誘電体結晶薄膜を用いた集積型光増幅器の試作

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07555120
• 応募区分: 試験
• 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 / RFスパッタリング法 / Erイオン / Prイオン / 吸収スペクトル / 蛍光スペクトル / 信号応答の動的特性 / 液相成長装置(LPE)

研究概要

1.Er、Pr添加誘電体結晶薄膜の作成およびその組成、結晶性の評価
これまでの光増幅に関する研究により成果を納めているNd添加ガ-ネット結晶薄膜の作成条件と、初年度に検討した最適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、種々のEr添加量を持つEr添加ガ-ネット結晶薄膜をYAG単結晶基板上に作成した。薄膜の組成分析を定量的に行い、薄膜中のEr濃度を測定した。さらに光ファイバの通信波長帯1.3μmに蛍光を有するPrを添加したガ-ネット結晶薄膜の作成について検討し、試作段階として、RFスパッタリング装置を用いて、Pr添加ガ-ネット結晶薄膜をGGG単結晶基板上に作成した。また、薄膜の結晶性の評価を行い、良質なPr添加ガ-ネット結晶薄膜が得られた。
2.ガ-ネット結晶薄膜中のEr^<3+>イオンの分光特性の測定
最適な励起光、信号光波長を決定するため、RFスパッタリング装置で作成したEr添加ガ-ネット結晶薄膜の吸収特性、蛍光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。さらに、1.48μm帯半導体レーザを用いて得られた蛍光スペクトルから、最適信号波長が1530nmであることを明らかにした。
3.Er添加誘電体結晶薄膜を用いた光増幅素子の静的、動的な信号応答特性の解析
測定した吸収特性、蛍光特性などの光学特性に基づいて、Er添加誘電体結晶薄膜を用いた光増幅素子の特性の数値解析を行った。さらに、信号光にlnsの矩形パルスを想定して、信号応答の動的特性の解析を行った。
4.液相成長装置(LPE)による薄膜作成の検討
さらに良質の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)において、液相成長の引き上げ速度、液体温度分布結晶特性、組成特性を検討した。そして、Er添加誘電体結晶薄膜の作成のために、基板材料、薄膜材料の選択を行った。

研究成果

• [文献書誌] Y.Miyazaki: "High-Gain Characteristics of Integrated Optical Amplifiers Using Rare-earth Ion-Doped Garnet Thin Film Waveguides" Journal of Indian Institute of Science. 76. 167-173 (1996)
• [文献書誌] T.Srinivas and Y.Miyazaki: "Coupled Mode Analysis of Tapered Optical Waveguides" Journal of Indian Institute of Science. 76. 201-211 (1996)
• [文献書誌] 宮崎、園田、上乗: "ランダム媒質中物体の電磁波散乱に関するFD-TD法による統計的解析" 電気学会論文誌C. 117-C. 35-41 (1997)
• [文献書誌] 真鍋、宮崎: "ベクトル境界要素法を用いた完全導電性直方体による電磁波散乱の解21GC04:電気学会論文誌C" 116-C. 22-26 (1996)
• [文献書誌] 宮崎: "円型断面光導波路のテ-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] Y.Miyazaki,T.Soma and R.Balasubramanian: "Optical Properties of Integrated Type Amplifiers using Erbium Doped Crystal Film Waveguides" Proc.of Int.Topical Meeting on Microwave Photonics,Kyoto. 121-124 (1996)
• [文献書誌] Y.Miyazaki: "Dynamic Coherent Characteristics of Waveguide Type Optical Amplifiers Using Garnet Crystal Films" Proc.of Progress in Electromagnetics Research Symposium,Hong kong. 1. 306-306 (1997)
• [文献書誌] N.Goto and Y.Miyazaki: "Collinear Acoustooptic Matrix Switches with Improved Wavelength-Selective Characteristics for WDM Photonic Switching" 1996 Int.Topical Meeting on Photonics in Switching,Sendai. 76. 201-211 (1996)
• [文献書誌] Y.Miyazaki: "A Mathematical Method of Electromagnetic Field in Tapered Optical Waveguide Using Conformal Mapping" International Radio Electronics,Nauka,Moscow. 2. 2-46 (1996)
• [文献書誌] Y.Miyazaki: "Optical Waveguide Type Functional Devices for Signal Processing in High Speed Mobile Radio Communication" Proc.of Asia-Pacific Microwave Conference,New Dehli. 4. 1333-1337 (1996)
• [文献書誌] Y.Miyazaki,R.Balasubramanian and T.Soma: "Optical Properties of Erbium Doped Waveguide Type Integrated Amplifiers Using Crystal Films" Proc.of Asia-Pacific Microwave Conference,New Dehli. 3. 879-883 (1996)
• [文献書誌] 宮崎: "ドイツにおける最近の光通信の動向" 第10回光通信システムシンポジウム,箱根. (1996)
• [文献書誌] Y.Miyazaki: "Integrated Optical Amplifiers Using Active Thin Film Waveguides" Tata McGraw-Hill, 12 (1996)