DE4441180C1 - Pulsquelle mit einem Laser und einer ihm nachgeschalteten Kettenschaltung zweier mit sinusförmigen Spannungen angesteuerter Modulatoren - Google Patents

Description

Als mit definierter Wiederholungsrate laufende optische Puls­ quellen verwendet man im allgemeinen mode-gelockte oder güte­ geschaltete Laser oder auch durch entsprechende elektrische Impulse direktmodulierte Laserdioden. Nachteilig bei mode- gelockten und güte-geschalteten Lasern ist, daß ohne Nachju­ stierung des Laserresonators nur diskrete Pulswiederholungs­ raten einstellbar sind (ganzzahlige Vielfache des Modenab­ stands); eine automatische Nachregelung erscheint als sehr schwierig. Um die Intensität bzw. Amplitude des von einem Halbleiterlaser ausgehenden Lichts im Wege einer Direktmodu­ lation zu modulieren, muß der Laserdiode ein relativ hoher Strom zugeführt werden; problematisch ist außerdem, daß mit einer solchen Direktmodulation auch ein unerwünschter Chip verbunden ist, d. h. eine aussteuerungsabhängige Änderung der Wellenlänge des ausgesandten Lichts.

Modifizierte Direktmodulationsverfahren sehen eine gewollte Frequenz-(oder auch Phasen-)Modulation des Lasers mit nach­ folgender Umsetzung in eine Intensitätsmodulation mittels eines hinter den Halbleiterlaser geschalteten Mach-Zehner- Interferometers vor; dabei wird eine additive bzw. subtrak­ tive Interferenz zweier gegeneinander verzögerter Strahlen­ gänge durchgeführt und damit am Ausgang eine entsprechende Intensitätsmodulation erreicht (Electronics Letters, Vol. 28, No. 14, (02.07.92), pp. 1305-1306, U. Fischer: 10 GBit/s- Transmission Over 69 km of Non-Dispersion-Shifted Singlemode Fibre With CPFSK Direct Modulation of 1,55 µm BH DFB-Laser).

Bei einer anderen bekannten Pulsquelle ist einem Laser eine Kettenschaltung zweier mit sinusförmigen Spannungen angesteu­ erter Elektroabsorptionsmodulatoren (EAM) nachgeschaltet, wo­ bei kurze Pulse mit Wiederholungsfrequenzen bis zu 5 GHz er­ zeugt wurden (Electronics Letters, Vol. 29, No. 16 (05.08.93), pp 1449 . . . 1451, H. Tanaka et al.: Optical Short Pulse Gene­ ration by Double Gate Operation of Tandem Connected Electro­ absorption Modulators Driven by Sinusoidal Voltages). Elek­ troabsorptionsmodulatoren vertragen allerdings nur relativ geringe optische Leistungspegel und sind im übrigen für höhe­ re Repititionsraten zu langsam.

Die Erfindung zeigt nun einen Weg zu einer die genannten Nachteile vermeidenden optischen Pulsquelle.

Die Erfindung betrifft gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 eine Pulsquelle mit einem Laser und einer ihm nach­ geschalteten Kettenschaltung zweier mit sinusförmigen Span­ nungen angesteuerter Modulatoren; derartige Pulsquellen sind aus dem genannten Aufsatz von H. Tanaka et al. bekannt. Eine solche Pulsquelle ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß einem CW(Continous Wave)-betriebenen Laser die Ketten­ schaltung zweier auf Zweistrahlinterferenz basierender Ampli­ tudenmodulatoren, insbesondere Mach-Zehnder-Interferometer, nachgeschaltet ist, die mit zwei miteinander phasenstarr ge­ koppelten, sinusförmigen Modulatorspannungen der Frequenz f bzw. 2f - wobei 2f die Pulswiederholungsrate ist - beauf­ schlagt sind, wobei beide Zweistrahlinterferometer im Arbeits­ punkt voller Transmission betrieben werden und die Ansteuer­ amplituden so gewählt sind, daß bei den Scheitelwerten der Modulationsspannung der jeweilige Modulator sich in einem Zu­ stand minimaler, d. h. allenfalls vernachlässigbar niedriger Transmission befindet.

Die Erfindung schafft eine hochratige Pulsquelle für fourier­ limitierte optische Pulse mit durch einfaches Durchstimmen der Modulationsfrequenz f definiert kontinuierlich durch­ stimmbarer Pulswiederholungsrate 2f und konstantem Verhältnis von Pulsabstand ΔT = 1/2f und Pulsbreite Δt, wobei ΔT/Δt 6 ist.

An Hand der Zeichnungen sei die Erfindung noch näher erläu­ tert. Dabei zeigt

Fig. 1 das Schaltbild einer Pulsquelle gemäß der Erfindung;

Fig. 2 verdeutlicht den zeitlichen Verlauf der Pulse.

In Fig. 1 ist schematisch in einem zum Verstandnis der Er­ findung erforderlichen Umfange eine optische Pulsquelle mit einem Laser LD und zwei ihm kaskadiert nachgeschalteten Am­ plitudenmodulatoren MZI1, MZI2 skizziert, die jeweils mit einer Sinusspannung beaufschlagt werden. Der zweckmäßiger­ weise durch eine Laserdiode gebildete Laser LD arbeitet im CW(Continous Wave)-Betrieb. Die beiden beispielsweise mit zwei Mach-Zehnder-Interferometern gebildeten, auf dem Prinzip der Zweistrahlinterferenz basierenden Amplitudenmodulatoren werden jeweils in einem Arbeitspunkt voller Transmission be­ trieben und aus diesem Arbeitspunkt heraus durch eine sinus­ förmige Modulationsspannung gesteuert, wobei sich die jewei­ lige Transmission in einer cos²-Abhängigkeit von der Ansteu­ erspannung ändert. Dabei wird der erste Amplitudenmodulator MZI1 durch eine von einer entsprechenden, durchstimmbaren Quelle G erzeugte Sinusspannung einer Frequenz f gesteuert und der zweite Amplitudenmodulator MZI2 durch eine damit pha­ senstarr gekoppelte Sinusspannung der Frequenz 2f. Wie dies auch aus Fig. 1 ersichtlich ist, kann dabei die Sinusspannung der Frequenz 2f aus der Sinusspannung der Frequenz f durch Frequenzverdoppelung in einem Frequenzumsetzer f/2f erzeugt werden. Die Amplituden der beiden Modulationsspannungen wer­ den dabei so gewählt, daß an den Scheitelwerten der jeweili­ gen Modulationsspannung der betreffende Modulator jeweils in einen Zustand minimaler, d. h. allenfalls vernachlässigbar niedriger Transmission gelangt. Man erhält dann am Ausgang p des zweiten Amplitudenmodulators MZI2 optische Pulse der Form

deren Repetitionsrate der Frequenz 2f entspricht und deren Pulsdauer etwa 1/13f beträgt, wie dies auch in Fig. 2 ange­ deutet ist. Mit den zur Zeit kommerziell erhältlichen Mach- Zehnder-Modulatoren lassen sich so Repetitionsraten 1/ΔT von etwa 20 GHz und Pulsdauern Δt < 8 ps realisieren.

Claims (3)

1. Pulsquelle mit einem Laser und einer ihm nachgeschalteten Kettenschaltung zweier mit sinusförmigen Spannungen angesteu­ erter Modulatoren, dadurch gekennzeichnet, daß einem CW-betriebenen Laser (LD) die Kettenschaltung zwei­ er auf Zweistrahlinterferenz basierender Amplitudenmodulato­ ren (MZI1, MZI2) nachgeschaltet ist, die mit zwei miteinander phasenstarr gekoppelten, sinusförmigen Modulationsspannungen der Frequenz f bzw. 2f beaufschlagt sind, wobei beide Zwei­ strahlinterferometer in einem Arbeitspunkt voller Transmissi­ on betrieben werden und die Modulationsspannungsamplituden so gewählt sind, daß bei den Scheitelwerten der Modulationsspan­ nung der jeweilige Modulator (MZI1 bzw. MZI2) sich in einem Zustand minimaler Transmission befindet.

2. Pulsquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem CW-Laser (LD) zwei Mach-Zehnder-Modulatoren (MZI1, MZI2) in Kette nachgeschaltet sind.

3. Pulsquelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Modulationsspannung durch Frequenzverdopplung aus der ersten Modulationsspannung gewonnen wird.