DE69708207T2

DE69708207T2 - Vorrichtung zur Umformung von kurzen optischen Pulsen

Info

Publication number: DE69708207T2
Application number: DE69708207T
Authority: DE
Inventors: Yuichi Matsushima; Munefumi Tsurusawa; Masashi Usami
Original assignee: Kokusai Denshin Denwa KK
Current assignee: KDDI Corp
Priority date: 1996-06-05
Filing date: 1997-06-04
Publication date: 2002-06-27
Anticipated expiration: 2017-06-05
Also published as: EP0812041B1; JPH09326528A; US5912911A; EP0812041A3; EP0812041A2; DE69708207D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Umformung und Reduzierung von Rauschen bei kurzen optischen Impulsen, die in optischen Übertragungssystemen, optischen Schaltsystemen usw. verwendet wird.
Sättigungsabsorptionselemente, die einen optischen Absorptionssättigungseffekt eines Halbleiters nutzen, können zum Umformen und zur Rauschreduzierung von optischen Kurzimpulsen verwendet werden. Der optische Absorptionssättigungseffekt eines Halbleiters ist bekannt als eine Eigenschaft, bei der, im Fall, wo ein optisches Signal einer Energie nahe seiner Bandlückenenergie in den Halbleiter eingebracht wird, sein Absorptionskoeffizient nichtlinear abnimmt, während seine Durchlässigkeit nichtlinear zunimmt, wenn die Intensität des eingebrachten Lichts zunimmt. Dieser Absorptionssättigungseffekt wird durch einen Bandfülleffekt bewirkt, in dem durch Lichtabsorption gebildete Elektronen-Loch- Paare eine Zustandsbesetzungswahrscheinlichkeit in einem Band anhebt, so dass ein Absorptionsende zu einer höheren Energieseite verschoben wird. Dementsprechend absorbiert das Sättigungsabsorptionselement schwaches Rauschen, wenn die Intensität des optischen Eingabeimpulses geringer ist als ein Schwellenwert, lässt aber optische Impulse einer Intensität über dem Schwellenwert passieren. Wegen eines solchen Vorgangs kann das Sättigungsabsorptionselement verwendet werden, um optische Kurzimpulse umzuformen oder Rauschen daraus zu reduzieren.
In einem Zeitdiagramm des Durchtritts eines optischen Kurzimpulses in einem Halbleitersättigungsabsorptionselement ist ein ausreichend schnelles Ansprechen in der Grössenordnung von Picosekunden bei einem Anstiegspunkt des optischen Kurzimpulses zu sehen, wenn ein Absorptionskoeffizient in Abhängigkeit von der Absorption eines einfallenden Lichts abnimmt. Jedoch ist bei einem Abfallzeitpunkt des optischen Kurzimpulses, wenn eine Intensität des eingebrachten Impulses abnimmt, eine nötige Erholungszeit für einen normalen Absorptionskoeffizienten eine Zeit von ungefähr der Trägerlebensdauer (Elektron oder Loch) in der Grössenordnung von Nanosekunden. Dies ist schematisch in Fig. 6 der begleitenden Zeichnungen gezeigt. Fig. 6(a) zeigt ein Zeitdiagramm der Intensität eines optischen Impulses und Fig. 6(b) ein Zeitdiagramm des Absorptionskoeffizienten eines Sättigungsabsorptionselements, das in einer früheren Anmeldung der Erfinder dieser Anmeldung enthalten ist. Aus den oben genannten Gründen ist es mit dem Sättigungsabsorptionselement unmöglich, Rauschen vollständig zu eliminieren oder optische Impulse mit kürzeren Impulsbreiten als die Trägerlebensdauer umzuformen. Herkömmliche Ansätze zum Verkürzen der Trägerlebensdauer in einem Sättigungsabsorptionselement sind beispielsweise ein Verfahren zum Einbringen von Fremdstoffen, Defekten oder dergleichen in die Absorptionsschicht, ein Verfahren zum Extrahieren von Trägern aus einem Sättigungsabsorptionselement durch Aufbringen einer Sperrvorspannung auf seine p-n-Sperrschicht und ein Verfahren zum Extrahieren von Trägern, die in der Absorptionsregion gebildet sind, durch Nutzung des Tunneleffekts. Bisher wurde noch kein Halbleitersättigungsabsorptionselement implementiert, das in der Lage ist, ausreichend auf optische Kurzimpulse in der Grössenordnung von Picosekunden anzusprechen.
Wie oben erwähnt, weisen Vorrichtungen, die ein solches Sättigungsabsorptionselement verwenden, den Nachteil auf, dass die zur Rückgewinnung eines normalen Absorptionskoeffizienten nötige Zeit durch eine Trägerlebensdauer begrenzt ist. Es ist daher unmöglich, mit einem solchen Sättigungsabsorptionselement bei optischen Kurzimpulsen mit kürzeren Impulsbreiten als die Trägerlebensdauer Rauschen vollständig zu eliminieren oder sie umzuformen.
JP 03056944 offenbart einen optischen Verstärker, bei dem eine kurze (Picosekunden) Verstärkungsrelaxationskonstante gewünscht ist. Ein Laserverstärker wirkt als Verstärkungsmedium und es wird ein separater optischer Resonator verwendet.
JP 01143382 offenbart einen optischen Halbleiterlaserverstärker mit Verstärkungssteuerung, so dass eine konstante Verstärkung über unterschiedliche Eingabelichtintensität erreicht wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Vorrichtung zu Umformung von optischen Kurzimpulsen zur Verfügung zu stellen, die in der Lage ist, bei optischen Eingabeimpulsen mit einer Impulsbreite in der Grössenordnung von Picosekunden, die kürzer ist als die Lebensdauer eines Trägers, effektiv Rauschen zu reduzieren oder sie umzuformen.
Gemäss der vorliegenden Erfindung wie sie in Anspruch 1 definiert ist, wird eine optische Vorrichtung zur Verfügung gestellt umfassend:
ein Halbleiterlaserelement,
Mittel zum Einbringen eines elektrischen Stroms in das Halbleiterlaserelement, um einen Oszillationszustand des Halbleiterlaserelements zu erhalten,
Mittel zum Einbringen von optischen Eingabekurzimpulsen in das Halbleiterlaserelement, und Mittel zum Herausnehmen von optischen Kurzimpulsen, die das Halbleiterlaserelement anregen, worin: das Halbleiterlaserelement bei mindestens einer Wellenlänge oszilliert, die im wesentlichen der Spitze der Elektronenverteilung im Leitungsband der aktiven Schicht entspricht und einen effektiven Absorptionskoeffizienten für die optischen Eingabekurzimpulse aufweist, die optischen Eingabekurzimpulse eine Impulsbreite von weniger als einer Trägerlebensdauer in der aktiven Schicht des Halbleiterlaserelements aufweisen, eine Intensität hoch genug, um in der aktiven Schicht des Halbleiterlaserelements ein Spektrallochbrennen zu bewirken und eine Wellenlänge kürzer als die Oszillationswellenlänge des Laserelements, wobei die optischen Kurzimpulse, die das Halbleiterlaserelement anregen, die genannten optischen Eingabekurzimpulse sind, die bei ihrer Übertragung durch das Laserelement umgeformt werden und deren Rauschkomponenten ausreichend absorbiert werden.
Mit der vorliegende Erfindung ist es beabsichtigt, die Absorptionserholungszeit des Sättigungsabsorptionselements der früheren Anmeldung zu verkürzen, die durch die Trägerlebensdauer begrenzt ist, um bei optischen Kurzimpulsen mit Impulsbreiten in der Grössenordnung von Picosekunden effektiv Rauschen zu reduzieren und sie umzuformen. Ein wichtiges Merkmal der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung eines oszillierenden Halbleiterlasers als Sättigungsabsorptionselement.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun als Beispiel mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
Fig. 1 schematisch zeigt: (a) ein Zeitdiagramm einer Lichtintensität eines optischen Signalimpulses, der in eine optische Kurzimpulsumformvorrichtung eingebracht wird unter Verwendung eines Halbleiterlaserelements einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und (b) ein Zeitdiagramm eines Absorptionskoeffizienten des Halbleiterlaserelements für den optischen Signalimpuls,
Fig. 2 schematisch in zeitlicher Folge die Energieverteilung eines Elektrons in einem Leitungsband in einer aktiven Schicht des Halbleiterlaserelements einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, wenn ein optischer Signalimpuls darin eingebracht wurde,
Fig. 3 schematisch Ausgabesignalwellenformen aus einem herkömmlichen Sättigungsabsorptionselement und der Vorrichtung zum Umformen von optischen Kurzimpulsen einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, die das Halbleiterlaserelement verwendet, wenn Signale mit überlagertem Rauschen darauf aufgebracht wurden,
Fig. 4 stellt in Blockform eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar,
Fig. 5 stellt in Blockform eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar, und
Fig. 6 zeigt: (a) ein Zeitdiagramm der Lichtintensität des in das herkömmliche Sättigungsabsorptionselement eingebrachten Signalimpulses und (b) ein Zeitdiagramm des Absorptionskoeffizienten des Elements. Zuerst werden die Prinzipien der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Fig. 1(a) ist ein Graph, der schematisch ein Zeitdiagramm einer Intensität eines optischen Signalimpulses zeigt, der in ein in der vorliegenden Erfindung verwendetes Halbleiterlaserelement eingebracht wurde, und
Fig. 1(b) ist auch ein Graph, der schematisch ein Zeitdiagramm eines Absorptionskoeffizienten des Halbleiterlaserelements zeigt.
In Fig. 2 ist schematisch in zeitlicher Folge die Energieverteilung eines Elektrons in einem Leitungsband in einer aktiven Schicht des oszillierenden Halbleiterlaserelements gezeigt, in das ein optischer Signalimpuls eingebracht wurde.
In den Fig. 1 und 2 bezeichnet das Bezugszeichen (A) einen Zustand (d. h. Beharrungszustand) vor dem Aufbringen des optischen Signalimpulses, (B) einen Zustand zum Zeitpunkt des Einbringens des optischen Signalimpulses, (C) einen Zustand unmittelbar anschliessend an den Abfall des optischen Signalimpulses, und (C) einen Zustand nach Beenden des Aufbringens des optischen Signalimpulses. Fig. 2(A) ist ein Diagramm, das die Elektronenverteilung im Leitungsband im Beharrungszustand vor dem Aufbringen des optischen Signalimpulses zeigt; das Halbleiterlaserelement oszilliert bei einer Wellenlänge, die der Spitze der Elektronenverteilung entspricht und weist einen ausreichenden Absorptionskoeffizienten für optische Eingabesignalimpulse mit kürzeren Wellenlängen als der Oszillationswellenlänge des Laserelements auf [Fig. 1(b) bis (A)]. Danach wird der optische Signalimpuls, wenn er in das Halbleiterlaserelement eingebracht ist, in der aktiven Schicht absorbiert, so dass die Elektronendichte einer Energie, die dem optischen Signalimpuls entspricht, abrupt ansteigt und der Absorptionskoeffizient abrupt absinkt [Fig. 1(b) bis (B)]. Dieses Phänomen wird als "Spektrallochbrennen" bezeichnet, das als Folge eines Übergangs im Band (intraband transition) zu einer Verteilung des thermischen Gleichgewichtszustands innerhalb eines Zeitraums in der Grössenordnung von 100 Femtosekunden relaxiert wie es in Fig. 2(C) gezeigt ist. Die Trägerdichte dieses Augenblicks ist im Vergleich zur Trägerdichte vor dem Einbringen des optischen Eingabesignalimpulses im erhöhten Zustand gehalten, während der Absorptionskoeffizient auch im abgesenkten Zustand gehalten ist. Die auf diese Weise erhöhten Träger werden durch eine stimulierte Emission, die von der Oszillation des Laserelements resultiert, augenblicklich in Licht umgewandelt, wobei wiederum der Beharrungszustand auftritt (Fig. 2 (D, A)]. Eine Trägerlebensdauer in der Grössenordnung von 100 Femtosekunden ist nötig, um die Trägerdichte des erhöhten Zustands auf die stationäre Trägerdichte vor dem Einbringen des optischen Eingabesignalimpulses zu relaxieren. Auf diese Weise wirkt das Halbleiterlaserelement als Sättigungsabsorptionselement für optische Signalimpulse und erreicht eine Erholung der Absorptionsfähigkeit mit einer Geschwindigkeit, die auf der stimulierten Emission und der Relaxation im Band beruht.
Wie oben beschrieben weist das herkömmliche Sättigungsabsorptionselement einen Nachteil auf, dass, nachdem das Element seinen Absorptionssättigungszustand erreicht hat, die Trägerlebensdauer eine Begrenzung der für die Erholung der ursprünglichen Absorptionsfähigkeit nötigen Zeit bedingt, aber gemäss der vorliegenden Erfindung kann die Absorptionserholungszeit kürzer als die Trägerlebenszeit sein. Daher erlaubt die vorliegende Erfindung eine effektive Rauschminderung oder Umformung von optischen Signalimpulsen mit Impulsbreiten in der Grössenordnung von Picosekunden.
Die obigen Ausführungen haben die Prinzipien der vorliegenden Erfindung und die Unterschiede zwischen der vorliegenden Erfindung und dem Stand der Technik klar beschrieben.
Wie oben angegeben ist es gemäss der vorliegenden Erfindung möglich, bei optischen Kurzimpulsen effektiv Rauschen zu reduzieren oder sie umzuformen, deren Impulsbreiten in der Grössenordnung von Picosekunden liegen. Dies ist schematisch in Fig. 3 dargestellt. Fig. 3(a) zeigt eine vorliegende Eingabesignalwellenform mit überlagertem Rauschen auf dem optischen Signalimpuls. Fig. 3(b) zeigt eine optische Ausgabewellenform aus einem herkömmlichen Sättigungsabsorptionselement; Rauschen wird vor dem Einbringen des optischen Signalimpulses eliminiert, da aber der Absorptionskoeffizient sich nicht unmittelbar auf seinen normalen Wert erholt, kann nach dem Aufbringen des optischen Signalimpulses kein Rauschen entfernt werden. Fig. 3(C) zeigt einen optischen Signalimpuls, der aus dem Ausgabelicht des oszillierenden Halbleiterlasers extrahiert ist, in den ein optischer Signalimpuls einer kürzeren Wellenlänge als das Oszillationslicht erfindungsgemäss eingebracht wurde; in diesem Fall wird Rauschen am vorderen und hinteren Teil des Impulses vollständig eliminiert. Rauschen am unteren Teil des optischen Signalimpulses wird auch absorbiert, so dass der Impuls im wesentlichen vollständig umgeformt werden kann. In diesem Fall dient das Halbleiterlaserelement als Sättigungsabsorptionselement.

Ausführungsform 1

Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend ausführlich beschrieben. Fig. 4 stellt ein Blockdiagramm dar, das schematisch die Vorrichtung zum Umformen von optischen Impulsen gemäss einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Ein Halbleiterlaserelement 11 ist ein Element vom Wellenleitertyp, dessen aktive Schicht durch zahlreiche Quantenmulden aus InGaAs/InGaAsP in 10 Schichten gebildet ist und eine Elementlänge von 200 um aufweist. Ein Strom von 8 mA, der etwas grösser ist als ein Schwellenwertstrom (7 mA) wird von einer Gleichstromquelle dem Halbleiterlaserelement 11 zugeführt, um es im Oszillationszustand zu halten. Das Laseroszillationsausgabelicht besitzt eine Wellenlänge von 1,59 um und eine Spektralbreite von 20 nm bei einer Ableitung von 20 dB vom Spitzenwert und beträgt -5 dBm an jedem Emissionsende des Laserelements. Ein optischer Eingabesignalimpuls 1 wird in das Halbleiterlaserelement 11 über einen Isolator 13 und eine Faser 14 mit halbkugelförmigem Ende zur Kopplung eingebracht. Der optische Signalimpuls 1 ist eine optische Solitonwelle (0 dBm), die eine Wellenlänge von 1,55 um, eine Bitrate von 10 Gbps und eine Impulsbreite von 20 ps aufweist. In der Praxis ist dem optischen Eingabesignalimpuls 1 ein Rauschen überlagert und der Rauschpegel beträgt -15 dB im Vergleich zum Spitzenwert des optischen Signalimpulses. Das aus dem Halbleiterlaserelement 11 emittierte Ausgabelicht 2 ist eine Addition des Laseroszillationslichts und des überlagerten optischen Signalimpulses, aber das Ausgabelicht geht in einen Bandpassfilter 16, der nur den Durchtritt des optischen Signalimpulses erlaubt, so dass ein optischer Ausgabesignalimpuls 3 erhalten wird.
Zurück zu Fig. 1(a) wird beschrieben, wie der Absorptionskoeffizient (Durchlässigkeit) des Halbleiterlaserelements für den optischen Eingabesignalimpuls sich mit der Zeit ändert. Zunächst, im Beharrungszustand (A) vor dem Einbringen eines optischen Signalimpulses, absorbiert das Halbleiterlaserelement 11 einem optischen Signalimpuls mit einer kürzeren Wellenlänge als das Laseroszillationslicht überlagerte schwache Rauschkomponenten ausreichend. Dies ist die Rauschreduzierungsfunktion des Halbleiterlaserelements. Danach, wenn die Lichtintensität des optischen Eingabesignalimpulses an seinem Anstiegspunkt (B) zunimmt, verringert sich der Absorptionskoeffizient des Halbleiterlaserelements 11 für den optischen Signalimpuls, was den Durchtritt des optischen Signalimpulses durch das Halbleiterlaserelement 11 erlaubt. Zu diesem Zeitpunkt wird Rauschen am unteren Teil des optischen Signalimpulses mit geringer Lichtintensität im Halbleiterlaserelement 11 ausreichend absorbiert, so dass der Übertragungsimpuls schärfer ansteigt als der Eingabeimpuls. Dies ist die Umformfunktion des Halbleiterlaserelements. Unmittelbar nach dem Abfall des optischen Impulses (C) bleibt der Absorptionskoeffizient des Halbleiterlaserelements 11 nach Erreichen des Absorptionssättigungszustands gering, was den Durchtritt der Abfallflanke des Impulses durch das Laserelement ermöglicht. Nach diesem (D), nehmen die verbleibenden unabsorbierten Träger abrupt ab, bedingt durch eine stimulierte Emission durch die Laseroszillation, so dass der normale Absorptionskoeffizient zurückgewonnen wird. Als Folge davon werden die dem optischen Signalimpuls überlagerten Rauschkomponenten wieder im Halbleiterlaserelement absorbiert. Das Halbleiterlaserelement 11 ergibt, als optischen Ausgabeimpuls 2, den umgeformten optischen Signalimpuls und den Oszillationsausgabeimpuls, und der optische Ausgabeimpuls wird dem Bandpassfilter 16 zugeführt, um den optischen Signalimpuls allein auszuwählen. Ein schliesslich erhaltener optischer Ausgabesignalimpuls 3 ist ein optischer Signalimpuls ohne Oszillationsausgabekomponenten. Der Rauschpegel beträgt -22 dB im Vergleich zum Spitzenwert des optischen Signalimpulses -7 dB im Vergleich zum Rauschpegel des optischen Eingabesignalimpulses.
Mit der vorliegenden Erfindung Liegt die Erholungszeit eines Absorptionskoeffizienten des Sättigungsabsorptionselements in der Grössenordnung von Picosekunden und erlaubt damit eine effektive Reduzierung des Rauschens oder Umformen von optischen Signalimpulsen mit Impulsbreiten in der Grössenordnung von Picosekunden.

Ausführungsform 2

Fig. 5 stellt in Blockform die Vorrichtung zum Umformen von optischen Impulsen gemäss einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Ein Halbleiterlaserelement 17 ist vom Oberflächenlichtemissionstyp und seine aktive Schicht ist durch zahlreiche Quantenmulden in Schichten aus InGaAs/InGaAsP gebildet. Ein Strom von 21 mA, etwas grösser als ein Schwellenstrom von 20 mA, wird von einer Gleichstromquelle 12 dem Halbleiterlaserelement 17 zugeführt, um seinen Oszillationszustand zu halten. Das Laseroszillationsausgabelicht besitzt eine Wellenlänge von 1,59 um und eine Spektralbreite von 20 nm bei einer Ableitung von 20 dB vom Spitzenwert und einer Ausgabe von -5 dBm am Emissionsende des Laserelements. Der optische Eingabesignalimpuls 1 ist derselbe wie der in der ersten Ausführungsform verwendete. Der optische Signalimpuls wird von einer Linse 18 fokussiert und wird dann schräg in das Halbleiterlaserelement 11 eingebracht, um Interferenz mit dem optischen Weg des Oszillationslichts (rechtwinklig zum Element) zu vermeiden. Da in diesem Fall der optische Ausgabesignalimpuls 4 auch in eine Richtung emittiert wird, die mit dem Oszillationslicht nicht interferiert, besteht keine Notwendigkeit, nur den optischen Signalimpuls mittels eines Bandpassfilters auszuwählen wie in Ausführungsform 1. Ein Merkmal des Oberflächenlichtemissionselements ist gekennzeichnet durch "Polarisationsunabhängigkeit". Die Betriebsweise und der Effekt dieser Ausführungsform sind dieselben wie bei der ersten Ausführungsform.
Während im obigen die aktive Schicht des Halbleiterlaserelements so beschrieben wurde, dass sie eine gewöhnliche multiple Quantenmuldenkonfiguration aufweist, ist die vorliegende Erfindung nicht spezifisch auf eine solche Halbleiterlaserstruktur beschränkt, sondern ist auf viele Arten von Halbleiterlaserelementen anwendbar, wie solche mit aktiven Schichten aus einer gespannten Quantenmuldenstruktur, in der zahlreiche Quantenmulden Zugspannungen aufweisen, um dieselbe Verstärkung für TE- und TM-polarisierte Wellen zu erreichen, eine Quantenmuldenstruktur, in der Quantenmulden abwechselnd mit ihren unterschiedlichen Dickenwerten laminiert sind und eine Quantenmuldenstruktur geringer Dimension unter Verwendung eines Quantenmuldendrahts oder einer Quantenmuldenbox.
Obwohl die vorliegende Erfindung so beschrieben wurde, dass sie ein Halbleiterlaserelement verwendet, das bei einer einzigen Wellenlänge oszilliert, ist es auch möglich, ein Halbleiterlaserelement zu verwenden, das bei einer Vielzahl von Wellenlängen oszilliert. In einem solchen Fall ist es nötig, Mittel zum Einbringen optischer Signalimpulse einer kürzeren Wellenlänge als die kürzeste des Oszillationslichts des Halbleiterlaserelements in das Halbleiterlaserelement einzusetzen.
Die oben beschriebene Umformfunktion kann weiter stabilisiert werden durch Verwendung optischer Signalimpulse mit Wellenlängen von 0,01 um bis 0,06 um (oder 0,08 um) weniger als die des Oszillationslichts des Halbleiterlaserelements.
Ausserdem wurde das Halbleiterlaserelement so beschrieben, dass es aus dem InGaAsP-Halbleiter des Wellenlängenbereichs von 1,5 um gebildet ist, aber andere Halbleiter mit Verbindungen aus III-V und II-VI können auch verwendet werden. Diese Halbleitermaterialien umfassen nicht nur Materialien mit Gitterstruktur sondern auch mit Gitterfehler. Darüber hinaus ist die vorliegende Erfindung nicht spezifisch auf den oben genannten Wellenlängenbereich beschränkt, sondern könnte auch in einem Bereich von 0,8 um implementiert werden, der nun verbreitet bei der optischen Übertragung und beim optischen Schalten verwendet wird, in Bereichen von 1,3 um und 1,5 um und anderen beliebigen Wellenlängenbereichen, so lange sie optische Absorption und Verstärkung durch die oben genannten Halbleitermaterialien ermöglichen.
Wie oben ausführlich beschrieben ist die Absorptionserholungszeit der ursprünglichen Absorptionsfähigkeit des herkömmlichen Sättigungsabsorptionselements, nachdem es einmal den Absorptionssättigungszustand erreicht hat, durch die Trägerlebensdauer begrenzt und beträgt ungefähr einige hundert Picosekunden. Mit der vorliegenden Erfindung kann die Absorptionserholungszeit durch Verwendung der stimulierten Emission im Halbeiterlaserelement auf ein paar Picosekunden verringert werden, was beträchtlich kürzer ist als die Trägerlebensdauer. Auf diese Weise erlaubt die vorliegende Erfindung eine im wesentlichen vollständige Reduzierung von Rauschen oder Umformen von optischen Impulsen im Picosekundenbereich und ist damit von grossem praktischem Nutzen.

Claims

1. Optische Vorrichtung umfassend:

ein Halbleiterlaserelement (11, 17),

Mittel (12) zum Einbringen eines elektrischen Stroms in das Halbleiterlaserelement, um einen Oszillationszustand des Halbleiterlaserelements zu erhalten,

Mittel (13, 14, 18) zum Einbringen von optischen Eingabekurzimpulsen (1) in das Halbleiterlaserelement, und

Mittel (15, 16, 19) zum Herausnehmen von optischen Kurzimpulsen (3, 4), die das Halbleiterlaserelement anregen,

wobei das Halbleiterlaserelement(11, 17) bei mindestens einer Wellenlänge oszilliert, die im wesentlichen der Spitze der Elektronenverteilung im Leitungsband der aktiven Schicht entspricht und einen effektiven Absorptionskoeffizienten für die optischen Eingabekurzimpulse (1) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Eingabekurzimpulse (1) eine Impulsbreite von weniger als einer Trägerlebensdauer in der aktiven Schicht des Halbleiterlaserelements aufweisen, eine Intensität hoch genug, um in der aktiven Schicht des Laserelements ein Spektrallochbrennen zu bewirken und eine Wellenlänge kürzer als die Oszillationswellenlänge des Laserelements (11, 17),

wobei die optischen Kurzimpulse (3, 4), die das Halbleiterlaserelement (11, 17) anregen, die genannten optischen Eingabekurzimpulse (1) sind, die bei ihrer Übertragung durch das Laserelement umgeformt werden und deren Rauschkomponenten ausreichend absorbiert werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, in der die Mittel (15, 16, 19) zum Herausnehmen der optischen Signalimpulse, die das Halbleiterlaserelement anregen, Mittel zum Herausnehmen der optischen Signalimpulse sind, die sich vom Oszillationslicht unterscheiden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, in der die Mittel (15, 16, 19) zum Herausnehmen der optischen Signalimpulse, die das Halbleiterlaserelement anregen, einen Bandpassfilter (16) aufweisen, der die optischen Signalimpulse und das vom Halbleiterlaserelement emittierte Oszillationslicht (2) empfängt und nur die optischen Signalimpulse (3, 4) hindurchlässt.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in der das Halbleiterlaserelement (11, 17) eine einzige Oszillationswellenlänge aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in der im Betrieb die Mittel (13, 14, 18) zum Einbringen von optischen Eingabekurzimpulsen in das Halbleiterlaserelement (11, 17) optische Signalimpulse einer Wellenlänge einbringt, die um einen Wert von 0,01 um bis 0,08 um kürzer ist als die Wellenlänge des Oszillationslichts des Halbleiterlaserelements.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, in der das Halbleiterlaserelement (11, 17) eine Vielzahl von Oszillafionswellenlängen aufweist und, im Betrieb, die Mittel zum Einbringen von optischen Eingabekurzimpulsen in das Halbleiterlaserelement optische Signalimpulse einbringt, die eine Wellenlänge aufweisen, die kürzer ist als die kürzeste Wellenlänge des Oszillationslichts des Halbleiterlaserelements.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Halbleiterlaserelement (17) ein Halbleiterlaserelement vom Oberflächenemissionstyp ist und worin, im Betrieb, die Mittel (13, 14, 18) zum Einbringen von optischen Eingabekurzimpulsen die optischen Eingabesignalimpulse in das Halbleiterlaserelement in einem Winkel zur Emissionsrichtung des Oszillationslichts daraus einbringt, und die Mittel zum Herausnehmen optischer Kurzimpulse die optischen Signalimpulse nur durch Nutzung eines Unterschieds in der Emissionsrichtung der optischen Signalimpulse und des Oszillationslichts vom Halbleiterlaserelement herausnimmt.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in der das Halbleiterlaserelement eine aktive Schicht umfasst, die aus zahlreichen Quantenmulden gebildet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, in der die zahlreichen Quantenmulden, die die aktive Schicht des Halbleiterlaserelements bilden, Zugspannungen aufweisen, so dass das Halbleiterlaserelement für TE- und TMpolarisierte Wellen dieselbe Verstärkung aufweist.