DE3733019A1 - Koppelanordnung zum einkoppeln von licht einer halbleiterlaserdiode in eine multimode-glasfaser - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Koppelanordnung zum Einkop­ peln von Licht einer Halbleiterlaserdiode in eine Multimode- Glasfaser, die insbesondere eine Faser-Lichteinkoppeloptik aufweist.

In Multimode-Glasfaser-Übertragungsstrecken mit Laserdioden-Sen­ dequellen entsteht an unvermeidlichen verlustbehafteten Steck­ verbindungen Lichtsignalrauschen aufgrund der Fluktuation der Lichtintensitätsverteilung im Faserkern. Dieses Problem wird üblicherweise als "modal noise" bezeichnet. Ursache ist die in­ stabile Interferenz der kohärent angeregten Fasermoden mit un­ terschiedlichen und im Bereich der optischen Lichtwellenlänge stark schwankenden Phasenlaufzeiten. Phasenlaufzeitschwankungen entstehen z.B. durch mechanische Vibration der Faser und in einem Frequenzbereich aufgrund der Fluktuation im optischen Sendespektrum der Laserdiode. Die Varianz des Lichtintensitäts­ rauschens ist umso kleiner, je geringer der Steckerverlust und je größer die Anzahl der angeregten Fasermoden und spektralen Laseremissionsmoden ist. Betriebsstabile 1,3 µm-Halbleiterlaser­ dioden weisen aber schmale Linienbreiten (< 5 nm) bei nur wenigen Emissionsmoden auf. Die zur Zeit verwendeten Faser-Ankopplungen erreichen hohe Wirkungsgrade, regen aber nur wenige Fasermoden an. Diese Voraussetzungen sind bezüglich des oben beschriebenen Lichtintensitätsrauschens in Multimode-Faserstrecken besonders ungünstig. Im praktischen Multimode-Lichtwellenleiter-Strecken­ betrieb wird daher auch in digitalen Übertragungssystemen (z.B. bei 140 Mbit/s) gelegentlich gestörter Streckenbetrieb beobachtet, trotz niedriger Dämpfungswerte < 1 dB der eingesetz­ ten Steckverbindungen.

Abhilfe wurde bisher entweder durch Einsatz spezieller Sende­ quellen oder Fasern unternommen bzw. versucht. So werden zum einen für 850 nm Betriebswellenlänge gewinngeführte Laserdioden mit niedriger Kohärenz bzw. spektral vielmodigem Emissionsver­ halten eingesetzt (GaAs/GaAlAs Oxidstreifenlaser). Zum anderen wird eine Verbesserung durch eine erhöhte Fasermodenaufführung mittels Fasermodenmischer erreicht. Derartige Mischer sind je­ doch mechanisch aufwendig, und ein praktischer Einsatz ist bis­ lang nicht bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Laserdioden- Faserankopplung zu schaffen, mit der eine wesentliche Erhöhung der Anzahl angeregter Fasermoden sowie eine reduzierte Licht- Rückwirkung der Faserstrecke auf die Laserdiode erreicht wird.

Diese Aufgabe wird bei einer Koppelanordnung der eingangs ge­ nannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die optischen Achsen von Halbleiterlaserdiode und Multimode-Glasfaser in einer von der achsenkongruenten abweichenden Lage, insbesondere verti­ kal zueinander versetzt sind, so daß die Lichteinkopplung in die Multimode-Glasfaser unter höheren Achswinkelwerten als bei achsenkongruenter Lage erfolgt.

Vorzugsweise ist bei einem Öffnungswinkel des Lichtaustrittske­ gels von ungefähr 10° die vertikale Versetzung der Halbleiter­ laserdiode zur Multimode-Glasfaser so groß, daß die Öffnungswin­ kelwerte des Lichtkegels in der Multimode-Glasfaser ungefähr bis zu 8° betragen.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die vorgeschlagene Laserdioden-Faserankopplung auf einer gezielten Dejustierung der Ankopplung beruht und dadurch eine wesentliche Erhöhung der Anzahl angeregter Fasermoden und zusätzlich eine reduzierte Licht-Rückwirkung der Faserstrecke auf die Laserdiode erreicht wird. Geringe Licht-Rückwirkung er­ höht im allgemeinen die Laser-Stabilität des Laserdioden-Emis­ sionsverhaltens. Als Koppeloptik kann dabei eine an sich bekann­ te Anordnung der Faser-Lichteinkopplung mittels Taper und daran angebrachter Kugellinse oder ein Linsensystem eingesetzt werden. Die verbesserte Anregung von Fasermoden höherer Ordnung durch die Maßnahme der achsen-dejustierten Faserankopplung wird im Vergleich zur herkömmlichen, achsenkongruenten Laserdioden- Faserkopplung durch die Lichteinkopplung in die Glasfaser unter höheren Winkelwerten erreicht. Für eine verminderte Licht-Rück­ wirkung ist dabei die Dejustierung der Faser senkrecht zum Laserchip - also eine vertikale Versetzung - von besonderem Vorteil.

Eine erfindungsgemäße Koppelanordnung wird vorzugsweise für La­ sersender in Modulbauweise verwendet.

Anhand eines in der Figur der Zeichnung rein schematisch darge­ stellten, bevorzugten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung weiter erläutert.

Die Figur zeigt die erfindungsgemäße Koppelanordnung und deren Wirkungsweise in Seitenansicht. Die Koppelanordnung besteht aus einer Laserdiode 3, beispielsweise einer 1,3 µm-MCRW-Laserdiode, und einer Multimode-Glasfaser 4, z.B. einer Gradientenindexfa­ ser mit einem Durchmesser von 50 µm, von der das getaperte Ende dargestellt ist. Die optische Achse 1 der Laserdiode 3, die in Höhe der laseraktiven Zone bzw. des pn-Übergangs der Diode 3 verläuft, ist in diesem Beispiel abweichend von einer achsenkon­ gruenten Lage gegenüber der optischen Achse 2 der Multimode- Glasfaser 4 vertikal so versetzt, daß die Lichteinkopplung in die Multimode-Glasfaser unter höheren Achswinkelwerten als bei achsenkongruenter Lage erfolgt. Bei einem Öffnungswinkel des Lichtaustrittskegels 5 von ungefähr 10° des aus der Laser­ diode 3 austretenden Lichtes ist die vertikale Versetzung der optischen Achse 1 der Laserdiode 3 gegenüber der optischen Achse 2 der Multimode-Glasfaser 4 so groß gewählt, daß die Öff­ nungswinkelwerte des Lichtkegels 5′ des in der Glasfaser 4 sich fortpflanzenden Lichtes in diesem Beispiel zwischen 5° und 8° betragen. Die störende und deshalb zu eliminierende Licht-Rück­ wirkung erfolgt dabei in Pfeilrichtung 6 und wirkt sich daher weit weniger auf den laseraktiven Bereich der Halbleiterlaser­ diode 3 als bei einer optimalen Lichteinkopplung, d.h. achsen­ kongruenten Lage aus.

Claims (3)

1. Koppelanordnung zum Einkoppeln von Licht einer Halbleiter­ laserdiode in eine Multimode-Glasfaser, die insbesondere eine Faser-Lichteinkoppeloptik aufweist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die optischen Achsen (1; 2) von Halblei­ terlaserdiode (3) und Multimode-Glasfaser (4) in einer von der achsenkongruenten abweichenden Lage, insbesondere vertikal zueinander versetzt sind, so daß die Lichteinkopplung in die Multimode-Glasfaser (4) unter höheren Achswinkelwerten als bei achsenkongruenter Lage erfolgt.

2. Koppelanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei einem Öffnungswinkel des Lichtaus­ trittskegels (5) von ungefähr 10° die vertikale Versetzung der optischen Achsen (1; 2) der Halbleiterlaserdiode (3) zur Multi­ mode-Glasfaser so groß ist, daß die Öffnungswinkelwerte des Lichtkegels (5′) in der Multimode-Glasfaser (4) ungefähr bis zu 8° betragen.

3. Koppelanordnung nach Anspruch 1 oder 2, gekenn­ zeichnet durch ihre Verwendung für Lasersender in Modulbauweise.