DE10301624A1

DE10301624A1 - Mode-Filterungs-und Mode-Auswahlverfahren für einen Multi-Mode-Wellenleiter und Wellenleiter

Info

Publication number: DE10301624A1
Application number: DE2003101624
Authority: DE
Inventors: Duck Young Kim; Yong Woo Park; Nak Hyoun Sung; Young Choon Yook
Original assignee: Gwangju Institute of Science and Technology
Current assignee: Gwangju Institute of Science and Technology
Priority date: 2003-01-17
Filing date: 2003-01-17
Publication date: 2004-07-29

Abstract

Ein Mode-Filterungs- und ein Mode-Auswahlverfahren für einen Multi-Mode-Wellenleiter und die Anwendung dieser Verfahren in einem Wellenleiter aus einer optischen Faser, einem Wellenleiterverstärker, einem Halbleiterlaser und einem Laser des VCSEL-Typs werden beschrieben. Diese optischen Elemente besitzen jeweils einen Umhüllungsbereich, der eine periodisch sich ändernde Brechungsindexstruktur besitzt, wodurch eine Mode-Filterungs- oder Mode-Auswahlfunktion erhalten wird, die es ihrerseits ermöglicht, dass sich nur ein Einzelmode in transversaler Richtung in dem Wellenleiter ausbreitet. DOLLAR A Durch die Ausbildung der periodischen Indexänderungsstruktur können die mit einer Seltenen Erde dotierte Faser, der Halbleiterlaser und der Laser des VCSEL-Typs im Einzelmodebetrieb arbeiten, obwohl die Querschnittsfläche viel größer als im Stand der Technik ist, wodurch konsequenterweise ein hochwirksamer oder Hochleistungs-Einzelmodeverstärker und Laser realisierbar sind.

Description

Hintergrund der Erfindung
Technisches Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Mode-Filterungs- und ein Mode-Auswahlverfahren für einen Multi-Mode-Wellenleiterund die Anwendung des Verfahrens bei einem Wellenleiterverstärker, einem Halbleiterlaser und einem oberflächenemittierenden Halbleiterlaser mit vertikalem Resonator (VCSEL = Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser) und insbesondere eine optische Einheit bestehend aus einer mit einer Seltenen Erde dotierten Faser, einem Halbleiterlaser und einem oberflächenemittierenden Halbleiterlaser mit vertikalem Resonator (VCSEL), der einen Wellenleiter umfasst, der einen Umhüllungsbereich mit einer periodischen Indexstruktur aufweist, wodurch eine Mode-Filterungs- oder Mode-Auswahlfunktion erhalten wird, die es ihrerseits ermöglicht, dass nur ein einzelner Transversalmode sich in dem Wellenleiter ausbreitet.

Zurzeit werden Herstellungsverfahren und optische Übertragungscharakteristiken von photonischen Kristallfasern, die eine Umhüllung mit einer Struktur aufweisen, bei der Löcher in einem Silikatglas periodisch angeordnet sind, intensiv erforscht.

Es ist bekannt, dass eine derartige photonische Kristallfaser eine herausragende Wirksamkeit besitzt, die nicht ohne weiteres erklärbar ist und sich von den Übertragungscharakteristiken einer allgemein bekannten optischen Glasfaser unterscheidet. Zur Erklärung dieser Wirksamkeit werden zwei wesentliche Theorien herangezogen.

Die erste Theorie basiert auf einem photonischen Bandlückeneffekt. Die zweite Theorie verwendet eine Helmholtz-Gleichung, das ist eine elektromagnetische Wellengleichung für eine Brechungsindexstruktur, um daraus einen wirksamen Brechungsindex bzw. eine Brechzahl zu berechnen.

Die erste Theorie, basierend auf dem photonischen Bandlückeneffekt, wird in der Weise begründet, dass die Gitterstruktur der Umhüllungslöcher eine Bandlücke bildet, die in einem Bereich liegt, in dem die Übertragung von Licht nicht erlaubt ist, das einen Ausbreitungsvektor besitzt, der die Bragg-Bedingung erfüllt.

Eine nummerische Annäherung kann für die zweite Theorie genutzt werden, die auf dem wirksamen Brechungsindex basiert und in der Zwischenzeit wurden von Forschern zahlreiche Berichte publiziert, die sich mit der zweiten Theorie beschäftigen.

Gemäß der zweiten Theorie erniedrigen die in der Umhüllung der optischen Faser ausgebildeten Löcher den mittleren Brechungsindex der Umhüllung auf einen kleineren Wert als den Brechungsindex des Silikatglases.

Demgemäß ist das einfallende Licht einer relativ niedrigen Brechzahl in dem Kern des Wellenleiters, der keine Löcher aufweist, ausgesetzt, wodurch die Ausbreitung des einfallenden Lichts im Wellenleiter ermöglicht wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, die voranstehend geschilderten Probleme zu lösen und ein Mode-Filterungsverfahren und ein Mode-Auswahlverfahren zu schaffen, um in einem Wellenleiter einen Mode-Filterungs- oder Mode-Auswahleffekt zu erhalten, wodurch es ermöglicht wird, dass nur ein einzelner Transversalmode einer Welle sich in dem Wellenleiter ausbreitet.

Im Rahmen dieser Aufgabe soll auch eine mit einer Seltenen Erde dotierte Faser, ein Halbleiterlaserund ein Laser des VC SEL-Typs geschaffen werden, wobei jeweils eine periodisch sich ändernde Brechungsindexstruktur in einem Umhüllungsteil ausgebildet wird, um einen derartigen Mode-Filterungs- oder Mode-Auswahleffekt zu erreichen, der einen Einzelmode-Betrieb ermöglicht, obgleich die Querschnittswellenleiterfläche sehr groß ist, so dass konsequenterweise ein hochwirksamer oder Hochleistung-Einzelmode-Verstärker oder -Laser realisiert wird.

Die erfindungsgemäße Aufgab e wird durch ein Mode-Filterungsverfahren für einen Multi-Mode-Wellenleiter, der einen Kern und eine Umhüllung aufweist, in der Weise gelöst, dass die Umhüllung eine periodische Indexstruktur mit ansteigendem Reflexionsvermögen der Umhüllung nur für einen spezifischen Transversalmode und mit abnehmenden Reflexionsvermögen der Umhüllung für die übrigen Mehrfachmoden aufweist, so dass nur der spezifische Transversalmode sich entlang dem Wellenleiter ausbreiten kann.

In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist ein Mode-Auswahlverfahren vorgesehen, bei dem ein Multi-Mode-Wellenleiter einen Kern und eine Umhüllung aufweist und ein Querschnitt des Wellenleiters eine periodisch veränderliche Brechungsindexstruktur, die es nur einem spezifischen Mode der Mehrfachmoden erlaubt, sich entlang dem Wellenleiter auszubreiten, wobei der spezifische Mode als erwünschter Mode ausgewählt wird und die übrigen Moden als unerwünschte Moden entfernt werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist ein Laser vom VCSEL-Typ vorgesehen, der eine Mode-Filterungsfunktion in einem Multi-Mode-Wellenleiter verwendet, wobei der Laser vom VCSEL-Typ einen Multi-Mode-Wellenleiter aus einem Kern und einer Umhüllung umfasst, wobei der Kern bis auf einen Durchmesser von bis zu 14 um vergrößert ist und die Umhüllung eine Brechungsindexstruktur hat, die nur für einen Einzelmode ein ausreichend hohes Reflexionsvermögen aufweist, wodurch nur dieser Einzelmode in der Lage ist sich im Wellenleiter auszubreiten und ein Anstieg der Mode-Feldgröße des Einzelmode erreicht wird.

Der vorliegenden Erfindung wird eine Kombination der wirksamen Bechungsindextheorie und der Bandlückentheorie zugrunde gelegt. Dies bedeutet, dass gemäß der wirksamen Brechungsindextheorie nur ein Mode unter den Mehrfachmoden die sich im Wellenleiter ausbreiten können, vorhanden sein kann, der einen Transversalausbreitungsvektor hat, der die Bragg-Bedingung in einer periodischen Brechungsindexstruktur der Umhüllung erfüllt. Gemäß einer Mode-Filterung oder Mode-Auswahlregel, basierend auf einer derartigen wirksamen Brechungsindextheorie kann nur ein spezifischer Mode ausgewählt werden, indem eine periodische Brechungsindexstruktur in der Umhüllung eines Wellenleiters ausgebildet wird, der im allgemeinen als ein Multi-Mode-Wellenleiter betrieben bzw. betrachtet wird. Wie voranstehend erwähnt wurde, besitzt die Umhüllung ein photonisches Gittermuster um einen Mode-Filterungseffekt zu erreichen und die Anwendung des Mode-Filterungseffekts ermöglicht die Ausbildung eines speziellen Wellenleiters, einer optischen Faser und einer optischen Einheit, die wichtige Merkmale, die unterschiedlich im Vergleich zu bisher eingesetzten Gegenständen dieser Art sind, aufweisen.

Die voranstehenden und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden an Hand der detaillierten Beschreibung der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Ansicht von Mehrfachmoden in einem Stufenindex-Wellenleiter, die sich entlang dem Wellenleiter in eindimensionalem Raum entsprechend einer wirksamen Indexregel ausbreiten,
2 einen Fundamentalmode der Mehrfachmoden entsprechend der vorliegenden Erfindung,
3 einen ersten Anregungszustand bzw. Anregungs-Mode der Mehrfachmoden entsprechend der vorliegenden Erfindung,
4 das Reflexionsvermögen einer periodischen Indexstruktur in Bezug auf die transversale Wellenlänge gemäß der vorliegenden Endung
5 eine Erbium dotierte Faser als erste Anwendung der vorliegenden Erfindung,
6 einen Halbleiterlaser als zweite Anwendung der vorliegenden Erfindung,
7 einen Laser des VCSEL-Typs als dritte Anwendung der vorliegenden Erfindung und
8a und 8 b periodisch veränderliche Indexstrukturen als Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Im folgenden wird die vorliegende Erfindung im Detail unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
1 zeigt Mehrfachmoden 10, die sich in einem eindimensionalen Stufenindex-Wellenleiter gemäß dem wirksamen Indexeffekt ausbreiten.
In 2 ist ein Einzelmode dargestellt, ausgewählt aus den Mehrfachmoden, der sich in dem eindimensionalen Wellenleiter gemäß der wirksamen Indextheorie der vorliegenden Erfindung ausbreiten kann. Das heißt, in 2 ist ein Fundamentalmode 12 gezeigt, der den größten wirksamen Brechungsindex aller Mehrfachmoden besitzt, die sich in dem eindimensionalen Wellenleiter entsprechend des wirksamen Indexeffekts ausbreiten können, wenn der Umhüllungsteil so ausgebildet ist, dass er eine periodische Brechungsindexstruktur 16 besitzt.
Im allgemeinen gilt, dass die Lösungen der unbekannten wirksamen Brechungssindizes bzw. Brechzahlen, korrespondierend zu den verschiedenen Mehrfachmoden 10, durch Lösen einer Helmholtz-Gleichung erhalten werden, das ist eine elektromagnetische Wellengleichung für einen Wellenleiter, der eine photonische Gitterindexstruktur aufweist.
Der Transversalausbreitungsvektor der Lösungen wird durch die folgende Gleichung (1) erhalten: KT 2 = n1 2k0 2 – n2 effk0 2 Gleichung (1)
Hierin bedeuten n_eff den wirksamen Brechungsindex eines Modes in dem Wellenleiter, n₁ den Brechungsindex der Wellenlänge des Lichtes in einem aus photonischen Kristallfasern bestehendem Material und k₀ die Ausbreitungskonstante in Bezug auf die Lichtwellenlänge in Luft oder Vakuum
Die Beziehung zwischen dem Transversalausbreitungsvektorund der transversalen Wellenlänge ist durch die folgenden Gleichung (2) gegeben.
Die transversale Wellenlänge λ_T ist größer als der Fundamentalmode 12 und wird graduell kürzer, wenn ein Mode höher Ordnung vorliegt.
Die nachfolgende Tabelle 1 stellt die berechneten Brechungsindizes für jeden Mode in der Reihenfolge von sinkenden Brechungsindizes (der erste Mode hat den größten Brechungsindex) für den Fall dar, in dem ein eindimensionaler Wellenleiter mit photonischer Gitterstruktur, wie in 2 gezeigt, eine periodische Indexstruktur 16 hat, die einen auf 14 μm Durchmesser vergrößerten Kern und eine Umhüllung mit einer periodischen 10 μm Struktur hat, bei der Luftlagen mit 3 μm Durchmesser und 7 μm breite Silikatglasteile alternierend angeordnet sind.
Tabelle 1
Wie aus Tabelle 1 ersichtlich ist, zeigt sich, wenn die Transversalwellenlänge für jeden Mode unter Anwendung von Gleichung 2 berechnet wird, dass das berechnete Ergebnis für den Fundamentalmode eine Transversalwellenlänge von rund 29 μm ergibt (s. ersten Wert der Tabelle 1), während die verbleibenden Moden eine Wellenlänge von rund 15 μm besitzen.
In 3 ist ein erster Anregungsmode 14 gezeigt, der den zweitgrößten effektiven Brechungsindex von allen Mehrfachmoden aufweist, die sich in dem eindimensionalen Wellenleiter entsprechend dem effektiven Indexeffekt ausbreiten können, wenn der Umhüllungsteil so ausgebildet ist, dass er eine periodische Indexstruktur 16 besitzt.
4 zeigt das Reflexionsvermögen der periodischen Indexstruktur in Bezug auf die Transversalwellenlänge. Dies bedeutet, dass es sich um das Reflexionsvermögen in Bezug auf die Transversalwellenlänge von Wellen handelt, die auf die Umhüllung von dem Kern aus einfallen, für den Fall, dass die Umhüllung die in den 2 und 3 gezeigte periodische Indexstruktur 16 hat.
Wie der 4 zu entnehmen ist, beträgt das Reflexionsvermögen nahezu 100 % nur in dem Bereich von 25 bis 30 μm der Transversalwellenlänge.
Demgemäß hat die Umhüllung, die eine periodische Indexstruktur 16 aufweist, für die verbleibenden Moden höherer Ordnung ein sehr niedriges Reflexionsvermögen, wodurch den Wellen der verbleibenden Moden höherer Ordnung es ermöglicht wird, in Richtung Umhüllung hin zu entweichen.
In Folge des niedrigen Reflexionsvermögens der Umhüllung kann ein Mode höherer Ordnung, wie in 3 gezeigt, sich nicht in Längsrichtung des Wellenleiters ausbreiten, sondern entweicht statt dessen in Richtung Umhüllung. Im Gegensatz kann sich der Fundamental-Mode 12, wie in 2 gezeigt, dazu in Folge eines Reflexionsvermögens der Umhüllung von nahezu 100 % in Längsrichtung des Wellenleiters ausbreiten.
Wie in 2 dargestellt, reflektiert die Umhüllung nur den Fundamentalmode 12, da die Umhüllung mit der periodischen Indexstruktur 16 in dem Multi-Mode-Wellenleiter mit vergrößertem Kern ausgebildet ist, für diesen Mode ein hohes Reflexionsvermögen besitzt und der Fundamentalmode somit ist der Umhüllung auf und ist somit in der Lage sich im Wellenleiter auszubreiten, wobei der Anstieg der Mode-Feldgröße des einzelnen Modes ermöglicht wird.
Es kann somit ein Wellenleiter, in dem sich nur ein spezifischer Mode ausbreiten kann, dadurch realisiert werden, dass der Umhüllungsteil des Wellenleiters mit einer photonischen Kristallstruktur gegen einen Umhüllungsteil ausgetauscht wird, bei dem Periodizität und Variation des Brechungsindex vorgegeben sind.
Ein derartiges Prinzip scheint ähnlich zu demjenigen eines Halbleiterlasers, wie beispielsweise eines DFB (Distributed FeedBack)-Lasers oder eines DBR (Distributed Bragg Reflection)-Lasers zu sein, in denen jeweils eine longitudinale periodische Indexstruktur ausgebildet ist, die als ein Modefilter funktioniert, um nur einen Mode der longitudinalen Mehrfachmoden durchzulassen, jedoch unterschiedlich zu den erwähnten Haltleiterlasern wird mit der vorliegenden Erfindung eine Modefilterung für Transversalmoden und nicht für Longitudinalmoden ausgeführt.
In 5 ist eine mit einer Seltenen Erde, beispielsweise mit Erbium dotierte Faser gezeigt, bei der die periodische Indexstruktur angewandt ist, um eine Modefilterungs- oder Modeauswahlfunktion zu realisieren.
Ein mit Erbium dotierter Kern 20 der Faser hat einen Durchmesser im Bereich von 20 bis 30 μm und ein periodischer Indexänderungbereich 22 ist rings um den Kern 20 ausgebildet, so dass nur ein fundamentaler Transversalmode der Mehrfachmoden aufgrund des hohen Reflexionsvermögens der Umhüllung für diesen Mode sich in der Faser ausbreiten kann. Somit operiert die Faser als eine Einzelmode-Faser und da der mit Erbium dotierte Kern 20 sehr groß ist, wird die Lichtintensität in der Faser reduziert, so dass die Faser für einen Hochleistungsverstärker verwendet werden kann.
6 zeigt einen Halbleiterlaser, in dem die periodisch sich ändernde Indexstruktur angewandt wird, die eine Modefilterungs- oder Modeauswahlfunktion ausübt.
Eine exzessive Lichtintensität in dem Lasermaterial, in dem das Laserlicht erzeugt wird, des Halbleiterlaser beeinflusst negativ die Lebensdauer und die lichtemittierenden Eigenschaften des Halbleiterlaser.
Im allgemeinen ist es erforderlich die Querschnittsfläche des Wellenleiters des Halbleiterlaser zu vergrößern, um die Laserausgangsleistung zu erhöhen. Jedoch folgt daraus, wenn die Querschnittsfläche vergrößert wird, dass der Wellenleiter ein Multi-Mode-Wellenleiter wird.
Auch in dem Fall, in welchem die Querschnittsfläche groß ist, kann der Wellenleiter als ein Einzelmode-Wellenleiter betrieben werden, indem periodische Lagen in dem Umhüllungsteil 32 des Wellenleiters ausgebildet werden, um so das Reflexionsvermögen der Umhüllung nur für einen fundamentalen Transversalmode zu erhöhen und einen Modefilterungseffekt zu erhalten.
In 6 ist ein Halbleiterlaser dargestellt, bei dem die Querschnittsfläche des Lasermediums, durch das das Licht hindurchläuft, vergrößert ist und die unteren und oberen Teile der Umhüllung 32 des Halbleiterlaser eine periodische Indexstruktur aufweisen, wodurch ein Modefeld erhöhter Größe erhalten wird.
Es ist auch möglich eine zusätzliche periodische Indexstruktur in den linken und rechten Teilen der Umhüllung 32 des Halbleiterlaser auszubilden, wodurch die Größe des Modefelds weiter gesteigert wird.
7 zeigt eine Ansicht eines oberflächenemittierenden Lasers mit vertikalem Resonator (VCSEL), den eine sich periodisch ändernde Indexstruktur umgibt, um eine Modefilterungs- oder Mode-Auswahlfunktion zu erzielen.
Eine sich periodisch ändernde Indexstruktur ist rings um den Laser vom VCSEL-Typ ausgebildet, so dass auf der Oberfläche angeregtes Licht einen Einzelmode bildet, wodurch ein Mode-Filterungs- oder Mode-Auswahleffekt erreicht wird und die Fläche des lichtanregenden Teils in Folge der Mode-Filterungs- oder Mode-Auswahlwirkung vergrößert ist, wodurch die Laser-ausgangsleistung ansteigt.
Obgleich die Fläche des lichterregenden Teils, das ist die Größe der Laseroszillationsregion, bis auf ein Mehrfaches von 10 μm erhöht ist, wodurch eine höhere Laserausgangsleistung als bei bekannten Lasern des VCSEL-Typs erreicht wird, kann nur der Fundamental-Mode der Mehrfachmoden zur Resonanz gebrachtwerden, indem periodisch beabstandete Löcher ringsum den Laser angeordnet sind, die eine periodische Indexänderung bewirken.
In 8a ist ein Wellenleiter gezeigt, der eine ringförmige periodische Indexstruktur besitzt. Dieser Wellenleiter weist einen Kern 30 und eine Umhüllung 32 rings um den Kern 30 auf. Die Umhüllung 32 umfasst ringförmige Lagen von Materialien mit unterschiedlichen Brechungsindizes, wodurch die periodische Indexvariation erzielt wird.
8b zeigt eine Ansicht eines Wellenleiters, der eine rechteckförmige oder quadratische Indexstruktur besitzt. Dieser Wellenleiter umfasst einen Kern 30 und eine Umhüllung 32, die den Kern 30 umgibt. Die Umhüllung 32 besteht aus rechteckig oder quadratisch geformten Lagen aus Materialien mit unterschiedlichem Brechungsindex, wodurch die periodische Indexänderung erhalten wird.
Wie aus der voranstehenden Beschreibung ersichtlich ist, werden mit der Erfindung folgende Vorteile erzielt.
Zu allererst wird eine sich periodisch ändernde Indexstruktur in dem Umhüllungsteil ausgebildet, wodurch ein Mode-Filterungs- oder Mode-Auswahleffekt erzielt wird, der es nur einem einzelnen Transversalmode ermöglicht, sich in dem Wellenleiter auszubreiten. Zusätzlich wird eine sich periodisch ändernde Indexstruktur in dem Umhüllungsteil einer mit einer Seltenen Erde dotierten Faser, eines Halbleiterlasers oder eines Lasers vom VCSEL-Typ ausgebildet, um einen derartigen Mode-Filterungs- oder Mode-Auswahleffekt zu erreichen und dadurch den Einzelmodebetrieb zu ermöglichen, obgleich die Querschnittsfläche des Wellenleiters sehr groß ist, um so einen hochwirksamen oder Hochleistungs-Einzelmodeverstärker und Laser zu realisieren.
Die bevorzugten Ausführungsbeispiele wurden zur Illustration der vorliegenden Erfindung beschrieben, jedoch sind verschiedene Modifikationen, Zusätze und Substitutionen möglich, ohne dass von dem Erfindungsgedanken, wie er in den Ansprüchen offenbart ist, abgewichen wird.

Claims

Mode-Filterungsverfahren für einen Multi-Mode-Wellenleiter, der einen Kern und eine Umhüllung aufweist, wobei die Umhüllung eine periodische Indexstruktur mit ansteigendem Reflexionsvermögen der Umhüllung nur für einen spezifischen Transversalmode und mit abnehmendem Reflexionsvermögen der Umhüllung für die übrigen Mehrfachmoden aufweist, so dass nur der spezifische Transversalmode sich entlang dem Wellenleiter ausbreiten kann.
Mode-Filterungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abmessungen des Kerns bis auf ein Mehrfaches von 10 um vergrößert werden, dass das Reflexionsvermögen der periodischen Indexstruktur nur bei einem Grundmode hoch genug ist, um die Ausbreitung des Grundmode entlang dem Wellenleiter zuzulassen.
Mode-Filterungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umhüllung mehrere ringförmige Lagen, rechteckförmige oder quadratische Lagen aus unterschiedlich brechenden Materialien umfasst, wodurch eine periodische Variation der Brechungszahlen erreicht wird.
Mode-Auswahlverfahren, bei dem ein Multi-Mode-Wellenleiter einen Kern und eine Umhüllung aufweist und ein Querschnitt des Wellenleiters eine periodisch veränderliche Brechungsindexstruktur hat, die es nur einem spezifischen Mode der Mehrfach-Moden erlaubt, sich entlang dem Wellenleiter auszubreiten, wobei der spezifische Mode als erwünschter Mode ausgewählt wird und die übrigen Moden als unerwünschte Moden entfernt werden.
Mode-Filterungsverfahren für einen Wellenleiterverstärker, der einen Multi-Mode-Wellenleiter aus einem Kern und einer Umhüllung umfasst, wobei der Kern bis auf einen Durchmesser von mehr als 10 μm vergrößert ist und die Umhüllung eine Brechungsindexstruktur hat, die nur für einen Einzelmode ein ausreichend hohes Reflexionsver mögen aufweist, wodurch nur dieser Einzelmode in der Lage ist sich im Wellenleiter auszubreiten und ein Anstieg der Mode-Feldgröße des Einzelmode erreicht wird.
Mode-Filterungsverfahren für einen Halbleiterlaser, der einen Multi-Mode-Wellenleiter aus einem Kern und einer Umhüllung umfasst, wobei der Kern bis auf einen Durchmesser von bis zu 14 μm vergrößert ist und die Umhüllung eine Brechungsindexstruktur hat, die nur für einen Einzelmode ein ausreichend hohes Reflexionsvermögen aufweist, wodurch nur dieser Einzelmode in der Lage ist sich im Wellenleiter auszubreiten und ein Anstieg sowohl der Mode-Feldgröße als auch des Querschnittes eines Lasermediums des Halbleiterlasers erreicht wird.
Mode-Filterungsverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein vergrößertes Mode-Feld durch eine periodische Brechungsindexstruktur der Umhüllung realisiert wird.
Mode-Filterungsverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der linken und rechten Teile der Umhüllung zusätzlich mit einer periodischen Brechungsindexstruktur ausgerüstet wird.
Mode-Filterungsverfahren für einen oberflächenemittierenden Haltleiterlaser mit vertikalem Resonator (VCSEL), der einen Multi-Mode-Wellenleiter aus einem Kern und einer Umhüllung umfasst, wobei der Kern bis auf ein Mehrfaches von 10 μm vergrößert ist und die Umhüllung eine Brechungsindexstruktur hat, die nur für einen Einzelmode ein ausreichend hohes Reflexionsvermögen aufweist, wodurch nur dieser Einzelmode in der Lage ist sich im Wellenleiter auszubreiten und ein Anstieg der Mode-Feldgröße des Einzelmode erreicht wird.
Wellenleiter mit einem Kern und einer Umhüllung, dadurch gekennzeichnet, dass den Kern (20; 30) eine Umhüllung (22; 32) einschließt, die eine Struktur mit sich periodisch verändernden Brechungsindizes aufweist, die nur für einen spezifischen Einzelmode der Wellen ein hohes Reflexionsvermögen besitzt, so dass sich dieser Einzelmode entlang dem Wellenleiter ausbreiten kann.
Wellenleiter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine photonische Gitterstruktur des Wellenleiters eine periodische Brechungsindexstruktur (16) hat, mit einem Kern, der einen Durchmesser von bis zu 14 μm aufweist hat und einer Umhüllung, die eine periodische Struktur von bis zu 10 μm Breite aus einer Luftlage und einem Silikatglasteil aufweist.
Wellenleiter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die periodische Struktur der Umhüllung aus ringförmigen Luftlagen von bis zu 3 μm Breite und von bis zu 7 μm breiten Silikatglasteilen besteht, und dass die Luftlagen und Silikatglasteile alternierend angeordnet sind.
Wellenleiter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern mit einer Seltenen Erde dotiert ist und als Teil einer Faser mit kristallinem Aufbau einen Durchmesser von 20 bis 30 um hat.
Wellenleiter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (30) ein Verstärkungsmedium eines Halbleiterlaser ist und dass die oberen und unteren Teile der Umhüllung (32) mit eine periodisch sich verändernden Brechungsindexstruktur ausgerüstet sind.
Wellenleiter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die linken und rechten Abschnitte der Umhüllung (32) mit einer zusätzlichen periodischen Brechungsindexstruktur ausgerüstet sind.
Wellenleiter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche des oberflächenemittierenden Teils des Laseroszillationsbereichs eines Laser des VCSEL-Typs der Kern des Wellenleiters ist und Abmessungen bis zu einem Mehrfachen von 10 μm aufweist.
Wellenleiter nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Umhüllung periodisch voneinander beabstandete Luftlöcher rings um das Lasermedium enthält.
Wellenleiter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die periodische Indexstruktur ringförmig um einen zentralen Kern (30) ausgebildet ist, wobei die Umhüllung (32) ringförmige Lagen enthält, die aus Materialien mit unterschiedlichen Brechungsindizessen gefertigt sind.
Wellenleiter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die periodische Indexstruktur rechteckförmig oder quadratisch um einen zentralen Kern (30) ausgebildet ist und dass die Umhüllung (32) rechteckförmige oder quadratische Lagen enthält, die aus Materialien mit unterschiedlichen Brechungsindizessen gefertigt sind.
Wellenleiter nach einem der Ansprüche 10 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass er Komponente einer optischen Faser, eines Halbleiterlasers, eines Wellenleiterverstärkers oder eines oberflächenemittierenden Halbleiterlasers mit vertikalem Resonator ist.