DE4117865A1 - Optische einrichtung - Google Patents

Optische einrichtung

Info

Publication number
DE4117865A1
DE4117865A1 DE19914117865 DE4117865A DE4117865A1 DE 4117865 A1 DE4117865 A1 DE 4117865A1 DE 19914117865 DE19914117865 DE 19914117865 DE 4117865 A DE4117865 A DE 4117865A DE 4117865 A1 DE4117865 A1 DE 4117865A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
semiconductor laser
light signals
optical
wavelength
light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE19914117865
Other languages
English (en)
Inventor
Michael Dipl Phys Schilling
Wilfried Dipl Phys Idler
Dieter Dipl Phys Dr Baums
Gert Dipl Chem Dr Rer Na Laube
Klaus Dr Rer Nat Wuenstel
Olaf Dr Rer Nat Hildebrand
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Alcatel Lucent Deutschland AG
Original Assignee
Standard Elektrik Lorenz AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Standard Elektrik Lorenz AG filed Critical Standard Elektrik Lorenz AG
Priority to DE19914117865 priority Critical patent/DE4117865A1/de
Priority to PCT/EP1992/001175 priority patent/WO1992022111A1/de
Priority to ES92924467T priority patent/ES2096109T3/es
Priority to EP92924467A priority patent/EP0598855B1/de
Priority to CA002088364A priority patent/CA2088364C/en
Priority to DE59207440T priority patent/DE59207440D1/de
Priority to US07/966,030 priority patent/US5285465A/en
Priority to JP4510123A priority patent/JPH06500436A/ja
Publication of DE4117865A1 publication Critical patent/DE4117865A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F3/00—Optical logic elements; Optical bistable devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/0607—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying physical parameters other than the potential of the electrodes, e.g. by an electric or magnetic field, mechanical deformation, pressure, light, temperature
    • H01S5/0608—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying physical parameters other than the potential of the electrodes, e.g. by an electric or magnetic field, mechanical deformation, pressure, light, temperature controlled by light, e.g. optical switch
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/062—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes
    • H01S5/0625—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes in multi-section lasers
    • H01S5/06255—Controlling the frequency of the radiation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/50—Amplifier structures not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/0607—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying physical parameters other than the potential of the electrodes, e.g. by an electric or magnetic field, mechanical deformation, pressure, light, temperature
    • H01S5/0608—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying physical parameters other than the potential of the electrodes, e.g. by an electric or magnetic field, mechanical deformation, pressure, light, temperature controlled by light, e.g. optical switch
    • H01S5/0609—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying physical parameters other than the potential of the electrodes, e.g. by an electric or magnetic field, mechanical deformation, pressure, light, temperature controlled by light, e.g. optical switch acting on an absorbing region, e.g. wavelength convertors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/0607—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying physical parameters other than the potential of the electrodes, e.g. by an electric or magnetic field, mechanical deformation, pressure, light, temperature
    • H01S5/0608—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying physical parameters other than the potential of the electrodes, e.g. by an electric or magnetic field, mechanical deformation, pressure, light, temperature controlled by light, e.g. optical switch
    • H01S5/0609—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying physical parameters other than the potential of the electrodes, e.g. by an electric or magnetic field, mechanical deformation, pressure, light, temperature controlled by light, e.g. optical switch acting on an absorbing region, e.g. wavelength convertors
    • H01S5/0611—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying physical parameters other than the potential of the electrodes, e.g. by an electric or magnetic field, mechanical deformation, pressure, light, temperature controlled by light, e.g. optical switch acting on an absorbing region, e.g. wavelength convertors wavelength convertors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/1003—Waveguide having a modified shape along the axis, e.g. branched, curved, tapered, voids

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine optische Einrichtung nach dem Patentanspruch 1.
Die Erfindung bezieht sich außerdem auf Verwendungen der optischen Einrichtung nach den Patentansprüchen 6, 7 und 8.
Die optische Einrichtung weist zwei wesentliche Bestandteile auf: einen auf einem Substrat monolithisch integrierten Halbleiterlaser, der eine sich oberhalb einer zur Grundfläche des Substrats koplanaren Ebene auf dem Substrat erstreckende und in der Ebene eine verzweigte, einfach zusammenhängende Struktur aufweisende, Kavität besitzt, und eine Lichtquelle mit einstellbarer optischer Leistung, die beide einzeln bekannt sind.
Der Halbleiterlaser ist beispielsweise aus Electronics Letters 24 (1990), S. 243-244 bekannt. Er ist auf einem n-dotierten Indiumphosphid-Substrat monolithisch integriert. Die untere Seite des Substrats wird als Grundfläche bezeichnet. Oberhalb des Indiumphosphid-Substrats erstreckt sich eine ebenfalls n-dotierte Pufferschicht aus Indiumphosphid. Auf deren ebener Oberfläche liegt eine Kavität aus Indium-Gallium-Arsenid-Phosphid (InGaAsP). Die Kavität wird als "einfach zusammenhängendes" Gebiet im Sinne der topologischen Definition aufgefaßt, da sie nicht aus mehreren Stücken, sondern aus einem einzigen Stück mit einem einzigen Rand besteht. In diesem Fall besitzt die Kavität die Form eines "Y". Oberhalb der Kavität sind weitere Schichten vorhanden. Diese und die Kavität bilden oberhalb der Pufferschicht eine "Y"-förmige Mesa, die durch Ätzen entstanden ist.
Auch Lichtquellen mit einstellbarer optischer Leistung sind bekannt, z. B. aus der DE 36 05 925 A1. Dort wird ein hochmodulierbarer Halbleiterlaser beschrieben, der als Fabry-Perot-Halbleiter auf einem Indiumphosphid-Substrat aufgebaut ist.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine optische Einrichtung zu schaffen, die für die optische Nachrichtenübertragung vielseitig einsetzbar ist.
Es ist außerdem die Aufgabe der Erfindung, Verwendungen der optischen Einrichtung zu schaffen, bei denen Lichtsignale verändert werden.
Die Aufgabe wird, wie in Patentanspruch 1 bzw. 6, 7 und 8 angegeben, gelöst.
Vorteilhaft an der optischen Einrichtung ist, daß sich auch die Emissionswellenlänge des ersten Halbleiterlasers selbst durchstimmen läßt.
Der erste Halbleiterlaser läßt sich auch als optischer Schalter oder als Teil eines Multiplexers oder eines Demultiplexers verwenden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Lichtquelle, durch die die Emissionswellenlänge verändert wird, ebenfalls ein Halbleiterlaser ist. Wenn dieser auf dem gleichen Substrat integriert ist wie der erste Halbleiterlaser, ergibt sich der Vorteil, daß er sich gleichzeitig mit dem ersten Halbleiterlaser herstellen läßt.
Außerdem ist es vorteilhaft, daß der erste Halbleiterlaser in Abhängigkeit von der optischen Leistung Popt des aus dem zweiten Halbleiterlaser in ihn eingestrahlten Lichts in einem ersten und in einem dritten Bereich der optischen Leistung Popt Licht der von ihm selbst erzeugten Wellenlänge λ2 ausstrahlt. Der Wechsel der Wellenlänge geschieht sprunghaft, nicht kontinuierlich. Aufgrund dieses Verhaltens ergeben sich zahlreiche Anwendungen dieser optischen Einrichtung, z. B. für die Erzeugung von rechteckförmigen Lichtsignalen aus verrauschten Lichtsignalen oder die Erzeugung der doppelten oder dreifachen Anzahl von Lichtsignalen aus den in ihm aus dem zweiten Halbleiterlaser eingestrahlten Lichtsignalen. Darüber hinaus eignet sich die optische Einrichtung in Verbindung mit einem optischen Filter, d. h. einem wellenlängenselektiven Filter, als optischer Inverter.
Der erste Halbleiterlaser verstärkt das Licht, das in ihn aus dem zweiten Halbleiterlaser eingestrahlt wird; er hat beispielsweise eine Verstärkung von 20 dB.
Nachstehend wird die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen ersten und einen zweiten Halbleiterlaser,
Fig. 2 die Wellenlänge des von dem ersten Halbleiterlaser emittierten Lichts als Funktion der optischen Leistung Popt des aus dem zweiten Halbleiterlaser ausgestrahlten Lichts,
Fig. 3a die optische Leistung Popt von verrauschten Lichtsignalen als Funktion der Zeit, die in den ersten Halbleiterlaser eingestrahlt werden,
Fig. 3b die Wellenlänge von aus dem ersten Halbleiterlaser emittierten Lichtsignalen,
Fig. 3c die optische Leistung Popt der aus dem Halbleiterlaser emittierten Lichtsignale gemäß Fig. 3b nach Durchlaufen eines wellenlängenselektiven optischen Filters,
Fig. 4a die optische Leistung Popt von Lichtsignalen, die in den ersten Halbleiterlaser eingestrahlt werden und zwischen denen ein Gleichlichtanteil auftritt,
Fig. 4b die optische Leistung Popt der Lichtsignale, die aus den in Fig. 4a dargestellten Lichtsignalen nach Durchlaufen des ersten Halbleiterlasers und eines optischen Filters erzeugt werden,
Fig. 5a die optische Leistung Popt von analogen Lichtsignalen, die in den Halbleiterlaser 1 eingestrahlt werden und
Fig. 5b Lichtpulse, die aus den in Fig. 5a dargestellten Lichtpulsen nach Durchlaufen des ersten Halbleiterlasers und eines optischen Filters erzeugt werden.
In Fig. 1 ist ein erster Halbleiterlaser 1 dargestellt. Er weist ein Substrat 2 aus n-dotiertem Indiumphosphid auf. Darüber liegt eine Pufferschicht 3, die ebenfalls aus n-dotiertem Indiumphosphid besteht und von der ein Teil die unterste Schicht einer Mesa 4 bildet, die die Form eines "Y" hat. Die Mesa 4 weist mehrere Schichten auf. Sie enthält eine Kavität 41 aus Indium-Gallium-Arsenid-Phosphid. Diese wird von einer Mantelschicht 42 aus p-dotiertem Indiumphosphid bedeckt. Darüber liegt eine Kontaktschicht 43 aus p⁺-dotiertem Indium-Gallium-Arsenid.
Seitlich der Mesa 4 und oberhalb der nicht durch die Schicht 41 bedeckten Oberfläche der Pufferschicht 3 ist zur elektrischen Isolation und zur optischen Wellenführung in der Mesa 4 eine Schicht 5 aus semiisolierendem Indiumphosphid vorhanden, deren obere Oberfläche mit der oberen Oberfläche der Kontaktschicht 43 eine Ebene bildet. Die Schicht 5 ist mit einer Schutzschicht 6 aus Siliziumdioxid bedeckt, die Kontaktschicht 43 mit einer Metallschicht 7.
In die Metallschicht 7 und die Mesa 4 sind drei Gräben 44, 45, 46 hineingeätzt, durch die die Mesa 4 in vier Bereiche 8, 9, 10 und 11 eingeteilt wird. Gemäß der Darstellung in Fig. 1 können die Gräben 44, 45, 46 entsprechend der optischen Kopplung, die die Bereiche 8-11 untereinander haben sollen, auch bis in die Mantelschicht 42, jedoch nicht in die Kavität 41 herabreichen. Die Metallschicht 7 bildet in jedem Bereich 8-11 je eine erste Elektrode. Eine zweite Elektrode wird für jeden Bereich 8-11 durch eine Metallschicht 12 gebildet, die unterhalb des Substrats 2 aufgebracht ist. Durch die Metallschicht 7 fließt beim Betrieb des Halbleiterlasers 1 durch jeden Bereich 8-11 ein jeweils einzeln fest einstellbarer oder veränderbarer Strom zu der Metallschicht 12, die als Massekontakt dient.
Wenigstens durch einen der Bereiche 8-11 fließt ein Strom, der oberhalb des Laserschwellstroms liegt, so daß durch die Verbindung der Bereiche 8-11 untereinander bewirkt wird, daß auch aus den übrigen Bereichen 8-11 Licht aus dem Halbleiterlaser 1 ausgestrahlt wird. Im Falle des hier dargestellten Halbleiterlasers 1 liegt der Laserschwellstrom für jeden einzelnen Bereich 8, 9, 10, 11 beispielsweise bei 30 mA.
Der Halbleiterlaser 1 emittiert bei der Zusammensetzung der Kavität 41 In0,62 Ga0,38 As0,82 P0,18 Licht im Wellenlängenbereich um 1520 nm.
Bei der Zusammensetzung der Kavität 41 von In0,57 Ga0,43 As0,73 P0,27 emittiert er Licht im Wellenlängenbereich um 1300 nm. In beiden Fällen ist der Wellenlängenbereich um mindestens ca. ± 10 nm durchstimmbar.
Anstelle der Kavität 41 kann auch eine Quantum-Well-Schichtfolge vorhanden sein, wie sie z. B. aus Appl. Phys. Lett. 39 (1981), S. 786-788 bekannt ist.
Der Halbleiterlaser 1 kann auch als GaAlAs/GaAs-Halbleiterlaser aufgebaut sein; ein derartiger Aufbau ist z. B. aus Appl. Phys. Lett. 52 (1988), S. 767-769 bekannt.
Die Mesa 4 läßt sich nicht nur, wie in Fig. 1 dargestellt, in Form eines "Y" aufbauen, sondern beispielsweise auch in Kreuzform, wie sie dieser Veröffentlichung ebenfalls zu entnehmen ist.
Der Halbleiterlaser 1 ist über einen Lichtwellenleiter 13 mit einem Halbleiterlaser 14 verbunden, der dazu dient, über den Lichtwellenleiter 13 Licht in den Halbleiterlaser 1 einzustrahlen. Um zu verhindern, daß Licht aus dem Halbleiterlaser 1 in den Halbleiterlaser 14 gelangt, ist ein hier nicht dargestellter optischer Isolator vorgesehen. Der Halbleiterlaser 14 ist beispielsweise ein Halbleiterlaser mit verteilter Rückkopplung (DFB-Halbleiterlaser).
Er ist auf einem Substrat 15 aus Indiumphosphid aufgebaut. Oberhalb des Substrats 15 ist eine Pufferschicht 16 aus Indiumphosphid aufgebracht, die die Basis einer Mesa 17 bildet. Die Mesa 17 weist eine Wellenleiterschicht 171 aus n-dotiertem Indium-Gallium-Arsenid-Phosphid, eine nicht-dotierte Kavität 172 aus Indium-Gallium-Arsenid-Phosphid und eine Mantelschicht 173 aus p-dotiertem Indiumphosphid auf. Darüber liegt eine p⁺-dotierte Indium-Gallium-Arsenid-Schicht 174. Die Wellenleiterschicht 171 bildet in Längsrichtung mit der Pufferschicht 16 ein optisches Gitter. Seitlich der Mesa 17 und oberhalb der oberen Oberfläche der Pufferschicht 16, soweit sie nicht von der Mesa 17 bedeckt wird, ist eine Schicht 18 aus semiisolierendem Indiumphosphid vorhanden, deren obere Oberfläche mit der oberen Oberfläche der Mantelschicht 173 eine Ebene bildet. Darüber sowie unterhalb des Substrats 15 ist jeweils eine metallische Schicht 19 bzw. 20 vorhanden; die metallischen Schichten 19, 20 dienen als Elektroden. Aus der Wellenleiterschicht 171 wird, wenn durch den Halbleiterlaser 14 ein Strom fließt, der größer als der Laserschwellstrom ist, Laserlicht in den Lichtwellenleiter 13 eingespeist, das in die Kavität 41 des Halbleiterlasers 1 eingespeist wird. In Abhängigkeit von der Stärke des Stroms, der durch den Halbleiterlaser 14 fließt, wird Licht unterschiedlicher optischer Leistung Popt in den Halbleiterlaser 1 eingestrahlt.
Anstelle des hier beschriebenen Halbleiterlasers 14 kann jede andere Lichtquelle vorgesehen werden, die Licht einer nur um wenige Nanometer, beispielsweise weniger als 30 nm, von der Wellenlänge des aus dem Halbleiterlaser 1 ausgestrahlten Lichts abweichenden Wellenlänge aussendet und deren optische Leistung Popt veränderbar ist. Auch andere Halbleiterlaser kommen hierfür in Frage. Anstelle des die Halbleiterlaser 1 und 14 verbindenden Lichtwellenleiters 13 sind auch andere Mittel zur optischen Übertragung zwischen der Lichtquelle und dem Halbleiterlaser 1 einsetzbar, z. B. Luft.
Zur Fokussierung des aus der Lichtquelle kommenden Lichts auf den Halbleiterlaser 1 sind Linsen einsetzbar; insbesondere eignen sich bei Einsatz des Lichtwellenleiters 13 Schmelzlinsen an den Enden des Lichtwellenleiters 13.
Ein Halbleiterlaser, der wie der Halbleiterlaser 14 auf dem gleichen Substratmaterial aufgebaut ist wie der Halbleiterlaser 1 - in dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel: Indiumphosphid - läßt sich mit diesem auf einem einzigen Substrat monolithisch integrieren. In einem solchen Fall erübrigt sich ein Lichtwellenleiter. Es genügt eine einzige, in einem die Halbleiterlaser voneinander trennenden Graben aufgeklebte Linse, um die Fokussierung des Lichts aus dem Halbleiterlaser, der dem Halbleiterlaser 14 entspricht, in den anderen Halbleiterlaser zu bewirken, der dem Halbleiterlaser 1 entspricht.
In Abhängigkeit von der optischen Leistung Popt, die aus dem Halbleiterlaser 14 in den Bereich 11 des Halbleiterlasers 1 eingestrahlt wird, emittiert der Halbleiterlaser 1 aus den Bereichen 8 und 9 entweder Licht einer ersten oder einer zweiten Wellenlänge. Dabei ist das Licht der ersten Wellenlänge dasjenige, das der Halbleiterlaser 1 selbst erzeugt; und das Licht der zweiten Wellenlänge ist dasjenige, das der Halbleiterlaser 14 erzeugt. In gleicher Weise läßt sich das Licht des Halbleiterlasers 14 auch in den Bereich 8 oder 9 einstrahlen. Entsprechend emittiert der Halbleiterlaser 1 aus den Bereichen 9 und 11 bzw. 8 und 11 Licht der ersten oder der zweiten Wellenlänge.
In Fig. 2 ist die Wellenlänge des aus den Bereichen 8 und 9 des Halbleiterlasers 1 emittierten Lichts in Abhängigkeit von der in ihn eingestrahlten optischen Leistung Popt des Lichts des Halbleiterlasers 14 dargestellt. Es lassen sich 4 Leistungsbereiche voneinander unterscheiden. Innerhalb der Leistungsbereiche I und III emittieren die Bereiche 8 und 9 das in dem Halbleiterlaser 1 erzeugte Licht, innerhalb der Leistungsbereiche II und IV das aus dem Halbleiterlaser 14 eingestrahlte Licht. Der Wechsel von einer längeren, der ersten Wellenlänge, zu einer kürzeren, der zweiten Wellenlänge, wird wegen der mit der kürzeren Wellenlänge einhergehenden höheren Frequenz und Energie als Aufwärts-Konversion bezeichnet. Die erste Wellenlänge ist z. B. 1523 nm, die zweite Wellenlänge 1517 nm. Auch die Abwärts-Konversion läßt sich mit dem Halbleiterlaser 1 erreichen. In diesem Fall ist die erste Wellenlänge z. B. 1514 nm, die zweite Wellenlänge wiederum 1517 nm.
Aufgrund der sprungartigen Übergänge zwischen den Leistungsbereichen I und II, II und III sowie III und IV läßt sich der Halbleiterlaser 1 auch zur Formung von optischen Rechteckpulsen verwenden, die während der Übertragung durch den Lichtwellenleiter 13 oder insbesondere durch langreichweitige Übertragung in einem optischen Übertragungsnetz infolge von Dispersion verformt worden sind.
Ihre ursprüngliche Form läßt sich wiedergewinnen, wenn die Minima und Maxima der Lichtsignale, die zu dem Halbleiterlaser 1 gelangen, gerade die Grenzen eines Intervalls der optischen Leistung Popt bilden, in dem der Sprung zwischen zwei Leistungsbereichen liegt. Der Halbleiterlaser 1 wird z. B. beim Überschreiten des Leistungsbereichs I in den Leistungsbereich II gemäß Fig. 2 zur Emission einer kürzeren Wellenlänge wechseln. Damit werden digitale oder analoge Lichtsignale, die in den Halbleiterlaser 1 eingestrahlt werden, entsprechend ihrer optischen Leistung Popt in Lichtsignale einer ersten oder einer zweiten Wellenlänge umgewandelt.
Wenn in den Halbleiterlaser 1 aus dem Halbleiterlaser 14 ein aus "verschmierten" Rechteckpulsen bestehende Lichtsignale eingestrahlt werden, wie sie in Fig. 3a als Funktion der Zeit dargestellt sind, so wechselt die Emission des Halbleiterlasers 1 zwischen den Wellenlängen λ1 und λ2, die in Fig. 3b als Funktion der Zeit dargestellt sind. Wie in Fig. 2 dargestellt, entspricht eine optische Leistung Popt aus dem Leistungsbereich I der Wellenlänge λ1 und eine optische Leistung Popt aus dem Leistungsbereich II der Wellenlänge λ2.
Die von dem Halbleiterlaser 1 ausgestrahlten Lichtsignale der Wellenlängen λ1 und λ2 lassen sich entweder insgesamt zu einer anderen optischen Einrichtung übertragen, oder sie werden in einem wellenlängenselektiven Filter, z. B. in einem Fabry-Perot-Filter, gefiltert. Ist dieses nur für die Wellenlänge λ2 durchlässig, werden die ursprünglichen, durch die optische Übertragung verzerrten Rechteckpulse wiederhergestellt (Fig. 3c).
Ist das wellenlängenselektive Filter hingegen für die Wellenlänge λ1 durchlässig, werden die Lichtsignale aus ihrer ursprünglichen Wellenlänge λ2 in die Wellenlänge λ1 konvertiert und gleichzeitig invertiert.
Der Halbleiterlaser 1 stellt nicht nur die Seitenflanken von Rechteckpulsen wieder her. Er korrigiert auch Leistungsschwankungen des aus dem Halbleiterlaser 14 kommenden Lichts, soweit sich die Leistungsschwankungen jeweils innerhalb eines der Leistungsintervalle I, II, III oder IV bewegen.
Eine weitere Funktion der optischen Einrichtung in Verbindung mit einem Filter besteht darin, den Gleichlichtanteil zu entfernen, wenn dieser, wie in Fig. 4a dargestellt, zwischen den zu übertragenden Lichtsignalen auftritt. Wenn sich die optische Leistung Popt der Lichtpulse beispielsweise in dem Leistungsbereich II, die des Gleichlichtanteils in dem Leistungsbereich I bewegt, werden aus den Lichtsignalen, die in den Halbleiterlaser 1 eingestrahlt werden, Lichtsignale der Wellenlänge λ1 erzeugt (Fig. 4b), während aus dem Gleichlichtanteil, der in den Halbleiterlaser 1 zwischen den Lichtsignalen eingestrahlt wird, Lichtsignale der Wellenlänge λ2 erzeugt werden.
Wenn die Lichtsignale der Wellenlängen λ1, λ2 noch ein optisches Filter durchlaufen, das nur für die Wellenlänge λ1 durchlässig ist, ist der Gleichstromanteil zwischen den in den Halbleiterlaser 1 eingestrahlten Lichtsignalen unterdrückt.
Je nach Anzahl der Leistungsbereiche, in denen sich die optische Leistung Popt von Lichtsignalen bewegt, die aus dem Halbleiterlaser 14 in den Halbleiterlaser 1 eingestrahlt werden, lassen sich aus einem einzigen, aus dem Halbleiterlaser 14 kommenden Lichtsignal zwei oder drei Lichtpulse erzeugen.
Fig. 5a zeigt die optische Leistung Popt von analogen Lichtsignalen des Halbleiterlasers 2, die sich in den Leistungsbereichen I bis IV bewegt, als Funktion der Zeit. Die hier dargestellten Lichtsignale haben einen im wesentlichen sinusförmigen Verlauf.
Entsprechend der in Fig. 2 gezeigten Abhängigkeit der Wellenlänge von der optischen Leistung Popt ergibt sich für die von dem Halbleiterlaser 1 aus ihnen erzeugten Lichtpulse während der Dauer eines aus dem Halbleiterlaser 14 kommenden Lichtsignals ein mehrfacher, z. B. sechsfacher, Wechsel in der Wellenlänge des von dem Halbleiterlaser 1 ausgestrahlten Lichts. Wenn dieses wiederum durch ein optisches Filter gefiltert wird, entstehen Rechteckpulse der Wellenlänge λ1 oder λ2 entsprechend der Wellenlängenselektivität des optischen Filters.
Aus einem in Fig. 5a gezeigten, analogen Lichtsignal lassen sich bei Transmission der Wellenlänge λ2 durch das optische Filter drei rechteckförmige Lichtpulse erzeugen.
Wie schon die wenigen, hier erläuterten Ausführungsbeispiele zeigen, gestattet die hier beschriebene neue optische Einrichtung, insbesondere in Verbindung mit einem wellenlängenselektiven Filter, eine Fülle von Anwendungen für die optische Übertragung.
Die anhand der Fig. 3-5 beschriebenen Anwendungen nutzen die Aufwärts-Konversion in dem Halbleiterlaser 1. In entsprechender Weise läßt sich die Abwärts-Konversion ausnutzen.

Claims (10)

1. Optische Einrichtung mit einem ersten, auf einem Substrat (2) monolithisch integrierten Halbleiterlaser (1), der eine sich oberhalb einer zur Grundfläche des Substrats (2) koplanaren Ebene auf dem Substrat (2) erstreckende und in der Ebene eine verzweigte, einfach zusammenhängende Struktur aufweisende, Kavität (41) besitzt, und mit einer Lichtquelle mit einstellbarer optischer Leistung (Popt), aus der in die Kavität (41) des ersten Halbleiterlasers (1) Lichtsignale einstrahlbar sind und die Wellenlänge von von dem ersten Halbleiterlaser (1) ausgestrahlten, kohärenten Lichtsignalen in Abhängigkeit von der optischen Leistung (Popt) der eingestrahlten Lichtsignale veränderbar ist.
2. Optische Einrichtung nach Anspruch 1, bei der die Lichtquelle ein zweiter Halbleiterlaser ist und von ihr kohärentes Licht erzeugbar ist.
3. Optische Einrichtung nach Anspruch 2, bei der der zweite Halbleiterlaser ein Halbleiterlaser (14) mit verteilter Rückkopplung ist.
4. Optische Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, bei der der zweite Halbleiterlaser mit dem ersten Halbleiterlaser (1) auf dessen Substrat (2) monolithisch integriert ist.
5. Optische Einrichtung nach Anspruch 1, bei der das Licht aus der Lichtquelle in einen Lichtwellenleiter (13) einstrahlbar und aus diesem in den ersten Halbleiterlaser (1) einstrahlbar ist.
6. Verwendung der optischen Einrichtung nach Anspruch 1, bei der verrauschte Lichtsignale in den ersten Halbleiterlaser (1) eingestrahlt werden und aus den Lichtsignalen in Abhängigkeit von ihrer optischen Leistung (Popt) Lichtsignale einer ersten und einer zweiten Wellenlänge ausgestrahlt werden, die jeweils rechteckförmig sind.
7. Verwendung der optischen Einrichtung nach Anspruch 1, bei der Lichtsignale mit zwei Niveaux der optischen Leistung (Popt) bei dem ersten Niveau der optischen Leistung (Popt) in Lichtsignale einer ersten Wellenlänge und bei dem zweiten Niveau der optischen Leistung (Popt) in Lichtsignale der zweiten Wellenlänge umgewandelt werden.
8. Verwendung der optischen Einrichtung nach Anspruch 1, bei der die in den ersten Halbleiterlaser (1) eingestrahlten Lichtsignale eine optische Leistung (Popt) haben, die teilweise unterhalb eines ersten, teilweise zwischen dem ersten und einem zweiten, sowie teilweise oberhalb des zweiten Niveaus liegt und daß der erste Halbleiterlaser (1) aus den in ihn eingestrahlten Lichtsignalen Lichtsignale einer ersten Wellenlänge (λ1) erzeugt, wenn die optische Leistung (Popt) unterhalb des ersten oder oberhalb des zweiten Niveaus liegt, und Lichtsignale einer zweiten Wellenlänge (λ2) erzeugt, wenn die optische Leistung (Popt) zwischen dem ersten und dem zweiten Niveau liegt.
9. Verwendung der optischen Einrichtung nach Anspruch 8, bei der die in den ersten Halbleiterlaser (1) eingestrahlten Lichtsignale teilweise auch eine optische Leistung (Popt) haben, die oberhalb eines dritten Niveaus liegt und daß der erste Halbleiterlaser (1) aus den in ihn eingestrahlten Lichtsignalen Lichtsignale der ersten Wellenlänge (λ1) erzeugt, wenn die optische Leistung (Popt) zwischen dem zweiten und dem dritten Niveau liegt, und Lichtsignale der zweiten Wellenlänge (λ2), wenn die optische Leistung (Popt) oberhalb des dritten Niveaus liegt.
10. Verwendung der optischen Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, bei der die von dem ersten Halbleiterlaser (1) ausgestrahlten Lichtsignale durch ein entweder nur für die erste oder nur für die zweite Wellenlänge durchlässiges optisches Filter gestrahlt werden.
DE19914117865 1991-05-31 1991-05-31 Optische einrichtung Withdrawn DE4117865A1 (de)

Priority Applications (8)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19914117865 DE4117865A1 (de) 1991-05-31 1991-05-31 Optische einrichtung
PCT/EP1992/001175 WO1992022111A1 (de) 1991-05-31 1992-05-26 Optisch steuerbarer halbleiterlaser
ES92924467T ES2096109T3 (es) 1991-05-31 1992-05-26 Laser semiconductor controlado opticamente.
EP92924467A EP0598855B1 (de) 1991-05-31 1992-05-26 Optisch steuerbarer halbleiterlaser
CA002088364A CA2088364C (en) 1991-05-31 1992-05-26 Optically controllable semiconductor laser
DE59207440T DE59207440D1 (de) 1991-05-31 1992-05-26 Optisch steuerbarer halbleiterlaser
US07/966,030 US5285465A (en) 1991-05-31 1992-05-26 Optically controllable semiconductor laser
JP4510123A JPH06500436A (ja) 1991-05-31 1992-05-26 光学的に制御可能な半導体レーザ

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19914117865 DE4117865A1 (de) 1991-05-31 1991-05-31 Optische einrichtung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE4117865A1 true DE4117865A1 (de) 1992-12-03

Family

ID=6432890

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19914117865 Withdrawn DE4117865A1 (de) 1991-05-31 1991-05-31 Optische einrichtung

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE4117865A1 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4239655A1 (de) * 1992-11-26 1994-06-01 Sel Alcatel Ag Optische Sendeeinrichtung
DE4410780A1 (de) * 1994-03-28 1995-10-05 Siemens Ag Integrierte Laseranordnung in Verbindung mit einem mitintegrierten Interferometer

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4239655A1 (de) * 1992-11-26 1994-06-01 Sel Alcatel Ag Optische Sendeeinrichtung
DE4410780A1 (de) * 1994-03-28 1995-10-05 Siemens Ag Integrierte Laseranordnung in Verbindung mit einem mitintegrierten Interferometer

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0829121B1 (de) Dfb-laserdiodenstruktur mit komplexer optischer gitterkopplung
DE19624514C1 (de) Laserdiode-Modulator-Kombination
DE4328777B4 (de) Optische Filtervorrichtung
EP0849847B1 (de) Optoelektronisches Bauelement mit MQW-Stukturen
EP0418705B1 (de) Interferometrischer Halbleiterlaser
EP0397045A2 (de) Halbleiterlaser
DE102008014092A1 (de) Kantenemittierender Halbleiterlaserchip mit einem strukturierten Kontaktstreifen
EP0360011B1 (de) Abstimmbarer DFB-Laser
DE60204168T2 (de) Phasenverschobene oberflächenemittierende dfb laserstrukturen mit verstärkenden oder absorbierenden gittern
DE10201126A1 (de) Optoelektronisches Bauelement und Verfahren zu seiner Herstellung
EP0423528B1 (de) Elektrisch wellenlängenabstimmbarer Halbleiterlaser
EP0598855B1 (de) Optisch steuerbarer halbleiterlaser
EP0531768A1 (de) Verfahren zum Betreiben eines Halbleiterbauelements als optisches Filter
DE4117865A1 (de) Optische einrichtung
DE10201124A1 (de) Optoelektronisches Bauelement und Verfahren zu seiner Herstellung
DE10322112B4 (de) Verfahren zur Auslegung einer modengekoppelten Halbleiterlaser-Pulsquelle und damit ausgelegte Halbleiterlaser-Pulsquelle
DE3934865A1 (de) Hochfrequent modulierbarer halbleiterlaser
EP0545269B1 (de) Verfahren zum Betreiben eines Halbleiterlasers als bistabiles optoelektronisches Bauelement
EP0768740B1 (de) Optoelektronisches Bauelement mit kodirektionaler Modenkopplung
DE10139804B4 (de) Optischer Modulator und mit einem optischen Modulator integrierte Laserdiode
DE10258475B4 (de) Optischer Halbleiterverstärker
DE4117868A1 (de) Verfahren zum betreiben eines halbleiterlasers und optische einrichtung zur durchfuehrung der verfahren
DE3844742C2 (de) Optisches ODER- und optisches UND-Logikelement
DE112022003206T5 (de) Optoelektronische Vorrichtung
WO2020094473A1 (de) Laserdiode und verfahren zur erzeugung von laserstrahlung mindestens zweier frequenzen

Legal Events

Date Code Title Description
8127 New person/name/address of the applicant

Owner name: ALCATEL SEL AKTIENGESELLSCHAFT, 7000 STUTTGART, DE

8139 Disposal/non-payment of the annual fee