光通道波导放大器制造技术

一种用于光通信系统的光通道波导放大器及其制造方法。该放大器使用一种具有激活材料核心（１２）的光波导，在受激时激活材料会表现出光学萤光性。所述的核心具有一个传播轴，从输入表面延伸到输出表面。输入表面与传播轴相交的角度为一个非直角的角度（例如，４５°）。包封物（１４）至少包围核心的一部分，在核心的倾斜输入表面上有一个涂层（２０）。该涂层对以预定信号波长输入的光信号是抗反射的，对以预定激励源波长输入的激励源是可高度反射的。一个反射率与核心相匹配的棱柱（３０）被固定到光波导的倾斜表面上，以便输入信号被聚焦后可以在与传播轴在同一直线上的方向上穿过棱柱和涂层而进入核心，同时激励源按照与传播轴成一定角度的方向，从倾斜输入表面上的涂层反射而进入核心。光信号在核心的内部通过由激励源驱动激活材料进行受激发射而被放大。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及一种光放大器，该光放大器采用的原理是通过受激发射进行放大，更具体地说，涉及一种光通道波导，用来在一个光纤系统中利用受激发射来放大被减弱的光信号。本专利技术的背景对于生产在本地和中继光学网络中放大微弱光信号的光放大器，人们一直存在着极大的兴趣。高数据速率和低光衰减与纤维的光学长度之间的关系已经确定，而且越来越受重视，因为长的光纤比被替代的同轴电缆更合算。尽管在传输的时候，光信号的损失相对地较低，光波能量在光纤中的固有的线性衰减规律使得必须要用光中继器节点，以在长距离的陆地和海底通信系统中放大和/或还原数字式光学比特流或模拟信号。通常，无中继的距离为30到70公里，这取决于在被选定的传输波长上的光纤损耗，传输波长通常是1.31或1.55微米。分别在题为“光纤激光器和放大器”和“搀杂铒的纤维放大器”、系列号为4,955,025和5,005,175的美国专利中，提出了一种非侵入性的方法，用于在一个光纤中放大一个光信号。在这些专利中，把一个有涂层的光纤与一个激励源横向耦合，因此，某个特定波长的微弱的光输入信号在稀土增益面中实现了预期的放大。通过一个单独的激光器或灯来实现激励，其中激光器或灯能发出适当能量的光子，也就是说，其能量比该信号波长的能量更高。在有涂层的纤维中的电子从基态被激发到一个或多个激励带，然后，这些电子衰变一定的数量，相当于装置工作时的波长。当具有激光波长的一个光子与一个被激发的原子相互作用时，发生受激发射。因此，可以由早先的自发发射，受激发射，或者输入信号而产生输出光子。因为搀杂铒的放大器只能在一个特定的波长下工作，即，1.53μm-1.55μm，其它用于非侵略性的，例如工作在1310nm上的，光放大器的方法正在研究利用半导体材料，以及改变那些涂有稀土金属的纤维。然而，直到今天，还存在着一些严重的问题，妨碍这些装置的开发。即，半导体放大器不能提供足够的增益，暂且不说它还具有明显的噪音问题。稀土金属搀杂膜的纤维放大器也存在着多种问题。例如，搀杂钕(Nd)的纤维的一个问题是，假如要保持光纤的高质量和低损耗的特性，则在1310nm时就不能获得足够的增益。具体地说，在搀杂钕的硅基纤维中的激发态吸收使得所有合理增益的光谱范围超出1330nm，结果使可用的频谱实质上减少了。此外，利用非硅的光纤，例如氟皓酸盐或者磷酸盐玻璃纤维，会引起明显的制造难题，并且会出现环境稳定性的问题。在光纤的1300nm窗口(window)中用于替代钕的是镨(Pr)，它也存在一些困难。和搀杂钕的石英光纤一样，搀杂镨的纤维要求一个非石英的光纤主体，以达到足够的可用增益。实际上，到目前为止，只有氟皓酸盐(ZBLAN)被证明能够提供足够的增益。不幸的是，搀杂镨的纤维，ZBLAN或其它的，也要求在1020nm波长上进行激励，这不是一个标准的激光转换。因此，在这些不常见的波长上要产生所需要的功率水平就会存在很大的困难。考虑到上述情况，依然需要有一种光通信技术，用来改良光放大器和放大方法，以提供与那些在1550nm通过搀杂铒的纤维获得的增益等量的放大特性，但是又可以在光纤内部，在所采用的任何光波长上都可以进行操作，例如1310nm。本专利技术提供了一种光放大器结构和满足这种要求的放大方法。本专利技术的公开概括地说，本专利技术一方面包括一个光波导，它包括一个激活材料(active material)的核心(core)，在受激时表现出光学萤光性。这个核心具有一个传播轴，从输入表面延伸到它的输出表面。该输入表面以一个非直角的角度与该传播轴交错，有一个涂层至少包围这个核心的一部分。该核心的输入表面使得一个光信号和一个激励源能同时输入到核心内，在那儿通过由激励源(pump)驱动的激活材料的受激发射而对光信号进行放大。最后，已经放大的光信号通过核心的输出表面被输出。另一方面，本专利技术包括一个光放大器，它包括一个具有第一端和第二端的光波导。这个光波导包括一个激活材料的核心，在受激时能表现出光学萤光性。该核心带有一个传播轴，从处于光波导的第一端的输入表面延伸到第二端的输出表面。该输入表面以一个非直角的角度与该传播轴交错，有一个涂层至少包围这个核心的一部分。该核心的输入表面使得一个光信号和一个激励源能够同时被输入到核心内，在那儿通过由激励源驱动的激活材料的受激发射而对光信号进行放大。该光放大器此外还包括一个第一涂层，位于光波导的第一端上。该第一涂层对一个预定信号波长上的光信号是抗反射的(anti-reflective)，而对预定激励源波长上的激励源是可反射的。在毗邻光波导的第一端的地方设置了信号传送光学元件，用来把通过输入表面的光信号聚焦而进入光波导的核心；在靠近光波导的第一端的地方设置了激励源传送光学元件，它与核心的传播轴之间有一定的角度。该激励源传送光学元件把用来把反射输入表面的第一涂层的激励源聚焦而进入核心。又一方面，提供了一种方法用来放大一个光信号的方法。该方法包括提供一个光波导，它带有一个激活材料的核心，在受激的时候能表现出光学萤光性，该核心带有一个传播轴，从输入表面延伸到输出表面，该输入表面以一个非直角的角度与该传播轴相交，在核心的输入表面上布置了一个第一涂层，第一涂层能够抗反射光信号，而反射激励源；输入光信号，使该光信号穿过第一涂层和输入表面进入核心；把从输入表面的第一涂层上反射的激励源输入到核心内，其中光信号和激励源同时地被输入到核心内，通过由激励源驱动激活材料进行的受激发射来放大光信号。再一个方面，本专利技术包括一种制造光波导的方法。这种方法包括构造一个光波导，它具有的一个核心，该核心包括一种具有第一折射率的第一材料，至少要在核心的一部分上涂上涂层，该涂层具有第二折射率，其中第二折射率比第一折射率低，第一材料包括一种激活材料，在受激时能表现出光学萤光性，该核心在第一光波导的第一端具有一个输入表面，在光波导的第二端具有一个输出表面；将波导的第一端抛光，直到核心的输入表面与核心的传播轴之间存在一个非直角的角度；在光波导的第一端之上涂敷一个第一涂层，第一涂层对将被输入到核心内的光信号是抗反射的，而对从相对于传播轴的一个角度输入到核心内的激励源是可反射的。总之，在此处描述了一种新型的波导结构，它与其它放大方法相比具有多个优越性。因为所介绍的波导结构不要求纤维构型的几何对称，所以，可以利用那些通常用于纤维的材料，例如，搀杂钕的钇铝石榴石(Nd:YAG)。实际上，大多数的水晶体和其它不符合纤维结构的固态材料都能用于放大，例如搀杂钕的磷酸盐玻璃。具体地说，用来在光谱的1300nm区域进行放大，搀杂钕的非硅玻璃有很好的性能；与用于搀杂镨的放大器的1020nm的激励源不同，可以利用大功率的808nm激光二极管来作为搀杂钕系统的激励源。众所周知，808nm激光二极管采用了一种成熟的、发展良好的激光技术。本结构也非常适合于其它波长的放大，例如，在980nm产生功率非常大的激励光源用于传统的搀杂铒的纤维放大器，或者其它用于短距离的通信和传感器应用方面的不常用的波长。附图的简要描述从下面结合附图对本专利技术的最佳实施例所作的详细描述中，本专利技术的上述目的、优点和特征以及其它将得到更好的理解。附图说明图1是一个透视图，表示本专利技术的中间光通道波导结构的一个实施例；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光波导，包括：一个激活材料的核心，当受激时表现出光学萤光性，所述核心具有一个从输入表面延伸到输出表面的传播轴，所述输入表面以一个非直角的角度和所述传播轴相交；一个包封物，至少包围所述核心的一部分；其中所述核心的输入表面使得一 个光信号和一个激励源能够同时被输入到核心内，在那儿通过由激励源驱动的激活材料的受激发射而对光信号进行放大。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：布赖恩L劳伦斯，凯文J麦卡琳，
申请(专利权)人：分子光电子公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]