DE19838352C1

DE19838352C1 - Optical transmitter for laser diode array

Info

Publication number: DE19838352C1
Application number: DE1998138352
Authority: DE
Inventors: Karl Schroedinger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 1998-08-14
Filing date: 1998-08-14
Publication date: 2000-03-02
Anticipated expiration: 2018-08-15

Abstract

The optical transmitter includes a receptacle (1) for optically connecting an optical waveguide (2,40). A transmitter (10) has a first optically active zone (12) whose light spot (26) formed under electrical excitation is projected onto a first projection region (27) in the centre of the front face or core (5) of the optical waveguide. The transmitter comprises at least a second controllable optically active zone (19), controlled so that the light spot (28) is projected at a predetermined offset from the first projection region. The first (12) and second (19) optically active zones lie on a common laser array (17).

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der optischen Datenüber tragung und betrifft eine dazu geeignete optische Sendeein richtung mit einer Aufnahme zum optischen Anschluß eines Lichtwellenleiters und mit einem Sender mit einer ersten op tisch aktiven Zone, deren sich bei elektrischer Ansteuerung bildender Leuchtfleck sich auf einen ersten Abbildungsort im Zentrum der Lichtwellenleiter-Stirnfläche abbildet.The invention is in the field of optical data and relates to a suitable optical transmission direction with a receptacle for optical connection of a Optical fiber and with a transmitter with a first op table active zone, which is when electrically controlled forming light spot on a first imaging location in the Depicts the center of the optical fiber end face.

Eine derartige Sendeeinrichtung ist beispielsweise aus dem Beitrag "Plastic Packaging of Semiconductor Laser Diodes", M. Fukuda et al. zur 46. ECTC 1996, Proceedings S. 1101 bis 1108 bekannt. Diese bekannte Sendeeinrichtung umfaßt eine Aufnahme zum optischen Anschluß eines (auch als Faser bezeichneten) Lichtwellenleiters. Die Aufnahme kann aus einer sogenannten Steckbucht ("receptacle") gebildet sein, deren Innendurch messer auf die Geometrie eines Steckverbinderstiftes ab gestimmt ist, der das entblößte Ende des Lichtwellenleiters zentrisch aufnimmt. Mit dieser Anordnung ist die Stirnfläche des Lichtwellenleiterendes derart gehalten und ausgerichtet, daß von einem Sender bei elektrischer Ansteuerung emittierte Strahlung über eine Linse in das Lichtwellenleiterende ein koppelt. Der Sender kann als oberflächenemittierender Laser ausgebildet sein, der einen nachfolgend als optisch aktive Zone bezeichneten Wandlerbereich enthält. In dem Wandlerbereich erfolgt die eigentliche Umwandlung elek trischer in optische Energie, so daß bei elektrischer An steuerung in der optisch aktiven Zone ein Leuchtfleck entsteht. Dieser Leuchtfleck wird bei der bekannten Sendeeinrichtung nach präziser Ausrichtung und Justage der einzelnen Komponenten möglichst zentral auf die Lichtwellenleiter-Stirnfläche abgebildet. Such a transmission device is for example from the Contribution "Plastic Packaging of Semiconductor Laser Diodes", M. Fukuda et al. to the 46th ECTC 1996, Proceedings pp. 1101 to 1108 known. This known transmission device comprises a recording for the optical connection of a (also called fiber) Optical fiber. The recording can be made from a so-called Plug-in ("receptacle") be formed, the inside of knife to the geometry of a connector pin is tuned, the bare end of the optical fiber takes up centrically. With this arrangement the face is held and aligned of the optical fiber end in such a way that emitted from a transmitter with electrical control Radiation through a lens in the optical fiber end couples. The transmitter can act as a surface emitting laser be formed, the one subsequently as optically active Zone designated transducer area contains. By doing Converter area, the actual conversion takes place elek trischer in optical energy, so that with electrical on control in the optically active zone a light spot arises. This light spot is used in the well-known Transmission device after precise alignment and adjustment of the individual components as centrally as possible on the Optical fiber end face shown.

Eine solche Sendeeinrichtung kann auch Anwendung in soge nannten Sende-/Empfängermodulen finden, die auch als optische Transceiver bezeichnet werden. Ein solcher Transceiver geht beispielsweise aus dem Beitrag "Advanced Molding Technique for Optical Transceivers" von S. D. Robinson et al. zur 46. ECTC 1996, Proceedings S. 1109 bis 1115 hervor. Dieser Transceiver enthält in einem gemeinsamen Gehäuse sowohl einen Sender als auch einen Empfänger. Zur Ankopplung jeweils eines Lichtwellenleiterendes an den Sender bzw. Empfänger sind verschiedene standardisierte Aufnahmen (beispielsweise Duplex ST oder Duplex SC) vorgesehen. Diese Aufnahmen kooperieren mit entsprechend standardisierten Lichtwellenleiter- Steckverbindern.Such a transmission device can also be used in so-called called transceiver modules, which are also known as optical Transceivers are called. Such a transceiver works for example from the article "Advanced Molding Technique for Optical Transceivers "by S. D. Robinson et al. on 46. ECTC 1996, Proceedings pp. 1109 to 1115. This The transceiver contains both one in a common housing Transmitter as well as a receiver. One each for coupling Fiber optic end to the transmitter or receiver various standardized recordings (e.g. duplex ST or duplex SC) provided. These recordings cooperate with appropriately standardized fiber optic Connectors.

Zur Datenübertragung können je nach Anwendungsfall, insbeson dere je nach zwischen Sender und Empfänger zu überbrückender Distanz, unterschiedliche Lichtwellenleiter, insbesondere so genannte Singlemode-Fasern oder Multimode-Fasern, verwendet werden. Singlemode-Fasern bezeichnet man auch als Monomode- Fasern bzw. Monomode-Lichtwellenleiter.Depending on the application, data transmission can, in particular depending on the bridging between sender and receiver Distance, different optical fibers, especially so called single-mode fibers or multimode fibers used become. Singlemode fibers are also called monomode Fibers or single-mode optical fibers.

Es hat sich gezeigt, daß bei Übertragungen mit hohen Datenra ten und vergleichsweise langen Lichtwellenlängen eine bessere Modenfüllung einer Multimode-Faser erreicht werden kann, wenn bei der Lichteinkopplung ein exzentrischer Versatz vorgesehen wird. Nach einer gegenwärtig diskutierten Empfehlung für den GBd-Ethernet-Standard (IEEE 802.3z/D4.2) wird bei 1300 nm 1 GBd-Sendern für die Einkopplung in eine Multimode-Faser ein exzentrischer Versatz des Leuchtfleckes (bzw. der Leucht fleckabbildung) auf der Fasenstirnfläche von 10 bis 16 µm bei einer Faser mit 50 µm Kerndurchmesser bzw. 17 bis 23 µm bei 62 µm Kerndurchmesser empfohlen. Die mit diesem Versatz be züglich des Faserzentrums erreichbare verbesserte Modenfül lung der Fasern verbessert Bandbreite und Modenrauschen. It has been shown that for transmissions with high data th and comparatively long light wavelengths a better Filling a multimode fiber can be achieved, though an eccentric offset is provided for the light coupling becomes. According to a currently discussed recommendation for the GBd Ethernet standard (IEEE 802.3z / D4.2) becomes 1 at 1300 nm GBd transmitters for coupling into a multimode fiber eccentric offset of the light spot (or the light stain image) on the bevel face from 10 to 16 µm a fiber with a core diameter of 50 µm or 17 to 23 µm 62 µm core diameter recommended. The be with this offset improved mode filling achievable with respect to the fiber center the fiber improves bandwidth and mode noise.

Zur Realisierung des Versatzes kann ein sogenannter Vorlauf- Lichtwellenleiter vorgesehen werden, der zwischen dem der Da tenfernübertragung dienenden Lichtwellenleiter und der opti schen Sendeeinrichtung angeordnet wird. Der Vorlauf-Licht wellenleiter selbst umfaßt ein Singlemode-Lichtwellenleiter stück, dessen eines Ende mit einem zur Ankopplung an die Sen deeinrichtung ausgebildeten Singlemode-Steckverbinder abge schlossen ist. Das andere Ende dieses Lichtwellenleiter stückes ist mit der gewünschten Exzentrizität mit dem einen Ende eines Multimode-Lichtwellenleiterstückes verbunden. Das andere Ende des Multimode-Lichtwellenleiterstückes weist ei nen Steckverbinder zum Anschluß an den der Datenfernübertra gung dienenden Lichtwellenleiter auf. Um bedarfsweise unmit telbar einen (versatzfreien) Singlemode-Lichtwellenleiter für die Datenübertragung an den Sender anschließen zu können, muß der Vorlauf-Lichtwellenleiter entfernt werden.To implement the offset, a so-called advance Optical fibers are provided between the Da optical fiber and the opti sender device is arranged. The lead light waveguide itself comprises a single-mode optical waveguide piece, one end of which is connected to the Sen deeinrichtung trained single-mode connectors abge is closed. The other end of this optical fiber piece is with the desired eccentricity with one End of a multimode optical fiber piece connected. The other end of the multimode optical waveguide piece has egg NEN connector for connection to the remote data transmission serving optical fiber. To immediately if necessary a (offset-free) single-mode optical fiber for to be able to connect the data transmission to the transmitter the lead optical fiber can be removed.

Diese Anordnung ist vergleichsweise aufwendig und erfordert zusätzliche optische Verbindungen, die zusätzliche Dämpfungen und/oder Störungen der Datenübertragung darstellen können.This arrangement is comparatively complex and requires additional optical connections, the additional attenuation and / or represent data transmission errors.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung einer optischen Sendeeinrichtung, die je nach Anwendungsfall be darfsweise eine Verschiebung des Leuchtfleckes aus einer zen tralen Position auf der Stirnfläche des anzukoppelnden Licht wellenleiters in eine Position mit vorgegebenem Versatz (Exzentrizität) in Bezug auf die zentrale Position, d. h. die Lichtwellenleiterlängsachse, ermöglicht.The object of the invention is to provide a optical transmission device, depending on the application may shift the light spot from a zen central position on the face of the light to be coupled waveguide in a position with a predetermined offset (Eccentricity) with respect to the central position, i.e. H. the Optical fiber longitudinal axis, enables.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer optischen Sende einrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Sender zumindest eine zweite ansteuerbare optisch aktive Zone aufweist und
daß die zweite optisch aktive Zone derart angeordnet ist, daß sich ihr bei Ansteuerung bildender Leuchtfleck in einem vor bestimmten Versatz zu dem Abbildungsort des Leuchtflecks der ersten optisch aktiven Zone abbildet. This object is achieved in an optical transmission device of the type mentioned in that the transmitter has at least one second controllable optically active zone and
that the second optically active zone is arranged in such a way that when it is activated, the light spot that forms when it is driven is formed in a predetermined offset to the imaging location of the light spot of the first optically active zone.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Sendeeinrich tung besteht darin, daß je nach Bedarf eine zentrische Abbil dung des Leuchtflecks der ersten optisch aktiven Zone auf die Lichtwellenleiter-Stirnfläche möglich ist oder aber zur Er füllung der vorgenannten Empfehlungen ein Versatz realisiert werden kann, der eine wesentlich verbesserte Modenfüllung ei nes Multimode-Lichtwellenleiters und damit eine Verbesserung der Bandbreite und des Modenrauschens ermöglicht. Die erfin dungsgemäße Sendeeinrichtung erfordert dazu kein mechanisches Umschaltkonzept, das wegen der vergleichsweise geringen Abmessungen außerordentlich aufwendig wäre, sondern sieht eine vorteilhafte elektro-optische Umschaltung vor. Damit ist also sowohl die Einkopplung optischer Datensignale in einen Singlemode-Lichtwellenleiter (mittels Ansteuerung der ersten optisch aktiven Zone) als auch die Realisierung eines gewünschten Versatzes (mittels alternativer Ansteuerung der zweiten optisch aktiven Zone) zur Einkopplung in einen Multi mode-Lichtwellenleiter realisiert.A major advantage of the transmitting device according to the invention tion is that, as needed, a central illustration the light spot of the first optically active zone on the Optical fiber end face is possible or for Er filling the above recommendations realized an offset can be, the egg a much improved mode filling nes multimode optical fiber and thus an improvement the bandwidth and mode noise. The invent Transmitter according to the invention does not require any mechanical Switching concept, because of the comparatively small Dimensions would be extremely expensive, but looks an advantageous electro-optical switching before. So that is thus both the coupling of optical data signals into one Singlemode optical fiber (by controlling the first optically active zone) as well as the realization of a desired offset (by means of alternative control of the second optically active zone) for coupling into a multi mode fiber optic implemented.

Eine hinsichtlich der Baugröße und fertigungstechnisch beson ders bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sendeein richtung besteht darin, daß die erste und die zweite optisch aktive Zone auf einem gemeinsamen Laserarray ausgebildet sind.One in terms of size and manufacturing technology the preferred embodiment of the transmission according to the invention direction is that the first and the second optically active zone formed on a common laser array are.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert; es zeigen:An embodiment of the invention is described below a drawing explained in more detail; show it:

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine erfindungsgemäße Sendeeinrichtung und Fig. 1 shows a schematic representation of a transmission device according to the invention and

Fig. 2 ein elektrisches Blockschaltbild der Sendeeinrichtung nach Fig. 1. FIG. 2 shows an electrical block diagram of the transmission device according to FIG. 1.

Die in Fig. 1 und in starker Vereinfachung dargestellte Sen deeinrichtung umfaßt eine Aufnahme 1 zum optischen Anschluß eines Lichtwellenleiters 2 mit einem in zentraler Längsachse 3 verlaufenden lichtwellenleitenden Kern 4. Der Lichtwellen leiter kann in an sich bekannter und eingangs beschriebener Weise zur Ankopplung an die Sendereinrichtung von einem stan dardisierten Steckerstift oder Steckverbinder aufgenommen sein. Die Stirnfläche 5 des Lichtwellenleiters 2 endet in ei ner Koppelebene 8, auf die wie nachfolgend noch detailliert erläutert Leuchtflecken von optisch aktiven Zonen der Sende einrichtung fokussiert sind.The Sen deeinrichtung shown in Fig. 1 and in simplification comprises a receptacle 1 for the optical connection of an optical waveguide 2 with an optical waveguiding core 4 extending in the central longitudinal axis 3 . The optical waveguide can be recorded in a manner known per se and described at the outset for coupling to the transmitter device from a standardized plug pin or plug connector. The end face 5 of the optical waveguide 2 ends in a coupling plane 8 , onto which, as will be explained in more detail below, luminous spots of optically active zones of the transmitting device are focused.

Die Sendeeinrichtung umfaßt ferner einen Sender 10, der eine erste optisch aktive Zone 12 aufweist. Die optisch aktive Zone emittiert bei elektrischer Ansteuerung Strahlung (Licht) 14 in Richtung auf die Koppelebene 8. Die optisch aktive Zone ist der Austrittsbereich eines nur andeutungsweise darge stellten ersten Lasers 16, der Bestandteil eines den Sender 10 bildenden Laserarrays 17 ist. Das Laserarray 17 umfaßt einen zweiten andeutungsweise dargestellten Laser 18 mit ei ner zweiten optisch aktiven Zone 19, die ebenfalls an der Stirnseite 20 des Laserarrays 17 ausgebildet ist. Der zweite Laser 18 kann alternativ zu dem ersten Laser 16 individuell elektrisch angesteuert werden und emittiert in diesem Fall Strahlung 22 in Richtung auf die Koppelebene 8.The transmitting device further comprises a transmitter 10 which has a first optically active zone 12 . When electrically activated, the optically active zone emits radiation (light) 14 in the direction of the coupling plane 8 . The optically active zone is the exit region of a first laser 16 , which is only hinted at and which is part of a laser array 17 forming the transmitter 10 . The laser array 17 comprises a second laser 18, indicated by way of illustration, with a second optically active zone 19 , which is also formed on the end face 20 of the laser array 17 . As an alternative to the first laser 16, the second laser 18 can be individually electrically controlled and in this case emits radiation 22 in the direction of the coupling plane 8 .

Sowohl die Strahlung 14 (bei Ansteuerung des ersten Lasers 16) als auch die Strahlung 22 (bei Ansteuerung des zweiten Lasers 18) verläuft über eine schematisch dargestellte Linse 24. Die Linse 24 ist derart angeordnet und in ihren Brenn punkten bemessen, daß sie den Lichtaustrittsbereich (Leuchtfleck) 26 der ersten optisch aktiven Zone auf die Stirnfläche 8 als Leuchtfleck 26' in einem Abbildungsort 27 abbildet. In entsprechender Weise gelangt die Strahlung 22 über die Linse 24 zur Koppelebene 8 derart, daß der sich bei Ansteuerung der zweiten optisch aktiven Zone 19 bildende Leuchtfleck 28 als Leuchtfleck 28' fokussiert und in einem ebenfalls in der Koppelebene 8 liegenden, aber zum Abbil dungsort 27 versetzten Abbildungsort 29 abgebildet wird. Both the radiation 14 (when the first laser 16 is actuated) and the radiation 22 (when the second laser 18 is actuated) runs through a schematically illustrated lens 24 . The lens 24 is arranged and dimensioned in its focal points such that it images the light exit area (light spot) 26 of the first optically active zone on the end face 8 as a light spot 26 'in an imaging location 27 . In a corresponding manner, the radiation 22 passes through the lens 24 to the coupling plane 8 in such a way that the light spot 28 which forms when the second optically active zone 19 is actuated focuses as a light spot 28 'and in a likewise located in the coupling plane 8 , but to the image location 27 offset imaging location 29 is mapped.

Wie Fig. 2 schematisch darstellt, ist ein Lasertreiber 30 vorgesehen, der zu übertragende elektrische Eingangsdaten 32 in elektrische Ansteuersignale 34 für den Laser 16 bzw. 18 des Senders 10 aufbereitet. Ferner ist ein Umschalter 36 mit einem Umschalteingang 37 vorgesehen, mit dem der gewünschte Laser 16 bzw. 18 des Laserarrays ausgewählt wird, der zur Da tenübertragung beaufschlagt werden soll. Die Auswahl des je weils zu beaufschlagenden Lasers richtet sich danach, ob in der Aufnahme 1 ein Monomode-Lichtwellenleiter 2 oder ein (in Fig. 1 nur andeutungsweise dargestellter) Multimode-Licht wellenleiter 40 gehalten ist. Während bei dem Monomode-Licht wellenleiter 2 eine möglichst konzentrische Abbildung des Leuchtflecks 26' auf das Kernzentrum des Lichtwellenleiters 2 (d. h. in die Längsachse 3) gewünscht ist, wird bei dem Multi mode-Lichtwellenleiter 40 ein Versatz dadurch realisiert, daß der Leuchtfleck 28' mit Versatz (Exzentrizität) e zur Längs achse 3' des Multimode-Lichtwellenleiters 40 abgebildet ist. Dadurch läßt sich eine bessere Modenfüllung des Lichtwellen leiters 40 erreichen. Der Versatz e kann je nach Kerndurch messer des verwendeten Multimode-Lichtwellenleiters 10 bis 16 (bei 50 µm Kerndurchmesser) bzw. 17 bis 23 µm (bei 62 µm Kerndurchmesser) betragen.As shown schematically in FIG. 2, a laser driver 30 is provided, which processes electrical input data 32 to be transmitted into electrical control signals 34 for the laser 16 or 18 of the transmitter 10 . Furthermore, a changeover switch 36 is provided with a changeover input 37 , with which the desired laser 16 or 18 of the laser array is selected, which is to be acted upon for data transmission. The selection of the laser to be acted upon depends on whether a single-mode optical waveguide 2 or a multimode optical waveguide 40 (only indicated in FIG. 1) is held in the receptacle 1 . While in the single-mode light waveguide 2, a concentric image of the light spot 26 'on the core center of the light waveguide 2 (ie in the longitudinal axis 3 ) is desired, in the multi-mode light waveguide 40 an offset is realized in that the light spot 28 ' with offset (eccentricity) e to the longitudinal axis 3 'of the multimode optical fiber 40 is shown. This allows a better mode filling of the optical waveguide 40 can be achieved. Depending on the core diameter of the multimode optical waveguide used, the offset e can be 10 to 16 (for 50 µm core diameter) or 17 to 23 µm (for 62 µm core diameter).

Mit der erfindungsgemäßen Sendeeinrichtung läßt sich ohne me chanische Komponenten bedarfsweise und äußerst schnell eine Umschaltung realisieren, die den Leuchtfleck je nach ge wünschter Einkoppelgeometrie zentrisch bzw. exzentrisch in Bezug auf die Lichtwellenleiterkernachse 3, 3' auf die Kop pelebene 8 abbildet.With the transmitter device according to the invention can be realized without me mechanical components if necessary and extremely quickly a switch that maps the light spot depending on the desired coupling geometry ge or eccentrically with respect to the optical fiber core axis 3 , 3 'on the Kop pelebene 8 .

Claims

1. Optical transmission device

1. with a receptacle ( 1 ) for the optical connection of a light waveguide ( 2 , 40 ) and
2. with a transmitter ( 10 ) with a first optically active zone ( 12 ), the light spot ( 26 ) that forms when electrically controlled is mapped to a first imaging location ( 27 ) in the center of the optical waveguide end face ( 5 ),

characterized in that

1. the transmitter ( 10 ) has at least one second controllable optically active zone ( 19 ) and
2. that the second optically active zone ( 19 ) is arranged in such a way that when it is activated, the light spot ( 28 ) forms in a predetermined offset (e) to the imaging location ( 27 ) of the light spot ( 26 ) of the first optically active zone ( 12 ) maps.

2. Optical transmission device according to claim 1, characterized in that the first ( 12 ) and the second ( 19 ) optically active zone are formed on a common laser array ( 17 ).