DE3343482C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Halbleiterlaser mit einem externen Resonator, insbesondere für die optische Nach­ richtentechnik, der zur schmalbandigen Abstimmung der La­ serstrahlung dispersive optische Elemente enthält. Derart abgestimmte Halbleiterlaser werden als wellenlängenstabi­ le Lichtquellen in Wellenlängen-Multiplex (WDM)-Systemen der optischen Nachrichtentechnik benötigt.

In dem Aufsatz "Spectral Characteristics of External- Cavity Controlled Semiconductor Lasers", erschienen in IEEE Journal of Quantum Electronics, Vol. QE-17, No. 1, Januar 1981, Seiten 44 bis 59 ist ein Halbleiterlaser be­ schrieben, der mit einem externen Resonator versehen ist, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, wobei zur Erreichung einer schmalbandigen Abstimmung der Strahlung des Halbleiterlasers ein reflektierendes Gitter als Resonatorbegrenzungsfläche und als dispersives Ele­ ment eingebracht ist. Eine ähnliche Anordnung ist in Fig. 4 des Aufsatzes "Single Longitudinal Mode Control of Semiconductor Lasers by Rectangular Conical Diffractor System for Wavelength-Division-Multiplexing Transmission" in IEEE Journal of Quantum Electronics, Vol. QE-18, No. 3, März 1982, Seiten 328 bis 332 angegeben und in der Beschreibung erläutert. Ein mit zwei reflektierenden Gittern ausgestatteter externer Resonator für einen Halb­ leiterlaser ist aus DE-OS 29 45 219 bekannt. Zur Serien­ produktion ist die Montage derartiger Resonatoren mecha­ nisch zu aufwendig. Eine andere Anordnung mit zwei Git­ tern in einem gefalteten Strahlengang zwecks Abstimmung bzw. spektraler Einengung von Laserstrahlung ist in DE-OS 27 04 273 angegeben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Halblei­ terlaser mit einem möglichst verlustfrei arbeitenden ex­ ternen Resonator zu schaffen, der sich kostengünstig her­ stellen und abstimmen läßt.

Diese Aufgabe wird bei einem Halbleiterlaser der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß als dispersive optische Elemente mindestens zwei reflektierende Gitter verwendet werden und der externe Resonator einen Gradienten-Index- Stab als Kollimator-Linse und einen Glaskörper enthält, dessen Oberflächen mit vorgegebener Neigung die reflek­ tierenden Gitter tragen und auf die die kollimierte La­ serstrahlung einfällt.

Ein besonderer Vorteil ergibt sich aus der vollständig innerhalb von Glas verlaufenden Strahlführung, wodurch unerwünschte Reflexionen an Indexsprüngen und andere, Verluste verursachende Störungen ver­ mieden werden. Ein weiterer Vorteil solcher massiver Resonatoren besteht darin, daß wegen der fest vorge­ gebenen Neigungen der Oberflächen eine unerwünschte Verstellung der Abstimmung des angeschlossenen Halb­ leiterlasers unmöglich ist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden mit der Erfindung anhand der in der Zeichnung schematisch dar­ gestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert und beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Halbleiterlaser- Sendeeinheit, enthaltend einen externen Resonator,

Fig. 2 einen Schnitt durch einen aus einem anderen Prisma bestehenden externen Resonator,

Fig. 3 einen Schnitt durch eine weitere Version eines externen Resonator in Kombination mit einem Empfänger-Bauteil,

Fig. 4 einen Schnitt durch einen aus mehreren Prismen zusammengesetzten externen Resonator.

Die in Fig. 1 dargestellte Sendeeinheit besteht aus einem Halbleiterlaser 1, der über eine Gradienten- Index-Linse 2 und einen Lichtwellenleiter 3 an eine optische Übertragungsstrecke angekoppelt ist. Gegen­ über dem Sendeausgang des Halbleiterlasers 1 befindet sich eine Gradienten-Index-Stablinse 4, auf deren, dem Halbleiterlaser 1 abgewandten Stirnfläche ein Prisma 5 aufgeklebt ist. Das Prisma 5 besteht aus 2 kathederseitig miteinander verklebten Glaskeilen 6 und 7. Auf den Hypotenusen der Glaskeile 6 und 7 sind reflektierende Gitter 8 und 9 aufgebracht.

Während die Gradienten-Index-Linse 2 danach bemessen ist, vom Halbleiterlaser 1 ausgehendes Licht zu kol­ limieren und in den abgehenden Lichtwellenleiter 3 zu fokussieren, hat die Gradienten-Index-Stablinse 4 eine Länge, wonach auf ihrer, dem Halbleiterlaser 1 gegenüberliegenden Stirnfläche nahezu ein paralles Strahlenbündel austritt. Diese Strahlung liegt inner­ halb der, in Fig. 4 angebrachten, strichpunktierten Linien.

Im Glaskeil 6 trifft die parallele Strahlung auf das Gitter 8, von dem der zur Resonanzbeitragende Anteil etwa senkrecht zum Glaskeil 7 gelenkt wird. Auf der Hypotenusenfläche des Glaskeiles 7 befindet sich ein weiteres Gitter 9 in sogenannter Littrow-Montierung. Es handelt sich hierbei um ein Echelette-Gitter, durch dessen Glanzwinkel die zur Resonanz erwünschte Strah­ lung in sich zurückgeworfen wird. Die vom Echelette- Gitter 9 reflektierte Strahlung gelangt über das Git­ ter 8 wieder in die Gradienten-Index-Stablinse 4 und von dort in den Halbleiterlaser 1.

Die Abstimmung der Halbleiterlaseremission erfolgt durch kleine Verkippungen des Prismas 5 auf der Stirn­ fläche der Gradienten-Index-Stablinse 4, bis der ex­ terne Resonator die Dimension erreicht hat, die zur Aussendung der gewünschten Wellenlänge notwendig ist. Ein entstehender Spalt wird mit index­ angepaßtem Material ausgefüllt. Wenn eine Veränderung einer derart vorgenommenen Abstimmung nicht mehr ge­ wünscht ist, so werden sinnvollerweise Halbleiter­ laser 1, Gradienten-Index-Stablinse 4 und Prisma 5 mit optischen Klebemitteln fest verbunden.

Der externe Resonator der Fig. 2 enthält abweichend zu dem in Fig. 1 beschriebenen Doppelresonator nur einen Glaskeil 15 (anstelle des Prismas 5 aus 2 Glas­ keilen von Fig. 1). Der Resonatorraum wird ebenfalls durch geringe Verkippung des Prismas 15 gegenüber der Gradienten-Indes-Stablinse 4 eingestellt. Dabei ist die Abstimmung aus der Neigung der die gittertragenden Oberflächen vorläufig vorgegeben.

Als externer Resonator ist auch ein dachförmiges Prisma, wie in Fig. 3 dargestellt, geeignet. Hierbei werden die Gitterkonstanten und die Neigungen der Dachflächen hinsichtlich der vorgesehenen Abstimmung ausgeführt. Außerdem wird dieser externe Resonator mit einem Empfänger zur direkten Kontrolle der abge­ stimmten Laserleistung ergänzt, der mit dem Licht be­ aufschlagt wird, das zwischen den Gitterflächen durch­ gelassen wird.

Fig. 4 zeigt eine weitere Version eines externen Resonators, bestehend aus einem Prisma 35, mit angekleb­ ten Glaskeilen 36 und 37. Die Glaskeile tragen die bereits beschriebenen Gitter 8 und 9.

Zum Abstimmen dieses externen Resonators ist das Prisma 35 mit einer konkaven Oberfläche versehen, auf der das Gitter tragende Prisma 37 mit einer konvexen Oberfläche sitzt. Die sphärischen Krümmungen der Oberflächen sind einander angepaßt. Durch Verschie­ bung des Prismas 37 gleitend entlang der gekrümmten Oberflächen läßt sich der Winkel zwischen den Git­ tern verstellen und dadurch - wie beim Verkippen - der Resonator abgleichen.

Claims (5)

1. Halbleiterlaser mit einem externen Resonator, insbeson­ dere für die optische Nachrichtentechnik, der zur schmal­ bandigen Abstimmung der Laserstrahlung dispersive opti­ sche Elemente enthält, dadurch gekennzeichnet, daß als dispersive optische Elemente mindestens zwei re­ flektierende Gitter verwendet werden und der externe Re­ sonator einen Gradienten-Index-Stab als Kollimator-Lin­ se (4) und einen Glaskörper (5, 15, 25, 35, 36, 37) ent­ hält, dessen Oberflächen mit vorgegebener Neigung die re­ flektierenden Gitter tragen und auf die die kollimierte Laserstrahlung einfällt.

2. Halbleiterlaser mit einem externen Resonator nach An­ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als reflektierende Gitter Liniengitter vorgesehen sind und daß die Liniengitter gegeneinander verdreht oder verkippt sind.

3. Halbleiterlaser mit einem externen Resonator nach An­ spruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Glaskörper (5) aus mindestens zwei, Gitter tragen­ den Glaskeilen (6, 7) besteht.

4. Halbleiterlaser mit einem externen Resonator nach An­ spruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Glaskörper ein dachkantenförmiges Prisma ist, an das ein Empfängerbauelement angeschlossen ist.

5. Halbleiterlaser mit einem externen Resonator nach An­ spruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Glaskeil eine gekrümmte Oberfläche hat, die der Oberfläche des gegenüberliegenden Glaskör­ pers formschlüssig angepaßt ist.