CN1602571A - 具有横向泵浦的光放大器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种光放大器，其包括器件衬底、嵌入在所述器件衬底中的第一波导和多个激光器。所述激光器被安置用于提供基本上横对着所述第一波导的第一多个光束。

Description

具有横向泵浦的光放大器
技术领域
所描述的本发明涉及光信号放大领域。具体而言，本发明涉及使用横向泵浦光束放大光信号。
背景技术
通过在波导中掺杂诸如铒之类的稀土元素的离子，波导可以起到光放大器的作用。当引入泵浦光束时，在波导中传播的光信号就被放大。例如，被波长大致为980nm或者1480nm的泵浦光束激发到较高能态的铒离子，在铒离子下降到较低能态时，将对1530～1600nm左右的较宽波段中的光信号进行放大。这种技术在光纤放大领域中是公知的。
图1是示出了一种在平面波导20中放大光信号10的现有技术方法的示意图。波导20嵌入在衬底30中，并掺杂有铒离子。光信号10被导入波导20并传播通过波导20。激光50沿共同传播方向，即沿与光信号传播基本相同的方向，向波导20中供应泵浦光束。信号10和泵浦50，例如在隐失(evanescent)定向耦合器中被合并到同一波导20中。在一个示例中，当激光50供应波长大致为980nm或者1480nm的泵浦光束时，波长大致为1550nm的光信号10被放大。
图2是示出了另一种放大光信号的现有技术方法的示意图。在图2中，泵浦激光50从波导20的相对一端沿相反的传播方向，即沿与光信号的方向相反的方向被导入，以对光进行泵浦。类似于图1，光信号在波导20中被放大，然后离开衬底30。
现代的光网络使用单模光纤进行长距离传输。这避免了信号由于色散而衰减，所述色散即光速对其波长的相依性。为了有效地与单模光纤对接，包括光纤或波导放大器的所有光学元件实际都是单模的。由于光学的普遍原理“亮度(brightness)守恒定理”，仅仅使用线性无源(不增添能量)的光学元件不能增加单模中光的功率。这导致一个事实，即只有来自一个模式的具有一定波长的光的功率能够被耦合到单模波导中。对于放大器来说，这意味着沿每个传播方向和每个偏振，只有具有一定波长的一个泵浦激光器能够供应泵浦光。
如果泵浦的强度高于一定阈值，光信号在光放大器中就获得增益，所述阈值取决于光信号的强度和光放大器的材料特性。为了获得足够高的增益，泵浦的强度必须比阈值高很多。因此，一般需要高功率的泵浦激光器。
与下面所描述的本发明相比，以上方法有几个缺点。首先，在所描述的共同传播和相反传播放大器中使用的相对高功率的激光器比较昂贵。其次，高功率激光器具有高功耗，高功耗可能在它们的封装中引起散热问题。再次，高功率激光器的可靠性通常不如低功率激光器好。
附图说明
图1是示出一种在平面波导中放大光信号的现有技术方法的示意图。
图2是示出另一种放大光信号的现有技术方法的示意图。
图3是示出光放大器的一个实施例的俯视图的示意图。
图4是示出沿图3的线A-A’截取的光放大器的横截面视图的示意图。
图5是示出基于光泵浦的光信号功率增长的一个示例的曲线图。
具体实施方式
本发明公开了用于在波导中放大光信号的装置和方法。在一个实施例中，多个低功率激光器沿着波导的长度分散，以提供横对着光信号传播方向的泵浦光束。
图3是示出了光放大器的一个实施例的俯视图的示意图。光信号110进入嵌入在衬底130中的波导120，并传播通过该波导。制作嵌入在衬底中的波导有各种方法，例如通过各种离子种类的扩散、刻蚀以及外延生长。“嵌入在衬底中”意味着包括这些各种各样的方式，包括绝缘体上硅(silicon-on-insulator)。在一些情况下，波导实际上可以沉积在衬底的顶部，并用不同于衬底的包层材料覆盖，但是也意味着被术语“嵌入在衬底中”所覆盖。
在一个实施例中，波导120是单模波导。例如激光二极管的多个光源150被耦合到衬底130，以基本上横对着该嵌入波导120导入泵浦光束。
在一个实施例中，光源150沿着嵌入波导120的长度被均匀间隔开。但是，其它实施例可以包括光源150之间的不同间隔。在一个实施例中，光源150包括垂直腔表面发射激光器(VCSEL)。该VCSEL可以由普通的半导体衬底155制成，并且可以被接合到器件衬底130的表面上。这使得能够通过光刻定义VCSEL之间的间隔。
在一个实施例中，VCSEL使用相对较低的功率。例如，VCSEL可以发射但不限于小于20mW的功率。共同传播和相反传播体系结构中所使用的可相比较的高功率激光器使用更高功率的激光，例如但不限于100mW。
图4是示出了沿图3的线A-A’所截取的光放大器的横截面视图的示意图。在一个实施例中，在来自光源150的泵浦光束160通过波导120之后，泵浦光束被反射离开下表面180，并被送回到波导120，如箭头170所示。在一个实施例中，下表面180处的反射是由折射率的变化造成的，这种折射率变化可以通过下表面180邻接不同的材料或者邻接相同但具有不同特性的材料来获得，这是众所周知的。在一个实施例中，下表面180邻接空气或者邻接散热器。
在一个实施例中，光源150与嵌入波导120之间的间隔相对较小，例如为5微米。在另一个实施例中，在光源和衬底之间可以耦合透镜或者准直器。
图5是图示了基于光泵浦的光信号功率的增长的示例曲线图。在一个实施例中，泵浦光束具有施加给光信号200的功率PPUMP。泵浦功率PPUMP202在位于光源210正下方时最大。当光信号200传播通过波导时，它被多个光源210相继地泵浦。
在一个实施例中，在同一衬底中可以嵌入多个波导。每个波导可以具有一组用于对波导中的光信号进行放大的横向泵浦。在一个实施例中，横向泵浦为VCSEL。制作在公共衬底上的VCSEL矩阵可以被用来放大多个波导中的光信号。
这样，本发明公开了用于放大光信号的装置和方法。但是，这里所描述的具体设置和方法仅仅是示例性的。例如，制作嵌入在衬底中的波导有各种方法，例如通过各种离子种类的扩散、刻蚀和外延生长。本领域的技术人员可以利用各种方法中的任何一种来制作这样的嵌入波导。在不脱离下面所要求的本发明范围的情况下，可以做出形式和细节上的大量修改。本发明仅受所附权利要求的范围的限制。

Claims (22)

1.一种光放大器，包括：
器件衬底；
嵌入在所述器件衬底中的第一波导；和
被安置用于提供基本上横对着所述第一波导的第一多个光束的第一多个激光器。
2.如权利要求1所述的光放大器，其中所述第一多个激光器中的每一个沿着所述第一波导的长度被相互间隔开。
3.如权利要求2所述的光放大器，其中所述第一多个激光器是垂直腔表面发射激光器。
4.如权利要求3所述的光放大器，其中所述第一多个激光器共用公共衬底。
5.如权利要求4所述的光放大器，其中所述垂直腔表面发射激光器被接合到所述器件衬底。
6.如权利要求1所述的光放大器，其中所述器件衬底是掺铒的磷酸盐玻璃。
7.如权利要求1所述的光放大器，还包括：
嵌入在所述器件衬底中的第二波导；和
被安置用于提供基本上横对着所述第二波导的第二多个光束的第二多个激光器。
8.如权利要求1所述的光放大器，其中所述第一多个激光器彼此均匀地间隔开。
9.一种放大光信号的方法，包括：
将所述光信号导入通过波导，所述光信号具有第一传播方向；以及
施加基本上横对着所述第一传播方向的多个光束。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述多个光束由多个激光二极管提供。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述光信号的波长大致为1550nm，并且所述多个光束的波长大致为980nm。
12.如权利要求11所述的方法，其中所述施加多个光束还包括：
使用多个激光器，每个所述激光器使用小于50mW的功率。
13.如权利要求11所述的方法，其中所述施加多个光束还包括：
使用多个激光器，每个所述激光器使用小于20mW的功率。
14.如权利要求9所述的方法，还包括：
在所述多个光束通过所述波导之后，将所述多个光束反射回所述波导。
15.一种制造光信号放大器的方法，包括：
将多个光源连接到衬底的表面上，所述衬底具有嵌入在其中的波导，其中所述多个光源被定向为基本上横对着所述波导。
16.如权利要求15所述的方法，其中所述连接多个光源包括：
将多个垂直腔表面发射激光器接合到所述衬底的所述表面上。
17.如权利要求16所述的方法，其中所述多个垂直腔表面发射激光器中的每一个在公共半导体衬底上沿直线间隔开。
18.如权利要求16所述的方法，其中所述多个垂直腔表面发射激光器中的每一个以固定距离间隔开。
19.如权利要求16所述的方法，其中所述多个垂直腔表面发射激光器中每一个都工作于50mW以下。
20.如权利要求16所述的方法，其中所述多个垂直腔表面发射激光器中每一个都工作于20mW以下。
21.一种光放大器，包括：
衬底；
嵌入在所述衬底中的波导，所述波导具有主传播方向；
被安置用于提供横对着所述主传播方向的多个泵浦光束的激光器阵列。
22.如权利要求21所述的光放大器，其中所述激光器阵列中的至少一个工作于20mW功率以下。
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7130111B2 (en) 2001-12-13 2006-10-31 Intel Corporation Optical amplifier with transverse pump
US6888668B2 (en) 2001-12-13 2005-05-03 Intel Corporation Optical amplifier with multiple wavelength pump
US7280729B2 (en) 2006-01-17 2007-10-09 Micron Technology, Inc. Semiconductor constructions and light-directing conduits
US9792932B2 (en) * 2016-03-07 2017-10-17 Tdk Corporation Thin film magnetic head, head gimbals assembly, head arm assembly, and magnetic disk unit
US9793676B1 (en) 2016-11-07 2017-10-17 Dicon Fiberoptics, Inc. Solid-state optical amplifier having an active core and doped cladding in a single chip
US10243315B2 (en) 2017-07-13 2019-03-26 Dicon Fiberoptics, Inc. Solid-state optical amplifier chip with improved optical pumping

Family Cites Families (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4515431A (en) 1982-08-11 1985-05-07 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Fiber optic amplifier
US5181223A (en) * 1985-05-01 1993-01-19 Spectra-Physics, Incorporated High-efficiency mode-matched transversely-pumped solid state laser amplifier
US5271031A (en) * 1985-05-01 1993-12-14 Spectra Physics Laser Diode Systems High efficiency mode-matched solid-state laser with transverse pumping and cascaded amplifier stages
US4785459A (en) * 1985-05-01 1988-11-15 Baer Thomas M High efficiency mode matched solid state laser with transverse pumping
EP0259367A1 (en) * 1986-01-31 1988-03-16 Advanced Lasers Ltd. Fibre communication laser system
US5227913A (en) 1991-09-11 1993-07-13 Wisconsin Alumni Research Foundation Co-deposition of erbium and titanium into lithium niobate and optical amplifier produced thereby
US5365538A (en) * 1992-10-29 1994-11-15 The Charles Stark Draper Laboratory Inc. Slab waveguide pumped channel waveguide laser
US5463649A (en) * 1993-08-06 1995-10-31 Sandia Corporation Monolithically integrated solid state laser and waveguide using spin-on glass
US5774488A (en) * 1994-06-30 1998-06-30 Lightwave Electronics Corporation Solid-state laser with trapped pump light
US5535051A (en) 1995-01-24 1996-07-09 At&T Corp. WDM optical fiber system using crystal optical amplifier
US6028977A (en) * 1995-11-13 2000-02-22 Moriah Technologies, Inc. All-optical, flat-panel display system
US5761234A (en) 1996-07-09 1998-06-02 Sdl, Inc. High power, reliable optical fiber pumping system with high redundancy for use in lightwave communication systems
FR2751796B1 (fr) * 1996-07-26 1998-08-28 Commissariat Energie Atomique Microlaser soilde, a pompage optique par laser semi-conducteur a cavite verticale
US5875206A (en) * 1996-09-10 1999-02-23 Mitsubishi Chemical America, Inc. Laser diode pumped solid state laser, printer and method using same
US6212310B1 (en) 1996-10-22 2001-04-03 Sdl, Inc. High power fiber gain media system achieved through power scaling via multiplexing
US5920423A (en) 1997-12-05 1999-07-06 Sdl, Inc. Multiple pumped fiber amplifiers for WDM communication systems with adjustment for the amplifier signal gain bandwidth
US5974061A (en) * 1997-12-19 1999-10-26 Raytheon Company Laser pump cavity apparatus with improved thermal lensing control, cooling, and fracture strength and method
CA2299236A1 (en) * 1998-02-20 1999-08-26 Brian L. Lawrence Optical amplifier and process for amplifying an optical signal propagating in a fiber optic employing an overlay waveguide and stimulated emission
FR2784809B1 (fr) 1998-10-16 2001-04-20 Commissariat Energie Atomique Amplificateur optique de puissance a guide d'onde planaire pompe optiquement et laser de puissance utilisant cet amplificateur
US6160824A (en) * 1998-11-02 2000-12-12 Maxios Laser Corporation Laser-pumped compound waveguide lasers and amplifiers
US6418156B1 (en) * 1998-11-12 2002-07-09 Raytheon Company Laser with gain medium configured to provide an integrated optical pump cavity
JP2000232248A (ja) 1999-02-10 2000-08-22 Fujikura Ltd 多波長励起光合波用デバイスおよびこの多波長励起光合波用デバイスを組み込んだ多波長励起用光源と光増幅器
JP3266194B2 (ja) * 1999-02-18 2002-03-18 日本電気株式会社 光導波路並びにその光導波路を用いたレーザ発振器およびレーザ増幅器
US6512629B1 (en) 1999-03-22 2003-01-28 Genoa Corporation Low-noise, high-power optical amplifier
US6243515B1 (en) * 1999-06-18 2001-06-05 Trw Inc. Apparatus for optically pumping an optical fiber from the side
JP2001189507A (ja) 1999-12-28 2001-07-10 Mitsubishi Electric Corp 光増幅器
US6879014B2 (en) 2000-03-20 2005-04-12 Aegis Semiconductor, Inc. Semitransparent optical detector including a polycrystalline layer and method of making
JP2001308422A (ja) 2000-04-20 2001-11-02 Furukawa Electric Co Ltd:The 励起光源装置
US6625182B1 (en) * 2000-04-20 2003-09-23 Corning Incorporated Semiconductor or solid-state laser having an external fiber cavity
US6594420B1 (en) * 2000-07-28 2003-07-15 Harris Corporation Multi-fiber ribbon form factor-compliant, integrated multi-channel optical amplifier
US20020090170A1 (en) 2000-11-27 2002-07-11 Bendett Mark P. Apparatus and method for integrated photonic devices having adjustable gain
US6888668B2 (en) 2001-12-13 2005-05-03 Intel Corporation Optical amplifier with multiple wavelength pump
US7130111B2 (en) 2001-12-13 2006-10-31 Intel Corporation Optical amplifier with transverse pump
US6721087B2 (en) * 2001-12-13 2004-04-13 Intel Corporation Optical amplifier with distributed evanescently-coupled pump

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Publication number Publication date
TW200301602A (en) 2003-07-01
CN100416947C (zh) 2008-09-03
AU2002352896A1 (en) 2003-06-30
JP2006503420A (ja) 2006-01-26
RU2004121226A (ru) 2005-03-20
WO2003052885A3 (en) 2004-02-19
EP1454395A2 (en) 2004-09-08
TW567651B (en) 2003-12-21
RU2302067C2 (ru) 2007-06-27
US7130111B2 (en) 2006-10-31
US20030112495A1 (en) 2003-06-19
JP4460298B2 (ja) 2010-05-12
AU2002352896A8 (en) 2003-06-30
WO2003052885A2 (en) 2003-06-26
CA2469824A1 (en) 2003-06-26

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