(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
デバイス基板と、
前記デバイス基板に埋め込まれた第一導波路と、
前記デバイス基板に埋め込まれた第二導波路と、
前記第一導波路を横切る複数の第一ビーム光を供給するために、前記第一導波路の長さ方向に沿って互いに離間して設置された複数の第一レーザと、
前記第二導波路を横切る複数の第二ビーム光を供給するために設置された複数の第二レーザと
を備え、
前記複数の第一レーザおよび前記複数の第二レーザは、垂直共振型レーザであり、前記デバイス基板の上部の共通の半導体基板に形成され、前記デバイス基板の表面に、または、前記デバイス基板との間にレンズまたはコリメータを挟んで前記デバイス基板の表面に接着される光増幅器。
【請求項２】
複数の光信号を増幅するための方法であって、
一の伝播方向をそれぞれ持つ前記複数の光信号のそれぞれを、デバイス基板に埋め込まれた複数の導波路のそれぞれを通じて導く導波ステップと、
前記デバイス基板の表面に接着された半導体基板に前記複数の導波路のそれぞれの長さ方向に沿って互いに離間して行列状に形成された複数のレーザからの複数のビーム光を、前記複数の光信号のそれぞれの前記伝播方向を横断する方向へと供給することにより、前記複数の光信号を増幅するビーム光供給ステップと
を備える光信号増幅方法。
【請求項３】
前記ビーム光供給ステップは、２０ｍＷ以下の電力を消費する複数のビーム光を供給する請求項２に記載の光信号増幅方法。
【請求項４】
前記導波路を通過した後に、前記デバイス基板の下部表面で複数のビーム光を反射する反射ステップを更に備える請求項２または請求項３に記載の光信号増幅方法。
【請求項５】
光信号増幅器の製造方法であって、
デバイス基板に埋め込まれた複数の導波路を横切る方向の複数のビーム光を供給する行列状に形成された複数の光源を、半導体基板上に配置するステップと、
前記複数の光源を、前記複数の導波路のそれぞれの上部で前記複数の導波路のそれぞれの長さ方向に沿って互いに離間させて前記デバイス基板の表面に接着する接着ステップと
を備える光信号増幅器の製造方法。
【請求項６】
前記接着ステップは、複数の垂直共振型レーザを、前記デバイス基板の表面に接着する接着ステップを有する請求項５に記載の光信号増幅器の製造方法。
【請求項７】
前記垂直共振型レーザのそれぞれは、前記半導体基板上に、一列に、離れて設置される請求項６に記載の光信号増幅器の製造方法。
【請求項８】
前記デバイス基板の下部表面にヒートシンクを隣接させるステップをさらに備える請求項５に記載の光信号増幅器の製造方法。
【請求項９】
デバイス基板と、
前記デバイス基板に埋め込まれた複数の導波路と、
前記複数の導波路のそれぞれの中の複数の光信号のそれぞれを増幅するための複数のレーザを有する複数のレーザの行列であって、前記デバイス基板の表面に接着された共通の半導体基板上に加工された複数のレーザの行列と
を備える光増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光信号の増幅に分野に関する。特に本発明は、横方向のポンピングビーム光を用いた、光信号の増幅に関する。
【背景技術】
【０００２】
エリビウムのような希土類元素が複数のイオンと共に添加されることにより、導波路は、光増幅器としての役目を果すことができる。この導波路内を伝播する光信号は、ポンピングビーム光が導入された場合に、増幅される。例えば、エリビウムイオンは、約９８０ｎｍ、又は、約１４８０ｎｍの波長を持つポンピングビーム光によって、より高いエネルギー状態へと励起され、より低いエネルギー状態へ遷移するに伴い、１５３０ｎｍから１６００ｎｍ程度の広い波長帯の光信号を増幅する。この技術は、光ファイバー増幅において、広く知られている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
図１は、平面導波路２０における光信号１０を増幅する従来の方法の一例を示す概略図である。導波路２０は、基板３０内に埋め込まれ、エリビウムイオンが添加されている。光信号１０は導波路２０へと導かれ、導波路２０内を伝播する。ポンプレーザ５０は、同じ伝播方向、即ち、光信号が伝播する方向と実質的に同じ方向になるように、導波路２０にポンピングビーム光を供給する。信号１０とポンプレーザ５０とは、例えば、一時的な方向性連結器において、同じ導波路２０に対して接続される。ある形態において、約１５５０ｎｍの波長を持つ光信号１０は、ポンプレーザ５０が約９８０ｎｍの波長、又は約１４８０ｎｍの波長を持つポンピングビーム光を供給することによって、増幅される。
【０００４】
図２は、光信号１０を増幅する従来の方法の他の例を示す概略図である。図２において、ポンプレーザ５０は、導波路２０の反対側の端部から、反対の伝播方向、即ち、光信号が伝播する方向と実質的には反対方向に、ポンピングビーム光へと導かれる。図１と同様に、光信号は、導波路２０内で増幅され、基板３０から出力される。
【０００５】
現在の光ネットワークは、長距離の転送には、シングルモードの光ファイバーを用いている。これにより、色分散、つまり波長による光の速度の依存性に起因する信号の減衰を防いでいる。シングルモードファイバーを用いた効果的な通信方式のためには、ファイバーや導波路増幅器を含む全ての光学機器は、事実上、シングルモード方式である。光学において普遍的な原理である、光量保存則により、シングルモードにおける光の強さは、単に、線形な受動的（エネルギーを与えない）光学素子を用いただけでは、増すことができない。これは、ある一つのモードのみによる、ある波長の光の強さは、シングルモードの導波路へとつなぐことができるという事実に帰着する。このことは、増幅器においては、ある１つの波長を持つポンプレーザだけが、各伝播方向、および各偏光方向へと、ポンピングビーム光を供給することが許容されている、と言い換えることができる、
【０００６】
ポンピングビーム光の強度が、光信号の強度と光増幅器の材料特性とに依存するある閾値よりも高い場合に、光信号は、光増幅器内でゲインを獲得する。そして、十分に高い増幅率を達成するために、ポンピングビーム光の強度は、この閾値よりもずっと高い値でなければならない。この結果、通常、高出力のポンピングレーザが必要となる。
【０００７】
以下に述べられる本発明と比較して、上記の方法には、幾つかの欠点がある。第一に、上記で述べられた同一方向の伝播および反対方向の伝播において使用される、相対的に高い出力のレーザは、高価である。第二には、高出力レーザは高いエネルギー損失であり、それらを封止する場合における熱問題の原因となる場合がある。第三には、高出力レーザの信頼性は、低出力レーザのそれと比べて一般的に良くはない。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
複数の波長のポンピングビーム光を用いて光信号を増幅させるための装置と方法とが、開示される。多数の低出力光源が、ポンピングビーム光を供給する。ある実施形態においては、複数のレーザダイオードが、このポンピングビーム光を、全てのポンピングビーム光が結集する光マルチプレクサへと供給する。光マルチプレクサは、光信号が増幅される光導波路へと接続される。結集された光信号と、複数の波長のポンピングビーム光は増幅導波路へと導かれ、そこで光信号は増幅される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図３は、光増幅器の一実施形態の上面から示した概略図である。光信号１１０は、導波路１２０の中へ入り伝播し、導波路１２０は、デバイス基板１３０の内部に埋め込まれている。基板の中に導波路を加工して埋め込む場合には、各イオン種の拡散、エッチング、エピタキシャル成長法のような様々な方法がある。そして、“基板内に埋め込まれる”とは、ＳＯＩを含むこれらの多様な方法を含むことを意味する。場合によっては、導波路は、実際には、基板の上部に堆積させられ、基板とは異なるクラッド材によって被覆されることもあるが、このような場合も、“基板内に埋め込まれる”という用語に含まれる。
【００１０】
ある実施形態において、導波路１２０は、シングルモードの導波路である。複数の光源１５０のそれぞれは、例えば、レーザダイオードであり、埋め込まれた導波路１２０を実質的に横切ってポンピングビーム光を導くデバイス基板１３０に接続される。
【００１１】
ある形態においては、複数の光源１５０のそれぞれは、埋め込まれた導波路１２０の長さ（方向）に沿って、均等に離れて配置される。しかしながら、他の形態においては、複数の光源１５０同士の配置は、異なる配置であってもよい。ある形態においては、複数の光源１５０は、垂直共振型レーザ（ＶＣＳＥＬｓ）を有する。垂直共振型レーザは、共通の半導体基板１５５から加工されてもよく、そして、垂直共振型レーザは、デバイス基板１３０の表面に接着されてもよい。これにより、各垂直共振型レーザ同士の配置間隔を、リソグラフィー技術によって定まる間隔に、許容する。
【００１２】
ある形態において、垂直共振型レーザは、相対的に低い出力を用いる。例えば、１つのＶＳＣＬは、この例に限られるわけではないが、２０ｍＷ以下のパワーを放出する。同一の伝播方向の構造、および反対の伝搬方向の構造のそれぞれにおいて用いられる、比較的高い出力のレーザは、これに限定されるわけではないが、例えば１００ｍＷの高出力レーザを用いている。
【００１３】
図４は、図３におけるＡ−Ａ´線に沿った断面からみた光増幅器の概略図である。ある形態において、光源１５０からのポンピングビーム光１６０が導波路１２０を通過した後、このポンピングビーム光は、下部表面１８０に反射して、矢印１７０で示されるように、導波路１２０へと戻ってくる。ある形態において、下部表面１８０での反射は屈折率の変化に基づいており、このことは下部表面１８０を、異なる材料に隣接させるか、或いは、同じ材料ではあるが性質の異なる材料に隣接させることにより達成されても良いことは周知の通りである。ある形態において、下部表面１８０は、空気、又は、ヒートシンクに隣接する。
【００１４】
ある形態において、複数の光源１５０と、埋め込まれた導波路１２０との間隔は、相対的に小さく、例えば、５ミクロンである。他の形態において、レンズ、又はコリメータが、光源と基板との間に接続されてもよい。
【００１５】
図５は、光ポンピングに基づく光信号出力の増加を示すグラフの一例である。ある形態において、ポンピングビーム光は、出力ＰPUMPを有しており、光信号２００へと与えられる。ポンピング出力ＰPUMP２０２は、光源２１０の直下で最大となる。そして、光信号２００が導波路を伝播するにつれて、光信号２００は、複数の光源２１０によって、連続的にポンピングされる。
【００１６】
ある形態において、複数の導波路が、同一の基板内に埋め込まれていてもよい。各導波路は、導波路内の光信号を増幅するための、一連のトランスバース・ポンプを有していてもよい。ある形態において、複数のトランスバース・ポンプは、複数の垂直共振型レーザである。共通の基板内に加工された垂直共振型レーザの行列は、複数の導波路における複数の光信号を増幅させるために使用されてよい。
【００１７】
これにより、光信号を増幅するための装置とその方法とが開示された。しかしながら、ここでは、特別な構成と方法とが示されたにすぎない。例えば、イオン種の拡散、エッチング、およびエピタキシャル成長法など、基板内の導波路を加工するためには様々な方法がある。当業者は、例えば埋め込まれた導波路を加工するために、様々な手法のいずれを用いてもよい。そして、特許請求の範囲により定まる本発明の範囲から離れない限りにおいて、形状や細部における多様な変更をおこなうことができる。本発明は、付記された特許請求の範囲によってのみ限定される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】平面の導波路における光信号を増幅する従来の方法の一例を示す概略図である。
【図２】光信号を増幅する従来の方法の他の例を示す概略図である。
【図３】光増幅器の一実施形態を上面から示した概略図である。
【図４】図３におけるＡ−Ａ´線に沿った断面からみた光増幅器の概略図である。
【図５】光ポンピングに基づく光信号出力の増加を示すグラフの一例である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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