DE2945466A1

DE2945466A1 - Streifendiodenlaser mit rueckwirkungsfreiem faserausgang

Info

Publication number: DE2945466A1
Application number: DE19792945466
Authority: DE
Inventors: Prof. Dr.-Ing. Hans-Georg 3300 Braunschweig Unger
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Bosch Telecom GmbH
Priority date: 1979-11-10
Filing date: 1979-11-10
Publication date: 1981-05-27
Also published as: JPS6237902B2; CA1163702A; DE2945466C2; JPS5679489A; GB2062951B; US4372644A; GB2062951A

Description

Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH NE2-BK/Sch/be

Theodor-Stern-Kai 1 BK 79/96

D-6000 Frankfurt 70

Streifendlodenlaser mit rückwirkungsfreiem Faserausgang

In Glasfasersystemen zur optischen Nachrichtenübertragung mit Halbleiterlasern als Sender beeinträchtigen Reflexionen an Faserverbindungen und an anderen Ungleiehmäßigkeilen im Verlauf der Faser die gewünschte Funktion des Laser sender 3.

Solche Reflexionen ändern dir* Lii^enfrequerizen und die Lebensdauer der Photonen im Lasorresonatur und damit auch die Frequenz und Amplitude einzelner¹ Laser.schwi ngungen. Da in lien Systemen der optischen Nachrichtentechnik die Glasfar.ern extrem dämpfungsarm sind, machen sich auch noch Reflexionen am Laseraus/;'ing bemerkbar, die /on weit entfernten Faserstörungen :.' urüekkommen . Solche weit entfernten Reflex i oner: ändern aber ihre Phase am La^erausgang sehr schnell mit ü^r Frequenz. Große Phasenänderungen erfahren diese Reflexionen auch bei. geringen zeitlichen Änderungen der Faserübertragungseigenschaften.

Als Folge dieser großen und unter Umständen schnellen Phsenänderungen der Reflexion-.:;: ändern .sich in etwa gleich'm Maße die Schwi ngbedi ngungen fur· Laser.schui ngurigtp.. Daduri·!:

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kommt es zu Schwankungen der Schwi ngungsarr.pl i tuden . Diese Amplitudenschwankungen überlagern sich im Empfänger den Signalen, mit welchen die Laserschwingungen moduliert wurden. Auch die Modulationscharakteristiken der durch die Signale gesteuerten Laserinjektion können durch die schnell drehenden Reflexionen stark verzerrt werden. Im Ganzen wird dadurch der normale Betrieb des Lasersenders empfindlich gestört oder gar vereitelt.

Um diese Störungen zu unterdrücken, müssen diese kaum zu vermeidenden Reflexionen in ihrer Rückwirkung auf den Laser unschädlich gemacht werden.

Erfindungsgemäß wird hierfür vorgeschlagen, daß zwischen Faser und Laser ein Element eingefügt wird, welches die linear polarisierte Welle am Laserausgang in eine zirkulär polarisierte Welle am Fasereingang umwandelt. Es wird somit zwischen Lanerausgang und Fasereingang ein doppelbrechendes Medium eingefügt, dessen optische Achse transversal zur Achse des Systems Laser-Faser liegt und mit eier Breitseite vom Strei.fenquerschnitt des Lasers einen Winkel von H5° bildet. Der Brechzahluntersch i ed für lan.;-;; der optischen Achse des dcppelbrechenden Heliums linear polarisierter Wellen und senkrecht dazu und die Länge dieses Mediums in Ausbreitungsrichtung der Lichtwellen worden so aufeinander abgestimmt, daß eine in Rieht..;r:g der optischen Achse linear polarisierte Welle nach ·-it-.-η Durchgang durch das doppe.! brechende Medium gegenüber df-r senkrecht dazu linear polarisierten Welle gerade um 9ü^p zeitlich in der Phase gedreht austritt.

Dies kann einmal durch eine λ/zj-Pictte realisiert werden. Zum anderen 1st es möglich, zwisenen Laser und Faser eine derartige Anschlußfaser einzufügen, daß die linear polarisi er te Welle am Laserausgar._;: in eine zirkulär polarisierte Welle am Faserei ngän,^ umgewandelt wird.

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Die zirkular polarisierte Welle wird denn von der· Faser geführt. Irgendwelche Faserstörungen reflektieren diese Welle teilweise. Bei den typischen Faserstörungen ist aber auch die Reflexion noch nahezu zirkular polarisiert, nur daß sich der Drehsinn der Polarisation bezüglich der jetzt entgegengesetzten Ausbreitungsrichtung umgekehrt hat. Stark reflektierende Faserstorungen, wie beispielsweise die Brechzahlsprünge bei der Verbindung zweier Fasern, haben einen Reflexionsfaktor, der nach Größe und Phase von der Pclarisation der Faserwelle unabhängig ist.

Die reflektierte Welle mit ihrer gegei.über der einfallenden Welle im umgekehrten Drehsinn zirkulären Polarisation trifft rücklaufend am Fasereingang auf das doppelbrechende Medium.

Beim Durchgang durch dieses Medium wird die zirkuläre Polarisation in eine lineare gewandelt. Weil aber der Drehsinn dieser reflektierten Welle umgekehrt gegenüber der hinlaufenden Welle ist, tritt aus dem doppelbrechenden Medium auf der Seite des Lasers eine linear polarisierte Welle aus, deren Polarisationsrichtung senkrecht zur Polarisationsricntung der ursprünglichen Lasersohwingung ist. Wegen der Orthogonal i tat beider Polarisationen gibt, es keine Rückwirkung der Reflexion auf die primäre Laserschwingung mehr. Wie groß diese reflektierte Weile am Laserausgang auch immer ist und wie schnell sieh ihre Phase mit- der Frequenz und mit der Zeit auch immer ändert., die primäre Laserschwingung bleibt. unbeeinflußt von ihr. Ihre Seiiwi ngbec! i ngungen sind stabil und ihre Modulationscharakteri.<·■* ik ungestört.

Besonders stark stören Reflexionen von weit entfernten Stoßstellen in Systemen mit einwelligen Fasern. Hier macht, si oh die reflektierte Grundwelle mit voller Größe des Reflexionsfaktors am Laserausgang bemerkbar. Geschwächt wird sie in ihrer Rückwirkung auf die Laserschwingung nur durch die Faserdämpfung und durch die Koppe]Verluste zwischen Laser und Faser.

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Die Erfindung bezieht sich darum in erster Linie auf solche Systeme mit einwelligen Fasern. Dann wird das doppelbrechende Medium vorzugsweise als Faser ausgebildet, die für ihre Grundwelle eine solche Doppelbrechung hat, und die so lang ist, daß sie die erforderliche Polar j sationswandlung bewerkstelligt. Die Grundwelle dieser doppelbrechenden Faser sollte außerdem eine solche Feldverteilung über den Faserquerschnitt haben, daß sowohl zwischen Laser und doppelbrechender Faser als auch zwischen doppelbrechender Faser und der einwelligen Übertragungsfaser nur geringe Koppelverluste entstehen. Zu diesem Zweck müssen die Feldverteilungen entweder gut aneinander gepaßt werden, oder os muß mit entsprechenden Übergängen gearbeitet werden.

Die Doppelbrechung für die Grundwelle der polarisationswandelnden Faser läßt sich auf verschiedenen Weise herstellen. Eine Möglichkeit besteht darin, diese Faser aus einer Vorform zu ziehen, die ihrerseits durch Abtragung von Manteimaterial an zwei gegenüberliegenden Seiten so präpariert

2C ist, daß die inneren mechanischen Spannungen, welche nach dem Ziehprozeß bestehen bleiben, zu einer Spannungsdoppelbrechung führen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, der polarisationsw^ndelnden Faser einen elliptischen oder ovalen Kernquerschnitt zu geben.

In der einen oder der anderen Form läßt sich die doppelbrechende Faser mit dem Laser zu einem Lichtsender mit Faseranschluß integrieren.

Auch bei optischen Nachrichtensystemen mit vielwelligen Fasern können sich die Reflexionen an weit entfernten Stoßstellen der Faser störend am Laserausgang bemerkbar machen. Hier ist allerdings die Rückwirkung solcher Reflexionen auf die Laserschwingung um so kleiner, je größer die Anzahl der Faserwellen ist, auf die sich die vom Laser abgegebene Leistung verteilt. Bei den typischen Verhältnissen in stark

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vie] welligen Fasern verteilt sich die Lasorlei si. ,ing ;iuf so viele Faserwellen und ist die hückwirkung von Reflexionen auf die Lasersehwi npung darum so klein, daß sich die Erfindung erst in zweiter Linie auf solche vie]welligen Fasersysteme bezieht.

Um bei Ihnen die gewünschte Entkopplung zwischen reflektierten Wellenkomponenten und der Laser schwingung zu erreichen, muß das doppelbrechende Medium dem aus der Laserschwingung entstehenden Ausgangsstrahl als Ganzes von linearer in zirkuläre Polarisation wandeln, so daß in der Anschlußfriser ein einheitlicher Polarisationszustand vorliegt. Es soll Le darum beispielsweise eine doppelbrechende Gradientenfaser den Ausgangsstrahl möglichst unmittelbar als Eigenwelle führen. Erst der Ausgang dieser Gradientenfaser zur vielwelligen Übertragungsfaser ist dann so anzupassen, daß der Laserstrahl möglichst nur geführte Faserwellen anregt.

Mit dieser Gestaltung des doppe !.brechenden Mediums wird so weit wie möglich sichergestellt, daß die zirkulär polarisierten Reflexion in jeder der Faserwellen zu der dem Laserstrahl entsprechenden rücklaufenden otrahlwelle am Laserausgang nur Beiträge liefern, die linear polarisiert sind, und zwar orthogonal zum Laserausgan^sstr ihl. Auf diese Weise wird eine Rückwirkung von Reflexioner: auf die Laserschwingung auch bei Systemen mit vielwelligen Fasern weitgehend unterdrückt.

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Claims

Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH NE2-BK/Sch/be

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Patentansprüche:

Streifendiodenlaser mit rückwirkungsfreiem Faserausgang dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Faser und Laser ein Element eingefügt ist, welches die linear polarisierte Welle am Laserausgang in eine zirkulär polarisierte WeI-Ie am Fasereingang umwandelt.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, uaii zwischen Laserausgang und Fasereirigang eine ^/l4_pi_atte derart eingefügt ist, daß diese mit einer transversalen optischen Achse, die mit dtn Seiten des Streifenquerschnitts des Lasers einen Winkel von 45^C bildet und Phasendifferenz zwischen den Polarisationen senkrecht und parallel zu dieser optischen Achse hat.
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußfaser doppelbrechend ist mit einer transveraalen optischen Achse, die mit den Seiten des Streifenquerschnitts des Lasers einen Winkel von 45° bildet und 90° Phasendifferenz zwischen den Polarisationen senkrecht und parallel zu fieser optischen Achse hat.

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4. Anordnung nach Anspruch 3 mit einer auf die Anschlußfaser folgenden einwelligen Faser, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußfaser Doppelbrechung insbesondere für die Grundwelle der einwelligen Faser aufweist.
5. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußfaser durch innere mechanische Spannungen doppelbrechend ist.
6. Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußfaser einen ovalen Kernquerschnitt hat, dessen größter Durchmesser gegenüber den Seiten des Streifenquerschnitts des Lasers um 45° gedreht ist.
7. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum Anschluß an eine mehrwellige Faser die doppelbrechende Anschlußfaser als Gradientenfaser ausgebildet ist, die mit der Fleckgröße ihrer Grundwelle an den Ausgangsstrahl des Lasers angepaßt ist.

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