Erドープガーネット結晶薄膜を用いた導波路型光増幅素子の基礎特性

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ISDN、情報スーパーハイウェイなどのマルチメディア通信ネットワークの構築には光ファイバ伝送方式の使用が大前提となっている。光増幅器は、それらの光通信ネットワーク、あるいは光導波路中における光減衰補償として極めて重要な役割を担うキーデバイスである。近年、Er^<3+>やPr^<3+>などの希土類イオンをドープしたファイバ増幅器では数十dB以上の利得が報告され、光ファイバ幹線系内においては実用レベルの段階へと至った。しかし、ファイバ増幅器はファイバ長が数メートルと長く、増幅器自身が大型になってしまうため、最近では幹線系外への適用、光集積回路への応用が期待できる導波路型光増幅器の関心が高まってきた。我々は光増幅器の小型化を図るとともに、誘電体系光集積回路内の導波路中における光増幅を目的とした、薄膜導波路型光増幅素子の研究を行ってきた。薄膜母体材料に希土類イオンをドープしたガーネット結晶を用いることで、ガラスなどのアモルファス材料に比べ、活性イオン濃度、吸収断面積、誘導放出断面積などの値を飛躍的に向上させることができる。それ故、超小型光増幅素子の設計に適している。さらに、素子構造をプレーナ導波路上にすることで、光波が活性媒質中に閉じ込められ、複数の増幅素子もしくは他の光導波路デバイスとの集積化が可能になる。[figure]我々の目標は、光増幅素子と他の光機能素子とを同一基板上に集積化することにある。LiNbO_3やガーネットなどの結晶を用いた光機能素子の中には、光スイッチ、光変調素子、光アイソレータ等の優れた光デバイスも数多い。筆者らは、これら両母体材料における光増幅素子の検討も進めており、これまで数値解析等を行ってきた。図1は、ガーネット基板上に光増幅器と光アイソレータとをモノリシックに集積化する一例を示したものである。安定なアライメントを保持できるこのような集積構造は、大規模光集積回路実現への足掛かりとなる。さらに、我々はNd添加ガーネット薄膜を用いた光増幅素子によって1.06μm帯の光増幅に成功しており、ZnOストリッフを装荷した三次元導波路において最大利得6.5dBを得ている。我々は、新たに通信波長帯における導波路型光増幅素子の実現を目的として、1.55μm帯に蛍光を有するEr^<3+>を活性イオンに選択し、研究を進めている。スパッタによりEr:YGG薄膜スラブ導波路をYAG基板上に作成し、X線解析によりその組成および結晶性の評価を行った。
1995-03-27

Erドープガーネット結晶薄膜を用いた導波路型光増幅素子の基礎特性

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