NL8004472A - Inrichting voorzien van een halfgeleiderlaserdiode. - Google Patents

Description

F"----- Τ PHN 9819 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven Inrichting voorzien van een halfgeleiderlaserdiode.

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voorzien van een halfgeleiderlaserdiode.

Wanneer een halfgeleiderlaserdiode, welke een grote coherentielengte heeft, met een glasfiber, welke een gegra-5 deerd brekingsinzed profiel heeft, of in het algemeen met een multimode fiber gekoppeld wordt en er bevinden zich êên of meer niet ideale fiberkoppelingen of in het algemeen verbindingen met een ruimtelijk filterende werking in de trans-missieweg, dan treedt aan de ontvangzijde van de fiber zoge-10 naamde mode ruis op.

Het verschijnsel van mode ruis is beschreven in de Proceedings of the Fourth European Conference on Optical Communication, September 12-15, 1978, Genova, pp 492-501. Hierin is tevens aangegeven dat door toepassing van een laser 15 welke een grotere spectrale lijnbreedte van êên longitudinale mode en dus een kleinere coherentielengte heeft, de mode ruis sterk kan worden verminderd.

De uitvinding beoogt een inrichting voorzien van een halfgeleiderlaserdiode aan te geven, waardoor uitgaande 20 van een laser welke op zich een kleine spectrale lijnbreedte van êên longitudinale mode heeft een optisch spectrum van de laser wordt verkregen, welke geschikt is voor het verminderen van mode ruis in fibertransmissiesystemen.

De inrichting voorzien van een halfgeleiderlaser-25 diode volgens de uitvinding heeft het kenmerk, dat êên van de eindvlakken van de halfgeleiderlaserdiode optisch is gekoppeld met een uiteinde van een sectie van een monomode optische golfgeleider waarvan het andere uiteinde reflecterend is afgesloten.

30 In Figuur 1 is een halfgeleiderlaserdiode 1 van het meerlagentype weergegeven, welke is gemonteerd op een koel-blok 2, welke is gevat in een houder 3. De actieve laag 4 bevindt zich tussen de spiegelende eindvlakken 5 en 6, welke 800 4 4 72 JTs S.

PHN 9819 2 laatsten de laserresonator vormen. De eindvlakken 5 en 6 zijn gedeeltelijk doorlatende spiegels, welke een deel van het opvallende licht doorlaten.

Het licht dat door het eindvlak 6 wordt doorgelaten, 5 wordt middels een koppeling 7 gekoppeld met de kern van een transmissiefiber 8, bijvoorbeeld een fiber met een gegradeerd brekingsindex profiel, welke het begin vormt van een (lange-afstand) transmissiesysteem.

Het optische vermogen P van de laser als functie van 10 de golflengte Λ , kan voor een laser van goede kwaliteit een vorm hebben zoals is weergegeven in figuur 2. In de praktijk is gebleken dat bij toepassing van dergelijke lasers, aan de ontvangzijde van het optische transmissiesysteem een ruis optreedt van een bepaald type, welke mode ruis wordt genoemd.

15 Een laser met een kleine spectrale lijnbreedte B en dus een grote coherentielengte kan in de transmissiefiber tot op grote afstanden van de laser tijdvariërende intensiteitsverdelingen over de fiberdoorsnede veroorzaken, welke bijvoorbeeld achter een niet ideale fiberkoppeling aanleiding kunnen 2o geven tot intensiteitsmodulatie van het optische signaal. Deze intensiteitsverdelingen worden vanwege hun vorm aangeduid als spikkelpatronen.

Ter reductie van de mode ruis in het transmissiesysteem, wordt het eindvlak 6 van de laser middels een optische 25 koppeling 9 optisch gekoppeld met een uiteinde van een sectie van een monomode fiber 10, waarvan het andere uiteinde reflecterend is afgesloten door een spiegel 11.

Een deel van het laserlicht, dat door het eindvlak 6 van de laser wordt doorgelaten, wordt middels koppeling 9 30 in de monomode fiber 10 gekoppeld en keert na reflectie aan spiegel 11 in de laser terug. De monomode fiber 10 vormt dus een externe optische terugkoppelweg voor de laser. Hierdoor neemt de spectrale lijnbreedte B' van de laser toe en blijkt de fijnstructuur van een mode te bestaan uit een aantal reso-35 nanties op een onderlinge afstand Af waarvoor bij benadering geldt

Af = Vg/2L, waarin Vg de groepsnelheid in de fiber 10 en L de lengte van 800 4 4 72 >· -<i PHN 9819 3 9 - - de fiber 10 voorstelt. Het optische vermogen P als functie van de golflengte \ , bij toepassing van de externe optische terugkoppeling, zal een vorm hebben zoals is weergegeven in figuur 3.

5 Uit onderzoekingen is gebleken, dat het essentieel is dat in fiber 10 het licht zich slechts in één mode kan voortplanten, aangezien anders phasefluctuaties in het door de fiber 10 naar de laser gereflecteerde licht kunnen optreden, welke extra ruis in de optische uitgang van de laserdiode 10 kunnen veroorzaken.

In een alternatieve uitvoering kan de spiegel 11 vervangen worden door een reflecterende laag 12 op het uiteinde van de fiber 10. Het is ook mogelijk het uiteinde van de fiber te koppelen met een silicium fotodiode, welke als moni-15 tor kan fungeren, waarbij reflectie optreedt bij de fiber-diode overgang. De beide maatregelen kunnen ook gecombineerd worden toegepast wanneer de reflecterende laag 12 voor een deel doorlatend wordt gemaakt.

Koppelingen tussen een laser en een monomode fiber 20 voor het realiseren van de koppeling 9 zijn uit de literatuur bekend, bijvoorbeeld uit de Proceedings of the First European Conference on Optical Fiber Communication, 16-18 September 1975, London, pp 114-6 (Khoe).

In een verdere alternatieve uitvoering, welke niet 25 in de figuren is weergegeven, kan in de plaats van monomode fiber 10, een geïntegreerde plenaire monomode optische golf-geleider worden toegepast. Een koppeling van een laser diode met een dergelijke golfgeleider is bijvoorbeeld beschreven in Applied Opties, Vol. 19, June 1980, pp 1847-52.

30 De grotere spectrale lijnbreedte van êén longitudi nale mode van de laserdiode gaat vergezeld van een kleinere coherentielengte, zoals bijvoorbeeld is aangetoond in IEEE Journal of Quantum Electronics, Volume QE-15, August 1979, pp. 782-6 (Velzel et al).Hierdoor blijft het optreden van 35 spikkelpatronen beperkt tot een kleine afstand van de laser. Zonder toepassing van de externe optische terugkoppeling kan deze afstand voor een gegradeerde index fiber enkele kilometers bedragen.Door toepassing van de uitvinding kan 300 4 4 72 PHN 9819 4 r - ' v de afstand waarbinnen in de transmissiefiber spikkels kunnen optreden, worden teruggebracht tot één of enkele meters afhankelijk van de toename van de dispersie welke nog juist toelaatbaar is. Het moet dan worden vermeden dat binnen deze 5 korte afstand niet ideale fiberkoppelingen of andere verbindingen met een ruimtelijk filtereffect worden toegepast.

Het optreden van mode ruis verderop in de transmissiefiber wordt dan voorkomen. In een praktisch geval werd een mono-mode fiber 10 met een kerndiameter van 6 microns, een V-nummer 10 van 2.2 en een lengte L = 50 mm toegepast en bedroeg het koppelrendement van koppeling 9 ongeveer 15%. Geen van de genoemde parameters bleek echter een kritsche waarde te hebben.

15 20 25 30 35 800 4 4 72

Claims (2)

1. Inrichting voorzien van een halfgeleiderlaser-diode, met het kenmerk, dat één van de eindvlakken van de halfgeleiderlaserdiode optisch is gekoppeld met een uiteinde van een sectie van een monomode optische golfgeleider, 5 waarvan het andere uiteinde tenminste gedeeltelijk reflecterend is afgesloten.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat op het genoemde andere uiteinde van de monomode optische golfgeleider een tenminste gedeeltelijk reflecterende laag 10 is aangebracht. 15 20 25 30 35 800 44 72