光導波路及び光増幅器
【課題】 種々の波長帯の光を増幅して出力可能な光導波路及び光増幅器を提供する。
【解決手段】 光増幅器１００は、光導波路１０と、光導波路１０に励起光Ｌ１を供給する励起光源Ｐとを備える。光導波路１０は、コア８と、コア８中に分散された複数の積層体１２とを備える。積層体１２は、第１の層１４と、層１４上に設けられた化合物半導体層１６と、化合物半導体層１６上に設けられた第２の層１８とを有する。
【解決手段】 光増幅器１００は、光導波路１０と、光導波路１０に励起光Ｌ１を供給する励起光源Ｐとを備える。光導波路１０は、コア８と、コア８中に分散された複数の積層体１２とを備える。積層体１２は、第１の層１４と、層１４上に設けられた化合物半導体層１６と、化合物半導体層１６上に設けられた第２の層１８とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光導波路及び光増幅器に関する。
【背景技術】
【０００２】
光増幅器の一例として、Ｅｒ（エルビウム）が添加されたコアを有する光導波路を備えた光増幅器（ＥＤＷＡ：Erbium-Doped Waveguide Amplifier）が知られている（非特許文献１参照）。
【非特許文献１】JacobL. Philipsen et al., We2.2.1, ECOC2003
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、ＥＤＷＡでは、増幅媒体となるＥｒのエネルギー準位に起因して、増幅される光の波長帯は１．５５μｍ帯に限られる。
【０００４】
本発明は、種々の波長帯の光を増幅して出力可能な光導波路及び光増幅器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述の課題を解決するため、本発明の第１の側面に係る光導波路は、コアと、前記コア中に分散された複数の構造体と、を備え、各前記構造体は、化合物半導体部と、前記化合物半導体部の表面の少なくとも一部を覆う被覆部と、を有する。
【０００６】
本発明の第１の側面に係る光導波路では、構造体に励起光が供給されると、例えば、化合物半導体部の構成材料、化合物半導体部の構造等に応じて、種々の波長帯の光が出力される。したがって、この光導波路では、種々の波長帯の光を増幅して出力可能である。
【０００７】
また、前記化合物半導体部は量子井戸構造を有することが好ましい。この場合、光導波路から出力される光の波長帯を調整し易くなる。
【０００８】
また、前記化合物半導体部は、III-V族化合物半導体からなることが好ましい。この場合、光導波路から出力される光の波長帯を調整することができる。
【０００９】
本発明の第２の側面に係る光導波路は、コアと、前記コア中に分散された複数の積層体と、を備え、各前記積層体は、第１の層と、前記第１の層上に設けられた化合物半導体層と、前記化合物半導体層上に設けられた第２の層と、を有する。
【００１０】
本発明の第２の側面に係る光導波路では、積層体に励起光が供給されると、例えば、化合物半導体層の構成材料、化合物半導体層の構造等に応じて、種々の波長帯の光が出力される。したがって、この光導波路では、種々の波長帯の光を増幅して出力可能である。
【００１１】
また、前記化合物半導体層は量子井戸構造を有することが好ましい。この場合、光導波路から出力される光の波長帯を調整し易くなる。
【００１２】
また、前記化合物半導体層は、III-V族化合物半導体からなることが好ましい。この場合、光導波路から出力される光の波長帯を調整することができる。
【００１３】
また、前記コアは、樹脂又はガラスから構成されることが好ましい。この場合、上記構造体又は上記積層体がコア中に分散し易くなる。
【００１４】
本発明の光増幅器は、上述の光導波路と、前記光導波路に励起光を供給する励起光源と、を備える。
【００１５】
本発明の光増幅器は上述の光導波路を備えるので、この光増幅器では、励起光源からの励起光が光導波路に供給されることによって、例えば化合物半導体層の構成材料や構造等に応じて光導波路から種々の波長帯の光が出力される。したがって、光導波路から出力される光の波長帯を、光導波路に入力される光の波長帯に予め対応させることによって、本発明の光増幅器では光導波路に入力される種々の波長帯の光を増幅できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、種々の波長帯の光を増幅して出力可能な光導波路及び光増幅器が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一又は同等の要素には同一符号を用い、重複する説明を省略する。
【００１８】
［光増幅器］
図１は、本実施形態に係る光増幅器の一例を模式的に示す斜視図である。図２は、図１に示されるII−II線に沿った断面図である。図１に示される光増幅器１００は、本実施形態に係る光導波路１０と、光導波路１０に励起光Ｌ１を供給する励起光源Ｐと、を備える。
【００１９】
光導波路１０は、コア部６と、コア部６を覆うクラッド部３とを備える。コア部６は、コア８と、コア８中に分散された複数の積層体１２と、を有する。コア８は、樹脂又はガラスから構成されることが好ましい。この場合、積層体１２がコア８中に分散し易くなる。樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等の光硬化型樹脂が挙げられる。ガラスとしては、例えば、ＳｉＯ２等が挙げられる。コア８中には、屈折率を調整するための添加物が含まれている。具体的には、コア８は、Ｇｅ（ゲルマニウム）を含むガラスであることが好ましい。コア８の屈折率（ｎ１．５５）は、添加物の含有割合によって制御され、例えば１．４５である。なお、本明細書において、屈折率（ｎ１．５５）とは波長１．５５μｍの光に対する屈折率を意味する。
【００２０】
積層体１２は、例えば粒子状である。積層体１２の屈折率（ｎ１．５５）は、例えば３．４である。コア部６において、積層体１２の体積分率は例えば５体積％である。例えば、積層体１２の体積分率又はコア８の構成材料を調整することにより、コア部６への光閉じ込めの強さ、モードフィールド径等を制御することができる。
【００２１】
クラッド部３は、例えば、コア部６を収容するための溝２ａが形成されたクラッド２と、コア部６及びクラッド２上に設けられたクラッド４とを備える。クラッド部３は励起光Ｌ１を透過する。クラッド２，４は、例えば、樹脂又はガラスから構成される。樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等の光硬化型樹脂が挙げられる。ガラスとしては、例えば、ＳｉＯ２等が挙げられる。クラッド２，４の屈折率（ｎ１．５５）は、添加物の含有割合によって制御され、例えば１．４４である。
【００２２】
ここで、第１実施例では、コア８が添加物を含む紫外線硬化型樹脂から構成され、クラッド２，４がいずれも石英ガラスから構成される。第２実施例では、コア８がＧｅを含むシリカから構成され、クラッド２，４がいずれも石英ガラスから構成される。第３実施例では、コア８及びクラッド２，４がいずれも添加物を含む紫外線硬化型樹脂から構成される。第１実施例〜第３実施例において、コア８の屈折率（ｎ１．５５）は１．４５であり、クラッド２，４の屈折率（ｎ１．５５）はいずれも１．４４４である。また、コア８及びクラッド２，４の屈折率（ｎ１．５５）は、Ｇｅ等の添加物の含有割合を制御することにより調整される。
【００２３】
コア部６は、光源Ｓからの光（信号光）Ｌ２が入力される入射面６ａと、増幅された光Ｌ２が出力される出射面６ｂと、を有する。また、コア部６は、入射面６ａに向けて徐々に細くなる端部６ｃと、出射面６ｂに向けて徐々に細くなる端部６ｄと、端部６ｃ及び端部６ｄの間に設けられた主要部６ｅと、を有することが好ましい。コア部６が、上述の端部６ｃ，６ｄを有することにより、モードフィールドを変換することができると共に、入射面６ａ及び出射面６ｂに光ファイバーを光学的に結合し易くなる。
【００２４】
図２に示されるように、コア部６の主要部６ｅの断面形状は、例えば縦寸法６ｙ、横寸法６ｘの矩形形状であることが好ましい。ここで、縦寸法６ｙ及び横寸法６ｘが同一であると、縦方向ｙの偏波（ＴＭ）及び横方向ｘの偏波（ＴＥ）の両方を導波しやすくなるので、偏波依存性が低減される。光導波路１０では、縦寸法６ｙ及び横寸法６ｘを任意に制御できるので、偏波依存性を低減することができる。一実施例において、縦寸法６ｙ及び横寸法６ｘはいずれも１．６μｍである。この場合、光導波路１０はシングルモード光導波路となる。
【００２５】
図３は、コア中に分散された積層体の一例を示す斜視図である。図３に示される積層体１２は、第１の層１４と、層１４上に設けられた化合物半導体層１６と、化合物半導体層１６上に設けられた第２の層１８と、を有する。
【００２６】
積層体１２の厚さは例えば０．１μｍ程度である。積層体１２の主面１２ａの形状は特に限定されないが、例えば、積層体１２の主面１２ａの形状が矩形の場合、各辺の長さは０．１μｍ以下であることが好ましい。
【００２７】
化合物半導体層１６は、量子井戸構造を有することが好ましい。化合物半導体層１６は、例えば、互いにエネルギーバンドギャップの異なる化合物半導体層２０，２２が交互に配列されたものである。この場合、光導波路１０から出力される光Ｌ２の波長帯を調整し易くなる。化合物半導体層２２は、隣り合う化合物半導体層２０，２０の間に設けられている。化合物半導体層２０のエネルギーバンドギャップは、化合物半導体層２２のエネルギーバンドギャップよりも大きい。
【００２８】
化合物半導体層１６は、III−V族化合物半導体からなることが好ましい。この場合、光導波路１０から出力される光Ｌ２の波長帯を調整することができる。また、一般的に使用されるIII−V族化合物半導体基板（例えばＧａＡｓ基板又はＩｎＰ基板等）を用いて化合物半導体層１６を作製することができる。III−V族化合物半導体を構成するIII族元素としては、例えばＡｌ、Ｇａ、Ｉｎ等が挙げられる。III−V族化合物半導体を構成するＶ族元素としては、例えばＰ、Ａｓ等が挙げられる。特に、化合物半導体層１６は、ＡｌＧａＩｎＰ層及びＧａＩｎＰ層を有することが好ましい。この場合、光導波路１０から出力される光Ｌ２の波長帯を０．５〜０．７μｍに調整し易くなる。例えば、化合物半導体層２０，２２がそれぞれＡｌＧａＩｎＰ層及びＧａＩｎＰ層であることが好ましい。
【００２９】
層１４，１８は、半導体層又は絶縁層であることが好ましい。層１４，１８は、III−V族化合物半導体から構成されることが好ましい。層１４，１８は、ノンドープの化合物半導体から構成されることが好ましい。この場合、化合物半導体層１６からの発光効率が高くなる。絶縁層は、例えば、酸化物、窒化物等から構成される。酸化物層は、例えば、半導体層を酸化することにより得られる。層１４，１８のエネルギーバンドギャップは、化合物半導体層１６のエネルギーバンドギャップよりも大きいことが好ましい。
【００３０】
上述のような光導波路１０では、積層体１２に励起光Ｌ１が供給されると、例えば、化合物半導体層１６の構成材料の種類又は組成比、化合物半導体層１６の構造（例えば量子井戸構造の種類）等に応じて、種々の波長帯の光Ｌ２が出力される。したがって、光導波路１０では、入力される種々の波長帯の光Ｌ２を増幅して出力可能である。得られる波長帯としては、例えば、ＤＶＤ等に好適に用いられる青色の波長帯、ＳＡＮ（StorageArea Networks）等に好適に用いられる０．８５μｍ帯、光通信等に好適に用いられる１．３μｍ帯又は１．５５μｍ帯等が挙げられる。
【００３１】
以下、得られる波長帯が、（１）０．５〜０．７μｍ、（２）０．７〜１．３μｍ、及び（３）１．３〜１．６μｍの場合について、図３を参照して具体的に説明する。
【００３２】
（１）０．５〜０．７μｍ
一実施例において、層１４，１８の構成材料はいずれもＡｌＧａＩｎＰであり、化合物半導体層２０，２２の構成材料はそれぞれＡｌＧａＩｎＰ及びＧａＩｎＰである。
【００３３】
（２）０．７〜１．３μｍ
一実施例において、層１４，１８の構成材料はいずれもＡｌＧａＡｓであり、化合物半導体層２０，２２の構成材料はそれぞれＡｌＧａＡｓ及びＧａＡｓである。また、他の実施例において、層１４，１８の構成材料はいずれもＡｌＧａＡｓであり、化合物半導体層２０，２２の構成材料はそれぞれＧａＩｎＡｓ及びＧａＡｓである。
【００３４】
（３）１．３〜１．６μｍ
一実施例において、層１４，１８の構成材料はいずれもＩｎＰであり、化合物半導体層２０，２２の構成材料は互いに組成比の異なるＧａＩｎＡｓＰである。
【００３５】
また、化合物半導体層１６の表面１６ｓの一部（化合物半導体層１６の上面及び下面）が層１４，１８によって覆われているので、励起光Ｌ１により発生したキャリアが化合物半導体層１６の表面準位にトラップされること（表面１６ｓで再結合すること）を抑制できる。
【００３６】
また、光増幅器１００は、本実施形態に係る光導波路１０を備えるので、励起光源Ｐからの励起光Ｌ１が光導波路１０に供給されることによって、化合物半導体層１６の構成材料や構造等に応じて光導波路１０から種々の波長帯の光Ｌ２が出力される。なお、励起光Ｌ１のエネルギーは、化合物半導体層１６のエネルギーバンドギャップよりも大きい。
【００３７】
したがって、光増幅器１００では、光導波路１０から出力される光Ｌ２の波長帯と、光導波路１０に入力される光Ｌ２の波長帯とを予め対応させることによって、光導波路１０に入力される種々の波長帯の光Ｌ２を増幅できる。また、化合物半導体層１６の表面１６ｓにおける再結合が抑制されているので、光増幅器１００の増幅効率を向上させることができる。
【００３８】
光導波路１０は、積層体１２に代えて以下のような構造体を備えるとしてもよい。この場合であっても、光導波路１０では、入力される種々の波長帯の光Ｌ２を増幅して出力可能である。図４及び図５は、いずれもコア中に分散された構造体の一例を示す斜視図である。
【００３９】
図４に示される構造体１１２は、化合物半導体部１１６と、化合物半導体部１１６の表面１１６ｓの少なくとも一部を覆う被覆部１１４と、を有する。構造体１１２は、例えば粒子状である。化合物半導体部１１６は化合物半導体層１６の変形例であり、被覆部１１４は層１４，１８の変形例である。本例において、構造体１１２は柱状であり、任意の形状を有する端面１１２ａを有する。化合物半導体部１１６は柱状であり、側面を有する。被覆部１１４は、化合物半導体部１１６の側面を覆うように設けられている。被覆部１１４は、層１４，１８と同様の材料から構成される。被覆部１１４のエネルギーバンドギャップは、化合物半導体部１１６のエネルギーバンドギャップよりも大きいことが好ましい。
【００４０】
化合物半導体部１１６は、量子井戸構造を有することが好ましい。化合物半導体部１１６は、例えば、互いにエネルギーバンドギャップの異なる化合物半導体層１２０，１２２が交互に配列されたものである。この場合、光導波路１０から出力される光Ｌ２の波長帯を調整し易くなる。化合物半導体層１２０のエネルギーバンドギャップは、化合物半導体層１２２のエネルギーバンドギャップよりも大きい。
【００４１】
化合物半導体部１１６は、III−V族化合物半導体からなることが好ましい。この場合、光導波路１０から出力される光Ｌ２の波長帯を調整することができる。また、一般的に使用されるIII−V族化合物半導体基板（例えばＧａＡｓ基板又はＩｎＰ基板等）を用いて化合物半導体部１１６を作製することができる。III−V族化合物半導体を構成するIII族元素としては、例えばＡｌ、Ｇａ、Ｉｎ等が挙げられる。III−V族化合物半導体を構成するＶ族元素としては、例えばＰ、Ａｓ等が挙げられる。特に、化合物半導体部１１６は、ＡｌＧａＩｎＰ層及びＧａＩｎＰ層を有することが好ましい。この場合、光導波路１０から出力される光Ｌ２の波長帯を０．５〜０．７μｍに調整し易くなる。例えば、化合物半導体層１２０，１２２がそれぞれＡｌＧａＩｎＰ層及びＧａＩｎＰ層であることが好ましい。
【００４２】
図５に示される構造体２１２は、化合物半導体部１１６と、化合物半導体部１１６の表面１１６ｓの全部を覆う被覆部２１４と、を有する。構造体２１２は、例えば粒子状である。被覆部２１４は、被覆部１１４の変形例である。本例において、構造体２１２は柱状であり、任意の形状を有する端面２１２ａを有する。被覆部２１４は、端面２１２ａ上にも設けられており、被覆部１１４と同様の材料から構成される。被覆部２１４のエネルギーバンドギャップは、化合物半導体部１１６のエネルギーバンドギャップよりも大きいことが好ましい。
【００４３】
図６は、実施形態に係る光増幅器の変形例を模式的に示す平面図である。図６に示される光増幅器１００ａは、光導波路１０と、光導波路１０に励起光Ｌ１を供給する励起光源Ｐと、を備える。本変形例において、光導波路１０は例えば石英基板等の基板３１に形成されている。基板３１の一方の端部には、入力ポート２４ａ，２６ａが設けられている。基板３１の他方の端部には、出力ポート２８ａが設けられている。入力ポート２４ａには、励起光Ｌ１が入力され、入力ポート２６ａには、光源Ｓからの光Ｌ２が入力される。
【００４４】
入力ポート２４ａには、基板３１に形成された光導波路２４が光学的に結合されている。入力ポート２６ａには、基板３１に形成された光導波路２６が光学的に結合されている。光導波路２４，２６は、光導波路１０の入射面６ａに光学的に結合されている。光導波路１０の出射面６ｂには、光導波路２８が光学的に結合されている。光導波路２８は、基板３１に形成されたフィルタ３０を介して出力ポート２８ａに光学的に結合されている。フィルタ３０は、例えば励起光Ｌ１を遮断するカットフィルタである。この場合、出力ポート２８ａから出力された光Ｌ２は、受光部Ｒによって受光される。
【００４５】
したがって、光増幅器１００ａによれば、入力ポート２６ａに入力された種々の波長帯の光Ｌ２を増幅することができる。
【００４６】
続いて、図７〜図９を参照しながら、光導波路１０の製造方法の一例について説明する。図７(ａ)は、本実施形態に係る光増幅器の製造方法の一例における一工程を模式的に示す断面図であり、図７(ｂ)は図７(ａ)に示される領域Ａの拡大図である。図８(ａ)は、本実施形態に係る光増幅器の製造方法の一例における一工程を模式的に示す斜視断面図であり、図８(ｂ)は、本実施形態に係る光増幅器の製造方法の一例における一工程を模式的に示す断面図である。図９(ａ)〜図９(ｃ)は、それぞれ、本実施形態に係る光増幅器の製造方法の一例における一工程を模式的に示す断面図である。
【００４７】
［光増幅器の製造方法］
（積層工程）
まず、図７(ａ)に示されるように、半導体基板３２上に、複数の化合物半導体膜３４及び複数の中間膜３６を交互にエピタキシャル成長させる。各中間膜３６は、隣り合う化合物半導体膜３４，３４の間に設けられている。半導体基板３２は例えばＩｎＰから構成され、中間膜３６は例えばＡｌから構成される。
【００４８】
化合物半導体膜３４は、図７(ｂ)に示されるように、化合物半導体膜１４ａ，１６ａ，１８ａを有する。化合物半導体膜１６ａは、化合物半導体膜１４ａ，１８ａの間に設けられている。化合物半導体膜１６ａは、交互に配列された複数の化合物半導体膜２０ａ及び複数の化合物半導体膜２２ａを有する。各化合物半導体膜２２ａは、隣り合う化合物半導体膜２０ａ，２０ａの間に設けられている。
【００４９】
（エッチング工程）
次に、図８(ａ)に示されるように、例えばフォトリソグラフィー法を用いて化合物半導体膜３４上にエッチング用マスクを形成し、化合物半導体膜３４及び中間膜３６をエッチングする。化合物半導体膜３４をエッチングすることにより主面１２ａを有する積層体１２が形成される。中間膜３６をエッチングすることにより中間層３６ａが形成される。その結果、半導体基板３２上に、複数の積層体１２及び複数の中間層３６ａが交互に配列される。
【００５０】
（溶解工程）
次に、図８(ｂ)に示されるように、例えばフッ酸等の溶解液を用いて中間層３６ａを溶解させることにより、隣り合う積層体１２，１２同士を分離する。
【００５１】
（分散工程）
次に、図９(ａ)に示されるように、積層体１２を溶液８ａ中に分散させる。具体的には、例えば、積層体１２を溶液８ａ中に投入した後、溶液８ａを攪拌する。
【００５２】
（コア部形成工程）
次に、図９(ｂ)に示されるように、クラッド２の溝２ａ内に、積層体１２が分散された溶液８ａを流し込み、充填する。その後、溶液８ａを固化させることによりコア８を形成する。このようにして、クラッド２の溝２ａ内にコア部６を形成する。なお、クラッド２の溝２ａは、例えば、フォトリソグラフィー法及びドライエッチング法を用いて形成される。
【００５３】
（クラッド形成工程）
次に、図９(ｃ)に示されるように、コア部６及びクラッド２上にクラッド４を形成する。これにより、光導波路１０を製造することができる。
【００５４】
（配置工程）
続いて、得られた光導波路１０に励起光Ｌ１が供給されるように励起光源Ｐを配置することにより、光増幅器１００，１００ａを製造することができる。
【００５５】
ここで、光導波路１０の製造例について詳細に説明するが、光導波路１０の製造方法は以下の製造例に限定されるものではない。
【００５６】
（第１製造例）
第１製造例では、以下のように光導波路１０が製造される。コア８は添加物を含む紫外線硬化型樹脂から構成され、クラッド２，４はいずれも石英ガラスから構成される。
【００５７】
分散工程では、積層体１２をエポキシ樹脂の液状モノマー（溶液８ａ）中に分散させる。
【００５８】
コア部形成工程では、積層体１２が分散されたエポキシ樹脂の液状モノマーを、クラッド２の溝２ａ内に流し込む。その後、フォトマスクを介して溝２ａに紫外線を照射してエポキシ樹脂の液状モノマーを架橋させることにより、硬化させる。続いて、溝２ａ外に残存する未硬化のエポキシ樹脂の液状モノマーを洗い流す。その結果、溝２ａ内に、添加物を含む紫外線硬化型樹脂から構成されるコア８が得られる。
【００５９】
なお、クラッド２は、石英ガラス基板に、フォトリソグラフィー法及びドライエッチング法を用いて溝２ａを形成することにより得られる。
【００６０】
クラッド形成工程では、プラズマＣＶＤ法を用いて厚さ約１０μｍの石英ガラス膜（クラッド４）をコア部６及びクラッド２上に堆積させる。
【００６１】
（第２製造例）
第２製造例では、以下のように光導波路１０が製造される。コア８はＧｅを含むシリカから構成され、クラッド２，４はいずれも石英ガラスから構成される。この場合、コア８及びクラッド２，４は、以下のようなゾル−ゲル法を用いて好適に形成される。ゾル−ゲル法を用いると、低温プロセスが実現される。
【００６２】
分散工程では、積層体１２を有機化合物の混合液（溶液８ａ）中に分散させる。この混合液は、液状の有機シリコン化合物、液状の有機化合物、水、メタノール、ジエチルフォルムアミド、及びアンモニア等を含む。液状の有機シリコン化合物としては、例えばテトラメトキシシラン等が挙げられる。液状の有機化合物としては、例えばテトラメトキシゲルマニウム等が挙げられる。
【００６３】
コア部形成工程では、積層体１２が分散された混合液を、クラッド２の溝２ａ内に流し込む。その後、乾燥空気中で、３０℃から３００℃まで約２００時間かけて徐々に温度を上げ、３００℃で約１００時間加熱する。これにより、有機化合物を酸化させ余分な有機物を輝散させる。その結果、溝２ａ内に、Ｇｅが添加されたシリカから構成されるコア８が得られる。
【００６４】
なお、クラッド２は、石英ガラス基板に、フォトリソグラフィー法及びドライエッチング法を用いて溝２ａを形成することにより得られる。
【００６５】
クラッド形成工程では、プラズマＣＶＤ法を用いて厚さ約１０μｍの石英ガラス膜（クラッド４）をコア部６及びクラッド２上に堆積させる。
【００６６】
（第３製造例）
第３製造例では、以下のように光導波路１０が製造される。コア８及びクラッド２，４はいずれも添加物を含む紫外線硬化型樹脂から構成される。
【００６７】
分散工程では、積層体１２をエポキシ樹脂の液状モノマー（溶液８ａ）中に分散させる。
【００６８】
コア部形成工程では、積層体１２が分散されたエポキシ樹脂の液状モノマーを、クラッド２の溝２ａ内に流し込む。その後、フォトマスクを介して溝２ａに紫外線を照射してエポキシ樹脂の液状モノマーを架橋させることにより、硬化させる。続いて、溝２ａ外に残存する未硬化のエポキシ樹脂の液状モノマーを洗い流す。その結果、溝２ａ内に、添加物を含む紫外線硬化型樹脂から構成されるコア８が得られる。
【００６９】
なお、クラッド２は以下のようにして形成される。まず、任意の材料から構成される基板上に、紫外線硬化型樹脂のモノマーを厚さ１０μｍ以上に塗布する。その後、全面に紫外線を照射して紫外線硬化型樹脂のモノマーを架橋させることにより、硬化させる。続いて、硬化した紫外線硬化型樹脂上に、紫外線硬化型樹脂のモノマーを更に塗布する。その後、フォトマスクを介して溝２ａを形成するための領域以外の領域に紫外線を照射して、紫外線硬化型樹脂のモノマーを架橋させることにより、硬化させる。続いて、未硬化のエポキシ樹脂の液状モノマーを洗い流すことにより、溝２ａを形成する。
【００７０】
クラッド形成工程では、コア部６及びクラッド２上に紫外線硬化型樹脂のモノマーを塗布する。その後、全面に紫外線を照射して紫外線硬化型樹脂のモノマーを架橋させることにより、硬化させる。
【００７１】
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本実施形態に係る光増幅器の一例を模式的に示す斜視図である。
【図２】図１に示されるII−II線に沿った断面図である。
【図３】コア中に分散された積層体の一例を示す斜視図である。
【図４】コア中に分散された構造体の一例を示す斜視図である。
【図５】コア中に分散された構造体の一例を示す斜視図である。
【図６】実施形態に係る光増幅器の変形例を模式的に示す平面図である。
【図７】図７(ａ)は、本実施形態に係る光増幅器の製造方法の一例における一工程を模式的に示す断面図であり、図７(ｂ)は図７(ａ)に示される領域Ａの拡大図である。
【図８】図８(ａ)は、本実施形態に係る光増幅器の製造方法の一例における一工程を模式的に示す斜視断面図であり、図８(ｂ)は、本実施形態に係る光増幅器の製造方法の一例における一工程を模式的に示す断面図である。
【図９】図９(ａ)〜図９(ｃ)は、それぞれ、本実施形態に係る光増幅器の製造方法の一例における一工程を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００７３】
８…コア、１０…光導波路、１２…積層体、１４…第１の層、１６…化合物半導体層、１６ｓ…化合物半導体層の表面、１８…第２の層、２０…化合物半導体層、２２…化合物半導体層、１００，１００ａ…光増幅器、１１２，２１２…構造体、１１６…化合物半導体部、１１６ｓ…化合物半導体部の表面、１１４，２１４…被覆部、１２０…化合物半導体層、１２２…化合物半導体層、Ｌ１…励起光、Ｐ…励起光源。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光導波路及び光増幅器に関する。
【背景技術】
【０００２】
光増幅器の一例として、Ｅｒ（エルビウム）が添加されたコアを有する光導波路を備えた光増幅器（ＥＤＷＡ：Erbium-Doped Waveguide Amplifier）が知られている（非特許文献１参照）。
【非特許文献１】JacobL. Philipsen et al., We2.2.1, ECOC2003
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、ＥＤＷＡでは、増幅媒体となるＥｒのエネルギー準位に起因して、増幅される光の波長帯は１．５５μｍ帯に限られる。
【０００４】
本発明は、種々の波長帯の光を増幅して出力可能な光導波路及び光増幅器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述の課題を解決するため、本発明の第１の側面に係る光導波路は、コアと、前記コア中に分散された複数の構造体と、を備え、各前記構造体は、化合物半導体部と、前記化合物半導体部の表面の少なくとも一部を覆う被覆部と、を有する。
【０００６】
本発明の第１の側面に係る光導波路では、構造体に励起光が供給されると、例えば、化合物半導体部の構成材料、化合物半導体部の構造等に応じて、種々の波長帯の光が出力される。したがって、この光導波路では、種々の波長帯の光を増幅して出力可能である。
【０００７】
また、前記化合物半導体部は量子井戸構造を有することが好ましい。この場合、光導波路から出力される光の波長帯を調整し易くなる。
【０００８】
また、前記化合物半導体部は、III-V族化合物半導体からなることが好ましい。この場合、光導波路から出力される光の波長帯を調整することができる。
【０００９】
本発明の第２の側面に係る光導波路は、コアと、前記コア中に分散された複数の積層体と、を備え、各前記積層体は、第１の層と、前記第１の層上に設けられた化合物半導体層と、前記化合物半導体層上に設けられた第２の層と、を有する。
【００１０】
本発明の第２の側面に係る光導波路では、積層体に励起光が供給されると、例えば、化合物半導体層の構成材料、化合物半導体層の構造等に応じて、種々の波長帯の光が出力される。したがって、この光導波路では、種々の波長帯の光を増幅して出力可能である。
【００１１】
また、前記化合物半導体層は量子井戸構造を有することが好ましい。この場合、光導波路から出力される光の波長帯を調整し易くなる。
【００１２】
また、前記化合物半導体層は、III-V族化合物半導体からなることが好ましい。この場合、光導波路から出力される光の波長帯を調整することができる。
【００１３】
また、前記コアは、樹脂又はガラスから構成されることが好ましい。この場合、上記構造体又は上記積層体がコア中に分散し易くなる。
【００１４】
本発明の光増幅器は、上述の光導波路と、前記光導波路に励起光を供給する励起光源と、を備える。
【００１５】
本発明の光増幅器は上述の光導波路を備えるので、この光増幅器では、励起光源からの励起光が光導波路に供給されることによって、例えば化合物半導体層の構成材料や構造等に応じて光導波路から種々の波長帯の光が出力される。したがって、光導波路から出力される光の波長帯を、光導波路に入力される光の波長帯に予め対応させることによって、本発明の光増幅器では光導波路に入力される種々の波長帯の光を増幅できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、種々の波長帯の光を増幅して出力可能な光導波路及び光増幅器が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一又は同等の要素には同一符号を用い、重複する説明を省略する。
【００１８】
［光増幅器］
図１は、本実施形態に係る光増幅器の一例を模式的に示す斜視図である。図２は、図１に示されるII−II線に沿った断面図である。図１に示される光増幅器１００は、本実施形態に係る光導波路１０と、光導波路１０に励起光Ｌ１を供給する励起光源Ｐと、を備える。
【００１９】
光導波路１０は、コア部６と、コア部６を覆うクラッド部３とを備える。コア部６は、コア８と、コア８中に分散された複数の積層体１２と、を有する。コア８は、樹脂又はガラスから構成されることが好ましい。この場合、積層体１２がコア８中に分散し易くなる。樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等の光硬化型樹脂が挙げられる。ガラスとしては、例えば、ＳｉＯ２等が挙げられる。コア８中には、屈折率を調整するための添加物が含まれている。具体的には、コア８は、Ｇｅ（ゲルマニウム）を含むガラスであることが好ましい。コア８の屈折率（ｎ１．５５）は、添加物の含有割合によって制御され、例えば１．４５である。なお、本明細書において、屈折率（ｎ１．５５）とは波長１．５５μｍの光に対する屈折率を意味する。
【００２０】
積層体１２は、例えば粒子状である。積層体１２の屈折率（ｎ１．５５）は、例えば３．４である。コア部６において、積層体１２の体積分率は例えば５体積％である。例えば、積層体１２の体積分率又はコア８の構成材料を調整することにより、コア部６への光閉じ込めの強さ、モードフィールド径等を制御することができる。
【００２１】
クラッド部３は、例えば、コア部６を収容するための溝２ａが形成されたクラッド２と、コア部６及びクラッド２上に設けられたクラッド４とを備える。クラッド部３は励起光Ｌ１を透過する。クラッド２，４は、例えば、樹脂又はガラスから構成される。樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等の光硬化型樹脂が挙げられる。ガラスとしては、例えば、ＳｉＯ２等が挙げられる。クラッド２，４の屈折率（ｎ１．５５）は、添加物の含有割合によって制御され、例えば１．４４である。
【００２２】
ここで、第１実施例では、コア８が添加物を含む紫外線硬化型樹脂から構成され、クラッド２，４がいずれも石英ガラスから構成される。第２実施例では、コア８がＧｅを含むシリカから構成され、クラッド２，４がいずれも石英ガラスから構成される。第３実施例では、コア８及びクラッド２，４がいずれも添加物を含む紫外線硬化型樹脂から構成される。第１実施例〜第３実施例において、コア８の屈折率（ｎ１．５５）は１．４５であり、クラッド２，４の屈折率（ｎ１．５５）はいずれも１．４４４である。また、コア８及びクラッド２，４の屈折率（ｎ１．５５）は、Ｇｅ等の添加物の含有割合を制御することにより調整される。
【００２３】
コア部６は、光源Ｓからの光（信号光）Ｌ２が入力される入射面６ａと、増幅された光Ｌ２が出力される出射面６ｂと、を有する。また、コア部６は、入射面６ａに向けて徐々に細くなる端部６ｃと、出射面６ｂに向けて徐々に細くなる端部６ｄと、端部６ｃ及び端部６ｄの間に設けられた主要部６ｅと、を有することが好ましい。コア部６が、上述の端部６ｃ，６ｄを有することにより、モードフィールドを変換することができると共に、入射面６ａ及び出射面６ｂに光ファイバーを光学的に結合し易くなる。
【００２４】
図２に示されるように、コア部６の主要部６ｅの断面形状は、例えば縦寸法６ｙ、横寸法６ｘの矩形形状であることが好ましい。ここで、縦寸法６ｙ及び横寸法６ｘが同一であると、縦方向ｙの偏波（ＴＭ）及び横方向ｘの偏波（ＴＥ）の両方を導波しやすくなるので、偏波依存性が低減される。光導波路１０では、縦寸法６ｙ及び横寸法６ｘを任意に制御できるので、偏波依存性を低減することができる。一実施例において、縦寸法６ｙ及び横寸法６ｘはいずれも１．６μｍである。この場合、光導波路１０はシングルモード光導波路となる。
【００２５】
図３は、コア中に分散された積層体の一例を示す斜視図である。図３に示される積層体１２は、第１の層１４と、層１４上に設けられた化合物半導体層１６と、化合物半導体層１６上に設けられた第２の層１８と、を有する。
【００２６】
積層体１２の厚さは例えば０．１μｍ程度である。積層体１２の主面１２ａの形状は特に限定されないが、例えば、積層体１２の主面１２ａの形状が矩形の場合、各辺の長さは０．１μｍ以下であることが好ましい。
【００２７】
化合物半導体層１６は、量子井戸構造を有することが好ましい。化合物半導体層１６は、例えば、互いにエネルギーバンドギャップの異なる化合物半導体層２０，２２が交互に配列されたものである。この場合、光導波路１０から出力される光Ｌ２の波長帯を調整し易くなる。化合物半導体層２２は、隣り合う化合物半導体層２０，２０の間に設けられている。化合物半導体層２０のエネルギーバンドギャップは、化合物半導体層２２のエネルギーバンドギャップよりも大きい。
【００２８】
化合物半導体層１６は、III−V族化合物半導体からなることが好ましい。この場合、光導波路１０から出力される光Ｌ２の波長帯を調整することができる。また、一般的に使用されるIII−V族化合物半導体基板（例えばＧａＡｓ基板又はＩｎＰ基板等）を用いて化合物半導体層１６を作製することができる。III−V族化合物半導体を構成するIII族元素としては、例えばＡｌ、Ｇａ、Ｉｎ等が挙げられる。III−V族化合物半導体を構成するＶ族元素としては、例えばＰ、Ａｓ等が挙げられる。特に、化合物半導体層１６は、ＡｌＧａＩｎＰ層及びＧａＩｎＰ層を有することが好ましい。この場合、光導波路１０から出力される光Ｌ２の波長帯を０．５〜０．７μｍに調整し易くなる。例えば、化合物半導体層２０，２２がそれぞれＡｌＧａＩｎＰ層及びＧａＩｎＰ層であることが好ましい。
【００２９】
層１４，１８は、半導体層又は絶縁層であることが好ましい。層１４，１８は、III−V族化合物半導体から構成されることが好ましい。層１４，１８は、ノンドープの化合物半導体から構成されることが好ましい。この場合、化合物半導体層１６からの発光効率が高くなる。絶縁層は、例えば、酸化物、窒化物等から構成される。酸化物層は、例えば、半導体層を酸化することにより得られる。層１４，１８のエネルギーバンドギャップは、化合物半導体層１６のエネルギーバンドギャップよりも大きいことが好ましい。
【００３０】
上述のような光導波路１０では、積層体１２に励起光Ｌ１が供給されると、例えば、化合物半導体層１６の構成材料の種類又は組成比、化合物半導体層１６の構造（例えば量子井戸構造の種類）等に応じて、種々の波長帯の光Ｌ２が出力される。したがって、光導波路１０では、入力される種々の波長帯の光Ｌ２を増幅して出力可能である。得られる波長帯としては、例えば、ＤＶＤ等に好適に用いられる青色の波長帯、ＳＡＮ（StorageArea Networks）等に好適に用いられる０．８５μｍ帯、光通信等に好適に用いられる１．３μｍ帯又は１．５５μｍ帯等が挙げられる。
【００３１】
以下、得られる波長帯が、（１）０．５〜０．７μｍ、（２）０．７〜１．３μｍ、及び（３）１．３〜１．６μｍの場合について、図３を参照して具体的に説明する。
【００３２】
（１）０．５〜０．７μｍ
一実施例において、層１４，１８の構成材料はいずれもＡｌＧａＩｎＰであり、化合物半導体層２０，２２の構成材料はそれぞれＡｌＧａＩｎＰ及びＧａＩｎＰである。
【００３３】
（２）０．７〜１．３μｍ
一実施例において、層１４，１８の構成材料はいずれもＡｌＧａＡｓであり、化合物半導体層２０，２２の構成材料はそれぞれＡｌＧａＡｓ及びＧａＡｓである。また、他の実施例において、層１４，１８の構成材料はいずれもＡｌＧａＡｓであり、化合物半導体層２０，２２の構成材料はそれぞれＧａＩｎＡｓ及びＧａＡｓである。
【００３４】
（３）１．３〜１．６μｍ
一実施例において、層１４，１８の構成材料はいずれもＩｎＰであり、化合物半導体層２０，２２の構成材料は互いに組成比の異なるＧａＩｎＡｓＰである。
【００３５】
また、化合物半導体層１６の表面１６ｓの一部（化合物半導体層１６の上面及び下面）が層１４，１８によって覆われているので、励起光Ｌ１により発生したキャリアが化合物半導体層１６の表面準位にトラップされること（表面１６ｓで再結合すること）を抑制できる。
【００３６】
また、光増幅器１００は、本実施形態に係る光導波路１０を備えるので、励起光源Ｐからの励起光Ｌ１が光導波路１０に供給されることによって、化合物半導体層１６の構成材料や構造等に応じて光導波路１０から種々の波長帯の光Ｌ２が出力される。なお、励起光Ｌ１のエネルギーは、化合物半導体層１６のエネルギーバンドギャップよりも大きい。
【００３７】
したがって、光増幅器１００では、光導波路１０から出力される光Ｌ２の波長帯と、光導波路１０に入力される光Ｌ２の波長帯とを予め対応させることによって、光導波路１０に入力される種々の波長帯の光Ｌ２を増幅できる。また、化合物半導体層１６の表面１６ｓにおける再結合が抑制されているので、光増幅器１００の増幅効率を向上させることができる。
【００３８】
光導波路１０は、積層体１２に代えて以下のような構造体を備えるとしてもよい。この場合であっても、光導波路１０では、入力される種々の波長帯の光Ｌ２を増幅して出力可能である。図４及び図５は、いずれもコア中に分散された構造体の一例を示す斜視図である。
【００３９】
図４に示される構造体１１２は、化合物半導体部１１６と、化合物半導体部１１６の表面１１６ｓの少なくとも一部を覆う被覆部１１４と、を有する。構造体１１２は、例えば粒子状である。化合物半導体部１１６は化合物半導体層１６の変形例であり、被覆部１１４は層１４，１８の変形例である。本例において、構造体１１２は柱状であり、任意の形状を有する端面１１２ａを有する。化合物半導体部１１６は柱状であり、側面を有する。被覆部１１４は、化合物半導体部１１６の側面を覆うように設けられている。被覆部１１４は、層１４，１８と同様の材料から構成される。被覆部１１４のエネルギーバンドギャップは、化合物半導体部１１６のエネルギーバンドギャップよりも大きいことが好ましい。
【００４０】
化合物半導体部１１６は、量子井戸構造を有することが好ましい。化合物半導体部１１６は、例えば、互いにエネルギーバンドギャップの異なる化合物半導体層１２０，１２２が交互に配列されたものである。この場合、光導波路１０から出力される光Ｌ２の波長帯を調整し易くなる。化合物半導体層１２０のエネルギーバンドギャップは、化合物半導体層１２２のエネルギーバンドギャップよりも大きい。
【００４１】
化合物半導体部１１６は、III−V族化合物半導体からなることが好ましい。この場合、光導波路１０から出力される光Ｌ２の波長帯を調整することができる。また、一般的に使用されるIII−V族化合物半導体基板（例えばＧａＡｓ基板又はＩｎＰ基板等）を用いて化合物半導体部１１６を作製することができる。III−V族化合物半導体を構成するIII族元素としては、例えばＡｌ、Ｇａ、Ｉｎ等が挙げられる。III−V族化合物半導体を構成するＶ族元素としては、例えばＰ、Ａｓ等が挙げられる。特に、化合物半導体部１１６は、ＡｌＧａＩｎＰ層及びＧａＩｎＰ層を有することが好ましい。この場合、光導波路１０から出力される光Ｌ２の波長帯を０．５〜０．７μｍに調整し易くなる。例えば、化合物半導体層１２０，１２２がそれぞれＡｌＧａＩｎＰ層及びＧａＩｎＰ層であることが好ましい。
【００４２】
図５に示される構造体２１２は、化合物半導体部１１６と、化合物半導体部１１６の表面１１６ｓの全部を覆う被覆部２１４と、を有する。構造体２１２は、例えば粒子状である。被覆部２１４は、被覆部１１４の変形例である。本例において、構造体２１２は柱状であり、任意の形状を有する端面２１２ａを有する。被覆部２１４は、端面２１２ａ上にも設けられており、被覆部１１４と同様の材料から構成される。被覆部２１４のエネルギーバンドギャップは、化合物半導体部１１６のエネルギーバンドギャップよりも大きいことが好ましい。
【００４３】
図６は、実施形態に係る光増幅器の変形例を模式的に示す平面図である。図６に示される光増幅器１００ａは、光導波路１０と、光導波路１０に励起光Ｌ１を供給する励起光源Ｐと、を備える。本変形例において、光導波路１０は例えば石英基板等の基板３１に形成されている。基板３１の一方の端部には、入力ポート２４ａ，２６ａが設けられている。基板３１の他方の端部には、出力ポート２８ａが設けられている。入力ポート２４ａには、励起光Ｌ１が入力され、入力ポート２６ａには、光源Ｓからの光Ｌ２が入力される。
【００４４】
入力ポート２４ａには、基板３１に形成された光導波路２４が光学的に結合されている。入力ポート２６ａには、基板３１に形成された光導波路２６が光学的に結合されている。光導波路２４，２６は、光導波路１０の入射面６ａに光学的に結合されている。光導波路１０の出射面６ｂには、光導波路２８が光学的に結合されている。光導波路２８は、基板３１に形成されたフィルタ３０を介して出力ポート２８ａに光学的に結合されている。フィルタ３０は、例えば励起光Ｌ１を遮断するカットフィルタである。この場合、出力ポート２８ａから出力された光Ｌ２は、受光部Ｒによって受光される。
【００４５】
したがって、光増幅器１００ａによれば、入力ポート２６ａに入力された種々の波長帯の光Ｌ２を増幅することができる。
【００４６】
続いて、図７〜図９を参照しながら、光導波路１０の製造方法の一例について説明する。図７(ａ)は、本実施形態に係る光増幅器の製造方法の一例における一工程を模式的に示す断面図であり、図７(ｂ)は図７(ａ)に示される領域Ａの拡大図である。図８(ａ)は、本実施形態に係る光増幅器の製造方法の一例における一工程を模式的に示す斜視断面図であり、図８(ｂ)は、本実施形態に係る光増幅器の製造方法の一例における一工程を模式的に示す断面図である。図９(ａ)〜図９(ｃ)は、それぞれ、本実施形態に係る光増幅器の製造方法の一例における一工程を模式的に示す断面図である。
【００４７】
［光増幅器の製造方法］
（積層工程）
まず、図７(ａ)に示されるように、半導体基板３２上に、複数の化合物半導体膜３４及び複数の中間膜３６を交互にエピタキシャル成長させる。各中間膜３６は、隣り合う化合物半導体膜３４，３４の間に設けられている。半導体基板３２は例えばＩｎＰから構成され、中間膜３６は例えばＡｌから構成される。
【００４８】
化合物半導体膜３４は、図７(ｂ)に示されるように、化合物半導体膜１４ａ，１６ａ，１８ａを有する。化合物半導体膜１６ａは、化合物半導体膜１４ａ，１８ａの間に設けられている。化合物半導体膜１６ａは、交互に配列された複数の化合物半導体膜２０ａ及び複数の化合物半導体膜２２ａを有する。各化合物半導体膜２２ａは、隣り合う化合物半導体膜２０ａ，２０ａの間に設けられている。
【００４９】
（エッチング工程）
次に、図８(ａ)に示されるように、例えばフォトリソグラフィー法を用いて化合物半導体膜３４上にエッチング用マスクを形成し、化合物半導体膜３４及び中間膜３６をエッチングする。化合物半導体膜３４をエッチングすることにより主面１２ａを有する積層体１２が形成される。中間膜３６をエッチングすることにより中間層３６ａが形成される。その結果、半導体基板３２上に、複数の積層体１２及び複数の中間層３６ａが交互に配列される。
【００５０】
（溶解工程）
次に、図８(ｂ)に示されるように、例えばフッ酸等の溶解液を用いて中間層３６ａを溶解させることにより、隣り合う積層体１２，１２同士を分離する。
【００５１】
（分散工程）
次に、図９(ａ)に示されるように、積層体１２を溶液８ａ中に分散させる。具体的には、例えば、積層体１２を溶液８ａ中に投入した後、溶液８ａを攪拌する。
【００５２】
（コア部形成工程）
次に、図９(ｂ)に示されるように、クラッド２の溝２ａ内に、積層体１２が分散された溶液８ａを流し込み、充填する。その後、溶液８ａを固化させることによりコア８を形成する。このようにして、クラッド２の溝２ａ内にコア部６を形成する。なお、クラッド２の溝２ａは、例えば、フォトリソグラフィー法及びドライエッチング法を用いて形成される。
【００５３】
（クラッド形成工程）
次に、図９(ｃ)に示されるように、コア部６及びクラッド２上にクラッド４を形成する。これにより、光導波路１０を製造することができる。
【００５４】
（配置工程）
続いて、得られた光導波路１０に励起光Ｌ１が供給されるように励起光源Ｐを配置することにより、光増幅器１００，１００ａを製造することができる。
【００５５】
ここで、光導波路１０の製造例について詳細に説明するが、光導波路１０の製造方法は以下の製造例に限定されるものではない。
【００５６】
（第１製造例）
第１製造例では、以下のように光導波路１０が製造される。コア８は添加物を含む紫外線硬化型樹脂から構成され、クラッド２，４はいずれも石英ガラスから構成される。
【００５７】
分散工程では、積層体１２をエポキシ樹脂の液状モノマー（溶液８ａ）中に分散させる。
【００５８】
コア部形成工程では、積層体１２が分散されたエポキシ樹脂の液状モノマーを、クラッド２の溝２ａ内に流し込む。その後、フォトマスクを介して溝２ａに紫外線を照射してエポキシ樹脂の液状モノマーを架橋させることにより、硬化させる。続いて、溝２ａ外に残存する未硬化のエポキシ樹脂の液状モノマーを洗い流す。その結果、溝２ａ内に、添加物を含む紫外線硬化型樹脂から構成されるコア８が得られる。
【００５９】
なお、クラッド２は、石英ガラス基板に、フォトリソグラフィー法及びドライエッチング法を用いて溝２ａを形成することにより得られる。
【００６０】
クラッド形成工程では、プラズマＣＶＤ法を用いて厚さ約１０μｍの石英ガラス膜（クラッド４）をコア部６及びクラッド２上に堆積させる。
【００６１】
（第２製造例）
第２製造例では、以下のように光導波路１０が製造される。コア８はＧｅを含むシリカから構成され、クラッド２，４はいずれも石英ガラスから構成される。この場合、コア８及びクラッド２，４は、以下のようなゾル−ゲル法を用いて好適に形成される。ゾル−ゲル法を用いると、低温プロセスが実現される。
【００６２】
分散工程では、積層体１２を有機化合物の混合液（溶液８ａ）中に分散させる。この混合液は、液状の有機シリコン化合物、液状の有機化合物、水、メタノール、ジエチルフォルムアミド、及びアンモニア等を含む。液状の有機シリコン化合物としては、例えばテトラメトキシシラン等が挙げられる。液状の有機化合物としては、例えばテトラメトキシゲルマニウム等が挙げられる。
【００６３】
コア部形成工程では、積層体１２が分散された混合液を、クラッド２の溝２ａ内に流し込む。その後、乾燥空気中で、３０℃から３００℃まで約２００時間かけて徐々に温度を上げ、３００℃で約１００時間加熱する。これにより、有機化合物を酸化させ余分な有機物を輝散させる。その結果、溝２ａ内に、Ｇｅが添加されたシリカから構成されるコア８が得られる。
【００６４】
なお、クラッド２は、石英ガラス基板に、フォトリソグラフィー法及びドライエッチング法を用いて溝２ａを形成することにより得られる。
【００６５】
クラッド形成工程では、プラズマＣＶＤ法を用いて厚さ約１０μｍの石英ガラス膜（クラッド４）をコア部６及びクラッド２上に堆積させる。
【００６６】
（第３製造例）
第３製造例では、以下のように光導波路１０が製造される。コア８及びクラッド２，４はいずれも添加物を含む紫外線硬化型樹脂から構成される。
【００６７】
分散工程では、積層体１２をエポキシ樹脂の液状モノマー（溶液８ａ）中に分散させる。
【００６８】
コア部形成工程では、積層体１２が分散されたエポキシ樹脂の液状モノマーを、クラッド２の溝２ａ内に流し込む。その後、フォトマスクを介して溝２ａに紫外線を照射してエポキシ樹脂の液状モノマーを架橋させることにより、硬化させる。続いて、溝２ａ外に残存する未硬化のエポキシ樹脂の液状モノマーを洗い流す。その結果、溝２ａ内に、添加物を含む紫外線硬化型樹脂から構成されるコア８が得られる。
【００６９】
なお、クラッド２は以下のようにして形成される。まず、任意の材料から構成される基板上に、紫外線硬化型樹脂のモノマーを厚さ１０μｍ以上に塗布する。その後、全面に紫外線を照射して紫外線硬化型樹脂のモノマーを架橋させることにより、硬化させる。続いて、硬化した紫外線硬化型樹脂上に、紫外線硬化型樹脂のモノマーを更に塗布する。その後、フォトマスクを介して溝２ａを形成するための領域以外の領域に紫外線を照射して、紫外線硬化型樹脂のモノマーを架橋させることにより、硬化させる。続いて、未硬化のエポキシ樹脂の液状モノマーを洗い流すことにより、溝２ａを形成する。
【００７０】
クラッド形成工程では、コア部６及びクラッド２上に紫外線硬化型樹脂のモノマーを塗布する。その後、全面に紫外線を照射して紫外線硬化型樹脂のモノマーを架橋させることにより、硬化させる。
【００７１】
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本実施形態に係る光増幅器の一例を模式的に示す斜視図である。
【図２】図１に示されるII−II線に沿った断面図である。
【図３】コア中に分散された積層体の一例を示す斜視図である。
【図４】コア中に分散された構造体の一例を示す斜視図である。
【図５】コア中に分散された構造体の一例を示す斜視図である。
【図６】実施形態に係る光増幅器の変形例を模式的に示す平面図である。
【図７】図７(ａ)は、本実施形態に係る光増幅器の製造方法の一例における一工程を模式的に示す断面図であり、図７(ｂ)は図７(ａ)に示される領域Ａの拡大図である。
【図８】図８(ａ)は、本実施形態に係る光増幅器の製造方法の一例における一工程を模式的に示す斜視断面図であり、図８(ｂ)は、本実施形態に係る光増幅器の製造方法の一例における一工程を模式的に示す断面図である。
【図９】図９(ａ)〜図９(ｃ)は、それぞれ、本実施形態に係る光増幅器の製造方法の一例における一工程を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００７３】
８…コア、１０…光導波路、１２…積層体、１４…第１の層、１６…化合物半導体層、１６ｓ…化合物半導体層の表面、１８…第２の層、２０…化合物半導体層、２２…化合物半導体層、１００，１００ａ…光増幅器、１１２，２１２…構造体、１１６…化合物半導体部、１１６ｓ…化合物半導体部の表面、１１４，２１４…被覆部、１２０…化合物半導体層、１２２…化合物半導体層、Ｌ１…励起光、Ｐ…励起光源。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアと、
前記コア中に分散された複数の構造体と、
を備え、
各前記構造体は、化合物半導体部と、前記化合物半導体部の表面の少なくとも一部を覆う被覆部と、を有する、光導波路。
【請求項２】
前記化合物半導体部は量子井戸構造を有する、請求項１に記載の光導波路。
【請求項３】
前記化合物半導体部は、III-V族化合物半導体からなる、請求項１又は２に記載の光導波路。
【請求項４】
コアと、
前記コア中に分散された複数の積層体と、
を備え、
各前記積層体は、第１の層と、前記第１の層上に設けられた化合物半導体層と、前記化合物半導体層上に設けられた第２の層と、を有する、光導波路。
【請求項５】
前記化合物半導体層は量子井戸構造を有する、請求項４に記載の光導波路。
【請求項６】
前記化合物半導体層は、III-V族化合物半導体からなる、請求項４又は５に記載の光導波路。
【請求項７】
前記コアは、樹脂又はガラスから構成される、請求項１〜６のいずれか一項に記載の光導波路。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の光導波路と、
前記光導波路に励起光を供給する励起光源と、
を備える、光増幅器。
【請求項１】
コアと、
前記コア中に分散された複数の構造体と、
を備え、
各前記構造体は、化合物半導体部と、前記化合物半導体部の表面の少なくとも一部を覆う被覆部と、を有する、光導波路。
【請求項２】
前記化合物半導体部は量子井戸構造を有する、請求項１に記載の光導波路。
【請求項３】
前記化合物半導体部は、III-V族化合物半導体からなる、請求項１又は２に記載の光導波路。
【請求項４】
コアと、
前記コア中に分散された複数の積層体と、
を備え、
各前記積層体は、第１の層と、前記第１の層上に設けられた化合物半導体層と、前記化合物半導体層上に設けられた第２の層と、を有する、光導波路。
【請求項５】
前記化合物半導体層は量子井戸構造を有する、請求項４に記載の光導波路。
【請求項６】
前記化合物半導体層は、III-V族化合物半導体からなる、請求項４又は５に記載の光導波路。
【請求項７】
前記コアは、樹脂又はガラスから構成される、請求項１〜６のいずれか一項に記載の光導波路。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の光導波路と、
前記光導波路に励起光を供給する励起光源と、
を備える、光増幅器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００６−２８７０３８（Ｐ２００６−２８７０３８Ａ）
【公開日】平成１８年１０月１９日（２００６．１０．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１０６３３４（Ｐ２００５−１０６３３４）
【出願日】平成１７年４月１日（２００５．４．１）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１０月１９日（２００６．１０．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年４月１日（２００５．４．１）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
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