DE10157439A1

DE10157439A1 - Moduseinrasthalbleiterlasersystem mit externem Resonator

Info

Publication number: DE10157439A1
Application number: DE10157439A
Authority: DE
Inventors: Hiroyaki Yokoyama
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2000-11-28
Filing date: 2001-11-23
Publication date: 2002-06-13
Also published as: JP3726676B2; US20020064353A1; JP2002164614A; US6698941B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches System mit einem Resonator, das eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung und eine optische Faser aufweist, die ein erstes Ende hat, das mit der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung gekoppelt ist, wobei der Resonator eine Resonatorlänge hat, die zwischen einer ersten Fläche der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung und einem zweiten Ende der optischen Faser begrenzt ist, worin eine Länge der optischen Faser derart ausgelegt ist, dass eine Moduseinrastoszillationsfrequenz nicht größer als 1 GHz beträgt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Moduseinrasthalbleiter lasersystem mit einem externen Resonantor und insbesondere ein Moduseinrasthalbleiterlasersystem mit einem externen Resonantor zum Abstrahlen eines ultrakurzen, optischen Impulses für opti sche Messtechniken, zum Beispiel für eine optische Signalkurven verlaufsmessung bei einer ultrahohen Geschwindigkeit.

Da der neueste Fortschritt in der optischen Technologie die Emission von ultrakurzen, optischen Impulsen im Bereich von Fem tosekunden anstelle von elektrischen Messungen, zum Beispiel mit dem Abtastoszilloskop, ermöglicht, wird versucht, dass der ul trakurze, optische Impuls als Abtasttorimpuls für das Messen von ultrakurzen Ereignissen verwendet wird.

Der ultrakurze, optische Impuls wird als Abtasttorimpuls zum Messen einer optischen Abtastsignalform bzw. Abtastwellenform, zum Beispiel für die optische Messung von Augenmustern der opti schen Wellenform verwendet. Zum Messen einzelner Abtastwerte ist es notwendig, dass jeweilige optische Kreuzkorrelationssignalim pulse ohne irgendeine Interferenz mit einem benachbarten Impuls fotoelektrisch gewandelt werden. Zu diesem Zweck ist es weiter hin notwendig, dass eine zyklische Frequenz des optischen Kreuz korrelationssignalimpulses oder eine zyklische Frequenz des op tischen Abtastimpulses unter ein Frequenzband eines optischen Empfangssystems gesetzt wird. Aus diesem Grund wird im Unter schied zur optischen Kommunikation eine Kette bzw. Reihe aus op tischen Impulsen mit einer niedrigen zyklischen Frequenz von nicht mehr als 1 GHz benötigt.

Zur Verbesserung des Auflösungsvermögens ist ein ultrakurzer, optischer Impuls mit einigen Pikosekunden bis zu einigen Fem tosekunden erwünscht. Der Modeneinrasthalbleiterlaser, der den externen Resonator verwendet, ist für das Abstrahlen der Reihen aus ultrakurzen, optischen Impulsen mit der niedrigen, zykli schen Frequenz verwendbar.

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht eines herkömmlichen Modus einrasthalbleiterlasersystems mit einem externen Resonator (ca vity). Das Moduseinrasthalbleiterlasersystem enthält eine Halbleiterlaservorrichtung 1, die einen Gewinnbereich 1a und einen sättigbaren Absorptionsbereichs 1b mit einer Fläche 11b bzw. Kristallfläche oder Seitenfläche des sättigbaren Absorpti onsbereichs enthält. Das Moduseinrasthalbleiterlasersystem enthält weiterhin einen reflektierenden Endspiegel 8, der einen externen Resonator in Zusammenwirken mit der Fläche 11b des sät tigbaren Absorptionsbereichs bildet. Der externe Resonator ist zwischen dem reflektierenden Endspiegel 8 und der Fläche 11b des sättigbaren Absorptionsbereichs definiert bzw. begrenzt.

Das Moduseinrasthalbleiterlasersystem enthält weiterhin eine er ste Kollimatorlinse 2a, einen Wellenlängenteiler 3 und einen da zwischen angeordneten Reflexionsspiegel 7, die an einer opti schen Achse zwischen der Halbleiterlaservorrichtung 1 und dem reflektierenden Spiegel 8 ausgerichtet sind. Die erste Kollima torlinse 2a ist zwischen der Halbleiterlaservorrichtung 1 und dem Wellenlängenteiler 3 angeordnet. Der Wellenlängenteiler 3 befindet sich zwischen der ersten Kollimatorlinse 2a und dem re flektierenden Zwischenspiegel 7. Der reflektierende Zwischen spiegel 7 ist an einem Zwischenabschnitt bzw. einem Zwischenort auf der optischen Achse zwischen dem Wellenlängenteiler 3 und dem reflektierenden Endspiegel 8 vorgesehen.

Das Moduseinrasthalbleiterlasersystem enthält weiterhin eine zweite Kollimatorlinse 2b, die es ermöglicht, dass ein optisches Ausgangssignal, das von der Fläche 11b des sättigbaren Absorpti onsbereichs abgestrahlt wird, durch die zweite Kollimatorlinse 2b gesendet wird. Eine Wellenlänge des Laserstrahls, der von der Fläche 11b des sättigbaren Absorptionsbereichs emittiert wird, hängt von einem Winkel des Wellenlängenteilers 3 in bezug auf die optische Achse des externen Resonators ab.

Der reflektierende Zwischenspiegel 7 ermöglicht die Größenredu zierung des Moduseinrasthalbleiterlasersystems, stellt aber gleichsam ein optisches Element für das Moduseinrasthalbleiter lasersystem dar. Eine Resonatorlänge ist zwischen der Fläche 11b des sättigbaren Absorptionsbereichs und dem reflektierenden Spiegel 8 festgelegt. Der reflektierende Zwischenspiegel 7 ist in einer Richtung bewegbar, die mit der Pfeilmarke "A" angegeben ist und die parallel zur optischen Achse ist. Die Bewegung oder der Versatz des reflektierenden Zwischenspiegels 7 variiert die Resonatorlänge. Eine Änderung der Resonatorlänge ändert die zy klische Frequenz oder den Zyklus bzw. die Periode der Umkehrung bzw. Umkehrbewegung des optischen Impulses in dem Resonator.

Für die optische Messung ist es wichtig, dass die Oszillations frequenz, die zyklische Frequenz, der Polarisationszustand und die optische Ausgangsintensität hochstabil sind. Zum Beispiel wird für das Detektieren einer Änderung einer Ebene einer pola risierten Welle in Übereinstimmung mit einer Antriebsspannung zum Antreiben einer Schaltung, die gemessen werden soll, die Ebene der polarisierten Welle für eine hochgenaue Messung kon stant gehalten. Für eine zeitsequenzielle Abtastung werden Abta stimpulse mit einer stabilen zyklischen Frequenz benötigt. Im Fall einer zyklischen Frequenz von 1 GHz mit einer Schwankung in der Größenordnung von nicht mehr als einigen zehn Hz ist deshalb zum Beispiel eine hohe Stabilität der Frequenz in der Größenord nung von 1E-7 bis 1E-8 erforderlich. Es ist weiterhin erforder lich, dass die Frequenz der Abtastimpulse der Schwankung der zy klischen Frequenz des gemessenen Lichts oder des gemessenen Sig nals folgt.

Das herkömmliche Moduseinrasthalbleiterlasersystem der Fig. 1 ermöglicht, dass sich die Moduseinrastfrequenz über einen an nehmbaren Bereich von einer Sollfrequenz aufgrund einer Resona torlängenänderung ändert, die durch eine Temperaturänderung ver ursacht wird.

Die Moduseinrasthalbleitervorrichtung, die eine zyklische Fre quenz (Moduseinrastoszillationsfrequenz) von nicht mehr als 1 GHz hat, benötigt einen externen Resonator mit einer Resonator- länge von zehn Zentimetern bis einigen zehn Zentimetern. Das Mo duseinrasthalbleiterlasersystem von Fig. 1 verwendet einen frei en Raum für den optischen Weg, weshalb die Resonatorlänge lang ist. Wenn die zyklische Frequenz 1 GHz beträgt, beträgt die Re sonatorlänge 15 Zentimeter. Wenn die zyklische Frequenz 250 MHz beträgt, beträgt die Resonatorlänge 60 Zentimeter. Es ist schwierig, den langen optischen Weg mit einem engen Raumangebot in Einklang zu bringen. Es ist weiterhin schwierig, die Größe des Moduseinrasthalbleiterlasersystems zu reduzieren. Das Modu seinrasthalbleiterlasersystem großer Abmessung hat den Nachteil, dass eine geringe Schwingung oder eine geringe Belastung einen relativ großen Versatz der Teile verursacht und dass das Modu seinrasthalbleiterlasersystem leicht dem Einfluss der Tempera turschwankung und der mechanischen Schwingung ausgesetzt ist. Das Moduseinrasthalbleiterlasersystem großer Abmessung kann des halb leicht eine Oszillationsfrequenz, eine zyklische Frequenz, einen Polarisationszustand und eine optische Ausgangsintensität haben, die sich über jeweilige, annehmbare Bereiche hinaus än dert. Es ist deshalb schwierig, den erwünschten Langzeitbetrieb und den erwünschten, hochstabilen Betrieb zu erreichen.

Zusätzlich zu der großen Resonatorlänge erschwert es der reflek tierende Zwischenspiegel 7, die optische Achse des Resonators einstellen zu können. Wenn der Moduseinrasthalbleiterlaser mit externem Resonator in einem Messsystem verwendet wird, hat das Messsystem eine große Abmessung.

Unter den vorstehend erwähnten Umständen ist deshalb die Ent wicklung eines neuartigen Moduseinrasthalbleiterlasersystems er wünscht, das eine Halbleiterlaservorrichtung und einen externen Resonator aufweist, die frei von den zuvor erwähnten Problemen sind.

Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neu artiges Moduseinrasthalbleiterlasersystem bereitzustellen, das eine Halbleiterlaservorrichtung und einen externen Resonator aufweist, die frei von den zuvor erwähnten Problemen sind.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neu artiges Moduseinrasthalbleiterlasersystem bereitzustellen, das eine Halbleiterlaservorrichtung und einen externen Resonator hat, wobei das Moduseinrasthalbleiterlasersystem eine reduzierte Größe hat.

Es ist noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neuartiges Moduseinrasthalbleiterlasersystem bereitzustellen, das eine Laservorrichtung und einen externen Resonator hat, wo rin das Moduseinrasthalbleiterlasersystem eine verbesserte Sta bilität der Oszillationsfrequenz, der zyklischen Frequenz und der polarisierten Wellenebene gegenüber einer Temperaturschwan kung und einer mechanischen Schwingung für eine lange Zeit hat.

Es ist noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neuartiges Moduseinrasthalbleiterlasersystem bereitzustellen, das eine Halbleiterlaservorrichtung und einen externen Resonator hat, worin das Moduseinrasthalbleiterlasersystem variabel in der Oszillationsfrequenz und der zyklischen Frequenz ist.

Die vorliegende Erfindung stellt ein optisches System mit einem Resonator bereit, das eine lichtabstrahlende Halbleitervorrich tung und eine optische Faser hat, die ein erstes Ende hat, das optisch mit der lichtabstrahlenden Halbleitervorrichtung gekop pelt ist, wobei der Resonator eine Resonatorlänge hat, die zwi schen einer ersten Fläche bzw. Kristallfläche der lichtabstrah lenden Halbleitervorrichtung und einem zweiten Ende der opti schen Faser definiert ist, worin eine Länge der optischen Faser derart ausgelegt ist, dass eine Moduseinrastoszillationsfrequenz nicht mehr als 1 GHz beträgt.

Die vorstehenden Aufgaben und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der nachfolgenden Beschreibung ersichtlich.

Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend im Detail mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht eines herkömmlichen Moduseinrasthalbleiterlasersystems, das einen Mo duseinrasthalbleiterlaser und den externen Resonator aufweist;

Fig. 2 ist eine schematische Ansicht eines ersten, neuar tigen Moduseinrasthalbleiterlasersystems, das einen Moduseinrasthalbleiterlaser und einen externen Resonator in einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweist;

Fig. 3 ist eine schematische Ansicht eines Beispiels eines Längeneinstellers für den optischen Weg;

Fig. 4 ist eine schematische Ansicht eines weiteren Bei spiels für den Längeneinsteller für einen optischen Weg;

Fig. 5 ist eine Ansicht eines optischen Systems, das in einem Gehäuse untergebracht ist;

Fig. 6 ist eine teilweise Querschnittsansicht des Laser systems entlang einer Linie A-A' der Fig. 5;

Fig. 7 ist eine schematische Ansicht eines zweiten, neuar tigen Moduseinrasthalbleiterlasersystems, das ei nen Moduseinrasthalbleiterlaser und einen externen Resonator in einer zweiten Ausführungsform in Über einstimmung mit der vorliegenden Erfindung auf weist;

Fig. 8 ist eine schematische Ansicht eines modifizierten, zweiten, neuartigen Moduseinrasthalbleiterlasersys tems, das einen Moduseinrasthalbleiterlaser und ei nen externen Resonator in einer modifizierten, zweiten Ausführungsform in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung hat;

Fig. 9 ist eine schematische Ansicht eines weiteren, modi fizierten, zweiten, neuartigen Moduseinrasthalblei terlasersystems mit einem Moduseinrasthalbleiterla ser und einem externen Resonator gemäß einer weite ren, modifizierten, zweiten Ausführungsform in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung;

Fig. 10 ist eine schematische Ansicht eines dritten, neuar tigen Moduseinrasthalbleiterlasersystems mit einem Moduseinrasthalbleiterlaser und einem externen Re sonator in einer dritten Ausführungsform in Über einstimmung mit der vorliegenden Erfindung;

Fig. 11 ist eine schematische Ansicht des Aufbaus einer Halbleiterlaservorrichtung, die in dem optischen System verwendet wird; und

Fig. 12 ist eine Ansicht der Module des Lasersystems.

Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein optisches System mit einem Resonator, das eine lichtemittierende Halblei tervorrichtung und eine optische Faser aufweist, die ein erstes Ende hat, das optisch mit der lichtemittierenden Halbleitervor richtung gekoppelt ist, wobei der Resonator eine Resonatorlänge hat, die zwischen einer ersten Fläche bzw. Kristallfläche oder Seitenfläche der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung und einem zweiten Ende der optischen Faser definiert ist bzw. sich erstreckt, worin eine Länge der optischen Faser derart ausgelegt ist, dass eine Moduseinrastoszillationsfrequenz nicht mehr als 1 GHz beträgt.

Es wird bevorzugt, dass das optische System einen einzigen Modul aufweist, wobei vorgesehen ist, dass die lichtemittierende Halbleitervorrichtung und die optische Faser in einem einzigen Gehäuse untergebracht sind, das eine Größe hat, die kleiner als die Länge der optischen Faser ist. Das Einzelgehäuse kann wei terhin bevorzugt eine Temperatursteuereinrichtung zum Steuern einer Temperatur in dem Einzelgehäuse unterbringen.

Es wird auch bevorzugt, dass das optische System einen separaten ersten Modul und einen separaten zweiten Modul aufweist, die miteinander durch mindestens einen Verbinder verbindbar sind, wobei vorgesehen ist, dass die lichtemittierende Halbleitervor richtung in dem ersten Gehäuse untergebracht ist und dass die optische Faser in dem zweiten Gehäuse untergebracht ist, das eine Größe hat, die kleiner als die Länge der optischen Faser ist.

Das erste Gehäuse bzw. das zweite Gehäuse können jeweils weiter hin bevorzugt eine Temperatursteuereinrichtung zum Steuern einer Temperatur in dem ersten Gehäuse bzw. dem zweiten Gehäuse unter bringen.

Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein opti sches System mit einem ringförmigen Resonator, das eine licht emittierende Halbleitervorrichtung und eine schleifenförmige bzw. rückgekoppelte optische Faser mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende hat, die optisch mit der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung gekoppelt sind, wobei der Ringresonator eine Resonatorlänge hat, die durch eine Länge der schleifenför migen, optischen Faser und durch eine optische Weglänge zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende definiert ist, wobei eine Länge der schleifenförmigen, optischen Faser derart ausgelegt ist, dass eine Moduseinrastoszillationsfrequenz nicht mehr als 1 GHz beträgt.

Es wird bevorzugt, dass das optische System einen einzelnen Mo dul hat, wobei vorgesehen ist, dass die lichtemittierende Halbleitervorrichtung und die optische Faser in einem einzelnen Gehäuse mit einer Größe untergebracht sind, die kleiner als die Länge der schleifenförmigen, optischen Faser ist. Das einzige Gehäuse kann weiterhin bevorzugt eine Temperatursteuereinrich tung zum Steuern einer Temperatur in dem einzelnen Gehäuse auf weisen.

Es wird bevorzugt, dass das optische System weiterhin einen se paraten, ersten Modul und einen separaten, zweiten Modul auf weist, die miteinander mittels eines ersten Verbinders verbind bar sind, wobei vorgesehen ist, dass die lichtemittierende Halbleitervorrichtung in dem ersten Gehäuse untergebracht ist und dass die schleifenförmige, optische Faser in dem zweiten Ge häuse untergebracht ist, das eine Größe hat, die kleiner als die Länge der schleifenförmigen optischen Faser ist. Das erste Ge häuse und das zweite Gehäuse haben jeweils bevorzugt eine Tem peratursteuereinrichtung zum Steuern einer Temperatur in dem er sten Gehäuse und dem zweiten Gehäuse.

ERSTE AUSFÜHRUNGSFORM

Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nach folgend im Detail mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Fig. 2 ist eine schematische Ansicht eines ersten, neuartigen Moduseinrasthalbleiterlasersystems mit einem Moduseinrast halbleiterlaser und einem externen Resonator in einer ersten Ausführungsform in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfin dung. Das Moduseinrasthalbleiterlasersystem hat eine Halbleiter laservorrichtung 1, die einen Gewinnbereich 1a bzw. einen Ver stärkungsbereich mit einer nicht-reflektierenden Fläche 11a bzw. Kristallfläche und einen sättigbaren Absorptionsbereich 1b mit einer hoch reflektierenden Fläche 11b bzw. Kristallfläche auf weist. Das Moduseinrasthalbleiterlasersystem weist weiterhin eine Kollimatorlinse 2a, einen Wellenlängenteiler 3, einen Län geneinsteller 4 für den optischen Weg, die an einer optischen Achse ausgerichtet sind. Die erste Kollimatorlinse 2a befindet sich zwischen der Halbleiterlaservorrichtung 1 und dem Wellen längenteiler 3. Der Wellenlängenteiler 3 befindet sich zwischen der ersten Kollimatorlinse 2a und dem Eingeneinsteller für den optischen Weg 4.

Das Moduseinrasthalbleiterlasersystem enthält weiterhin eine Konzentrationslinse 5 und eine optische Polarisationsaufrechter haltungsfaser 6 mit einem nicht-reflektierenden Ende 6a und einem hoch reflektierenden Ende 6b. Die Konzentrationslinse 5 befindet sich zwischen dem Längeneinsteller 4 für den optischen Weg und dem nicht-reflektierenden Ende 6a der optischen Pola risationsaufrechterhaltungsfaser 6. Die optische Polarisati onsaufrechterhaltungsfaser 6 ist optisch mit der Halbleiter laservorrichtung 1 durch die erste Sammellinse 2a, den Wellen längenteiler 3, den Längeneinsteller 4 für den optischen Weg und der Konzentrationslinse 5 gekoppelt. Ein Resonator ist zwischen der hoch reflektierenden Fläche 11b der Halbleiterlaservorrich tung 1 und dem hoch reflektierenden Ende 6b bzw. Anschluss der polarisationsaufrechterhaltenden optischen Faser 6 definiert.

Das Moduseinrasthalbleiterlasersystem enthält weiterhin eine zweite Kollimatorlinse 2b zum Ermöglichen, dass ein optisches Ausgangssignal, das von der stark reflektierenden Fläche 11b emittiert wird, durch die zweite Kollimatorlinse 2b gesendet wird. Strom wird in den Gewinnbereich 1a der Halbleiterlaservor richtung 1 für die Lichtemission und Lichtverstärkung injiziert. Eine Hochfrequenzspannung wird auf der Moduseinrastfrequenz an den sättigbaren Absorptionsbereich 1b der Halbleiterlaservor richtung 1 durch eine Hochfrequenzenergieversorgung 120 ange legt.

Die Strominjektion in den Gewinnbereich 1a und das Anlegen der Hochfrequenzspannung bei der Moduseinrastfrequenz an den sättig baren Absorptionsbereich 2b verursacht eine Laseremission. Der emittierte Laserstrahl 100 wird durch die hoch reflektierte Flä che 11b der Halbleiterlaservorrichtung 1 und durch das hoch re flektierende Ende 6b der optischen Polarisationsaufrechterhal tungsfaser 6 reflektiert. Der reflektierte Laserstrahl 100 wird zyklisch bzw. periodisch zwischen der hoch reflektierenden Flä che 11b der Halbleiterlaservorrichtung 1 und dem hoch reflek tierenden Ende 6b der polarisationsbewahrenden, optischen Faser 6 mit einer Zeitperiode T hin und her reflektiert, worin T = 2L/c, wobei L die Resonatorlänge in der Vakuumlängenwandlung und c die Lichtgeschwindigkeit sind. Das periodische hin und her Re flektieren des emittierten Laserstrahls 100 verstärkt die In tensität des Laserstrahls 100. Eine Laseroszillation wird durch die zyklische Frequenz (Moduseinrastfrequenz) f (f = c/2L) ver ursacht, die mit der Periode T synchronisiert ist. Der Laser strahl 100 wird von der hoch reflektiven Fläche 11b der Halblei terlaservorrichtung durch die zweite Kondensorlinse 2b emittiert bzw. ausgestrahlt.

Es gibt keine spezielle Beschränkung des Aufbaus der Halbleiter laservorrichtung 1. In dieser Ausführungsform enthält die Halbleiterlaservorrichtung 1 den Gewinnbereich 1a, der die Strom injektion für die Emission und die Verstärkung des Lichts emp fängt, und den sättigbaren Absorptionsbereich 1b, der die Licht absorption auf die Erhöhung der Lichtintensität hin abschwächt. Der Gewinnbereich 1a hat eine aktive Schicht. Der sättigbare Ab sorptionsbereich 1b hat eine sättigbare Absorptionsschicht. Die aktive Schicht und die sättigbare Absorptionsschicht können op tional eine InGaAs/InGaAsP-Vielfachquantumwannenstruktur mit einer Bandlückenwellenlänge von 1,55 Mikrometer haben. Die akti ve Schicht und die sättigbare Absorptionsschicht können in Al ternative einen Bulk-Aufbau bzw. geschichteten Aufbau haben. Die aktive Schicht und die sättigbare Absorptionsschicht können auf einem streifenförmigen Bereich im Grundriss vorgesehen sein. Stromblockierschichten sind weiterhin an beiden Seiten des streifenförmigen Bereichs vorgesehen, auf dem die aktive Schicht und die sättigbare Absorptionsschicht vorgesehen sind, so dass die aktive Schicht und die sättigbare Absorptionsschicht vergra ben sein können bzw. bedeckt sein können (buried).

Die nicht-reflektierende Fläche 11a und die hoch reflektierende Fläche 11b sind mit dielektrischen Vielschichtstrukturen, zum Beispiel TiO₂/SiO₂-Vielschichtstruktur oder Si/SiO₂-Vielschicht strukturen, beschichtet. Die nicht-reflektierende Fläche 11a hat ein niedriges Reflexionsvermögen "R2", wohingegen die hoch re flektive Fläche 11b ein hohes Reflexionsvermögen "R1" hat. R2 kann ungefähr 0,8 betragen. R1 kann ungefähr 1E-4 oder weniger betragen. Der Gewinnbereich 1a und der sättigbare Absorptions bereich 1b werden unabhängig voneinander mit Energie beauf schlagt. Zum Beispiel wird an den Gewinnbereich 1a ein Gleich strom angelegt. An den sättigbaren Absorptionsbereich 1b wird eine Rückwärtsvorspannung und ein Hochfrequenzsignal bei einer Moduseinrastfrequenz angelegt. Es ist jedoch als Modifikation auch möglich, dass keine Energie an den sättigbaren Absorptions bereich 1b angelegt wird, während an den Gewinnbereich 1a ein Injektionsstrom angelegt wird, der mit der Moduseinrastfrequenz moduliert ist. Es ist auch möglich als eine weitere Modifikati on, dass die Halbleiterlaservorrichtung 1 nur den Gewinnbereich 1a ohne den sättigbaren Absorptionsbereich aufweist, wobei ein Hochfrequenzsignal dem Injektionsstrom für den Gewinnbereich 1a überlagert ist.

Ein optischer Impuls trifft auf den sättigbaren Absorptions bereich 1b, wobei der optische Impuls einen ersten Halbabschnitt und einen zweiten Halbabschnitt aufweist, der eine höhere Licht intensität als der erste Halbabschnitt hat. Der sättigbare Ab sorptionsbereich 1b kann den ersten Halbabschnitt absorbieren, ist aber beim zweiten Halbabschnitt gesättigt, wodurch der zwei te Halbabschnitt des optischen Impulses durch den sättigbaren Absorptionsbereich 1b ohne Absorption hindurchgehen kann. Der optische Impuls, der durch den sättigbaren Absorptionsbereich 1b hindurchgegangen ist, hat eine Schärfe oder einen abrupten Über gang mit einer schmalen Impulsweite.

Der sättigbare Absorptionsbereich 1b zeigt einen Selbstabsorpti onsmodulationseffekt, der eine Phasensynchronisation zwischen Laseroszillationslongitudinalmoden verursacht. Das Hochfrequenz signal wird an den sättigbaren Absorptionsbereich 1b derart an gelegt, dass das Erzeugungstiming der optischen Moduseinrastim pulse mit dem zugeführten Hochfrequenzsignal synchronisiert ist.

Der Wellenlängenteiler 3 kann zum Beispiel ein Fabry-Ferot-Eta lon bzw. Fabry-Perot-Etalon (nachfolgend einfach als Etalon be zeichnet) aufweisen. Das Etalon kann eine planparallele Platte mit gegenüberliegenden, reflektierenden Ebenen haben, die mit hoch reflektierenden Beschichtungen versehen sind. Die plan parallele Platte kann zum Beispiel eine Quarzplatte oder eine Glasplatte aufweisen. Die hoch reflektiven Beschichtungen können zum Beispiel eine dielektrische Vielschichtstruktur oder eine Metallschicht aufweisen. Die gegenüberliegenden, reflektiven Ebenen sind parallel zueinander. Die Lichtdurchlässigkeit hat ein Maximum bei einem Wellenlängenabstand, der durch beide, je weilige Reflexionsvermögen der gegenüberliegenden, reflektiven Ebenen definiert ist, und einen effektiven Abstand auf der opti schen Achse zwischen den gegenüberliegenden, reflektiven Ebenen. Das Etalon ist derart ausgerichtet, dass die gegenüberliegenden, reflektierenden Ebenen im Neigungswinkel zu der optischen Achse zum Einstellen des effektiven Abstands eingestellt sind, wodurch die Wellenlänge eingestellt wird, bei der die Durchlässigkeit einen maximalen Wert annimmt. Die Einstellung des Neigungswin kels des Etalons zur optischen Achse ermöglicht es, die Wellen länge des Laserstrahls einzustellen.

In Alternative kann der Wellenlängenteiler 3 auch ein weiteres Etalon aufweisen, das einen piezoelektrischen Aufnehmer auf weist, der sandwichartig zwischen zwei ebenen Spiegeln angeord net ist, wobei an dem piezoelektrischen Aufnehmer eine Spannung angelegt ist. Die Einstellung des angelegten Spannungsniveaus bzw. -wertes des piezoelektrischen Aufnehmers kann einen optisch effektiven Abstand zwischen den beiden ebenen Spiegeln zum Ein stellen der Wellenlänge einstellen, bei der die Durchlässigkeit einen Maximalwert annimmt.

Zudem kann der Wellenlängenteiler 3 in Alternative auch ein wei teres Etalon aufweisen, das einen Flüssigkristall aufweist, der zwischen zwei ebenen Spiegeln sandwichartig angeordnet ist, wo bei an dem piezoelektrischen Aufnehmer bzw. an den Flüssigkri stall eine Spannung angelegt ist. Die Einstellung des angelegten Spannungswertes des Flüssigkristalls kann einen optisch effekti ven Abstand zwischen den beiden ebenen Spiegeln zum Einstellen der Wellenlänge einstellen, bei der die Durchlässigkeit einen Maximalwert annimmt.

Der Längeneinsteller 4 für den optischen Weg ist zum Kom pensieren eines Fehlers der Länge der polarisationsaufrechter haltenden optischen Faser 6 vorgesehen. Die Länge des Resonators ist zwischen der hoch reflektierenden Fläche 11b der Halbleiter laservorrichtung 1 und dem hoch reflektierenden Ende 6b der po larisationsaufrechterhaltenden, optischen Faser 6 definiert. Der Längeneinsteller 4 für den optischen Weg kann nämlich die Länge des Resonators kompensieren.

Fig. 3 ist eine schematische Ansicht eines Beispiels des Län geneinstellers für den optischen Weg. Der Längeneinsteller 4 für den optischen Weg kann zum Beispiel gepaarte Keilprismen 21 und 22 aufweisen, die zum Beispiel transparente Materialien wie zum Beispiel Quarz oder Glas aufweisen. Die beiden Keilprismen 21 und 22 haben die gleichen Brechungsindizes und den gleichen ver tikalen Winkel. Die gepaarten Keilprismen 21 und 22 sind derart kombiniert, dass sich geneigte Ebenen 21a und 22a dar gepaarten Keilprismen 21 und 22 mit oder ohne gegenseitige Berührung gegen überstehen und diese vertikalen Ebenen 21b und 22b sind verti kal zur optischen Achse 20. Die gepaarten Keilprismen 21 und 22 sind in einer Richtung relativ bewegbar oder gleitbar oder ver schiebbar, die mit einer Pfeilmarke "A" markiert ist und die pa rallel zu den geneigten Ebenen 21a und 21b ist. Die relative Be wegung der zwei Keilprismen 21 und 22 variiert bzw. ändert die jeweiligen optischen Effektivabstände d1 und d2 der gepaarten Keilprismen 21 und 22 auf der optischen Achse unter Beibehaltung der vertikalen Ebenen 21b und 22b derart, dass sie vertikal zu einer optischen Achse 20 sind. Die Variation bzw. Änderung der optischen Effektivabstände d1 und d2 der gepaarten Keilprismen 21 und 22 auf der optischen Achse ändert eine effektive optische Weglänge, weshalb der Längeneinsteller 4 für den optischen Weg den Fehler der optischen Weglänge des Resonators kompensieren kann. Der Längeneinsteller 4 für den optischen Weg kann nämlich den Fehler der Länge der polarisationsbewahrenden, optischen Fa ser 6 kompensieren.

Fig. 4 ist eine schematische Ansicht eines weiteren Beispiels des Längeneinstellers für den optischen Weg. Der Längeneinstel ler 4 für den optischen Weg kann in Alternative ein Paar von rechtwinkligen, gleichschenkligen Dreiecksprismen 23 und 24 ha ben, die zum Beispiel transparente Materialien wie Quarz oder Glas haben können. Das rechtwinklige, gleichschenklige Dreieck sprisma 23 hat zwei reflektierende Ebenen 23a und 23b und eine nicht-reflektierende Grundebene 23c. Das rechtwinklige, gleich schenklige Dreiecksprisma 24 hat zwei reflektierende, geneigte Ebenen 24a und 24b und eine nicht-reflektierende Grundebene 24c. Das rechtwinklige, gleichschenklige Dreiecksprisma 23 ist an der optischen Achse derart befestigt, dass die nicht-reflektierende Grundebene 23c parallel zur optischen Achse 20 ist. Das recht winklige, gleichschenklige Dreiecksprisma 24 ist derart angeord net, dass die nicht-reflektierende Grundebene 24c dem rechten Winkel "A" des rechtwinkligen, gleichschenkligen Dreiecksprismas 23 gegenübersteht und auch parallel zu der nicht-reflektierenden Grundebene 23c ist. Das rechtwinklige, gleichschenklige Dreieck sprisma 24 ist in einer Richtung, die durch eine Pfeilmarke "B" markiert ist, und die vertikal zu der nicht-reflektierenden Grundebene 24c oder rechtwinklig zu der optischen Achse 20 ist, bewegbar. Der optische Weg 100 wird durch die reflektierende Ebene 23a, die reflektierende, geneigte Ebene 24a, die reflek tierende, geneigte Ebene 24b und durch die reflektierende Ebene 23b definiert bzw. festgelegt.

Die Bewegung des rechtwinkligen, gleichschenkligen Dreieckspris mas 24 in der Richtung, die mit der Pfeilmarke "B" markiert ist, variiert einen räumlichen Abstand zwischen den gepaarten, recht winkligen, gleichschenkligen Dreiecksprismen 23 und 24, wodurch die optische Weglänge variiert wird. Die Einstellung des Ab stands zwischen den gepaarten, rechtwinkligen, gleichschenkligen Dreiecksprismen 23 und 24 stellt die optische Weglänge ein. Die optische Weglänge variiert um das Doppelte eines Versatzes zwi schen den gepaarten, rechtwinkligen, gleichschenkligen Dreieck sprismen 23 und 24.

Die polarisationsbewahrende, optische Faser 6 stellt einen opti schen Wellenleiter bereit. Die polarisationsbewahrende, optische Faser 6 hat ein erstes Ende 6a, das mit einer nichtreflek tierenden Beschichtung versehen ist, die zum Beispiel eine die lektrische Vielschichtstruktur aufweisen kann. Die polarisati onsbewahrende, optische Faser 6 hat auch ein zweites Ende 6b, das mit einer hoch reflektierenden Beschichtung versehen ist, die zum Beispiel eine dielektrische Multischichtstruktur oder eine Metallschicht bzw. -film aufweisen kann. Das erste Ende 6a ist optisch mit der Halbleiterlaservorrichtung 1 durch ein opti sches System gekoppelt. Das zweite Ende 6b, das mit einer hoch reflektiven Beschichtung versehen ist, wirkt mit der Fläche 11b des sättigbaren Absorptionsbereichs 1b zusammen, um einen Fabry- Perot-Resonator ausbilden zu können. Die Resonatorlänge ist durch den optischen Wegabstand zwischen der Fläche 11b des sät tigbaren Absorptionsbereichs und dem zweiten Ende 6b der pola risationsbewahrenden, optischen Faser 6 bestimmt. Die optische Weglänge bzw. der optische Wegabstand hängt stark von der Länge der polarisationsbewahrenden, optischen Faser 6 ab. Die Resona torlänge hängt stark von der Länge der polarisationsbewahrenden, optischen Faser 6 ab. Die Länge der polarisationsbewahrenden, optischen Faser 6 wird derart gesetzt, dass die Moduseinra stoszillationsfrequenz nicht mehr als 1 GHz beträgt. Wenn die zyklische Frequenz bzw. Kreisfrequenz 1 GHz beträgt, ist die Länge der polarisationsbewahrenden, optischen Faser 6 auf 5 cm gesetzt. Wenn die zyklische Frequenz bzw. Kreisfrequenz 500 MHz beträgt, ist die Länge der polarisationsbewahrenden, optischen Faser 6 auf 30 cm gesetzt. Wenn die zyklische Frequenz bzw. Kreisfrequenz 250 MHz beträgt, ist die Länge der polarisations bewahrenden, optischen Faser 6 auf 60 cm gesetzt. Wenn die zy klische Frequenz bzw. Kreisfrequenz klein ist, ist die erforder liche Länge der polarisationsbewahrenden, optischen Faser 6 lang.

Das vorstehende Lasersystem, das die polarisationsbewahrende, optische Faser 6 aufweist, kann in dem Gehäuse 17 untergebracht sein. Fig. 5 ist eine Ansicht eines optischen Systems, das in einem Gehäuse untergebracht ist. Fig. 6 ist eine teilweise Quer schnittsansicht des Lasersystems, das entlang einer Linie A-A' von Figur, 5 gesehen ist. Die Verwendung der polarisationsbe wahrenden, optischen Faser 6 ermöglicht die Verwendung eines kompakten Gehäuses 17, das das Lasersystem aufnimmt. Die Unter bringung des vorstehenden Lasersystems in dem kompakten Gehäuse 17 reduziert den besetzten, räumlichen Bereich, wodurch eine räumliche Temperaturschwankung, die auf die polarisationsbe wahrende, optische Faser 6 einwirkt, reduziert werden kann. Im Ergebnis kann ein stabiles Arbeiten des Lasersystems erhalten werden. Es ist nicht notwendigerweise erforderlich, die tempera turabhängigen Eigenschaften einzustellen. Nichtsdestoweniger wird es jedoch bevorzugt, eine Temperatursteuereinrichtung in dem kompakten Gehäuse 17 vorzusehen.

Ein Board 14 kann in dem kompakten Gehäuse 17 vorgesehen sein. Das Board 14 kann eine Keramik wie zum Beispiel Aluminiumnitrid oder ein Metall aufweisen. Ein Substrat 13 ist auf dem Board 14 befestigt. Das Substrat 13 kann Silizium, Kupfer, Wolfram oder rostfreien Stahl aufweisen. Die Halbleiterlaservorrichtung 1, die Kollimatorlinsen 2a und 2b, der Wellenlängenteiler 4, die Kondensorlinse 5, die über bzw. auf dem Substrat 13 befestigt bzw. angebracht sind, bilden einen optischen Lasermodul, der über dem Board 14 angeordnet ist. Das Halbleiterlasersubstrat 1 ist über einer Wärmesenke 12 befestigt, die an dem Substrat 13 befestigt ist. Das erste Ende 6a der polarisationsbewahrenden, optischen Faser 6 ist über einen optischen Verbinder 16 mit dem optischen Modul derart verbunden, dass die polarisationsbe wahrende, optische Faser 6 optisch mit der Laservorrichtung 1 gekoppelt ist. Die polarisationsbewahrende, optische Faser 6 wird durch einen Träger bzw. eine Halterung auf bzw. über dem Board 14 gehalten.

Das Board 14 ist auch auf einer Temperatursteuereinrichtung 15, zum Beispiel einer Peltier-Vorrichtung, derart angebracht, dass eine gleichmäßige Temperatur innerhalb des kompakten Gehäuses 17 zum Erhalten der gewünschten Stabilität der Resonatorlänge, der Leuchtintensität und der Oszillationswellenlänge beibehalten werden kann. Die Moduseinrastlaserimpulse werden von der Fläche 11b des sättigbaren Absorptionsbereichs 1b der Halbleiterlaser vorrichtung 1 emittiert. Ein optischer Verbinder 16b ist zudem an einer Seite des kompakten Gehäuses 17 derart vorgesehen, dass die emittierten Laserimpulse durch den optischen Verbinder 16b geholt werden können.

Die Kollimatorlinse 2b und ein optischer Isolator, der nicht dargestellt ist, sind zwischen der Halbleiterlaservorrichtung 1 und dem optischen Verbinder 16b vorgesehen. Um die Moduseinra stoszillation bei einer zyklischen Frequenz von 250 MHz erhalten zu können, beträgt die erforderliche Resonatorlänge 60 cm. Der Großteil der Resonatorlänge ist die Länge der polarisationsbe wahrenden, optischen Faser 6, die an dem Board 14 befestigt ist und in dem kompakten Gehäuse 17 untergebracht ist. Die ausrei chende Größe des kompakten Gehäuses 17 zum Aufnehmen der pola risationsbewahrenden, optischen Faser 6 beträgt nur ungefähr 10 cm. Es ist auch möglich, dass die polarisationsbewahrende, opti sche Faser 6 durch eine weitere polarisationsbewahrende, opti sche Faser ersetzt wird, die unterschiedlich in der Länge ist. Durch ein Auswechseln der polarisationsbewahrenden, optischen Faser, die unterschiedlich in der Länge ist, kann die zyklische Frequenz geändert werden.

Es ist als Modifikation möglich, dass anstelle des optischen Verbinders 26a eine Halterung zum Halten des ersten Endes 6a der polarisationsbewahrenden, optischen Faser 6 verwendet wird, um die polarisationsbewahrende, optische Faser 6 an dem Substrat 13 befestigen zu können. In diesem Fall wird es bevorzugt, v-förmi ge Rillen in dem Substrat 13 und in der Halterung für eine hoch genaue Positionierung oder Ausrichtung der polarisationsbe wahrenden, optischen Faser 6 auszubilden. Die Halterung kann auch an dem Substrat 13 oder an dem Board 14 unter Verwendung von Schrauben befestigt werden.

Es ist als Modifikation auch möglich, dass der Laserstrahl auch von dem zweiten Ende 6b der polarisationsbewahrenden, optischen Faser 6 abgestrahlt wird, wobei vorgesehen ist, dass ein opti scher Ausgangsverbinder an dem zweiten Ende 6b der polarisati onsbewahrenden, optischen Faser 6 vorgesehen ist. In diesem Fall ist die Kollimatorlinse 2b nicht erforderlich.

Es ist als Modifikation auch möglich, dass die Halbleiterlaser vorrichtung 1 nur den Gewinnbereich 1a ohne den sättigbaren Ab sorptionsbereich 1b aufweist, wobei vorgesehen ist, dass ein Wechselstrom mit einer Moduseinrastfrequenz dem Injektionsstrom für den Gewinnbereich 1a überlagert ist.

Es ist als eine Modifikation auch möglich, dass anstelle der Halbleiterlaservorrichtung 1 eine Halbleiterlaservorrichtung mit verteilter Rückkopplung (distributed feed-back semiconductor la ser device), eine Halbleiterlaservorrichtung mit einem verteil ten Bragg-Reflektor (distributed Bragg reflector semiconductor laser device) oder eine modulatorintegrierte Halbleiterlaservor richtung verwendet werden. Die modulatorintegrierte Halbleiter laservorrichtung hat Modulatoren, an die eine Hochfrequenzspan nung mit der Moduseinrastfrequenz angelegt ist. Die Verwendung entweder der Halbleiterlaservorrichtung mit verteilter Rückkopp lung oder der Halbleiterlaservorrichtung mit verteiltem Bragg- Reflektor ermöglicht, dass auf den Wellenlängenteiler verzichtet werden kann.

In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung entspricht ein Großteil des Resonators der optischen Faser 6, die eine mechani sche Biegbarkeit und Verformbarkeit und die die nachfolgenden Vorteile bietet. Die polarisationsbewahrende, optische Faser 6 hält die Polarisation aufrecht. Die polarisationsbewahrende, op tische Faser 6 ist in dem kompakten Gehäuse zusammen mit den an deren Teilen in dem kompakten Gehäuse 17 untergebracht. Die aus reichende Größe des kompakten Gehäuses 17 beträgt nur 20 cm, auch wenn die Länge der polarisationsbewahrenden, optischen Fa ser 6 viel länger als die Größe des kompakten Gehäuses 17 ist. Die polarisationsbewahrende, optische Faser 6 ist weiterhin der Temperatursteuerung zusammen mit den anderen Teilen in dem kom pakten Gehäuse 17 unterzogen. Alle Teile sind in dem kleinen Raum untergebracht, der durch das kompakte Gehäuse 17 begrenzt ist, wodurch die räumliche Temperaturverteilung eine reduzierte Schwankung hat und eine hochgenaue Temperatursteuerung möglich ist. Die Laseroszillationswellenlänge, die zyklische Frequenz, der Polarisationszustand und die Leuchtintensität sind bei uner wünschten mechanischen Schwingungen, bei einer Schwankung der Umgebungstemperatur, bei einer Substratbelastung bzw. -spannung aufgrund der Anordnung der Teile stabil, wodurch das Lasersystem eine verbesserte Zuverlässigkeit hat.

Anstelle der Verwendung des langen freien Raums für den opti schen Wellenleiter des externen Resonators in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist der Großteil des optischen Wellenleiters durch die optische Faser derart, dass kein Versatz der optischen Achse auftritt, auch wenn ein Versatz des zweiten Endes der optischen Faser aufgrund der mechanischen Schwingung und der Belastung bzw. der mechanischen Spannung auftritt.

Der Wellenlängenteiler und der Längeneinsteller für den opti schen Weg sind vorgesehen und zudem ist die optische Faser für das Ermöglichen von Einstellungen der Oszillationswellenlänge und der zyklischen Frequenz auswechselbar. Verschiedene Kombina tionen der gewünschten Länge der optischen Faser und der ge wünschten Oszillationsfrequenz der Halbleiterlaservorrichtung sind möglich. Änderungen der zyklischen Frequenz und der Oszil lationswellenlänge können somit leicht durchgeführt werden.

Es ist auch möglich, dass die Halbleiterlaservorrichtung und die optische Faser in voneinander getrennten, kompakten Gehäusen de rart untergebracht sind, dass eine getrennte Temperatursteuerung für die einzelnen kompakten Gehäuse ermöglicht wird. Zudem kön nen genauere Temperatursteuerungen realisiert werden und noch hochstabilere Eigenschaften der Laservorrichtung können erhalten werden. Die einzelnen bzw. getrennten, kompakten Gehäuse werden als Einheiten für Module verwendet, um so ein einfaches Aus wechseln in Moduleinheiten mit großer Einfachheit ermöglichen zu können.

ZWEITE AUSFÜHRUNGSFORM

Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend im Detail in Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Fig. 7 ist eine schematische Ansicht eines zweiten neuartigen Moduseinrasthalbleiterlasersystems, das einen Moduseinrast halbleiterlaser und einen externen Resonator in einer zweiten Ausführungsform in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfin dung aufweist.

Ein Hauptunterschied dieser Ausführungsform gegenüber der zuvor beschriebenen, ersten Ausführungsform besteht darin, dass die Halbleiterlaservorrichtung 1 und die polarisationsbewahrende, optische Faser 6 in unterschiedlichen, kompakten Gehäusen 17a bzw. 17b untergebracht sind. Die Halbleiterlaservorrichtung 1 und das weitere optische System 110, das die Kollimatorlinse 2a, den Wellenlängenteiler 3, den Längeneinsteller 4 für den opti schen Weg und die Konzentrationslinse 5 aufweist, sind auf dem Substrat 13a angebracht, das über der Temperatursteuereinheit 15a, zum Beispiel der Peltier-Vorrichtung, befestigt ist. Die Halbleiterlaservorrichtung 1 und das weitere optische Sy stem 110 und auch eine Halterung 190 und ein Verbinder für die optische Faser 19 sind somit in dem ersten kompakten Gehäuse 17a untergebracht.

Die polarisationsbewahrende, optische Faser 6 ist über bzw. auf dem Board 14 angeordnet, das über bzw. auf der Temperatursteu ereinrichtung 15b, z. B. einer Peltier-Vorrichtung, befestigt ist. Die polarisationsbewahrende, optische Faser 6 ist somit in dem zweiten, kompakten Gehäuse 17b untergebracht. Das zweite, kompakte Gehäuse 17b ist über dem ersten, kompakten Gehäuse 17a angebracht. Das erste, kompakte Gehäuse 17a hat einen ersten, optischen Verbinder 18a an der oberen Wand, während das zweite, kompakte Gehäuse 17b einen zweiten, optischen Verbinder 18b an der Bodenwand hat. Der erste, optische Verbinder 18a und der zweite, optische Verbinder 18b sind miteinander derart verbun den, dass die polarisationsbewahrende, optische Faser 6 optisch durch die optische Verbindungsfaser 19 und das optische System 110 mit der Halbleiterlaservorrichtung 1 gekoppelt ist.

Fig. 8 ist eine schematische Ansicht eines modifizierten, zwei ten, neuartigen Moduseinrasthalbleiterlasersystems, das einen Moduseinrasthalbleiterlaser und einen externen Resonator in einer modifizierten, zweiten Ausführungsform in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung enthält. Das zweite, kompakte Ge häuse 17b ist über dem ersten, kompakten Gehäuse 17a angebracht. Das erste, kompakte Gehäuse 17a hat einen ersten, optischen Ver binder 18a an der Seitenwand, während das zweite, kompakte Ge häuse 17b einen zweiten, optischen Verbinder 18b an der Seiten wand hat. Der erste, optische Verbinder 1ßa und der zweite, op tische Verbinder 18b sind miteinander durch eine zusätzliche, optische Verbindungsfaser 19a derart verbunden, dass die pola risationsbewahrende, optische Faser 6 optisch durch die zusätz liche, optische Verbindungsfaser 19a und das optische System 110 mit der Halbleiterlaservorrichtung 1 verbunden ist.

Fig. 9 ist eine schematische Ansicht eines weiteren, modifizier ten, zweiten, neuartigen Moduseinrasthalbleiterlasersystems, das einen Moduseinrasthalbleiterlaser und einen externen Resonator in einer weiteren, modifizierten, zweiten Ausführungsform in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung enthält. Das zweite, kompakte Gehäuse 17b ist durch eine Seite mit einer Sei te des ersten, kompakten Gehäuses 17a verbunden. Das erste, kom pakte Gehäuse 17a hat einen ersten, optischen Verbinder 18a an der Seitenwand, während das zweite, kompakte Gehäuse 17b einen zweiten, optischen Verbinder 18b an der zugeordneten Seitenwand hat. Der erste, optische Verbinder 18a und der zweite, optische Verbinder 18b sind miteinander derart verbunden, dass die pola risationsbewahrende, optische Faser 6 optisch durch das optische System 110 mit der Halbleiterlaservorrichtung 1 gekoppelt ist.

Die polarisationsbewahrende, optische Faser 6 ist innerhalb des zweiten, kompakten Gehäuses 17b ohne Beachtung des Layouts be züglich der Halbleiterlaservorrichtung 1 untergebracht. Die ge trennte Modulstruktur dieser Ausführungsform ist für das Erhal ten einer längeren Resonatorlänge für die niedrige Zyklusfre quenz geeignet.

Die zuvor erwähnte getrennte Modulstruktur ist auch beim Aus wechseln der optischen Faser mit unterschiedlicher Länge zum Än dern der Zyklusfrequenz bzw. zyklischen Frequenz und der Oszil lationsfrequenz geeignet.

Es ist als Modifikation möglich, dass anstelle des optischen Verbinders 16a eine Halterung zum Halten des ersten Endes 6a der polarisationsbewahrenden, optischen Faser 6 verwendet wird, um die polarisationsbewahrende, optische Faser 6 an dem Substrat 13 befestigen zu können. In diesem Fall wird es bevorzugt, v-förmi ge Rillen in dem Substrat 13 und die Halterung für eine hoch genaue Positionierung oder Ausrichtung der polarisationsbe wahrenden, optischen Faser 6 auszubilden. Die Halterung kann auch an dem Substrat 13 oder an dem Board 14 unter Verwendung von Schrauben befestigt werden.

Es ist als Modifikation auch möglich, dass der Laserstrahl auch von dem zweiten Anschluss 6b der polarisationsbewahrenden, opti schen Faser 6 emittiert wird, wobei vorgesehen ist, dass ein op tischer Ausgangsverbinder an dem zweiten Ende 6b der polarisati onsbewahrenden, optischen Faser 6 vorgesehen ist. In diesem Fall ist die Kollimatorlinse 2b nicht erforderlich.

Es ist als Modifikation auch möglich, dass die Halbleiterlaser vorrichtung 1 das Gewinngebiet 1a nur ohne den sättigbaren Ab sorptionsbereich 1b aufweist, wobei vorgesehen ist, dass ein Wechselstrom einer Moduseinrastfrequenz dem Injektionsstrom für den Gewinnbereich 1a überlagert wird.

Es ist als Modifikation auch möglich, dass anstelle der Halblei terlaservorrichtung 1, eine Halbleiterlaservorrichtung mit ver teilter Rückkopplung, eine Halbleiterlaservorrichtung mit ver teiltem Bragg-Reflektor oder eine modulatorintegrierte Halblei terlaservorrichtung verwendet werden kann. Die modulatorinte grierte Halbleiterlaservorrichtung hat Modulatoren, an die eine Hochfrequenzspannung mit der Moduseinrastfrequenz angelegt wird. Die Verwendung von entweder einer Halbleiterlaservorrichtung mit verteilter Rückkopplung oder der Halbleiterlaservorrichtung mit verteiltem Bragg-Reflektor ermöglicht es, dass ein Wellenlän genteiler nicht mehr verwendet werden muss.

In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist ein Groß teil des Resonators durch die optische Faser 6 ausgebildet, die eine mechanische Biegbarkeit und Verformbarkeit hat und die nachfolgenden Vorteile bietet. Die polarisationsbewahrende, op tische Faser 6 hält die Polarisation aufrecht. Die polarisati onsbewahrende, optische Faser 6 ist kompakt zusammen mit den an deren Teilen in dem kompakten Gehäuse 17 untergebracht. Die aus reichende Größe des kompakten Gehäuses 17 beträgt nur 20 cm, auch wenn die Länge der polarisationsbewahrenden, optischen Fa ser 6 viel größer als die Größe des kompakten Gehäuses 17 ist. Die polarisationsbewahrende, optische Faser 6 ist zudem einer Temperatursteuerung zusammen mit den weiteren Teilen in dem kom pakten Gehäuse 17 unterzogen. Alle Teile sind innerhalb eines kleinen Raumes untergebracht, der durch das kompakte Gehäuse 17 begrenzt ist, wodurch die räumliche Temperaturverteilung eine reduzierte Schwankung hat und wodurch eine hochgenaue Tempera tursteuerung ermöglicht wird. Die Laseroszillationswellenlänge, die zyklische Frequenz, der Polarisationszustand und die Leuch tintensität sind bei den unerwünschten mechanischen Schwingun gen, bei der Umgebungstemperaturschwankung und der Substratspan nung aufgrund der Anordnung der Teile stabil, wodurch das La sersystem eine verbesserte Zuverlässigkeit hat.

Anstelle der Verwendung eines langen, freien Raumes für den op tischen Wellenleiter des externen Resonators wird in Überein stimmung mit der vorliegenden Erfindung der Großteil des opti schen Wellenleiters durch die optische Faser derart gebildet, dass ein Versatz der optischen Achse auch bei einem Versatz des zweiten Endes der optischen Faser aufgrund einer mechanischen Schwingung und einer mechanischen Spannung nicht auftritt.

Der Wellenlängenteiler und der Längeneinsteller für den opti schen Weg sind vorgesehen und zudem ist die optische Faser für das Ermöglichen von Einstellungen der Oszillationswellenlänge und der zyklischen Frequenz auswechselbar. Verschiedene Kombina tionen der gewünschten Länge der optischen Faser mit der ge wünschten Oszillationsfrequenz der Halbleiterlaservorrichtung sind optional. Änderungen der zyklischen Frequenz und der Oszil lationswellenlänge sind leicht durchzuführen.

Es ist auch möglich, dass die Halbleiterlaservorrichtung und die optische Faser in getrennten, kompakten Gehäusen untergebracht sind, so dass getrennte Temperatursteuerungen der getrennten, kompakten Gehäuse ermöglicht werden. Zudem können genauere Tem peratursteuerungen realisiert werden und zudem hochstabile Ei genschaften der Laservorrichtung erhalten werden. Die getrenn ten, kompakten Gehäuse werden als Moduleinheiten zum Ermöglichen eines Auswechselns in Moduleinheiten mit einer großen Einfach heit bzw. einem großen Komfort verwendet.

DRITTE AUSFÜHRUNGSFORM

Eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend im Detail mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Fig. 10 ist eine schematische Ansicht eines dritten, neuartigen Moduseinrasthalbleiterlasersystems, das einen Moduseinrast halbleiterlaser und einen externen Resonator in einer dritten Ausführungsform in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfin dung aufweist.

Ein Hauptunterschied dieser Ausführungsform gegenüber der zuvor beschriebenen, ersten Ausführungsform liegt in der Ausbildung eines Ringresonators (ring-cavity), worin ein optischer Isolator 9 an einer Stelle der polarisationsbewahrenden, optischen Faser 6 und ein Richtungskoppler 10 an einer weiteren Stelle der pola risationsbewahrenden, optischen Faser 6 vorgesehen sind. Die po larisationsbewahrende, optische Faser 6 bildet eine Schleife bzw. einen Kreis für den optischen Modul. Eine optische Faser 60, die nicht in Schleifenform ist, ist weiterhin mit dem Rich tungskoppler 10 zum Einfangen des emittierten Laserstrahls ver bunden.

Der optische Isolator 9 ermöglicht eine Oszillation in einem Welleneinrastmodus, der in Uhrzeigerrichtung fortschreitet. Es ist natürlich möglich, dass der optische Isolator 9 eine Oszil lation in einem Welleneinrastmodus ermöglicht, der sich in ent gegengesetzter Richtung zum Uhrzeiger fortpflanzt. Es ist auch möglich, dass anstelle des Richtungskopplers 10 ein optischer Verzweigungsfilter zum Einfangen der Laserimpulse verwendet wird. Es ist auch möglich, dass anstelle des Richtungskopplers 10 ein lichtdurchlässiger bzw. durchlässiger Spiegel an irgend einer Stelle an der polarisationsbewahrenden, optischen Faser 6 vorgesehen ist. Es ist auch möglich, dass der Isolator 9 nicht vorgesehen ist.

Die verwendete Halbleiterlaservorrichtung 1 kann den Gewinn bereich 1a und den sättigbaren Absorptionsbereich 1b wie in den vorhergehenden Ausführungsformen haben. Es ist jedoch auch mög lich, dass die verwendete Halbleiterlaservorrichtung 1 eine un terschiedliche Struktur, wie nachfolgend erläutert wird, hat. Fig. 11 ist eine schematische Ansicht des Aufbaus einer Halblei terlaservorrichtung, die in dem optischen System verwendet wird. Die Halbleiterlaservorrichtung 1 hat einen ersten Gewinnbereich 1a, einen sättigbaren Absorptionsbereich 1b und einen zweiten Gewinnbereich 1c, wobei sich der sättigbare Absorptionsbereich 1b zwischen dem ersten Gewinnbereich 1a und dem zweiten Gewinn bereich 1c befindet. An den ersten Gewinnbereich 1a und an den zweiten Gewinnbereich 1c werden Injektionsgleichströme angelegt. Die Rückwärtsbasisspannung und das Hochfrequenzspannungssignal werden wie moduliert an den sättigbaren Absorptionsbereich 1b angelegt.

Die Strominjektion in die Gewinnbereiche 1a und 1c erzeugt La serstrahlen, die durch den sättigbaren Absorptionsbereich 1b dann moduliert werden. Der Laserstrahl durchwandert den Rin gresonator, der durch die polarisationsbewahrende, optische Fa ser 6 ausgebildet wird. Der Laserstrahl, der durch den Rin gresonator gewandert ist, trifft dann auf die Halbleiterlaser vorrichtung 1 und der Laserstrahl wird durch den sättigbaren Ab sorptionsbereich 1b bei einer Zykluszeit des Durchwanderns des Laserstrahls durch den Ringresonator oder bei einem Rest beim Teilen der Zykluszeit durch eine ganze Zahl derart moduliert, dass die Laserstrahlen zu kurzen Impulsen mit einer zyklischen Frequenz heranwachsen bzw. erzeugt werden, die mit der Zy kluszeit synchronisiert ist. Die kurzen Impulse werden dann von der optischen Faser 6, die nicht in Schleifenform ausgebildet ist, abgerufen.

Es ist als eine Modifikation auch möglich, dass das vorstehende Lasersystem in zwei separate Module ausgebildet ist, wie in der zweiten Ausführungsform beschrieben worden ist. Fig. 12 ist eine Ansicht der Module des Lasersystems. Die Halbleiterlaservorrich tung 1 und das optische System 110 sind in dem ersten, kompakten Gehäuse 17a untergebracht. Die optische Faser ist in dem zwei ten, kompakten Gehäuse 17b untergebracht. Das erste, kompakte Gehäuse 17a und das zweite, kompakte Gehäuse 17b sind durch die Verbinder 18a und 18b verbunden. In Fig. 12 ist das zweite, kom pakte Gehäuse 17b, das die optische Faser aufnimmt, über bzw. auf dem ersten, kompakten Gehäuse 17a, das die Halbleiterlaser vorrichtung 1 und das optische System 110 aufnimmt, angebracht. Es ist weiter möglich, die zuvor erwähnte Modulstruktur gemäß den anderen Modulstrukturen abzuändern, wie sie in Fig. 8 und 9 gezeigt sind und wie für die zweite Ausführungsform beschrieben wurde.

Es ist als eine Modifikation möglich, dass anstelle des opti schen Verbinders 16a, eine Halterung zum Halten des ersten Endes 6a der polarisationsbewahrenden, optischen Faser 6 verwendet wird, um die polarisationsbewahrende, optische Faser 6 an dem Substrat 13 zu befestigen. In diesem Fall wird es bevorzugt, das v-förmige Rillen in dem Substrat 13 und in der Halterung für eine hochgenaue Positionierung oder Ausrichtung der polarisati onsbewahrenden, optischen Faser 6 ausgebildet sind. Die Hal terung kann auch an dem Substrat 13 oder an dem Board 14 unter Verwendung von Schrauben befestigt werden.

Es ist als Modifikation auch möglich, dass die Halbleiterlaser vorrichtung 1 nur den Gewinnbereich 1a ohne den sättigbaren Ab sorptionsbereich 1b aufweist, wobei vorgesehen ist, dass ein Wechselstrom mit einer Moduseinrastfrequenz dem Injektionsstrom in den Gewinnbereich 1a hinein überlagert ist.

Es ist als Modifikation auch möglich, dass anstelle der Halblei terlaservorrichtung 1 eine Halbleiterlaservorrichtung mit ver teilter Rückkopplung, eine Halbleiterlaservorrichtung mit ver teiltem Bragg-Reflektor oder eine modulatorintegrierte Halblei terlaservorrichtung verwendet wird. Die modulatorintegrierte Halbleiterlaservorrichtung hat Modulatoren, an die eine Hochfre quenzspannung mit der Moduseinrastfrequenz angelegt wird. Die Verwendung entweder der Halbleiterlaservorrichtung mit verteil ter Rückkopplung oder der Halbleiterlaservorrichtung mit ver teiltem Bragg-Reflektor ermöglicht, dass der Wellenlängenteiler bzw. Wellenlängenaufteiler weggelassen werden kann.

In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist ein Groß teil des Resonators durch die optische Faser 6n ausgebildet, die eine mechanische Biegbarkeit und Verformbarkeit hat und die die nachfolgenden Vorteile bereitstellt. Die polarisationsbewahren de, optische Faser 6 hält die Polarisation aufrecht. Die pola risationsbewahrende, optische Faser 6 ist kompakt zusammen mit den weiteren Teilen in dem kompakten Gehäuse 17 untergebracht. Die ausreichende Größe des kompakten Gehäuses 17 beträgt nur un gefähr 20 cm, auch wenn die Länge der polarisationsbewahrenden, optischen Faser 6 viel länger als die Größe des kompakten Ge häuses 17 ist. Zudem wird die polarisationsbewahrende, optische Faser 6 der Temperatursteuerung zusammen mit den weiteren Teilen in dem kompakten Gehäuse 17 unterzogen. Alle Teile sind inner halb eines kleinen Raumes untergebracht, der durch das kompakte Gehäuse 17 begrenzt ist, wodurch die räumliche Temperaturvertei lung eine verminderte Schwankung hat und eine hochgenaue Tem peratursteuerung ermöglicht wird. Die Laseroszillationswellen länge, die zyklische Frequenz, der Polarisationszustand und die Luminanzintensität sind bei der unerwünschten mechanischen Schwingung, der Umgebungstemperaturänderung und einer Substrat spannung aufgrund der Anordnung der Teile stabil, wodurch das Lasersystem eine verbesserte Zuverlässigkeit erhält.

Anstelle der Verwendung eines langen, freien Raumes für den op tischen Wellenleiter des externen Resonators nimmt die optische Faser den Großteil des optischen Wellenleiters derart ein, dass kein Versatz der optischen Achse auftritt, auch wenn ein Versatz des zweiten Endes der optischen Faser aufgrund einer mechani schen Schwingung und der mechanischen Spannung auftritt.

Der Wellenlängenteiler und der Längeneinsteller für den opti schen Weg sind vorgesehen und zudem kann die optische Faser zum Ermöglichen von Einstellungen der Oszillationswellenlänge und der zyklischen Frequenz ausgewechselt werden. Verschiedene Kom binationen der gewünschten Länge der optischen Faser mit der ge wünschten Oszillationsfrequenz der Halbleiterlaservorrichtung sind möglich. Änderungen der zyklischen Frequenz und der Oszil lationsfrequenz sind leicht durchzuführen.

Es ist auch möglich, dass die Halbleiterlaservorrichtung und die optische Faser in jeweils getrennten, kompakten Gehäusen derart untergebracht sind, dass getrennte Temperatursteuerungen für die einzelnen, kompakten Gehäuse ermöglicht werden. Eine noch genau ere Temperatursteuerung kann realisiert werden und noch stabi lere Eigenschaften der Laservorrichtung können dann erhalten werden. Die einzelnen, kompakten Gehäuse werden als Moduleinhei ten zum Ermöglichen eines Modulwechsels mit großer Einfachheit verwendet.

Obwohl die Erfindung vorstehend in Verbindung mit verschiedenen, bevorzugten Ausführungsformen beschrieben worden ist, wird dar auf hingewiesen, dass diese Ausführungsformen nur zum Erläutern der Erfindung und nicht in einem beschränkenden Sinne vorgesehen sind. Verschiedene Modifikationen und Substitutionen äquiva lenter Materialien und Techniken sind für Fachleute nach dem Le sen der vorliegenden Anmeldung ersichtlich und alle diese Modi fikationen und Substitutionen sind als unter den Bereich der an gehängten Ansprüche fallend zu betrachten.

Claims

1. Optisches System mit einem Resonator, das eine lichtemit tierende Halbleitervorrichtung und eine optische Faser mit einem ersten Ende aufweist, das optisch mit der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung gekoppelt ist, wobei der Resonator eine Resonatorlänge hat, die zwischen einer ersten Fläche der licht emittierenden Halbleitervorrichtung und einem zweiten Ende der optischen Faser definiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der optischen Faser der art ausgelegt ist, dass eine Moduseinrastoszillationsfrequenz nicht größer als 1 GHz ist.

2. Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das optische System einen Einzelmodul aufweist, wobei vor gesehen ist, dass die lichtemittierende Halbleitervorrichtung und die optische Faser in einem einzelnen Gehäuse untergebracht sind, das eine Größe hat, die kleiner als die Länge der opti schen Faser ist.

3. Optisches System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das einzelne Gehäuse weiterhin eine Temperatursteuereinheit zum Steuern einer Temperatur in dem einzigen Gehäuse unter bringt.

4. Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das optische System einen getrennten, ersten Modul und einen getrennten, zweiten Modul aufweist, die miteinander durch mindestens einen Verbinder verbindbar sind, wobei vorgesehen ist, dass die lichtemittierende Halbleitervorrichtung in dem er sten Gehäuse untergebracht ist und dass die optische Faser in dem zweiten Gehäuse untergebracht ist, das eine Größe hat, die kleiner als die Länge der optischen Faser ist.

5. Optisches System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Gehäuse und in dem zweiten Gehäuse jeweils eine Temperatursteuereinrichtung zum Steuern einer Temperatur in dem ersten Gehäuse bzw. dem zweiten Gehäuse untergebracht ist.

6. Optisches System mit einem Ringresonator, das eine lichtemit tierende Halbleitervorrichtung und eine optische Faser in Schleifenform aufweist, die ein erstes Ende und ein zweites Ende hat, die optisch mit der lichtemittierenden Halbleitervorrich tung gekoppelt sind, wobei der Ringresonator eine Resonatorlänge hat, die durch eine Länge der optischen Faser, die in Schleifen form ausgebildet ist, und eine optische Weglänge zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende definiert ist, dadurch gekenn zeichnet, dass die Länge der schleifenförmigen, optischen Faser derart ausgelegt ist, dass die Moduseinrastoszillationsfrequenz nicht größer als 1 GHz ist.

7. Optisches System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das optische System einen einzelnen Modul aufweist, wobei vorgesehen ist, dass die lichtemittierende Halbleitervorrichtung und die optische Faser in einem einzelnen Gehäuse vorgesehen sind, das eine Größe hat, die kleiner als die Länge der schlei fenförmigen, optischen Faser ist.

8. Optisches System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das einzelne Gehäuse weiterhin eine Temperatursteuereinheit zum Steuern einer Temperatur in dem einzelnen Gehäuse unter bringt.

9. Optisches System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das optische System einen getrennten, ersten Modul und einen getrennten, zweiten Module aufweist, die miteinander mit mindestens einem Verbinder verbindbar sind, wobei vorgesehen ist, dass die lichtemittierende Halbleitervorrichtung in dem er sten Gehäuse untergebracht ist und dass die schleifenförmige, optische Faser in dem zweiten Gehäuse untergebracht ist, das eine Größe hat, die kleiner als die Länge der schleifenförmigen, optischen Faser ist.

10. Optisches System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl das erste Gehäuse als auch das zweite Gehäuse je weils eine Temperatursteuereinheit zum Steuern einer Temperatur in dem ersten Gehäuse bzw. dem zweiten Gehäuse unterbringen.