DE3701863A1

DE3701863A1 - Sender zur kohaerent optischen nachrichtenuebertragung

Info

Publication number: DE3701863A1
Application number: DE19873701863
Authority: DE
Inventors: Albrecht Dr Rer Nat Mozer
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1987-01-23
Filing date: 1987-01-23
Publication date: 1988-08-04
Also published as: AU1018888A; AU603634B2

Description

Die Erfindung betrifft einen Sender zur kohärent optischen Nachrichtenübertragung.

Bei der kohärent optischen Nachrichtenübertragung werden kohärente, schmalbandige Lichtquellen benötigt. In einem Übersichtsartikel mit dem Titel "Linewidth of Single-Frequency Semiconductor Lasers for Coherent Lightwave Communications" von T. P. Lee in den Proceedings von der 11th European Conference on Optical Communication, in Venedig Italien 1985 auf Seite 189 ff wird die Eignung der Linienbreite bekannter Laser für die kohärent optische Nachrichtenübertragung behandelt. Darin sind Laser mit gekoppelten Resonatoren beschrieben, wie sie derzeit überwiegend verwendet werden. Die schmalen Linien werden dabei z. B. durch die zusätzliche Verwendung von externen Resonatoren erzielt, die den Nachteil aufweisen, daß sie montiert und justiert werden müssen und auf Umwelteinflüsse wie Temperaturänderungen empfindlich reagieren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Sender zur kohärent optischen Nachrichtenübertragung zu schaffen, der bei schmaler Linienbreite eine hohe Ausgangsleistung aufweist.

Die Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Sender durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Weitere Ausgestaltung der Erfindung sind den übrigen Ansprüchen und dem folgenden Teil der Beschreibung zu entnehmen.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile liegen insbesondere darin, daß der Sender eine Lichtquelle aufweist, die extrem schmalbandig ist, eine hohe Frequenzstabilität aufweist und einfach zu justieren ist.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Fig. 1 bis 4 abgebildet und im folgenden beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen ersten erfindungsgemäßen Sender mit einem Beugungsgitter in der Seitenansicht schematisch dargestellt,

Fig. 2 den Sender mit Beugungsgitter in der Draufsicht,

Fig. 3 einen zweiten erfindungsgemäßen Sender mit einem Prisma in der Seitenansicht dargestellt, und

Fig. 4 den Sender mit dem Prisma in der Draufsicht.

In den Fig. 1 und 2 ist der erste erfindungsgemäße Sender 1 zur kohärent optischen Nachrichtenübertragung abgebildet. Der Sender 1 weist ein Laserarray 2, ein Substrat 3, eine Wellenleiterschicht 4, einen Modulator 5 und ein Beugungsgitter 6 auf, wobei das Substrat 3, die Wellenleiterschicht 4 und das Beugungsgitter 6 einen optischen Koppler 12 bilden. Die Wellenleiterschicht 4 ist im Substrat 3 integriert angeordnet. Der Modulator 5 und das Beugungsgitter 6 befinden sich auf dem Substrat 3 im Bereich der Wellenleiterschicht 4. Das Laserarray 2 ist gegenüber dem Beugungsgitter 6 derart angeordnet, daß eine bestimmte, hier die erste Ordnung des gebeugten Lichts in die Wellenleiterschicht 4 eingekoppelt wird. Zur Vermeidung einer Rückkopplung des Lichts vom Beugungsgitter 6 zurück in das Laserarray 2 und zur Reduzierung von Reflexionsverlusten ist das Beugungsgitter 6 mit einer Antireflexionsschicht 7 versehen. Die Gitterkonstante und ein günstiger Einfallswinkel vom Laserarray 2 auf das Beugungsgitter 6 ergeben sich aus der Wellenlänge des Laserlichts mit der Emissionswellenlänge l _o, aus den Brechzahlen des Beugungsgitters, der Wellenleiterschicht und des Halbleitersubstrats und aus den allgemein bekannten optischen Beziehungen. Durch geeignete Gitterform (Blaze-Winkel) kann die Lichtleistung aus der nullten Ordnung in die erste Ordnung transformiert werden, was zur höheren Lichteinkopplung führt. Für eine Wellenlänge l _o=1300 nm, einem Einfallswinkel alpha=45° und einer Brechzahl n=3,5 ergibt sich eine Gitterkonstante g=465 nm.

Zur Modulation des Laserlichts können bekannte Modulatoren verwendet werden, die mit Hilfe eines elektro-optischen Effekts die Amplitude, die Frequenz oder die Phase modulieren. Die bekanntesten Ausführungen solcher Modulatoren sind das Mach-Zehner-Interferrometer oder ein Lichtkoppler. Der Modulator 5 ist je nach Ausführung im Bereich der Wellenleiterschicht 4 angeordnet oder stellt selbst einen Teil der Wellenleiterschicht 4 dar.

Die Wellenleiterschicht 4 weist am optischen Ausgang 8 des optischen Kopplers 12 eine Antireflexionsschicht 9 auf. Im Anschluß an den optischen Ausgang 8 ist ein Lichtwellenleiter angeordnet (nicht abgebildet).

Das Laserarray 2 weist mehrere laseraktive Bereiche auf, die in einer Reihe so dicht nebeneinander angeordnet sind, daß die Nahfelder der darin entstehenden Strahlung phasenstarr miteinander gekoppelt sind. Durch diese Kopplung weist das Laserarray 2 eine extrem schmalbandige Emission mit der Wellenlänge l o auf. Ein derartiges Laserarray ist in Appl. Phys. Lett. 44 (2) vom 15. Januar 1984 Seite 157 bis 159 beschrieben. Der optische Koppler 12 ermöglicht, daß Licht aus allen laseraktiven Bereichen in einfacher Weise in einen Wellenleiter eingekoppelt wird und ermöglicht damit die hohe Ausgangsleistung des Senders 1.

Der Sender 1 ist aus Halbleiterelementen der dritten und fünften Hauptgruppe des Periodensystems aufgebaut. Als Werkstoff für die Wellenleiterschicht 4 und den Modulator 5 eignet sich auch Lithium-Niobat, als Antireflexionsschichten 7, 9 dienen Siliziumdioxid- oder Siliziumnitridschichten. Elektrische Kontakte am Laserarray 2 und am Modulator 5 sind in den Figuren nicht eingezeichnet, sie bestehen aus Metallen.

In den Fig. 3 und 4 ist ein zweiter Sender 1′ zur kohärent optischen Nachrichtenübertragung abgebildet. Der Sender 1′ weist wie der beim ersten Ausführungsbeispiel ein Laserarray 2′, ein Substrat 3′, eine Wellenleiterschicht 4′, einen Modulator 5′ und eine Antireflexionsschicht 9′ am optischen Ausgang 8′ auf, die entsprechend wie beim ersten Ausführungsbeispiel angeordnet sind, aus dem gleichen Material bestehen und auch die gleiche Aufgabe erfüllen. Ein Prisma 10 ist auf dem Substrat 3′ im Bereich des Wellenleiters 4′ so angeordnet, daß es das vom Laserarray 2′ austretende Licht in den Lichtwellenleiter 4′ einkoppelt. Das Prisma 10 weist, zur Vermeidung der Rückkopplung des Laserlichts in das Laserarray 2′, eine Antireflexionsschicht 11 auf.

Claims

1. Sender zur kohärent optischen Nachrichtenübertragung, dadurch gekennzeichnet, daß er als Lichtquelle ein Laserarray (2, 2′) mit mehreren, parallel angeordneten, phasenstarr gekoppelten und optisch aktiven Bereichen aufweist.

2. Sender nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er einen optischen Koppler (12) mit einer Wellenleiterschicht (4) und einem darauf angeordneten Beugungsgitter (6) zur Einkopplung des Lichts aus dem Laserarray (2) in einen Wellenleiter enthält.

3. Sender nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er einen optischen Koppler (13) mit einer Wellenleiterschicht (4′) und einem darauf angeordneten Prisma (10) zur Einkopplung des Lichts aus dem Laserarray (2′) in einen Wellenleiter enthält.

4. Sender nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenleiterschicht (4′, 4) und das Prisma (10) oder das Beugungsgitter (6) einteilig ausgebildet sind und aus dem gleichen Werkstoff bestehen.

5. Sender nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenleiterschicht (4′,4) und das Prisma (10) oder das Beugungsgitter (6) einteilig ausgebildet sind und aus Werkstoffen mit unterschiedlichen Brechzahlen bestehen.

6. Sender nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Wellenleiterschicht (4′, 4) ein Lichtmodulator (5′, 5) angebracht ist.

7. Sender nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Koppler (12, 13) überwiegend aus Elementen der dritten und der fünften Hauptgruppe des Periodensystems besteht.

8. Sender nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Koppler (12, 13) und die Modulatoren (5, 5′) integriert angeordnet sind.

9. Sender nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Koppler (12, 13) am Prisma (10) oder am Beugungsgitter (6) und am optischen Ausgang (8, 8′) Antireflexionsschichten (7, 9, 9′, 11) aufweist.