Erガーネット結晶薄膜を用いた広帯域高効率集積型光増幅器及び回路の研究

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11555101
• 研究種目: 基盤研究(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: 増田 忠弘 豊橋技術科学大学, 工学部, 助手 (50293759) ; 黄 新民 愛知技術短期大学, 助教授 (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 / ガーネット / Erイオン / 蛍光分光特性 / パルス応答特性 / 液結晶成長装置 / 光吸収特性

研究概要

(1)RFスパッタリング装置を用いた結晶薄膜導波路の作製条件の最適化
RFすっぱリング装置を使用してEr添加ガーネット結晶薄膜をGGG基板上に作製した。また、その結晶薄膜の作製条件の検討・最適化を行った。さらに作製した薄膜の結晶性・組成・屈折率・表面の滑らかさ・光伝搬損失について従来のEr添加YGG結晶薄膜と比較検討することで最適な材料構成を決定した。さらに、Er:YIG/GGG薄膜を作製し組成及び結晶性の評価を行った。
(2)液相成長装置を用いた結晶薄膜導波路の作製条件の最適化
希土類イオン添加ガーネット結晶薄膜のさらなる良質化を図るため、薄膜結晶の成長制御・品質に優れている液相成長装置の温度制御、廃棄ガス処理などの運転準備を行った。今後、実際に液相成長装置を用いてEr添加ガーネット結晶薄膜を作製し、最適作製条件を検討する。
(3)最適な励起波長及び信号波長の決定
RFスパッタリング装置で作製したErガーネット結晶薄膜の吸収・蛍光スペクトルを測定し、最適な励起波長および信号波長を決定した。今後、液相成長装置で作製したEr添加ガーネット結晶薄膜についても同様測定し、RFスパッタリング装置による結晶薄膜の吸収・蛍光スペクトル形状について比較検討する。
(4)光増幅利得率の数値計算による光情報処理機器の実現性の検討
利得スペクトルと導波路の分散特性を考慮し超短パルスによる統計的な解析を行い、増幅特性についての基礎的検討を行った。導波路に対する電磁界理論および光増幅の量子理論を合わせた方法を用いて光増幅器の基礎的検討を行った。超短パルスの増幅として、希土類イオンに対し時間依存する3準位系及び4準位系レート方程式を用いて過渡応答特性の数値解析を行った。
(5)より高効率高利得な光増幅の実現のための検討
RFスパッタリング装置を用いて作製したEr:YGG/YAG結晶薄膜の光学および分光特性を利用して導波型光増幅器における励起光と信号光の静的伝搬特性について検討を行った。各エネルギー準位のイオン密度の伝搬距離への依存性についても検討を行った。また、増幅素子を通信や信号処理システムで用いる場合に重要なパラメータであるASEパワーは励起パワーに反比例し、導波路長1cm、励起パワー30mWのとき前方向へのASEパワーは1bBであることを明らかにした。今後、1.55μm帯における光増幅率の測定を二次元導波路の状態で行い、光増幅が可能であることを確認する。

研究成果

• [文献書誌] B.Rakesh and Y.Miyazaki: "Efficient Optical Mode Conversion Induced by Magnetostatic Surface Waves in Three-Dimensional Optical Waveguide"Jpn.J.Appl.Phys.. (in press)39・5B. (2000)
• [文献書誌] N.Goto and Y.Miyazaki: "Wavelength-Divishion-Multiplexing Photonic Switching System Using Integrated Acoustooptic Switches"Jpn.J.Appl.Phys.. (in press)39・5B. (2000)
• [文献書誌] B.Rakesh and Y.Miyazaki: "Analysis of MSSW-Optical Interaction in Three-Dimentional Optical Waveguide Using Multilayered Garnet Structure"Trans.IEICE on Electronics. E83-C・2. 255-262 (2000)
• [文献書誌] 宮崎保光: "集束性X線波路の一様曲り部におけるビーム波伝搬・放射特性"電気学会論文誌C. 120・1. 68-73 (2000)
• [文献書誌] 東、宮崎: "航空機によるTV電波散乱特性のFDTD解析とシュミレーション実験"電気学会論文誌C. 120・1. 61-67 (2000)
• [文献書誌] 高橋、宮崎: "自動車衝突防止用ミリ波レーダのFDTD法による散乱解析"電気学会論文誌C. 120・1. 111-116 (2000)
• [文献書誌] 各務、宮崎、伊藤、杉本: "マルチモード屈曲テーパ導波路により構成された簡易型光擬似サーキュレータ"電子情報通信学会論文誌. J82-C-I・6. 349-358 (1999)
• [文献書誌] N.Goto and Y.Miyazaki: "Optical Wavelength-Separation and Time-Response Characteristics of Collinear Acoustooptic Switches for Wavelength-Division-Multiplexing Photonic Switching Systems"Jpn.J.Appl.Phys.. 38・5B. 66-71 (1999)
• [文献書誌] Y.Miyazaki,K.Tanaka and R.Chiba: "Analysis of Beam Wave Scattering by Recording Marks on Phase-Change Optical Disk Using Boundary Element Method with Finite Element Method"Jpn.J.Appl.Phys.. 38・3B. 1597-1603 (1999)
• [文献書誌] Y.Miyazaki: "Partial Coherent Properties of Ultrashort Optical Pulses in Waveguide-Type Amplifiers Using Garnet Crystal Films"Proc.of 7th International Symposium on Recent Advances in Microwave Technology,ISRAMT'99,Malaga,Spain. 37-40 (1999)
• [文献書誌] Y.Miyazaki and N.Goto: "Optical Integrated Wave Separator and Matrix Switch Using Waveguide-Type A-O Couplers for WDM Systems"Proc.APCC/OECC'99,Beijing,China. (1999)
• [文献書誌] Y.Miyazaki and R.Balasubramanian: "Ultrashort Pulse Amplification Characteristics in Er-doped Garnet Thin-Film Waveguides"Proc.APCC/OECC'99,Beijing,China. (1999)
• [文献書誌] Y.Miyazaki: "Characteristics of Eigen Electromagnetic Fields in Tapered Type Optical Coupler Consisting of Two Tapered Waveguides"Proc.of The Far-Eastern School-Seminar on Mathematical Modeling and Numerical Analysis,Nakhodka. 56-59 (1999)
• [文献書誌] Y.Miyazaki and E.Ishii: "Electromagnetic Field Characteristic of Tapered Optical Waveguide Microprobe"Proc,Progress in Electromagnetic Research Symposium (PIERS 1999),Taipei. 894 (1999)
• [文献書誌] Y.Miyazaki and S.Tujimoto: "BEM Analysis of X-ray Reflections and Scatterings due to Dielectric Periodic Boundary of Multiple Atoms"Proc.Progress in Electromagnetic Research Symposium (PIERS 1999),Taipei. 895 (1999)
• [文献書誌] R.Balasubramanian and Y.Miyazaki: "Ultrahigh Speed Response of Integrated Optical Amplifiers Using Channel Type Garnet Thin-Film Waveguides"Tech.Digest of International Topical Workshop on Contemporary Photonic Technologies (CPT'99),Sendai. Wep-27-1. 157-158 (1999)
• [文献書誌] R.Bhandari and Y.Miyazaki: "Efficient Optical Mode Conversion Induced by MSSW in 3-Dimensional Optical Waveguide"第20回超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム. PE-10. 107-108 (1999)
• [文献書誌] 後藤、宮崎: "集積型音響光学スイッチを用いた波長分割多重光交換システムの検討"第20回超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム. PE-11. 109-110 (1999)
• [文献書誌] 栢沼、宮崎: "テーパ状光ファイバローブの光波近接界のビーム伝播法による解析"電子情報通信学会技術報告資料. OCS99-62. 53-58 (1999)
• [文献書誌] B.ラケシュ、宮崎: "3次元光導波路におけるMSSWと光の効率的な相互作用:素子パラメータの最適化"電子情報通信学会技術報告資料. OCS99-61. 47-52 (1999)
• [文献書誌] R.バラスブラマニアン、宮崎: "光導波型増幅器の超短パルス増幅における分光特性"電子情報通信学会技術報告資料. OCS99-54. 7-12 (1999)
• [文献書誌] 宮崎保光: "円環状部分領域から構成される複数の光導波路による光結合器の固有特性"電子情報通信学会技術報告資料. OCS99-53. 1-5 (1999)
• [文献書誌] 宮崎保光: "分散性活性導波路における超短パルス電磁界の光増幅"電子情報通信学会技術報告資料. PS98-84. 13-18 (1999)