DE102020125577A1 - Dfb mit schwacher optischer rückkopplung - Google Patents

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Abstract

Ein Laser mit verteilter Rückkopplung plus Reflexion (DFB+R-Laser) umfasst eine aktive Sektion, eine passive Sektion, einen reflexionsarmen Spiegel (LR-Spiegel) und ein Etalon. Die aktive Sektion umfasst ein Gitter mit verteilter Rückkopplung (DFB-Gitter) und ist dazu ausgebildet, in einer Lasermode zu arbeiten. Die passive Sektion ist Ende an Ende mit der aktiven Sektion gekoppelt. Der LR-Spiegel ist auf oder in der passiven Sektion ausgebildet. Das Etalon umfasst einen Abschnitt des DFB-Gitters, die passive Sektion und den LR-Spiegel. Die Lasermode der aktiven-Sektion ist auf eine langwellige Kante eines Reflexionspeaks des Etalons ausgerichtet.

Description

  • QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
  • Die vorliegende Anmeldung beansprucht den Nutzen und die Priorität der Vorläufigen US-Anmeldung Nr. 62/908,990 , eingereicht am 1. Oktober 2019, und der Vorläufigen US-Anmeldung Nr. 62/938,151 , eingereicht am 20. November 2019. Die Anmeldung Nr. 62/908,990 und die Anmeldung Nr. 62/938,151 werden jeweils durch Verweis hierin mit aufgenommen.
  • GEBIET
  • Die hierin erörterten Ausführungsformen betreffen einen Distributed-Feedback-Laser (DFB-Laser) mit schwacher optischer Rückkopplung.
  • HINTERGRUND
  • Sofern hierin nicht anders angegeben, sind die hier beschriebenen Materialien nicht Stand der Technik zu den Ansprüchen in der vorliegenden Anmeldung und sind durch die Aufnahme in dieses Kapitel nicht als Stand der Technik zugelassen.
  • Laser sind bei einer Reihe von Anwendungen nützlich. Zum Beispiel können Laser im Bereich der optischen Kommunikation eingesetzt werden, um digitale Daten über ein Glasfasernetzwerk zu übertragen. Der Laser kann durch ein Modulationssignal, wie zum Beispiel ein digitales elektronisches Signal, moduliert werden, um ein auf einem Glasfaserkabel übertragenes optisches Signal zu erzeugen. Ein optisch empfindliches Bauelement, wie zum Beispiel eine Photodiode, wird zur Umwandlung des optischen Signals in ein digitales elektronisches Signal verwendet, das durch das Glasfasernetzwerk übertragen wird. Solche Glasfasernetzwerke erlauben es modernen Datenverarbeitungsgeräten, mit hoher Geschwindigkeit und über lange Strecken zu kommunizieren.
  • In verschiedenen Industriezweigen haben Bitraten für die Datenübertragung pro Kanal einen Wert von 100 Gigabit pro Sekunde (Gb/s) überschritten, was eine Senderleistung von über 60 Gigahertz (GHz) Bandbreite (BW) als in der Industrie gesetztes Ziel für das Format ohne Rückkehr nach Null (NRZ-Format) bei 100 Gb/s liefert. Wenngleich einige Elektroabsorptionsmodulatoren gezeigt haben, dass sie an eine Bandbreite von 60 GHz herankommen können, hinkte die Bandbreite von direkt modulierten Lasern (DML) wie zum Beispiel direkt modulierten DFB-Lasern mit ungefähr 30 GHz hinterher.
  • Der hierin beanspruchte Gegenstand ist nicht auf Implementierungen beschränkt, die irgendwelche Nachteile beheben oder die nur in einer Umgebung funktionieren, wie sie oben beschrieben wurde. Dieser Hintergrund soll vielmehr nur einen beispielhaften Technologiebereich veranschaulichen, wo einige der hierin beschriebenen Implementierungen praktisch angewandt werden können.
  • KU RZDARSTELLU NG
  • Mit dieser Kurzdarstellung soll eine Auswahl von Konzepten in einer vereinfachten Form eingeführt werden, die nachfolgend im Kapitel „Ausführliche Beschreibung“ weiter beschrieben werden. Diese Kurzdarstellung dient nicht der Ermittlung von Schlüsselmerkmalen oder essentiellen Eigenschaften des beanspruchten Gegenstandes und soll auch nicht als Hilfsmittel beim Festlegen des Umfangs des beanspruchten Gegenstandes verwendet werden.
  • Einige hierin beschriebene Ausführungsbeispiele betreffen allgemein einen DFB-Laser mit schwacher optischer Rückkopplung, der auch als Laser mit DFB plus Reflexion (DFB+R-Laser) bezeichnet wird.
  • In einem Ausführungsbeispiel umfasst ein DFB+R-Laser eine DFB-Sektion, einen hochreflektierenden Spiegel (HR-Spiegel), eine passive Sektion und einen reflexionsarmen Spiegel (LR-Spiegel). Die DFB-Sektion ist dazu ausgebildet, auf einer Lasermode zu arbeiten. Der HR-Spiegel ist mit einer Rückseite der DFB-Sektion gekoppelt. Die passive Sektion ist mit einer Vorderseite der DFB-Sektion gekoppelt. Der LR-Spiegel ist auf einer Vorderseite der passiven Sektion ausgebildet. Die passive Sektion, ein Abschnitt der DFB-Sektion auf der Vorderseite der DFB-Sektion sowie der LR-Spiegel bilden ein Etalon, das ein Reflexionsprofil mit periodischen Peaks und Tälern hat. Die Lasermode der DFB-Sektion ist auf eine langwellige Kante einer der periodischen Peaks des Reflexionsprofils des Etalons ausgerichtet.
  • In einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst ein DFB+R-Laser eine aktive Sektion, eine passive Sektion, einen LR-Spiegel und ein Etalon. Die aktive Sektion umfasst ein DFB-Gitter und ist dazu ausgebildet, auf einer Lasermode zu arbeiten. Die passive Sektion ist Ende an Ende mit der aktiven Sektion gekoppelt. Der LR-Spiegel ist auf oder in der passiven Sektion ausgebildet. Das Etalon umfasst einen Abschnitt des DFB-Gitters, die passive Sektion und den LR-Spiegel. Die Lasermode der aktiven-Sektion ist auf eine langwellige Kante eines Reflexionspeaks des Etalons ausgerichtet.
  • Figurenliste
  • Um die obigen und weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung weiter zu verdeutlichen, wird hier eine detailliertere Beschreibung anhand ihrer speziellen Ausführungsformen geliefert, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. Es versteht sich, dass diese Zeichnungen nur typische Ausführungsformen der Erfindung darstellen und daher nicht als deren Umfang einschränkend anzusehen sind. Die Erfindung wird mit weiterer Spezifizität und in ihren Einzelheiten anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben und erläutert. Darin zeigen:
    • 1 zeigt ein beispielhaftes Modulationsspektrum einer aktiven Sektion eines Lasers anhand eines DBR-Reflexionsprofils einer DBR-Sektion des Lasers;
    • 2 zeigt ein Modulationsspektrum eines direkt modulierten Lasers (DML-Modulationsspektrum) mit dem Photon-Photon-Resonanzeffekt;
    • 3 zeigt einen beispielhaften DFB+R-Laser, der dazu ausgebildet ist, den Effekt der Ladeverstimmung zu nutzen;
    • 4 zeigt verschiedene Reflexionsprofile in Verbindung mit einem Laser gemäß 9 und dem DFB+R-Laser gemäß 3;
    • 5 zeigt verschiedene Reflexionsprofile eines weiteren beispielhaften DFB+R-Lasers;
    • 6 zeigt verschiedene Spektren und S21-Antworten eines DFB+R-Lasers;
    • 7 zeigt einen weiteren beispielhaften DFB+R-Laser, der dazu ausgebildet ist, den Effekt der Ladeverstimmung zu nutzen;
    • 8 zeigt einen weiteren beispielhaften DFB+R-Laser, der dazu ausgebildet ist, den Effekt der Ladeverstimmung zu nutzen; und
    • 9 zeigt einen DFB-Laser nach dem Stand der Technik mit einer passiven Sektion und einer DFB-Sektion.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON EINIGEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
  • Anhand der Zeichnungen werden nun verschiedene Ausgestaltungen von beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. Es versteht sich, dass die Zeichnungen skizzenhafte und schematische Darstellungen solcher Ausführungsbeispiele sind und die vorliegende Erfindung nicht einschränken und dabei auch nicht zwangsläufig maßstabsgerecht gezeichnet sind.
  • Die vorliegende Anmeldung bezieht sich auf das am 28. August 2018 erteilte US-Patent Nr. 10,063,032 , das durch Verweis hierin mit einbezogen wird.
  • Die hierin beschriebenen Ausführungsformen nutzen den Effekt der Ladeverstimmung zur Verbesserung der Leistung eines DFB-Lasers, indem eine passive Sektion mit schwacher optischer Rückkopplung in den DFB-Laser integriert wird. Der Effekt der Ladeverstimmung wird zunächst im Kontext eines Lasers mit verteiltem Bragg-Reflektor (DBR-Laser) beschrieben, wobei anschließend seine Anwendbarkeit auf DFB-Laser erörtert wird.
  • 1 zeigt ein beispielhaftes Modulationsspektrum 102 einer aktiven Sektion eines Lasers anhand eines DBR-Reflexionsprofils 104 einer DBR-Sektion des Lasers, in der Anordnung gemäß mindestens einer hierin beschriebenen Ausführungsform. Wie dargestellt, ist eine Hauptlasermode 106 des Modulationsspektrums 102 auf eine langwellige Kante 108 eines Peaks des DBR-Reflexionsprofils 104 ausgerichtet. Demzufolge erfolgt das Lasern der aktiven Sektion bei einer Frequenz (oder Wellenlänge) an der langwelligen Kante des DBR-Sperrbandes.
  • Wenn der Laser moduliert wird (z.B. durch Modulation der aktiven Sektion), ändert sich die Laserfrequenz aufgrund eines Frequenz-Chirps in Richtung einer kürzeren Wellenlänge, da die Modulation von der Vorspannung für 0 Bit zu der Vorspannung für 1 Bit und in Richtung einer längeren Wellenlänge verläuft, wenn die Modulation von der Vorspannung für 1 Bit zu der für 0 Bit verläuft. Die Frequenz/Wellenlänge der Hauptlasermode 106 für 1 Bit bzw. 0 Bit ist in 1 mit einer entsprechenden vertikalen gestrichelten Linie gekennzeichnet, die jeweils mit 1 oder 0 beschriftet ist.
  • Der durch die Modulation erzeugte Frequenz-Chirp resultiert in einer Änderung der Reflexion, da sich die Hauptlasermode 106 an der langwelligen Kante des Reflexionsprofils 104 auf und ab bewegt. Insbesondere wenn die Modulation von der Vorspannung für 0 Bit zu der für 1 Bit verläuft, verschiebt sich die Wellenlänge der Hauptlasermode 106 in Richtung einer kürzeren Wellenlänge, was zu einer erhöhten Reflexion und somit einem geringeren Kavitätsverlust führt. Wenn die Modulation von der Vorspannung für 1 Bit zu der für 0 Bit verläuft, verschiebt sich die Wellenlänge der Hauptlasermode 106 in Richtung einer längeren Wellenlänge, was zu einer verminderten Reflexion und somit einem höheren Kavitätsverlust führt. Das Reflexionsvermögen des DBR-Bereichs des Lasers bei den jeweils 1 Bit und 0 Bit entsprechenden Wellenlängen ist in 1 mit einer entsprechenden horizontalen gestrichelten Linie gekennzeichnet, die jeweils mit 1 oder 0 beschriftet ist.
  • Genauer gesagt führt die schnelle Strommodulation der aktiven Sektion des Lasers zu Schwankungen in der Ladungsträgerdichte des Lasers. Dies führt nicht nur zu Schwankungen der optischen Verstärkung, sondern auch zu Indexschwankungen aufgrund des sogenannten alpha-Parameters des Materials. Diese Verstärkungs- und Indexschwankungen führen wiederum zu einem Anstieg der Intensitäts- bzw. Frequenzschwankungen des Laserlichts. Der relative Betrag der Frequenzmodulation verglichen mit der Intensitätsmodulation des Lasers wird durch den Chirp-Faktor beschrieben, der auch als alpha-Parameter oder Linienbreitenverbesserungsfaktor der Struktur bezeichnet wird. Wenn der Laser verstimmt ist, sodass sich die Lasermode 106 auf der langwelligen Kante des Peaks des Reflexionsprofils 104 befindet, führt die Indexmodulation zu einer Modulation der Kavitätsverluste, was die effektive Modulation (Nettoverstärkung) des Lasers vermindert oder erhöht. Laser-Chirp wird somit in eine effektive Verbesserung der Differenzverstärkung umgesetzt und verbessert so die Geschwindigkeit des Lasers. Der Effekt einer Ladeverstimmung beinhaltet den bzw. die Effekte, die unter Modulation auftreten, wenn die Lasermode 106 auf die langwellige Kante des Peaks des DBR-Reflexionsprofils 104 ausgerichtet ist, was eines oder mehrere von einer effektiven Verbesserung der Differenzverstärkung, einer verbesserten Geschwindigkeit und einer größeren Bandbreite beinhalten kann.
  • Der Effekt der Ladeverstimmung ist nicht auf DBR-Laser beschränkt. Tatsächlich kann der Effekt der Ladeverstimmung bei Halbleiterlasern implementiert sein, bei denen die Lasermode auf die langwellige Kante eines Peaks eines Reflexionsprofils eines Abschnitts des Halbleiterlasers gemäß mindestens einigen Ausführungsformen ausgerichtet ist.
  • Die hierin beschriebenen Ausführungsformen können zudem den Effekt der Photon-Photon-Resonanz (PPR) fördern, um die Leistung zu verbessern. Wenn ein DML wie zum Beispiel ein DFB-Laser oder DBR-Laser moduliert wird, verbreitern die Modulationsseitenbänder das Spektrum des DML um die Hauptlasermode herum. Wenn die Nebenmode der Laserkavität in dem Modulationsspektrum vorhanden ist, können solche Seitenbänder in die Nebenmode eingebunden und resonant verstärkt werden. Diese Situation ist in 2 dargestellt. Dieser Effekt wird als PPR-Effekt bezeichnet und kann die Modulationsantwort bei ungefähr einer Frequenz verbessern, die dem Frequenzunterschied zwischen Haupt- und Nebenmode entspricht. Der Frequenzabstand zwischen der Lasermode und der PPR-Mode kann als PPR-Frequenz bezeichnet werden. Die hierin beschriebenen Ausführungsformen können eine PPR-Frequenz in einem Bereich von 25 GHz bis 100 GHz, wie zum Beispiel etwa 30 GHz, oder in einem Bereich von 50 GHz bis 100 GHz, oder eine andere geeignete PPR-Frequenz haben. Bei gekühlten Anwendungen kann die PPR-Frequenz zum Beispiel in einem Bereich von 50 GHz bis 100 GHz liegen. Als weiteres Beispiel kann die Bandbreite des Lasers bei einer ungekühlten Anwendung mit 50 Gigabaud etwa 35 GHz betragen, und die PPR-Frequenz kann etwa 30 GHz betragen.
  • Die hierin beschriebenen Ausführungsformen umfassen DFB-Laser mit einer passiven Sektion mit schwacher optischer Rückkopplung, wobei die DFB-Laser dazu ausgebildet sind, den Effekt der Ladeverstimmung zu nutzen. DFB-Laser mit einer passiven Sektion sind bekannt, aber solche bekannten DFB-Laser nutzen nicht den Effekt der Ladeverstimmung.
  • 9 zeigt einen DFB-Laser 900 nach dem Stand der Technik mit einer passiven Sektion 902 und einer DFB-Sektion 904. Der DFB-Laser 900 kann als Laser mit passiver Rückkopplung bzw. PFL-Laser 900 bezeichnet werden. Die DFB-Sektion 904 umfasst ein DFB-Gitter 906, das in eine Multiquantumwell-Verstärkungsschicht 908 (MQW-Schicht) geätzt ist. Ein hochreflektierender Spiegel (HR-Spiegel) 910, z.B. mit einem Reflexionsvermögen von 95%, ist auf einer hinteren Facette der passiven Sektion 902 ausgebildet. Eine Antireflexionsbeschichtung (AR-Beschichtung) 912 ist auf einer vorderen Facette der DFB-Sektion 904 ausgebildet. Ein Etalon 914 ist in der passiven Sektion 902 durch den HR-Spiegel 910 und einen Abschnitt des DFB-Gitters 906 auf der Rückseite der DFB-Sektion 904 ausgebildet. Das DFB-Gitter 906 hat ein starkes Kappa von etwa 500 cm-1. Bei einer starken Reflexion von dem HR-Spiegel 910 verschlechtert sich das Nebenmodenunterdrückungsverhältnis (SMSR), wenn kein starkes Kappa verwendet wird. Wenn der PFL 900 mit dem HR-Spiegel 910 und dem DFB-Gitter 906 mit starkem Kappa ausgebildet ist, wird eine externe Kavitätsmode angeregt, die die Modulationsseitenbänder der DFB-Mode (z.B. den PPR-Effekt) resonant verstärken kann, was in einer Modulationsbandbreite von 37 GHz bei 1310 nm resultiert. Die Verbesserung der Geschwindigkeit bei dem PFL 900 ist hauptsächlich auf den PPR-Effekt zurückzuführen, und die Ladungsträger-Photon-Resonanzfrequenz (Fr) ist relativ niedrig, z.B. 12 GHz. Das starke Kappa des DFB-Gitters 906 stabilisiert die DFB-Mode auch dann, wenn der HR-Spiegel 910 eine starke Rückkopplung erzeugt. Das DFB-Gitter 906 ist direkt in die MQW-Schicht 908 geätzt, was die Verstärkungseigenschaften und die Zuverlässigkeit verschlechtern kann. Die MQW-Schicht 908 kann InGaAsP enthalten; InGaAlAs kann aufgrund der Oxidation von Aluminium nicht in der MQW-Schicht 908 verwendet werden.
  • 9 zeigt außerdem ein Reflexionsprofil 916 des Etalon 914. Das Reflexionsprofil 916 ist aufgrund des HR-Spiegels 910 im Wesentlichen flach. Insbesondere funktioniert das Etalon 914 als Allpassfilter oder Gires-Tournois-Interferometer (GT-Interferometer), das im Allgemeinen die Dispersion in Abhängigkeit von der Wellenlänge modifiziert, aber die Reflexion nicht allgemein in Abhängigkeit von der Wellenlänge modifiziert. Infolge der durch den HR-Spiegel 910 verursachten Flachheit des Reflexionsprofils besteht eine unzureichende Filterkante, auf die die Lasermode ausgerichtet werden kann, um einen ausgeprägten Effekt der Ladeverstimmung bereitzustellen, was den Effekt der Ladeverstimmung bei dem PFL 900 im Wesentlichen eliminiert.
  • Durch das starke Kappa des DFB-Gitters 906 bei dem PFL 900 wird der Effekt der Ladeverstimmung bei dem PFL 900 weiter verringert oder eliminiert. Insbesondere wird durch das starke Kappa der Einfluss von reflektiertem Licht auf die Schwellenwertverstärkung der aktiven Sektion 904 verringert.
  • 3 zeigt einen beispielhaften DFB-Laser 300, der dazu ausgebildet ist, den Effekt der Ladeverstimmung zu nutzen, in einer Anordnung gemäß mindestens einer hierin beschriebenen Ausführungsform. Wie dargestellt, umfasst der DFB-Laser 300 eine passive Sektion 302 und eine DFB-Sektion 304 (auch als aktive Sektion bezeichnet). Die passive Sektion 302 ist mit einer Vorderseite 303 der DFB Sektion 304 gekoppelt. Die passive Sektion 302 kann eine Länge in einem Bereich von 100 bis 250 Mikrometern, wie zum Beispiel 120 Mikrometer, haben. Die DFB-Sektion 304 kann eine Länge in einem Bereich von 50 bis 200 Mikrometern, wie zum Beispiel 100 Mikrometer, haben.
  • Die DFB-Sektion 304 kann ein DFB-Gitter 306 aufweisen, das in, auf oder über einer MQW-Verstärkungsschicht 308 oder einer anderen geeigneten Verstärkungsschicht ausgebildet ist. Das DFB-Gitter 306 kann einen ersten und einen zweiten Gitterabschnitt mit einer Phasenverschiebung dazwischen aufweisen. Das DFB-Gitter 306 kann ein Kappa x Länge, z.B. kL, in einem Bereich von 1,0 bis 1,8 Mikrometern, oder ein anderes geeignetes kL haben.
  • Ein HR-Spiegel 310 ist auf einer Rückseite 305, z.B. auf einer hinteren Facette, der DFB-Sektion 304 ausgebildet. Der HR-Spiegel 310 kann mit der Rückseite 305 der DFB-Sektion 304 gekoppelt sein. Der HR-Spiegel 310 kann ein Reflexionsvermögen von 30% oder mehr, 50% oder mehr, 70% oder mehr oder sogar 90% oder mehr haben. Bei anderen Ausführungsformen kann ein DBR-Spiegel mit ähnlichem Reflexionsvermögen (z.B. von 30% oder mehr, 50% oder mehr, 70% oder mehr, oder sogar 90% oder mehr) anstelle des HR-Spiegels 310 verwendet werden und kann als HR-DBR-Spiegel bezeichnet werden. Der hierin verwendete Begriff „HR-Spiegel“ umfasst HR-Beschichtungen/HR-Spiegel sowie HR-DBR-Spiegel.
  • Ein reflexionsarmer Spiegel (LR-Spiegel) 312 ist auf einer Vorderseite 307, z.B. auf einer vorderen Facette, der passiven Sektion 302 ausgebildet. Der LR-Spiegel 312 kann mit der Vorderseite 307 der passiven Sektion 302 gekoppelt sein. Der LR-Spiegel 312 kann ein Reflexionsvermögen von 15% oder weniger, 10% oder weniger oder sogar 5% oder weniger haben, wie zum Beispiel 4% oder 3%. Bei einigen Ausführungsformen hat der LR-Spiegel 312 ein Reflexionsvermögen in einem Bereich von 0,5% bis 15% oder in einem Bereich von 3% bis 8%. Ein Etalon 314 ist zwischen einem Abschnitt des DFB-Gitters 306 auf der Vorderseite der DFB-Sektion 304 und dem LR-Spiegel 312 ausgebildet. Der DFB-Laser 300 bildet ein Bauform mit einer komplexen Kavität, die aus einem DFB-Laser selbst, z.B. der DFB-Sektion 304, und dem Etalon 314 besteht. Das Etalon 314 ist dazu ausgebildet, den Kavitätsverlust infolge von Frequenz-Chirp dynamisch zu modifizieren, wenn die DFB-Sektion 304 moduliert wird. Der DFB-Laser 300 kann als DFB+R-Laser 300 (z.B. Laser mit DFB plus (schwacher) Reflexion) bezeichnet werden.
  • Der DFB+R-Laser 300 kann zusätzlich einen Modulationskontakt 309 und einen Vorspannungskontakt 311 aufweisen, die mit der DFB-Sektion 304 bzw. der passiven Sektion 302 elektrisch gekoppelt sind. Ein Modulationssignal 313 kann über den Modulationskontakt 309 zu der DFB-Sektion 304 übertragen werden, um die DFB-Sektion 304 zu modulieren. Ein Vorspannungssignal 315 kann über den Vorspannungskontakt 311 zu der passiven Sektion 302 übertragen werden. Die Modulation der DFB-Sektion 304 kann den Kavitätsverlust des DFB+R-Lasers 300 modulieren und kann eine Frequenz Fr des DFB+R-Lasers 300 erhöhen.
  • 4 zeigt verschiedene Reflexionsprofile 400 in Verbindung mit dem PFL-Laser 900 von 9 und dem DFB+R-Laser 300 von 3, in einer Anordnung gemäß mindestens einer hierin beschriebenen Ausführungsform. Die Reflexionsprofile 300 umfassen des Reflexionsprofil 916 des Etalon 914 des PFL 900 von 9 (nachfolgend PFL-Reflexionsprofil 916), ein Reflexionsprofil 402 des DFB-Gitters 306 (nachfolgend DFB-Reflexionsprofil 402) und ein Reflexionsprofil 404 der Kombination aus DFB-Gitter 306 und LR-Spiegel 312 (mit einem Reflexionsvermögen von 3%) (nachfolgend das kombinierte DFB+R-Reflexionsprofil 404), bei Betrachtung von der DFB-Sektion 304 in Richtung zu dem Ausgang des DFB+R-Lasers 300. Wie aus dem DFB+R-Reflexionsprofil 404 in 4 hervorgeht, erzeugt das durch das DFB-Gitter 306 und den LR-Spiegel 312 gebildete Etalon 314 ein starke Welligkeit und damit einen starken Effekt der Ladeverstimmung. Im Vergleich dazu verschwindet die Welligkeit in dem PFL-Reflexionsprofil 916 da, wo der Wellenleiterverlust gering ist, weil das Etalon 914 mit dem HR-Spiegel 910 als GT-Interferometer wirkt. Daher gibt es bei dem PFL-Laser 900 nur noch einen Dispersionseffekt, und der Effekt der Ladeverstimmung in dem imaginären Teil verschwindet, wenn die HR-Beschichtung 910 auf die Facette der passiven Sektion 902 gegenüber der DFB-Sektion 904 aufgebracht wird.
  • 5 zeigt verschiedene Reflexionsprofile 502, 504, 506 eines weiteren beispielhaften DFB+R-Lasers, in einer Anordnung gemäß mindestens einer hierin beschriebenen Ausführungsform. Der DFB+R-Laser kann mit dem DFB+R-Laser 300 von 3 identisch oder diesem ähnlich sein, wobei ein LR-Spiegel des DFB+R-Lasers von 5 ein Reflexionsvermögen von 4% hat.
  • Das Reflexionsprofil 502 ist ein Reflexionsprofil eines DFB-Gitters des DFB+R-Lasers (nachfolgend DFB-Reflexionsprofil 502). Das Reflexionsprofil 504 ist ein Reflexionsprofil der Kombination aus DFB-Gitter und LR-Spiegel (mit einem Reflexionsvermögen von 4%) bei niedriger Vorspannung (nachfolgend Kombination aus DFB+R-Reflexionsprofil 504 mit niedriger Vorspannung), bei Betrachtung von der DFB-Sektion in Richtung zu dem Ausgang des DFB+R-Lasers. Das Reflexionsprofil 506 ist ein Reflexionsprofil der Kombination aus DFB-Gitter und LR-Spiegel (mit einem Reflexionsvermögen von 4%) bei hoher Vorspannung (nachfolgend Kombination aus DFB+R-Reflexionsprofil 506 mit hoher Vorspannung), bei Betrachtung von der DFB-Sektion in Richtung zu dem Ausgang des DFB+R-Lasers. Es besteht eine Verschiebung von der Kombination aus DFB+R-Reflexionsprofil 504 mit niedriger Vorspannung zu der Kombination aus DFB+R-Reflexionsprofil 504 mit hoher Vorspannung, wenn die Vorspannung infolge einer Verstärkungskompression des DFB+R-Lasers zunimmt. Diese Verschiebung ist geringer als der unter Modulation auftretende Frequenz-Chirp, da sich der Index der passiven Sektion nicht dynamisch ändert.
  • Wie in 5 dargestellt, hat jedes der kombinierten DFB+R-Reflexionsprofile 504, 506 periodische Reflexionspeaks (bzw. Welligkeit) und Täler, und eine Hauptlasermode 508 der DFB-Sektion ist auf eine langwellige Kante eines der periodischen Peaks ausgerichtet. Die Kante des Peaks, auf den die Hauptlasermode 508 ausgerichtet ist, kann relativ steil sein. Zum Beispiel kann die Kante des Peaks eine Steigung von mindestens 0,002 GHz-1 haben, wie zum Beispiel eine Steigung von etwa 0,006 GHz-1, bei der Hauptlasermode 508. Bei einigen Ausführungsformen kann die Steigung in einem Bereich von 0,002 GHz-1 bis 0,009 GHz-1 liegen. Wenn der DFB+R-Laser von der 1 Bit entsprechenden Intensität auf die 0 Bit entsprechende Intensität intensitätsmoduliert wird, verschiebt der Frequenz-Chirp die Hauptlasermode 508 auf eine kürzere Wellenlänge, z.B. auf die gechirpte Lasermode 510. Der Frequenz-Chirp erhöht das Reflexionsvermögen des Etalons des DFB+R-Lasers und reduziert daher dynamisch den Verlust an Kavität. Dies bedeutet einen effektiven Anstieg der Differenzverstärkung, und daher verbessert sich die Geschwindigkeit des Lasers gemäß dem Effekt der Ladeverstimmung. Bei einigen Ausführungsformen wird somit durch die hierin beschriebene Modulation der DFB-Sektion eines DFB+R-Lasers der Kavitätsverlust des DFB+R-Lasers moduliert, und die Eigengeschwindigkeit des DFB+R-Lasers wird erhöht.
  • 5 zeigt außerdem eine PPR-Mode für jedes der kombinierten DFB+R-Reflexionsprofile 504, 506 mit niedriger und hoher Vorspannung auf der langwelligen Seite der Hauptlasermode 508. Die PPR-Frequenz kann in einem Bereich von 50 GHz bis 100 GHz liegen. 5 zeigt somit, dass der Effekt der Ladeverstimmung und der PPR-Effekt bei Ausführungsformen des hierin beschriebenen DFB+R-Lasers nebeneinander vorliegen können, im Gegensatz zu dem PFL 900 von 9, der den PPR-Effekt, aber nicht den Effekt der Ladeverstimmung nutzt.
  • 5 zeigt ferner die 3-dB-Bandbreite und Fr bei 25°C eines hierin beschriebenen DFB+R-Lasers, wo der LR-Spiegel ein Reflexionsvermögen von 5% hat, die DFB-Sektion eine Länge von 80 Mikrometern hat und die passive Sektion eine Länge von 120 Mikrometern hat. Wie dargestellt, hat der DFB+R-Laser ein Fr von etwa 40 GHz und eine 3-dB-Bandbreite von etwa 55 GHz.
  • 6 zeigt verschiedene Spektren 602 und S21-Antworten 604 eines DFB+R-Lasers, in einer Anordnung gemäß mindestens einer hierin beschriebenen Ausführungsform. Die Spektren 602 umfassen ein Modulationsspektrum 606 einer DFB-Sektion, wie sie in dem DFB+R-Laser implementiert sein kann, jedoch ohne Rückkopplung, z.B. von einem Etalon des DFB+R-Lasers. Die Spektren 602 umfassen außerdem ein Modulationsspektrum 608 des DFB+R-Lasers (z.B. dieselbe zu dem Modulationsspektrum 606 gehörige DFB-Sektion, jedoch ohne Rückkopplung von dem Etalon). Das Modulationsspektrum 606 der DFB-Sektion ohne Rückkopplung hat eine Hauptlasermode 610 und eine PPR-Mode 612. Das SMSR kann größer sein als 40 dB bei einem Reflexionsvermögen des LR-Spiegels von 5%.
  • Die S21-Antworten 604 umfassen eine S21-Antwort 614 eines herkömmlichen DFB-Lasers (z.B. ohne Rückkopplung von dem Etalon) und verschiedene S21-Antworten 616 des DFB+R-Lasers, wo eine dem in dem DFB+R-Laser wandernden Licht verliehene Phasenverschiebung in der passiven Sektion etwa 180 Grad beträgt, was dazu führt, dass die Lasermode auf die kurzwellige Seite einer der Etalon-Wellen ausgerichtet wird und die Leistung schlechter wird. Die S21-Antworten umfassen zusätzlich verschiedene S21-Antworten 618, wo die dem in dem DFB+R-Laser wandernden Licht verliehene Phasenverschiebung auf etwa 20 Grad durchgestimmt wird, was dazu führt, dass die Lasermode auf die langwellige Seite einer der Etalon-Wellen ausgerichtet wird und die Geschwindigkeit verbessert wird, z.B. ein schnelleres Fr erzielt wird. Wie aus den S21-Antworten 604 hervorgeht, wird durch die Ausrichtung der Hauptlasermode auf die kurzwellige Seite einer der Etalon-Wellen die Leistung im Vergleich zu herkömmlichen DFB-Lasern verschlechtert (langsameres Fr), während durch die Ausrichtung der Hauptlasermode auf die langwellige Seite einer der Etalon-Wellen die Leistung im Vergleich zu herkömmlichen DFB-Lasern verbessert wird (schnelleres Fr).
  • 7 zeigt einen weiteren beispielhaften DFB+R Laser 700, der dazu ausgebildet ist, den Effekt der Ladeverstimmung zu nutzen, in einer Anordnung gemäß mindestens einer hierin beschriebenen Ausführungsform. Wie dargestellt, umfasst der DFB+R-Laser 700 eine passive Sektion 702 und eine DFB-Sektion 704 (auch als aktive Sektion bezeichnet). Die passive Sektion 702 ist mit einer Vorderseite 703 der DFB Sektion 704 gekoppelt. Die passive Sektion 702 kann eine Länge in einem Bereich von 100 bis 250 Mikrometern, wie zum Beispiel 120 Mikrometer, haben. Die DFB-Sektion 704 kann eine Länge in einem Bereich von 50 bis 200 Mikrometern, wie zum Beispiel 100 Mikrometer, haben.
  • Die DFB-Sektion 704 kann ein DFB-Gitter 706 umfassen, das in, auf oder über einer MQW-Verstärkungsschicht 708 oder einer anderen geeigneten Verstärkungsschicht ausgebildet ist. Das DFB-Gitter 706 kann einen ersten und einen zweiten Gitterabschnitt mit einer Phasenverschiebung dazwischen umfassen. Das DFB-Gitter 706 kann ein kL in einem Bereich von 0,5 bis 2,0 Mikrometern oder einen anderen geeigneten Wert haben.
  • Ein HR-Spiegel 710 ist auf einer Rückseite 705, z.B. auf einer hinteren Facette, der DFB-Sektion 704 ausgebildet. Der HR-Spiegel 710 kann mit der Rückseite 705 der DFB-Sektion 704 gekoppelt sein. Der HR-Spiegel 710 kann ein Reflexionsvermögen von 30% oder mehr, 50% oder mehr, 70% oder mehr oder sogar 90% oder mehr haben. Bei anderen Ausführungsformen kann ein DBR-Spiegel mit ähnlichem Reflexionsvermögen (z.B. von 30% oder mehr, 50% oder mehr, 70% oder mehr, oder sogar 90% oder mehr) anstelle des HR-Spiegels 710 verwendet werden und kann als HR-DBR-Spiegel bezeichnet werden.
  • Ein reflexionsarmer Spiegel (LR-Spiegel) 712 ist auf einer Vorderseite 707 der passiven Sektion 702 ausgebildet, z.B. in der passiven Sektion 702 in der Nähe einer vorderen Facette oder Ausgangsfacette des DFB+R-Lasers 700. Der LR-Spiegel 712 kann mit der Vorderseite 707 der passiven Sektion 702 gekoppelt sein. Der LR-Spiegel 712 kann ein Reflexionsvermögen von 15% oder weniger, 10% oder weniger oder sogar 5% oder weniger haben, wie zum Beispiel 4% oder 3%. Bei einigen Ausführungsformen hat der LR-Spiegel 712 ein Reflexionsvermögen in einem Bereich von 0,5% bis 15% oder in einem Bereich von 3% bis 8%. In dem Beispiel von 7 umfasst der LR-Spiegel 712 einen in der passiven Sektion 702 ausgebildeten LR-DBR. Eine Länge des LR-DBR des LR-Spiegels 712 kann relativ kurz sein, wie zum Beispiel 20 Mikrometer oder weniger. Ein Kappa des LR-DBR des LR-Spiegels 712 kann 50 cm-1 oder mehr betragen. Eine AR-Beschichtung 716 kann auf der Ausgangsfacette des DFB+R-Lasers 700 ausgebildet sein.
  • Analog zu dem Beispiel von 3 ist ein Etalon 718 zwischen einem Abschnitt des DFB-Gitters 706 auf der Vorderseite der DFB-Sektion 704 und dem LR-Spiegel 712 ausgebildet. Der DFB+R-Laser 700 bildet ein Bauform mit einer komplexen Kavität, die aus einem DFB-Laser selbst, z.B. der DFB-Sektion 704, und dem Etalon 714 besteht. Das Etalon 714 ist dazu ausgebildet, den Kavitätsverlust infolge von Frequenz-Chirp dynamisch zu modifizieren, wenn die DFB-Sektion 704 moduliert wird. Demzufolge kann der DFB+R-Laser 700 von 7 den Effekt der Ladeverstimmung zur Verbesserung der Leistung nutzen.
  • Der DFB+R-Laser 700 kann zusätzlich einen Modulationskontakt 713 und einen Vorspannungskontakt 715 aufweisen, die jeweils mit der DFB-Sektion 704 und der passiven Sektion 702 elektrisch gekoppelt sind. Ein Modulationssignal 717 kann über den Modulationskontakt 713 zu der DFB-Sektion 704 übertragen werden, um die DFB-Sektion 704 zu modulieren. Ein Vorspannungssignal 719 kann über den Vorspannungskontakt 715 zu der passiven Sektion 702 übertragen werden. Die Modulation der DFB-Sektion 704 kann den Kavitätsverlust des DFB+R-Lasers 700 modulieren und kann eine Frequenz Fr des DFB+R-Lasers 700 erhöhen.
  • 7 zeigt außerdem ein Modulationsspektrum 720 und verschiedene S21-Antworten 722 des DFB+R-Lasers 700. Wie aus dem Modulationsspektrum 720 hervorgeht, unterdrückt der DFB+R-Laser 700 Moden außerhalb eines breitbandigen DBR-Spiegels (Bandbreite von -10 nm).
  • Die S21-Antworten 722 umfassen verschiedene S21-Antworten des DFB+R-Lasers 700 bei unterschiedlichen Kappas für den LR-DBR des LR-Spiegels 712. Wie dargestellt, werden die Peaks der S21-Antworten 722 im Allgemeinen stärker ausgeprägt und verschieben sich in Richtung einer höheren Frequenz mit höherem Kappa.
  • 8 zeigt einen weiteren beispielhaften DFB+R Laser 800, der dazu ausgebildet ist, den Effekt der Ladeverstimmung zu nutzen, in einer Anordnung gemäß mindestens einer hierin beschriebenen Ausführungsform. Der DFB+R-Laser umfasst die Ausführung eines Lasers mit moduliertem Gitter und Y-Abzweig (MGY-Laser), z.B. mit zwei modulierten Gitterabzweigen (MG-DBR Links und MG-DBR Rechts in 8), die über eine passive Sektion mit S-Kurven und einen Multimode-Interferenz-Koppler (MMI-Koppler) mit einem DFB-Laser gekoppelt sind.
  • Der linke und rechte MG-DBR-Abzweig können jeweils ein entsprechendes DBR-Gitter aufweisen, das jeweils in einem anderen Abstand von dem DFB-Laser angeordnet ist, um zwecks Erweiterung der Antwort eine Vielzahl von PPR bei verschiedenen Frequenzen anzuregen.
  • Der MMI-Koppler kann einen 1x2-, 1x3- oder allgemeiner einen 1xn-MMI-Koppler (wo n eine ganze Zahl ist) umfassen.
  • Die Lasermode des DFB-Lasers kann auf eine langwellige Kante eines Reflexionsprofils des linken und rechten MG-DBR-Abzweigs ausgerichtet sein, um den Effekt der Ladeverstimmung zu nutzen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 62/908990 [0001]
    • US 62/938151 [0001]
    • US 10063032 [0013]

Claims (20)

  1. Laser mit verteilter Rückkopplung plus Reflexion (DFB+R-Laser), aufweisend: eine Sektion mit verteilter Rückkopplung (DFB-Sektion), die dazu ausgebildet ist, in einer Lasermode zu arbeiten; einen hochreflektierenden Spiegel (HR-Spiegel), der mit einer Rückseite der DFB Sektion gekoppelt ist; eine passive Sektion, die mit einer Vorderseite der DFB Sektion gekoppelt ist; und einen reflexionsarmen Spiegel (LR-Spiegel), der auf einer Vorderseite der passiven Sektion ausgebildet ist; wobei die passive Sektion, ein Abschnitt der DFB-Sektion auf der Vorderseite der DFB-Sektion und der LR-Spiegel ein Etalon bilden, das ein Reflexionsprofil mit periodischen Peaks und Tälern besitzt, und wobei die Lasermode der DFB-Sektion auf eine langwellige Kante eines der periodischen Peaks des Reflexionsprofils des Etalons ausgerichtet ist.
  2. DFB+R-Laser nach Anspruch 1, wobei der LR-Spiegel ein Reflexionsvermögen von 15% oder weniger hat.
  3. DFB+R-Laser nach Anspruch 1, wobei der LR-Spiegel ein Reflexionsvermögen von 10% oder weniger hat.
  4. DFB+R-Laser nach Anspruch 1, wobei die passive Sektion dazu ausgebildet ist, dem sich in dem DFB+R-Laser ausbreitenden Licht eine Phasenverschiebung von etwa 20 Grad zu verleihen.
  5. DFB+R-Laser nach Anspruch 1, wobei der HR-Spiegel ein Reflexionsvermögen von 30% oder mehr hat.
  6. DFB+R-Laser nach Anspruch 1, ferner aufweisend einen Modulationskontakt, der mit der DFB-Sektion gekoppelt ist und dazu ausgebildet ist, ein Modulationssignal zu der DFB-Sektion zu übertragen, um die DFB-Sektion zu modulieren, wobei die Modulation der DFB-Sektion den Kavitätsverlust des DFB+R-Lasers moduliert und die Ladungsträger-Photon-Resonanzfrequenz (Fr) des DFB+R-Lasers erhöht.
  7. DFB+R-Laser nach Anspruch 1, wobei eine Länge der passiven Sektion in einem Bereich von 100 Mikrometern bis 250 Mikrometern liegt.
  8. DFB+R-Laser nach Anspruch 1, wobei der HR-Spiegel einen HR-Spiegel mit verteiltem Bragg-Reflektor (HR-DBR-Spiegel) aufweist.
  9. DFB+R-Laser nach Anspruch 1, ferner aufweisend eine Photon-Photon-Resonanzfrequenz von mindestens 25 Gigahertz.
  10. Laser mit verteilter Rückkopplung plus Reflexion (DFB+R-Laser), aufweisend: eine aktive Sektion, die ein Gitter mit verteilter Rückkopplung (DFB-Gitter) aufweist und die dazu ausgebildet ist, in einer Lasermode zu arbeiten. eine passive Sektion, die Ende an Ende mit der aktiven Sektion gekoppelt ist; einen reflexionsarmen Spiegel (LR-Spiegel), der auf oder in der passiven Sektion ausgebildet ist; und ein Etalon, das einen Abschnitt des DFB-Gitters, die passive Sektion und den LR-Spiegel umfasst, wobei die Lasermode der aktiven-Sektion auf eine langwellige Kante eines Reflexionspeaks des Etalons ausgerichtet ist.
  11. DFB+R-Laser nach Anspruch 10, wobei die langwellige Kante des Reflexionspeaks des Etalons bei der Lasermode eine Steigung größer als 0,002 Gigahertz-1 (GHz-1) hat.
  12. DFB+R-Laser nach Anspruch 10, wobei der LR-Spiegel eine auf einer Ausgangsfacette des DFB+R-Lasers gebildete LR-Beschichtung aufweist.
  13. DFB+R-Laser nach Anspruch 10, wobei der LR-Spiegel einen in der passiven Sektion ausgebildeten reflexionsarmen verteilten Bragg-Reflektor (LR-DBR) aufweist, wobei der DFB+R-Laser ferner eine Antireflexionsbeschichtung aufweist, die auf einer Ausgangsfacette der passiven Sektion ausgebildet ist.
  14. DFB+R-Laser nach Anspruch 13, wobei eine Länge des LR-DBR 20 Mikrometer oder weniger beträgt.
  15. DFB+R-Laser nach Anspruch 13, wobei ein Kappa des LR-DBR mindestens 50 Zentimeter-1 (cm-1) beträgt.
  16. DFB+R-Laser nach Anspruch 10, wobei der LR-Spiegel ein Reflexionsvermögen von 5% oder weniger hat.
  17. DFB+R-Laser nach Anspruch 10, ferner mit einem HR-Spiegel, der auf einer Rückseite der DFB-Sektion ausgebildet ist, wobei der HR-Spiegel ein Reflexionsvermögen von 30% oder mehr hat.
  18. DFB+R-Laser nach Anspruch 17, wobei der HR-Spiegel einen HR-Spiegel mit verteiltem Bragg-Reflektor (HR-DBR-Spiegel) aufweist.
  19. DFB+R-Laser nach Anspruch 10, ferner aufweisend einen Modulationskontakt, der mit der aktiven Sektion gekoppelt ist und dazu ausgebildet ist, ein Modulationssignal zu der aktiven Sektion zu übertragen, um die aktive Sektion zu modulieren, wobei die Modulation der aktiven Sektion den Kavitätsverlust des DFB+R-Lasers moduliert und die Ladungsträger-Photon-Resonanzfrequenz (Fr) des DFB+R-Lasers erhöht.
  20. DFB+R-Laser nach Anspruch 10, ferner mit einer Photon-Photon-Resonanzfrequenz, die von der Lasermode der aktiven Sektion durch einen Frequenzabstand von mindestens 25 Gigahertz getrennt ist.
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