专利名称：具有分布式隐失耦合泵浦的光放大器的制作方法
技术领域：
所描述的本发明涉及光信号放大领域。具体而言，本发明涉及使用多个泵浦光源对光信号进行放大。
背景持术通过在波导中掺杂诸如铒之类的稀土元素的离子，波导可以起到光放大器的作用。当引入泵浦光束时，在波导中传播的光信号就被放大。例如，被波长大致为980nm或者1480nm的泵浦光束激发到较高能态的铒离子，在铒离子下降到较低能态时，将对1530～1600nm左右的较宽波段中的光信号进行放大。这种技术在光纤放大领域中是公知的。
图1是示出了一种在平面波导20中放大光信号10的现有技术方法的示意图。波导20嵌入在衬底30中，并掺杂有铒离子。光信号10被导入波导20并传播通过波导20。激光50沿共同传播方向，即沿与光信号传播基本相同的方向，向波导20中供应泵浦光束。信号10和泵浦50，例如在隐失(evanescent)定向耦合器中被合并到同一波导20中。在一个示例中，当激光50供应波长大致为980nm或者1480nm的泵浦光束时，波长大致为1550nm的光信号10被放大。
图2是示出了另一种放大光信号的现有技术方法的示意图。在图2中，泵浦激光50从波导20的相对一端沿相反的传播方向，即沿与光信号的方向相反的方向被导入，以对光进行泵浦。类似于图1，光信号在波导20中被放大，然后离开衬底30。
现代的光网络使用单模光纤进行长距离传输。这避免了信号由于色散而衰减，所述色散即光速对其波长的相依性。为了有效地与单模光纤对接，包括光纤或波导放大器的所有光学元件实际都是单模的。由于光学的普遍原理“亮度(brightness)守恒定理”，仅仅使用线性无源(不增添能量)的光学元件不能增加单模中光的功率。这导致一个事实，即只有来自一个模式的具有一定波长的光的功率能够被耦合到单模波导中。对于放大器来说，这意味着沿每个传播方向和每个偏振，只有具有一定波长的一个泵浦激光器能够供应泵浦光。
如果泵浦的强度高于一定阈值，光信号在光放大器中就获得增益，所述阈值取决于光信号的强度和光放大器的材料特性。为了获得足够高的增益，泵浦的强度必须比阈值高很多。因此，一般需要高功率的泵浦激光器。
与下面所描述的本发明相比，以上方法有几个缺点。首先，在所描述的共同传播和相反传播放大器中使用的相对高功率的激光器比较昂贵。其次，高功率激光器具有高功耗，高功耗可能在它们的封装中引起散热问题。再次，高功率激光器的可靠性通常不如低功率激光器好。
图1是示出一种在平面波导中放大光信号的现有技术方法的示意图。
图2是示出另一种放大光信号的现有技术方法的示意图。
图3是示出光放大器的一个实施例的三维视图的透视图。
图4是示出光放大器的一个实施例的另一个示例性示图。
图5是示出光放大器的一个实施例的俯视图的示例性示图，所述光放大器在主波导的两侧都具有泵浦波导。
图6是图示由光泵浦引起的光信号功率增长的示例性曲线图。
具体实施例方式
本发明公开了一种在主波导中放大光信号的装置和方法。多个低功率光源沿着主波导的分散部分提供泵浦光束。在一个实施例中，激光二极管向被隐失耦合到主波导的泵浦波导中提供泵浦光束。泵浦光束在主波导中相继地对光信号进行放大。
图3是示出光放大器的一个实施例的三维视图的示例性示图。光信号110进入波导120并传播通过该波导，在一个实施例中波导120是单模波导。例如激光二极管的多个光源140被耦合以向泵浦波导150中提供泵浦光束。泵浦波导150被安置成邻近波导120的分散部分。在一个实施例中，泵浦波导150沿着波导120被均匀地间隔开，而其它实施例可以包括泵浦波导150之间的不同间隔。上包层(未示出)围绕波导120和150。在一个实施例中，激光二极管120可以通过衬底130中的沟槽被耦合到泵浦波导150。在一个实施例中，激光二极管120可以被定向为朝向透镜142，以将泵浦光束导入泵浦波导150中。
波导120和150可以通过各种不同的方法被形成在衬底130中，例如通过各种离子种类的扩散、刻蚀和/或外延生长，这些都是公知的。“嵌入在衬底中”意味着包括这些各种各样的方式，包括绝缘体上硅(silicon-on-insulator)。在一些情况下，波导实际上可以沉积在衬底的顶部，并用不同于衬底的包层材料覆盖，但是也意味着被术语“嵌入在衬底中”所覆盖。
例如，在一个实施例中，可以使用玻璃衬底，并采用离子扩散来生成嵌入在玻璃中的波导。在另一个实施例中，可以使用硅衬底。可以沉积二氧化硅用作包层，并且可以使用刻蚀来去除非波导材料。然后，例如二氧化硅的上包层可以被沉积在波导120和150的顶部。
图4是示出光放大器的一个实施例的另一个示例性示图。在该实施例中，主波导220可以被形成为从衬底的一侧232延伸至相对的另一侧234。例如激光二极管的光源240从衬底230的第三侧236向泵浦波导250提供泵浦光束。泵浦波导250在衬底230内部弯曲，以提供到主波导220的隐失耦合。
在一个实施例中，光源240经由光纤(未示出)向泵浦波导250提供泵浦光束。在另一个实施例中，光源240被直接耦合到衬底230。
在一个实施例中，光源240包括垂直腔表面发射激光器(VCSEL)。在一个实施例中，VCSEL可以被直接接合到器件衬底230的表面上。
在一个实施例中，VCSEL使用相对较低的功率。例如，VCSEL可以发射但不限于低于20mW的功率。在共同传播和相反传播体系结构中使用的可相比较的高功率激光器使用更高功率的激光，例如但不限于100mW。
图5是示出了光放大器的一个实施例的俯视图的示例性示图，所述光放大器在主波导320的两侧都具有泵浦波导350。可以从衬底330的两侧提供光源340。
图6是图示由光泵浦410引起的光信号功率400的增长的示例性曲线图。在一个实施例中，为了提供增益，泵浦光束提供高于特定阈值Pth的功率。图6图示了通过对光信号相继地进行泵浦，即使低功率激光二极管可能提供并不显著高于增益阈值Pth的泵浦光束，光信号的功率也被提高。低功率激光二极管具有一般比更高功率的激光二极管更为便宜、更为可靠的优点，如前面所提到的。
这样，本发明公开了用于放大光信号的装置和方法。但是，这里所描述的具体设置和方法仅仅是示例性的。例如，制作嵌入在衬底中的波导有各种方法，例如通过各种离子种类的扩散、刻蚀和外延生长。本领域的技术人员可以利用各种方法中的任何一种来制作这样的嵌入波导。另外，可以采用未被示出的波导之上的上包层。在不脱离所要求的本发明范围的情况下，可以做出形式和细节上的大量修改。因此，本发明仅受所附权利要求的范围的限制。
权利要求
1.一种光放大器，包括器件衬底；嵌入在所述器件衬底中的第一波导；沿着所述第一波导的分散部分被耦合的多个泵浦波导；和被安置以向所述多个泵浦波导中提供多个泵浦光束的多个激光器。
2.如权利要求1所述的光放大器，其中所述多个泵浦波导以均匀间隔开的间距被耦合到所述第一波导。
3.如权利要求1所述的光放大器，其中所述多个激光器是垂直腔表面发射激光器。
4.如权利要求3所述的光放大器，其中所述垂直腔表面反射激光器被接合到所述器件衬底上。
5.如权利要求1所述的光放大器，其中所述第一波导至少在其周边被部分地掺杂有铒离子。
6.如权利要求1所述的光放大器，其中所述多个激光器中每一个都发射低于约为20mW的功率。
7.一种放大光信号的方法，包括引导光信号通过波导，所述光信号具有第一传播方向；以及在所述波导的分散部分处施加泵浦光束。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述泵浦光束经由多个泵浦波导被隐失耦合。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述泵浦光束由多个激光二极管提供。
10.如权利要求8所述的方法，其中所述光信号的波长约为1550nm，泵浦光束的波长约为980nm。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述施加泵浦光束还包括使用每一个都发射低于20mW功率的多个激光器。
12.一种光放大器，包括衬底；嵌入在所述衬底中的第一波导；耦合到所述第一波导以相继地对所述第一波导中的光信号进行泵浦的多个泵浦波导。
13.如权利要求12所述的光放大器，其中所述多个泵浦波导沿着所述第一波导的分散部分相继地对所述光信号进行泵浦。
14.如权利要求13所述的光放大器，其中所述分散部分沿着所述第一波导被均匀间隔开。
15.如权利要求13所述的光放大器，还包括被耦合以向所述多个泵浦波导中提供泵浦光信号的多个激光二极管。
16.如权利要求15所述的光放大器，其中所述多个激光二极管中每一个都发射低于20mW的功率。
17.如权利要求15所述的光放大器，还包括耦合在所述多个激光二极管和所述多个泵浦波导之间的多个透镜。
全文摘要
一种光放大器包括器件衬底、嵌入在所述器件衬底中的第一波导、沿所述第一波导的分散部分被耦合的多个泵浦波导以及多个激光器。所述激光器被安置以向所述泵浦波导中提供泵浦光束。
文档编号H01S3/063GK1602568SQ02824758
公开日2005年3月30日 申请日期2002年11月22日 优先权日2001年12月13日
发明者安德鲁·阿尔杜伊诺, 德米特里·尼科诺夫, 克里斯托弗·肖尔茨, 戴维·芬克 申请人:英特尔公司