光學裝置的制作方法

本發(fā)明一般而言涉及光學裝置，尤其涉及具有光波導的光學裝置。

背景技術：

光波導是指使用具有光學特性的物質(zhì)(以下，記述為光學材料)制作的、使用光作為傳輸對象的傳輸路徑。

光波導具有如下的構造：折射率比芯區(qū)低的包層與沿光的傳播方向延伸的芯區(qū)的外側光耦合，芯區(qū)主要發(fā)揮光路的作用。

在光波導的情況下，包含各種構造的光波導，如所謂光纖那樣的同軸型構造的光波導、以及具有板狀構造的光波導等。

并且，光波導不僅有只傳播光的光波導，而且也有裝配了傳輸所需的電氣元件和/或光路的分支或者耦合用的構造的光波導。

在此處及以下的說明中，在使用詞語“構造”的情況下，除光波導的尺寸這樣的機械意義上的構造以外，也用作包含所使用的材料及其特性的概念。

作為容易理解的現(xiàn)有光波導的例子，已知有形狀呈片狀或者平板狀的光波導(以下，記述為平面波導)(非專利文獻1)。

現(xiàn)有技術文獻

非專利文獻

非專利文獻1：フォトニクスシリーズ(光子學系列)13光導波路の基礎(光波導的基礎)，岡本勝就著，科羅娜出版社，1992年，14～27頁

技術實現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的問題

在制作平面波導型的光波導時，主要需要預先設定(1)在光波導中傳播的光的波長、(2)芯區(qū)的光學材料的折射率、(3)包層的光學材料的折射率以及(4)芯區(qū)的厚度。

并且，取決于所制作的光波導的構造，將光封閉在光波導中進行傳播時的傳播形式(以下記述為導模(guided mode))僅允許特定的傳播形式，階數(shù)被用作用于區(qū)分各導模的參數(shù)之一。

平面波導型的光波導的導模是取決于按照下式定義的歸一化頻率v而確定的。

其中，π表示圓周率，t表示芯區(qū)的厚度，λ表示光的波長，n_core表示芯區(qū)的折射率，n_clad表示包層的折射率。

另外，通過根據(jù)上述非專利文獻1的圖2.2將(2.14)的式子以t＝2a置換變形，而求得與上式(1)相同的式子。

并且，根據(jù)下式給出與某種導模的光是否被容許的邊界對應的頻率即截止頻率。

其中，m表示導模的階數(shù)。

例如，在V大于Vm的情況下，將成為能夠傳播零階～m階的導模的光的光波導。

另一方面，一般而言，在光波導的應用領域中往往期望在光波導中傳播的光是低階的導模。

但是，根據(jù)上式(1)可知，當在限定為更低階數(shù)的制作條件下制作光波導時，需要使芯區(qū)1的厚度t更薄。

因此，在制作具有厚度t較薄的芯區(qū)的光波導的情況下，存在需要確保尺寸精度等制作條件更加嚴格的問題。

因此，可以預想到存在如下問題：由于光波導的加工精度降低或者批量生產(chǎn)性(成品率)降低，進而使用光波導的光學裝置的性能及(或)批量生產(chǎn)性降低。

另外，對于光纖等其它構造的光波導，也同樣能夠求出歸一化頻率、導模、截止頻率。例如，對于光纖，在上式(1)中能夠替代芯區(qū)的厚度t而將纖芯的直徑作為參數(shù)來規(guī)定歸一化頻率，當要在與更低階數(shù)對應的制作條件下進行制作時，需要進一步減小纖芯的直徑。

本發(fā)明正是為了解決上述問題而提出的，其目的在于提供一種能夠放寬在光學裝置中使用的光波導的制作條件的光學裝置。

用于解決問題的手段

本發(fā)明的光學裝置具有：光波導，其具有被光學耦合的芯區(qū)及包層；以及溫度控制單元，其控制所述光波導的溫度，該光學裝置的特征在于，所述光波導具有以如下方式形成的所述芯區(qū)及所述包層：在所述芯區(qū)的折射率表現(xiàn)為比所述包層的折射率大的折射率的第1溫度范圍內(nèi)，針對在所述光波導中傳播的光規(guī)定的歸一化頻率跨越由所述光波導的構造決定的導模的截止頻率而變化，所述溫度控制單元構成為，在第2溫度范圍中控制所述光波導的溫度，所述第2溫度范圍跨越所述歸一化頻率與所述截止頻率相等的溫度。

發(fā)明效果

根據(jù)本發(fā)明的光學裝置，能夠提供可以放寬在光學裝置中使用的光波導的制作條件的光學裝置。

附圖說明

圖1是示出本發(fā)明的實施方式1的光學裝置的內(nèi)部結構的概要圖。

圖2是示出本發(fā)明的實施方式1的光波導的立體圖。

圖3是示出本發(fā)明的實施方式1的光波導的截面圖。

圖4是示出本發(fā)明的實施方式1的芯區(qū)及包層的折射率的溫度依賴性的示意圖。

圖5是示出本發(fā)明的實施方式1的歸一化頻率的溫度依賴性的示意圖。

圖6是示出本發(fā)明的實施方式2的芯區(qū)及包層的折射率的溫度依賴性的圖。

圖7是示出本發(fā)明的實施方式2的歸一化頻率的溫度依賴性的圖。

圖8是示出本發(fā)明的實施方式2的歸一化頻率的溫度依賴性的變形例的圖。

圖9是示出本發(fā)明的實施方式3的芯區(qū)及包層的折射率的溫度依賴性的圖。

圖10是示出本發(fā)明的實施方式3的歸一化頻率的溫度依賴性的圖。

圖11是示出本發(fā)明的實施方式3的歸一化頻率的溫度依賴性的變形例的圖。

圖12是示出本發(fā)明的實施方式4的芯區(qū)及包層的折射率的溫度依賴性的圖。

圖13是示出本發(fā)明的實施方式4的歸一化頻率的溫度依賴性的圖。

圖14是示出本發(fā)明的實施方式4的歸一化頻率的溫度依賴性的變形例的圖。

圖15是示出本發(fā)明的實施方式5的芯區(qū)及包層的折射率的溫度依賴性的圖。

圖16是示出本發(fā)明的實施方式5的歸一化頻率的溫度依賴性的圖。

圖17是示出本發(fā)明的實施方式5的歸一化頻率的溫度依賴性的變形例的圖。

圖18是示出本發(fā)明的實施方式6的光波導的截面圖。

圖19是示出本發(fā)明的實施方式6的芯區(qū)及包層的折射率的溫度依賴性的圖。

圖20是示出本發(fā)明的實施方式6的歸一化頻率的溫度依賴性的圖。

圖21是示出本發(fā)明的實施方式7的芯區(qū)及包層的折射率的溫度依賴性的圖。

圖22是示出本發(fā)明的實施方式7的歸一化頻率的溫度依賴性的圖。

圖23是示出本發(fā)明的實施方式8的光波導的截面圖。

圖24是示出本發(fā)明的實施方式8的芯區(qū)及包層的折射率的溫度依賴性的圖。

圖25是示出本發(fā)明的實施方式8的歸一化頻率的溫度依賴性的圖。

圖26是示出本發(fā)明的實施方式9的芯區(qū)及包層的折射率的溫度依賴性的圖。

圖27是示出本發(fā)明的實施方式9的歸一化頻率的溫度依賴性的圖。

圖28是示出本發(fā)明的實施方式10的光波導的截面圖。

圖29是示出本發(fā)明的實施方式10的芯區(qū)及包層的折射率的溫度依賴性的圖。

圖30是示出本發(fā)明的實施方式10的歸一化頻率的溫度依賴性的圖。

具體實施方式

下面，使用附圖說明本發(fā)明的各個實施方式。

另外，在下面的各個實施方式的附圖中，對同一乃至同樣的部分標注同一乃至同樣的標號，在各實施方式的說明中存在對其說明進行部分省略的情況。

并且，為了容易理解本發(fā)明，在下面的各實施方式的附圖中，以如下情況為例進行說明：(1)光波導是截面呈對稱構造的平面波導型光波導，(2)芯區(qū)對在光波導中傳播的光具有放大作用，(3)光學裝置是在光波導中傳播激光的激光裝置。

另外，存在將具有對激光的放大作用的芯區(qū)稱為激光介質(zhì)的情況。

實施方式1

下面，使用圖1～圖5說明本發(fā)明的各實施方式1。

圖1是示出本發(fā)明的實施方式1的光學裝置的內(nèi)部結構的概要圖。

在圖中，100表示激勵光源，200表示光波導，300表示溫度控制元件，400表示溫度控制部，500表示光學裝置，600表示溫度控制單元，箭頭示出光、信號或者信息以及它們的傳輸方向。

另外，在安裝光學裝置500時，也能夠定義各種包含未圖示的結構要素的廣義的光學裝置500，例如能夠包含(1)激光光源、(2)諧振器、(3)以反射鏡、透鏡及棱鏡為例示出的被動光學元件、(4)電源、(5)通信單元和(6)各種接口。

另外，溫度控制元件300及溫度控制部400構成溫度控制單元600。

圖2是示出本發(fā)明的實施方式1的光波導200的立體圖。

在圖中，1表示芯區(qū)，2a及2b表示包層，n_core表示芯區(qū)的折射率，n_clad表示包層的折射率，t表示芯區(qū)的厚度，x、y、z表示適當?shù)淖鴺溯S。

并且，在本實施方式中，設為光波導200沿z軸方向延伸，所傳播的光的光軸是z軸方向。

激勵光源100產(chǎn)生用于使芯區(qū)1產(chǎn)生對光的放大作用的激勵光。

激勵光源100是根據(jù)激光及芯區(qū)1的光學材料的類型及特性選擇的。

在本實施方式中，如圖1所示是激勵光從光波導200的側方入射的例子。

光波導200具有平板狀的芯區(qū)1、和在芯區(qū)1的兩個主面與芯區(qū)1光學耦合的平板狀的包層2a及2b。

并且，光波導200被來自激勵光源100的激勵光激勵，產(chǎn)生對在光波導200中傳播的激光的放大作用即所謂放大增益。

具體而言，在吸收了激勵光的芯區(qū)1(激光介質(zhì))形成有反轉(zhuǎn)分布狀態(tài)，而產(chǎn)生對在光波導200中傳播的激光的放大作用。

另外，優(yōu)選芯區(qū)1的x方向上的寬度比在光波導200中傳播的光的波長大，以便在光波導200中傳播的光集中于芯區(qū)1。

同樣，優(yōu)選包層2a及2b在y方向上的厚度比在光波導200中傳播的光的波長大。

另外，關于芯區(qū)1的折射率n_core和包層2a及2b的折射率n_clad的溫度特性，具有芯區(qū)1的折射率n_core表現(xiàn)為比包層2a及2b的折射率n_clad大的折射率的溫度范圍。

在本實施方式中，以如下的例子進行說明：即芯區(qū)1的折射率n_core的溫度依賴性為負(∴d(n_core)/dT<0。T表示溫度)，包層2a及2b的折射率n_clad的溫度依賴性為正(∴d(n_clad)/dT>0)。(下面，參照圖4。)

作為將芯區(qū)1和包層2a及2b光學耦合的方法能夠采用以往的及新的各種方法，例如能夠采用(1)先制作芯區(qū)1，將包層2a及2b的光學材料作為原料蒸鍍在芯區(qū)1上的方法，(2)在制作了芯區(qū)1和包層2a及2b后，通過光學接觸(optical contact)、擴散接合(diffusion joining)或者表面活化接合(surface activated joining)進行接合的方法。

作為芯區(qū)1中提供光的放大作用的光學材料(激光介質(zhì))能夠采用以往的及新的各種光學材料，例如玻璃材料能夠采用(1)Er：Yb：Glass(玻璃)、(2)Nd：Glass、(3)Er：Glass、(4)Yb：Glass、(5)Pr：Glass，作為晶體材料能夠采用(6)Nd：YLF、(7)Yb：YLF、(8)Er：YLF、(9)Pr：YLF、(10)Ho：YLF、(11)Tm：YLF、(12)Tm：Ho：YLF、(13)Yb：KYW、(14)Yb：KGW、(15)Cr：LiSAF。或者，例如也可以是添加了活性離子的陶瓷材料。另外，優(yōu)選上述“Glass(玻璃)”是磷酸鹽玻璃、石英玻璃或者氟化物玻璃。并且，有時將Er、Yb、Nd、Pr、Ho、Tm及Cr稱為活性離子。

并且，包層2a及2b的光學材料能夠采用各種光學材料，例如能夠采用(1)玻璃材料、(2)方解石(calcite)、(3)KTP。

玻璃材料能夠在其制造工序中調(diào)節(jié)折射率的值及其溫度依賴性，例如也能夠(1)使折射率的溫度依賴性為正，(2)使溫度依賴性大致為零。

但是，芯區(qū)1與包層2a及2b的光學材料的組合選擇了起到本發(fā)明的效果的組合。

即，作為在光學裝置500中使用的光波導200，采用利用如下的芯區(qū)1與包層2a及2b的光學材料的組合制作的光波導200：即，在芯區(qū)1的折射率表現(xiàn)為比包層2a及2b的折射率大的折射率的溫度范圍內(nèi)，歸一化頻率V跨越截止頻率Vm而變化。(下面，參照圖5。)

溫度控制元件300配置在包層2a及2b中的至少一方的外側，根據(jù)所使用的元件的特性進行加熱或者冷卻。

在溫度控制中使用進行加熱的元件還是使用進行冷卻的元件，是根據(jù)光波導200的構造進行選擇的。

在本實施方式中是配置在包層2a及2b的一方時的例子，因而從包層2a及2b的一方控制光波導200的溫度。

關于溫度控制元件300的裝備能夠采用各種裝備形式，例如能夠采用(1)散熱器、(2)珀爾帖元件、(3)加熱器。另外，也可以取代上述元件，而(4)使與空氣或者液體這樣的流體(介質(zhì))直接或者間接接觸。

溫度控制部400生成針對溫度控制元件300的溫度控制用控制信號，通過溫度控制元件300控制光波導200的溫度。

并且，溫度控制部400具有跨越如下溫度而變化的溫度控制范圍，在該溫度下，針對在光波導200中傳播的光規(guī)定的歸一化頻率V與根據(jù)光波導200的構造決定的導模的特定階數(shù)的截止頻率Vm相等。(下面，參照圖5。)

關于溫度控制部400的裝備，根據(jù)裝備形式包括溫度控制所需的各種構成要素例如(1)運算裝置(例如CPU)、(2)存儲器(例如RAM、ROM)、(3)溫度傳感器、(4)A/D轉(zhuǎn)換器、(5)D/A轉(zhuǎn)換器、(6)控制用接口、(7)信號用總線中的任意構成要素或者全部而構成。

存儲器根據(jù)裝備形式包括溫度控制所需的各種信息例如(1)控制程序、(2)折射率的溫度特性信息、(3)歸一化頻率V與截止頻率Vm相等時的溫度信息、(4)歸一化頻率V超過截止頻率Vm時的溫度信息、(5)歸一化頻率V低于截止頻率Vm時的溫度信息、(6)多個上述(3)～(5)的信息、(7)溫度傳感器的輸入輸出特性信息中的任意信息或者組合而構成。

另外，在溫度控制中，也可以考慮反映了各種構成要素的偏差的控制用余量進行溫度控制。另外，除如圖1所示的從溫度控制部400向溫度控制元件300的單向溫度控制以外，也能夠根據(jù)光學裝置500的裝備而采用各種控制方式，如進行使用了溫度傳感器(未圖示)的反饋控制等。

關于溫度控制動作的詳細情況，將在后述的動作原理的說明中進行說明。

圖3是示出本發(fā)明的實施方式1的光波導的截面圖。

在圖中，3～5分別表示與不同階數(shù)的值對應的、沿z方向傳播的導模的光在y方向的電場強度分布的狀態(tài)的例子。3對應于零階導模，4對應于1階導模，5對應于2階導模。

但是，z方向上的顯示位置是為了容易觀察例示出的各導模而示出的，沒有特別的意義。

其它方面與圖2相同，因而省略其說明。

圖4是示出本發(fā)明的實施方式1的芯區(qū)及包層的折射率的溫度依賴性的示意圖。

在圖中，n表示折射率，T表示溫度，n_core表示芯區(qū)的折射率，n_clad表示包層的折射率。

其中，在圖中示出的n_core及n_clad的特性是指在光學裝置500中在光波導200中傳播的光的波長λ下的特性，換言之，是指當假想的波長λ的激光在光波導200中傳播時激光在芯區(qū)1和包層2a及2b中感受到的折射率的特性。

圖5是示出本發(fā)明的實施方式1的歸一化頻率的溫度依賴性的示意圖。

在圖中，V表示歸一化頻率，Vm表示m階截止頻率。

下面，說明光學裝置500的動作原理。

在此，假設在常溫時V>Vm，在光學裝置500工作時的光波導200的溫度下，V<Vm。

溫度控制部400對溫度控制元件300進行控制，使得在光學裝置500工作時，在芯區(qū)1的折射率n_core表現(xiàn)為比包層2a及2b的折射率n_clad大的折射率的溫度范圍內(nèi)，光波導200的溫度被加熱成為V<Vm的溫度。

如圖4所示，芯區(qū)1的折射率的溫度特性為負，包層2a及2b的折射率的溫度特性為正，因而芯區(qū)1的折射率與包層2a及2b的折射率之差由于加熱而減小。

根據(jù)上式(1)可知，關于波長λ的光的歸一化頻率V取決于芯區(qū)的折射率的平方與包層的折射率的平方之差。

因此，歸一化頻率V與光波導200的溫升對應地如圖5所示那樣變化，光波導200不能以m階導模傳播光，因而作為等效的最高階數(shù)為(m-1)階的光波導發(fā)揮作用。

根據(jù)以上所述可知，作為光波導200的制作條件，選擇截止到m階導模都能傳播的芯區(qū)1的厚度t，在使用光學裝置500時，通過加熱至跨越歸一化頻率V與m階截止頻率Vm相等的溫度的溫度，而能夠?qū)⒃诠獠▽?00中傳播的光的導模限定為m-1階以下的導模。

另外，關于階數(shù)m的具體的值，根據(jù)在裝備光學裝置500時所要求的光的特性或者作為光學裝置500的性能而進行選擇。

另外，芯區(qū)1的折射率n_core表現(xiàn)為比包層2a及2b的折射率n_clad大的折射率的溫度范圍、與溫度控制中的溫度范圍，既可以相同也可以不同，是根據(jù)光學裝置500的裝備來選擇的。另外，關于溫度控制中的溫度范圍，可設定的范圍與實際使用光學裝置500時的范圍既可以相同也可以不同。

例如，在僅要求零階導模的光的光學裝置500中，設置容許到1階導模的光波導200。

如上所述，根據(jù)本實施方式的光學裝置，能夠提供可以放寬在光學裝置500中使用的光波導200的制作條件的光學裝置500。

另外，根據(jù)本實施方式的光學裝置，使用平面波導型的光波導200構成激光裝置500。平面波導的芯區(qū)1即激光介質(zhì)的厚度t較薄，因此能夠提高反轉(zhuǎn)分布狀態(tài)下的激光介質(zhì)的電子激勵密度，因而即使使用受激發(fā)射截面積較小的激光介質(zhì)，作為激光裝置500也能夠得到較大的光放大增益。由此，能夠?qū)崿F(xiàn)高效率的激光放大動作。

另外，平面波導型的光波導200通過改變光波導200的寬度(圖2的x方向上的尺寸)，容易實現(xiàn)在將激勵密度保持為規(guī)定值的狀態(tài)下的激光輸出的縮放(scale)。

另外，根據(jù)本實施方式的光學裝置500，構成為芯區(qū)1的折射率的溫度依賴性為負，包層2a及2b的折射率的溫度依賴性為正，從光波導200的外部對光波導200進行溫度控制。溫度控制單元600通過在跨越歸一化頻率V與截止頻率Vm相等的溫度的溫度范圍中控制光波導200的溫度，能夠使芯區(qū)和包層的折射率變化，能夠可變地控制可傳播的導模的數(shù)量。

另外，在將本實施方式的光學裝置應用于例如使用激光的雷達(LIDAR：Light Detection and Ranging、Laser Imaging Detection and Ranging：“光檢測和測距”乃至“激光圖像檢測和測距”)裝置的情況下，能夠提高以激光的聚光性而例示出的雷達裝置的性能及雷達裝置的批量生產(chǎn)性。

另外，在本發(fā)明的實施方式中，利用特定的光學材料制作包層2a及2b，但也可以是其它的構造，例如也可以是不制作包層2a及2b中的一方的光波導200、即由空氣構成包層2a及2b中的一方的構造(包括臺面型光波導，mesa waveguide)，不限于上述實施方式的構造。

另外，在本發(fā)明的實施方式中，以平板狀的芯區(qū)1和包層2a及2b在y方向上的尺寸相同的截面構造(所謂的平板型波導)的情況為例進行了說明，但也可以是芯區(qū)1的寬度較窄、包層2包圍芯區(qū)1的截面構造(所謂的嵌入型波導)，不限于上述實施方式的構造。

另外，在本發(fā)明的實施方式中敘述了芯區(qū)1是激光介質(zhì)的情況，但對于在光波導200中不需要放大作用的光學裝置例如僅作為光傳播路徑發(fā)揮作用的光學裝置，也可以使用不含活性離子的光學材料構成光波導200。

另外，例如存在光學材料包含Nd作為活性離子時即使沒有激勵光也能作為光波導發(fā)揮作用的情況，即光的衰減量較小的情況，在這種情況下，也可以不需要激勵光源。另一方面，在光學材料包含Er或者Yb作為活性離子的情況下，存在在不設置激勵光源的情況下衰減量較大的情況，為了產(chǎn)生降低活性離子帶來的對光的衰減作用而作為光波導200發(fā)揮作用，優(yōu)選使用激勵光源。

另外，在本發(fā)明的實施方式中，以設置平面波導型光波導200為例進行了說明，但只要是具有被光學耦合的芯區(qū)1和包層2a及2b的光波導200即可，也可以將本發(fā)明應用于以光纖等示例的平面波導以外的波導構造，不限于上述實施方式。

另外，在本發(fā)明的實施方式中，敘述了芯區(qū)1和包層2a及2b的關系是d(n_core)/dT<d(n_clad)/dT的關系的情況，但只要在芯區(qū)1的折射率n_core表現(xiàn)為比包層的折射率n_clad大的折射率的溫度范圍中、折射率的平方差隨著溫度變化而減小即可，例如也可以是諸如(1)d(n_core)/dT>d(n_clad)/dT、(2)d(n_core)/dT＝d(n_clad)/dT這樣的關系，不限于上述實施方式。

另外，在本發(fā)明的實施方式中，以芯區(qū)1的折射率的溫度依賴性為負的情況為例進行了說明，但也可以使用溫度依賴性為正的光學材料，例如也能夠采用(1)Er：Yb：Glass、(2)Nd：Glass、(3)Er：Glass、(4)Yb：Glass、(5)Pr：Glass、(6)Yb：YAG、(7)Nd：YAG、(8)Er：YAG、(9)Er：Yb：YAG、(10)Cr：Tm：Ho：YAG、(11)Tm：Ho：YAG、(12)Tm：YAG、(13)Ho：YAG、(14)Pr：YAG。并且，在這種情況下，芯區(qū)1和包層2a及2b也形成為，光波導200的歸一化頻率V在第1溫度范圍內(nèi)跨越導模的截止頻率而變化。

另外，在本發(fā)明的實施方式中，如圖1所示示出了激勵光從光波導200的側方入射的例子，但只要以使得在光波導200中產(chǎn)生光的放大作用的方式入射到光波導200即可，不限于圖示的結構及配置關系。

另外，在本發(fā)明的實施方式中，以跨越特定的1個截止頻率的情況為例進行了說明，但也可以使用跨越多個階數(shù)的值而構成的光波導200，并根據(jù)光學裝置500的裝備控制工作時的溫度，并不限于上述實施方式。

另外，在本發(fā)明的實施方式中，以在光波導200中傳播激光的情況為例進行了說明，但也可以使用激光以外的光，不限于上述實施方式。

另外，在本發(fā)明的實施方式中，示出了在光學裝置500工作時，將從激光光源(未圖示)入射的零階導模的激光傳播、放大并射出的例子，但也可以構成為如下的光學裝置：用作在從激光光源入射到光波導200的激光中包含m階以下的導模的情況下，控制是否以m階導模進行傳播并射出的傳播控制單元。

實施方式2

下面，使用圖6～圖8說明本發(fā)明的各實施方式2。

從本實施方式起，為了更詳細地說明本發(fā)明，列舉用于實施發(fā)明的具體的光學材料的組合進行說明。但是，光學材料的組合只不過是示例，不限于這些示例。另外，也包括折射率的溫度特性(正或者負)的組合與上述實施方式1不同的情況。

另外，從本實施方式起示出的各種溫度特性是根據(jù)使用的光學材料的產(chǎn)品目錄、文獻等記載的特性值而計算出的結果。

另外，從本實施方式起的各種溫度特性是假定將光學材料或者光波導200控制成整體上均勻的溫度時的特性。

另外，對與上述實施方式1相同或者同樣的構成要素及動作，存在省略其說明的情況。

圖6是示出本發(fā)明的實施方式2的芯區(qū)及包層的折射率的溫度依賴性的圖。

在圖中，n表示折射率，△T表示相對于常溫的溫度差(單位：度)，n_core表示芯區(qū)的折射率，n_clad表示包層的折射率。

在本實施方式中，芯區(qū)1的光學材料使用玻璃材料，具體地講使用Er：Glass的一種即Er/Qx(Kigre公司的產(chǎn)品名稱)。

芯區(qū)1與上述實施方式1一樣是激光介質(zhì)。

另外，包層2a及2b的光學材料使用玻璃材料，具體地講使用S-TIL6(OHARA公司的產(chǎn)品名稱)。

并且，以假定光的波長為λ＝1.535μm的情況為例。

根據(jù)圖6可知，與上述實施方式1一樣，具有芯區(qū)1的折射率的溫度特性為負、且包層2a及2b的折射率的溫度特性為正的溫度范圍。

圖7是示出本實施方式的歸一化頻率的溫度依賴性的圖。

歸一化頻率V的值是根據(jù)上述圖6的值計算的。

另外，以假定芯區(qū)1的厚度為t＝5.1μm的情況為例。

根據(jù)圖7可知，在上述溫度范圍中，隨著從常溫(△T＝0)起的溫度增加，歸一化頻率V跨越1階導模的截止頻率(V1＝π/2)而減小。

即，可知關于常溫即安裝在光學裝置500內(nèi)的狀態(tài)或者未使用光學裝置的狀態(tài)的光波導200，能夠在光波導200中傳播的導模的最高階數(shù)是1階，在高溫(△T≥52)時不能以1階導模進行傳播，只能以零階導模在光波導200中進行傳播。

這意味著通過溫度控制部400及溫度控制元件300被加熱成高溫(△T≥52)的光波導200，成為等效的零階導模用光波導200。

因此，可知作為光學裝置500通過具有選擇截止到1階導模都能傳播的芯區(qū)1的厚度t而制作的光波導200，在使用光學裝置500時，溫度控制部400控制溫度控制元件300，使得加熱至歸一化頻率V低于1階截止頻率V1的溫度(△T≥52)，由此能夠?qū)⒐鈱W裝置500工作時在光波導200中傳播的光的導模限定為零階導模。

圖8是示出本實施方式的歸一化頻率V的溫度依賴性的變形例的圖。

另外，以假定芯區(qū)1的厚度為t＝20.4μm的情況為例。

根據(jù)圖8可知，在上述溫度范圍中，根據(jù)上式(1)按照光波導200的構造而規(guī)定的歸一化頻率V跨越根據(jù)上式(2)求出的4階導模的截止頻率(V4＝4π/2)而變化。

即，在常溫時能夠在光波導200中傳播的導模的最高階數(shù)是4階，在加熱時(△T≥52)不能以4階導模進行傳播，而能夠以3階以下的導模在光波導200中傳播。

這意味著通過溫度控制部400及溫度控制元件300被加熱成高溫(△T≥52)的光波導200形成為等效的3階以下的導模用光波導。

因此，可知作為光學裝置500通過具有選擇截止到4階導模都能傳播的芯區(qū)1的厚度t而制作的光波導200，在使用光學裝置500時，溫度控制部400控制溫度控制元件300，使得加熱至歸一化頻率低于4階截止頻率的溫度(△T≥52)，而能夠?qū)⒐鈱W裝置500工作時在光波導200中傳播的光的導模限定為3階以下的導模。

如上所述，根據(jù)本實施方式的光學裝置500，發(fā)揮與上述實施方式1相同的效果。

另外，在上述說明中，芯區(qū)1的光學材料(玻璃材料)使用Er：Glass，但也可以使用Er：Yb：Glass，例如Er/Yb共摻磷酸鹽玻璃。通過調(diào)節(jié)Er/Yb共摻磷酸鹽玻璃的制造條件，使其能夠具有與上述Er/Qx(Kigre公司的產(chǎn)品名稱)相同的折射率特性，因而光波導200及光學裝置500的制作的自由度增加。

實施方式3

下面，使用圖9～圖11說明本發(fā)明的各實施方式3。

另外，對與上述各實施方式相同或者同樣的構成要素及動作，省略其說明。

圖9是示出本發(fā)明的實施方式3的芯區(qū)及包層的折射率的溫度依賴性的圖。該圖的讀圖方式與上述實施方式2相同。

在本實施方式中，芯區(qū)1的光學材料使用玻璃材料，具體地講使用Nd：Glass的一種即Nd：Q-246(Kigre公司的產(chǎn)品名稱)。

另外，芯區(qū)1與上述實施方式1一樣是激光介質(zhì)。

另外，包層2a及2b的光學材料使用玻璃材料，具體地講使用S-TIL25(OHARA公司的產(chǎn)品名稱)。

另外，以假定光的波長為λ＝1.062μm的情況為例。

根據(jù)圖9可知，與上述實施方式1及2不同，芯區(qū)1和包層2a及2b具有折射率的溫度特性都為正的溫度范圍。

圖10是示出本實施方式的歸一化頻率的溫度依賴性的圖。

該圖的讀圖方式與上述實施方式2相同。

另外，以假定芯區(qū)1的厚度為t＝6.2μm的情況為例。

根據(jù)圖10可知，在上述溫度范圍中，隨著從常溫(∴△T＝0)起的溫度的降低，歸一化頻率V跨越1階導模的截止頻率(V1＝π/2)而減小。

即，在常溫時能夠在光波導200中傳播的導模的最高階數(shù)是1階，在低溫時(△T≤-12)不能以1階導模進行傳播，只能以零階導模在光波導200中傳播。

這意味著通過溫度控制部400及溫度控制元件被冷卻成低溫(△T≤-12)的光波導200成為等效的零階導模用光波導。

因此，可知作為光學裝置500通過具有選擇截止到1階導模都能傳播的芯區(qū)1的厚度t而制作的光波導200，在使用光學裝置500時，溫度控制部400控制溫度控制元件300，使得冷卻至歸一化頻率V低于1階截止頻率V1的溫度(△T≤-12)，而能夠?qū)⒐鈱W裝置500工作時在光波導200中傳播的光的導模限定為零階導模。

圖11是示出本實施方式的歸一化頻率V的溫度依賴性的變形例的圖。該圖的讀圖方式與上述實施方式2及3相同。

另外，以假定芯區(qū)1的厚度為t＝37.2μm的情況為例。

根據(jù)圖11可知，在上述溫度范圍中，歸一化頻率V跨越截止頻率(V6＝6π/2)而變化。

即，可知在常溫時能夠在光波導200中傳播的導模的最高階數(shù)是6階，在冷卻時(例如△T≤-12)不能以6階導模進行傳播，只能以5階～零階的導模在光波導200中傳播。

這意味著通過溫度控制部400及溫度控制元件被冷卻成低溫(△T≤-12)的光波導200，形成為等效的5階以下的導模用光波導。

因此，可知作為光學裝置500通過具有選擇截止到6階導模都能傳播的芯區(qū)1的厚度t而制作的光波導200，在使用光學裝置500時，溫度控制部400控制溫度控制元件300，使得冷卻至歸一化頻率低于6階截止頻率的溫度(△T≤-12)，而能夠?qū)⒐鈱W裝置500工作時在光波導200中傳播的光的導模限定為5階以下的導模。

如上所述，根據(jù)本實施方式的光學裝置500，發(fā)揮與上述實施方式1相同的效果。

另外，在上述說明中，芯區(qū)1的光學材料(玻璃材料)使用Nd：Glass的一種即Nd：Q-246(Kigre公司的產(chǎn)品名稱)，但也可以使用添加了Nd的石英玻璃。通過調(diào)節(jié)添加了Nd的石英玻璃的制造條件，使其能夠具有與上述Nd：Q-246(Kigre公司的產(chǎn)品名稱)相同的折射率特性，因而光波導200及光學裝置500的制作的自由度增加。

實施方式4

下面，使用圖12～圖14說明本發(fā)明的各實施方式4。

另外，對與上述各實施方式相同或者同樣的構成要素及動作，省略其說明。

圖12是示出本發(fā)明的實施方式4的芯區(qū)及包層的折射率的溫度依賴性的圖。該圖的讀圖方式與上述實施方式2及3相同。

在本實施方式中，芯區(qū)1的光學材料使用晶體材料，具體地講使用Nd：YLF。

芯區(qū)1與上述實施方式1一樣是激光介質(zhì)。

另外，包層2a及2b的光學材料使用玻璃材料，具體地講使用Corning7980(CORNING公司的產(chǎn)品名稱)。

另外，以假定光的波長為λ＝1.047μm的情況為例。

根據(jù)圖12可知，與上述實施方式1～3不同，芯區(qū)1和包層2a及2b具有折射率的溫度特性都為負的溫度范圍。

圖13是示出本實施方式的歸一化頻率的溫度依賴性的圖。

該圖的讀圖方式與上述實施方式2及3相同。

另外，以假定芯區(qū)1的厚度為t＝2.17μm的情況為例。

根據(jù)圖13可知，在上述溫度范圍中，隨著從常溫起的溫度降低，歸一化頻率V跨越1階導模的截止頻率(V1＝π/2)而減小。

這意味著通過溫度控制部400及溫度控制元件300被冷卻成低溫(△T≤-14)的光波導200成為等效的零階導模用光波導200。

因此，可知作為光學裝置500通過具有選擇截止到1階導模都能傳播的芯區(qū)1的厚度t而制作的光波導200，在使用光學裝置500時，溫度控制部400控制溫度控制元件300，使得冷卻至歸一化頻率V低于1階截止頻率V1的溫度(△T≤-14)，而能夠?qū)⒐鈱W裝置500工作時在光波導200中傳播的光的導模限定為零階導模。

圖14是示出本實施方式的歸一化頻率的溫度依賴性的變形例的圖。該圖的讀圖方式與上述實施方式2及3相同。

另外，圖中所示的特性是假定芯區(qū)1的厚度為t＝19.53μm時的特性。

根據(jù)圖14可知，在上述溫度范圍中，歸一化頻率V跨越9階導模的截止頻率(V9＝9π/2)而變化。

這意味著通過溫度控制部400及溫度控制元件300被冷卻成低溫(△T≤-14)的光波導200成為等效的8階以下的導模用光波導200。

因此，可知使作為光學裝置500通過具有選擇截止到9階導模都能傳播的芯區(qū)1的厚度t而制作的光波導200，在使用光學裝置500時，溫度控制部400控制溫度控制元件300，使得冷卻至歸一化頻率低于9階截止頻率的溫度(△T＝-14)，而能夠?qū)⒐鈱W裝置500工作時在光波導200中傳播的光的導模限定為8階以下的導模。

如上所述，根據(jù)本實施方式的光學裝置500，發(fā)揮與上述實施方式1相同的效果。

實施方式5

下面，使用圖15～圖17說明本發(fā)明的各實施方式5。

另外，對與上述各實施方式相同或者同樣的構成要素及動作，省略其說明。

圖15是示出本發(fā)明的實施方式5的芯區(qū)及包層的折射率的溫度依賴性的圖。該圖的讀圖方式與上述實施方式2～4相同。

在本實施方式中，芯區(qū)1的光學材料使用晶體材料，具體地講使用Yb：YAG。

芯區(qū)1與上述實施方式1一樣是激光介質(zhì)。

另外，包層2a及2b的光學材料使用玻璃材料，具體地講使用S-LAH55V(OHARA公司的產(chǎn)品名稱)。

另外，以假定光的波長為λ＝1.030μm的情況為例。

根據(jù)圖15可知，芯區(qū)1和包層2a及2b具有折射率的溫度特性都為正的溫度范圍。

圖16是示出本實施方式的歸一化頻率的溫度依賴性的圖。

該圖的讀圖方式與上述實施方式2～4相同。

另外，以假定芯區(qū)1的厚度為t＝6μm的情況為例。

根據(jù)圖16可知，在上述溫度范圍中，隨著從常溫起的溫度降低，歸一化頻率V跨越1階導模的截止頻率(V1＝π/2)而減小。

這意味著通過溫度控制部400及溫度控制元件300被冷卻成低溫(△T≤-62)的光波導200成為等效的零階導模用光波導200。

因此，可知作為光學裝置500通過具有選擇截止到1階導模都能傳播的芯區(qū)1的厚度t而制作的光波導200，在使用光學裝置500時，溫度控制部400控制溫度控制元件300，使得冷卻至歸一化頻率V低于1階截止頻率V1的溫度(△T≤-62)，而能夠?qū)⒐鈱W裝置500工作時在光波導200中傳播的光的導模限定為零階導模。

圖17是示出本實施方式的歸一化頻率V的溫度依賴性的變形例的圖。該圖的讀圖方式與上述實施方式2～4相同。

另外，以假定芯區(qū)1的厚度為t＝36μm的情況為例。

根據(jù)圖17可知，在上述溫度范圍中，歸一化頻率V跨越6階導模的截止頻率(V6＝6π/2)而變化。

這意味著通過溫度控制部400及溫度控制元件300被冷卻成低溫(△T≤-62)的光波導200成為等效的5階以下的導模用光波導200。

因此，可知作為在光學裝置500中使用的光波導200，通過具有選擇截止到6階導模都能傳播的芯區(qū)1的厚度t而制作的光波導200，在使用光學裝置500時，溫度控制部400控制溫度控制元件300，使得冷卻至歸一化頻率低于6階的截止頻率的溫度(△T≤-62)，而能夠?qū)⒐鈱W裝置500工作時在光波導200中傳播的光的導模限定為5階以下的導模。

如上所述，根據(jù)本實施方式的光學裝置500，發(fā)揮與上述實施方式1相同的效果。

實施方式6

下面，使用圖18～圖20說明本發(fā)明的各實施方式6。

另外，對與上述各實施方式相同或者同樣的構成要素及動作，省略其說明。

在本實施方式中，芯區(qū)1的光學材料使用玻璃材料，具體地講使用作為Er：Glass的Er/Qx(Kigre公司的產(chǎn)品名稱)。

芯區(qū)1與上述實施方式1一樣是激光介質(zhì)。

另外，包層2a及2b的光學材料使用作為雙折射材料的晶體材料，具體地講使用方解石。

另外，激光使用偏振方向與y軸平行的激光。

圖18是示出本發(fā)明的實施方式6的光波導的截面圖。

在圖中，1表示芯區(qū)，2a及2b表示包層，x、y及z表示適當?shù)淖鴺溯S。并且，c表示方解石的晶軸即c軸，θ表示c軸和z軸(光波導的光軸。在圖中用虛線表示)形成的夾角。

在本實施方式中是方解石的c軸與x軸垂直的例子。方解石具有被稱作所謂單軸晶體的晶體構造，顯示出在晶體的特定的一個軸向上折射率不同的所謂各向異性。

圖19是示出本發(fā)明的實施方式6的在芯區(qū)及包層中激光感受到的折射率的溫度依賴性的圖。該圖的讀圖方式與上述實施方式2～5相同。

并且，以假定光的波長為λ＝1.535μm、方解石的角度為θ＝56.3度的情況為例。

根據(jù)圖19可知，芯區(qū)1具有折射率的溫度特性為負的溫度范圍，包層2a及2b具有折射率的溫度特性為正的溫度范圍。

圖20是示出本實施方式6的歸一化頻率的溫度依賴性的圖。

該圖的讀圖方式與上述實施方式2～5相同。

另外，以假定芯區(qū)1的厚度為t＝100μm的情況為例。

根據(jù)圖20可知，在上述溫度范圍中，隨著從常溫起的溫度增加，歸一化頻率V跨越4階～1階的導模的截止頻率(V4＝4π/2、…、V1＝π/2)而減小。

這意味著通過溫度控制部400及溫度控制元件300被加熱后的光波導200，在第1溫度變化范圍(8≤△T≤22)中成為等效的3階以下的導模用光波導，在第2溫度變化范圍(22≤△T≤30)中成為等效的2階以下的導模用光波導，在第3溫度變化范圍(30≤△T≤36)中成為等效的1階以下的導模用光波導，在第4溫度變化范圍(36≤△T)中形成為零階以下的導模用光波導。

因此，可知作為光學裝置500通過具有選擇截止到4階導模都能傳播的芯區(qū)1的厚度t而制作的光波導200，在使用光學裝置500時，溫度控制部400控制溫度控制元件300，使得例如加熱至歸一化頻率V低于1階截止頻率V1的溫度，而能夠?qū)⒃诠鈱W裝置500工作時在光波導200中傳播的光的導模限定為零階導模。

另外，也可以構成，能夠根據(jù)光學裝置500的使用目的及作為光學裝置500容許或者使用的光的導模的最高階數(shù)，改變溫度變化的設定的光學裝置或者可變更設定的光學裝置。

如上所述，根據(jù)本實施方式的光學裝置500，能夠發(fā)揮與上述實施方式1相同的效果。

另外，通過改變角度θ制作光波導200的包層2a及2b，能夠等效地改變在光波導200中傳播的光感受到的包層2a及2b的折射率，因而能夠增加光波導200在制作時的參數(shù)，光波導200及光學裝置500的制作的自由度增加。

另外，在圖20中將芯區(qū)1的厚度設為t＝100μm，與上述各實施方式相比能夠進一步加厚，因而能夠進一步放寬制作條件。

另外，通過設為本實施方式中的芯區(qū)1和包層2a及2b的光學材料的組合，與上述各實施方式相比，能夠構成為在更小的溫度變化范圍中跨越截止頻率，因而能夠簡化溫度控制單元600的結構及控制。

通過使相對于常溫的溫度變化量較小，而能夠降低溫度對構成光學裝置500的光波導200及除其以外的構成要素的影響，例如降低因機械性的變形引起的電氣特性的劣化。

另外，在制作多個作為光學裝置500容許的導模的最高階數(shù)不同的光學裝置500的情況下，能夠使它們具有相同的光波導200，因而能夠?qū)崿F(xiàn)部件的共用，并且能夠降低光波導200及光學裝置500的制作費用。

另外，在上述說明中，芯區(qū)1的光學材料(玻璃材料)使用了Er：Glass，但也可以與上述實施方式2一樣使用Er、Yb共摻磷酸鹽玻璃，從而光波導200及光學裝置500的制作的自由度增加。

實施方式7

下面，使用圖21～圖22說明本發(fā)明的各實施方式7。

另外，對與上述各實施方式相同或者同樣的構成要素及動作，省略其說明。

在本實施方式中，芯區(qū)1的光學材料使用玻璃材料，具體地講使用作為Nd：Glass的Nd-Q-246(Kigre公司的產(chǎn)品名稱)。

芯區(qū)1與上述實施方式1一樣是激光介質(zhì)。

另外，包層2a及2b的光學材料使用作為雙折射材料的晶體材料，具體地講使用BBO。

另外，示出本實施方式的光波導的截面圖與上述實施方式6中的圖18相同。

在這種情況下，c表示BBO的晶軸即c軸，θ表示c軸和z軸(光波導的光軸。在圖中用虛線表示)形成的夾角。

在本實施方式中以BBO的c軸與x軸垂直的情況為例。

并且，激光使用偏振方向與y軸平行的激光。

圖21是示出本發(fā)明的實施方式7的在芯區(qū)及包層中激光感受到的折射率的溫度依賴性的圖。

該圖的讀圖方式與上述實施方式2相同。

并且，以假定光的波長為λ＝1.062μm、BBO的角度為θ＝54.7度的情況為例。

根據(jù)圖21可知，芯區(qū)1具有折射率的溫度特性為正的溫度范圍，包層2a及2b具有折射率的溫度特性為負的溫度范圍。

圖22是示出本實施方式的歸一化頻率的溫度依賴性的圖。

該圖的讀圖方式與上述實施方式2～6相同。

另外，該圖是芯區(qū)1的厚度為t＝70μm時的例子。

根據(jù)圖22可知，在上述溫度范圍中，隨著從常溫起的溫度降低，歸一化頻率V跨越3階～1階的導模的截止頻率(V3＝3π/2、V2＝2π/2、V1＝π/2)而減小。

這意味著通過溫度控制部400及溫度控制元件300被冷卻后的光波導200，在第1溫度變化范圍(-7.2≤△T≤-1.9)中成為等效的2階以下的導模用光波導，在第2溫度變化范圍(-10.4≤△T≤-7.2)中成為等效的1階以下的導模用光波導，在第3溫度變化范圍(△T≤-10.4)中成為零階導模用光波導。

因此，可知作為光學裝置500通過具有選擇截止到3階導模都能傳播的芯區(qū)1的厚度t而制作的光波導200，在使用光學裝置500時，溫度控制部400控制溫度控制元件300，使得例如冷卻至歸一化頻率V低于1階截止頻率V1的溫度，而能夠?qū)⒐鈱W裝置500工作時在光波導200中傳播的光的導模限定為零階導模。

另外，也可以構成，能夠根據(jù)光學裝置500的使用目的及作為光學裝置500容許(或者使用)的光的導模的最高階數(shù)，改變了溫度變化的設定的光學裝置或者可變更設定的光學裝置。

如上所述，根據(jù)本實施方式的光學裝置500，能夠發(fā)揮與上述實施方式1相同的效果。

另外，與上述實施方式6相同，通過使用改變角度θ制作的光波導200，能夠等效地改變在光波導200中傳播的光感受到的包層2a及2b的折射率，因而能夠增加光波導200制作時的參數(shù)，光波導200及光學裝置500的制作的自由度增加。

另外，在圖22的情況下，能夠?qū)⑿緟^(qū)1的厚度加厚為t＝70μm，因而與上述實施方式6相同能夠放寬制作條件。

另外，通過設為本實施方式中的芯區(qū)1和包層2a及2b的光學材料的組合，與上述各實施方式相比，能夠構成為在更小的溫度變化范圍中歸一化頻率V跨越截止頻率，因而能夠簡化溫度控制單元600的結構及控制。

通過使相對于常溫的溫度變化量與上述實施方式6相比進一步減小，能夠降低溫度對構成光學裝置500的光波導200以外的構成要素的影響，例如降低因機械性的變形引起的電氣特性的劣化。

另外，在制作多個作為光學裝置500容許或者使用的導模的最高階數(shù)不同的光學裝置500的情況下，能夠使它們具有相同的光波導200，因而與上述實施方式6一樣能夠?qū)崿F(xiàn)部件的共用，并且能夠降低光波導200及光學裝置500的制作費用。

另外，在上述說明中，芯區(qū)1的光學材料(玻璃材料)使用了作為Nd：Glass的一種的Nd：Q-246(Kigre公司的產(chǎn)品名稱)，但也可以使用摻Nd石英玻璃。通過調(diào)節(jié)摻Nd石英玻璃的制作條件，能夠具有與上述Nd：Q-246(Kigre公司的產(chǎn)品名稱)相同的折射率特性，因而光波導200及光學裝置500的制作的自由度增加。

實施方式8

下面，使用圖23～圖25說明本發(fā)明的各實施方式8。

另外，對與上述各實施方式相同或者同樣的構成要素及動作，省略其說明。

在本實施方式中，芯區(qū)1的光學材料使用晶體材料，具體地講使用Yb：YAG。

芯區(qū)1與上述實施方式1一樣是激光介質(zhì)。

另外，包層2a及2b的光學材料使用作為雙折射材料的晶體材料，具體地講使用KTP。

圖23是示出本發(fā)明的實施方式8的光波導的截面圖。

在圖中，1表示芯區(qū)，2a及2b表示包層，n_core表示芯區(qū)的折射率，n_clad表示包層的折射率，t表示芯區(qū)1的厚度，在圖中的光波導200的外側記載的x、y及z表示適當?shù)淖鴺溯S。

另外，在包層2a及2b記載的x及z表示KTP的晶軸即x軸及z軸，θ表示KTP的z軸與光波導200的光軸即適當?shù)膠軸形成的夾角。

在本實施方式中是KTP的x軸與作為光軸的z軸垂直時的例子。

KTP具有被稱作所謂雙軸晶體的晶體構造，顯示出在晶體的三個軸向上折射率不同的所謂各向異性。

另外，激光使用偏振方向與y軸平行的激光。

圖24是示出本發(fā)明的實施方式8的在芯區(qū)及包層中激光感受到的折射率的溫度依賴性的圖。該圖的讀圖方式與上述實施方式2～7相同。

另外，以假定光的波長為λ＝1.030μm、KTP的角度為θ＝65.4度的情況為例。

根據(jù)圖24可知，芯區(qū)1和包層2a及2b具有折射率的溫度特性都為正的溫度范圍。

圖25是示出本實施方式8的歸一化頻率的溫度依賴性的圖。

該圖的讀圖方式與上述實施方式2～7相同。

另外，該圖的特性是芯區(qū)1的厚度為t＝70μm時的特性。

根據(jù)圖25可知，在上述溫度范圍中，隨著從常溫起的溫度增加，歸一化頻率V跨越3階～1階的導模的截止頻率(V3＝3π/2、V2＝π/2、V1＝π/2)而減小。

這意味著通過溫度控制部400及溫度控制元件300被加熱后的光波導200在第1溫度變化范圍(3≤△T≤13)中成為等效的2階以下的導模用光波導，在第2溫度變化范圍(13≤△T≤18)中成為等效的1階以下的導模用光波導，在第3溫度變化范圍(18≤△T)中成為等效的零階導模用光波導。

因此，可知作為光學裝置500通過具有選擇截止到3階導模都能傳播的芯區(qū)1的厚度t而制作的光波導200，在使用光學裝置500時，溫度控制部400控制溫度控制元件300，使得例如加熱至歸一化頻率V低于1階截止頻率V1的溫度，而能夠?qū)⒐鈱W裝置500工作時在光波導200中傳播的光的導模限定為零階導模。

另外，也可以構成，能夠根據(jù)光學裝置500的使用目的及作為光學裝置500容許(或者使用)的光的導模的最高階數(shù)，改變了溫度變化的設定的光學裝置或者可變更設定的光學裝置。

如上所述，根據(jù)本實施方式的光學裝置500，能夠發(fā)揮與上述實施方式1相同的效果。

另外，與上述實施方式6及7相同，通過使用改變角度θ制作的光波導200，能夠等效地改變在光波導200中傳播的光感受到的包層2a及2b的折射率，因而能夠增加光波導200制作時的參數(shù)，光波導200及光學裝置500的制作的自由度增加。

另外，在圖25的情況下，能夠?qū)⑿緟^(qū)1的厚度加厚為t＝70μm，因而能夠進一步放寬制作條件。

另外，通過設為本實施方式中的芯區(qū)1和包層2a及2b的光學材料的組合，與上述各實施方式相比，能夠構成為在較小的溫度變化范圍中跨越截止頻率，因而能夠簡化溫度控制單元600的結構及控制。

通過使相對于常溫的溫度變化量較小，能夠降低溫度對構成光學裝置500的光波導200以外的構成要素的影響，例如降低因機械性的變形引起的電氣特性的劣化。

另外，在制作多個作為光學裝置500容許或者使用的導模的最高階數(shù)不同的光學裝置500的情況下，能夠使它們具有相同的光波導200，因而與上述實施方式6及7同樣地能夠?qū)崿F(xiàn)部件的共用，并且能夠降低光波導200及光學裝置500的制作費用。

實施方式9

下面，使用圖26及圖27說明本發(fā)明的各實施方式9。

另外，對與上述各實施方式相同或者同樣的構成要素及動作，省略其說明。

在本實施方式中，芯區(qū)1的光學材料使用玻璃材料，具體地講使用作為Nd：Glass的一種的Nd-LHG-8(Hoya公司的產(chǎn)品名稱)。

芯區(qū)1與上述實施方式1一樣是激光介質(zhì)。

另外，包層2a及2b的光學材料使用作為雙折射材料的晶體材料，具體地講使用BBO。

另外，示出本實施方式的光波導200的截面圖與上述實施方式6中的圖18相同。

但是，在本實施例中，圖中的c表示BBO的晶軸即c軸，θ表示c軸與z軸(光波導的光軸)形成的夾角。

另外，在本實施方式中是BBO的c軸與x軸垂直時的例子。

圖26是示出本發(fā)明的實施方式9的在芯區(qū)及包層中激光感受到的折射率的溫度依賴性的圖。

在圖中，n_core表示芯區(qū)的折射率，n_eclad表示在圖18中偏振方向與y軸平行時(以下記述為TM偏振)的光感受到的包層的折射率，n_oclad表示偏振方向與x軸平行時(以下記述為TE偏振)的光感受到的包層的折射率。另外，n_oclad的值超出了圖中的范圍，因而在圖中僅記述值。

該圖的其它部分的讀圖方式與上述各實施方式2～8相同。

另外，以假定光的波長為λ＝1.054μm、BBO的角度為θ＝90度的情況為例。

根據(jù)圖26可知，具有芯區(qū)1的折射率n_core以及TM偏振光在包層2a及2b感受到的折射率n_eclad的溫度特性都為負的溫度范圍。

并且，可知具有偏振方向不同的光在包層2a及2b感受到的折射率中、只有對于TM偏振光的折射率n_eclad低于芯區(qū)1的折射率n_core的溫度范圍。

圖27是示出本發(fā)明的實施方式9的歸一化頻率的溫度依賴性的圖。在圖中，V表示對TM偏振光規(guī)定的歸一化頻率。該圖的其它部分的讀圖方式與上述各實施方式相同。另外，以假定芯區(qū)1的厚度為t＝30μm的情況為例。

根據(jù)圖27可知，具有如下的溫度范圍：隨著溫度從圖中的高溫側降低，TM偏振光的歸一化頻率V跨越2階及1階的導模的歸一化頻率(V2＝2π/2、V1＝π/2)而減小。

這意味著通過溫度控制部400及溫度控制元件300被加熱后的光波導200在第1溫度變化范圍(138≤△T)中成為等效的2階以下的導模用光波導，在第2溫度變化范圍(111≤△T≤138)中成為等效的1階以下的導模用光波導，在第3溫度變化范圍(102≤△T≤111)中成為零階導模用光波導。

因此，可知作為光學裝置500通過具有不作為導模用的光波導發(fā)揮作用的光波導200，在使用光學裝置500時，例如加熱至TM偏振光的歸一化頻率V低于1階截止頻率V1的溫度，而能夠?qū)⒐鈱W裝置500工作時在光波導200中傳播的光的導模限定為零階導模。

另外，可知在圖的低溫側具有不存在TM偏振光的歸一化頻率V的第4溫度變化范圍(0≤△T≤102)。這意味著TM偏振光在該溫度范圍中不能以導模進行傳播。

另一方面，關于TE偏振光，在圖的溫度范圍內(nèi)，對TE偏振光的折射率n_oclad不會低于芯區(qū)1的折射率n_core，因而不規(guī)定導模的歸一化頻率V(參照上式(1))。這意味著對于TE偏振光，不能在圖示的溫度范圍中以導模進行傳播。

因此，這意味著通過溫度控制部400及溫度控制元件300被加熱成高溫的光波導200，在第1溫度變化范圍～第3溫度變化范圍中僅針對TM偏振光成為導模用光波導，在第4溫度變化范圍中不會成為針對TM偏振及TE偏振雙方的導模用光波導。

另外，可知通過以具有不作為導模用光波導發(fā)揮作用的光波導200的方式制作光學裝置500，在使用光學裝置500時，溫度控制部400控制溫度控制元件300，使得加熱至折射率n_eclad低于芯區(qū)1的折射率n_core的溫度，而能夠?qū)⒐鈱W裝置500工作時在光波導200中傳播的光的導模限定為一方的導模(在本實施方式中是TM模)。

如上所述，根據(jù)本實施方式的光學裝置500，能夠發(fā)揮與上述實施方式1相同的效果。

另外，在光學裝置500的應用領域中，通常往往是期望能夠限定為單模的光，因而能夠提高光學裝置500在應用領域中的各種性能。

另外，在本實施方式中，作為芯區(qū)1的光學材料和包層2a及2b的光學材料，使用Nd：LHG-8和BBO的組合進行了說明，但不限于上述的組合。

在芯區(qū)1的折射率表現(xiàn)為比包層2a及2b的折射率大的折射率的溫度范圍內(nèi)，只要是滿足如下條件的光學材料的組合就能夠?qū)⒃诠獠▽?00中傳播的光的導模限定為一方的偏振方向的導模：(1)對在第1偏振方向上偏振的光(在本實施方式中指TM偏振的光)規(guī)定的包層2a及2b的第1折射率(在本實施方式中指n_eclad)表現(xiàn)為比芯區(qū)1的折射率n_core小的折射率，(2)對在與第1偏振方向垂直的第2偏振方向上偏振的光(在本實施方式中指TE偏振的光)規(guī)定的包層2a及2b的第2折射率(在本實施方式中指n_oclad)表現(xiàn)為比芯區(qū)1的折射率n_core大的折射率。

實施方式10

下面，使用圖28～圖30說明本發(fā)明的各實施方式10。

另外，對與上述各實施方式相同或者同樣的構成要素及動作，省略其說明。

在本實施方式中，芯區(qū)1的光學材料使用玻璃材料，具體地講使用在常溫下具有折射率1.538、溫度依賴性具有與Kigre公司的產(chǎn)品QX/Er同等特性的玻璃材料。

芯區(qū)1與上述實施方式1一樣是激光介質(zhì)。

另外，在本實施方式中，包層2a及2b的光學材料使用雙折射特性不同的光學材料，包層2a的光學材料具體地講使用CBO，包層2b的光學材料具體地講使用水晶。

圖28是示出本發(fā)明的實施方式10的光波導的圖。

在圖中，1表示芯區(qū)，2a及2b表示包層，x、y及z表示適當?shù)淖鴺溯S。并且，X及Y表示CBO的折射率的主軸(X軸、Y軸)，c表示水晶的晶軸即c軸，θ表示c軸與z軸(光波導的光軸，在圖中用虛線表示)形成的夾角。

在本實施方式中是CBO的X軸與Y軸平行、Y軸與x軸平行時的例子。并且，是CBO的c軸與y軸平行時的例子。

圖29是示出本發(fā)明的實施方式10的在芯區(qū)及包層中激光光束感受到的折射率的溫度依賴性的圖。

在圖中，n_core表示芯區(qū)的折射率，n_Xclad表示在圖28中TM偏振光感受到的包層2a的折射率，n_Yclad表示TE偏振光感受到的包層2a的折射率，n_eclad表示TM偏振光感受到的包層2b的折射率，n_oclad表示TE偏振光感受到的包層2b的折射率。另外，n_Xclad及n_oclad的值超出了圖中的范圍，因而在圖中僅記述說明。該圖的其它部分的讀圖方式與上述實施方式2～實施方式9相同。

另外，本實施方式是假定光的波長為λ＝1.535μm、水晶的角度為θ＝90時的例子。

根據(jù)圖29可知，在圖中的低溫側具有如下的溫度范圍：(1)TM偏振光感受到的包層2a及2b的折射率(n_Xclad、n_eclad)都低于芯區(qū)1的折射率n_core，(2)TE偏振光感受到的包層2a及2b的折射率中的一方(n_Yclad)超過芯區(qū)1的折射率n_core。

另外，在圖中的高溫側具有如下的溫度范圍：(2)TE偏振光在包層2a及2b感受到的折射率(n_Yclad、n_oclad)都低于芯區(qū)1的折射率n_core，(2)TM偏振光感受到的包層2a及2b的折射率中的一方(n_eclad)超過芯區(qū)1的折射率n_core。

圖30是示出本發(fā)明的實施方式10的歸一化頻率的溫度依賴性的圖。另外，該圖以假定芯區(qū)1的厚度為t＝20μm的情況為例。

在圖中，VTM表示對TM偏振光規(guī)定的歸一化頻率，VTE表示對TE偏振光規(guī)定的歸一化頻率，Vc、TM、1表示TM偏振光的1階導模的截止頻率，Vc、TE、1表示TE偏振光的1階導模的截止頻率。該圖的其它部分的讀圖方式與上述各實施方式的附圖相同。

另外，在本實施方式中，包層2a和包層2b具有不同的雙折射率特性。這種非對稱平面波導的情況下的截止頻率是按照以下所述規(guī)定的。

其中，n1表示芯區(qū)1的折射率，n0表示包層2a及2b中折射率較低者的折射率，ns表示包層2a及2b中折射率較高者的折射率，γ示出表示折射率的非對稱性的尺度。

根據(jù)圖30可知具有如下的溫度范圍：隨著從常溫起的溫度增加，TM偏振光的歸一化頻率VTM跨越TM偏振光的1階導模的歸一化頻率Vc、TM、1而減小。

這意味著通過溫度控制部400及溫度控制元件300被加熱后的光波導200，(1)在第1溫度變化范圍(△T≤120)中成為等效的TM偏振光的1階以下的導模用光波導，(2)在第2溫度變化范圍(120≤△T≤256)中成為等效的TM偏振光的零階導模用光波導。

另一方面，根據(jù)圖30可知具有如下的溫度范圍：隨著溫度從圖中高溫側降低，TE偏振光的歸一化頻率VTE跨越TE偏振光的1階導模的歸一化頻率Vc、TE、1而減小。

這意味著(1)在第3溫度變化范圍(291≤△T≤333)中成為等效的TE偏振光的零階導模用光波導，(2)在第4溫度變化范圍(333≤△T)中成為等效的TE偏振光的1階以下的導模用光波導。

如上所述，根據(jù)本實施方式的光學裝置500，在(1)上述第1及第2溫度范圍及(2)第3及第4溫度范圍中的至少一方發(fā)揮與上述實施方式1相同的效果。

另外，這意味著通過溫度控制部400及溫度控制元件300被控制溫度后的光波導200，(1)在某個溫度范圍(△T≤256度)中，能夠形成作為導模只能以TM模進行傳播的光波導，(2)在與上述某個溫度范圍(△T≤256度)不同的溫度范圍(291度≤△T)中，能夠形成作為導模只能以TE模進行傳播的光波導。

因此，根據(jù)本實施方式的光學裝置500，(1)以如下方式制作光波導200：TM偏振光感受到的包層2a及2b的折射率(n_Xcore、n_ecore)低于芯區(qū)1的折射率n_core，并且TE偏振光感受到的包層2a及2b的折射率(n_Yclad、n_oclad)中的一方超過芯區(qū)1的折射率n_core，(2)在使用光學裝置500時，溫度控制部400控制溫度控制元件300，使得例如TE偏振光感受到的包層2a及2b的折射率(n_Ycore、n_ocore)低于芯區(qū)1的折射率n_core，并且TM偏振光感受到的包層2a及2b的折射率(n_Xclad、n_eclad)中的一方超過芯區(qū)1的折射率n_core。由此，能夠切換TM模和TE模作為光學裝置500工作時在光波導200中傳播的光的導模。

另外，在本實施方式中，作為芯區(qū)1的光學材料和包層2a及2b的光學材料，使用在波長1.535μm下具有折射率1.538的玻璃材料、和CBO及水晶的組合進行了說明，但不限于上述的組合。

如果是滿足如下條件的芯區(qū)1及包層2的光學材料的組合就能夠切換TM模和TE模作為導模：(1)包層2a及2b中的一方(1a)在某個溫度范圍內(nèi)，在第1偏振方向上偏振的光感受到的第1折射率及在第2偏振方向上偏振的光感受到的第2折射率表現(xiàn)為比芯區(qū)1的折射率小的折射率，(1b)在與所述某個溫度范圍不同的溫度范圍內(nèi)，第1折射率表現(xiàn)為比芯區(qū)1的折射率n_core大的折射率，第2折射率表現(xiàn)為比芯區(qū)1的折射率n_core小的折射率，并且，(2)包層2a及2b中的另一方(2a)在所述某個溫度范圍內(nèi)，針對在第1偏振方向上偏振的光的第3折射率表現(xiàn)為比第1折射率n_core小的折射率，并且針對在第2偏振方向上偏振的光的第4折射率表現(xiàn)為比芯區(qū)1的折射率n_core大的折射率，(2b)在所述不同的溫度范圍內(nèi)，第3及第4折射率表現(xiàn)為比芯區(qū)1的折射率n_core小的折射率。

或者，在使用具有如在本實施方式中示出的傾向的雙折射率特性的光學材料的情況下，如果是滿足如下條件的光學材料的組合就能夠切換TM模和TE模作為導模：(1)關于一方的包層(在上述說明中指2b。)所應用的雙折射材料，第1偏振方向(在上述說明中指TM。)的光感受到的折射率(在上述說明中指n_eclad。)僅在所述某個溫度范圍(在上述說明中指0～256度。)中表現(xiàn)為比芯區(qū)1的折射率n_core小的折射率，而且第2偏振方向(在上述說明中指TE。)的光感受到的折射率(在上述說明中指n_oclad。)在整個溫度控制范圍(在上述說明中指0～350度。)中表現(xiàn)為比芯區(qū)1的折射率n_core小的折射率，并且，(2)關于另一方的包層(在上述說明中指2a。)所應用的雙折射材料，第1偏振方向(在上述說明中指TM。)的折射率(在上述說明中指n_Xclad。)在整個溫度控制范圍(在上述說明中指0～350度。)中表現(xiàn)為比芯區(qū)1的折射率n_core小的折射率，而且第2偏振方向(在上述說明中指TE。)的折射率(在上述說明中指n_Yclad。)僅在與所述某個溫度范圍不同的溫度范圍內(nèi)表現(xiàn)為比芯區(qū)1的折射率n_core小的折射率。

另外，在上述各實施方式中，在芯區(qū)1的折射率表現(xiàn)為比包層2a及2b的折射率大的折射率的溫度范圍內(nèi)，各光學材料的折射率的溫度特性相對于溫度變化大致呈直線狀變化，但只要是單調(diào)遞增或者單調(diào)遞減的光學材料即可，不限于圖示的特性。但是，優(yōu)選相對于溫度大致呈直線狀變化的材料，在這種情況下，能夠簡化溫度控制單元600的結構，并且容易進行溫度控制。

另外，在光學裝置500的裝備中能夠?qū)崿F(xiàn)各種裝備形式，例如能夠舉出(1)圖示的某個構成要素包含在未圖示的某個構成要素中的情況，(2)與上述(1)相反的關系的情況，(3)圖示的構成要素和未圖示的構成要素部分重疊的情況。

另外，上述各實施方式中的信號及信息在光學裝置500的裝備中能夠使用各種裝備形式，例如能夠應用(1)信號及信息自身、(2)信號及信息的值、(3)表示信號及信息的值的信息、(4)表示信號及信息的值用的參數(shù)等。

另外，信號及信息的屬性有時根據(jù)光學裝置500的裝備方式而變化，在這種情況下，其屬性可以不同，例如是明確裝備的還是隱含地裝備的、或者是否明確規(guī)定的。另外，也可以包含在上述各實施方式記載的以外的信號或者信息。

另外，圖中的各要素為了說明本發(fā)明而進行了適當分割，其裝備形式不限于圖的結構、分割、名稱等。并且，分割的方式自身也不限于圖示的分割方式。

另外，圖中以及以下的說明的記載中的單元也可以置換為其它的稱呼。例如，“…部”也可以置換為“…單元”、“…功能單位”、“…電路”、“…元件(器件)”或者“…裝置”。

另外，上述各實施方式的光學裝置500中的溫度控制單元600及其控制動作能夠在本發(fā)明的課題及效果的范圍內(nèi)進行各種變形，如(1)變形為實質(zhì)上等效(或者相當?shù)?單元(或者動作)進行裝備，(2)分割成實質(zhì)上等效的多個單元進行裝備等。

另外，能夠?qū)⑸鲜龈鲗嵤┓绞街械母鞣N選擇項及變形例應用于本發(fā)明的課題及效果的范圍內(nèi)的其它實施方式，并作為新的實施方式。

標號說明

1芯區(qū)；2a、2b包層；3、4、5導模的示例；100激勵光源；200光波導；300溫度控制元件；400溫度控制部；500光學裝置；600溫度控制單元。