專利名稱：泵浦效率提高的陣列型光學(xué)設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種從泵浦光源接收泵浦光的陣列型光學(xué)設(shè)備，更特別地涉及一種為了提高光泵浦效率而在泵浦光源的束斑中具有盡可能多的增益介質(zhì)結(jié)構(gòu)或者具有更多照射增益介質(zhì)結(jié)構(gòu)的泵浦光源的陣列型光學(xué)設(shè)備。
背景技術(shù)：
近來，側(cè)泵浦布置已經(jīng)被頻繁地用來泵浦光學(xué)設(shè)備如光波導(dǎo)放大器。在側(cè)泵浦布置中，來自泵浦光源的光與光學(xué)設(shè)備的輸入端耦合，從而激發(fā)光學(xué)設(shè)備中的增益介質(zhì)。將這種側(cè)泵浦布置應(yīng)用于包括多個波導(dǎo)的陣列型光學(xué)設(shè)備是很困難的。如果來自泵浦光源的光與彼此接近設(shè)置的每個波導(dǎo)的輸入端耦合，那么很難使這些波導(dǎo)成一整體，由此增大了陣列型光學(xué)設(shè)備的總尺寸。
因此，為了克服側(cè)泵浦布置的上述缺點，已經(jīng)提出一種頂泵浦布置(toppumping arrangement)，在這種布置中，在光波導(dǎo)上形成的上包層由透射泵浦光的透明材料制成，泵浦光源位于上包層之上。
圖1是說明采用頂泵浦布置的常規(guī)頂泵浦光波導(dǎo)放大器的操作的示意圖。參照圖1，在基體100上形成由硅石制成的下包層110，在下包層110上形成由摻雜納米晶體和稀土元素的硅基基體制成的芯層。這里，芯層作為波導(dǎo)120。在波導(dǎo)120上形成由硅石制成的上包層130。寬帶光源(未示出)安裝在波導(dǎo)120之上，從而使泵浦光從光源輻照到波導(dǎo)120的頂面上。入射到波導(dǎo)120的光在納米晶體中產(chǎn)生重新結(jié)合的電子和空穴，從而激發(fā)稀土元素。入射光從受激稀土元素接收能量，在穿過波導(dǎo)120的過程中被放大，然后從波導(dǎo)射出。
在使用頂泵浦布置的這種頂泵浦光學(xué)設(shè)備中，多個增益介質(zhì)結(jié)構(gòu)優(yōu)選包括在泵浦光源的束斑中，以提高光泵浦效率。因此，需要改進陣列型光學(xué)設(shè)備中多個增益介質(zhì)結(jié)構(gòu)的平面或三維布置，從而有效地利用泵浦光源的光。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明是鑒于上述問題而進行的，本發(fā)明的一個目的是提供一種陣列型光學(xué)設(shè)備，該光學(xué)設(shè)備具有多個增益介質(zhì)結(jié)構(gòu)的改進的布置和形狀，從而使泵浦光源的泵浦光被有效地吸收到增益介質(zhì)結(jié)構(gòu)中。
依照本發(fā)明的第一方面，上述和其他目的可以通過提供一種泵浦效率提高的陣列型光學(xué)設(shè)備而實現(xiàn)，該光學(xué)設(shè)備包括基體；具有在基體上形成的多個凹陷部分和隆起部分的包層；多個線性增益介質(zhì)結(jié)構(gòu)，每一個都形成在包層的凹陷部分和隆起部分的表面上，或者插入到包層的凹陷部分和隆起部分中，以便與其表面隔開指定的距離；以及置于該包層之上的泵浦光源，用于通過從光源向下射出的光來泵激增益介質(zhì)結(jié)構(gòu)。
優(yōu)選地，該包層由能夠使泵浦光源輻射的光透射的材料制成。
依照本發(fā)明的第二方面，提供一種泵浦效率提高的陣列型光學(xué)設(shè)備，包括基體；在基體上形成的下包層；在下包層上形成的多個線性增益介質(zhì)結(jié)構(gòu)；以及置于該線性增益介質(zhì)結(jié)構(gòu)之上的泵浦光源，用于通過從光源向下射出的光來泵激增益介質(zhì)結(jié)構(gòu)，其中將該線性增益介質(zhì)結(jié)構(gòu)密集地設(shè)置，并在其端點彎曲，從而使該線性增益介質(zhì)結(jié)構(gòu)的其他部分包括在泵浦光源的束斑中。
優(yōu)選地，陣列型光學(xué)設(shè)備可進一步包括在增益介質(zhì)結(jié)構(gòu)上形成的上包層，該上包層可由能夠使泵浦光源輻射的光透射的材料制成。
依照本發(fā)明的第三方面，提供一種泵浦效率提高的陣列型光學(xué)設(shè)備，包括基體；在基體上形成的下包層；在下包層上形成的多個線性增益介質(zhì)結(jié)構(gòu)；以及上和下泵浦光源，上和下泵浦光源分別置于增益介質(zhì)結(jié)構(gòu)的上表面之上和增益介質(zhì)結(jié)構(gòu)的下表面之下，用于通過從光源向下和向上射出的光來泵激增益介質(zhì)結(jié)構(gòu)，其中基體和下包層由能夠使泵浦光源輻射的光透射的材料制成。
優(yōu)選地，陣列型光學(xué)設(shè)備可進一步包括在增益介質(zhì)結(jié)構(gòu)上形成的上包層，該上包層可由能夠使泵浦光源輻射的光透射的材料制成。
此外，優(yōu)選地，依照本發(fā)明的第一至第三實施方式的陣列型光學(xué)設(shè)備的泵浦光源可以是LED(發(fā)光二極管)。


本發(fā)明的上述和其他目的，特征以及其他優(yōu)點將從下面結(jié)合附圖的詳細描述中更清楚地理解，其中圖1是說明常規(guī)頂泵浦光波導(dǎo)放大器的操作的示意圖；圖2是依照本發(fā)明第一實施方式的陣列型光學(xué)設(shè)備的橫截面示意圖；圖3是依照本發(fā)明第二實施方式的陣列型光學(xué)設(shè)備的示意性透視圖；以及圖4是依照本發(fā)明第三實施方式的陣列型光學(xué)設(shè)備的橫截面示意圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在，參照附圖詳細描述本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。
圖2是依照本發(fā)明第一實施方式的陣列型光學(xué)設(shè)備的橫截面示意圖。
參照圖2，在基體100上形成具有多個凹陷部分144和隆起部分142的包層140。這里，凹陷部分144和隆起部分142之間的高度差僅僅約為10μm。因此，如果省略置于包層140之上的泵浦光源150，那么依照本發(fā)明第一實施方式的陣列型光學(xué)設(shè)備具有幾乎平坦的外形。多個線性增益介質(zhì)結(jié)構(gòu)120a和120b插入到凹陷部分144和隆起部分142中，使增益介質(zhì)結(jié)構(gòu)120a與隆起部分142的外表面分開，增益介質(zhì)結(jié)構(gòu)120b與凹陷部分144的外表面分開。泵浦光源150置于包層140的外表面之上，以便與包層140隔開指定的距離，從而將其泵浦光照射到線性增益介質(zhì)結(jié)構(gòu)120a和120b上。因此，包層140由能夠使從泵浦光源150輻射的泵浦光透射的材料制成，使泵浦光到達增益介質(zhì)結(jié)構(gòu)120a和120b。盡管在本發(fā)明的該實施方式中將多個線性增益介質(zhì)結(jié)構(gòu)120a和120b插入到包層140的凹陷部分144和隆起部分142中，但是線性增益介質(zhì)結(jié)構(gòu)120a和120b也可以直接形成在包層140的凹陷部分144和隆起部分142的外表面上。通過在制造半導(dǎo)體器件中經(jīng)常采用的光刻法和蝕刻方法，可以很容易地形成包層140的凹陷部分144和隆起部分142，并將多個線性增益介質(zhì)結(jié)構(gòu)120a和120b插入到凹陷部分144和隆起部分142中，這里省略對它們的詳細描述。這種陣列型光學(xué)設(shè)備的結(jié)構(gòu)允許更多的線性增益介質(zhì)結(jié)構(gòu)120a和120b在泵浦光源150的束斑中整體地形成，由此提高光學(xué)泵浦效率。
圖3是依照本發(fā)明第二實施方式的陣列型光學(xué)設(shè)備的示意性透視圖。
參照圖3，在基體100上形成由硅石制成的下包層110，在下包層110上形成多個線性增益介質(zhì)結(jié)構(gòu)120c，120d和120e。與圖2不同，多個線性增益介質(zhì)結(jié)構(gòu)120c，120d和120e形成在下包層110的表面上。因此，由于需要將增益介質(zhì)結(jié)構(gòu)120c，120d和120e與光纖(未示出)耦合，將鄰近的線性增益介質(zhì)結(jié)構(gòu)120c，120d和120e之間的距離在其輸入端和輸出端加寬。如果保持在鄰近的增益介質(zhì)結(jié)構(gòu)120c，120d和120e之間的加寬狀態(tài)，那么很難在泵浦光源150的束斑中包括增益介質(zhì)結(jié)構(gòu)120c，120d和120e。在這種情況下，很難提高光學(xué)設(shè)備的泵浦效率。因此，本發(fā)明的該實施方式的線性增益介質(zhì)結(jié)構(gòu)120c，120d和120e在其輸入端和輸出端彎曲，從而將增益介質(zhì)結(jié)構(gòu)120c，120d和120e在其中心部分接近地設(shè)置，并包括在泵浦光源150的束斑中，以得到泵浦效率提高的陣列型光學(xué)設(shè)備。盡管在本發(fā)明的該實施方式中，在增益介質(zhì)結(jié)構(gòu)120c，120d和120e上沒有形成上包層，但是如果需要，可以在其上另外形成由能夠使泵浦光源150輻射的泵浦光透射的材料制成的上包層。
圖4是依照本發(fā)明第三實施方式的陣列型光學(xué)設(shè)備的橫截面示意圖。
參照圖4，在基體100上形成包層140a，在包層140a中形成多個線性增益介質(zhì)結(jié)構(gòu)120f。上泵浦光源150a安裝在包層140a之上，與包層隔開指定的距離，下泵浦光源150b安裝在基體100之下，與基體100隔開另一個指定的距離。為了使上和下泵浦光源150a和1150b激射增益介質(zhì)結(jié)構(gòu)120f，基體100和包層140a由能夠使上和下泵浦光源150a和150b輻射的泵浦光透射的透明材料制成。盡管在本發(fā)明的該實施方式中，將多個線性增益介質(zhì)結(jié)構(gòu)120f插入到包層140a中，但是線性增益介質(zhì)結(jié)構(gòu)120f也可以形成在包層140a的外表面上。依照本發(fā)明第三實施方式的陣列型光學(xué)設(shè)備增大了泵浦光源的數(shù)量，而不是增大泵浦光源的束斑中所包括的增益介質(zhì)結(jié)構(gòu)的密度，因此一般來說使其光學(xué)泵浦效率提高為常規(guī)情況的兩倍。
盡管出于說明的目的公開了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，不背離如隨附的權(quán)利要求書所公開的本發(fā)明的范圍和精神的各種修改，增加和替換都是可以的。
也就是說，本發(fā)明獲得的陣列型光學(xué)設(shè)備不僅僅用在波導(dǎo)放大器中，還可以用在需要光學(xué)增益的無源PIC(光子集成電路)中，如分光器，光信號分離器，光多路復(fù)用器，或者AWG(陣列式波導(dǎo)光柵(Arrayed WaveguideGrating))。
工業(yè)實用性如從上面描述中顯而易見，本發(fā)明提供一種陣列型光學(xué)設(shè)備，該設(shè)備具有在泵浦光源的束斑中盡可能多的增益介質(zhì)結(jié)構(gòu)，或者具有用于輻照增益介質(zhì)結(jié)構(gòu)的更大量的泵浦光源，以提高光學(xué)泵浦效率。
權(quán)利要求
1.一種泵浦效率提高的陣列型光學(xué)設(shè)備，包括基體；具有在基體上形成的多個凹陷部分和隆起部分的包層；多個線性增益介質(zhì)結(jié)構(gòu)，每一個都在包層的凹陷部分和隆起部分的表面上形成，或者插入到包層的凹陷部分和隆起部分中，以便與其表面隔開指定的距離；以及置于該包層上的泵浦光源，用于通過從光源向下射出的光來激射增益介質(zhì)結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的泵浦效率提高的陣列型光學(xué)設(shè)備，其中該包層由能夠使泵浦光源輻射的光透射的材料制成。
3.如權(quán)利要求1所述的泵浦效率提高的陣列型光學(xué)設(shè)備，其中泵浦光源是LED。
4.一種泵浦效率提高的陣列型光學(xué)設(shè)備，包括基體；在基體上形成的下包層；在下包層上形成的多個線性增益介質(zhì)結(jié)構(gòu)；以及置于該線性增益介質(zhì)結(jié)構(gòu)之上的泵浦光源，用于通過從光源向下射出的光來激射增益介質(zhì)結(jié)構(gòu)，其中將該線性增益介質(zhì)結(jié)構(gòu)密集地設(shè)置，并在其端點彎曲，從而使該線性增益介質(zhì)結(jié)構(gòu)的其他部分包括在泵浦光源的束斑中。
5.如權(quán)利要求4所述的泵浦效率提高的陣列型光學(xué)設(shè)備，進一步包括在增益介質(zhì)結(jié)構(gòu)上形成的上包層，其中該上包層由能夠使泵浦光源輻射的光透射的材料制成。
6.如權(quán)利要求4所述的泵浦效率提高的陣列型光學(xué)設(shè)備，其中泵浦光源是LED。
7.一種泵浦效率提高的陣列型光學(xué)設(shè)備，包括基體；在基體上形成的下包層；在下包層上形成的多個線性增益介質(zhì)結(jié)構(gòu)；以及上和下泵浦光源，該上和下泵浦光源分別置于增益介質(zhì)結(jié)構(gòu)的上表面之上和增益介質(zhì)結(jié)構(gòu)的下表面之下，用于通過從光源向下和向上射出的光來激射增益介質(zhì)結(jié)構(gòu)，其中基體和下包層由能夠使泵浦光源輻射的光透射的材料制成。
8.如權(quán)利要求7所述的泵浦效率提高的陣列型光學(xué)設(shè)備，進一步包括在增益介質(zhì)結(jié)構(gòu)上形成的上包層，其中該上包層由能夠使泵浦光源輻射的光透射的材料制成。
9.如權(quán)利要求7所述的泵浦效率提高的陣列型光學(xué)設(shè)備，其中泵浦光源是LED。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種能夠提高光學(xué)泵浦效率的陣列型光學(xué)設(shè)備。本發(fā)明的主要特征在于該陣列型光學(xué)設(shè)備具有在泵浦光源的束斑中盡可能多的增益介質(zhì)結(jié)構(gòu)，或者具有用于照射增益介質(zhì)結(jié)構(gòu)的更多的泵浦光源，以提高光學(xué)泵浦效率。
文檔編號G02B6/02GK1643412SQ03805809
公開日2005年7月20日 申請日期2003年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月13日
發(fā)明者慎重勛, 樸南奎 申請人:光神有限會社