TW567651B - Optical amplifier with transverse pump - Google Patents

Description

567651 ⑴ 玖、:竟男說Jl 貫施方式及圖式簡單說明) (發明莰明^:明：ii所屬之技術領域、先前技術、内容、 1.技術領Μ 所述發明係關於光學信號放大領域。尤其，本發明係關 於使用橫向抽取（pumping)光束放大光學信號。 2.先前拮術

藉由摻雜稀土元素，例如铒之離子，波導可作為一光學 放大器。當引入抽取光束時，將放大於波導傳播之光學信 號。例如，辑離子，以波長約98〇毫微米<148()毫微米之抽 取光束，激發至較高能態，當铒離子降落至較低能態時， 將放大於廣大波長帶約153〇_16〇〇毫微米之光學信號。該技 術於光纖放大為熟知的。

圖1為一概要圖式，顯示於平面波導2〇,放大光學信號ι〇 之一先前技藝方法。波導20嵌入底材3〇，且摻雜铒離子。 光學信號1〇導引至波導20且傳播通過波導2〇。雷射5〇於共 同傳播方向，，實質上與光學信號傳播相同方向，供給 抽取光束至波導20。信號10與泵5〇結合至相同波導汕，例 如，於一衰減方向耦合器。於一範例，當雷射5〇供給約98〇 毫微米或1480毫微米波長之抽取光束時，將放大波長約 1550毫微米之光學信號1〇。 圖2為一概要圖式，顯示放大光學信號之另一先前技藝方 法。於圖2’系雷射5G由波導2G相反末端導引，於相反傳播 方向’即與光學信號相反方肖，抽取光線。與圖^相似，於 波導20内放大光學信號，且接著離開底材3〇。 現代光學網路使用單_模式光纖作為長距離傳輸。此避 免因色散之信號衰減，即，光線速度與其波長相關性。為 有效地與單一模式光纖接合，所有光學元件，包含光纖或 波導放大器，實際上為單一模式。由於光學之一般原理，π 儿度寸 f亙原理（brightness conservation theorem)丨丨，單一模式 之光線功率，無法僅使用線性被動光學元件而增加（並非增 加能量）。此使得具某一波長之光線功率，僅一模式可耦合 至單一模式波導。對於放大器，其轉變為僅具某一波長之 一泵雷射，可於每個傳播方向與每個極化供給泵光線。 光學信號於光學放大器獲得增益，若泵強度較某一臨限 值兩，其取決於光學信號強度與光學放大器材料特性。為 遑到足夠高增益，泵強度須較臨限值高許多。結果，泵雷 射典型地需具高功率。 與下述之本發明相比，上述方法具數個缺點。第一，用 於所述共同傳播與相反傳播放大之相當高功率雷射為昂責 地。第二，高功率雷射具高功率消散，其可能於其封裝產 生熱問題。第三，高功率雷射之可靠度通常不如較低功率 雷射。 發明内容 揭示一種於波導放大光學信號之裝置與方法。於一具體 實施例，多個較低功率雷射沿波導長度散置，以提供與光 學信號傳播方向橫向之抽取光束。 膏施方法 圖3為一概要圖式’顯示光學放大器之一具體實施例之頂 端觀點。光學信號110進入並傳播通過波導12〇，其嵌入底 (3) 材130。有各種方法以製造喪入底材之波導，例如藉由各種 離子種類擴散，钱刻，與磊晶生長。“嵌入底材，，意指包含 這些不同方法，包含矽於絕緣物上（siUc〇n-〇n_insulat()r)。 於一些情況，波導可實際上沉積於底材頂部，並以與底材 不同之包覆材料覆蓋，但亦包含於‘‘嵌入底材，，名稱内。 於一具體實施例，波導120為單一模式波導。複數個光源 150 ’例如雷射二極體，耦合至底材13〇以導引抽取光束， 實質上與嵌入波導120橫向。 於一具體實施例，光源150沿嵌入波導120長度均勻地隔 開。然而’其他具體實施例可包含不同間隔於光源1 5 〇間。 於一具體實施例，光源150包含面射型雷射（verticai cavity surface emitting lasers ，VCSELS)。面射型雷射可由共同 半導體底材155製造，且可連接至裝置底材130表面。此允 許微影定義之間隔於面射型雷射間。 於一具體實施例，面射型雷射使用相當低功率。例如， 面射型雷射可發射，但不限於，小於2〇毫瓦特之功率。用 於共同傳播與相反傳播結構之相當高功率雷射使用較高功 率雷射，例如，但不限於，100毫瓦特。 圖4為一概要圖式，顯示光學放大器沿圖3 a-A，直線之截 面觀點。於一具體實施例，當抽取光束160由光源1 50通過波 導120後，抽取光束由下層表面180反射並送回波導120，如 箭頭170所示。於一具體實施例，於下層表面1 8〇之反射乃由 於折射係數之改變，其可藉由將下層表面18〇與不同材料， 或相同材料但具不同特性田比連而達成，如所熟知的。於一具 567651

體實施例，下層表面180與空氣或熱槽（heatsink)毗連。 於一具體實施例，光源15〇與嵌入波導12〇間之間隔相當 J例如，5祕米。於另一具體實施例，一透鏡或平行光管 (collimator)可耦合於光源與底材間。 圖5為一範例圖表，說明光學信號功率根據光學抽取之增 加。於一具體實施例，抽取光束之功率施加至光學信 號200。泵功率PpUMp2〇2於光源21〇正下方時最大。當光學 信號200傳播通過波導，其成功地由多個光源21〇所抽取 於一具體實施例，多個波導可嵌入相同底材。每個波導 可/、組仏向栗以放大波導内之光學信號。於一具體實施 例.，橫向泵為面射型雷射。於共同底材製造之面射型雷射 矩陣可用於放大多個波導内之光學信號β 因此，揭示一種放大光學信號之裝置與方法。然而，此 處所述之特定配置與方法僅為例示性。例如，有各種方法 以製造欣入於底材之波導，例如藉由擴散各種離子種類， 蝕刻，與磊晶生長。熟知此項技藝之人士可使用各種方法 之任何一種製造此一嵌入波導。可做於形式與細節之各種 修正，只要其不背離如下申請專利範圍之本發明範疇。本 發明僅由所附申請專利範圍之範疇所限制。 說明 圖1為一概要圖式，顯示於平面波導放大光學信號之一先 前技藝方法。 圖2為一概要圖式，顯示放大光學信號之另一先前技蓺 法。 π -9- (5)567651

圖3為一概要圖式’顯示光學放大器之一具體端觀點。 之頂 器沿圖3 A-A，直線之截 圖5為一圖表，顯示光學信號功率根據光學抽取增加之範 圖4為一概要圖式，顯示光學放大 面觀點。 例 圖式代表符號說明

10, 110, 200 光學信號 20, 120 平面波導 30, 130 底材 50 雷射 150, 210 光源 155 共同半導體底材 160 抽取光束 170 箭頭 180 下層表面 202 栗功率PpilMP

Claims (1)

1. 拾、申請專利範圍 1· 一種光學放大器，包含： 一裝置底材； 一第一波導，其嵌入該裝置底材；及 第一複數個雷射，其放置為提供實質上與該第一波導 橫向之第一複數個光束。 2.如申請專利範圍第1項之光學放大器，其中每個該第一 複數個雷射，沿該第一波導之一長度彼此隔開。 - 3·如申請專利範圍第2項之光學放大器，其中該第一複數 個雷射為面射型雷射（vertical cavity surface emitting lasers) 〇 4 ·如申請專利範圍第3項之光學放大器，其中該第一複數 個雷射共用一共同底材。 5.如申請專利範圍第4項之光學放大器，其中該面射型雷 射連接至該裝置底材。 6·如申請專利範圍第1項之光學放大器，其中該裝置底材 為一摻雜鋪:之填玻璃（phosphate glass)。 7·如申請專利範圍第1項之光學放大器，進一步包含： 一第二波導，其嵌入該裝置底材；及 第二複數個雷射，其放置為提供實質上與該第二波導 橫向之第二複數個光束。 8·如申請專利範圍第1項之光學放大器，其中該第一複數 個雷射彼此均勻地隔開。 9· 一種放大一光學信號之方法，包含·· 該光學信號具一第一傳 導引該光學信號通過—波導 播方向；及 她加稷數個光束，其實暂 1Π 、貫貝上與該第一傳播方向橫向。 10·如申請專利範圍第9項 Α 、之方法，其中該複數個光束由複 數個雷射二極體提供。 11· 之方法，其中該光學信號具一約 该複數個光束具一約980毫微米 如申請專利範圍第1〇項 1 550毫微米之波長，且 之波長。

   12.如申請專利範圍第丨丨項 ^ ^ " 頁之方法，其中該施加複數個光束 進一步包含： 使用複數個雷射，每個使用小於50毫瓦特之功率。 13 .如申請專利範圍第丨丨頊 > 古 珩貝之方法，其中該施加複數個光束 進一步包含： 使用複數個雷射，每個使用小於2〇毫瓦特之功率。 14·如申請專利範圍第9項之方法，進一步包含： 於通過該波導後，在該波導反射該複數個光束。

   15· —種製造一光學信號放大器之方法，包含： 附著複數個光源至一底材之一表面，該底材具一波導 嵌入其中，其中該複數個光源實質上導引為與該波導橫 向0 16·如申請專利範圍第15項之方法，其中附著該複數個光源 包含： 結合複數個面射型雷射至該底材表面。 17·如申請專利範圍第16項之方法，其中每個該複數個面射 567651

   於一直線上隔開。 其中每個該複數個面射 其中該複數個面射型雷 其中該複數個面射型雷 型雷射在一共同半導體底材上 18·如申請專利範圍第16項之方法 型雷射由一固定距離隔開。 19·如申請專利範圍第16項之方法 射每個以小於50毫瓦特操作。 20·如申請專利範圍第16項之方法 射每個以小於2〇毫瓦特操作。 21· 一種光學放大器，包含： 一底材； 一波導，其嵌人該底材，該波導具—主要傳播方向； 一雷射陣列，其放置為提供複數個與該主要傳播方向 •橫向之抽取光束。 σ 22·如申請專利範圍第2 1項之光學放大器，i中 '、τ王夕一個該 陣列雷射以小於20毫瓦特功率操作。