DE69821447T2

DE69821447T2 - Wellenlängenabstimmbare Laserquelle

Info

Publication number: DE69821447T2
Application number: DE69821447T
Authority: DE
Inventors: David Alan Hopewell Ackerman; John Evan New Providence Johnson
Original assignee: Agere Systems Optoelectronics Guardian Corp
Current assignee: Agere Systems LLC
Priority date: 1997-11-10
Filing date: 1998-11-03
Publication date: 2004-09-16
Anticipated expiration: 2018-11-04
Also published as: US6028881A; EP0917262A3; EP0917262A2; JP3530404B2; DE69821447D1; EP0917262B1; JPH11224962A

Description

Erfindungsgebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft Laserquellen mit mehreren Wellenlängen und insbesondere Laserquellen mit mehreren Wellenlängen, bei denen die Wellenlänge der Laserausgabe durch Steuern der Wellenlänge der Pumpquelle gewählt werden kann.
Allgemeiner Stand der Technik
Laserquellen, die in der Lage sind, Licht mit einer wählbaren Wellenlänge zu emittieren, eignen sich bei einer großen Vielzahl von Anwendungen, einschließlich Telekommunikation, optisches Aufzeichnen und Playback und Anwendungen mit optischen Speichern. Abstimmbare Halbleiterlaser sind kompakt und preiswert und lassen sich über einen großen Bereich hinweg elektrisch abstimmen, doch weisen sie im allgemeinen langfristig eine schlechte Frequenz- und Ausgangsleistungsstabilität auf. Halbleiterwellenleiterlaser weisen eine gute Frequenzstabilität auf, sind aber schwer abzustimmen. Es besteht dementsprechend ein Bedarf an einer neuen wellenlängenwählbaren Laserquelle, die die zweckmäßige elektrische Abstimmbarkeit von Halbleiterlasern über einen großen Bereich mit der verbesserten Frequenzstabilität von Halbleiterwellenleiterlasern kombiniert.
Kurze Darstellung der Erfindung
Die Erfindung ist in Anspruch 1 definiert. Verschiedene Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt eine wellenlängenwählbare Laserquelle eine abstimmbare Pumpquelle, ein Array aus Wellenleiterlasern, die auf jeweiligen verschiedenen Wellenlängen Licht emittieren, und einen Router zum Lenken von Licht von der Pumpquelle zu einem entsprechenden Wellenleiterlaser. Ein zweiter Router kann dazu verwendet werden, alle Laserausgaben zu einem gemeinsamen Ausgabewellenleiter zu lenken. Das Ergebnis ist eine wellenlängenwählbare stabile Signalquelle. Bei bevorzugten Ausführungsformen sind die Router dichte Wellenlängenmultiplexer (DWDMs), und die Wellenleiterlaser sind seltenerddotierte Faserlaser. Mit alternativen Ausführungsformen erhält man eine Vielzahl an Möglichkeiten zum Weiterleiten der Pumpquelle.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Vorteile, der Charakter und verschiedene zusätzliche Merkmale der Erfindung erscheinen bei Berücksichtigung der nun in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen ausführlich zu beschreibenden veranschaulichenden Ausführungsformen in vollerem Umfang. Es zeigen:
1 ein Schemadiagramm einer wellenlängenwählbaren Laserquelle und
2–6 Schemadiagramme von alternativen Ausführungsformen.
Es versteht sich, daß diese Zeichnungen die Konzepte der Erfindung veranschaulichen sollen und nicht maßstabsgetreu sind.
Ausführliche Beschreibung
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ist 1 ein Schemadiagramm einer ersten Ausführungsform einer wellenlängenwählbaren Laserquelle, die eine Pumpquelle 10, die zwischen mehreren Pumpwellenlängen λ_p1, λ_p2, ... λ_pn abgestimmt werden kann, ein Array aus n Wellenleiterlasern 11, die jeweils mit einer anderen Wellenlänge λ_s1, λ_s2, ... λ_n emittieren können, und ein Paar Wellenlängenrouter 12, 13 umfaßt. Der Router 12 lenkt Licht von der Pumpquelle 10 entsprechend ihrer Wellenlänge in den entsprechenden Wellenleiterlaser 11, und der Router 13 lenkt Licht von jedem der Laser 11 in einen gemeinsamen Ausgabewellenleiter 14. Zweckmäßigerweise wird davon ausgegangen, daß die Pumpwellenlänge λ_pi den bei λ_si emittierenden Wellenleiterlaser pumpt. Vorteilhafterweise wird ein Teil des Ausgangssignals λ_s (etwa 1%) durch einen Abgriff 15 vom Ausgabewellenleiter 14 abgegriffen, von der Photodiode 16 detektiert und zurück zu einer Steuerschaltung 17 geführt. Die Steuerschaltung 17 wiederum gestattet die Justierung der Abstimmung und des Bias der Pumpquelle 10, um eine gewünschte Ausgangswellenlänge und -leistung aufrechtzuerhalten. Dieses Bauelement kann unter Verwendung entweder von Faserwellenleitern, planaren Wellenleitern oder einer Kombination davon implementiert werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Pumpquelle ein abstimmbarer Pumplaser wie etwa ein aus Halbleitermaterialien wie etwa InGaAsP konstruierter DBR-(distributed Bragg-Reflector = verteilter Bragg-Reflektor)-Laser. Die Wellenlängenrouter sind dichte Wellenlängenmultiplexierer (DWDMs), die unter Einsatz einer Vielfalt kommerzieller Technologien konstruiert werden können, einschließlich Bragg-Faserlaser, Dünnfilminterferenzfilter oder Array-Wellenleiter-Gitter. Für Anwendungen in der Telekommunikation sind die Wellenleiterlaser bevorzugt Er-dotierte viertelwellenverschobene DFB-(verteilte Rückkopplung)-Fasergitterlaser für Signalausgangswellenlängen λ_s im 1550 nm-Band (1535–1565 nm), und beispielhafte Pumpwellenlängen λ_p können 532, 980 und 1480 nm sein.
2 veranschaulicht eine Ausführungsform der wellenlängenwählbaren Laserquelle, die zu einem größeren Rückkopplungssignal zu der Photodiode 16 führt und bei der der Abgriff 15 und sein Abzapfen des Ausgangssignals entfallen. Statt dessen ist ein Wellenlängenmultiplexer (WDM) 20 zum Trennen der Pumpwellenlänge λ_p und der Ausgabewellenlänge λ_s im Weg zwischen der Pumpquelle 10 und dem Router 12 angeordnet. Das sich rückwärts ausbreitende Signal λ_s, das ansonsten verlorengehen würde, wird als das Rückkopplungssignal verwendet.
3 zeigt eine Ausführungsform einer wellenlängenwählbaren Laserquelle unter Verwendung von Intracavitypumpen. Dieses Bauelement unterscheidet sich in erster Linie von dem von 1 dadurch, daß die Pumpquelle 10 ein mit einem Pumpreflektor 30 ausgestatteter Außenresonator-Faserlaser ist. Der Reflektor 30 kann ein abstimmbarer Reflektor mit einer einzigen Reflexionsspitze wie etwa ein abstimmbares Bragg-Gitter sein. Jeder Seltenerd-Faserlaser 11 ist mit einem Pumpreflektor 31 bei seiner Pumpwellenlänge λ_pi versehen, wie etwa einem Schmalband- oder Breitband-Reflektor, so daß der Pumplaserresonator den Faserlaser 11 umgibt. Zur hohen Pumpeffizienz wird der Laser 11 einem Intracavitypumpen mit mehreren Durchläufen unterzogen.
Alternativ zu einzelnen Reflektoren 31 kann ein einziger Breitbandpumpreflektor in der Ausgabefaser 14 angeordnet sein (siehe 4). In solchen Fällen sollten die lenkenden DWDMs 12, 13 gleich sein. Die Spitze des Pumpreflektors 30 wird so abgestimmt, daß sie zum Wählen dieses Lasers auf eines der Durchlaßbänder der DWDMs ausgerichtet ist.
Auch der Pumpreflektor 30 kann ein abstimmbarer Reflektor mit einem Kamm von gleichmäßig beabstandeten Reflexionsspitzen sein, wie etwa ein Interferometer, ein abstimmbares abgetastetes Gitter oder ein abstimmbares Superstrukturgitter. Der Kammabstand wird vorteilhafterweise durch Design so gewählt, daß er sich von dem Routerdurchlaßbandabstand geringfügig unterscheidet, so daß bei Abstimmung des Kamms jeweils nur eine Reflexionsspitze auf eines der Durchlaßbänder des DWDM ausgerichtet ist („Nonius"-Abstimmung). Wie oben beschrieben können die anderen Pumpreflektoren für den Laserresonator Schmal- oder Breitbandreflektoren sein, die nach den Faserlasern angeordnet sind, oder ein in der Ausgabefaser angeordneter breitbandiger Pumpreflektor.
Bei noch einer dritten Alternative kann der Pumpreflektor 30 ein breitbandiger Pumpreflektor wie etwa eine gespaltene Fase sein, und die anderen Pumpreflektoren 31 können schaltbare schmalbandige Pumpreflektoren sein, die so gewählt sind, daß sie zwischen einer Pumpwellenlänge im Durchlaßband der DWDMs 12, 13 und einer außerhalb schalten, wodurch zwischen einem „Ein"-Zustand und einem „Aus"-Zustand umgeschaltet wird. Somit können ein oder mehrere Kanäle gewählt werden, indem einer oder mehrere der Reflektoren 31 so abgestimmt werden, daß ihre Reflexionsspitzen auf einen oder mehrere Durchlaßbänder des DSDM ausgerichtet sind.
4 zeigt eine Modifikation des Bauelements von 3, bei der anstelle von mehreren verschiedenen festen Wellenlängengittern 31 im Faserlaser ein einziger breitbandiger Pumpreflektor 40 im Ausgabewellenleiter 14 angeordnet ist. Diese Struktur sorgt wie die von 3 für ein Intracavitypumpen.
Man könnte anstelle eines einzigen breitbandigen Pumpreflektors 40 im Wellenleiter 14 alternativ im Wellenleiter mehrere nichtgezeigte Bragg-Gitter mit jeweiligen festen Reflexionswellenlängen bei den verschiedenen Pumpwellenlängen λ_pi bereitstellen. Diese Gitter könnten sich, falls gewünscht, individuell schalten lassen, um das Koppeln von zwei oder mehr Wellenlängen steuern zu können.
5 zeigt eine wellenlängenwählbare Laserquelle von wirtschaftlichem Design, bei der nur ein Wellenleitergitterrouter (WGR) 50 verwendet werden muß. Bei diesem Design wird die Tatsache ausgenutzt, daß, wenn der Eingabeport eines WGR verschoben wird, sich der Ausgabeport um die gleiche Anzahl verschiebt und der letzte Port herumgeführt wird.
Bei Betrieb tritt Pumplicht bei λ_pi in den WGR 50 ein und wird zum Ausgabeport i gelenkt, wo es den Fasergitterlaser mit λ_si pumpt. Die Signal- und ungenutzte Pumpleistung werden zum Eingabeport N + 1 – i zurückgeführt. Vom Eingabeport N + 1 – i werden sowohl λ_pi als auch λ_si zum Ausgabeport 0' gelenkt. Das Signal wird ausgekoppelt, und die Pumpe λ_pi wird umgekehrt über den gleichen Weg zum Reflektor 40 zurückreflektiert.
6 zeigt eine wellenlängenwählbare Laserquelle von wirtschaftlichem Design, bei dem ein Paar passive Sternkoppler 61, 62 in Kombination mit Pumpwellenlängengittern 63 als die Router verwendet werden. Insbesondere sind die Pumpwellenlängengitter 63 am Eingang von jedem Wellenleiterlaser 11 vorgesehen, damit sie alle Pumpwellenlängen mit Ausnahme von einer reflektieren, bevor sie in das aktive Gebiet des Lasers eintreten. Die Gitter 63 gestatten nur den Eintritt von λ_pi in den Wellenleiterlaser der Wellenlänge λ_si. Außerdem ist vorteilhafterweise im Ausgabewellenleiter ein seltenerddotierter optischer Wellenleiterverstärker 64 angeordnet, wobei das verbleibende Pumplicht zum Verstärken des Ausgangssignals verwendet wird. Diese Nachverstärkungstechnik kann auch mit den wellenlängenwählbaren Laserquellen der 1 und 2 verwendet werden.
Bei Betrieb wird Pumplicht von der Pumpquelle 10 vom Sternkoppler 61 in mehrere Strahlen aufgeteilt, und zwar einen für jeden Wellenleiterlaser 11. In Abhängigkeit von der Pumplichtwellenlänge dringt jedoch nur ein Pumpstrahl in einem Laser 11 durch die Gitter 63 hindurch und erreicht das aktive Gebiet des Lasers. Die Pumpstrahlen zu den verbleibenden Lasern werden alle zurückreflektiert. Die Pumpwellenlänge λ_pi führt somit zur Emission von λ_si.
Das vom gewählten Laser emittierte Licht wird vom zweiten Sternkoppler 62 in einen gemeinsamen Ausgabeweg 14 reflektiert, wo es vorteilhafterweise von einem Erbium-Verstärker 64 verstärkt wird.
Ein effizienteres Pumpen erreicht man, indem man hinter jedem Laser ein nichtgezeigtes hochreflektierendes Gitter zum Reflektieren der Laserpumpwellenlänge positioniert. Dies positioniert den Wellenleiterlaser innerhalb des Pumplaserresonators, damit man effizientes Intracavitypumpen erhält.

Claims

Wellenlängenwählbare Laserquelle, die folgendes umfaßt: eine Pumpquelle (10), die zwischen mehreren Pumpwellenlängen λ_p1, λ_p2, ... λ_pn abgestimmt werden kann; mehrere Wellenleiterlaser (11), die auf einzelne der Pumpwellenlängen mit dem Emittieren von Licht bei jeweiligen Wellenlängen λ_s1, λ_s2, ... λ_n reagieren; und einen optischen Router (12), der die Pumpquelle (10) und die mehreren Wellenleiterlaser (11) so miteinander verbindet, daß jede Pumpwellenlänge λ_pi zu einem jeweiligen Wellenleiterlaser (11) gelenkt wird, und zwar als Reaktion auf die Pumpwellenlänge, um Licht mit λ_si zu emittieren, wodurch die Wellenlänge der Laseremission durch die Pumpwellenlänge gewählt werden kann.
Laserquelle nach Anspruch 1, mit einem zweiten optischen Router (13) und einem gemeinsamen Ausgabewellenleiter (14), wobei der zweite Router (13) zwischen die mehreren Wellenleiterlaser (11) und den gemeinsamen Ausgabewellenleiter (14) gekoppelt ist, um die Ausgaben der Wellenleiterlaser (11) zum Ausgabewellenleiter (14) zu lenken.
Laserquelle nach Anspruch 2, mit einer Rückkopplungssteuereinheit (17), die auf einen Abtastwert von λ_s mit dem Abstimmen der Wellenlänge λ_p der abstimmbaren Pumpquelle (10) reagiert.
Laserquelle nach Anspruch 1, wobei die mehreren Wellenleiterlaser (11) mehrere seltenerddotierte faseroptische Laser umfaßt.
Laserquelle nach Anspruch 1, wobei die mehreren Wellenleiterlaser (11) mehrere viertelwellenverschobene DFB-Fasergitterlaser umfassen.
Laserquelle nach Anspruch 1, wobei die mehreren Wellenleiterlaser (11) bei Wellenlängen im Bereich zwischen 1540 und 1560 nm emittieren.
Laserquelle nach Anspruch 1, wobei der optische Router (12) ein Wellenleitrgitterrouter ist.
Laserquelle nach Anspruch 1, wobei der optische Router (12) einen Sternkoppler und ein Array von Fasergitterfiltern umfaßt.
Laserquelle nach Anspruch 1, wobei die Pumpquelle (10) ein Außenresonator-Faserlaser mit einem optischen Resonator ist und mindestens der eine Wellenleiterlaser (11) zum Intracavitypumpen des Wellenleiterlasers in dem optischen Resonator angeordnet ist.