阵列式光波导放大器的泵浦方式.pdf

阵列式光波导放大器的泵浦方式，属于光通信技术领域，涉及光波导技术。利用线阵半导体激光二极管作为泵浦源，对光波导整列进行侧面泵浦，提高了泵浦效率；二极管阵列与波导区之间使用柱面透镜进行耦合，提高了泵浦源的利用率。本发明采用阵列式半导体激光二极管Bar条进行侧面泵浦，这样泵浦光就可以在波导表面传输的整个路径进行泵浦，平均单位长度的波导获得泵浦能量就会远高于端面泵浦方式，从而获得较大的增益。该泵浦方式可广泛应用于阵列集成光器件中。

1、  阵列式光波导放大器的泵浦方式，包括半导体激光二极管阵列(3)和柱面透镜(4)，所述阵列光波导放大器是主要利用半导体激光二极管阵列(3)通过柱面透镜(4)利用侧面泵浦方式对光波导中的输入光信号进行放大，其特征在于，所述阵列式光波导放大器由半导体激光二极管阵列(3)、柱面透镜(4)阵列和光波导整列(1)组成。

2、  根据权利要求1所述的阵列式光波导放大器的泵浦方式，其特征在于，所述单芯片阵列光波导放大器可做成具有四个输入输出端口的条形光波导，具有四段直波导(1)作为光波导放大器有源区。

3、  根据权利要求1、2所述的阵列式光波导放大器的泵浦方式，其特征在于，四段光波导放大器有源区的上方有四个并列的柱面透镜(4)耦合四个并列的半导体激光二极管阵列(3)发出的泵浦光到四段光波导整列(1)。

4、  根据权利要求3所述的阵列式光波导放大器的泵浦方式，其特征在于，将两个光波导芯片(5)组装在用于固定的玻璃衬底(11)上，构成一个八通道放大器。

阵列式光波导放大器的泵浦方式
技术领域
阵列式光波导放大器的泵浦方式，属于光通信技术领域，涉及光波导技术。
背景技术
随着经济的发展和科技的进步，人们对通信系统提出了更高的要求，这也诱发了许多高新技术的出现，光放大器技术是光纤通信领域的一次革命。它具有对光信号进行实时、在线、宽带、高增益、低噪声、低功耗以及对波长、速率和调制方式透明的直接放大功能，是光纤通信发展史上的一个划时代的里程碑。而光波导放大器与光纤放大器相比，制造成本低、单位长度增益高、结构紧凑、易于与其它光学器件集成、可以在同一衬底上提供无源和有源光路，所以能在光通信和集成光学领域得到广泛应用。光通信中，迅速发展的互联网和数据通信技术引起了对宽带光波导放大器的研究兴趣。在波分复用系统中，四波混频的非线性相互作用和峰值增益的影响(这种互作用可能发生于多信道系统的信号之间，可以产生三倍频、和频、差频等多种参量效应)，严重限制了能够传输可接受信噪比和信噪比变化信道的数量。为了克服上述缺点，使用阵列光波导放大器对多个波长进行放大(一个信道放大一个波长)，是个很好的方法。阵列式光波导放大器由于能够同时放大多路光信号，而且具有小型化、集成化、适于批量生产等优点，近年来受到研究者的广泛关注。
泵浦方式的选择与光放大器的增益有着重要的关系。对于波导放大器，常用的泵浦方式有端面泵浦和侧面泵浦。端面泵浦又可以细分为端面正向泵浦、端面反向泵浦和端面双向泵浦三种方式。正向泵浦指的是输入的泵浦光与输入信号光加在波导的同一端，沿相同的路径同向传播。反向泵浦指的是输入泵浦光与信号光分别加在波导的两端，沿相反的方向传播。双向泵浦指的是同时在波导的两端加上泵浦光，这样在泵浦源功率相同的情况下能够使总的泵浦功率加倍，从而提高放大器的增益。端面泵浦方式的耦合效率较高，在中低增益的放大器应用中显示出明显的优势。
而对于阵列式光波导放大器而言，要获得较高的增益，采用端面泵浦的方式是无法达到要求的。所以只能选择其他的泵浦方式来有效的提高增益。
发明内容
本发明采用阵列式半导体激光二极管Bar条进行侧面泵浦，这样泵浦光就可以在波导表面传输的整个路径进行泵浦，平均单位长度的波导获得泵浦能量就会远高于端面泵浦方式，从而获得较大的增益。
1.泵浦方式
光波导放大器的泵浦源，通常是选用特定波长、固定带宽的准连续光输出半导体激光二极管。但是考虑到单个二极管的功率和能量是有限的，而为了进一步提高放大器增益，必须增加泵浦功率或能量，所以需要使用多个半导体激光器同时进行泵浦。由于端面泵浦的方式是无法达到高增益的要求。因而采用采用侧面泵浦方式，用线阵半导体激光二极管作为泵浦源，就可以解决端面泵浦效率低及单个半导体激光二极管功率低的缺陷。
2.组成部分
如附图1所示，一个半导体激光二极管阵列3构成一个Bar条，置于光波导放大器的有源区1，采用侧面泵浦的方式对一条光波导进行侧面泵浦。一定长度的Bar条能够达到较高的总峰值功率。采用这种泵浦方式能使阵列式波导放大器获得较大的增益。如附图2所示，四个半导体激光二极管阵列3对四条波导光波导进行侧面垂直泵浦，构成四通道波导放大器。
3.泵浦源的耦合方式
为了提高泵浦源能量利用效率，在二极管阵列与波导区直接使用柱面透镜进行耦合。如附图3所示，一个半导体激光二极管阵列3发出的泵浦光通过柱面透镜4汇聚于光波导放大器有源区1。提高了泵浦源的利用率，从而增加了光波导放大器增益介质的泵浦能量。如附图4所示，为四个柱面透镜对四个阵列式二极管进行耦合截面示意图。从而使每个泵浦源的能量得到充分利用。
4.阵列式波导放大器泵浦源的集成
如附图5所示，单通道波导放大器由半导体激光二极管阵列3；预留耦合光波导2；输入光纤9；输出光纤10；V型槽8；输入光信号6；放大后的光信号7；玻璃衬底5等部分组成。输入光信号6在波导增益介质中通过半导体激光二极管阵列3的侧面垂直泵浦，实现了光信号的放大，最后得到放大后的光信号7。
四通道阵列式光波导放大器结构如附图6所示，由于采用了四个阵列式激光二极管bar条进行侧面泵浦，大大提高了泵浦功率和泵浦效率。实现四通道光信号的放大。考虑到要在一个芯片上同时制作八条波导难度极大，因此，为了将降低制作工艺难度，在一个芯片上只设计四条波导，然后用两个芯片组装在用于固定的玻璃衬底11上，形成一个八通道放大器，如附图7所示。
本发明的特色：在光波导放大器的放大原理和泵浦方式的基础上，改变以往设计光波导放大器泵浦方式，在波导放大区采用线阵半导体激光二极管作为泵浦源，同时采用侧面泵浦方式，大大提高了波导放大区对泵浦光的有效吸收率，从而提高了阵列式波导放大器的增益。采用柱面透镜来耦合二极管阵列与波导区，大大提高了波导放大区单位长度的能量利用率。
本发明的创新点：(1)每一条波导放大器采用一个激光二极管bar条进行侧面泵浦，提高了平均单位长度波导的泵浦功率和泵浦效率；(2)阵列式波导放大器采用阵列式激光二极管bar条进行侧面泵浦，形成了集成化的阵列式波导放大器系统；(3)泵浦源采用柱面透镜耦合方式，提高了泵浦能量利用率。
本发明的应用价值：阵列式激光二极管Bar条侧面泵浦方式对于阵列式光波导放大器具有明显独特优势与运作性能。该泵浦方式可广泛应用于阵列集成光器件中。
附图说明
图1二极管阵列对一条光波导进行泵浦示意图，其中，1为光波导放大器有源区，2为预留耦合光波导，3为半导体激光二极管阵列。
图2线阵二极管阵列侧面垂直泵浦四通道波导放大器示意图，其中，1为光波导放大器有源区，2为预留耦合光波导，3为半导体激光二极管阵列。
图3柱面透镜对阵列式二极管进行耦合截面示意图，其中，1为光波导放大器有源区，3为半导体激光二极管阵列，4为柱面透镜，5为波导芯片。
图4四个柱面透镜对四个阵列式二极管进行耦合截面示意图，其中，1为光波导放大器有源区，3为半导体激光二极管阵列，4为柱面透镜，5为波导芯片。
图5单通道侧面泵浦波导放大器结构示意图，其中，2为预留耦合光波导，3为半导体激光二极管阵列，5为玻璃衬底，6为输入光信号，7为放大后的光信号，8为V型槽，9为输入光纤，10为输出光纤。
图6四通道阵列式波导放大器结构示意图，其中，2为预留耦合光波导，3为半导体激光二极管阵列，5为玻璃衬底，6为输入光信号，7为放大后的光信号，8为V型槽，9为输入光纤，10为输出光纤。
图7用两个四通道波导芯片组装成八通道光波导放大器的结构示意图，其中，2为预留耦合光波导，3为半导体激光二极管阵列，5为玻璃衬底，6为输入光信号，7为放大后的光信号，8为V型槽，9为输入光纤，10为输出光纤，11为固定用的衬底玻璃。