DE2942205A1 - Halbleiter-lichtverstaerker - Google Patents

Description

Firma KOKUSAI DENSHIN DENWA KABUSHIKI KAISHA, 2-3-2, Nishishinjuku, Shinjuku-Ku, Tokyo-To, Japan

Halbleiter - Lichtverstärker

Die Erfindung betrifft einen Halbleiter-Lichtverstärker mit einer die Lichtverstärkung bewirkenden aktiven Schicht. Hat eine Lichtimpulsfolge einen optischen Faserleiter durchwandert, so zeigt sie bekanntlich sogenannte Zittererscheinungen und wird dann diese Lichtimpulsfolge in diesem Zustand optisch verstärkt, dann ergibt sich im Fall eines Mehrfach-Wiederholungssystems eine Vervielfachung dieses Zittereffekts, mit der Folge einer beträchtlichen Erhöhung der Code-Fehlermenge.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Halbleiter-Lichtverstärker zu schaffen, der den erwähnten Nachteil der bekannten Verstärker vermeidet, was dadurch geschieht, daß er durch Stromimpulse einer Taktfrequenz betrieben wird, die mit dem Takt der Impulsfolge eines Licht-Eingangssignals synchronisiert ist.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert, und zwar in Gegenüberstellung zum Stand der Technik. Auf der Zeichnung zeigen:

Fig. 1: schematisch den Aufbau eines üblichen Halbleiter-

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Verstärkers mit Halbleiter-Laser,

Fig. 2A Erläuterungsskizzen der grundlegenden Vorgänge bei einem und 2B:

Lichtverstärker, und zwar in den beiden Fällen, daß eine Verstärkung stattfindet und daß keine Verstärkung stattfindet ,

Fig. 3: schematische Wellendiagramme zur Erläuterung der Wellenform eines übertragenen Lichtimpulses und eines empfangenen Lichtimpulses, und zwar nach Durchlaufen eines langen
optischen Faserleiters und einer Übertragungsleitung, und

Fig. 4: ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der Erfindung.

Zur Heraushebung des Unterschieds zwischen dem Stand der Technik
und vorliegender Erfindung wird zunächst ein üblicher Lichtverstärker beschrieben. Ein typisches Beispiel eines bekannten Halbleiter-Lichtverstärkers mit Halbleiter-Laser ist in Fig. 1 dargestellt. Dabei ist der Verstärker von Fig. 1 identisch in seinem
Aufbau mit einem üblichen Halbleiter-Laser, um jedoch Laserschwingungen durch spontane Lichtemission in der die Lichtverstärkung bewirkenden aktiven Schicht zu verhindern ist auf jeder der
beiden gegenüberliegenden Endflächen 2 und 3, welche einen
optischen Resonator darstellen, eine Antireflexionsschicht 3 vorgesehen, die aus SiO- bestehen kann und durch Vakuumniederschlagung aufgebracht worden ist. Damit wird erreicht, daß ein auf die eine Endfläche 2 auftreffendes Licht-Eingangssignal 5 in eine aktive
optische Führungsschicht 1 eindringt und dann ein verstärktes
Licht-Ausgangssignal 6 von der anderen Enflache 3 abgegeben wird.

Das Beispiel von Fig. 1 soll nachfolgend mehr ins einzelne gehend

0 3 0 ι) 1 7 / ii 9 2 U _ ₄

beschrieben werden, und zwar für den Fall eines GaAs/AlGaAs-Doppellasers. Dabei besteht der Aufbau aus einer η-Al Ga_1- As-Uberzugsschicht 8, einer aktiven GaAs-Schicht 1, einer p-Al Ga_1- As-

X I ^X

Uberzugsschicht 9 und einer p-GaAs-Schicht 10, wobei diese Schichten nacheinander auf einer n-GaAs-Unterschicht 7 gewachsen sind, und zwar durch ein epitaxisches Wachsen in flüssiger Farbe

en
oder dergleichen. Die Uberzugsschicht 8 und 9 dienen dazu, in der aktiven Schicht 1 das Auftreten von Trägern, also von Elektronen oder Elektronenlöchern, sowie einer Lichtstreuung in Dickenrichtung der aktiven Schicht zu begrenzen, wobei das Zusammensetzungsverhältnis χ von Al Ga_1-As etwa 0,3 beträgt. Auf der Deckfläche

X I X

und auf der Bodenfläche des Körpers sind ohm'sche Elektroden 11 und 12 angebracht. Wenn über die Leitungen 13 und 14 ein Strom in Vorwärtsrichtung fließt, dann wirkt der Baukörper als Lichtverstärker, wobei die Verstärkung von der Größe des Stroms abhängt.

Die Grundlage/t der Lichtverstärkung werden nun anhand der Fig. 2A und 2B erläutert. Wenn ein Strom in Vorwärtsrichtung fließt dann werden von der η-Al Ga_1- As-Überzugsschicht 9 in die aktive Schicht

X I X

1 Elektronen 15 (in den Fig. 2A und 2B als schwarze Kreisscheiben dargestellt) und Elektronenlöcher (in den Fig. 2A und 2B als weiße Kreisscheiben dargestellt) injiziert, wobei dann in der Schicht 1 die Elektronen 15 und die Elektronenlöcher 16 miteinander rekombinieren, mit der Folge einer individuellen bzw. spontanen Lichtemission 17. Gemäß Fig. 2ft. wird das Licht in alle Richtungen emittiert. Wird der fließende Strom verstärkt dann wird eine induzierte Emission ausgelöst, wie dies in Fig. 2B dargestellt ist. Die induzierte Emission, die durch den Pfeil 18 angedeutet

0 3 0 D 1 7 / 0 9 2 4

Elektronist, ergibt sich in der Weise, daß ein angeregtes Elektronenloch-Paar rekombiniert und Licht aussendet, welches auf ein anderes Elektron-Elektronenloch-Paar auftrifft, welches dadurch dazu stimuliert wird, ebenfalls zu rekombinieren und Licht auszusenden. Das induzierte Licht 18 pflanzt sich mit derselben Phase und in derselben Richtung fort wie das stimulierende Licht und durch ein wiederkehrendes Auftreten derartiger Stimulanzeffekte ergibt sich eine optische Verstärkung.

Wenn gemäß Fig. 3 ein Lichtimpuls 20 eine lange optische Faserleitung 19 durchwandert hat, dann ist er stark abgeschwächt und besitzt

und eine vergleichsweise große Impulsbreite,zwar im Vergleich mit dem ursprünglichen Ubertragungsimpuls 20a. Wird der empfangene Lichtimpuls etwa durch einen Halbleiter-Lichtverstärker verstärkt, so erfolgt die optische Verstärkung auf der Grundlage der vergrößerten Impulsbreite. Bei einem System mit Mehrfachwiederholung wird dann die Impulsbreite bei jedem Wiederholungsvorgang größer, mit der Folge, daß die Übertragungsgeschwindigkeit beträchtlich abnimmt.

Nachfolgend wird nun auf der Grundlage der vorausgehenden Erläuterungen die Erfindung beschrieben.

Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung. Das auf einen Halbleiter-Verstärker 21 von Fig. 1 auftreffende Licht-Eingangssignal 5 wird von diesem direkt verstärkt und führt zu dem Licht-Ausgangssignal 6. Ein Teil 23 des Ausgangssignals 6 wird jedoch durch einen halbdurchlässigen Spiegel 22 abgezweigt und mittels einer Lawinen-Fotodiode 24 in ein elektrisches Signal 25 umgesetzt,

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welches auf einen Zeitgeber-Detektor 26 gegeben wird, so daß ein Taktsignal 27 entsteht. Auf der Basis den Taktsignals 27 werden durch einen Impulsgenerator 28 Treiber-Stromimpulse 29 erzeugt und dem Halbleiter-Lichtverstärker 21 zugeführt. Dabei kann es beispielsweise zweckmäßig sein, wenn der Impulsgenerator 28 die Funktion eines Verzögerungskreises hat, der den Takt des Impulsgenerators zu regeln vermag.

Bei dieser Anordnung sind somit die Stromimpulse 29 mit dem Zeittakt des Licht-Eingangssignäls 5 synchronisiert und dadurch, daß der Verstärker 21 mit diesen synchronisierten Stromimpulsen 29 betrieben wird_;ergibt sich, daß der Verstärker 21 eine intermittierende Lichtverstärkung des Licht-Eingangssignals 5 vornimmt, und zwar im richtigen Zeittakt.

Gemäß der Erfindung dient also ein durch Stromimpulse einer mit dem Takt des ankommenden Lichtsignals synchronisierten Taktfrequenz betriebener Lichtverstärker nur dann als Verstärker, wenn Stromimpulse ankommen. Damit aber werden die Licht-Ausgangsimpulse 30 dadurch erzeugt, daß das Licht-Einaangssignal 5 auf der Grundlage der Treiber-Stromimpulse 29 verstärkt und geformt wird; mit anderen Worten, dem verstärkten Ausgangssignal kann eine gewünschte schmale Impulsbreite gegeben werden. Darüberhinaus erfolgt auch eine Unterdrückung sogenannter Zittererscheinungen.

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Leerseite

Claims (2)

ί·Λ Γ EN TANWAl I E ■WlDtrjMAt'F.HSlHASSfc: t> U HUO(J ML)NCHEN 2.2 ILi ■ κι·>■ jj j') χ) 2'i ■'>; \yj 18.10.1979 Unser Zeichen: A 21079 Mü/De PATENTANSPRÜCHE

1. Halbleiter-Lichtverstärker mit einer eine Lichtverstärkung bewirkenden aktiven Schicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtverstärkung intermittierend in einem Zeittakt erfolgt, der mit dem Zeittakt einer auf die aktive Schicht (1) auftreffenden Eingangs-Lichtimpulsfolge (5) synchronisiert ist.

2. Verstärker nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Zeittakt-Detektor (26), der mit dem Lichtverstärker (21) verbunden ist und den Zeittakt der auf die aktive Schicht (1) auftreffenden Eingangs-Lichtimpulse feststellt, und durch einen Impulsgenerator (28), der mit dem Zeittakt-Detektor (26) und dem Lichtverstärker (21) verbunden ist und drei der Impulse erzeugt, die mit dem festgestellten Zeittakt synchronisiert sind, derart, daß die Treiberimpulse eine intermittierende Lichtverstärkung durch den Lichtverstärker (21) hervorrufen.

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