DE68919941T2

DE68919941T2 - Optischer Halbleiterverstärker mit verkürzter Gewinn-Erholungszeit.

Info

Publication number: DE68919941T2
Application number: DE68919941T
Authority: DE
Inventors: Gadi Eisenstein; Per Bang Hansen; Rodney Stuart Tucker; Jay M Wiesenfeld
Original assignee: AT&T Corp
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1988-08-26
Filing date: 1989-08-21
Publication date: 1995-04-20
Anticipated expiration: 2009-08-22
Also published as: KR900003672A; EP0356189B1; HK193695A; EP0356189A3; CA1292040C; ES2064449T3; DE68919941D1; KR0139544B1; JPH0320724A; EP0356189A2; JPH0648744B2

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft optische Halbleiterverstärker und optische Kommunikationssysteme mit solchen Verstärkern.

Stand der Technik

Die Verfügbarkeit kostengünstiger optischer Fasern mit niedriger Dämpfung hat auf dem Gebiet der optischen Kommunikation eine wahrhaftige Revolution angeregt. Optische Übertragung ist schon kommerziell realisiert worden, und derartige Übertragungsleitungen überspannen heute Kontinente und Ozeane. Die Forscher bahnen schon den Weg für den nächsten Schritt bei dieser Revolution - die Anwendung integrierter optischer Schaltkreise zur Verarbeitung von optischen Nutzsignalen. Signale werden gegenwärtig in elektrischer Form verarbeitet und nur für Übertragungszwecke in die optische Form umgewandelt. Es werden sich deutlich wesentliche wirtschaftliche Vorteile ergeben, wenn solche Signale noch in ihrer optischen Form verarbeitet werden können, womit das Erfordernis für die Um- und Rückwandlung der Signale von der elektrischen in die optische Form vermieden wird.
Die Verarbeitung optischer Signale wird die Anwendung vieler komplizierter Vorrichtungen wie Laser, Detektoren, Modulatoren, Verstärker, Regeneratoren usw. erfordern. Zur kommerziellen Anwendung wird es jedoch nur dann kommen, wenn die Herstellung dieser Vorrichtungen durch die Anwendung von Integrationsverfahren, bei denen mehr als eine Vorrichtung auf einen einzigen Chip hergestellt wird, rentabel wird. Es ist daher ein bedeutender Forschungs- und Entwicklungsaufwand betrieben worden, mit dem die Konstruktion und Herstellung solcher integrierter Halbleitervorrichtungen untersucht wurde. Die vorliegende Anmeldung betrifft mindestens eine solche Vorrichtung - den optischen Verstärker. (Mit dem hier benutzen Begriff optisch soll ein weiterer Spektralbereich als nur der sichtbare Bereich angedeutet werden. Anstatt dessen ist der Begriff auf das sich entwickelnde Gebiet der optischen Kommunikation bezogen und betrifft dementsprechend jede Strahlung, die durch ein dielektrisches Medium, gewöhnlich eine optische Faser, mit einer geringeren Dämpfung als 2 dB/km oder sogar 1 dB/km übertragen werden kann. Eine derartige Strahlung erstreckt sich gegenwärtig von annähernd 0,5 Mikrometer bis 20 Mikrometer. Dieses Gebiet kann jedoch größer sein und in der Zukunft erweitert werden. Sollte dies eintreten, dann soll der Begriff optisch ein solch erweitertes Gebiet des elektromagnetischen Spektrums einschließen.)
Ein optischer Verstärker ist eine Vorrichtung, die ein optisches Signal empfängt und es verstärkt - vorzugsweise mit minimaler Verzerrung oder sonstiger Abänderung. Gegenwärtige Bemühungen umfassen häufig Halbleiterlaserstrukturen, die geändert werden, mindestens so weit, daß die Laserreflexionsfläche mit einem Antireflexbelag behandelt wird. In solchen Vorrichtungen ist das Produkt aus Verstärkung und Reflexionsgrad weniger als eins, und die Vorrichtung schwingt daher nicht. Anstatt dessen wird die Vorrichtung zur Verstärkung eines ankommenden optischen Signals bei seinem Durchlaufen der Vorrichtung benutzt. Solche Vorrichtungen werden gewöhnlich als Wanderwellenverstärker bezeichnet, womit angedeutet wird, daß das optische Signal nicht innerhalb der Vorrichtung hin- und herläuft, sondern sie im wesentlichen nur einmal durchläuft.
Ein kritischer Faktor bei der Auslegung solcher optischen Verstärker ist die Stabilität der Verstärkung des Verstärkers. Jede Schwankung der Verstärkung des Verstärkers ergibt deutlich eine Verzerrung des Signals bei seiner Verstärkung. Der Verstärkungsmechanismus, der für solche Vorrichtungen benutzt wird, kann jedoch eine Eigenschwankung der Verstärkung der Vorrichtung einführen. Dies wird verständlich, wenn man bedenkt, daß solche Vorrichtungen zur Bereitstellung der notwendigen Verstärkung die Erscheinung der angeregten Emission benutzen. Angeregte Emission erfordert wiederum die Herstellung einer Besetzungsinversion, die jedesmal, wenn ein optisches Signal den Verstärker durchläuft, ausgeräumt wird und die nur über eine endliche Zeitspanne hinweg wieder hergestellt wird. (In typischen Halbleiterverstärkern oder Lasern zeugt das Vorhandensein einer angegebenen Trägerdichte von einer Besetzungsinversion.) Die Verstärkung des Verstärkers wird infolgedessen eine Zeitlang nach dem Durchlauf eines Signals durch den Verstärker verringert sein - eine Zeitspanne, die gewöhnlich als "Verstärkungserholzeit des Verstärkers" bezeichnet wird.

Kurze Darstellung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung ist ein verbesserter optischer Halbleiterverstärker mit verkürzter Verstärkungserholzeit. Die Erholzeit des erfindungsgemäßen Verstärkers ist kurz genug, daß er wirkungsvoll in optischen Kommunikationssystemen mit Datenbitströmen, deren Datenbitraten größer als 1 GHz und häufig größer als 2 oder sogar 3 GHz sind, benutzt werden kann. Die vorliegende Erfindung ergibt sich aus unserem verbesserten Verständnis des Mechanismus für die Wiederherstellung der Trägerdichte nach ihrer Verarmung aufgrund des Durchlaufs eines optischen Signals durch den Verstärker. Normalerweise ist die Wiederherstellung der Trägerdichte unzulässig langsam und ergibt daher eine unzulässig lange Verstärkungserholzeit. Wir haben festgestellt, daß die Wiederherstellung der Trägerdichte und daher die Verstärkungserholzeit bedeutend verkürzt werden können, indem man mindestens ein Trägerspeichergebiet in der Nähe des Verstärkungsgebiets des Verstärkers nach Anspruch 1 vorsieht. Die Trägerbesetzung im Verstärkungsgebiet kann schnell durch die Überführung von Trägern vom Speichergebiet in das Verstärkungsgebiet wiederaufgefüllt und damit die schnelle Erholung der Verstärkung des Verstärkers ermöglich werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

FIG. 1 ist eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen optischen Verstärkers;
FIG.2 ist eine Darstellung der zur Untersuchung der Verstärkung in optischen Verstärkern benutzten Einrichtung;
FIG.3 zeigt die Verstärkung und Ausgangsleistung eines optischen Verstärkers als Funktion der (in der Eingangsfaser gemessenen) Durchschnitts-Eingangsleistung für eine 12-ps-Impulsserie von 4GHz;
FIG. 4 zeigt die Verstärkungserholung eines optischen Verstärkers nach einem Pumpimpuls von 93 fJ/Impuls. Die Impulsenergie der Sonde betrug nach Messung in der Eingangsfaser 1,8 fJ/Impuls.
FIG. 5 ist eine Darstellung eines optischen Verstärkers mit einem CSBH-Aufbau;
FIG. 6 ist eine Darstellung eines optischen Verstärkers mit einem SI-EMBH-Aufbau;
FIG. 7 zeigt die Erholung für den Verstärker der FIG. 5;
FIG. 8 zeigt die Erholung für den Verstärker der FIG. 6;
FIG. 9 zeigt die Abhängigkeit der Verstärkungserholzeit vom Verstärker-Ansteuerstrom für die Verstärker der FIG. 5 und FIG. 6;
FIG. 10 ist eine alternative Ausführungsform der Erfindung mit einem Stegwellenleiter-Verstärker;
FIG. 11 ist eine alternative Ausführungsform der Erfindung, in der die optische Strahlung durch geeignete Auswahl der Brechzahl für die dem aktiven Gebiet benachbarten Materialien auf das aktive oder Verstärkungsgebiet begrenzt ist;
FIG. 12 ist eine alternative Ausführungsform, in der Brechzahlveränderungen wiederum zur Begrenzung der optischen Strahlung auf das aktive oder Verstärkungsgebiet benutzt werden;
und
FIG. 13 ist eine Ausführungsform der Erfindung mit senkrecht nebeneinander gesetzten Verstärkungs- und Speichergebieten.

Detaillierte Beschreibung

I. EINFÜHRUNG

Die Erfindung ist ein optischer Verstärkung mit einer verkürzten Verstärkungserholzeit, und ein optisches Koxnmunikationssystem, das einen solchen verbesserten Verstärker enthält. Die Erfindung wird nach einer Einführung in die in Ralbleitermaterialien auftretenden Laser- und Lichtverstärkungserscheinungen besser verständlich sein. Die Lasererscheinung und die Lichtverstärkungserscheinung, wie sie gewöhnlich in Halbleitermaterialien bewirkt werden, beruhen auf den bekannten physikalischen Mechanismen der Besetzungsinversion und angeregten Emission. Sowohl die Laserwirkung als auch die Verstärkung sind vom angeregten Übergang eines physikalischen Systems von einem invertierten angeregten Zustand in einen niedrigeren weniger angeregten Zustand abhängig. Vor der Laser- oder Verstärkungserscheinung tritt eine Besetzungsinversion auf, wenn mehr obere erregte Zustände als untere Zustände bestehen. Eine solche Besetzungsinversion wird durch die entsprechende Erregung des Systems bewirkt. Im Falle von Halbleiterlasern oder -verstärkern kann man sich einen erregten Zustand als einen vorstellen, in dem ein Elektron in dem Leitungsband und ein Begleitloch im Valenzband existieren. Ein Übergang von einem solchen Zustand in einen niedrigeren Zustand, in dem weder ein Elektron noch ein Loch existieren, führt zu der Bildung eines Photons.
Diese Eigenschaften des Halbleiters können zur Herstellung von entweder einem Laser oder einem optischen Verstärker benutzt werden. Solche Vorrichtungen werden schematisch in der einzelnen generischen Struktur der FIG. 1 dargestellt, die nicht nach Maßstab gezeichnet ist und viele der Vorrichtungsglieder, die für die Zwecke dieser Besprechung unnötig sind, nicht zeigt. In FIG. 1 befindet sich das "Verstärkungsgebiet", wo die Erregung und die angeregten Emissionsvorgänge stattfinden. Das das Verstärkungsgebiet umfassende Material kann jedes Material sein, in dem eine entsprechende Inversion und begleitende angeregte Emission vorkommen kann. Solche Materialien sind meistens Direkt-Bandabstandsmaterialien, die dadurch gekennzeichnet sind, daß der Höchstenergiezustand des Valenzbandes und der Mindestenergiezustand des Leitungsbandes in solchen Materialien an derselben Stelle im Impulsraum auftreten. Dementsprechend existieren in solchen Systemen zulässige optische Übergänge zwischen den Valenz- und Leitungsbändern, die für die Impulserhaltung kein Phonon [sic] brauchen. Das Verstärkungsgebiet liefert optische Verstärkung als Reaktion auf die Injektion von Trägern in das Leitungsband, beispielsweise mittels eines geeigneten elektrischen Ansteuerstroms, oder durch die Nutzung von geeigneten optisch angeregten Erscheinungen, die die Erzeugung solcher Träger bewirken. Der Einfachheit halber ist diese Anmeldung jedoch unter Benutzung der Ausdrücke der elektrischen Mittel zur Erzeugung von Trägern geschrieben, und dementsprechend wird auf einen "Strom" oder einen "Trägerinjektionsstrom" bezuggenommen, der die Vorrichtung zur Injektion von Trägern durchfließt. Es versteht sich jedoch, daß solche Ausdrücke optische Strahlen oder andere Mittel zur Erzeugung von Trägern umfassen.
In FIG. 1 ist 11 ein Mittel zum "Begrenzen" des optischen Feldes auf das Verstärkungsgebiet. Eine solche Begrenzung kann beispielsweise durch ein Gebiet mit unterschiedlicher Brechzahl bewirkt werden, wie es durch den beispielhaften Stegwellenleiteraufbau, der das unterstrichene Verstärkungsgebiet "belastet", gezeigt wird. Mit einer solchen "Begrenzung" des optischen Feldes unterhalb des Stegwellenleiters wird das Feld in einer Richtung quer zu seiner Fortpflanzungsrichtung und in einem größeren Ausmaß als das, was sich bei alleiniger Berücksichtigung von Beugungswirkungen ergibt, begrenzt. Der Steg 11 wird schmaler als das darunterliegende Verstärkungsgebiet 10 dargestellt, jedoch können spezifische Ausführungsformen Stege oder sonstige Mittel zur Begrenzung des optischen Feldes auf das Verstärkungsgebiet aufweisen, die größer als oder gleich dem darunterliegenden Verstärkungsgebiet in der in FIG. 1 dargestellten Ansicht sind. In dem Gebiet unter dem Steg 11 wird durch entsprechende reflektierende Flächen ein geeigneter optischer Hohlraum mit einer zur Ebene der FIG.1 senkrechten Achse gebildet und als Rückkopplungsvorrichtung benutzt, wenn die Struktur der FIG.1 als Laser betrieben wird. Wenn die Struktur jedoch als Verstärker betrieben wird, ist Rückkopplung nicht erwünscht, da ohne Rückkopplung eine größere Verstärkung als die zum Schwingen notwendige erreicht werden kann. Dementsprechend können Laserstrukturen durch Reduzieren des Reflexionsgrades von einer oder mehreren Hohlraumflächen als Verstärker betrieben werden. Dies wird gewöhnlich dadurch bewirkt, daß die zur Fortpflanzungsrichtung des optischen Feldes senkrechten Oberflächen ("Endflächen") mit einem Antireflexbelag beschichtet werden, so daß den Hohlraum durchlaufendes Licht nicht von den Hohlraumflächen reflektiert wird, sondern nach nur einem einzigen Durchlauf austritt. Solche Vorrichtungen werden manchmal als Wanderwellenverstärker bezeichnet. Ein alternatives Verfahren zur Reduzierung des Endflächenreflexionsgrades der Vorrichtung umfaßt die Herstellung der Laserstruktur auf solche Weise, daß die Fortpflanzungsrichtung der optischen Strahlung nicht senkrecht zur Endfläche steht. In solchen Vorrichtungen können die Endfläche für eine verbesserte Leistung zusätzlich mit einem Antireflexbelag beschichtet werden.
In der FIG.1 ist das Gebiet 12 oft ein "Sperrgebiet", das den beispielhaften Trägerinjektionsstrom auf das Verstärkungsgebiet begrenzt. In vielen Ausführungsformen kann dieses Gebiet einfach ein in Sperrrichtung vorgespannter pn-Übergang sein. Die kritische Bedeutung dieses Gebietes für unsere Erfindung wird verständlicher, wenn man die Wirkung der mit diesem Gebiet verbundenen parasitären Kapazität auf den Betrieb der Vorrichtung als Laser berücksichtigt. Wenn die Vorrichtung als Laser betrieben wird, hat sie wahrscheinlich kein optisches Eingangssignal. Um den Laser zu pulsen, um ein Informationen führendes optisches Ausgangssignal zu erhalten, wird die Vorspannung und der damit verbundene Strom schnell verändert. Die Geschwindigkeit, mit der der Laser gepulst werden kann, und infolgedessen die Bitrate der Vorrichtung und des zugehörigen optischen Kommunikationssystems, werden effektiv durch jede mit dem "Sperrgebiet" 12 verbundene parasitäre Kapazität begrenzt. Solche Laser sind infolgedessen für minimale parasitäre Kapazitäten ausgelegt.
In einer für diese Erfindung kritischen Entdeckung haben wir jedoch festgestellt, daß, wenn die Vorrichtung als optischer Verstärker betrieben wird, eine solche parasitäre Kapazität und ein sonstiger Trägerspeichereffekt nutzbringend sind. Dies wird durch Betrachtung der Einzelheiten des Verstärkerbetriebs verständlich. Wenn die Vorrichtung als Verstärker betrieben wird, ist ein optisches Eingangssignal mit ihr verbunden, das eine angeregte Emission und nachfolgende Verstärkung ergibt. Eine konstant invertierte Besetzung der erregten Zustände wird durch einen konstanten Ansteuerstrom anstatt des im Laserbetrieb benutzten Pulsansteuerstroms sichergestellt. Wenn jedoch die in den Verstärker eintretenden optischen Impulse eng beabstandet sind, kann die zeitweilige Ausräumung von erregten Zuständen, die sich aus der angeregten Emission ergibt, nicht schnell genug wieder aufgefüllt werden, um vor Ankunft des nächsten optischen Impulses eine genügend invertierte Besetzung zu ergeben. Infolgedessen wird der zweite optische Impuls nicht in demselben Maß wie der erste optische Impuls verstärkt. Die Verstärkung des zweiten Impulses ist daher von der Amplitude des ersten optischen Impulses abhängig. In einem datenkodierten optischen Nutzdatenstrom führt dieser Effekt zur Signalverzerrung in einer Form von Impulsnebensprechen.
Wenn jedoch das "Sperrgebiet" 12 eine zugehörige große Kapazität aufweist, kann dieses Gebiet als "Trägerspeichergebiet" wirken und füllt das Verstärkungsgebiet wieder mit Trägern auf, wodurch das Verstärkungsgebiet schneller in einen Zustand invertierter Besetzung zurückkehrt, so daß die Verstärkung jedes Impulses zum Großteil von der Amplitude des oder der vorhergehenden Impulses oder Impulse unbeeinflußt bleibt und Impulsnebensprechen damit verringert wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist daher ein Trägerspeichergebiet bzw. einen Speicher auf, der dem Verstärkungsgebiet genügend eng benachbart ist, so daß die Träger die bei Verstärkung eines Impulses ausgeräumten schnell nachfüllen können. Die Vorrichtung wird dementsprechend so ausgelegt, daß die Bewegungszeit für Träger vom Speichergebiet zum Verstärkungsgebiet normalerweise geringer als oder gleich der Eigenlebensdauer der Träger im Verstärkungsgebiet sein würde. Eine solche Bewegung kann beispielsweise als Ergebnis einer Drift der Träger unter dem Einfluß eines angelegten elektrischen Feldes oder einer Diffusion aufgrund eines Trägerdichtegradienten eintreten. Dieser Trägerdichtegradient ergibt sich aus der Tatsache, daß das optische Signal im wesentlichen auf das Verstärkungsgebiet beschränkt ist und daher die Träger hauptsächlich im Verstärkungsgebiet ausräumt, wodurch die Trägerdichte im Speichergebiet im wesentlichen unbeeinflußt bleibt. Infolgedessen wird sofort nach Durchlauf des optischen Signals durch das Verstärkungsgebiet ein Trägerdichtegradient zwischen dem Speichergebiet und dem Verstärkungsgebiet hergestellt, was eine Trägerdiffusion vom Speichergebiet zum Verstärkungsgebiet bewirkt. Zu einem Aspekt der Erfindung gehört die Nebeneinanderstellung des Speichergebiets in genügender Nähe zum Verstärkungsgebiet, so daß die Diffusionszeit unter dem Einfluß des Trägerdichtegradienten schnell genug ist, die Trägerdichte im Verstärkungsgebiet schneller nachzufüllen, als dies bei Nichtvorhandensein einer solchen Nebeneinanderstellung des Speichergebiets der Fall sein würde, wobei alle anderen Variablen als gleich erachtet werden.
Um unsere Erfindung von jeder möglichen zufälligen Untersuchung im Stand der Technik mit Lasern und/oder Verstärkern zu unterscheiden, haben wir unsere Erfindung im Rahmen der Verstärkung von optischen "Nutzsignalen" oder "Intelligenz darstellenden" optischen Signalen besprochen. Mit diesen Ausdrücken wollen wir optische Signale beschreiben, die gezielt so geformt werden, daß sie Information und/oder Intelligenz darstellen, womit wir unsere Erfindung von dem möglichen ungewollten Gebrauch von Lasern und/oder Verstärkern, ohne die Eigenschaften der hier offenbarten erfindungsgemäßen Verstärker entweder zu erkennen oder auszunutzen, unterscheiden.

11. UNTERSUCHUNG DER VERSTÄRKUNGSERHOLZEIT IM ERFINDUNGSGEMÄSSEN VERSTÄRKER

In diesem Abschnitt besprechen wir die Hauptfrage in bezug auf den erfindungsgemäßen Verstärker - Verstärkungskomprimierung und die dazugehörige Erholung. Wir besprechen unsere Beobachtungen der Verstärkungskomprimierung und Verstärkungserholung und auch unsere Beobachtungen der Verstärkungserholung in verschiedenen Strukturen einschließlich Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Struktur.
In einem digitalen Datenstrom kann der Abstand zwischen Impulsen jedes ganzzahlige Mehrfache der Bitperiode sein. Wenn ein Eingangsimpuls genügend Energie zum Komprimieren der Verstärkung besitzt und wenn die Bitperiode kürzer als die Verstärkungserholzeit des Verstärkers ist, dann kann der Verstärker Impulsnebensprechen verursachen, da die von einem gegebenen Impuls erfahrene Verstärkung von dem zufallsmäßigen Zeitabstand vom vorhergegangenen Impuls abhängig ist. Verstärkungskomprimierungs- und Erholungsvorgänge begrenzen daher die maximal zulässige Bitrate und den maximal zulässigen Verstärkereingangspegel, bei denen Digitalsignale ohne Impulsnebensprechen verstärkt werden können. In einem 1,55-um-Verstärker sind unterschiedliche Verstärkungen für unterschiedliche Bit eines Pseudozufalls-Bitstroms mit 2 Gb/s nachgewiesen worden (I.W. Marshall, D.M. Spirit und M.J. O'Mahony, Electron. Lett. 23, 818, 1987). Verstärkungkomprimierung und -erholung in AlGaAs- Lasern sind schon mit einer zeitlichen Auflösung von Sub- Picosekunden untersucht worden. (M. S. Stix, M.P. Kesler und E.P. Ippen, Appl. Phys. Lett. 48, 1722 (1986) und M.P. Kesler und E.P. Ippen, Appl. Phys. Lett. 51, 1765 (1987)). Wir haben die Erscheinungen der Verstärkungskomprimierung und zugehörigen Erholung mit der in FIG. 2 gezeigten Meßvorrichtung untersucht. Wie in dieser Figur dargestellt, treibt ein sinusförmiges Taktsignal zwei mit Wellenlänge abstimmbare phasenverriegelte Halbleiterlaser an. (Y.L. Bessenov, A.P. Bogatov, p.p. Vasil'ev, V.N. Morozov und A.B. Sergeev, Sov. J. Quantum Electron., 12, 1510 (1983)). In den Lasern werden Resonatoren mit Außenhohlraum und Gitterendreflektoren benutzt. Das Gitter steuert die Betriebswellenlänge und die Spektralbreite des Lasers. Die Laser können entweder auf ihrer Grundresonanzfrequenz von 1 GHz oder auf höheren Harmonischen phasenverriegelt werden. Impulsbreiten sind 12-25 Ps Halbwertsbreite. Die schmalsten Impulse werden im Wellenlängenbereich von 1,24 - 125 um erzeugt. Ein in den RF-Signalweg eines der Laser eingefüger Mikrowellenphasenverschieber wird zur Veränderung der Verzögerung zwischen den zwei optischen Impulsserien benutzt. Die beiden Impulsserien werden in einem Faserrichtkoppler kombiniert. Ein zweiter Richtkoppler wird in den optischen Signalweg eingefügt, um einen zusätzlichen Diagnoseanschluß vorzusehen. Die Polarisationszustände der beiden Impulsserien werden mit Faserpolarisationssteuerungen eingestellt. Licht wird mit einer Mikrolinse in einen 1,3-um-InGaAsP-Wanderwellenverstärkerprüfling eingekoppelt und mit einem Mikroskopobjektiv ausgekoppelt. Die Ein- und Auskoppeldämpfungen betragen 4 dB bzw. 5-6 dB. Die Impulsbreite, Verzögerung zwischen Impulsen und optischen Spektren werden vor und hinter dem Verstärker mit einer Schlierenkamera mit einer Auflösung von 8 ps bzw. einem optischen Spektralanalysator mit einer Auflösung von 0,1 nm gemessen. Die Verstärkung wird durch Zerhacken des Sondensignals und Vergleichen der Signale an zwei Ge-Photodetektoren gemessen: einem am Ausgang und einem, der die Leistung in der Eingangsfaser überwacht.
Der im vorliegendem Experiment benutzte Wanderwellenverstärker wurde durch Ablagerung von Antireflexbelägen auf den zwei Seitenflächen eines nominell 1,3-um- csbh-(channel substrate buried heterostructure)-Laserchips mit einer Länge von 250um erhalten. Der mittlere Seitenflächenreflexionsgrad betrug 3 x 10 (I. W. Marshall, D. M. Spirit und M.J. O'Mahony, Electron. Lett. 23, 818, 1987). Die Vorrichtungsverstärkung betrug 20 ± 0,5 dB auf der Wellenlänge von 1,25 um wo die Picosekundenimpuls-Verstärkungsexperimente durchgeführt wurden.
In FIG. 3 ist die Abhängigkeit der Verstärkung und Seitenflächenausgangsleistung von der Durchschnittsleistung in der Eingangsfaser für eine 12-ps-Impulsserie von 4 GHz auf einer Wellenlänge von 1,242 um dargestellt. Für diese Messung wurde ein Einzellaser (Nr. 1) benutzt, der entlang der Verstärkerübergangsebene (TE) polarisiert war. Die gemessene Kleinsignalverstärkung beträgt 9,5 dB. Sie verringert sich um bis zu 2 dB für die höchste Eingangsleistung von 500 uW. Die maximale durchschnittliche Ausgangsflächenleistung beträgt 12 mW entsprechend einer Impulsflächenspitzenleistung von 400 mW und einer Impulsenergie von 3 pJ/Impuls.
Die Verstärkungserholung wurde in einem Pumpensondenexperiment mit den zwei in FIG. 2 dargestellten Lasern gemessen. Die Laser wurden mit einer Wellenlänge von 1,25 um und einer Wiederholungsfrequenz von 1 GHz betrieben. Die Pumpe war Laser Nr. 1 mit 25-ps-Impulsen und einer Durchschnittsleistung von 93 uW (93 fJ/Impuls) in der Eingangsfaser. Laser Nr. 2 mit 14-ps-Impulsen und einer Durchschnittsleistung von 1,86 uW (1,86 fJ/Impuls) wurde zerhackt und diente als die Sonde. In FIG. 4 wird die von dem Sondenimpuls erfahrene Verstärkung als Funktion der Verzögerungszeit zwischen der Pumpe und der Sonde dargestellt. Der Pumpenimpuls verarmt die Verstärkung um 2dB mit Zeitverzögerung null. Die Verstärkung erholt sich auf ihren Ursprungswert mit einer Funktionsform, die an eine Exponentialfunktion mit einer Zeitkonstanten von 100 Ps angepaßt werden kann.
Die in diesem Verstärker bei sowohl 1 GHz als auch 4 GHz beobachtete maximale Verstärkungskomprimierung betrug 2 dB (FIG. 4 bzw. 3). Bei beiden Wiederholungsfrequenzen wurde dieselbe Verstärkungskomprimierung (2 dB) für annähernd dieselbe Impulsenergie, ca. 100 fJ/Impuls bei 1GHz und ca. 125 fJ/Impuls bei 4 GHz, gemessen in der Eingangsfaser, erhalten. (Es wird angenommen, daß der geringe Unterschied auf Unterschieden bei der Einkoppeldämpfung beruht). Diese Abhängigkeit der Verstärkungskomprimierung von Impulsenergie anstatt von Durchschnittseingangsleistung ist mit der für diese Vorrichtung gemessenen kurzen (100 ps) Erholzeitkonstante verträglich (FIG. 4). Da die Verstärkung des Verstärkers im wesentlichen nach 250 ps wiederhergestellt ist, sind aufeinanderfolgende Impulse mit 4 GHz während der Verstärkung voneinander unabhängig. Es wird daher kein Impulsnebensprechen erwartet, wenn Digitalsignale mit Bitraten bis zu 4 Gb/s verstärkt werden, selbst wenn die Energie in jedem Impuls zur Kompromierung der Verstärkung ausreicht. Bei höheren Bitraten wird die Verstärkung, wenn sie komprimiert ist, nicht vollständig zwischen den Impulsen wiederhergestellt, wodurch Minderung der Systemgüte aufgrund von Impulsnebensprechen entsteht.
Verstärkungsdynamik wird in einem konventionellen Modell durch eine Bilanzgleichung für die Trägerdichte N beschrieben:
wobei I der Ansteuerstrom, e die elektronische Ladung und V das aktive Volumen sind. R (N) stellt alle Rekombinationsvorgänge dar. Bei kurzem Eingangsimpuls und langer Zeit zwischen Impulsen besteht keine angeregte Emission während der Erholung und die Rekombination R (N) wird:
(A.J.Taylor und J.M. Wiesenfeld, Phys. Rev. B. 35, 2321 (1987)).
Der Ausdruck CN³ in R (N) stellt die Rekombination aufgrund des Auger-Prozesses dar, während die anderen Ausdrücke bimolekulare Rekombinationen beschreiben. Wenn die Impulse breit sind, oder wenn ein digitales Eingangssignal im NRZ-Format moduliert ist, dann ist die Rekombination aufgrund der Zufügung von angeregter Emission während der Erholung anders. Die Koeffizienten Bo und δ sind Paßparameter einer analytischen Annäherung an eine quantenmechanische Berechnung der von der Trägerdichte abhängigen Strahlungsrekombinationsgeschwindigkeit in InGaAsP (A.J. Taylor und J.M. Wiesenfeld, Phys. Rev. B, 35, 2321 (1987), B. Sermage, J.p. Heritage und N.K. Dutta, J. App. Phys., 57, 5443, (1985)). Ihre Werte betragen Bo = 1,4 x 10&supmin;¹&sup0; cm³/s und δ = 1,8 x 10¹&sup9; cm³ (A.J. Taylor und J.M. Wiesenfeld, Phys. Rev. B, 35, 2321 (1987). Der Auger-Koeffizient ist C = 2,6 x 10&supmin;²&sup9; cm&sup6;/s. Da Wanderwellenverstärker, ohne den Laserschwellwert zu erreichen, auf hohe Ströme getrieben werden können, kann ihre stationäre Trägerdichte N&sub0; viel höher als die eines Lasers sein (wo die Trägerdichte aufgrund der angeregten Emission auf den Schwellwert begrenzt ist). Bei hohen Ansteuerströmen wird die Rekombination in einem Wanderwellenverstärker durch den Auger-Vorgang beherrscht und
Die Trägerlebensdauer für die Erholung auf N&sub0; beträgt
Bei einer vom Auger-Vorgang beherrschten Rekombination und mäßiger Verstärkungskomprimierung, so daß N nur leicht von N&sub0; abweicht, beträgt R(N) = CN³ und
Bei Verstärkern mit Länge (250-500) um mit einem Querschnitt des aktiven Gebiets aus herkömmlichen vergrabenen Heterostrukturen von (0,15 - 0,4) um² und mit Ansteuerströmen von (80 - 120) mA kann die Trägerdichte bis zu ca. 5 x 10¹&sup8; cm&supmin;³ betragen. Auf Grundlage des obigen Modells wird die berechnete Trägerlebensdauer τ = 300 - 450 ps. Dieser Wert für die Lebensdauer ist bedeutend länger als die gemessene Lebensdauer (ca. 100 ps) für einen Verstärker mit der CSBH-(channeled substrate buried heterostructure - vergrabenen Heterostruktur mit kanalisiertem Substrat) Struktur. Weitere Messungen eines Verstärkers mit CSBH-Struktur und einer Lebensdauer von ca. 80 ps werden später beschrieben.
Durch unser neues Verständnis des physikalischen Mechanismus, der die kurze gemessene Lebensdauer berücksichtigt, wird die Konstruktion von neuen Verstärkerstrukturen mit kurzen Verstärkungserholzeiten ermöglicht. Wir führen das Konzept von Trägerspeichergebieten (Trägerspeichern) ein, die sich in nächster Nähe (innerhalb einer weniger um) des aktiven Gebiets befinden. Ein Teil des Verstärkeransteuerstroms fließt durch die Speichergebiete anstatt durch das aktive Gebiet. Durch diesen Strom wird die Trägerdichte im Speichergebiet auf annähernd dieselben Werte wie im aktiven Gebiet getrieben. Das optische Eingangssignal ist nur in das aktive Gebiet angekoppelt. Wenn daher ein optischer Impuls mit zur Komprimierung der Verstärkung ausreichender Energie angelegt wird, räumt er die Träger im aktiven Gebiet aber nicht im Trägerspeichergebiet aus. Es bildet sich ein Gradient von Trägern zwischen den Gebieten, wodurch die Träger von den Trägerspeichergebieten in das aktive Gebiet diffundiert werden, wodurch sich die Zeit verringert, die vergeht, bis sich die Trägerdichte im aktiven Gebiet auf ihren stationären Wert erholt. Bei Trägern, die innerhalb von 1 - 2 um vom aktiven Gebiet gespeichert werden, ist die Diffusionszeit sehr schnell (weniger als 100 ps) so daß dieser Vorgang die Trägererholzeit reduziert. In manchen Fällen können Träger auch durch Drift durch hochleistungsfähige Stromwege in der Nähe des aktiven Gebiets vom Speichergebiet in das aktive Gebiet fließen. Zusätzlich zu ihrer Verkürzung wird die Erholzeit im Gegensatz zu der vom konventionellen Modell für Auger-begrenzte Rekombination vorhergesagten I-1,3-Ansteuerstromabhängigkeit unabhängig vom Ansteuerstrom.
Das Konzept der verbesserten Erholung aufgrund von Diffusion aus Trägerspeichergebieten wurde durch Vergleichen der Erholzeit in zwei Wanderwellenverstärkern mit nominell 1,3 um geprüft. Der erste weist eine CSBH- Struktur auf (deren Querschnitt in FIG. 5 dargestellt ist). Es ist bekannt, daß Laserdioden mit dieser Struktur eine schlechte Aussteuerung aufweisen, da die pn-Stromsperrübergänge parasitäre (Nebenschluß-) Kapazitäten darstellen. (R. S. Tucker, IEEE J. Lightwave Tech., LT-3, 1180 (1985)). Solche Übergänge können als Trägerspeichergebiete dienen. Insbesondere sind die Gebiete A in der FIG. 5 trägerspeichernde, in Durchlaßrichtung vorgespannte Übergänge, die sich innerhalb einiger weniger um vom aktiven Gebiet befinden. Der zweite Verstärker beruhte auf einer halbisolierenden Laserstruktur mit vergrabener Heterostruktur und geätzter Mesa (SI-EMBH - semi-insulating etched mesa buried heterostructure). Ihr Querschnitt ist in FIG. 6 dargestellt. Laserdioden mit dieser Struktur weisen aufgrund der halbisolierenden InP-Stromsperrgebiete, die eine niedrige parasitäre Kapazität aufweisen und den Leckstrom minimieren, eine breite Modulationsbandbreite auf. In dieser Struktur gibt es keine Trägerspeichergebiete neben dem aktiven Gebiet und es wird erwartet, daß die Erholzeit von Materialeigenschaften und Ansteuerstrom bestimmt wird. Beide Verstärker benutzen Silizium-Monoxid-Antireflexbeläge (G. Eisenstein, G. Raybon und L. W. Stulz, IEEE J. Lightwave Techn., LT- 6, 12 (1988)) mit Seitenflächenreflexionsgraden von ca. 10&supmin;&sup4;.
Die Verstärkungserholung in den zwei Verstärkertypen wurde in Pumpensondenuntersuchungen gemessen. Es wurden zwei mit Wellenlänge abstimmbare aktivphasenverriegelte Halbleiterlaser (Y. L. Bessenov, A. P. Bogatov, P. P. Vasilev, V. N. Morozov und A. B. Sergeev, Sov. J. Quantum Electron, 12, 1510 (1983)) benutzt, in denen Impulse von ca. 15 Ps mit einer Wiederholungsgeschwindigkeit von 1 GHz erzeugt werden. Die Verzögerung zwischen Impulsserien wurde durch Veränderung der Phase des RF- Ansteuersignals zu einem der Laser eingestellt. Die zwei Signale wurden in einem Faser-Richtkoppler kombiniert, und das kombinierte Signal wurde mit einer Mikrolinse über ein Anschlußfaser-Trennglied in den zu prüfenden Verstärker eingekoppelt. Das Licht wurde mit einer Mikroskop-Objektivlinse aus dem Verstärker ausgekoppelt. Die gesamte Koppeldämpfung betrug 10 dB. Die Pumpen- und Sondenimpulse wiesen Energien von ca. 100 fJ/Impuls bzw. ca. 2 fJ/Impuls auf.
In den Figuren 7 und 8 wird die gemessene Verstärkungserholung für die Verstärker mit den CSBH- und SI- EMBH-Strukturen für verschiedene Ansteuerströme gezeigt. Der Pumpenimpuls räumt die Verstärkung mit einer Zeitverzögerung von null aus, und die Verstärkung beginnt sich nach Verschwinden des Pumpenimpulses zu erholen. Die Verstärkungserholzeit wird für jede Kennlinie durch Anpassen derselben an eine Exponentialform bestimmt. Die Abhängigkeit der Verstärkungserholzeit vom Verstärker- Ansteuerstrom wird für beide Verstärker in der FIG. 9 dargestellt. Bei dem Verstärker mit der CSBH-Struktur beträgt die Erholzeit 80±10 Ps und ist vom Ansteuerstrom unabhängig, was mit einer Erholung verträglich ist, die von Diffusion (oder Drift) aus den Trägerspeichergebieten beherrscht wird. Die gemessene Erholzeit ist nicht mit dem konventionellen Auger-begrenzten Rekombinationsmodell verträglich. Dieselbe Erholzeit (80 ps) wurde erhalten, als die Pumpenimpulsenergie auf 2 fJ/Impuls reduziert wurde. Die Erholzeit ist bei dem Verstärker mit der SI- EMBH-Struktur vom Ansteuerstrom abhängig und verändert sich von 420±40 ps bei 100 mA bis 290±60 ps bei 120 mA. Dieses Ergebnis ist mit einem vom Material (Auger-)beherrschten Erholungsprozeß verträglich, wie er bei einer Struktur ohne Trägerspeichergebiete erwartet wird. In FIG. 9 ist auch eine berechnete Erholzeit aufgetragen, die unter Verwendung aller Elemente in dem Ausdruck für R(N) erhalten wurde und eine einigermaßen gute Übereinstimmung mit den gemessenen Daten zeigt.
Mit unserer Arbeit wird die Verwendung von Trägerdiffusion aus Trägerspeichergebieten zur Verkürzung der Verstärkungserholzeit von optischen Halbleiterverstärkern aufgezeigt. Um eine kurze Verstärkungserholzeit zu erhalten, sollten die Verstärker aus Strukturen hergestellt werden, die eingebaute Trägerspeichergebiete in der Nähe des aktiven Gebiets besitzen. Es ist von Interesse zu bemerken, daß Laser mit dieser Art von Struktur im allgemeinen aufgrund von parasitärer Nebenschlußkapazität, die mit den sich in der Nähe des aktiven Gebiets befindenden Speichergebieten verbunden ist, im allgemeinen eine schlechte Aussteuerung aufweisen (R. S. Tucker, IEEE J. Lightwave Tech., LT-3, 1180 (1985)). Zur weiteren Verringerung der Erholzeit könnten besonders ausgelegte Strukturen mit korrekt angeordneten Trägerspeichergebieten benutzt werden. Kurze Erholzeit verbessert die Leistung von Verstärkern, die in Systemen mit hoher Bitrate und in einer bistabilen Betriebsart benutzt werden.

III. ALTERNATIVE AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG

Wie schon in Abschnitt 1 besprochen, betrifft die erfindungsgemäße Vorrichtung optische Halbleiterverstärker oder Kommunikationssysteme, die solche Verstärker benutzen, bei denen der Verstärker ein "Trägerspeichergebiet" und ein "Verstärkungs-" oder "aktives" Gebiet enthält, die genügend nahe nebeneinander angeordnet sind, so daß die Bewegungszeit der Träger vom Speichergebiet zum Verstärkungsgebiet geringer als die oder gleich der Eigenlebensdauer der Träger im Verstärkungsgebiet ist. In diesem Abschnitt werden verschiedene alternative Ausführungsformen der Erfindung beschrieben, die alle in den Rahmen dieser breiten generischen Beschreibung der Erfindung fallen.
In der FIG. 10 wird eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verstärkers gezeigt, die einen vergrabenen Stegwellenleiter enthält. In der Fig. ist 51 ein geeigneter, gewöhnlich metallischer Kontakt. Von Schicht 51 zur Schicht 56, dem Substrat, fließt "Ansteuer-"Strom. Begrenzung des Stroms wird durch Gebiete 58 bewirkt, die entweder Luftspaltgebiete oder Gebiete aus Material sind, das im wesentlichen den Stromfluß sperrt. Solche Materialien können entweder Isolatoren oder entsprechend vorgespannte Halbleiter sein. 55 ist eine entweder undotierte oder leicht dotierte Schicht aus Verstärkungsmaterial n. Die Stärke des Materials ist in Abhängigkeit von der spezifischen Ausführungsform veränderlich, und das Material der Schicht 55 ist von der Lichtwellenlänge abhängig, deren Verstärkung gewünscht wird. In einer bestimmten Ausführungsform kann 55 InGaAsP sein. Bei einer solchen Ausführungsform kann die Schicht 53, die p- dotiert ist, aus InP sein. Die Schicht 52 ist eine Kontaktierschicht und kann aus InGaAsP oder p+-dotiertem InGaAs bestehen. Die Schicht 54 ist p-dotiertes InP.
In der FIG. 10 ist das Gebiet 57 ein im Stand der Technik gut bekannter Stegwellenleiter. Die Gebiete 55 und 57 sind Gebiete mit unterschiedlichem Bandabstand. Beispielsweise kann das Gebiet 55 Material von 1,3 Mikrometer und das Gebiet 57 Material von 1,1 Mikrometer sein, oder das Gebiet 55 kann Material von 1,5 Mikrometer und das Gebiet 57 Material von 1,3 Mikrometer sein. Wie es im Stand der Technik gut bekannt ist, wirkt das Stegwellenleitergebiet 57 als "Belastungs-"Gebiet für das aktive Gebiet 55. Damit bewirkt der Stegwellenleiter, das Licht, das in der Schicht 55 in einer senkrecht zur Zeichnungsebene liegenden Richtung verläuft, auf ein Gebiet im wesentlichen unterhalb des Stegwellenleiters begrenzt wird.
Es ist von Interesse zu bemerken, daß in dieser Ausführungsform sowohl die Speichergebiete als auch das Verstärkungsgebiet in derselben Materialschicht 55 auftreten. Das Verstärkungsgebiet ist das Gebiet, das im wesentlichen unterhalb des Stegwellenleiters liegt, da dies das einzige Gebiet ist, das vom Licht durchlaufen wird. Die übrigen Teile der Schicht 55 sind Speichergebiete, da der Ansteuerstrom im wesentlichen alle Teile der Schicht 55 durchläuft, wenn er von der Schicht 51 zur Schicht 56 fließt. In dieser Ausführungsform durchläuft ein Teil des Stroms das Speichergebiet und ein anderer Teil des Strom durchläuft das Verstärkungsgebiet. In solchen Ausführungsformen wird die Lichtstrahlung oft auf ein Gebiet begrenzt, dessen Länge in der Lichtfortpflanzungsrichtung im wesentlichen gleich der Länge des Verstärkungsgebiets in dieser Richtung ist und das sich im wesentlichen mit dem Verstärkungsgebiet deckt. Der Flächeninhalt des Gebietes senkrecht zum Stromfluß beträgt weniger als der des Gebietes, auf das der Gesamtstrom begrenzt ist. (Es ist zu beachten, daß das Licht jenseits des definierten Gebiets begrenzt sein kann oder nicht. Diese Definition wird nur deshalb dargestellt, um die Aufmerksamkeit auf dieses bestimmte Gebiet zu lenken). Andere Ausführungsformen können jedoch, aus der Perspektive des Stromflusses gesehen, senkrecht nebeneinandergestellte Verstärkungs- und Speichergebiete beinhalten, und es werden dementsprechend bedeutende Teile des Stroms sowohl die Verstärkungs- als auch die Speichergebiete durchfließen. In solchen senkrechten Ausführungsformen wird die Lichtstrahlung oft auf ein Gebiet begrenzt, dessen Länge in der Lichtfortpflanzungsrichtung im wesentlichen gleich der Länge des Verstärkungsgebiets in dieser Richtung ist und das sich im wesentlichen mit dem Verstärkungsgebiet deckt. In dieser "senkrechten" Ausführungsform ist jedoch der Flächeninhalt dieses Gebiets senkrecht zum Stromfluß annähernd dem mit dem Stromfluß verbundenen begleitenden Flächeninhalt gleich. In dieser Ausführungsform, sowie auch in anderen Ausführungsformen, können die bestimmten Eigenschaften des Verstärkungsgebietes oder des Speichergebietes unterschiedlich sein und beispielsweise mehrfache Schichten aus Material enthalten, von denen einige gewöhnlich mehrfache Quantenmulden genannt werden. Darüber hinaus wird klar sein, daß ein einziges Speichergebiet für die Zwecke dieser Erfindung ausreichend sein kann.
In der FIG. 11 ist die Schicht 61 ein metallischer Kontakt. Das Gebiet 62 ist das Verstärkungsgebiet, und das Gebiet 63 ist das Speichergebiet. In dieser Ausführungsform unterscheidet sich die Brechzahl des Gebiets 62 von der des Gebiets 63, woraus sich die Begrenzung der Lichtstrahlung auf das Gebiet 62 ergibt. Der Strom kann durch rekristallisiertes halbisolierendes Material oder einen entsprechenden Luftspalt, die beide in der Figur als 64 dargestellt sind, auf die aktiven und Ladungsspeichergebiete begrenzt sein.
Die FIG. 12 ist eine alternative Ausführungsform, in der 71 ein metallischer Kontakt ist. In dieser Ausführungsform besitzt 72, das aktive oder Verstärkungsgebiet, eine von 73 verschiedene Brechzahl, die das Ladungsspeichergebiet einschließt.
Die FIG. 13 ist eine Ausführungsform der Erfindung mit senkrecht nebeneinandergestellten Verstärkungs- und Speichergebieten. In dieser Figur ist 81 das Verstärkungsgebiet und 82 sind die Speichergebiete. 83 sind entsprechende Stromsperrgebiete, 84 ist ein metallischer Kontakt und 85 ist ein Substrat. Wie oben besprochen, ist die Lichtstrahlung in solchen "senkrecht nebeneinandergestellten" Vorrichtungen auf ein Gebiet begrenzt, dessen Flächeninhalt senkrecht zum Stromfluß annähernd gleich dem mit dem Stromfluß verbundenen begleitenden Flächeninhalt ist.

Claims

1. Optisches Kommunikationssystem mit

(a) einem optischen Halbleiterverstärker mit (1) einem Verstärkungsgebiet (62, 72, 81) und (2) Mitteln (57, 63, 73, 83) zur Eingrenzung eines sich im Verstärkungsgebiet fortpflanzenden optischen Feldes in einer Richtung quer zur Fortpflanzungsrichtung und in einem größeren Ausmaß als das sich aus Beugung ergebende,

(b) einem optischen Datenbitstrom

(c) Mitteln zum Einkoppeln des optischen Datenbitstromes in den optischen Verstärker

(d) Mitteln zum Erkennen des vom optischen Verstärker abgegebenen verstärkten optischen Datenbitstromes,

dadurch gekennzeichnet, daß

(a) der optische Verstärker weiterhin ein Trägerspeichergebiet (63, 73, 82) umfaßt, das sich so nahe am Verstärkungsgebiet befindet, daß die mittlere Zeit für die Bewegung von Trägern vom Trägerspeichergebiet zum Verstärkungsgebiet geringer als die oder gleich der Eigenlebensdauer der Träger im Verstärkungsgebiet ist, und

(b) die mit dem optischen Datenbitstrom verbundene Datenbitrate mehr als 1 GHz beträgt.

2. System nach Anspruch 1, wobei das optische Feld im Trägerspeichergebiet nicht geleitet wird.

3. System nach Anspruch 1, wobei die optische Strahlung auf ein Gebiet (62, 72) begrenzt ist, dessen Länge in der Fortpflanzungsrichtung des Lichtes im wesentlichen gleich der Länge des Verstärkungsgebietes in dieser Richtung ist und das sich im wesentlichen mit dem Verstärkungsgebiet deckt und dessen Flächeninhalt senkrecht zum Fluß eines Trägereinspeisestromes geringer als der Flächeninhalt (senkrecht zum Fluß des Trägereinspeisestromes) des Gebietes ist, auf das der gesamte Trägereinspeisestrom begrenzt ist.

4. System nach Anspruch 1, wobei die optische Strahlung auf ein Gebiet (81) begrenzt ist, dessen Länge in der Fortpflanzungsrichtung des Lichtes im wesentlichen gleich der Länge des Verstärkungsgebietes in dieser Richtung ist und das sich im wesentlichen mit dem Verstärkungsgebiet deckt und dessen Flächeninhalt senkrecht zum Fluß eines Trägereinspeisestromes im wesentlichen gleich dem oder größer als der Flächeninhalt (senkrecht zum Fluß des Trägereinspeisestromes) des Gebietes ist, auf das der gesamte Trägereinspeisestrom begrenzt ist.