DE60026071T2 - Abstimmbare laserquelle mit integriertem optischen verstärker - Google Patents

Abstimmbare laserquelle mit integriertem optischen verstärker Download PDF

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Diese Erfindung betrifft im allgemeinen Laseranordnungen und insbesondere eine breit abstimmbare Laseranordnung mit einem integrierten optischen Verstärker.
  • Kurze Beschreibung des Standes der Technik
  • Dünne Fasern optischer Materialien übertragen Licht über eine sehr breite Frequenzbandbreite und daher können Kommunikationsdaten von einer Lichtquelle über solche Fasern über breite Frequenzbereiche übertragen werden. Bei jeder bestimmten Frequenz muß eine Laserquelle eine hohe Ausgangsleistung, eine geringe Laserlinienbreite und eine gute Übertragungsleistung über große Distanzen einer optischen Faser hinweg aufweisen.
  • US-Patent Nr. 5,715,268, erteilt am 3. Februar 1998 an Lang, beschreibt eine typische Laserquelle. In Lang wird ein Wanderwellenhalbleiterlaserverstärker bereitgestellt, welcher eine unterdrückte Selbstoszillation aufweist. Wenn sie in eine Masteroszillator-Leistungsverstärkervorrichtung eingebaut wird, hat eine solche Vorrichtung verbesserten Lichtausgang zu Verstärkerstromcharakteristiken. Auch wird ein Verfahren zur Unterdrückung von Selbstoszillation in Wanderwellenhalbleiterlaserverstärkerstrukturen bereitgestellt zum Verbessern der Charakteristiken der Vorrichtung, in welche der Verstärker eingebaut ist.
  • Alternative Laserverstärker sind in dem US-Patent Nr. 5,088,105, erteilt am 11. Februar 1992 an Scifres et al. beschrieben. Ein optischer Verstärker hat einen oder mehrere Verstärkerbereiche mit einem nicht-kollinearen Lichtpfad, welcher darin zwischen Eingang und Ausgang durch gekrümmte oder gefaltete Wellenleiter bereitgestellt wird, und reflektierende Oberflächen, welche beispielsweise durch eine vordere Facette mit niedriger Reflektivität und einer hinteren Facette mit hoher Reflektivität bereitgestellt werden. Die Verstärkerbereiche werden elektrisch über leitfähige Kontakte gepumpt, welche für jeden Verstärkerbereich individuell ansprechbar sind, so daß eine Phasensteuerung des Arrays von emittiertem Licht bereitgestellt wird. Licht wird durch die vordere Facette von einem ersten Verstärkerbereich angenommen, von der hinteren Facette reflektiert und durch die vorderen Facette emittiert. Wenn es mehrere Verstärkerbereiche gibt, wird ein Teil des Lichtes von der vorderen Facette in einen benachbarten Verstärkerbereich reflektiert. Der Lichtpfad fällt auf die vordere und auf die hintere Facette unter einem anderen Winkel als die Normale darauf ein und vorzugsweise mindestens 10 ° abweichend von der Normalen und ist auf einen optisch aktiven Bereich begrenzt. Die Lichtquelle kann eine Laserdiode sein, welche monolithisch auf dem gleichen Substrat wie der Verstärker integriert sein kann, so daß eine Masteroszillator-Leistungsverstärker-(Master Oscillator Power Amplifier, MOPA-)Vorrichtung gebildet wird. Der La ser kann wellenlängenabstimmbar sein. Der MOPA kann auch einen steuerbaren Ausgangsstrahl aufweisen.
  • In Kommunikationssystemen mit höherer Brandbreite, in denen viele Frequenzen von Laserlicht entlang einer Faser übertragen werden, kann es eine oder mehrere Laserquellen geben. Während eine abstimmbare Laserquelle bevorzugt würde, verwenden Systeme mit höherer Datenkapazität derzeit mehrere Laserquellen, die auf verschiedenen Frequenzkanälen arbeiten, so daß die breite Faserübertragsbandbreite abgedeckt wird. Dies ist der Fall, da geeignete Laserquellen zur Zeit keine schnelle elektronische Frequenzabstimmung ermöglichen ohne eine damit verbundene Verschlechterung anderer bedeutender Bewertungskriterien.
  • Z. B. haben Laser mit Sampled-Gratings bzw. Sampled-Gitter mit verteilten Bragg-Reflektoren (Sampled Grating Distributed Bragg Reflector Laser, SGDBR Laser) bei einer festen Frequenz, die hohe Ausgangsleistung, niedrige Laserlinienbreite und gute Übertragungsleistung, welche für ein optisches Datennetzwerk erforderlich ist. Während einige SGDBR-Laser schnell über mehr als 100 verschiedene Übertragungskanäle abgestimmt werden können, verhindern trotzdem zwei Probleme, daß diese Vorrichtungen in faseroptischen Kommunikationssystemen verwendet werden. Das bedeutendste Problem ist die deutliche Absorption des Spiegelmaterials. Die resultierenden großen Kavitätsverluste führen dazu, daß die Laserausgangsleistung nicht ausreichend für die Anforderungen eines heutigen Kommunikationssystems ist. Ein zweites Problem ist, daß die Ausgangsleistung und die Frequenzabstimmung voneinander abhängen. Diese Kopplung führt zu einer nicht angemessenen Steuerbarkeit für ein heutiges Kommunikationssystem.
  • Was statt dessen benötigt wird, ist eine Vorrichtung mit einer Kombination aus einer ausreichend hohen Ausgangsleistung für ein optisches Kommunikationsnetzwerk mit hoher Bandbreite und mit einer Frequenzabstimmungssteuerbarkeit, welche im wesentlichen unabhängig von der Ausgangsleistungssteuerbarkeit ist.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Entsprechend ist es ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung eine integrierte Laseranordnung bereitzustellen, welche einen abstimmbaren Festkörperlaser und einen optischen Verstärker aufweist, wobei alle Elemente in einer gemeinsamen eptitaktischen Schichtstruktur hergestellt sind.
  • Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, eine integrierte Laseranordnung bereitzustellen, welche einen abstimmbaren Festkörperlaser und einen optischen Verstärker mit einer Ausgangsmode aufweist, die für eine Übertragung in einer optischen Faser beschaffen ist.
  • Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, eine integrierte Laseranordnung bereitzustellen, welche einen abstimmbaren Laser und einen optischen Verstärker aufweist, welche die optische Rückkopplung von dem Verstärker in den Laser reduziert.
  • Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, eine abstimmbare integrierte Laseranordnung bereitzustellen, wobei die Laserfrequenzsteuerung und Ausgangsleistungssteuerung im wesentlichen unabhängig sind.
  • Diese und andere Gegenstände der vorliegenden Erfindung werden in einer Laseranordnung erreicht, welche eine epitaktische Struktur, die auf einem Substrat gebildet ist, aufweist. Ein abstimmbarer Laserresonator und ein getrennt davon steuerbarer optischer Verstärker sind in der gleichen epitaktischen Struktur gebildet. Der Verstärker ist außerhalb der Laserresonatorkavität angeordnet, so daß er einen Ausgang, der von dem Laser empfangen wird, empfängt und anpaßt, jedoch teilen sich mindestens ein Teil des Lasers und des Verstärkers einen gemeinsamen Wellenleiter.
  • In verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Eigenschaften des gemeinsamen Wellenleiters, wie z. B. optische Eigenschaften, Mittellinienkrümmung oder Querschnitt nicht gleichmäßig entlang der Wellenleitermittellinie oder nicht gleichmäßig entlang einer Normalen auf der Mittellinie.
  • Entsprechend ist ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung auf eine breit abstimmbare Diodenlaseranordnung gerichtet, welche aufweist: eine epitaktische Struktur, welche auf einem Substrat gebildet ist, wobei die epitaktische Struktur Bereiche mit unterschiedlichen optischen Eigenschaften aufweist, die aktive und passive Wellenleiterabschnitte definieren; einen Laser, der in der epitaktischen Struktur gebildet ist und einen Verstärker, der in der epitaktischen Struktur gebildet ist, wobei sich mindestens ein Teil des Lasers und des Verstärkers einen gemeinsamen Wellenleiter in einer linearen Anordnung teilen, welcher die aktiven und passiven Abschnitte des Lasers und des Verstärkers verbindet, wobei mindestens ein Teil des gemeinsamen Wellenleiters in einem passiven Wellenleiterabschnitt des Verstärkers gekrümmt ist, so daß Reflektionen von einer Ausgangsfacette reduziert werden.
  • Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist auf ein Verfahren zum Erzeugen eines optischen Signals gerichtet: Bereitstellen einer Diodenlaseranordnung mit einer auf einem Substrat gebildeten epitaktischen Struktur, wobei die epitaktische Struktur Bereiche mit voneinander verschiedenen optischen Eigenschaften aufweist, die aktive und passive Wellenleiterabschnitte definieren, mit einem Laser und einem Verstärker, die in der epitaktischen Struktur gebildet sind, wobei mindestens ein Teil des Lasers und des Verstärkers sich einen gemeinsamen Wellenleiter in einer linearen Anordnung teilen, der die aktiven und passiven Abschnitte des Lasers und des Verstärkers verbindet, wobei mindestens ein Teil des gemeinsamen Wellenleiters in einem passiven Wellenleiterabschnitt des Verstärkers gekrümmt ist, so daß Reflektionen von einer Ausgangsfacette reduziert werden, Erzeugen eines breit abstimmbaren Laserausgangs des Lasers, Einkoppeln des Laserausgangs in den Verstärker entlang des gemeinsamen Wellenleiters und Erzeugen eins optischen Signals aus dem Verstärker.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
  • 1A ist ein Blockdiagramm einer Laseranordnung, welches verschiedene funktionale Elemente einer Laseranordnung darstellt.
  • 1B ist eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform einer breit abstimmbaren Laseranordnung der vorliegenden Erfindung und der Integration von Materialien mit unterschiedlichen optischen Eigenschaften durch eine Offset-Quantentopftechnik.
  • 2A ist eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Verstärkers, welche verschiedene Schichtstrukturen und die Integration zweier Materialien mit unterschiedlichen optischen Eigenschaften durch eine Wachstumstechnik mit ausgewähltem Bereich darstellt.
  • 2B ist eine Querschnittsansichtanordnung aus 2, welche eine Ausführungsform für die Integration von Materialien mit unterschiedlichen optischen Eigenschaften durch eine ungeordnete Topftechnik darstellt.
  • 2C ist eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Verstärkers, welcher eine Ausführungsform für die Integration von mehreren Materialien mit unterschiedlichen Bandlücken durch eine Rückseitenverbindungsneuwachstumstechnik (Butt Joint Regrowth Technique).
  • 3A ist eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform des optischen Verstärkerelements aus 1, wobei ein Teil des Wellenleiters gekrümmt ist und eine Schnittstelle zwischen einem aktiven und einem passiven Abschnitt schräg ist.
  • 3B ist eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform des optischen Verstärkerelements aus 1, wobei der Verstärker eine Mehrzahl von Verstärkungsabschnitten aufweist.
  • 3C ist eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform des optischen Verstärkerelements aus 1, wobei der Verstärker einen trichterförmigen Wellenleiter aufweist.
  • 3D ist eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform des optischen Verstärkerelements aus 1, wobei der Verstärker einen Wellenleitermodenadapter aufweist.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • 1A zeigt ein Schema einer Ausführungsform der Erfindung. In 1A sind eine Laseranordnung 100, ein Wellenleiter 105, ein Verstärkerverstärkungsabschnitt 110, ein vorderer Resonatorspiegel 120, ein Laserverstärkungsabschnitt 130, ein Laserphasensteuerabschnitt 140, ein hinterer Spiegel 150 und ein elektrischer Kontakt 160, eine epitaktische Struktur 170, ein Laser 180, ein optischer Verstärker 190 und eine Ausgangsfacette 195 gezeigt.
  • In 1A weist die Laseranordnung 100 eine Integration eines Lasers und eines optischen Verstärkers auf, wobei der optische Verstärker außerhalb der Laserkavität angeordnet ist. Der vordere Resonatorspiegel 120, der Laserverstärkungsabschnitt 130, der Laserphasensteuerungsabschnitt 140 und der hintere Spiegel 150 bilden einen Laser 180 vom SGDBR-Typ in einer epitaktischen Struktur 170. Die vorderen und hinteren Spiegel definieren eine Laserkavität. Der Verstärkerverstärkungsabschnitt 110 und ein Teil des Wellenleiters 105 definieren einen optischen Verstärker 190.
  • Wie in 1A dargestellt, teilt sich der optische Verstärker 190 eine gemeinsame epitaktische Struktur 170 mit dem Laser, obwohl er außerhalb der Laserkavität ist. Die epitaktische Struktur 170 ist auf einem Substrat (nicht gezeigt) gebildet durch Verfahren, die in dem Gebiet der Halbleiterherstellung wohl bekannt sind. Durch Maßschneidern optischer Eigenschaften (wie z. B. der Bandlücke) verschiedener Teile der epitaktischen Struktur können sowohl optisch aktive als auch optisch passive Abschnitte in einer gemeinsamen Struktur hergestellt werden. Beispiele von optisch aktiven Abschnitten der in 1 gezeigten Ausführungsform sind Verstärkungsabschnitte 110 und 130, Phasensteuerungsabschnitte 140 und Spiegel 120 und 150. Ein Beispiel eines optisch passiven Abschnitts ist der Teil des Wellenleiters 105 nahe der Ausgangsfacette 195.
  • Gemäß der Erfindung teilen sich mindestens ein Teil des Lasers 180 und des optischen Verstärkers 190 einen gemeinsamen Wellenleiter 105. Unterschiedliche Teile des gemeinsamen Wellenleiters 105 können sich durch optisch aktive oder passive Bereiche erstrecken. Ein gemeinsamer Wellenleiter 105 für den Laser 180 und den optischen Verstärker 190 ermöglicht es dem Ausgang von dem Laser 180, direkt in den Verstärker eingekoppelt zu werden.
  • In der Ausführungsform aus 1A liegt der Verstärker 190 außerhalb der resonanten Kavität des Lasers 180, die von den Spiegeln 120 und 150 gebildet wird. Darüber hinaus ist der Verstärkerverstärkungsabschnitt 110 separat von dem Laser 180 steuerbar und er ist einstellbar, um die Lichtintensität und die Ausgangsleistung zu erhöhen oder zu erniedrigen. SGBDR-Laserelemente können getrennt von dem Verstärker 190 gesteuert werden, so daß die Laserfrequenz abgestimmt wird und ansonsten der Eingang des optischen Verstärkers 190 gesteuert wird. Durch diese Anordnung von Elementen sind die Leistungsverstärkungs- und Abstimmfunktionen im wesentlichen entkoppelt.
  • Als ein Ergebnis wird ein optisches Signal erzeugt während eine Intensität des Ausgangs des Lasers 180 gesteuert wird und eine konstante Wellenlänge des Lasers 180 erhalten wird. Darüber hinaus ist das optische Signal, welches durch die Diodenlaseranordnung 100 erzeugt wird, über einen Bereich von mindestens 15 nm abstimmbar, während eine im wesentlichen konstante Ausgangsleistung erhalten bleibt. Darüber hinaus kann das optische Signal erzeugt werden, während eine Ausbreitungsrichtung des Laser- 180 Ausgangs innerhalb des Verstärkers 190 gewechselt wird, das optische Signal kann erzeugt werden, während mindestens eine optische Mode in dem Verstärker 190 geändert wird und das optische Signal kann erzeugt werden, während ausgewählte Wellenleitermoden in dem Verstärker 190 angeregt werden.
  • In der Ausführungsform aus 1A hat der optische Verstärker 190 einen aktiven Abschnitt und einen passiven Abschnitt. Der aktive Abschnitt, der Verstärkerverstärkungsabschnitt 110, ist im wesentlichen gerade. Der passive Abschnitt des Wellenleiters 105 ist gekrümmt und schneidet die Ausgangsfacette 150 unter einem schrägen Winkel. Sowohl die Krümmung des Wellenleiters 105 als auch der schräge Schnitt mit der Ausgangsfacette arbeiten so, daß Reflektionen an der Ausgangsfacette 195 vom Rückkoppeln in den optischen Verstärker 190 und den Laser 180 abgehalten werden.
  • 1B zeigt einen Längsquerschnitt einer Laseranordnung 100 aus 1A. In 1B sind eine Laseranordnung 100, ein Wellenleiter 105, ein Verstärkerverstärkungsabschnitt 110, ein vorderer Resonatorspiegel 120, ein Laserverstärkungsabschnitt 130, ein Laserphasensteuerungsabschnitt 140, ein hinterer Spiegel 150 und ein elektrischer Kontakt 160, eine epitaktische Struktur 170, ein Laser 180, ein optischer Verstärker 190, eine Ausgangsfacette 195, eine Halbleiterschicht 125 von p-Typ, eine Halbleiterschicht 115 vom n-Typ, eine Spiegel-Sampling-Periode 135, Offset-Quantentöpfe 145 und eine Stopätzschicht 155 gezeigt.
  • In 1B ist der Wellenleiter 105 zwischen Halbleiterschichten 125 und 115 vom p-Typ bzw. n-Typ gebildet. Die Spiegel 120 und 150 sind durch Sampled-Gitter bzw. Abtastgitter gebildet, die mit einer Sampling-Periode bzw. Abtastperiode 135 in den Wellenleiter 105 geätzt sind, so wie es aus dem Stand der Technik wohl bekannt ist.
  • 1B stellt die Struktur dar, die aus einer Offset-Quantentopftechnik für die Bildung optisch aktiver und passiver Abschnitte resultiert. Gemäß der Offset-Quantentopftechnik haben die optisch aktiven Abschnitte mehrfache Quantentopfschichten 145, die in einem Bereich gewachsen sind, der von dem Wellenleiter 105 versetzt ist. Mehrfach-Quantentopfschichten sind von dem Wellenleiter durch eine dünne Stopätzschicht 155 getrennt. Das Entfernen von Quantentöpfen, z. B. durch Ätzen, bildet optisch passive Schnitte.
  • 2A bis 2C stellen Querschnittstrukturen über einen Teil der Laseranordnung 100 (siehe 1) dar, die von verschiedenen Techniken zum Bilden optisch aktiver und passiver Abschnitte und ihrer Übergänge resultieren. 2A stellt eine Querschnittstruktur über einen Teil der Laseranordnung 100 (siehe 1) dar, die von einer ausgewählten Bereichsneuwachstumstechnik (Selected Area Regrowth Technique) resultiert. Die ausgewählte Bereichsneuwachstumstechnik verwendet eine dielektrische Maske, um selektiv die Wachstumsrate und die Zusammensetzung über verschiedene Bereiche der epitaktischen Struktur zu steuern. Daher kann die Bandlücke des Materials in bestimmten Abschnitten verschoben werden, wobei das Material in diesem Abschnitt passiv und bei gewünschten Wellenlängen nicht absorbierend gemacht wird. In 2A sind ein optisch passiver Abschnitt 210, ein optisch aktiver Abschnitt 220, bandlückenverschobene Quantentöpfe 230, Quantentöpfe 240 eines aktiven Abschnitts und ein Wellenleiter 105 (siehe 1A–1B) gezeigt. In 2A sind verschiedene Teile des Wellenleiters 105 optisch aktiv oder passiv aufgrund einer Bandlückenverschiebung der Quantentöpfe innerhalb des Wellenleiters 105.
  • 2B stellt eine Querschnittstruktur über einen Teil der Laseranordnung 100 (siehe 1) dar, die von einer ausgewählten Bereichsunordnungstechnik zum Bilden optisch aktiver und passiver Abschnitte herrührt. Die ausgewählte Bereichsunordnungstechnik verwendet eine dielektrische Kappe oder Ionenimplantation, um Störstellen einzufügen, welche durch einen aktiven Bereich diffundiert werden können, so daß die Quantentöpfe durch Vermischen (Intermixing) in Unordnung gebracht werden. Dieses in Unordnungbringen verschiebt die Bandlücken der Quantentöpfe, wobei optisch passive Wellenleiterabschnitte erzeugt werden.
  • In 2B ist ein optisch passiver Abschnitt 210, ein optisch aktiver Abschnitt 220, ungeordnete Töpfe 250, ein aktiver Abschnitt mit Mehrfach-Quantentöpfen 260 und ein Wellenleiter 105 (siehe 1A bis 1B) gezeigt. In 2B sind verschiedene Teile des Wellenleiters 105, Abschnitte 210 und 220, aufgrund der Organisation der Quantentöpfe innerhalb des Wellenleitermaterials optisch aktiv oder passiv.
  • 2C stellt eine Querschnittstruktur über einen Teil einer Laseranordnung 100 (siehe 1) dar, die von einer Rückseitenverbindungsneuwachstumstechnik zum Bilden optisch aktiver und passiver Abschnitte herrührt. Gemäß der Rückseitenverbindungsneuwachstumstechnik wird der gesamte Wellenleiter in optisch passiven Bereichen weggeätzt und ein optisch passiver Wellenleiter wird wieder gewachsen. Der neu gewachsene Teil des Wellenleiters ist mit dem Rücken gegen den aktiven Wellenleiter angeordnet. In 2B sind ein optisch passiver Abschnitt 210, ein optisch aktiver Abschnitt 220, eine aktive, rückseitenverbundene Schnittstelle 270, passive Wellenleiterabschnitte 275, aktive Wellenleiterabschnitte 285 und ein Wellenleiter 105 (siehe 1A bis 1B) gezeigt. In 2B sind aktive Wellenleiterabschnitte 285 und der passive Wellenleiterabschnitt 275 durch eine ausgezeichnete rückseitenverbundene Schnittstelle 270 mit großem Gradienten als ein Ergebnis des Ätzentternungsprozesses getrennt.
  • 3A bis 3D sind ebene Ansichten, welche verschiedene Ausführungsformen des optischen Verstärkers 190 (siehe 1) darstellen. In 3A bis 3D sind ein optischer Verstärker 190, ein Wellenleiter 105, eine epitaktische Struktur 170, eine Ausgangsfacette 195, ein aktiver Verstärkerabschnitt 310, ein passiver Verstärkerabschnitt 320, eine aktiv-passive Verbindung 330, ein gekrümmter Wellenleiterteil 340, trichterförmige Wellenleiteteile 350 und 355 und ein Wellenleitermodenadapter 360 gezeigt.
  • In 3A hat der optische Verstärker 190 einen aktiven Verstärkerabschnitt 310 kombiniert mit einem passiven Verstärkerabschnitt 320, wobei der passive Verstärkerabschnitt einen gekrümmten Wellenleiterteil 340 aufweist. Der gekrümmte Wellenleiterteil 340 schneidet die Ausgangsfacette 195 unter einem schrägen Winkel. Sowohl die Wellenleiter-105-Krümmung als auch der schräge Schnitt reduzieren die Menge an von der Ausgangsfacette zurück in den Verstärker 190 und den Laser reflektiertem Licht signifikant. Die Aktiv-Passiv-Verbindung 330 ist vorzugsweise schräg zu einer Mittelinie des Wellenleiters, so daß jede Reflektion von dieser Schnittstelle, welche zurück in den Verstärker 190 und den Laser 180 koppelt, reduziert wird. Jedoch können alternative Ausführungsformen eine Aktiv-Passiv-Verbindung 330 aufweisen, welche im wesentlichen normal zu einer Mittellinie des Wellenleiters 105 ist.
  • 3B zeigt eine alternative Ausführungsform, wobei der aktive Abschnitt des Verstärkers in eine Mehrzahl von aktiven Abschnitten aufgeteilt wurde, so daß die Verstärkerausgangsleistung erhöht wird und die Rauschzahl reduziert wird. In der Ausführungsform, die in 3B gezeigt ist, ist der aktive Abschnitt des Verstärkers in zwei aktive Verstärkerabschnitte 310 augegeteilt, welche unabhängig steuerbar sein können. Andere Ausführungsformen haben mehr als zwei aktive Verstärkerabschnitte. Dieses Aufteilen des Verstärkers ermöglicht die Verwendung von unterschiedlichen Vorspannungspunkten für die verschiedenen Abschnitte. Eine Mehrzahl von Verstärkerstufen zu haben, erlaubt es, höhere Sättigungsausgangsleistungen bei einer besseren Rauschleistungsfähigkeit zu erreichen.
  • 3C zeigt eine alternative Ausführungsform, wobei ein Wellenleiterteil in dem aktiven Verstärkerabschnitt trichterförmig oder getapert ist, so daß die gesättigte Ausgangsleistung erhöht wird. Der trichterförmige Wellenleiterteil 350 erhöht das aktive Verstärkervolumen verglichen mit der Ausführungsform, die in 3A gezeigt ist und verringert die Photonendichte. Um dieses effektiv ohne Einführen signifikanter Faserkopplungsschwierigkeiten zu erreichen, ist es bevorzugt, einen adiabatischen Trichter zu verwenden, wobei es keine Energieübertragung zwischen optischen Moden über den Trichter hinweg zu einem breiteren Wellenleiterquerschnitt gibt. In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein zweiter trichterförmig auf einen engen Wellenleiterquerschnitt reduzierter Abschnitt 355 in dem optisch passiven Abschnitt 320 des Verstärkers angeordnet, da es schwierig ist, effektiv von einem breiten Wellenleiter in eine Einmodenfaser an der Ausgangsfacette 195 einzukoppeln. In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein trichterförmig reduzierter Teil vor einem gekrümmten Wellenleiterteil 340 angeordnet, sonst würden Moden höherer Ordnung angeregt, wenn der breite Wellenleiter gekrümmt wird. In der in 3C gezeigten Ausführungsform ist der Aktiv-Passiv-Übergang 330 gewinkelt, so daß alle Reflektionen von dieser Schnittstelle, die in den Verstärker und in den Laser rückkoppeln, reduziert werden.
  • 3D zeigt eine weitere Ausführungsform, welche einen Wellenleitermodenadapter 360 aufweist. Einen Wellenleitermodenadapter 360 ist in vielen Ausführungsformen bevorzugt, um die optische Mode nahe der Ausgangsfacette 195 zu vergrößern, so daß sie näher an die Mode in einer optischen Faser angepaßt ist, welche als ein Element in einem Kommunikationssystem das Licht weg von der Ausgangsfacette transportieren kann. Daher reduziert das Vorhandensein eines Wellenleitermodenadapters 360 die Faserkopplungsverluste und erhöht die Ausrichtungstoleranzen zwischen der Laseranordnung 100 (siehe 1) und einer optischen Faser eines anderen Systems. Eine Ausführungsform eines Wellenleitermodenadapters 360 weist einen Abschnitt eines passiven Wellenleiters 105 auf, wobei der Querschnitt des Wellenleiters so variiert ist, daß die optische Mode auf eine adiabatische Weise geändert wird.
  • Die vorangegangene Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wurde zum Zwecke der Illustration und Beschreibung präsentiert. Es ist nicht beabsichtigt, erschöpfend zu sein, oder die Erfindung auf offenbarte präzise Formen zu beschränken. Es ist offensichtlich, daß viele Modifikationen und Variationen dem Fachmann offensichtlich sind. Es ist daher beabsichtigt, daß der Schutzbereich der Erfindung durch die folgenden Ansprüche definiert wird.

Claims (49)

  1. Breit abstimmbare Diodenlaseranordnung (100) mit: einer auf einem Substrat gebildeten epitaktischen Struktur (170), wobei die epitaktische Struktur (170) Bereiche mit sich unterscheidenden optischen Eigenschaften aufweist, welche aktive und passive Wellenleiterabschnitte definieren, einem in der epitaktischen Struktur (170) gebildeten Laser (180) und einem in der epitaktischen Struktur (170) gebildeten Verstärker (190), wobei mindestens ein Teil des Lasers (180) und des Verstärkers (190) sich einen gemeinsamen Wellenleiter (105) in einer linearen Anordnung teilen, der die aktiven und passiven Bereiche des Lasers (180) und des Verstärkers (190) verbindet, wobei mindestens ein Teil des gemeinsamen Wellenleiters (105) in einem passiven Wellenleiterabschnitt des Verstärkers (190) gekrümmt ist, so daß Reflexionen von einer Ausgangsfacette (195) reduziert werden.
  2. Diodenlaseranordnung (100) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gemeinsame Wellenleiter (105) ungleichmäßige optische Eigenschaften entlang seiner Mittelachse aufweist.
  3. Diodenlaseranordnung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gemeinsame Wellenleiter (105) eine ungleichmäßige Querschnittsfläche entlang seiner Mittelachse aufweist.
  4. Diodenlaseranordnung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gemeinsame Wellenleiter (105) eine ungleichmäßige Krümmung entlang seiner Mittelachse aufweist.
  5. Diodenlaseranordnung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gemeinsame Wellenleiter (105) ungleichmäßige optische Eigenschaften senkrecht zu seiner Mittelachse aufweist.
  6. Diodenlaseranordnung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (190) mindestens einen aktiven Bereich (310) und mindestens einen passiven Bereich (320) aufweist.
  7. Diodenlaseranordnung (100) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenleiter (105) sich über einen aktiven Bereich (310) und über einen passiven Bereich (320) erstreckt.
  8. Diodenlaseranordnung (100) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (190) einen trichterförmigen Wellenleiterabschnitt (350, 355) aufweist.
  9. Diodenlaseranordnung (100) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Grenzfläche (330) zwischen dem aktiven Bereich (310) und dem passiven Bereich (320) schräg zu einer Mittelachse des Wellenleiters (105) ist.
  10. Diodenlaseranordnung (100) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Grenzfläche (330) zwischen dem aktiven Bereich (310) und dem passiven Bereich (320) im wesentlichen senkrecht zu einer Mittelachse des Wellenleiters (105) ist.
  11. Diodenlaseranordnung (100) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ende des Wellenleiters (105) in dem Verstärker (190) unter einem schiefen Winkel zu der Ausgangsfacette (195) endet.
  12. Diodenlaseranordnung (100) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenleiter (105) einen Wellenleitermodenadapter (360) aufweist.
  13. Diodenlaseranordnung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil (350, 355) des Wellenleiters (105) trichterförmig ist.
  14. Diodenlaseranordnung (100) nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß ein trichterförmiger Teil (350) des Wellenleiters (105) in einem aktiven Bereich (310) liegt.
  15. Diodenlaseranordnung (100) nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß ein trichterförmiger Bereich (355) des Wellenleiters (105) in einem passiven Bereich (320) liegt.
  16. Diodenlaseranordnung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenleiter (105) einen aktiven Abschnitt aufweist.
  17. Diodenlaseranordnung (100) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der aktive Abschnitt des Wellenleiters (105) in dem ersten aktiven Abschnitt (310) des Verstärkers (190) angeordnet ist.
  18. Diodenlaseranordnung (100) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der aktive Abschnitt des Wellenleiters (105) in dem zweiten aktiven Abschnitt (310) des Verstärkers (190) angeordnet ist.
  19. Diodenlaseranordnung (100) gemach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der erste aktive Bereich (310) eine schräge distale Fläche aufweist.
  20. Diodenlaseranordnung (100) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (190) eine Mehrzahl von unabhängig steuerbaren aktiven Bereichen (310) aufweist.
  21. Diodenlaseranordnung (100) nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster und ein zweiter aktiver Bereich (310) durch einen passiven Bereich (320) getrennt sind.
  22. Diodenlaseranordnung (100) nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der erste aktive Bereich (310) eine schräge distale Fläche aufweist.
  23. Diodenlaseranordnung (100) nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite aktive Bereich (310) eine schräge proximale Fläche aufweist.
  24. Diodenlaseranordnung (100) nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die schräge distale Fläche des ersten aktiven Bereichs (310) parallel zu der schrägen proximalen Fläche des zweiten aktiven Bereichs (310) ist.
  25. Diodenlaseranordnung (100) nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite aktive Bereich (310) eine schräge distale Fläche aufweist.
  26. Diodenlaseranordnung (100) nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die proximale Fläche und die distale Fläche des zweiten Bereichs (310) parallel sind.
  27. Diodenlaseranordnung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Laser (180) erste und zweite Reflektoren (120, 150) aufweist und mindestens einer der ersten und zweiten Reflektoren (120, 150) abstimmbar ist.
  28. Diodenlaseranordnung (100) nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der ersten und zweiten Reflektoren (120, 150) ein verteilter Reflektor ist.
  29. Diodenlaseranordnung (100) nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der erste als auch der zweite Reflektor (120, 150) verteilte Reflektoren sind.
  30. Diodenlaseranordnung (100) nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der ersten und zweiten Reflektoren (120, 150) ein verteilter Bragg-Reflektor ist.
  31. Diodenlaseranordnung (100) nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der erste als auch der zweite Reflektor (120, 150) ein verteilter Bragg-Reflektor ist.
  32. Diodenlaseranordnung (100) nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß eine maximale Reflektivität mindestens eines der ersten und zweiten Reflektoren (120, 150) abstimmbar ist.
  33. Diodenlaseranordnung (100) nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß eine maximale Reflektivität sowohl des ersten als auch des zweiten Reflektors (120, 150) abstimmbar ist.
  34. Diodenlaseranordnung (100) nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Reflektivitäten jede der ersten und zweiten Reflektoren (102, 150) relativ zueinander abstimmbar sind.
  35. Diodenlaseranordnung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Laser (180) ein Verstärkungsmedium mit mehrfach aktivem Bereich aufweist.
  36. Diodenlaseranordnung (100) nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß der Laser (180) einen steuerbaren Verstärker (190) aufweist, der außerhalb des Lasers (180) angeordnet ist.
  37. Diodenlaseranordnung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein optisches Signal, das durch die Diodenlaseranordnung (100) erzeugt wird, innerhalb eines Bereichs von mindestens 15 nm abstimmbar ist.
  38. Diodenlaseranordnung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein optisches Signal, das von der Diodenlaseranordnung (100) erzeugt wird, über einen Abstimmbereich abstimmbar ist, während eine im wesentlichen konstante Ausgangsleistung erhalten bleibt.
  39. Diodenlaseranordnung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein durch die Diodenlaseranordnung (100) erzeugtes optisches Signal über einen Abstimmbereich von mindestens 15 nm abstimmbar ist, während eine im wesentlichen konstante Ausgangsleistung erhalten bleibt.
  40. Verfahren zum Erzeugen eines optischen Signals, mit: Bereitstellen einer Diodenlaseranordnung (100) mit einer auf einem Substrat gebildeten epitaktischen Struktur (170), wobei die epitaktische Struktur (170) Bereiche mit voneinander verschiedenen optischen Eigenschaften aufweist, die aktive und passive Wellenleiterabschnitte definieren, mit einem Laser (180) und einem Verstärker (190), die in der epitaktischen Struktur (170) gebildet sind, wobei mindestens ein Teil des Lasers (180) und des Verstärkers (190) sich einen gemeinsamen Wellenleiter (105) in einer linearen Anordnung teilen, der die aktiven und passiven Abschnitte des Lasers (180) und Verstärkers (190) verbindet, wobei mindestens ein Teil des gemeinsamen Wellenleiters (105) in einem passiven Wellenleiterabschnitt des Verstärkers (190) gekrümmt ist, so daß Reflexionen von einer Ausgangsfacette (195) reduziert werden, Erzeugen eines breit abstimmbaren Laserausgangs des Lasers (180), Einkoppeln des Laserausgangs in den Verstärker (190) entlang des gemeinsamen Wellenleiters (105) und Erzeugen eines optischen Signals aus dem Verstärker (190).
  41. Verfahren nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Signal erzeugt wird während eine Intensität des Laserausgangs gesteuert wird und eine konstante Laserwellenlänge erhalten wird.
  42. Verfahren nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Signal innerhalb eines Bereichs von mindestens 15 nm abstimmbar ist.
  43. Verfahren nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Signal über einen Abstimmbereich abstimmbar ist, während eine im wesentlichen konstante Ausgangsleistung erhalten wird.
  44. Verfahren nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Signal über einen Abstimmbereich von mindestens 15 nm abstimmbar ist, während eine im wesentlichen konstante Ausgangsleistung erhalten wird.
  45. Verfahren nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Signal erzeugt wird, während eine Ausbreitungsrichtung des Laserausgangs innerhalb des Verstärkers (190) wechselt.
  46. Verfahren nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Signal erzeugt wird, während Rückreflexionen in den Laser (180) minimiert werden.
  47. Verfahren nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Signal erzeugt wird, während mindestens eine optische Mode in dem Verstärker (190) verändert wird.
  48. Verfahren nach Anspruch 40, darüber hinaus mit Ändern mindestens einer optischen Made auf eine adiabatische Weise.
  49. Verfahren nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Signal erzeugt wird, während selektiv Wellenleitermoden in dem Verstärker (190) angeregt werden.
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