(57)【要約】【課題】従来のＥＤＦＡでは、励起用光源として、外部に高出力のレーザダイオードが必要であり、またそれからの励起光を光学的に結合するための光結合手段を必要とするため高コストであると共に、所望の増幅度を得るための長さが長くなる等の課題がある。また、この課題を解決するために光導波路と励起光源を一体化した構成のものも提案されているが、やはり、小型化の点で課題がある。【解決手段】そこで本発明では、発光種を添加した光導波路２の長さ方向に沿って電気駆動の励起用面状発光光源３を隣接させ、一体に構成した導波路型光増幅器１を提案している。【選択図】　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光種を添加した光導波路の長さ方向に沿って電気駆動の励起用面状発光光源を隣接させ、一体に構成したことを特徴とする導波路型光増幅器
【請求項２】
発光種は、希土類としたことを特徴とする請求項１に記載の導波路型光増幅器
【請求項３】
発光種は、エルビウムとしたことを特徴とする請求項２に記載の導波路型光増幅器
【請求項４】
励起用面状発光光源は、光導波路の少なくとも一側面に設置したことを特徴とする請求項１に記載の導波路型光増幅器
【請求項５】
励起用面状発光光源は、光導波路の周囲に設置したことを特徴とする請求項１に記載の導波路型光増幅器
【請求項６】
光導波路は平面光導波路として構成したことを特徴とする請求項１〜５までのいずれか１項に記載の導波路型光増幅器
【請求項７】
光導波路は光ファイバとして構成したことを特徴とする請求項１〜５までのいずれか１項に記載の導波路型光増幅器
【請求項８】
一体化した光導波路と励起用面状発光光源の複数を基板上に列設したことを特徴とする請求項１〜７までのいずれか１項に記載の導波路型光増幅器
【請求項９】
光導波路の複数を基板上に列設すると共に、列設した複数の光導波路に、共通の面状発光光源を一体に構成したことを特徴とする請求項１〜７までのいずれか１項に記載の導波路型光増幅器
【請求項１０】
光導波路の材料は、シリカ系無機ガラスとしたことを特徴とする請求項１〜９までのいずれか１項に記載の導波路型光増幅器
【請求項１１】
光導波路の材料は、多成分酸化物ガラスとしたことを特徴とする請求項１〜９までのいずれか１項に記載の導波路型光増幅器
【請求項１２】
光導波路の材料は、無機フッ化物ガラスとしたことを特徴とする請求項１〜９までのいずれか１項に記載の導波路型光増幅器
【請求項１３】
光導波路の材料は、有機ポリマーとしたことを特徴とする請求項１〜９までのいずれか１項に記載の導波路型光増幅器
【請求項１４】
励起用面状発光光源は、ＥＬ光源としたことを特徴とする請求項１〜１３までのいずれか１項に記載の導波路型光増幅器
【請求項１５】
ＥＬ光源は、無機ＥＬ光源としたことを特徴とする請求項１４に記載の導波路型光増幅器
【請求項１６】
無機ＥＬ光源の発光種をイッテルビウム（Ｙｂ）としたことを特徴とする請求項１５に記載の導波路型光増幅器
【請求項１７】
無機ＥＬ光源にネオジム（Ｎｄ）を増感剤として含有させたことを特徴とする請求項１５又は１６に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、例えば光ファイバ通信システム等に適用可能な導波路型光増幅器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近来、ＡＤＳＬ、ＣＡＴＶ、ＦＴＴＨ等の高速、高帯域の加入者網の普及に伴って、メトロネットワークにおける高容量化等の整備が重要になってきており、このメトロネットワークの整備においては、光ファイバ通信システムのキーデバイスである光増幅器の取り扱いの容易さや、小型化が緊急に要望されている。
【０００３】
光ファイバ通信システムの長距離伝送路における従来の光増幅器の代表例としては、エルビウム添加光ファイバ増幅器（以下、ＥＤＦＡと称する。）が知られている。
【０００４】
このＥＤＦＡは、例えば図１０の概念図に示すように、通常の光ファイバａに接続されたエルビウム添加光ファイバｂと、励起用光源ｃと、励起用光源ｃからの励起光と、光ファイバａを通して入力される入力光とを光学的に結合する光結合手段ｄとを基本的な構成要素として構成される。エルビウム添加光ファイバｂは、石英系の光ファイバに、発光種として希土類のエルビウム（Ｅｒ）を添加して形成されたもので、数メートルから数十メートルの長さのものがコイル状に巻かれた構成である。また励起用光源ｃとしては高出力のレーザダイオード（ＬＤ）等が用いられる。
【０００５】
このような構成のＥＤＦＡでは、エルビウム添加光ファイバｂ内のＥｒ３＋は、励起用光源ｃからの光によって励起され、そして光ファイバａを通して入力された光信号によって誘導放出を繰り返すことにより、光信号の増幅が行われるものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来のＥＤＦＡは、上述したような要望に対しては、次のような課題がある。
１．励起用光源として、外部に高出力のレーザダイオードが必要であり、またそれからの励起光を光学的に結合するための光結合手段を必要とするため高コストである。
２．エルビウム添加光ファイバのエルビウム濃度は比較的低いため、所望の増幅度を得るための長さが長くなる。
３．１と２のことから全体構成が大型となり、扱いにくい。
【０００７】
一方、このような従来のＥＤＦＡよりも小型の光増幅器を得ることを目的として、例えば特開２００１−１８９５０７号公報には、希土類元素が添加されたコアと、それよりも低い屈折率のクラッドからなる光導波路を基板上に設けると共に、この基板上の光導波路に隣接して、コア内の信号の伝搬方向に対して交差する方向から前記希土類元素を励起するための励起光源を１つ以上設けた構成の光増幅器が提案されている。
【０００８】
しかしながらこの提案の光増幅器では、励起光源は、いわば点光源であるため、光導波路の広い範囲に渡ってコアに結合するためには多数の励起光源が必要となり、この点において大型化するというような課題がある。
そこで本発明は、以上のような従来の課題を解決することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために本発明では、請求項１において、発光種を添加した光導波路の長さ方向に沿って電気駆動の励起用面状発光光源を隣接させ、一体に構成した導波路型光増幅器を提案する。
【００１０】
そして本発明では、発光種として、請求項２において希土類を提案する。
【００１１】
そして本発明では、発光種の希土類として、請求項３において、エルビウムを提案する。
【００１２】
また本発明では、請求項４において、励起用面状発光光源は、光導波路の少なくとも一側面に設置した導波路型光増幅器を提案する。
【００１３】
また本発明では、請求項５において、励起用面状発光光源は、光導波路の周囲に設置した導波路型光増幅器を提案する。
【００１４】
また本発明では、請求項６において、光導波路は平面光導波路として構成した導波路型光増幅器を提案する。
【００１５】
また本発明では、請求項７において、光導波路は光ファイバとして構成した導波路型光増幅器を提案する。
【００１６】
また本発明では、請求項８において、一体化した光導波路と励起用面状発光光源の複数を基板上に列設した導波路型光増幅器を提案する。
【００１７】
また本発明では、請求項９において、光導波路の複数を基板上に列設すると共に、列設した複数の光導波路に、共通の面状発光光源を一体に構成した導波路型光増幅器を提案する。
【００１８】
また本発明では、請求項１０において、光導波路の材料は、シリカ系無機ガラスとした導波路型光増幅器を提案する。
【００１９】
また本発明では、請求項１１において、光導波路の材料は、多成分酸化物ガラスとした導波路型光増幅器を提案する。
【００２０】
また本発明では、請求項１２において、光導波路の材料は、無機フッ化物ガラスとした導波路型光増幅器を提案する。
【００２１】
また本発明では、請求項１３において、光導波路の材料は、有機ポリマーとした導波路型光増幅器を提案する。
【００２２】
また本発明では、請求項１４において、励起用面状発光光源は、ＥＬ光源とした導波路型光増幅器を提案する。
【００２３】
また本発明では、請求項１５において、ＥＬ光源は、無機ＥＬ光源とした導波路型光増幅器を提案する。
【００２４】
また本発明では、請求項１６において、無機ＥＬ光源の発光種をイッテルビウム（Ｙｂ）とした導波路型光増幅器を提案する。
【００２５】
また本発明では、請求項１７において、無機ＥＬ光源にネオジム（Ｎｄ）を増感剤として含有させた導波路型光増幅器を提案する。
【００２６】
以上の本発明によれば、光導波路と一体化した励起用面状発光光源は、光導波路の長さ方向に沿った面全体で発光するため、光導波路に高効率で光結合することができ、こうして光導波路内の発光種を高効率で励起して、光信号の増幅を行うことができる。
【００２７】
そして励起用面状発光光源は、その所定の電極間に通電することにより発光を行わせることができ、外部に光源が必要でないため、取り扱いが非常に容易である。
【００２８】
光導波路内に添加する発光種としては、上述した従来のエルビウム添加光ファイバ増幅器におけると同様にエルビウムを用いる他、その他の希土類を用いることができる。
【００２９】
光増幅器の構成として、励起用面状発光光源は、光導波路の少なくとも一側面に設置すれば良く、光導波路の周囲に設置することもできる。
【００３０】
また光増幅器の構成として、光導波路は平面光導波路として構成したり、光ファイバとして構成することができる。
【００３１】
また本発明に係る光増幅器は、複数を列設してアレイ状に構成することができ、その場合、列設の形態としては、一体化した光導波路と励起用面状発光光源の複数を基板上に列設したり、又は光導波路の複数を基板上に列設すると共に、列設した複数の光導波路に、共通の面状発光光源を一体に構成することもできる。
【００３２】
本発明に係る光増幅器の光導波路の材料は、従来からの適宜の材料を用いることができ、即ち、光導波路の材料は、シリカ系無機ガラス、多成分酸化物ガラス、無機フッ化物ガラス又は有機ポリマーを用いることができる。
【００３３】
励起用面状発光光源は、例えばＥＬ光源を利用して構成することができ、薄膜化が可能で、光増幅器全体を非常に小型化することができると共に、集積化も容易である。
【００３４】
ＥＬ光源としては、有機ＥＬ光源、無機ＥＬ光源のいずれでも良く、無機ＥＬ光源の発光種としては、例えばイッテルビウム（Ｙｂ）を用いることができる。
【００３５】
また無機ＥＬ光源においては、ネオジム（Ｎｄ）を増感剤として含有させることもできる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図を参照して説明する。
図１〜図３は本発明に係る導波路型光増幅器を概念的に示す模式図であり、図１は縦断面図、図２は断面斜視図、図３は要部の横断面図である。
これらの図に示されるように、本発明の導波路型光増幅器１は、エルビウム等の希土類を発光種として添加した光導波路２の長さ方向に沿って、電気駆動の励起用面状発光光源３を隣接させて、一体に構成したものである。
【００３７】
符号４は基板であり、この基板４に光導波路２と励起用面状発光光源３が配置して導波路型光増幅器１を構成している。
基板４は、例えば石英系ガラスにより構成する。
一方、光導波路２は、コア５及びクラッド６とから構成され、従来のエルビウム添加光ファイバ等の作製技術を利用することができる。
コアは、例えば次のような組成によりＣＶＤ法で作製する。
ＳｉＯ２　−　Ａｌ２Ｏ３　−　ＧｅＯ２　−　ＥｒＯ３（−Ｙｂ２Ｏ３）
（ＳｉＣｌ４）　（ＡｌＣｌ３）　　（ＧｅＣｌ４）　（ＥｒＣｌ３　ｏｒ　Ｅｒ　ＦＯＤ）
この場合、Ａｌ２Ｏ３の割合として、Ａｌ２Ｏ３＜２ｗｔ％　のＩ型と、
２ｗｔ％＜Ａｌ２Ｏ３＜４．５ｗｔ％　のＩＩ型のものを作製する。
コア幅（径）は、例えば５〜８μｍとし、またクラッドはＳｉＯ２で作製し、厚さは〜１００μｍ程度とする。
【００３８】
励起用面状発光光源３はＥＬ光源としており、光導波路２側から順次、透明電極７、誘電層８、Ｙｂドープ発光層９、誘電層１０、金属電極１１が積層された構成としている。これらの各層は、例えば下記の材料をスパッタリング法により蒸着して構成する。そして透明電極７と金属電極１１間に電源を接続しており、また上記各層により構成されるＥＬ光源はプラスチックスにより被覆１３している。
これらの各要素は例えば次のような構成とする。
透明電極７：ＩＴＯ
誘電層８，１０：Ｙ２Ｏ３，Ａｌ２Ｏ３，Ｔａ２０５　厚さ１００〜５００ｎｍ
Ｙｂドープ発光層９：厚さ２００〜５００ｎｍ
母相　ＺｎＳ，Ｙ２Ｏ３，ＺｎＧａ２Ｏ４，Ｇａ２Ｏ３，ＣａＳ，ＳｒＳ，ＢａＡｌ２Ｓ４，ＣａＧａ２Ｓ４
，ＳｒＧａ２Ｓ４　等
Ｙｂ濃度　０．５，　１．０〜２０（％）から選択
金属電極１１：Ａｌ等
被覆１３：適宜のプラスチックス
電源１２：０．５〜５ｋＨｚの正弦波又は矩形波
【００３９】
以上の構成において、電源１２により透明電極７と金属電極１１間に印可された電圧により形成される電位勾配によりＹｂドープ発光層９において発光した光は透明電極７を経て光導波路２に結合され、光導波路２のコア５に添加されている発光種、この場合はエルビウムを励起して光信号の増幅を行うことができる。
【００４０】
このように励起用面状発光光源３は、光導波路２と一体化して、その長さ方向に沿った面全体で発光するため、光導波路２に高効率で光結合することができ、こうして光導波路２内の発光種を高効率で励起して、光信号の増幅を行うことができる。
【００４１】
そして励起用面状発光光源３は、透明電極７と金属電極１１間に通電することにより発光を行わせることができ、外部に光源が必要でないため、取り扱いが非常に容易である。
【００４２】
以上のように光導波路２内の発光種を高効率で励起するためには、励起用面状発光光源３の輝度を、ある一定以上、例えば、〜１００　ｌｍ／Ｗ程度とする必要があるが、例えば、発光種としてイッテルビウム（Ｙｂ）を添加した無機ＥＬ光源を用いた場合にはイッテルビウム自体の発光効率が高いことと、高濃度化しても発光効率が低下しないという特性を利用して、イッテルビウムを高濃度化することにより、必要な輝度を得ることができる。また無機ＥＬ光源において、ネオジム（Ｎｄ）を増感剤として含有させることも効果的である。
【００４３】
次に図４は本発明の導波路型光増幅器１の構成の他の例を示すものである。
これらの例において、各要素は、図１〜図３のものと同様であるので、対応する要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
まず（ａ）では、図１〜図３の構成に加えて、基板４の裏面側にも励起用面状発光光源３を設置して、両面側から光導波路２に光結合するようにしている。
次に（ｂ）では、図１〜図３の構成に加えて、光導波路２の左右側にも励起用面状発光光源３を設置して、光導波路２の上側と左右側から光結合するようにしている。
次に（ｃ）では、（ｂ）の構成に加えて、基板４の裏面側にも励起用面状発光光源３を設置して、周囲から光導波路２に光結合するようにしている。
【００４４】
図４の各例に示すように、光導波路２の各方向に励起用面状発光光源３を設置して、光導波路２に光結合する光量を増加することにより、光導波路２内の発光種を、更に高効率で励起して、光信号の増幅を行うことができる。
【００４５】
次に図５は、本発明に係る光増幅器の複数を列設してアレイ状に構成した例を示すものであり、各要素は、図１〜図４のものと同様であるので、対応する要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
この例では、光導波路２の複数を基板４上に列設すると共に、列設した複数の光導波路４に、共通の面状発光光源３を一体に構成している。図では、図４（ａ）の構成のように基板４の両面側に励起用面状発光光源３を設置しているが、図１〜図３に示されるように片面側のみに設置することもできる。
【００４６】
列設の形態は、図５の形態の他に、図７に示すように、一体化した光導波路２と励起用面状発光光源３の複数を基板４上に列設することもできる。
【００４７】
また以上の図１〜図５に示す実施の形態では、光導波路２は、いずれも平面光導波路として構成しているが、図６に示す実施の形態では、光導波路２は光ファイバとして構成しており、そのクラッド６の周囲に同心円状に励起用面状発光光源３を構成している。励起用面状発光光源３の各要素は光導波路２と同心円形状になる他は、構成は同様であり、クラッド６側から外側に、順次、透明電極７、誘電層８、Ｙｂドープ発光層９、誘電層１０、金属電極１１が積層されて構成される。
【００４８】
図７は、このようにして構成された光ファイバ状の導波路型光増幅器１を、基板４上に列設してアレイ状に構成したものである。
【００４９】
図８は、本発明により構成した導波路型光増幅器１の利得特性を、コア５に添加するエルビウムの濃度に対して示すものであり、この場合の条件は以下の通りである。
導波路型光増幅器１の長さ：１０ｃｍ
励起光波長　　　　　　　：９８０ｎｍ
励起光強度　　　　　　　：１２０ｍＷ
信号波長　　　　　　　　：１５３０ｎｍ
【００５０】
また図９は、本発明により構成した導波路型光増幅器１の利得特性を、基板４の両面側に設置した励起用面状発光光源３の印可電圧に対して示すものであり、この場合の条件は以下の通りである。
導波路型光増幅器１の長さ：１０ｃｍ
励起光波長　　　　　　　：９８０ｎｍ
励起光強度　　　　　　　：１２０ｍＷ
信号波長　　　　　　　　：１５３０ｎｍ
エルビウム濃度　　　　　：１．２ｗｔ％
【００５１】
【発明の効果】
本発明は以上のとおりであるので、次のような効果がある。
ａ．励起用面状発光光源を、エルビウム等の発光種を添加した光導波路と一体化して、光導波路の長さ方向に沿った面全体で発光させるようにしたため、光導波路に高効率で光結合することができ、こうして光導波路内の発光種を高効率で励起して、光信号の増幅を行うことができる。
ｂ．励起用面状発光光源は、その所定の電極間に通電することにより発光を行わせることができ、外部に光源が必要でないため、取り扱いが非常に容易である。
ｃ．励起用面状発光光源は、例えばＥＬ光源を利用して構成することができ、薄膜化が可能で、光増幅器全体を非常に小型化することができると共に、集積化も容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る導波路型光増幅器を概念的、模式的に表した縦断面図である。
【図２】本発明に係る導波路型光増幅器を概念的、模式的に表した断面斜視図である。
【図３】本発明に係る導波路型光増幅器を概念的、模式的に表した要部の横断面図である。
【図４】本発明に係る導波路型光増幅器の他の構成例を概念的、模式的に表した要部の横断面図である。
【図５】本発明に係る導波路型光増幅器をアレイ状に構成した例を概念的、模式的に表した要部の断面斜視図である。
【図６】本発明に係る導波路型光増幅器の、更に他の構成例を概念的、模式的に表した要部の断面斜視図である。
【図７】本発明に係る導波路型光増幅器をアレイ状に構成した他の例を概念的、模式的に表した要部の断面斜視図である。
【図８】本発明に係る導波路型光増幅器の利得特性の例を示す説明図である。
【図９】本発明に係る導波路型光増幅器の利得特性の他の例を示す説明図である。
【図１０】従来のＥＤＦＡの構成を示す概念図である。
【符号の説明】
１　　導波路型光増幅器
２　　光導波路
３　　励起用面状発光光源
４　　基板
５　　コア
６　　クラッド
７　　透明電極
８　　誘電層
９　　Ｙｂドープ発光層
１０　誘電層
１１　金属電極
１２　電源
１３　被覆
【図１】
2004079834.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】
2004079834.tif 000010
【図９】
2004079834.tif 000011
【図１０】
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