DE3343051A1

DE3343051A1 - Verfahren und anordnung zum erzeugen elektrischer steuerimpulse

Info

Publication number: DE3343051A1
Application number: DE19833343051
Authority: DE
Inventors: Dieter Prof Dr Phil Bimberg
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1983-11-29
Filing date: 1983-11-29
Publication date: 1985-06-05
Also published as: JPS60134638A

Description

Beschreibung
"Verfahren und Anordnung zum Erzeugen elektrischer Steuerimpulse" Die Erfindung betrifft ein Verfahren unu eine Anordnung zum Erzeugen elektrischer Steuerimpulse nach den Obclbegriffen der Patentansprüche 1 und 5.
Die Erfindung betrifft insbesondere solche Steuerimpulse, mit denen ein Halbleiterlaser ansteuerbar ist, z.B. eine sogenannte gain-guided-DH-Laserdiode. Das von einem derartigen Halbleiterlaser ausgesandte Licht ist modulierbar mit Hilfe eines modulierten elektrischen Stromes, welcher den Halbleiterlaser durchfließt. Eine solche interne Modulation ist anwendbar auf einen elektrisch vorgespannten oder einen elektrisch nicht vorgespannten Halbleiterlaser.
Bei einem elektrisch vorgespannten Halbleiterlaser wird dieser von eiiiem Gleichstrom durchflossen, der etwas unterhalb der sogenannten Laserschwelle liegt. Diesem Gleichstrom ist der eigentliche Modulationsstrom überlagert. Diese Betriebsart bewirkt, daß der Halbleiterlaser und durch den Gleichstrom als sogenannte LED (Licht emittierende Diode) betrieben wird. Dadurch wird ein Gleichlichtanteil erzeugt, dem Laserlichtpulse überlagert werden, die durch den Modulationsstrom erzeugt werden. Ein derartig moduliertes Licht besitzt Nachteile für viele Anwendungsfälle, beispielsweise bei der optischen Nachrichtenübertragung über Lichtwellenleiter, bei denen lediglich der modulierte Lichtanteil ausgewertet werden soll. In einem solchen Fall ist empfängerseitig eine Schwellen- und/oder Auswerteschaltung erforderlich, welche den Gleichlichtanteil unterdrückt. Auch tritt erhöhtes Rauschen auf.
Ein elektrisch nicht vorgespannter Halbleiterlaser benötigt zur Aussendung von moduliertem Laserlicht einen sehr hohen Spitzenstrom, bezogen auf den sogenannten Schwellenstrom, sofern Lichtpulse mit einer großen Pulsamplitude ausgesandt werden sollen. Werden zusätzlich eine geringe Pulsdauer, z.B. ungefähr 10 ps, und eine hohe Pulsfrequenz, z.B. 10 GHz, benötigt, so ist zur Ansteuerung des Halbeiterlasers ein technisch aufwendiger Pulsgenerator erforderlich, dessen Verwendung in vielen Anwendungsfälle unwirtschaftlich ist, z.B. als Repeaterstation in einer optischen Nachrichtenübertragungsstrecke.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren und eine gattungsgemäße Anordnung anzugeben, die in kostengünstiger Weise die Erzeugung von Steuerimpulsen ei'illöglicheii , die eiiie kurze Pulsdauer, , ei,ie hohe Pulsfrequenz sowie eilJe he Leistung besitzen und die insbesondere zum unmittelbaren Ansteuern eines Halbleiterlasers geeignet sind.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die in den kennzeichnenden Teilen der Patentansprüche 1 und 5 angegebenen Merkmale.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.
Ein erster Vorteil der Erfindung besteht darin,daß ein nalbititerlaser und die dafür erforderliche Ansteuerschaltung hybrid oder voll monolithisch integriebar sind zu einer Lichtquelle, die vielfach einsetzbar ist, z.B. zur Untersuchung transienter Vorgänge in Gasen, Flüssigkeiten sowie Festkörpern oder als optischer Sender einer optischen Nachrichtenübertragungsstrecke oder als Lichtquelle zum Prüfen und/oder Messen schneller opto-elektrischer Bauelemente.
Ein zweiter Vorteil besteht darin, daß von einem Halbleiterlaser ausgesandtes Laserlicht möglich ist, das eine hohe Intensität besitzt und das bei einer Intensitätsmodulation mit einer hohen Modulationsfrequenz (GHz-Bereich) einen Modulationsgrad von 100% besitzt. Dadurch wird es beispielsweise in optischen Nachrichtenübertragungsstrecken mit Lichtwellenleitern möglich, den Störabstand (Signal-Rausch-Verhältnis) so zu vergrößern, daß bisher benötigte Relaisstationen ("repeater") nicht mehr benutigt werden.
Ein dritter Vorteil besteht darin, daß für einen Halbleiterlaser Steuerimpulse erzeugbar sind, deren Pulsdauer kleiner ist als die Zeit bis zum Aussenden des Lichts, das auf der zweiten Relaxatiollsschw-illgullg beruht. Außerdem besitzen die Steuerimpulse eine so große Amplitude, daß kurze und energiereiche Lichtpulse möglich sind, z.B. 4ps Puls dauer bei einer Lichtwellenlänge von 840 nm und einer Spitzenleistung von ungefähr 250 mW.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert unter Bezugnahme auf eine schematische Zeichnung.
Die Figur zeigt eine Hintereinanderschaltung von eiem triggerbaren impulsgenerator 10, einem Koppelkondensator 70, einem Impulsformer 20 und einer daran angeschlossenen Last 30, die als Halbleiterlaser ausgebildet ist, z.B. als sogenannte gain-guided-DH-Laserdiode.
Dabei hat der Impulsgenerator 10 den im Patentanspruch 8 beschriebenen Aufbau, der an sich bekannt ist aus der Veröffentlichung von H.J. Klein et al.: "High peak power picosecond light pulses from a directly modulated semiconductor laser", Applied Physics Letters 41 (5), 1. Sept.
1.982, Seiten 394 bis 396. Mit einem solchen as wenigen elektrischen Bauteilen aufgebauten Impulsgenerator ist es möglich, an einem Widerstand von 50 Ohm elektrische Impulse zu erzeugen, die bei 16 Volt Spitzenspannung eine Halbñertzbreite von ungefähr 400 ps besitzen. Wie in der Figur dargestellt, werden derartige Impulse, die Eingangsimpulse 40, über einen Koppelkondensator 70 dem Impulsformer 20 zugeführt, 1 der überraschenderweise aus wenigeii elektrischer Bauelementen besteht: und daher kostengünstig herstellbar ist, z.B. in monolithisch integrierter Bauweise.
In den Impulsformer 20 gelangen die Eingangsimpulse 40 über einen Eingangsanschluß 26, z.B. einen Streifenleiter an einen Gleichrichter 24, z.B. eine Halbleiterdiode, der durch einen Widerstand 25 in Sperrichtung vorgespannt ist.
Am Ausgang des Gleichrichters 24 (Kathode) ist eine Ladeleitung 21, Z.B. ein Streifenleiter, angeschlossen, deren erstes Ende 22 kurzgeschlossen it, z.B. dadurch, daß es unmittelbar auf "Massepotential" liegt. An das zweite Ende 23 ist eine zu betreibende Last 30 angeschlossen, z.B. ein Halbleiterlaser. In der Ladeleitung 21 werden die positiven Eingangsimpulse 40 zunächst in Richtung der Enden 22 und 23 geleitet. Am ersten Ende 22 erfolgt eine Reflexion, so daß negative Impulse entstehen. Diese überlagern sich iJui) in der Ladeleitung 21 derart mit den positiven Eingangsimpulsen 40, daß Steuerimpulse 60, die Ausgangsimpulse entstehen, deren Pulsdauer verkleinert ist gegenüber derjenigen der Eingangsimpulse 40. Wird als Last 3n æ.R.
ein Halbleiterlaser gewählt, so ist es möglich, Steuerimpulse 60 zu erzeugen, die bei ungefähr 25 Volt Spitzenspannung eine Pulsdauer von 120 ps besitzen bei einer Pulsfrequenz von ungefähr 2 GHz. Derartige Steuerimpulse, deren Spitzenstrom wesentlich größer ist als der sogenannte Schwellenstrom (Einsatz des Laserbetriebes) eines Halbleiterlasers, bewirken nun in überraschender Weise, daß ein entsprechend gewählter Halbleiterlaser, z.B. ein sogenannter V-Nut-Laser gemäß DBP 28 22 146, Lichtimpulse aussendet mit einer Pulsdauer von ungefähr 4 ps t liner optischen Leistung von ungefähr 250 mW.
Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern sinngemäß auf weitere anwendbar. So ist es beispielsweise möglich, die Ladeleitung 21 auch mit Hilfe sogenannter diskreter Bauelemente aufzubauen, z.B. mit Hilfe einer Inverterstufe, die invertierte Eingangsimpulse erzeugt, einem Verzögerungsglied zum Verzögern der invertierten Eingangs impulse sowie einer Addierstufe zum Überlagern der unveränderten Eingangsimpulse mit den invertiert verzögerten Eingangsimpulsen

Claims

Patentansprüche Verfahren zum Erzeugen elektrischer Steuerimpulse, die iusbesondere zum unmittelbaren Austeren eines Halbleiterlasers geeignet sind, bei welchem di von einem Impulsgenerator erzeugten Eingangsimpulse einem Impulsformer zugeführt werden, der aus den Eingangsimpulsen die Steuerimpulse formt, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsformer (20) eine Ladeleitung (21) enthält, deren erstes Ende (22) elektrisch kurzgeschlossen wird und deren zweites Ende (23) mit einer elektrischen Last (30) abgeschlossen wird, daß die Eingangsimpulse (40) über einen in Durchlaßrichtung geschalteten Gleichrichter (24) der Ladeleitung (21) derart zugeführt werden, daß eine Reflexion der Eingangsimpulse an dem ersten Ende (22) ermöglicht wird, ctaß i der Ladeleitung (21) die Steuerimpulse (60) erzeugt werden durch eine Überlagerung der Eingangs impulse mit den reflektierten Eingangsimpulsen uijd daß der an das zweite Ende (23) angeschlossenen Last (30) zumindest die Steuerimpulse (60) zugeführt werden.
2. Verfahren zum Erzeugen elektrischer Steuerimpulse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Ladeleitung (21) zwischen den Eingangs impulsen und den reflektierten Eingangsimpulsen ein derartiger zeitlicher Versatz gewählt wird, daß nach der Überlagerung Steuerimpulse (60) outstehen, deren Pulsdauer kleiner ist als diejenige der Eingangsimpulse.
3. Verfahren zur Erzeugung elektrischer Steuerimpulse nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Impudanz der Ladeleitung (21) derart gewählt wird, daß die Steuerimpulse (60) nahezu verlustfrei in die Last (30) eingekoppelt werden.
4. Verfahren zur Erzeugung elektrischer Steuerimpulze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Last (30) ein für die Steuerimpulse (60) in Durchlaßrichtung gepolter Halbleiterlaser verwendet wird und daß die Pulsdauer der Steuerimpulse (60) derart gewählt wird, daß der jeweilige Steuerimpuls im wesentlichen abgeklungen ist bevor die zweite Relaxationsschwingung des Halbleiterlasers optisch emittiert wird.
5. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens zum Erzeugen elektrischer Steuerimpulse, die insbesondere zum unmittel- baren Ansteuern eines Halbleiterlasers geeignet sind, bei welchem von einem Impulsgenerator erzeugte Eingangsimpulse einem Impulsformer zugeführt werden, der aus den Eingangsimpulsen die Steuerimpulse formt, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Impulsformen (20) zumindest die Ladeleitung (21) als Streifenleiter ausgebildet ist.
6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Impulsformer (20) ein als Halbleiterdiode ausgebildeter Gleichrichter (24) vorhanden ist, dessen erster Anschluß mit der Ladeleitung (21) verbunden ist und dessen weiter Anschluß über einen Widerstand (25) mit einer Spannungsquelle (-U2) verbunden ist, deren Polarität derart gewählt ist, daß der Gleichrichter (24) in Sperrrichtung vorgespannt ist, und daß zum Zuführen der Eingangsimpulse (40) ein Eingangsanschluß (26) vorhanden ist, der an den zweiten Anschluß des Gleichrichters (24) führt.
7. Anordslullg nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangsanschluß (26) als Streifenleiter ausgebildet ist.
8. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsgenerator (10) als triggerbarer Impulsgenerator ausgebildet ist, bestehend aus - einem Transistor (11), dessen Kollektor bzw. Emitter iber einen Kollektorwiderstand (12) bzw. einen Emitterwiderstand (13) zur Einstellung des Transistorarbeitspunktes mit einer Spannungsquelle (-U1) verbunden sind - einem Impulsübertrager (14), dessen Primärseite mit einem Triggereingang (15) verbunden ist unddessen Sekundärseite an Basis und Emitter des Transistors (11) angeschlossen ist - einer zusätzlichen Ladeleitung (16), die an den Emitter des Transistors (11) angeschlossen ist - einer Ausgangsleitung (1/), die an den Kollektor des Transistors (11) angeschlossen ist und über welche die erzeugten Eingangsimpulse (40) auskoppelbar sind.