誘電体結晶薄膜を用いた集積型光増幅器の試作

1995 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07555120
• 研究種目: 試験研究(B)
• 研究機関: 豊橋技術科学大学
• 研究代表者: 宮崎 保光 豊橋技術科学大学, 工学部, 教授 (00023169)
• 研究分担者: 黄 新民 豊橋技術科学大学, 工学部, 助手 (00262973) ; 後藤 信夫 豊橋技術科学大学, 工学部, 助教授 (60170461)
• キーワード: 導波路型光増幅器 / Erイオン / ガ-ネット / 吸収スペクトル / 蛍光スペクトル / 装荷型チャネル導波路 / RFスパッタ法 / 液相成長法(LPE)

研究概要

1.Er添加誘電体結晶薄膜の作成およびその組成、結晶性、光伝搬特性の評価
これまでの光増幅に関する研究により成功を納めているNd添加ガ-ネット結晶薄膜の作成条件を参考にしながら、RFスパッタリング装置を用いて、Er添加ガ-ネット結晶薄膜をYAG単結晶基板上に作成した。また、Er添加LN結晶薄膜についても同様にLT単結晶基板上に作成し、上記の薄膜と結晶性、組成、表面の滑らかさ、光伝搬特性について比較評価を行った。基板温度、ガス圧などを中心に、これらの結果と薄膜作成条件との関係を調べ、最適スパッタリング条件について検討を行い、良質のEr添加ガ-ネット結晶薄膜が得られた。
2.誘電体結晶中のErイオンの分光特性の測定
最適な励起光波長を決定するため、RFスパッタ法により得られたEr添加ガ-ネット結晶薄膜の吸収特性を詳細に調査した。薄膜中のEr^<3+>イオンは波長0.98μm、1.48μm近辺に強い吸収帯を持ち、最適励起波長はそれぞれ966nm、1467nmであることを明らかにした。また、1.55μm帯の光信号の最適な増幅光波長を決定するため、1.48μm帯の半導体レーザを励起を行い、スパッタ法により作成したEr添加ガ-ネット結晶薄膜の蛍光特性を測定した。その結果、信号光波長1530nm付近で最も効率良く増幅が行えることを明らかにした。
3.装荷型三次元導波路の設計
Er添加ガ-ネット結晶薄膜型光増幅素子の高利得化を実現するため、チャネルタイプ導波路としてのZnO装荷型の三次元導波路を考え、等価屈折率法による電磁界分布、固有伝搬定数のコンピュータ解析を行った。光波が横方向に対して十分に閉じ込められる装荷膜厚および装荷ストリップ幅を算出した。
4.液相成長装置(LPE)による薄膜作成の検討
より質の高いエピタキシャル膜を作成するため、初年度に購入した液相成長装置(LPE)の立ち上げを行い、液相成長の引き上げ速度、液体温度分布結晶特性、組成特性について検討した。

研究成果

• [文献書誌] Y.Miyazaki,K.Ishii: "High Gain Integrated Optical Amplifiers Using Rare-Earth-Doped Garnet Thin Films" IOOC'95 Technical Digest, Hong kong. WD2-6. 120-121 (1995)
• [文献書誌] Y.Miyazaki: "High Gain Characteristics of Integrated Optical Amplifiers using Rare-earth ion Doped Garnet Thin Film Waveguides" Journal of the Indian Institute of Science. 319-322 (1995)
• [文献書誌] J.Minamoto,Y.Miyazaki: "Functional Characteristics of an Optical Neural Computing Device Using Graded Index Waveguide" Jpn. J. Appl. Phys.34. 5621-5625 (1995)
• [文献書誌] S.Kikuchi,Y.Miyazaki: "Optical Mode Conversion by Magnetrostatic Surface Waves in Optical Waveguidetype Devices using Cerium-and Bismuth-doped Garnet Crystalline Films" Jpn. J. Appl. Phys.34. 2920-2924 (1995)
• [文献書誌] Y.Miyazaki,Y.Hatayama,N.Goto: "Switching Characteristics of Planar Type Acoustooptic Device for Optical Multiplex exchanger" IOOC'95 Technical Digest, Hong kong. ThP11. 144-145 (1995)
• [文献書誌] T.Srinivas,Y.Miyazaki: "Coupled Mode Analysis of Tapered Optical Waveguides" Journal of the Indian Institute of Science. 216-219 (1995)
• [文献書誌] Y.Miyazaki: "Optical Multiwavelength and MSSW Multifrequency Interaction in Inhomogeneous Magneto-Optic Channel Waveguides" PIERS, Seattle. 388-388 (1995)
• [文献書誌] Y.Miyazaki: "Electromagnetic Field Analysis of Optical Functional Devices using Channel Waveguides" OFSET'95, Tianjin. C98-C104 (1995)
• [文献書誌] N.Goto,Y.Miyazaki: "Collinear Acoustooptic Matrix Switches with Improved Wavelength-Selective Characteristics for WDM Photonic Switching" PS'96 Technical Digest, Sendai. PThA5. (1996)
• [文献書誌] 宮崎保光: "円形断面光導波路のテ-パ接合部における電磁界の等角写像による考察" 電気学会論文誌. 116-C. 90-95 (1996)
• [文献書誌] 石井公彦,宮崎保光: "Erドーププレーナ導波路を用いた光増幅素子の分光特性" 電子情報通信学会,光通信システム研究会. OCS95-78. 7-12 (1995)
• [文献書誌] 石井公彦,宮崎保光: "Erドープガ-ネット結晶薄膜を用いた導波路型光増幅素子の分光特性" 電子情報通信学会,光エレクトロニクス研究会. OPE95-14. 19-24 (1995)
• [文献書誌] Y.Miyazaki: "Integrated Optical Amplifiers using Active Thin Film Waveguides" Tata McGraw-Hill, (1996)
• [文献書誌] Y.Miyazaki: "Ultrafast Ultra-parallel Optoelectronics" Ohmsha, (1995)