DE10055885A1

DE10055885A1 - Ultrahochgeschwindigkeits-Laservorrichtung mit mehreren Wellenlängen, die ein Abtastfasergitter verwendet

Info

Publication number: DE10055885A1
Application number: DE10055885A
Authority: DE
Inventors: Dong Hwan Kim; Bong Ahn Yoo; Byung Ho Lee
Original assignee: Korea Institute of Science and Technology KIST
Current assignee: Korea Institute of Science and Technology KIST
Priority date: 2000-08-16
Filing date: 2000-11-08
Publication date: 2002-03-07
Also published as: KR100343816B1; KR20020014173A; JP2002076478A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ultrahochgeschwindigkeits-Laservorrichtung mit mehreren Wellenlängen, die ein Abtastfasergitter verwendet, und betrifft insbesondere einen neuen Typ Halbleiterfaser-Laser, der fähig ist, gleichzeitig Mengen unterschiedlicher Wellenlängen mit Ultrahochgeschwindigkeit zu erzeugen, die als Lichtquellen für Ultrahochgeschwindigkeits-Handhabung von optischen Signalen oder zur optischen Kommunikation verwendet werden sollen. DOLLAR A Die vorliegende Erfindung präsentiert eine Ultrahochgeschwindigkeits-Laservorrichtung mit mehreren Wellenlängen, die ein Abtastfasergitter verwendet, die einen Halbleiterlichtverstärker als Verstärkungsmedium übernimmt, baut einen einfach strukturierten aktiv wellentypverriegelten Halbleiterfaser-Ringlaser (SFRL) auf, der ein Abtastfasergitter (SFG) und einen Intensitätsmodulator innerhalb des Resonators verwendet, und erzeugt dadurch einen Impulszug mit mehreren Wellenlängen. DOLLAR A Daher wird erfindungsgemäß ein Ultrahochgeschwindigkeits-Laser mit mehreren Wellenlängen eines Niveaus von 10 Gbit/s bereitgestellt, der einen niedrigen Abgabeverlust aufweist und zur gleichzeitigen Erzeugung bei Raumtemperatur fähig ist, um als Lichtquelle zur Ultrahochgeschwindigkeits-Handhabung von optischen Signalen oder zur optischen Ultrahochgeschwindigkeits-WDM-Kommunikation verwendet zu werden.

Description

Hintergrund der Erfindung Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ultrahochgeschwin digkeits-Laservorrichtung mit mehreren Wellenlängen, die ein Abtastfasergitter verwendet, und betrifft insbesondere einen neuen Typ Halbleiterfaser-Laser, der fähig ist, gleichzeitig Mengen unterschiedlicher Wellenlängen mit Ultrahochgeschwin digkeit zu erzeugen, die als Lichtquellen für Ultrahochge schwindigkeits-Handhabung von optischen Signalen oder zur op tischen Kommunikation verwendet werden sollen.

Beschreibung der verwandten Technik

In jüngster Zeit werden, da in einem massiven Umfang eine Informationsübertragung mit Ultrahochgeschwindigkeit erforder lich ist, Untersuchungen an einer optischen Übertragung durch ein Wellenlängenmultiplex-(WDM-)Verfahren und/oder optisches Zeitmultiplex-(OTDM-)Verfahren aktiv vorangetrieben.

Daraufhin sind, um die Anzahl von Übertragungskanälen und der Übertragungsgeschwindigkeit jedes Kanals zu erhöhen, Unter suchungen an einer Ultrahochgeschwindigkeits-Lichtquelle mit mehreren Wellenlänge auf der gesamten Welt in einer Fortent wicklung begriffen.

Bisher werden die meisten Untersuchungen an den Verfahren, wie einem Verfahren, unterschiedliche Wellenlängen, die aus physikalisch getrennten Lasern erhalten werden, in einer ein zelnen Lichtleitfaser zu kombinieren und zu emittieren, oder einem Spektralbegrenzungsverfahren, das einen Aufbau aus opti schen Filter und Lichtquelle, wie einer Leuchtdiode (LED) oder eines Erbium-dotierten Faserverstärkers (EDFA), der Licht eines breitbandigen Spektrums emittiert, und so weiter durchgeführt.

Jedoch benötigen diese Verfahren schließlich einen opti schen Modulator für jede Wellenlänge zur optischen Kommunika tion und Übertragung, und die Strukturen sind kompliziert. Da her wird nun ein Verfahren zur Herstellung eines Ultrahochge schwindigkeits-Lasers mit mehreren Wellenlängen herausge stellt, der ein einziges Verstärkungsmedium verwendet.

Das Verfahren, das den EDFA verwendet, setzt einen mehrere Wellenlängen erzeugenden Laser aus 11 kontinuierlichen Wellen (CWs) zusammen, indem ein Kombinatorfilter innerhalb eines Lichtleitfaserlaser-Resonators verwendet wird, jedoch weist es eine Schwierigkeit darin auf, die Lichtquelle für jede Wellen länge bei Raumtemperatur infolge einer homogenen Linieverbrei terung des Verstärkungsmediums zu stabilisieren. Daher weist es einen Nachteil auf, daß der EDFA unter der absoluten Temperatur von 77 K gehalten werden sollte, um die Verbreiterung zu ver hindern.

Andererseits wird seit kurzem von einem Laser mit mehreren Wellenlängen berichtet, der einen Halbleiterlichtverstärker als ein Verstärkungsmedium durch ein externes Injektionsmodulati onsverfahren verwendet. Mit diesem Verfahren wird ein wellen typverriegelter Laser mit Harmonischen höherer Ordnung mit meh reren Wellenlängen aufgebaut, der durch ein ganzzahliges Viel faches der externen modulation Frequenz verstärkt wird, indem ein intensitätsmoduliertes Licht mit einer Frequenz eines ganz zahligen Vielfachen der Grundfrequenz des Laserresonators in jiziert wird.

Hier ist die Anzahl der Wellenlängen, die vom Ultrahochge schwindigkeits-Laser mit mehreren Wellenlängen erzeugt werden, dieselbe wie die Anzahl der wellentypverriegelten Schwingungs wellentypen.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung wird vorgeschlagen, um die Pro bleme des oben erwähnten Stands der Technik zu lösen. Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ultrahoch geschwindigkeits-Laservorrichtung mit mehreren Wellenlängen bereitzustellen, die ein Abtastfasergitter verwendet, die einen neuen Typ Halbleiterfaser-Laser verkörpert, der gleichzeitig eine Menge unterschiedlicher Wellenlängen mit Ultrahochge schwindigkeit bei Raumtemperatur erzeugt, die als Lichtquellen zur Ultrahochgeschwindigkeits-Handhabung von optischen Signa len oder zur optischen Kommunikation verwendet werden sollen.

Um die oben beschriebene Aufgabe zu lösen, präsentiert die vorliegende Erfindung eine Ultrahochgeschwindigkeits-Laservor richtung mit mehreren Wellenlängen, die ein Abtastfasergitter verwendet, die einen Halbleiterlichtverstärker als ein Verstär kungsmedium übernimmt, baut einen einfach strukturierten wel lentypverriegelten Halbleiterfaser-Ringlaser (SFRL) auf, der ein Abtastfasergitter (SFG) und einen Intensitätsmodulator im Resonator verwendet, und dadurch einen Impulszug mit mehreren Wellenlängen zu erzeugen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Gesamtprinzipskizze, die eine experimentelle Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ultrahochge schwindigkeits-Lasers mit mehreren Wellenlängen dar stellt.

Fig. 2 ist eine graphische Darstellung, die das Spektrum des Durchlaßlichts des erfindungsgemäßen Abtastfasergit ters (SFG) zeigt.

Fig. 3 ist eine graphische Darstellung, die das Spektrum des reflektieren Lichts des erfindungsgemäßen Abtastfaser gitters (SFG) zeigt.

Fig. 4 ist eine graphische Darstellung, die das Spektrum von abgegebenen CW-Licht eines erfindungsgemäßen aktiv wellentypverriegelten Halbleiterfaser-Ringlasers (SFRL) mit mehreren Wellenlängen zeigt.

Fig. 5 ist eine graphische Darstellung, die das Spektrum von wellentypverriegeltem Licht eines erfindungsgemäßen aktiv wellentypverriegelten Halbleiterfaser-Ringlasers (SFRL) mit mehreren Wellenlängen zeigt.

Fig. 6a-6c sind Ansichten, die 10 GHz-Impulszüge der Wellen längen zeigen, die durch einen erfindungsgemäßen opti schen Filter ausgewählt werden.

Detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen

Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen die Struktur und das Arbeitsprinzip einer Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben.

Fig. 1 ist eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen ak tiv wellentypverriegelten Halbleiterfaser-Ringlaser-(SFRL-) Vorrichtung mit mehreren Wellenlängen.

Der in Fig. 1 beschriebene aktiv wellentypverriegelte SFRL weist auf: einen variablen optischen Koppler (10), der Licht leitfaser-Abgaben variiert und sie koppelt, eine Polarisations steuerung (20), die den Polarisationszustand von Licht steuert, einen optischen Intensitätsmodulator (30), der die Intensität von Licht unter Verwendung von Lithium-Niobat moduliert, einen optischen Isolator (40), der eine Lichtwelle in einer Richtung durchläßt, einen Halbleiterlichtverstärker (SOA, 50), der die Lichtwelle verstärkt, einen optischen Zirkulator (60), der das Abtastfasergitter in einer Richtung zirkuliert, und ein Abtast fasergitter (SFG, 60a).

Der SOA (50) ist 1 mm lang, und die Trägerlebensdauer be trägt etwa 2 ns. Auf beide Seiten des SOA sind reflexionsmin dernde dünne Filme abgeschieden, so daß sie einen Reflexions faktor von 10^-3-10^-4 aufweisen, und er weist einen Faser-Faser- Gewinn von etwa 23 dB und etwa 7,5 dBm Sättigungsausgangslei stung bei einem maximalen Pumpstrom von 200 mA auf.

Nimmt man in die Verfahren, die einen Ultrahochgeschwindig keits-Laser mit mehreren Wellenlängen ausführen, unter Verwen dung einer experimentellen Vorrichtung Einblick, wie in Fig. 1 beschrieben, geschieht dies wie folgt:
Wenn elektrischer Strom (160-180 mA) an den SOA (50) ange legt wird, ohne daß der optische Intensitätsmodulator (30) mit 10 GHz betrieben wird, wird ein Laserlicht mit dem Spektrum, das durch das SFG (60a) gefiltert wird, mit 4 Mehrfachwellen längen in einem periodischen Abstand von 0,8 nm und in der Form einer zeitlich kontinuierlichen optischen Ausgangsleistung er zeugt.

Danach, wobei der optische Intensitätsmodulator (30) mit 10 GHz betrieben wird, die relativ zu einem ganzzahligen Viel fachen (etwa 1000-fach) der Grundfrequenz (10 MHz) ist, die der Umlauflänge des Laserresonators entspricht, findet eine Wellen typverriegelung mit Harmonischen höherer Ordnung statt, um ei nen Laser mit einer sehr kurzen Impulsbreite von 20 ps und einem Impulsintervall von 100 ps zu erzeugen.

Daher werden ein Ultrahochgeschwindigkeits-Impulszug von 10 Gbit/s in zeitlicher Hinsicht erzeugt, und es werden etwa 3-4 Impulszüge mit mehreren Wellenlängen mit einem Abstand von 0,8 nm (100 GHz) des Wellenlängenspektrums erzeugt.

Nimmt man detaillierter in den EDFA der Fig. 1 Einblick, der herkömmlicherweise zur Ultrahochgeschwindigkeitserzeugung eines optischen Impulszuges verwendet wird, weist er einen Nachteil darin auf, daß er unter den Umständen einer Kühlung mit flüssigem Stickstoff verwendet werden muß, da er infolge einer gegenseitigen Verstärkungssättigung, die durch eine ho mogene Linienverbreiterung des Verstärkungsmediums EDF verur sacht wird, Schwierigkeiten bei der Erzeugung von Mehrfachwel lenlängen bei Raumtemperatur aufweist.

Andererseits weist der Halbleiterlichtverstärker (SOA, 50), der das Verstärkungsmedium des SFRL ist, eine vorherr schende Verstärkungssättigungseigenschaft auf, die durch eine inhomogene Linienverbreiterung verursacht wird, so daß er gleichzeitig bei Raumtemperatur mehrere Wellenlängen erzeugen kann.

Zusätzlich zeigt der SFRL, in dem keine Schwingungsabschwä chung auftritt, da die Trägerlebensdauer des SOA (50) ausrei chend kürzer als die Resonatorschwingungszeit ist, verglichen mit dem EDFA stabilere Kurzzeitamplitudeneigenschaften auf.

Und mit dieser Struktur weist das Verfahren, das ein Ab tastfasergitter (SFG) als ein Filter wählt, das die zu erzeu genden Wellenlängen auswählt, einen Vorteil auf, daß es ver gleichsweise einfach ist, eine Filterform zu entwerfen, die verglichen mit dem herkömmlichen Faseranschlußmassen-Fabry-Pe rot-Etalon einen geringeren Verlust aufweist und fähig ist, das heterogene Spektrum im Verstärkungsmedium auszugleichen.

Fig. 2 ist eine graphische Darstellung, die das Spektrum des Durchlaßlichts des erfindungsgemäßen Abtastfasergitters (SFG) zeigt, und Fig. 3 ist eine graphische Darstellung, die das Spektrum des reflektieren Lichts des Abtastfasergitters (SFG) zeigt.

Wie in Fig. 2 und Fig. 3 beschrieben, ist die Anzahl der reflektierten Wellenlängen, die Reflexionsfaktoren aufweisen, die höher als 90% sind, darauf beschränkt, etwa 4 zu betragen, infolge der Begrenzung der Phasenmaskierungslänge (lin.), die zur Fasergitterherstellung verwendet wird.

Der freie Spektralbereich (FSR) des Abtastfasergitterfil ters betrug 0,8 nm (100 GHz@1550 nm) und die Halbhöhenspitzen breite (FWHM) betrug etwa 0,3 nm.

Fig. 4 ist eine graphische Darstellung, die das Spektrum des abgegebenen CW-Lichts eines erfindungsgemäßen aktiv wellen typverriegelten Halbleiterfaser-Ringlaser (SFRL) mit mehreren Wellenlängen zeigt, und Fig. 5 ist eine graphische Darstellung, die das Spektrum des wellentypverriegelten Licht des aktiv wel lentypverriegelten Halbleiterfaser-Ringlasers (SFRL) mit meh reren Wellenlängen zeigt.

Fig. 4 und Fig. 5 zeigen die Spektren der abgegebenen Lich ter, mit einem Pumpstrom des SOA (50) von 164 mA, in den Fällen CW (kontinuierliche Welle, d. h. ohne einen optisch Intensitäts modulator zu betreiben) bzw. eines aktiv wellentypverriegelten SFRL mit 10 GHz.

Wie in Fig. 4 gezeigt, werden die Lichter mit 5 unterschied lichen Wellenlängen im CW-Betrieb und mit 3 im Betrieb mit ak tiver Wellentypverriegelung erzeugt. Die Anzahl der Schwin gungswellenlängen und die Leistung bei jeder Wellenlänge werden zusammenwirkend durch den Pumpstrom des SOA (50), die Verstärkungsspektrumform des SOA (50), Reflexionsspektrumform des SFG (60a) und den Polarisationszustand innerhalb des Reso nators bewirkt.

Im allgemeinen wird, wenn der Pumpstrom des SOA (50) größer wird, die Anzahl der Schwingungswellenlängen größer. Und da der Polarisationszustand unter der oben beschriebenen Bedingung ge steuert wurde, wurde die Anzahl der CW-Schwindungswellenlängen auf 4 geändert, und die Anzahl der aktiv wellentypverriegelten Schwingungswellenlängen auf 2-4 geändert.

Im Fall, daß eine aktive Wellentypverriegelung in 4 Wellen längen auftrat, waren jedoch die Leistungen bei jenen Wellen längen unstabil. Andererseits waren im Fall von 3 Wellenlängen die Ausgangsleistung vergleichsweise stabil und wiesen fast den gleichen Pegel auf.

Fig. 6a-6c sind Ansichten, die 10 GHz-Impulszüge der Wel lenlängen darstellen, die durch einen erfindungsgemäßen opti schen Filter ausgewählt werden.

Hier betragen die in den Figuren beschriebenen Wellenlängen jeweils 1547,2 nm in Fig. 6a, 1548,0 nm in Fig. 6b und 1548,8 nm in Fig. 6c.

Jede Figur zeigt den synchronisierten Impulszug des aktiv wellentypverriegelten SFRL mit 10 GHz, gefiltert mit einem Fil ter mit variabler Wellenlänge mit 0,3 nm Durchlaßbandbreite bei jeder oben erwähnten Wellenlänge.

Wie vorhergehend erwähnt, stellt eine erfindungsgemäße Ul trahochgeschwindigkeits-Laservorrichtung mit mehreren Wellen längen, die ein Abtastfasergitter verwendet, einen Ultrahoch geschwindigkeits-Laser mit mehreren Wellenlängen eines Niveaus von 10 Gbit/s bereit, der einen niedrigen Abgabeverlust auf weist und zur gleichzeitigen Erzeugung bei Raumtemperatur fähig ist. Der laser kann als Lichtquelle zur Ultrahochgeschwindig keits-Handhabung von optischen Signalen oder zur optischen Ul trahochgeschwindigkeits-WDM-Kommunikation verwendet werden.

Da jene mit üblichen Kenntnissen und Ausbildung in der Tech nik der vorliegenden Erfindung zusätzliche Modifikationen und Anwendungen in deren Rahmen erkennen werden, ist die vorlie gende Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungs formen und Zeichnungen beschränkt.

Claims

1. Ultrahochgeschwindigkeits-Laservorrichtung mit mehreren Wellenlängen, die ein Abtastfasergitter verwendet, dadurch gekennzeichnet, daß
eine aktiv wellentypverriegelte Halbleiterfaser-Ringlaser- Vorrichtung so aufgebaut ist, daß sie ein Lichtleitfaser zyklus mit einem einzigen Wellentyp ist, die aufweist:
einen variablen optischen Koppler, die Lichtleitfaserabga ben variiert und sie koppelt;
eine Polarisationssteuerung, die den Polarisationszustand von Licht steuert;
einen optischen Intensitätsmodulator, der die Intensität von Licht unter Verwendung von Lithium-Niobat moduliert;
einen optischen Isolator, der eine Lichtwelle durchläßt;
einen Halbleiterlichtverstärker (SOA), der eine Lichtwelle der Halbleiterfaser verstärkt;
einen optischen Zirkulator, der das Abtastfasergitter zir kuliert; und
ein Abtastfasergitter (SFG); und
daß ein Impulszug einer wellentypverriegelten Laserlicht quelle mit mehreren Wellenlängen mit Harmonischen höherer Ordnung erzeugt wird, indem elektrischer Strom an den. Halb leiterlichtverstärker angelegt wird und der optische Inten sitätsmodulator mit der Frequenz eines ganzzahligen Viel fachen der Grundfrequenz betrieben wird, die der Länge des Laserresonators entspricht.

2. Ultrahochgeschwindigkeits-Laservorrichtung mit mehreren Wellenlängen, die ein Abtastfasergitter verwendet, nach An spruch 1, wobei die Laserlichtquelle mit mehreren Wellenlängen 3-4 Im pulszüge mit mehreren Wellenlängen erzeugt.