DE69315949T2

DE69315949T2 - Optischer Halbleiterverstärker

Info

Publication number: DE69315949T2
Application number: DE69315949T
Authority: DE
Inventors: Tsutomu Aoyama
Original assignee: NEC Corp; Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1992-10-13
Filing date: 1993-10-11
Publication date: 1998-04-16
Anticipated expiration: 2013-10-12
Also published as: CA2108213C; CA2108213A1; EP0593237A2; DE69315949D1; EP0593237A3; EP0593237B1; US5414554A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG.

Die vorliegende Erfindung betrifft einen optischen Halbleiterverstärker zum direkten Verstärken eines optischen Signals auf einem Übertragungsweg, der in einem Kommunikationssystem mit einer optischen Faser enthalten ist.
Es ist üblich gewesen, bei einem Kommunikationssystem mit einer optischen Faser ein optisches Signal auf einem Übertragungsweg dadurch zu verstärken, daß das optische Signal in ein elektrisches Signal umgewandelt wird und dann das elektrische Signal wieder in ein optisches Signal zurückverwandelt wird. Das Problem bei diesem Verstärkungsverfahren besteht darin, daß man auf Hardware für die Signalumwandlung vom optischen zum elektrischen Signal und vom elektrischen zum optischen Signal nicht verzichten kann, was zu einem komplizierten und voluminösen Verstärker führt. Um dieses Problem zu beseitigen, ist ein optischer Halbleiterverstärker vorgeschlagen worden, der einen optischen GaAs- oder InP- Halbleiter zum direkten Verstärken von Licht verwendet, d.h., ohne dieses in Elektrizität umzuwandeln. Der optische Halbleiterverstärker weist ein optisches Verstärkermedium auf, das durch einen Halbleiter gebildet wird, der so klein ist wie eine Laserdiode und durch einen Injektionsstrom betrieben wird. Diese Art von Verstärker ist sehr klein und braucht nur ein einziges Treibersystem, obwohl er eine geringere Qualität hat als ein optischer Faserverstärker, der eine mit Erbium dotierte optische Faser verwendet, was Verstärkung und optischen Sättigungsausgang betrifft. Ein optisches Faserkommunikationssystem, das einen konventionellen optischen Halbleiterverstärker verwendet, bestimmt eine Verstärkung in Abhängigkeit vom Injektionsstrom, indem nur die Verstärkung des Verstärkers überwacht wird. Insbesondere verstärkt das System Licht, ohne daß das in den Halbleiterverstärker eingegebene und von demselben ausgegebene Licht überwacht wird. Als Ergebnis hiervon ist das Lichtausgangssignal vom Halbleiterverstärker nicht stabil, was bewirkt, daß der Empf angspegel an einer Empfangsstation über einen großen Bereich fluktuiert.
JP-A-56 162 554 offenbart einen optischen Verstärkungsrepeater, der erste und zweite Strahlenteiler, ein optisches Verstärkungselement, erste und zweite Fotodetektoren und einen Differenzverstärker aufweist. Der einfallende Strahl, der durch den ersten Strahlenteiler verzweigt wird, wird vom ersten Fotodetektor zum Differenzverstärker über einen Verstärker ausgegeben. Der Teil des Ausgangsstrahls, der durch den zweiten Strahlenteiler verzweigt wird, wird vom zweiten Fotodetektor zum Differenzverstärker ausgegeben. Die beiden Strahlen werden durch den Differenzverstärker überwacht, um die Verstärkung jederzeit konstant zu halten.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG.

Es ist daher eine Aufgabe der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, einen optischen Haibleiterverstärker zu schaffen, der die optische Verstärkung durch Überwachen des eingegebenen Lichtes und/oder des ausgegebenen Lichtes steuern kann.
Es ist eine andere Aufgabe der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, einen optischen Halbleiterverstärker zu schaffen, der einfach, sehr klein ist und außerdem für Schaltungsintegration geeignet ist.
Demgemäß wird durch die Erfindung ein optischer Halbleiterverstärker geschaffen, der aufweist:
erste optische Kopplungsmittel, die erste optische Verzweigungsmittel zum Teilen des Eingangslichtes in zwei Anteile einschließen;
optische Halbleiterverstärkungsmittel zum Verstärken eines der Eingangslichtanteile;
erste Fotodetektormittel zum Empfangen des anderen der Eingangslichtanteile und zum Erzeugen eines entsprechenden ersten elektrischen Signals;
zweite optische Kopplungsmittel einschließlich zweiter optischer Verzweigungsmittel zum Teilen des Lichtes, das durch das optische Halbleiterverstärker-Element verstärkt ist, in zwei Anteile;
zweite Fotodetektormittel zum Empfangen eines der verstärkten Lichtanteile und zum Erzeugen eines entsprechenden zweiten elektrischen Signals;
Rückkopplungs-Steuerschaltungsmittel zum Steuern eines Injektionsstroms zu den optischen Halbleiterverstärkungsmitteln als Reaktion auf die ersten und zweiten Signale, dadurch gekennzeichnet, daß er weiter aufweist
ein optisches Eingangs-Wellenleitermedium zum Zuführen von Eingangslicht,
ein optisches Ausgangs-Wellenleitermedium zum Empfangen des anderen der verstärkten Lichtanteile, wobei die optischen Halbleiterverstärkermittel zwischen den ersten Fotodetektormitteln und den zweiten Fotodetektormitteln Seite an Seite angeordnet sind, wobei die gegenüberstehenden Seitenoberflächen derselben parallel zur Fortpflanzungsrichtung des Anteils des Eingangslichtes sind, das auf die Verstärkermittel einfällt, und daß die ersten optischen Verzweigungsmittel zum Teilen des Eingangslichtes in zwei Anteile ein transparentes Gitter oder einen Y-Zweigteil des optischen Eingangs-Wellenleitermediums aufweisen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN.

Die obigen und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlicher werden, wobei die gesamte Beschreibung und alle Zeichnungen nur beispielhaft sind. Es zeigen:
Fig. 1 einen konventionellen optischen Halbleitervestärker;
Fig. 2 ein Halbleiter-Laserdiodenmodul;
Fig. 3 einen optischen Halbleiterverstärker in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen optischen Halbleiterverstärkers;
Fig. 5 eine Teilansicht in vergrößerter Ansicht eines Teils des Verstärkers von Fig. 4, wobei ein optisches Halbleiterverstärkungs-Element angebracht ist; und
Fig. 6 und Fig. 7 eine zweite bzw. dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Um die vorliegende Erfindung besser zu verstehen, soll kurz auf einen in Fig. 1 gezeigten konventionellen optischen Halbleiterverstärker Bezug genommen werden. Wie dies dargestellt ist, wird ein optisches Signal, das aus einer optischen Eingangsfaser 31 austritt, durch eine Linse 32 auf ein optisches Halbleiterverstärker-Element 33 fokussiert. Das optische Element 33 kann durch einen InP- oder GaAs-Halbleiter gebildet werden, der z.B. beschrieben wird in "High-gain, polarization-indpendent semiconductor optical amplifier with a large optical cavity and angled buried facets", 1990 Technical Digest of Optical Amplifiers and Their Applications (6.-8. August 1990), PdP 5-1 von S. Tsuji, T. Toyonaka, M. Haneda und Y. Ono. Das Verstärkerelement 33 wird durch Elektronenpopulationsinversion durch einen Injektionsstrom betrieben. Beim Empfangen des einfallenden Lichtes führt das Verstärkerelement 33 optische Verstärkung aufgrund von stimulierter Strahlung durch. Das verstärkte optische Signal wird durch eine Linse 34 zu einer optischen Ausgangsfaser 35 geleitet. Die Linse 32, das Verstärkerelement 33 und die Linse 34 und auch die Enden der optischen Fasern 31 und 35 sind in einem Gehäuse 36 untergebracht.
Fig. 2 zeigt einen Halbleiter-Laserdiodenmodul zum Umwandeln eines elektrischen Signals in ein optisches Signal, um dadurch Licht von einer optischen Faser auszugeben. Ein solcher Modul wird als elektrooptischer Signalwandler in einem optischen Faserkommunikationssystem in sehr großem Umfang benutzt. Wie dies gezeigt ist, ist der Halbleiter-Laserdiodenmodul aus einem Fotodetektor 41, einer Haibleiterlaserdiode 42, einer Linse 43, einer optischen Faser 44 und einem Gehäuse 45 aufgebaut. Die Laserdiode 42 oszilliert aufgrund von stimulierter Strahlung, die durch einen Injektionsstrom bewirkt wird, und aufgrund der Rückkopplung im Halbleiter. Licht, das aus dem vorderen Ende der Laserdiode 42 austritt, wird durch die Linse 43 gesammelt und optisch in die optische Faser 44 eingekoppelt. Andererseits fällt Licht, das aus dem hinteren Ende der Laserdiode 42 austritt, auf den Fotodetektor 41. Die Intensität des Lichts von der Laserdiode 42 hängt vom Wert des Injektionsstroms ab. Die Charakteristika der Lichtintensität in Abhängigkeit vom Stromwert ändern sich mit einer Änderung in den Umgebungsbedingungen und aufgrund von Alterung. Da die Intensität des Lichtausgangssignals von der Faser 44 konstant oder variabel gehalten wird, wird der Injektionsstrom dadurch gesteuert, daß die Intensität des Lichtes überwacht wird, das auf den Fotodetektor 41 fällt.
Indem ein optischer Verstärker auf dem Übertragungsweg eines optischen Faserkommunikationssystems als optischer Repeater angeordnet wird, ist es möglich, den Pegel eines optischen Signals zu verstärken, das aufgrund von Verlusten, die dem Weg eigentümlich sind, abgeschwächt ist, ohne dasselbe in ein elektrisches Signal umzuwandeln. Die Verstärkung des optischen Pegels des ausgegebenen Lichtes zu demjenigen des eingegebenen Lichtes wird durch den optischen Pegel des eingegebenen Lichtes und den Injektionsstrom bestimmt und beträgt allgemein 10-30 dB. Es ist notwendig, daß bei einem optischen Faserkommuniktionssystem der Pegel des Lichts, das von einem optischen Repeater ausgeht, konstant auch bei sich verändernden Umgebungsbedingungen und Alterung bleibt. Ein weiteres Erfordernis ist, daß der Lichtpegel für Systemsteuerung und/oder -kontrolle frei veränderlich sein muß. Da das optische Verstärkerelement eines optischen Verstärkers mit einem Ende dem Eingang und mit dem anderen Ende dem Ausgang zugeordnet ist, ist es unmöglich, das Ausgangslicht zu überwachen, indem Licht von einem Ende direkt mit einem Fotodetektor empfangen wird, wie man dies mit einem Halbleiter-Laserdiodenmodul machen würde. Es war üblich, Licht, das in ein optisches Verstärkerelement eingegeben wird, zu verstärken, ohne entweder den Pegel des eingegebenen Lichts oder denjenigen des ausgegebenen Lichts zu überwachen. Als Ergebnis ist aufgrund veränderlicher Umweltbedingungen und aufgrund von Alterung die Verstärkung nicht stabil, wodurch verhindert wird, daß der optische Ausgangspegel konstant bleibt.
In Fig. 3 ist die allgemeine Anordnung eines optischen Halbleiterverstärkers in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung gezeigt. Wie dies gezeigt ist, wird ein optisches Signal S1, das aus einem optischen Eingangs-Wellenleitermedium oder einer optischen Faser 1 austritt, in den optischen Koppler 3a eingegeben, der eine optische Verzweigungsschaltung 4 aufweist. Die optische Verzweigungsschaltung teilt das optisches Signal S1 in zwei optische Signale S2 und S3. Das Signal S2 wird einem Fotodetektor 7a zugeführt, der dann ein entsprechendes elektrisches Signal S1 erzeugt. Andererseits fällt das Signal S3 auf ein optisches Verstärkerelement 6, das durch einen Injektionsstrom S8 von einer Steuerschaltung betrieben worden ist. Als Ergebnis verstärkt das Verstärkerelement 6 das eingegebene optische Signal S3, um ein verstärktes optisches Signal S4 zu erzeugen. Dieses optische Signal S4 wird an einen optisches Koppler 3b angelegt. Im Koppler 3b teilt eine optische Verzweigungsschaltung 5 das eingegebene Signal S4 in optische Signale S5 und S6 auf. Das optische Signal S5 wird einem Fotodetektor 7b zugeführt. Wenn er das optische Signal S5 empfängt, erzeugt der Fotodetektor 7b eine entsprechendes elektrisches Signal S9. Das andere optische Signal S6 wird an ein optisches Ausgangs-Wellenleitermedium 2 oder eine optische Faser angelegt. Die elektrischen Signale S7 und S9 werden beide der Steuerschaltung 10 zugeführt. Die Steuerschaltung 10 vergleicht die elektrischen Signale S7 und S9, um die Verstärkung des Verstärkerelementes 6 zu berechnen, wodurch das optische Signal S6 mit dem passenden optischen Pegel versehen wird. Dann legt die Steuerschaltung 10 einen Injektionsstrom S8, der an die berechnete Verstärkung angepaßt ist, an das Verstärkerelement 6 an.
Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht, die eine erste Ausführungsform des optischen Halbleiterverstärkers der Erfindung zeigt. Fig. 5 ist eine vergrößerte Teilansicht eines Teils der Ausführungsform, wobei ein optisches Halbleiterelement angebracht ist. In Fig. 4 werden die optischen Fasern 1 und 2 jeweils als eine Einzelmodefaser mit einem Kerndurchmesser von 10 µm ausgebildet. Die Enden der Fasern 1 und 2 sind schräg auf 8º geschliffen und zusätzlich mit AR-Beschichtungen (Antireflexbeschichtungen) versehen, um so zu rückeinfallendes Reflektionslicht zu unterdrücken. Ein optisches Verstärkerelement 6 ist an der Oberseite eines Kühlkörpers 54 angebracht, der in der Mitte der oberen Oberfläche eines Fußes 55 angeordnet ist. Halbleiterfotodetektoren 7a und 7b zum Überwachen des Eingangslichtes und des Ausgangslichtes sind an beiden Seiten des Verstärkerelementes 6 angeordnet. Das Verstärkerelement 6 besteht aus einem InP-Halbleiter und hat eine Verstärkungswellenlänge von 1,3 µm. Die Fotodetektoren 7a und 7b bestehen aus einem GaInP-Halbleiter mit einem Lichtsempfangsdurchmesser von 80 µm. Das Verstärkerelement 6 ist 800 µm von jedem der Fotodetektoren 7a und 7b beabstandet.
Der optische Koppler 3a, der als eine Linse ausgebildet ist, koppelt die Faser 1 optisch mit dem Verstärkerelement 6. Die Linse 3a ist durch eine nichtsphärische Linse mit einem Durchmesser von 2 mm gebildet. Die Linse 3 hat eine numerische Apertur von 0,5, gemessen an ihrem Ende, das zum Verstärkerelement 6 gerichtet ist, und hat eine Bildverstärkung von ungefähr 1:5. Ein durchsichtiges Gitter oder Beugungsgitter 4 ist in die Linse 3 eingesetzt. Das Gitter 4 hat eine Primärbeugung von 20% zu einer Wellenlänge von 1,3 µm und einen Beugungswinkel von 15º.
Eine Linse 3b verbindet optisch das Verstärkerelement 6 mit dem optischen Ausgangsfilter 2. Die Linse 3b ist in ihrer Charakteristik identisch mit der Linse 3a und symmetrisch zur Linse 3a in bezug auf das Verstärkerelement 6. Ein Halbspiegel 5 vom Interferenzfilmtyp (nicht gezeigt) ist in die Linse 3b eingesetzt und hat eine Reflektivität von 1% bei einer Wellenlänge von 1,3 µm. Der Halbspiegel 5 ist ungefähr 7,5º zur optischen Achse geneigt und so positioniert, daß die Reflektion mit dem Fotodetektor 7b gekoppelt wird. Der Kopplungsverlust der Faser 1 und des Verstärkerelements 6 und der Kopplungsverlust des Verstärkerelements 6 und der Faser 2 betragen jeweils 4dB.
Da das primäre Beugungslicht vom Beugungsgitter 4 20% beträgt, fällt Licht, dessen Intensität ungefähr -7dB des Eingangslichtes ist, auf den Fotodetektor 7a. Andererseits fällt, da die Verstärkung des Verstärkerelements 6 18dB beträgt und die Reflektivität des Halbspiegels 5 1% beträgt (-20dB), Licht, dessen Intensität ungefähr -2dB des auf das Verstärkerelement 6 fallenden Lichtes ist, auf den Fotodetektor 7b. Der Hauptsignalverlust beträgt 10,5dB. Dieser schließt Beugungsgitterübertragungsverlust von 2dB (Einführungsverlust: 1dB + Verzweigungsverlust: 1dB), Eingangslinsenkopplungsverlust von 4dB, Halbspiegelübertragungsverlust von 0,5dB (Verzweigungsverlust ist vernachlässigbar) und Ausgangslinsenkopplungsverlust von 4dB ein.
Andererseits beträgt die Signalverstärkung durch das Verstärkerelement 6 18dB. Daher beträgt die Verstärkung des gesamten Verstärkers 7,5dB (Verstärkung vom Eingangsfilter zum Ausgangsfilter).
Die optischen Signale, die durch die Fotodetektoren 7a und 7b überwacht werden, werden in die elektrischen Signale S7 und S9 umgewandelt und dann an die Steuerschaltung 10 angelegt. Als Ergebnis überwacht die Steuerschaltung 10 die Eingangssignale S7 und S9, so daß die Intensität von Licht, das nicht verstärkt worden ist, und von Licht, das verstärkt worden ist, in einem vorbestimmten Verhältnis bleibt. Wenn dieses Verhältnis z. B. aufgrund einer Änderung der Umgebungstemperatur geändert wird, steuert die Steuerschaltung 10 den Injektionsstrom S8, um die vorbestimmte Verstärkung aufrechtzuerhalten.
Die Linsen 3a und 3b, das Gitter 4, der Halbspiegel 5, das Verstärkerelement 6, die Fotodetektoren 7a und 7b sind in einer einzigen Packung aufgenommen. Die Packung ist 14mm lang, 12mm breit und 6mm hoch und hat im wesentlichen dieselbe Größe wie ein optisches Verstärkerelement, das in sich keine Überwachungseinrichtungen aufweist.
Fig. 6 zeigt eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die als ein optischer Verstärker vom Fackel- der Hornstrahlertyp ausgebildet ist und vier optische Eingangsfasern und vier optische Ausgangsfasern aufweist. Ein optisches Verstärkerelement ähnlich demjenigen der ersten Ausführungsform ist mit jedem Paar von optischen Eingangs- und Ausgangsfasern verknüpft. Bei dieser Konstruktion kann Eingangslicht von einer optischen Eingangsfaser unabhängig von dem anderen eingegebenen Licht verstärkt werden. In Fig. 6 ist nur zum Zwecke der Deutlichkeit ein einziges optisches Verstärkerelement gezeigt, und eine Steuerschaltung ist nicht gezeigt.
Die optischen Eingangsfasern 11 und die optischen Ausgangsfasern 12 sind jeweils ausgeführt als eine Einzelmodefaser mit einem Modefelddurchmesser von 8µm. Ein optisches Halbleiterelement 19 weist ein einzelnes InP-Halbleitersubstrat und vier Gruppen von optischen Verstärkerelementen 16 und Fotodetektoren 17a und 17b auf, die monolithisch auf dem Substrat ausgebildet sind. In jeder Gruppe ist das Verstärkerelement 16 in der Mitte angeordnet, während die Fotodetektoren 17a und 17b an beiden Seiten vom Element 16 angeordnet sind und von demselben 125 µm beabstandet sind. Ein optisches Verbindungselement 13a ist zwischen der optischen Faser 11 und dem Verstärkerelement 16 und den Fotodetektoren 17a und 17b angeordnet und durch eine Linse 20a und ein Beugungsgitter 14 gebildet. Das Gitter 14 beugt ungefähr 20% eines optischen Signals Sil, das von der Faser 11 einfällt. Das resultierende Beugungslichtsignal S12 wird in den Fotodetektor 17a eingekoppelt, um überwacht zu werden. Der andere Teil S13 des optischen Signals S11 wird direkt in das Verstärkerelement 16 eingekoppelt. Das Verstärkerelement 16 verstärkt das Eingangssignal S13, um ein verstärktes optisches Signal S14 zu erzeugen. Optische Kopplungsmittel sind zwischen dem Verstärkerelement 16 und der optischen Faser 12 angeordnet und werden ebenfalls durch eine Linse 20b und einen Halbspiegel 15 gebildet, dessen Reflektivität 5% beträgt. ungefähr 1% des verstärkten optischen Signals S14 wird durch den Halbspiegel reflektiert, um ein optisches Signal S15 zu erzeugen. Dieses Signal S15 wird durch den Fotodetektor 17b überwacht. Licht, das durch den Halbspiegel 15 hindurch übertragen wird, d. h. ein optisches Signal S16, wird in die Faser 12 ausgegeben.
Bei der zweiten Ausführungsform sind wie bei der ersten Ausführungsform die optischen Fasern 11 und 12, die optischen Koppler 13a und 13b, die Verstärkerelemente 16 und die Fotodetektoren 17a und 17b (Halbleiterelement 19) in derselben Ebene angeordnet. Eine Steuerschaltung vergleicht die elektrischen Ausgangssignale der Fotodetektoren 17a und 17b und steuert so den Injektionsstrom zum Verstärkerelement 16, um dessen Verstärkung konstant zu halten. Die illustrative Ausführungsform wird als ein optischer Verstärker vom Reihenoder Matrixtyp ausgeführt, bei dem vier Verstärker, die jeweils eine optische Verstärkungsfunktion haben, parallel angeordnet sind. Die vier optischen Verstärker sind in einem einzigen Gehäuse 18 untergebracht. Die optischen Halbleiterelemente 19 werden durch einen Halbleiter gebildet, der die vier Gruppen von Verstärkerelementen 16 und Fotodetektoren 17a und 17b, d. h. zwölf Elemente aufweist, die monolithisch auf einem einzigen Substrat ausgebildet sind.
Bei der ersten oder zweiten oben beschriebenen Ausführungsform kann die Überwachungseinrichtung für das optische Signal, das auf der Eingangsseite angeordnet ist und das Beugungsgitter 14 und den Fotodetektor 17a aufweist, falls gewünscht, weggelassen werden.
Es soll nun unter Bezugnahme auf Fig. 7 eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben werden. Wie dies gezeigt ist, sind ein optisches Verstärkerelement 26 und Fotodetektoren 27a und 27b monolithisch auf einem einzigen InP-Halbleitersubstrat wie bei der zweiten Ausführungsform ausgebildet. Insbesondere sind diese Elemente an dem Zentrum eines Lithiumsubstrats 28 angebracht. Optische Wellenleiter 29a und 29b aus Siliciumdioxid sind auf der Oberfläche des Siliciumsubstrats 28 ausgebildet, um in gegenüberliegende Enden des Verstärkerelements 26 einzumünden. Die optischen Wellenleiter 29a und 29b aus Siliciumdioxid sind durch CVD (chemical vapor deposition, chemische Dampfablagerung) gebildet und aus einer unteren Mantelschicht und einer oberen Mantelschicht, die jeweils 10µm dick sind, und einen 9µm dicken und 9µm breiten Kern hergestellt. Der optische Eingangswellenleiter 29a weist einen Y-Verzweigungsteil 24a mit einem Verzweigungswinkel von ungefähr 20 auf. Das Verzweigungsverhältnis des Y-Verzweigungsteils 29a beträgt 9:1; ein Zweig ist mit dem Verstärkerelement 26 verbunden, während der andere Zweig mit dem Phototdetektor 27a verbunden ist. Der optische Ausgangswellenleiter 29b weist ebenfalls einen Y-Verzweigungsteil 24b auf. Ein Halbspiegel 25 ist in einer Nut aufgenommen, die im Y-Verzweigungsteil 24b ausgebildet ist. Der Halbspiegel 25 läßt 99% des einfallenden Lichts durch, während er 1% zum Fotodetektor 27b reflektiert. Außerdem sind Nuten 30a und 30b, die jeweils einen V-förmigen Querschnitt haben, an gegenüberliegenden Enden des Siliciumsubstrats 28 durch chemisches Ätzen ausgebildet. Eine optische Eingangsfaser 21 und eine optische Ausgangsfaser 22 sind in den Nuten 30a bzw. 30b aufgenommen. Die Nuten 30a und 30b sind mit den optischen Wellenleitern 29a bzw. 29b verbunden.
Die optischen Signale, die durch die Fotodetektoren 27a und 27b überwacht werden, werden in entsprechende elektrische Signale umgewandelt und dann zu einer Steuerschaltung 31 gesandt. Als Reaktion steuert die Steuerschaltung 31 den Injektionsstrom zum Verstärkerelement 26, um so dessen Verstärkung wie bei der ersten Ausführungsform konstant zu halten. In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung können ein optisches Verstärkerelement und die Fotodetektoren auf einem Wellenleitersubstrat angeordnet werden und auf einem einzigen Substrat mit einem optischen Koppler gepackt werden, der durch optische Wellenleiter mit Y-Verzweigungen wie oben angegeben gebildet ist.
Zusammengefaßt wird man einsehen, daß durch die vorliegende Erfindung ein optischer Halbleiterverstärker geschaffen wird, der konstant Eingangs- und Ausgangslicht überwachen kann und daher ein optisches Verstärkerelement desselben aufgrund von Rückkopplung steuern kann. Dies stellt einen stabilen optischen Pegel trotz sich verändernden Umwelt und Alter sicher.
Verschiedene Abwandlungen werden für den Fachmann möglich werden, nachdem er von der Lehre der vorliegenden Offenbarung Kenntnis genommen hat, ohne vom Bereich derselben abzuweichen, wie er in den beigefügten Ansprüchen definiert ist.

Claims

1. Optischer Halbleiterverstärker, der aufweist:

erste optische Kopplungsmittel (3a) einschließlich optischer Verzweigungsmittel (4) zum Teilen des Eingangslichtes in zwei Anteile;

optische Halbleiterverstärkermittel (6) zum Verstärken eines der Eingangslichtanteile;

erste Fotodetektormittel (7a) zum Empfangen des anderen der Eingangslichtanteile und zum Erzeugen eines entsprechenden ersten elektrischen Signals;

zweite optische Kopplungsmittel (3b) einschließlich zweiter optischer Verzweigungsmittel (5) zum Teilen des Lichtes, das durch das optische Halbleiterverstärker-Element verstärkt ist, in zwei Anteile;

zweite Fotodetektormittel (7b) zum Empfangen eines der verstärkten Lichtanteile und zum Erzeugen eines zweiten elektrischen Signals;

Rückkopplungs-Steuerschaltungsmittel (10) zum Steuern eines Injektionsstroms zu den optischen Halbleiterverstärkermitteln als Reaktion auf die ersten und zweiten Signale,

dadurch gekennzeichnet, daß er auch aufweist:

ein optisches Eingangs-Wellenleitermedium (1) zum Zuführen von Eingangslicht;

ein optisches Ausgangs-Wellenleitermedium (2) zum Empfangen des anderen der verstärkten Lichtanteile,

wobei die optischen Halbleiterverstärkermittel (6) zwischen den ersten Fotodetektormitteln (7a) und den zweiten Fotodetektormitteln (7b) Seite an Seite miteinander angeordnet sind, wobei die gegenüberliegenden Seitenoberflächen derselben parallel zur Fortpflanzungsrichtung des Anteils des Eingangslichtes sind, das in die Verstärkermittel (6) einfällt, und daß die ersten optischen Verzweigungsmittel (4) zum Teilen des Eingangslichts in zwei Anteile ein transparentes Gitter oder einen Y-Zweigteil des optischen Eingangs-Wellenleitermediums aufweisen.

2. Verstärker nach Anspruch 1, bei dem die zweiten optischen Verzweigungsmittel (5) einen Halbspiegel aufweisen.

3. Verstärker nach einem vorangehenden Anspruch, bei dem eine Vielzahl von Anordnungen, die jeweils das optische Eingangs-Wellenleitermedium (1), die ersten und zweiten optischen Kopplungsmittel (3a, 3b), das optische Halbleiterverstärker-Element (6) und den optischen Ausgangs- Wellenleiter (2) aufweisen, parallel angeordnet ist.

4. Verstärker nach einem vorangehenden Anspruch, bei dem die ersten und zweiten optischen Kopplungsmittel (3a, 3b) und die ersten und zweiten optischen Verzweigungsmittel (4, 5) desselben durch optische Wellenleiter gebildet sind, die auf einem einzigen Substrat (28) angeordnet sind; wobei das optische Halbleiter-Verstärkerelement (26) und die ersten und zweiten Fotodetektoren (27a, 27b) auf dem einzigen Substrat (28) angeordnet sind.

5. Verstärker nach einem vorangehenden Anspruch, bei dem wenigstens eines des optischen Eingangs-Wellenleitermediums (1) und des optischen Ausgangs-Wellenleitermediums (2) eine optische Faser aufweist.

6. Verstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem wenigstens eines des optischen Eingangs-Wellenleitermediums (1) und des optischen Ausgangs-Wellenleitermediums (2) einen optischen Wellenleiter (29a, 29b) aufweist, der auf einem Substrat ausgebildet ist.

7. Verstärker nach Anspruch 1, bei dem das optische Eingangs-Wellenleitermedium (1) und das optische Ausgangs- Wellenleitermedium (2) optische Wellenleiter (29a, 29b) aufweisen, die auf einem einzigen Substrat ausgebildet sind;

wobei die optischen Kopplungsmittel (24a), das optische Halbleiterverstärker-Element (26), der erste Fotodetektor (27a), die zweiten optischen Kopplungsmittel (24b) und der zweite Fotodetektor (27b) auf dem Substrat (28) vorgesehen sind.

8. Verstärker nach Anspruch 7, bei dem das Substrat (28) ein Siliciumsubstrat aufweist, wobei die optischen Wellenleiter (29a, 29b) einen Kern aufweisen, der aus Siliciumdioxid hergestellt ist, das auf das Substrat aufgebracht ist.

9. Verstärker nach Anspruch 7 oder 8, bei dem die ersten optischen Verzweigungsmittel (3a) einen optischen Wellenleiter aufweisen, der auf dem Substrat ausgebildet ist und einen Y-Zweigteil (24a) aufweist.

10. Verstärker nach Anspruch 8, 9 oder 10, bei dem das optische Verzweigungsmittel (3b) einen optischen Wellenleiter aufweist, der auf dem Substrat ausgebildet ist und einen Y-Zweigteil (24b) und einen Halbspiegel aufweist, der an dem Y-Zweigteil (24b) angeordnet ist.

11. Verstärker nach Anspruch 6, bei dem der optische Eingangs-Wellenleiter (29a) und der optische Ausgangs- Wellenleiter (29b) optisch mit einer optischen Eingangsfaser (21) und einer optischen Ausgangsfaser (22) gekoppelt sind, die außerhalb des optischen Halbleiterverstärkers (26) angeordnet sind.

12. Verstärker nach Anspruch 11, bei dem die optische Eingangsfaser (21) und die optische Ausgangsfaser (22) jeweils in einer Nut (30a, 30b) aufgenommen sind, die in dem Substrat ausgebildet ist.

13. Verstärker nach Anspruch 6, bei dem die Rückkopplungs- Steuerschaltung (31) auf dem Substrat ausgebildet ist.