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Optische Faserleitung zwischen einem llalbleiterlaser
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und einem ersten Faserstecker In optischen Nachrichtenübertragungssystemen
mit Halbleiteriasern und Übertragungsfasern muß der Halbleiterlaser geeignet mit
der Übertragungsfaser verbunden werden, wobei man für diese Verbindung eine weitere
Faserleitung benötigt, die mit Hilfe eines Fasersteckers mit der Übertragungsfaser
verbunden wird. Die Faserleitung ist dabei mittels eines geeigneten Gehäuses starr
mit dem Halbleiterlaser optisch verkoppelt. Die Anordnung dieser Elemente ist in
FIG 1 gezeigt.
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Das Laserlicht, welches in die Faserleitung 3 eingekoppelt wird, wird
zum Teil am Faserstecker 4 reflektiert, so daß ein Teil des Laserlichtes wieder
zurück in den Laser 1 gelangt. Eine solche Reflexion zurück in den Laser kann zu
zusätzlichem Rauschen führen, wie zo Bo in IEEE J. Quant.
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Electr. QE. 14 (1978), s. 331-332 ausgeführt wurde. Dieses zusätzliche
Rauschen stört die Übertragungsqualität einer optischen Nachrichtenübertragungsleitung
ganz erheblich
und soll deshalb so weit wie möglich vermieden werden.
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Eine Möglichkeit, dieses Rauschen zu vermeiden, besteht, darin, die
Reflexion zurück in den Laser zu unterbinden, indem man z. B. einen optischen Isolator
(beschrieben z. B. in Electronics Letters 13 (1977), S. 721-722) zwischen Laser
1 und Faserleitung 3 einfügt, oder indem man am Faserstecker 4 z. B. durch Vergütung
jegliche Reflexion vermeidet. Beide Methoden sind relativ aufwendig.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine weitere Lösung anzugeben, die jedoch
mit geringerem Aufwand verbunden ist.
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Die Lösung der Aufgabe ist dem Patentanspruch 1 zu entnehmen. Die
Unteransprüche beinhalten vorteilhafte Ausführungen der Erfindung.
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Die erfindungsgemäße Unterdrückung des Rauschens aufgrund der Reflexion
am Faserstecker geschieht nun mit Hilfe einer geeigneten Dimensionierung der Faserleitung
3.
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Zur Erläuterung der Erfindung sei anhand FIG. 2 das typische Emissionsspektrum
eines Halbleiterlaser betrachtet.
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FIG. 2A zeigt dabei das gesamte Spektrum der Laseremission, welches
aus einzelnen Linien besteht, während FIG. 2B das Spektrum der einzelnen Laserlinie
bei h = Ä m zeigt, wobei der Wellenlängenmaßstab in FIG. 2B gegenüber 2A stark gespreizt
ist.
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Die Einhüllende des gesamten Spektrums der Laseremission hat eine
spektrale Breite von AN, während eine einzelne Laserlinie eine spektrale Breite
von JX aufweist. Aufgrund dieser endlichen spektralen Breite ist das Laserlicht
nur teilweise kohärent, wobei der Kohärenzzustand sich bei
Durchlaufen
der optischen Faserleitung 3 ändert Insbesondere hängt der Kohärenzzustand des reflektierten
Laserlichts nach Reflexion am Faserstecker 4 und nochmaligem Durchlaufen der optischen
Faserleitung 3 sehr stark von der Laufzeitstreuung der einzelnen Moden in der Faser
ab.
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Wichtig für die Beurteilung der Kohärenz ist die spektrale Breite
eines Lasermodes. Die Kohärenzzeit #coh oh ist gegeben als
wobei N die Wellenlänge und c die Lichtgeschwindigkeit bezeichnen Die Laufzeitstreuung
#rms der optischen Faserrms leitung 3 ist definiert als
wobei C ? eine Mitteilung über alle angeregten Faserwellen bezeichnet und tm die
Laufzeit der Welle m in der optischen Faserleitung 3 angibt. Die reflektierte Welle
erleidet bei Hin- und Herlaufen in der Faserleitung 3 eine gesamte Laufzeitstreuung
von 2 = #rms. . Für eine Unterdrückung des Raurms schens aufgrund der Reflexion
ist es nun wichtig, daß die Kohärenz des reflektierten Lichts aufgehoben ist 9 d.
h daß keine eindeutigen Phasenbeziehungen zwischem dem emittierten Laserlicht und
dem reflektierten Laserlicht mehr bestehen auch nicht in einer einzelnen Laserlinie
Die Kohärenz des reflektierten Lichtes wird aufgehoben, wenn gilt Lrms coh (1)
Erfindungsgemäß
soll nun die optische Faserleitung 3 zwischen dem Halbleiterlaser und dem ersten
Faserstecker derart dimensioniert werden, daß Gl. (1) erfüllt wird.
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Schmale Streifenlaser wie z. B. der V-Nut-Laser (vgl.
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DE-OS 28 22 146) haben eine Kohärenzzeit von ca. 40 ps, so daß bei
derartigen Lasern die Laufzeitstreuung der Faserleitung 3 mindestens 20 ps betragen
sollte.
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Üblicherweise verwendet man für die Faserleitung 3 eine 30 ... 100
cm lange Faser1 die in ihrer Gestaltung der Übertragungsfaser 2 entspricht. Die
Übertragungsfaser 2 ist typischerweise eine Gradientenfaser mit <rms = 1 ns/km,
so daß man für die notwendige Laufzeitstreuung von 20 ps zur Unterdrückung des Reflexionsrauschens
eine Länge der Faserleitung 3 von mindestens 20 m benötigen würde. m aber die notwendige
Laufzeitstreuung bereits mit einer kürzeren Faserleitung 2 zu erzielen, ist es zweckmäßig,
Fasern größerer Laufzeitstreuung, wie z. B. Stufenprofilfasern,zu verwenden. Je
nach numerischer Apertur (N.A.) haben Stufenprofilfasern Laufzeitstreuungen von
10 20 ns/km, so daß man bereits nach 1 bis 2 m eine Dispersion von 20 ps erhält.
Auf diese Weise läßt sich die Kohärenz bereits mit optischen Faserleitungen 3 einer
Länge von weniger als 5 m zerstören.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in FIG. 3 gezeigt.
Hier besteht die optische Faserleitung aus zwei Fasern 5, 6, die miteinander, z.
B. durch Spleißen, reflexionsarm verbunden sind. Faser 5 besitzt dabei eine große
Laufzeitstreuung, um die Kohärenz zu zerstören, während Faser 6 eine Faser geringer
Laufzeitstreuung darstellt, die der Übertragungsfaser 2 sehr ähnlich ist.
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Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß nicht nur durch die Faser
5 die Kohärenz des reflektierten Lichtes zerstört wird, sondern auch an der Stoßstelle
zwischen Faser 5 und 6 noch eine Nodenumwandlung stattfindet. Diese Modenumwandlung
bewirkt, daß das Licht auf mehr Fasermoden verteilt wird, was eine weitere Verringerung
der Reflexion in den Laser zur Folge hat0 Als Faser 5 wird z Bo eine Kern-Mantel-Faser
mit einem Kerndurchmesser von 35/um verwendet, bei der vom Halbleiterlaser 1 die
Wellen bis zu einer numerischen Apertur von N.A. = 019 angeregt werden Diese Faser
hat dann eine Dispersion von trms = 11 ns/km, so daß man bei einer Kohärms renzzeit
des Lasers von t oh = 40 ps eine Länge der Faser 5 von mindestens 1,80 m benötigt
Praktisch wählt man für Faser 5 eine Länge von 3 ... 4 m, um auch für größere Kohärenzzeiten
des Lasers eine Zerstörung der Kohärenz des reflektierten Lichtes sicherzustellen.
Faser 6 ist eine Gradientenfaser mit einer numerischen Apertur von 0,22 und einem
Kerndurchmesser von 50/um. Mit diesen Faserdaten beträgt der Koppelverlust zwischen
Faser 5 und 6 weniger als 094 dBo Faser 6 ist bereits mit der einen Hälfte des Steckers
4 versehen und hat eine Länge von ca0 50 cmO Die Wahl der Länge von Faser 6 ist
unkritisch und wird nur durch die mechanische Handhabbarkeit bestimmt, Be bereits
oben ausgeführt, ist die notwendige Länge von Faser 5 unmittelbar mit der Kohärenzzeit
des verwendeten Lasers verknüpft. Liegt die Kohärenzzeit G bei nur 10 ps, coh dann
genügt bereits eine Stufenprofilfaser 5 mit einer Länge von SO cm, um die Kohärenz
des reflektierten Lichts zu zerstören und so eine Unterdrückung des Reflexions-Rauschens
sicherzustellen 0
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