專利名稱：陣列式光波導(dǎo)放大器的泵浦方式的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
陣列式光波導(dǎo)放大器的泵浦方式，屬于光通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及光波導(dǎo)技術(shù)。
背景技術(shù)：
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，人們對通信系統(tǒng)提出了更高的要求，這也誘發(fā)了許多高 新技術(shù)的出現(xiàn)，光放大器技術(shù)是光纖通信領(lǐng)域的一次革命。它具有對光信號進(jìn)行實(shí)時(shí)、在線、 寬帶、高增益、低噪聲、低功耗以及對波長、速率和調(diào)制方式透明的直接放大功能,是光纖通 信發(fā)展史上的一個(gè)劃時(shí)代的里程碑。而光波導(dǎo)放大器與光纖放大器相比，制造成本低、單位 長度增益高、結(jié)構(gòu)緊湊、易于與其它光學(xué)器件集成、可以在同一襯底上提供無源和有源光路， 所以能在光通信和集成光學(xué)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。光通信中，迅速發(fā)展的互聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)通信技 術(shù)引起了對寬帶光波導(dǎo)放大器的研究興趣。在波分復(fù)用系統(tǒng)中，四波混頻的非線性相互作用 和峰值增益的影響(這種互作用可能發(fā)生于多信道系統(tǒng)的信號之間，可以產(chǎn)生三倍頻、和頻、 差頻等多種參量效應(yīng))，嚴(yán)重限制了能夠傳輸可接受信噪比和信噪比變化信道的數(shù)量。為了克 服上述缺點(diǎn)，使用陣列光波導(dǎo)放大器對多個(gè)波長進(jìn)行放大(一個(gè)信道放大一個(gè)波長)，是個(gè)很 好的方法。陣列式光波導(dǎo)放大器由于能夠同時(shí)放大多路光信號，而且具有小型化、集成化、 適于批量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，近年來受到研究者的廣泛關(guān)注。
泵浦方式的選擇與光放大器的增益有著重要的關(guān)系。對于波導(dǎo)放大器，常用的泵浦方式 有端面泵浦和側(cè)面泵浦。端面泵浦又可以細(xì)分為端面正向泵浦、端面反向泵浦和端面雙向泵 浦三種方式。正向泵浦指的是輸入的泵浦光與輸入信號光加在波導(dǎo)的同一端，沿相同的路徑 同向傳播。反向泵浦指的是輸入泵浦光與信號光分別加在波導(dǎo)的兩端，沿相反的方向傳播。 雙向泵浦指的是同時(shí)在波導(dǎo)的兩端加上泵浦光，這樣在泵浦源功率相同的情況下能夠使總的 泵浦功率加倍，從而提高放大器的增益。端面泵浦方式的耦合效率較高，在中低增益的放大 器應(yīng)用中顯示出明顯的優(yōu)勢。
而對于陣列式光波導(dǎo)放大器而言，要獲得較高的增益，采用端面泵浦的方式是無法達(dá)到 要求的。所以只能選擇其他的泵浦方式來有效的提高增益。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明采用陣列式半導(dǎo)體激光二極管Bar條進(jìn)行側(cè)面泵浦，這樣泵浦光就可以在波導(dǎo)表 面?zhèn)鬏數(shù)恼麄€(gè)路徑進(jìn)行泵浦，平均單位長度的波導(dǎo)獲得泵浦能量就會遠(yuǎn)高于端面泵浦方式，
3從而獲得較大的增益。
1. 泵浦方式
、光波導(dǎo)放大器的泵浦源，通常是選用特定波長、固定帶寬的準(zhǔn)連續(xù)光輸出半導(dǎo)體激光二 極管。但是考慮到單個(gè)二極管的功率和能量是有限的，而為了進(jìn)一步提高放大器增益，必須 增加泵浦功率或能量，所以需要使用多個(gè)半導(dǎo)體激光器同時(shí)進(jìn)行泵浦。由于端面泵浦的方式 是無法達(dá)到高增益的要求。因而采用采用側(cè)面泵浦方式，用線陣半導(dǎo)體激光二極管作為泵浦 源，就可以解決端面泵浦效率低及單個(gè)半導(dǎo)體激光二極管功率低的缺陷。
2. 組成部分
如附圖1所示， 一個(gè)半導(dǎo)體激光二極管陣列3構(gòu)成一個(gè)Bar條，置于光波導(dǎo)放大器的有 源區(qū)1，采用側(cè)面泵浦的方式對一條光波導(dǎo)進(jìn)行側(cè)面泵浦。 一定長度的Bar條能夠達(dá)到較高 的總峰值功率。采用這種泵浦方式能使陣列式波導(dǎo)放大器獲得較大的增益。如附圖2所示， 四個(gè)半導(dǎo)體激光二極管陣列3對四條波導(dǎo)光波導(dǎo)進(jìn)行側(cè)面垂直泵浦，構(gòu)成四通道波導(dǎo)放大器。
3. 泵浦源的耦合方式
為了提高泵浦源能量利用效率，在二極管陣列與波導(dǎo)區(qū)直接使用柱面透鏡進(jìn)行耦合。如 附圖3所示， 一個(gè)半導(dǎo)體激光二極管陣列3發(fā)出的泵浦光通過柱面透鏡4匯聚于光波導(dǎo)放大 器有源區(qū)1。提高了泵浦源的利用率，從而增加了光波導(dǎo)放大器增益介質(zhì)的泵浦能量。如附 圖4所示，為四個(gè)柱面透鏡對四個(gè)陣列式二極管進(jìn)行耦合截面示意圖。從而使每個(gè)泵浦源的 能量得到充分利用。
4. 陣列式波導(dǎo)放大器泵浦源的集成
如附圖5所示，單通道波導(dǎo)放大器由半導(dǎo)體激光二極管陣列3;預(yù)留耦合光波導(dǎo)2;輸入
光纖9;輸出光纖10; V型槽8;輸入光信號6;放大后的光信號7;玻璃襯底5等部分組成。
輸入光信號6在波導(dǎo)增益介質(zhì)中通過半導(dǎo)體激光二極管陣列3的側(cè)面垂直泵浦，實(shí)現(xiàn)了光信 號的放大，最后得到放大后的光信號7。
四通道陣列式光波導(dǎo)放大器結(jié)構(gòu)如附圖6所示，由于采用了四個(gè)陣列式激光二極管bar 條進(jìn)行側(cè)面泵浦，大大提高了泵浦功率和泵浦效率。實(shí)現(xiàn)四通道光信號的放大。考慮到要在 一個(gè)芯片上同時(shí)制作八條波導(dǎo)難度極大，因此，為了將降低制作工藝難度，在一個(gè)芯片上只 設(shè)計(jì)四條波導(dǎo)，然后用兩個(gè)芯片組裝在用于固定的玻璃襯底11上，形成一個(gè)八通道放大器， 如附圖7所示。
本發(fā)明的特色在光波導(dǎo)放大器的放大原理和泵浦方式的基礎(chǔ)上，改變以往設(shè)計(jì)光波導(dǎo) 放大器泵浦方式，在波導(dǎo)放大區(qū)采用線陣半導(dǎo)體激光二極管作為泵浦源，同時(shí)采用側(cè)面泵浦方式，大大提高了波導(dǎo)放大區(qū)對泵浦光的有效吸收率，從而提高了陣列式波導(dǎo)放大器的增益。 采用柱面透鏡來耦合二極管陣列與波導(dǎo)區(qū)，大大提高了波導(dǎo)放大區(qū)單位長度的能量利用率。 本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)(1)每一條波導(dǎo)放大器采用一個(gè)激光二極管bar條進(jìn)行側(cè)面泵浦，提
高了平均單位長度波導(dǎo)的泵浦功率和泵浦效率；(2)陣列式波導(dǎo)放大器采用陣列式激光二極
管bar條進(jìn)行側(cè)面泵浦，形成了集成化的陣列式波導(dǎo)放大器系統(tǒng)；(3)泵浦源采用柱面透鏡 耦合方式，提高了泵浦能量利用率。
本發(fā)明的應(yīng)用價(jià)值陣列式激光二極管Bar條側(cè)面泵浦方式對于陣列式光波導(dǎo)放大器具 有明顯獨(dú)特優(yōu)勢與運(yùn)作性能。該泵浦方式可廣泛應(yīng)用于陣列集成光器件中。


圖l 二極管陣列對一條光波導(dǎo)進(jìn)行泵浦示意圖，其中，l為光波導(dǎo)放大器有源區(qū)，2為 預(yù)留耦合光波導(dǎo)，3為半導(dǎo)體激光二極管陣列。
圖2線陣二極管陣列側(cè)面垂直泵浦四通道波導(dǎo)放大器示意圖，其中，l為光波導(dǎo)放大器 有源區(qū)，2為預(yù)留耦合光波導(dǎo)，3為半導(dǎo)體激光二極管陣列。
圖3柱面透鏡對陣列式二極管進(jìn)行耦合截面示意圖，其中，l為光波導(dǎo)放大器有源區(qū)， 3為半導(dǎo)體激光二極管陣列，4為柱面透鏡，5為波導(dǎo)芯片。
圖4四個(gè)柱面透鏡對四個(gè)陣列式二極管進(jìn)行耦合截面示意圖，其中，l為光波導(dǎo)放大器 有源區(qū)，3為半導(dǎo)體激光二極管陣列，4為柱面透鏡，5為波導(dǎo)芯片。
圖5單通道側(cè)面泵浦波導(dǎo)放大器結(jié)構(gòu)示意圖，其中，2為預(yù)留耦合光波導(dǎo)，3為半導(dǎo) 體激光二極管陣列，5為玻璃襯底，6為輸入光信號，7為放大后的光信號，8為V型槽，9 為輸入光纖，IO為輸出光纖。
圖6四通道陣列式波導(dǎo)放大器結(jié)構(gòu)示意圖，其中，2為預(yù)留耦合光波導(dǎo)，3為半導(dǎo)體 激光二極管陣列，5為玻璃襯底，6為輸入光信號，7為放大后的光信號，8為V型槽，9為 輸入光纖，IO為輸出光纖。
圖7用兩個(gè)四通道波導(dǎo)芯片組裝成八通道光波導(dǎo)放大器的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，2為預(yù)留 耦合光波導(dǎo)，3為半導(dǎo)體激光二極管陣列，5為玻璃襯底，6為輸入光信號，7為放大后的光 信號，8為V型槽，9為輸入光纖，IO為輸出光纖，ll為固定用的襯底玻璃。
權(quán)利要求
1、陣列式光波導(dǎo)放大器的泵浦方式，包括半導(dǎo)體激光二極管陣列(3)和柱面透鏡(4)，所述陣列光波導(dǎo)放大器是主要利用半導(dǎo)體激光二極管陣列(3)通過柱面透鏡(4)利用側(cè)面泵浦方式對光波導(dǎo)中的輸入光信號進(jìn)行放大，其特征在于，所述陣列式光波導(dǎo)放大器由半導(dǎo)體激光二極管陣列(3)、柱面透鏡(4)陣列和光波導(dǎo)整列(1)組成。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的陣列式光波導(dǎo)放大器的泵浦方式，其特征在于，所述單芯片陣 列光波導(dǎo)放大器可做成具有四個(gè)輸入輸出端口的條形光波導(dǎo)，具有四段直波導(dǎo)(1)作為光波 導(dǎo)放大器有源區(qū)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l、 2所述的陣列式光波導(dǎo)放大器的泵浦方式，其特征在于，四段光波 導(dǎo)放大器有源區(qū)的上方有四個(gè)并列的柱面透鏡(4)耦合四個(gè)并列的半導(dǎo)體激光二極管陣列(3) 發(fā)出的泵浦光到四段光波導(dǎo)整列(1)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的陣列式光波導(dǎo)放大器的泵浦方式，其特征在于，將兩個(gè)光波 導(dǎo)芯片(5)組裝在用于固定的玻璃襯底(11)上，構(gòu)成一個(gè)八通道放大器。
全文摘要
陣列式光波導(dǎo)放大器的泵浦方式，屬于光通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及光波導(dǎo)技術(shù)。利用線陣半導(dǎo)體激光二極管作為泵浦源，對光波導(dǎo)整列進(jìn)行側(cè)面泵浦，提高了泵浦效率；二極管陣列與波導(dǎo)區(qū)之間使用柱面透鏡進(jìn)行耦合，提高了泵浦源的利用率。本發(fā)明采用陣列式半導(dǎo)體激光二極管Bar條進(jìn)行側(cè)面泵浦，這樣泵浦光就可以在波導(dǎo)表面?zhèn)鬏數(shù)恼麄€(gè)路徑進(jìn)行泵浦，平均單位長度的波導(dǎo)獲得泵浦能量就會遠(yuǎn)高于端面泵浦方式，從而獲得較大的增益。該泵浦方式可廣泛應(yīng)用于陣列集成光器件中。
文檔編號H01S3/0941GK101562308SQ20091005941
公開日2009年10月21日 申請日期2009年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月26日
發(fā)明者劉永智, 張曉霞, 張金令, 王仕超 申請人:電子科技大學(xué)