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Gebiet der
Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein abstimmbares
Lichtquellenmodul, und genauer gesagt betrifft sie ein abstimmbares
Lichtquellenmodul, das eine Kombination aus einem abstimmbaren Fabry-Perot-Resonator und
einem Reflektor verwendet.
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Auf dem Gebiet optischer Kommunikation überträgt ein faseroptisches
System Information durch mittels einer Lichtquelle erzeugte Strahlen,
und im Allgemeinen ist die verwendete Lichtquelle entweder eine
Laserdiode oder eine Licht emittierende Diode. Die 1 ist ein schematisches Diagramm, das ein
herkömmliches
Lichtquellenmodul 100 zeigt, das für optische Kommunikation konfiguriert
ist. Wie es in der 1 dargestellt
ist, verfügt
das Lichtquellenmodul 100 über eine Laserdiode 102,
eine Fokussierlinse 104, ein Beugungsgitter 106 und
einen drehbaren Reflexionsspiegel 108. Die Fokussierlinse 104 kollimiert
das von der Laserdiode 102 emittierte Licht, und dann treten
die parallelen Lichtstrahlen in das Beugungsgitter 106 ein.
Das Beugungsgitter 106 lässt Licht mit einer speziellen
Wellenlänge
durch Dünnfilminterferenz
durch. Ferner kann das Beugungsgitter 106 durch Metallbeschichtung
gebildet sein. Wenn sich der Reflexionsspiegel 104 dreht, kann
das Lichtquellenmodul 100 Licht mit einer gewünschten
Wellenlänge
ausgeben, wobei das Licht durch das Beugungsgitter 106 gebeugt
wird.
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Wenn jedoch ein abstimmbares Lichtquellenmodul
auf solche Weise konzipiert wird, dass ein Lichtemissions-Bauteil
Licht direkt von der Emissionsfläche
mit einem gewünschten
Ausgangsspektrum emittieren kann, kann die Flexibilität bei der
Anwendung bei optischer Kommunikation ersichtlich erhöht werden
und es kann schnelle Modulation erzielt werden. Demgemäß kann die
Effizienz zur Datenübertragung
verbessert werden. Darüber
hinaus kann, wenn das Lichtemissions-Bauteil eine extrem schmale
Bandbreite emittieren kann, der Effekt erzielt werden, dass verhindert
wird, dass optische Signale in benachbarte Kanäle eintreten (d. h., es besteht
Immunität
gegen Übersprechen).
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Daher soll durch die Erfindung ein
abstimmbares Lichtquellenmodul mit den oben genannten Vorteilen
geschaffen werden, das eine Kombination aus einem abstimmbaren Fabry-Perot-Resonator und
einem Reflektor verwendet, damit sein Lichtemissions-Bauteil Licht
mit einem gewünschten
Ausgangsspektrum direkt von der Emissionsfläche emittieren kann. Das abstimmbare
Lichtquellenmodul gemäß der Erfindung
verfügt über ein
Lichtemissions-Halbleiterbauteil, einen Fabry-Perot-Resonator zum
Filtern von diesem emittierten Lichts sowie einen Reflektor. Nachdem
das Licht durch den Fabry-Perot-Resonator gefiltert wurde, wird
es durch den Reflektor erneut zu diesem zurück reflektiert, und es tritt dann
in das Lichtemissions-Halbleiterbauteil ein. Auch kann zwischen
dem Lichtemissions-Halbleiterbauteil und dem Fabry-Perot-Resonator
eine Fokussierlinse platziert werden, damit das vom Lichtemissions-Halbleiterbauteil
emittierte Licht kollimiert werden kann.
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Gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung ist der Reflektor ein Totalreflexionsspiegel. Nachdem
der Fabry-Perot-Resonator das von einer Emissionsfläche des
Lichtemissions-Halbleiterbauteils emittiertes Licht gefiltert hat,
tritt das Licht erneut durch den Totalreflexionsspiegel in den Fabry-Perot-Resonator ein,
und dann kehrt das Licht zum Lichtemissions-Halbleiterbauteil zurück. Das
abstimmbare Lichtquellenmodul gibt das Licht von der anderen Emissionsfläche des
Lichtemissions-Halbleiterbauteils aus.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform
der Erfindung ist der Reflektor ein Teilreflexionsspiegel, der einen
Teil des gefilterten Lichts reflektiert und den anderen Teil des
Lichts durchlässt.
Das Licht, das durch den Teilreflexionsspiegel gelaufen ist, bildet das
Ausgangslicht des abstimmbaren Lichtquellenmoduls, oder es kann
in einen Wellenlängenlocker eintreten,
um eine genauere Ausgangswellenlänge zu
liefern.
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Darüber hinaus kann die Fokussierlinse
eine Konvexlinse oder eine Fresnellinse sein. Auch ist der Reflektor
entweder am Lichtquellenmodul angebracht oder von diesem mit gewissem
Abstand platziert, so dass die Lichtintensität der Ausgangs spektren ein
Feinabstimmmerkmal zeigen kann.
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Unter Verwendung des erfindungsgemäßen Designs
wird das Ausgangsspektrum der vorstehend genannten Laserlichtquelle
modifiziert, da es durch die Mittenwellenlänge des Fabry-Perot-Resonators beeinflusst
wird. Daher kann durch Einstellen des Spalts zwischen den parallelen
Spiegeln des Fabry-Perot-Resonators
die Laserlichtquelle Licht direkt mit gewünschten Spektren ausgeben,
was durch Einstellen der Mittelwellenlänge des Fabry-Perot-Resonators
bewerkstelligt wird. Ferner ist das erfindungsgemäße abstimmbare
Lichtquellenmodul so konzipiert, dass der Spiegel als Erstes die
Lichtstrahlen reflektieren kann, woraufhin die Lichtstrahlen in
die Laserlichtquelle eintreten. Daher läuft das Licht zwei Mal durch
den Fabry-Perot-Resonator, was dafür sorgt, dass die Laserlichtquelle
Licht mit extrem schmaler Bandbreite emittiert. Die extrem schmale Bandbreite
zeigt den Effekt, dass verhindert wird, dass optische Signale in
benachbarte Kanäle
eindringen (d. h., es besteht Immunität gegen Übersprechen).
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1 ist
ein schematisches Diagramm eines herkömmlichen Laser-Lichtquellenmoduls.
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2 ist
ein schematisches Diagramm, das die Konfiguration eines abstimmbaren
Lichtquellenmoduls und das Betriebsprinzip desselben gemäß der ersten
Ausführungsform
der Erfindung zeigt.
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3 ist
ein schematisches Diagramm, das die Anordnung des Reflektors mit
einstellbarer Verkippung gemäß der ersten
Ausführungsform
der Erfindung zeigt.
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4 ist
ein schematisches Diagramm, das die Konfiguration der zweiten Ausführungsform
der Erfindung und das Betriebsprinzip derselben zeigt.
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5 ist
ein schematisches Diagramm, das die Konfiguration der dritten Ausführungsform
der Erfindung und das Betriebsprinzip derselben zeigt.
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Detaillierte
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Die 2 zeigt
eine erste Ausführungsform des
abstimmbaren Lichtquellenmoduls 10. Das Modul 10 beinhaltet
eine Laserlichtquelle 12, eine Fokussierlinse 14,
einen abstimmbaren Fabry-Perot-Resonator 16 und einen Totalreflexionsspiegel 18.
Die Laserlichtquelle 12 ist ein Lichtemissions-Halbleiterbauteil,
wie eine AlGaAs-Laserdiode und dergleichen mit zwei Emissionsflächen 12A und 12B auf
jeder Seite des Bauteils, und die Emissionsfläche 12A ist mit einer
Antireflexionsbeschichtung bearbeitet. Die Fokussierlinse 14 kann
eine Konvexlinse oder eine Fresnellinse aus koplanaren, konzentrischen
Ringen sein. Der Fabry-Perot-Resonator 16, vorzugsweise
ein durch Halbleiterprozesse hergestelltes MEMS-Fabry-Perot-Filter ist zwischen der Laserlichtquelle 12 und
dem Totalreflexionsspiegel 18 platziert. Der Fabry-Perot-Resonator 16 ist
dadurch mit einem Resonatorraum versehen, dass zwei parallele Spiegel 16A und 16B mit
hohem Reflexionsvermögen
angeordnet sind. Da der Resonatorraum ein ganzzahliges Vielfaches
halber Wellenlängen
lang ist, wird ein stationäres
Muster stehender Wellen erzeugt. Dadurch kann der Fabry-Perot-Resonator 16 Lichtwellen
mit speziellen Wellenlängen innerhalb
eines Bereichs, in dem Resonanz besteht, ausgeben.
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Nachfolgend wird das Betriebsprinzip
des erfindungsgemäßen abstimmbaren
Lichtquellenmoduls gemäß der ersten
Ausführungsform
beschrieben. Als Erstes wird, wenn das von der Emissionsfläche 12A der
Laserlichtquelle 12 emittierte Licht die Fokussierlinse 14 durchläuft, dasselbe
zu parallelen Lichtstrahlen kollimiert. Nachdem die Lichtstrahlen
in den Fabry-Perot-Resonator 16 eingetreten sind, werden
die meisten Spektren der Lichtstrahlen ausgefiltert, mit Ausnahme
derjenigen Spektren, die der Resonanzbedingung des Fabry-Perot-Resonators 16 genügen. Als
Nächstes
können,
mittels des an der Rückseite
des Reflexionsspiegels 16B des Fabry-Perot-Resonators 16 angebrachten
Totalreflexionsspiegels 18, die Lichtstrahlen, die den
Fabry-Perot-Resonator 16 durchlaufen haben, denselben erneut
durchlaufen. Danach wird das Licht durch die Fokussierlinse 14 konvergiert
und zur Laserlichtquelle 12 zurück geschickt. Da die Emissionsfläche 12A mit
einer Antireflexionsbeschichtung bearbeitet ist, kann ein großer Teil
des durch den Totalreflexionsspiegel 18 reflektierten Lichts
immer noch in die Laserlichtquelle 12 eintreten. Darüber hinaus
sind die Spiegel 16A und 16B so konzipiert, dass
sie verstellbar sind, um den Spalt zwischen den zwei Spiegeln zu
modulieren. Wenn der Spalt moduliert wird, werden die Spektren,
die den Fabry-Perot-Resonator durchlaufen, momentan geändert, und
es können
nur diejenigen speziellen Spektren der Lichtstrahlen zur Laserlichtquelle 12 zurückkehren,
die der Resonanzbedingung des Fabry-Perot-Resonators 16 genügen. Dadurch
kann das abstimmbare Lichtquellenmodul 10 momentan Licht
mit speziellen Spektren durch die Emissionsfläche 12B der Laserlichtquelle 12 ausgeben.
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Aufgrund des Designs der Ausführungsform werden
die Ausgangsspektren der oben genannten Laserlichtquelle 12 geändert, da
sie durch die Mittenwellenlänge
des Fabry-Perot-Resonators 16 beeinflusst
werden. Daher kann die Laserlichtquelle 12 durch Einstellen
des Spalts zwischen den parallelen Spiegeln des Fabry-Perot-Resonators 16 Licht
momentan mit gewünschten
Spektren ausgeben, was durch Einstellen der Mittenwellenlänge des
Fabry-Perot-Resonators 16 bewerkstel ligt wird. Darüber hinaus
besteht die Tendenz, nachdem das Licht den Fabry-Perot-Resonator 16 das
erste Mal durchlaufen hat, dass seine Spektrumsverteilung einer
Normalverteilung folgt. Danach kann, da dafür gesorgt ist, dass das Licht
erneut den Fabry-Perot-Resonator 16 durchläuft, die
Laserlichtquelle 12 Licht mit extrem schmaler Bandbreite
emittieren.
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Wie oben beschrieben, ist das abstimmbare Lichtquellenmodul 10 der
Ausführungsform
so konzipiert, dass der Spiegel als Erstes die Lichtstrahlen reflektiert
und dann dieselben in die Laserlichtquelle 12 eintreten.
Daher durchläuft
das Licht den Fabry-Perot-Resonator 16 zwei Mal, was dafür sorgt,
dass die Laserlichtquelle 12 Licht mit extrem schmaler
Bandbreite emittiert. Diese extrem schmale Bandbreite hat den Effekt,
dass verhindert wird, dass optische Signale in benachbarte Kanäle eintreten
(d. h., es besteht Immunität
gegen Übersprechen).
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Die 3 ist
ein schematisches Diagramm, das die Anordnung des Reflexionsspiegels 18 mit einstellbarer
Verkippung gemäß der ersten
Ausführungsform
der Erfindung zeigt. Wie es in der 3 dargestellt
ist, kann der Totalreflexionsspiegel 18 der Ausführungsform
alternativ nicht an einer Seite des Fabry-Perot-Resonators 16 befestigt
sein. Stattdessen kann er mit einem gewissen Abstand von diesem Bauteil
entfernt sein, so dass der Reflexionsspiegel 18 von links
nach rechts verschwenken kann. So kann durch Feinabstimmen der Verkippung
des Reflexionsspiegels 18 die Intensität des zur Laserlichtquelle 12 zurückkehrenden
Lichts feinabstimmt und kontrolliert werden. Demgemäß kann dann,
wenn das abstimmbare Lichtquellenmodul 10 in einem optischen
Fasernetzwerk zur Kanalüberwachung
verwendet wird, die lichtintensität für jeden Kanal aufgrund des
Merkmals der Feinabstimmung gleichmäßig gehalten werden.
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Die 4 ist
ein schematisches Diagramm, das die Konfiguration einer zweiten
Ausführungsform der
Erfindung und das Betriebsprinzip derselben zeigt. Das abstimmbare
Lichtquellenmodul 30 der Ausführungsform verfügt über eine
Laserlichtquelle 32, eine Fokussierlinse 34, einen
abstimmbaren Fabry-Perot-Resonator 36 und einen Teilreflexionsspiegel 38,
der einen Teil des auf ihn fallenden Lichts durchlässt und
den Rest reflektiert, z. B. die Hälfte des Lichts durchlässt und
die andere Hälfte
reflektiert. Bei der zweiten Ausführungsform ist die Emissionsfläche 32A der
Laserlichtquelle 32 mit einer Antireflexionsbeschichtung
bearbeitet, wohingegen die entgegengesetzte Emissionsfläche 32B mit
einer Totalreflexionsbeschichtung bearbeitet ist. Wie es in der 4 dargestellt ist, wird,
wenn das von der Laserlichtquelle 32 emittierte Licht den
Totalreflexionsspiegel 38 erreicht, ein Teil des Lichts
reflektiert, und er tritt erneut in den Fabry-Perot-Resonator 36 ein,
und daher wird die spektrale Bandbreite dieses Lichtanteils schmaler.
Schließlich
durchläuft
das Licht schmaler Bandbreite die Fokussierlinse 34 und
tritt dann in die Laserlichtquelle 32 ein, und dies sorgt
dafür,
dass die Laserlichtquelle 32 Licht mit noch schmälerer Bandbreite
emittiert. Dabei wird, da die Emissionsfläche 32B der Laserlichtquelle 32 einen Totalreflektor
bildet, das Licht nur von dieser Emissionsfläche 32A emittiert,
und das Licht durchläuft
den Teilreflexionsspiegel 38, der Lichttransmission ermöglicht,
und dann bildet es das Ausgangslicht des abstimmbaren Lichtquellenmoduls 30.
Auch durchläuft,
da der Reflexionsspiegel 38 durch Teilreflexion gekennzeichnet
ist, das Ausgangslicht des abstimmbaren Lichtquellenmoduls 30 die
Fokussierlinse 34, und es bildet parallele Lichtstrahlen,
was dazu beiträgt,
dass unter Anwendung eines Kollimators 40 zum Empfangen
von Lichtstrahlen höhere
Lichtintensität
erzielt wird.
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Die 5 ist
ein schematisches Diagramm, das die dritte Ausführungsform zeigt, wobei die
Emissionsfläche 32B als
Teilreflektor wirkt. Wie es in der 5 dargestellt
ist, ist die Emissionsfläche 32B der Laserlichtquelle 32 mit
einem optischen Dünnfilm
mit Teilreflexion bearbeitet, der es ermöglicht, dass die Laserlichtquelle 32 durch
ihn hindurch Licht ausgibt. Als Nächstes ist ein Wellenlängenlocker 42 vorhanden,
der den Hindurchtritt von Licht erlaubt, nachdem dieses den Teilreflexionsspiegel 38 durchlaufen
hat. Unter Verwendung eines solchen Designs kann das Licht, das
den Teilreflexionsspiegel 38 durchläuft, zur Laserlichtquelle 32 zurückkehren,
nachdem es durch den Wellenlängenlocker 42 verarbeitet
wurde. Demgemäß kann die
Laserlichtquelle 32 Licht mit gewünschter Wellenlänge noch
genauer ausgeben.
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Darüber hinaus kann, wozu auf das
Bezug genommen wird, was in der 3 dargestellt
ist, der oben genannte Teilreflexionsspiegel 38 auch das Verfahren
einer Feinabstimmung der Verkippung des Spiegels verwenden, und
durch diese Vorgehensweise kann die Lichtintensität des Ausgangslichts
der Laserlichtquelle 32 feinabgestimmt werden.
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Ferner kann die Fokussierlinse bei
der Erfindung entweder getrennt auf einem optischen Substrat oder
auf einer Seite des Fabry-Perot-Resonators, die der Laserdiode zugewandt
ist, unter Verwendung von Ätzprozessen
ausgebildet sein. Während
die Erfindung beispielhaft und durch die bevorzugte Ausführungsform
beschrieben wurde, ist zu beachten, dass sie nicht auf die offenbarten
Ausführungsformen beschränkt ist.
Vielmehr ist beabsichtigt, verschiedene Modifizierungen und ähnliche
Anordnungen abzudecken, wie sie dem Fachmann erkennbar sind. Daher
soll dem Schutzumfang der beigefügten
Ansprüche
die weitestgehende Interpretation gewährt werden, um alle derartige
Modifizierungen und ähnliche Anordnungen
zu umfassen.