JPH0644645B2 - 光導波路型レーザ媒体及び光導波路型レーザ装置 - Google Patents
光導波路型レーザ媒体及び光導波路型レーザ装置Info
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- JPH0644645B2 JPH0644645B2 JP2086142A JP8614290A JPH0644645B2 JP H0644645 B2 JPH0644645 B2 JP H0644645B2 JP 2086142 A JP2086142 A JP 2086142A JP 8614290 A JP8614290 A JP 8614290A JP H0644645 B2 JPH0644645 B2 JP H0644645B2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/06—Construction or shape of active medium
- H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
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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、レーザ活性物質を含む光導波路によって光増
幅またはレーザ発振を行うようにした光導波路型レーザ
媒体及びこの光導波路レーザ媒体を用いて光増幅または
レーザ発振を行う光導波路型レーザ装置に関する。
幅またはレーザ発振を行うようにした光導波路型レーザ
媒体及びこの光導波路レーザ媒体を用いて光増幅または
レーザ発振を行う光導波路型レーザ装置に関する。
［従来の技術］ 光導波路型レーザ媒体及び光導波路型レーザ装置として
は、本願出願人が先に提案したものが知られている（特
開昭63-29986号公報参照）。
は、本願出願人が先に提案したものが知られている（特
開昭63-29986号公報参照）。
この提案にかかるレーザ媒体及びレーザ装置は、要する
に、基板にレーザ活性イオンを含んだ光導波路を形成
し、この光導波路に励起光を照射することによりこの光
導波路で光増幅またはレーザ発振を行わせるようにした
ものである。
に、基板にレーザ活性イオンを含んだ光導波路を形成
し、この光導波路に励起光を照射することによりこの光
導波路で光増幅またはレーザ発振を行わせるようにした
ものである。
この提案にかかるレーザ媒体及びレーザ装置は、レーザ
活性イオンを含むレーザガラス基板の一部にイオン交換
を施し、屈折率の高い部分を形成してその部分を光導波
路とすることによって得られる。すなわち、レーザガラ
ズに含まれるアルカリイオン（Ａイオンとする）を、こ
のレーザガラスの屈折率をより高くするイオン（Ｂイオ
ンとする）で交換する。これにより、イオンに交換され
た部分が高屈折率部分となり、光導波路となる。
活性イオンを含むレーザガラス基板の一部にイオン交換
を施し、屈折率の高い部分を形成してその部分を光導波
路とすることによって得られる。すなわち、レーザガラ
ズに含まれるアルカリイオン（Ａイオンとする）を、こ
のレーザガラスの屈折率をより高くするイオン（Ｂイオ
ンとする）で交換する。これにより、イオンに交換され
た部分が高屈折率部分となり、光導波路となる。
［発明が解決しようとする課題］ ところで、上述のイオン交換によって実際に所望の性能
のレーザ媒体及びレーザ装置を得るためには、次のよう
な条件を満たすことが必要である。
のレーザ媒体及びレーザ装置を得るためには、次のよう
な条件を満たすことが必要である。
ＡイオンとＢイオンのイオン交換が現実的な時間内で
効率よく行えること。
効率よく行えること。
ＡイオンとＢイオンのイオン半径が近似していて、イ
オン交換の際、基板に割れ等を生じさせたり、あるい
は、イオン交換後に基板に歪みを生じさせたりするよう
なものでないこと。
オン交換の際、基板に割れ等を生じさせたり、あるい
は、イオン交換後に基板に歪みを生じさせたりするよう
なものでないこと。
イオン交換後にレーザ特性を劣化させないこと。
その後の研究によれば、このような条件を満たすために
は、上述のＡイオン及びＢイオンの種類や量並びにレー
ザガラスの種類等を厳選する必要のあることが判明し
た。
は、上述のＡイオン及びＢイオンの種類や量並びにレー
ザガラスの種類等を厳選する必要のあることが判明し
た。
本発明は、上述の背景のもとでなされたものであり、基
板に割れ等を生じさせることなく効率よくイオン交換を
行うことができるとともに、効率のよい光増幅またはレ
ーザ発振を行うことができる光導波路型レーザ媒体及び
光導波路型レーザ装置を提供することを目的としたもの
である。
板に割れ等を生じさせることなく効率よくイオン交換を
行うことができるとともに、効率のよい光増幅またはレ
ーザ発振を行うことができる光導波路型レーザ媒体及び
光導波路型レーザ装置を提供することを目的としたもの
である。
［課題を解決するための手段］ 本発明は、以下の各構成とすることにより、上述の課題
を解決している。
を解決している。
(1)レーザ活性イオン及びアルカリイオンを含むレーザ
ガラス基板の所定部分のアルカリイオンをこのアルカリ
イオンよりもレーザガラスの屈折率を高くする他のイオ
ンでイオン交換し、その部分の屈折率を他の部分より高
くして光導波路を形成し、この光導波路によって光増幅
またはレーザ発振を行うようにした光導波路型レーザ媒
体において、 前記レーザガラス基板がレーザ活性イオンとしてネオジ
ムイオンを含み、かつ、前記アルカリイオンとしてＮａ
＋となる成分であるＮａ２Ｏをモル％で0.01〜8.0％含
んだリン酸塩系レーザガラスであり、 前記他のイオンがＡｇ＋であることを特徴とした構成。
ガラス基板の所定部分のアルカリイオンをこのアルカリ
イオンよりもレーザガラスの屈折率を高くする他のイオ
ンでイオン交換し、その部分の屈折率を他の部分より高
くして光導波路を形成し、この光導波路によって光増幅
またはレーザ発振を行うようにした光導波路型レーザ媒
体において、 前記レーザガラス基板がレーザ活性イオンとしてネオジ
ムイオンを含み、かつ、前記アルカリイオンとしてＮａ
＋となる成分であるＮａ２Ｏをモル％で0.01〜8.0％含
んだリン酸塩系レーザガラスであり、 前記他のイオンがＡｇ＋であることを特徴とした構成。
(2)レーザ活性イオン及びアルカリイオンを含むレーザ
ガラス基板の所定部分のアルカリイオンをこのアルカリ
イオンよりもレーザガラスの屈折率を高くする他のイオ
ンでイオン交換し、その部分の屈折率を他の部分より高
くして光導波路を形成し、この光導波路によって光増幅
またはレーザ発振を行うようにした光導波路型レーザ媒
体において、 前記レーザガラス基板がレーザ活性イオンとしてネオジ
ウムイオンを含み、かつ、前記アルカリイオンとしてＫ
＋となる成分であるＫ２Ｏをモル％で0.01〜18.0％含ん
だリン酸塩系レーザガラスであり、 前記他のイオンがＣｓ＋であることを特徴とした構成。
ガラス基板の所定部分のアルカリイオンをこのアルカリ
イオンよりもレーザガラスの屈折率を高くする他のイオ
ンでイオン交換し、その部分の屈折率を他の部分より高
くして光導波路を形成し、この光導波路によって光増幅
またはレーザ発振を行うようにした光導波路型レーザ媒
体において、 前記レーザガラス基板がレーザ活性イオンとしてネオジ
ウムイオンを含み、かつ、前記アルカリイオンとしてＫ
＋となる成分であるＫ２Ｏをモル％で0.01〜18.0％含ん
だリン酸塩系レーザガラスであり、 前記他のイオンがＣｓ＋であることを特徴とした構成。
(3)励起光源からの励起光を構成１または２に記載の光
導波路型レーザ媒体に入射させることにより、光増幅ま
たはレーザ発振を行うことを特徴とした構成。
導波路型レーザ媒体に入射させることにより、光増幅ま
たはレーザ発振を行うことを特徴とした構成。
［作用］ 構成１によれば、前記レーザガラス基板に含まれるＮａ
２ＯのＮａイオン（Ｎａ＋）がＡｇイオン（Ａｇ＋）に
よってイオン交換され、その部分の屈折率が他の部分よ
り高くなって光導波路が形成されている。この光導波路
にはレーザ活性イオンたるネオジムイオン（Ｎｄ３＋）
が含まれている。したがって、この光導波路によって光
増幅またはレーザ発振を行うことができる。
２ＯのＮａイオン（Ｎａ＋）がＡｇイオン（Ａｇ＋）に
よってイオン交換され、その部分の屈折率が他の部分よ
り高くなって光導波路が形成されている。この光導波路
にはレーザ活性イオンたるネオジムイオン（Ｎｄ３＋）
が含まれている。したがって、この光導波路によって光
増幅またはレーザ発振を行うことができる。
ここで、レーザガラス基板に含まれるＮａ２ＯのＮａ＋
のイオンはＡｇ＋のイオンとそのイオン半径が近い。こ
のため、イオン交換がスムーズに効率的に行われるとと
もに、イオン交換の際に基板に割れ等が生じたり、ある
いは、イオン交換後に基板に歪みを生じさせたりするこ
とがない。すなわち、形成された光導波路は構造的に均
一である。
のイオンはＡｇ＋のイオンとそのイオン半径が近い。こ
のため、イオン交換がスムーズに効率的に行われるとと
もに、イオン交換の際に基板に割れ等が生じたり、ある
いは、イオン交換後に基板に歪みを生じさせたりするこ
とがない。すなわち、形成された光導波路は構造的に均
一である。
また、イオン交換によって形成された光導波路中には、
Ｎａ＋のかわりにＡｇ＋が存在ずくことになるが、Ａｇ
＋は、この光導波路においてネオジムイオンを活性イオ
ンとして光増幅またはレーザ発振を行う際、レーザ特性
を劣化させることはない。
Ｎａ＋のかわりにＡｇ＋が存在ずくことになるが、Ａｇ
＋は、この光導波路においてネオジムイオンを活性イオ
ンとして光増幅またはレーザ発振を行う際、レーザ特性
を劣化させることはない。
なお、レーザガラス基板に含ませるＮａ２Ｏをモル％で
0.01〜8.0％とした理由は以下の通りである。
0.01〜8.0％とした理由は以下の通りである。
Ｎａ２Ｏが0.01モル％未満では、Ｎａ＋とＡｇ＋との間
でイオン交換が起こり難くなり、また、仮に、イオン交
換が起こったとしても、光導波路を構成するに充分な程
度に大きな屈折率差を得ることができなくなるからであ
る。
でイオン交換が起こり難くなり、また、仮に、イオン交
換が起こったとしても、光導波路を構成するに充分な程
度に大きな屈折率差を得ることができなくなるからであ
る。
一歩を、Ｎａ２Ｏが8.0モル％を超えると、ガラス基板
の耐久性が悪くなるとともに、Ｎａ＋とＡｇ＋とのイオ
ン交換量が過剰になって銀コロイドが生成し、光導波路
の伝送損失が多くなるからである。
の耐久性が悪くなるとともに、Ｎａ＋とＡｇ＋とのイオ
ン交換量が過剰になって銀コロイドが生成し、光導波路
の伝送損失が多くなるからである。
構成２は、構成１におけるＮａ２Ｏ（0.01〜8.0モル
％）のかわりにＫ２Ｏ（0.01〜18.0モル％）を用い、Ａ
ｇ＋のかわりにＣｓ＋を用いるものであるが、この構成
によっても、構成１の場合とほぼ同様の作用効果が得ら
れる。
％）のかわりにＫ２Ｏ（0.01〜18.0モル％）を用い、Ａ
ｇ＋のかわりにＣｓ＋を用いるものであるが、この構成
によっても、構成１の場合とほぼ同様の作用効果が得ら
れる。
なお、構成２において、レーザガラス基板に含ませるＫ
２Ｏをモル％で0.01〜18.0％とした理由は以下の通りで
ある。
２Ｏをモル％で0.01〜18.0％とした理由は以下の通りで
ある。
Ｋ２Ｏが0.01モル％未満では、Ｋ＋とＣｓ＋との間でイ
オン交換が起こり難くなり、また、仮に、イオン交換が
起こったとしても、光導波路を構成するに充分な程度に
大きな屈折率差を得ることができなくなるからである。
オン交換が起こり難くなり、また、仮に、イオン交換が
起こったとしても、光導波路を構成するに充分な程度に
大きな屈折率差を得ることができなくなるからである。
一方、Ｋ２Ｏが18.0モル％を超えると、ガラス基板の化
学的耐久性が悪くなるとともに、Ｋ＋とＣｓ＋のイオン
交換量が過剰になって基板に割れ等が生ずることになる
からである。
学的耐久性が悪くなるとともに、Ｋ＋とＣｓ＋のイオン
交換量が過剰になって基板に割れ等が生ずることになる
からである。
構成３によれば、基板上に他の光集積回路等とともに形
成可能な光導波路型レーザ装置を得ることかできる。
成可能な光導波路型レーザ装置を得ることかできる。
［実施例］ 第１実施例 第１図は本発明の第１実施例にかかる光導波路型レーザ
装置の全体構成を示す図、第２図は第１図の光導波路型
レーザ装置に用いられた光導波路型レーザ媒体の斜視
図、第３図は第２図のIII-III線断面図、第４図は第３
図のｙ方向における屈折率分布を示す図、第５図は第３
図におけるｘ方向における屈折率分布を示す図である。
以下これらの図面を参照しながら第１実施例を詳述す
る。
装置の全体構成を示す図、第２図は第１図の光導波路型
レーザ装置に用いられた光導波路型レーザ媒体の斜視
図、第３図は第２図のIII-III線断面図、第４図は第３
図のｙ方向における屈折率分布を示す図、第５図は第３
図におけるｘ方向における屈折率分布を示す図である。
以下これらの図面を参照しながら第１実施例を詳述す
る。
図において、符号１は光導波路型レーザ媒体、符号２は
レーザガラス基板、符号３はレーザガラス基板２の表面
部に形成された光導波路、符号４は光導波路３の一方の
端面に形成された第１の高反射ミラー、符号５は光導波
路３の他方の端面に形成された第２の高反射ミラー、符
号６は光導波路３の一方の端面（第１の高反射ミラー４
側）から励起光を導入する励起光導入用光ファイバ、符
号７は光導波路３の他方の端面（第２の高反射ミラー５
側）から射出される発振レーザ光を外部に取り出す発振
レーザ光取出用光ファイバ、符号８は励起光源たるレー
ザダイオード、符号９はレーザダイオード８から射出さ
れる励起光を集光して励起光導入用光ファイバ６に入射
させる集光レンズ、符号１０はフィルタ、符号１１は光
パワーメータである。
レーザガラス基板、符号３はレーザガラス基板２の表面
部に形成された光導波路、符号４は光導波路３の一方の
端面に形成された第１の高反射ミラー、符号５は光導波
路３の他方の端面に形成された第２の高反射ミラー、符
号６は光導波路３の一方の端面（第１の高反射ミラー４
側）から励起光を導入する励起光導入用光ファイバ、符
号７は光導波路３の他方の端面（第２の高反射ミラー５
側）から射出される発振レーザ光を外部に取り出す発振
レーザ光取出用光ファイバ、符号８は励起光源たるレー
ザダイオード、符号９はレーザダイオード８から射出さ
れる励起光を集光して励起光導入用光ファイバ６に入射
させる集光レンズ、符号１０はフィルタ、符号１１は光
パワーメータである。
光導波路型レーザ媒体１は、第２図に示されるように、
レーザガラス基板２の表面部に、断面が略半円形をなし
た光導波路３が形成されたものである。
レーザガラス基板２の表面部に、断面が略半円形をなし
た光導波路３が形成されたものである。
レーザガラス基板２は、レーザ活性イオンとしてネオジ
ム（Ｎｄ）イオンを１ｗｔ％含むリン酸塩系ガラスであ
り、主な組成は以下の通りである。
ム（Ｎｄ）イオンを１ｗｔ％含むリン酸塩系ガラスであ
り、主な組成は以下の通りである。
Ｐ２Ｏ５：75モル％ Ａｌ２Ｏ３：５モル％ Ｙ２Ｏ３：５モル％ Ｎａ２Ｏ：３モル％ また、レーザガラス基板２の寸法は、幅30mm、長さ５m
m、厚さ３mmである。
m、厚さ３mmである。
光導波路３は、レーザガラス基板２の長手方向に沿って
レーザガラス基板２の一方の端面２ａから他方の端面２
ｂにわたって長さ５mmの直線状に形成されている。ま
た、その半径は90μｍである。
レーザガラス基板２の一方の端面２ａから他方の端面２
ｂにわたって長さ５mmの直線状に形成されている。ま
た、その半径は90μｍである。
この光導波路３は、レーザガラス基板２中に含まれると
Ｎａ２ＯのＮａ＋をＡｇ＋でイオン交換することによっ
て形成されたものである。
Ｎａ２ＯのＮａ＋をＡｇ＋でイオン交換することによっ
て形成されたものである。
第３図は光導波路３の断面図であるが、いま、この図に
おいて、レーザガラス基板２の表面を含み、光導波路３
の長手方向と直行する方向にｘ軸を取る。また、この図
の紙面内にあって光導波路３の中心部Ｏを通り、ｘ軸に
直行する方向にｙ軸を取る。そうした場合、光導波路３
は、その屈折率の値が第４図及び第５図に示すような分
布を有している。すなわち、第４図は縦軸にｙ軸を取
り、横軸に光導波路３の屈折率ｎを取ったグラフであ
り、又、第５図は、縦軸に屈折率ｎを、横軸にｘ軸をそ
れぞれ取ったグラフである。
おいて、レーザガラス基板２の表面を含み、光導波路３
の長手方向と直行する方向にｘ軸を取る。また、この図
の紙面内にあって光導波路３の中心部Ｏを通り、ｘ軸に
直行する方向にｙ軸を取る。そうした場合、光導波路３
は、その屈折率の値が第４図及び第５図に示すような分
布を有している。すなわち、第４図は縦軸にｙ軸を取
り、横軸に光導波路３の屈折率ｎを取ったグラフであ
り、又、第５図は、縦軸に屈折率ｎを、横軸にｘ軸をそ
れぞれ取ったグラフである。
これらのグラフに示されるように、光導波路３はその中
心部Ｏに於いては屈折率がｎ１である。そして、中心部
Ｏから離れるに従って、屈折率が次第に減少して該中心
部Ｏからの距離がａとなる境界線ｋの近傍にいたってレ
ーザガラス基板２の屈折率ｎ０とほぼ同一の値となって
いる。
心部Ｏに於いては屈折率がｎ１である。そして、中心部
Ｏから離れるに従って、屈折率が次第に減少して該中心
部Ｏからの距離がａとなる境界線ｋの近傍にいたってレ
ーザガラス基板２の屈折率ｎ０とほぼ同一の値となって
いる。
それゆえ、周知の光ファイバの原理とほぼ同様の原理に
より、光導波路３内に入射した光は、光導波路３内に閉
じこめられてこの光導波路３内を伝搬することになる。
より、光導波路３内に入射した光は、光導波路３内に閉
じこめられてこの光導波路３内を伝搬することになる。
この光導波路３は、次のようにして形成される。
まず、レーザガラス基板２の表面に数μｍ程度の厚さの
Ｔｉ膜を形成する。このＴｉ膜の形成は、蒸着法、ある
いは、スパッタリング法等の周知の成膜法によって行う
ことができる。
Ｔｉ膜を形成する。このＴｉ膜の形成は、蒸着法、ある
いは、スパッタリング法等の周知の成膜法によって行う
ことができる。
次に、形成すべき光導波路のパターンに沿ってこのＴｉ
膜の一部を除去し、このパターンに沿ってレーザガラス
基板２の表面を露出させる（パターン幅：10μｍ程
度）。この作業は、周知のフォトリソグラフィー法等を
利用することによって遂行できる。
膜の一部を除去し、このパターンに沿ってレーザガラス
基板２の表面を露出させる（パターン幅：10μｍ程
度）。この作業は、周知のフォトリソグラフィー法等を
利用することによって遂行できる。
次いで、このＴｉ膜をマスクとして、このマスク上に厚
さ数μｍ程度のＡｇ膜を形成する。これにより、レーザ
ガラス基板２の表面には、結果的に上述のパターンに沿
ってＡｇ膜の形成されたことになる。なお、このＡｇ膜
の形成は、蒸着法、あるいは、スパッタリング法等の周
知の成膜法によって行うことができる。
さ数μｍ程度のＡｇ膜を形成する。これにより、レーザ
ガラス基板２の表面には、結果的に上述のパターンに沿
ってＡｇ膜の形成されたことになる。なお、このＡｇ膜
の形成は、蒸着法、あるいは、スパッタリング法等の周
知の成膜法によって行うことができる。
しかる後に、このレーザガラス基板２を電気炉等によっ
て400℃になるまで加熱し、400℃に維持した状態で、Ａ
ｇ膜を＋極とし、レーザガラス基板２の裏面を−極とし
て６Ｖの電圧を３時間印加する。これによって、レーザ
ガラス基板２におけるＡｇ膜に接した部分の表面部近傍
のＮａ＋イオンがＡｇ＋イオンにイオン交換され、Ａｇ
＋イオンがレーザガラス基板２内に拡散移入される。
て400℃になるまで加熱し、400℃に維持した状態で、Ａ
ｇ膜を＋極とし、レーザガラス基板２の裏面を−極とし
て６Ｖの電圧を３時間印加する。これによって、レーザ
ガラス基板２におけるＡｇ膜に接した部分の表面部近傍
のＮａ＋イオンがＡｇ＋イオンにイオン交換され、Ａｇ
＋イオンがレーザガラス基板２内に拡散移入される。
その後、必要に応じてＴｉ膜やＡｇ膜を除去する。
なお、このような光導波路３を製造する方法としては、
上述の方法のほかに、いわゆる自然拡散法（例えば、特
開昭58-167453号公報参照）、湿式電界移入法（例え
ば、特開昭59-35042号公報参照）、あるいは、乾式電界
移入法(Appl.Phys.Lett.51,296(1987)参照）等がある。
上述の方法のほかに、いわゆる自然拡散法（例えば、特
開昭58-167453号公報参照）、湿式電界移入法（例え
ば、特開昭59-35042号公報参照）、あるいは、乾式電界
移入法(Appl.Phys.Lett.51,296(1987)参照）等がある。
第６図は、このような方法で形成された光導波路３のｙ
軸方向のイオン濃度分布をＥＰＭＡ(Electron Probe Mi
cro Analysis)によって実際に測定した実測チャート例
を示す図である。なお、図の横軸がレーザガラス基板２
の表面から内部への距離（深さ）であり、縦軸がイオン
濃度を表す。
軸方向のイオン濃度分布をＥＰＭＡ(Electron Probe Mi
cro Analysis)によって実際に測定した実測チャート例
を示す図である。なお、図の横軸がレーザガラス基板２
の表面から内部への距離（深さ）であり、縦軸がイオン
濃度を表す。
また、第７図は、ｙ軸方向の屈折率分布の実測値を示す
グラフである。図の縦軸が光導波路３以外のレーザガラ
ス基板２の屈折率（ｎ０）との屈折率差であり、横軸が
表面からの深さ（単位；μｍ）である。第８図は、その
屈折率分布を実測した際に用いた屈折率分布の実測方法
の説明図である。第８図（ａ）に示されるように、ま
ず、レーザガラス基板２を光導波路３の長手方向に直交
する方向から切断してスライス片を得る。次に、第８図
（ｂ）に示されるように、このスライス片の一方の切断
面にＡｇ膜を蒸着する。次いで、第８図（ｃ）に示され
るように、Ａｇ膜を形成した面と反対の面側からナトリ
ウムランプを照射する。
グラフである。図の縦軸が光導波路３以外のレーザガラ
ス基板２の屈折率（ｎ０）との屈折率差であり、横軸が
表面からの深さ（単位；μｍ）である。第８図は、その
屈折率分布を実測した際に用いた屈折率分布の実測方法
の説明図である。第８図（ａ）に示されるように、ま
ず、レーザガラス基板２を光導波路３の長手方向に直交
する方向から切断してスライス片を得る。次に、第８図
（ｂ）に示されるように、このスライス片の一方の切断
面にＡｇ膜を蒸着する。次いで、第８図（ｃ）に示され
るように、Ａｇ膜を形成した面と反対の面側からナトリ
ウムランプを照射する。
これにより、第８図（ｄ）に示されるように、屈折率に
対応した干渉縞が観察される。この干渉縞から屈折率差
を求めることができる。
対応した干渉縞が観察される。この干渉縞から屈折率差
を求めることができる。
また、第９図は光導波路３の螢光スペクトルの実測チャ
ートを示す図であり、第１０図は光導波路３を形成する
前、すなわち、イオン交換前のレーザガラス基板２の螢
光スペクトルの実測チャートを示す図である。図の縦軸
が光強度（単位；ａ．ｕ．（任意単位））、横軸軸が波
長（単位；nm）である。これらの図から明らかなよう
に、イオン交換の前後において、螢光スペクトルのピー
ク波長、半価幅等に変化はない。このことは、イオン交
換等のＡｇイオンがネオジムイオンのエネルギーレベル
に影響を与えていないことを意味する。
ートを示す図であり、第１０図は光導波路３を形成する
前、すなわち、イオン交換前のレーザガラス基板２の螢
光スペクトルの実測チャートを示す図である。図の縦軸
が光強度（単位；ａ．ｕ．（任意単位））、横軸軸が波
長（単位；nm）である。これらの図から明らかなよう
に、イオン交換の前後において、螢光スペクトルのピー
ク波長、半価幅等に変化はない。このことは、イオン交
換等のＡｇイオンがネオジムイオンのエネルギーレベル
に影響を与えていないことを意味する。
さて、レーザガラス基板２の一方の端面２ａ、すなわ
ち、光導波路３の一方の端面には第１の高反射ミラー４
が取り付けられている。この高反射ミラー４は、波長80
0nmの励起光を85％以上透過し、波長1054nmの発振レー
ザ光を99.9％以上反射するものである。この第１の高反
射ミラー４の光導波路３との接合部位と反対側の部位に
は、励起光導入用光ファイバ６の一端部が接合され、こ
の励起光導入用光ファイバ６の他端部にレーザダイオー
ト８から射出されて集光レンズ９を会して入射された励
起光Ｌ０が光導波路３内に導入されるようになってい
る。なお、レーザダイオード８から射出される励起光は
中心波長が802nmである。
ち、光導波路３の一方の端面には第１の高反射ミラー４
が取り付けられている。この高反射ミラー４は、波長80
0nmの励起光を85％以上透過し、波長1054nmの発振レー
ザ光を99.9％以上反射するものである。この第１の高反
射ミラー４の光導波路３との接合部位と反対側の部位に
は、励起光導入用光ファイバ６の一端部が接合され、こ
の励起光導入用光ファイバ６の他端部にレーザダイオー
ト８から射出されて集光レンズ９を会して入射された励
起光Ｌ０が光導波路３内に導入されるようになってい
る。なお、レーザダイオード８から射出される励起光は
中心波長が802nmである。
励起光導入用光ファイバ６は、コア径が80μｍ、クラッ
ド径が125μｍの石英ガラスファイバである。
ド径が125μｍの石英ガラスファイバである。
また、レーザガラス基板２の他方の端面２ｂ、すなわ
ち、光導波路３の他方の端面には第２の高反射ミラー５
が取り付けられている。この高反射ミラー５は、波長10
54nmの発振レーザ光を0.3％透過するものである。この
第２の高反射ミラー５の光導波路３との接合部位と反対
側の部位には、発振レーザ光取出用光ファイバ７の一端
部が接合されて、この発振レーザ光取出用光ファイバ７
の他端部から外部に発振レーザ光Ｌ１を取出すようにな
っている。この発振レーザ光取出用光ファイバ７は、コ
ア径が80μｍ、クラッド径が125μｍの石英ガラスファ
イバである。
ち、光導波路３の他方の端面には第２の高反射ミラー５
が取り付けられている。この高反射ミラー５は、波長10
54nmの発振レーザ光を0.3％透過するものである。この
第２の高反射ミラー５の光導波路３との接合部位と反対
側の部位には、発振レーザ光取出用光ファイバ７の一端
部が接合されて、この発振レーザ光取出用光ファイバ７
の他端部から外部に発振レーザ光Ｌ１を取出すようにな
っている。この発振レーザ光取出用光ファイバ７は、コ
ア径が80μｍ、クラッド径が125μｍの石英ガラスファ
イバである。
なお、この実施例では、発振レーザ光取出用光ファイバ
７の他端部から外部に出射した発振レーザ光Ｌ１（実際
には、励起光Ｌ０も含んでいる）は、励起光Ｌ０をカッ
トするフィルタ１０を介して光パワーメータ１１に導か
れ、発振レーザ光Ｌ１の強度を測定できるようになって
いる。
７の他端部から外部に出射した発振レーザ光Ｌ１（実際
には、励起光Ｌ０も含んでいる）は、励起光Ｌ０をカッ
トするフィルタ１０を介して光パワーメータ１１に導か
れ、発振レーザ光Ｌ１の強度を測定できるようになって
いる。
さて、上述の構成において、レーザダイオード８から射
出された励起光Ｌ０を集光レンズ９、励起光導入用光フ
ァイバ６及び第１の高反射ミラー４を通じて光導波路３
内に導入すると、光導波路３内のＮｄイオンが励起さ
れ、それによって発光した光が第１の高反射ミラー４と
第２の高反射ミラー５との間で繰り返し往復して発振
し、発振レーザ光Ｌ１が発振レーザ光取出用光ファイバ
７の他端部から外部に出射する。
出された励起光Ｌ０を集光レンズ９、励起光導入用光フ
ァイバ６及び第１の高反射ミラー４を通じて光導波路３
内に導入すると、光導波路３内のＮｄイオンが励起さ
れ、それによって発光した光が第１の高反射ミラー４と
第２の高反射ミラー５との間で繰り返し往復して発振
し、発振レーザ光Ｌ１が発振レーザ光取出用光ファイバ
７の他端部から外部に出射する。
第１１図は、この実施例のレーザ装置によって発振実験
を行って、発振レーザ光の強度を実測した結果を示す図
である。なお、発振レーザ光強度の測定は、第１図にお
ける光パワーメータ１１によって行った。また、第１１
図における横軸は励起光の強度、すなわち、レーザダイ
オード８の出力（単位；mW）、縦軸が発振レーザ光の強
度（単位；mW）である。
を行って、発振レーザ光の強度を実測した結果を示す図
である。なお、発振レーザ光強度の測定は、第１図にお
ける光パワーメータ１１によって行った。また、第１１
図における横軸は励起光の強度、すなわち、レーザダイ
オード８の出力（単位；mW）、縦軸が発振レーザ光の強
度（単位；mW）である。
第１１図に示されるように、発振閾値がレーザダイオー
ド８の出力で200mW、発振レーザ光の最大出力が１mW
（レーザダイオードの出力が900mWの時）、効率が0.14
％であった。
ド８の出力で200mW、発振レーザ光の最大出力が１mW
（レーザダイオードの出力が900mWの時）、効率が0.14
％であった。
第２実施例 この実施例は、レーザガラス基板２に含むネオジムイオ
ンを３ｗｔ％とした外は、上述の第１実施例と同一の構
成を有する（第１実施例ではネオジムイオンが１ｗｔ％
であった）ので、詳細説明は省略する。
ンを３ｗｔ％とした外は、上述の第１実施例と同一の構
成を有する（第１実施例ではネオジムイオンが１ｗｔ％
であった）ので、詳細説明は省略する。
第１２図は、この実施例を第１実施例と同様のレーザ装
置によって発振実験を行って、発振レーザ光の強度を実
測した結果を示す図である。なお、発振レーザ光強度の
度の測定は、第１図における光パワーメータ １１によって行った。また、第１２図における横軸は励
起光の強度、すなわち、レーザダイオード８の出力（単
位；mW）、縦軸が発振レーザ光の強度（単位；mW）であ
る。
置によって発振実験を行って、発振レーザ光の強度を実
測した結果を示す図である。なお、発振レーザ光強度の
度の測定は、第１図における光パワーメータ １１によって行った。また、第１２図における横軸は励
起光の強度、すなわち、レーザダイオード８の出力（単
位；mW）、縦軸が発振レーザ光の強度（単位；mW）であ
る。
第１２図に示されるように、発振閾値がレーザダイオー
ド８の出力で100mW、発振レーザ光の最大出力が７mW
（レーザダイオードの出力が900mWの時）、効率が0.88
％であった。
ド８の出力で100mW、発振レーザ光の最大出力が７mW
（レーザダイオードの出力が900mWの時）、効率が0.88
％であった。
第１３図は、上述の各実施例におけるレーザガラス基板
２として、Ｎａ２Ｏの含有量の異なるものを用いた場合
について、光導波路３の屈折率と他の部位の屈折率との
屈折率差を測定した結果を示す図である。図の横軸が第
３図のｙ軸方向における表面からの距離（深さ）であ
り、縦軸が屈折率差である。図から明らかなように、Ｎ
ａ２Ｏの含有量が多くなるにしたがって屈折率差が大き
くなり、入射光の集束性は良くなるが、８モル％を超え
ると、イオン交換の際に、基板に割れや歪みが生ずる場
合があることが確認されている。また、0.01％未満で
は、屈折率差が小さ過ぎて、光導波路としての機能を十
分に果たさなくなることが確認されている。
２として、Ｎａ２Ｏの含有量の異なるものを用いた場合
について、光導波路３の屈折率と他の部位の屈折率との
屈折率差を測定した結果を示す図である。図の横軸が第
３図のｙ軸方向における表面からの距離（深さ）であ
り、縦軸が屈折率差である。図から明らかなように、Ｎ
ａ２Ｏの含有量が多くなるにしたがって屈折率差が大き
くなり、入射光の集束性は良くなるが、８モル％を超え
ると、イオン交換の際に、基板に割れや歪みが生ずる場
合があることが確認されている。また、0.01％未満で
は、屈折率差が小さ過ぎて、光導波路としての機能を十
分に果たさなくなることが確認されている。
第３実施例 この実施例は、上述の第１及び第２実施例が、レーザガ
ラス基板２に光導波路３を形成する際にイオン交換する
アルカリイオンとしてＮａ＋を用いたのに対し、Ｋ＋を
用い、さらに、このＫ＋とイオン交換するイオンとして
Ｃｓ＋を用いている点で上述の第１及び第２実施例と相
違するが、その外の点ではほぼ第１及び第２実施例と同
一の構成を有するので、説明のための図面では第１及び
第２実施例の図面を用い、以下では、相違点のみを説明
する。
ラス基板２に光導波路３を形成する際にイオン交換する
アルカリイオンとしてＮａ＋を用いたのに対し、Ｋ＋を
用い、さらに、このＫ＋とイオン交換するイオンとして
Ｃｓ＋を用いている点で上述の第１及び第２実施例と相
違するが、その外の点ではほぼ第１及び第２実施例と同
一の構成を有するので、説明のための図面では第１及び
第２実施例の図面を用い、以下では、相違点のみを説明
する。
この実施例で用いるレーザガラス基板２の主な組成は以
下の通りである。
下の通りである。
Ｐ２Ｏ５：60モル％ Ａｌ２Ｏ３：８モル％ ＢａＯ：12モル％ Ｋ２Ｏ：16％ この実施例では、光導波路を形成するためにレーザガラ
ス基板に含まれるＫ２ＯのＫ＋をＣｓ＋でイオン交換す
る。その際、Ｔｉ膜のマスクの上に蒸着する拡散源とし
ての膜は、ＣｓＣｌ膜である。
ス基板に含まれるＫ２ＯのＫ＋をＣｓ＋でイオン交換す
る。その際、Ｔｉ膜のマスクの上に蒸着する拡散源とし
ての膜は、ＣｓＣｌ膜である。
第１４図はこうして形成された光導波路３の断面図であ
るが、この実施例では光導波路３の半径は10μｍであ
る。
るが、この実施例では光導波路３の半径は10μｍであ
る。
また、第１５図は第１４図におけるｙ軸方向における屈
折率分布の実測値を示すグラフであるが、このグラフに
示されるように、レーザガラス基板２との最大屈折率差
は0.04であった。なお、光導波路３の長さは第１及び第
２実施例と同じく５mmである。さらに、光導波路３の半
径にあわせて励起光導入用光ファイバ６及び発振レーザ
光取出用光ファイバ７は、コア径10μｍ（クラッド径12
5μｍ）のものを用いた。
折率分布の実測値を示すグラフであるが、このグラフに
示されるように、レーザガラス基板２との最大屈折率差
は0.04であった。なお、光導波路３の長さは第１及び第
２実施例と同じく５mmである。さらに、光導波路３の半
径にあわせて励起光導入用光ファイバ６及び発振レーザ
光取出用光ファイバ７は、コア径10μｍ（クラッド径12
5μｍ）のものを用いた。
第１及び第２実施例の場合と同様にして発振実験を行っ
たところ、発振閾値が30mW、最大出力が0.5mW（レーザ
ダイオードの出力が50mWの時）、効率が2.5％であっ
た。
たところ、発振閾値が30mW、最大出力が0.5mW（レーザ
ダイオードの出力が50mWの時）、効率が2.5％であっ
た。
なお、以上の各実施例では、本発明のレーザ媒体をレー
ザ装置に適用した例を掲げたが、このレーザ媒体を光増
幅装置として用いることもできることは勿論である。
ザ装置に適用した例を掲げたが、このレーザ媒体を光増
幅装置として用いることもできることは勿論である。
［発明の効果］ 以上詳述したように、本発明は、要するに、レーザガラ
ス基板がレーザ活性イオンとしてネオジムイオンを含
み、かつ、前記アルカリイオンとしてＮａ＋となる成分
であるＮａ２Ｏをモル％で0.01〜8.0％含んだリン酸塩
系レーザガラスであり、 前記他のイオンがＡｇ＋であることを特徴とした構成、 または、 前記レーザガラス基板がレーザ活性イオンとしたネオジ
ムイオンを含み、かつ、前記アルカリイオンとしてＫ＋
となる成分てあるＫ２Ｏをモル％で0.01〜18.0％含んだ
リン酸塩系レーザガラスであり、 前記他のイオンがＣｓ＋であることを特徴とした構成を
有し、 この構成により、 イオン交換を基板に割れ等を生じさせることなく効率よ
く行うことができるとともに、効率のよい光増幅または
レーザ発振を行うことができる光導波路型レーザ媒体及
び光導波路型レーザ装置を得ることを可能としているも
のである。
ス基板がレーザ活性イオンとしてネオジムイオンを含
み、かつ、前記アルカリイオンとしてＮａ＋となる成分
であるＮａ２Ｏをモル％で0.01〜8.0％含んだリン酸塩
系レーザガラスであり、 前記他のイオンがＡｇ＋であることを特徴とした構成、 または、 前記レーザガラス基板がレーザ活性イオンとしたネオジ
ムイオンを含み、かつ、前記アルカリイオンとしてＫ＋
となる成分てあるＫ２Ｏをモル％で0.01〜18.0％含んだ
リン酸塩系レーザガラスであり、 前記他のイオンがＣｓ＋であることを特徴とした構成を
有し、 この構成により、 イオン交換を基板に割れ等を生じさせることなく効率よ
く行うことができるとともに、効率のよい光増幅または
レーザ発振を行うことができる光導波路型レーザ媒体及
び光導波路型レーザ装置を得ることを可能としているも
のである。
第１図は本発明の第１実施例にかかる光導波路型レーザ
装置の全体構成を示す図、第２図は第１図の光導波路型
レーザ装置に用いられた光導波路型レーザ媒体の斜視
図、第３図は第２図のIII-III線断面図、第４図は第３
図のｙ方向における屈折率分布を示す図、第５図は第３
図におけるｘ方向における屈折率分布を示す図、第６図
は第１実施例における光導波路のＥＰＭＡによるイオン
濃度実測チャート例を示す図、第７図は第１実施例の屈
折率分布の実測値を示すグラフ、第８図は屈折率分布の
実測方法の説明図、第９図は第１実施例の光導波路の螢
光スペクトルを示す図、第１０図は第１実施例のイオン
交換前のレーザガラス基板の螢光スペクトルを示す図、
第１１図は第１実施例の発振レーザ光強度の測定結果を
示すグラフ、第１２図は第２実施例の発振レーザ光強度
の測定結果を示すグラフ、第１３図はＮａ２Ｏ濃度と屈
折率差との関係を示す図、第１４図は第３実施例の光導
波路の断面図、第１５図は第３実施例の屈折率分布の実
測値を示すグラフ。 １…光導波路型レーザ媒体、２…レーザガラス基板、３
…光導波路、４…第１の高反射ミラー、５…第２の高反
射ミラー、６…励起光導入用光ファイバ、７…発振レー
ザ光取出用光ファイバ、８…励起光源たるレーザダイオ
ード、９…集光レンズ、１０…フィルタ、１１…光パワ
ーメータ。
装置の全体構成を示す図、第２図は第１図の光導波路型
レーザ装置に用いられた光導波路型レーザ媒体の斜視
図、第３図は第２図のIII-III線断面図、第４図は第３
図のｙ方向における屈折率分布を示す図、第５図は第３
図におけるｘ方向における屈折率分布を示す図、第６図
は第１実施例における光導波路のＥＰＭＡによるイオン
濃度実測チャート例を示す図、第７図は第１実施例の屈
折率分布の実測値を示すグラフ、第８図は屈折率分布の
実測方法の説明図、第９図は第１実施例の光導波路の螢
光スペクトルを示す図、第１０図は第１実施例のイオン
交換前のレーザガラス基板の螢光スペクトルを示す図、
第１１図は第１実施例の発振レーザ光強度の測定結果を
示すグラフ、第１２図は第２実施例の発振レーザ光強度
の測定結果を示すグラフ、第１３図はＮａ２Ｏ濃度と屈
折率差との関係を示す図、第１４図は第３実施例の光導
波路の断面図、第１５図は第３実施例の屈折率分布の実
測値を示すグラフ。 １…光導波路型レーザ媒体、２…レーザガラス基板、３
…光導波路、４…第１の高反射ミラー、５…第２の高反
射ミラー、６…励起光導入用光ファイバ、７…発振レー
ザ光取出用光ファイバ、８…励起光源たるレーザダイオ
ード、９…集光レンズ、１０…フィルタ、１１…光パワ
ーメータ。
Claims (3)
- 【請求項１】レーザ活性イオン及びアルカリイオンを含
むレーザガラス基板の所定部分のアルカリイオンをこの
アルカリイオンよりもレーザガラスの屈折率を高くする
他のイオンでイオン交換し、その部分の屈折率を他の部
分より高くして光導波路を形成し、この光導波路によっ
て光増幅またはレーザ発振を行うようにした光導波路型
レーザ媒体において、 前記レーザガラス基板がレーザ活性イオンとしてネオジ
ムイオンを含み、かつ、前記アルカリイオンとしてＮａ
＋となる成分であるＮａ２Ｏをモル％で0.01〜8.0％含
んだリン酸塩系レーザガラスであり、 前記他のイオンがＡｇ＋であることを特徴とした光導波
路型レーザ媒体。 - 【請求項２】レーザ活性イオン及びアルカリイオンを含
むレーザガラス基板の所定部分のアルカリイオンをこの
アルカリイオンよりもレーザガラスの屈折率を高くする
他のイオンでイオン交換し、その部分の屈折率を他の部
分より高くして光導波路を形成し、この光導波路によっ
て光増幅またはレーザ発振を行うようにした光導波路型
レーザ媒体において、 前記レーザガラス基板がレーザ活性イオンとしてネオジ
ウムイオンを含み、かつ、前記アルカリイオンとしてＫ
＋となる成分であるＫ２Ｏをモル％で0.01〜18.0％含ん
だリン酸塩系レーザガラスであり、 前記他のイオンがＣｓ＋であることを特徴とした光導波
路型レーザ媒体。 - 【請求項３】励起光源からの励起光を請求項１または２
に記載の光導波路型レーザ媒体に入射させることによ
り、光増幅またはレーザ発振を行うことを特徴とした光
導波路型レーザ装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2086142A JPH0644645B2 (ja) | 1990-03-30 | 1990-03-30 | 光導波路型レーザ媒体及び光導波路型レーザ装置 |
| US07/536,785 US4993034A (en) | 1990-03-30 | 1990-06-12 | Optical waveguide laser and a medium for use in the optical waveguide laser |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2086142A JPH0644645B2 (ja) | 1990-03-30 | 1990-03-30 | 光導波路型レーザ媒体及び光導波路型レーザ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03284887A JPH03284887A (ja) | 1991-12-16 |
| JPH0644645B2 true JPH0644645B2 (ja) | 1994-06-08 |
Family
ID=13878479
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2086142A Expired - Fee Related JPH0644645B2 (ja) | 1990-03-30 | 1990-03-30 | 光導波路型レーザ媒体及び光導波路型レーザ装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
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