DE102022102163A1

DE102022102163A1 - Multiwellenlängen-laserdiode

Info

Publication number: DE102022102163A1
Application number: DE102022102163.7A
Authority: DE
Inventors: Martin H. Muendel; Victor Rossin; James J. Morehead; John G. Bai
Original assignee: Lumentum Operations LLC
Current assignee: Lumentum Operations LLC
Priority date: 2021-04-26
Filing date: 2022-01-31
Publication date: 2022-10-27
Also published as: CN115249940A; US20220344910A1

Abstract

In einigen Implementierungen kann eine optische Vorrichtung (z. B. eine monolithische Masteroszillator-Leistungsverstärker-Diode (MOPA-Diode)) eine erste Facette, einen oder mehrere Gitter, eine mit einer zweiten Facette abgeschlossene Verstärkerstruktur und ein mit der ersten Facette und mit dem einen oder den mehreren vorderen Gittern gekoppeltes Oszillatorarray, das multiple Einmodenoszillatoren umfasst, umfassen. In einigen Implementierungen können die multiplen Einmodenoszillatoren konfiguriert sein, um multiple Seedstrahlen zu generieren und um die multiplen Seedstrahlen über das eine oder die mehreren Gitter in die Verstärkerstruktur zu übertragen.

Description

KREUZVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der provisorischen US-Patentanmeldung Nr. 63/201,359 , eingereicht am 26. April 2021 und mit dem Titel „MULTI-WAVELENGTH LASER DIODE“. Die Offenbarung der früheren Anmeldung wird als Teil dieser Patentanmeldung betrachtet und in diese durch Bezugnahme einbezogen.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich generell auf eine Multiwellenlängen-Laserdiode und auf einen monolithischen Masteroszillator-Leistungsverstärker-Diodenchip (MOPA-Diodenchip, MOPA = master oscillator power amplifier), der multiple gitterverriegelte Einmodenoszillatoren umfasst, die in eine Verstärkerregion gekoppelt sind, sodass die gitterverriegelten Einmodenoszillatoren überlappende Seedstrahlen generieren, die effizient und gleichmäßig Verstärkung von dem Verstärker extrahieren, während sie Filamentierung auf einer Emissionsfacette reduzieren oder eliminieren.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Der Begriff Masteroszillator-Leistungsverstärker (MOPA) bezeichnet eine Laserkonfiguration, die einen Masteroszillator (z. B. einen Einzelfrequenzlaser), der konfiguriert ist, um einen hoch kohärenten Strahl zu produzieren, und einen optischen Verstärker, der konfiguriert ist, um die Ausgangsleistung zu vergrößern, während die Haupteigenschaften des Masteroszillators bewahrt bleiben, umfasst. Ein spezieller Fall ist ein Masteroszillator-Faserverstärker (master oscillator fiber amplifier, MOFA), bei dem der Leistungsverstärker eine Faservorrichtung ist. In anderen Fällen kann ein MOPA einen Festkörper-Bulk-Laser und einen Bulk-Verstärker oder einen abstimmbaren Diodenlaser mit externem Resonator und einen optischen Halbleiterverstärker umfassen. Obwohl eine MOPA-Konfiguration generell komplexer als ein Laser ist, der die erforderliche Ausgangsleistung direkt produziert, kann ein MOPA-Design die erforderliche Performance (z. B. hinsichtlich Linienbreite, Wellenlängenabstimmungsbereich, Strahlenqualität und/oder Impulsdauer) leichter erreichen, da verschiedene Performanceaspekte von der Generierung hoher Leistungen entkoppelt sind. Darüber hinaus kann das Kombinieren existierender Lasertechnologie und eines existierenden Verstärkers (oder einer existierenden Verstärkerkette) einfacher und/oder kosteneffektiver als das Entwickeln eines neuen Lasers mit einer höheren Ausgangsleistung sein. MOPA-Designs stellen jedoch auch verschiedene Herausforderungen dar, wie etwa höheres Laserrauschen und/oder höhere Empfindlichkeit gegenüber Rückreflexionen.
ÜBERSICHT
In einigen Implementierungen umfasst eine monolithische optische Vorrichtung Folgendes: eine erste Facette; ein oder mehrere vordere Gitter; eine mit einer zweiten Facette abgeschlossene Verstärkerstruktur; und ein mit der ersten Facette und mit dem einen oder den mehreren vorderen Gittern gekoppeltes Oszillatorarray, wobei das Oszillatorarray multiple Einmodenoszillatoren umfasst, die konfiguriert sind, um multiple Seedstrahlen zu generieren, und wobei die multiplen Einmodenoszillatoren in die Verstärkerstruktur gekoppelt sind, sodass die multiplen Einmodenoszillatoren die multiplen Seedstrahlen über das eine oder die mehreren vorderen Gitter und in die Verstärkerstruktur übertragen.
In einigen Ausführungsformen können sich die multiplen Seedstrahlen innerhalb der geteilten Verstärkerstruktur erweitern, nachdem die multiplen Seedstrahlen über das eine oder die mehreren vorderen Gitter und in die Verstärkerstruktur übertragen werden. Optional kann die Verstärkerstruktur eine nicht aufgeweitete Geometrie aufweisen, sodass ein oder mehrere Abschnitte der multiplen Seedstrahlen, die zu Flanken der Verstärkerstruktur expandieren, trunkiert oder zu einer Mitte der Verstärkerstruktur reflektiert werden. Alternativ kann die Verstärkerstruktur eine aufgeweitete Geometrie aufweisen, die den multiplen Seedstrahlen erlaubt, innerhalb der Verstärkerstruktur zu expandieren.
In einigen Ausführungsformenkönnen die multiplen Einmodenoszillatoren mit einer Beschichtung mit hoher Reflektivität oder einem hinteren Gitter an oder nahe der ersten Facette assoziiert sein und die zweite Facette kann eine Beschichtung mit niedriger Reflektivität umfassen.
In einigen Ausführungsformen können das eine oder die mehreren vorderen Gitter konfiguriert sein, um unterschiedliche Wellenlängen gemäß einem Gitterteilungsmuster zu reflektieren.
In einigen Ausführungsformen kann die Verstärkerstruktur eine elektrische Kontaktfläche umfassen, die gemäß einem Querverstärkungsprofil konfiguriert ist, um eine optische Verstärkung über die Verstärkerstruktur räumlich zu variieren.
In einigen Ausführungsformen können die multiplen Einmodenoszillatoren die multiplen Seedstrahlen in die Verstärkerstruktur an Lancierungspunkten übertragen, die positioniert sind, um eines oder mehrere von einem Querstrahlversatz oder Linseneffekt in der Verstärkerstruktur vorab zu kompensieren.
In einigen Ausführungsformen können die multiplen Einmodenoszillatoren die multiplen Seedstrahlen in die Verstärkerstruktur in Lancierungsrichtungen übertragen, die auf Strahlenlenkung in dem Verstärker basieren.
In einigen Ausführungsformen können das eine oder die mehreren vorderen Gitter innerhalb der Verstärkerstruktur liegen und eine Geometrie aufweisen, um die multiplen Seedstrahlen in jeweilige Wellenleiter zurück zu reflektieren.
In einigen Ausführungsformen können die multiplen Einmodenoszillatoren und das eine oder die mehreren Gitter innerhalb der Verstärkerstruktur eingebettet sein.
In einigen Ausführungsformen können sich die multiplen Einmodenoszillatoren adiabatisch entlang einer Länge von der ersten Facette zu Lancierungspunkten in die Verstärkerstruktur aufweiten.
In einigen Implementierungen umfasst eine optische Baugruppe Folgendes: eine optische Vorrichtung, die multiple gitterverriegelte Einmodenoszillatoren umfasst, die konfiguriert sind, um multiple Seedstrahlen, die unterschiedliche Wellenlängen aufweisen, in eine geteilte Verstärkerstruktur zu übertragen, wobei sich die multiplen Seedstrahlen innerhalb der geteilten Verstärkerstruktur erweitern, um ein gechirptes Licht zu bilden, das durch die optische Vorrichtung emittiert wird; ein dispersives Element in einem optischen Pfad zwischen der Laserdiode und einer optischen Faser; und eine oder mehrere Kollimatorlinsen, die das gechirpte Licht mit dem dispersiven Element koppeln, wobei die multiplen Seedstrahlen, die die unterschiedlichen Wellenlängen aufweisen, auf das dispersive Element in unterschiedlichen Einfallwinkeln auftreffen, und wobei das dispersive Element angeordnet ist, um die multiplen Seedstrahlen in jeweiligen Winkeln zu übertragen, die bewirken, dass sich die multiplen Seedstrahlen in einem Ausgangsstrahl, der in die optische Faser eintritt, überlappen.
In einigen Ausführungsformen kann die optische Baugruppe ferner eine Kollimatorlinse umfassen, die in dem optischen Pfad zwischen dem dispersiven Element und der optischen Faser positioniert ist, wobei die Kollimatorlinse den Ausgangsstrahl in die optische Faser fokussiert.
In einigen Ausführungsformen kann das dispersive Element optisch an einen räumlichen Chirp der multiplen gitterverriegelten Einmodenoszillatoren angepasst sein.
In einigen Ausführungsformen kann die optische Baugruppe eine erste Facette umfassen, die eine Beschichtung mit hoher Reflektivität aufweist, und das gechirpte Licht kann durch die optische Vorrichtung über eine zweite Facette, die eine Beschichtung mit niedriger Reflektivität aufweist, übertragen werden.
In einigen Implementierungen umfasst eine Packungsstruktur Folgendes: mindestens eine Reihe von multiplen optischen Vorrichtungen, die in der Höhe versetzt sind, wobei die multiplen optischen Vorrichtungen jeweils Folgendes umfassen: eine mit einer Emissionsfacette abgeschlossene Verstärkerstruktur; ein Oszillatorarray, das multiple Oszillatoren umfasst; und ein Gitterarray, das ein oder mehrere Gitter umfasst, die die multiplen Oszillatoren in die Verstärkerstruktur koppeln, sodass die multiplen Oszillatoren multiple Seedstrahlen über das eine oder die mehreren Gitter und in die Verstärkerstruktur übertragen; und einen Wellenlängen-Strahlenkombinator, der angeordnet ist, um multiple Strahlen, die durch die multiplen Laserdioden emittiert werden, zu empfangen und um die multiplen Strahlen innerhalb eines Ausgangsstrahls auszurichten.
In einigen Ausführungsformen können der Wellenlängen-Strahlenkombinator multiple Übertragungsgitter, die angeordnet sind, um die multiplen Strahlen, die durch die multiplen optischen Vorrichtungen emittiert werden, zu reflektieren, und eine oder mehrere Kollimatorlinsen, die angeordnet sind, um die multiplen Strahlen innerhalb des Ausgangsstrahls nach Reflexion durch die multiplen Übertragungsgitter zu kombinieren, umfassen.
In einigen Ausführungsformen kann der Wellenlängen-Strahlenkombinator multiple Drehspiegel, die angeordnet sind, um die multiplen Strahlen, die durch die multiplen optischen Vorrichtungen emittiert werden, zu reflektieren, und ein geteiltes Übertragungsgitter, stromabwärts von den multiplen Drehspiegeln, um die multiplen Strahlen innerhalb des Ausgangsstrahls nach Reflexion durch die multiplen Drehspiegeln zu kombinieren, umfassen.
In einigen Ausführungsformen kann die mindestens eine Reihe von multiplen optischen Vorrichtungen eine erste Reihe und eine zweite Reihe umfassen, die sich gegenüberstehen und voneinander versetzt sind.
Figurenliste

1 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine aufgeweitete Masteroszillator-Leistungsverstärker-Diode (MOPA-Diode) illustriert.
2A-2C sind Diagramme, die sich auf eine oder mehrere Beispielimplementierungen eines monolithischen MOPA-Diodenchips beziehen, der multiple gitterverriegelte Einmodenoszillatoren umfasst, die in eine geteilte Verstärkerregion gekoppelt sind.
3A-3C sind Diagramme, die sich auf eine oder mehrere Beispielimplementierungen eines monolithischen MOPA-Diodenchips beziehen, der multiple gitterverriegelte Einmodenoszillatoren umfasst, die in eine geteilte Verstärkerregion gekoppelt sind, die eine aufgeweitete Geometrie aufweist.
4-6 sind Diagramme, die eine oder mehrere Beispielimplementierungen eines monolithischen MOPA-Diodenchips illustrieren, der multiple gitterverriegelte Einmodenoszillatoren umfasst, die in eine Verstärkerregion gekoppelt sind.
7 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Multichip-Packungsstruktur illustriert.
8 ist ein Diagramm, das eine Beispielimplementierung einer Wellenlängen-Strahlenkombinator-Konfiguration (WBC-Konfiguration, WBC = wavelength beam combiner) unter Verwendung eines monolithischen MOPA-Diodenchips illustriert, der multiple gitterverriegelte Einmodenoszillatoren umfasst, die in eine geteilte Verstärkerregion gekoppelt sind.
9A-9B sind Diagramme, die eine oder mehrere Beispielimplementierungen einer Multichip-Packungsstruktur illustrieren, die eine WBC-Konfiguration mit multiplen monolithischen MOPA-Diodenchips, die in einer oder mehreren Chipbänken angeordnet sind, umfasst.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die nachfolgende detaillierte Beschreibung der beispielhaften Implementierungen bezieht sich auf die beiliegenden Zeichnungen. Die gleichen Bezugszeichen in den unterschiedlichen Zeichnungen kennzeichnen gleiche oder ähnliche Elemente.
Eine kostengünstige, hocheffiziente 976-Nanometer(nm)-verriegelte Multimodenpumpe mit hoher Helligkeit kann für das Pumpen von Kilowatt-Faserlasern (kW-Faserlasern) nützlich sein. Zum Beispiel kann das Pumpen einer mit Ytterbium (Yb) dotierten Faser auf einer schmalen Absorptionsbande mit 976 nm aufgrund einer ungefähr viermal höheren Absorption und überlegenen Photoneffizienz verglichen mit dem Pumpen einer breiten Absorption mit 920-960 nm nützlich sein. Das Pumpen einer Yb-dotierten Faser auf der schmalen Absorptionsbande mit 976 nm wird jedoch in der Praxis selten implementiert, weil herkömmliche nicht verriegelte Multimodenpumpen ein Emissionsspektrum aufweisen, das für die 976-nm-Absorptionsbande zu breit ist.
Neben der Tatsache, dass sie mit dem Yb-Pumpen mit 976 nm nicht gut übereinstimmen, sind herkömmliche nicht verriegelte Pumpen durch eine ungünstige Helligkeitsskalierung beschränkt, wenn ein Chip auf eine höhere Leistung skaliert wird. Die schlechte Skalierung ist auf verschiedene Faktoren zurückzuführen, einschließlich der Tatsache, dass ein Strahl dazu tendiert, in multiple scharfe räumliche Spitzen zu zerbrechen, die über eine Emissionsfacette verteilt sind (z. B. bei einem als Filamentierung bekannten Phänomen). Darüber hinaus ist die Chipbetriebsleistung, da die maximale Chipbetriebsleistung typischerweise durch die Spitzenintensität auf der Facette beschränkt ist (z. B. eine Schwelle einer katastrophalen optischen Beschädigung), durch die Intensität der Spitzen anstatt durch die Gesamtdurchschnittsleistung über die Apertur beschränkt. Des Weiteren würde sich dann, falls die Chipbetriebsleistung durch Vergrößern der Emitterbreite (z. B. in einem Bereich von 100-200 Mikrometer (µm)) hochskaliert werden würde, die Chiphelligkeit mit einer ungünstigen Rate verschlechtern. Zum Beispiel vergrößert die vergrößerte Emitterfläche die Nahfeldgröße, und die Fernfeldgröße wird aufgrund der vergrößerten Breite ebenfalls vergrößert, wodurch die Thermallinsenstärke des Emitters vergrößert wird. Diese und/oder andere Faktoren können die Chiphelligkeit wesentlich verschlechtern, selbst wenn die Leistung hochskaliert wird.
Existierende wellenlängenverriegelte Multimodenpumpen sind, während sie generell für das Laserpumpen mit schmaler Wellenlänge effektiv sind, für den großen kW-Faserlasermarkt kostspielig. Diese Pumpen verwenden ein externes Volumen-Bragg-Gitter (VBG) für die Wellenlängenverriegelung sowie einen Polarisierungsstrahlenkombinator (polarization beam combiner, PBC) zur Helligkeitsverbesserung, die beide wesentliche Komponentenkosten sowie optische Verluste in der Größenordnung von -5-10 % pro Stück hinzufügen, wodurch sich die Kosten pro Watt wesentlich vergrößern. Darüber hinaus vergrößert die durch das VBG in den Diodenchip zur Verriegelung zurückgekoppelte optische Leistung die Facettenlast und ist es erforderlich, dass der Chip mit einem niedrigeren Leistungspegel betrieben wird als in einer nicht verriegelte Pumpe. Während eine herkömmliche nicht verriegelte Pumpe über eine Nennleistung von etwa 200 Watt (W) verfügen kann, kann daher zum Beispiel eine vergleichbare verriegelte Pumpe sowohl pro Einheit teurer sein als auch über eine Nennleistung von nur etwa 150 W verfügen und daher mit viel höheren Kosten pro Watt Pumpenleistung verbunden sein. Auch wenn die Vorteile der verriegelten Wellenlänge berücksichtigt werden, können solche Pumpen für kW-Anwendungen nicht kosteneffektiv sein und haben diese deshalb keine breite Akzeptanz oder Verwendung gefunden.
Eine andere existierende Wellenlängenverriegelungstechnologie verwendet ein auf eine Multimodendiode geschriebenes Gitter. Herkömmliche Gitterdesigns stellen jedoch verschiedene Herausforderungen dar, einschließlich einer Notwendigkeit für ein modifiziertes epitaxiales Design, das weniger effizient und weniger zuverlässig als das epitaxiale Design ist, das bei nicht verriegelten Chips verwendet wird. Zusätzliche Designherausforderungen umfassen eine höhere Empfindlichkeit der Gitterreflektivität gegenüber der Gitterform, ein schmales Verarbeitungsfenster und eine Beschränkung mit der Produktion von nur gleichmäßigen Gitterteilungen, wodurch nicht gleichmäßige Gitterdesigns, die Performancevorteile bieten, ausgeschlossen werden. Als Resultat sind existierende Technologien, die ein auf eine Multimodendiode geschriebenes Gitter verwenden, für kW-Anwendungen ebenfalls nicht kosteneffektiv. Darüber hinaus leiden beide Arten von wellenlängenverriegelten Pumpen an den gleichen Leistungsskalierungsbeschränkungen wie herkömmliche nicht verriegelte Pumpen.
1 illustriert ein Beispiel 100 für eine aufgeweitete Masteroszillator-Leistungsverstärker-Diode (MOPA-Diode (oder einen Halbleiterlaser), die als ein anderes wellenlängenverriegeltes Diodendesign verwendet werden kann. Wie in 1 gezeigt, umfasst die aufgeweitete MOPA-Diode einen Masteroszillator 110, ein oder mehrere chipinterne Gitter 112, 114 und einen aufgeweiteten Verstärker 120. Wie in 1 gezeigt, kann der Masteroszillator 110 ein Einmodenoszillator, definiert durch zwei Gitter 112, 114, sein oder kann in anderen Fällen das Gitter 112 durch eine Beschichtung mit hoher Reflektivität ersetzt werden. Der Masteroszillator 110 kann einen Strahl generieren, der über das zentrale Gitter 114 und in eine gepumpte Verstärkungsregion 122 des aufgeweiteten Verstärkers 120 gekoppelt wird, wo dem Strahl erlaubt wird, zu einer Größe zu expandieren, die größer ist als innerhalb eines reinen Einmodenoszillators tragbar wäre. Zum Beispiel weist die gepumpte Verstärkungsregion 122 eine aufgeweitete Geometrie auf (z. B. eine „Trompetenaufweitung“), wobei die gepumpte Verstärkungsregion 122 eine erste Breite an einem Eingangsende (z. B. nahe dem zentralen Gitter 114), die im Wesentlichen mit der Breite des Ausgangs des Masteroszillators 110 übereinstimmt, und eine zweite Breite an einem Ausgangsende, die im Wesentlichen breiter als die erste Breite ist, aufweist. Typischerweise stimmt die Vergrößerung der Breite in der gepumpten Verstärkungsregion 122 des aufgeweiteten Verstärkers 120 mit der Divergenz des durch den Masteroszillator 110 übertragenen Strahls überein oder ist nur etwas größer als diese. Der Ausgang von dem aufgeweiteten Verstärker 120 kann über eine Ausgangsfacette 130 gehen, die eine antireflektive Beschichtung (AR-Beschichtung) aufweisen kann. Generell kann die in 1 gezeigte MOPA-Diode einen Ausgang produzieren, der nominell nahezu Einmoden ist und daher von einer viel besseren Strahlenqualität ist als die oben beschriebenen verriegelten Multimodendioden. Der Strahl wird jedoch typischerweise durch die Thermallinse des Verstärkers sowie durch nicht gleichmäßige Amplifikation und durch Astigmatismus in gewissem Maß verzerrt. Zusätzliche Herausforderungen umfassen, dass die Verstärkerfläche und somit die Ausgangsleistung kleiner als bei Multimodendioden sind und dass die Effizienz niedrig ist, da die Verstärkerverstärkung für eine optimale Extraktion nicht gleichmäßig gesättigt wird. Demgemäß besteht eine Notwendigkeit für eine kostengünstige, hocheffiziente, wellenlängenverriegelte Multimodenpumpe mit hoher Helligkeit.
Einige hierin beschriebenen Implementierungen beziehen sich auf ein monolithisches Diodenchipdesign, das multiple gitterverriegelte Einmodenoszillatoren umfasst, die in eine Verstärkerregion gekoppelt sind. In einigen Implementierungen umfasst der monolithische Diodenchip ein Oszillatorarray, das mindestens zwei Einmodenseedoszillatoren aufweist. Das Oszillatorarray kann zum Beispiel in einigen Implementierungen zwischen fünf und dreißig Einmodenseedoszillatoren umfassen, kann einhundert oder mehr Einmodenseedoszillatoren umfassen oder kann eine andere geeignete Zahl von Einmodenseedoszillatoren umfassen. In einigen Implementierungen können die Einmodenseedoszillatoren eine Beschichtung mit hoher Reflektivität (HR-Beschichtung) oder ein Gitter an oder nahe einer ersten (z. B. hinteren) Chipfacette und ein oder mehrere Gitter an oder nahe dem anderen Ende des Oszillatorarrays umfassen. Darüber hinaus oder alternativ kann der monolithische Diodenchip ein einzelnes Gitter umfassen, das sich fast oder vollständig über das Oszillatorarray erstreckt, wie bei einem Laser mit verteilter Rückkopplung. In beiden Fällen sind die Oszillatoren in dem Oszillatorarray allesamt konfiguriert, um einen Seedstrahl in eine geteilte, breitflächige Verstärkerstruktur zu übertragen, die mit einer zweiten (z. B. vorderen) Chipfacette abgeschlossen ist, die mit einer Beschichtung mit niedriger Reflektivität (z. B. einer ultraantireflektiven Beschichtung (UAR-Beschichtung)) beschichtet ist. Die Seedstrahlen von den Oszillatoren können divergieren, wenn die Seedstrahlen in den Verstärker eintreten, und werden schnell beginnen, sich zu überlappen. Wenn zum Beispiel die Seedstrahlen in den Verstärker eintreten, kann jeder jeweilige Seedstrahl divergieren und sich mit einem oder mehreren benachbarten Strahlen überlappen. Auf diese Weise können die Seedstrahlen gemeinsam die Verstärkerregion komplett und gleichmäßig füllen (z. B. deckt die von den Seedstrahlen eingenommene aggregierte Fläche die komplette Fläche des Verstärkers ab). Da die verschiedenen Seedstrahlen beim Eintreten in den Verstärker schnell divergieren und sich miteinander überlappen können, kann die Verstärkerregion des Weiteren ein gleichmäßigeres optisches Profil über eine laterale Richtung aufweisen und/oder kann ein gleichmäßigeres Nahfeld bereitstellen. In einigen Implementierungen können die Gitter unterschiedliche Teilungen aufweisen, sodass zum Beispiel die Ausgangswellenlängen lateral gechirpt sind, was die Verwendung einer Wellenlängen-Strahlenkombination (wavelength beam combining, WBC) ermöglicht, um die Helligkeit des monolithischen Diodenchips zu verbessern. Des Weiteren ermöglicht die Verwendung von WBC eine Leistungsskalierung des monolithischen Diodenchips ohne Verzicht auf Helligkeit, was zu wesentlichen Kostensparvorteilen führen kann.
2A-2C sind Diagramme, die sich auf eine oder mehrere Beispielimplementierungen eines monolithischen MOPA-Diodenchips 200 beziehen, der multiple gitterverriegelte Einmodenoszillatoren 210 umfasst, die in eine geteilte Verstärkerstruktur 220 gekoppelt sind. Wie in 2A gezeigt, können die Einmodenoszillatoren 210 Folgendes umfassen: eine erste (z. B. hintere) Facette, die eine HR-Beschichtung 230 aufweist, und/oder ein hinteres Gitter (nicht gezeigt) an oder nahe der ersten Facette, die an einer zweiten Facette (z. B. Emissionsfacette oder Ausgangsfacette), die eine UAR-Beschichtung 250 (oder eine andere geeignete Beschichtung mit niedriger Reflektivität) aufweist, abgeschlossene geteilte Verstärkerstruktur 220, ein Oszillatorarray, das die multiplen Einmodenoszillatoren 210 umfasst, die mit der ersten Facette gekoppelt sind, und ein oder mehrere Gitter 240, die an einer Schnittstelle zwischen den multiplen Einmodenoszillatoren 210 und der geteilten Verstärkerstruktur 220 liegen (z. B. um Rückkopplung an die Einmodenoszillatoren 210 bereitzustellen). In 2A werden zum Beispiel multiple Gitter 240 an der Schnittstelle zwischen jedem jeweiligen Einmodenoszillator 210 und der geteilten Verstärkerstruktur 220, die eine nicht aufgeweitete Geometrie in 2A aufweist, bereitgestellt. Alternativ kann sich in einigen Implementierungen ein einzelnes Gitter 240 vollständig oder fast über die Oszillatoren 210 in dem Oszillatorarray erstrecken, wie bei einem Laser mit verteilter Rückkopplung.
In einigen Implementierungen können, wie hierin beschrieben, die Einmodenoszillatoren 210 in dem Oszillatorarray konfiguriert sein, um multiple Seedstrahlen zu generieren, und die multiplen Einmodenoszillatoren 210 können die multiplen Seedstrahlen über die Gitter 240 und in die Verstärkerstruktur 220 übertragen. Das Oszillatorarray kann zum Beispiel generell N Einmodenoszillatoren 210 umfassen, wobei N eine ganze Zahl ist, die einen Wert aufweist, der größer als oder gleich zwei (2) ist. Demgemäß können die N Einmodenoszillatoren 210 N Seedstrahlen generieren, die in 2A als Teilstrahlen, nummeriert von 1 bis N, gezeigt werden. In einigen Implementierungen können die N Einmodenoszillatoren 210 allesamt die geteilte breitflächige Verstärkerstruktur 220 seeden, wobei die durch die Einmodenoszillatoren 210 übertragenen Seedstrahlen divergieren können, wenn die Seedstrahlen in die Verstärkerstruktur eintreten. Da die Verstärkerstruktur 220 eine breitere Breite als die individuellen Einmodenoszillatoren 210 aufweist, können zum Beispiel die Seedstrahlen beim Eintreten in die Verstärkerstruktur 220 divergieren (z. B. sich streuen) und können schnell beginnen, sich zu überlappen. Wenn zum Beispiel die Seedstrahlen in den Verstärker eintreten, kann jeder jeweilige Seedstrahl divergieren und sich mit einem oder mehreren benachbarten Strahlen überlappen. Da die verschiedenen Seedstrahlen beim Eintreten in die Verstärkerstruktur 220 schnell divergieren und sich miteinander überlappen können, können auf diese Weise die Seedstrahlen gemeinsam die Verstärkerregion komplett und gleichmäßig füllen, und die Verstärkerregion kann ein gleichmäßigeres optisches Profil über eine laterale Richtung aufweisen und/oder kann ein gleichmäßigeres Nahfeld bereitstellen. Zum Beispiel können die durch die verschiedenen Einmodenoszillatoren 210 übertragenen Seedstrahlen eine gleichmäßige Strahlenbreite aufweisen, sodass jeder Seedstrahl die gleiche Fläche innerhalb der Verstärkerstruktur 220 einnimmt, und eine durch alle der Seedstrahlen eingenommene aggregierte Fläche kann die komplette Fläche der Verstärkerstruktur 220 abdecken. Des Weiteren weist, in 2, die Verstärkerstruktur 220 eine nicht aufgeweitete Geometrie auf (z. B. dieselbe Breite an einem Eingangsende und einem Ausgangsende), wobei ein Abschnitt der Seedstrahlen, der zu den Flanken der Verstärkerstruktur 220 expandiert, entweder trunkiert (z. B. wie bei einer verstärkungsgeführten Multimodendiode) oder in die Mitte des Wellenleiters zurück reflektiert wird (z. B. wie bei einer indexgeführten Multimodendiode).
In einigen Implementierungen stellt das Design des in 2A gezeigten monolithischen MOPA-Diodenchips 200 verschiedene Vorzüge gegenüber existierenden Technologien bereit. Zum Beispiel können aufgrund der größeren Gesamtseedleistung von den multiplen Einmodenoszillatoren 210 sowie der größeren Gleichmäßigkeit aufgrund der überlappenden expandierenden Strahlen von den Einmodenoszillatoren 210 die überlappenden Seedstrahlen eine Verstärkung von der Verstärkerstruktur 220 effizienter als herkömmliche aufgeweitete MOPAs mit einem einzelnen Seed extrahieren. Des Weiteren kann, da die Seedstrahlen zueinander inkohärent sind (was durch Schreiben der Gitter mit unterschiedlichen Wellenlängen innerhalb des Zielbandes, wie etwa zwischen 973 nm und 979 nm verteilt, erzwungen werden kann), jeder Seedstrahl unabhängig über die Verstärkerstruktur 220 als ein gleichmäßiger Einmodenstrahl verlaufen, und die Gesamtleistung über die ganze Verstärkerstruktur 220 (und insbesondere auf der Austrittsfacette) kann höchst gleichmäßig und frei von Filamentierung gehalten werden. Zum Beispiel illustriert 2B ein Kurvendiagramm 260, das die Reduzierung oder Eliminierung der Filamentierung durch den monolithischen MOPA-Diodenchip 200 zeigt. Zum Beispiel illustriert in 2B die Kurve 262 ein Facettenquerintensitätsprofil für einen typischen filamentierten Strahl von einem herkömmlichen Multimodenemitter, wobei der Strahl multiple scharfe räumliche Spitzen umfasst, die über die Emissionsfacette verteilt sind. Im Gegensatz dazu illustriert die Kurve 264 ein Facettenquerintensitätsprofil für den monolithischen MOPA-Diodenchip 200, das eine stabile Intensität umfasst, die im Wesentlichen frei von räumlichen Spitzen über die Emissionsfacette ist.
In einigen Implementierungen können, wie oben beschrieben, die multiplen Einmodenoszillatoren 210 jeweilige Seedstrahlen (oder „Teilstrahlen“) in die Verstärkerstruktur 220 über die Gitter 240 übertragen. Des Weiteren können, um sicherzustellen, dass die Seedstrahlen zueinander inkohärent sind, sodass die Seedstrahlen unabhängig über die Verstärkerstruktur 220 verlaufen und die Gesamtleistung auf der Emissionsfacette höchst gleichmäßig und frei von Filamentierung ist, die Seedstrahlen mit einem Gitterteilungsmuster innerhalb eines Zielbandes assoziiert sein, und die Gitter 240 können mit unterschiedlichen entsprechenden Wellenlängen innerhalb des Zielbandes geschrieben werden. Zum Beispiel kann in einigen Implementierungen das Zielband Wellenlängen umfassen, die zwischen 973 nm und 979 nm verteilt sind, wobei ein Seedstrahl, der den niedrigsten numerischen Index aufweist (z. B. 1, 2, ... N), eine niedrigste Wellenlänge aufweisen kann, und ein Seedstrahl, der den höchsten Index aufweist, eine höchste Wellenlänge aufweisen kann, oder umgekehrt. Des Weiteren können Wellenlängen von Seedstrahlen, die Zwischenindexe aufweisen, innerhalb des Zielbandes gemäß dem Gitterteilungsmuster bestimmt werden. Zum Beispiel kann in einigen Implementierungen ein erstes Gitterteilungsmuster mit lateral gleichmäßigen Teilungsänderungen assoziiert sein oder kann ein zweites Gitterteilungsmuster mit den größtmöglichen Teilungsänderungen assoziiert sein, während alle Teilungen eine Teilstrahlenpumpwellenlänge in einem Zielbereich (z. B. 976 nm ± 3 nm) bewahren. Generell kann das erste Gitterteilungsmuster (mit lateral gleichmäßigen Teilungsänderungen) für ein lateral gleichmäßiges Farbchirpen nützlich sein und kann das zweite Gitterteilungsmuster (mit der größtmöglichen Teilungsänderung zwischen benachbarten Seedstrahlen) für unabhängigeres Seedpumpen und somit für eine größere Reduzierung der Filamentierung nützlich sein.
Zum Beispiel illustriert 2C ein beispielhaftes Kurvendiagramm 270, das eine Pumpwellenlänge für unterschiedliche Seedstrahlen (oder Teilstrahlen) zeigt. Insbesondere illustriert das Kurvendiagramm 270 eine erste Kurve 272 für das erste Gitterteilungsmuster, mit lateral gleichmäßigen Gitteränderungen, die für ein lateral gleichmäßiges Farbchirpen nützlich sind. Darüber hinaus illustriert das Kurvendiagramm 270 eine zweite Kurve 274 für das zweite Gitterteilungsmuster, mit den größtmöglichen Teilungsänderungen, während alle Teilungen eine Teilstrahlenpumpwellenlänge einem Bereich von 976 nm ± 3 nm bewahren, was für inkohärentes Pumpen nützlich ist. Als Resultat der verringerten Filamentierung kann der monolithische MOPA-Diodenchip 200 mit einer höheren Gesamtleistung als ein herkömmlicher Emitter arbeiten, ohne eine Schwelle einer katastrophalen optischen Beschädigungsintensität zu erreichen.
Wie oben angegeben, sind 2A-2C als Beispiele bereitgestellt. Andere Beispiele können sich von den in Bezug auf 2A-2C beschriebenen unterscheiden. Zum Beispiel die Zahl und Anordnung von den in 2A-2C gezeigten Komponenten werden als Beispiele bereitgestellt. In der Praxis können zusätzliche Komponenten, weniger Komponenten, unterschiedliche Komponenten oder unterschiedlich angeordnete Komponenten vorliegen, als in 2A-2C gezeigt wird. Des Weiteren können zwei oder mehr in 2A-2C gezeigte Komponenten innerhalb einer einzelnen Komponente implementiert sein oder eine in 2A-2C gezeigte Komponente kann als multiple, verteilte Komponenten implementiert sein. Darüber hinaus oder zusätzlich kann ein in 2A-2C gezeigter Satz Komponenten eine oder mehrere Funktionen durchführen, bei denen beschrieben wird, dass sie durch einen in 2A-2C gezeigten anderen Satz durchgeführt werden.
3A-3C sind Diagramme, die sich auf eine oder mehrere Beispielimplementierungen eines monolithischen MOPA-Diodenchips 300 beziehen, der multiple gitterverriegelte Einmodenoszillatoren 310 umfasst, die in eine geteilte Verstärkerstruktur 320 gekoppelt sind, die eine aufgeweitete Geometrie aufweist. Zum Beispiel kann, wie in 3A gezeigt, der MOPA-Diodenchip 300 eine ähnliche Struktur wie der in 2A gezeigte MOPA-Diodenchip 200 aufweisen, einschließlich einer ersten (z. B. hinteren) Facette, die eine HR-Beschichtung 330 aufweist, und/oder eines Gitters (nicht gezeigt) an oder nahe der ersten Facette, einer an einer zweiten Facette (z. B. Emissionsfacette oder Ausgangsfacette), die eine UAR-Beschichtung 350 (oder eine andere geeignete Beschichtung mit niedriger Reflektivität) aufweist, abgeschlossenen geteilten Verstärkerstruktur 320, eines Oszillatorarrays, das die multiplen Einmodenoszillatoren 310 umfasst, und eines Gitterarrays, das ein oder mehrere Gitter 340 umfasst, die die multiplen Einmodenoszillatoren 310 in die geteilte Verstärkerstruktur 320 koppeln. Während jedoch die Verstärkerstruktur 220 in dem MOPA-Diodenchip 200 eine nicht aufgeweitete Geometrie aufweist, die bewirkt, dass Seedstrahlen, die an den Flanken expandieren, trunkiert oder reflektiert werden, weist der in 3A gezeigte MOPA-Diodenchip 300 eine aufgeweitete Geometrie auf, die den Seedstrahlen erlaubt, zu expandieren, ohne durch die Flanken der aufgeweiteten Verstärkerstruktur 320 trunkiert oder reflektiert zu werden.
Zum Beispiel kann, wie in 3A gezeigt, die Verstärkerstruktur 320 aufgeweitet sein, sodass jeder Seedstrahl frei über die Verstärkerstruktur 320 ohne laterale Reflexion und/oder mit reduzierter Trunkierung expandieren kann. Das mit jedem jeweiligen Oszillator 310 gekoppelte Gitter 340 kann mit einer unterschiedlichen Wellenlänge geschrieben werden und die Wellenlängen können monoton und gleichmäßig von einer kürzesten Wellenlänge auf einer Seite des Arrays bis zu einer längsten Wellenlänge auf der anderen Seite variieren (z. B. ist das Array gemäß einem Gitterteilungsmuster „räumlich gechirpt“, Beispiele dafür werden in 2C gezeigt). Der in 3A veranschaulichte Wellenlängenbereich (z. B. von 973 nm bis 979 nm) stimmt grob mit der Breite der 976-nm-Absorptionsbande in Yb überein und repräsentiert daher ungefähr die größte Wellenlängenstreuung, die für das Pumpen von Yb bevorzugt wäre. Die streuenden Strahlen der kürzesten und längsten Wellenlängenseeds werden durch die Bezugszeichen 360 bzw. 362 veranschaulicht und die Zwischenstrahlen können zwischen den streuenden Strahlen der kürzesten und längsten Wellenlängenseeds verteilt sein.
Auf diese Weise weist der in 3A gezeigte MOPA-Diodenchip 300, aufgrund der freien Expansion der aufgeweiteten Verstärkerstruktur 320, ein Design auf, das jedem Seedstrahl ermöglichen kann, eine virtuelle Einmodenquelle an der Spitze des entsprechenden Einmodenoszillators 310 aufrechtzuerhalten, wobei ein Diffraktionsgitter (oder eine ähnliche dispersive Komponente), das mit dem räumlichen Chirp des Oszillatorarrays optisch übereinstimmt, stromabwärts von dem MOPA-Diodenchip 300 (z. B. stromabwärts von der Emissionsfacette) verwendet werden kann, um die Strahlen übereinander in einer Form einer Wellenlängen-Strahlenkombination (WBC) zu repositionieren. Bei einer idealen Limitierung könnte eine solche WBC-Vorrichtung einen echten räumlichen Einmodenausgang aufweisen, der viele Wellenlängen abdeckt, mit einer Gesamtleistung, die gleich oder größer als ein herkömmlicher Multimodenemitter ist. Als Einmodenemitter kann der MOPA-Diodenchip 300 eine effektive Emittierfläche in der Größenordnung von ein paar Mikrometer aufweisen, verglichen mit ≥ 100 Mikrometer für einen typischen Multimodenemitter. Demgemäß kann die Helligkeit des MOPA-Diodenchips 300 um ein Vielfaches höher als ein herkömmlicher Multimodenemitter sein. Darüber hinaus kann der MOPA-Diodenchip 300 durch Hinzufügen von Oszillatoren 310 zu dem Oszillatorarray und Vergrößern der Emittierbreite leistungsskaliert werden, ohne die Helligkeit wie bei herkömmlichen Multimodenemittern zu verschlechtern.
3B und 3C illustrieren Kurvendiagramme 370, 380 basierend auf einer Simulation einer Vorrichtung mit fünfzehn (15) Oszillatoren in einem Array, das 220 Mikrometer breit ist, wobei die Verstärkerstruktur auf 440 Mikrometer konisch zuläuft (oder aufgeweitet wird). Zum Beispiel umfasst, wie in 3B gezeigt, das Kurvendiagramm 370 eine erste Kurve 372, um eine Gesamtausgangsintensität für die durch die fünfzehn Oszillatoren generierten fünfzehn Seedstrahlen zu repräsentieren, und einen Satz Kurven 374, um die Ausgangsintensität für jeden individuellen Seedstrahl zu repräsentieren. Des Weiteren repräsentiert, wie in 3C gezeigt, das Kurvendiagramm 380 die Intensitäten von jedem individuellen Seedstrahl, die mit einer virtuellen Taille abgebildet sind (z. B. eine Stelle, an der eine Breite des Seedstrahls am schmalsten ist, typischerweise am Lancierungspunkt, wo der Seedstrahl in die aufgeweitete Verstärkerstruktur 320 eintritt). Die in 3B-3C gezeigten Intensitäten umfassen thermische und Verstärkungssättigungseffekte und die Seedstrahlen sind am Ausgang von der aufgeweiteten Verstärkerstruktur 320 gut überlappt und an der Abbildung der virtuellen Taille gut getrennt.
In einigen Fällen kann eine gewisse Strahlenverzerrung, Lenkung und/oder Verschiebung der Strahlen während der Übertragung über die Verstärkerstruktur 320 aufgrund von Effekten, wie etwa Thermallinseneffekt, Träger-Dichte-Variationen und Verstärkungssättigung, neben anderen Beispielen, vorliegen. Darüber hinaus oder alternativ werden die Gitterwellenlängen möglicherweise nicht perfekt gesteuert. Demgemäß kann ein WBC ausgelegt sein, um die Helligkeit des MOPA-Diodenchips 300 gegenüber herkömmlichen Multimodenemittern wesentlich zu verbessern (z. B. durch Verdoppeln der Helligkeit oder äquivalent Reduzieren der effektiven Emittierbreite durch einen Faktor von zwei oder mehr, relativ zur tatsächlichen Emitterbreite). Darüber hinaus gibt es verschiedene Verbesserungen, die an dem MOPA-Diodenchip 300 vorgenommen werden können, um eine Strahlenverschlechterung zu minimieren und generell die Performance zu optimieren.
Zum Beispiel kann in einigen Implementierungen eine elektrische Kontaktfläche der Verstärkerstruktur 320 gemustert sein, um eine gewünschte räumliche Variation der Trägerinjektion und somit der optischen Verstärkung zu erreichen. Insbesondere kann, falls die optische Verstärkung quer über die Verstärkerstruktur 320 gleichmäßig ist, die Gesamtintensitätsverteilung an der Ausgangsfacette in der Mitte aufgrund der Überlappung von vielen Seedstrahlen an der Stelle sehr spitz sein. Demgemäß kann in einigen Implementierungen ein Querverstärkungsprofil verwendet werden, bei dem eine Verstärkung entlang einer Mitte der Verstärkerstruktur 320 relativ zu einer Verstärkung nahe einer Peripherie der Verstärkerstruktur 320 reduziert ist, wobei das Profil der Gesamtleistung über die ganze Verstärkerstruktur 320 und über die Ausgangsfacette ungefähr flach bleibt.
Darüber hinaus oder alternativ können in einigen Implementierungen die Regionen nahe der Gitter 340 ausgelegt sein, um nicht gepumpt zu werden, sodass die Gitterregionen auf einer konstanten Temperatur bleiben, während der Rest des MOPA-Diodenchips 300 gepumpt wird. Auf diese Weise können die Wellenlängen stabilisiert werden und kann die Strahlenqualität über WBC-Optiken stabil bleiben, auch wenn der Betriebstrom zwischen niedrigem und vollem Betriebsstrom variiert wird. In einigen Implementierungen werden die Gitterwellenlängen fein abgestimmt, sodass das Arraychirp nicht ganz gleichmäßig ist, um einen Querstrahlversatz, der durch die Verstärkerstruktur 320 bewirkt wird (z. B. über Thermallinseneffekt), vorab zu kompensieren oder diesem auf eine andere Weise entgegenzuwirken. In einigen Implementierungen können Lancierungspunkte der Oszillatoren 310 in die Verstärkerstruktur 320 positioniert oder auf eine andere Weise fein abgestimmt werden, um den Querstrahlversatz in der Verstärkerstruktur 320 zu berücksichtigen, und/oder in Längsrichtung abgestimmt werden, um den Linseneffekt (z. B. Variation der Linsenstärke) in der Verstärkerstruktur 320 zu berücksichtigen. In einigen Implementierungen können Lancierungsrichtungen der Oszillatoren 310 in die Verstärkerstruktur 320 fein abgestimmt werden, zum Beispiel durch Biegen der Oszillatoren 310 (obwohl an der hinteren Facette die Oszillatoren 310 möglicherweise senkrecht bleiben), um der Strahlenlenkung in der Verstärkerstruktur 320 entgegenzuwirken. Generell können, obwohl diese Verbesserungen in Bezug auf den in 3A gezeigten MOPA-Diodenchip 300 beschrieben werden, die gleichen oder ähnliche Verbesserungen auf jede Implementierung des hierin beschriebenen monolithischen MOPA-Diodenchips angewandt werden und sind diese besonders für WBC-Implementierungen relevant.
Wie oben angegeben, sind 3A-3C als Beispiele bereitgestellt. Andere Beispiele können sich von den in Bezug auf 3A-3C beschriebenen unterscheiden. Zum Beispiel die Zahl und Anordnung von den in 3A-3C gezeigten Komponenten werden als Beispiele bereitgestellt. In der Praxis können zusätzliche Komponenten, weniger Komponenten, unterschiedliche Komponenten oder unterschiedlich angeordnete Komponenten vorliegen, als in 3A-3C gezeigt wird. Des Weiteren können zwei oder mehr in 3A-3C gezeigte Komponenten innerhalb einer einzelnen Komponente implementiert sein oder eine in 3A-3C gezeigte Komponente kann als multiple, verteilte Komponenten implementiert sein. Darüber hinaus oder zusätzlich kann ein in 3A-3C gezeigter Satz Komponenten eine oder mehrere Funktionen durchführen, bei denen beschrieben wird, dass sie durch einen in 3A-3C gezeigten anderen Satz durchgeführt werden.
4-6 sind Diagramme, die eine oder mehrere Beispielimplementierungen von monolithischen MOPA-Diodenchips 400, 500, 600 illustrieren, die jeweils multiple gitterverriegelte Einmodenoszillatoren umfassen, die in eine Verstärkerregion gekoppelt sind.
Zum Beispiel kann, wie in 4 gezeigt, der MOPA-Diodenchip 400 eine ähnliche Struktur wie die oben detailliert beschriebenen MOPA-Diodenchips 200, 300 aufweisen, einschließlich einer ersten (z. B. hinteren) Facette, die eine HR-Beschichtung 430 aufweist, und/oder eines Gitters (nicht gezeigt) an oder nahe der ersten Facette, einer an einer zweiten Facette (z. B. Emissionsfacette oder Ausgangsfacette), die eine UAR-Beschichtung 450 (oder eine andere geeignete Beschichtung mit niedriger Reflektivität) aufweist, abgeschlossenen geteilten Verstärkerstruktur 420, eines Oszillatorarrays, das die multiplen Einmodenoszillatoren 410 umfasst, und eines Gitterarrays, das ein oder mehrere Gitter 440 umfasst, die die multiplen Einmodenoszillatoren 410 in die geteilte Verstärkerstruktur 420 koppeln. Wie jedoch in 4 gezeigt, können die Gitter 440 innerhalb der Verstärkerstruktur 420 liegen und können eine gekrümmte Geometrie aufweisen, um die divergierenden Seedstrahlen in jeweilige Wellenleiter zurück zu fokussieren. Auf diese Weise können die Einmodenoszillatoren 410 längere effektive Längen in die geteilte Verstärkerstruktur aufweisen, die die jeweilige Seedleistung von jedem Einmodenoszillator 310 vergrößern und die Struktur optisch stabiler machen können.
In einem anderen Beispiel kann, wie in 5 gezeigt, der MOPA-Diodenchip 500 eine ähnliche Struktur wie die oben detailliert beschriebenen MOPA-Diodenchips 200, 300 400 aufweisen, einschließlich einer ersten (z. B. hinteren) Facette, die eine HR-Beschichtung 530 aufweist, und/oder eines Gitters (nicht gezeigt) an oder nahe der ersten Facette, einer an einer zweiten Facette (z. B. Emissionsfacette oder Ausgangsfacette), die eine UAR-Beschichtung 550 (oder eine andere geeignete Beschichtung mit niedriger Reflektivität) aufweist, abgeschlossenen geteilten Verstärkerstruktur 520, eines Oszillatorarrays, das die multiplen Einmodenoszillatoren 510 umfasst, und eines Gitterarrays mit einem oder mehreren Gittern 540, die die multiplen Einmodenoszillatoren 510 in die geteilte Verstärkerstruktur 520 koppeln. Des Weiteren kann, in 5, der MOPA-Diodenchip 500 eine Struktur aufweisen, die in der Mitte gefaltet ist, sodass die Oszillatoren 510 und die Gitter 540 innerhalb der Verstärkerstruktur 520 eingebettet sind. Auf diese Weise kann der in 5 gezeigte MOPA-Diodenchip 500 eine Struktur aufweisen, die eine effizientere Verwendung der Chipfläche ermöglicht. Bei dem in 5 gezeigten Design sind die Einmodenoszillatoren 510 durch die HR-Beschichtung 530 an der hinteren Facette an einem Ende und durch hoch reflektive Gitter 540 am anderen abgeschlossen. Da sich die Wellenleiter nicht vollständig bis zu der HR-Beschichtung 530 erstrecken, umfassen die Oszillatoren 510 einen freien Expansionsabschnitt, und es wird nicht der ganze Oszillatorstrahl durch den Wellenleiter erneut eingefangen, wenn der Strahl von der HR-Beschichtung 530 zurückkehrt. Als Resultat sind die Oszillatoren 510 instabile Resonatoren und eine Ausgangskopplung von den Oszillatoren 510 kann dadurch definiert werden, wie viel des Signals aus dem Wellenleiter entweicht (und fortsetzt, die Verstärkerstruktur 520 zu seeden).
Wie hierin beschrieben können ein oder mehrere Designparameter für den monolithischen MOPA-Diodenchip bei unterschiedlichen Implementierungen variieren. Zum Beispiel kann der monolithische MOPA-Diodenchip sehr kurze Oszillatoren (z. B. 0,5 mm Länge) und eine lange Verstärkerstruktur (z. B. 5 mm Länge) verwenden, um eine maximale Leistung zu erreichen. In einem anderen Beispiel kann die Vorrichtung lange Oszillatoren verwenden, die sich fast über die volle Länge des Chips erstrecken (z. B. 5 mm Länge), mit einer sehr kurzen Verstärkerstruktur (z. B. 0,5 mm Länge), wobei sich jeder Seedstrahl nur mit einem nächsten Nachbar oder nächsten Nachbarn überlappt, um eine relativ gleichmäßige Leistungsverteilung an der Ausgangsfacette zu bilden.
Demgemäß illustriert 6 ein Beispieldesign für einen monolithischen MOPA-Diodenchip 600, das den Freiheitsgrad verwendet, der bereitgestellt wird, wenn sich jeder Seedstrahl nur mit einem nächsten Nachbar oder nächsten Nachbarn überlappt, um eine relativ gleichmäßige Leistungsverteilung an der Ausgangsfacette zu bilden. Wie in 6 gezeigt, kann der MOPA-Diodenchip Folgendes umfassen: eine erste (z. B. hintere) Facette, die eine HR-Beschichtung 630 aufweist, und/oder ein Gitter (nicht gezeigt) an oder nahe der ersten Facette, eine an einer zweiten Facette (z. B. Emissionsfacette oder Ausgangsfacette), die eine UAR-Beschichtung 650 (oder eine andere geeignete Beschichtung mit niedriger Reflektivität) aufweist, abgeschlossene geteilte Verstärkerstruktur 620, ein Oszillatorarray, das multiple Einmodenoszillatoren 610 umfasst, die mit der ersten Facette gekoppelt sind, und ein Gitterarray, das ein oder mehrere Gitter 640 umfasst, die die multiplen Einmodenoszillatoren 610 in die geteilte Verstärkerstruktur 620 koppeln. Des Weiteren können sich die Oszillatoren 210 über einen Großteil der Länge des MOPA-Diodenchips 600 erstrecken und die Oszillatoren 210 können jeweils individuell von einer ersten Einmodenbreite an der hinteren Facette (z. B. 4 Mikrometer bei einer Wellenlänge von 976 nm) zu einer Breite in der Größenordnung von 10-20 µm am Anfang der Verstärkerstruktur 620 adiabatisch aufgeweitet sein, was wiederum kurz sein würde und nur eine minimale Überlappung von benachbarten Seeds bis zu einem Maß erlauben würde, das notwendig ist, um das Leistungsprofil an der Ausgangsfacette zu glätten. Auf diese Weise kann ein adiabatisch expandiertes Oszillatorarray die Ausgangsdivergenz und den Thermallinseneffekt in der Verstärkerstruktur 620 reduzieren, wodurch die Helligkeit wesentlich verbessert wird, potentiell in Verbindung mit Helligkeitsverstärkungen, die durch WBC erreicht werden. Des Weiteren können in einigen Implementierungen chipinterne Gitter 640 erster Ordnung oder zweiter Ordnung sein und können durch eine beliebige geeignete Technik gefertigt werden, einschließlich e-Strahllithografie, Nanoimprint-Lithografie und/oder holografische Lithografie, neben anderen Beispielen.
Wie oben angegeben, sind 4-6 als Beispiele bereitgestellt. Andere Beispiele können sich von den in Bezug auf 4-6 beschriebenen unterscheiden. Zum Beispiel die Zahl und Anordnung von den in 4-6 gezeigten Komponenten werden als Beispiele bereitgestellt. In der Praxis können zusätzliche Komponenten, weniger Komponenten, unterschiedliche Komponenten oder unterschiedlich angeordnete Komponenten vorliegen, als in 4-6 gezeigt wird. Des Weiteren können zwei oder mehr in 4-6 gezeigte Komponenten innerhalb einer einzelnen Komponente implementiert sein oder eine in 4-6 gezeigte Komponente kann als multiple, verteilte Komponenten implementiert sein. Darüber hinaus oder zusätzlich kann ein in 4-6 gezeigter Satz Komponenten eine oder mehrere Funktionen durchführen, bei denen beschrieben wird, dass sie durch einen in 4-6 gezeigten anderen Satz durchgeführt werden.
7 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Multichip-Packungsstruktur 700 illustriert, die für die Verwendung mit einer oder mehreren Implementierungen eines wie hierin beschriebenen monolithischen MOPA-Diodenchips geeignet sein kann. Wie in 7 gezeigt, kann die Multichip-Packungsstruktur 700 vierzehn (14) Emitter 720 umfassen, die in zwei gegenüberliegenden, versetzten Bänken 701, 702 angeordnet sind, die auf eine gestufte Oberfläche mit Befestigungsunterlagen 715 befestigt werden können, die elektrischen Kontakt zu den Emittern 720 und thermischen Kontakt zwischen den Emittern 720 und einer Stützbasis bereitstellen. Jeder Satz aus sieben Emittern 720 ist in der Höhe von dem höchsten bis zu dem niedrigsten, von links nach rechts gestaffelt. Die sieben Strahlen von jeder Chipbank 701, 702 gehen durch jeweilige Kollimatoren der schnellen Achse 714, die die Strahlen in Ebenen ihrer jeweiligen schnellen Achsen kollimieren, und die sieben Strahlen kreuzen die entgegengesetzten Strahlen und werden von 45°-Drehspiegeln 740 reflektiert, die die sieben Strahlen übereinander stapeln (nicht gezeigt). Zum Beispiel umfasst die Multichip-Packungsstruktur 700 zwei Reihen 711 und 712 von Strahlenkollimierungsreflektoren (beam collimating reflectors, BCR) 726 die mit einem jeweiligen Emitter 720 gekoppelt und optisch ausgerichtet sind, wobei jeder BCR 726 einen Kollimator der langsamen Achse (slow axis collimator SAC) 730 gefolgt von einem Drehspiegel 740 umfasst. Die zwei Sätze gestapelter Strahlen werden an einem PBC 786 kombiniert und anschließend in eine Ausgangsfaser 799 unter Verwendung einer Kopplungsoptik 788, wie etwa einer Kopplungslinse, fokussiert. In einigen Implementierungen kann unter Verwendung von lateral gechirpten MOPA-Chips als Emitter 720 ein WBC (z. B. wie in 8 gezeigt) verwendet werden, um die Strahlenqualität zu verbessern, wodurch zum Beispiel breiten Chips (z. B. 200 Mikrometer oder breiter) ermöglicht wird, in kleinere Ausgangsfasern, wie etwa Kernfasern von 105 µm or 135 µm (oder schmaler), zu koppeln.
Wie oben angegeben, ist 7 als Beispiel bereitgestellt. Andere Beispiele können sich von den in Bezug auf 7 beschriebenen unterscheiden. Zum Beispiel die Zahl und Anordnung von den in 7 gezeigten Komponenten werden als Beispiele bereitgestellt. In der Praxis können zusätzliche Komponenten, weniger Komponenten, unterschiedliche Komponenten oder unterschiedlich angeordnete Komponenten vorliegen, als in 7 gezeigt wird. Des Weiteren können zwei oder mehr in 7 gezeigte Komponenten innerhalb einer einzelnen Komponente implementiert sein oder eine in 7 gezeigte Komponente kann als multiple, verteilte Komponenten implementiert sein. Darüber hinaus oder zusätzlich kann ein in 7 gezeigter Satz Komponenten eine oder mehrere Funktionen durchführen, bei denen beschrieben wird, dass sie durch einen in 7 gezeigten anderen Satz durchgeführt werden.
8 ist ein Diagramm, das eine Beispielimplementierung 800 einer WBC-Konfiguration unter Verwendung eines monolithischen MOPA-Diodenchips 810 illustriert, der multiple gitterverriegelte Einmodenoszillatoren umfasst, die in eine geteilte Verstärkerregion gekoppelt sind. Zum Beispiel kann, wie hierin beschrieben, der MOPA-Diodenchip 810 ein Design aufweisen, das gleich oder ähnlich ist wie ein oder mehrere der oben detailliert beschriebenen MOPA-Diodenchips 200, 300, 400, 500, 600 (und/oder eine beliebige geeignete Kombination und/oder Variation davon). Wie in 8 gezeigt, kann gechirptes Licht von dem MOPA-Diodenchip 810 über eine FAC-Linse (FAC = fast axis collimator, Kollimator der schnellen Achse) 820 und eine SAC-Linse 830 mit einem dispersiven Element 840, in 8 als Übertragungsgitter gezeigt, gekoppelt werden. Generell kann das gechirpte Licht unterschiedliche Farbkomponenten umfassen (z. B. in 8 als Gradient gezeigt, der einen Wellenlängenbereich, Δλ, abdeckt). Wie gezeigt, kann jede unterschiedliche Farbkomponente des gechirpten Lichts (mit unterschiedlichen Strichmustern gezeigt) auf das dispersive Element 840 mit einem unterschiedlichen Einfallwinkel auftreffen (z. B. fallen). Mit geeignetem Chipdesign, geeigneter Dispersion und geeigneter SAC Fokuslänge überträgt das dispersive Element 840 jede Farbe mit einem korrekten Winkel, sodass die Ausgangsstrahlen miteinander ausgerichtet sind (z. B. mit einem Winkel θ₀ relativ zu dem dispersiven Element 840). Die ausgerichteten Ausgangsstrahlen werden dann durch eine Kollimationslinse 850 in eine Faser 860 fokussiert. Im Gegensatz zu existierenden WBC-Verfahren mit „geschlossener Schleife“ erfordert die in 8 gezeigte WBC-Konfiguration möglicherweise keine Rückmeldung an die Oszillatoren von dem dispersiven Element 840, was in einer höheren Effizienz und Zuverlässigkeit resultiert. In einigen Implementierungen können MOPA-Diodenchips 810 in einer ähnlichen Weise wie die in 7 gezeigte Multichip-Packungsstruktur 700 befestigt werden.
Wie oben angegeben, ist 8 als Beispiel bereitgestellt. Andere Beispiele können sich von den in Bezug auf 8 beschriebenen unterscheiden. Zum Beispiel die Zahl und Anordnung von den in 8 gezeigten Komponenten werden als Beispiele bereitgestellt. In der Praxis können zusätzliche Komponenten, weniger Komponenten, unterschiedliche Komponenten oder unterschiedlich angeordnete Komponenten vorliegen, als in 8 gezeigt wird. Des Weiteren können zwei oder mehr in 8 gezeigte Komponenten innerhalb einer einzelnen Komponente implementiert sein oder eine in 8 gezeigte Komponente kann als multiple, verteilte Komponenten implementiert sein. Darüber hinaus oder zusätzlich kann ein in 8 gezeigter Satz Komponenten eine oder mehrere Funktionen durchführen, bei denen beschrieben wird, dass sie durch einen in 8 gezeigten anderen Satz durchgeführt werden.
9A-9B sind Diagramme, die eine oder mehrere Beispielimplementierungen von Multichip-Packungsstrukturen illustrieren, die eine WBC-Konfiguration mit multiplen monolithischen MOPA-Diodenchips, die in einer oder mehreren Chipbänken angeordnet sind, umfassen. Zum Beispiel illustriert 9A ein Beispiel für eine Multichip-Packungsstruktur 900, die eine ähnliche Struktur wie die in 7 gezeigte aufweist, einschließlich einer Chipbank mit multiplen MOPA-Dioden, die in der Höhe gestapelt werden können. Während jedoch die Multichip-Packungsstruktur 700 in 7 Drehspiegel 740 umfasst, ist in 9A jeder Drehspiegel 740 durch ein Übertragungsgitter (TG) (angezeigt durch gestrichelte Linien in 9A) ersetzt. In einigen Implementierungen können die SAC-Linsen (SAC = slow-axis collimation) in 7 als Transformationslinse (TL) für WBC verwendet werden. In einigen Implementierungen kann eine Halbwellenplatte (HWP) auf die TL für eine höhere WBC-Effizienz folgen, oder die HWP kann in einigen Implementierungen ausgelassen werden. Wie in 9A weiter gezeigt, kann die Multichip-Packungsstruktur 900 eine oder mehrere Kopplungslinsen umfassen, wie etwa eine CFAC-Linse (CFAC =coupling fast axis collimation, Kopplung von Kollimation der schnellen Achse) und eine CSAC-Linse (CSAC = coupling slow axis collimation, Kopplung von Kollimation der langsamen Achse), die verwendet werden können, um multiple Strahlen in eine Faser zu koppeln. Obwohl in 9A nur eine Chipbank gezeigt wird, können zwei gegenüberliegende, versetzte Chipbänke auf eine ähnliche Weise wie in 7 gezeigt und oben beschrieben verwendet werden. Alternativ illustriert 9B eine beispielhafte Multichip-Packungsstruktur 950, bei der ein oder mehrere Drehspiegel verwendet werden und WBC durch ein einzelnes geteiltes Übertragungsgitter stromabwärts von dem Drehspiegel durchgeführt wird. In einigen Implementierungen können entweder eine Chipbank oder zwei Chipbänke verwendet werden. Wie in 9B gezeigt, werden zwei gegenüberliegende Bänke verwendet und kann in diesem Fall der PBC eliminiert werden und können die zwei Bänke an dem Übertragungsgitter räumlich kombiniert werden.
Wie oben angegeben, sind 9A-9B als Beispiele bereitgestellt. Andere Beispiele können sich von den in Bezug auf 9A-9B. beschriebenen unterscheiden. Zum Beispiel die Zahl und Anordnung von den in 9A-9B gezeigten Komponenten werden als Beispiele bereitgestellt. In der Praxis können zusätzliche Komponenten, weniger Komponenten, unterschiedliche Komponenten oder unterschiedlich angeordnete Komponenten vorliegen, als in 9A-9B. gezeigt wird. Des Weiteren können zwei oder mehr in 9A-9B gezeigte Komponenten innerhalb einer einzelnen Komponente implementiert sein oder eine in 9A-9B gezeigte Komponente kann als multiple, verteilte Komponenten implementiert sein. Darüber hinaus oder zusätzlich kann ein in 9A-9B gezeigter Satz Komponenten eine oder mehrere Funktionen durchführen, bei denen beschrieben wird, dass sie durch einen in 9A-9B gezeigten anderen Satz durchgeführt werden.
Die vorangehende Offenbarung stellt eine Illustration und Beschreibung bereit, sie ist aber nicht dazu gedacht, vollständig zu sein oder die Implementierungen genau auf die offenbarten Formen zu begrenzen. Modifikationen und Abwandlungen können in Anbetracht der obigen Offenbarung vorgenommen werden oder können von der Ausübung der Implementierungen erhalten werden. Des Weiteren können die hierin beschriebenen Implementierungen kombiniert werden, es sei denn, die vorangehende Offenbarung stellt ausdrücklich einen Grund bereit, warum eine oder mehrere Implementierungen nicht kombiniert werden können.
Wie hierin verwendet, kann sich das Erfüllen einer Schwelle, abhängig von dem Kontext, auf einen Wert beziehen, der größer als die Schwelle ist, größer als die oder gleich der Schwelle ist, kleiner als die Schwelle ist, kleiner als die oder gleich der Schwelle ist, gleich der Schwelle ist, nicht gleich der Schwelle ist, oder dergleichen.
Obwohl konkrete Kombinationen von Merkmalen in den Ansprüchen zitiert und/oder in der Patentschrift offenbart werden, sind diese Kombinationen nicht dazu gedacht, die Offenbarung von verschiedenen Aspekten zu begrenzen. In Wirklichkeit können viele dieser Merkmale auf eine Weise kombiniert werden, die in den Ansprüchen nicht zitiert und/oder in der Patentschrift offenbart wird. Obwohl jeder unten aufgelistete Anspruch direkt von nur einem Anspruch abhängen kann, umfasst die Offenbarung von möglichen Aspekten jeden abhängigen Anspruch in Kombination mit jedem anderen Anspruch im Satz Ansprüche. Wie hierin verwendet, bezieht sich ein Ausdruck, der sich auf „mindestens eines“ einer Liste von Artikeln bezieht auf eine beliebige Kombination dieser Artikel, einschließlich einzelner Elemente. Als Beispiel soll „mindestens eines von: a, b oder c“ a, b, c, a-b, a-c, b-c, und a-b-c sowie eine beliebige Kombination mit Vielfachen desselben Elements (z. B. a-a, a-a-a, a-a-b, a-a-c, a-b-b, a-c-c, b-b, b-b-b, b-b-c, c-c, und c-c-c oder eine andere Reihenfolge von a, b und c) abdecken.
Kein Element, kein Vorgang oder keine Anweisung sollten als absolut kritisch oder wesentlich ausgelegt werden, solange diese nicht ausdrücklich als solches beschrieben sind. Außerdem sollen, wie hierin verwendet, die Artikel „ein“, „eine“ und „eines“ ein oder mehrere Elemente umfassen und können synonym mit „ein oder mehr“ verwendet werden. Des Weiteren sollen, wie hierin verwendet, die Artikel „der“, „die“ „das“ ein oder mehrere Elemente umfassen, die in Verbindung mit den Artikeln „der“, „die“ „das“ genannt werden, und können synonym mit „das eine oder mehrere) verwendet werden. Des Weiteren soll, wie hierin verwendet, der Begriff „Satz“ ein oder mehrere Elemente umfassen (z. B. verwandte Elemente, nicht verwandte Elemente, oder eine Kombination von verwandten Elementen und nicht verwandten Elementen etc.) und kann synonym mit „ein oder mehr“ verwendet werden. Wenn nur ein Artikel beabsichtigt wird, wird der Begriff „nur ein“ oder eine ähnliche Sprache verwendet. Außerdem sollen, wie hierin verwendet, die Begriffe „aufweist“, „aufweisen“ oder dergleichen offene Begriffe sein. Des Weiteren soll der Begriff „basierend auf“ „basierend mindestens zum Teil auf“ bedeuten, solange dies nicht ausdrücklich anderweitig dargelegt wird. Wie hierin verwendet, soll der Ausdruck „oder“ inklusive sein, wenn er in einer Serie verwendet wird, und kann synonym mit „und/oder“ verwendet werden, solange dies nicht ausdrücklich anderweitig dargelegt wird (z. B. falls in Kombination mit „entweder“ oder „nur eines von“ verwendet).
Räumlich relative Ausdrücke wie „unter“, „unteres“, „über“, „oberes“ und dergleichen können darüber hinaus zur leichteren Beschreibung verwendet werden, um das Verhältnis eines Elements oder Merkmals mit (einem) anderen Element(en) oder Merkmal(en) zu beschreiben, wie in den Figuren dargestellt. Die räumlich relativen Ausdrücke sollen zusätzlich zu der in den Figuren veranschaulichten Orientierung unterschiedliche Orientierungen der Ausrüstung, der Vorrichtung und/oder des Elements bei Verwendung oder Betrieb einschließen. Die Vorrichtung kann anders orientiert sein (um 90 Grad und in anderen Orientierungen gedreht), und die hierin verwendeten räumlich relativen Deskriptoren können ebenfalls entsprechend ausgelegt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 63/201359 [0001]

Claims

Eine monolithische optische Vorrichtung, die Folgendes beinhaltet: eine erste Facette; ein oder mehrere vordere Gitter; eine mit einer zweiten Facette abgeschlossene Verstärkerstruktur; und ein mit der ersten Facette und mit dem einen oder den mehreren vorderen Gittern gekoppeltes Oszillatorarray, wobei das Oszillatorarray multiple Einmodenoszillatoren umfasst, die konfiguriert sind, um multiple Seedstrahlen zu generieren, und wobei die multiplen Einmodenoszillatoren in die Verstärkerstruktur gekoppelt sind, sodass die multiplen Einmodenoszillatoren die multiplen Seedstrahlen über das eine oder die mehreren vorderen Gitter und in die Verstärkerstruktur übertragen.
Monolithische optische Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei sich die multiplen Seedstrahlen innerhalb der geteilten Verstärkerstruktur erweitern, nachdem die multiplen Seedstrahlen über das eine oder die mehreren vorderen Gitter und in die Verstärkerstruktur übertragen werden.
Monolithische optische Vorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei die Verstärkerstruktur eine nicht aufgeweitete Geometrie aufweist, sodass ein oder mehrere Abschnitte der multiplen Seedstrahlen, die zu Flanken der Verstärkerstruktur expandieren, trunkiert oder zu einer Mitte der Verstärkerstruktur reflektiert werden.
Monolithische optische Vorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei die Verstärkerstruktur eine aufgeweitete Geometrie aufweist, die den multiplen Seedstrahlen erlaubt, innerhalb der Verstärkerstruktur zu expandieren.
Monolithische optische Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-4, wobei die multiplen Einmodenoszillatoren mit einer Beschichtung mit hoher Reflektivität oder einem hinteren Gitter an oder nahe der ersten Facette assoziiert sind und wobei die zweite Facette eine Beschichtung mit niedriger Reflektivität umfasst.
Monolithische optische Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-5, wobei das eine oder die mehreren vorderen Gitter konfiguriert sind, um unterschiedliche Wellenlängen gemäß einem Gitterteilungsmuster zu reflektieren.
Monolithische optische Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-6, wobei die Verstärkerstruktur eine elektrische Kontaktfläche umfasst, die gemäß einem Querverstärkungsprofil konfiguriert ist, um eine optische Verstärkung über die Verstärkerstruktur räumlich zu variieren.
Monolithische optische Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-7, wobei die multiplen Einmodenoszillatoren die multiplen Seedstrahlen in die Verstärkerstruktur an Lancierungspunkten übertragen, die positioniert sind, um eines oder mehrere von einem Querstrahlversatz oder Linseneffekt in der Verstärkerstruktur vorab zu kompensieren.
Monolithische optische Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-7, wobei die multiplen Einmodenoszillatoren die multiplen Seedstrahlen in die Verstärkerstruktur in Lancierungsrichtungen übertragen, die auf Strahlenlenkung in dem Verstärker basieren.
Monolithische optische Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-9, wobei das eine oder die mehreren vorderen Gitter innerhalb der Verstärkerstruktur liegen und eine Geometrie aufweisen, um die multiplen Seedstrahlen in jeweilige Wellenleiter zurück zu reflektieren.
Monolithische optische Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-10, wobei die multiplen Einmodenoszillatoren und das eine oder die mehreren Gitter innerhalb der Verstärkerstruktur eingebettet sind.
Monolithische optische Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-11, wobei sich die multiplen Einmodenoszillatoren adiabatisch entlang einer Länge von der ersten Facette zu Lancierungspunkten in die Verstärkerstruktur aufweiten.
Eine optische Baugruppe, die Folgendes beinhaltet: eine optische Vorrichtung, die multiple gitterverriegelte Einmodenoszillatoren umfasst, die konfiguriert sind, um multiple Seedstrahlen, die unterschiedliche Wellenlängen aufweisen, in eine geteilte Verstärkerstruktur zu übertragen, wobei sich die multiplen Seedstrahlen innerhalb der geteilten Verstärkerstruktur erweitern, um ein gechirptes Licht zu bilden, das durch die optische Vorrichtung emittiert wird; ein dispersives Element in einem optischen Pfad zwischen der Laserdiode und einer optischen Faser; und eine oder mehrere Kollimatorlinsen, die das gechirpte Licht mit dem dispersiven Element koppeln, wobei die multiplen Seedstrahlen, die die unterschiedlichen Wellenlängen aufweisen, auf das dispersive Element in unterschiedlichen Einfallwinkeln auftreffen, und wobei das dispersive Element angeordnet ist, um die multiplen Seedstrahlen in jeweiligen Winkeln zu übertragen, die bewirken, dass sich die multiplen Seedstrahlen in einem Ausgangsstrahl, der in die optische Faser eintritt, überlappen.
Optische Baugruppe gemäß Anspruch 13, die ferner Folgendes beinhaltet: eine Kollimatorlinse, die in dem optischen Pfad zwischen dem dispersiven Element und der optischen Faser positioniert ist, wobei die Kollimatorlinse den Ausgangsstrahl in die optische Faser fokussiert.
Optische Baugruppe gemäß Anspruch 13 oder Anspruch 14, wobei das dispersive Element optisch an einen räumlichen Chirp der multiplen gitterverriegelten Einmodenoszillatoren angepasst ist.
Optische Baugruppe gemäß einem der Ansprüche 13-15, wobei die optische Baugruppe eine erste Facette umfasst, die eine Beschichtung mit hoher Reflektivität aufweist, und wobei das gechirpte Licht durch die optische Vorrichtung über eine zweite Facette, die eine Beschichtung mit niedriger Reflektivität aufweist, übertragen wird.
Eine Packungsstruktur, die Folgendes beinhaltet: mindestens eine Reihe von multiplen optischen Vorrichtungen, die in der Höhe versetzt sind, wobei die multiplen optischen Vorrichtungen jeweils Folgendes umfassen: eine mit einer Emissionsfacette abgeschlossene Verstärkerstruktur; ein Oszillatorarray, das multiple Oszillatoren umfasst; und ein Gitterarray, das ein oder mehrere Gitter umfasst, die die multiplen Oszillatoren in die Verstärkerstruktur koppeln, sodass die multiplen Oszillatoren multiple Seedstrahlen über das eine oder die mehreren Gitter und in die Verstärkerstruktur übertragen; und einen Wellenlängen-Strahlenkombinator, der angeordnet ist, um multiple Strahlen, die durch die multiplen Laserdioden emittiert werden, zu empfangen und um die multiplen Strahlen innerhalb eines Ausgangsstrahls auszurichten.
Packungsstruktur gemäß Anspruch 17, wobei der Wellenlängen-Strahlenkombinator multiple Übertragungsgitter, die angeordnet sind, um die multiplen Strahlen, die durch die multiplen optischen Vorrichtungen emittiert werden, zu reflektieren, und eine oder mehrere Kollimatorlinsen, die angeordnet sind, um die multiplen Strahlen innerhalb des Ausgangsstrahls nach Reflexion durch die multiplen Übertragungsgitter zu kombinieren, umfasst.
Packungsstruktur gemäß Anspruch 17, wobei der Wellenlängen-Strahlenkombinator multiple Drehspiegel, die angeordnet sind, um die multiplen Strahlen, die durch die multiplen optischen Vorrichtungen emittiert werden, zu reflektieren, und ein geteiltes Übertragungsgitter, stromabwärts von den multiplen Drehspiegeln, um die multiplen Strahlen innerhalb des Ausgangsstrahls nach Reflexion durch die multiplen Drehspiegeln zu kombinieren, umfasst.
Packungsstruktur gemäß einem der Ansprüche 17-19, wobei die mindestens eine Reihe von multiplen optischen Vorrichtungen eine erste Reihe und eine zweite Reihe umfasst, die sich gegenüberstehen und voneinander versetzt sind.