DE19959727A1

DE19959727A1 - Laser module for wavelength division multiplex operation

Info

Publication number: DE19959727A1
Application number: DE1999159727
Authority: DE
Inventors: Franz Auracher
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 1999-12-10
Filing date: 1999-12-10
Publication date: 2001-06-28
Also published as: WO2001043244A2; AU2504801A; WO2001043244A3

Abstract

The invention relates to a laser module, wherein a component of the beam emitted by a laser diode (LD) is led through a beam splitter (T1, T2) of a first detector (D1) or a etalon (E) and a second detector (D2). Said etalon exhibits a periodic transmission curve, whereby the distance between the transmission maxima is defined by the Free Spectral Range (FSR). It is possible to stabilize the laser module at wavelengths which differ from those of the FSR ) by comparing a weighted difference of the detector stream to zero. A particularly compact and cost favorable construction is thereby rendered possible.

Description

Lasermodule für optische Übertragungssysteme mit Wellenlän genmultiplex-(WDM-)Betrieb müssen hohen Anforderungen bzgl. der Wellenlängenstabilität genügen. Dazu werden die Laser in diesen Modulen temperaturstabilisiert; zusätzlich wird meist die Wellenlänge gemessen und nachgeregelt. Heute werden in Glasfaserübertragungsstrecken 4 bis 8 Wellenlängenkanäle bei Kanalabständen von 400 GHz bis 200 GHz eingesetzt. Besonders leistungsfähige Systeme nutzen jedoch bereits bis zu 40 Kanä le (Kanalabstand 50 GHz) und es werden in naher Zukunft Sy steme mit 128 Kanälen (Kanalabstand 25 GHz) erwartet. Da heu tige Lasermodule jeweils nur für eine Laserwellenlänge geeig net sind, stellt die Lagerhaltung dieser teuren Module für die zunehmend hohen Kanalzahlen einen hohen Kostenfaktor und ein logistisches Problem dar. Mit einer in einem Lasermodul integrierten Wellenlängenreferenz sind einfachere, kompaktere und kostengünstigere Sendemodule realisierbar und die Anfor derungen an die verwendeten optischen Filter reduziert, da ein Betrieb mit linear polarisiertem Licht möglich ist, keine Feuchtigkeit in das Modul eindringen kann (hermetisch dichtes Modul) und eine konstante Betriebstemperatur beibehalten wird (weil der Laser ohnehin temperaturstabilisiert ist).Laser modules for optical transmission systems with wavelength genmultiplex- (WDM) operation must meet high requirements regarding the wavelength stability is sufficient. To do this, the lasers in these modules are temperature stabilized; in addition mostly the wavelength measured and readjusted. Today in Glass fiber transmission links 4 to 8 wavelength channels Channel spacing from 400 GHz to 200 GHz used. Especially however, powerful systems already use up to 40 channels le (channel spacing 50 GHz) and there will be Sy systems with 128 channels (channel spacing 25 GHz) expected. Since hay only suitable for one laser wavelength are the storage of these expensive modules for the increasingly high number of channels a high cost factor and a logistical problem. With one in a laser module Integrated wavelength reference are simpler, more compact and more cost-effective transmitter modules can be implemented and the requirements changes to the optical filters used, because operation with linearly polarized light is possible, none Moisture can enter the module (hermetically sealed Module) and a constant operating temperature is maintained (because the laser is temperature stabilized anyway).

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Lasermodul für Wellenlängenmultiplexbetrieb anzugeben, bei dem wahlweise un terschiedlichen Wellenlängen benutzt werden können.The object of the present invention is to provide a laser module for Specify wavelength division multiplex operation, in which optionally un different wavelengths can be used.

Diese Aufgabe wird mit dem Lasermodul mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Ausgestaltungen ergeben sich aus den ab hängigen Ansprüchen.This task is accomplished with the laser module with the characteristics of Claim 1 solved. Refinements result from the pending claims.

Bei dem erfindungsgemäßen Lasermodul wird aus dem Laserstrahl zunächst mittels eines Strahlteilers ein Teilstrahl ausgekop pelt. Der Teilstrahl durchläuft dabei ein Filter, das minde stens zwei Maxima der Transmission bei zwei verschiedenen Wellenlängen aufweist, insbesondere ein Etalon oder ein Fa bry-Perot-Filter, und wird danach detektiert. Das Etalon oder Fabry-Perot-Filter zeichnet sich durch eine periodische Transmissionskurve aus, wobei der Abstand der Transmissions maxima durch den sogenannten "Free Spectral Range" (FSR) ge geben ist. Damit ist es möglich, das Lasermodul auf die Wel lenlängen der Transmissionsmaxima zu stabilisieren, insbeson dere auf Frequenzen, die sich jeweils um FSR unterscheiden. Vorteilhafterweise kann eines der Polarisationsfilter des op tischen Isolators als Strahlteiler dienen. Damit ergibt sich ein besonders einfacher, kompakter und zugleich kostengünsti ger Aufbau. Die besonderen Vorteile dieses Lasermoduls liegen in der Anordnung der Wellenlängenreferenz im Lasermodul und ihrem optischen Aufbau, der Modifikation des optischen Isola tors, so daß dieser gleichzeitig als Strahlteiler dient, so wie in den Regelverfahren.In the laser module according to the invention, the laser beam first extract a partial beam using a beam splitter pelt. The partial beam passes through a filter, the minimum at least two maxima of the transmission at two different ones Has wavelengths, in particular an etalon or a company bry-Perot filter, and is then detected. The etalon or Fabry-Perot filter is characterized by a periodic Transmission curve, the distance between the transmissions maxima through the so-called "Free Spectral Range" (FSR) give is. This makes it possible to place the laser module on the wel Stabilize the length of the transmission maxima, in particular on frequencies that differ by FSR. One of the polarization filters of the op table isolator serve as a beam splitter. This results in a particularly simple, compact and at the same time inexpensive construction. The particular advantages of this laser module are in the arrangement of the wavelength reference in the laser module and their optical structure, the modification of the optical isola tors, so that this also serves as a beam splitter, so as in the standard procedure.

Es folgt eine genauere Beschreibung von Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Lasermodule anhand der Fig. 1 bis 7. Die Fig. 1, 3a, 3b, 3c, 4, 5 und 6 zeigen verschiedene Beispiele eines erfindungsgemäßen Lasermodules im Schema. Die Fig. 2a und 2b zeigen Prinzipskizzen zum Etalon. Fig. 7 zeigt eine Schaltung zur Nullpunktregelung.A detailed description of exemplary embodiments of the laser modules according to the invention follows with reference to FIGS . 1 to 7. FIGS . 1, 3a, 3b, 3c, 4, 5 and 6 show different examples of a laser module according to the invention in the diagram. FIGS. 2a and 2b show schematic diagrams of the etalon. Fig. 7 shows a circuit for zero point control.

In dem Lasermodul wird am besten ein optisches Filter mit ei ner periodischen Transmissionskurve (Etalon oder Fabry-Perot- Filter) als Wellenlängenreferenz eingesetzt (s. z. B.: Born and Wolf, Principles of Optics, Pergamon Press 1970). Das Filter wird so dimensioniert bzw. abgestimmt, daß der ge wünschte Kanalabstand gleich dem Abstand der Transmissionsma xima ist oder gleich einem ganzzahligen Vielfachen dieses Ab stands. Die Fig. 2a zeigt schematisch ein Etalon, das z. B. durch eine beidseitig verspiegelte planparallele Glasplatte gebildet ist, deren im Abstand d einander gegenüberliegende Oberflächen Reflektoren R1, R2 bilden. Wegen des im Glas gel tenden Brechungsindex n wird im Winkel Θ zum Lot einfallen des Licht im Glas in einen Winkel Θ' abgeknickt und so par allel verschoben. Die Fig. 2b zeigt typische Transmissions kurven eines Etalons (Transmission T in Abhängigkeit von der Frequenz f; die Reflexionskurven sind komplementär). Die Ma xima der Transmission T treten bei den optischen Frequenzen f_m =m.FSR auf. Die Periodizität FSR (Free Spectral Range) wird durch die optische Dicke (Produkt aus geometrischer Dicke und Brechungsindex) und die Neigung des Etalons bzgl. der Strahlachse gemäß der Beziehung FSR = c/(2dn cos Θ') bestimmt, wobei c die Lichtgeschwindigkeit in Vakuum und n die Brech zahl des Etalonmaterials ist. Die Feinabstimmung eines Trans missionsmaximums erfolgt z. B. durch leichtes Verkippen oder eine Temperaturabstimmung des Etalons. Die Schärfe der Maxima wird durch die Reflexionsfaktoren R der beidseitigen Verspie gelung und die optischen Verluste im Etalon bestimmt. Für ein ideales verlustfreies Etalon und einen perfekt kollimierten Strahl gilt mit einer Konstanten T₀ und F = 4R(1-R)^-2 T(f) = T₀/(1 + F sin² (πf/FSR)). Je höher der Wert von F ist, desto schärfer ist das Transmissionsmaximum, d. h. desto kleiner ist die Halbwertsbreite Δf der Transmissionskurve.It is best to use an optical filter with a periodic transmission curve (etalon or Fabry-Perot filter) as a wavelength reference in the laser module (see, for example: Born and Wolf, Principles of Optics, Pergamon Press 1970). The filter is dimensioned or tuned so that the desired channel distance is equal to the distance of the transmission maxima or equal to an integer multiple of this distance. Fig. 2a shows schematically an etalon z. B. is formed by a mirrored plane-parallel glass plate on both sides, the mutually opposite surfaces d form reflectors R1, R2. Because of the refractive index n in the glass, the light in the glass is bent into an angle Θ 'at an angle Θ to the perpendicular and thus shifted in parallel. Figs. 2b shows typical transmission curves of an etalon (transmission T as a function f of the frequency and the reflection curves are complementary). The maxima of the transmission T occur at the optical frequencies f _m = m.FSR. The periodicity FSR (Free Spectral Range) is determined by the optical thickness (product of the geometric thickness and refractive index) and the inclination of the etalon with respect to the beam axis according to the relationship FSR = c / (2dn cos Θ '), where c is the speed of light in Vacuum and n is the refractive index of the etalon material. The fine tuning of a Trans mission maximum takes place z. B. by slightly tilting or temperature adjustment of the etalon. The sharpness of the maxima is determined by the reflection factors R of the bilateral mirroring and the optical losses in the etalon. For an ideal lossless etalon and a perfectly collimated beam, the following applies with a constant T ₀ and F = 4R (1-R) ^-2 T (f) = T ₀ / (1 + F sin ² (πf / FSR)). The higher the value of F, the sharper the transmission maximum, ie the smaller the half width Δf of the transmission curve.

In den nachfolgenden Beschreibungen der Ausführungsbeispiele ist der Einfachheit halber das optische Filter jeweils als Etalon bezeichnet; es kann statt dessen eine in der Wirkung entsprechende andere Vorrichtung vorhanden sein.In the following descriptions of the exemplary embodiments is the optical filter for the sake of simplicity Designated etalon; instead it can have an effect corresponding other device may be present.

Die Fig. 1 zeigt eine erste Anordnung eines erfindungsgemä ßen abstimmbaren Lasermoduls mit einer internen Wellenlängen referenz, wobei angenommen wurde, daß zwei Linsen zur Ankopp lung der Glasfaser F an den Laserdiodenchip LD eingesetzt werden. Die erste Linse L1 erzeugt näherungsweise einen kol limierten Strahl, der von der zweiten Linse L2 auf die Glas faser F fokussiert wird. Als Linse L1 wird häufig eine asphä rische Linse eingesetzt, die einen hohen Koppelwirkungsgrad für die Faserankopplung ermöglicht. Die Ankopplung kann statt dessen auch mit nur einer Linse erfolgen. Allerdings kann dann kein kollimierter Strahl genutzt werden, wodurch die Transmissionsmaxima des Etalons verbreitert werden. Fig. 1 shows a first arrangement of an inventive reference SEN tunable laser module with an internal wavelengths was being assumed that two lenses lung Ankopp to the glass fiber F are used on the laser diode chip LD. The first lens L1 approximately generates a collimated beam which is focused onto the glass fiber F by the second lens L2. An aspherical lens is often used as the lens L1, which enables a high coupling efficiency for the fiber coupling. Instead, the coupling can also be carried out with only one lens. However, a collimated beam cannot then be used, as a result of which the transmission maxima of the etalon are broadened.

Aus dem (kollimierten) Strahl wird über einen Strahlteiler T1 ein Teilstrahl ausgekoppelt. Dieser Teilstrahl trifft auf ei nen zweiten Strahlteiler T2. Der daran reflektierte Teil strahl wird im Detektor D1 detektiert; dessen Detektorstrom i₁ dient zur Messung der Laserleistung. Der transmittierte Teilstrahl durchsetzt das Etalon E und wird danach ebenfalls detektiert (Detektor D2, Detektorstrom i₂). Da die Transmis sion T des Filters von der Wellenlänge abhängig ist, kann dieses detektierte Signal als Wellenlängenreferenz genutzt werden. Das Nachregeln der Laserwellenlänge erfolgt dann z. B. über die Temperatur des Lasers.A partial beam is coupled out of the (collimated) beam via a beam splitter T1. This partial beam strikes a second beam splitter T2. The partial beam reflected thereon is detected in the detector D1; whose detector current i ₁ is used to measure the laser power. The transmitted partial beam passes through the etalon E and is then also detected (detector D2, detector current i ₂ ). Since the transmission T of the filter depends on the wavelength, this detected signal can be used as a wavelength reference. The readjustment of the laser wavelength is then carried out e.g. B. on the temperature of the laser.

In Fig. 1 sind ein paar vorteilhafte, aber nicht notwendige Ausgestaltungsmerkmale angedeutet. Bei dem dort gezeichneten Beispiel sind zur Vermeidung von unerwünschten Reflexionen die von der Strahlung passierten Oberflächen der Komponenten entspiegelt (AR = Anti Reflection Coating). Um Rückwirkungen auf den Laser von Reflexionen an den Detektoren zu minimie ren, sind die Detektoren so angeordnet, daß die einfallenden Laserstrahlen einen Winkel von einigen Grad bzgl. der Detek tornormalen bilden, und ebenfalls entspiegelt. Es kann auch zweckmäßig sein, vor den Detektoren Linsen anzuordnen, um den (kollimierten) Strahl auf den Detektor zu fokussieren, so daß kleine Detektorflächen ausreichen. Ebenso ist angedeutet, daß zur Vermeidung von Rückwirkungen auf den Laser durch eine Re flexion an der für den Lichteintritt vorgesehenen Stirnfläche der Glasfaser F diese üblicherweise schräg geschliffen wird. Der dadurch bedingte Knick im Strahlengang kann z. B. durch einen kleinen seitlichen Versatz der zweiten Linse L2 gegen über der Strahlachse ausgeglichen werden.In Fig. 1 a few advantageous, but not necessary design features are indicated. In the example drawn there, the surfaces of the components that are passed through the radiation are anti-reflective to avoid undesired reflections (AR = Anti Reflection Coating). In order to minimize repercussions on the laser from reflections on the detectors, the detectors are arranged in such a way that the incident laser beams form an angle of a few degrees with respect to the detector normal, and also anti-reflective. It may also be useful to arrange lenses in front of the detectors in order to focus the (collimated) beam on the detector so that small detector areas are sufficient. It is also indicated that in order to avoid repercussions on the laser by a re flexion on the end face of the glass fiber F provided for the entry of light, this is usually ground at an angle. The resulting kink in the beam path can, for. B. can be compensated by a small lateral offset of the second lens L2 against the beam axis.

Lasermodule für hohe Datenraten enthalten üblicherweise zwi schen dem Laserchip und der Glasfaser einen optischen Isola tor, um unerwünschte Rückwirkungen von reflektiertem Laser licht auf den Laser zu unterdrücken. Dieser besteht in der Regel aus einem ersten Polarisator P1, einem Faradayrotator FR, der das Licht um 45° dreht, und einem zweiten Polarisator P₂, der gegenüber dem ersten Polarisator um 45° gedreht ist. Bisher übliche Materialien für Faradayrotatoren benötigen ein Magnetfeld. Zu diesem Zweck werden der Faradayrotator und die Polarisatoren meist in einem kleinen Ringmagneten aufgebaut. Seit einigen Jahren sind jedoch auch Materialien für Faraday rotatoren verfügbar, die selbst permanent magnetisiert werden können und daher keinen Magneten benötigen. Optische Isolato ren mit diesem Material sind z. B. von der Fa. Isowave, 64 Harding Avenue, Dover, New Jersey 07801, USA erhältlich. Im erfindungsgemäßen Aufbau werden bevorzugt derartige Isolato ren eingesetzt, da bei Fehlen des Ringmagneten eine seitliche Strahlauskopplung auf einfache Weise möglich ist. Es kann aber auch ein Isolator mit Ringmagnet verwendet werden, bei dem der zweite Polarisator P₂ außerhalb des Magneten angeord net wird.Laser modules for high data rates usually contain an optical isolator between the laser chip and the glass fiber to suppress unwanted effects of reflected laser light on the laser. This usually consists of a first polarizer P1, a Faraday rotator FR, which rotates the light by 45 °, and a second polarizer P ₂ , which is rotated by 45 ° with respect to the first polarizer. Materials previously used for Faraday rotators require a magnetic field. For this purpose, the Faraday rotator and the polarizers are usually built in a small ring magnet. For some years now, however, materials for Faraday rotators have also been available that can themselves be permanently magnetized and therefore do not require a magnet. Optical Isolato ren with this material are such. B. is available from Isowave, 64 Harding Avenue, Dover, New Jersey 07801, USA. In the structure according to the invention, such isolators are preferably used, since in the absence of the ring magnet, lateral beam coupling is possible in a simple manner. However, an insulator with a ring magnet can also be used, in which the second polarizer P _{2 is arranged} outside the magnet.

Einer der beiden im optischen Isolator verwendeten Polarisa toren kann als Strahlteiler dienen, wenn der optische Isola tor wie beschrieben so konstruiert ist, daß eine seitliche Strahlauskopplung möglich ist. Die Fig. 1 zeigt eine Varian te der Ausführung, bei der der zweite Polarisator P₂ so ge kippt ist, daß er als erster Strahlteiler T1 zur Strahl auskopplung in den zweiten Strahlteiler T2 für die Wellenlän genstabilisierung dienen kann. Das erforderliche Auskoppel verhältnis wird durch eine entsprechende Verspiegelung oder Entspiegelung des Polarisators eingestellt. Die exakte Ab stimmung der Sollwellenlänge wird durch geringfügiges Kippen des Filters bzgl. der Strahlachse erreicht. Eine Feineinstel lung kann aber auch dadurch erreicht werden, daß nach dem Fi xieren des Filters die Richtung des Laserstrahls z. B. durch eine laterale Feinjustage der Koppellinse nachkorrigiert wird. Dazu eignen sich z. B. insbesondere Linsenträger, die durch Laserbeschuß gezielt justiert werden können. One of the two polarizers used in the optical isolator can serve as a beam splitter if the optical isolator is constructed as described so that a lateral beam coupling is possible. Fig. 1 shows a variant of the embodiment in which the second polarizer P ₂ is tilted so that it can serve as the first beam splitter T1 for coupling the beam into the second beam splitter T2 for wavelength stabilization. The required coupling-out ratio is set by appropriate mirroring or anti-reflective coating of the polarizer. The exact adjustment of the target wavelength is achieved by slightly tilting the filter with respect to the beam axis. A fine adjustment can also be achieved in that after fi xing the filter, the direction of the laser beam z. B. is corrected by a lateral fine adjustment of the coupling lens. For this purpose, z. B. in particular lens carriers that can be specifically adjusted by laser bombardment.

In Fig. 3a ist eine Ausführung dargestellt, bei der der am zweiten Strahlteiler T2 reflektierte Teilstrahl das periodi sche Filter (Etalon E) durchsetzt, während der transmittierte Strahl zur Detektion der Laserleistung dient. Außerdem sind hier vor den Detektoren D1, D2 Linsen L3, L4 angeordnet, da mit kleinflächige Detektoren eingesetzt werden können bzw. größere Justiertoleranzen beim Einbau der Detektoren ermög licht werden.In Fig. 3a, an embodiment is shown in which the partial beam reflected at the second beam splitter T2 passes through the periodic filter (etalon E), while the transmitted beam is used to detect the laser power. In addition, lenses L3, L4 are arranged here in front of the detectors D1, D2, since detectors can be used with small areas or larger adjustment tolerances are made possible when installing the detectors.

Fig. 3b zeigt eine weitere Variante, bei der der zweite Strahlteiler T2 keilförmig ausgebildet ist und beide Seiten teilweise reflektieren. Die beiden an dem zweiten Strahltei ler T2 reflektierten Teilstrahlen durchsetzen das Etalon E unter etwas unterschiedlichen Winkeln und werden danach von einem Detektorpaar D2a, D2b detektiert. In ähnlicher Weise kann statt dessen der erste Strahlteiler T1 in der Anordnung gemäß Fig. 1 keilförmig ausgeführt und nach Bedarf beidsei tig teilverspiegelt werden. Der Vorteil der Ausführungen nach dem in der Fig. 3b dargestellten Prinzip liegt in der Mög lichkeit einer einfachen Regelschaltung, die später beschrie ben wird. FIG. 3b shows a further variant in which the second beam splitter T2 is wedge-shaped and partially reflect both sides. The two partial beams reflected at the second beam splitter T2 pass through the etalon E at somewhat different angles and are then detected by a pair of detectors D2a, D2b. Similarly, instead of this, the first beam splitter T1 can be made wedge-shaped in the arrangement according to FIG. 1 and partially mirrored on both sides as required. The advantage of the designs according to the principle shown in FIG. 3b lies in the possibility of a simple control circuit, which will be described later.

Zu der in Fig. 3b gezeigten Ausführungsform sind weiterge hende Ausgestaltungen realisierbar. Es kann zwischen dem Eta lon E und dem Detektorpaar D2a, D2b ein dritter Strahlteiler angeordnet sein. Der an dem zweiten Strahlteiler T2 reflek tierte Teilstrahl durchsetzt das Etalon E und trifft dann auf den dritten Strahlteiler. Der von dem dritten Strahlteiler transmittierte Teilstrahl wird im Detektor D2a detektiert, der an dem dritten Strahlteiler reflektierte Teilstrahl durchsetzt das Etalon ein zweites Mal unter einem geringfügig anderen Winkel und wird, nach einer teilweisen Reflexion an dem zweiten Strahlteiler T2, im Detektor D2b detektiert. Die beiden etwas unterschiedlich geneigten Teilstrahlen, die das Etalon durchsetzen, können mittels eines keilförmigen Plätt chens aus einem doppelbrechenden Material (z. B. Rutil) er zeugt werden. Dabei ist die optische Achse des doppelbrechen den Materials bzgl. der Polarisationsachse des auftreffenden Laserlichts so auszurichten, daß Komponenten parallel und senkrecht zur optischen Achse vorhanden sind. Diese Komponen ten sehen dann unterschiedliche Brechungsindizes und werden daher unterschiedlich abgelenkt. Das Intensitätsverhältnis der abgelenkten Teilstrahlen hängt von der Orientierung der optischen Achse bzgl. der Polarisationsrichtung ab. Besonders effizient kann die Polarisationsrichtung und damit das Inten sitätsverhältnis durch Einfügen einer λ/2-Platte (lichtdurch lässige Platte mit einem Wegunterschied für die orthogonalen Polarisationen von einer halben Wellenlänge) eingestellt wer den. Durch Drehen der λ/2-Platte kann die Polarisation ge dreht und damit das besagte Verhältnis eingestellt werden. Die Eigenschaften doppelbrechender Materialien bzw. von λ/2- Platten sind in Lehrbüchern der Optik (z. B. in dem bereits zitierten Buch von Born and Wolf) beschrieben. Der Übersicht lichkeit halber ist die λ/2-Platte in der Fig. 3b nicht ein gezeichnet (vgl. die nächste Fig. 3c).To the embodiment shown in Fig. 3b, further developments are feasible. A third beam splitter can be arranged between the eton E and the detector pair D2a, D2b. The partial beam reflected at the second beam splitter T2 passes through the etalon E and then strikes the third beam splitter. The partial beam transmitted by the third beam splitter is detected in the detector D2a, the partial beam reflected on the third beam splitter passes through the etalon a second time at a slightly different angle and, after a partial reflection on the second beam splitter T2, is detected in the detector D2b. The two slightly differently inclined partial rays that penetrate the etalon can be generated by means of a wedge-shaped plate made of a birefringent material (e.g. rutile). The optical axis of the birefringent material must be aligned with respect to the polarization axis of the incident laser light in such a way that components are present parallel and perpendicular to the optical axis. These components then see different refractive indices and are therefore deflected differently. The intensity ratio of the deflected partial beams depends on the orientation of the optical axis with respect to the direction of polarization. The direction of polarization and thus the intensity ratio can be set particularly efficiently by inserting a λ / 2 plate (translucent plate with a path difference for the orthogonal polarizations of half a wavelength). By turning the λ / 2 plate, the polarization can be rotated and the said ratio can thus be set. The properties of birefringent materials or λ / 2 plates are described in textbooks on optics (e.g. in the book by Born and Wolf already cited). For the sake of clarity, the λ / 2 plate is not shown in FIG. 3b (cf. the next FIG. 3c).

Die Fig. 3c zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Art und Anordnung der Strahlteiler T1 und T2 der Ausführung gemäß Fig. 3a entspricht. Der Strahl gelangt aber nicht direkt von dem zweiten Strahlteiler T2 in das Etalon, sondern passiert zunächst ein doppelbrechendes Prisma B zur Strahlaufteilung, in dem orthogonal zueinander ausgerichtete Polarisationen in geringfügig voneinander verschiedene Richtungen aufgespalten werden. Die keilförmige Aufweitung des Prismas B ist in der Zeichenebene der Fig. 3c vorhanden; ein in Aufsicht einge zeichneter Pfeil, der im Winkel von 45° gegen die Zeichenebene geneigt zu denken ist, gibt die optische Achse des Prismas an. Die Intensitäten der Teilstrahlen können aneinander ange paßt werden, indem eine λ/2-Platte entsprechend den Erläute rungen zum Ausführungsbeispiel der Fig. 3b vor das Prisma B gesetzt wird, mit der die Polarisationsrichtung der auftref fenden Laserstrahlung ggf. gedreht werden kann. The Fig. 3c shows an embodiment in which the type and arrangement of beam splitter corresponding to T1 and T2 of the embodiment according to Fig. 3a. However, the beam does not reach the etalon directly from the second beam splitter T2, but first passes a birefringent prism B for beam splitting, in which polarizations oriented orthogonally to one another are split up in slightly different directions. The wedge-shaped widening of the prism B is present in the plane of the drawing in FIG. 3c; an arrow drawn in supervision, which is to be considered at an angle of 45 ° to the plane of the drawing, indicates the optical axis of the prism. The intensities of the partial beams can be matched to one another by placing a λ / 2 plate in accordance with the explanations for the exemplary embodiment of FIG. 3b in front of the prism B, with which the direction of polarization of the incident laser radiation can possibly be rotated.

Die Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform, bei der sowohl der vom periodischen Filter (Etalon E) transmittierte als auch der vom Filter reflektierte Strahl genutzt werden. Als Meß größe für die Laserleistung kann das Summensignal der Detek torströme i₁ + i₂ der Detektoren D1 und D2 genommen werden, da das Filter näherungsweise verlustfrei arbeitet (Summe aus Transmission und Reflexion gleich eins). FIG. 4 shows an embodiment in which both the beam transmitted by the periodic filter (etalon E) and the beam reflected by the filter are used. The sum signal of the detector currents i ₁ + i _{2 of} the detectors D1 and D2 can be taken as the measurement variable for the laser power, since the filter works approximately without loss (sum of transmission and reflection equal to one).

Die bisher beschriebenen Ausführungsformen haben insbesondere zwei Vorteile:
The embodiments described so far have two advantages in particular:

1. Reflections of components of the wavelength stabilization are suppressed by the optical isolator; the second Po larizer P 2 of the optical isolator is also used as a beam splitter, which simplifies the structure.
2. The laser power is on the decoupling side of the laser measured so that an accurate, long-term stable performance is possible.

Die Laserchips werden üblicherweise auf der Auskoppelseite entspiegelt und auf der gegenüberliegenden Seite verspiegelt. Das Verhältnis der Vorwärts- zur Rückwärtsleistung der Laser diode variiert daher von Bauelement zu Bauelement und kann sich durch Alterung der Spiegelschichten verändern. Dieses Problem ist mit dem erfindungsgemäßen Lasermodul beseitigt.The laser chips are usually on the decoupling side anti-reflective and mirrored on the opposite side. The ratio of the forward to reverse power of the lasers diode therefore varies from component to component and can change due to aging of the mirror layers. This Problem is eliminated with the laser module according to the invention.

Es ist jedoch auch möglich, die in Rückwärtsrichtung abge strahlte Laserleistung zu nutzen. In diesem Fall kann die ge samte in Rückwärtsrichtung abgestrahlte Laserleistung genutzt werden, d. h. es ist kein Strahlteiler zur Auskopplung eines Teils der Laserleistung für die Wellenlängenstabilisierung erforderlich.However, it is also possible to abge in the reverse direction beamed to use laser power. In this case, the ge all of the laser power emitted in the reverse direction is used become, d. H. it is not a beam splitter to couple out a Part of the laser power for wavelength stabilization required.

In den Fig. 5 und 6 sind Ausführungsformen gezeigt, bei denen die rückseitige Laserleistung zur Wellenlängenstabili sierung genutzt wird. Der Übersichtlichkeit halber ist hier eine einzige Linse L5 zur Abbildung der Laserstrahlung auf die Detektoren der Wellenlängenstabilisierung dargestellt; d. h. das Etalon wird von einem konvergenten Laserstrahl durchsetzt. Vorteilhaft ist jedoch auch hier eine Zweilinsen anordnung derart, daß das Etalon von einem kollimierten Strahl durchsetzt wird und dieser hinter dem Etalon mit einer zweiten Linse auf den Detektor fokussiert wird. Hier ist auch ein optischer Isolator OI in der gebräuchlichsten Form (er ster Polarisator P₁, Faradayrotator FR und zweiter Polarisa tor P₂ in einem Ringmagneten RM) schematisch im Querschnitt eingezeichnet.In FIGS. 5 and 6 embodiments are shown in which the rear laser power for Wellenlängenstabili is used tion. For the sake of clarity, a single lens L5 for imaging the laser radiation on the detectors of the wavelength stabilization is shown here; ie the etalon is penetrated by a convergent laser beam. However, a two-lens arrangement is also advantageous here in such a way that a collimated beam passes through the etalon and this is focused behind the etalon with a second lens on the detector. Here is also an optical isolator OI in the most common form (he polarizer P ₁ , Faraday rotator FR and second polarizer P ₂ in a ring magnet RM) drawn schematically in cross section.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 wird das Etalon E nur in Transmission genutzt, das Signal für die Leistungsre gelung wird über einen Strahlteiler T ausgekoppelt. Dieser Strahlteiler könnte statt dessen im Strahlengang auf der Aus koppelseite angeordnet sein, um die Vorwärtsleistung zu er fassen. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 wird das Etalon E in Transmission und Reflexion benutzt.In the embodiment according to Fig. 5, the etalon E is only used in transmission, the signal for the Power relays is gelung coupled via a beam splitter T. This beam splitter could instead be arranged in the beam path on the coupling side, in order to capture the forward power. In the embodiment according to FIG. 6, the etalon E is used in transmission and reflection.

Die Ausführungsbeispiele gemäß den Fig. 5 und 6 lassen sich mit den Vorrichtungen zur Wellenlängenstabilisierung entsprechend den in den Fig. 1, 3a, 3b, 3c und 4 darge stellten Ausführungen kombinieren, die in diesen Fällen bei entsprechender Ausgestaltung in den Strahlengang der rückwär tig ausgekoppelten Strahlung eingebaut sind. Insbesondere kann entsprechend den Ausführungen gemäß den Fig. 3b und 3c ein keilförmiger Strahlteiler und hinter dem Etalon ein Paar von Detektoren eingebaut sein. In allen Ausführungsfor men kann die Laserdiode mit einem nachgeschalteten mono lithisch oder hybrid integrierten Modulator (typisch Elektro absorptions- oder Mach-Zehnder-Modulator) kombiniert sein.The exemplary embodiments according to FIGS. 5 and 6 can be combined with the devices for wavelength stabilization in accordance with the designs shown in FIGS . 1, 3a, 3b, 3c and 4, which in these cases, with a corresponding design, are coupled out in the beam path of the backward term Radiation are built in. In particular, in accordance with the explanations according to FIGS . 3b and 3c, a wedge-shaped beam splitter and a pair of detectors can be installed behind the etalon. In all embodiments, the laser diode can be combined with a downstream monolithic or hybrid integrated modulator (typically electro-absorption or Mach-Zehnder modulator).

Im folgenden werden beispielhaft geeignete Prinzipien zur Re gelung der Laserwellenlänge für die dargestellten Ausfüh rungsbeispiele beschrieben. Prinzipiell kann entweder auf das Transmissionsmaximum (oder Reflexionsminimum) oder einen Be zugspunkt der Filterflanke geregelt werden. Im Fall der An ordnungen nach Fig. 3b bzw. 3c oder äquivalenter Anordnungen kann auf den Schnittpunkt der geringfügig verschobenen Fil terkurven (entsprechend den etwas unterschiedlichen Einfalls winkeln der Teilstrahlen) geregelt werden.Suitable principles for regulating the laser wavelength for the illustrated exemplary embodiments are described below by way of example. In principle, either the transmission maximum (or reflection minimum) or a reference point of the filter flank can be regulated. In the case of the arrangements according to FIGS . 3b or 3c or equivalent arrangements, terkurven can be regulated to the intersection of the slightly shifted Fil (corresponding to the slightly different angles of incidence of the partial beams).

Zunächst werden einige grundsätzliche Überlegungen hierzu er läutert. Für eine hohe Regelempfindlichkeit ist eine hohe Frequenzdiskriminierung für den Istwert der Frequenz wün schenswert. Dies kann erreicht werden durch eine hohe Güte des Etalons (hoher Wert von F), eine gute Kollimierung des Laserstrahls, der das Etalon durchsetzt, einen möglichst senkrechten Einfall des Laserstrahls auf das Etalon sowie die Regelung auf einen Punkt auf der Flanke der Filterkurve, an dem die Kurve eine möglichst große Steilheit aufweist. Ein weiterer Gesichtspunkt für die Ausgestaltung der Anordnung ist, ob der Laser selbst direkt (bzw. das Laserlicht in einem nachgeschalteten monolithisch oder hybrid integrierten Modu lator) moduliert oder im Dauerstrich (CW, continuous wave) betrieben wird. Im ersten Fall kann evtl. eine Anordnung des Etalons auf der Laserrückseite vorzuziehen sein, um einen möglichen Einfluß der Modulation mit dem Datensignal auf die Regelung auszuschließen.First, some basic considerations about this purifies. For a high control sensitivity is a high one Frequency discrimination for the actual value of the frequency wün worth it. This can be achieved through high quality of etalon (high value of F), a good collimation of the Laser beam that penetrates the etalon, if possible vertical incidence of the laser beam on the etalon and the Regulation to a point on the flank of the filter curve which the curve has as steep a slope as possible. On Another aspect for the design of the arrangement is whether the laser itself (or the laser light in one downstream monolithic or hybrid integrated modules modulator or in continuous wave (CW, continuous wave) is operated. In the first case, an arrangement of the Etalons on the back of the laser are preferable to one possible influence of the modulation with the data signal on the Rule out.

Bezüglich der Langzeitstabilität ist es besonders vorteil haft, das Etalon möglichst senkrecht zum Laserstrahl zu ju stieren, da dann dessen FSR und damit auch absolute Resonanz frequenz die geringste Empfindlichkeit gegenüber einer Strahlverkippung (z. B. hervorgerufen durch mechanische oder thermische Dejustierung) aufweist. Ein senkrecht einfallen der, gut kollimierter Strahl verursacht aber eine hohe Rück wirkung auf den Laser. Daher sind bei dieser Aufbauweise be sonders Anordnungen vorteilhaft, bei denen ein optischer Iso lator diese Rückwirkungen unterdrückt, wie in den Anordnungen nach Fig. 1, 3a und 4.With regard to long-term stability, it is particularly advantageous to use the etalon as perpendicularly as possible to the laser beam, since its FSR and thus also its absolute resonance frequency has the lowest sensitivity to beam tilting (e.g. caused by mechanical or thermal misalignment). A well collimated beam that is incident vertically, however, has a high effect on the laser. Arrangements in which an optical isolator suppresses these repercussions are therefore advantageous with this construction, as in the arrangements according to FIGS . 1, 3a and 4.

Wegen der geforderten extrem hohen Langzeitstabilität ist auch bei der Regelelektronik insbesondere auf Driftfreiheit zu achten, d. h. es sind möglichst keine Gleichspannungssigna le zu verwenden bzw. Chopperverstärker einzusetzen. Die For derung nach einer hohen Frequenzdiskriminierung steht im Wi derspruch zu einem ebenfalls wünschenswerten großen Fangbe reich der Regelung. Heute verfügbare Halbleiterlaser zeigen typisch eine alterungsbedingte Frequenzdrift von etwa 10 GHz bis 30 GHz während einer geforderten Lebensdauer von 15 bis 20 Jahren. Demnach sollte der Fangbereich der Regelung minde stens ebenso groß sein. Es erscheint daher sinnvoll, eine mi kroprozessorgesteuerte Regelung einzusetzen. Der Mikroprozes sor sorgt dafür, daß beim Einschalten des Lasers dessen Be triebsparameter (Temperatur, Strom) zunächst innerhalb der vorgegebenen Schranken so lange verändert werden, bis die Re gelschleife einrastet. Gleichzeitig können die Langzeitände rungen der Betriebsparameter verfolgt und die Startwerte ak tualisiert werden bzw. auch eine Warnung bei Erreichen der erlaubten Grenzen ausgegeben werden. Im folgenden werden die wichtigsten Möglichkeiten einer Regelung angegeben.Because of the extremely high long-term stability required also for control electronics, especially for freedom from drift to pay attention to, d. H. if possible, they are not DC signals le to use or chopper amplifier. The For There is a need for high frequency discrimination in the Wi the saying about an equally desirable large Fangbe realm of regulation. Show semiconductor lasers available today typically an age-related frequency drift of around 10 GHz up to 30 GHz during a required lifespan of 15 to 20 years. Accordingly, the catch area of the scheme should be at least be as big as possible. It therefore makes sense to have a mi use processor-controlled control. The microprocess sensor ensures that when the laser is switched on, its loading drive parameters (temperature, current) initially within the specified barriers are changed until the Re gel loop engages. At the same time, the long-term changes traces of the operating parameters and the start values ak be updated or a warning when the allowed limits are issued. The following are the most important possibilities of a regulation.

Die Regelung auf das Transmissionsmaximum (Reflexionsminimum) bietet den Vorteil, daß es pro Filterperiode nur ein Maximum gibt und dessen Lage unabhängig von der Lichtleistung ist. Da die optische Frequenz des Lasers in diesem Fall ausschließ lich durch die Resonanzfrequenz des Etalons festgelegt ist, wird das Etalon z. B. durch leichtes Verkippen genau auf die gewünschte Frequenz abgestimmt. Zur Regelung der Anordnungen nach Fig. 1, 3a, 4, 5 und 6 wird zweckmäßigerweise der La serstrom mit einer kleinen Amplitude sinusförmig oder recht eckförmig mit einem niederfrequenten Signal (typisch im kHz- Bereich) der Kreisfrequenz ω_m moduliert, und die modulierten Detektorströme werden phasensensitiv ausgewertet (Lock-in- Detektion). Die Kleinsignalmodulation des Laserstroms hat ei ne entsprechende (erwünschte) Modulation der Laserfrequenz f zur Folge entsprechend f_m(t) = f₀ + S.i_m.sin(ω_mt) und eine (un erwünschte) Modulation der Laserleistung entsprechend P_m(t) = P₀ + S.i_m.sin(ω_mt). Dabei ist S die Steilheit der Laser kennlinie (typische Werte dafür sind 0,2 . . . 0,3 W/A) und i_m der Laserstrom zur Modulation m. Die Detektorströme bei der Modulation m sind gegeben durch
i₁(t) = i₁₀ + I₁.sin(ω_mt) + Harmonische (Terme mit sin(2ω_mt),
sin (3ω_mt), sin(4ω_mt) usw.) mit I₁ = A.S.i_m,
i₂(t) = i₂₀ + I₂.sin(ω_mt) + Harmonische mit
I₂ = B.T₀.(S + α.P₀.^dT/_df).i_m.The regulation to the transmission maximum (reflection minimum) offers the advantage that there is only one maximum per filter period and its position is independent of the light output. Since the optical frequency of the laser in this case is exclusively Lich determined by the resonance frequency of the etalon, the etalon z. B. precisely tuned to the desired frequency by slightly tilting. To control the arrangements according to FIGS. 1, 3a, 4, 5 and 6 is conveniently of La serstrom with a small amplitude sinusoidal or rectangular eckförmig with a low-frequency signal (typically in the kHz range) of the angular frequency ω _m is modulated, and the modulated detector currents are evaluated in a phase-sensitive manner (lock-in detection). The small signal modulation of the laser current results in a corresponding (desired) modulation of the laser frequency f corresponding to f _m (t) = f ₀ + Si _m .sin (ω _m t) and a (undesired) modulation of the laser power in accordance with P _m (t ) = P ₀ + Si _m .sin (ω _m t). S is the slope of the laser characteristic (typical values for this are 0.2 ... 0.3 W / A) and i _m the laser current for modulation m. The detector currents in the modulation m are given by
i ₁ (t) = i ₁₀ + I ₁ .sin (ω _m t) + harmonics (terms with sin (2ω _m t),
sin (3ω _m t), sin (4ω _m t) etc.) with I ₁ = ASi _m ,
i ₂ (t) = i ₂₀ + I ₂ .sin (ω _m t) + harmonic with
I ₂ = BT _0. (S + α.P _0. ^DT / _df ) .i _m .

α ist die FM-Steilheit (Frequenzmodulationssteilheit) des La sers. Der typische Wert liegt bei niedrigen Modulationsfre quenzen im Bereich von etwa 300 . . . 1000 MHz/mA. Die Größen A und B sind Konstanten, T₀ ist die Transmission des Etalons bei der Sollfrequenz des Lasers.α is the FM slope (frequency modulation slope) of the laser. The typical value at low modulation frequencies is in the range of about 300. , , 1000 MHz / mA. The quantities A and B are constants, T ₀ is the transmission of the etalon at the target frequency of the laser.

Der gewünschte Anteil des Signals ist also proportional der vom Filter transmittierten optischen Leistung und der uner wünschte Anteil proportional der Steilheit S der Laserkennli nie, und zwar unabhängig von der optischen Leistung. Die Gleichstromanteile i₁₀ und i₂₀ der Detektorströme entsprechen den mittleren optischen Leistungen an den Detektoren. Um den unerwünschten Beitrag der Intensitätsmodulation zu kompensie ren, muß im Allgemeinen eine geeignet gewichtete Differenz der Modulationsamplituden I₁ und I₂ gebildet werden: i_R = A.I₂ - B.I₁ = A.B.T₀.α.P₀.^dT/_df.i_m. Zweckmäßigerweise wird man zusätzlich das Regelsignal bzgl. der optischen Leistung P des Lasers normieren, um es unabhängig von der optischen Leistung zu machen. Dazu wird die Größe i_R/P₀ auf Null geregelt. Als Maß für die Laserleistung P₀ wird bei den Anordnungen nach den Fig. 1, 3a und 5 der Detektorstrom von D1 genommen. Im Fall der Anordnungen nach Fig. 4 wird statt dessen eine (ge wichtete) Summe der Detektorströme von D1 und D2 genommen. Die Regelung funktioniert jedoch prinzipiell auch ohne diese Normierung. Bei den Anordnungen nach den Fig. 1, 3a und 5 wird also vorzugsweise das modulierte Signal i_R/i₁₀, bei den Anordnungen nach den Fig. 4 und 6 vorzugsweise das modu lierte Signal i_R/(k₁i₁₀ + k₂i₂₀) mit geeignet gewählten Kon stanten k₁ und k₂ auf Null geregelt.The desired portion of the signal is therefore proportional to the optical power transmitted by the filter and the undesired portion is never proportional to the slope S of the laser characteristics, regardless of the optical power. The DC components i ₁₀ and i _{20 of} the detector currents correspond to the mean optical powers at the detectors. In order to compensate for the undesirable contribution of intensity modulation, a suitably weighted difference between the modulation amplitudes I ₁ and I ₂ must generally be formed: i _R = AI ₂ - BI ₁ = ABT ₀ .α.P ₀ . ^dT / _df .i _m . Expediently, the control signal will also be standardized with respect to the optical power P of the laser in order to make it independent of the optical power. For this purpose, the quantity i _R / P ₀ is regulated to zero. The detector current of D1 is taken as a measure of the laser power P ₀ in the arrangements according to FIGS . 1, 3a and 5. In the case of the arrangements according to FIG. 4, a (weighted) sum of the detector currents of D1 and D2 is taken instead. In principle, however, the regulation also works without this standardization. In the arrangements according to FIGS . 1, 3a and 5, the modulated signal i _R / i ₁₀ is therefore preferably, in the arrangements according to FIGS . 4 and 6, preferably the modulated signal i _R / (k ₁ i ₁₀ + k ₂ i ₂₀ ) with suitably chosen constants k ₁ and k ₂ regulated to zero.

Zur Nullpunktregelung wird eine phasensensitive (Lock-in-)Rege lung eingesetzt. Die Fig. 7 zeigt die Prinzipskizze ei ner geeigneten Regelung: Das Regelsignal i_R/P₀, das aus den Strömen der Detektoren D1 und D2 z. B. mittels geeigneter Komparatoren 2 und einem Divisionsglied 3 gebildet wird, wird mit dem Modulationssignal f_m in einem Mischer 4 multipliziert und in einem Integrator 5 integriert, bevor es dem eigentli chen Regler (PI-Regler) 6 zugeführt wird. Stimmt die Laser frequenz mit der Resonanzfrequenz des Etalons überein, dann ist ^dT/_df = 0 und das Regelsignal ebenfalls Null. Bei einer Frequenzabweichung wird dagegen ^dT/_df ≠ 0, wobei das Vorzeichen des Regelsignals davon abhängt, ob die Frequenzabweichung po sitiv oder negativ ist. Demnach kann der (PI-)Regler die La serfrequenz wieder durch Nachregeln der Lasertemperatur auf den Sollwert ziehen. Das geschieht z. B. dadurch, daß der Ausgangsstrom 7 einem auf dem Peltiereffekt beruhenden Kühler zugeführt wird. Die eingezeichneten Ausgänge 1 und 8 dienen der Modulation des Laserstromes bzw. der Regelung der opti schen Leistung. Obwohl eine Regelung auf das Transmissionsma ximum prinzipiell eine schlechtere Frequenzdiskriminierung aufweist als eine Regelung auf die Filterflanke, bietet sie dennoch Vorteile: Die geringere Frequenzselektivität wird durch das sehr empfindliche und rauschunempfindliche Verfah ren der Lock-in-Regelung wieder teilweise kompensiert. Außer dem wird bei einer Lock-in-Regelung wegen der Gleichstrom freiheit der Signale eine für die Langzeitstabilität gefähr liche DC-Drift der Regelelektronik vermieden.A phase-sensitive (lock-in) control is used for zero point control. Fig. 7 shows the schematic diagram of a suitable control: The control signal i _R / P ₀ , which from the currents of the detectors D1 and D2 z. B. is formed by means of suitable comparators 2 and a division element 3 , is multiplied by the modulation signal f _m in a mixer 4 and integrated in an integrator 5 before it is supplied to the controller (PI controller) 6 actually. If the laser frequency matches the resonance frequency of the etalon, then ^dT / _df = 0 and the control signal is also zero. In the case of a frequency deviation, on the other hand, ^dT / _df ≠ 0, the sign of the control signal depending on whether the frequency deviation is positive or negative. Accordingly, the (PI) controller can pull the laser frequency back to the setpoint by adjusting the laser temperature. This happens e.g. B. in that the output stream 7 is fed to a cooler based on the Peltier effect. The indicated outputs 1 and 8 are used to modulate the laser current or to regulate the optical power. Although regulation to the transmission maximum generally has worse frequency discrimination than regulation to the filter flank, it nevertheless offers advantages: the lower frequency selectivity is partially compensated for by the very sensitive and noise-insensitive procedure of the lock-in regulation. In addition, a DC drift of the control electronics, which is dangerous for long-term stability, is avoided in a lock-in control because of the direct current freedom of the signals.

Bei einer Regelung auf die Flanke der Filterkurve kann übli cherweise durch die Wahl der Position auf der Filterflanke die Frequenz des Lasers gegenüber der Resonanzfrequenz des Etalons geringfügig verschoben werden. Es wird auf einen be stimmten Wert der Filtertransmission und damit auf eine be stimmte Laserfrequenz geregelt. Zweckmäßigerweise wird man auf einen möglichst steilen Teil der Filterflanke regeln, um eine hohe Frequenzselektivität zu erzielen. Damit die Rege lung unabhängig von der absoluten Lichtleistung ist, wird das Regelsignal bzgl. der Laserleistung normiert. Dazu wird bei den Anordnungen entsprechend den Fig. 1, 3a und 5 das Si gnal des Detektors D2 mit dem Referenzsignal des Detektors D1 verglichen. Bei diesen Anordnungen ist i₁₀ = k₁.P₀ der Detek torstrom des Detektors D1 und i₂₀ = k_2.P₀.T(f) der Detektor strom des Detektors D2. Wird eine (gewichtete) Differenz a.i₁₀ - b.i₂₀ der Detektorströme gebildet und dieses Differenz signal auf null geregelt, dann erhält man [a.k₁ - b.k₂.T(f)].P₀ = 0, also T(f) = const. Es bedeuten a, b, k₁, k₂ beliebige Konstanten, T(f) die frequenzabhängige Transmission des optischen Filters und P₀ die Ausgangslei stung der Laserdiode auf der Ankoppelseite. Es wird daher auf einen bestimmten Wert der Transmission T(f) und somit auf ei ne bestimmte Wellenlänge geregelt, und zwar unabhängig von der optischen Ausgangsleistung P₀ des Lasers. Durch die Wahl der Gewichtsfaktoren kann der Bezugspunkt auf der Filterflan ke festgelegt werden.When regulating the flank of the filter curve, the frequency of the laser can usually be shifted slightly compared to the resonance frequency of the etalon by choosing the position on the filter flank. It is regulated to a certain value of the filter transmission and thus to a certain laser frequency. It is advisable to regulate as steep a part of the filter flank as possible in order to achieve high frequency selectivity. So that the control is independent of the absolute light output, the control signal is standardized with respect to the laser output. For this purpose, the Si signal of the detector D2 is compared with the reference signal of the detector D1 in the arrangements corresponding to FIGS . 1, 3a and 5. In these arrangements, i ₁₀ = k ₁ .P _{0 is} the detector current of detector D1 and i ₂₀ = k _2. P ₀ .T (f) is the detector current of detector D2. If a (weighted) difference ai ₁₀ - bi _{20 of} the detector currents is formed and this difference signal is regulated to zero, then one obtains [ak ₁ - bk ₂ .T (f)]. P ₀ = 0, thus T (f) = const . It means a, b, k ₁ , k ₂ any constants, T (f) the frequency-dependent transmission of the optical filter and P ₀ the output of the laser diode on the coupling side. It is therefore regulated to a certain value of the transmission T (f) and thus to a certain wavelength, regardless of the optical output power P _{0 of} the laser. The reference point on the filter flange can be determined by the choice of the weight factors.

Für die Anordnungen entsprechend den Fig. 4 und 6 (Nut zung des vom optischen Filter transmittierten und reflektier ten Teilstrahls) gilt sinngemäß i₁₀ = k₁+P₀.R(f) und i₂₀ = k₂+P₀.T(f) mit T(f) = 1 - L - R(f); darin ist R(f) der fre quenzabhängige Reflexionsfaktor des Etalons; die Filterverlu ste werden durch den Term L berücksichtigt. Wird wieder die Differenz der mit k₁ und k₂ gewichteten Detektorströme gebil det und dieses Signal auf Null geregelt, so erhält man a.i₁₀ - b.i₂₀ = 0 und daraus T(f) = [(1 - L).a.k₁]/(b.k₂ - a.k₁) = const. Somit wird auch hier wieder auf einen festen Wert von T(f) geregelt.For the arrangements shown in FIGS. 4 and 6 (groove of the transmitted by the optical filter and reflektier th partial beam heating) apply mutatis mutandis i ₁₀ = k ₁ + P ₀ .R (f) and i ₂₀ = k ₂ + P ₀ .T ( f) with T (f) = 1 - L - R (f); where R (f) is the frequency-dependent reflection factor of the etalon; the filter losses are taken into account by the term L. If the difference between the detector currents weighted with k ₁ and k ₂ is again formed and this signal is regulated to zero, one obtains ai ₁₀ - bi ₂₀ = 0 and from this T (f) = [(1 - L) .ak ₁ ] / (bk ₂ - ak ₁ ) = const. Thus, here too, a fixed value of T (f) is regulated.

Ein Problem bei der Regelung auf die Flanke der Filterkurve ist die Tatsache, daß es pro FSR (free spectral range) zwei Punkte mit gleicher Transmission gibt, die sich nur durch das Vorzeichen der Steigung unterscheiden (steigende und fallende Flanke der Transmissionskurve). Im allgemeinen wird man nicht zulassen können, daß die Regelung die Laserfrequenz willkür lich auf den einen oder anderen Punkt zieht. Um dies zu ver meiden, wird bei den Anordnungen nach Fig. 1, 3a, 4, 5 oder 6 zusätzlich zur bereits beschriebenen Regelung vorzugsweise das Vorzeichen der Filtersteigung im Betriebspunkt mittels einer phasensensitiven Detektion bestimmt. Wie bereits bei der Regelung auf das Transmissionsmaximum beschrieben wurde, wird der Laserstrom mit einem kleinen Signal sinus- oder rechteckförmig moduliert und das Detektorsignal hinter dem Etalon phasensensitiv ausgewertet. Diese Detektion ist ledig lich während des Suchens der richtigen Filterflanke erforder lich; außerdem brauchen keine hohen Anforderungen an die Qua lität der Signalauswertung gestellt zu werden, da lediglich das Vorzeichen des ausgewerteten Signals benötigt wird. Wird die Laserregelung, wie zuvor erwähnt, von einem Mikroprozes sor gesteuert, so kann dieser in einfacher Weise auch diesen Suchvorgang mittels Lock-in-Detektion durchführen.A problem with the control on the flank of the filter curve is the fact that there are two points per FSR (free spectral range) with the same transmission, which differ only in the sign of the slope (rising and falling flanks of the transmission curve). In general, it will not be possible for the control to draw the laser frequency arbitrarily to one or the other point. In order to avoid this, in the arrangements according to FIGS . 1, 3a, 4, 5 or 6, in addition to the control already described, the sign of the filter slope at the operating point is preferably determined by means of phase-sensitive detection. As already described for the regulation of the transmission maximum, the laser current is modulated sinusoidally or rectangularly with a small signal and the detector signal behind the etalon is evaluated in a phase-sensitive manner. This detection is only required during the search for the correct filter edge; in addition, no high demands are placed on the quality of the signal evaluation, since only the sign of the evaluated signal is required. If, as mentioned above, the laser control is controlled by a microprocessor, the latter can also carry out this search process in a simple manner by means of lock-in detection.

Eine besonders vorteilhafte Möglichkeit der Regelung auf der Filterflanke ist mit Anordnungen entsprechend Fig. 3b mög lich. Dabei wird der Laserstrahl z. B. mittels eines keilför migen, beidseitig teilverspiegelten Strahlteilers in zwei Teilstrahlen mit geringfügig unterschiedlichen Ausbreitungs richtungen aufgespalten. Die beiden Teilstrahlen durchsetzen das Etalon mit geringfügig unterschiedlichen Einfallswinkels (bezüglich der Senkrechten auf der Fläche des Lichteinfalls), so dass die FSR und damit die Absolutlagen der Filterresonan zen für die beiden Teilstrahlen geringfügig verschieden sind. Zur Regelung kann dann die (gegebenenfalls gewichtete) Diffe renz der Detektorströme von D2a und D2b gebildet und auf null geregelt werden. Die Zweideutigkeit des Regelsignals entfällt hier ebenso wie die Abhängigkeit von der Laserleistung. Es wird also auch keine phasensensitive Auswertung des Regelsi gnals benötigt und die Regelung funktioniert prinzipiell auch ohne Normierung des Regelsignals auf die optische Leistung des Lasers. Dennoch ist auch hier eine Normierung des Regel signals auf die Gesamtleistung des Lasers sinnvoll.A particularly advantageous possibility of regulation on the filter flank is possible with arrangements according to FIG. 3b. The laser beam is z. B. split by means of a keilför shaped, on both sides partially mirrored beam splitter into two beams with slightly different propagation directions. The two partial beams penetrate the etalon with slightly different angles of incidence (with respect to the vertical on the surface of the light incidence), so that the FSR and thus the absolute positions of the filter resonances are slightly different for the two partial beams. For control purposes, the (possibly weighted) difference of the detector currents from D2a and D2b can then be formed and regulated to zero. The ambiguity of the control signal is eliminated here, as is the dependence on the laser power. No phase-sensitive evaluation of the control signal is therefore required, and the control works in principle even without normalizing the control signal to the optical power of the laser. Nevertheless, normalizing the control signal to the total power of the laser is also useful here.

Beim Einsatz von Sendemodulen für WDM-Übertragungssysteme kann ein Übersprechen zwischen den Kanälen während des Hoch fahrens des Lasermoduls auftreten. Wird beim Einschalten des Lasermoduls nicht sofort die richtige Wellenlänge getroffen, dann können bereits in Betrieb befindliche Nachbarkanäle ge stört werden. Um das zu vermeiden, umfaßt eine weitere Ausge staltung des erfindungsgemäßen Lasermoduls auf der Auskoppel seite des Lasers eine bewegliche Blende, die als Beispiel in den Fig. 4, 5 und 6 eingezeichnet ist, aber auch bei den Ausführungsbeispielen der Fig. 1, 3a, 3b und 3c eingesetzt werden kann. Diese Blende A unterbricht während des Hochfah rens des Lasers den Strahlengang zur Glasfaser und unterbin det auf diese Weise eine Störung bereits aktiver Nachbarkanä le. Wird ein Mikroprozessor zur Frequenzstabilisierung des Lasermoduls eingesetzt, so kann dieser auch die Aufgabe der Blendensteuerung übernehmen. Die Aktivierung der Blende kann durch an sich bekannte Mittel erfolgen, z. B. mittels eines geheizten Bimetallstreifens, über eine kleine Magnetspule, einen kleinen Stellmotor, ein Piezostellglied, ein elek trostatisch bewegtes Stellglied etc. Soll der Strahl nur ein- und ausgeschaltet werden, dann ist eine bistabile Aus führung vorteilhaft, so daß lediglich beim Wechsel des Schaltzustands Energie zugeführt werden muß. Die Blende kann aber auch zusätzlich zur Einstellung der Ausgangsleistung des Moduls genutzt werden. Dann muß die Position der Blende kon tinuierlich eingestellt werden können. Ein Beispiel für eine mikromechanische Ausführung einer einstellbaren Blende in Si lizium-Technologie ist beispielsweise in Cornel Marxer et al., "A Variable Optical Attenuator Based on Silicon Microme chanics", IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 11, No. 2, Feb. 19, 1999, pp. 233-235 beschrieben.When using transmitter modules for WDM transmission systems, crosstalk between the channels can occur during startup of the laser module. If the correct wavelength is not immediately hit when the laser module is switched on, adjacent channels that are already in operation can be disrupted. In order to avoid this, a further configuration of the laser module according to the invention on the coupling-out side of the laser comprises a movable diaphragm, which is shown as an example in FIGS. 4, 5 and 6, but also in the exemplary embodiments of FIGS . 1, 3a, 3b and 3c can be used. This aperture A interrupts the beam path to the glass fiber during the start-up of the laser and in this way prevents interference with neighboring channels that are already active. If a microprocessor is used for frequency stabilization of the laser module, it can also take over the task of controlling the aperture. The aperture can be activated by means known per se, e.g. B. by means of a heated bimetallic strip, via a small magnetic coil, a small servomotor, a piezo actuator, an electrostatically moving actuator etc. If the beam should only be switched on and off, then a bistable execution is advantageous, so that only when changing the Switching state energy must be supplied. The aperture can also be used to adjust the output power of the module. Then the position of the diaphragm must be able to be continuously adjusted. An example of a micromechanical design of an adjustable diaphragm in silicon technology is, for example, in Cornel Marxer et al., "A Variable Optical Attenuator Based on Silicon Micromechanics", IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 11, No. 2, Feb. 19, 1999, pp. 233-235.

Claims

1. Laser module
with a laser diode (LD),
with a filter (E) which has at least two maxima of the transmission at two different wavelengths,
with means (T1, T2, T, E) which are provided for dividing a radiation emitted by the laser diode, and
with at least two detectors (D1, D2, D2a, D2b), which are arranged together with the filter (E) so that the radiation reaches at least one of these detectors after passing through the filter and at least one other of these detectors without passing through Filters reached.

2. Laser module according to claim 1, in which the filter (E) is an etalon or a Fabry-Perot filter is.

3. Laser module according to claim 1 or 2, where the funds required for a division of one of the La Serdiode emitted radiation are provided in a for decoupling of the radiation provided direction Lich the laser diode (LD) are arranged.

4. Laser module according to claim 3, where the funds required for a division of one of the La Serdiode emitted radiation are provided, two beam divider (T1, T2), which include the radiation on portions share, which are fed to different detectors.

5. Laser module according to claim 4,
in which an optical isolator (OI) is arranged in the direction provided for coupling out the radiation with respect to the laser diode (LD), said optical isolator (OI) having a first polarizer (P ₁ ), a Faraday rotator (FR) and a second polarizer (P ₂ ) to summarize, and
in which the second polarizer is inclined for use as a beam splitter against the direction of the radiation.

6. Laser module according to claim 1 or 2, where the funds required for a division of one of the La Serdiode emitted radiation are provided on the back side of the laser diode (LD) with respect to one for an output tion of the radiation provided direction are arranged.

7. Laser module according to claim 6, where the funds required for a division of one of the La Serdiode emitted radiation are provided, a beam include divider (T), which divides the radiation into portions, the different detectors are fed.

8. Laser module according to one of claims 1 to 7, where the funds required for a division of one of the La Serdiode emitted radiation are provided, a share split the radiation so that it be a pair of two adjacent detectors (D2a, D2b) leads.

9. Laser module according to one of claims 1 to 8, in which one is provided for coupling out the radiation there is an aperture (A) which moves in this way can be that the coupling of the radiation with the aperture can be temporarily interrupted.

10. Laser module according to one of claims 1 to 9, in which there is a control circuit which is different from that of the Detectors (D1, D2, D2a, D2b) compares the currents supplied and generates a control signal, and where the wavelength depending on this control signal regulated the radiation emitted by the laser diode becomes.

11. Laser module according to claim 10, in which the control circuit has a weighted difference of currents supplied to the detectors (D1, D2, D2a, D2b) to zero adjusts so that a value on a flank of the transmissi on curve of the filter (E) is maintained.

12. Laser module according to claim 11, in which the control circuit has a weighted difference of currents supplied to the detectors (D1, D2, D2a, D2b) to zero adjusted so that a value of a transmission maximum of Filters (E) is maintained.