[发明专利]半导体光学放大器

说明书

发明领域

本发明涉及量子电子学，特别是高功率多模、单模和/或单频辐射源，以及半导体光学放大器。

现有技术

传统上，半导体光学放大器(此后称为“SOA”)由输入辐射的主源构成，主源的输出由光学系统光学地耦合到放大部件(此后称为“AC”)的输入(S.O’Brien，IEEE量子电子学杂志(1993)29卷第6册，2052-2057页，和J.P.Donnelly,IEEE光学和技术通讯(1996)第8卷，1450-1452页)。光学信号一般是自然的、超发光(Superluminescent)或激光辐射。由于SOA的特殊特性，例如，小尺寸、每单位长度的高增益、高效率、潜在的低成本、可集成在光电子电路等，毫无疑问，SOA在复杂的通信网络设计，特别是分支网络，和研制有效的高功率辐射源有很好的应用前景，

离散实施的SOA是已知的(L.Goldberg,IEEE量子电子学杂志(1993)，29卷第6册，2028-2042页)，其包括输入辐射的主源，当放大器正在运行时，主源以输入角δ被输入到光学上耦合到源的AC。AC是根据半导体激光异质结构实现的，该异质结构包括具有折射系数n_α的有源层和位于两个覆盖层之间的能带隙E_α(Ev)，每一个异质结构至少有一个子层。通过使用壁垒区实现的有源增益区以形成台式条带，该台式条带在有源增益区的输入面上从它的最初10微米的宽度W_in线性地在有源增益区的输出面上把最后的宽度加宽到160微米W_out。SOA的长度L_AGR是1500微米。注意，位于有源层并是AC的光学增益轴的有源增益区的纵向轴位于主源和光学系统的相同光学轴上。把输入辐射输入到有源增益区并在放大之后从有源增益区输出的装置是有源增益区输入面的光学刻面和有源增益区输出面的光学刻面，我们有条件地称其为第一光学刻面，在此情况下，其抗反射涂层的反射系数R近似0.003。第一个光学刻面以倾斜角Ψ₁和Ψ₂被放置到与光学增益轴垂直的平面，我们称该平面为垂直面。在现有技术中(L.Goldberg,IEEE量子电子学杂志(1993)，29卷第6册，2028-2042页)，AC的第一光学刻面与垂直面平行，已知AC的输入和输出口径的尺寸(L.Goldberg,IEEE量子电子学杂志(1993),29卷第6册，2028-2042页)分别是：

S_in=d_AGRW_in,     (1)

S_out=d_AGRW_out,    (2)其中d_AGR是有源增益区的厚度，一般不超过1微米；因此，对于已知SOA的AC(L.Goldberg,IEEE量子电子学杂志(1993),29卷第6册，2028-2042页)，S_in不超过10平方微米，S_out不超过160平方微米。涂敷到有源增益区第一光学刻面上的抗反射涂层在已知AC中被用来抑制寄生反射和输出信号的反射(L.Goldberg,IEEE量子电子学杂志(1993),29卷第6册，2028-2042页)。

已知的SOA(L.Goldberg,IEEE量子电子学杂志(1993),29卷第6册，2028-2042页)使用单模辐射的主激光二极管作为输入辐射的主源，其功率P_MSout为100Mw。通过光学系统在第一(输入)光学刻面上把输入辐射聚焦为1×4微米的点。此外，输入波束以不同的输入角δ被输入到有源增益区。结果，在AC中，25Mw的输入功率P_in的放大分量输入到有源增益区的初始面。