DE69532981T2

DE69532981T2 - Lichtaussendende Vorrichtung fähig zur Auswahl der Polarisationsrichtung, optisches Übertragungssystem und Steuerungsverfahren von Polarisationsmodulation

Info

Publication number: DE69532981T2
Application number: DE69532981T
Authority: DE
Inventors: Jun Nitta
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1994-02-23
Filing date: 1995-02-21
Publication date: 2005-04-07
Anticipated expiration: 2015-02-22
Also published as: US5590145A; EP0670642B1; JPH07288364A; DE69532981D1; EP0670642A1; JP3263553B2

Description

GRUNDLAGEN DER ERFINDUNG
Bereich der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Lichtabgabevorrichtung mit einem Halbleiterlaser, der in der Lage ist, die Richtung der Polarisierungsebene von ausgegebenem Licht zwischen zwei senkrechten Richtungen durch Steuern eines Injektionsstroms umzuschalten, sowie ein optisches Kommunikationssystem und ein Polarisationsmodulationssteuerungsverfahren unter Verwendung der Vorrichtung.
Zugehöriger Stand der Technik
In den japanischen Offenlegungsschriften Nr. 62–42593 und 62-144426 werden bekannte Kommunikationssysteme unter Verwendung eines Halbleiterlasers (Distributed feedback semiconductor laser, DFB-Laser) beschrieben, die in Verbindung mit einer Steuerung des Injektionsstroms die Richtung der Polarisierungsebene des ausgegebenen Lichts zwischen den sogenannten TE- und TM-Moden, die jeweils zueinander senkrecht sind, umschalten. Bei diesen bekannten Systemen werden optische Kommunikationen durchgeführt durch Umwandeln einer Änderung in der Polarisierungsebene in eine Änderung der Intensität durch die Verwendung einer Kombination eines Halbleiterlasers, der die Polarisationsmoden des ausgegebenen Lichts zwischen TE und TM umschalten kann, und einer Polarisationsauswähleinrichtung, die das ausgegebene Licht einer der beiden Polarisationsebenen überträgt.
Im Hinblick auf einen stabilen Betrieb der Halbleiterlaser zur Verwendung in Kommunikationseinrichtungen dieser Art und bei welchen die Polarisierungsebene des ausgegebenen Lichts geändert wird, ist eine automatische Leistungssteuerung APC (Automatic Power Control), die bekanntermaßen für Halbleiterlaser durchgeführt wird, nicht befriedigend, wenn sie einzeln durchgeführt wird, so dass noch Bedarf an einer Steuerung zur Stabilisierung des Betriebspunkts eines Halbleiterlasers besteht. Ein mögliches Beispiel dieses Steuerungsverfahrens ist die Aufteilung eines Teils des ausgegebenen Lichts in ein TE-polarisiertes Licht und TM-polarisiertes Licht, das Umwandeln dieser beider Lichtkomponenten in elektrische Signale, und die Steuerung eines Halbleiterlasers unter Verwendung der elektrischen Signale.
Das vorstehend angegebene bekannte Verfahren weist jedoch unglücklicherweise den folgenden Nachteil auf, da die Steuerung durch Verwenden eines Teils des ausgegebenen Lichts von einem Halbleiterlaser erfolgt, der die Änderung der Polarisationsebene des ausgegebenen Lichts durch Steuerung des Injektionsstroms vornehmen kann.

(1) Da ein Teil des ausgegebenen Lichts verwendet wird, ist ein optisches System zu diesem Zweck erforderlich (das System wird komplizierter).
(2) Falls dieses optische Verzweigungssystem mit einem Halbleiterlaser integriert ist, tritt ein erheblicher Verlust auf (der Verlust steigt an).

Ferner offenbart die Druckschrift GB-A-2 267 405 eine Polarisationssteuerung in einem optischen Übertragungssystem, wobei als Übertrager optische Verstärker verwendet werden, deren Ausgangssignalleistung in Abhängigkeit von dem Polarisationszustand des Signallichts veränderlich ist. Eine Erfassungseinrichtung erfasst eine Bitfehlerrate eines empfangenen Signals, das sich verschlechtert, wenn die Polarisation einer Veränderung unterliegt. Eine Polarisationsänderungseinrichtung ändert das mittels der Modulationseinrichtung modulierte Signallicht zu einem beliebigen Polarisationszustand, und die Steuerung mittels der Polarisationsänderungseinrichtung wird in Abhängigkeit von der Bitfehlerraten-Verschlechterungsinformation durchgeführt.
Des Weiteren offenbart die Druckschrift JB-A-05 037074 (abstract) eine Lichtabgabevorrichtung in der Form einer Halbleiterlasereinrichtung, wobei die Polarisationsrichtung der Halbleiterlasereinrichtung zu einer vorbestimmten Richtung gesteuert wird. Die Richtung einer Polarisationsebene des ausgegebenen Lichts kann in selektiver Weise auf eine von zwei senkrechten Richtungen durch Steuerung eines Erregungszustands (Resonanzwellenlängen eines Resonators) geändert werden. In der Halbleiterlasereinrichtung erfordert das polarisierte Licht parallel zu einer Quantum-Leitung einen größeren Verstärkungsfaktor im Vergleich zu dem polarisierten Licht im rechten Winkel zu der Quantum-Leitung, so dass die Polarisationsrichtung des Lichts in einer Richtung parallel zu der Quantum-Leitung gesteuert werden kann.
KURZZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Lichtabgabevorrichtung bereit zu stellen, die in der Lage ist, mit einem geringen Verlust und einer einfachen Anordnung eine Lichtabgabeeinrichtung wie einen Halbleiterlaser zu steuern, der die Polarisationsebene modulieren kann, sowie einen Übertrager, ein optisches Kommunikationssystem, und ein Polarisationsmodulationssteuerungsverfahren unter Verwendung der Vorrichtung.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mittels einer Lichtabgabevorrichtung, eines optischen Kommunikationssystems und eines Polarisationsmodulationssteuerungsverfahrens gemäß den Angaben in den zugehörigen Patentansprüchen gelöst.
In der Lichtabgabevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird ausgegebenes Licht von einer Lichtabgabeeinrichtung wie einem Halbleiterlaser, der die Polarisationsebene des ausgegebenen Lichts durch Steuerung des Injektionsstroms ändern kann, mittels einer optischen Verstärkungseinrichtung wie einem optischen Halbleiterverstärker, der eine Polarisationsabhängigkeit in der Verstärkungskennlinie aufweist, verstärkt. Der Betriebspunkt der Lichtabgabeeinrichtung wie eines Halbleiterlasers wird unter Verwendung einer Änderung oder Variation in der Spannung zwischen den Anschlüssen der optischen Verstärkungseinrichtung nach der Verstärkung gesteuert. Auf diese Weise ist es möglich, die Verluste mit einer einfachen Anordnung im Vergleich zu den bekannten Anordnungen zu vermindern, wobei der Freiheitsgrad der Ausgestaltung der Lichtabgabeeinrichtung wie eines Halbleiterlasers verbessert wird. Insbesondere können DBR-Laser (Distributed Reflection) und FP-Laser (Fabry-Perot) ebenfalls als Halbleiterlaser zusätzlich zu dem DFB-Laser verwendet werden.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt eine Lichtabgabevorrichtung bereit, die eine Lichtabgabeeinrichtung umfasst, die zu einer selektiven Änderung einer Richtung einer Polarisationsebene des ausgegebenen Lichts auf eine von zwei senkrechten Richtungen durch Steuerung eines Erregungszustands in der Lage ist, sowie eine optische Verstärkungseinrichtung zum Verstärken des ausgegebenen Lichts der Lichtabgabeeinrichtung, und wobei die optische Verstärkungseinrichtung unterschiedliche Verstärkungsfaktoren bezüglich der polarisierten Lichtkomponenten in den beiden senkrechten Richtungen aufweist.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt eine Lichtabgabevorrichtung bereit, mit einer Lichtabgabeeinrichtung, die in der Lage ist, selektiv eine Richtung einer Polarisationsebene des ausgegebenen Lichts auf eine von zwei senkrechten Richtungen durch Steuerung des Erregungszustands zu ändern,
einer optische Verstärkungseinrichtung zum Verstärken des ausgegebenen Lichts der Lichtabgabeeinrichtung, wobei die optische Verstärkungseinrichtung unterschiedliche Verstärkungsfaktoren bezüglich der polarisierten Lichtkomponenten in beiden senkrechten Richtungen aufweist, und
einer Steuerungseinrichtung zur Erfassung einer Änderung in einer Spannung zwischen den Anschlüssen der optischen Verstärkungseinrichtung und zur Steuerung des Betriebs der Lichtabgabeeinrichtung auf der Basis des Erfassungssignals.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein optisches Kommunikationssystem bereit, das umfasst:

eine optische Übertragungsleitung,
eine optische Übertragungseinrichtung, und
einen optischen Empfänger,
wobei die optische Übertragungseinrichtung umfasst: eine Lichtabgabeeinrichtung, die in der Lage ist, selektiv eine Richtung einer Polarisierungsebene des ausgegebenen Lichts auf eine von zwei senkrechten Richtungen mittels Steuerung eines Erregungszustands zu ändern, eine optischen Verstärkungseinrichtung zum Verstärken des ausgegebenen Lichts der Lichtabgabeeinrichtung, wobei die optische Verstärkungseinrichtung unterschiedliche Verstärkungsfaktoren bezüglich der polarisierten Lichtkomponenten in den beiden senkrechten Richtungen aufweist, und eine Steuerungseinrichtung zur Erfassung einer Änderung einer Spannung zwischen den Anschlüssen der optischen Verstärkungseinrichtung und zur Steuerung des Betriebs der Lichtabgabeeinrichtung auf der Basis des Erfassungssignals.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein optisches Kommunikationssystem bereit gestellt, mit:

einer optischen Übertragungsleitung,
einer optischen Übertragungseinrichtung, und
einem optischen Empfänger,
wobei die optische Übertragungseinrichtung umfasst: eine Lichtabgabeeinrichtung, die in der Lage ist, selektiv eine Richtung einer Polarisationsebene von ausgegebenen Licht auf eine von zwei senkrechten Richtungen durch eine Steuerung eines Erregungszustands zu ändern, eine optische Verstärkungseinrichtung zum Verstärken des ausgegebenen Lichts der Lichtabgabeeinrichtung, wobei die optische Verstärkungseinrichtung unterschiedliche Verstärkungsfaktoren bezüglich der polarisierten Lichtkomponenten in den beiden senkrechten Richtungen aufweist, und eine Steuerungseinrichtung zur Erfassung einer Änderung der Spannung zwischen den Anschlüssen der optischen Verstärkungseinrichtung und zur Steuerung des Betriebs der Lichtabgabeeinrichtung auf der Basis des Erfassungssignals.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Polarisationsmodulationssteuerungsverfahren bereit gestellt für eine optische Übertragungseinrichtung mit einer Lichtabgabeeinrichtung zur Durchführung einer Modulation durch selektives Ändern einer Richtung einer Polarisationsebene von ausgegebenem Licht auf eine von zwei senkrechten Richtungen durch Steuerung eines Erregungszustands, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:

Eingeben des ausgegebenen Lichts von der Lichtabgabeeinrichtung zur optischen Verstärkungseinrichtung mit unterschiedlichen Verstärkungsfaktoren bezüglich der polarisierten Lichtkomponenten in den zwei senkrechten Richtungen,
Erfassen einer Änderung einer Spannung zwischen den Anschlüssen der optischen Verstärkungseinrichtung, und
Steuern des Lichtabgabebetriebs der Lichtabgabeeinrichtung auf der Basis des Erfassungssignals.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
1 ist ein Blockschaubild zur Veranschaulichung der Anordnung des ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung,
2A und 2B sind Signalzeitverläufe zur Veranschaulichung des Betriebs des ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung,
3 ist ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung der Anordnung einer Steuerungsschaltung 7 gemäß 1,
4 ist eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung der Kennlinien eines Halbleiterlasers gemäß 1,
5 ist eine perspektivische Darstellung zur Veranschaulichung der Anordnung einer Einrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
6 ist eine Schnittansicht entlang der Linie 6 – 6 in 5, und
7 ist eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung einer Anordnung, bei der die Einrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung bei einer Übertragungseinrichtung zur Nutzung im Rahmen einer optischen Kommunikation verwendet wird.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
1 ist ein Blockschaltbild, das am vorteilhaftesten die Merkmale des ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Dieses erste Ausführungsbeispiel umfasst einen Halbleiterlaser 1, eine optische Verbindungseinrichtung 2, einen optischen Verstärker 3, einen Polarisierer 4, eine optische Verbindungseinrichtung 5, ein optisches Kabel 6, eine Steuerungsschaltung 7 und eine weitere optische Verbindungseinrichtung 12. Das von dem Halbleiterlaser 1 ausgegebene polarisierte Licht kann durch Steuerung des Injektionsstroms zwischen TE und TM umgeschaltet werden. Der optische Verstärker 3 umfasst einen Verstärkungsfaktor, der von der Polarisation abhängt. Die optische Verbindungseinrichtung 2 ist beispielsweise ein optisches System zum Verbinden des von dem Halbleiterlaser 1 ausgegebenen Lichts mit dem optischen Verstärker 3. Von dem durch den optischen Verstärker 3 ausgegebenen Licht überträgt der Polarisierer 4 lediglich Licht mit einer speziellen Polarisation. Die optische Verbindungseinrichtung 5 verbindet das mittels des Polarisierers 4 übertragene Licht zu dem optischen Kabel 6. Ein zu übertragendes elektrisches Signal 9 wird der Steuerungseinrichtung 7 zugeführt. Ein optisches Signal 8 wird über das optische Kabel 6 übertragen. Die optische Verbindungseinrichtung 12 stellt für das vom optischen Verstärker 3 ausgegebene Licht eine Verbindung zu dem Polarisierer 4 her.
Als ein Halbleiterlaser 1 ist es möglich, einen DFB-Halbleiterlaser (Distributed feedback) mit einem Aufbau zu verwenden, der beispielsweise in der japanischen Offenlegungsschrift JP 62–42593 offenbart ist. Als der optische Verstärker 3 wird ein sogenannter Laufwellen- Halbleiterlaserverstärker verwendet. Dieser Verstärker wird hergestellt durch Ausbilden eines Antireflektionsfilms auf den beiden Endflächen eines Fabry-Pérot-Halbleiterlasers mit einer aktiven Schicht, die einen Verstärkungsfaktor bezüglich der ausgegebenen Wellenlänge des Halbleiterlasers 1 aufweist. Der optische Verstärker 3 dieses Typs umfasst einen Verstärkungsfaktor, der infolge der Asymmetrie der Wellenführung und der Polarisationsabhängigkeit der Verstärkung eines aktiven Bereichs polarisationsabhängig ist. In diesem Ausführungsbeispiel wird eine Schicht mit einem mehrfachen Quantum-Well-Aufbau als aktive Schicht des optischen Verstärkers 3 verwendet. Der optische Verstärker 3 stellt einen Verstärkungsfaktor von etwa 20 Db bezüglich des TE-Modenlichts, und einen Verstärkungsfaktor von etwa 13 dB bezüglich des TM-Modenlichts bereit. In der in 1 veranschaulichten Anordnung ist die TE-Mode von dem Halbleiterlaser 1 mit der TE-Mode des optischen Verstärkers 3 verbunden. Der Polarisierer 4 ist in der Weise aufgebaut, dass er die TE-Mode des ausgegebenen Lichts (verstärktes Licht) des optischen Verstärkers 3 überträgt (es ist ebenfalls möglich, lediglich die TM-Mode zu übertragen).
Die Wirkungsweise dieses Ausführungsbeispiels wird nachstehend beschrieben.
Die Steuerungsschaltung 7 gibt einen Treiberstrom einschließlich eines Steuerungssignals zu dem Halbleiterlaser 1 aus. Das resultierende ausgegebene Licht wird dem optischen Verstärker 3 zugeführt. Nach dem Injizieren eines Stroms 11 durch die Steuerungsschaltung 7 verstärkt der optische Verstärker 3 das eingegebene optische Signal. Durch diesen Verstärkungsvorgang wird eine Änderung der Spannung zwischen den Anschlüssen des optischen Verstärkers 3 erzeugt. Da eine Schicht mit einem mehrfachen Quantum-Well-Aufbau als aktive Schicht des optischen Verstärkers 3 verwendet wird, ist der Grad der Spannungsänderung, wenn das eingegebene Licht ein TE-Licht ist, unterschiedlich zu dem Fall, bei dem das eingegebene Licht TM-Licht ist (die Änderung ist größer für TE-Licht). Wird somit angenommen, dass der polarisierte Zustand des ausgegebenen Lichts des Halbleiterlasers 1 eine Pulsfolge ist, 2A, die mittels TE-Licht und TM-Licht gebildet wird, dann ändert sich die Spannung über dem optischen Verstärker 3 in der Weise, wie es in 2B veranschaulicht ist. Die Steuerungsschaltung 7 kann den Biaspunkt des Halbleiterlasers 1 durch Steuern des Halbleiterlasers 1 unter Verwendung dieser Spannungsänderung in der Weise steuern, dass das Spannungsmuster konstant gehalten wird.
Einzelheiten des vorstehenden Vorgangs werden nachstehend beschrieben.
Die Steuerungsschaltung 7 umfasst eine Schaltung zur Erfassung einer Spannungsänderung, die zwischen den Anschlüssen des optischen Verstärkers 3 auftritt, wenn der optische Verstärker 3 Licht verstärkt. Eine Schaltung dieser Art kann die Spannungsänderung unter Verwendung einer Schaltung (bias T), bestehend aus einer Spule und einem Kondensator, während des Fliesens des Injektionsstroms 11 erfassen. 3 zeigt den Aufbau dieser Schaltung. Gemäß der Darstellung in 3 umfasst die Steuerungsschaltung 7 eine Treiberschaltung 71 für den optischen Verstärker 3, eine Spannungsänderungserfassungsschaltung 72, einen DC-AC-Koppler 73 (bias T), eine Treiberschaltung 74 für den Halbleiterlaser 1, und eine Steuerungsschaltung 75 zur Steuerung der Treiberschaltung 74 für den Halbleiterlaser 1 auf der Basis einer Ausgabe der Spannungsänderungserfassungsschaltung 72. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Treiberschaltung 71 für den optischen Verstärker in der Weise betrieben, dass in dem optischen Verstärker 3 ein konstanter Strom injiziert wird.
Der in diesem Ausführungsbeispiel verwendete Halbleiterlaser 1 umfasst die in 4 dargestellte Kennlinie, bei der die Richtung der Polarisation des oszillierenden Lichts zwischen TE und TM in Abhängigkeit von dem Injektionsstrom 11 umgeschaltet wird.
In einem Modulationsverfahren, in dem der Polarisationszustand des ausgegebenen Lichts zwischen zwei senkrechten Richtungen geändert wird, ist lediglich ein kleiner Treiberstrom (Modulationsstrom) für die Modulation erforderlich, so dass ein hohes Löschungsverhältnis erhalten werden kann. Daher müssen der Biaspunkt und die Amplitude des Modulationsstroms in geeigneter Weise eingestellt werden. Bei den in 4 angegebenen Kennlinien wird TM-Licht bei dem Biaspunkt ausgegeben, und TE-Licht wird ausgegeben, wenn die Pulse des Modulationsstroms vorliegen. Die Steuerungsschaltung 7 steuert daher den Halbleiterlaser 1 in der Weise, dass das ausgegebene TE-Licht bei dem Biaspunkt minimiert wird, und das ausgegebene TM-Licht minimiert wird, wenn Pulse vorliegen, und wobei die in der Modulation verwendete Pulsamplitude bei dem Betriebspunkt minimiert wird.
Für diese Steuerung werden Signale entsprechend den TE- und TM-Moden gemäß 2A erfasst. Ein Beispiel eines Steuerungsverfahrens zur Verwendung dieser Signale ist ein Verfahren, bei dem Pulse mit einer festen Pulsamplitude in den Halbleiterlaser 1 injiziert werden, während der Biasstrom allmählich von einem Nullzustand des Biasstroms vergrößert wird, und es wird die sich ergebende Spannungsänderung in dem optischen Verstärker 3 erfasst. Wird der Biasstrom auf diese Weise geändert, dann ist die Spannungsänderung im optischen Verstärker 3, die den optischen Pulsen entspricht, ebenfalls pulsförmig. Die Pulsamplitude dieser pulsförmigen Spannung vergrößert sich allmählich, wenn sich mehr und mehr die TE- und TM-Lichtkomponenten mischen. Die Amplitude der Pulse erreicht ihr Maximum bei dem vorstehend diskutierten Betriebspunkt. Danach wird das TE-Licht dominierend, und die Pulsamplitude wird kleiner. Es ist daher lediglich erforderlich, die Ansteuerungs- bzw. Treiberbedingungen des maximalen Amplitudenzustands festzulegen.
Es ist in diesem Fall ebenfalls möglich, den Biaspunkt und die Pulsamplitude in genauerer Weise einzustellen durch Überwachen der Spannungsänderungen in dem optischen Verstärker 3, während die Pulsamplitude des Stroms (beispielsweise die allmähliche Änderung der Amplituden von kleinen Werten zu großen Werten) geändert wird, und ebenfalls der Biasstrom für jede Pulsamplitude geändert wird.
Das zweite Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in den 5 bis 7 veranschaulicht.
Die 5 und 6 zeigen Darstellungen zur Veranschaulichung der Anordnung einer Einrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. 7 ist eine Darstellung zur Veranschaulichung der Verwendung der Vorrichtung.
Der Aufbau der Vorrichtung wird nachstehend zuerst beschrieben. 6 ist eine Schnittansicht entlang der Linie 6–6 gemäß 5. Entsprechend den 5 und 6 umfasst die Vorrichtung ein Substrat 101 bestehend aus beispielsweise einem n-Typ InP, einer ersten Mantelschicht 102, bestehend beispielsweise aus einem n-Typ InP, einer optischen Führungsschicht 103, einer verspannten Mehrfach-Quantum-Well-Struktur 104A, und einem Gitter 105. Die optische Führungsschicht 103 umfasst eine Dicke von etwa 0.2 μm und besteht aus einem n-Typ In_0.71GA_0.29AS_0.62P_0.38. Die verspannte Mehrfach-Quantum-Well-Struktur 104A besteht aus zehn wechselnden Schichten von beispielsweise In_0.53GA_0.47AS (Dicke 5 nm) und In_0.28GA_0.72AS (Dicke 5 nm). Das Gitter 105 ist in einem Bereich der Schnittstelle zwischen der ersten Mantelschicht 101 und der optischen Führungsschicht 103 ausgebildet. Die Vorrichtung umfasst ebenfalls eine zweite Mantelschicht 106, bestehend aus beispielsweise einem p-Typ InP, einer Abdeckschicht 107 bestehend aus beispielsweise einem p⁺-Typ InP, einem Antireflektionsfilm 108, Elektroden 109 bis 113, einer ersten vergrabenen Schicht 114 bestehend aus beispielsweise einem p-Typ InP, einer zweiten vergrabenen Schicht 115, bestehend aus beispielsweise einem n-Typ InP, und eine aktive Schicht 104B eines optischen Verstärkers. Im Gegensatz zur aktiven Schicht der verspannten Mehrfach-Quantum-Well-Struktur 104A besteht die aktive Schicht 104B des optischen Verstärkers aus einer spannungsfreien Mehrfach-Quantum-Well-Struktur und ist mit alternierenden Schichten von GaInAsP (Dicke 200 Å, Struktur 1.3 μm)/GA_0.47IN_0.53AS (Dicke 60A) aufgebaut. Obwohl dies nicht in 6 dargestellt ist, kann ein weiterer Antireflektionsfilm an der Endfläche der DFB-Laserseite ausgebildet sein.
In der Vorrichtung mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau entspricht ein Bereich, in dem das Gitter 105 ausgebildet ist, dem Halbleiterlaser 1 des ersten Ausführungsbeispiels, und die aktive Schicht 104B entspricht dem optischen Verstärker des ersten Ausführungsbeispiels. Bei dieser Vorrichtung kann die Polarisationsrichtung des ausgegebenen Lichts zwischen TE und TM durch Ändern des Injektionsstroms zur zweiten Elektrode 112 des DFB-Lasers geändert werden, während ein konstanter Biasstrom in die ersten und zweiten Elektroden 111 und 113 des DFB-Lasers injiziert wird. In Verbindung mit dieser Stromänderung wird die Schwellenverstärkung oder dergleichen der Bragg-Wellenlänge bezüglich der TE- und TM-Moden geändert, wobei ein Umschalten der Polarisationsrichtung des ausgegebenen Lichts zwischen TE und TM erfolgt.
Diese Vorrichtung ist im Wesentlichen die gleiche wie diejenige des ersten Ausführungsbeispiels in ihrer Wirkungsweise entsprechend dem Halbleiterlaser 1, der optischen Verbindungseinrichtung 2 und dem optischen Verstärker 3 des ersten Ausführungsbeispiels. Wird nun angenommen, dass das Licht des DFB-Lasers TE- oder TM-Licht ist, dann wird durch Ermitteln der Spannungsänderung in dem optischen Verstärker überprüft, ob dies tatsächlich der Fall ist. Ist dies nicht der Fall, dann steuert die Steuerungsschaltung 7 den DFB-Laser durch Anpassen des in die ersten und dritten Elektroden 111 und 113 des DFB-Lasers zu injizierenden Biasstroms oder durch Anpassen der Änderung des in die zweite Elektrode 112 zu injizierenden Stroms.
7 zeigt eine Anordnung, bei der die Vorrichtung dieses Ausführungsbeispiels bei einer optischen Übertragungseinrichtung oder einer Übertragungseinheit eines optischen Übertragers/Empfängers verwendet wird. Gemäß 7 umfasst die Anordnung einer Einrichtung 211 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel, sowie Linsen 210 als optische Verbindungseinrichtungen 5 und 12 gemäß der Darstellung in 1. Die weiteren Teile sind mit denjenigen des ersten Ausführungsbeispiels identisch.
Die Wirkungsweise der vorstehenden Anordnung wird nachstehend beschrieben.
Nach Empfangen eines elektrischen Signals 9 am Anschluss sendet die Steuerungsschaltung 7 ein Pulssignal entsprechend des elektrischen Signals 9 zu der zweiten Elektrode 112 des DFB-Lasers. Entsprechend dieses Pulssignals gibt der DFB-Laser Licht ab, das zwischen den TE- und TM-Moden umgeschaltet wird. Zu diesem Zeitpunkt wird ein fester Biasstrom in die erste und zweite Elektrode 111 und 113 des DFB-Lasers injiziert. Das ausgegebene Licht verbreitet sich zu dem Bereich des optischen Verstärkers und wird in diesem Bereich verstärkt. Wird der Verstärkungsvorgang des optischen Signals durchgeführt, dann tritt eine Spannungsänderung im Bereich dieses optischen Verstärkers (gemäß 2B) auf. Auf der Basis dieser Spannungsänderung führt die Steuerungsschaltung 7 eine Steuerung in der Weise durch, dass der Betriebspunkt des DFB-Lasers stabilisiert wird. In diesem Fall wird zuvor der Zustand des Injektionsstroms, bei dem die TE und TM-Moden erhalten werden, überprüft, und es führt die Steuerungsschaltung 7 auf der Basis dieser Information den Vorgang der Stabilisierungssteuerung des Betriebspunkts für den DFB-Laser durch. Das optische Ausgangssignal des optischen Verstärkers wird mittels der Linse 210 kollimiert. Von dem sich ergebenden kollimierten Licht überträgt ein Polarisierer 4 lediglich das TE-Licht, um ein Licht zu erhalten, das in seiner Intensität moduliert ist. Das hinsichtlich der Intensität modulierte Licht wird mittels der Linse 210 in ein optisches Kabel 6 eingekoppelt und übertragen. Da es sich bei diesem optischen Signal um ein bezüglich der Intensität moduliertes Signal handelt, kann es mittels eines in bekannter Weise verwendeten optischen Empfängers für Intensitätsmodulation empfangen werden.
Es ist ebenfalls möglich, in angemessener Weise die Anzahl der Elektroden des Halbleiterlasers zu vergrößern, wodurch es dieser Anordnung möglich ist, die Schwingungswellenlänge zu ändern und gleichzeitig die Polarisationszustände des ausgegebenen Lichts umzuschalten. In diesem Fall kann die Vorrichtung auch als Wellenlängen-Mehrfachübertrager verwendet werden.
Der vorstehend diskutierte optische Übertragungsteil kann ebenfalls bei einem optischen CATV und einem optischen Netzwerk LAN verwendet werden, sowie bei einem einfachen optischen Kommunikationssystem, bei dem zwei Punkte verbunden werden, vorausgesetzt, dass das System ein lichtintensitätsmoduliertes Signal betrifft.
In den vorstehenden Ausführungsbeispielen wird eine aktive Schicht einer Quantum-Well-Struktur als optischer Verstärker verwendet, um auf diese Weise dem Verstärkungsfaktor eine Polarisationsabhängigkeit zu geben, woraus dann die Erfassungsspannung erhalten wird. Diese Anordnung des optischen Verstärkers ist jedoch nicht auf diese aktive Schicht beschränkt. Es kann jedoch auch beispielsweise eine verspannte Quantum-Well-Struktur, in welche eine Druckverspannung eingeführt ist, verwendet werden zur Bildung einer Struktur mit einem größeren Verstärkungsfaktor bezüglich des TE-polarisierten Lichts im Vergleich zu bekannten Quantum-Well-Strukturen. Es ist ebenfalls möglich, eine Struktur auszubilden mit einem großen Verstärkungsfaktor bezüglich des TM-Polarisierten Lichts unter Verwendung einer verspannten Quantum-Well-Struktur, bei welcher eine Zugverspannung eingeführt wurde. Des Weiteren kann ebenfalls eine aktive Schicht mit einer Massen- bzw. Volumenstruktur anstelle einer Quantum-Well-Struktur verwendet werden. In diesem Fall erhält der Verstärkungsfaktor eine Polarisationsabhängigkeit durch die Asymmetrie der Wellenführungsstruktur.
Gemäß der vorstehenden Beschreibung verwendet die vorliegende Erfindung eine Lichtabgabeeinrichtung wie einen DFB-Laser, einen DBR-(Distributed reflection)-Laser oder einen FP-Laser (Fabry-Perot) als Halbleiterlaser, die in der Lage sind, die Ebene der Polarisation des ausgegebenen Lichts mittels des Injektionsstroms zu ändern, eine optische Verstärkungseinrichtung wie einen optischen Halbleiterverstärker, dessen Verstärkungsfaktor eine Polarisationsabhängigkeit aufweist und eine Einrichtung oder eine Schaltung zur Steuerung des Betriebspunkts der Lichtabgabeeinrichtung wie eines Halbleiterlasers auf der Basis der Spannungsänderung, wenn die optische Verstärkungseinrichtung die Verstärkung durchführt. Somit kann die Lichtabgabeeinrichtung wie ein Halbleiterlaser mit einem geringeren Verlust und einem einfacheren Aufbau als bei bekannten Systemen gesteuert werden.
Eine Lichtabgabevorrichtung ist in der Lage, die Polarisationsrichtung eines durch die Vorrichtung ausgegebenen Lichts auszuwählen und umfasst einen Halbleiterlaser und eine optische Verstärkungseinrichtung. Der Halbleiterlaser ist in der Lage, selektiv eine Richtung der Polarisationsebene des ausgegebenen Lichts auf eine von zwei senkrechten Richtungen durch Steuerung eines Erregungszustands zu ändern. Die optische Verstärkungseinrichtung verstärkt das ausgegebene Licht des Halbleiterlasers. Die optische Verstärkungseinrichtung weist Verstärkungsfaktoren in Abhängigkeit von den polarisierten Lichtkomponenten in den beiden senkrechten Richtungen auf.

Claims

Lichtabgabevorrichtung, mit: einer Lichtabgabeeinrichtung (1), die in der Lage ist, selektiv die Richtung einer Polarisierungsebene eines ausgegebenen Lichts auf eine von zwei senkrechten Richtungen durch Steuern eines Erregungszustands zu ändern, und einer optischen Verstärkungseinrichtung (3) zum Verstärken des ausgegebenen Lichts der Lichtabgabeeinrichtung (1), und wobei die optische Verstärkungseinrichtung (3) unterschiedliche Verstärkungsfaktoren bezüglich der polarisierten Lichtkomponenten in den beiden senkrechten Richtungen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ferner eine Steuerungseinrichtung (7) umfasst, die vorgesehen ist zur Erfassung einer Änderung einer Spannung zwischen Anschlüssen der optischen Verstärkungseinrichtung (3) und zur Steuerung des Betriebs der Lichtabgabeeinrichtung auf der Basis eines Erfassungssignals.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Lichtabgabeeinrichtung (1) Licht nach Injizieren eines überlagerten Stroms eines Biasstroms zur Lichtabgabe und eines pulsierenden Stroms zum Auswählen polarisierter Lichtkomponenten in den beiden senkrechten Richtungen abgibt, und die Steuerungseinrichtung (7) zumindest einen Wert des Biasstroms und einer Amplitude des pulsierenden Stroms in der Weise steuert, dass ein Wert der Spannung zwischen den Anschlüssen bei dem Injizieren des pulsierenden Stroms und ein Wert der Spannung, wenn kein pulsierender Strom injiziert wird, gleich Werten sind, die erhalten werden, wenn die beiden senkrecht polarisierten Lichtkomponenten in die optische Verstärkungseinrichtung eingegeben werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Lichtabgabeeinrichtung (1) nicht nach dem Injizieren eines überlagerten Stroms eines Biasstroms zur Lichtabgabe und eines pulsierenden Stroms zum Auswählen polarisierter Lichtkomponenten in den beiden senkrechten Richtungen abgibt, und die Steuerungseinrichtung (7) zumindest einen der Werte des Biasstroms und eine Amplitude des pulsierenden Stroms in der Weise steuert, dass eine Amplitude der Änderung der Spannung zwischen den Anschlüssen der optischen Verstärkungseinrichtung bei einer maximalen Amplitude gehalten wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Lichtabgabeeinrichtung (1) ein Halbleiterlaser (1) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei der Halbleiterlaser (1) ein Distributed-Feedback-Halbleiterlaser ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei der Halbleiterlaser (1) eine aktive Schicht aufweist, die aus einer angespannten Quantum-Well-Anordnung besteht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die optische Verstärkungseinrichtung (3) ein optischer Verstärker auf Halbleiterbasis ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei der optische Verstärker auf Halbleiterbasis eine aktive Schicht, bestehend aus einer angespannten Quantum-Well-Anordnung aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Lichtabgabeeinrichtung (1) ein Halbleiterlaser ist, und die optische Verstärkungseinrichtung (3) ein optischer Verstärker auf Halbleiterbasis ist, und wobei der Halbleiterlaser und der optischer Verstärker auf Halbleiterbasis auf einem einzigen Halbleitersubstrat integriert angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, ferner mit: einer Polarisationsauswähleinrichtung zum Übertragen einer der beiden senkrecht polarisierten Lichtkomponenten, die durch die optische Verstärkungseinrichtung ausgegeben werden.
Optisches Kommunikationssystem, mit einer optischen Übertragungsleitung, einer optischen Übertragungseinrichtung zum Eingeben eines optischen Signals zu der optischen Übertragungsleitung, wobei die optische Übertragungseinrichtung eine Lichtabgabeeinrichtung (1) aufweist zur Durchführung einer Modulation durch selektives Auswählen einer Richtung einer Polarisationsebene des ausgegebenen Lichts aus zwei senkrechten Richtung durch Steuern eines Erregungszustands, und einem optischen Empfänger zum Empfangen des optischen Signals der optischen Übertragungsleitung, und einer optischen Verstärkungseinrichtung (3) zum Verstärken des ausgegebenen Lichts der Lichtabgabeeinrichtung (1), wobei die optische Verstärkungseinrichtung (3) unterschiedliche Verstärkungsfaktoren bezüglich der polarisierten Lichtkomponenten in den beiden senkrechten Richtungen aufweist; dadurch gekennzeichnet, dass die optische Übertragungseinrichtung ferner umfasst: eine Steuerungseinrichtung (7), die vorgesehen ist zur Erfassung einer Änderung in einer Spannung zwischen Anschlüssen der optischen Verstärkungseinrichtung (3) und zur Steuerung des Betriebs der Lichtabgabeeinrichtung (1) auf der Basis eine Erfassungssignals.
Polarisationsmodulationssteuerungsverfahren für eine optische Übertragungseinrichtung mit einer Lichtabgabeeinrichtung (1) zur Durchführung einer Modulation durch selektives Ändern einer Richtung einer Polarisationsebene des ausgegebenen Lichts zu einer von zwei senkrechten Richtungen durch Steuern eines Erregungszustands, mit den Schritten: Eingeben des ausgegebenen Lichts der Lichtabgabeeinrichtung zur optischen Verstärkungseinrichtung mit unterschiedlichen Verstärkungsfaktoren bezüglich der polarisierten Lichtkomponenten in den beiden senkrechten Richtungen; und gekennzeichnet durch die Schritte: Erfassen einer Änderung einer Spannung zwischen Anschlüssen der optischen Verstärkungseinrichtung (3), und Steuern des Lichtabgabevorgangs der Lichtabgabeeinrichtung (1) auf der Basis des Erfassungssignals.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Lichtabgabeeinrichtung (1) Licht nach Injizieren eines überlagerten Stroms eines Biasstroms zur Lichtabgabe und eines pulsierenden Stroms zum Auswählen polarisierter Lichtkomponenten in den beiden senkrechten Richtungen abgibt, und der Lichtabgabevorgangsteuerungsschritt zumindest einen der Werte des Biasstroms und eine Amplitude des pulsierenden Stroms in der Weise steuert, dass ein Wert der Spannung zwischen den Anschlüssen, wenn der pulsierende Strom injiziert wird, und ein Wert der Spannung, wenn kein pulsierender Strom injiziert wird, gleich Werten sind, die erhalten werden, wenn die beiden senkrecht polarisierten Lichtkomponenten in die optische Verstärkungseinrichtung (3) eingegeben werden.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Lichtabgabeeinrichtung (1) Licht nach Injizieren eines Überlagerungsstroms eines Biasstroms zur Lichtabgabe und eines pulsierenden Stroms zum Auswählen polarisierter Lichtkomponenten in den beiden senkrechten Richtungen abgibt, und der Lichtabgabevorgangsteuerungsschritt zumindest einen aus einem Wert des Biasstroms und eine Amplitude des pulsierenden Stroms in der Weise steuert, dass eine Amplitude der Änderung der Spannung zwischen den Anschlüssen der optischen Verstärkungseinrichtung (3) bei einer maximalen Amplitude gehalten wird.