TWI585482B - 側向光柵耦光系統 - Google Patents

側向光柵耦光系統 Download PDF

Info

Publication number
TWI585482B
TWI585482B TW104139127A TW104139127A TWI585482B TW I585482 B TWI585482 B TW I585482B TW 104139127 A TW104139127 A TW 104139127A TW 104139127 A TW104139127 A TW 104139127A TW I585482 B TWI585482 B TW I585482B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
grating
optical fiber
sidewall
lateral
light
Prior art date
Application number
TW104139127A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201719214A (zh
Inventor
李穎玟
黃升龍
黎延垠
Original Assignee
國立臺北科技大學
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 國立臺北科技大學 filed Critical 國立臺北科技大學
Priority to TW104139127A priority Critical patent/TWI585482B/zh
Priority to US15/132,268 priority patent/US20170146731A1/en
Application granted granted Critical
Publication of TWI585482B publication Critical patent/TWI585482B/zh
Publication of TW201719214A publication Critical patent/TW201719214A/zh

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
    • G02B6/02057—Optical fibres with cladding with or without a coating comprising gratings
    • G02B6/02061—Grating external to the fibre and in contact with the fibre, e.g. evanescently coupled, gratings applied to the fibre end
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/34—Optical coupling means utilising prism or grating
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4204—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms
    • G02B6/4214—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms the intermediate optical element having redirecting reflective means, e.g. mirrors, prisms for deflecting the radiation from horizontal to down- or upward direction toward a device
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
    • H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
    • H01S3/094003—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light the pumped medium being a fibre
    • H01S3/094019—Side pumped fibre, whereby pump light is coupled laterally into the fibre via an optical component like a prism, or a grating, or via V-groove coupling
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
    • H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
    • H01S3/0941—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light of a laser diode

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)

Description

側向光柵耦光系統
本發明涉及一種側向光柵耦光系統，尤指一種藉非均勻繞射效率控制以降低邊緣耗損的一種側向光柵耦光系統
請參閱中華民國專利公報之發明公告/公開號200947002「光纖光柵側耦光裝置及其光纖纖衣光柵」中，所揭露之習知技術，係為提供一種耦光裝置及光纖纖衣光柵，如圖1所示，其中，光纖光柵側耦光裝置係包含：一半導體雷射陣列50，設於一光纖51之一側，產生入射幫浦光，且該入射幫浦光通過一光學準直系統54；以及一光柵52，包含：複數個光柵單元53，設於該光纖51上相對於該半導體雷射陣列50之另一側之纖衣表面，沿該光纖51軸向排列設置，其中該入射幫浦光可藉由該些光柵單元產生一繞射光，且該繞射光可於該光纖51中進行傳播；及一反射層(圖中未示)，設於該些光柵單元53之表面，用於將該入射幫浦光反射入該光纖51中。前述本發明所揭示之光柵52結構其垂直尺度範圍小，故製作於纖衣表面上時，不影響光纖之機械強度，且光柵52繞射角滿足全反射同時可避免再入射損失效應。
請參閱中華民國專利公報之發明公告/公開號I446081「側向光幫浦之光纖放大器」中，所揭露之習知技術，係為提供一種光纖放大器，其中，係包含：一增益光纖，其係具有一第一端面、一相對該第一端面之第二端面及一位於該第一端面與該第二端面之間的光照射區；一幫浦光源，其係設置於該增益光纖之一側，且可產生一幫浦光，該幫浦光係照射該增益光纖之該光照射區；以及一第一反射層及一第二反射層，其係分別形成於該增益光纖之該第一端面及該第二端面，且反射該幫浦光。
然而，前述現有技術內容之光纖相關結構由於使用了具特定週期性結構參數的光柵元件，因此其對於側向入射光源的入射角度及準直性 要求相對嚴格，必須具有一定水準的光學準直元件使光線於光纖中具有良好的耦光效率，為此，相關業者於生產時必須花費較多的成本，而不符合生產成本效益；另一方面，由於現有技術受限於光柵元件之特定週期性結構參數，因此第二次繞射耗損以及邊緣耗損的狀況難以避免，使得耦光效率及最終的能量轉換效率難以提升。
因此，本發明係提出一種側向光柵耦光系統，其可藉控制非均勻的繞射效率，來降低第二次繞射耗損以及邊緣耗損；且另一方面，由於其對於入射光源的入射角度及準直性要求相對寬鬆，故不須裝載光學準直透鏡，而可降低相關業者於生產時花費的成本，實為目前各界亟欲解決之技術問題。
鑒於前述之習知技術的缺點，本發明之主要目的係提供一種，側向光柵耦光系統，其能夠降低第二次繞射損耗以及邊緣耗損，且不須裝載光學準直透鏡，進而可達到降低生產成本以及降低耗損提高能量轉換效率之目的。
為了達到前述目的及其他目的，本發明之側向光柵耦光系統係包含：一光纖，係具有一第一側壁及與該第一側壁相對之一第二側壁；一側向光柵，係設置於該光纖之該第一側壁上，該側向光柵包含呈非均質排列的複數光柵單元；一雷射陣列，係設置於該光纖的該第二側壁上，用以朝該光纖發出一雷射光；其中，該雷射光依序由該第二側壁及該第一側壁穿過該光纖，並藉由該側向光柵之該複數光柵單元將該雷射光轉換為繞射效率非均勻的至少一繞射光，該至少一繞射光於該光纖中進行全反射傳播。
開始使用本發明之側向光柵耦光系統時，該雷射陣列係朝該光纖之該第二側壁上發出該雷射光，該雷射光依序由該第二側壁及該第一側壁穿過該光纖；接著，藉由該側向光柵之該複數光柵單元將該雷射光轉換 為繞射效率非均勻的該至少一繞射光；繼而，該至少一繞射光於該光纖中進行全反射傳播。
由於該側向光柵之該複數光柵單元呈非均質排列，故不須裝載光學準直透鏡，且能夠藉非均勻的繞射效率控制以降第二次繞射損耗以及低邊緣耗損，達到以低成本提高耦光效率之目的。
1‧‧‧雷射光
10‧‧‧光纖
11‧‧‧第一側壁
12‧‧‧第二側壁
101‧‧‧纖芯
102‧‧‧纖衣
103‧‧‧保護層
2‧‧‧繞射光
20‧‧‧側向光柵
30‧‧‧雷射陣列
40‧‧‧緩衝層
50‧‧‧半導體雷射陣列
51‧‧‧光纖
52‧‧‧光柵
53‧‧‧光柵單元(習知技術)
21A、21B、21B’‧‧‧光柵單元(本發明)
22‧‧‧基板
SA‧‧‧第一結構
SB‧‧‧第二結構
圖1係顯示現有技術之光纖光柵側耦光裝置的架構示意圖；圖2係顯示本發明之側向光柵耦光系統的系統架構示意圖；圖3係顯示本發明之側向光柵耦光系統的複數光柵單元之微結構深度與總能量轉換效率之關係圖；以及圖4係顯示本發明之側向光柵耦光系統的入射雷射光功率與耦光效率之關係示意圖。
以下係藉由特定的具體實施例說明本發明之實施方式，熟悉此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本發明之其他優點及功效。本發明亦可藉由其他不同的具體實例加以施行或應用，本發明說明書中的各項細節亦可基於不同觀點與應用在不悖離本發明之精神下進行各種修飾與變更。
須知，本說明書所附圖式繪示之結構、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示之內容，以供熟悉此技藝之人士瞭解與閱讀，並非用以限定本發明可實施之限定條件，故不具技術上之實質意義，任何結構之修飾、比例關係之改變或大小之調整，在不影響本發明所能產生之功效及所能達成之目的下，均應落在本發明所揭示之技術內容得能涵蓋之範圍內。
以下依據本發明之實施例，描述一側向光柵耦光系統。
請參閱圖2所示，為本發明之一實施例的側向光柵耦光系統，其包含：一光纖10、一側向光柵20以及一雷射陣列30。
該光纖10係具有一第一側壁11及與該第一側壁11相對之一第二側壁12。依據本發明之該實施例，該光纖10係由一纖芯101、一纖衣102以及一保護層103所構成，其中該纖芯101係位於該光纖10之中心位置且與其軸向平行，該纖衣102包覆於纖芯101之側壁外，最外層的是包覆於該纖衣102之外的該保護層103，而該第一側壁101及該第二側壁102係分別形成於未覆蓋有該保護層103之裸露之該纖衣102的分別二處。此外，該光纖10之該纖芯101中可包含如鐿、鉺或其他類似之增益介質，使一其特定波長之光源在纖芯101中傳播且提供增益效果。
該側向光柵20係設置於該光纖10之該第一側壁上11，該側向光柵20包含呈非均質排列的複數光柵單元21A,21B,21B’。其中光柵單元21A包含一第一結構SA；光柵單元21B包含一第二結構SB，並且第二結構SB與第一結構SA不同。在本發明之一實施例中，該側向光柵20係具有一基板22，該複數光柵單元21A,21B,21B’係設置於該基板22上且朝向該光纖10之該第一側壁11。如圖2所示，第一結構SA為一設置於該側向光柵20的中央部位的結構。第二結構SB為一設置於該側向光柵20的邊緣位置的非對稱結構。第一結構SA與第二結構SB呈非單一週期性排列。
該雷射陣列30係設置於該光纖10的該第二側壁12上，用以朝該光纖10發出一雷射光1，該雷射光1依序由該第二側壁12及該第一側壁11穿過該光纖10，並藉由該側向光柵20之該複數光柵單元(圖中未示)將該雷射光1轉換為繞射效率非均勻的至少一繞射光2，該至少一繞射光2於該光纖10中進行全反射傳播。關於本發明之該實施例，該雷射陣列30係為一半導體雷射陣列，其可為發出增益介質所能吸收之特定波長範圍且具小頻寬之半導體雷射模組(semiconductor laser diode)，增益介質吸收特定波長之光源後可增益光功率強度。
關於本發明之該實施例，復包含有一緩衝層40，該緩衝層40係為一折射率匹配材料，該側向光柵20係藉由該緩衝層40而設置於該光纖10之該第一側壁11上。
開始使用本發明之側向光柵耦光系統時，該雷射陣列30係朝該光纖10之該第二側壁12上發出該雷射光1，該雷射光1依序由該第二側壁12及該第一側壁11穿過該光纖10；接著，藉由該側向光柵20之該複數光 柵單元(圖中未示)將該雷射光1轉換為繞射效率非均勻的該至少一繞射光2；繼而，該至少一繞射光2於該光纖10中進行全反射傳播。
請參閱圖3所示，為本發明之該實施例的複數光柵單元(圖中未示)之微結構深度與總能量轉換效率之關係示意圖，可以發現到複數光柵單元的微結構深度在特定奈米級距之間具有較佳的總能量換效率；以及，請參閱圖4所示，為本發明之該實施例的入射雷射光1功率與耦光效率之關係示意圖，可以發現當入射雷射光1功率較低時，系統具有較佳的耦光效率。
藉此，由於該側向光柵20之該複數光柵單元(圖中未示)呈非均質排列，故不須裝載光學準直透鏡(圖中未示)，且能夠藉非均勻的繞射效率控制以降第二次繞射損耗以及低邊緣耗損，達到以低成本提高耦光效率之目的。
儘管已參考本申請的許多說明性實施例描述了實施方式，但應瞭解的是，本領域技術人員能夠想到多種其他改變及實施例，這些改變及實施例將落入本公開原理的精神與範圍內。尤其是，在本公開、圖式以及所附申請專利範圍的範圍內，對主題結合設置的組成部分及/或設置可作出各種變化與修飾。除對組成部分及/或設置做出的變化與修飾之外，可替代的用途對本領域技術人員而言將是顯而易見的。
1‧‧‧雷射光
10‧‧‧光纖
11‧‧‧第一側壁
12‧‧‧第二側壁
101‧‧‧纖芯
102‧‧‧纖衣
103‧‧‧保護層
2‧‧‧繞射光
20‧‧‧側向光柵
30‧‧‧雷射陣列
40‧‧‧緩衝層
21A、21B、21B’‧‧‧光柵單元(本發明)
22‧‧‧基板
SA‧‧‧第一結構
SB‧‧‧第二結構

Claims (7)

  1. 一種側向光柵耦光系統，係包含：一光纖，係具有一第一側壁及與該第一側壁相對之一第二側壁；一側向光柵，係設置於該光纖之該第一側壁上，該側向光柵包含呈非均質排列的複數光柵單元；一雷射陣列，係設置於該光纖的該第二側壁上，用以朝該光纖發出一雷射光；以及一緩衝層，該側向光柵係藉由該緩衝層而設置於該光纖之該第一側壁上，其中，該雷射光依序由該第二側壁及該第一側壁穿過該光纖，並藉由該側向光柵之該複數光柵單元將該雷射光轉換為繞射效率非均勻的至少一繞射光，該至少一繞射光於該光纖中進行全反射傳播。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之側向光柵耦光系統，其中，該複數光柵單元包含一第一結構及一不同於該第一結構的第二結構，該第一結構與該第二結構呈非單一週期性排列。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之側向光柵耦光系統，其中，該第一結構設置於該側向光柵的中央部位，該第二結構設置於該側向光柵的邊緣位置。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之側向光柵耦光系統，其中，該雷射陣列係為一半導體雷射陣列。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之側向光柵耦光系統，其中，該側向光柵係具有一基板，該複數光柵單元係設置於該基板上且朝向該光纖之該第一側壁。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之側向光柵耦光系統，其中，該緩衝層係為一折射率匹配材料。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之側向光柵耦光系統，其中，該光纖係由一纖芯、一纖衣以及一保護層所構成。
TW104139127A 2015-11-25 2015-11-25 側向光柵耦光系統 TWI585482B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW104139127A TWI585482B (zh) 2015-11-25 2015-11-25 側向光柵耦光系統
US15/132,268 US20170146731A1 (en) 2015-11-25 2016-04-19 Side grating based light coupling system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW104139127A TWI585482B (zh) 2015-11-25 2015-11-25 側向光柵耦光系統

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TWI585482B true TWI585482B (zh) 2017-06-01
TW201719214A TW201719214A (zh) 2017-06-01

Family

ID=58721738

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW104139127A TWI585482B (zh) 2015-11-25 2015-11-25 側向光柵耦光系統

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20170146731A1 (zh)
TW (1) TWI585482B (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW200947002A (en) * 2008-05-14 2009-11-16 Ind Tech Res Inst Gratings at optical fiber side and coupling apparatus using the same
TW201137488A (en) * 2010-04-21 2011-11-01 Univ Nat Sun Yat Sen Transversely pumping fiber amplifier
JP2013524174A (ja) * 2010-06-11 2013-06-17 インダストリアル テクノロジー リサーチ インスティテュート 単一分子検出装置
US20140353530A1 (en) * 2013-05-30 2014-12-04 Bandwidth10, Inc. Polarization independent dual usage hcg vcsel-detector with high contrast grating and two dimensional period structure

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW200947002A (en) * 2008-05-14 2009-11-16 Ind Tech Res Inst Gratings at optical fiber side and coupling apparatus using the same
TW201137488A (en) * 2010-04-21 2011-11-01 Univ Nat Sun Yat Sen Transversely pumping fiber amplifier
JP2013524174A (ja) * 2010-06-11 2013-06-17 インダストリアル テクノロジー リサーチ インスティテュート 単一分子検出装置
US20140353530A1 (en) * 2013-05-30 2014-12-04 Bandwidth10, Inc. Polarization independent dual usage hcg vcsel-detector with high contrast grating and two dimensional period structure

Also Published As

Publication number Publication date
US20170146731A1 (en) 2017-05-25
TW201719214A (zh) 2017-06-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5839686B2 (ja) 光束制御部材および発光装置
US8633641B2 (en) Side illumination lens for LED
JP2012524978A5 (zh)
JP2015525431A5 (zh)
JP2011524065A5 (zh)
JP5355663B2 (ja) 光源モジュール及び照明装置
JP2010210824A5 (zh)
WO2016082247A1 (zh) 导光板、背光模组及显示器
JP2015053128A5 (ja) 照明装置及び光学部材
JP2011243717A5 (zh)
WO2015152061A1 (ja) 光変調器
US20160320541A1 (en) Backlight module and display device
KR20100132513A (ko) 다면 출력면을 갖는 변환장치 및 이를 통합한 레이저 프로젝션 시스템
JP5071827B2 (ja) 面光源装置
JP2008152003A (ja) 光モジュール及び光通信装置
JP2013065660A (ja) 発光モジュールおよび発光装置
TW201541134A (zh) 光耦合元件及應用光耦合元件之光學模組
JP2015138145A (ja) 光変調器
TWI585482B (zh) 側向光柵耦光系統
TW201837514A (zh) 光耦合系統及光耦合方法
TWM553810U (zh) 具有監控分光路徑的光學元件
US6434284B1 (en) Beam converter for enhancing brightness of polarized light sources
JPWO2018037548A1 (ja) 発光装置
JP2013097072A5 (ja) レーザ光源
KR101189848B1 (ko) 광도파로를 형성하는 방법