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JP2656972B2 - 多波長ガラス導波路レーザーアレイ - Google Patents
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JP2656972B2 - 多波長ガラス導波路レーザーアレイ - Google Patents

多波長ガラス導波路レーザーアレイ

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JP2656972B2 JP4251089A JP4251089A JP2656972B2 JP 2656972 B2 JP2656972 B2 JP 2656972B2 JP 4251089 A JP4251089 A JP 4251089A JP 4251089 A JP4251089 A JP 4251089A JP 2656972 B2 JP2656972 B2 JP 2656972B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は波長の異なった複数のガラス導波路レーザー
をアレイ状に配置させた多波長ガラス導波路レーザーア
レイに関するものである。
[従来の技術] 近年、光ファイバのコアに希土類元素を添加した光フ
ァイバレーザーの研究が活発化し、各種レーザー光源
用、光増幅媒質用として注目されるようになってきた。
第5図は従来の光ファイバレーザーの構成例を示した
ものである(木村、中沢:光ファイバレーザーの発振特
性とその光通信への応用、レーザー学会研究会、RTM−8
7−16,PP.31〜37,1988年1月)。これは光ファイバのコ
アに希土類元素を添加した光ファイバの両端面をレーザ
ーミラーに直に接触させるか、光ファイバの両端面に誘
電体多層膜を蒸着させて光共振器を構成したものであ
る。励起光源にはArイオンレーザー(波長514.5nm)、
色素レーザー(波長650nm)、半導体レーザー(波長830
nm)等を用いて端面励起が行われる。又上記光ファイバ
レーザーにおいて、レーザー発振波長を制御する手段と
して、光ファイバ中に添加しているP2O5のNdに対する濃
度比を変える方法が上記両氏等によって提案されてい
る。例えば、P2O5の添加により発振波長を1.09μmから
1.064μmまで移動した結果が得られている。
[発明が解決しようとする課題] 前述した光ファイバレーザーは、 (1) 光ファイバのコア径が細径であるため励起パワ
ー密度が大きくなり、励起効率を上げられること、 (2) 相互作用長を長くとれること、 (3) 特に石英系ファイバの場合、低損失であるこ
と、 (4) 可撓性があること、 等の特徴がある。しかしながら波長の異なる複数個のレ
ーザーをアレイ状に構成しようとすると、実装が複雑で
あり、又小形化することも難しい。又P2O5の添加量の異
なる光ファイバを一本一本作らなければならず、作成時
間、費用がかかりすぎるという問題もある。
本発明の目的は、前記した従来技術の問題点を解決す
ることにある。即ち、希土類元素を添加したガラス導波
路レーザーにより構成した多波長ガラス導波路レーザー
アレイを提供することにある。
[課題を解決するための手段] 本発明は、希土類元素を含んだSiO2系ガラスにP2O5
或いはAl2O3を添加した直線状のコア導波路を基板上に
並列にN個並べ、上記夫々のコア導波路にCO2レーザー
光を照射して、夫々のコア導波路内のP2O5、或いはAl2O
3の添加量を異ならせ、該コア導波路の入、出力端面に
所望の反射率ミラーを形成してガラス導波路型共振器ア
レイを構成し、該共振器アレイの入力側に入力がM(M
≧1)で出力がN(N≧2)のM対N型光スターカプラ
を接続し、該光スターカプラの入力より励起光を入力さ
せるようにした構成である。上記構成により、ガラス導
波路型共振器アレイの出力端から、夫々波長の異なった
レーザー発振した光信号を出射させるようにしたもので
ある。
[作用] 並列にN個並べた直線状のコア導波路への炭酸ガスレ
ーザー光のエネルギー照射量を順次変えてやれば、直線
状のコア導波路内のP2O5、或いはAl2O3の蒸発量を異な
らしめることができ、結果的に上記添加物の添加量の異
なった直線状のコア導波路を得ることができる。
夫々の直線状コア導波路内でのレーザー発振波長は、
P2O5或いはAl2O3の添加量に依存して異なるから、コン
パクトな構成の多波長ガラス導波路レーザーアレイを容
易に得ることができるものである。
[実 施 例] 第1図に本発明の多波長ガラス導波路レーザーアレイ
の実施例を示す。同図(a)は側面図、(b)は(a)
のA−A′断面図を夫々示したものである。これはレー
ザー発振波長の異なる4つのガラス導波路レーザーをア
レイにした場合の実施例を示したものである。5はコア
3へ入力し励起光(矢印7で示す。)を4等分(矢印7
−1から7−4に分配)するための1対4型光スターカ
プラである。6はSiO2系ガラスに希土類元素を添加した
4つの直線状のコア導波路10〜13の両端にミラー8−1,
8−2を設けたガラス導波路型共振器アレイである。上
記コア導波路10〜13には、この実施例ではSiO2−P2O5
ガラスにNdを添加したガラスが用いられている。そして
コア導波路10〜13のP2O5の添加量が夫々異なっている。
このP2O5の添加量を異ならせたコア導波路10〜13を並列
に設けることによって、ミラー8を通して出射されるレ
ーザー発振光(矢印14〜17で示す。)の波長を少しずつ
異ならしめたものである。以下に第1図の詳細を述べ
る。
1対4型光スターカプラ5、ガラス導波路型共振器ア
レイ6は基板1(例えば、Si,ガラス,LiN6O3等)上に低
屈折率層2(屈折率ns、例えばSiO2、或いはSiO2にP,B,
Ti,Ge,Al,F等の添加物を少なくとも1種含んだガラス、
等)形成させ、その上に屈折率nc(nc>ns)のコア導波
路3を略断面矩形状にパターン化させる。その後で屈折
率nc1(nc1>nc)のクラッド4(例えば、SiO2,或いはS
iO2にP,B,Ti,Ge,Al,F等の添加物を少なくとも1種含ん
だガラス、等)全面に被覆した構成である。コア3とク
ラッド4(或いは低屈折率層2)の比屈折率差0.数%程
度に選ばれ、単一モード伝送用導波路構造に設定されて
いる。1対4型光スターカプラ5は、Y分岐器9−1,9
−2,9−3を縦続接続することによって構成されてい
る。ミラー8−1は反射率99%のものを、又ミラー8−
2には反射率98%のものが用いられる。ミラー8−1は
光スターカプラ5とガラス導波路型共振器アレイ6との
間に溝を形成させてその溝に挿入するようにするか、蒸
着によりコア導波路端面に誘電体多層膜を形成させるよ
うにして設ける。又ミラー8−2もコア導波路端面に直
に接触させるか、蒸着により端面に誘電体多層膜を形成
させるようにしてもよい。1対4型光スターカプラ5の
入力側コア3へ入射した励起光7はY分岐器9−1,9−
2,9−3によって等分配に分けられ、矢印7−1〜7−
4の方向でミラー8−1に入射する。上記各々の光信号
7−1〜7−4はガラス導波路型共振器アレイ6のコア
導波路10〜13内に入り、ミラー8−1と8−2間で共振
器を構成し、連続発振光をミラー8−2を通して矢印14
〜17のように出力させることが可能である。この構成に
おいて、P2O5の添加量を異ならせたコア導波路10〜13を
実現させる方法について説明する。
第2図はP2O5の添加量を異ならせたコア導波路を実現
させる方法の概略図を示したものである。同図(b)は
上面図、(a)は側面図を示したものである。これは基
板1上に低屈曲率層2を形成させ、その層2の上にコア
となるガラス膜(SiO2にP2O5とNdを添加したガラス膜)
を形成後、ホトリソグラフィ、ドライエッチングプロセ
スにより、略断面矩形状のコア導波路10〜13をパターン
化させる。この段階では上記コア導波路10〜13のP2O5,N
dの添加量は略同一である。次に第2図(b)に示すよ
うに、コア導波路10〜13の上部より炭酸ガスレーザーの
ビーム19−1,19−2,19−3を照射し、それらのビームを
矢印18−1,18−2,18−3の方向に移動させてコア導波路
10〜13を夫々加熱し、P2O5を蒸着させる。ここで、上記
ビーム19−1,19−2,19−3の矢印18−1,18−2,18−3方
向への移動速度を夫々異ならせることによって、夫々の
コア導波路10〜13中のP2O5の蒸着量を制御する。これに
よってP2O5の添加量の異なったコア導波路を実現させる
ことができる。
上記実施例では、コア導波路10中のP2O5の添加量が最
も多く、ついで11,12,13と順次P2O5の添加量が少なくな
るように作られる。即ち、矢印18−1,18−2,18−3で示
した炭酸ガスレーザーのビームの移動速度は18−1が一
番速く、ついで18−2,18−3となるように設定される。
こうして導波路10〜13中のP2O5の添加量を異ならせた後
コアより低屈折率層のクラッド4を全面に被服した構成
とすることができる。尚、予め第1図(b)にあるよう
に予めコア導波路10〜13上にクラッド4を覆った状態に
しておいてから、そのクラッド4の上部より、第2図と
同様に炭酸ガスレーザーのビーム19−1,19−2,19−3を
照射するようにしてコア導波路10〜13中のP2O5の蒸発量
を異ならせるようにしてもよい。その他にも、P2O5の添
加量を異ならせるべくイオン注入法によりP+をコア導波
路中に注入し、その後、熱処理を行う方法も可能であ
る。
第3図は本発明の多波長ガラス導波路レーザーアレイ
の別の実施例を示したものである。これは第1図におけ
る1対4型光スターカプラの代わりに、2対4型光スタ
ーカプラ20を用いた場合であり、同図(a)は側面図、
(b)は(a)のA−A′断面図を示している。上記2
対4型光スターカプラ20は方向性結合器21−1〜21−3
を用いて構成されている。ガラス導波路型共振器アレイ
6でレーザー発振した光信号の約1%の光信号は、ミラ
ー8−1を透過し上記光スターカプラ20側へ漏洩し、方
向性結合器21−2,21−3を介して矢印23−1,23−2方向
へ伝搬する。従って、図示したように方向性結合器21−
2,21−3の一端に受光素子22−1,22−2を設けておけ
ば、これから夫々のレーザーの発振波長及びそれらの変
動の具合い等をモニターすることができる。
以上、実施例に基づき説明してきたが、本発明は上記
実施例に限定されない。まずアレイ状に配列させるレー
ザーアレイの数は2個以上、いくらでもよい。例えば、
ガラス導波路型共振器アレイ6のコア導波路10〜13の間
隔は百数十μm程度の間隔で形成させることができるの
で、コア導波路をアレイ状に10個並列に配設させても2m
m以下の幅である。従って、例えば、直径3インチの基
板に形成させたとすると、一度に数10個分のガラス導波
路型共振器を作ることができ、且つ上記基板を10枚以上
一度に製造プロセスに流せるので、非常に低コストに実
現できる。ミラー8−1,8−2はガラス導波路型共振器
アレイ6の両端面に全面に設ける以外に、各々のコア導
波路端面のみに設けてもよい。導波路構造は、本発明の
実施例で示した埋込み型以外に、リッジ型等を用いても
よい。又光スターカプラには1対N型、2対N型、N対
N型等を用いてもよい。更にコア導波路にはSiO2−Al2O
3系ガラスにErを添加したガラス等を用いてもよい。
[発明の効果] 本発明によれば、発振波長の異なったガラス導波路レ
ーザーをアレイ状に、且つコンパクトに構成することが
できる。しかも容易に大量生産することができるので、
非常に低コストな多波長レーザー光源として提供するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
第1図、及び第3図は本発明の多波長ガラス導波路レー
ザーアレイの実施例を示す側面図及び断面図、第2図は
本発明のガラス導波路型共振器アレイを実現させる方法
の実施例を示す側面図及び断面図、第4図は従来の光フ
ァイバレーザーの構成例を示す説明図である。 1:基板、 2:低屈折率層、 3:コア、 4:クラッド、 5,20:スターカプラ、 6:ガラス導波路型共振器アレイ、 8−1〜8−2:ミラー、 9:Y分岐器、 10〜13:コア導波路、 21−1,12−2,12−3:方向性結合器、 22−1,22−2:受光素子。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井本 克之 茨城県日立市日高町5丁目1番1号 日 立電線株式会社電線研究所内 (56)参考文献 特開 昭62−293684(JP,A)

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】希土類元素を含んだSiO2系ガラスにP2O5
    或いはAl2O3の添加量が異なる直線状のコア導波路を基
    板上に並列にN個並べ、該コア導波路の入、出力端面に
    所望の反射率ミラーを形成してガラス導波路型共振器ア
    レイを構成し、該共振器アレイの入力側に入力がM(M
    ≧1)で出力がN(N≧2)のM対N型光スターカプラ
    を接続し、該光スターカプラの入力より励起光を入力さ
    せるようにしたことを特徴とする多波長ガラス導波路レ
    ーザーアレイ。
  2. 【請求項2】光スターカプラ及びガラス導波路型共振器
    アレイはプレーナ型の導波路構造からなり、基板上に形
    成された低屈折率のガラス層の中に高屈折率の略断面矩
    形状のコア導波路を有する構造で構成したことを特徴と
    する請求項1記載の多波長ガラス導波路レーザーアレ
    イ。
  3. 【請求項3】コア導波路としてNdとP2O5を含んだSiO2
    ガラスを用いたことを特徴とする請求項1又は2記載の
    多波長ガラス導波路レーザーアレイ。
  4. 【請求項4】コア導波路としてErとAl2O3を含んだSiO2
    系ガラスを用いたことを特徴とする請求項1又は2記載
    の多波長ガラス導波路レーザーアレイ。
  5. 【請求項5】導波路構造は埋込み型、或いはリッジ型か
    らなることを特徴とする請求項1又は2記載の多波長ガ
    ラス導波路レーザーアレイ。
  6. 【請求項6】光スターカプラにはY分岐器、方向性結合
    器、或いはこれらを組合せたものを用いたことを特徴と
    する請求項1又は2記載の多波長ガラス導波路レーザー
    アレイ。
  7. 【請求項7】希土類元素を含んだSiO2系ガラス中のP
    2O5、或いはAl2O3の添加量が略同一であるコア導波路を
    N個予め作成しておき、該コア導波路の上部に炭酸ガス
    レーザのビームを照射し、その照射量を異ならしめるこ
    とによってコア導波路からのP2O5或いはAl2O3の蒸発量
    を異ならしめ、もってP2O5或いはAl2O3の添加量の異な
    るコア導波路を形成せしめてガラス導波路型共振器アレ
    イとなしたことを特徴とする請求項1又は2記載の多波
    長ガラス導波路レーザーアレイ。
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