(57)【要約】【課題】高い増幅率を得ようとして光導波路における活性物質のドーパントの濃度を高くしても、光導波路において励起光により活性化される領域を長くとることのできる導波路型の光増幅器を提供すること。【解決手段】平面基板４上に形成され、入射した励起光を増幅して光出射する導波路型光増幅器において、励起光源の光により光学的に活性化される材料をコア層に含む光導波路１と、光導波路１と平行に配置され、励起光源の光により光学的に活性化させる材料をコア層に含まない光導波路２と、光導波路２から導波光の進行方向に分岐し、光導波路１に導波光の進行方向に向かって合流するように複数の連結路を有する連結光導波路３と、を備える。【選択図】      図１  
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面基板上に形成され、入射した励起光を増幅して光出射する導波路型光増幅器において、
励起光源の光により光学的に活性化される材料をコア層に含む第１の光導波路と、
前記第１の光導波路と平行に配置され、前記励起光源の光により光学的に活性化させる材料をコア層に含まない第２の光導波路と、
前記第２の光導波路から導波光の進行方向に分岐し、前記第１の光導波路に導波光の進行方向に向かって合流するように複数の連結路を有する連結光導波路と、
を備えたことを特徴とする導波路型光増幅器。
【請求項２】
平面基板上に形成され、入射した励起光を増幅して光出射する導波路型光増幅器において、
励起光源の光により光学的に活性化される材料を含む第１コア層と、前記励起光源の光により光学的に活性化させる材料をコア層に含まない第２コア層と、を有する第１の光導波路と、
前記第１の光導波路と平行に配置され、前記励起光源の光により光学的に活性化させる材料をコア層に含まない第２の光導波路と、
前記第２の光導波路から導波光の進行方向に分岐し、前記第１の光導波路に導波光の進行方向に向かって合流するように複数の連結路を有する連結光導波路と、
を備えたことを特徴とする導波路型光増幅器。
【請求項３】
前記連結光導波路は、複数の連結路の途中に導波路型フィルタが設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の導波路型光増幅器。
【請求項４】
前記第１の光導波路は、出射部分に励起光を反射または吸収し、励起光源の光による光学的に活性化される波長を透過させるフィルタが設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の導波路型光増幅器。
【請求項５】
前記第１の光導波路は、光学的に活性される波長帯の光源が組み合わされ、当該光源の出射光を光導波路に入射させることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の導波路型光増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザなどの光源を用いた光増幅器や光源装置などに利用される導波路型光増幅器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、平面光導波路（ｐｌａｎａｒ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｗａｖｅｇｕｉｄｅ）としてつぎの技術が知られている。導波路型の光増幅器の構成において、信号光用の光源と励起光用の光源の２つをそれぞれ別々の光導波路に入射させた後、この２つの光導波路が合流する構成になっており、しかも２つの光導波路には励起光により活性化される活性物質のドーパントが含まれている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特許第３００１６７２号公報（第１３頁、図９）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記に示されるような従来の平面光導波路にあっては、高い増幅率を得ようとして光導波路における活性物質のドーパントの濃度を高くすると、励起光は比較的短い距離で吸収されてしまうため、光導波路において活性化される領域を長くとることが困難であるという問題点があった。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、高い増幅率を得ようとして光導波路における活性物質のドーパントの濃度を高くしても、光導波路において励起光により活性化される領域を長くとることのできる導波路型の光増幅器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するために、請求項１にかかる導波路型光増幅器にあっては、平面基板上に形成され、入射した励起光を増幅して光出射する導波路型光増幅器において、励起光源の光により光学的に活性化される材料をコア層に含む第１の光導波路と、前記第１の光導波路と平行に配置され、前記励起光源の光により光学的に活性化させる材料をコア層に含まない第２の光導波路と、前記第２の光導波路から導波光の進行方向に分岐し、前記第１の光導波路に導波光の進行方向に向かって合流するように複数の連結路を有する連結光導波路と、を備えたものである。
【０００７】
この発明によれば、励起光源から出射した励起光が、励起光源の光により光学的に活性化される材料をコア層に含まない方の光導波路を伝搬しながら、複数の連結導波路により、その一部が励起光源の光により光学的に活性化される材料をコア層に含む光導波路に結合し、かつ励起光源の光により光学的に活性化される材料をコア層に含む光導波路を長い距離で伝搬せずに効率よく吸収されるため、励起光源の光により光学的に活性化される材料をコア層に含む光導波路の全体を通して増幅率が比較的平坦になり、増幅効率が低下しない。
【０００８】
また、請求項２にかかる導波路型光増幅器にあっては、平面基板上に形成され、入射した励起光を増幅して光出射する導波路型光増幅器において、励起光源の光により光学的に活性化される材料を含む第１コア層と、前記励起光源の光により光学的に活性化させる材料をコア層に含まない第２コア層と、を有する第１の光導波路と、前記第１の光導波路と平行に配置され、前記励起光源の光により光学的に活性化させる材料をコア層に含まない第２の光導波路と、前記第２の光導波路から導波光の進行方向に分岐し、前記第１の光導波路に導波光の進行方向に向かって合流するように複数の連結路を有する連結光導波路と、を備えたものである。
【０００９】
この発明によれば、請求項１の導波路型増幅器に対する作用に加えて、励起光が２重コア光導波路を導波するときに、光学的に活性化される波長の導波光に比べて、別の導波方向に垂直な面での強度分布がさらに大きい導波モードを導波させることが可能になる。このため、励起光源として、幅の広い光導波路を持つ半導体レーザなどの高出力光源を使用することが可能になり、増幅器の高出力化がはかれる。
【００１０】
また、請求項３にかかる導波路型光増幅器にあっては、前記連結光導波路は、複数の連結路の途中に導波路型フィルタが設けられているものである。
【００１１】
この発明によれば、請求項１または２の導波路型光増幅器に対する作用に加えて、導波路フィルタにより、光学的に活性化される波長の導波光が、励起光源の光により光学的に活性化される材料を含まない光導波路へ反射などで結合する成分を阻止することにより、光増幅器の増幅効率をより高めることが可能になる。
【００１２】
また、請求項４にかかる導波路型光増幅器にあっては、前記第１の光導波路は、出射部分に励起光を反射または吸収し、励起光源の光による光学的に活性化される波長を透過させるフィルタが設けられているものである。
【００１３】
この発明によれば、請求項１または２の導波路型増幅器に対する作用に加えて、励起光源の光により光学的に活性化される材料をコア層に含む光導波路からの出射光の中で励起光成分を除去することにより、励起光源の光により光学的に活性化される波長の光のみを効率よく取り出すことが可能になる。
【００１４】
また、請求項５にかかる導波路型光増幅器にあっては、前記第１の光導波路は、光学的に活性される波長帯の光源が組み合わされ、当該光源の出射光を光導波路に入射させるものである。
【００１５】
この発明によれば、励起光源の光により光学的に活性化される波長の光が増幅されることにより、高い光出力を得ることが可能になる。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したように、本発明にかかる導波路型光増幅器（請求項１）によれば、励起光源から出射した励起光が、励起光源の光により光学的に活性化される材料をコア層に含まない方の光導波路を伝搬しながら、複数の連結導波路により、その一部が励起光源の光により光学的に活性化される材料をコア層に含む光導波路に結合し、かつ励起光源の光により光学的に活性化される材料をコア層に含む光導波路を長い距離伝搬せずに効率よく吸収されるため、励起光源の光により光学的に活性化される材料をコア層に含む光導波路の全体を通して増幅率が比較的平坦になり、増幅効率が低下しない。したがって、高い増幅率を得ようとして光導波路における活性物質のドーパントの濃度を高くしても、光導波路において励起光により活性化される領域を長くとることのできる導波路型の光増幅器を提供することができる。
【００１７】
また、本発明にかかる導波路型光増幅器（請求項２）によれば、請求項１の導波路型増幅器に対する作用に加えて、励起光が２重コア光導波路を導波するときに、光学的に活性化される波長の導波光に比べて、別の導波方向に垂直な面での強度分布が更に大きい導波モードを導波させることが可能であるため、励起光源として、幅の広い光導波路を持つ半導体レーザなどの高出力光源を使用することができ、増幅器の高出力化がはかれる。
【００１８】
また、本発明にかかる導波路型光増幅器（請求項３）によれば、請求項１または２の導波路型光増幅器に対する効果に加えて、導波路フィルタにより、光学的に活性化される波長の導波光が、励起光源の光により光学的に活性化される材料を含まない光導波路へ反射などで結合する成分を阻止するため、光増幅器の増幅効率をより高めることができる。
【００１９】
また、本発明にかかる導波路型光増幅器（請求項４）によれば、請求項１または２の導波路型増幅器に対する効果に加えて、励起光源の光により光学的に活性化される材料をコア層に含む光導波路からの出射光の中で励起光成分を除去することができ、励起光源の光により光学的に活性化される波長の光のみを効率よく取り出すことができる。
【００２０】
また、本発明にかかる導波路型光増幅器（請求項５）によれば、励起光源の光により光学的に活性化される波長の光が増幅される構成とするので、高い光出力を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明にかかる導波路型光増幅器の好適な実施の形態について添付図面を参照し、詳細に説明する。なお、本発明はこの実施の形態に限定されるものではない。
【００２２】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１にかかる導波路型光増幅器の構成例を示す説明図である。ここでは、光源用半導体レーザと励起用レーザを光源として用いる。双方の出射光は基板４上にほぼ並列して設置されている光源用の光導波路１と励起光用の光導波路２にそれぞれ集光される。ここで基板４上に、励起光により光学的に活性化する活性ドーパントをドープしたコア材料を装荷することにより、光導波路１が形成されており、さらに別の種類活性ドーパントでない材料ドープしたコア材料を装荷することで、光導波路２および光導波路３が形成されている。
【００２３】
ここで光導波路３は連結用の光導波路であり、２つの光導波路１，光導波路２の間でその間を連結する複数の連結光導波路からなる。これらの連結光導波路は励起光源の光により光学的に活性化される材料を含まない光導波路２から導波光の進行方向に分岐し、励起光源の光により光学的に活性化される材料をコア層に含んでいる光導波路１に導波光の進行方向に向かって合流するように配置されている。
【００２４】
このような各光導波路の配置により、光導波路２に入射した励起光はその一部が光導波路１に、先に述べた従来例のように２つの光導波路が１個所で合流する構成に比べて、比較的均等に分配されて入射することになる。これにより光導波路１中を導波する活性ドーパントにより活性化される波長の光は増幅されることになる。
【００２５】
ここで基板４の材料としては、Ａｌ2Ｏ3結晶を適用することができる。また、光導波路１においては、レーザ結晶であるＴｉイオンをドープしたＴｉ：Ａｌ2Ｏ3が適用できる。また、光導波路２においては、ＬｉやＫイオンをドープしたＬｉ：Ａｌ2Ｏ3およびＫ：Ａｌ2Ｏ3が適用できる。
【００２６】
（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２にかかる導波路型光増幅器の構成例を示す説明図である。この実施の形態２においては、光源用半導体レーザと励起用レーザを光源として用いる。双方の出射光は基板４上にほぼ並列して設置されている光源用の光導波路１と励起光用の光導波路２にそれぞれ集光される。ここで基板４上に、励起光により光学的に活性化する活性ドーパントをドープしたコア材料および励起光により光学的に活性化しないドーパントをドープしたコア材料を２重に装荷することにより、光導波路１が形成されており、さらにに活性ドーパントでない材料ドープしたコア材料を装荷することで、光導波路２および光導波路３が形成されている。
【００２７】
ここで光導波路３は連結用の光導波路であり、２つの光導波路１，２の間でその間を連結する複数の連結光導波路からなる。これらの連結光導波路は励起光源の光により光学的に活性化される材料を含まない光導波路２から導波光の進行方向に分岐し、励起光源の光により光学的に活性化される材料と活性化されない材料を含む２重コア層からなる光導波路１に導波光の進行方向に向かって合流するように配置されている。
【００２８】
このような各光導波路の配置により、光導波路２に入射した励起光はその一部が光導波路１に、従来例のように２つの光導波路が１個所で合流する構成に比べて、比較的均等に分配されて入射することになる。これにより光導波路１中を導波する活性ドーパントにより活性化される波長の光は増幅されることになる。
【００２９】
ここで基板４は材料としてＡｌ2Ｏ3結晶が適用できる。また、光導波路１においては、レーザ結晶であるＴｉイオンをドープしたＴｉ：Ａｌ2Ｏ3が適用できる。また、光導波路２においては、ＬｉやＫイオンをドープしたＬｉ：Ａｌ2Ｏ3及びＫ：Ａｌ2Ｏ3が適用できる。
【００３０】
（実施の形態３）
図３および図４は、本発明の実施の形態３にかかる導波路型光増幅器の第１および第２の構成例を示す説明図である。図１あるいは図２で示した実施の形態１あるいは実施の形態２の構成において、複数の連結光導波路３の途中に、励起光を透過し励起光源の光により光学的に活性化される波長を反射する導波路型フィルタ５を設けている。導波路フィルタとしては、導波路グレーティング（Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  Ｇｒａｔｉｎｇ）フィルタなどが適用できる。
【００３１】
導波路フィルタにより、光学的に活性化される波長の導波光が、励起光源の光により光学的に活性化される材料を含まない光導波路へ反射などで結合する成分を阻止することができる。このため光増幅器の増幅効率をより高めることができる。
【００３２】
（実施の形態４）
図５および図６は、本発明の実施の形態４にかかる導波路型光増幅器の第１および第２構成例を示す説明図である。この実施の形態４では、前述した図１あるいは図２で示した実施の形態１あるいは実施の形態２の構成において、励起光源の光により光学的に活性化される材料をコア層に含む光導波路１の出射端部分に励起光を反射または吸収し、励起光源の光により光学的に活性化される波長を透過させるフィルタ６を設けた。このフィルタは、基板上に高屈折率物質と低屈折率物質を交互に積層する構造を有する誘電体多層膜フィルタや、導波路の屈折率を変化させる導波路グレーティング（Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  Ｇｒａｔｉｎｇ）フィルタなどが適用できる。
【００３３】
励起光源の光により光学的に活性化される材料をコア層に含む光導波路からの出射光の中で励起光成分を除去することができ、励起光源の光により光学的に活性化される波長の光のみを効率よく取り出すことができる。
【００３４】
（実施の形態５）
実施の形態１〜４の構成において、励起光源の光により光学的に活性化される材料をコア層に含む光導波路に、光学的に活性化される波長帯の光源を組み合わせ、その光源の出射光をその光導波路１に入射させる構成を取っている。このため励起光源の光により光学的に活性化される波長の光が高出力で得られる。
【００３５】
励起光源の光により光学的に活性化される波長の光が増幅されることにより、高光出力を得ることができる。
【００３６】
（作製方法）
つぎに以上説明した実施の形態で述べた導波路型光増幅器の作製方法について説明する。この導波路型光増幅器は半導体プロセスを利用して作製するものである。図２において、基板４はたとえばＡｌ2Ｏ3結晶を用い、その上に光導波路１を作製する。材料はＴｉイオンをドープしたＴｉ：Ａｌ2Ｏ3法で、作製方法としては、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などが知られており、これにしたがって作製する。さらにマスクを用いた気相エッチング法などにより、光導波路１の導波路形状を作製する。さらに光導波路２を光導波路１と同様な手法で作製する。この他にＣｒイオンをＡｌ2Ｏ3やＬｉＳｒＡｌＦ6などの材料に含有させることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる導波路型光増幅器の構成例を示す説明図である。
【図２】本発明の実施の形態２にかかる導波路型光増幅器の構成例を示す説明図である。
【図３】本発明の実施の形態３にかかる導波路型光増幅器の第１の構成例を示す説明図である。
【図４】本発明の実施の形態３にかかる導波路型光増幅器の第２の構成例を示す説明図である。
【図５】本発明の実施の形態４にかかる導波路型光増幅器の第１の構成例を示す説明図である。
【図６】本発明の実施の形態４にかかる導波路型光増幅器の第２の構成例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３８】
１，２  光導波路
３  連結光導波路
４  基板
５  導波路型フィルタ
６  フィルタ  
【図１】
2005093827.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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