JPH08213715A - レーザ組立品およびその散乱光フィードバックの除去方法 - Google Patents

レーザ組立品およびその散乱光フィードバックの除去方法

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JPH08213715A
JPH08213715A JP7326272A JP32627295A JPH08213715A JP H08213715 A JPH08213715 A JP H08213715A JP 7326272 A JP7326272 A JP 7326272A JP 32627295 A JP32627295 A JP 32627295A JP H08213715 A JPH08213715 A JP H08213715A
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JP
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laser
lens
isolator
window
optical
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JP7326272A
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Carl E Gaebe
イー.ゲーブ カール
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AT&T Corp
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AT&T Corp
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    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/42Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4204Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms
    • G02B6/4207Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms with optical elements reducing the sensitivity to optical feedback
    • G02B6/4208Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms with optical elements reducing the sensitivity to optical feedback using non-reciprocal elements or birefringent plates, i.e. quasi-isolators
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/005Optical components external to the laser cavity, specially adapted therefor, e.g. for homogenisation or merging of the beams or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping
    • H01S5/0064Anti-reflection components, e.g. optical isolators
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022Mountings; Housings
    • H01S5/0225Out-coupling of light
    • H01S5/02257Out-coupling of light using windows, e.g. specially adapted for back-reflecting light to a detector inside the housing

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザパッケージにおける散乱光のフィード
バックを減少させる方法を提供する。 【解決手段】 光学表面上の粒子汚れや欠陥による散乱
光の、レーザへの戻りを減少させるためのシステムおよ
び方法が提供される。この戻りは、アナログ変調フォー
マットにおけるあらゆる温度下において不安定な歪みレ
ベルを引き起こす。戻りは、レーザパッケージの一体化
された領域から汚れを除去し、レーザへ到達する散乱光
の量を減少させることによって減少する。レーザパッケ
ージの一体化された全領域から汚れを除去するために、
改良された洗浄技術が使用される。レーザへ到達する散
乱光の量を減少させるために、レーザパッケージ設計に
おいてすべての光部品がアイソレータの後ろに配置され
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信システム、
特に、光信号源として変調半導体注入レーザを使用する
光伝送システムに関する。
【0002】
【従来の技術】アナログまたはデジタル光通信システム
は半導体注入レーザを使用し、その光出力は、伝送され
る情報を表す変調信号に従ってレーザに注入する電流を
変化させることによって変調される(電流注入変調)。
出力は次に伝送ライン(一般には光ファイバ)によって
受信器へ伝送され、そこで変調信号が検出され、情報が
回復され、利用される。このようなシステムは、例えば
ケーブルTV、衛星通信、およびレーダ通信等に使用さ
れる。
【0003】このようなシステムを経済的に使用するた
めに、多くの異なる信号が同一の伝送ライン上に、同一
のレーザを用いて同時に伝送(多重化)される。このた
めに、レーザは一般に、複数のサブキャリヤ周波数によ
って変調され(周波数多重化)、サブキャリヤ自体が対
応する複数の信号によって振幅変調または周波数変調
(AMまたはFM)される。
【0004】レーザはこれらの変調信号を光線の形で放
射し、光線は、受信器への伝送のための光ファイバへ入
射するように光線を集束させるために設計された一連の
光部品に入射する。しかし、しばしば光部品の表面が汚
れや欠陥を有し、それによって光線が部分的に散乱され
てレーザへ戻る。
【0005】光線のうち散乱してレーザへ戻る部分は、
レーザへのフィードバックとして機能する。フィードバ
ック位相によってレーザの出力パワーは真性のレベル
(すなわち、このようなフィードバックが無い場合の出
力パワー)とは異なる。しかしフィードバック位相は、
レーザの瞬時波長と、レーザと散乱を起こす光部品(こ
れより散乱源と称する)の間の往復光路長に依存する。
【0006】レーザの瞬時波長は瞬時注入電流に依存す
るため、フィードバック位相は注入電流とともに変調さ
れる。従って、フィードバックが存在する場合の変調電
流に関するレーザの光応答は、真性の応答とは異なる。
言い替えると、レーザの歪みレベルは、散乱源からのフ
ィードバックの存在によって変化する。
【0007】さらに、レーザの電流変調から帰結するフ
ィードバックの位相変調は、(レーザパッケージそのも
のの内部にある表面のように)散乱源がレーザチップに
非常に近い場合は常に、ひとつの完結サイクルよりかな
り小さい傾向がある。フィードバックの位相は、一定ま
たは平均部分と、変調部分の二つの部分を含む。(変調
部分は注入電流の変調によって人為的に作られる。)
【0008】一定または平均位相は、レーザの平均波長
と、レーザチップと散乱源の間の光路長に依存する。フ
ィードバック位相のDC部分が安定である場合、パッケ
ージから発信される光信号の全歪みレベルもまた、(真
性のレベルとは異なるが、)安定である。しかし、フィ
ードバックのDC位相が変化する場合、パッケージ内の
全歪みレベルも不安定となる。
【0009】レーザの平均波長がDCバイアス電流とレ
ーザチップの温度の両方に依存するため、フィードバッ
クが存在する場合のパッケージの歪みレベルは、レーザ
チップ温度とバイアスレベルに関して不安定となる。ま
た、パッケージの機械的な大きさが変化すると光路長も
変化するため、歪みレベルは、パッケージの機械的変化
や熱応力に応じて変化する。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】従って、レーザへの散
乱光フィードバックの量を減少させるためのシステムお
よび方法が必要とされている。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は、光学表面上の
粒子の汚れや欠陥による散乱光のレーザへのフィードバ
ックを低レベルに削減するためのシステムの提供を目的
とする。このフィードバックは、アナログ変調フォーマ
ットの温度における不安定な歪みに帰結する。本発明に
よると、よごれによって引き起こされるフィードバック
による不安定な歪みレベルを減少させるために、二つの
ステップが用いられる。
【0012】第一のステップは、レーザパッケージに一
体化された全領域から汚れを除去するステップであ
る。。これは改良された洗浄技術によって達成される。
第二のステップは、散乱によって発生するフィードバッ
クの量を減少させるステップである。これは、レーザパ
ッケージ設計において、全光部品をアイソレータの後方
(すなわち光路においてレーザより下流)に配置するこ
とによって達成される。
【0013】
【発明の実施の形態】図1の配置100において、レー
ザ104は変調光線116を放射し、光線116は従来
技術のアナログ振幅または周波数変調信号に従って変調
される。本実施例において、レーザ104はInGaA
sP半導体注入レーザである。本発明によると、変調光
線116はレンズ106を通過し、平行光線118とな
って現れる。平行光線118はウィンドウ108を通過
し、レーザパッケージ102から出る。
【0014】説明の都合上、光部品の相対的配置を示す
語を定義する必要がある。「後方に」、「前方に」、
「前に」、「後に」のような語はレーザ104を見る視
線における相対位置である。従って図1において、ウィ
ンドウ108はレンズ106の後方、または後ろに位置
する。同様にウィンドウ108はアイソレータ110の
前方に、または前にある。
【0015】また「内側に」および「外側に」という語
は、ウィンドウ108によって形成されるレーザパッケ
ージ102の境界線に関する表現である。レーザパッケ
ージ102の内側とは、レーザ104とウィンドウ10
8によって挟まれる領域内を示す。「外側」とはウィン
ドウ108の後ろの領域を示す。従って図1において、
レーザ104、レンズ106およびウィンドウ108は
レーザパッケージ102の内側にあり、一方アイソレー
タ110、レンズ112および光ファイバ114はレー
ザパッケージ102の外側にある。以下、この表現を引
用する。
【0016】配置100内のレーザパッケージ102の
外側にある第一の光部品はアイソレータ110である。
アイソレータ110は、光を一方の方向にのみ通過さ
せ、逆方向には通過させない素子である。従って、アイ
ソレータ110は、光路内のアイソレータより後方から
の反射光または散乱光等がレーザパッケージ102へ再
入射するのを防ぐ。
【0017】レンズ112は平行光線118を集めて、
光ファイバ114に集束させる。光ファイバ114は光
信号を他の通信素子(図示されていない)に伝送する。
当業者には、光通信システムにおいてレンズ112が任
意の素子であることが認められる。例えば、レンズ10
6が変調光線116を平行化するためにではなく、直接
光線116を光ファイバ114に集束させるように設計
されることも可能である。この場合においても変調光線
116は、光ファイバに入射するまでの光路上でウィン
ドウ108とアイソレータ110を通過する。
【0018】図2の配置は、アイソレータ110がレー
ザパッケージ202の内部に設置され、レンズ106の
後方かつウィンドウ108の前方に配置されている点に
おいて図1の配置と異なる。機能的には、配置100と
200は同じである。
【0019】前述したように、配置100および200
はレーザ104にフィードバックする光を受け易く、こ
れはレーザ104によって生成される変調光線116内
の不安定な歪みレベルを引き起こす。このフィードバッ
クは、レンズ106とウィンドウ108の表面や内部、
およびアイソレータ110の表面上の汚れや欠陥が原因
となる。
【0020】直径50ミクロンほどの小さい粒子汚れ
(例えばほこり)は、検出可能なレベルの歪み不安定性
の原因となり得る。従って、表面あたりの散乱汚れの数
を減らすことによって歪み安定性を改善するためには、
アイソレータ110の前の光部品が清潔であることが重
要である。さらに、アイソレータ110の前の光部品数
を減少させることによって、レーザ104へ光を散乱さ
せ得る表面の数が減少し、歪み不安定性を削減すること
ができる。
【0021】一般に、レーザパッケージはクリーンルー
ム内で清潔な部品によって組み立てられ、密封される。
しかし、このようなレーザパッケージはなお、変調レー
ザ信号の歪みレベルにおけるかなりの不安定性の原因と
なる、表面の汚れた光部品を含む。汚れによる散乱に起
因する歪み不安定性を削減するための、本実施例におけ
るひとつの方法は、レーザパッケージ302内部の光部
品を、改良された洗浄技術を使用して洗浄することであ
る。この改良技術は、光部品の表面上の汚れの数を著し
く減少させる。
【0022】図4の流れ図のステップ402において、
光部品表面は温蒸留水の噴流によって洗浄される。本実
施例においては、冷蒸留水や他の一般的な溶剤より、温
蒸留水を使用する方が良い結果が得られる。さらに、噴
流水の方が水浴より良い結果が得られる。
【0023】次にステップ404において、表面を綿棒
でこすり洗いする。本実施例においては、連続して温蒸
留水の噴流に曝しながらこすると最も良い結果が得られ
る。ステップ406では、温蒸留水の噴流で再度洗浄
し、残留するすべての汚れを除去する。最後にステップ
408において、表面はフィルタを通した空気流によっ
て乾燥される。
【0024】汚れによる散乱に起因する歪み不安定性を
減少させるための本実施例の第二のステップは、図3に
示されるように、すべての光部品をレーザパッケージ3
02内部のアイソレータ110の後ろに配置することで
ある。レーザ104は、アナログ振幅または周波数変調
信号によって変調される変調光線116を放射する。こ
の実施例において、光線116はアイソレータ110を
直ちに通過する。従って配置300においては、光を散
乱させてレーザ104へ戻す汚れを含む可能性があるの
は、アイソレータ110の表面のみである。
【0025】一般にアイソレータは3つ以上の構成部分
から成り、少なくとも6つの、光を散乱しレーザへ戻す
表面を有する。ファラデー回転子の前のこのような表面
のみが光を散乱させ、レーザへ戻す。一般に、ひとつの
アイソレータは光を散乱させレーザへ戻し得るこのよう
な表面を3つ有する。従って、配置200はレーザ10
4へ散乱光を戻す表面を全部で5つ有する。このうち2
つはレンズ106、残りの3つはアイソレータ110の
表面である。
【0026】配置100はレーザ104へ散乱光を戻す
表面を全部で7つ有する。このうち2つはレンズ10
6、2つはウィンドウ108、残りの3つはアイソレー
タ110の表面である。これに対して配置300は、光
を散乱させ、レーザ104へ戻す表面は3つのみであ
る。
【0027】アイソレータ110を通過した後、変調光
線116はレンズ304を通過する。図1と図3を比較
すると、レンズ304はアイソレータ110によって生
じるあらゆる球面収差を補正するという点において、レ
ンズ106とは異なっている。光学システムにおいてレ
ンズ106をアイソレータ110の前に配置する第一の
理由は、光信号内に球面収差が導入されることを防ぐた
めである。
【0028】図1のようにレンズ106がレーザ104
に接近して配置される場合、多くの光が、焦点がおおよ
そ均一であるレンズ106の中心を通過するため、球面
収差は著しく減少する。これに対して、アイソレータ1
10の後ろに配置されたレンズ106(図示されていな
い)は、焦点が変動する傾向があるレンズの端部を含む
全領域を通して光を集める。この焦点の変動が球面収差
として知られる効果をもたらす。
【0029】本実施例においては、レーザ104へ戻る
散乱光を実質的に減少させるため、アイソレータ110
がレーザ104の直後に配置される。従って本実施例に
おいては、アイソレータ110の後ろに球面収差効果を
除去するための補正レンズ304を配置する。しかし他
の実施例では、レンズ304の位置にレンズ106のよ
うな他のレンズを使用して球面収差の問題には他様に対
処するか、または何も行わない。
【0030】図3において、変調光線116はレンズ3
04を通り平行光線308として出てくる。平行光線3
08はウィンドウ108を通過し、レーザパッケージ3
02から出る。レンズ306は平行光線308を集め、
これらを伝送するために光ファイバ114に集束させ
る。平行光線308はアイソレータ110(または他の
あらゆる光部品)によって生じる球面収差効果を含むた
め、レンズ306は、球面収差の補正にも使用される。
【0031】このように一実施例においては、レンズ3
06は、平行光線308を光ファイバ114上に集束さ
せる機能に加え、球面収差を補正する機能も行う。他の
実施例において、レンズ306は平行光線308を光フ
ァイバ114上に集束させるためにのみ使用される。さ
らに他の実施例において、レンズ112に関して前述し
たように、レンズ306は任意の部品であり、除去可能
である。
【0032】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、レ
ーザパッケージ内の光部品を洗浄するための改良技術、
およびアイソレータをレーザの直後に配置したレーザパ
ッケージ内の光部品配置によって、散乱光のレーザへの
戻りを著しく減少させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】アイソレータをレーザパッケージの外部に設置
した、光通信システムにおいて使用される光部品配置図
である。
【図2】アイソレータをレーザパッケージの内部に設置
した、光通信システムにおいて使用される光部品配置図
である。
【図3】汚れによる散乱に起因する不安定な歪みレベル
を減少させるために設計された、光部品配置図である。
【図4】本発明における光部品を洗浄するための方法を
示す流れ図である。
【符号の説明】
100 光部品配置 102 レーザパッケージ 104 レーザ 106 レンズ 108 ウィンドウ 110 アイソレータ 112 レンズ 114 光ファイバ 116 変調光線 118 平行光線 200 光部品配置 202 レーザパッケージ 300 光部品配置 302 レーザパッケージ 304 補正レンズ 306 レンズ 308 平行光線

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (a)レーザと、 (b)前記レーザに隣接して、その光路内に配置された
    レンズと、 (c)前記レーザと前記レンズの間に配置された光アイ
    ソレータと、 (d)前記レーザ、前記レンズおよび前記アイソレータ
    を包含するハウジングとを含み、前記ハウジングが前記
    光路内にウィンドウを有することを特徴とするレーザ組
    立品。
  2. 【請求項2】 前記レーザが変調半導体注入レーザであ
    ることを特徴とする、請求項1記載のレーザ組立品。
  3. 【請求項3】 前記半導体注入レーザがInGaAsP
    レーザであることを特徴とする、請求項2記載のレーザ
    組立品。
  4. 【請求項4】 前記レーザと前記レンズの間の前記光路
    内に光アイソレータを配置することを特徴とする、レー
    ザ、レンズ、およびウィンドウを有し前記レーザと前記
    レンズを包含するハウジングから成るレーザ組立品内の
    散乱光のフィードバックを減少させる方法。
  5. 【請求項5】 さらに、前記レンズ、前記アイソレータ
    および前記ウィンドウを洗浄するステップを含むことを
    特徴とする、請求項4記載の方法。
  6. 【請求項6】 前記洗浄が、 前記レンズ、前記アイソレータおよび前記ウィンドウ
    を、温蒸留水の噴流に曝すステップと、 前記レンズ、前記アイソレータおよび前記ウィンドウを
    綿棒でこするステップと、 前記レンズ、前記アイソレータおよび前記ウィンドウ
    を、再度温蒸留水の噴流に曝すステップと、 前記レンズ、前記アイソレータおよび前記ウィンドウを
    フィルタを通した空気流によって乾燥させるステップを
    含むことを特徴とする、請求項5記載の方法。
JP7326272A 1994-11-23 1995-11-22 レーザ組立品およびその散乱光フィードバックの除去方法 Pending JPH08213715A (ja)

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US34444694A 1994-11-23 1994-11-23

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JPH077156B2 (ja) * 1985-09-12 1995-01-30 日本電気株式会社 光アイソレ−タ
JPS62298195A (ja) * 1986-06-18 1987-12-25 Mitsubishi Electric Corp レ−ザダイオ−ド
JP2574858B2 (ja) * 1988-03-14 1997-01-22 株式会社日立製作所 光アイソレータ付半導体レーザ

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EP0714157A2 (en) 1996-05-29
EP0714157A3 (en) 1996-08-21

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