• No results found

High-performance Al2O3:Er3+ integrated optical amplifiers

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2021

Share "High-performance Al2O3:Er3+ integrated optical amplifiers"

Copied!
1
0
0

Bezig met laden.... (Bekijk nu de volledige tekst)

Hele tekst

(1)

High‐performance Al

2

O

3

:Er

3+

 integrated optical amplifiers 

Jonathan D. B. Bradley, Laura Agazzi, Feridun Ay, Kerstin Wörhoff, and Markus Pollnau  Integrated Optical MicroSystems (IOMS) Group, MESA+ Institute for Nanotechnology,  University of Twente, 7500 AE Enschede, The Netherlands  phone: +31  53  489 2719, fax: +31  489 3343  e‐mail: j.d.b.bradley@ewi.utwente.nl    In integrated optics the search continues for active materials which can be integrated with passive materials in  a straightforward and low‐cost manner. Dielectric Er‐doped planar glass waveguiding materials offer broad gain  around the critical 1550‐nm wavelength range, and the potential for integrated on‐chip tunable or short‐pulse  laser sources. Compared to other such glass materials, Al2O3:Er3+ has distinct advantages. It possesses a highly 

broadened emission spectrum for gain over a wider wavelength range. It has a higher refractive index contrast  which allows tighter bend radii and more compact devices. Furthermore, it can be deposited on a number of  common  substrates,  including  thermally‐oxidized  Si  wafers.  This  opens  the  possibility  for  integration  of  Al2O3:Er3+  directly  with  photonic  materials  such  as  Si  which  are  optimized  for  passive  waveguiding  functions. 

Historically, the drawbacks of the material have been the relative fabrication complexity and lower peak gain.   Our  research  group  has  addressed  both  of  the  aforementioned  limitations  in  order  to  fully  realize  the  potential of Al2O3:Er3+ as an active material. In this contribution we present recent results demonstrating the 

high performance of Al2O3:Er3+ integrated optical amplifiers.  

 

Deposition of Al2O3:Er3+ is carried out by applying a low‐cost and straightforward reactive co‐sputtering 

approach  [1]  and  channel  waveguides  are  prepared  by  reactive  ion  etching  [2].  Al2O3:Er3+  amplifiers  with 

different Er concentrations have been investigated. Up to 2.0 dB/cm net gain has been demonstrated at 1533  nm for an Er concentration of 2 × 1020 cm‐3 when pumping at 977 nm (Fig. 1a). Peak total gain of 9.3 dB was  also  demonstrated  in  a  5.4‐cm  amplifier  and  positive  gain  was  achieved  over  an  80‐nm  bandwidth.  Using  a  rate‐equation model, up to 33 dB at the peak and >20 dB between 1525‐1565 nm is predicted in a 24‐cm‐long  amplifier for a pump power of 100 mW (Fig. 1b). In Er‐doped fiber amplifiers, the long excited‐state lifetime  means transmission at bit rates around 40 Gbit/s is possible. We recently showed open‐eye diagrams and only  a small power penalty of 1 dB in bit‐error‐rate measurements for on‐chip 40 Gbit/s signal transmission in an  integrated  Al2O3:Er3+  amplifier  [3].  This  result,  coupled  with  the  high  and  broad  gain  demonstrates  that  such 

amplifiers are well‐suited to compensating for on‐chip losses incurred in high‐bit‐rate signals. The high gain also  indicates  that  a  laser  source  is  possible  in  a  material  which  can  be  integrated  with  passive  optical  materials  such as silicon, providing high functionality on a single chip.    [1] K. Wörhoff, J. D. B. Bradley, F. Ay, D. Geskus, T. Blauwendraat, and M. Pollnau, IEEE J. Quantum Electron.  45 (5), 454‐461 (2009).   [2] J. D. B. Bradley, F. Ay, K. Wörhoff, and M. Pollnau, Appl. Phys. B 89 (2‐3), 311‐318 (2007).  [3] J. D. B. Bradley, M. Gay, J. C. Simon, K. Wörhoff, and M. Pollnau, Conference on Lasers and Electro‐Optics  Europe 2009, accepted.    (a)  -10 0 10 20 30 40 0 10 20 30 40 50 Length [cm] To ta l G a in [d B] ' 1525 nm 1533 nm 1565 nm   (b)  Fig. 1 (a) Net internal gain vs. 977‐nm pump power in a 2.1‐cm‐long Al2O3:Er 3+  amplifier, demonstrating up to 2.0 dB/cm gain; (b) predicted  total gain vs. length at 1525, 1533, and 1565 nm in compact spiral amplifiers  for 100 mW pump power.  -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 0 20 40 60 80 100

Launched Pump Power [mW]

G a in [d B ] Measured Simulated

Referenties

GERELATEERDE DOCUMENTEN

The number of participants increased with respect to 2012: 210 in 2012; 337 in 2013 3 Attract and retain female academic staff To liaise with HR and deans regarding gender

Willem Wilmink dichtte over Enschede al: “Het is het eindpunt van de trein, bijna geen mens hoeft er te zijn”.. Hoeveel je

The international dimension of the negotiated agreements as one of the JEP’s strategies encouraged our analysis by using a Multi-National case of a packaging production company

combined results of event- related lateralizations (erls) and a newly derived measure from wavelet analyses that we applied on the raw eeg and individual event-related

The distributions of the ratios on Luzon and Mindanao without anthropogenic activity are right skewed as well, however the found average values are higher (figure

government for cooperation, and high impact, as the goals of the stakeholders are perpendicular to those of the municipality (i.e. the Broekpolder as a recreational area vs.

‘We proberen niet enkel achteraf deze vragen te stellen, maar we willen betrokken raken bij het ontwerp van nieuwe technologie?. Je moet vooraf ontwerpers en filosofen

Secondly, the state of impacts on the archipelago will be analysed by answering the question: “How does tourism contribute to the current environmental problems occurring