DE4239655A1 - Optische Sendeeinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Sendeeinrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige Einrichtung ist aus einem Aufsatz von J. Salzmann et al in Appl. Phys. Lett 52 (10), 7. 3. 1988, Seiten 767 bis 769 bekannt. Ihr Laserbauelement besteht aus drei oder vier laseraktiven oder auch passiven Bereichen, die optisch miteinander gekoppelt sind. Aus Fig. 3 und der dazu gehörigen Beschreibung auf S. 769, linke Spalte geht hervor, daß das Modenspektrum des dort beschriebenen, kreuzgekoppelten Lasers durch Verändern der Injektionsströme in einzelnen Segmenten in weiten Grenzen variiert werden kann. Als Nutzungsmöglichkeiten werden das Verschieben und die diskrete Auswahl einzelner Moden zur Realisierung eines optischen Schalters diskutiert.

In einem Aufsatz von M. Schilling et al in IEEE Journal of Quantum Electronics, Vol. 27, No. 6, June 1991, auf S. 1616-1622 ist ein monolithisch integriert aufgebauter interferometrischer Laser beschrieben, der eine Y-förmig gegabelte Struktur besitzt und neben einem verzweigten zentralen Segment weitere, an die drei Enden des zentralen Segments angekoppelte aktive oder passive Segmente aufweist. In einem solchen, sogenannten YCC-I³-Laser werden im wesentlichen zwei Resonatorstrecken wirksam, die einen Teil des zentralen Segments und alle über dessen Wurzel angekoppelten Segmente gemeinsam haben und auf diese Weise miteinander gekoppelt sind.

Auch in diesem Aufsatz wird die Abstimmbarkeit dieses Laserbauelements im Sinne der Auswahl einzelner Moden über einen großen Frequenzbereich hinweg hervorgehoben.

Zur Unterteilung eines zur optischen Nachrichtenübertragung geeigneten Wellenlängenbereiches in eine Vielzahl einzeln anwählbarer optischer Kanäle werden eine möglichst kleine Linienbreite der einzelnen Moden und eine möglichst gute Seitenmodenunterdrückung angestrebt. Da die spektrale Linienbreite Δf über die Beziehung

mit der Kohärenzlänge L verknüpft ist, ist eine kleine spektrale Linienbreite gleichbedeutend mit einer großen Kohärenzlänge, so daß die beschriebenen interferometrischen Laserbauelemente für Anwendungen, in denen eine möglichst kleine Kohärenzlänge erwünscht ist, ungeeignet sind.

Für derartige Anwendungen, z. B. für optische Faserkreisel, in denen mit einer großen Kohärenzlänge verbundenes Modenrauschen unerwünscht ist, mußten bisher lichtemittierende Dioden oder superluminiszierende lichtemittierende Dioden, wie z. B. eine in der EP 200 306 B1 beschrieben ist, benutzt werden, obgleich derartige Bauelemente aufgrund ihrer hohen Strahlungsdivergenz bei Koppelung mit einer Einmodenglasfaser eine wesentlich höhere Einfügedämpfung bedingen als ein Laserbauelement.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine optische Sendeeinrichtung der eingangs beschriebenen Art so weiterzubilden, daß die Linienbreite und damit die Kohärenzlänge des von ihr emittierten Lichtes in einem weiten Bereich eingestellt werden kann, so daß sie auch dort einsetzbar ist, wo Licht mit einer kleinen Kohärenzlänge benötigt wird.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Über die unterschiedlich einstellbaren Ströme lassen sich die optischen Längen der Resonatorstrecken des verwendeten Y-Lasers ändern, wodurch sich das resultierende Fabry-Perot-Modenspektrum erheblich variieren läßt. Werden die Ströme fast identisch eingestellt, so erzeugt man nur geringfügig unterschiedliche Modenabstände, die sich verzahnen. Da die individuellen Modenintensitäten gering sind, sind auch deren Linienbreiten groß und die Moden überlappen sich. Auf diese Weise entsteht ein breites, dem Spektrum einer LED ähnelndes Emissionsspektrum und damit Licht kurzer Kohärenzlänge.

Im Gegensatz dazu können bei etwas größer eingestelltem Unterschied zwischen den Modenabständen in beiden Resonatoren eine oder auch mehrere Moden exakt zur Deckung gebracht und damit nur eine Überlagerung (Supermode) erzeugt werden, die weit außerhalb des Halbleiterverstärkungsbereiches liegt, und die dann aufgrund ihrer hohen optischen Modenleistung eine sehr schmale Linienbreite und eine große Kohärenzlänge besitzt. Zwischen diesen beiden Extremen sind alle denkbaren Zwischenzustände möglich, so daß die Linienbreite der optischen Sendeeinrichtung nach der Erfindung von etwa 10 MHz bis 2 THz einstellbar ist.

Überdies bleibt die Strahlungsdivergenz auch bei kurz eingestellter Kohärenzlänge niedrig, so daß ein großer Anteil der optischen Leistung in eine anzukoppelnde Einmoden-Lichtleitfaser eingespeist werden kann.

Ausgestaltungen der Erfindung betreffen die Anschaltung der unterschiedlich einstellbare Ströme führenden Strompfade an verschiedene Segmente des Y-Lasers und sind in den Unteransprüchen 2 und 3 beschrieben.

Die selbständigen Ansprüche 4 und 5 betreffen die Verwendung der optischen Sendeeinrichtung nach der Erfindung für Faserkreisel und in der Reflektometrie.

Die nachfolgenden Fig. 1-3 zeigen die Schaltung der optischen Sendeeinrichtung (Fig. 1) sowie gemessene Spektren für die beiden vorstehend erwähnten Extremfälle.

In Fig. 1 ist schematisch eine optische Sendeeinrichtung nach der Erfindung wiedergegeben. Eine Steuereinrichtung ST enthält mehrere einstellbare Stromquellen I1-I3, von denen zwei (T1, T2) direkt mit Segmenten 1, 2 eines Y-Lasers Y verbunden sind. Zusätzlich enthält die Steuereinrichtung einen Widerstand R mit verstellbarem Mittelabgriff. Dieser Mittelabgriff ist mit der Stromquelle I3 verbunden. Die beiden Endanschlüsse des Widerstandes R sind Ausgangspunkte zweier Strompfade P1 und P2, die zu Armsegmenten 3, 4 des Y-Lasers führen.

Im Y-Laser bilden sich im wesentlichen zwei stehende Wellenzüge aus, die von jeweils einem Armende zum Ende des Segments 1 an der Wurzel des Y reichen. Die zwei zugehörigen Resonatorstrecken umfassen somit die Segmente 1, 2 und 3 bzw. die Segmente 1, 2 und 4. Ihre optischen Längen lassen sich durch Änderung der Ströme der in Anspruch genommenen Segmente geringfügig verändern. Hierbei beeinflussen Stromänderungen in Segmenten, die den beiden Resonatorstrecken gemeinsam angehören (z. B. Segment 1 und 2), die optischen Längen beider Resonatorstrecken, Stromänderungen in einem Armsegment (3 oder 4) beeinflussen jeweils nur die Resonatorstrecke, die das jeweilige Armsegment enthält.

In Fig. 1 bewirkt der Widerstand R mit dem verstellbaren Mittelabgriff, daß die Ströme durch die Armsegmente nicht unabhängig voneinander verstellt werden können. Es wird hier vielmehr die Summe der durch die Segmente 3 und 4 fließenden Ströme konstant gehalten, so daß eine Zunahme des Stroms über Segment 3 mit einer Stromabnahme durch das Segment 4 verbunden ist und umgekehrt.

Mit dem Widerstand R lassen sich somit die optischen Längen beider Resonatoren zueinander entgegengesetzt beeinflussen und auf diese Weise die Modenabstände gegeneinander verändern.

Im Prinzip läßt sich dasselbe mit der in Fig. 2 dargestellten optischen Sendeeinrichtung erreichen, nur ist hier wegen teilweiser Kompensation der Wirkungen der Ströme durch die Segmente 1 und 4 die Beeinflussung der beiden Resonatoren weniger stark unterschiedlich, was eine Feineinstellung der Modenabstände erleichtert.

Fig. 3 zeigt Spektren der optischen Sendeeinrichtung für die Extremfälle LED-Einstellung (1,2 THz Linienbreite, Kurve S1) und Supermodeneinstellung (Kurve S2). Entlang der Abszisse ist hier die Wellenlänge, entlang der Ordinate die abgegebene optische Leistung aufgetragen.

Claims (5)

1. Optische Sendeeinrichtung mit einem interferometrischen Laserbauelement und einer dessen Betriebsströme liefernden Steuereinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß als Laserbauelement ein in mehrere, einzeln ansteuerbare Segmente unterteilter interferometrischer Y-Laser (Y) verwendet wird, dessen miteinander gekoppelte Resonatorstrecken in ihrer optischen Länge so bemessen sind, daß in ihnen anregbare Resonatormoden bei fester Strombeaufschlagung einander entsprechender Segmente der Resonatorstrecken nahezu gleiche Abstände voneinander haben, und daß von der Steuereinrichtung (ST) ausgehend mindestens zwei Strompfade (P1, P2) über verschiedenen Resonatorstrecken angehörende Segmente (3, 4; 1, 4) des interferometrischen Y-Lasers geschaltet sind, die unterschiedlich einstellbare Ströme führen.

2. Optische Sendeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die unterschiedlich einstellbare Ströme führenden Strompfade jeweils über in unterschiedlichen Armen des Y-Lasers angeordnete Segmente geschaltet sind.

3. Optische Sendeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einer der unterschiedlich einstellbare Ströme führenden Strompfade (P3) über ein beiden Resonatorstrecken gemeinsam angehörendes Segment (1) und ein anderer Strompfad (P4) über ein Armsegment (4) des Y-Lasers geschaltet sind.

4. Verwendung einer optischen Sendeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 als Lichtquelle für einen Faserkreisel.

5. Verwendung einer optischen Sendeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 als Lichtquelle in einem Reflektometer.