DE3843786A1

DE3843786A1 - Optical transmission device

Info

Publication number: DE3843786A1
Application number: DE19883843786
Authority: DE
Inventors: Berthold Dr Rer Nat Wedding
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1988-12-24
Filing date: 1988-12-24
Publication date: 1990-07-05
Also published as: CH679624A5

Abstract

Devices exist for transmitting light for optical communications which contain a single-mode semiconductor laser (1), an arrangement for modulating the light which is to be transmitted and an optical transmission medium, e.g. optical waveguides. Only one of the two front sides (11, 12) of the semiconductor laser (1) is used to generate transmission light. According to the invention, light beams (L1, L2) from both front surfaces (11, 12) are combined in a light-combining element - e.g. in the case of optical waveguides (41, 42) in an optical coupler (3). Depending on how the light to be transmitted from one output (33) of the optical coupler (3) is intended to be modulated, the arrangement for modulation can be implemented in different ways, for example, by designing the optical coupler (3) simultaneously as an arrangement for modulation. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a device according to the Preamble of claim 1.

Eine derartige Vorrichtung ist bekannt aus "Papers presented at EFOC/LAN 87, the Fifth European Fibre Option Communications & Local Area Networks Exposition, held 3-5 June, 1987", S. 68 ff. Dort ist eine Vorrichtung beschrieben, die einen einmodigen Halbleiter-Laser, einen Lichtwellenleiter und eine Anordnung zum Modulieren enthält. Diese Anordnung zum Modulieren ist ein externer Modulator: Der Halbleiter-Laser selbst wird nicht moduliert. Er speist einmodiges Licht von einer einzigen Stirnseite in einen Lichtwellenleiter ein, der mit dem Eingang des Modulators verbunden ist, aus dessen Ausgang das modulierte Licht über einen weiteren Lichtwellenleiter gesendet wird. Dabei kann - nach Abzug von Verlusten durch Streuung und Absorption - in den Lichtwellenleitern und dem Modulator dem Empfänger bei vollständiger Modulation ein mittleres Nutzsignal von weniger als 25% der Gesamtleistung des Lasers zur Verfügung stehen, da 50% von dessen Ausgangsleistung bereits dadurch verlorengeht, daß nur eine Stirnfläche zum Senden genutzt wird, während beim Modulieren das Licht in zwei zueinander komplementäre Signale aufgespalten wird.Such a device is known from "Papers presented at EFOC / LAN 87, the Fifth European Fiber Option Communications & Local Area Networks Exposition, held 3-5 June, 1987", p. 68 et seq. A device is described there which uses a single mode Contains semiconductor lasers, an optical waveguide and an arrangement for modulation. This arrangement for modulation is an external modulator: the semiconductor laser itself is not modulated. It feeds single-mode light from a single end face into an optical waveguide, which is connected to the input of the modulator, from the output of which the modulated light is sent via a further optical waveguide. After deduction of losses due to scattering and absorption , an average useful signal of less than 25% of the total power of the laser can be available to the receiver in the case of complete modulation in the optical fibers and the modulator, since 50% of its output power is already lost as a result of the fact that only one end face is used for transmission, while when modulating the light is split into two complementary signals.

Aufgabe der Erfindung ist es, die mittlere Intensität des Nutzsignals, das ein Empfänger erhält, zu verdoppeln.The object of the invention is the average intensity of the useful signal that a receiver receives.

Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst, wie im Patentanspruch 1 angegeben; Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.The object of the invention is achieved as in Claim 1 specified; Further training results from the subclaims.

Die Erfindung hat nach einem ihrer Ausführungsbeispiele weiterhin den Vorteil, daß sie nicht nur die externe Modulation, sondern auch die direkte Modulation des Lasers ohne die sonst damit verbundene Linienverbreiterung des Laserlichts gestattet.The invention has one of its embodiments continue to have the advantage of not just external Modulation, but also the direct modulation of the Lasers without the otherwise associated Line broadening of the laser light permitted.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen beispielsweise erläutert. Es zeigen:The invention is described below with reference to the drawings for example explained. Show it:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung, Fig. 1 shows a first embodiment of the device according to the invention,

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung, Fig. 2 shows a second embodiment of the device according to the invention,

Fig. 3 ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung und Fig. 3 shows a third embodiment of the device according to the invention and

Fig. 4 ein viertes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Fig. 4 shows a fourth embodiment of the device according to the invention.

In Fig. 1 ist ein einmodiger Halbleiter-Laser 1 skizziert. Er hat eine erste Stirnfläche 11 und eine zweite Stirnfläche 12, aus denen ein erster Lichtstrahl L 1 und ein zweiter Lichtstrahl L 2 heraustreten.A single-mode semiconductor laser 1 is outlined in FIG. 1. It has a first end face 11 and a second end face 12 , from which a first light beam L 1 and a second light beam L 2 emerge.

Das optische Übertragungsmedium, in dem sich das Licht ausbreitet, kann jedes beliebige, lichtdurchlässige Material sein, im einfachsten Fall Luft oder Vakuum oder ein Glaskörper, insbesondere Lichtwellenleiter. Dabei sind je nach den Beugungs- und Brechungseigenschaften Umlenkspiegel erforderlich oder nicht.The optical transmission medium in which the light spreads, any translucent Material, in the simplest case air or vacuum or a vitreous body, in particular optical fibers. Here depend on the diffraction and refraction properties Deflecting mirror required or not.

Für Luft als optisches Übertragungsmedium zeigt Fig. 1 Umlenkspiegel 71, 72, 73, die in den Strahlengängen der Lichtstrahlen L 1, L 2 so angeordnet sind, daß diese in ein lichtzusammenfassendes Element eintreten. Wenn das optische Übertragungsmedium wie hier Luft ist, kann ein lichtzusammenfassendes Element als Strahlenteiler 3 ausgeführt sein. (Die Bezeichnung "Strahlenteiler" rührt daher, daß dieses Element meistens dazu genutzt wird, einen Lichtstrahl in zwei Lichtstrahlen zu teilen, was die umgekehrte Benutzung nicht ausschließt. In dem Strahlenteiler 3 werden die Lichtstrahlen L 1, L 2 zusammengefaßt, d.h. überlagert; ausgangsseitig treten zwei Lichtstrahlen, L 3 und L 4, heraus. Bei anderen optischen Übertragungsmedien muß das lichtzusammenfassende Element diesen angepaßt werden; im Falle von Lichtwellenleitern ist es ein optischer Koppler, der aber auch im Falle von Luft Verwendung finden kann. Um mit dem Licht Informationen übermitteln zu können, muß das Licht moduliert sein.For air as the optical transmission medium, FIG. 1 shows deflection mirrors 71 , 72 , 73 which are arranged in the beam paths of the light beams L 1 , L 2 in such a way that they enter a light-combining element. If the optical transmission medium is air, as in this case, a light-combining element can be designed as a beam splitter 3 . (The term "beam splitter" stems from the fact that this element is mostly used to split a light beam into two light beams, which does not preclude the reverse use. In the beam splitter 3 , the light beams L 1 , L 2 are combined, ie superimposed, on the output side two light beams emerge, L 3 and L 4. With other optical transmission media, the light-combining element must be adapted to them, in the case of optical fibers it is an optical coupler, but it can also be used in the case of air To be able to transmit, the light must be modulated.

Als Beispiel für eine mögliche Anordnung zum Modulieren ist ein Modulator 8 dargestellt. Wenn der Lichtstrahl L 1 moduliert in das lichtzusammenfassende Element eintritt, sind bei vollständiger Modulation die Lichtstrahlen L 3, L 4 zwei zueinander komplementäre Signale, von denen mindestens eines zum Senden dient.A modulator 8 is shown as an example of a possible arrangement for modulating. If the light beam L 1 enters the light-summarizing element in a modulated manner, the light beams L 3 , L 4 are two mutually complementary signals, of which at least one is used for transmission, when the modulation is complete.

Je nach Art der Modulation, - Frequenz-, Phasen-, Amplituden-, Pulscode-, Pulsamplitudenmodulation, etc. -, ist der Ort der Modulation unterschiedlich wählbar oder vorgegeben. So ist auch ein Modulator denkbar, der ausgangsseitig vom Strahlenteiler 3 angebracht ist.Depending on the type of modulation - frequency, phase, amplitude, pulse code, pulse amplitude modulation, etc. - the location of the modulation can be selected or specified differently. A modulator is also conceivable that is attached on the output side of the beam splitter 3 .

In Fig. 2 ist das zweite Ausführungsbeispiel dargestellt, in dem ein erster, ein zweiter, ein dritter und ein vierter Lichtwellenleiter 41 bis 44 das optische Übertragungsmedium bilden. Das lichtzusammenfassende Element ist hier ein optischer Koppler 3 mit einem ersten 31 und einem zweiten Eingang 32 sowie einem ersten und einem zweiten Ausgang 33 bzw. 34. Der erste Lichtstrahl L 1 wird aus der ersten Stirnseite 11 des Halbleiter-Lasers 1 im ersten Lichtwellenleiter 41 zum ersten Eingang 31, der zweite Lichtstrahl L 2 aus der zweiten Stirnseite im zweiten Lichtwellenleiter 42 zum zweiten Eingang 32 des optischen Kopplers 3 geführt. Dieser ist so gestaltet, daß er aus seinem ersten Ausgang 33 einem überwiegenden Anteil des eingespeisten Lichts dem dritten Lichtwellenleiter 43 zuführen kann, der den Ausgang der Vorrichtung bildet.In FIG. 2, the second embodiment is shown, in which a first, a second, a third and a fourth optical waveguide 41 to 44 constitute the optical transmission medium. The light-combining element here is an optical coupler 3 with a first 31 and a second input 32 and a first and a second output 33 and 34, respectively. The first light beam L 1 is guided from the first end face 11 of the semiconductor laser 1 in the first optical waveguide 41 to the first input 31 , the second light beam L 2 from the second end face in the second optical waveguide 42 to the second input 32 of the optical coupler 3 . This is designed in such a way that it can feed a predominant portion of the light fed into the third optical waveguide 43 from its first output 33 , which forms the output of the device.

Der übrige Anteil des Lichts wird über den zweiten Ausgang 34 dem vierten Lichtwellenleiter 44 zugeführt. Der vierte Lichtwellenleiter 44 führt das zum ersten Ausgangssignal komplementäre Signal, er kann daher zur Signalübertragung zu einem zweiten Empfänger benutzt werden. Vorteilhaft ist jedoch, wie in Fig. 2 gezeigt, diesen Anteil des Lichts einer Monitorphotodiode 5 zuzuführen, die den Halbleiter-Laser 1 steuert. The rest of the light is fed to the fourth optical waveguide 44 via the second output 34 . The fourth optical waveguide 44 carries the signal which is complementary to the first output signal and can therefore be used for signal transmission to a second receiver. However, as shown in FIG. 2, it is advantageous to supply this portion of the light to a monitor photodiode 5 , which controls the semiconductor laser 1 .

Die Monitorphotodiode 5 kann auch in den übrigen, in Fig. 1, 3 und 4 gezeigten Vorrichtungen angebracht werden. Im Falle der Fig. 1 kann der nicht zum Senden verwendete Lichtstrahl L 3 oder L 4 zur Monitorphotodiode 5 umgelenkt werden.The monitor photodiode 5 can also be installed in the other devices shown in FIGS. 1, 3 and 4. In the case of FIG. 1, the light beam L 3 or L 4 not used for transmission can be deflected to the monitor photodiode 5 .

Die Modulation des Lichts kann auch bei diesem Ausführungsbeispiel nach einer der Möglichkeiten erfolgen, die oben angeführt sind.The modulation of the light can also with this Embodiment according to one of the possibilities take place, which are listed above.

Besonders vorteilhaft ist es jedoch, den optischen Koppler 3 als modulierbaren Richtkoppler auszuführen. In diesem Fall stellt dieser die Anordnung zum Modulieren dar. Die Art der Modulation kann z.B. eine Amplitudenmodulation sein.However, it is particularly advantageous to design the optical coupler 3 as a modulable directional coupler. In this case, this represents the arrangement for modulation. The type of modulation can be, for example, an amplitude modulation.

Eine andere, in Fig. 3 enthaltene Anordnung zum Modulieren ist ein Phasenmodulator 6, der sich zwischen einem ersten Teilstück 411 und einem zweiten Teilstück 412 befindet, die zusammen den ersten Lichtwellenleiter 41 bilden. Wenn dann der erste Lichtstrahl L 1 phasenmoduliert mit dem zweiten Lichtstrahl L 2 in dem optischen Koppler 3 zusammengefaßt wird, findet dort durch Interferenz eine Amplitudenmodulation statt.Another arrangement for modulation contained in FIG. 3 is a phase modulator 6 , which is located between a first section 411 and a second section 412 , which together form the first optical waveguide 41 . If the first light beam L 1 is then combined in phase modulation with the second light beam L 2 in the optical coupler 3 , amplitude modulation takes place there by interference.

Nach der in Fig. 4 gezeigten Anordnung wird ebenfalls eine Amplitudenmodulation im optischen Koppler hervorgerufen. In diesem Fall wird der Halbleiter-Laser über seinen Injektionsstrom I geringfügig frequenzmoduliert; d.h. der Halbleiter-Laser stellt in diesem Fall die Anordnung zum Modulieren dar. Durch eine unterschiedliche Länge des ersten 41 und des zweiten Lichtwellenleiters 42 bekommen die Lichtstrahlen L 1 und L 2 eine Laufzeitdifferenz, so daß sie im optischen Koppler 3 miteinander interferieren. In diesem Fall ist es sinnvoll, die beiden Lichtwellenleiter 41 und 42 als polarisationserhaltende Lichtwellenleiter auszuführen, um eine zusätzliche Modulation, hervorgerufen durch die Abhängigkeit des Polarisationszustandes von der Frequenz, zu unterdrücken.According to the arrangement shown in FIG. 4, amplitude modulation is also brought about in the optical coupler. In this case, the semiconductor laser is slightly frequency modulated via its injection current I ; that is, the semiconductor laser in this case represents the arrangement for modulating. Due to a different length of the first 41 and the second optical waveguide 42 , the light beams L 1 and L 2 get a transit time difference, so that they interfere with each other in the optical coupler 3 . In this case, it makes sense to design the two optical fibers 41 and 42 as polarization-maintaining optical fibers in order to suppress additional modulation caused by the dependence of the polarization state on the frequency.

Auch bei einer Modulation durch den Phasenmodulator 6 gemäß Fig. 3 kann die Verwendung eines polarisationserhaltenden Lichtwellenleiters für das Teilstück 412 sinnvoll sein.In the case of modulation by the phase modulator 6 according to FIG. 3, the use of a polarization-maintaining optical waveguide for the section 412 can also make sense.

Durch die Ausnutzung des Laufzeitunterschiedes des Lichts im ersten Lichtwellenleiter 41 gegenüber dem zweiten Lichtwellenleiter 42 genügen geringfügige Frequenzänderungen der aus dem Halbleiter-Laser 1 heraustretenden Lichtstrahlen L 1, L 2, um das aus dem optischen Koppler 3 auszusendende Licht vollständig zu modulieren.By utilizing the difference in the transit time of the light in the first optical waveguide 41 compared to the second optical waveguide 42, slight frequency changes in the light beams L 1 , L 2 emerging from the semiconductor laser 1 are sufficient to completely modulate the light to be emitted from the optical coupler 3 .

Daher führt die Frequenzmodulation des Halbleiters nicht zu einer nennenswerten Linienverbreiterung des Lichts.Hence the frequency modulation of the semiconductor not to a noteworthy broadening of the line Light.

Auf diese Weise kann der Einbau einer Anordnung zum Modulieren in Form eines einzelnen Bauteils eingespart werden, was besonders bei integrierten optischen "Schaltungen" nützlich ist.In this way, the installation of an arrangement for Modulation saved in the form of a single component be what especially with integrated optical "Circuits" is useful.

Claims

1. Device for transmitting light for optical message transmission with a single-mode semiconductor laser ( 1 ) with a first ( 11 ) and a second end face ( 12 ), a first light beam ( L 1 ) and. From the first end face ( 11 ) emerge from the second end face ( 12 ) a second light beam ( L 2 ) with an arrangement for modulating the light to be transmitted and an optical transmission medium, characterized in that the two light beams ( L 1 , L 2 ) are fed into a light-combining element , in which the light to be transmitted is formed by combining the two light beams ( L 1 , L 2 ).

2. Device according to claim 1, characterized in that the optical transmission medium is air or vacuum and that deflection mirrors ( 71 , 72 , 73 ) are present which deflect the two light beams ( L 1 , L 2 ) onto the light-combining element.

3. Apparatus according to claim 1, characterized in that the optical transmission medium consists of a first, a second, a third and a fourth optical waveguide ( 41 , 42 , 43 and 44 ), that the light-combining element is a coupler ( 3 ), that the first light beam ( L 1 ) from the first optical fiber ( 41 ) into a first input ( 31 ) and the second light beam ( L 2 ) from the second optical fiber ( 42 ) into a second input ( 32 ) of the optical coupler ( 3 ) are fed in, which feeds a first portion of the input light to the third optical waveguide ( 43 ) for transmission from a first output ( 33 ) and the remaining portion of the input light to the fourth optical waveguide ( 44 ) from a second output ( 34 ).

4. The device according to claim 3, characterized in that the fourth optical waveguide ( 44 ) with a semiconductor laser ( 1 ) controlling monitor photodiode ( 5 ) is connected.

5. Apparatus according to claim 3 or 4, characterized in that the optical coupler ( 3 ) is a modulable directional coupler and forms the arrangement for modulating.

6. The device according to claim 3 or 4, characterized in that the first optical waveguide ( 41 ) consists of a first and a second section ( 411 , 412 ) and between the two sections ( 411 , 412 ) is the arrangement for modulating is designed as a phase modulator ( 6 ).

7. The device according to claim 3 or 4, characterized in that the arrangement for modulating the semiconductor laser ( 1 ) is attached and the light beams generated by the semiconductor laser ( 1 ) ( L 1 , L 2 ) frequency-modulated that the first and the second optical waveguide are polarization-maintaining optical waveguides ( 41 , 42 ) and differ in their length.