MXPA01000818A - Guia de onda optica con nucleo disimilar y materiales de revestimiento, y dispositivo emisor de luz que emplea la misma. - Google Patents

Abstract

Se provee una guia de onda optica, un dispositivo emisor de radiacion que emplea la misma, y procedimiento para fabricar el dispositivo emisor de radiacion; la guia de onda optica tiene un nucleo (12) fabricado de un primer material con un primer indice de refraccion y revestimiento (14) que rodea al nucleo (12) fabricado de un segundo material con un segundo indice de refraccion; el nucleo es un material activo que emite radiacion a una longitud de onda deseada cuando es bombeado con radiacion de una longitud de onda predeterminada, y el primer material y el segundo material son materiales disimilares (RI, R2), que han sido fabricados por separado y ensamblados fisicamente de manera subsecuente como la guia de onda; el dispositivo emisor de luz que emplea la guia de onda optica esta configurado como una fuente de emision espontanea amplificada (ASE) o una fuente de laser que emplea materiales reflectores apropiados en los extremos de la guia de onda optica.

Description

GUÍA DE ONDA ÓPTICA CON NÚCLEO DISIMILAR Y MATERIALES DE REVESTIMIENTO. Y DISPOSITIVO EMISOR DE LUZ QUE EMPLEA LA MISMA REFERENCIA CRUZADA CON SOLICITUD RELACIONADA Esta solicitud contiene material que se relaciona con el material de la solicitud de patente de los Estados Unidos comúnmente asignada y co-publicada número de serie 09/121 ,455, titulada "Method For Fabricating An Optical Waveguide" (Método para fabricar una guía de onda óptica), por McCallion et al., la cual se incorpora en la presente como referencia en su totalidad.

CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere en general a fuentes emisoras de luz de guía de onda óptica, y particularmente, a una estructura de guía de onda de canal óptica que tiene un núcleo y revestimiento que lo rodea que comprenden materiales físicamente distintos, y a un dispositivo emisor de radiación que emplea la misma ya sea en una emisión espontánea amplificada (ASE) o en una configuración de láser.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Una fuente de ASE de banda ancha configurada dentro de las ventanas de telecomunicaciones de fibras de ópticas podrá aplicarse como un instrumento de prueba para las industrias de comunicaciones (por ejemplo, telecomunicaciones, televisión por cable, etc.). En general, la banda de longitud de onda sobre la cual trabaja un sistema de comunicación de fibra óptica es gobernada por la disponibilidad de amplificadores ópticos para dicha banda. Por lo tanto, se vuelve necesario probar el equipo sobre las mismas longitudes de onda en donde existen amplificadores. En la ventana de 1500 nm de fibras ópticas, los amplificadores de fibra impurificadas con erbio (EDFA) han demostrado ser adecuados para la fabricación de fuentes de ASE de precios razonables. Sin embargo, las fuentes en la ventana de 1300 nm son un asunto diferente. Actualmente, están disponibles las fuentes basadas en amplificador óptico semiconductor (SOA) pero son muy costosas y muy inestables como resultado del bombeo fuerte necesario para obtener las altas potencias requeridas. Las fibras impurificadas con praseodimio también están disponibles, pero desafortunadamente están limitadas a cubrir la escala de espectro 1290 nm a 1315 nm, ni siquiera cercano al total de 1280 nm a 1345 nm disponible en la fibra óptica. Más allá del equipo de prueba, existen aplicaciones que surgen en comunicaciones en donde las fuentes de ASE de banda ancha pueden utilizarse como propios transmisores, tales como un acceso múltiple por división de código óptico (O-CDMA).

Otras aplicaciones también se han desarrollado recientemente en donde una fuente de banda ancha de alta potencia, baja coherencia, puede utilizarse para formar imágenes. En particular, la tomografía de coherencia óptica (OCT) utiliza la baja coherencia como un mecanismo de selección para formar imágenes de varios tejidos en el cuerpo obstaculizando un rayo desde un brazo de referencia con uno reflejado desde los tejidos de muestra. Debido a que el procedimiento se basa en la interferencia, es sensible a las fluctuaciones de amplitud en la fuente. Además, debido a que diversos tejidos en el cuerpo absorben y se reflejan a diferentes longitudes de onda, la capacidad de proveer fuentes en cualquier longitud de onda necesaria se vuelve una ventaja distintiva. Actualmente, sólo las fuentes de ASE a base de SOA y EDFA están comercialmente disponibles para OCT. Desafortunadamente, estas fuentes también son relativamente costosas. Como un ejemplo adicional, una fuente de ASE tendrá aplicación en giroscopios de fibra. Estos dispositivos trabajan obstaculizando rayos en dos brazos de un interferómetro a base de fibra óptica. Debido al efecto de Doppler, la luz que viaja paralela a la dirección de rotación es acelerada y la luz que viaja antiparalela es reducida. Debido a que el dispositivo es interferométrico, es extremadamente sensible y requiere fuentes muy estables. Desafortunadamente, debido a que también necesita ser girado, el dispositivo necesita ser compacto. Las fuentes de SOA actuales son muy espaciosas e inestables para utilizarse en giroscopios de fibra.

En la actualidad, existen diversos dispositivos que pueden proveer radiación de alta potencia, banda ancha, baja coherencia acoplados en fibras ópticas. Una clase de dispositivos es a base de semiconductores y puede dividirse en dos grupos. El primer grupo está compuesto de diodos emisores de luz superluminiscentes (LEDs) y el otro grupo es a base de amplificadores ópticos semiconductores (SOAs) que se ejecutan sin ninguna señal de entrada, y por lo tanto generan emisión espontánea amplificada (ASE). La segunda clase de dispositivos se basa en fibras ópticas impurificadas con iones de tierras raras. Estas fibras se utilizan normalmente como amplificadores ópticos en línea, sin embargo cuando se utilizan sin entradas de señal pueden generar ASE de banda ancha. En la actualidad existen numerosas técnicas en el campo para fabricar guías de onda de canal óptica. Estas incluyen intercambio de iones en substratos de vidrio, no difusión de ¡ones o intercambio de protones en substratos de LiNbO3, definición de patrón por ablación de láser, fotolitografía de películas de polímero hiladas, y crecimiento epitaxial y ataque selectivo de semiconductor de compuesto y películas cristalinas impurificadas. En general, el objetivo de cada una de estas técnicas de fabricación de canales ha sido producir guías de onda que soporten un modo de propagación de guía simple. Además, una desventaja de las técnicas existentes es que no pueden utilizarse con un número significativo de materiales ópticos útiles, tales como cristales láser. Además, estos enfoques se limitan a materiales similares para usarse en la definición del núcleo y revestimiento. Por ejemplo, la implantación de iones utilizada en estructuras ópticas integradas de vidrio, la difusión de iones utilizada en las guías de onda de niobato de litio impurificadas, la deposición de vapor utilizada en estructuras de vidrio impurificadas, depositadas electrónicamente o el crecimiento epitaxial utilizado en dispositivos cristalinos impurificados. Como un ejemplo específico, la publicación de solicitud de patente europea No. 0 510 883 82, describe un dispositivo óptico activo que comprende una estructura de guía de onda de vidrio colocada sobre una superficie principal sustancialmente plana. El substrato incluye un núcleo activo a base de sílice, impurificado con erbio. El núcleo activo tiene una relación atómica de erbio a silicio de por lo menos 0.01 , una concentración absoluta de erbio de por lo menos 1.4 x 1020 átomos por centímetro cúbico, y un tiempo de vida de radiación del nivel de producción de láser de erbio de por lo menos 7 milisegundos. También se describe en la presente un método para formar un dispositivo óptico activo, incluyendo el paso de depositar un núcleo activo impurificado con erbio mediante deposición electrónica. Ejemplos adicionales de dispositivos ópticos de interés pueden encontrarse en las patentes de E.U.A. Nos. 5,037,181 , 5,349,600, y 5,717,517; así como en un artículo de A Journal of Electrochemical Society titulado, "Semiconductor Raman Láser with Pump Light Wavelength in the 800nm Región", Journal of the Electrochemical Society 140 (1993) Junio No. 6, pp. 1805-1808. En vista de lo anterior, existe la necesidad en la industria de una guía de onda óptica y un dispositivo emisor de radiación que emplea la misma, que permitan que el núcleo y los materiales de revestimiento comprendan materiales estructurales y/o químicos disimilares, y que puedan producirse más eficientemente en costos, por ejemplo, para las diversas aplicaciones discutidas con anterioridad.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN En breve, la invención comprende en un aspecto una guía de onda óptica que incluye un núcleo fabricado de un primer material que tiene un primer índice de refracción. El primer material comprende un material activo que emite radiación a una longitud de onda deseada cuando se bombea con radiación de una longitud de onda predeterminada. Un revestimiento es unido a y por lo menos parcialmente rodea el núcleo. El revestimiento está fabricado de un segundo material que tiene un segundo índice de refracción, en donde el segundo índice de refracción es menor que el primer índice de refracción. De manera adicional, el primer material y el segundo material comprenden materiales físicamente disimilares. En otro aspecto, se provee un dispositivo emisor de radiación que incluye una guía de onda óptica que tiene un primer extremo y un segundo extremo. La guía de onda óptica incluye además un núcleo fabricado de un primer material que tiene un primer índice de refracción. El primer material comprende un material activo que emite radiación a una longitud de onda de fuente deseada cuando se bombea con radiación de una longitud de onda predeterminada. Un revestimiento, que está fabricado de un segundo material que tiene un segundo índice de refracción, se une a y por lo menos parcialmente rodea el núcleo. El segundo índice de refracción es menor que el primer índice de refracción, y el primer material y el segundo material comprenden materiales disimilares. El dispositivo emisor de radiación incluye además un primer material ópticamente reflector y un segundo material ópticamente reflector. El primer material ópticamente reflector se coloca sobre el primer extremo de la guía de onda óptica, mientras que el segundo material ópticamente reflector se coloca sobre el segundo extremo de la guía de onda. El primer material ópticamente reflector se fabrica para permitir radiación de bombeo a la longitud de onda predeterminada en la guía de onda óptica, y el segundo material ópticamente reflector se fabrica para permitir emisión de radiación desde la guía de onda óptica en la longitud de onda de fuente deseada. En otro aspecto, se provee un método para fabricar un dispositivo emisor de radiación. El método incluye: formar una guía de onda óptica que tiene un núcleo que comprende un primer material con un primer índice de refracción y revestimiento adhesivamente unido a y por lo menos parcialmente rodeando el núcleo, el revestimiento comprende un segundo material con un segundo índice de refracción, en donde el segundo índice de refracción es menor que el primer índice de refracción, y en donde el primer material comprende un material activo que exhibe fluorescencia óptica cuando es estimulado, y el primer material y el segundo material comprenden materiales estructuralmente o químicamente disimilares; aplicar un primer material ópticamente reflector sobre un primer extremo de la guía de onda óptica, en donde el primer material ópticamente reflector es fabricado para permitir energía de bombeo a una longitud de onda predeterminada en la guía de onda óptica; y aplicar un segundo material ópticamente reflector sobre un segundo extremo de la guía de onda óptica, en donde el segundo material ópticamente reflector es fabricado para permitir emisión de radiación desde la guía de onda óptica a la longitud de onda de fuente deseada. Exponiendo de nuevo, se presenta una estructura de guía de onda óptica novedosa en donde el núcleo y el revestimiento comprenden materiales físicamente distintos, lo que permite que una fuente de láser/ASE sea construida a partir de cualquier material activo en estado sólido. La geometría de la guía de onda de canal presentada en la presente permite bombeos de alta potencia, suministrados por fibra que pueden traducirse en potencias de salida sustanciales. Además, la guía de onda óptica soporta acoplamiento de fibra de modo múltiple o de modo individual de la longitud de onda de salida de banda estrecha o banda ancha. Además, las fuentes de ASE y láser ¡mplementadas que utilizan esta guía de onda son adecuadas para instrumentación de prueba en industrias de telecomunicaciones y de televisión por cable en las que se requiere un suministro de modo individual, así como formación de imágenes y aplicaciones de espectroscopia en donde las fibras de modo múltiple se utilizan para manejar altas potencias. Debido a que se emplean materiales físicamente distintos en la guía de onda óptica, la presente invención tiene la ventaja que pueden emplearse vidrios láser o cristales láser, que son inherentemente más estables y menos propensos al ruido debido a las fluctuaciones de amplitud. Además, la invención no se limita a materiales similares de ningún tipo, como en otros tipos de fuentes de guía de onda. Una guía de onda óptica de acuerdo con la invención puede producirse a costos significativamente más bajos en comparación con otros enfoques de guía de onda, y pueden construirse en miniatura más fácilmente.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Los objetos, ventajas y características antes descritos en la presente invención, así como otros, se entenderán más fácilmente a partir de la siguiente descripción detallada de ciertas modalidades preferidas de la invención, cuando se toman en conjunto con los dibujos que la acompañan en donde: la figura 1 ¡lustra una modalidad de una guía de onda óptica en donde el núcleo y el revestimiento comprenden materiales físicamente disimilares de acuerdo con la presente invención; la figura 2 es una vista esquemática de una modalidad de un dispositivo emisor de luz de acuerdo con los principios de la presente invención empleando la guía de onda óptica de la figura 1 ; las figuras 3a y 3b muestran gráficamente la reflectancia de un primer recubrimiento R1 en un primer extremo del dispositivo emisor de luz de la figura 2, y la reflectancia de un recubrimiento R2 en un segundo extremo del dispositivo emisor de luz de la figura 2, respectivamente, de acuerdo con una modalidad de la presente invención; y la figura 4 es una vista esquemática de una modalidad de un instrumento de prueba de comunicaciones de fibra óptica de acuerdo con la presente invención empleando el dispositivo emisor de luz de la figura 2.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Establecido de manera general, se presenta una estructura de guía de onda óptica novedosa para un dispositivo emisor de luz que puede utilizarse en configuraciones múltiples, por ejemplo, como una fuente de emisión espontánea amplificada de banda ancha (ASE) o como una fuente de láser. Observe que como se utilizan aquí, y en las reivindicaciones anexas, los términos "luz" y "radiación" pretenden comprender luz tanto visible como no visible, incluyendo radiación infrarroja y ultravioleta. El dispositivo emisor de luz (también referido como fuente emisora de luz o fuente de ASE/láser) de la presente invención comprende recubrimientos ópticamente reflectores adecuados sobre cada extremo de la estructura de guía de onda óptica novedosa. Un enfoque de fabricación único permite que la fuente de ASE/láser sea construida a partir de cualquier material activo en estado sólido. Como se describió en la solicitud de patente copublicada, incorporada con anterioridad, el procedimiento de fabricación general involucra rectificar y pulir varios subensambles para obtener tamaños de núcleo en el orden de 30 µm y 30 µm y hasta, por ejemplo, 30 mm en longitud, utilizando cualquier material activo (tal como cristales impurificados o vidrios impurificados). La geometría de guía de onda de canal descrita en la presente permite bombeos de alta potencia, suministrados por fibra que pueden traducirse en potencias de salida sustanciales. La geometría de guía de onda de la presente invención también soporta acoplamiento de fibras de modo individual o modo múltiple de la energía de salida. Por lo tanto, las fuentes de láseres y ASE presentadas son adecuadas para formar imágenes y aplicaciones de espectroscopia en donde las fibras de modo múltiple se utilizan para manejar altas potencias, así como instrumentación de prueba para las industrias de telecomunicaciones y de televisión por cable en donde se requiere suministro de modo individual. La figura 1 ilustra una modalidad de una guía de onda óptica, generalmente referida con el número 10, de acuerdo con los principios de la presente invención. La estructura 10 incluye un núcleo 12 de material activo rodeado por un revestimiento 14 que comprende un material disimilar que el núcleo. Como se utiliza en la presente, la frase "material disimilar" significan que el material que comprende el revestimiento y el material que comprende el núcleo son estructuralmente y/o químicamente distintos habiéndose fabricado por separado como materiales físicamente diferentes y unidos durante el procesamiento de ensamble para la guía de onda óptica 10 como se describe en la solicitud antes incorporada.

En breve, la fabricación de guía de onda óptica 10 es un procedimiento de pasos múltiples que utiliza técnicas de rectificado y pulimento de precisión para adelgazar mecánicamente el material óptico seleccionado (es decir núcleo) al espesor deseado tanto en dirección lateral como vertical. Los adhesivos ópticos se utilizan para unir la guía de onda de canal a los medios de soporte/revestimiento que la rodean. El procedimiento fabricación puede incluir preparar una superficie plana, óptica sobre el material óptico elegido (es decir, núcleo) y el substrato de soporte seleccionado (es decir, revestimiento). La sílice fundida puede utilizarse como un substrato de soporte debido a su facilidad de procesamiento y a su bajo índice de refracción. En el caso de capas de pegamento muy delgadas (<1 µm), para acción de guía de onda eficiente, el canal deberá estar rodeado por un material de índice de refracción más bajo. Obviamente, el índice de refracción del material óptico seleccionado (núcleo) determina la escala de índice para las regiones de revestimiento o soporte. Otros requisitos del medio circundante son la compatibilidad de procesamiento con el material óptico, la disponibilidad del material, y la afinidad de unión con adhesivo. La sílice fundida cumple estos requisitos, aunque un régimen de vidrios ópticos también es ideal. En el caso de capas de pegamento gruesas, el índice de refracción del pegamento provee el índice de revestimiento e influencia las propiedades de guía de onda. En esta situación, los substratos de soporte pueden seleccionarse por sus cualidades de procesamiento sin tomar en cuenta el índice de refracción. Sin embargo, deberán considerarse aspectos particulares tales como rompimiento de borde y regímenes de pulimento diferenciales entre el pegamento y los materiales de núcleo/revestimiento para seleccionar espesores de pegamento apropiados. Si se desea, puede llevarse a cabo un procesamiento paralelo de las muestras en cada paso del flujo de procedimiento. En general, las etapas de pulimento y rectificado utilizan suspensiones a base de agua con tamaños y tipos de partículas variables para remoción de material precisa. Las dimensiones de la guía de onda son monitoreadas utilizando un calibre micrómetro y el procesamiento es concluido en el valor deseado. La precisión a 1//m puede lograrse de esta manera. El uso de patrones de pulimento de alta precisión permite un aplanamiento y paralelismo excepcionales sobre el área de superficie de la guía de onda. Las dimensiones típicas pueden estar en la escala de 2-5mm x 2-5mm en sección transversal con longitudes de canal de 5-20mm o más largas. Este tamaño permite fácil manejo y sujeción mecánica de los circuitos durante el procesamiento y prueba óptica. Las caras de extremo de los circuitos se pulen ópticamente para permitir lanzamiento de potencia óptica eficiente hacia y desde la guía de onda de canal. Para una descripción más completa del procedimiento de fabricación de guía de onda óptica empleado, véase la solicitud antes incorporada. El resultado importante para la presente invención es que el núcleo o material activo comprende un "material disimilar" del revestimiento (que puede considerarse como el material de soporte por sí mismo o el material de soporte en combinación con el adhesivo óptico, o el propio adhesivo óptico, si es suficientemente grueso). A manera de ejemplo, una fuente de ASE puede emplear en una modalidad una guía de onda óptica que tiene un núcleo de Nd:vidrio 30 m x 30 m rodeado por un revestimiento de sílice fundida construido como se resume antes a través de técnicas de rectificado y pulimento, y utilizando un adhesivo óptico curado por UV. Por ejemplo, puede emplearse pegamento tipo UVOA-45 fabricado por Armbruster Associates, Inc. de Summit, Nueva Jersey. Este tipo de pegamento particular comprende un adhesivo óptico de baja viscosidad curado por luz ultravioleta. El cuadro I presenta diversos ejemplos de guía de onda para una fuente de 1300 nm ASE de acuerdo con la presente invención. Observe que las combinaciones se proveen solamente a manera de ejemplo, y existen formaciones de guía de onda adicionales incontables que son posibles. En cada formación, sin embargo, el material de núcleo y el material de revestimiento comprenderá materiales estructuralmente y/o químicamente distintos que han sido fabricados por separado a partir de materiales físicamente diferentes que después se juntan durante el procedimiento de ensamble de la guía de onda óptica.

CUADRO 1 Una modalidad de un dispositivo emisor de luz de acuerdo con la presente invención se ilustra en la figura 2. Este dispositivo emisor de luz incluye la guía de onda óptica 10 de la figura 1 que tiene un núcleo 12 y un revestimiento 14 construido de materiales físicamente distintos como se dijo con anterioridad. Un primer extremo de guía de onda óptica 10 tiene un primer material ópticamente reflector R1 aplicado al mismo, y un segundo extremo de guía de onda óptica 10 tiene un segundo material ópticamente reflector R2 aplicado al mismo. En la práctica, los materiales R1 y R2 comprenderán diferentes recubrimientos (es decir, capas dieléctricas) como se describirá posteriormente. La energía de bombeo, recibida en un óptico de modo múltiple 21 , es enviada por ópticos de suministro de bombeo 20 a través de material ópticamente reflector R1 en el núcleo 12 del material activo. La energía emitida desde el dispositivo se recoge a través del material ópticamente reflector R2 en un receptor de fibra óptica 22 dispuesto colineal con el núcleo 12 como se muestra. El dispositivo de guía de canal de las figuras 1 y 2 utiliza el procedimiento de emisión estimulada para generar emisión espontánea amplificada (ASE) o radiación por láser. Una fuente de bombeo se utiliza para excitar átomos en el núcleo (es decir, material activo) de la guía de onda que después emite. Si la potencia de bombeo es menor que el umbral de producción de láser del sistema, y si se utiliza un material de emisión de banda ancha como el núcleo, se produce una fuente de ASE. Sin embargo, si el sistema está diseñado para que la potencia de bombeo sea suficiente para empujar el sistema sobre el umbral de producción de láser, entonces se produce un láser. Los factores que determinan la condición de umbral se describen más adelante. La arquitectura del dispositivo emisor de luz general incluye la estructura de guía de onda recubierta de la figura 2. Esta guía de onda simétrica está compuesta de un núcleo que está fabricado (a través de rectificado y pulimento como se describe en la solicitud antes incorporada) a partir de un material activo y rodeado en todos sus lados por un revestimiento idéntico. El revestimiento está formado de un material con un índice de refracción que es menor que el índice de refracción del núcleo. Esta guía de onda óptica es el medio de ganancia del dispositivo emisor de luz. La cavidad de ganancia se forma colocando los revestimientos reflectores sobre las dos caras de extremo de la guía óptica. Tanto para la fuente de láser como la fuente de ASE, el recubrimiento R1 sobre el lado de bombeo de la fuente es sumamente reflector en las longitudes de onda de interés, es decir, ya sea de banda ancha para el dispositivo de ASE o de banda estrecha para el dispositivo de láser. El recubrimiento R1 también es antireflector (es decir, transparente) en la longitud de onda de bombeo y cualquier otra longitud de onda con ganancia significativa, pero donde la emisión de luz es indeseable. Como un ejemplo específico, el recubrimiento R1 puede ser antireflector a 795-805 nm y 1000-1100 nm en incidencia normal, al mismo tiempo que sumamente reflector (es decir, reflectancia > 99%) a 1290-1390 nm a incidencia normal. El recubrimiento R1 puede fabricarse por deposición a baja temperatura (T < 150°C), y preferiblemente puede acomodar potencia de láser alta incidente (a 800 nm). Una modalidad del procedimiento de deposición para el recubrimiento R1 (así como el recubrimiento R2) puede ser como sigue: « las superficies de la guía de onda se limpian a través de un procedimiento de limpiado con frotación repetido de las superficies de extremo de la guía de onda óptica con papel para limpiar vidrios ópticos remojado en solvente; • la guía de onda se coloca en una cámara de vacío con el extremo que será recubierto de cara a una fuente (u "objetivo") que es una pella del material de deposición en forma aglomerada; • la cámara es evacuada; • la fuente se calienta utilizando un plasma de alta energía para que la superficie de la fuente emita un vapor; • una vez que el vapor es formado, los átomos en el vapor viajan ("línea de sitio") a la guía de onda y forman una película cohesiva sobre la superficie de extremo. La fuente permanece calentada y emisora hasta que se alcanza el espesor de película deseado, determinado por un monitor independiente; y • el procedimiento se repite para diversos materiales que componen la pila dieléctrica que finalmente forma el recubrimiento reflector R1 (o recubrimiento R2). La figura 3a muestra gráficamente la reflectancia contra longitud de onda para una pila dieléctrica útil como recubrimiento R1 en un dispositivo emisor de luz de acuerdo con la presente invención. Las pilas dieléctricos que alcanzan esta reflectancia pueden comprarse, por ejemplo, de Cascade Optical Coatings, Inc. de Santa Ana, California. Un dispositivo emisor de luz láser y ASE de acuerdo con la presente invención diferirá sustancialmente en los recubrimientos R2 aplicados a la segunda superficie o superficie de extremo opuesta de la guía de onda óptica 10. Para una fuente de láser, la transmisión/reflectancia del recubrimiento R2 es determinada para que a potencias de bombeo fácilmente alcanzables la ganancia de ida y vuelta en la guía de onda óptica 10 iguale las pérdidas en cada extremo de la guía de onda a través de los recubrimientos R1 y R2, así como cualesquiera pérdidas debido a la propagación de guía de onda. Esto se conoce como el umbral de producción de láser. El segundo recubrimiento R2 también se selecciona para lograr potencia de salida suficiente, que no necesariamente será el mismo recubrimiento que logra la potencia de bombeo de umbral más baja para la fuente de láser. Para una fuente de ASE, el recubrimiento R2 se selecciona para que la condición de umbral requiera una potencia de bombeo ligeramente mayor que la que se suministra a la guía de onda mediante el láser de bombeo. Por lo tanto, la emisión espontánea que normalmente conduce a la producción de láser en una cavidad de baja pérdida, se genera a potencias mucho más altas debido a la pérdida más alta (es decir, una reflectancia menor en el recubrimiento R2) en la cavidad de la fuente de ASE. La figura 3b ilustra la reflectancia contra longitud de onda para pilas dieléctricas posibles que comprenden el recubrimiento R2 en una ejecución tanto de fuente de ASE como de fuente de láser. De nuevo, estas características de pila dieléctrica pueden obtenerse, por ejemplo, de Cascade Optical Coatings, Inc. de Santa Ana, California. Observe en la figura 3b, que la reflectancia del recubrimiento R2 es significativamente más alta para una fuente de láser en la escala de 1300 nm, que para la fuente de ASE. Tanto en un dispositivo de ASE como en un dispositivo de láser de acuerdo con la invención, la luz de bombeo se suministra a través del recubrimiento R1 utilizando ópticos apropiados 20 (Fig. 2) para obtener acoplamiento sumamente eficiente en la geometría de la guía de onda. Esto puede facilitarse utilizando una fibra de modo múltiple para suministrar la energía de bombeo y utilizando lentes asféricos para enfocar la energía a las dimensiones necesarias. En otra modalidad, la radiación desde un diodo de bombeo puede enfocarse directamente en la guía de onda utilizando una serie de lentes cilindricos. El dispositivo emisor de luz de guía de onda de canal óptica de acuerdo con la invención ha sido experimentalmente demostrado en configuraciones tanto de fuente de láser como de fuente de ASE utilizando medios de ganancia impurificados con neodimio (Nd). El dispositivo emisor de luz ha sido demostrado como una fuente de ASE en la ventana de 1300 nm de fibra óptica de modo individual, estándar. Como tal, tiene aplicaciones como un instrumento de prueba para industrias de telecomunicaciones y de televisión por cable. Además, tiene usos potenciales como una fuente de baja coherencia para tomografía de coherencia óptica (OCT), giroscopios de fibra, y sensores de fibra. La fuente se ha demostrado como un láser en Nd:YAG a 1064nm y en Nd:vidrio de 1345 a 1370 nm. Como un láser el dispositivo también tiene numerosas aplicaciones. Debido a la capacidad de acoplarse a la salida en una fibra, la fuente de láser sería ideal para crear una fuente de estado sólido para comunicaciones, incluyendo aquellas que se establecen en estándares de ITU para sistemas de longitud de onda múltiples. Además, debido a que las fuentes de láser pueden construirse en miniatura y pueden incluirse en el mismo empaque que el propio diodo láser, cualquier aplicación que requiera alta potencia en pequeños paquetes será satisfecha por un sistema de esta invención. La figura 4 ilustra una modalidad de un instrumento de prueba, denominado 40, de acuerdo con la presente invención. Este instrumento de prueba emplea un dispositivo emisor de luz 30 que tiene una guía de onda 10 y ópticos de suministro de bombeo 20 como se describen con anterioridad. La energía de bombeo se provee mediante un diodo láser 70 que se acopla con y es controlado por una tarjeta de circuito impreso 60 que tiene un controlador de diodo láser 62 y un controlador de temperatura 64. El controlador de diodo láser 62 es accionado por un suministro de energía de CA o CD 50 que puede conectarse (a través de la línea 52) en una salida de pared estándar. La radiación emitida desde la fuente emisora de luz 30 puede, en un ejemplo, filtrarse 80 antes de proveerse a través de un conector obturador 90 a un sistema de comunicación (no se muestra) bajo prueba. La energía de bombeo puede suministrarse a partir del diodo láser 70 a través de una fibra de modo múltiple y la radiación emitida por fuente puede recogerse desde la guía de onda óptica 10 a través de una fibra de modo individual o fibra de modo múltiple en el extremo de salida de la guía de onda óptica a través del recubrimiento R2 como se describe con anterioridad. Cómo ejemplos específicos, el suministro de energía de CA a CD 50 puede comprender el modelo de suministro No. RBS42 fabricado por Aztec America, Inc. de Carlsbad, California. El controlador de diodo láser 62 y el controlador de temperatura 64 pueden ser los modelos Nos. PDL-5000 y HTC-3000, respectivamente, de Wavelength Electronics de Bozeman, Montana. El diodo láser 70 puede comprender el diodo modelo No. OPC-A001-802-FC/100 fabricado por Opto Power Corp. de Tucson, Arizona. Los ópticos de suministro de bombeo 20 pueden comprender ópticos modelo No. C230260P-B fabricados por Thoriabs, Inc. de Newton, Nueva Jersey. Finalmente, el filtro en línea 80 puede construirse fácilmente por un experto en la técnica para filtrar longitudes de onda no deseadas, y el conector obturador 90 puede comprender el conector modelo No. 501506-2 fabricado por Amp, Inc. de Harrisburg, Pennsylvania. De nuevo, los componentes anteriores se presentan solamente a manera de ejemplo. Aunque la invención se ha descrito detalladamente aquí de acuerdo con ciertas modalidades preferidas de la presente, muchas modificaciones y cambios pueden efectuarse por los expertos en la técnica. Por lo tanto, mediante las reivindicaciones anexas se pretende cubrir todas dichas modificaciones y cambios dentro del espíritu verdadero y alcance de la invención.

Claims (22)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1.- Una guía de onda óptica que comprende: un núcleo (12) fabricado de un primer material que tiene un primer índice de refracción, dicho primer material comprende un material activo que emite radicación a una longitud de onda deseada cuando es bombeado con radiación de una longitud de onda predeterminada; un revestimiento (14) unido a y por lo menos parcialmente rodeando dicho núcleo, dicho revestimiento está fabricado de un segundo material que tiene un segundo índice de refracción, dicho segundo índice de refracción siendo menor que el primer índice de refracción; en donde dicho primer material y dicho segundo material comprenden materiales estructuralmente y/o químicamente distintos; y en donde dicho núcleo y dicho revestimiento se fabrican por separado de materiales físicamente diferentes, y dicho revestimiento se une adhesivamente a dicho núcleo.

2.- La guía de onda óptica de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque dicho primer material comprende un material cristalino y dicho segundo material comprende un material amorfo.

3.- Una guía de onda óptica que comprende: un núcleo (12) fabricado de un primer material que tiene un primer índice de refracción, dicho primer material comprende un material activo que emite radicación a una longitud de onda deseada cuando es bombeado con radiación de una longitud de onda predeterminada; un revestimiento (14) unido a y por lo menos parcialmente rodeando dicho núcleo, dicho revestimiento está fabricado de un segundo material que tiene un segundo índice de refracción, dicho segundo índice de refracción siendo menor que el primer índice de refracción; en donde dicho primer material y dicho segundo material comprenden materiales disimilares; y en donde dicho primer material comprende uno de un material cristalino y un material de vidrio, y en donde dicho revestimiento (14} se une adhesivamente a dicho núcleo (12) utilizando un adhesivo óptico, dicho adhesivo óptico tiene un índice de refracción similar a dicho segundo índice de refracción de dicho revestimiento.

4.- La guía de onda óptica de conformidad con la reivindicación 3, caracterizada además porque dicho núcleo (12) comprende un núcleo alargado rodeado en cada lado por dicho revestimiento (14), dicho núcleo alargado tiene una configuración en sección transversal rectangular o una configuración en sección transversal cuadrada.

5.- La guía de onda óptica de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque dicha guía de onda óptica comprende una guía de onda de canal, y en donde dicho revestimiento (14) se une adhesivamente a dicho núcleo (12) utilizando un adhesivo óptico.

6.- La guía de onda óptica de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque dicha radiación de dicha longitud de onda deseada emitida por dicha guía de onda óptica comprende por lo menos uno de luz visible y radiación infrarroja.

7.- La guía de onda óptica de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque dicho revestimiento comprende una capa gruesa de adhesivo óptico unido a y por lo menos parcialmente rodeando dicho núcleo, dicho adhesivo óptico teniendo dicho segundo índice de refracción.

8.- Un dispositivo emisor de radiación que comprende: una guía de onda óptica que tiene un primer extremo y un segundo extremo, y que incluye: un núcleo (12) fabricado de un primer material que tiene un primer índice de refracción, dicho primer material comprende un material activo que emite radiación a una longitud de onda de fuente deseada cuando se bombea con radiación de una longitud de onda predeterminada; un revestimiento (14) unido a y por lo menos parcialmente rodeando dicho núcleo, dicho revestimiento está fabricado de un segundo material que tiene un segundo índice de refracción, dicho segundo índice de refracción siendo menor que dicho primer índice de refracción; dicho primer material y dicho segundo material comprenden materiales estructuralmente y/o químicamente distintos; en donde dicho núcleo y dicho revestimiento se fabrican por separado de materiales físicamente distintos, y dicho revestimiento se une adhesivamente a dicho núcleo; un primer material ópticamente reflector (R1) dispuesto sobre dicho primer extremo de dicha guía de onda óptica; un segundo material ópticamente reflector (R2) dispuesto sobre dicho segundo extremo de dicha guía de onda óptica; y en donde dicho primer material ópticamente reflector permite radiación de bombeo a dicha longitud de onda predeterminada en dicha guía de onda óptica, y dicho segundo material ópticamente reflector permite emisión de radiación desde dicha guía de onda óptica a dicha longitud de onda de fuente deseada.

9.- El dispositivo emisor de radiación de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado además porque comprende una bomba de radiación ópticamente acoplada (20) a dicha guía de onda óptica para proveer radiación de bombeo a dicha longitud de onda predeterminada a dicho núcleo (12) a través de dicho primer material ópticamente reflector (R1).

10.- El dispositivo emisor de radiación de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado además porque comprende una fibra receptora óptica (22) dispuesta adyacente a dicho segundo material ópticamente reflector (R2) y sustancialmente colineal con dicho núcleo (12) de dicha guía de onda óptica para recoger por lo menos una porción de radiación emitida a través de dicho segundo material ópticamente reflector a dicha longitud de onda de fuente deseada.

11.- El dispositivo emisor de radiación de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado además porque dicha longitud de onda de fuente deseada comprende uno de longitud de onda de emisión espontánea amplificada de banda ancha (ASE) o una longitud de onda de láser.

12.- El dispositivo emisor de radiación de conformidad con la reivindicación 11 , caracterizado además porque dicha longitud de onda de fuente deseada comprende dicha longitud de onda de ASE de banda ancha, y en donde dicho segundo material ópticamente reflector (R2) es sustancialmente trasparente a dicha longitud de onda de ASE de banda ancha.

13.- El dispositivo emisor de radiación de conformidad con la reivindicación 11 , caracterizado además porque dicha longitud de onda de fuente deseada comprende dicha longitud onda de láser, y dicho segundo material ópticamente reflector es trasparente dentro de una banda estrecha a dicha longitud de onda de láser.

14.- Un dispositivo emisor de radiación que comprende: una guía de onda óptica que tiene un primer extremo y un segundo extremo, y que incluye: un núcleo (12) fabricado de un primer material que tiene un primer índice de refracción, dicho primer material comprende un material activo que emite radicación a una longitud de onda deseada cuando es bombeado con radiación de una longitud de onda predeterminada; un revestimiento (14) unido a y por lo menos parcialmente rodeando dicho núcleo, dicho revestimiento está fabricado de un segundo material que tiene un segundo índice de refracción, dicho segundo índice de refracción siendo menor que el primer índice de refracción; en donde dicho primer material y dicho segundo material comprenden materiales disimilares; un primer material ópticamente reflector dispuesto sobre dicho primer extremo de dicha guía de onda óptica; un segundo material ópticamente reflector dispuesto sobre dicho segundo extremo de dicha guía de onda óptica; y en donde dicho primer material ópticamente reflector permite radiación de bombeo a dicha longitud de onda predeterminada en dicha guía de onda óptica, y dicho segundo material ópticamente reflector permite emisión de radiación desde dicha guía de onda óptica a dicha longitud de onda de fuente deseada; y dicho revestimiento (14) se une adhesivamente a dicho núcleo (12) utilizando un adhesivo óptico, dicho adhesivo óptico tiene un índice de refracción similar a dicho segundo índice de refracción de dicho revestimiento.

15.- El dispositivo emisor de radiación de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado además porque dicho núcleo (12) comprende un núcleo alargado y dicho revestimiento (14) rodea cada lado de dicho núcleo alargado, y en donde dicho núcleo alargado es rectangular en sección transversal o cuadrado en sección transversal.

16.- El dispositivo emisor de radiación de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado además porque dicha guía de onda óptica comprende una guía de onda de canal.

17.- Un método para fabricar un dispositivo emisor de radiación que comprende: formar una guía de onda óptica que tiene un núcleo (12) que comprende un primer material con un primer índice de refracción y revestimiento (14) unido de adhesivamente con y por lo menos parcialmente rodeando dicho núcleo, dicho revestimiento comprende un segundo material con un segundo índice de refracción, en donde dicho segundo índice de refracción es menor que dicho primer índice de refracción, y en donde dicho primer material comprende un material activo que presenta fluorescencia óptica cuando es estimulado, y dicho primer material y dicho segundo material comprenden materiales estructuralmente o químicamente disimilares; aplicar un primer material ópticamente reflector (R1) sobre un primer extremo de dicha guía de onda óptica, en donde dicho primer material ópticamente reflector está fabricado para permitir energía de bombeo a una longitud de onda predeterminada en dicha guía de onda óptica; y aplicar un segundo material ópticamente reflector sobre un segundo extremo de dicha guía de onda óptica; y aplicar un segundo material ópticamente reflector (R2) sobre un segundo extremo de dicha guía de onda óptica, en donde dicho segundo material ópticamente reflector está fabricado para permitir emisión de radiación desde dicha guía de onda óptica a dicha longitud de onda de fuente deseada.

18.- La guía de onda óptica de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque dicha guía de onda óptica es una fuente emisora de luz, y en donde dicho núcleo (12) que comprende dicho material activo es un medio de ganancia de dicha fuente emisora de luz.

19.- La guía de onda óptica de conformidad con la reivindicación 18, caracterizada además porque dicha fuente emisora de luz es una de una fuente de luz de emisión espontánea amplificada (ASE) o una fuente de luz láser.

20.- La guía de onda óptica de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque dicho primer material comprende un vidrio y dicho segundo material comprende sílice fundida.

21.- La guía de onda óptica de conformidad con la reivindicación 20, caracterizada además porque dicho revestimiento (14) se une adhesivamente a dicho núcleo (12) mediante un adhesivo óptico colocado entre dicho núcleo y dicho revestimiento.

22.- La guía de onda óptica de conformidad con la reivindicación 20, caracterizada además porque dicho primer material comprende un vidrio de fosfato.