DE10160502A1 - Optische Mikrowellenquelle - Google Patents

Optische Mikrowellenquelle

Info

Publication number
DE10160502A1
DE10160502A1 DE10160502A DE10160502A DE10160502A1 DE 10160502 A1 DE10160502 A1 DE 10160502A1 DE 10160502 A DE10160502 A DE 10160502A DE 10160502 A DE10160502 A DE 10160502A DE 10160502 A1 DE10160502 A1 DE 10160502A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
microwave source
section
source according
optical microwave
laser
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE10160502A
Other languages
English (en)
Other versions
DE10160502B4 (de
Inventor
Stefan Bauer
Olaf Brox
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority to US10/496,956 priority Critical patent/US7369863B2/en
Priority to DE10160502A priority patent/DE10160502B4/de
Application filed by Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority to AU2002363828A priority patent/AU2002363828A1/en
Priority to PCT/DE2002/004458 priority patent/WO2003049242A2/de
Priority to JP2003550326A priority patent/JP2005512136A/ja
Priority to KR10-2004-7006501A priority patent/KR20040070347A/ko
Priority to CA002468762A priority patent/CA2468762A1/en
Priority to EP02798257A priority patent/EP1449285A2/de
Priority to US10/495,937 priority patent/US7283573B2/en
Publication of DE10160502A1 publication Critical patent/DE10160502A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE10160502B4 publication Critical patent/DE10160502B4/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/10Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/12Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/06Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/062Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes
    • H01S5/0625Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes in multi-section lasers
    • H01S5/06255Controlling the frequency of the radiation
    • H01S5/06258Controlling the frequency of the radiation with DFB-structure
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/30Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/32Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/026Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/06Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/062Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes
    • H01S5/06226Modulation at ultra-high frequencies
    • H01S5/0623Modulation at ultra-high frequencies using the beating between two closely spaced optical frequencies, i.e. heterodyne mixing
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/50Amplifier structures not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)

Abstract

Es soll ein einfaches, abstimmbares, monolithisch integriertes Bauelement für die Erzeugung von optischen Mikrowellen im Frequenzbereich von 0,5 GHz bis in den THz-Bereich angegeben werden. Erfindungsgemäß weist eine optische Mikrowellenquelle, ausgebildet als Mehrsektions-Halbleiterlaser, dessen Sektionen getrennt elektrisch steuerbar ausgebildet sind, einen oberhalb der Laserschwelle betriebenen einmodigen DFB-Laser (1) und mindestens eine monolithisch integrierte (externe) Kavität, bestehend aus einer passiven Phasensteuersektion (2) und einer aktiven Sektion (3) auf, wobei der Mehrsektionslaser von zwei Facetten begrenzt ist, von denen mindestens eine eine Reflektivität von > 0 aufweist, passive (2) und aktive (3) Sektionen mit der DFB-Sektion (1) über einen gemeinsamen Wellenleiter (WL) verbunden sind, die aktive Sektion (3) Mittel zur Verstärkung und die passive Sektion (2) Mittel zur Änderung der Phasenlage der im Mehrsektions-Halbleiterlaser zurücklaufenden Welle aufweist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine optische Mikrowellenquelle, ausgebildet als Mehrsektions-Halbleiterlaser, dessen Sektionen getrennt elektrisch steuerbar ausgebildet sind.
  • Derartige Mehrsektions-Halbleiterlaser sind im Stand der Technik für unterschiedliche Typen/Anordnungen beschrieben.
  • Ein selbstmodulierter Laser mit den Sektionen DFB/Phase/DFB, wobei die zweite DFB-Sektion mit zweitem DFB als passiver Reflektor ausgebildet ist und somit dispersives Güteschalten ermöglicht, ist in IEEE Journal of Quantum Electronics, Vol. 33, No. 2, Feb. 1997, pp. 211-218 in dem Aufsatz von B. Sartorius, M. Möhrle, S. Reichenbacher, H. Preier, H.-J. Wünsche, U. Bandelow, "Dispersive Self-Q-Switching in Self-Pulsating DFB Lasers" bzw. in DE 195 13 198 beschrieben. Dieser Laser ist auf Frequenzen im Bereich der Resonanzfrequenz < 20 GHz beschränkt. Eine Abstimmbarkeit der Mikrowellenfrequenz ist im Rahmen der Abstimmung der Resonanzfrequenz über den Strom in der aktiv betriebenen DFB-Sektion möglich.
  • In EP 1 087 478 ist ein selbstmodulierter Laser mit den Sektionen DFB/Phase/DFB oder DFB/DFB beschrieben, wobei beide DFB aktiv betrieben werden. Die Kopplung der zwei DFB-Moden im Gesamtresonator resultiert in einer Mikrowelle, welche proportional dem Abstand der DFB- Moden der unterschiedlichen DFB-Sektionen ist. Die Begrenzung der oberen Grenzfrequenz wird durch den Modenabstand der beiden Laser zueinander und nicht mehr über deren Resonanzfrequenzen bestimmt. Durch die Komplexität von Bauelementen mit zwei DFB-Lasern erfordert diese Lösung eine sehr exakte Technologie, welche die Fertigung von gleichen Bauelementen garantiert. Die Ausbeute ist durch nicht zu vermeidende zufällige Parameter, wie etwa die Phasenbeziehung zwischen den Gittern, sehr gering und wird zudem durch mangelnde Durchstimmbarkeit reduziert.
  • Von Tager und Petermann wurde in dem Artikel "High-Frequency Oscillation and Self-Mode Locking in Short External-Cavity Laser Diodes" in IEEE Journal of Quantum Electronics, Vol. 30, No. 7, July 1994, pp. 1553-1561 ein DFB-Laser mit integrierter, passiver Kavität vorgeschlagen. Dieser Bauelemente-Typ vermeidet die technologischen Schwierigkeiten der bereits oben beschriebenen Lösung. Die obere Mikrowellenfrequenz wird in dieser Lösung maßgeblich durch die optischen Verluste in der integrierten, passiven Kavität bestimmt und ist auf 30 GHz begrenzt.
  • Die aus dem Stand der Technik erwähnten Lösungen für optische Mikrowellenquellen sind entweder in ihrer Frequenz begrenzt bzw. technologisch sehr aufwendig.
  • Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein einfaches, abstimmbares, monolithisch integriertes Bauelement für die Erzeugung von optischen Mikrowellen im Frequenzbereich von 0,5 GHz bis in den THz-Bereich anzugeben.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine optische Mikrowellenquelle, ausgebildet als Mehrsektions-Halbleiterlaser, dessen Sektionen getrennt elektrisch steuerbar sind, aufweisend einen oberhalb der Laserschwelle betriebenen einmodigen DFB-Laser und mindestens eine monolithisch integrierte (externe) Kavität, bestehend aus einer passiven Phasensteuersektion und einer aktiven Sektion, wobei der Mehrsektionslaser von zwei Facetten begrenzt ist, von denen mindestens eine eine Reflektivität von > 0 aufweist, passive und aktive Sektionen mit der DFB-Sektion über einen gemeinsamen Wellenleiter verbunden sind, die aktive Sektion Mittel zur Verstärkung der im Mehrsektions-Halbleiterlaser zurücklaufenden Welle und die passive Sektion Mittel zur Änderung der Phasenlage der im Mehrsektions- Halbleiterlaser zurücklaufenden Welle aufweist.
  • Mit der erfindungsgemäßen Mikrowellenquelle werden Rückkopplungsstärken erzielt, die mit rein passiven, externen Kavitäten nicht erreichbar sind. Durch den Einsatz von optischen Verstärkern in der externen, monolithisch integrierten Kavität wachsen sowohl die Bereiche erlaubter Phasendrehungen des rückgekoppelten Lichtes, als auch die erreichbaren Mikrowellenfrequenzen an. Gleichzeitig ist es dadurch möglich, in der erfindungsgemäßen Lösung, die ein Bauteil mit festen Geometrien darstellt, nachträglich, d. h. beim Betrieb, die Frequenz über die Betriebsparameter zu kontrollieren. Dabei ist es unerheblich, in welcher Reihenfolge die passive und die aktive Sektion zum DFB-Laser angeordnet sind.
  • Die Rückkopplung des Laserlichtes in die DFB-Sektion führt dazu, dass im Gesamtresonator zwei longitudinale Moden anschwingen. Die Schwebung zwischen diesen Moden resultiert in einem hochfrequenten optischen Mikrowellensignal, wobei die Länge der integrierten Kavität entsprechend dem gewünschten Mikrowellenfrequenzbereich gewählt wird. Dieser Designparameter wird während der Herstellung des Bauelementes festgelegt. Für die maximale erreichbare Mikrowellenfrequenz frf gilt hierbei: frf < 1/τ0 wobei τ0 die Umlaufzeit in der monolithisch integrierten, externen Kavität ist.
  • Der für die Abstimmbarkeit der Mikrowellenfrequenz maßgebliche Parameter ist die Stärke der optischen Rückkopplung in den DFB-Laser. Die Stärke der optischen Rückkopplung ist bestimmt durch die Reflektivität der Endfacette, den optischen Verlusten in der integrierten (externen) Kavität sowie der optischen Verstärkung der erfindungsgemäß in der integrierten (externen) Kavität angeordneten optisch aktiven Sektion. Sowohl die Reflektivität der Endfacette als auch die optischen Verluste in der integrierten (externen) Kavität lassen sich bei einem gegebenen Bauelement nicht bzw. nur gering variieren. Diese Größen sind herstellungsbedingt. Sie sind daher nicht für eine kontrollierte Abstimmbarkeit der Mikrowellenfrequenz geeignet.
  • Bei der erfindungsgemäßen Mikrowellenquelle dagegen ist die Abstimmbarkeit der Mikrowellenfrequenz über die kontrollierte optische Verstärkung der in die externen Kavität integrierten optisch aktiven Sektion möglich. Durch die Steuerung der Verstärkung über den Strom in der aktiven Sektion wird die Stärke der rücklaufenden Welle und damit die Mikrowellenfrequenz abgestimmt. Die Verstärkung dieser Sektion reicht aus, um die auftretenden Verluste, welche die optische Welle beim Durchlauf durch die monolithisch integrierte, externe Kavität erfährt (Verluste an den Sektionsgrenzen, Absorption in der passiven Sektion, Endfacettenreflektivität), zu kompensieren und schließlich zu verstärken.
  • Da eine Änderung der Verstärkung in der aktiven Sektion eine Änderung der optischen Phase der rücklaufenden Welle nach sich zieht, ist ein weiterer Steuerparameter erforderlich. Dieser Steuerparameter, der injizierte Strom in der Phasensektion, ändert den Brechungsindex und damit die Phase der rücklaufenden, optischen Welle. Der injizierte Strom in der Phasensektion dient damit der Kompensation der Phasenlage der rücklaufenden optischen Welle bei einer sich ändernden Verstärkung der aktiven Sektion. Die Möglichkeit der Kompensation der Phasenlage der rücklaufenden Welle lässt damit eine Abstimmbarkeit der Mikrowellenfrequenz erst zu.
  • In Ausführungsformen der Erfindung ist eine externe Kavität monolithisch in den Mehrsektions-Halbleiterlaser integriert, deren DFB-Facette entspiegelt ist, oder sind zwei externe Kavitäten monolithisch in den Mehrsektions- Halbleiterlaser integriert und beide Facetten weisen eine Reflektivität > 0 auf. Die Erhöhung der Reflektivität ist mittels einer Beschichtung der Facette/n realisiert.
  • In einer anderen Ausführungsform ist die Länge der monolithisch integrierten Kavität bestimmt durch den oberen Grenzwert des zu realisierenden Mikrowellen-Frequenzbereichs.
  • Bei Verzicht auf einen Freiheitsgrad der Funktionsoptimierung kann eine vereinfachte Anordnung der Mikrowellenquelle angegeben werden, die nur noch zwei Sektionen aufweist, nämlich den DFB-Laser und die aktive Sektion, die beide über einen gemeinsamen Wellenleiter optisch gekoppelt sind.
  • Die in einer anderen Ausführungsform der Erfindung vorgesehenen Mittel zur Temperaturstabilisierung des Mehrsektions-Halbleiterlaser gewährleisten einen stabilen Betrieb im Frequenzbereich der erfindungsgemäßen Mikrowellenquelle.
  • Die folgenden Ausführungsformen der optischen Mikrowellenquelle stehen mit ihrem Einsatz als Daten- bzw. Pulsquelle in engem Zusammenhang.
  • So ist in zwei Ausführungen vorgesehen, dass der Mehrsektions- Halbleiterlaser zusätzlich eine integrierte Modulatorsektion aufweist oder zusätzlich ein externer Modulator nachgeschaltet ist. Im ersten Fall wird durch eine hochfrequente Spannung der Modulator in der Absorption moduliert, sodass ein Datensignal auf die Mikrowellenpulse aufgeprägt wird. Im zweiten Fall kann der Modulator beispielsweise über eine Freistrahloptik oder eine Faserkopplung mit der Pulsquelle verbunden sein. Diese Ausführung gestattet eine getrennte Optimierung der Mikrowellenquelle und des Modulators, wodurch eine Verbesserung der Funktionalität erreicht wird. Zur gezielten Pulsformung, z. B. zur Verkürzung der Pulse der Mikrowellenquelle, weist der nachgeschaltete oder integrierte Modulator zusätzliche Mittel auf, beispielsweise Mittel zum elektrischen Betreiben des Modulators oder Mittel zur Verringerung der Ladungsträgerlebensdauer, z. B. durch Einfügen von Gitterfehlstellen mittels Bestrahlung. Eine Pulsformung kann auch erzielt werden, wenn die Mittel hierzu dem Mehrsektions-Halbleiterlaser nachgeschaltet sind. So kann der erfindungsgemäßen Mikrowellenquelle ein Verstärker und eine Faser oder eine Faser mit nichtlinearen optischen Eigenschaften nachgeschaltet werden. Die Ausnutzung der Nichtlinearität in Lichtleitfasern führt zu einer zeitlichen Verkürzung der Pulsdauer.
  • Die folgenden Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Lösung beziehen sich auf die DFB-Sektion. So ist vorgesehen, dass der DFB-Laser ein indexgekoppelter oder ein gewinngekoppelter Laser ist, der beispielsweise ein Gitter mit integrierten Phasensprüngen aufweist. Dadurch kann die Ausbeute von Mikrowellenquellen eines gewünschten Frequenzbereiches erhöht werden, da durch diese erfindungsgemäße Anordnung andere, von der DFB- Sektion herrührende Moden, unterdrückt werden.
  • Die Wirkung eines inhomogenen Gitters kann in der erfindungsgemäßen Lösung zum einen durch eine sich ändernde longitudinale Gitterperiode in der DFB-Sektion oder aber durch Änderung der lateralen Breite des in der DFB- Sektion verlaufenden Abschnitts des Wellenleiters realisiert werden.
  • Eine andere Ausführung sieht vor, die Mittel zur Ansteuerung des DFB-Lasers sektioniert auszubilden. Durch diese sektionierten Stromkontakte und unterschiedliche Betriebsströme der DFB-Untersektionen kann eine gezieltere Modensteuerung des DFB-Lasers erfolgen.
  • Durch die in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehenen Mittel zur Erwärmung des Wellenleiters, die neben diesem in der passiven oder aktiven Sektion angeordnet sind, ist der Brechungsindex in der passiven Phasensektion veränderbar. Dadurch kann die Phasenbeziehung des rückgekoppelten Laserlichts thermisch beeinflusst werden. Die thermische Abstimmung kann sowohl an der optisch passiven als auch an der aktiven Sektion der externen Kavität erfolgen.
  • Die Mikrowellenquelle weist in einer anderen Ausführung ein Mittel zur Synchronisation, insbesondere eine modulierte Stromquelle, auf. Damit kann eine Synchronisation über Strommodulation erfolgen, indem die Ströme mit der Pulsationsfrequenz der Mikrowelle moduliert sind. Die Modulation erfolgt dabei an der DFB-Sektion oder der aktiven Sektion.
  • Weist die Mikrowellenquelle zusätzliche Reflektivitäten auf, wie in einer Ausführungsform vorgesehen, die beispielsweise durch Ätzen des Wellenleiters zwischen den einzelnen Sektionen realisiert sind, entstehen dadurch mehrere Kavitäten im Bauelement, die eine größere Flexibilität des Bauelementes gewährleisten.
  • Zur effektiven Lichteinkopplung in das nachgeordnete Bauelement weist die Mikrowellenquelle einen integrierten getaperten Übergangsbereich auf. Bei spezieller Ausführung des Tapers kann auf eine Faser mit Linse verzichtet werden. In diesem Fall kann beispielsweise eine gespaltene und evtl. auf die Faser-Wellenlänge entspiegelte Faser eingesetzt werden.
  • Die Erfindung wird in den folgenden Ausführungsbeispielen anhand von Zeichnungen näher erläutert.
  • Dabei zeigen:
  • Fig. 1 schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel eines Drei-Sektions- Halbleiterlasers;
  • Fig. 2 das optische Spektrum der Mikrowellenquelle gem. Fig. 1;
  • Fig. 3 den Durchstimmbereich der Mikrowellenquelle gem. Fig. 1;
  • Fig. 4 das Synchronisationsverhalten der Mikrowellenquelle gem. Fig. 1;
  • Fig. 5 einen in einer Mikrowellenquelle gem. Fig. 1 synchronisierten Pulszug;
  • Fig. 6 schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Mikrowellenquelle mit integriertem Modulator;
  • Fig. 7 schematisch ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Mikrowellenquelle mit sektioniertem DFB-Laser;
  • Fig. 8 schematisch ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Mikrowellenquelle mit zwei integrierten, externen Kavitäten.
  • Ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Mikrowellenquelle ist schematisch in Fig. 1 dargestellt. Es handelt sich dabei um einen Halbleiterlaser, in den eine externe Kavität monolithisch integriert ist und der damit drei Sektionen aufweist. Die Sektionen 1, 2 und 3 sind durch einen gemeinsamen Wellenleiter WL verbunden. Sektion 1 bezeichnet den DFB- Laser, betrieben mit Strom I1, Sektion 2 die passive Sektion, betrieben mit I2, und Sektion 3 die aktive Sektion, betrieben mit Strom 13. Die DFB-Facette kann mit einer Antireflex-Beschichtung AR versehen sein, die Reflektivität R an der Endfacette ist größer 0. In diesem Ausführungsbeispiel ist Sektion 1 200 µm lang, Sektion 2 550 µm und Sektion 3 250 µm. Die Länge der externen Kavität beträgt damit 800 µm, welche in einer oberen Mikrowellenfrequenz von etwa 58 GHz resultiert. Die Bragg-Wellenlänge der DFB-Laser-Sektion 1 beträgt 1538 nm, der Kopplungskoeffizient κ = 130 cm-1. Die Endfacette der DFB-Laser-Sektion 1 ist antireflexbeschichtet, die Endfacette der aktiven Sektion 3 ist ein Spaltfläche mit einer Reflektivität von R ~ 0,3. Um etwa eine Frequenz von 37,6 GHz einzustellen, wird der Drei- Sektions-Halbleiterlaser mit I1 = 90 mA, I2 = 0,5 mA und I3 = 95 mA betrieben.
  • In Fig. 2 ist das optisches Spektrum (optische Leistung in Abhängigkeit der Wellenlänge) der in Fig. 1 dargestellten Mikrowellenquelle gezeigt, die Einstellung der Ströme I1, I2 und I3 erfolgt wie bereits erwähnt. Die Seitenmodenunterdrückung (SMSR: side mode suppression ratio) beträgt mehr als 40 dB. Der Abstand der Hauptmoden entspricht einer Mikrowellenfrequenz von 37,6 GHz.
  • Der Durchstimmbereich (Mikrowellenfrequenz in Abhängigkeit des Stromes 13, mit dem die Sektion 3 betrieben wird) der gemäß Fig. 1 gezeigten erfindungsgemäßen optischen Mikrowellenquelle mit drei Sektionen ist in Fig. 3 dargestellt. Hierbei wurde die DFB-Laser-Sektion 1 mit einem konstanten Strom I1 = 100 mA betrieben. Um die optische Phase der rücklaufenden Welle in der externen Kavität konstant zu halten, wird der Strom I3 in der aktiven Sektion 3 nachgeregelt.
  • Fig. 4 zeigt die Abhängigkeit der relativen elektrischen Leistung der erfindungsgemäßen Mikrowellenquelle gem. Fig. 1 von der Frequenz. Die beiden Messkurven zeigen zum einen die unsynchronisierte Mikrowelle mit einer Frequenz von 37,62 GHz anhand einer Messung mit einem elektrischen Spektrumsanalysator (durchgezogene Linie), zum anderen zeigt die mit Quadraten markierte Messkurve die erfolgte Synchronisation der Mikrowelle. Hierzu wurde ein optisches Datensignal mit 0 dBm in die erfindungsgemäße Mikrowellenquelle eingekoppelt und diese synchronisiert sich auf die injizierte Frequenz von 37,6 GHz.
  • Um die Mikrowellenquelle zu synchronisieren, wird beispielsweise ein Pulszug mit einer subharmonischen Frequenz mit f/n - einem Bruchteil des gewünschten Taktes -, beispielsweise 9,4 GHz, in die Mikrowellenquelle injiziert, was mit dem oberen Pulszug in Fig. 5 dargestellt ist. Der untere Pulszug in dieser Figur zeigt die synchronisierte Mikrowellenquelle mit einer Frequenz von 37,6 GHz. Die Extinktion beträgt etwa 6 dB, wobei dieser Wert hier durch die Bandbreite des Messsystems begrenzt ist.
  • Soll die erfindungsgemäße Mikrowellenquelle als Daten- oder Pulsquelle eingesetzt werden, kann beispielsweise die Ausführung mit einem integrierten Modulator realisiert werden. Diese Ausführungsform, bestehend aus einem Drei-Sektions-Halbleiterlaser mit den Sektionen 1, 2 und 3, wie bereits in Fig. 1 mit den zugehörigen Strömen I1, I2 und I3 beschrieben, und einer integrierten Modulatorsektion M, die durch eine hochfrequente Spannung UM in der Absorption moduliert wird, ist in Fig. 6 dargestellt. Die Modulation bewirkt das Aufprägen eines Datensignals auf die Mikrowellenpulse.
  • In Fig. 7 sind für die in Fig. 1 gezeigte erfindungsgemäße Mikrowellenquelle die Stromkontakte in der DFB-Sektion 1 unterteilt. Damit lässt sich eine gezielte Ansteuerung der Untersektionen von 1 mit unterschiedlichen Betriebsströmen I1,1 . . . I1,4 realisieren, wodurch eine definierte Modensteuerung des DFB-Lasers 1 ermöglicht wird.
  • In Fig. 8 ist eine erfindungsgemäße Ausführungsform der Mikrowellenquelle dargestellt, die nunmehr zwei integrierte Kavitäten aufweist. Zu beiden Seiten des DFB-Lasers 1 ist je eine integrierte Kavität, aufweisend je eine passive Sektion 2.1 bzw. 2.2 und je eine aktive Sektion 3.1 bzw. 3.2 angeordnet. Die Kavitäten können unterschiedlich lang ausgebildet und auch unterschiedlich aufgebaut sein. Die passiven und aktiven Sektionen können hierbei in beliebiger Reihenfolge angeordnet sein.
  • Die erfindungsgemäße Anordnung stellt eine integrierte Mikrowellenquelle dar, die im Vergleich zu hybriden Mikrowellenquellen stabiler arbeitet. Sie ist herstellbar mittels vereinfachter Technologien im Vergleich zu Bauteilen mit verstimmten Gittern (z. B. DFB/passive Sektion/DFB bzw. DFB/DFB). Die Mikrowellenquelle ermöglicht eine einfache Kontrolle des Bauteils, da thermische Effekte nicht die Korrelation zwischen mehreren Gittern ändern. Eine Entspiegelung ist bei der erfindungsgemäßen Lösung nicht unbedingt notwendig. Im Vergleich zu modengekoppelten Lasern ist die Frequenz der erfindungsgemäßen Mikrowellenquelle durch die Ströme ihrer aktiven und passiven Sektion abstimmbar. Durch die bereits erwähnte Modenkopplung tritt nur ein geringes Frequenzrauschen auf. Mit der erfindungsgemäßen Mikrowellenquelle kann ein großer Modulationshub realisiert werden.

Claims (20)

1. Optische Mikrowellenquelle, ausgebildet als Mehrsektions-Halbleiterlaser, dessen Sektionen getrennt elektrisch steuerbar sind, aufweisend einen oberhalb der Laserschwelle betriebenen einmodigen DFB-Laser (1) und mindestens eine monolithisch integrierte, externe Kavität, bestehend aus einer passiven Phasensteuersektion (2) und einer aktiven Sektion (3), wobei
der Mehrsektionslaser von zwei Facetten begrenzt ist, von denen mindestens eine eine Reflektivität von > 0 aufweist,
passive (2) und aktive (3) Sektionen mit der DFB-Sektion (1) über einen gemeinsamen Wellenleiter (WL) verbunden sind,
die aktive Sektion (3) Mittel zur Verstärkung der im Mehrsektions- Halbleiterlaser zurücklaufenden Welle aufweist,
die passive Sektion (2) Mittel zur Änderung der Phasenlage der im Mehrsektions-Halbleiterlaser zurücklaufenden Welle aufweist.
2. Optische Mikrowellenquelle nach Anspruch 1, bei der eine externe Kavität monolithisch in den Mehrsektions-Halbleiterlaser integriert und dessen DFB-Facette entspiegelt ist.
3. Optische Mikrowellenquelle nach Anspruch 1, bei der zwei externe Kavitäten monolithisch in den Mehrsektions-Halbleiterlaser integriert sind und die beiden Facetten eine Reflektivität > 0 aufweisen.
4. Optische Mikrowellenquelle nach Anspruch 1, bei der die Reflektivität > 0 mittels einer Beschichtung der Facetten realisiert ist.
5. Optische Mikrowellenquelle nach Anspruch 1, bei der die Länge der monolithisch integrierten Kavität bestimmt ist durch den oberen Grenzwert des zu realisierenden Mikrowellen-Frequenzbereichs.
6. Optische Mikrowellenquelle nach Anspruch 1, bei der Mittel zum temperaturstabilisierten Betreiben des Mehrsektions-Halbleiterlaser vorgesehen sind.
7. Optische Mikrowellenquelle nach Anspruch 1, bei der der Mehrsektions-Halbleiterlaser zusätzlich eine integrierte Modulatorsektion (M) aufweist.
8. Optische Mikrowellenquelle nach Anspruch 1, bei der dem Mehrsektions-Halbleiterlaser zusätzlich ein externer Modulator nachgeschaltet ist.
9. Optische Mikrowellenquelle nach einem der Ansprüche 7 oder 8, bei der der Modulator (M) Mittel zur Verkürzung der Pulse aufweist.
10. Optische Mikrowellenquelle nach Anspruch 1, bei der dem Mehrsektions-Halbleiterlaser Mittel zur Pulsformung nachgeschaltet sind.
11. Optische Mikrowellenquelle nach Anspruch 1, bei der der DFB-Laser (1) ein indexgekoppelter Laser ist.
12. Optische Mikrowellenquelle nach Anspruch 1, bei der der DFB-Laser (1) in gewinngekoppelter ist.
13. Optische Mikrowellenquelle nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 11 und 12, bei der der DFB-Laser (1) ein Gitter mit integrierten Phasensprüngen aufweist.
14. Optische Mikrowellenquelle nach Anspruch 1, bei der sich die longitudinale Gitterperiode in der DFB-Sektion (1) ändert.
15. Optische Mikrowellenquelle nach Anspruch 1, bei der die laterale Breite des in der DFB-Sektion verlaufenden Abschnitts des Wellenleiters variiert.
16. Optische Mikrowellenquelle nach Anspruch 1, bei der die Mittel zur Ansteuerung des DFB-Lasers sektioniert ausgebildet sind.
17. Optische Mikrowellenquelle nach Anspruch 1, bei der Mittel zur Erwärmung des Wellenleiters neben diesem in der passiven oder aktiven Sektion angeordnet sind.
18. Optische Mikrowellenquelle nach Anspruch 1, bei der die Mikrowellenquelle ein Mittel zur Synchronisation, insbesondere eine modulierte Stromquelle, aufweist.
20. Optische Mikrowellenquelle nach Anspruch 1, bei der die Mikrowellenquelle zusätzliche Reflektivitäten aufweist.
21. Optische Mikrowellenquelle nach Anspruch 1, bei der die Mikrowellenquelle zur effektiven Lichteinkopplung in das nachgeordnete Bauelement einen getaperten Übergangsbereich aufweist.
DE10160502A 2001-11-30 2001-11-30 Optische Mikrowellenquelle Expired - Lifetime DE10160502B4 (de)

Priority Applications (9)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US10/496,956 US7369863B2 (en) 2001-11-30 2001-11-27 Positional data recording
DE10160502A DE10160502B4 (de) 2001-11-30 2001-11-30 Optische Mikrowellenquelle
PCT/DE2002/004458 WO2003049242A2 (de) 2001-11-30 2002-11-29 Optische mikrowellenquelle
JP2003550326A JP2005512136A (ja) 2001-11-30 2002-11-29 光学的なマイクロ波源
AU2002363828A AU2002363828A1 (en) 2001-11-30 2002-11-29 Optical microwave source
KR10-2004-7006501A KR20040070347A (ko) 2001-11-30 2002-11-29 광학 마이크로웨이브 발생장치
CA002468762A CA2468762A1 (en) 2001-11-30 2002-11-29 Optical microwave source
EP02798257A EP1449285A2 (de) 2001-11-30 2002-11-29 Optische mikrowellenquelle
US10/495,937 US7283573B2 (en) 2001-11-30 2002-11-29 Optical microwave source

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10160502A DE10160502B4 (de) 2001-11-30 2001-11-30 Optische Mikrowellenquelle

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE10160502A1 true DE10160502A1 (de) 2003-06-12
DE10160502B4 DE10160502B4 (de) 2005-01-27

Family

ID=7708606

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE10160502A Expired - Lifetime DE10160502B4 (de) 2001-11-30 2001-11-30 Optische Mikrowellenquelle

Country Status (8)

Country Link
US (2) US7369863B2 (de)
EP (1) EP1449285A2 (de)
JP (1) JP2005512136A (de)
KR (1) KR20040070347A (de)
AU (1) AU2002363828A1 (de)
CA (1) CA2468762A1 (de)
DE (1) DE10160502B4 (de)
WO (1) WO2003049242A2 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10319817A1 (de) * 2003-04-30 2004-11-25 Nanoplus Gmbh Nanosystems And Technologies Mehrsektionslaser

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2872359B1 (fr) * 2004-06-23 2006-09-08 Alcatel Sa Emetteur optique micro-onde avec laser auto pulsant
KR100620055B1 (ko) * 2004-12-06 2006-09-08 엘지전자 주식회사 위치정보요청 취소방법
KR100818635B1 (ko) 2006-12-06 2008-04-02 한국전자통신연구원 자기 발진 레이저 다이오드
US7813388B2 (en) * 2006-12-06 2010-10-12 Electronics And Telecommunications Research Institute Self-pulsating laser diode
US8634796B2 (en) * 2008-03-14 2014-01-21 William J. Johnson System and method for location based exchanges of data facilitating distributed location applications
JP5271580B2 (ja) * 2008-03-25 2013-08-21 日本電信電話株式会社 高周波数帯雑音発生装置
CN104377544B (zh) * 2014-11-28 2017-11-21 中国科学院半导体研究所 基于放大反馈实现直调带宽扩展的单片集成激光器芯片
JP6927153B2 (ja) * 2018-05-30 2021-08-25 日本電信電話株式会社 半導体レーザ
CN108923259B (zh) * 2018-07-18 2020-05-19 中国科学院半导体研究所 双模激光器THz泵浦源的制作方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19513198A1 (de) * 1995-03-31 1996-10-02 Hertz Inst Heinrich Selbstpulsierender Mehrsektionslaser
DE69509152T2 (de) * 1994-02-11 1999-10-28 France Telecom, Paris Wellenlängeabstimmbarer Laser mit virtuellem, selektiv ansteuerbarem verteiltem Bragg Reflektor

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0719931B2 (ja) * 1989-04-06 1995-03-06 三菱電機株式会社 半導体レーザ装置およびその製造方法
EP0825689A3 (de) * 1996-08-22 2001-05-09 Canon Kabushiki Kaisha Optische Vorrichtung zur Schaltung polarisierten Ausgangslichtes, optischer Sender unter Verwendung derselben, und Verfahren zur Steuerung einer optischen Vorrichtung
SE509435C2 (sv) 1997-05-16 1999-01-25 Ericsson Telefon Ab L M Integritetsskydd i ett telekommunikationssystem
US6195557B1 (en) * 1998-04-20 2001-02-27 Ericsson Inc. System and method for use of override keys for location services
US6134447A (en) 1998-05-29 2000-10-17 Ericsson Inc. System and method for monitoring and barring location applications
US6311069B1 (en) * 1999-03-18 2001-10-30 Ericsson Inc. System and method for alerting a mobile subscriber being positioned
US6377810B1 (en) * 1999-06-11 2002-04-23 Motorola, Inc. Method of operation of mobile wireless communication system with location information
EP1087478A1 (de) 1999-09-27 2001-03-28 Nortel Networks Limited Erzeugung von kurzen optischen Pulsen durch stark komplex gekoppelte DFB-Laser
US6456854B1 (en) * 2000-05-08 2002-09-24 Leap Wireless International System and method for locating and tracking mobile telephone devices via the internet
US6687504B1 (en) * 2000-07-28 2004-02-03 Telefonaktiebolaget L. M. Ericsson Method and apparatus for releasing location information of a mobile communications device
JP3770589B2 (ja) * 2000-08-09 2006-04-26 矢崎総業株式会社 車両追跡システム、車両盗難警報システム、盗難車追跡システム、及び盗難警報車両追跡システム
US20030013449A1 (en) * 2001-07-11 2003-01-16 Hose David A. Monitoring boundary crossings in a wireless network

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69509152T2 (de) * 1994-02-11 1999-10-28 France Telecom, Paris Wellenlängeabstimmbarer Laser mit virtuellem, selektiv ansteuerbarem verteiltem Bragg Reflektor
DE19513198A1 (de) * 1995-03-31 1996-10-02 Hertz Inst Heinrich Selbstpulsierender Mehrsektionslaser

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10319817A1 (de) * 2003-04-30 2004-11-25 Nanoplus Gmbh Nanosystems And Technologies Mehrsektionslaser

Also Published As

Publication number Publication date
US20050020283A1 (en) 2005-01-27
DE10160502B4 (de) 2005-01-27
US20040258125A1 (en) 2004-12-23
KR20040070347A (ko) 2004-08-07
WO2003049242A3 (de) 2004-03-11
US7369863B2 (en) 2008-05-06
CA2468762A1 (en) 2003-06-12
WO2003049242A2 (de) 2003-06-12
US7283573B2 (en) 2007-10-16
AU2002363828A8 (en) 2003-06-17
JP2005512136A (ja) 2005-04-28
EP1449285A2 (de) 2004-08-25
AU2002363828A1 (en) 2003-06-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0890204B1 (de) Gütegesteuerter halbleiterlaser
DE69204183T2 (de) Dispersionskorrekturvorrichtung für optische Faser.
DE3851874T2 (de) Über ein Gitter gekoppelter, aus seiner Oberfläche strahlender Laser und Verfahren zu seiner Modulation.
DE69826088T2 (de) Lasersender mit verminderter Verzerrung
DE69904850T2 (de) Aktiv modengekoppelter multiwellenlängen-halbleiterlaser mit externem resonator
DE69609547T2 (de) Optischer Halbleitervorrichtung, Antriebsverfahren und optisches Kommunikationssystem
DE4328777B4 (de) Optische Filtervorrichtung
DE69610499T2 (de) Multi-gigahertz-frequenzmodulation von oberflächenemittierendem laser mit vertikalem resonator
DE102009028823B4 (de) Diodenlaser und Laserresonator für einen Diodenlaser mit verbesserter lateraler Strahlqualität
DE60026071T2 (de) Abstimmbare laserquelle mit integriertem optischen verstärker
DE112012004235B4 (de) Hochleistungshalbleiterlaser mit phasenangepasstem optischen Element
DE69115033T2 (de) Wellenleiter-laser.
DE69532083T2 (de) Optische vorrichtung
DE19744839A1 (de) Festmoden-Halbleiter-Laser und Verfahren für seine Ansteuerung
DE10147353A1 (de) Halbleiterlaser
DE10160502B4 (de) Optische Mikrowellenquelle
DE60204168T2 (de) Phasenverschobene oberflächenemittierende dfb laserstrukturen mit verstärkenden oder absorbierenden gittern
EP0704946B1 (de) Optoelektronisches Multi-Wellenlängen Bauelement
DE60202683T2 (de) Abstimmbarer laser
DE68919891T2 (de) Nichtlineare optische Verstärkung.
DE3851764T2 (de) Hybridlaser für optisches Nachrichtenwesen.
WO2009036904A1 (de) Halbleiterlaser und verfahren zum betreiben eines halbleiterlasers
DE3889423T2 (de) Filter mit abstimmbarer Wellenlänge.
DE69729548T2 (de) Quelle für optische pulse
EP1676346A1 (de) Oberflächenemittierender halbleiterlaser mit strukturiertem wellenleiter

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8364 No opposition during term of opposition
R071 Expiry of right