DE69824485T2

DE69824485T2 - Direkte Laseramplitudenmodulation

Info

Publication number: DE69824485T2
Application number: DE69824485T
Authority: DE
Inventors: Barry John West Hampstead Flanigan; John Edward Carroll
Original assignee: Bookham Technology PLC
Current assignee: Lumentum Technology UK Ltd
Priority date: 1997-05-30
Filing date: 1998-04-28
Publication date: 2005-08-04
Anticipated expiration: 2018-04-29
Also published as: EP0881726A2; EP0881726A3; JPH1174600A; US5901164A; EP0881726B1; CA2235179A1; DE69824485D1

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf die Steuerung von Chirp bei der Hochgeschwindigkeitsamplitudenmodulation von DFB-Lasern.
Die Modulation des Injektionsstromes bei einem Halbleiter-Injektionslasers mit verteilter Rückkopplung (DFB) neigt zur Erzeugung einer Veränderung sowohl in der Intensität als auch in der Wellenlänge der Emission. Diese Wellenlängen-Veränderung bezeichnet man mit "Chirp". Chirp bewirkt eine Bandbreitenbeschränkung bei amplitudenmodulierten Übertragungssystemen, die einer Wellenlängendispersion ausgesetzt sind.
Die Literaturstelle "Independent modulation in amplitude and frequency regimes by a multielectrode distributed – feedback laser" von Y. Yoshikuni et al vom 25. Februar 1986 in Optical Fiber Communication Conference in Atlanta, Georgia beschreibt einen DFB-Laser mit einem gleichförmigen physikalischen Teilungsgitter, wo die obere Elektrode des Lasers in drei in Linie liegende Abschnitte unterteilt ist, von denen wenigstens einer unabhängig von den anderen angetrieben wird. Insbesondere erwähnt diese Veröffentlichung, dass Differenzen im Wirkungsgrad der Modulation es möglich machen, Amplitude und Frequenz unabhängig dadurch zu modulieren, dass Amplitude und Phase des Modulationsstromes eingestellt werden, die dem unterteilten Elektrodenaufbau zugeführt werden, und es wird erläutert, wie eine Amplitudenmodulation mit einem minimalen Chirp erreicht werden kann, indem ein erstes Signal einem ersten Abschnitt der unterteilten Elektrode zugeführt wird, das etwas in der Phase der Anwendung eines zweiten Signals kleinerer Amplitude nach dem Mittelabschnitt der unterteilten Elektrodenstruktur vorausläuft. Eine entsprechende Frequenzmodulation mit minimaler Amplitudenmodulation soll mit einem ersten Strom erreicht werden, der eine größere Amplitude hat als der zweite Strom, der in Gegentaktbeziehung verläuft.
Eine Veröffentlichung von O Nilsson et al mit dem Titel "Formulas for Direct Frequency Modulation Response of Two-Elektrode Diode Lasers: Proposals for Improvement", Electronics Letters, 3. Dez. 1987, Bd. 23, Nr. 25, S. 1371–2 beschreibt die Arbeitstheorie eines Zwei-Elektroden-Laseraufbaus, der zur Frequenzmodulation und nicht zur Amplitudenmodulation bestimmt ist. Gemäß dieser Theorie erzeugen thermische Effekte eine Phasenverschiebung, jedoch wird postuliert, dass der thermische Effekt dadurch vermieden werden kann, dass der Laser im Gegentakt gepumpt wird. Es muß jedoch insbesondere festgestellt werden, dass diese Gegentaktoperation eines Zwei-Elektroden-Lasers im Sinnzusammenhang mit einer Vorrichtung steht, die geschaffen wurde, um eine Frequenzmodulation statt einer Amplitudenmodulation durchzuführen, und die Veröffentlichung erklärt, dass die beiden Abschnitte erforderlich sind, um verschiedene α-Parameter zur Verfügung zu haben, damit die gewünschte Frequenzmodulation stattfinden kann. Somit wird deutlich, dass dieser Vorschlag zur Benutzung der Gegentaktanordnung speziell in Bezug auf eine Laserdiode Anwendung findet, die nicht symmetrisch ist um die Ebene, die die beiden Abschnitte jenes Laser trennt.
Keine der oben erwähnten Veröffentlichungen befaßt sich jedoch direkt mit einem dynamischen Chirp und unter diesem Ausdruck werden die Übergangseffekte auf die Emissionsfrequenz verstanden, die am aufsteigenden und abfallenden Ast der schnellen Impulse auftreten. So wie die Datenrate vergrößert wird, so nimmt dieses dynamische Chirp eine größere Bedeutung als potentielles Problem ein. Es wird angenommen, das das dynamische Chirp hauptsächlich auf dem Effekt von Änderungen der Gesamt-Photonenpopulation in dem Laser beruht, die den ansteigenden und abfallenden Flanken des Injektionsmodulationsstroms zugeordnet sind, und so berührt die Eliminierung eines Frequenzmodulations-Ansprechens auf den Injektionsmodulationsstrom wie in den obigen Druckschriften vorgeschrieben, nicht das spezielle Problem des dynamischen Chirp.
Eine Veröffentlichung, die sich mit dem Problem des dynamischen Chirp befaßt, ist die von I. H. White et al herausgegebene Schrift unter dem Titel "Line Narrowed Picosecond Optical Pulse Generation Using Three Contact InGaAsP/InP multi-quantum Well distributed Feedback Laser under Gain Switching", Electronics Letters, Bd. 28, Nr. 13, Seiten 1257–8. Wie dieser Titel besagt hat der Laser eine aus drei Abschnitten bestehende obere Elektrode von der zwei Endabschnitte elektrisch gemeinsam sind. Das dynamische Chirp wird dadurch vermindert, dass die gemeinsamen Endabschnitte auf Verstärkung geschaltet werden, während eine konstante Vorspannung den Mittelabschnitt derart zugeführt wird, dass ein wirksamer optischer Injektionsverriegelungsmechanismus geschaffen wird. Der zentrale Bereich bewirkt eine Blockierung der Wellenlänge der durch Verstärkung geschalteten Impulse, die durch die elektrische Modulation erzeugt werden, die an die Endbereiche angelegt werden. Hierdurch wird das Chirp vermindert, aber da dieses immer noch eine Modulation der Photonenpopulation bewirkt, ist dieser Versuch nicht voll wirksam.
Die US-A-5 502 741 ist auf die Steuerung des Chirp gerichtet und beschreibt ein Verfahren zur Amplitudenmodulation der optischen Emission eines DFB-Lasers in der Weise, dass das dynamische Chirp vermindert wird. Zu diesem Zweck ist ein DFB-Laser vorgesehen, bei dem die obere Elektrode symmetrisch in zwei oder drei in Linie liegende getrennte Elemente unterteilt ist, über die ein Vorspannungsstrom mit einer symmetrischen Verteilung angelegt wird, und durch die ein Modulationsstrom mit Gegentaktverteilung (push-pull) angewandt wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf die Schaffung eines Verfahrens zur Amplitudenmodulation der optischen Emission eines DFB-Lasers in der Weise, dass das dynamische Chirp optimiert wird. Im typischen Fall befindet sich der DFB-Laser am Senderende eines optischen Übertragungssystems und das optimierte Chirp wird jenes Chirp, das eine verminderte "Augenschließstrafe" am Empfängerende bewirkt. Allgemein wird die optimierte Chirp-Bedingung nicht die gleiche sein wie die Bedingung, die ein minimiertes dynamisches Chirp am Ausgang des DFB-Lasers bewirkt.
Gemäß der im Patentanspruch 1 definierten Erfindung, betrifft diese ein Verfahren zur Amplitudenmodulation eines Injektionslasers mit verteilter Rückkopplung (DFB), dessen optischer Hohlraum eine Ebene von erheblicher Symmetrie lotrecht zur Lichtemissionsachse des Lasers hat, wobei in dem Verfahren ein Vorstrom, der im wesentlichen symmetrisch mit Bezug auf die genannte Ebene von erheblicher Symmetrie ist, auf den optischen DFB-Hohlraum geschaltet wird, auf den ein Modulationsstrom überlagert wird, der aus einer Daten- und einer Umkehrdaten-Komponente besteht, wobei die Datenkomponente eine Verteilung hat, die in Bezug auf die Ebene mit erheblicher Symmetrie asymmetrisch gewichtet ist, und die Umkehrdaten-Komponente eine Verteilung hat, die ein Abbild der Datenkomponente ist, wobei die Daten- und die Umkehrdaten-Komponente mit Spiegelsymmetrie in Bezug auf die Ebene von erheblicher Symmetrie angewandt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenkomponente in phasenverschobener Beziehung in Bezug auf die Anwendung der Umkehrdaten-Komponente angewandt wird, so dass die Komponenten in einem phasenverschobenen Gegentaktmodus arbeiten, um das dynamische Chirp zu optimieren.
Die Datenkomponenten und die inversen Datenkomponenten des Modulationsstromes haben nicht notwendigerweise die gleiche Amplitude.
Wie in Anspruch 3 definiert betrifft die Erfindung außerdem einen Injektionslaser mit verteilter Rückkopplung (DFB) mit einer Elektrodenstruktur, mit der Strom in den optischen Hohlraum des DFB-Lasers injiziert werden kann, um den Laser zum Lasern zu veranlassen, wobei die genannte Struktur eine geteilte Struktur ist, die die Strominjektion mit einer variablen Verteilung über die Lichtemissionsachse des optischen Laserhohlraums zuläßt, wobei der optische Hohlraum eine Ebene von erheblicher Symmetrie lotrecht zu der Lichtemissionsachse hat, wobei der DFB-Laser mit Ansteuermitteln ausgestattet ist, um einen Vorstrom auf die geteilte Elektrodenstruktur zu schalten, der symmetrisch in Bezug auf die Ebene von erheblicher Symmetrie ist, auf den genannten Vorstrom einen Modulationsstrom zu überlagern, der aus einer Daten- und einer Umkehrdaten-Komponente besteht, wobei die Datenkomponente eine Verteilung hat, die in Bezug auf die Ebene von erheblicher Symmetrie asymmetrisch gewichtet ist, und die Umkehrdaten-Komponente eine Verteilung hat, die ein Abbild der Datenkomponente ist, wobei die Daten- und die Umkehrdaten-Komponente mit Spiegelsymmetrie in Bezug auf die Ebene von erheblicher Symmetrie angewandt werden, wobei das Ansteuermittel dadurch gekennzeichnet ist, dass es die Datenkomponente in phasenverschobener Beziehung in Bezug auf die Anwendung der Umkehrdaten- Komponente anwendet, so dass die Komponenten in einem phasenverschobenen Gegentaktmodus arbeiten, um das dynamische Chirp zu optimieren.
Wie in Anspruch 5 definiert, bezieht sich die Erfindung weiter auf ein optisches Übertragungssystem mit einem Laser, wie in dem vorherigen Absatz angegeben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im folgenden werden Laser zur Benutzung in optischen Übertragungssystemen und ihre Betriebsmoden gemäß der Erfindung in bevorzugter Ausführungsform beschrieben. In der Beschreibung wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen; in diesen Zeichnungen zeigen:
1 zeigt schematisch ein optisches Übertragungssystem,
2 und 3 zeigen schematische Längsschnitte von DFB-Lasern mit aus zwei Abschnitten bzw. drei Abschnitten bestehenden oberen Elektroden,
4 zeigt eine Gruppe von Kurven, die das Chirp für unterschiedliche Pegel der Amplitudenasymmetrie in der Laseransteuerung veranschaulichen,
5 ist eine Gruppe von Kurven, die das Chirp für unterschiedliche Pegel der zeitlichen Asymmetrie bei der Laseransteuerung veranschaulichen,
6 ist eine weitere graphische Darstellung, die das Chirp für einen speziellen Wert der zeitlichen Asymmetrie bei einer Gleichstrom-Vorspannungsasymmetrie veranschaulicht,
7 ist eine graphische Darstellung, die die Veränderung des Extinktionsverhältnisses bei einer zeitlichen Asymmetrie der Laseransteuerung veranschaulicht, und
8A und 8B sind simulierte Oszillogramme für positive bzw. negative zeitliche Asymmetrie und
9 zeigt eine graphische Darstellung des "Augenschließ"-Verzuges in Abhängigkeit von der Übertragungsdistanz für unterschiedliche Werte zeitlicher Asymmetrie.
Einzelbeschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
Die Basiselemente eines optischen Übertragungssystems sind in 1 dargestellt. Sie bestehen aus einem Sender 10, der optisch mit einem optischen Empfänger 11 über einen Übertragungspfad 12 gekoppelt ist. Im typischen Fall kann dieser Übertragungspfad eine Verkettung optischer Verstärker 13 aufweisen. In diesem Fall weist der Sender 10 wenigstens einen direkt modulierten DFB-Halbleiter-Laser auf (der in 1 nicht getrennt dargestellt ist) und im Fall eines Senders für ein Wellenlängen-Multiplex-Übertragungssystem enthält der Sender mehr als einen derartigen Laser.
Eine bevorzugte Ausführungsform der grundsätzlichen Halbleiterstruktur eines DFB-Lasers, auf den das Verfahren der Amplitudenmodulation gemäß der Erfindung Anwendung findet, ist eine herkömmliche DFB-Laserstruktur, mit dem einzigen Hauptunterschied, dass vorzugsweise das verteilte Rückkopplungsgitter ohne irgendeine Phasenverschiebung ist. Eine derartige Basishalbleiterstruktur kann beispielsweise wie in 2 dargestellt ein n-Typ InP-Substrat 20 sein, auf dem eine Serie von epitaxial abgelagerten Schichten gewachsen ist, beginnend mit einer n-Typ InP-Pufferschicht 21. Auf der Pufferschicht ist eine undotierten quarternäre untere Wellenleiterschicht 22, eine Multi-Quantum-Well-(MQW)-Struktur 23, eine undotierte quarternäre obere Wellenleiterschicht 24, eine p-Typ InP-Mantelschicht 25 und eine p-Typ ternäre Kontaktschicht 26 angeordnet.
Die MQW-Struktur 23 kann im typischen Fall etwa sechs quanten-gestreckte oder ungestreckte Quellschichten aus ternärem oder quarternärem Material aufweisen, die schichtweise zwischen Sperrschichten angeordnet sind, die die gleiche Zusammensetzung haben können, wie die oberen und unteren Wellenleiterschichten 24 und 22. Das epitaxiale Wachstum wird zeitweilig nach dem Wachstum der oberen Wellenleiterschicht angehalten, um auf der freien Oberfläche jener Schicht beispielsweise durch Elektronenstrahl-Lithographie ein DFB-Gitter 27 zu erzeugen, bevor das epitaxiale Wachstum der Schichten 25, 26 wieder einsetzt. Bei einer abgewandelten Struktur (nicht dargestellt) liegt das DFB-Gitter unter der MQW-Struktur statt darüber und sie wird unmittelbar nach dem Wachstum der Pufferschicht 21 erzeugt.
Die oben beschriebene Schichtenstruktur liefert Wellenleiter-Eigenschaften in der Richtung senkrecht zur Ebene der Schichten. Durch bekannte Mittel wird außerdem eine seitliche Wellenleitung bewirkt, beispielsweise über eine Steg-Wellenleiter-Struktur oder mittels einer diffundierten heterogenen Struktur und auf diese Weise wird eine optische Achse für den Laser definiert, und diese Achse erstreckt sich in der Ebene der Schicht in einer Richtung rechtwinklig zur Richtung in der die Gitterlinien der DFB-Struktur 27 verlaufen. Gewöhnlich hat der DFB-Laser eine einzige obere Elektrode, die elektrisch die Kontaktschicht 26 kontaktiert, aber in diesem Fall ist die obere Elektrode in zwei in einer Linie liegende Abschnitte 28a, 28b unterteilt, wie dies aus 2 ersichtlich ist oder sie ist in drei linienmäßig ausgerichtete Abschnitte 38a, 38b und 38c unterteilt, wie dies in 3 dargestellt ist.
Die Anordnung der Abschnitte der oberen Elektrode ist derart, dass eine Ebene mit erheblicher Symmetrie (durch die strichlierte Linie 29, 39 angegeben) für die Halbleiter-Laserstruktur und seine Elektrodenstruktur aufrechterhalten bleibt. Der Laser ist dadurch mit einer Struktur versehen, die die Photonen seitlich und senkrecht zur Ebene der epitaxialen Schichten begrenzt und nunmehr durch die geteilte obere Elektrodenstruktur mit der Möglichkeit versehen ist, zur Modulation der Verteilung der Photonen längs der optischen Achse des Lasers durch Modulation der Verteilung des Injektionsstromes, der dem Laser über seinen oberen Elektrodenaufbau zugeführt wird. Gemäß den Lehren der US-A-5 502 741 wird der Laser mit einem Vorspannstrom gespeist, der im wesentlichen symmetrisch bezüglich der Symmetrieebene 29, 39 verteilt ist, und darüber wird ein Modulationsstrom gelegt, der im wesentlichen antisymmetrisch (das heißt im Gegentakt) in Bezug auf jene Ebene verteilt ist. Die Modulation hat die Wirkung einer Verschiebung des Massenmittelpunktes der Gesamt-Photonenpopulation axial zurück und vor längs der optischen Achse, wobei jene Population (Photonenenergie) im wesentlichen konstant gehalten wird. Im Fall der oberen Elektrodenkonfiguration nach 2 mit zwei Elementen wird diese Symmetriebeziehung dadurch geschaffen, dass die jeweiligen Elemente 28a und 28b mit Strömen versorgt werden, die die Form (i_b ± i_m) und (i_b ∓ i_m) besitzen, wobei i_b der Vorspannstrom und i_m der Modulationsstrom ist. (Zum Zweck der Veranschaulichung soll sich unter der Bedingung i_b = i_m die gesamte Stromansteuerung ändern, zwischen der Ansteuerung allein über den Abschnitt 28d und der Ansteuerung allein über den Abschnitt 28b). Im Fall der dreiteiligen oberen Elektrodenausbildung gemäß 3 wird die erforderliche Symmetriebeziehung dadurch erhalten, dass an die jeweiligen Elemente 38a, 38b und 38c Ströme in der Form (i_b1 ± i_m), i_b2 und (i_b1 ∓ i_m) angelegt werden.
Gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung wird der Vorspannstrom in der gleichen Weise angelegt, aber der Modulationsstrom wird mit einer Phasendifferenz zwischen dem Anlegen von ±i_m an den Anschluß 28a oder 38a und dem Anlegen von ∓i_m an den Anschluß 28b oder 38b angelegt. Im Fall einer Laserstruktur mit einem noch komplexeren oberen Elektrodenaufbau, bei dem der Strom ±i_m nicht insgesamt einer einzigen Elektrode angelegt wird, sondern zwischen zwei oder mehreren Elektroden verteilt wird, muß diese Verteilung asymmetrisch in Bezug auf die Symmetrieebene 29, 39 gewichtet sein. Der Strom ∓i_m (dies ist der inverse Strom von ±i_m) wird über eine ähnlich gewichtete Verteilung angelegt, die das Spiegelbild der Verteilung des Stromes ±i_m in der Symmetrieebene ist.
Zusätzlich zur Asymmetrie der Ansteuerungsbedingungen, die durch das Vorhandensein der Phasendifferenz zwischen dem Anlegen von ±i_m und ∓i_m erzeugt werden, kann auch eine Asymmetrie in den relativen Amplituden der beiden Ansteuerungsströme vorhanden sein, so dass ±ki_m und ∓i_m erhalten werden, wobei k eine von der Einheit unterschiedene Konstante ist. Um klar zwischen diesen beiden Asymmetrieformen zu unterscheiden, wird die Asymmetrie, die durch Differenzen der relativen Amplituden des Modulationsstromes eingeführt werden, als Modulationsgrad-Asymmetrie bezeichnet, während die Asymmetrie, die durch Differenzen ihrer Phasen erzeugt wird als zeitweise Asymmetrie bezeichnet wird. Um diese Effekte zu diskutieren ist es zweckmäßig, konventionell zu definieren, was unter positiv und negativ bezüglich dieser beiden Asymmetrietypen zu verstehen ist. Demgemäß wird die positive Modulationsgrad-Asymmetrie als jene Bedingung definiert, in der der Modulationsgrad auf den Seiten der Symmetrieebene entfernt von der Ausgangsfacette des Lasers jene auf der nahegelegenen Seite überschreitet. Demgemäß fällt unter Bedingungen einer positiven Modulationsgrad-Asymmetrie die im Laser gespeicherte Energie ab, wenn ein Impuls den Laser anschaltet. Die positive zeitweilige Asymmetrie ist als eine Bedingung definiert, bei der die Modulation, die jener Seite der Symmetrieebene angelegt wird, die von der Ausgangsfacette des Lasers entfernt ist, vorher angelegt wird, bevor ein Anlegen an die nahegelegene Seite erfolgt.
4 zeigt wie in Bezug auf ein spezielles Beispiel eines Lasers, der gemäß 3 aufgebaut ist, die Veränderung des Grades der Modulationsgrad-Asymmetrie in Abwesenheit irgendeiner zeitweiligen Asymmetrie das Chirp an seinem Ausgang beeinflußt wird, wenn eine Modulation mit der Bitfolge '0, 1, 0' erfolgt. Die Kurven nach 4 wurden erlangt durch Anlegen eines konstanten Stromes an den Anschluß 38b des Laser und durch Umschalten des Stromes, der an den Anschluß 38c angelegt wurde, zwischen 0 mA und 40 mA, wobei der Anschluß 38c willkürlich als jener Anschluß der Anschlüsse 38a und 38c bezeichnet wird, der der Ausgangs-Facette näherliegt. Die unterschiedlichen Kurven wurden erzeugt, indem unterschiedliche Stromwerte an den Anschluß 38a, der von der Ausgangsfacette entfernt liegt, angelegt wurden. In Bezug auf die mit "gleichphasig" bezeichnete Kurve betrug die Stromstärke des an den Anschluß 38a angelegten Stromes 40 mA und der Strom war in Phase mit dem an den Anschluß 38c angelegten Strom. Bei den anderen Kurven gemäß 4 ist der an den Anschluß 38a angelegte Strom in Gegenphase mit dem Strom, der an den Anschluß 38c angelegt ist. Die Bezeichnung dieser Kurven, außer der "gleichphasigen" Kurve, steht in Bezug auf die Asymmetrie. So wurde im Fall der mit 0 mA bezeichneten Kurve der an den Anschluß 38a angelegte Strom zwischen 40 mA und 0 mA umgeschaltet. Im Fall der mit –40 mA bezeichneten Kurve wurde der an den Anschluß 38a angelegte Strom zwischen 0 mA und 0 mA umgeschaltet, das heißt die Stromansteuerung erfolgte eintaktmäßig. Aus Symmetriegründen würde man erwarten, dass die 0 mA-Kurve die flachste Kurve ist. Tatsächlich ist jedoch die –10 mA-Kurve, wie sich herausstellt, die flachere Kurve, die nur einige Abweichungen von der perfekten physikalischen Symmetrie bei dem speziellen beim Versuch benutzten Laser aufweist.
Nunmehr soll die Aufmerksamkeit auf die Wirkung zeitweiliger Ansteuerungs-Asymmetrie gerichtet werden. 5 zeigt die simulierten Ergebnisse in Bezug auf unterschiedliche Werte der zeitweiligen Asymmetrie beim Anlegen einer Gegentaktstromansteuerung an einem Laser, der gemäß 3 ausgebildet ist. Die Simulierung erfolgte in Bezug auf eine Modulation bei 1,5 Gb/s mit einer '0, 1, 0' Bitfolge, mit einer Gleichstromvorspannung am Kontakt 38b von 50 mA, einer Gleichstrom-Vorspannung von 22,5 mA an jedem Endkontakt 38a und 38c und einem Modulationsgrad von 40 mA an den Endkontakten. Die Simulierung basierte auf der tme Domänenmodellierung, wie sie beschrieben wird von C. F. Tsang et al, "Comparison between 'power matrix model (PMM)' and 'time domain model (TDM)' in modeling large signal responses of DFB-Lasers", IEE Proc. J., Bd. 141, Nr. 2, S. 89–96, April 1994 und von L. M. Zhang et al "Dynamic analysis of radiation and side mode suppression in second order DFB lasers using time-domain large signal travelling wave model", IEEE J. Quantum Electron., Bd. 30, Nr. 6, S. 1389–1395, Juni 1994. Aus 5 ist ersichtlich, dass durch Änderung der zeitlichen Asymmetrie vom positiven nach dem negativen oder umgekehrt, die Wellenlängen-Abweichungen beim Anschalten und Abschalten eines Impulses veranlaßt werden können, das Vorzeichen umzukehren, wobei die Gesamtsymmetrie der Ansteuerung erhalten bleibt, so dass die Emissions-Wellenlänge im Datenelement 1 jener des Datenelements 0 angepaßt ist.
Dieser Effekt wird verständlich, wenn man die Änderung der gespeicherten Energie und die mittlere Trägerdichte betrachtet. Ein Impuls wird angeschaltet durch Abschaltung des weiter vom Ausgang entfernten Kontaktes und eingeschaltet an dem Kontakt der dem Ausgang näher liegt. Bei einer positiven zeitlichen Asymmetrie führt die Abschaltung des weiter entfernt liegenden Kontaktes zur Anschaltung des näheren Kontaktes und wenn ein Impuls anschaltet, ergibt sich ein vorübergehender Abfall der mittleren Trägerdichte und eine Speicherung von Energie, bevor der naheliegende Kontakt angeschaltet wird. Ein derartiger Übergangsabfall wird von einer positiven Übergangs-Emissions-Wellenlängen-Verschiebung begleitet.
Beim Abschalten führt das Anschalten des weiter entfernt liegenden Kontaktes zu einer Abschaltung des näherliegenden Kontaktes und so erfolgt an dieser Verbindung ein vorübergehendes Ansteigen der mittleren Trägerdichte und gespeicherten Energie, so dass ein Übergang von einer vorübergehenden negativen Emissions-Wellenlängen-Verschiebung begleitet ist. Die Wirkungen sind bei Änderung einer negativen zeitweiligen Asymmetrie vertauscht, weil in diesem Fall ein Ansteigen der mittleren Trägerdichte und gespeicherten Energie begleitet ist von einem Anschalten und einem Abfall mit Abschalten.
6 zeigt eine weitere Kurve, bei der die zeitweise Asymmetrie +60 ps betrug, aber diesmal beim Vorhandensein einer Vorspannachssymmetrie von +10 mA.
7 zeigt wie sich das Extinktions-Verhältnis mit der zeitlichen Asymmetrie ändert, unter Benutzung der gleichen Ansteuerungsbedingungen wie unter Bezugnahme auf 5 beschrieben. Dies zeigt, dass die Versetzung keinen wesentlichen Einfluß auf das Extinktions-Verhältnis hat.
8 zeigt die Oszillogramme und 9 zeigt die Wirkung des "Augenschluß"-Verzuges, wenn eine positive und negative zeitliche Asymmetrie in der Weise angelegt wird, wie dies unter Bezugnahme auf 5 beschrieben wurde, wobei eine zeitliche +60 ps Asymmetrie benutzt wurde. Es ist ersichtlich, dass eine positive zeitweilige Asymmetrie zu einer sehr starken Pulskompression führt und beträchtlich den Übertragungsabstand über 1200 km für 1 dB "Augenverschluß" verbessert, während eine negative zeitweise Asymmetrie ein schnelleres "Augenschließen" bewirkt. Dies kann erklärt werden durch Betrachtung der zeitlich aufgelösten Chirp-Formen. Die roten und blauen Wellenlängen-Verschiebungen an der Vorderkante und der Hinterkante des Impulses bewirken eine Bewegung der Kanten zusammen, wenn der Impulse fortschreitet, und ergibt eine starke Kompression ähnlich jener, die für einen äußeren Modulator mit einem negativen Chirp auftritt. Das entgegengesetzte tritt auf, wenn eine negative zeitliche Asymmetrie angelegt wird und die Ränder schnell gespreizt werden. Die Benutzung einer zeitweiligen Asymmetrie ermöglicht es daher, die Übertragungleistung vergleichbar zu machen mit einem äußeren Modulator mit negativem Chirp.
Die präzise Form der Optimierung des Chirp hängt von der Laserstruktur und von der Dispersion in der Faserverbindung ab. Ein wichtiger Punkt besteht darin, dass es nicht notwendigerweise der niedrigste Pegel von Chirp ist, der die beste Leistung ergibt, vielmehr ist es die Form des zeitlich aufgelösten Chirp, die von Wichtigkeit ist. Eine Gegentakt-Modulation liefert das Potential, um diese Form zu erzeugen und es kann ein Vergleich mit einem äußeren Modulator durchgeführt werden. Ein äußerer Modulator kann zulasssen, dass ein Impuls "vor-gechirpt" wird, das heißt die spektrale Form wird so gestaltet, dass eine gegebene Dispersion in einer Faser kompensiert wird. Mit einer geeigneten Vorspannung kann ein äußerer Modulator ein negatives Chirp liefern, was sehr weite Übertragungsstrecken ermöglicht. In gleicher Weise kann mit einer Gegentakt-Modulation das Chirp so zugeschnitten werden, dass ein "vor-gechirpter" Impuls geliefert wird, um die Dispersion zu kompensieren und mit einer geeigneten zeitlichen Asymmetrie kann eine negative Chirp-Form erlangt werden, die ähnlich jener ist, die von einem optimierten äußeren Modulator erlangt wird, aber mit den Vorteilen, die auf den geringeren Kosten und der Einfachheit beruhen, die durch eine direkt modulierte Quelle geliefert werden.

Claims

Verfahren zum Amplitudenmodulieren eines Injektionslasers mit verteilter Rückkopplung (DFB), dessen optischer Hohlraum eine Ebene von erheblicher Symmetrie (29, 39) lotrecht zur Lichtemissionsachse des Lasers hat, wobei in dem Verfahren ein Vorstrom, der im wesentlichen symmetrischmit Bezug auf die genannte Ebene von erheblicher Symmetrie ist, auf den optischen DFB-Hohlraum geschaltet wird, auf den ein Modulationsstrom überlagert wird, der aus einer Daten- und einer Umkehrdatenkomponente besteht, wobei die Datenkomponente eine Verteilung hat, die in Bezug auf die Ebene mit erheblicher Symmetrie asymmetrisch gewichtet ist, und die Umkehrdatenkomponente eine Verteilung hat, die ein Abbild der Datenkomponente ist, wobei die Daten- und die Umkehrdatenkomponente mit Spiegelsymmetrie in Bezug auf die Ebene von erheblicher Symmetrie angewendet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenkomponente in phasenverschobener Beziehung in Bezug auf der Anwendung der Umkehrdatenkomponente angewendet wird, so dass die Komponenten in einem phasenverschobenen Gegentaktmodus arbeiten, um das dynamische Chirp zu optimieren.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Umkehrkomponente, die ein Abbild der Datenkomponente ist, dieselbe Amplitude hat wie die Datenkomponente.
Injektionslaser mit verteilter Rückkopplung (DFB) mit einer Elektrodenstruktur (28a, 28b; 38a, 38b, 38c), mit der Strom in den optischen Hohlraum des DFB-Lasers injiziert werden kann, um den Laser zum Lasern zu veranlassen, wobei die genannte Struktur eine geteilte Struktur ist, die die Strominjektion mit einer variierbaren Verteilung über die Lichtemissionsachse des optischen Laserhohlraums zulässt, wobei der optische Hohlraum eine Ebene von erheblicher Symmetrie (29, 39) lotrecht zu der Lichtemissionsachse hat, wobei der DFB-Laser mit Ansteuermitteln ausgestattet ist, um einen Vorstrom auf die geteilte Elektrodenstruktur zu schalten, der symmetrisch in Bezug auf die Ebene von erheblicher Symmetrie ist, auf den genannten Vorstrom einen Modulationsstrom zu überlagern, der aus einer Daten- und einer Umkehrdatenkomponente besteht, wobei die Datenkomponente eine Verteilung hat, die in Bezug auf die Ebene von erheblicher Symmetrie asymmetrisch gewichtet ist, und die Umkehrdatenkomponente eine Verteilung hat, die ein Abbild der Datenkomponente ist, wobei die Daten- und die Umkehrdatenkomponente mit Spiegelsymmetrie in Bezug auf die Ebene von erheblicher Symmetrie angewendet werden, wobei das Ansteuerungsmittel dadurch gekennzeichnet, dass es die Datenkomponente in phasenverschobener Beziehung in Bezug auf die Anwendung der Umkehrdatenkomponente anwendet, so dass die Komponenten in einem phasenverschobenen Gegentaktmodus arbeiten, um das dynamische Chirp zu optimieren.
DFB-Laser nach Anspruch 3, wobei der Modulationsstrom, den das Ansteuerungsmittel auf die geteilte Elektrodenstruktur schalten soll, eine Daten- und eine Umkehrdatenkomponente von gleicher Amplitude hat.
Optisches Übertragungssystem mit einem optischen Empfänger (11), der über einen Übertragungspfad (12) optisch mit einem optischen Sender (10) gekoppelt ist, der einen DFB-Laser nach Anspruch 3 oder 4 aufweist.