DE102007057494A1 - Optische Kommunikation über parallele Kanäle unter Verwendung einer Modulatoranordnung und eines gemeinsam genutzten Lasers - Google Patents
Optische Kommunikation über parallele Kanäle unter Verwendung einer Modulatoranordnung und eines gemeinsam genutzten Lasers Download PDFInfo
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Abstract
Description
- Einige optische Kommunikationssysteme verwenden mehrere Kanäle auf parallelen optischen Fasern für die Kommunikation mit hoher Bandbreite über relativ große Entfernungen, zum Beispiel einige Hunderte Meter bis mehrere Kilometer. Ein Sender für ein solches System kann einen optisch integrierten Schaltkreis umfassen, der einen Laser mit verteilter Rückkopplung (Distributed Feedback-DFB) und einen Elektroabsorptions (EA)-Modulator für jedes optische Signal aufweist. Während des Betriebes modulieren die EA-Modulatoren die Ausgangsstrahlen von jeweiligen DFB-Lasern, so wie es für die Darstellung gesendeter Daten erforderlich ist. Diese EA-DFB-Konfiguration, die eine Modulation außerhalb des DFB-Lasers ausführt, kann Datenraten von 20 Gb/s und mehr für jedes optische Signal erreichen. Allerdings sind optisch integrierte Schaltkreise, die Anordnungen von DFB-Laser/EA-Modulator-Paaren enthalten, komplex und schwierig herzustellen. Infolge dessen hat der Fertigungsprozess für diese Systeme allgemein einen geringen Produktionsertrag an funktionstüchtigen integrierten Schaltkreisen.
- Bei diesen Kommunikationssystemen ist es des Weiteren allgemein erforderlich, die stromabwärtigen Reflexionen, die zu den DFB-Lasern zurückkehren, zu begrenzen oder zu beseitigen, weil solche Reflexionen zu Instabilität in den optischen Signalen führen können, die von den DFB-Lasern ausgegeben werden, was möglicherweise zu Übertragungsfehlern führen kann. Infolge dessen kann eine Anordnung von optischen Isolatoren erforderlich sein, um in ausreichendem Maße zu verhindern, dass stromabwärtige Reflexionen in die DFB-Laser rückgekoppelt werden. Individuelle optische Isolatoren für jeden Laser erhöhen die Systemkosten. Außerdem können die Ausgangsfacetten der Modulatoren in der integrierten Struktur teure hochwertige Antireflexions (AR)-Beschichtungen erfordern, zum Beispiel eine Beschichtung mit einem Reflexionsvermögen von weniger als etwa 10–4, um Reflexionen in die DFB-Laser zurück zu verringern.
- Ein Sender- oder ein sonstiger integrierter Schaltkreis, der eine EA-DFB-Anordnung enthält, erfordert auch Treiberschaltungen für die EA-DFB-Paare der Anordnung, und die Ansteuerströme für diese Bauelemente erhöhen in erheblichem Maße die Komplexität, den Energiehaushalt und die Erwärmung des integrierten Schaltkreises. Das Aufrechterhalten einer ausreichenden DFB-Leistung erfordert allgemein, dass die Bauelement-Temperatur über ein relativ kleines Fenster hinweg gesteuert wird. Des Weiteren ist es auch möglich, dass die EA-Modulatoren eine nicht-optimale Leistung an den äußersten Enden des Betriebstemperatur-Spektrums eines Hochleistungs-IC erbringen. Infolge dessen werden möglicherweise thermoelektrische (TE) Kühler benötigt, welche relativ ineffiziente Vorrichtungen sind, die zusätzlichen elektrischen Strom verbrauchen.
- Die Schwierigkeiten bei der Herstellung und dem Betrieb mehrkanaliger Sender für die Kommunikation mit hoher Bandbreite und über große Entfernungen verteuern diese Systeme. Darum besteht Bedarf an alternativen optischen Kommunikationssystemen mit hoher Bandbreite, die in Prozessen mit höherem Produktionsertrag hergestellt werden können und die eine Kommunikation mit hoher Bandbreite über relativ lange Strecken und zu geringen Kosten ermöglichen.
- KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
- Gemäß einem Aspekt der Erfindung verwendet eine Parallelarchitektur zur optischen Kommunikation eine Anordnung (ein Array) von Modulatoren, wie zum Beispiel EA-Modulatoren, sie wird jedoch von einem einzelnen Treiberlaser, wie zum Beispiel ein Hochleistungs-DFB-Laser, gespeist. Ein 1 × N-Teiler kann einen Strahl, der von dem Treiberlaser ausgegeben wird, in separate Eingangsstrahlen für die Modulatoren in der Anordnung teilen. Diese Architektur gestattet die Verwendung überaus zuverlässiger EA-Modulator-Anordnungen, die mit einem höheren Produktionsertrag hergestellt werden können, als er normalerweise für eine EA-DFB-Anordnung erreicht wird. Des Weiteren braucht nur ein einziger optischer Isolator für den Laser verwendet zu werden, um die Systemkosten von Systemen zu senken, die eine Anordnung von optischen Isolatoren erfordern. Systemkostenvorteile werden auch dadurch realisiert, dass der einzelne optische Isolator, der den Laser effektiv vor stromabwärtigen Reflexionen schützt, eine extrem hochwertige AR-Beschichtung auf der EA-Modulator-Anordnung überflüssig macht. Das Verwenden einer Anordnung polarisationsunabhängiger EA-Modulatoren ermöglicht des Weiteren die Freiheit, den Quellen-DFB-Laser in einem separaten Gehäuse zu verpacken, und der DFB-Laser wiederum kann unter Verwendung einer optischen Einmoden-Anschlussfaser mit einem Teiler verbunden werden, ohne eine polarisationserhaltende optische Faser zu erfordern und ohne dass durch diese Freiheit Einschränkungen entstehen.
- Eine konkrete Ausführungsform der Erfindung ist ein optischer Sender, der einen Treiberlaser, einen 1 × N-Teiler und eine Anordnung von Modulatoren enthält. Der 1 × N-Teiler dient dem Teilen eines Strahls von dem Treiberlaser in getrennte Strahlen. Die Modulatoren sind vorzugsweise EA-Modulatoren, welche die jeweiligen Strahlen so modulieren, dass sie jeweilige Datensignale darstellen, die parallel übertragen werden. Der Treiberlaser kann einen optischen Isolator enthalten, so dass keine separaten Isolatoren für die jeweiligen parallelen Datenkanäle benötigt werden.
- Eine weitere konkrete Ausführungsform der Erfindung ist ein Datenübertragungsverfahren. Das Datenübertragungsverfahren weist auf:
Richten eines ersten Strahls in einen 1 × N-Teiler, der den ersten Strahl teilt und mehrere getrennter Strahlen erzeugt; und Modulieren der getrennten Strahlen dergestalt, dass sie jeweilige Datenströme darstellen, die parallel übertragen werden. - KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 veranschaulicht einen Sender zur optischen Kommunikation gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, der einen gemeinsam genutzten Treiberlaser, einen Teiler und eine Modulatoranordnung verwendet. -
2 veranschaulicht einen Sender zur optischen Kommunikation gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, der einen gemeinsam genutzten Treiberlaser mit mehreren Teilern und Modulatoranordnungen verwendet. -
3 veranschaulicht einen Sender zur optischen Kommunikation gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, der einen gemeinsam genutzten Treiberlaser und eine Anordnung von optischen Verstärkern, die in eine Modulatoranordnung integriert sind, verwendet. -
4 veranschaulicht einen Sender zur optischen Kommunikation gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, wobei sich ein gemeinsam genutzter Treiberlaser, ein Teiler und eine optischer Modulatoranordnung in einem einzigen Verpackungsgehäuse befinden. - Die Verwendung der gleichen Bezugssymbole in verschiedenen Figuren indiziert ähnliche oder identische Elemente.
- DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
- Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann ein optischer Sender mit parallelen Kanälen zur Kommunikation mit hoher Bandbreite einen einzelnen optisch isolierten Treiberlaser verwenden, der von einem optischen integrierten Schaltkreis getrennt ist, der eine Anordnung von Hochgeschwindigkeitsmodulatoren enthält, wodurch der Leistungsverlust und die Komplexität des optischen integrierten Schaltkreises verringert werden. Diese Architektur ist einfach zu bauen und gestattet insbesondere die Verwendung zuverlässiger EA-Modulator-Anordnungen, die mit einem höheren Produktionsertrag und zu geringeren Kosten hergestellt werden können als Systeme, die eine Anordnung von Treiberlasern in einem optischen integrierten Schaltkreis aufweisen. Die Komplexität und die Kosten werden weiter verringert, weil eine Anordnung von optischen Isolatoren, die ansonsten zum Beispiel für eine Laseranordnung erforderlich sein können, durch einen einzelnen optischen Isolator für den einzelnen Treiberlaser ersetzt werden kann.
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1 zeigt einen Sender100 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, der einen Treiberlaser110 enthält, der über eine optische Faser120 an einen 1 × N-Strahlteiler130 gekoppelt ist. Der Strahlteiler130 wiederum speist mehrere Strahlen in optische Eingänge eines optischen integrierten Schaltkreises140 ein, der eine Anordnung von Modulatoren150 enthält, die jeweils optische Signale steuern, die in optischen Kanälen160 übertragen werden. In einer beispielhaften Implementierung des Senders100 kann sich der Treiberlaser110 in einem einzigen Verpackungsgehäuse, zum Beispiel in einer Laserteileinheit180 , befinden, das die optische Faser120 als eine Anschlussfaser aufweist, und der 1 × N-Teiler130 und der integrierte Schaltkreis140 können in einem separaten Verpackungsgehäuse, wie zum Beispiel einer Modulatorteileinheit190 , hybridintegriert sein, die einen (nicht gezeigten) Faseranschluss aufweist. Um die beispielhafte Ausführungsform des Senders100 zu verwenden, könnte ein Benutzer die Laserteileinheit180 mittels jeweiliger Anschlussfasern an die Modulatorteileinheit190 anschließen. - In einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Treiberlaser
110 ein Hochleistungs-DFB-Laser mit einem eingebauten optischen Isolator115 . Allgemeiner ausgedrückt, erfordert eine Übertragung mit hoher Datenrate, zum Beispiel Übertragungen mit 40 Gb/s je Kanal160 , über mehrere Kilometer ein schmales Frequenzspektrum, wie es zum Beispiel durch einen DFB-Laser erzeugt wird. Geeignete DFB-Laser mit einer Leistung zwischen 10 mW und 50 mW sind auf dem freien Markt bei einer Vielzahl von Quellen zu beziehen, zum Beispiel bei der Mitsubishi Electric Corporation oder der Furukawa Electric Co., Ltd. Im Allgemeinen richtet sich die erforderliche Leistung des Treiberlasers110 nach der Anzahl der optischen Kommunikationskanäle160 , der Übertragungsdistanz und der Empfindlichkeit des (nicht gezeigten) Empfängers an den entgegen gesetzten Enden der optischen Kanäle160 . Für eine typische Konfiguration mit acht Kommunikationskanälen wäre jedoch ein DFB-Laser mit einer Leistung von etwa 20 mW in der Lage, acht 40 Gb/s-Kanäle über Entfernungen von mehreren Kilometern anzusteuern. - In der Ausführungsform von
1 ist der Treiberlaser110 über die optische Anschlussfaser120 an den 1 × N-Strahlteiler130 angeschlossen. Diese Verbindung hat insofern Vorteile, als der Laser110 eine separate Einheit ist und entsprechend der Zielkommunikationsdistanz des Senders100 ausgewählt werden kann. Des Weiteren kann der Laser110 problemlos herausgenommen und ausgetauscht werden, falls eine Komponente ausfällt oder die gewünschten Parameter des Senders100 verändert werden. Zum Beispiel kann der Treiberlaser110 durch einen Hochleistungslaser ersetzt werden, um die Zahl paralleler Kanäle und/oder die Reichweite einer optischen Kommunikation zu erhöhen. Des Weiteren kann der Laser110 so ausgewählt oder verändert werden, dass er die gewünschte Frequenz oder Wellenlänge von Licht erzeugt, das in optischen Kommunikationskanälen160 verwendet wird. - Die Verwendung eines Treiberlasers
110 , der eine charakteristische Wellenlänge im 1300 nm-Fenster aufweist, bietet besondere Vorteile. Insbesondere verlaufen standardmäßige Einmodenfasern bei ungefähr 1310 nm durch den dispersionsfreien Punkt. Das bedeutet, dass eine erhebliche Dispersion in einer standardmäßigen Einmodenfaser kein ernsthaftes Problem für 1310 nm Licht ist, und bei einer DFB-Quelle mit einer Einmode (single mode), die 1310 nm entspricht, ist die Verbindungslänge für optische Kanäle160 vor allem durch die verfügbare optische Leistung und die Empfängerempfindlichkeit begrenzt. Wenn hingegen die optischen Kanäle160 dispersionsverschobene Fasern verwenden, so können ähnliche Vorteile durch Verschieben des Arbeitswellenlängenfensters des Lasers110 auf etwa 1150 nm erreicht werden. - Der Strahlteiler
130 teilt den Eingangsstrahl von dem Laser110 in getrennte Strahlen, vorzugsweise von gleicher Intensität. Die Zahl N separater Strahlen von dem Strahlteiler130 kann entsprechend der Zahl paralleler Kommunikationskanäle160 gewählt werden und kann in der Größenordnung von acht bis sechzehn und allgemein mehr als zwei liegen. Für diesen Zweck kann eine hohe Index Kontrast Wellenleiter Technologie (high index-contrast waveguide technology) für den Teiler130 bevorzugt sein, so dass der Teiler130 kompakt ist, wodurch der integrierte Schaltkreis140 ähnliche kompakte Abmessungen aufweisen kann. Geeignete Einmoden-1 × N-Teiler sind auf dem freien Markt bei einer Vielzahl von Quellen zu beziehen, zum Beispiel bei der Hitachi Cable Ltd., der Nippon Electric Ltd. oder der Nomadics, Inc. - Jeder Ausgangsstrahl von dem Strahlteiler
130 hat einen entsprechenden Eingangswellenleiter des optischen integrierten Schaltkreises140 und wird entlang dem entsprechenden Wellenleiter und durch einen entsprechenden der Modulatoren150 in dem optischen integrierten Schaltkreis140 gerichtet. In der veranschaulichten Ausführungsform haben der Teiler130 und der integrierte Schaltkreis140 eine Direktkopplung, wobei Stirnflächen von Wellenleitern im Teiler130 gegen jeweilige Stirnflächen von Wellenleitern in dem integrierten Schaltkreis140 stoßen und der Abstand der Ausgangsstrahlen von dem Teiler130 über einen Arbeitstemperaturbereich hinweg in ausreichendem Maß mit dem Abstand der Eingangsstrahlen des integrierten Schaltkreises140 übereinstimmt, um eine gute optische Kopplung zu erreichen. Die Größe des optischen integrierten Schaltkreises140 kann durch eine Nichtübereinstimmung zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten des Teilers130 und des optischen integrierten Schaltkreises140 begrenzt sein. In einer typischen Anwendung, wo der Teiler130 Glas mit hoher Brechzahl ist und der optische integrierte Schaltkreis140 überwiegend Indiumphosphid ist, können der Teiler130 und der optische integrierte Schaltkreis140 eine Kontaktfläche von bis zu 2 mm haben und trotzdem weniger als etwa 0,25 μm Ausdehnungsunterschied über einen Temperaturbereich von 0°C bis 70°C hinweg aufweisen. - Der optische integrierte Schaltkreis
140 enthält passive optische und optoelektronische Komponenten, wie zum Beispiel Wellenleiter und Modulatoren150 . Die Modulatoren150 sind vorzugsweise Elektroabsorptionsmodulatoren. In der Praxis hat ein EA-Modulator eine Absorptionskante, die sich in Reaktion auf das Anlegen einer negativen Vorspannung zu längeren Wellenlängen hin bewegt. Wenn zum Beispiel der Laser110 eine Arbeitswellenlänge aufweist, die anfangs etwa 50 bis 70 nm länger als die vorspannungsfreie Absorptionskante eines EA-Modulators ist, so verringert das Anlegen einer negativen Vorspannung an den EA-Modulator die optische Intensität, die den EA-Modulator verlässt. Kostengünstige und zuverlässige EA-Modulatoren, bei denen es sich um polarisationsunabhängige Bauelemente handelt, können unter Verwendung herkömmlicher Verarbeitungstechniken für optische integrierte Schaltkreise hergestellt werden. Zum Beispiel beschreibt dasUS-Patent Nr. 7,098,471 mit dem Titel "Semiconductor Quantum Well Devices and Methods of Making the Same" Strukturen und Herstellungsverfahren, die sich für die polarisationsunabhängigen EA-Modulatoren150 eignen. Modulatoren mit einem polarisationsabhängigen Verhalten können alternativ verwendet werden, wenn polarisationserhaltende Fasern und optische Schaltkreise verwendet werden, um die Kopplung entlang der gewünschten Orientierung in den Modulatorbauelementen der Anordnung beizubehalten. LiNbO3- und andere Arten von Modulatoren, die bekannt sind oder noch entwickelt werden, könnten alternativ ebenfalls verwendet werden. - Der optische integrierte Schaltkreis
140 und insbesondere die Modulatoren150 erfordern keine besonders hochwertige AR-Beschichtung. Zum Beispiel dürfte ein Reflexionsgrad von etwa 1 % oder weniger mehr als ausreichend sein. Solche AR-Beschichtungen auf den Facetten der EA-Modulatoren150 reichen aus, um die Bildung eines starken optischen Resonators zu verhindern, der anderenfalls bewirken könnte, dass das optische Signal von der genauen physischen Länge sowie von der Temperatur der EA-Modulatoren150 abhängt. Die weniger teure AR-Beschichtung reicht aus, weil der optische Isolator115 in dem Treiberlaser110 die hochwerte Isolierung bereitstellen kann, die möglicherweise erforderlich ist, damit der Laser110 die stabile optische Leistung und das Spektrum erbringen kann, die zur Kommunikation mit hohen Datenraten geeignet sind. - Jeder der Modulatoren
150 kann in zwei Teile von geeigneter Länge segmentiert sein. Zum Beispiel könnte eine kürzere Front- oder Eingangssektion von EA-Modulatoren150 als ein variabler optischer Dämpfer zum Zweck der Angleichung oder Nivellierung der optischen Leistung, die in jeden der EA-Modulatoren150 eingespeist wird, verwendet werden. Gleichzeitig kann jede dieser kurzen Frontsektionen als ein optischer Leistungsmonitor verwendet werden. Eine zweite längere Sektion jedes EA-Modulators150 würde die eigentliche Hochgeschwindigkeitsmodulation ausführen. - Während des Betriebes werden elektrische Datensignale durch die (nicht gezeigten) Treiberschaltungen zu jeweiligen EA-Modulatoren
150 geleitet, die dann die elektrischen Datensignale in eine Modulation der jeweiligen optischen Ausgangssignale umwandeln, welche die Datenströme darstellen. Die elektrischen Treiberschaltungen sind allgemein eine Hochfrequenz-Treiberelektronik mit bekannten oder herkömmlichen Designs und können in einem integrierten Schaltkreis140 zum Betreiben der Modulatoren150 hergestellt werden. Siehe zum Beispiel Douglas S. McPherson und Mitarbeiter, "A 3-V Fully Differential Distributed Limiting Driver for 40 Gb/s Optical Transmission Systems", IEEE J. of Solid State Circuits, Band 38, Nr. 9, Seiten 1485-1496, September 2003. - Eine Datenübertragung unter Verwendung einer beispielhaften Ausführungsform des Senders
100 wird allgemein wie folgt ausgeführt. Ein kontinuierlicher Ausgangsstrahl von gleichmäßiger Leistung von dem Laser110 , zum Beispiel einem optisch isolierten DFB-Laser, wird durch den 1 × N-Wellenleiterteiler130 in N Kanäle geteilt. Der optische Isolator115 in dem Treiberlaser110 gewährleistet, dass optische Reflexionen, die stromabwärts erzeugt werden, nicht in den Laser110 rückgekoppelt werden, wo sie Amplituden- oder Spektral-Instabilitäten hervorrufen könnten, die insbesondere unter scheinbar zufälligen Bitmustern, wie man sie häufig bei Datenübertragungen vorfindet, zu einem Problem werden können. Der Teiler130 speist die N getrennten Strahlen jeweils in N optische Wellenleiter in dem optischen integrierten Schaltkreis140 ein, und die N optischen Wellenleiter wiederum leiten jeweils Licht in N Modulatoren150 . Die Modulatoren150 modulieren jeweilige optische Strahlen so, dass sie die Daten, die übertragen werden, darstellen, bevor Ausgangsstrahlen von jeweiligen Modulatoren150 in jeweilige Fasern eingekoppelt werden, die ein Teil eines Bandes oder einer Anordnung sein können, das bzw. die als das Übertragungsmedium der optischen Kanäle160 verwendet wird. - Die Architektur des Senders
100 ermöglicht eine einfache Skalierbarkeit auf eine große Zahl optischer Kanäle160 , wenn sich die Erfordernisse eines Kommunikationsnetzes ändern. Insbesondere kann ein einzelner Treiberlaser110 oder eine Laserteileinheit, die den Treiberlaser110 enthält, über einen oder mehrere Zwischenstrahlteiler, zum Beispiel Wellenleiterteiler oder Faserteiler, an mehrere 1 × N-Teiler-Modulator-Teileinheiten190 angeschlossen werden.2 veranschaulicht ein Beispiel eines Senders200 , wobei eine optische Anschlussfaser120 von dem Treiberlaser110 an einen Faserteiler220 angeschlossen ist. Der Faserteiler220 wiederum leitet Eingangsstrahlen in mehrere 1 × N-Wellenleiterteiler130 und zugehörige optische integrierte Schaltkreise140 . In2 können die Teiler-Modulator-Teileinheiten, die 1 × N-Teiler130 und optische integrierte Schaltkreise140 enthalten, die gleichen wie die Teileinheiten190 sein, die oben mit Bezug auf1 beschrieben wurden, und die Laserteileinheit, die den Treiberlaser110 enthält, kann die gleiche wie die Teileinheit180 sein, außer dass der Laser110 möglicherweise eine Komponente von höherer optischer Leistung sein muss, um mehr optische Kanäle160 anzusteuern. Ein Vorteil der Konfiguration des Senders200 im Vergleich zum simplen Verwenden eines größeren Teilers und eines größeren integrierten Schaltkreises mit einer Modulatoranordnung besteht darin, dass kleinere Bauelemente eine bessere optische Ausrichtung über einen weiteren Temperaturbereich ermöglichen können, wenn die Wärmeausdehnungskoeffizienten des Teilers130 und des integrierten Schaltkreises140 verschieden sind, was allgemein auf Glaswellenleiter und EA-Modulatoren auf InP-Basis zutrifft. -
3 veranschaulicht einen Sender300 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, der EA-Modulatoren150 und optische Verstärker350 in einer Anordnung enthält, die in einem optischen integrierten Schaltkreis340 hergestellt ist. Die optischen Verstärker350 sind enthalten in Linie (in line), d. h. entlang derselben Wellenleiter wie jeweilige EA-Modulatoren150 , und können sich entweder vor oder hinter den jeweiligen Modulatoren150 befinden. Eine Möglichkeit, optische Verstärker350 herzustellen, ist die Verwendung bestens bekannter Techniken der Epitaxie auf ausgewählten Bereichen, um nahtlos aktive Strukturen aufwachsen zu lassen, die in einem gleichmäßigen Übergang mit EA-Modulatoren150 verbunden sind. Im Allgemeinen können die optischen Verstärker350 aus einem Material des Halbleiter-Spektrums bestehen und die gleiche Art aktiver Regionen aufweisen wie ein Laser in der gewünschten Wellenlängenregion, außer dass die optischen Verstärker350 mit gespaltenen Facetten terminiert sein können, die AR-Beschichtungen aufweisen, um ein Resonanzverhalten zu beseitigen. Selbst wenn optische Verstärker350 in dem integrierten Schaltkreis340 enthalten sind, wird die Komplexität des integrierten Schaltkreises340 verringert, und er dürfte einen höheren Produktionsertrag erbringen als ein integrierter Schaltkreis, der eine Anordnung von DFB-Treiberlasern enthält, da die optischen Verstärker350 keine frequenzselektive Struktur wie zum Beispiel ein eingebettetes Gitter erfordern. Wenn sich optische Verstärker350 in dem Sender300 befinden, so kann ein Treiberlaser110 mit geringerer Leistung, der optisch über den 1 × N-Strahlteiler130 mit dem integrierten Schaltkreis340 gekoppelt ist, verwendet werden, oder es kann in äquivalenter Form der Arbeitsentfernungsbereich der Datenübertragung erweitert werden. Beim Vergrößern der Verbindungslängen mit Faserverlusten von –0,4 db/km würde jedes db an erhöhter Kanalleistung die maximale Verbindungslänge um etwa 2,5 km vergrößern. Allerdings gestattet das endliche Chirpen (finite chirp), das mit EA-Modulatoren verbunden ist, es nicht, dass Verbindungslängen für eine Kommunikation mit 40 Gb/s unendlich vergrößert werden, indem einfach nur die verfügbare optische Leistung erhöht wird. Auf dem Gebiet der wirklichen Fernkommunikation (Hunderte von Kilometern) muss man sich des Problems des Dispersionsphänomens bewusst sein, wie zum Beispiel Polarisationsmodeneffekte bei höheren Datenraten (~ 40 Gb/s). Bestehende Kommunikationssysteme lösen diese Probleme, und wenn bei diesen größeren Verbindungslängen parallele Kanäle benötigt werden, so müssen entsprechende Maßnahmen ergriffen werden. - Gemäß einem oben angesprochenen Aspekt der Erfindung kann ein Mehrkanalsender mit hoher Bandbreite eine separate Laserteileinheit enthalten, die sich problemlos an eine oder mehrere Teiler-Modulator-Einheiten koppeln lässt. Jedoch kann in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ein einzelnes integriertes Bauelement einen Treiberlaser mit einem optischen Isolator, einen 1 × N-Wellenleiterteiler und einen optischen integrierten Schaltkreis enthalten, der eine N-Modulator-Anordnung mit oder ohne in Linie (inline) angeordneten optischen Verstärkern enthält.
4 zum Beispiel veranschaulicht einen Sender400 , wobei ein Einzelbaustein einen Treiberlaser110 , einen 1 × N-Strahlteiler130 und einen integrierten Schaltkreis340 enthält, der eine Anordnung von EA-Modulatoren150 und optischen Verstärkern350 enthält. Der Treiberlaser110 , der 1 × N-Strahlteiler130 und der integrierte Schaltkreis340 können im Wesentlichen so aufgebaut sein, wie es oben mit Bezug auf die1 und3 beschrieben wurde. Der Sender400 von4 enthält außerdem eine Kopplungsoptik420 zwischen dem Treiberlaser110 und dem 1 × N-Teiler130 . Die Kopplungsoptik420 kann bei Ausführungsformen der Erfindung, in denen der optische integrierte Schaltkreis340 Modulatoren mit polarisationsabhängigem Verhalten enthält, polarisationserhaltend sein, doch allgemeiner ausgedrückt, kollimiert und fokussiert die Kopplungsoptik420 den Ausgangsstrahl von dem Treiberlaser110 für eine effiziente Kopplung in den 1 × N-Teiler130 . - Ein Substrat
410 , das eine Leiterplatte, einen TE-Kühler oder sonstige Funktionselemente enthalten kann, dient als Montagebasis für den Treiberlaser110 und die Kopplungsoptik420 und kann darüber hinaus eine Basis für den Teiler130 , den optischen integrierten Schaltkreis340 und jegliche Modulatoransteuerungselektronik bilden, die nicht in dem integrierten Schaltkreis340 enthalten ist. Das Substrat410 kann auch die elektrische Durchkontaktierung und die Signal- und Stromabschlüsse sowohl für den Treiberlaser110 als auch den integrierten Schaltkreis340 bereitstellen. Außerdem sollte der Sender400 einen entsprechenden optischen Ausgang enthalten, der eine Einmodenfaseranordnung in Bandform (ribbon form) sein könnte oder der eine individuelle Terminierung haben könnte. Im Allgemeinen kann der Treiberlaser110 ein DFB-Laser sein, der an einem TE-Kühler montiert ist, der eine feste Temperatur für den Laser110 aufrecht erhält und das gesamte Substrat110 oder einen Teil des Substrats110 bilden kann. Solche TE-Kühler sind auf dem technischen Gebiet der DFB-Laser bestens bekannt und können in dem Sender400 sowie in den anderen oben beschriebenen Sendern enthalten sein. - Obgleich die Erfindung anhand bestimmter Ausführungsformen beschrieben wurde, ist die Beschreibung lediglich ein Beispiel für die Anwendung der Erfindung und darf nicht als Einschränkung verstanden werden. Verschiedene Adaptierungen und Kombinationen von Merkmalen der offenbarten Ausführungsformen liegen innerhalb des Geltungsbereichs der Erfindung, wie er durch die folgenden Ansprüche definiert ist.
Claims (17)
- Optischer Sender, aufweisend: einen Treiberlaser; einen 1 × N-Teiler, der so koppelt ist, dass er einen ersten Strahl von dem Treiberlaser in getrennte Strahlen teilt; und eine Anordnung von N Modulatoren, die so koppelt sind, dass sie jeweils die getrennten Strahlen von dem 1 × N-Strahlteiler empfangen, wobei die Modulatoren den jeweiligen Strahl so modulieren, dass er jeweilige Datensignale darstellt, die parallel übertragen werden.
- Sender nach Anspruch 1, wobei der Treiberlaser einen Laser mit verteilter Rückkopplung umfasst.
- Sender nach einem der Ansprüche 1 bis 2, der des Weiteren einen optischen Isolator in einem Strahlweg von dem Treiberlaser zu dem 1 × N-Teiler aufweist.
- Sender nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der 1 × N-Teiler einen Wellenleiterstrahlteiler aufweist.
- Sender nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die getrennten Strahlen von dem 1 × N-Teiler mehr als zwei an der Zahl sind.
- Sender nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei sich die Modulatoren in einem integrierten Schaltkreis befinden, der von dem Treiberlaser getrennt ist.
- Sender nach Anspruch 6, wobei der integrierte Schaltkreis eine Anordnung von optischen Verstärkern umfasst, wobei jeder der optischen Verstärker in Linie mit einem entsprechenden der Modulatoren angeordnet ist.
- Sender nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Modulatoren Elektroabsorptionsmodulatoren sind.
- Sender nach einem der Ansprüche 1 bis 8, der des Weiteren Folgendes aufweist: einen zweiten 1 × N-Teiler, der so gekoppelt ist, dass er einen zweiten Strahl von dem Treiberlaser in einen zweiten Satz getrennter Strahlen teilt; eine zweite Anordnung von N Modulatoren, die so gekoppelt sind, dass sie jeweils die getrennten Strahlen des zweiten Satzes empfangen, wobei die Modulatoren in der zweiten Anordnung den jeweiligen Strahl in dem zweiten Satz so modulieren, dass er jeweilige Datensignale darstellt, die parallel übertragen werden; und einen Strahlteiler, der einen Strahl von dem Treiberlaser so teilt, dass der erste Strahl und der zweite Strahl gebildet werden.
- Sender nach einem der Ansprüche 1 bis 9, der des Weiteren Folgendes aufweist: eine erste Teileinheit, die den 1 × N-Teiler und die Anordnung von Modulatoren enthält und eine erste optische Faser zum Einspeisen des ersten Strahls aufweist; und eine zweite Teileinheit, die den Treiberlaser enthält und eine zweite optische Faser für den optischen Ausgang von dem Treiberlaser aufweist, wobei die zweite optische Faser mit der ersten optischen Faser gekoppelt ist.
- Sender nach einem der Ansprüche 1 bis 10, der des Weiteren Folgendes aufweist: ein Substrat, auf dem der Treiberlaser montiert ist; und eine Kopplungsoptik, die auf dem Substrat zwischen dem Treiberlaser und dem 1 × N-Teiler montiert ist, wobei die Kopplungsoptik den ersten Strahl in den 1 × N-Teiler richtet.
- Sender nach einem der Ansprüche 1 bis 11, der des Weiteren eine optische Faser aufweist, durch die hindurch der erste Strahl zu dem 1 × N-Teiler gelangt.
- Sender nach Anspruch 12, wobei die Modulatoren ein polarisationsunabhängiges Verhalten aufweisen und die optische Faser eine optische Einmodenfaser aufweist.
- Datenübertragungsverfahren, das Folgendes aufweist: Erzeugen eines ersten Strahls; Richten des ersten Strahls in einen 1 × N-Teiler, der den ersten Strahl teilt und mehrere getrennter Strahlen erzeugt; und Modulieren der getrennten Strahlen, so dass jeweilige Datenströme dargestellt werden, die parallel übertragen werden.
- Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Erzeugen des ersten Strahls das Betreiben eines Lasers mit verteilter Rückkopplung umfasst.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 15, wobei das Richten des ersten Strahls das Koppeln einer ersten optischen Faser einer ersten Teileinheit, die einen Treiberlaser enthält, der den ersten Strahl erzeugt, an eine zweite optische Einheit, die den 1 × N-Teiler enthält, aufweist.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, wobei die getrennten Strahlen von dem 1 × N-Teiler mehr als zwei an der Zahl sind.
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R082 | Change of representative |
Representative=s name: DILG HAEUSLER SCHINDELMANN PATENTANWALTSGESELL, DE |
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R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: AVAGO TECHNOLOGIES GENERAL IP (SINGAPORE) PTE., SG Free format text: FORMER OWNER: AVAGO TECHNOLOGIES FIBER IP (SINGAPORE) PTE. LTD., SINGAPORE, SG Effective date: 20130605 |
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R082 | Change of representative |
Representative=s name: DILG HAEUSLER SCHINDELMANN PATENTANWALTSGESELL, DE Effective date: 20130605 |
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R016 | Response to examination communication | ||
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: BROADCOM INTERNATIONAL PTE. LTD., SG Free format text: FORMER OWNER: AVAGO TECHNOLOGIES GENERAL IP (SINGAPORE) PTE. LTD., SINGAPORE, SG Owner name: AVAGO TECHNOLOGIES INTERNATIONAL SALES PTE. LI, SG Free format text: FORMER OWNER: AVAGO TECHNOLOGIES GENERAL IP (SINGAPORE) PTE. LTD., SINGAPORE, SG |
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R082 | Change of representative |
Representative=s name: DILG, HAEUSLER, SCHINDELMANN PATENTANWALTSGESE, DE Representative=s name: DILG HAEUSLER SCHINDELMANN PATENTANWALTSGESELL, DE |
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R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: AVAGO TECHNOLOGIES INTERNATIONAL SALES PTE. LI, SG Free format text: FORMER OWNER: AVAGO TECHNOLOGIES INTERNATIONAL SALES PTE. LIMITED, SINGAPORE, SG Owner name: BROADCOM INTERNATIONAL PTE. LTD., SG Free format text: FORMER OWNER: AVAGO TECHNOLOGIES INTERNATIONAL SALES PTE. LIMITED, SINGAPORE, SG |
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R082 | Change of representative |
Representative=s name: DILG, HAEUSLER, SCHINDELMANN PATENTANWALTSGESE, DE |
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R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: AVAGO TECHNOLOGIES INTERNATIONAL SALES PTE. LI, SG Free format text: FORMER OWNER: BROADCOM INTERNATIONAL PTE. LTD., SINGAPUR, SG |
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R016 | Response to examination communication |