專利名稱：具有橫向泵浦的光放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
所描述的本發(fā)明涉及光信號放大領(lǐng)域。具體而言，本發(fā)明涉及使用橫向泵浦光束放大光信號。
背景技術(shù)：
通過在波導(dǎo)中摻雜諸如鉺之類的稀土元素的離子，波導(dǎo)可以起到光放大器的作用。當(dāng)引入泵浦光束時，在波導(dǎo)中傳播的光信號就被放大。例如，被波長大致為980nm或者1480nm的泵浦光束激發(fā)到較高能態(tài)的鉺離子，在鉺離子下降到較低能態(tài)時，將對1530～1600nm左右的較寬波段中的光信號進行放大。這種技術(shù)在光纖放大領(lǐng)域中是公知的。
圖1是示出了一種在平面波導(dǎo)20中放大光信號10的現(xiàn)有技術(shù)方法的示意圖。波導(dǎo)20嵌入在襯底30中，并摻雜有鉺離子。光信號10被導(dǎo)入波導(dǎo)20并傳播通過波導(dǎo)20。激光50沿共同傳播方向，即沿與光信號傳播基本相同的方向，向波導(dǎo)20中供應(yīng)泵浦光束。信號10和泵浦50，例如在隱失(evanescent)定向耦合器中被合并到同一波導(dǎo)20中。在一個示例中，當(dāng)激光50供應(yīng)波長大致為980nm或者1480nm的泵浦光束時，波長大致為1550nm的光信號10被放大。
圖2是示出了另一種放大光信號的現(xiàn)有技術(shù)方法的示意圖。在圖2中，泵浦激光50從波導(dǎo)20的相對一端沿相反的傳播方向，即沿與光信號的方向相反的方向被導(dǎo)入，以對光進行泵浦。類似于圖1，光信號在波導(dǎo)20中被放大，然后離開襯底30。
現(xiàn)代的光網(wǎng)絡(luò)使用單模光纖進行長距離傳輸。這避免了信號由于色散而衰減，所述色散即光速對其波長的相依性。為了有效地與單模光纖對接，包括光纖或波導(dǎo)放大器的所有光學(xué)元件實際都是單模的。由于光學(xué)的普遍原理“亮度(brightness)守恒定理”，僅僅使用線性無源(不增添能量)的光學(xué)元件不能增加單模中光的功率。這導(dǎo)致一個事實，即只有來自一個模式的具有一定波長的光的功率能夠被耦合到單模波導(dǎo)中。對于放大器來說，這意味著沿每個傳播方向和每個偏振，只有具有一定波長的一個泵浦激光器能夠供應(yīng)泵浦光。
如果泵浦的強度高于一定閾值，光信號在光放大器中就獲得增益，所述閾值取決于光信號的強度和光放大器的材料特性。為了獲得足夠高的增益，泵浦的強度必須比閾值高很多。因此，一般需要高功率的泵浦激光器。
與下面所描述的本發(fā)明相比，以上方法有幾個缺點。首先，在所描述的共同傳播和相反傳播放大器中使用的相對高功率的激光器比較昂貴。其次，高功率激光器具有高功耗，高功耗可能在它們的封裝中引起散熱問題。再次，高功率激光器的可靠性通常不如低功率激光器好。


圖1是示出一種在平面波導(dǎo)中放大光信號的現(xiàn)有技術(shù)方法的示意圖。
圖2是示出另一種放大光信號的現(xiàn)有技術(shù)方法的示意圖。
圖3是示出光放大器的一個實施例的俯視圖的示意圖。
圖4是示出沿圖3的線A-A’截取的光放大器的橫截面視圖的示意圖。
圖5是示出基于光泵浦的光信號功率增長的一個示例的曲線圖。
具體實施例方式
本發(fā)明公開了用于在波導(dǎo)中放大光信號的裝置和方法。在一個實施例中，多個低功率激光器沿著波導(dǎo)的長度分散，以提供橫對著光信號傳播方向的泵浦光束。
圖3是示出了光放大器的一個實施例的俯視圖的示意圖。光信號110進入嵌入在襯底130中的波導(dǎo)120，并傳播通過該波導(dǎo)。制作嵌入在襯底中的波導(dǎo)有各種方法，例如通過各種離子種類的擴散、刻蝕以及外延生長?！扒度朐谝r底中”意味著包括這些各種各樣的方式，包括絕緣體上硅(silicon-on-insulator)。在一些情況下，波導(dǎo)實際上可以沉積在襯底的頂部，并用不同于襯底的包層材料覆蓋，但是也意味著被術(shù)語“嵌入在襯底中”所覆蓋。
在一個實施例中，波導(dǎo)120是單模波導(dǎo)。例如激光二極管的多個光源150被耦合到襯底130，以基本上橫對著該嵌入波導(dǎo)120導(dǎo)入泵浦光束。
在一個實施例中，光源150沿著嵌入波導(dǎo)120的長度被均勻間隔開。但是，其它實施例可以包括光源150之間的不同間隔。在一個實施例中，光源150包括垂直腔表面發(fā)射激光器(VCSEL)。該VCSEL可以由普通的半導(dǎo)體襯底155制成，并且可以被接合到器件襯底130的表面上。這使得能夠通過光刻定義VCSEL之間的間隔。
在一個實施例中，VCSEL使用相對較低的功率。例如，VCSEL可以發(fā)射但不限于小于20mW的功率。共同傳播和相反傳播體系結(jié)構(gòu)中所使用的可相比較的高功率激光器使用更高功率的激光，例如但不限于100mW。
圖4是示出了沿圖3的線A-A’所截取的光放大器的橫截面視圖的示意圖。在一個實施例中，在來自光源150的泵浦光束160通過波導(dǎo)120之后，泵浦光束被反射離開下表面180，并被送回到波導(dǎo)120，如箭頭170所示。在一個實施例中，下表面180處的反射是由折射率的變化造成的，這種折射率變化可以通過下表面180鄰接不同的材料或者鄰接相同但具有不同特性的材料來獲得，這是眾所周知的。在一個實施例中，下表面180鄰接空氣或者鄰接散熱器。
在一個實施例中，光源150與嵌入波導(dǎo)120之間的間隔相對較小，例如為5微米。在另一個實施例中，在光源和襯底之間可以耦合透鏡或者準(zhǔn)直器。
圖5是圖示了基于光泵浦的光信號功率的增長的示例曲線圖。在一個實施例中，泵浦光束具有施加給光信號200的功率PPUMP。泵浦功率PPUMP202在位于光源210正下方時最大。當(dāng)光信號200傳播通過波導(dǎo)時，它被多個光源210相繼地泵浦。
在一個實施例中，在同一襯底中可以嵌入多個波導(dǎo)。每個波導(dǎo)可以具有一組用于對波導(dǎo)中的光信號進行放大的橫向泵浦。在一個實施例中，橫向泵浦為VCSEL。制作在公共襯底上的VCSEL矩陣可以被用來放大多個波導(dǎo)中的光信號。
這樣，本發(fā)明公開了用于放大光信號的裝置和方法。但是，這里所描述的具體設(shè)置和方法僅僅是示例性的。例如，制作嵌入在襯底中的波導(dǎo)有各種方法，例如通過各種離子種類的擴散、刻蝕和外延生長。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以利用各種方法中的任何一種來制作這樣的嵌入波導(dǎo)。在不脫離下面所要求的本發(fā)明范圍的情況下，可以做出形式和細節(jié)上的大量修改。本發(fā)明僅受所附權(quán)利要求的范圍的限制。
權(quán)利要求
1.一種光放大器，包括器件襯底；嵌入在所述器件襯底中的第一波導(dǎo)；和被安置用于提供基本上橫對著所述第一波導(dǎo)的第一多個光束的第一多個激光器。
2.如權(quán)利要求1所述的光放大器，其中所述第一多個激光器中的每一個沿著所述第一波導(dǎo)的長度被相互間隔開。
3.如權(quán)利要求2所述的光放大器，其中所述第一多個激光器是垂直腔表面發(fā)射激光器。
4.如權(quán)利要求3所述的光放大器，其中所述第一多個激光器共用公共襯底。
5.如權(quán)利要求4所述的光放大器，其中所述垂直腔表面發(fā)射激光器被接合到所述器件襯底。
6.如權(quán)利要求1所述的光放大器，其中所述器件襯底是摻鉺的磷酸鹽玻璃。
7.如權(quán)利要求1所述的光放大器，還包括嵌入在所述器件襯底中的第二波導(dǎo)；和被安置用于提供基本上橫對著所述第二波導(dǎo)的第二多個光束的第二多個激光器。
8.如權(quán)利要求1所述的光放大器，其中所述第一多個激光器彼此均勻地間隔開。
9.一種放大光信號的方法，包括將所述光信號導(dǎo)入通過波導(dǎo)，所述光信號具有第一傳播方向；以及施加基本上橫對著所述第一傳播方向的多個光束。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述多個光束由多個激光二極管提供。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述光信號的波長大致為1550nm，并且所述多個光束的波長大致為980nm。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述施加多個光束還包括使用多個激光器，每個所述激光器使用小于50mW的功率。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述施加多個光束還包括使用多個激光器，每個所述激光器使用小于20mW的功率。
14.如權(quán)利要求9所述的方法，還包括在所述多個光束通過所述波導(dǎo)之后，將所述多個光束反射回所述波導(dǎo)。
15.一種制造光信號放大器的方法，包括將多個光源連接到襯底的表面上，所述襯底具有嵌入在其中的波導(dǎo)，其中所述多個光源被定向為基本上橫對著所述波導(dǎo)。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中所述連接多個光源包括將多個垂直腔表面發(fā)射激光器接合到所述襯底的所述表面上。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述多個垂直腔表面發(fā)射激光器中的每一個在公共半導(dǎo)體襯底上沿直線間隔開。
18.如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述多個垂直腔表面發(fā)射激光器中的每一個以固定距離間隔開。
19.如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述多個垂直腔表面發(fā)射激光器中每一個都工作于50mW以下。
20.如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述多個垂直腔表面發(fā)射激光器中每一個都工作于20mW以下。
21.一種光放大器，包括襯底；嵌入在所述襯底中的波導(dǎo)，所述波導(dǎo)具有主傳播方向；被安置用于提供橫對著所述主傳播方向的多個泵浦光束的激光器陣列。
22.如權(quán)利要求21所述的光放大器，其中所述激光器陣列中的至少一個工作于20mW功率以下。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種光放大器，其包括器件襯底、嵌入在所述器件襯底中的第一波導(dǎo)和多個激光器。所述激光器被安置用于提供基本上橫對著所述第一波導(dǎo)的第一多個光束。
文檔編號H01S5/04GK1602571SQ02824760
公開日2005年3月30日 申請日期2002年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月13日
發(fā)明者安德魯·阿爾杜伊諾, 克里斯托弗·肖爾茨, 田容鐘 申請人:英特爾公司