波路２を作製した。[Embodiment 5] In this embodiment, the composition formula R1 ₃ A1 ₂ M1 ₃ O _{12 is used.}
On the garnet single crystal substrate represented by
_3-x R2 _x A1 _2-y Fe _y M1 _3-z M2 _z O ₁₂ (0 <x <3
0 <y <2, 0 <z <3; R1, R2 are Y, La, C
e, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, H
o, Er, Tm, Yb, Lu, Bi, Be, Mg, C
a, Sr, Ba, A1 is Al, Ga, Fe, S
c, Ge, Si, M1, M2 are Al, Ga, F
A thin film represented by e, Ge, Si and Zr) is produced to produce a garnet crystal slab type waveguide for a laser of the present invention. Further, a ridge-type waveguide in which the core layer is processed into a ridge, a three-dimensional waveguide in which the entire core layer and a part of the underclad layer are processed into a ridge shape, and a material having a low refractive index with respect to the core layer in the ridge-type waveguide A buried waveguide 1 and a three-dimensional waveguide, which were buried in, were buried in a core layer with a substance having a low refractive index to prepare a buried waveguide 2.

【００４７】置換元素は活性イオンにＮｉ²⁺を用い、価
数制御にはＧｅ，Ｚｒ，Ｓｉ等の４価のイオンで置換
し、屈折率上昇のためにＧａに対してはＦｅやＳｃで、
Ａｌに対してはＧａで、Ｇｅに対してはＺｒで、Ｓｉに
対してはＧｅで置換し、基板と膜の格子整合にＬｕある
いはＭｇを用いた。レーザ発振特性は、図８に示した測
定系を用いて評価した。Ni ²⁺ was used as a substituting element, and tetravalent ions such as Ge, Zr, and Si were used to control the valence, and Fe and Sc were used for Ga to increase the refractive index. ,
Ga was substituted for Al, Zr was substituted for Ge, and Ge was substituted for Si, and Lu or Mg was used for lattice matching between the substrate and the film. The laser oscillation characteristics were evaluated using the measurement system shown in FIG.

【００４８】表５にアンダークラッド層（基板（Ｒ１₃
Ａ１₂Ｍ１₃Ｏ₁₂））の組成と、コア層の置換元素Ｒ２，
Ｍ２を用いて作製した本発明スラブ型導波路・リッジ型
導波路・３次元導波路・埋め込み型導波路１・埋め込み
型導波路２の発振波長範囲と、その発振波長範囲での最
小しきい値を示す。いずれのスラブ型導波路も従来のバ
ルク結晶材料では実現が困難であった７０ｍＷ以下の低
いしきい値で発振した。また、いずれのリッジ型導波路
および３次元導波路も従来のバルク結晶材料では実現が
困難であった６０ｍＷ以下の低いしきい値で発振した。
また、いずれの埋め込み型導波路１・埋め込み型導波路
２も従来のバルク結晶材料では実現が困難であった５０
ｍＷ以下の低いしきい値で発振した。Table 5 shows the under clad layer (substrate (R1 ₃
A1 ₂ M1 ₃ O ₁₂ )) composition and the substitution element R2 of the core layer
The oscillation wavelength range of the slab-type waveguide / ridge-type waveguide / three-dimensional waveguide / embedded-type waveguide 1 / embedded-type waveguide 2 produced using M2 and the minimum threshold value in the oscillation wavelength range Indicates. All of the slab waveguides oscillated at a low threshold value of 70 mW or less, which was difficult to realize with the conventional bulk crystal material. Further, any of the ridge type waveguides and the three-dimensional waveguides oscillated at a low threshold value of 60 mW or less, which was difficult to realize with the conventional bulk crystal material.
Moreover, it was difficult to realize any of the buried type waveguide 1 and the buried type waveguide 2 with the conventional bulk crystal material.
It oscillated at a low threshold value of mW or less.

【００４９】 [0049]

【００５０】 [0050]

【００５１】[0051]

【実施例６】本実施例は、組成式Ｒ１₃Ａ１₂Ｍ１₃Ｏ₁₂
で表わされるガーネット単結晶基板上に、組成式Ｒ１
_3-xＲ２_xＡ１_2-yＦｅ_yＭ１_3-zＭ２_zＯ₁₂（０＜ｘ＜３，
０＜ｙ＜２，０＜ｚ＜３；Ｒ１，Ｒ２はＹ，Ｌａ，Ｃ
ｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈ
ｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕ，Ｂｉ，Ｂｅ，Ｍｇ，Ｃ
ａ，Ｓｒ，Ｂａを表わし、Ａ１はＡｌ，Ｇａ，Ｆｅ，Ｓ
ｃ，Ｇｅ，Ｓｉを表わし、Ｍ１，Ｍ２はＡｌ，Ｇａ，Ｆ
ｅ，Ｇｅ，Ｓｉ，Ｚｒを表わす）で表わされる薄膜を作
製し、本発明レーザ用ガーネット結晶スラブ型導波路を
作製したものである。さらに、コア層をリッジ加工した
リッジ型導波路、コア層の全部およびアンダークラッド
層の一部をリッジ状に加工した３次元導波路、リッジ型
導波路をコア層に対して低い屈折率の物質で埋め込みを
行なった埋め込み型導波路１および３次元導波路をコア
層に対して低い屈折率の物質で埋め込みを行なった埋め
込み型導波路２を作製した。Example 6 In this example, the composition formula R1 ₃ A1 ₂ M1 ₃ O _{12 was used.}
On the garnet single crystal substrate represented by
_3-x R2 _x A1 _2-y Fe _y M1 _3-z M2 _z O ₁₂ (0 <x <3
0 <y <2, 0 <z <3; R1, R2 are Y, La, C
e, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, H
o, Er, Tm, Yb, Lu, Bi, Be, Mg, C
a, Sr, Ba, A1 is Al, Ga, Fe, S
c, Ge, Si, M1, M2 are Al, Ga, F
A thin film represented by e, Ge, Si and Zr) is produced to produce a garnet crystal slab type waveguide for a laser of the present invention. Further, a ridge-type waveguide in which the core layer is processed into a ridge, a three-dimensional waveguide in which the entire core layer and a part of the underclad layer are processed into a ridge shape, and a material having a low refractive index with respect to the core layer in the ridge-type waveguide A buried waveguide 1 and a three-dimensional waveguide, which were buried in, were buried in a core layer with a substance having a low refractive index to prepare a buried waveguide 2.

【００５２】置換元素は活性イオンにＭｎ²⁺を用い、価
数制御にはＧｅ，Ｚｒ，Ｓｉ等の４価のイオンで置換
し、屈折率上昇のためにＧａに対してはＦｅやＳｃで、
Ａｌに対してはＧａで、Ｇｅに対してはＺｒで、Ｓｉに
対してはＧｅで置換し、基板と膜の格子整合にＬｕある
いはＭｇを用いた。レーザ発振特性は、図８に示した測
定系を用いて評価した。As the substituting element, Mn ²⁺ is used as an active ion, and tetravalent ions such as Ge, Zr and Si are substituted for controlling the valence, and Fe and Sc are used for Ga to increase the refractive index. ,
Ga was substituted for Al, Zr was substituted for Ge, and Ge was substituted for Si, and Lu or Mg was used for lattice matching between the substrate and the film. The laser oscillation characteristics were evaluated using the measurement system shown in FIG.

【００５３】表６にアンダークラッド層（基板（Ｒ１₃
Ａ１₂Ｍ１₃Ｏ₁₂））の組成と、コア層の置換元素Ｒ２，
Ｍ２を用いて作製した本発明スラブ型導波路・リッジ型
導波路・３次元導波路・埋め込み型導波路１・埋め込み
型導波路２の発振波長範囲と、その発振波長範囲での最
小しきい値を示す。いずれのスラブ型導波路も従来のバ
ルク結晶材料では実現が困難であった７０ｍＷ以下の低
いしきい値で発振した。また、いずれのリッジ型導波路
および３次元導波路も従来のバルク結晶材料では実現が
困難であった６０ｍＷ以下の低いしきい値で発振した。
また、いずれの埋め込み型導波路１・埋め込み型導波路
２も従来のバルク結晶材料では実現が困難であった５０
ｍＷ以下の低いしきい値で発振した。Table 6 shows the under clad layer (substrate (R1 ₃
A1 ₂ M1 ₃ O ₁₂ )) composition and the substitution element R2 of the core layer
The oscillation wavelength range of the slab-type waveguide / ridge-type waveguide / three-dimensional waveguide / embedded-type waveguide 1 / embedded-type waveguide 2 produced using M2 and the minimum threshold value in the oscillation wavelength range Indicates. All of the slab waveguides oscillated at a low threshold value of 70 mW or less, which was difficult to realize with the conventional bulk crystal material. Further, any of the ridge type waveguides and the three-dimensional waveguides oscillated at a low threshold value of 60 mW or less, which was difficult to realize with the conventional bulk crystal material.
Moreover, it was difficult to realize any of the buried type waveguide 1 and the buried type waveguide 2 with the conventional bulk crystal material.
It oscillated at a low threshold value of mW or less.

【００５４】 [0054]

【００５５】 [0055]

【００５６】[0056]

【実施例７】本実施例は、組成式Ｒ１₃Ａ１₂Ｍ１₃Ｏ₁₂
で表わされるガーネット単結晶基板上に、組成式Ｒ１
_3-xＲ２_xＡ１_2-yＴｉ_yＭ１_3-zＭ２_zＯ₁₂（０＜ｘ＜３，
０＜ｙ＜２，０＜ｚ＜３；Ｒ１，Ｒ２はＹ，Ｌａ，Ｃ
ｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈ
ｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕ，Ｂｉ，Ｂｅ，Ｍｇ，Ｃ
ａ，Ｓｒ，Ｂａを表わし、Ａ１はＡｌ，Ｇａ，Ｆｅ，Ｓ
ｃ，Ｇｅ，Ｓｉを表わし、Ｍ１，Ｍ２はＡｌ，Ｇａ，Ｆ
ｅ，Ｓｃ，Ｇｅ，Ｓｉ，Ｚｒを表わす）で表わされる薄
膜を作製し、本発明レーザ用ガーネット結晶スラブ型導
波路を作製したものである。さらに、コア層をリッジ加
工したリッジ型導波路、コア層の全部およびアンダーク
ラッド層の一部をリッジ状に加工した３次元導波路、リ
ッジ型導波路および３次元導波路をコア層に対して低い
屈折率の物質で埋め込みを行なった埋め込み型導波路を
作製した。Example 7 This example shows the composition formula R1 ₃ A1 ₂ M1 ₃ O ₁₂
On the garnet single crystal substrate represented by
_3-x R2 _x A1 _2-y Ti _y M1 _3-z M2 _z O ₁₂ (0 <x <3
0 <y <2, 0 <z <3; R1, R2 are Y, La, C
e, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, H
o, Er, Tm, Yb, Lu, Bi, Be, Mg, C
a, Sr, Ba, A1 is Al, Ga, Fe, S
c, Ge, Si, M1, M2 are Al, Ga, F
A thin film represented by e, Sc, Ge, Si, and Zr) is manufactured to manufacture a garnet crystal slab type waveguide for a laser of the present invention. Further, a ridge type waveguide in which the core layer is ridge processed, a three-dimensional waveguide in which the entire core layer and a part of the undercladding layer are processed in a ridge shape, a ridge type waveguide and a three-dimensional waveguide with respect to the core layer An embedded waveguide was fabricated by embedding a material with a low refractive index.

【００５７】置換元素は活性イオンにＣｒ³⁺を用い、屈
折率上昇のためにＧａに対してはＦｅやＳｃで、Ａｌに
対してはＧａで、Ｇｅに対してはＺｒで、Ｓｉに対して
はＧｅで置換し、基板と膜の格子整合にＬｕ，Ｍｇ，Ｂ
ｅを用いた。レーザ発振特性は、図８に示した測定系を
用いて評価した。As the substituting element, Cr ³⁺ is used as the active ion, and Fe and Sc are used for Ga to increase the refractive index, Ga is used for Al, Zr is used for Ge, and Si is used for Si. Is replaced by Ge, and Lu, Mg, B are used for lattice matching between the substrate and the film.
e was used. The laser oscillation characteristics were evaluated using the measurement system shown in FIG.

【００５８】表７にガーネット単結晶基板（Ｒ１₃Ａ１₂
Ｍ１₃Ｏ₁₂）の組成と、置換元素Ｒ２，Ｍ２を用いて作
製した本発明スラブ型導波路・リッジ型導波路・３次元
導波路・埋め込み型導波路１・埋め込み型導波路２の発
振波長範囲と、その発振波長範囲での最小しきい値を示
す。いずれのスラブ型導波路も従来のバルク結晶材料で
は実現が困難であった７０ｍＷ以下の低いしきい値で発
振した。また、いずれのリッジ型導波路も従来のバルク
結晶材料では実現が困難であった６０ｍＷ以下の低いし
きい値で発振した。また、いずれの３次元導波路・埋め
込み型導波路１・埋め込み型導波路２も従来のバルク結
晶材料では実現が困難であった５０ｍＷ以下の低いしき
い値で発振した。Table 7 shows the garnet single crystal substrate (R1 ₃ A1 ₂
M1 ₃ O ₁₂ ) composition and oscillation wavelengths of the slab type waveguide / ridge type waveguide / three-dimensional waveguide / embedded type waveguide 1 / embedded type waveguide 2 of the present invention produced by using the substitution elements R2 and M2 The range and the minimum threshold in the oscillation wavelength range are shown. All of the slab waveguides oscillated at a low threshold value of 70 mW or less, which was difficult to realize with the conventional bulk crystal material. Further, each of the ridge type waveguides oscillated at a low threshold value of 60 mW or less, which was difficult to realize with the conventional bulk crystal material. Further, any of the three-dimensional waveguide / embedded waveguide 1 / embedded waveguide 2 oscillated at a low threshold value of 50 mW or less, which was difficult to realize with the conventional bulk crystal material.

【００５９】 [0059]

【００６０】 [0060]

【００６１】[0061]

【実施例８】本実施例は、組成式Ｒ１₃Ａ１₂Ｍ１₃Ｏ₁₂
で表わされるガーネット単結晶基板上に、組成式Ｒ１
_3-xＲ２_xＡ１_2-yＣｒ_yＭ１_3-zＭ２_zＯ₁₂（０＜ｘ＜３，
０＜ｙ＜２，０＜ｚ＜３；Ｒ１，Ｒ２はＹ，Ｌａ，Ｃ
ｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈ
ｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕ，Ｂｉ，Ｂｅ，Ｃａ，Ｓ
ｒ，Ｍｇ，Ｂａを表わし、Ａ１はＡｌ，Ｇａ，Ｆｅ，Ｓ
ｃ，Ｇｅ，Ｓｉを表わし、Ｍ１，Ｍ２はＡｌ，Ｇａ，Ｆ
ｅ，Ｓｃ，Ｇｅ，Ｓｉ，Ｚｒを表わす）で表わされる薄
膜を作製し、本発明レーザ用ガーネット結晶スラブ型導
波路を作製したものである。さらに、コア層をリッジ加
工したリッジ型導波路、コア層の全部およびアンダーク
ラッド層の一部をリッジ状に加工した３次元導波路、リ
ッジ型導波路および３次元導波路をコア層に対して低い
屈折率の物質で埋め込みを行なった埋め込み型導波路を
作製した。Example 8 In this example, the composition formula R1 ₃ A1 ₂ M1 ₃ O _{12 was used.}
On the garnet single crystal substrate represented by
_{3-x R2 x A1 2-} y Cr y M1 3-z M2 z O 12 (0 <x <3,
0 <y <2, 0 <z <3; R1, R2 are Y, La, C
e, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, H
o, Er, Tm, Yb, Lu, Bi, Be, Ca, S
r, Mg, Ba, A1 is Al, Ga, Fe, S
c, Ge, Si, M1, M2 are Al, Ga, F
A thin film represented by e, Sc, Ge, Si, and Zr) is manufactured to manufacture a garnet crystal slab type waveguide for a laser of the present invention. Further, a ridge type waveguide in which the core layer is ridge processed, a three-dimensional waveguide in which the entire core layer and a part of the undercladding layer are processed in a ridge shape, a ridge type waveguide and a three-dimensional waveguide with respect to the core layer An embedded waveguide was fabricated by embedding a material with a low refractive index.

【００６２】置換元素は活性イオンにＣｒ⁴⁺を用い、価
数制御にはＲ１の一部をＢｅ，Ｍｇ，Ｃａ等の２価のイ
オンで置換するかあるいはＭ１がＧｅ，Ｓｉなど４価の
ものに対してはその一部を３価を有するＧａ³⁺で置換
し、屈折率上昇のためにＧａに対してはＦｅやＳｃで、
Ａｌに対してはＧａで、Ｇｅに対してはＺｒで、Ｓｉに
対してはＧｅで置換し、基板と膜の格子整合にＬｕ，Ｂ
ｅ，Ｍｇを用いた。レーザ発振特性は、図８に示した測
定系を用いて評価した。As the substituting element, Cr ⁴⁺ is used as an active ion, and a part of R1 is replaced with a divalent ion such as Be, Mg, or Ca for controlling the valence, or M1 is tetravalent such as Ge or Si. Some of them are substituted with Ga ³⁺ having a valence of ³ , and Fe and Sc are added to Ga for increasing the refractive index.
Ga for Al, Zr for Ge, Ge for Si, and Lu, B for lattice matching between the substrate and the film.
e and Mg were used. The laser oscillation characteristics were evaluated using the measurement system shown in FIG.

【００６３】表８にガーネット単結晶基板（Ｒ１₃Ａ１₂
Ｍ１₃Ｏ₁₂）の組成と、置換元素Ｒ２，Ｍ２を用いて作
製した本発明のスラブ型導波路・リッジ型導波路・３次
元導波路・埋め込み型導波路１・埋め込み型導波路２の
発振波長範囲と、その発振波長範囲での最小しきい値を
示す。いずれのスラブ型導波路も従来のバルク結晶材料
では実現が困難であった７０ｍＷ以下の低いしきい値で
発振した。また、いずれのリッジ型導波路も従来のバル
ク結晶材料では実現が困難であった６０ｍＷ以下の低い
しきい値で発振した。また、いずれの３次元導波路・埋
め込み型導波路１・埋め込み型導波路２も従来のバルク
結晶材料では実現が困難であった５０ｍＷ以下の低いし
きい値で発振した。Table 8 shows the garnet single crystal substrate (R1 ₃ A1 ₂
Oscillation of the slab-type waveguide / ridge-type waveguide / three-dimensional waveguide / embedded-type waveguide 1 / embedded-type waveguide 2 of the present invention produced by using the composition of M1 ₃ O ₁₂ ) and the substitution elements R2 and M2. The wavelength range and the minimum threshold in the oscillation wavelength range are shown. All of the slab waveguides oscillated at a low threshold value of 70 mW or less, which was difficult to realize with the conventional bulk crystal material. Further, each of the ridge type waveguides oscillated at a low threshold value of 60 mW or less, which was difficult to realize with the conventional bulk crystal material. Further, any of the three-dimensional waveguide / embedded waveguide 1 / embedded waveguide 2 oscillated at a low threshold value of 50 mW or less, which was difficult to realize with the conventional bulk crystal material.

【００６４】 [0064]

【００６５】 [0065]

【００６６】[0066]

【発明の効果】以上説明したように、波長可変レーザ結
晶を導波路にすることによって、低しきい値で室温発振
することが可能となった。このため、励起光源も、従来
のようなエキシマレーザや色素レーザなどの大型レーザ
を用いる必要がなくなり、半導体レーザで十分励起する
ことが可能となった。さらには、共振器を工夫すること
により、全体を小型化することも可能となり、集積化へ
の道が開けた。As described above, by using a wavelength tunable laser crystal as a waveguide, it becomes possible to oscillate at room temperature with a low threshold value. Therefore, it is no longer necessary to use a large laser such as an excimer laser or a dye laser as an excitation light source, and it is possible to sufficiently excite with a semiconductor laser. Furthermore, by devising the resonator, it became possible to reduce the size of the whole, which opened the way for integration.

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

【図１】本発明のスラブ型導波路の斜視図。FIG. 1 is a perspective view of a slab type waveguide according to the present invention.

【図２】本発明のリッジ型導波路の斜視図。FIG. 2 is a perspective view of a ridge-type waveguide of the present invention.

【図３】本発明の３次元導波路の斜視図。FIG. 3 is a perspective view of a three-dimensional waveguide of the present invention.

【図４】本発明の埋め込み型導波路１の斜視図。FIG. 4 is a perspective view of an embedded waveguide 1 of the present invention.

【図５】本発明の埋め込み型導波路２の斜視図。FIG. 5 is a perspective view of an embedded waveguide 2 of the present invention.

【図６】本発明のスラブ型導波路内で起こる現象を断面
図として示した図。FIG. 6 is a sectional view showing a phenomenon that occurs in the slab type waveguide of the present invention.

【図７】従来のバルク型波長可変レーザロッドを示す
図。FIG. 7 is a view showing a conventional bulk type tunable laser rod.

【図８】従来のバルク型波長可変レーザおよび本発明の
各種導波路型波長可変レーザの発振実験に用いた系を示
す図。FIG. 8 is a diagram showing a system used for oscillation experiments of a conventional bulk type tunable laser and various waveguide type tunable lasers of the present invention.

【図９】従来技術のバルク型レーザロッド内で起こる現
象を断面図として示した図。FIG. 9 is a cross-sectional view showing a phenomenon that occurs in a bulk-type laser rod according to the related art.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１１ コア層 １２ アンダークラッド層（ガーネット単結晶基
板） ２１ コア層 ２２ アンダークラッド層（ガーネット単結晶基
板） ３１ コア層 ３２ アンダークラッド層（ガーネット単結晶基
板） ４１ コア層 ４２ アンダークラッド層（ガーネット単結晶基
板） ４３ オーバークラッド層 ５１ コア層 ５２ アンダークラッド層（ガーネット単結晶基
板） ５３ オーバークラッド層 ６１ コア層 ６２ アンダークラッド層（ガーネット単結晶基
板） ６３ 空気 ６４ 励起入射光 ６５ 励起導波モード光 ６６ 励起放射モード光 ６７ 活性元素 ６８ 導波モードの自然放出光 ７１ レーザロッド ８１ レーザロッド及び各種導波路 ８２ 固定型反射鏡 ８３ 回転型反射鏡 ８４ プリズム ８５ ダイクロイックミラー ８６ 励起光 ８７ レーザ発振光 ８８ 凸レンズ ８９ 凸レンズ ９１ レーザロッド ９２ 励起入射光 ９３ 活性元素 ９４ 活性元素 ９８ 活性元素 ９７ 導波モードの自然放出光 ８９ 放射モードの自然放出光 ９５ 伝達するエネルギー11 core layer 12 underclad layer (garnet single crystal substrate) 21 core layer 22 underclad layer (garnet single crystal substrate) 31 core layer 32 underclad layer (garnet single crystal substrate) 41 core layer 42 underclad layer (garnet single crystal) Substrate) 43 Overclad layer 51 Core layer 52 Underclad layer (Garnet single crystal substrate) 53 Overclad layer 61 Core layer 62 Underclad layer (Garnet single crystal substrate) 63 Air 64 Excited incident light 65 Excited guided mode light 66 Excitation Radiation mode light 67 Active element 68 Spontaneous emission light of guided mode 71 Laser rod 81 Laser rod and various waveguides 82 Fixed reflecting mirror 83 Rotating reflecting mirror 84 Prism 85 Dichroic mirror 86 Excitation light 87 Laser oscillation light 88 Convex ray 'S 89 convex lens 91 the laser rod 92 pumped incident light 93 active element 94 active element 98 active element 97 spontaneously emitted light 95 energy transmission of the spontaneous emission light 89 a radiation mode of the guided mode

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 雄二郎 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 (72) Inventor Yujiro Kato 1-1-6 Uchisaiwaicho, Chiyoda-ku, Tokyo Nihon Telegraph and Telephone Corporation

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】組成式がＲ１₃Ａ１₂Ｍ１₃Ｏ₁₂で表現され
るガーネット結晶基板からなるアンダークラッド層上
に、組成式がＲ１_3-xＲ２_xＡ１_2-yＡ２_yＭ１_3-zＭ２_zＯ
₁₂で表現される組成を有し、かつアンダークラッド層よ
りも屈折率が高い置換型ガーネット結晶からなるコア層
を設置した構成を特徴とするガーネット結晶導波路（た
だし０＜ｘ、ｚ＜３、０＜ｙ＜２；Ｒ１，Ｒ２はＹ，Ｌ
ａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄ
ｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕ，Ｂｉ，Ｂｅ，Ｍ
ｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａの中から選ばれた１種以上の元素
を任意に組み合わせた元素の組を表わし、Ａ１，Ａ２は
Ａｌ，Ｇａ，Ｆｅ，Ｓｃ，Ｇｅ，Ｓｉの中から選ばれた
１種以上を任意に組み合わせたものを表わし、Ｍ１はＡ
ｌ，Ｇａ，Ｆｅ，Ｇｅ，Ｓｉの中から選ばれた１種以上
を任意に組み合わせたものを表わし、Ｍ２は鉄族（Ｔ
ｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ）、ある
いはパラジウム族（Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐ
ｂ，Ａｇ）、あるいは白金族（Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，
Ｏｓ，Ｉｒ，Ｐｔ，Ａｕ）、あるいはIIｂ族（Ｚｎ，Ｃ
ｄ，Ｈｇ）の中の１種以上の元素を任意に組み合わせた
ものを表わす）。1. A composition formula of R1 _3-x R2 _x A1 _2-y A2 _y M1 _3-z on an underclad layer made of a garnet crystal substrate represented by a composition formula of R1 ₃ A1 ₂ M1 ₃ O _12. M2 _z O
A garnet crystal waveguide (where 0 <x, z <3, characterized in that a core layer made of a substitutional garnet crystal having a composition represented by ₁₂ and having a higher refractive index than the underclad layer is provided. 0 <y <2; R1 and R2 are Y and L
a, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, D
y, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Bi, Be, M
represents a set of elements in which one or more elements selected from g, Ca, Sr, and Ba are arbitrarily combined, and A1 and A2 are selected from Al, Ga, Fe, Sc, Ge, and Si. Represents any combination of one or more, and M1 is A
It represents a combination of one or more selected from 1, Ga, Fe, Ge and Si, and M2 is an iron group (T
i, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu), or palladium group (Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, P)
b, Ag) or platinum group (Hf, Ta, W, Re,
Os, Ir, Pt, Au) or IIb group (Zn, C)
d, Hg) represents an arbitrary combination of one or more elements). 【請求項２】スラブ型であることを特徴とする請求項１
に記載のガーネット結晶導波路。2. A slab type slab type.
The garnet crystal waveguide according to 1. 【請求項３】リッジ型であることを特徴とする請求項１
に記載のガーネット結晶導波路。3. A ridge type structure.
The garnet crystal waveguide according to 1. 【請求項４】３次元型であることを特徴とする請求項１
に記載のガーネット結晶導波路。4. The three-dimensional type according to claim 1,
The garnet crystal waveguide according to 1. 【請求項５】アンダークラッド層と同じ組成を有する結
晶材料またはコア層より低い屈折率を有する高分子材料
からなる埋め込み層を形成した構成を特徴とする請求項
２記載のガーネット結晶導波路。5. The garnet crystal waveguide according to claim 2, wherein a buried layer made of a crystalline material having the same composition as that of the under cladding layer or a polymeric material having a lower refractive index than that of the core layer is formed. 【請求項６】アンダークラッド層と同じ組成を有する結
晶材料またはコア層より低い屈折率を有する高分子材料
からなる埋め込み層を形成した構成を特徴とする請求項
３または４記載のガーネット結晶導波路。6. A garnet crystal waveguide according to claim 3, wherein a buried layer made of a crystalline material having the same composition as that of the under cladding layer or a polymeric material having a lower refractive index than that of the core layer is formed. .