JPH05136486A - 光増幅用ｉｃチツプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 生産性、信頼性に優れるとともに、小形かつ
軽量化を図ることができる光増幅用ＩＣチップを得るこ
と。 【構成】 単一のチップ基板２上には、増幅用光ファイ
バ４がガラス層８によって融着一体化されて配置される
とともに、この増幅用光ファイバ４の入射端側には、信
号光および励起光をそれぞれ外部から導入する各導波路
１０，１２と、これらの各導波路１０，１２に一連化さ
れて信号光と励起光とを混合する光合波部１４と、この
光合波部１４から一連的に導出されて増幅用光ファイバ
４に至る混合光導波路１６とが形成される一方、増幅用
光ファイバ４の出射端側には、増幅光を導出する増幅光
導波路１８が形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、希土類元素をドーピン
グしてなる増幅用光ファイバをチップ基板上に一体化し
て構成される光増幅用ＩＣチップに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、希土類元素をドーピングしてなる
増幅用光ファイバの誘導放出効果を利用して信号光を増
幅する光増幅器は、信号光伝送用の光ファイバ、励起光
導入用光ファイバ、信号光と励起光とを混合する光合波
器、増幅用光ファイバ、増幅光から信号光のみを取り出
すフィルタ、このフィルタを通過した光を導出する伝送
用光ファイバが順次配置して構成されている。すなわ
ち、従来の光増幅器は、各々別個の光デバイスを組み合
わせることにより構成されている。

【０００３】ところが、このように、別個独立した光デ
バイスを単に寄せ集めて光増幅器を構成したのでは、光
増幅器の全体形状が大形化するばかりでなく、重量も相
当に重いものとなり、コスト面、取り扱い上で不利であ
る。

【０００４】そこで、本発明者らは、図５に示すような
光増幅器を提供した(特願昭２−４０６９９０号参照)。

【０００５】この光増幅器は、光ＩＣチップＡと、この
光ＩＣチップＡに外部接続された長尺の増幅用光ファイ
バＢとからなり、光ＩＣチップＡは、単一のガラス製の
チップ基板a上に、信号光および励起光をそれぞれ外部
から導入する各導波路b，c、各導波路b，cからの信号光
と励起光とを混合する光合波部d、この光合波部dから導
出された混合光を増幅用光ファイバＢに導くための導波
路e、増幅用光ファイバＢで増幅された増幅光の導入用
の導波路g、およびこの増幅光から信号光と励起光とを
分波する光分波部hがそれぞれ一体形成されて構成され
ている。

【０００６】この光増幅器において、光ＩＣチップＡに
対して増幅用光ファイバＢを外部接続するようにしたの
は、この光増幅器の開発時点における技術レベルでは、
増幅用光ファイバＢに対して希土類元素(たとえばＥr)
を高濃度にドーピングするのは困難であり、所要の増幅
率を得るためには、増幅用光ファイバＢの条長が長くな
らざるを得ないためである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】図５に示した光増幅器
においては、いままでの別個独立した光デバイスを単に
寄せ集めて光増幅器を構成するものに比べて小型・軽量
で高い生産性・信頼性が期待できる。

【０００８】しかしながら、前述のように、光ＩＣチッ
プＡに増幅用光ファイバＢを外部接続していたのでは、
小形化が困難であるばかりか、光ＩＣチップＡに対して
光ファイバを突き合わせ接続する部分が多くなり(この
例では各導波路b，c，e，gに対してそれぞれ光ファイバ
を突き合わせ接続しているため接続部分は計５箇所とな
っている)、それだけ接続損失が多くなる。

【０００９】近時、技術レベルが高まり、希土類元素を
高濃度(たとえば１００００ppm程度)にドーピングする
のが可能になると、短尺の増幅用光ファイバであっても
所要の増幅率を得ることができる。

【００１０】そこで、短尺の増幅用光ファイバをチップ
基板上に設置して導波路と接続することにより小形化を
図ることが考えられるが、そのために、たとえば、増幅
用光ファイバをチップ基板aに接着剤等で固定すると、
増幅用光ファイバやチップ基板aに対して接着剤の熱膨
張係数が大きく異なるので、熱サイクルを受けたような
場合には、それらの熱膨張係数の差のために増幅用光フ
ァイバと導波路との光軸がずれたり、接着剤が剥離する
などの不具合を生じることになる。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述した課題
が解決するためになされたものであって、従来よりも一
層小形、軽量で、高い生産性、信頼性が期待できる光増
幅用ＩＣチップが得られるようにするものである。

【００１２】そのため、本発明の光増幅用ＩＣチップで
は、単一のチップ基板を備え、このチップ基板上に、増
幅用光ファイバがガラス層によって融着一体化されて配
置されるとともに、この増幅用光ファイバの入射端側
に、信号光および励起光をそれぞれ外部から導入する信
号光導波路および励起光導波路と、これら信号光導波路
および励起光導波路に一連化されて信号光と励起光とを
混合する光合波部と、この光合波部から一連的に導出さ
れて前記増幅用光ファイバに至る混合光導波路とが形成
される一方、前記増幅用光ファイバの出射端側には、増
幅光を導出する増幅光導波路が形成されていることを特
徴とするものである。

【００１３】

【作用】上記構成において、外部から導入された信号光
と励起光とは各導波路を通り、光合波部で両光が混合さ
れ、この混合光が導波路を経由して増幅用光ファイバ内
に導入される。増幅用光ファイバは、励起光による希土
類元素の誘導放出効果に基づいて信号光を増幅させるの
で、増幅された光が導波路を経て取り出される。

【００１４】ここで、上記の増幅用光ファイバを含む各
光デバイスおよび各デバイス間を結ぶ導波路は、全て単
一のチップ基板上に集積した状態で形成され、しかも、
増幅用光ファイバは融着一体化されているので、剥離、
光軸ずれ等のおそれも無く、小形・軽量で高い生産性・
信頼性が期待できることになる。

【００１５】

【実施例】図１はこの実施例に係る光増幅用ＩＣチップ
の平面図、図２は図１のＡ−Ａ線に沿う断面図、図３は
図１のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。

【００１６】これらの図において、符号１は光増幅用Ｉ
Ｃチップの全体を示し、２は石英ガラス系のチップ基
板、４は増幅用光ファイバである。

【００１７】この増幅用光ファイバ４は、励起光により
希土類元素の誘導放出効果に基づいて信号光を増幅させ
るもので、所要の増幅率が得られるように、石英系光フ
ァイバのコア４aの内部またはクラッド４bと接するコア
４a外周面部に希土類元素を所定量だけドーピングして
構成される。たとえば、コア４aに対してＥrが１００〜
１００００ppm程度の濃度でドーピングされる。

【００１８】そして、上記のチップ基板２には予め、た
とえばＶ字状やＵ字状をした溝６が形成され、この溝６
に増幅用光ファイバ４が配置され、さらに、この増幅用
光ファイバ４の外周にはガラス層８が融着一体化されて
いる。このガラス層８は、たとえば、増幅用光ファイバ
４の外周およびチップ基板２上にスートを堆積した後、
このスートをガラス化することにより得られる。この場
合のスートは、増幅用光ファイバ４が悪影響を受けない
よう成分および添加量が予め調整される。

【００１９】このように増幅用光ファイバ４は、その周
囲のガラス層８によって強固に固定されるとともに、チ
ップ基板２およびガラス層８とも熱膨張係数が略同じで
あるため、温度変化に対して極めて安定であり、しか
も、経時変化のおそれもない。

【００２０】この増幅用光ファイバ４の入射端側には、
単一波長(たとえば１.５５μm波長帯)の信号光を導入す
るための信号光導波路１０、所定波長(たとえば１.４８
μｍ波長帯)の励起光を外部から導入する励起光導波路
１２、これら各導波路１０，１２を近接平行配置してモ
ード結合により信号光と励起光とを混合する光合波部１
４、および、この光合波部１４からの混合光を増幅用光
ファイバ４に導く混合光導波路１６がそれぞれ形成され
ている。

【００２１】一方、増幅用光ファイバ４の出射端側に
は、この増幅用光ファイバ４で増幅された光を導出する
増幅光導波路１８、この増幅光導波路１８からの増幅光
を信号光と励起光とに分波する光分波部２０、この光分
波部２０で分波された信号光を導出する信号光導波路２
２、および、分波された励起光を導出する励起光導波路
２４がそれぞれ形成されている。

【００２２】これらの各導波路１０，１２，１６，１
８，２２，２４はエッチングにより製作される関係上、
断面方形をしており、また、各導波路１０，１２，１
６，１８，２２，２４、光合波部１４、および光分波部
２０は、いずれも増幅用光ファイバ４と同様にガラス層
８で覆われている。さらに、混合光導波路１６および増
幅光導波路１８は、増幅用光ファイバ４のコア４aと光
軸が一致し、かつ、各導波路１６，１８と増幅用光ファ
イバ４との突き合わせ端面は、ガラス層８を形成するた
めに加熱される際に互いに融着して一体になっている。

【００２３】そして、チップ基板２の左右の各端面に臨
む各導波路１０，１２，２２に対しては、光ファイバ２
６がそれぞれ突き合わせ状態で接続される。ここで、光
増幅用ＩＣチップ１に対する光ファイバ２６の接続は、
計３箇所であり、図５に示した従来例の場合に比較して
接続箇所が少ない分だけ接続損失が少なくなる。

【００２４】上記構成の光増幅用ＩＣチップ１におい
て、光ファイバ２６より導入された信号光と励起光は、
それぞれ信号光導波路１０と励起光導波路１２を伝播し
て光合波部１４に至る。そして、この光合波部１４にお
いて信号光と励起光とが混合され、混合光が混合光導波
路１６を伝播して増幅用光ファイバ４内に導かれる。

【００２５】増幅用光ファイバ４においては、励起光に
よる希土類元素(たとえばＥrイオン)の誘導放出効果に
基づいた信号光の増幅が行われ、増幅光は、増幅光導波
路１８を経由して光分波部２０で信号光と励起光とに分
波され、増幅後の信号光が信号光導波路２２から光ファ
イバ２６に導出される。

【００２６】なお、上記の実施例においては、チップ基
板２の左右の各端面に各導波路１０，１２，２２を直接
臨ませているが、この場合、各導波路１０，１２，２２
の断面形状は方形で、一方、各導波路１０，１２，２２
に突き合わせ接続される光ファイバ２６のコアの断面形
状は円形であるから、このように断面形状の異なるもの
を単に突き合わせただけでは依然として有る程度の接続
損失を伴う。

【００２７】これを改善するには、図４に示すように、
チップ基板２上において、各導波路１０，１２，２２に
対応して補助用光ファイバ２８を設け、この補助用光フ
ァイバ２８の各一方端を導波路１０，１２，２２に接続
し、各他方端をチップ基板２の端面に臨ませ、この補助
用光ファイバ２８に外部から光ファイバ２６を突き合わ
せ接続する。この場合、補助用光ファイバ２８の一方端
においては、そのコアが導波路１０，１２，２２にそれ
ぞれ光軸が一致し、かつ、その突き合わせ端面は、ガラ
ス層８を形成するために加熱される際に互いに融着して
一体になっており、また、光ファイバ２６が接続される
補助用光ファイバ２８の他方端においては、円形のコア
同士が突き合わされるので、全体的な接続損失は、図１
の構成の場合よりも少なくなる。

【００２８】さらに、上記の実施例においては、光分波
部２０を設けているが、これに代えてバンドパスフィル
タをチップ基板２上に設けることで増幅後の信号光のみ
を取り出すようにしてもよい。また、増幅後の信号光を
複数経路に分岐して出射する光分岐部を信号光導波路２
２と一連化された状態でチップ基板２上に形成すること
も可能である。また、光ファイバ２６が接続されるチッ
プ基板２の左右の各端面にはアンチリフレクションコー
ト(無反射コート)を施すのが各導波路内および増幅用光
ファイバ４内でのレーザ発振を防止する上で一層好まし
い。

【００２９】

【発明の効果】本発明によれば、上記の増幅用光ファイ
バを含む各光デバイスおよび各デバイス間を結ぶ導波路
は、全て単一のチップ基板上に集積した状態で形成さ
れ、しかも、増幅用光ファイバは融着一体化されている
ので、個々に単品構成されたそれぞれがかなり大きな各
部品を単に寄せ集めて構成した従来例に比べると、著し
い小形・軽量化を図ることができるとともに、その製造
においてきわめて高い生産性と高信頼性とを達成するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光増幅用ＩＣチップの平面図であ
る。

【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。

【図３】図１のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。

【図４】本発明の変形例を示す光増幅用ＩＣチップの平
面図である。

【図５】従来の光増幅器の概要を示す平面図である。

【符号の説明】

１…光増幅用ＩＣチップ、２…チップ基板、４…増幅用
光ファイバ、８…ガラス層、１０…信号光導波路、１２
…励起光導波路、１４…光合波部、１６…混合光導波
路、１８…増幅光導波路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中沢 正隆 東京都千代田区内幸町一丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 木村 康郎 東京都千代田区内幸町一丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 単一のチップ基板(２)を備え、このチッ
   プ基板(２)上には、増幅用光ファイバ(４)がガラス層
   (８)によって融着一体化されて配置されるとともに、こ
   の増幅用光ファイバ(４)の入射端側には、信号光および
   励起光をそれぞれ外部から導入する信号光導波路(１０)
   および励起光導波路(１２)と、これら信号光導波路(１
   ０)および励起光導波路(１２)に一連化されて信号光と
   励起光とを混合する光合波部(１４)と、この光合波部
   (１４)から一連的に導出されて前記増幅用光ファイバ
   (４)に至る混合光導波路(１６)とが形成される一方、前
   記増幅用光ファイバ(４)の出射端側には、増幅光を導出
   する増幅光導波路(１８)が形成されていることを特徴と
   する光増幅用ＩＣチップ。