TW200301603A - Optical amplifier with distributed evanescently-coupled pump - Google Patents

Description

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玖、發明說明 (發明說明應敘明：發明所屬之技術領域、先前技術、内容、實施方式及圖軍·) 1. 發明所屬之技術領域 本發明是有關於一種光信號放大領域。本發明特別是有 關於一種利用多重幫浦光源來放大光信號。 2. 先前技術 在波導管中摻雜入如铒之稀少元素之離子後，可將波導 管當成光放大器使用。當導入幫浦光束時，可放大在波導 管中傳送之光信號。比如，利用幫浦光束來將波長為98〇nm 或1480 nm之铒離子激活至高能階後，可放大波長頻寬在 153(M600 nmi光信號，隨著，铒離子下降至較低之能階 。此技術在光纖放大中乃屬習知。 圖1是顯示在平面波導管20中放大光信號1〇之習知技術 。波4官20係嵌入至基底30内，且摻雜有铒離子。光信號 10係導入至波導管20内，且經過波導管2〇。幫浦雷射5〇以 共傳播（co-propagatmg)方向將幫浦光束射入至波導管2〇内 亦即本負上相同於光信號傳播之方向。信號丨〇與幫浦雷 射5 0 以漸消方向性耦合方式而合併於波導管川。在一例 中，當幫浦雷射DO射出波長為98〇 nm* 148〇 nm之幫浦光束 時，波長約為1550 nm之光信號1〇係被放大。 圖2顯不放大光信號之另一習知方法。在圖2中，幫浦雷 射係於波導管20之相反端來將光以反傳播 (counter-propagatmg)方向導入，亦即相反於光信號之傳播 方向。相似於圖1，光信號係在波導管2〇内被放大，接著離 開基底3 0。 (2) 200301603 發獎說嗫續頁 有光、·罔路係利用單模光纖來進行長距離傳輸。此可避 免L唬口為色散（chromatlc dispersion)而品質降低，亦即光 速取决於其波長。為與單模光纖有效接面，所有光元件， 因為光學之 conservation 包括光纖或波導管放大器實際上也要是單模 普通原理 受度不滅理論（brightness theorem)，’，^只用線性主動（不增加能量）光&件來增加 單模中之光功率。這將導致，只有從某一模式之具特定波 長之光之功率才能耦合至單模波導管中。對放大器而言， k。兄明】，某特定波長之唯一幫浦雷射才能在各傳播與極 化方向射出幫浦光。 在居浦強度鬲於由光信號強度與光放大器之材質特性所 決定之某一臨界值之光放大器内，光信號將被放大。為得 】足夠问之增显，驁浦強度必需遠鬲於該臨界值。因此， 一般需要高功率幫浦雷射。 相比於本發明，上述方法有數個缺點。首先，上述共傳 播與反傳播放大使用昂貴之高功率雷射。其次，高功率雷 射有高功率消耗，這將造成在封裝上之熱能問題。第三， 高功率雷射之可靠度一般不如低功率雷射。 圖式簡單說明 圖1顯示在平坦波導管中放大光信號之一習知技術 圖2顯示放大光信號之另一習知技術。 圖3顯示一實施例之光放大器之3維立體圖。 200301603

發嘴說嚷續頁 圖4顯示另一實施例之光放大器。 圖5顯示具有幫浦波導管於主波導管之兩側邊上之一實 施例之光放大器之上視圖。 圖6顯示因為光幫浦所導致之光信號功率增加之圖示。 實施方式 本發明揭露一種在主波導管中放大光信號之裝置與方法 。多低功率光源沿著主波導管之散置（i n t e r s p e r s e d)部份提， 供幫浦光束。在一實施例中，雷射二極體提供幫浦光束至 漸消輕合至該主波導管之幫浦波導管。幫浦光束在主幫浦 内連續地放大光信號。 圖3顯示一實施例之光放大器之3維立體圖。光 入在一貫施例中為單模波導管之波導管1 20内並在其内傳 播。多光源140，比如雷射二極體，係耦合以提供幫浦光束 至為浦波導官1 ：) 0。幫浦波導管i 5 〇係相鄰於波導管i 2〇之散 置部份。在一實施例中，幫浦波導管15〇係沿著波導管12〇 等距擺放u在另-實拖例中，幫浦波導管15()可不等距 擺放。上覆盍層環境著波導管12〇與丨5〇。在一實施例中， 雷射二極體可經由基底13Q中之溝槽❹合至幫浦波導 管150。在-實施例中’雷射二極體12〇可指向至透鏡142 以將幫浦光束指向至幫浦波導管1 5 〇。 波導管120與150可以各種方式來形成於基底130中，比如 已知之不同離子種類之脖p #之擴政，蝕刻及/或濺渡成長等。“嵌 入於基底中”意味著包這些方法’包括絕緣層上覆碎法训 。在某些例子中，管可位於基底之頂端上，並由不同 200301603 l4j 發獎說劈續員 ——---- 於基底之材質所覆蓋，但這仍在“嵌入於基底中”之意涵内。 比如，在一實施例中，可使用玻璃基底，且可應用離子 擴散來產生嵌入於基底中之波導管。在另一實施例中，可 使用矽基底。可沉積氧化矽來做為覆蓋用，且可蝕刻來移 除非波導管材質。比如，氧化矽之上覆蓋層可接著沉積於 波導管120與150之頂端上。 圖4顯示另一實施例之光放大器。在此實施例中，所形成 之主波導管220從基底之一側邊232穿過到相對側234。光源 240(比如雷射二極體）從基底23〇之第三側邊236射出幫浦 光束至幫浦波導管250。幫浦波導管250彎曲於基底230以提 供漸消耦合至主波導管220。 在一實施例中’光源240透過光纖（未示出）提供幫浦光束 至幫浦波導管250。在另一實施例中，光源24〇係直接耦合 至基底230。 在一實施例中，光源240包括垂直共振腔面射型雷射二極 體（VCSEL，vertical cavity surface emitting lasei)。在一實 施例中，VCSEL將直接結合至裝置基底23〇之表面。

在一實施例中’ VCSEL使用相當低功率。比如，VCSEL 和^出低於2 0 m W之功毕’但不受限於此。相比之下，使 用於共傳播與反傳播架構中之高功率雷射係使用比如1 〇 〇 mW之較高功率雷射，但不受限於此。 圖5頭示具有幫浦波導管3 5 0於主波導管3 2 0之兩側邊上 之一實施例之光放大器之上視圖。光源340可位於基底33〇 之兩側邊上。 (5) (5)200301603 發嘴說劈續頁 圖6顯示因為光幫浦410所導致之光信號功率4〇〇增加之 圖示。在一實施例中，幫浦光束提供高於特定臨界值^匕之 功率以提供增加。圖6顯示了，藉由連續幫浦光信號將可增 加光信號之功率，即使低功率雷射二極體所提供之幫浦光 信號並未明顯地高於增益臨界值Pth。低功率雷射二極體之 優點在於，比起高功率雷射二極體，其較便宜且較可靠。 因此，本發明係揭£ 一種放大光信號之裝置與方法σ然 而，上述之排列與方法僅用於說明用。比如，有相當多方 法可用於形喪入於基底中之波導管，比如，不同離子種類 之擴散、蝕刻及蟲晶成長法等。習知此技者將可用其他方 式來形成嵌入式波導管。此外，覆蓋於波導管上之上覆蓋 材質也可使用上述未提到之材質。 雖然本發明已以數個較佳實施例揭露如上，然其並非用 以限定本發明’任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精 神和靶圍’當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保 護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 -10 - 200301603 (6) 發·嘯啸頁 圖式代表符號說明 10， 110 光信號 20 平面波導管 30， 130 ， 230 ， 330 基底 50 幫浦雷射 120 波導管 140 ，240 ， 340 光源 142 透鏡 150 ，250 ， 350 幫浦波導管 220 ，320 主波導管 232 ，234 ， 236 側邊 400 光信號功率 410 光幫浦

Claims (1)

1. 200301603 拾、申請專利範圍 1. 一種光放大器，包括： 一裝置基底； 一第一波導管，其嵌入於該裝置基底中； 複數個幫浦波導管，耦合於該第一波導管之散置部份 :以及 複數個雷射，射出複數幫浦光束入該些幫浦波導管内。 2. 如申請專利範圍第1項所述之光放大器，其中該些幫浦 波導管係等距耦合至該第一波導管。 3 .如申請專利範圍第1項所述之光放大器，其中該些雷射 係垂直共振腔面射型雷射二極體（VCSEL)。 4. 如申請專利範圍第3項所述之光放大器，其十該垂直共 振腔面射型雷射二極體係結合至該裝置基底。 5. 如申請專利範圍第1項所述之光放大器，其中該第一波 導管係至少部份摻雜铒離子。 6. 如申請專利範圍第1項所述之光放大器，其中各雷射射 出功率約少於20 mW。 7. 一種放大一光信號之方法，包括： 偵測通過一波導管之該光信號，該光信號具有第一傳 播方向，以及 施加幫浦光束於該波導管之散置部份。 8. 如申請專利範圍第7項所述之方法，其中該幫浦光束係 透過該等複數幫浦波導管而漸消轉合。 9. 如申請專利範圍第8項所述之方法，其中該幫浦光束係 由複數雷射二極體所提供。 申譆專繼麵繽買 200301603 1 0.如申請專利範圍第8項所述之方法，其中該光信號之波 長約1 5 5 0 nm，而該幫浦光束之波長約9 8 0 nm。 1 1.如申請專利範圍第1 0項所述之方法，其中施加該幫浦光 束之該步驟更包括： 使用複數雷射，各雷射射出功率約少於20 mW。 12. —種光放大器，包括： 一基底 ； 一第一波導管，其嵌入於該基底中； 複數個幫浦波導管，輕合至該第一波導管以連續幫浦 該第一波導管中之一光信號。 13. 如申請專利範圍第12項所述之光放大器，其中該些幫浦 波導管沿著該第一波導管之散置部份連續地幫浦該光 信號。 14. 如申請專利範圍第13項所述之光放大器，其中該散置部 份係沿著該第一波導管而等距耦合放置。 1 5 .如申請專利範圍第1 3項所述之光放大器，更包括： 複數個耦合之雷射二極體，以提供一幫浦光信號至該 些幫浦波導管内。 16. 如申請專利範圍第15項所述之光放大器，其中各雷射二 極體射出功率約少於20 mW。 17. 如申請專利範圍第15項所述之光放大器，更包括： 複數個透鏡，耦合於該些雷射二極體與該些幫浦波導 管間。