(57)【要約】【課題】信号光を励起光で増幅する導波路型光増幅器において、信号光の出射面でのスポット径を小さくするとともに励起光の光量を増やして信号光の増幅率を高める。【解決手段】基板２上に信号光が導波される第一光導波路３と励起光が導波される第二光導波路４とを形成し、第一光導波路３と第二光導波路４とが重なり合う重なり部８を形成し、少なくともこの重なり部８に励起光により活性化されて信号光を増幅する活性ドーパントをドープする。第二光導波路４の励起光の導波方向と直交する方向の空間強度分布を、第一光導波路３の信号光の導波方向と直交する方向の空間強度分布より大きく設定する。これにより、信号光の出射面でのスポット径を大きくすることなく励起光の光量を増やすことができ、信号光の精度を維持しつつ信号光の増幅率を高めることができる。【選択図】    図２
2004288773.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に設けられ、信号光出射部から出射された信号光が導波される第一光導波路と、
前記基板上に設けられ、励起光出射部から出射された励起光が導波される第二光導波路と、
を有し、
前記第一光導波路の屈折率が前記第二光導波路の屈折率より大きく設定され、
前記第一光導波路と前記第二光導波路とが少なくとも一部に重なり部を有して少なくともこの重なり部に前記励起光により光学的に活性化される活性ドーパントがドープされ、
前記第二光導波路の前記励起光の導波方向と直交する方向の空間強度分布が前記第一光導波路の前記信号光の導波方向と直交する方向の空間強度分布より大きく設定されている導波路型光増幅器。
【請求項２】
前記第二光導波路中の前記活性ドーパントは、前記重なり部にのみ設けられている請求項１記載の導波路型光増幅器。
【請求項３】
前記第二光導波路中に前記活性ドーパントがドープされ、前記第一光導波路中には前記活性ドーパントがドープされていない請求項１記載の導波路型光増幅器。
【請求項４】
前記第一光導波路中の前記活性ドーパントの濃度が前記第二光導波路中の前記活性ドーパントの濃度より高く設定されるとともに、この活性ドーパントの濃度により前記第一光導波路の屈折率が前記第二光導波路中の屈折率より高く設定されている請求項１記載の導波路型光増幅器。
【請求項５】
前記第二光導波路に比べて屈折率が大きく設定された前記第一光導波路は、前記活性ドーパントに加えて高屈折率を生じさせるドーパントを含んでいる請求項１記載の導波路型光増幅器。
【請求項６】
前記重なり部における前記信号光と前記励起光とが出射される部位に前記励起光を透過させずに前記信号光のみを透過させるフィルタが設けられている請求項１ないし５のいずれか一記載の導波路型光増幅器。
【請求項７】
前記第一光導波路と前記第二光導波路とは、前記信号光と前記励起光との導波方向に沿った前記重なり部より下流側において前記第一光導波路と前記第二光導波路とに分離され、分離された後の前記第一光導波路における前記信号光が出射される部位に前記励起光を透過させずに前記信号光のみを透過させるフィルタが設けられている請求項１ないし５のいずれか一記載の導波路型光増幅器。
【請求項８】
前記第二光導波路が複数設けられ、複数の前記第二光導波路が前記重なり部で合流されている請求項１ないし５のいずれか一記載の導波路型光増幅器。
【請求項９】
前記励起光の導波方向に沿った前記重なり部の上流側に複数の前記第二光導波路が設けられ、前記励起光の導波方向に沿った重なり部の下流側において前記第一光導波路と前記第二光導波路とに分離されている請求項１ないし５のいずれか一記載の導波路型光増幅器。
【請求項１０】
前記第二光導波路は、平面型に形成されている請求項１ないし５のいずれか一記載の導波路型光増幅器。
【請求項１１】
前記信号光の導波方向に沿った前記重なり部の上流側にそれぞれ前記信号光出射部から出射された信号光が導波される複数の前記第一光導波路が設けられ、複数の前記第一光導波路が前記重なり部の上流側で合流されている請求項６ないし１０のいずれか一記載の導波路型光増幅器。
【請求項１２】
前記重なり部に、前記励起光を導波させずに前記信号光を導波させるフィルタが設けられている請求項１ないし１１のいずれか一記載の導波路型光増幅器。
【請求項１３】
前記第一光導波路又は前記重なり部における前記信号光が入射又は出射される部位に前記信号光に対する無反射コーティング膜が設けられている請求項１ないし１２のいずれか一記載の導波路型光増幅器。
【請求項１４】
前記基板が酸化物またはフッ化物により形成され、前記活性ドーパントとしてＣｒまたはＴｉが用いられている請求項１ないし１３のいずれか一記載の導波路型光増幅器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導波路型光増幅器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、励起光を用いて信号光を増幅するようにした導波路型光増幅器について、様々な発明が提案され、又は、実用化されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
上述した特許文献１に開示された導波路型光増幅器について図１８に基づいて説明する。この導波路型光増幅器１０１は、信号光が導波される第一光導波路１０２と、励起光が導波される第二光導波路１０３と、これらの第一光導波路１０２と第二光導波路１０３とが一つに合体された第三光導波路１０４とが基板１０５上に形成されている。第一光導波路１０２、第二光導波路１０３、第三光導波路１０４は略同じ径に形成されている。第三光導波路１０４には、励起光により光学的に活性化される活性ドーパントが添加されている。第三光導波路１０４の途中には、この第三光導波路１０４内を導波される信号光を透過させて励起光を吸収又は反射させるグレーティングからなるフィルタ１０６が設けられている。
【０００４】
この導波路型光増幅器１０１では、信号光が第一光導波路１０２を経て第三光導波路１０４を導波され、励起光が第二光導波路１０３を経て第三光導波路１０４を導波される。励起光が第三光導波路１０４を導波されることにより、第三光導波路１０４中の活性ドーパントが励起光を吸収して活性化され、信号光の導波時に信号光による誘導によって活性化されている活性ドーパントから信号光と同じ波長の光が放出され、これにより信号光の増幅が行われる。
【０００５】
ところで、信号光が導波される第一光導波路１０２の径に関しては、この径を太くすると、第一光導波路１０２を導波される信号光の導波方向と直交する方向の空間強度分布が大きくなり、出射面での信号光が分散された状態となって信号の精度が低下するので、第一光導波路１０２の径を細くする（第一光導波路１０２を導波される信号光の導波方向と直交する方向の空間強度分布を小さくする）とともに出射面での信号光のスポット径を小さくすることが望ましい。
【０００６】
一方、励起光が入射される第二光導波路１０３の径に関しては、この径を太くすると、第二光導波路１０３を導波される励起光の導波方向と直交する方向の空間強度分布が大きくなり、導波できる励起光の光量を増やすことができ、信号光の増幅作用を高めることができるので、第二光導波路１０３の径を太くする（第二光導波路１０３を導波される信号光の導波方向と直交する方向の空間強度分布を大きくする）とともに励起光の光量を増やすことが望ましい。
【０００７】
【特許文献１】
特許第３００１６７２号公報（図９）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した図１８に示した導波路型光増幅器１０１においては、第一光導波路１０２と第二光導波路１０３と第三光導波路１０４とが略同じ径に形成されているため、第一光導波路１０２の径を細くして出射面での信号光のスポット径を小さくするとともに、第二光導波路１０３の径を太くして励起光の光量を増やすという、相反する二つの目的を同時に達成することはできない。
【０００９】
本発明の目的は、信号光の出射面でのスポット径を小さくするとともに励起光の光量を増やして信号光の増幅率を高めることができる導波路型光増幅器を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明の導波路型光増幅器は、基板と、前記基板上に設けられ、信号光出射部から出射された信号光が導波される第一光導波路と、前記基板上に設けられ、励起光出射部から出射された励起光が導波される第二光導波路と、を有し、前記第一光導波路の屈折率が前記第二光導波路の屈折率より大きく設定され、前記第一光導波路と前記第二光導波路とが少なくとも一部に重なり部を有して少なくともこの重なり部に前記励起光により光学的に活性化される活性ドーパントがドープされ、前記第二光導波路の前記励起光の導波方向と直交する方向の空間強度分布が前記第一光導波路の前記信号光の導波方向と直交する方向の空間強度分布より大きく設定されている。
【００１１】
したがって、第二光導波路を導波される励起光により活性ドーパントが活性化され、信号光が重なり部を通過するときに、活性化された光ドーパントから信号光と同じ波長の光が放出されて信号光の増幅が行われる。そして、第二光導波路における励起光と直交する方向の空間強度分布が第一光導波路における信号光の導波方向と直交する方向の空間強度分布より大きく設定されているので、信号光の出射面でのスポット径を大きくすることなく励起光の光量を増やすことが可能になり、信号光の精度を維持しつつ信号光の増幅率を高めることが可能になる。
【００１２】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の導波路型光増幅器において、前記第二光導波路中の前記活性ドーパントは、前記重なり部にのみ設けられている。
【００１３】
したがって、励起光が第二光導波路を導波されるときに、重なり部以外の部分で励起光が活性ドーパントに吸収されるということが起こらず、励起光は信号光の増幅が行われる領域である重なり部で活性ドーパントに効率よく吸収される。これにより、励起光が信号光の増幅のために効率良く使用されるようになり、信号光の増幅が効率良く行われる。また、第二光導波路における重なり部以外の部分では励起光が吸収されないので、第二光導波路の長さを長くしても励起光の減衰されにくくなり、第二光導波路のレイアウトの自由度が高くなる。
【００１４】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の導波路型光増幅器において、前記第二光導波路中に前記活性ドーパントがドープされ、前記第一光導波路中には前記活性ドーパントがドープされていない。
【００１５】
したがって、第一光導波路を形成する際に、活性ドーパントをドープし易い材料を用いる必要がなく、第一光導波路を形成する材料の選択幅が広くなり、製造作業が容易になるとともに製造コストが低減される。
【００１６】
請求項４記載の発明は、請求項１記載の導波路型光増幅器において、前記第一光導波路中の前記活性ドーパントの濃度が前記第二光導波路中の前記活性ドーパントの濃度より高く設定されるとともに、この活性ドーパントの濃度により前記第一光導波路の屈折率が前記第二光導波路中の屈折率より高く設定されている。
【００１７】
したがって、第一光導波路と第二光導波路との屈折率を設定するために使用されるドーパントとして活性ドーパントが用いられているので、活性ドーパントによる励起光の吸収率が高くなり、信号光の増幅率が向上する。
【００１８】
請求項５記載の発明は、請求項１記載の導波路型光増幅器において、前記第二光導波路に比べて屈折率が大きく設定された前記第一光導波路は、前記活性ドーパントに加えて高屈折率を生じさせるドーパントを含んでいる。
【００１９】
したがって、第一光導波路と第二光導波路との屈折率を変えるために第一光導波路には高屈折率を生じさせるドーパントを含んだ材料を使用すればよく、第一光導波路、第二光導波路の形成方法の自由度が高くなる。
【００２０】
請求項６記載の発明は、請求項１ないし５のいずれか一記載の導波路型光増幅器において、前記重なり部における前記信号光と前記励起光とが出射される部位に前記励起光を透過させずに前記信号光のみを透過させるフィルタが設けられている。
【００２１】
したがって、重なり部の出射側の部位からは励起光を除いた信号光のみを出射させることができる。
【００２２】
ここで、本発明及び以下の発明において、「励起光を透過させず」とは、励起光を反射させたり吸収したりし、その結果として励起光が透過されないことを意味する。
【００２３】
請求項７記載の発明は、請求項１ないし５のいずれか一記載の導波路型光増幅器において、前記第一光導波路と前記第二光導波路とは、前記信号光と前記励起光との導波方向に沿った前記重なり部より下流側において前記第一光導波路と前記第二光導波路とに分離され、分離された後の前記第一光導波路における前記信号光が出射される部位に前記励起光を透過させずに前記信号光のみを透過させるフィルタが設けられている。
【００２４】
したがって、重なり部で信号光と励起光とが重なった後、重なり部を通過した励起光は第一光導波路と第二光導波路とに分かれて導波される、重なり部を通過した信号光の大部分は第一光導波路を導波されて出射される。このため、重なり部を通過した後に第一光導波路を導波されて信号光と共に出射される励起光の量が少なくなり、重なり部を通過した後に第一光導波路から出射される信号光の励起光に対するＳ／Ｎ比が向上し、フィルタによる励起光の除去性能が高くなり、出射される信号光の品質が高くなる。
【００２５】
請求項８記載の発明は、請求項１ないし５のいずれか一記載の導波路型光増幅器において、前記第二光導波路が複数設けられ、複数の前記第二光導波路が前記重なり部で合流されている。
【００２６】
したがって、第二光導波路を導波される励起光の光量を増加させることが可能となり、信号光の増幅率を高めることが可能となる。
【００２７】
請求項９記載の発明は、請求項１ないし５のいずれか一記載の導波路型光増幅器において、前記励起光の導波方向に沿った前記重なり部の上流側に複数の前記第二光導波路が設けられ、前記励起光の導波方向に沿った重なり部の下流側において前記第一光導波路と前記第二光導波路とに分離されている。
【００２８】
したがって、第二光導波路を導波される励起光の光量を増加させることが可能になるとともに信号光の増幅率を高めることが可能となる。また、重なり部を通過した後に第一光導波路を導波される励起光の量が少なくなり、重なり部を通過した後に第一光導波路から出射される信号光の励起光に対するＳ／Ｎ比が向上する。
【００２９】
請求項１０記載の発明は、請求項１ないし５のいずれか一記載の導波路型光増幅器において、前記第二光導波路は平面型に形成されている。
【００３０】
したがって、第二光導波路を導波される励起光の光量を増加させることが可能となり、信号光の増幅率を高めることが可能となる。
【００３１】
請求項１１記載の発明は、請求項６ないし１０のいずれか一記載の導波路型光増幅器において、前記信号光の導波方向に沿った前記重なり部の上流側にそれぞれ前記信号光出射部から出射された信号光が導波される複数の前記第一光導波路が設けられ、複数の前記第一光導波路が前記重なり部の上流側で合流されている。
【００３２】
したがって、複数の第一光導波路に同一波長で同一周期の信号光を入射することができ、第一光導波路を導波される信号光の出力アップを図ることが可能となる。
【００３３】
請求項１２記載の発明は、請求項１ないし１１のいずれか一記載の導波路型光増幅器において、前記重なり部に、前記励起光を導波させずに前記信号光を導波させるフィルタが設けられている。
【００３４】
したがって、励起光を導波させずに信号光を導波させるフィルタの設置位置の自由度が高くなる。
【００３５】
請求項１３記載の発明は、請求項１ないし１２のいずれか一記載の導波路型光増幅器において、前記第一光導波路又は前記重なり部における前記信号光が入射又は出射される部位に前記信号光に対する無反射コーティング膜が設けられている。
【００３６】
したがって、第一光導波路や重なり部に対する信号光の入射及び出射の効率が高くなり、信号光の出力アップを図れる。
【００３７】
請求項１４記載の発明は、請求項１ないし１３のいずれか一記載の導波路型光増幅器において、前記基板が酸化物またはフッ化物により形成され、前記活性ドーパントとしてＣｒまたはＴｉが用いられている。
【００３８】
したがって、基板を酸化物またはフッ化物により形成し、活性ドーパントとしてＣｒまたはＴｉを用いる組み合わせにより、波長が０．６〜０．８μｍ付近の赤色から近赤外の波長領域の信号光の増幅を効果的に図ることができる。
【００３９】
【発明の実施の形態】
本発明の第一の実施の形態を図１ないし図３に基づいて説明する。本実施の形態の導波路型光増幅器１は、基板２と、基板２上に形成された第一光導波路３と第二光導波路４とにより形成されている。第一光導波路３は信号光出射部である光源用半導体レーザ５から出射された信号光が入射されて導波される導波路であり、第二光導波路４は励起光出射部である励起用レーザ６から出射された励起光が入射されて導波される導波路である。この導波路型光増幅器１の近傍には、光源用半導体レーザ５と励起用レーザ６とが設置された基板７が配置されている。
【００４０】
基板２は、酸化物であるＡｌ２Ｏ３により形成されている。
【００４１】
第一光導波路３と第二光導波路４とには活性ドーパントがドープされている。第一光導波路３と第二光導波路４とにドープされる活性ドーパントとしては、例えば、ＴｉイオンやＣｒイオンを用いることができる。第一光導波路３と第二光導波路４とのドープ領域の断面積、言い換えると、第一・第二光導波路３、４における信号光又は励起光が導波される領域である導波方向と直交する方向の空間強度分布が、第二光導波路４が第一光導波路３より大きく設定されている。また、活性ドーパントの濃度を比べると、第一光導波路３では高く、第二光導波路４では低く設定されている。また、この濃度の違いにより、第一光導波路３の屈折率が第二光導波路４の屈折率に比べて大きく設定されている。
【００４２】
第一光導波路３と第二光導波路４とは、信号光又は励起光が入射される側では分岐されており、途中から重なり合った重なり部８とされている。信号光及び励起光の導波方向に沿った重なり部８の下流側先端部であって導波された信号光や励起光が出射される部位には、励起光を透過させず反射又は吸収し、及び、信号光のみを透過させるフィルタ９が取付けられている。
【００４３】
また、第一光導波路３の入射側の部位と重なり部８の出射側の部位とには、信号光に対する無反射コーティング膜１０が設けられている。
【００４４】
ここで、導波路型光増幅器１の製造方法について説明する。まず、Ａｌ２Ｏ３の基板２の上に、Ａｌ２Ｏ３に対してＴｉイオンをドープした層を形成する。この層の形成は、パルスレーザデポジション法、反応性クラスタービームデポジション法等が知られている。さらに、マスクを用いた気相エッチング法等により、第一光導波路３を形成する。第一光導波路３を形成した後、同様の手法で第二光導波路４を形成する。
【００４５】
このような構成において、光源用半導体レーザ５から出射された信号光は、第一光導波路３内を導波され、重なり部８において第二光導波路４と重なり合った後も第一光導波路３と第二光導波路４との屈折率の差によって第一光導波路３の部分のみを導波し、導波方向に沿った重なり部８の下流側先端部から出射される。
【００４６】
また、励起用レーザ６から出射された励起光は、第二光導波路４内を導波され、重なり部８においては第二光導波路４と第一光導波路３とを導波され、導波方向に沿った重なり部８の下流側先端部から出射される。
【００４７】
ここで、第二光導波路４を励起光が導波されることにより、第二光導波路４中の活性ドーパントが励起光を吸収して活性化され、高エネルギー状態となる。そして、活性ドーパントが活性化されているときに、信号光が第一光導波路３中を導波されることにより、重なり部８において、信号光による誘導によって活性化されている活性ドーパントから信号光と同じ波長の光が放出され、放出された光により信号光が増幅される。
【００４８】
第二光導波路４は、励起光の導波方向と直交する方向の断面積、言い換えると、励起光の導波方向と直交する方向の空間強度分布が大きく設定されているので、励起光の光量を増やすることができるとともに信号光の増幅率を高めることができる。
【００４９】
一方、第一光導波路３は、信号光の導波方向と直交する方向の断面積、言い換えると、信号光の導波方向と直交する方向の空間強度分布が小さく設定されているので、重なり部８の下流側端部から出射された信号光のスポット径を小さくし、信号光の精度を維持することができる。
【００５０】
つまり、本実施の形態の導波路型光増幅器１を用いれば、信号光の出射面でのスポット径を小さくできるとともに、励起光の光量を増やして信号光の増幅率を高めることができる。
【００５１】
また、本実施の形態では、第一光導波路３の入射側の部位と重なり部８の出射側の部位とに、信号光に対する無反射コーティング膜１０が設けられているので、第一光導波路３への信号光の入射時、重なり部８から信号光の出射時に信号光が反射されにくくなり、信号光の出力アップを図れる。
【００５２】
また、本実施の形態では、重なり部８の出射側の部位にフィルタ９が取り付けられているので、励起光を除いた信号光のみを出射させることができ、信号光の精度がアップする。
【００５３】
なお、本実施の形態では、第一光導波路３、第二光導波路４を形成する際に、Ａｌ２Ｏ３に対してＴｉイオンをドープした層を形成して行う場合を例に挙げて説明したが、この他に、ＣｒイオンをＡｌ２Ｏ３やＬｉＳｒＡｌＦ６等の材料にドープした層を形成して行うようにしてもよい。
【００５４】
本発明の第二の実施の形態を図４及び図５に基づいて説明する。なお、図１ないし図３において説明した部分と同じ部分は同じ符号で示し、説明も省略する（以下の実施の形態でも同じ）。
【００５５】
本実施の形態の導波路型光増幅器２１の基本的構成は第一の実施の形態の導波路型光増幅器１と同じであり、この導波路型光増幅器２１と第一の実施の形態の導波路型光増幅器１との相違する部分は、第一光導波路２２と第二光導波路２３とが基板２４中に埋め込み型に形成されている点である。
【００５６】
第一光導波路２２は光源用半導体レーザ５（図１参照）から出射された信号光が入射されて導波される導波路であり、第二光導波路２３は励起用レーザ６（図１参照）から出射された励起光が入射されて導波される導波路である。
【００５７】
第一光導波路２２と第二光導波路２３とは、信号光又は励起光が入射される側では分岐されており、途中から重なり合った重なり部２５とされている。信号光及び励起光の導波方向に沿った重なり部２５の下流側先端部であって導波された信号光や励起光が出射されたる部位には、励起光を透過させず反射又は吸収し、及び、信号光のみを透過させるフィルタ９が取付けられている。
【００５８】
第一光導波路２２と第二光導波路２３とには活性ドーパントがドープされている。第一光導波路２２と第二光導波路２３とのドープ領域の断面積、言い換えると、第一・第二光導波路２２、２３における信号光又は励起光が導波される領域である導波方向と直交する方向の空間強度分布が、第二光導波路２３が第一光導波路２２より大きく設定されている。また、活性ドーパントの濃度を比べると、第一光導波路２２では高く、第二光導波路２３では低く設定されている。また、この濃度の違いにより、第一光導波路２２の屈折率が第二光導波路２３の屈折率に比べて大きく設定されている。
【００５９】
このような構成において、第二光導波路２３を励起光が導波されることにより、第二光導波路２３中の活性ドーパントが励起光を吸収して活性化され、高エネルギー状態となる。そして、活性ドーパントが活性化されているときに、信号光が第一光導波路２２中を導波されることにより、重なり部２５において、信号光による誘導によって活性化されている活性ドーパントから信号光と同じ波長の光が放出され、放出された光により信号光が増幅される。
【００６０】
第二光導波路２３は、励起光の導波方向と直交する方向の断面積、言い換えると、励起光の導波方向と直交する方向の空間強度分布が大きく設定されているので、励起光の光量を増やすることができるとともに信号光の増幅率を高めることができる。
【００６１】
一方、第一光導波路２２は、信号光の導波方向と直交する方向の断面積、言い換えると、信号光の導波方向と直交する方向の空間強度分布が小さく設定されているので、重なり部２５の下流側端部から出射された信号光のスポット径を小さくし、信号光の精度を維持することができる。
【００６２】
つまり、本実施の形態の導波路型光増幅器２１を用いれば、信号光の出射面でのスポット径を小さくできるとともに、励起光の光量を増やして信号光の増幅率を高めることができる。
【００６３】
本発明の第三の実施の形態を図６及び図７に基づいて説明する。本実施の形態の導波路型光増幅器３１では、基板３２内へ埋め込み型の第二光導波路３４が形成され、その上に第一光導波路３３が形成されている。
【００６４】
第一光導波路３３と第二光導波路３４とは、信号光又は励起光が入射される側では分岐されており、途中から重なり合った重なり部３５とされている。信号光及び励起光の導波方向に沿った重なり部３５の下流側先端部であって導波された信号光や励起光が出射されたる部位には、励起光を透過させず反射又は吸収し、及び、信号光のみを透過させるフィルタ９が取付けられている。
【００６５】
第一光導波路３３と第二光導波路３４とには活性ドーパントがドープされている。第一光導波路３３と第二光導波路３４とのドープ領域の断面積、言い換えると、第一・第二光導波路３３、３４における信号光又は励起光が導波される領域である導波方向と直交する方向の空間強度分布が、第二光導波路３４が第一光導波路３３より大きく設定されている。また、活性ドーパントの濃度を比べると、第一光導波路３３では高く、第二光導波路３４では低く設定されている。また、この濃度の違いにより、第一光導波路３３の屈折率が第二光導波路３４の屈折率に比べて大きく設定されている。
【００６６】
このような構成において、第二光導波路３４を励起光が導波されることにより、第二光導波路３４中の活性ドーパントが励起光を吸収して活性化され、高エネルギー状態となる。そして、活性ドーパントが活性化されているときに、信号光が第一光導波路３３中を導波されることにより、重なり部３５において、信号光による誘導によって活性化されている活性ドーパントから信号光と同じ波長の光が放出され、放出された光により信号光が増幅される。
【００６７】
第二光導波路３４は、励起光の導波方向と直交する方向の断面積、言い換えると、励起光の導波方向と直交する方向の空間強度分布が大きく設定されているので、励起光の光量を増やすることができるとともに信号光の増幅率を高めることができる。
【００６８】
一方、第一光導波路３３は、信号光の導波方向と直交する方向の断面積、言い換えると、信号光の導波方向と直交する方向の空間強度分布が小さく設定されているので、重なり部３５の下流側端部から出射された信号光のスポット径を小さくし、信号光の精度を維持することができる。
【００６９】
つまり、本実施の形態の導波路型光増幅器３１を用いれば、信号光の出射面でのスポット径を小さくできるとともに、励起光の光量を増やして信号光の増幅率を高めることができる。
【００７０】
なお、上述した第一ないし第三の実施の形態では、第一光導波路３、２２，３３と第二光導波路４、２３、３４とに活性ドーパントをドープした場合を例に挙げて説明したが、第二光導波路４、２３、３４中の活性ドーパントを重なり部８、２５、３５のみに設けてもよい。
【００７１】
また、活性ドーパントを第二光導波路４、２３、３４にのみ設けて第一光導波路３、２２、３３には設けない構成としてもよい。
【００７２】
上述した各構成の導波路型光増幅器においても、励起光による活性ドーパントの活性化と、活性化された活性ドーパントから放出された光による信号光の増幅とが行われる。
【００７３】
また、第一光導波路３、２２、３３と第二光導波路４、２３、３４とにおいては、第一光導波路３、２２、３３の屈折率を第二光導波路４、２３、３４より大きくするために活性ドーパントとは異なる材料のドーパントを加えることもできる。この場合のドーパントとしては、例えば、銀イオン、タリウム等を用いることができる。
【００７４】
本発明の第四の実施の形態を図８に基づいて説明する。本実施の形態の導波路型光増幅器４１では、基板４２上に第一光導波路４３と第二光導波路４４とがＸ字状に形成されており、第一光導波路４３と第二光導波路４４とが重なり合う重なり部４５は中央部にのみ存在する。即ち、第一光導波路４３と第二光導波路４４とは、信号光又は励起光が入射される側では分岐されており、途中に重なり部４５が形成され、信号光及び励起光の導波方向に沿った重なり部４５の下流側で第一光導波路４３と第二光導波路４４とに分岐されている。重なり部４５より下流側の第一光導波路４３における信号光が出射される部位には、励起光を透過させずに信号光のみを透過させるフィルタ９が取付けられている。
【００７５】
本実施の形態でも上述した各導波路型光増幅器と同じように、第一光導波路４３と第二光導波路４４とにおける少なくとも重なり部４５には活性ドーパントがドープされている。
【００７６】
このような構成において、重なり部４５を通過した信号光は第一光導波路４３を導波され、重なり部４５を通過した励起光は第一光導波路４３と第二光導波路４４とに分かれて導波される。
【００７７】
このため、重なり部４５を通過した後に第一光導波路４３を導波されて信号光と共に出射される励起光の量が少なくなり、重なり部４５を通過した後に第一光導波路４３から出射される信号光の励起光に対するＳ／Ｎ比が向上し、フィルタ９による励起光の除去性能が高くなるので出射される信号光の品質が高くなる。
【００７８】
なお、励起光による信号光の増幅は、上述した各実施の形態と同様に行われる。
【００７９】
本発明の第五の実施の形態を図９に基づいて説明する。本実施の形態の導波路型光増幅器５１では、基板５２上に一つの第一光導波路５３と複数の第二光導波路５４とが形成されている。各第二光導波路５４の入射側端部には、励起光を出射する励起用レーザ６がそれぞれ配置され、第一光導波路５３の入射側端部には信号光を出射する光源用半導体レーザ５（図１参照）が配置されている。
【００８０】
各第二光導波路５４は第一光導波路５３の周囲で合流され、第一光導波路５３の周囲を囲んだ重なり部５５が形成されている。
【００８１】
本実施の形態でも上述した各導波路型光増幅器と同じように、第一光導波路５３と第二光導波路５４とにおける少なくとも重なり部５５には活性ドーパントがドープされている。
【００８２】
このような構成において、複数の第二光導波路５４のそれぞれから励起光を入射することができ、信号光を増幅する励起光の光量を増加させることが可能となり、信号光の増幅率を高めることが可能となる。
【００８３】
本発明の第六の実施の形態を図１０に基づいて説明する。本実施の形態の導波路型光増幅器６１では、基板６２上に、第一光導波路６３と、第二光導波路６４とが形成され、第一光導波路６３と第二光導波路６４とが重なり合った重なり部６５が形成されている。第一光導波路６３は直線状に形成されている。第二光導波路６４は、励起光の導波方向に沿った重なり部６５の上流側である入射側が二本に分岐されており、二本の第二光導波路６４は重なり部６５の位置で合流し、合流した第二光導波路６４は重なり部６５の下流側において一本に合流した状態のまま第一光導波路６３に対して分離されている。
【００８４】
本実施の形態でも上述した各導波路型光増幅器と同じように、第一光導波路６３と第二光導波路６４とにおける少なくとも重なり部６５には活性ドーパントがドープされている。
【００８５】
このような構成において、本実施の形態の導波路型光増幅器６１では、二本に分かれている第二光導波路６４のそれぞれから励起光を入射させることができ、信号光を増幅する励起光の光量を増加させることが可能となり、信号光の増幅率を高めることができる。
【００８６】
また、重なり部６５を通過した信号光は第一光導波路６３を導波され、重なり部６５を通過した励起光は第一光導波路６３と第二光導波路６４とに分かれて導波される。
【００８７】
このため、重なり部６５を通過した後に第一光導波路６３を導波されて信号光と共に出射される励起光の量が少なくなり、重なり部６５を通過した後に第一光導波路６３から出射される信号光の励起光に対するＳ／Ｎ比が向上し、フィルタ９による励起光の除去性能が高くなるので第一光導波路６３から出射される信号光の品質が高くなる。
【００８８】
本発明の第七の実施の形態を図１１及び図１２に基づいて説明する。本実施の形態の導波路型光増幅器７１では、基板７２上に直線状の第一光導波路７３と、基板７２上の第一光導波路７３以外の部分を覆う平面型の第二光導波路７４とが形成され、第一光導波路７３の周囲には第二光導波路７４が重なった重なり部７５が形成されている。第二光導波路７４の入射側端部には励起光を出射する複数の励起用レーザ６が配置されている。
【００８９】
本実施の形態でも上述した各導波路型光増幅器と同じように、第一光導波路７３と第二光導波路７４とにおける少なくとも重なり部７５には活性ドーパントがドープされている。
【００９０】
このような構成において、複数の励起用レーザ６から励起光が出射され、信号光の増幅のために用いられる励起光の光量を増加させることができる。これにより、信号光の増幅率を高めることができる。
【００９１】
本発明の第八の実施の形態を図１３に基づいて説明する。本実施の形態の導波路型光増幅器８１では、基板８２上に、第一光導波路８３と、第二光導波路８４とが形成され、第一光導波路８３と第二光導波路８４とが重なり合った重なり部８５が形成されている。
【００９２】
第一光導波路８３は、この第一光導波路８３を導波される信号光の導波方向に沿った重なり部８５より上流側である入射側が二本に分岐されており、二本の第一光導波路８３は重なり部８５の上流位置で合流し、合流した第一光導波路８３は重なり部８５の下流側においても一本に合流した状態を維持される。
【００９３】
第二光導波路８４は第六の実施の形態（図１０）で説明した第二光導波路６４と同じ構造であり、励起光の導波方向に沿った重なり部８５の上流側である入射側が二本に分岐されており、重なり部８５で合流した二本の第二光導波路８４は、重なり部８５の下流側において一本に合流した状態で第一光導波路８３に対して分離されている。
【００９４】
本実施の形態でも上述した各導波路型光増幅器と同じように、第一光導波路８３と第二光導波路８４とにおける少なくとも重なり部８５には活性ドーパントがドープされている。
【００９５】
このような構成において、分岐された第一光導波路８３の入射側端部から同一波長で同一周期の信号光を入射することができ、その信号光を一つに合流させてから重なり部８５で増幅することができる。これにより、信号光の出力アップを図ることができる。
【００９６】
また、重なり部８５を通過した励起光は第一光導波路８３と第二光導波路８４とに分かれて導波されるので、重なり部８５を通過した後に第一光導波路８３を導波されて信号光と共に出射される励起光の量が少なくなり、重なり部８５を通過した後に第一光導波路８３から出射される信号光の励起光に対するＳ／Ｎ比が向上し、フィルタ９による励起光の除去性能が高くなるので第一光導波路６３から出射される信号光の品質が高くなる。
【００９７】
本発明の第九の実施の形態を図１４及び図１５に基づいて説明する。本実施の形態の導波路型光増幅器９１の基本的構造は第六の実施の形態（図１０）の導波路型光増幅器６１と同じであり、重なり部６５にフィルタ９２が設けられている。このフィルタ９２は、装荷型グレーティングであり、励起光を透過させずに信号光を透過させる性能を有する。ここで、フィルタ９２のグレーティングの間隔を、励起光の中心周波数に対応する第二光導波路６４の導波モードが反射するように選ぶことで、励起光を反射させ、信号光を透過させることが可能となる。なお、フィルタ９２としては、屈折率変調型グレーティングを用いることも可能である。
【００９８】
本発明の第十の実施の形態を図１６及び図１７に基づいて説明する。本実施の形態の導波路型光増幅器９４では、基板９５上に第一光導波路９６と第二光導波路９７とが形成され、これらの第一光導波路９６と第二光導波路９７との重なり部９８に、フィルタ９９が設けられている。フィルタ９９は、重なり部９８を斜めに分離するように誘電体多層膜を挿入したものであり、フィルタ９９の誘電体多層膜の各膜厚を、励起光の中心周波数に対応する第二光導波路９７の導波モードが反射するように選ぶことで、励起光を反射させ、信号光を透過させることが可能となる。
【００９９】
【発明の効果】
請求項１記載の発明の導波路型光増幅器によれば、励起光が導波される第二光導波路における励起光と直交する方向の空間強度分布が、信号光が導波される第一光導波路における信号光の導波方向と直交する方向の空間強度分布より大きく設定されているので、信号光の出射面でのスポット径を大きくすることなく励起光の光量を増やすことが可能になり、信号光の精度を維持しつつ信号光の増幅率を高めることができる。
【０１００】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の導波路型光増幅器において、前記第二光導波路中の前記活性ドーパントは、前記重なり部にのみ設けられているので、励起光が第二光導波路を導波されるときに、重なり部以外の部分で励起光が活性ドーパントに吸収されるということが起こらず、励起光は信号光の増幅が行われる領域である重なり部で活性ドーパントに効率よく吸収されることになり、励起光を信号光の増幅のために効率良く使用することができ、信号光の増幅を効率良く行うことができる。
【０１０１】
請求項３記載の発明によれば、請求項１記載の導波路型光増幅器において、前記第二光導波路中に前記活性ドーパントがドープされ、前記第一光導波路中には前記活性ドーパントがドープされていないので、第一光導波路を形成する際に活性ドーパントをドープし易い材料を用いる必要がなくなり、第一光導波路を形成する材料の選択幅を広くできるとともに製造コストを低減することができる。
【０１０２】
請求項４記載の発明によれば、請求項１記載の導波路型光増幅器において、前記第一光導波路中の前記活性ドーパントの濃度が前記第二光導波路中の前記活性ドーパントの濃度より高く設定されるとともに、この活性ドーパントの濃度により前記第一光導波路の屈折率が前記第二光導波路中の屈折率より高く設定されているので、第一光導波路と第二光導波路との屈折率を設定するために使用されるドーパントとして活性ドーパントを用いているので、活性ドーパントによる励起光の吸収率を高くして信号光の増幅率を向上させることができる。
【０１０３】
請求項５記載の発明によれば、請求項１記載の導波路型光増幅器において、前記第二光導波路に比べて屈折率が大きく設定された前記第一光導波路は、前記活性ドーパントに加えて高屈折率を生じさせるドーパントを含んでいるので、第一光導波路と第二光導波路との屈折率を変えるために第一光導波路には高屈折率を生じさせるドーパントを含んだ材料を使用すればよく、第一光導波路、第二光導波路の形成方法の自由度を高めることができる。
【０１０４】
請求項６記載の発明によれば、請求項１ないし５のいずれか一記載の導波路型光増幅器において、前記重なり部における前記信号光と前記励起光とが出射される部位に前記励起光を透過させずに前記信号光のみを透過させるフィルタが設けられているので、重なり部の出射側の部位からは励起光を除いた信号光のみを出射させることができる。
【０１０５】
請求項７記載の発明によれば、請求項１ないし５のいずれか一記載の導波路型光増幅器において、前記第一光導波路と前記第二光導波路とは、前記信号光と前記励起光との導波方向に沿った前記重なり部より下流側において前記第一光導波路と前記第二光導波路とに分離され、分離された後の前記第一光導波路における前記信号光が出射される部位に前記励起光を透過させずに前記信号光のみを透過させるフィルタが設けられているので、重なり部を通過した後に第一光導波路から出射される信号光の励起光に対するＳ／Ｎ比を向上させることができ、フィルタによる励起光の除去性能が高くなって出射される信号光の品質を高めることができる。
【０１０６】
請求項８記載の発明によれば、請求項１ないし５のいずれか一記載の導波路型光増幅器において、前記第二光導波路が複数設けられ、複数の前記第二光導波路が前記重なり部で合流されているので、第二光導波路を導波される励起光の光量を増加させることができ、信号光の増幅率を高めることができる。
【０１０７】
請求項９記載の発明によれば、請求項１ないし５のいずれか一記載の導波路型光増幅器において、前記励起光の導波方向に沿った前記重なり部の上流側に複数の前記第二光導波路が設けられ、前記励起光の導波方向に沿った重なり部の下流側において前記第一光導波路と前記第二光導波路とに分離されているので、第二光導波路を導波される励起光の光量を増加させることにより信号光の増幅率を高めることができ、また、重なり部を通過した後に第一光導波路から出射される信号光の励起光に対するＳ／Ｎ比を向上させることができる。
【０１０８】
請求項１０記載の発明によれば、請求項１ないし５のいずれか一記載の導波路型光増幅器において、前記第二光導波路は平面型に形成されているので、第二光導波路を導波される励起光の光量を増加させることができ、信号光の増幅率を高めることができる。
【０１０９】
請求項１１記載の発明によれば、請求項６ないし１０のいずれか一記載の導波路型光増幅器において、前記信号光の導波方向に沿った前記重なり部の上流側にそれぞれ前記信号光出射部から出射された信号光が導波される複数の前記第一光導波路が設けられ、複数の前記第一光導波路が前記重なり部の上流側で合流されているので、複数の第一光導波路に同一波長で同一周期の信号光を入射することができ、第一光導波路を導波される信号光の出力アップを図ることができる。
【０１１０】
請求項１２記載の発明によれば、請求項１ないし１１のいずれか一記載の導波路型光増幅器において、前記重なり部に、前記励起光を導波させずに前記信号光を導波させるフィルタが設けられているので、このフィルタの設置位置の自由度を高めることができる。
【０１１１】
請求項１３記載の発明によれば、請求項１ないし１２のいずれか一記載の導波路型光増幅器において、前記第一光導波路又は前記重なり部における前記信号光が入射又は出射される部位に前記信号光に対する無反射コーティング膜が設けられているので、第一光導波路や重なり部に対する信号光の入射及び出射の効率が高くなり、信号光の出力アップを図ることができる。
【０１１２】
請求項１４記載の発明によれば、請求項１ないし１３のいずれか一記載の導波路型光増幅器において、前記基板が酸化物またはフッ化物により形成され、前記活性ドーパントとしてＣｒまたはＴｉが用いられているので、この組み合わせによって波長が０．６〜０．８μｍ付近の赤色から近赤外の波長領域の信号光の増幅を効果的に図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施の形態の導波路型光増幅器と光源用半導体レーザと励起用レーザとを示す斜視図である。
【図２】導波路型光増幅器を示す斜視図である。
【図３】その重なり部の断面図である。
【図４】本発明の第二の実施の形態の導波路型光増幅器を示す斜視図である。
【図５】その重なり部の断面図である。
【図６】本発明の第三の実施の形態の導波路型光増幅器を示す斜視図である。
【図７】その重なり部の断面図である。
【図８】本発明の第四の実施の形態の導波路型光増幅器を示す斜視図である。
【図９】本発明の第五の実施の形態の導波路型光増幅器を示す斜視図である。
【図１０】本発明の第六の実施の形態の導波路型光増幅器を示す平面図である。
【図１１】本発明の第七の実施の形態の導波路型光増幅器を示す平面図である。
【図１２】その断面図である。
【図１３】本発明の第八の実施の形態の導波路型光増幅器を示す平面図である。
【図１４】本発明の第九の実施の形態の導波路型光増幅器を示す平面図である。
【図１５】その重なり部の断面図である。
【図１６】本発明の第十の実施の形態の導波路型光増幅器を示す平面図である。
【図１７】その斜視図である。
【図１８】従来例の導波路型光増幅器を示す斜視図である。
【符号の説明】
１      導波路型光増幅器
２      基板
３      第一光導波路
４      第二光導波路
５      信号光出射部
６      励起光出射部
８      重なり部
９      フィルタ
１０      無反射コーティング膜
２１      導波路型光増幅器
２２      第一光導波路
２３      第二光導波路
２４      基板
２５      重なり部
３１      導波路型光増幅器
３２      基板
３３      第一光導波路
３４      第二光導波路
３５      重なり部
４１      導波路型光増幅器
４２      基板
４３      第一光導波路
４４      第二光導波路
４５      重なり部
５１      導波路型光増幅器
５２      基板
５３      第一光導波路
５４      第二光導波路
５５      重なり部
６１      導波路型光増幅器
６２      基板
６３      第一光導波路
６４      第二光導波路
６５      重なり部
７１      導波路型光増幅器
７２      基板
７３      第一光導波路
７４      第二光導波路
７５      重なり部
８１      導波路型光増幅器
８２      基板
８３      第一光導波路
８４      第二光導波路
８５      重なり部
９１      導波路型光増幅器
９２      フィルタ
９４      導波路型光増幅器
９５      基板
９６      第一光導波路
９７      第二光導波路
９８      重なり部
９９      フィルタ
【図１】
2004288773.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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