DE69303277T2

DE69303277T2 - Laservorrichtung

Info

Publication number: DE69303277T2
Application number: DE69303277T
Authority: DE
Inventors: Guido Chiaretti; Rocco Daniele Di; Paolo Laporta; Orazio Svelto
Original assignee: Italtel SpA
Current assignee: Italtel SpA
Priority date: 1992-04-17
Filing date: 1993-02-23
Publication date: 1997-01-23
Anticipated expiration: 2013-02-24
Also published as: EP0636282B1; IT1254887B; ITMI920943A0; EP0636282A1; ITMI920943A1; DE69303277D1; WO1993021670A1

Description

Technisches Sachgebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Laservorrichtung, welche als kontinuierliche Quelle einer monochromatischen Einmodenstrahlung in der Telekommunikation benutzt wird, und zwar. des Typs, der ein aktives Medium einschließt, das geeignet ist, eine Strahlung mit einer ersten wellenlänge λ1 auszustrahlen, welche durch einen Laser gepumpt wird, der seinerseits geeignet ist eine Strahlung mit einer zweiten wellenlänge λ2 < λ1 abzugeben.

Industrielle Anwendbarkeit

Die Vorrichtung entsprechend der Erfindung findet seine Anwendung in Telekommunikationssystemen, und sie kann insbesonders vorteilhaft, aber nicht nur, als kontinuierliche Quelle mit der Frequenz von 1,54 µm (dem sogenannten dritten Fenster) für kohärente Lichtleiterübertragung Fasern benutzt werden.
Für zukünftige Entwicklungen in Bereich Lichtleitfaser- Telekommunikation ist die Benutzung einer Strahlung mit einer wellenlänge von 1,54 µm (1540 nm) vorgesehen, die dem sogenannten dritten Fenster entspricht, für das Lichtleitfasern für die Telekommunikation eine reduzierte Dämpfung aufweisen.
Eine kohärente Lichtquelle für diese Anwendung muß eine ausreichend hohe Ausgangsleistung in der Größenordnung von einigen mW liefern, um praktisch angewendet werden zu können, mit Einmodenemissionen und mit einer Breite der ausgestrahlten Spektrallinie, die so weit wie möglich reduziert ist.
Als Beispiel werden allgemein verbreitete Quellen dieser Art mit Einmodem-DFB-Halbleiterlaser realisiert mit der typischen optischen Stärke von 1-4 mW in Einmodenlichtleitern und 1-30 MHz Linienstärke.

Stand der Technik

Um Quellen zu erhalten, welche in der Lage sind, die erforderliche wellenlänge zu erzeugen, wurden die sogenannten Glaslaser, die ein Erbiurn (Er) dopiertes Glas einschließen, als aktives Medium vorgeschlagen. Zwei zusätzliche Laservorrichtungen werden als Pumpquellen benutzt, und insbesondere ein Halbleiter mit einer 808 nm Wellenlänge, der einen Neodymium Laser pumpt, der seinerseits eine 1060 nm Strahlung abgibt, welche den Glaslaser pumpt, der nun geeignet ist, die Laserstrahlung mit der gewünschten wellenlänge von 1,54 µm abzugeben.
Die genannten Glaslaser enthalten auch einen bestimmten Prozentsatz Ytterbium (Yb) mit dem Zweck, die Pumpergebnis zu erhöhen, da Ytterbium ein breiteres Absorptionsband als das des Erbiums hat, und dann wird die absorbierte Leistung an letzteres übertragen.
Diese Vorrichtung erfordert eine doppelte Uirrwandlung und auch die Neodymiumemission ist sehr niedrig (in der Größenordnung von 1 - 2 %), so daß das Funktionieren der Vorrichtung kritisch wird, und daher können minimale Verluste des Laserhohlraums eine geringe Ausgangsleistung zur Folge haben, so daß sehr genaue und teure Verfahrenstechniken der kritischsten Komponenten angewendet werden müssen.
Im Artikel "Diode pumped CW Bulk Er:Yb: glass Laser" von P. Laporta und anderen, OPTICS LETTER, Vol 16, no. 24, vom 15. Dezember 1991, wird vorgeschlagen, den Glaslaser direkt durch einen Haibleiterlaser zu pumpen, welcher mit 980 nm emittiert, wobei die pumpende Ausstrahlung mit einem herkömmlichen System auf den Glaslaser fokussiert werden. Der optische Resonanzhohlraum ist definiert zwischen einer Oberflächenbeschichtung des Glaselements, welche im wesentlichen transparent für die 980 nm Ausstrahlung ist und die die 1,54 µm Strahlung und einen 1,54 µm reflektierenden, gebogenen Spiegel hochgradig reflektiert.
Da das durch den Glaslaser ausgestrahlte Licht multimodal ist, wird ein sogenannter Etalon, d.h. eine Glasschicht mit entsprechender Dicke, die die Ausschaltung von unerwünschten Ausbreitungsmodalitäten bestimmt, um einen Einmodenlaser mit enger Ernissionslinie zu erhalten, zwischen den Glaslaser und den Spiegel plaziert.
Diese Vorrichtung, auch wenn sie vom konzeptionellen Standpunkt aus effizient ist, kann im Bereich der Telekommunikation nicht zur praktischen Anwendung kommen aufgrund ihrer großen Ausmaße, zusätzlicher Kosten und schwieriger Einstellung der Etalonskalibrierung, und so ist es notwendig, eine Laserquelle zu realisieren, welche reduzierte Ausmaße, begrenzte Kosten, eine hohe Ausgangsleistung und eine sehr enge Spektrallinie aufweist.
Electronics Letters, Band 28, Nr. 5, Seiten 490-492, stellt eine Laservorrichtung vor, wie sie in der Präambel des Anspruchs 1 dargestellt wird, welche eine Fokussierung und Umformung von Optiken vorsieht durch das Verbinden des Pumpdiodenlasers mit dem aktiven Teil und einem festen Etalon im zweiten Teil des fokussierenden optischen Leiters.

Gegenstand der Erfindung

Ziel der vorliegenden Erfindung ist, die o.g. Nachteile und Beschränkungen zu überwinden, und insbesondere eine Vorrichtung zu verwirklichen, mit einer Ausgangslinienweite, die geringer als einhundert kHz ist (verglichen mit den Werten von 1 - 30 MHz der bekannten DFB Einmodenlaser mit dieser Wellenlänge).

Offenbarung der Erfindung

Entsprechend der Erfindung werden diese Ziele erreicht mit einer Laservorrichtung, die als kontinuierliche Quelle einer monochromatischen Einmodenstrahlung mit einer ersten Wellenlänge λ1 im Bereich der Telekommunikation angewendet werden kann, wobei diese Vorrichtung folgendes einschließt:
- einen Pumpdiodenlaser, der geeignet ist, eine Strahlung mit einer zweiten Wellenlänge λ2 < λ1 abzugeben;
- ein monolithisches aktives Festkörpermedium, das geeignet ist, eine Strahlung mit der genannten ersten Wellenlänge λ1 abzugeben, welches mit dem genannten Pumplaser durch einen ersten fokussierende optische Leiter gekoppelt ist, wobei zwischen der zweiten Seite des genannten ersten fokussierenden optischen Leiters und der ersten Seite des genannten aktiven Mediums ein im wesentlichen für die genannte Strahlung λ2 transparenter und ein im wesentlichen die genannte Strahlung λ1 reflektierender Filter plaziert ist, und an der zweiten Seite des genannten aktiven Mediums ist ein zweiter Filter (5) angebracht, welcher im wesentlichen für die Strahlung λ1 transparent ist und welcher im wesentlichen die Strahlung λ2 reflektiert;
- ein Etalon, das zwischen dem genannten ersten Filter und einem drittewteilweise die Strahlung mit der genannte Wellenlänge λ1 reflektierenden Filter, eingefügt ist;
dadurch gekennzeichnet, daß
- die genannte Laservorrichtung aus einer einzelnen auf Trägern montierten Struktur besteht;
- das genannte Etalon, das wie ein Zwischenraum mit regulierbarer Weite geformt ist, das zwischen dem genannten ersten Filter und dem genannten dritten Filter angebracht ist, wobei ein Teil der Trägervorrichtung so gestaltet ist, daß die Weite des Zwischenraums variiert werden kann;
- einen zweiten fokussierenden optischen Leiter des Gradiententyps, welche aus mindestens einem ersten Abschnitt besteht, dessen erstes Ende optisch mit dem genannten zweiten Filter gekoppelt ist und dessen zweites Ende durch den genannten dritten Filter beschichtet ist; und einem ersten Abschnitt des Lichtleiters, welche mit dem genannten dritten Filter oder mit einem zweiten Abschnitt des zweiten fokussierenden optischen Leiters gekoppelt ist.
Verwirklichungen der Erfindung werden in den nachfolgenden zugehörigen Ansprüchen dargestellt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung zusammen mit weiteren Gegenständen und Vorteilen derselben werden mit Bezug auf die nachfolgende Beschreibung und auf die beigefügten Zeichnungen verständlich, wobei die Zeichnungen folgendes darstellen:
die Abbildungen 1A und 1B zeigen schematisch eine erste und zweite Form der Verwirklichung entsprechend der vorliegenden Erfindung;
Abbildung 2 zeigt eine Konstruktionszeichnung der Vorrichtung entsprechend der Erfindung, welche entsprechend der zweiten Form der Verwirklichung (Abbildung 1B) ausgeführt wurde;
die Abbildungen 3A und 3B zeigen schematisch eine dritte und vierte Form der Verwirklichung dieser Vorrichtung entsprechend dieser Erfindung;
Abbildung 4 zeigt die Konstruktionszeichnung der Vorrichtung entsprechend der Erfindung, ausgeführt entsprechend der vierten Form der Verwirklichung (Abbildung 3B);
die Abbildungen 5 und 6 stellen schematisch vier Formen der Verwirklichung der Vorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung dar.
Mit Bezug auf Abbildung 1A schließt die der Erfindung entsprechende Vorrichtung einen ersten Halbleiterlaser 1 ein, derentsprechend einer bevorzugten Form der Verwirklichung eine Strahlung mit einer Wellenlänge zwischen 960 und 980 nm abgibt, und der optisch mit einer monolithischen Struktur verbunden ist, -mit Dauerf orm und vorzugsweise mit Rundquerschnitt.
Die Struktur umfaßt einen Fokussierleiter 2, der entsprechend einer bevorzugten Form der Verwirklichung aus einer sogenannten SELFOC-Linse besteht, wobei die SELFOC-Linse im wesentlichen ein Segrnent des optischen Leiters vom Typ des graduierten Brechungsindex mit einer Länge gleich P/2 ist, und zwar so beschaffen, um einen von der Frontseite ankommenden gebündelten Strahl auf einem Punkt der gegenüberliegenden Endoberfläche zu konzentrieren. P ist die so genannte Fokussierentfernung, d.h. der Abstand zwischen den beiden angrenzenden Flächen zur Bildung identischer Bilder.
Ein aktives Element 3, das entsprechend der hier beschriebenen Realisationsform vorzugsweise aber nicht ausschließlich aus mit Ytterbium und Erbium dopiertern Glas besteht, stößt auf diese fokussierende Oberfläche und ist mit ihr gekoppelt. Die genannte Oberfläche dieses aktiven Elements 3 ist vorzugsweise abgerundet mit einer konkaven Seite in Richtung des aktiven Materials (siehe Abbildungen 1, 2 und 3A), um die vom Pumplaser 1 abgegebene Strahlung zu bündeln und die Stimulierung des Grundtyps zu erleichtern. Dennoch kann diese Oberfläche entsprechend der Erfindung flach geformt sein, wie in den übrigen Abbildungen gezeigt.
Diese Oberfläche ist mit einer Schicht 4 überzogen, die für die pumpende Strahlung λ2 = 960 -980 nm hochtransparent und für die vom aktiven Material 3 abgegebenen Laserstrahlung λ1 = 1,54 µm hochreflektierend ist. Die gegenüberliegende Oberfläche des- aktiven Materials 3 ist ebenfalls mit einer Schicht 5 überzogen, welche die pumpende Strahlung λ2 stark reflektiert und für die von dem selben aktiven Medium 3 abgegebenen Strahlung λ1 transparent ist. Beschichtungen mit diesen Merkmalen erhält man in der bekannten Weise durch das Auftragen von Schichten geeigneter Oxyde oder Metalle.
Die vom aktiven Element (Laser) 3 abgegebene Laserstrahlung λ1 = 1,54 µm geht durch den ersten Teil oder das erste Segment eines Paars zusätzlicher SELFOC-Linsen 6 und 7a, die axial zueinander ausgerichtet und durch einen Zwischenraum getrennt sind, wobei dieser Zwischenraum eine regulierbare axiale Weite d hat. Die sich gegenüberliegenden Flächen des genannten Paars der Linsen 6 und 7a weisen, entsprechend einer bevorzugten Form der Verwirklichung, die Oberflächen 9 und 10 auf, welche mit Beschichtungen versehen sind, die die durch das aktive Medium abgegebene Strählung λ1 reflektieren. Der zweite Teil oder das zweite Segment, wie in der in Abbildung 1 dargestellten Form der Verwirklichung, hat eine gekrümmte Endoberfläche, insbesondere die einer Halbkugel und diese Oberfläche hat eine Beschichtung -oder einen Spiegel 11a, der die vom aktiven Medium 3 abgegebene Laserstrahlung λ1 = 1,54 µm hochgradig reflektiert. Die Gesamtlänge des Linsenpaares 6 und 7a plus Zwischenraum d ist ungefähr gleich 1/2 P, und ist daher geeignet, die Laserstrahlung 3 in einer begrenzten dem Spiegel 11a entsprechenden axialen Zone zu fokussieren. Die vom aktiven Medium (Laser) 3 ausgehende optische Strahlung wird daher teilweise rückwärts reflektiert durch die reflektierende Oberfläche 11a und, durch diese, bei einem im wesentlichen gleichen Weg, auf der zweiten Seite 5 des aktiven Abschnitts (Laser) 3 erneut fokussiert, während der übertragene Teil der optischen Leistung, die die Beschichtung 11a durchdringt (wenig transparent), die nutzbare Laserstrahlung bildet, die durch einen optischen Einmödenlichtleiter 12 mit einem externen Modulator oder eine andere Leitungs- und Modulationsvorrichtung (nicht gezeigt) gekoppelt ist. Das System der Linsen 6 und 7a des aktiven Elements 3 und der reflektierenden Beschichtungen 4 und 11 bildet den Resonanzhohlraum des Glaslasers, der daher durch die genannte Oberfläche 4 und durch den genannten Spiegel 11 begrenzt ist.
Darüberhinaus sind die beiden Abschnitte 6 und 7a entsprechend der Erfindung durch einen Zwischenraum 8 getrennt, die eine Diskontinuität des Brechungsindex in der axialen Richtung ( dieser wird ein approxirnativer Einheitswert, wenn Luft im Hohlraum vorhanden ist) darstellt, und als Etalon fungiert. Dieses Etalon, dessen Oberflächen 9 und 10 vorzugsweise mit Beschichtungen versehen sind-, die die Strahlung λ1 = 1,54 µm reflektieren, hat die Funktion, die unerwünschten Wellentypen auszuschalten, um so einen Einmodenlaser mit einer engen Ausgangslinie zu erhalten. Der Zwischenraum 8, entsprechend zusätzlicher hiernach beschriebener Realisationsformen, kann an gleich welcher Stelle zwischen der Oberfläche 4 und dem genannten Spiegel 11 vorgesehen werden.
Zur Auswahl eines Modus ist ein piezoelektrisches Element 13 vorgesehen, das mit einer regelbaren Spannung betrieben wird, und zwar durch eine variable Resistenz R, die es ermöglicht, die Distanz d zu verändern und somit die gewünschten Verschiebungen (in der Größenordnung eines Zehntels eines Mikrons) zu bekommen, um ein Etalon mit den gewilnschten Eigenschaften zu bilden.
Entsprechend einer weiteren in Abbildung 1B dargestellten Form der Verwirklichung ist die Gesamt Länge des Linsenpaars 6 und 7a plus Zwischenraum d gleich annähernd 1/4 P und die Endoberfläche des Endabschnitts 7B ist eben und mit einem ebenen Spiegel 11b beschichtet, der den 1,54 µm Resonator umgibt, während die Funktion wesentlichen gleich der in Abbildung 1A gezeigten ist. Da die Beschichtung 11b schwach transparent ist, wird speziell die durch diese Beschichtung gehende Strahlung durch ein zusätzliches optisches etwa 1/4 P -langes Leitsegment 14a gebündelt, dessen Abschlußseite mit einer für die Strahlung λ1 = 1,54 µm antireflektierenden Oberfläche 15 versehen ist. Eine Stück des Lichtleiters 12 ist mit dem genannten weiteren optischen Leitsegment 14a gekoppelt, ähnlich wie in Abbildung 1B dargestellt.
Abbildung 2 zeigt eine Konstruktionszeichnung der Vorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung und zeigt insbesondere die o.g. monolithische Struktur, welche auf einer Trägervorrichtung (Submount) 21 montiert ist, wobei selbige Struktur unterteilt ist, um besser die Stellung der genannten Struktur gegen die Laserdiode 1 und der Lichtleiter 12 hervorzuheben.
Die Trägervorrichtung (Submount) 21 besteht insbesondere aus einer Stahlführung mit rechteckigem Querschnitt, die an einem Ende einen erhöhten Teil 22 aufweist, auf der der Laser 1 angeschweißt ist, und am anderen Ende ist sie mit einer V-förmigen Sitz versehen, in den der Lichtleiter 12 eingelegt und durch einen Kleber befestigt ist.
Zwischen dem erhöhten Teil 22 und dem Gehäuse 23, sind Auflagen vorgesehen, die durch Hohlräume 24 von einander getrennt sind und die eine zusätzliche Form zu der des genannten Fokussierelements 2, des aktiven Teils (Laser) 3, des zweiten Fokussierelements 6 und 7b darstellen.
Man kann sehen, daß zwischen den SELFOC-Linsen 6 und 7b ein Zwischenraum, welcher das Etalon 8 bildet, zwischengeschaltet ist, wobei das Etalon Oberflächen (9 und 19) aufweist, die die durch den aktiven Abschnitt (Laser) 3 abgegebene Strahlung λ1 reflektieren.
Das piezoelektrische Element 13 ist hier nicht dargestellt, um die Zeichnung nicht unnötig zu komplizieren.
Die Abbildung 3A zeigt eine dritte Form der Verwirklichung der Vorrichtung entsprechend der Erfindung, die von den vorauf gegangenen aufgrund der Tatsache abweicht, daß das erste Segment des optischen Leiters 2 durch ein Lichtleiterelement 30 ersetzt wurde, dasin der Lage ist, den Laser 1 mit dem genannten aktiven Teil (Laser) 3 zu koppeln. Der verbleibende Teil der monolithischen Struktur ist mit der in Abbildung 1A gezeigten vollkommen identisch.
Abbildung 3B zeigt eine vierte Form der Verwirklichung der Vorrichtung entsprechend der Erfindung, die das gleiche Lichtleiterelernent 30 verwendet, das zuvor in Abbildung 3A gezeigt wurde und das von der genannten dritten Form der Verwirklichung aufgrund der Tatsache abweicht, daß die erste Seite des aktiven Teils eben ist und dadurch, daß die SELFOC-Linse 7a - mit einer abgerundeten Abschlußoberfläche durch die Linse 7b ersetzt wurde - mit einem ebenen Abschlußteil und gekoppelt mit einem zusätzlichen optischen Leitsegment (Selfoc-Linse) 14b, gleich dem in Abbildung 1B gezeigten.
Abbildung 4 zeigt eine Konstruktionszeichnung der genannten vierten Realisierungsform (siehe Abbildung 38) der Vorrichtung entsprechend der Erfindung, wo zu sehen ist, daß die genannte monolithische Struktur in einer Buchse 40 eines Verbindungsstücks für Lichtleitersysteme eingeschlossen ist. Ähnlich wie in der Abbildung 3B gezeigt ist das aktive Element (Laser) 3. mit dem verbleibenden Teil des Resonators gekoppelt, der aus den optischen Leitern 6 und 7b besteht, zu denen kaskadenartig ein weiterer Teil eines fokussierenden optischen Leiters 14b Vorgesehen ist: ein Pigtail 12 ist mit dem genannten Teil 14b gekoppelt.
Die Lichtleitfaser 30 ist dagegen im Steckteil 41 des Verbindungsstücks für Lichtleitersysteme eingeschlossen, und so kann ein Ende der Faser 30 mit dem genannten aktiven Teil (Laser) 3 gekoppelt werden.
Das zweite Ende der Faser 30 ist verbunden mit einer Behältereinheit 42 verbunden, in der eine Trägervorrichtung (Submount) untergebracht ist, die geeignet ist, den Pumplaser 1 zu halten.
Abbildung 5 zeigt eine fünfte Form der Verwirklichung der Vorrichtung entsprechend der Erfindung, wobei die gleiche Anordnung der vorab in Abbildung 1A beschriebenen Elemente wiederholt wird, mit der einzigen Ausnahme, daß die zweite Seite des aktiven Mediums 3 im Vergleich zur ersten Seite in einem Winkel θR von etwa 1º abgeschrägt ist. Diese fünfte Form der Verwirklichung hat den vorab beschriebenen Realisationsformen gegenüber einen Vorteil, wenn es als nützlich erachtet wird, Strahlenreflektierungen zu eliminieren, die durch die zweite Seite des genannten aktiven Teils erzeugt werden.
Es ist offensichtlich möglich, eine aktive Portion 3 zu benutzen, die wie in Abbildung 5 gezeigt geformt ist, und zwar in Verbindung mit dem in den Abbildungen 3A und 3B dargestellten Element (die Selfoc-Linse ist durch eine Lichtleitfaser 30 ersetzt worden) und auch in Verbindung mit den in Abbildung 1B gezeigten Elementen (d.h. kombiniert mit einer Gruppe von Linsen 6 und 7b plus Etalon 8 mit einer Länge gleich etwa 1/4 P zuzüglich einem zusätzlichen Stück fokussierenden Lichtleiters mit einer Gesamtlänge gleich etwa 1/4P).
Abbildung 6 zeigt eine sechste Form der Verwirklichung der Vorrichtung entsprechend der Erfindung, welche sich von der fünften Realisationsform aufgrund der Tatsache unterscheidet, daß die zweite Seite des aktiven Elements 3 im Vergleich zur ersten Seite in einem Winkel θB mit einem Wert gleich dem des Brewester Winkels (gleich etwa 34º) abgeschrägt ist. Die Schräge der genannten zweiten Seite der aktiven Portion 3 entsprechend dem oben genannten Winkel θB ermöglicht es, eine lineare polarisierte Strahlung zu erhalten, d.h. eine Strahlung entlang einer Polarisationsebene. Dieses Merkmal ist dann vorteilhaft, wenn die in der Lichtleitfaser gelenkte Strahlung moduliert ist. In der Tat ist der Modulator in der Lage, 100% der zugehörigen Energie zu nutzen, wenn diese Strahlung linear polarisiert wird.
Die Neigung der zweiten Seite des Emissionsmediums 3 bestimmt eine Umleitung D des optischen Signals im Vergleich zur optischen Achse A und folglich treffen die genannten Strahlungen auf die erste Seite des zweiten Segments der optischen Leiter 6 und 7 in einer Stelle, die um eine vorherbestimmte Größe 1 im Vergleich zur optischen Achse abweicht. Als Konsequenz ergibt es sich, daß diese Strahlungen auf der zweite Seite des genannten Lichtleitersegments in einer Stelle fokussiert, die um die gleiche Größe und in der entgegengesetzten Richtung zu der voraufgegangenen verschoben wird, immer verglichen mit der optischen Achse. Die Faser 12 wird folglich vom Brennpunkt im genannten Abstand 1 von der optischen Achse positioniert. In diesem Fall entspricht die Länge der Linsen 6, 7 und des Etalons 8 ungefähr 1/2 P.
- Um Schwierigkeiten auszuschalten, die von der Suche eines der optischen Achse A nicht entsprechenden Brennpunkts herrühren können, kann es sich als nützlich erweisen, einen keilförmigen, aus Glas oder Emissionsmaterial bestehenden Körper zwischen das genannte aktive Element und den zweiten fokussierenden optischen Leiter einzufügen, der die Abweichung des genannten Winkels bestimmt, und folglich konzentrieren sich die Strahlungen mit der Wellenlänge λ1 auf Punkte die mit der optischen Achse übereinstimmen.
Abbildung 7 zeigt eine Form der Verwirklichung der Vorrichtung, die entsprechend der Abbildung 6 angeordnet ist, d.h. mit dem an seinem Platz untergebrachten keilförmigen Körper, aber das Etalon 8 ist hier zwischen der aktiven Portion 3 und dem zweiten fokussierenden Lichtleiter plaziert. Diese Lösung hat den Vorteil, daß man eine linear polarisierende Strahlung erhält, die mit einer Lichtleitfaser 12 gekoppelt werden kann, die auf der optischen Achse der Vorrichtung plaziert ist, und die zur gleichen Zeit nicht den Schnitt der Selfoc 6 oder 7 verlangt, um das Etalon 8 zu verwirklichen, da dieses durch das Einfügen eines Zwischenraums zwischen dem keilförmigen Körper 60 und der Selfoc- Linse 6 oder 7 verwirklicht wird.
Abbildung 8 stellt eine weitere Form der Verwirklichung dar, die es ermöglicht eine linear polarisierte λ1 Strahlung zu erhalten, die mit einer Lichtleitfaser 12 gekoppelt werden kann, welche auf der optischen Achse des Resonanzteils ausgerichtet ist. Entsprechend dieser Lösung ist die Achse des Resonanzteils in einem Winkel θD verglichen mit der optischen Achse der Elemente 2 und 3 geneigt.
Natürlich kann die besondere Form der zweiten Seite des Resonators 3 (Winkel θB), wie in den Abbildungen 6 bis 8 dargestellt, vorteilhaft mit Bezug auf die in den Abbildungen 3A und 3B (das optische Leitelement 2 ist durch eine Lichtleitfaser 30 ersetzt worden) dargestellten Struktur der Laservorrichtung genutzt werden, wie auch mit Bezug auf die vorab in Abbildung 1B gezeigten Struktur der Laservorrichtung (der runde Spiegel 11a ist durch einen flachen Spiegel 11b ersetzt worden).
Die Vorrichtung entsprechend der Erfindung hat eine kompakte Struktur mit einer Größe von etwa 4 cm³, die mit den Anforderungen von Lichtleitfaser-Telekommunikationssystemen vereinbar ist, und die eine hoch monichromatische Strahlung abgibt. Auch ist sie im Einklang mit dem o.g. Ziel einfach und mit begrenzten Kosten herzustellen.
In der vorliegenden Beschreibung ist die Erfindung mit Bezug auf die Konstruktion einer Laservorrichtung illustriert worden, die ein aktives Glaselement 3 einschließt, - wobei Erbium (Er) als Dopant und Ytterbium (Yb) als Beidopant-benutzt werden und gepumpt durch einen Laser 1 mit circa 960 - 980 nm - um so eine Vorrichtung zu bekommen, die geeignet ist, im so genannten dritten Fenster zu operieren.
Dennoch kann die Erfindung auch in anderen Situationen angewendet werden und insbesondere, wenn sie mit einem aktiven Medium kombiniert wird, das aus einer Glasmatrix mit verschiedenen Elementen wie Silikat, Phosphat und Fluorzirkonat besteht, die von den vorab genannte Elementen abweichen. Insbesondere kann die Erfindung auch vorteilhaft benutzt werden, wenn sie mit einem aktiven Medium kombiniert wird, das aus einer kristallinen Matrix besteht, die mit von den vorab genannten Elementen abweichen.
Die genannte Glasmatrix kann zum Beispiel folgende Elemente benutzen:
A) Ytterbium als Beidopant und Erbium oder Praseodym als Dopant, Yb + (Er, Pr);
B) Aluminium als Beidopant und Erbium als Dopant, A13 + (Er);
C) Lanthan als Beidopant und Erbium als Dopant, La3 + (Er);
D) Chrom als Beidopant und Erbium, Thullium oder Holmium als Dopant, Cr3 +(Er, Tm, Ho);
E) Quecksilber als Beidopant und Neodym als Dopant, Mg2 + (Nd);
F) Thulium als Beidopant und Holmium als Dopant, Tm3 + (Ho);
G) Germanium als Beidopant und Erbium oder Praseodym als Dopant, Ge4 +(Er, Pr).
Wir weisen auf die Tatsache hin, daß für den spezifischen Bereich der Telekommunikation nachfolgendes von besonderem Interesse ist:
- der Gebrauch der unter A genannten Dopanten und Beidopanten, insbesondere Praseodym und Neodym, zur Verwirklichung eines Lasers, der geeignet ist, eine Strahlung mit einer Wellenlänge von 1,3 µm zu erzeugen, d.h in dem so genannten zweiten Fenster;
- der Gebrauch der unter D genannten Dopanten und Beidopanten, insbesondere mit Tm und Ho Dopänten, zur Verwirklichung eines Lasers, der geeignet ist, ein Strahlung mit einer Wellenlänge von etwa 2 µm zu erzeugen, die dazu bestimmt ist, in Verbindung mit Fasern für MIR Anwendungen angewendet zu werden, d.h. in Verbindung mit Fasern, die im Infrarotbereich arbeiten, und die daher eine Dämpfung aufweisen, die um etwa zwei Größenordnungen geringer ist im Vergleich zu herkömmlichen Fasern. Die kristalline Matrix kann im Gegensatz hierzu z.B. die folgenden Dopanten und Beidopanten benutzen:
- Er:CaF2 oder Er:LiYF4 zur Verwirklichung eines Lasers, der geeignet ist, eine Strahlung mit einer Wellenlänge von 1,54µm zu erzeugen, d.h. im so genannten dritten Fenster;
- Nd:YAG oder ND:YLF zur Verwirklichung eines Lasers, der geeignet ist, eine Strahlung mit einer Wellenlänge von 1,3 µm zu erzeugen, d.h. im so genannten zweiten Fenster.
Obwohl die Erfindung mit Bezug auf eine bevorzugte Form der Verwirklichung dargestellt wurde, kann sie generell Gegenstand von Zusätzen und Abänderungen sein, wie es dem Experten auf diesem Gebiet offensichtlich sein wird.

Claims

1. Laservorrichtung zur Verwendung als Dauerquelle für eine monochromatische Einmodenstrahlung mit einer ersten Wellenlänge λ1 im Bereich der Telekommunikation mit:

- einem Pumpdiodenlaser (1), der geeignet ist, eine Strahlung mit einer zweiten wellenlänge λ2 < λ1 auszustrahlen;

- einem aktiven Festkörpermedium (3), das geeignet ist, eine Strahlung mit der genannten ersten wellenlänge λ1 abzugeben, und mit dem genannten Pumplaser (1) durch einen ersten fokussierenden Lichtleiter (2, 30) verbunden ist, wobei zwischen der zweiten Stirnseite des genannten fokussierenden Lichtleiters (2, 30) und der ersten Stirnseite des genannten aktiven Mediums (3) ein erstes Filter (4) angebracht ist, das für die genannte Strahlung λ2 im wesentlichen transparent ist und die genannte Strahlung λ1 im wesentlichen reflektiert, und wobei auf die zweite Stirnseite des genannten aktiven Mediums (3) ein zweites Filter (5) aufgebracht ist, das für die genannte Strahlung λ1 im wesentlichen transparent ist und die genannte Strahlung λ1 im wesentlichen reflektiert;

- einem Etalon, das zwischen dem genannten ersten Filter (4) und einem dritten Filter (11) eingefügt ist, welches die Strahlung mit der genannten ersten Wellenlänge λ1 teilweise reflektiert,

dadurch gekennzeichnet, daß

- die genannte Laservorrichtung aus einer einzigen Struktur besteht, die auf einer Trägervorrichtung (21) montiert ist,

- das genannte Etalon als Luftspalt (8) mit einstellbarer Weite zwischen dem genannten ersten Filter (4) und dem genannten dritten Filter (11) ausgebildet ist, wobei in der genannten Trägervorrichtung (21) ein Glied (13) zur Änderung der Weite des genannten Luftspalts (8) vorgesehen ist;

- ein zweiter fokussierender Lichtleiter vom Gradientenindextyp (6, 7, 14) vorgesehen ist, der aus mindestens einem ersten Teil (6, 7) besteht, dessen erstes Ende optisch mit dem genannte zweiten Filter (5) gekoppelt ist, und dessen zweites Ende mit dem genannten dritten Filter (11) beschichtet ist; und ein erster Lichtleitfaserteil (12) mit dem genannten dritten Filter (11) oder mit einem zweiten Teil (14a) des zweiten fokussierenden Lichtleiters gekoppelt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein viertes und ein fünftes optisches Filter (9 bzw. 10), welche die genannte Strahlung λ1 reflektieren, auf die gegenüberliegenden Stirnseiten der Elemente aufgebracht sind, die den genannten Lufttspalt (8) bilden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Stirnseite des genannten aktiven Mediums (3) bezüglich der ersten Stirnseite in einem Winkel (θB) steht, dessen Größe annähernd 1º beträgt (Fig. 5).

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Stirnseite des genannten aktiven Mediums (3) bezüglich der ersten Stirnseite in einem Winkel steht, dessen Größe gleich dem Brewester-Winkel ist (Fig. 6).

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte erste Stirnseite des aktiven Mediums (3) abgerundet ist mit der konkaven Seite in Richtung des aktiven Materials.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte erste Stirnseite des aktiven Mediums (3) flach ist.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte zweite fokussierende Lichtleiter (6, 7) aus einem Lichtleitersegment (6 - 7) mit Gradienten-Brechungsindex besteht, dessen Länge ungefähr P/2 ist, wobei P der Fokussierabstand des Lichtleitersegments ist.

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte zweite fokussierende Lichtleiter gebildet ist aus:

- einem Lichtleitersegment mit Gradienten-Brechungsindex (6, 7), dessen Länge annähernd P/4 ist, wobei P der Fokussierabstand des Lichtleitersegments ist, und wobei das genannte dritte Filter (11) schichtartig auf eine flache Stirnseite des zweiten Endes dieses Segments aufgebracht ist; und aus:

- einem zweiten Lichtleitersegment mit Gradienten- Brechungsindex (14a) mit einer Länge von etwa P/4;

- einer Antireflexbeschichtung (15), welche auf die zweite Stirnseite des zweiten Lichtleitersegments (14a) aufgebracht ist.

9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der erste fokussierende Lichtleiter aus einem Lichtleiterteil (2) mit Gradienten-Brechungsindex besteht, dessen Länge ungefähr P/2 ist, wobei P der Fokussierabstand des Leitersegments ist.

10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der erste fokussierende Lichtleiter aus einem zweiten Lichtleitfaserteil (30) besteht (Fig. 3).

11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Glied zur Einstellung der Weite des Luftspalts (8) mit dem genannten zweiten fokussierenden Lichtleiter (6, 7) kombiniert ist und ein piezoelektrisches Element (13) enthält, welches durch eine einstellbare Versorgungsspannung (R, V) betrieben wird.

12. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse des genannten zweiten fokussierenden Lichtleiters (6, 7) der Achse des genannten aktiven Teils (3) entspricht, und der genannte erste Lichtleitfaserteil (12) von der Achse des genannten zweiten fokussierenden Lichtleiters (6, 7) um eine Größe (1) abweicht, die eine Funktion des Winkels (θ D) ist, mit dem Lichtsignale aufgrund des Winkels der zweiten Stirnseite des genannten aktiven Teils (3) entsprechend dem Brewester-Winkel abweichen, und daß der genannte zweite fokussierende Lichtleiter (6, 7) eine Länge von annähernd P/2 hat, wobei P der Fokussierabstand ist, und die zweite Stirnseite flach ist (Fig. 6).

13. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse des genannten zweiten fokussierenden Lichtleiters (6, 7) bezüglich der Achse des genannten aktiven Teils (3) in einem Winkel steht, der gleich dem Winkel (θD) der Ablenkung der Lichtsignale aufgrund der Neigung der zweiten Stirnseite des genannten aktiven Teils entsprechend dem Brewester-Winkel ist, und der genannte erste Lichtleitfaserteil (12) auf derselben Achse des genannten zweiten fokussierenden Lichtleiters (6, 7) angeordnet ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein aus Glas gefertigter keilförmiger Körper (60) zwischen dem genannten aktiven Teil (3) und dem genannten zweiten fokussierenden Lichtleiter (6, 7) angeordnet ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte keilförmige Körper (60) aus aktivem Material besteht (Fig. 7).

16. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte zweite fokussierende Lichtleiter aus zwei Segmenten eines Lichtleiters (6, 7) mit Gradienten-Brechungsindex besteht, und daß der Luftspalt (8) sich zwischen den beiden genannten Segmenten befindet.

17. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte zweite fokussierende Lichtleiter ein einziges Element eines Lichtleiters mit Gradienten-Brechungsindex (6, 7) enthält und der Luftspalt (8) sich zwischen dem genannten aktiven Teil (3) und dem genannten Lichtleiterelement (6, 7) mit Gradienten-Brechungsindex befindet (Fig. 7).

18. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte aktive Medium aus einer mit Er:Yb gedopten Glasmatrix besteht und daß λ2 zwischen 960 und 980 nm liegt.

19. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte aktive Medium aus einer mit Yb3 + (Pr) gedopten Glasmatrix besteht und daß λ 2 zwischen 960 und 980 nm liegt.

20. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte aktive Medium aus einer mit Cr3 + (Tm, Ho) gedopten Glasmatrix besteht und daß λ 2 annähernd 780 nm ist.

21. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte aktive Medium aus einer kristallinen mit Erbium, ER:CaF2 gedopten Matrix besteht.

22. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte aktive Medium aus einer kristallinen mit Erbium, Er:LiYF4 gedopten Matrix besteht.

23. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte aktive Medium aus einer kristallinen mit Neodym, Nd:YAG gedopten Matrix besteht.

24. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte aktive Medium aus einer kristallinen mit Neodym, Nd:YLF gedopten Matrix besteht.

25. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Einzelstruktur von einem Subträger (21) getragen wird, der aus einem einzigen Körper besteht, an dessen einem Ende ein erhöhter Teil (22) vorgesehen ist, auf den der Pumplaser (1) geschweißt ist, und an dessen anderem Ende ein V-förmiges Gehäuse vorgesehen ist, in dem der genannte erste Lichtleitfaserteil (12) untergebracht und befestigt ist, wobei zwischen dem genannte erhöhten Teil (22) und dem V-förmigen Gehäuse (23) eine Anzahl von Gehäusen vorgesehen ist, die geeignet sind, den genannten ersten Lichtleitfaserteil (2), den genannten aktiven Teil und den genannten zweiten fokussierenden Lichtleiter (6, 7) aufzunehmen (Fig. 2).

26. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Einzelstruktur innerhalb des Buchsenteils (40) eines Verbinders für optische Systeme plaziert ist, während ein Ende des zweiten Lichtleiterfaserteils (30) in dem Steckerteil (41) des genanten Verbinders angeordnet ist und das andere Ende optisch mit dem Pumplaser (1) gekoppelt ist, der auf einem im Innern eines Gehäusekörpers (42) untergebrachten Subträger (43) angeordnet ist.