光学放大器及包含该光学放大器的激光振荡器制造技术

一种多模干涉（ＭＭＩ）装置（９０），包括空芯多模波导部分（３２），该部分耦合于至少一个空芯输入波导部分（３０；３４；３６），在该多模干涉装置中，空芯多模波导部分的内表面上涂有反射层（９２）。该反射层的材料在工作波长具有低的折射率，例如为金属或者多层的介电叠层。还说明采用这种ＭＭＩ装置的共振器（１５０）和光学放大器（１１０）。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及多模干涉(MMI)光波导装置。
技术介绍
US5410625描述一种用于光束分束和混束的多模干涉(MMI)装置。该装置包括第一耦合波导部分和两个或者多个第二耦合波导部分，这些波导部分连接于中央多模式波导区域。该耦合波导部分仅工作在基本模式，这样选择耦合光波导部分和多模式波导区域的物理特性，使得在中央多模式区域的模式分散，可以确保输入到第一耦合波导部分的单一光束可以分束进入两个或者多个第二耦合波导部分。该装置也可以作为光束混束器反向工作。还周知US5410625基本MMI装置的各种变型和改进。US5379354说明如何采用输入波导位置的变化来的得到多路光束分束器，这种分束器可以将输入光束分束成具有不同强度的输出光束。采用MMI装置来形成激光腔已经在US5675603中说明。还已经应用MMI分束和混束装置的各种联合来提供光学通信，例如见US5428698。众所周知实芯MMI波导装置，在这种装置中耦合的和多模式波导部分由半导体材料例如砷化镓(GaAs)的固体突出部分形成，该砷化镓放在底衬上。实芯的MMI波导装置通常由GaAs的层形成。这种实芯材料的缺点是在实芯材料受到损坏前其传输的总功率密度受到限制。还众所周知这种MMI装置，在这种装置中，在实芯绝缘材料的底衬例如氧化铝底衬中将耦合的和多模式波导部分形成为空腔(即空气腔)。选择介电底衬材料，使得在装置工作的特定波长，其折射率小于空气芯的折射率。空心介电装置通常采用精密的机械加工(例如切削)工艺制造，通常其实际尺寸大于其实芯装置。准确控制这种装置的尺寸也证明是有希望的，控制尺寸对于得到优化的操作性能是很重要的。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种替代的MMI光学波导装置。按照本专利技术的第一方面，多模干涉(MMI)装置包括空芯多模式波导区域，该区域光学耦合于至少一个空芯输入波导部分，其特征在于，空芯波导部分的内表面涂有反射层。本专利技术的空芯MMI装置可以用作为光束混束器、光束分束器、多路光束强度分配器等。本专利技术的优点是，其上涂有反射层的空芯波导构件(即形成空芯波导构件的底衬)可以用任何材料制作。这优于先有技术的空芯MMI装置，这些先有MMI装置采用特殊的材料(例如氧化铝)制造，已确保尽量减少光的损失。但是本专利技术可以采用各种各样的材料和工艺来制造光波导部分，在先前，技术人员认为这是不可能的。特别是，本专利技术提供了用高精密度的微制造技术制造实际体积小的空芯波导装置的可能性；因而，克服了使用传统精密机械方法对尽量减小空芯装置尺寸的限制。还应该注意到，空芯波导部分可以用各种方法生产。该波导部分可以形成为一体的材料，该波导部分可以用两片分开的材料(例如底部和盖子)形成，或者该波导部分可以用许多不同的材料片(例如分开的材料部分，这些材料部分装在一起时，形成要求的基本模式部分和多模式波导区域)形成。本专利技术的空芯波导部分可以使装置工作在高光强强度下，这优于先有技术的实芯波导部分，在实芯波导部分中，最大光功率密度受到形成固体芯的材料物理特性的限制。反射层最好包括在工作波长范围内其折射率小于波导芯折射率的材料层。其折射率小于空芯波导芯的这一层材料在MMI装置中产生光的全内反射(TIR)，由此得到光损失量很低的空芯装置。应当注意到，在制造空芯光波导构件时，该空芯可能充满空气。因此，芯的折射率可以认为是在大气压力和大气温度下空气的折射率(即n约等于1)。然而应该看到，这一点无论如何不能限制本专利技术的范围。空芯可以包括任何流体(例如惰性气体如氮气)，或者可以是真空。术语“空芯”只是简单地意味着不存在任何固体材料的芯。另外，术语“全内反射(TIR)”应当认为包含衰减的全内反射(ATIR)。在另一实施例中，涂敷在空芯内表面上的第一折射率材料层是金属例如金、银或者铜。金、银和铜的特性使得这些金属特别适合涂在MMI装置中，以便可以在通信波长范围内(即波长1.55μm左右的波长)操作。金属在整个波长范围内表现出由金属特性控制的适合的低折射率；标准手册例如“光学常数手册”(E.D.Palik，Academic Press，London，1998)提供了各种材料随波长变化的折射率准确数据。具体是，金的折射率在约1400-1600nm内的波长范围内，小于空气的折射率，银在560-2200nm的整个波长范围内，其折射率小于1，而银在320-2480nm的波长范围内具有类似的折射率特性。金属层可以用技术人员周知的各种方法进行涂层。这些方法包括溅射法、蒸发法、化学蒸汽沉积法(CVD)和电镀法或者非电镀的镀膜法。CVD和镀膜方法使得可以沉积金属层而没有任何取决于方向的厚度变化。镀膜法还可以进行批量加工。技术人员将会看出，可以首先在空芯波导件上沉积粘接层和/或扩散阻挡层，然后再镀金属层。例如，可以在镀金层之前先镀一层铬层或钛层作为粘接层。然后在该粘接层上再镀一层扩散阻挡层例如铂层，然后再镀金层。或者可以采用混合的粘接层和扩散阻挡层(例如氮化钛或者钨化钛合金层，或者绝缘层例如氧化硅)。反射层也可以方便地包括一个或多个介电层。该介电材料可以用CVD方法或者溅射方法涂敷上。或者使其与镀膜金属层进行化学反应，形成绝缘层。可使镀上的银层与卤素发生化学反应，形成卤素银的薄表面层。例如，可以在银的表面上使银与碘化钾(KI)溶液中的I2发生反应，在银的表面上形成碘化银(AgI)涂敷层。换言之，可以用所有的介电材料或者金属介电材料和叠层的方法形成反射层。技术人员应当看出，介电层的光学厚度给予了要求的干涉特性，因此决定了涂敷层的反射特性。在一定程度上，涂敷层的反射特性还依赖于形成空芯波导部分的材料特性。该装置可成形为可以在0.1-20.0μm波长范围内工作，最好在3-5μm或者10-14μm的红外波段工作。该装置最有利的是用于波长1.4-1.6μm之间的光辐射。该至少一个空芯输入波导部分是一个基本模式波导件。或者该至少一个空芯输入波导部分是多模式波导件。如下面详细说明的，可以采用基本模式或者多模式波导部分将光辐射耦合到空芯多模式波导区域中或者使其从该波导区域输出。该至少一个空芯输入波导部分最好包括空芯光导纤维。换言之，空芯光导纤维可以配置成可以直接将光辐射耦合到多模式波导区域。该装置最好还另外包括直接光学耦合到空芯多模式波导区域的光导纤维，该光导纤维可以包括空芯的或者实芯的。技术人员可以明显看出，可以采用实芯光导纤维来代替本专利技术的至少一个空芯输入波导部分。该空芯多模式波导区域通常具有大体矩形的横截面。如上所述，这样便可以形成MMI光束分束器或者混束器。最好选择这种空芯多模式波导区域的尺寸(即宽度、长度和深度)，使得由上述至少一个空芯输入波导部分输送的输入光场的再成像(即形成输入光束的一个或者多个像)。形成空芯多模式波导区域的矩形内横截面的两个相对表面具有基本上相同的有效折射率，而形成空芯多模式波导区域的矩形内横截面的相邻表面最好具有不同的折射率。以这种方式配置装置，使得在导向已知线性偏振光时，具有较小的光损失。在一些实施例中，空芯多模式波导区域具有大体圆形的横截面，并这样选择空芯多模式波导区域的直径和长度，使得由上述至少一个空芯输入波导部分输送的输入光场可以再成像。应当注意到，用这种圆形的多模式区域不可能进行光束分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学放大器，包括在光学上串联的１→Ｎ路光束分束器、多元件光学放大器和光束混束器，该多元件光学放大器作用在１→Ｎ路光束分束器输出的至少一个输出上，其中，１→Ｎ路光束分束器和光束混束器均包括多模干涉（ＭＭＩ）装置，该多模干涉装置包括在光学上耦合于至少一个空芯输入波导部分的空芯多模波导区域，所述空芯波导部分的内表面具有反射涂层。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：RM詹金斯，ME麦克尼，
申请(专利权)人：秦内蒂克有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]