DE2537569C2 - Operating method for a modulatable semiconductor laser and arrangement for carrying out the method - Google Patents

Description

\A_m-A,V\ A _m -A, V

wobei A_n, und Ai die den axialen Modenabständen des modulierbaren (11) Halbleiterlasers und des als externe Lichtquelle (12) verwendeten Halbleiterlasers entsprechenden Wellenlängendifferenzen sind.where A _n and Ai are the wavelength differences corresponding to the axial mode spacings of the modulatable (11) semiconductor laser and the semiconductor laser used as an external light source (12).

Die Erfindung betrifft ein Betriebsverfahren für einen modulierbaren Halbleiterlaser gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Anordnung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens. Ein Betriebsverfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist durch die DE-OS 22 38 336 bekannt.The invention relates to an operating method for a modulatable semiconductor laser according to the preamble of claim 1 and an arrangement for carrying out such a method. An operating procedure according to the preamble of claim 1 is known from DE-OS 22 38 336.

Halbleiterlaser werden als wünschenswerte Quellen für optische Kommunikationssysteme und optische Datenverarbeitungssysteme angesehen, da sie kleine Abmessungen und geringes Gewicht haben, mit hohem Wirkungsgrad arbeiten und die Eigenschaft aufweisen, durch Änderung eines Injektionsstromes direkt moduliert werden zu können. In einem der üblichen Halbleiterlaser liegt die obere Grenze für eine direkte Modulation des Laserausgangs durch Signal-Impulsströme unterhalb von 400 Megabits pro Sekunde. Dies liegt daran, daß das optische Ausgangssignal durch Bildung von Überschwingspitzen verzerrt ist, welche einen Ausgangsimpulsüberschwinger unmittelbar an der Anstiegflanke des Impulses ergeben und daß im Anschluß an einen solchen Überschwinger Kippschwingungen folgen. Die Bildung der Überschwingspitzen erscheint am optischen Ausgang zusammen mit einer Schwingung der Ladungsträgerdichte, die an den als Lasermedium arbeitenden Halbleiter angelegt wird. Die Schwingung der Ladungsträgerdichte bewirkt eine Veränderung der Dielektrizitätskonstanten in dem Laser, d. h. Veränderungen der Resonanzwellenlänge des Laserresonators. Im Ergebnis tritt das sogenannte »Zwitscher-Phänomen« auf, so daß sich die Grundwellenlänge des optischen Ausgangs mit der Laserschwingung verändert. Dies hat den Einsatz von modulierbaren Halbleiterlasern für hochfrequente Modulation bei Anwendungen, die eine stabile Wellenlänge erfordern, bisher unmöglich gemacht.Semiconductor lasers are becoming desirable sources for optical communication systems and optical Data processing systems viewed because they are small in size and light in weight, with high Working efficiency and having the property of being modulated directly by changing an injection current to be able to. In one of the common semiconductor lasers, the upper limit is for a direct one Modulation of the laser output by signal pulse currents below 400 megabits per second. this is due to the fact that the optical output signal is distorted by the formation of overshoot peaks, which result in an output pulse overshoot immediately on the rising edge of the pulse and that im Tilting oscillations follow such an overshoot. The formation of the overshoot peaks appears at the optical output together with an oscillation of the charge carrier density, which is transmitted to the as Laser medium working semiconductor is applied. The oscillation of the charge carrier density causes a Change in the dielectric constant in the laser, d. H. Changes in the resonance wavelength of the laser resonator. As a result, the so-called "chirping phenomenon" occurs, so that the fundamental wavelength of the optical output changes with the laser oscillation. This has the use of modular Semiconductor lasers for high frequency modulation in applications that require a stable wavelength, previously made impossible.

Bei dem eingangs erwähnten bekannten Betriebsverfahren für einen modulierbaren Halbleiterlaser mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 wird ein Lichtstrahl einer externen Lichtquelle in die aktive Zone des Halbleiterlasers injiziert. Hierbei handelt es sich um eine Lichtimpulsfolge mit einer Frequenz von beispielsweise 500 MHz. Es zeigte sich jedoch, daß für hochfrequente Modulation, d. h. für Modulationen von über 100 Megabits pro Sekunde Überschwingspitzen am optischen Ausgang des Halbleiterlasers nicht befriedigend gedämpft werden können.In the above-mentioned known operating method for a modulatable semiconductor laser with the Features of the preamble of claim 1 is a light beam from an external light source in the active zone of the semiconductor laser. This is a sequence of light pulses with a frequency of, for example 500 MHz. It was found, however, that for high-frequency modulation, i.e. H. for modulations of There is no overshoot at the optical output of the semiconductor laser above 100 megabits per second can be damped satisfactorily.

Um die Laufzeit der optischen Ausgangswelie zu vermindern und die Amplitude der Überschwingimpulse herabzusetzen, ist durch die Zeitschrift Electronics, Bd. 40, Nr. 25, 11. Dez. 1967, Seiten 117 bis 122 bereits bekannt, dem Signalimpulsstrom einen Gleichstrom zu überlagern, der größer als der Schwelienstrom zur Anregung der Laserschwingung ist. Allerdings wurden auch hierdurch die Überschwingspitzen nicht auf ein zufriedenstellendes Maß reduziert. Es wurde vielmehr hierbei bei herkömlichen Haibleiterlasern der stationäre Anteil des optischen Ausgangs vergrößert, wodurch das Signal-/Rauschverhältnis verschlechtert wurde.To reduce the transit time of the optical output wave and the amplitude of the overshoot pulses Reduced, is by the magazine Electronics, Vol. 40, No. 25, Dec. 11, 1967, pages 117 to 122 already known to superimpose a direct current on the signal pulse current, which is greater than the Schwelienstrom for Excitation of the laser oscillation is. However, this also did not result in the overshoot peaks reduced to a satisfactory level. Rather, it became the stationary one for conventional semiconductor lasers The proportion of the optical output increased, which worsened the signal-to-noise ratio.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Betriebsverfahren für einen modulierbaren Halbleiterlaser für hochfrequente Modulation gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 anzugeben, bei dem die Amplitude von Überschwingspitzen am optischen Ausgang verringert ist und damit das optische Ausgangssignal als eine exakte Wiedergabe des Steuerstrom-Impulses erhalten werden kann bzw. die obere Grenze für die hochfrequente Lasermodulation nach oben verschoben wird und bei dem damit auch das Signal-ZRauschverhältnis verbessert ist.The object of the invention is therefore to provide an operating method for a modulatable semiconductor laser for specify high-frequency modulation according to the preamble of claim 1, in which the amplitude of Overshoot peaks at the optical output is reduced and thus the optical output signal as one exact reproduction of the control current pulse can be obtained or the upper limit for the high frequency Laser modulation is shifted upwards and thus also the signal-to-noise ratio is improved.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöstThe object is achieved according to the invention with the characterizing features of claim 1

Eine vorteilhafte Ausführung nach der Erfindung ergibt sich aus Anspruch 2. Eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens sowie vorteilhafte Ausführungen ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 3 bis 10.An advantageous embodiment according to the invention results from claim 2. An arrangement for Implementation of the method and advantageous designs result from the features of Claims 3 to 10.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand einer zugehörigen Zeichnung erläutert. Hierin zeigtEmbodiments of the invention are explained below with reference to an associated drawing. Herein shows

F i g. 1 Einschwingverhalten des modulierten Lichtausganges des Halbleiterlasers bei einer Injizierung und ohne eine Injizierung des kontinuierlich emittierten Lichtstrahles einer externen Lichtquelle,F i g. 1 Transient response of the modulated light output of the semiconductor laser with an injection and without an injection of the continuously emitted Light beam from an external light source,

Fig.2 ein Diagramm der Axialmoden des Modulations- und des Injektionshalbleiterlasers,Fig. 2 is a diagram of the axial modes of the modulation and the injection semiconductor laser,

F i g. 3a eine perspektivische Ansicht eines Halbleiterlasers gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,F i g. 3a shows a perspective view of a semiconductor laser in accordance with a first exemplary embodiment;

Fig.3b eine Seitenansicht des Halbleiterlaser nach Fig. 3a,3b shows a side view of the semiconductor laser according to Fig. 3a,

Fig.4 eine perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels.Fig. 4 is a perspective view of another Embodiment.

Es ist bekannt, daß der zeitliche Verlauf des Laserausgangs bei Strommodulation durch zwei simultane Differentialgleichungen analysiert werden kann, die die Änderungen der Ladungsträgerdich'e und der Photonendichte beschreiben, welche in Wechselbeziehung zueinander stehen.It is known that the time course of the laser output with current modulation by two simultaneous Differential equations can be analyzed showing the changes in the charge carrier density and the Describe photon densities that are interrelated.

Wenn ein externer, kohärenter Lichtstrahl mit einer Wellenlänge in der Größenordnung der Ausgangswellenlänge des Halbleiterlasers bei Strommodulation zeitlich kontinuierlich in den optischen Resonator des Halbleiterlasers injiziert wird, so kann das charakteristische Einschwingverhalten bei einem Stromimpuls dieses Halbleiterlasers leicht erhalten werden, indem die simultanen Differentialgleichungen gelöst werden, nachdem ein konstanter Anteil, proportional dem Wert des externen, injizierten Lichtes zu der Gleichung addiert wurde, die den Wert der Photonendichte beschreibt.When an external, coherent beam of light with a wavelength on the order of the output wavelength of the semiconductor laser with current modulation continuously in time into the optical resonator of the Semiconductor laser is injected, so the characteristic transient behavior with a current pulse can this Semiconductor laser can be easily obtained by solving the simultaneous differential equations, after a constant component proportional to the value of the external injected light to the equation which describes the value of the photon density.

Fi g. 1 zeigt ein Diagramm des Einschwingverhaltens des modulierten Lichtausganges des Halbleiterlasers, das aufgezeichnet wurde, nachdem die beiden simultanen Differentialgleichungen durch numerische Integration auf einem Computer gelöst worden waren. Die Kurven zeigen die Einschwingänderangen der Ausgangslichtintensität, die durch Überlagerung eines Stromimpulses bei einem Halbleiterlaser erhalten wurden, wobei der Stromimpuls zum Zeitpunkt i=0 mit einem 0,4fachen Wert des Schwellenstromes und einer Länge größer einer Nanosekunde angelegt wurde. Der Halbleiterlaser befand sich hierbei in einem Gleichgewichtszustand, wobei ein stetiger Strom in 0,9facher Höhe des Schwellenstromes angelegt worden war. DieFi g. 1 shows a diagram of the transient response of the modulated light output of the semiconductor laser, that was recorded after the two simultaneous differential equations by numerical integration solved on a computer. The curves show the transient changes in the output light intensity, obtained by superimposing a current pulse in a semiconductor laser were, the current pulse at the time i = 0 with a 0.4 times the value of the threshold current and a Length greater than one nanosecond. The semiconductor laser was in a state of equilibrium, a steady current 0.9 times the threshold current was applied. the

ίο gestrichelte Linie betrifft den Fall, bei dem kein externes Licht injiziert wurde. Die durchgezogene Linie beschreibt den Fall, bei dem ein externer, zeitlich kontinuierlich Lichtstrahl in den Laser injiziert wurde. Dieser externe Lichtstrahl entspricht in seiner Intensität dem Wert von 1% desjenigen Ausgangslichtstrahles, der erhalten wird, wenn ein stationärer Strom mit l,3fachen Schwellenwert an den Halbleiter angelegt wird.ίο dashed line concerns the case where there is no external Injected light. The solid line describes the case in which an external, temporal continuously injected light beam into the laser. This external light beam corresponds in its intensity the value of 1% of that output light beam that is obtained when a steady current with 1.3 times the threshold value is applied to the semiconductor.

Die Kurven in F i g. 1 verdeutlichen, daß Überschwingspitzen durch Einschwingänderungen bei der Sprungantwort der Ausgangslichtintensität bei Anlegen eines Stromimpulses stark gedämpft bzw. schnell abgeschwächt werden, wenn ein externer, zeitlich kontinuierlicher Lichtstrahl in den Laser injiziert wird.The curves in FIG. 1 make it clear that overshoot peaks due to transient changes in the Step response of the output light intensity when a current pulse is applied, strongly attenuated or fast attenuated when an external, time-continuous light beam is injected into the laser.

Die Kurven zeigen weiterhin, daß die Verzögerungszeit bis zum Erscheinen des Ausgangslichtes bei Anlegen eines Stromimpulses um ca. 100 Picosekunden verringert wurde. Die beiden Ausgangsintensitäten sind im Hinblick auf die Zeit im Durchschnitt ungefähr einander gleich (Zeitintegrale beider Kurven sind annährend gleich). Mit anderen Worten ist die Wirksamkeit der Umwandlung von elektrischer Energie in Lichtenergie in beiden Fällen annährend gleich.The curves also show that the delay time until the output light appears when applied of a current pulse was reduced by approx. 100 picoseconds. The two output intensities are in With regard to time, on average, they are roughly equal to each other (time integrals of both curves are approximate same). In other words, it is the effectiveness of converting electrical energy into light energy almost the same in both cases.

Es wurde gefunden, daß eine vorhergehende Injek-It has been found that a previous injection

tion von externem Licht folgende Änderungen des Einschwingverhaltens eines Laserausganges bewirkt. Erstens wird die Anfangsüberschwingamplitude verringert, wenn der Betrag des injizierten externen Lichtes vergrößert wird. Zweitens wird die Amplitude der Überschwinger exponentiell abgeschwächt und die Zeitkonstante dieser Abschwächung bzw. die Halbwertzeit der Amplitude vermindert sich mit der Vergrößerung des Betrages des injizierten externen Lichtes. Diese Effekte treten deutlich auf, wenn der Betrag des injizierten externen Lichtes etwa 1% des stationären Ausganges des Halbleiterlasers beträgt. Dabei wird der Signal-/Rauschabstand des Ausganges nicht wesentlich vermindert.tion of external light causes the following changes in the transient response of a laser output. First, the initial overshoot amplitude is decreased as the amount of external light injected is enlarged. Second, the amplitude of the overshoot is attenuated exponentially and the The time constant of this attenuation or the half-life of the amplitude decreases with the increase the amount of external light injected. These effects clearly appear when the amount of the injected external light is about 1% of the stationary output of the semiconductor laser. The Signal-to-noise ratio of the output not significantly reduced.

Somit kann bei Injektion eines kleinen Betrages eines externen Lichtes in den Resonator des Halbleiterlasers die am Laserausgang während der Modulation entstehende Kippschwingung wesentlich unterdrückt werden. Gleichzeitig kann die Wellenlänge stabilisiert und das »Zwischter-Phänomen« unterdrückt werden.Thus, when a small amount of external light is injected into the resonator of the semiconductor laser the tilting oscillation occurring at the laser output during the modulation can be substantially suppressed. At the same time, the wavelength can be stabilized and the "intermediate phenomenon" suppressed.

In Verbindung mit obigen analytischen Daten ließ sich folgendes experimentell bestätigen.In conjunction with the above analytical data, the following has been experimentally confirmed.

Das Enstehen von Überschwingern kann dann verhindert werden, wenn die Wellenlänge des injizierten Lichtes gleich mindestens einer der Wellenlängen der Resonanzaxialmode ist Die Resonanzaxialmode, bei der eine Oszillation vorkommen kann, existiert im Wellenlängenbereich des Verstärkungsbereiches (etwa 90% der Impulsverstärkung) des Modulationshalbleiterlasers. Die Bedingung, daß die Wellenlänge derThe occurrence of overshoots can be prevented if the wavelength of the injected Light is equal to at least one of the wavelengths of the resonance axial mode The resonance axial mode, in which an oscillation can occur exists in the wavelength range of the amplification range (e.g. 90% of the pulse gain) of the modulation semiconductor laser. The condition that the wavelength of the

fi5 Rescnanzaxialmode und der des injizierten Lichtes übereinstimmt, wird im folgenden »Wellenlängenanpaßbedingung« genannt.fi5 resonance axial mode and that of the injected light coincides, is called "wavelength matching condition" in the following.

Die Realisierung der WellenlängenanpaßbedingungThe realization of the wavelength matching condition

mit einem Halbleiterlaser als externe Lichtquelle wird unter bezug auf F i g. 2 beschrieben. Hierbei stellt (a) die Resonanzaxialmode des Modulationshalbleiterlasers dar und (b) die Resonanzaxialmode eines Injektionshalblciterlasers. Die beiden Axialmoden sind nach einer ersten Koinzidenz bei einer Wellenlängendistanz D erneut koinzident. Dabei gilt die Gleichungwith a semiconductor laser as an external light source, referring to FIG. 2 described. Here, (a) represents the resonance axial mode of the modulation semiconductor laser and (b) the resonance axial mode of an injection half-liter laser. After a first coincidence, the two axial modes are again coincident at a wavelength distance D. The equation applies here

D = D =

A₁ A ₁

(D(D

toto

wobei Δ,,, und d/die Wellenlängen der Axialmoden eines Modulations- bzw. Injektionshalbleiterlasers darstellen. Angenommen A_m und Δ, betragen 0,45 nm bzw. 0,5 nm, dann muß in einem Wellenlängenbereich von 4,5 nm ein Ort existieren, bei dem die Wellenlängen der beiden Halbeiterlaser in ihren Axialmoden miteinander koinzident sind.where Δ ,,, and d / represent the wavelengths of the axial modes of a modulation or injection semiconductor laser. Assuming A _m and Δ are 0.45 nm and 0.5 nm, respectively, then a location must exist in a wavelength range of 4.5 nm at which the wavelengths of the two semiconductor lasers are coincident with one another in their axial modes.

Wie aus Gleichung(l) ersichtlich, wird der Wert D zu groß, wenn die Wellenlängendifferenz A_m und A, sehr klein ist. Ist dies der Fall, so ist es wahrscheinlich, daß eine Koinzidenz der Axialmoden außerhalb des Verstärkungsbereiches des Modulationshalbleiterlasers auftritt. In einem solchen Fall ist die Wellenlängenanpaßbedingung nicht erfüllt, und es wird kein greifbares Ergebnis erzielt. Zur Vermeidung dieses Problems ist das Intervall zwischen den Wellenlängen der beiden Halbleiterlaser so festgelegt, daß der Wert D kleiner als der Verstärkungsgrad des Modulationslasers ist. Um eine Distanz zwischen den Resonanzaxialmoden der zwei Halbleiterlaser vorzusehen, ist es erforderlich, eine angemessene Differenz zwischen den Resonatorlängen der zwei Halbleiterlaser vorzusehen.As can be seen from equation (l), the value D becomes too large when the wavelength difference A _m and A i is very small. If this is the case, it is likely that a coincidence of the axial modes occurs outside the gain range of the modulation semiconductor laser. In such a case, the wavelength matching condition is not satisfied and no tangible result is obtained. To avoid this problem, the interval between the wavelengths of the two semiconductor lasers is set so that the value D is smaller than the gain of the modulating laser. In order to provide a distance between the resonance axial modes of the two semiconductor lasers, it is necessary to provide an adequate difference between the cavity lengths of the two semiconductor lasers.

Diese Bedingung kann leicht erfüllt werden, sofern der Verstärkungsbereich — wie z. B. bei einem Galliumarsenid-Halbleiterlaser der üblichen Art — etwa 10 nm beträgt Es ist jedoch bekannt, daß die Grundwellenlänge der Oszillation von Halbleiterlasern, ζ. Β. wegen Kristallinhomogenitäten, oftmals Schwankungen unterworfen ist. Wenn die Axialmoden der beiden Laser eine Differenz aufweisen, kann trotzdem eine Wellenlängenanpassung und eine Überschwingerunterdrückung des Ausgangslichtes des Modulationslasers erreicht werden, solange die Abweichung der Grundwellenlänge der beiden Halbleiterlaser nicht größer als der halbe Verstärkungsbereich des Modulationshalbleiterlasers ist.This condition can be easily met if the gain range - such as e.g. B. at one Common type of gallium arsenide semiconductor laser - It is known, however, that the fundamental wavelength of the oscillation of semiconductor lasers, ζ. Β. because of crystalline inhomogeneities, is often subject to fluctuations. If the axial modes of the If both lasers have a difference, a wavelength adjustment and overshoot suppression can still be used of the output light of the modulation laser can be achieved as long as the deviation of the Fundamental wavelength of the two semiconductor lasers not greater than half the gain range of the modulation semiconductor laser is.

Die betreffenden Wellenlängenbereiche der Axialmoden liegen dort, wo eine Wechselwirkung zwischen ihnen möglich ist, die vom wirksamen Gütefaktor Qdes Resonators abhängt Deshalb ist es lediglich erforderlich, daß die Axialmoden des Modulations- und des Injektionshalbleiterlasers miteinander in dem Bereich übereinstimmen, in dem diese Wechselwirkung gegeben ist Bei einem normalen GaAs-Halbleiteriaser liegt die zulässige Abweichung der Grundwellenlänge etwa bei 0,02 nm. Das heißt wenn beide Resonatorlängen der Laser gleich sind, kann keine Wellenlängenanpassung erreicht werden, wenn sich die Grundwellenlängen der Oszillation beider Laser um mehr als 0,02 nm unterscheiden. Trotzdem ist es selbst unter diesen Bedingungen noch möglich, eine Wellenlängenanpassung zu erreichen, und zwar durch Veränderung der Temperatur eines Lasers. In der Praxis muß diese Temperatur mit einer Genauigkeit von 0,2"C überwacht werden, was sehr genaue Abmessungen des Halbleiterlasers voraussetzt die daher relativ groß gewählt sein müssen, was aber im Gegensatz zu der Forderung nach kleinen Abmessungen, geringem Gewicht und einfacher Handhabung steht.The relevant wavelength ranges of the axial modes are where there is an interaction between it is possible for them, that of the effective quality factor Qdes Therefore it is only necessary to that the axial modes of the modulation and the injection semiconductor laser with each other in the range match, in which this interaction is given. In a normal GaAs semiconductor laser, the permissible deviation of the fundamental wavelength around 0.02 nm. That is, if both resonator lengths of the Lasers are the same, no wavelength adjustment can be achieved if the fundamental wavelengths of the Differentiate the oscillation of the two lasers by more than 0.02 nm. Nevertheless, it is still possible to adjust the wavelength even under these conditions by changing the temperature a laser. In practice, this temperature must also be with an accuracy of 0.2 "C, what very precise dimensions of the semiconductor laser presupposes which must therefore be chosen to be relatively large, which but in contrast to the requirement for small dimensions, light weight and easy handling stands.

Fig. 3a zeigt eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung entsprechend dem in Fig. 2 dargestellten Prinzip und Fig.3b zeigt eine Seitenansicht der Vorrichtung nach F i g. 3a.FIG. 3a shows a perspective view of a device corresponding to that shown in FIG Principle and FIG. 3b shows a side view of the device according to FIG. 3a.

In F i g. 3a ist ein Halbleiterlaser 1 in Mehrschichtaufbau dargestellt. Er enthält einen Modulationsteil 11 und einen Injektionsteil 12 mit den Längen /_m bzw. //. Hierbei handelt es sich um einen Doppel-Hetero-Sperrschichtlaserkristall aus GaAs - AIGaAs, der durch die bekannte Wachstumstechnik in der Flüssigphase hergestellt wurde, wobei eine streifenförmige Elektrode 3 an einer Seite nahe einer aktiven Zone 2 des Laserkristalls durch Fotoresisttechnik aufgebracht wurde und ein Spalt 4 über die laseraktive Zone 2 hinaus durch Kombination von Fotoresist- und lonenätztcchnik erzeugt wurde. Diese Halbleitervorrichtung hat einen Verstärkungsbereich von etwa 10 nm, wofür die Resonatorlängen I_n, und /, auf 250 μίτι bzw. 230 μΐη festgelegt sind. Die Wellenlängen der Resonanzaxialmoden betragen 0,344 nm bzw. 0,374 nm, wobei die Wellenlängendistanz D, um die Modenkoinzidenz zu erzeugen, bei 4,3 nm liegt. Damit ist die Wellenlängenanpaßbedingung zufriedenstellend erfüllt.In Fig. 3a shows a semiconductor laser 1 with a multilayer structure. It contains a modulation part 11 and an injection part 12 with the lengths / _m and //. This is a double heterojunction laser crystal made of GaAs - AlGaAs, which was produced by the known growth technique in the liquid phase, whereby a strip-shaped electrode 3 was applied to one side near an active zone 2 of the laser crystal by photoresist technique and a gap 4 was generated beyond the laser-active zone 2 by a combination of photoresist and ion etching technology. This semiconductor device has a gain range of approximately 10 nm, for which the resonator lengths I _n and / are set to 250 μm and 230 μm. The wavelengths of the resonance axial modes are 0.344 nm and 0.374 nm, respectively, with the wavelength distance D in order to generate the mode coincidence being 4.3 nm. The wavelength matching condition is thus satisfactorily met.

Wie in Fig.3b gezeigt, ist der Halbleiterlaser 1 mit einer rhombusförmigen Wärmesenke 5 versehen, wobei die streifenförmige Elektrode 3 mit der Wärmesenke 5 in Verbindung steht. Die Wärmesenke 5 ist mit positiv angesteuerten Elektroden 6 und 7 ausgestattet, die an das Modulationsteil U und das Injektionsteil 12 angrenzt. Ein elektrischer Leiter 8 zum Anlegen des Modulationsstromes und ein elektrischer Leiter 9 zum Anlegen des Injektionsstromes sind auf die Elektroden 6 und 7 gelötet. Ein Leiter 10 für eine gemeinsame negative Elektrode ist auf der Substratseite der Elektrode 13 angelötet.As shown in Fig.3b, the semiconductor laser 1 is with a rhombus-shaped heat sink 5, the strip-shaped electrode 3 with the heat sink 5 communicates. The heat sink 5 is equipped with positively driven electrodes 6 and 7 that are connected to the modulation part U and the injection part 12 are adjacent. An electrical conductor 8 for applying the Modulation current and an electrical conductor 9 for applying the injection current are to the electrodes 6 and 7 soldered. A common negative electrode conductor 10 is on the substrate side of the Electrode 13 soldered on.

Um einen Ausgangslichtstrahl 14 zu erhalten, dessen Wellenverlauf genau dem eines PCM-modulierten Stromes entspricht, wird ein konstanter Gleichstrom von beispielsweise 140 mA an die positive Elektrode 9 gelegt. Hierdurch wird der Injektionshalbleiterlaser 12 zu einer stetigen Oszillation angeregt, wobei dessen zeitlich kontinuierlicher Ausgangslichtstrahl in den Resonator des Modulationsteiles 11 injiziert wird. Gleichzeitig wird ein PCM-modulierter Strom, dem ein stationärer Strom von z.B. 100mA bezogen auf den Signalzustand »0« überlagert ist, an die positive Elektrodenzuleitung 8 gelegtIn order to obtain an output light beam 14 whose waveform is exactly that of a PCM-modulated Corresponds to the current, a constant direct current of, for example, 140 mA is applied to the positive electrode 9 placed. As a result, the injection semiconductor laser 12 is excited to a continuous oscillation, with its temporally continuous output light beam is injected into the resonator of the modulation part 11. At the same time, a PCM-modulated current is generated, to which a stationary current of e.g. 100mA related to the Signal state »0« is superimposed on the positive electrode lead 8

Der stationäre Strom reicht alleine nicht aus, um eine Oszillation anzuregen. Die in den Resonator des Modulationsteiles injizierte Lichtmenge hängt teilweise von der Breite des Spaiies 4 ab. Trotzdem kann diese Lichtmenge zur Optimierung der Ausgangslichtcharakteristik des Modulationsteiles 11 eingestellt werden, indem der Wert des an den Injektionsteil 12 angelegten stationären Stromes eingestellt wird. Wird ein Filtermedium in den Spalt 4 eingesetzt so kann die Menge des injizierten Lichtes optimal begrenzt werden, indem der Brechungsindex oder der Absorptionskoeffizient des Filtermediums gewählt werden.The steady-state current alone is not enough to stimulate an oscillation. The in the resonator of the The amount of light injected by the modulation part depends in part on the width of the spa 4. Nevertheless this can The amount of light to optimize the output light characteristics of the modulation part 11 can be set, by adjusting the value of the steady-state current applied to the injection part 12. Becomes a filter medium inserted into the gap 4 so the amount of injected light can be optimally limited by the Refractive index or the absorption coefficient of the filter medium can be selected.

Fig.4 zeigt eine perspektivische Ansicht einer weiteren Anordnung, die für einen Betrieb mit Injektionslichtmenge geeignet ist Zwei Spalten 15 und sind zwischen Modulations- und Injektionsteil 11 bzw. 12 eingefräst Ihr gegenseitiger Abstand liegt ca. bei 20μπι. In einem Halbleiterlaser, der aus einer aktiven Zone 17 unterhalb einer Elektrode 18 gebildetFig.4 shows a perspective view of a further arrangement which is suitable for operation with injection light quantity. Two columns 15 and are milled between the modulation and injection parts 11 and 12, respectively.The distance between them is approx. at 20μπι. In a semiconductor laser that consists of a active zone 17 formed below an electrode 18

wird, liegt der Schwellenstrom beträchtlich höher als in den Lasern des Modulations- bzw. Injektionsteiles 11 bzw. 12. Es ist daher möglich, daß Maß der Anfachung der aktiven Zone 17 zu steuern, indem der stationäre Strom an der Rlektrode 18 überwacht wird und somit auch die von der aktiven Zone 17 absorbierten Lichtmenge.is, the threshold current is considerably higher than in the lasers of the modulation or injection part 11 or 12. It is therefore possible to control the amount of fanning of the active zone 17 by the stationary Current at the electrode 18 is monitored and thus also the absorbed by the active zone 17 Amount of light.

Entsprechend F i g. 3 kann auch in jeden Spalt 15 und 16 ein Filtermedium eingesetzt werden. Der Brechungsindex des Filtermediums ist hierbei kleiner als der der aktiven Zone. Durch geeignete Wahl von Brechungsindex und Lichtabsorptionskoeffizient der Filtermedien kann eine optimale in den anderen Laser injizierte Lichtmenge eingestellt werden.According to FIG. 3, a filter medium can also be used in each gap 15 and 16. The index of refraction of the filter medium is smaller than that of the active zone. By suitable choice of refractive index and light absorption coefficient of the filter media can be optimal injected into the other laser Amount of light can be adjusted.

Wie oben beschrieben, verwendet die Erfindung Mittel zur geringfügigen Änderung der Differenz zwischen den Resonanzaxialmoden des Injektions- und des Modulationslasers, wobei sie die Wellenlängenanpassung zwischen den beiden Lasern ermöglicht. Weiterhin arbeitet diese Laservorrichtung auch stabil gegenüber Temperaturschwankungen. Das hießt, selbst wenn eine Abweichung zwischen den Grundwellenlängen in den beiden Haibleiterlasern aufgrund von Temperaturschwankungen in den Laseraktivzonen auftritt oder wenn unterschiedliche Abhängigkeiten der Laserwellenlänge von der Temperatur existieren, so existiert doch wenigstens ein Ort, an dem die Axialmoden beider Laser miteinander koinzident sind, solange die Grundwellenlängenabweichung nicht größer als der halbe Verstärkungsbereich des Modulationshalbleiterlaser ist. Somit können Überschwinger stets unterdrückt werden.As described above, the invention employs means for changing the difference slightly between the resonance axial modes of the injection and modulation lasers, with the wavelength matching between the two lasers. Furthermore, this laser device also operates stably against temperature fluctuations. That means, even if there is a discrepancy between the fundamental wavelengths in the two semiconductor lasers due to temperature fluctuations in the laser active zones occurs or if there are different dependencies of the laser wavelength on the temperature, so there is at least one place where the axial modes of both lasers are coincident with each other, as long as the fundamental wavelength deviation is not greater than half the gain range of the modulation semiconductor laser is. This means that overshoots can always be suppressed.

Der Einfluß von Kristallinhomogenitäten spielt vorteilhafter Weise keine wesentliche Rolle, da die Wellenlängenanpassung leicht erreicht werden kann, selbst wenn Injektions- und Modulationslaser getrennt hergestellt wurden. Bei einer Laservorrichtung mit zwei getrennt voneinander hergestellten Lasern kann die injizierte Lichtmenge durch Veränderung der optischen Achsen beider Laser bzw. durch Änderung des Auftreffwinkels eingestellt weiden. Der an den Halbleiterlaser angelegte Strom ist nicht auf Gleichstrom beschränkt, sondern kann auch impulsförmig sein, solange das Ausgangslicht des Injektionslasers zeitlich kontinuierlich erfolgt, während die Ausgangswellenform des Modulationslasers eine Anstiegsflanke aufweist. The influence of crystalline homogeneities does not play an important role, since the Wavelength adjustment can be easily achieved even when injection and modulation lasers are separated were manufactured. In the case of a laser device with two lasers produced separately from one another, the injected amount of light by changing the optical axes of both lasers or by changing the Angle of incidence set. The current applied to the semiconductor laser is not of direct current limited, but can also be pulse-shaped as long as the output light of the injection laser is temporal occurs continuously while the output waveform of the modulating laser has a rising edge.

Anstelle der anhand der Fig. 3 und 4 beschriebenen Halbleiterlaser kann auch ein Halbleiterlaser mit verteilter Rückkopplung verwendet werden, wie er in Applied Physics Letters 25 (1974), Nr. 4, S. 203-206 im einzelnen beschrieben ist.Instead of the one described with reference to FIGS Semiconductor laser, a distributed feedback semiconductor laser as shown in FIG Applied Physics Letters 25 (1974), No. 4, pp. 203-206.

In einer Anordnung, bei der die Resonatoren beider Laser parallel zueinander in dem gleichen Kristall eingeschlossen sind, kann ein Teil des internen Lichtes der Akiivzone des Injektionslasers durch Beugung oder Streuung in die Aktivzone des Modulationslasers injiziert werden. Ist die Distanz zwischen den beiden Aktivzonen kleiner als ΙΟμίτι, so kann der Einfluß von Kristallinhomogenitäten vernachlässigt werden und man erhält eine Oszillation mit iwiliczu gleicher Grundwellenlänge. Mit anderen Worten, selbst wenn beide Resonatoren exakt gleiche Länge haben, kann eine Wellenlängenanpassung relativ leicht erreicht werden.In an arrangement where the resonators of both lasers are parallel to each other in the same crystal are included, part of the internal light of the active zone of the injection laser can be caused by diffraction or Scattering can be injected into the active zone of the modulation laser. Is the distance between the two Active zones smaller than ΙΟμίτι, the influence of Crystalline inhomogeneities are neglected and one obtains an oscillation with iwilic to the same Fundamental wavelength. In other words, even if both resonators are exactly the same length, can wavelength matching can be achieved relatively easily.

Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings

Claims (10)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Betriebsverfahren für einen modulierbaren Halbleiterlaser für hochfrequente Modulation, der in Abhängigkeit von einem modulierten Stromsignal ein oszillierendes und ein im wesentlichen nicht oszillierendes Ausgangssignal aufweist und in dessen aktive Zone ein Lichtstrahl einer externen Lichtquelle injiziert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der von der externen Lichtquelle (12) emittierte Lichtstrahl zeitlich kontinuierlich erfolgt und daß dessen Wellenlänge gleich einer der Wellenlängen der axialen Eigenschwingungen des modulierbaren Lasers (M) ist1. Operating method for a modulatable semiconductor laser for high-frequency modulation, which is described in Depending on a modulated current signal, one oscillating and one essentially not having an oscillating output signal and in its active zone a light beam from an external light source is injected, characterized in that the emitted from the external light source (12) Light beam occurs continuously over time and that its wavelength is equal to one of the wavelengths the axial natural vibrations of the modulatable laser (M) 2. Betriebsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als externe Lichtquelle (12) ein Halbleiteriaser verwendet wird.2. Operating method according to claim 1, characterized in that an external light source (12) is used Semiconductor laser is used. 3. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der modulierbare Halbleiterlaser (11) und der als externe Lichtquelle dienende Halbleiterlaser (12) auf ein gemeinsames Substrat aufgebracht und durch einen Spalt (4) voneinander getrennt sind, über welchen das emittierte Licht der externen Lichtquelle in die aktive Zone (2) des modulierbaren Halbleiterlasers (11) injiziert wird.3. Arrangement for performing the method according to claim 2, characterized in that the modulatable semiconductor laser (11) and the semiconductor laser (12) serving as an external light source a common substrate are applied and separated from one another by a gap (4) which the emitted light of the external light source in the active zone (2) of the modulatable Semiconductor laser (11) is injected. 4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Überwachung der in den modulierbaren Halbleiterlaser injizierten Lichtmenge mit Abstand von einem ersten Spalt (15) ein zweiter Spalt (16) vorhanden ist, wobei die Spalte (15,16) zwischen sich einen aktiven Zonenabschnitt (17) begrenzen, der den modulierbaren Halbleiterlaser (11) von dem als externe Lichtquelle dienenden Halbleiterlaser (12) trennt, wobei der Schwellenwertstrom für diesen Zonenabschnitt beträchtlich höher ist als für der·, modulierbaren und den als externe Lichtquelle dienender; Halbleiterlaser und wobei der stationäre Strom an der Elektrode (18) für den aktiven Zonenabschnitt (17) überwacht ist.4. Arrangement according to claim 3, characterized in that for monitoring the in the modulatable semiconductor laser injected amount of light at a distance from a first gap (15) second gap (16) is present, the gaps (15, 16) having an active zone section between them (17) limit the modulatable semiconductor laser (11) from the one serving as an external light source Semiconductor laser (12) separates, the threshold value current for this zone section being considerable is higher than for the, modulatable and the one serving as an external light source; Semiconductor laser and wherein the steady-state current at the electrode (18) for the active zone section (17) is monitored. 5. Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung der injizierten Lichtmenge in den Spalt (4) bzw. die Spalte (15,16) ein Filtermaterial mit einem ausgewählten Brechungsindex und einem ausgewählten Lichtabsorptionskoeffizienten eingesetzt ist.5. Arrangement according to claim 3 or 4, characterized in that for setting the injected Amount of light in the gap (4) or the column (15, 16) a filter material with a selected refractive index and a selected light absorption coefficient is inserted. 6. Anordnung nach Anspruch 3 oder 4 oder zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung der injizierten Lichtmenge die optischen Achsen des modulierbaren Halbleiterlasers (11) und der externen Lichtquelle (12) einen Winkel miteinander bilden.6. Arrangement according to claim 3 or 4 or for performing the method according to claim 1 or 2, characterized in that the optical axes of the to adjust the amount of injected light modulatable semiconductor laser (11) and the external light source (12) form an angle with one another form. 7. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 6 oder zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenlängenbereich, in dem der modulierbare Halbleiterlaser (11) verstärkt, größer ist als der Wert7. Arrangement according to one of claims 3 to 6 or for performing the method according to Claim 2, characterized in that the wavelength range in which the modulatable Semiconductor laser (11) amplified, is greater than the value 8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonatorlängen (I_1n, l,j des modulierbaren und des als externe Lichtquelle dienenden Halbleiterlasers (11, 12) unterschiedlich lang sind.8. Arrangement according to claim 7, characterized in that the resonator lengths (I _1n , l, j of the modulatable and the semiconductor laser serving as an external light source (11, 12) are of different lengths. 9. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 6 oder zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonatorlängen (l_m IJ dec beiden Halbleiterlaser (11, 12) gleich lang sind, daß die Differenz der Grundwellenlängen größer als 0,02 nm ist und daß die Halbleiteriaser auf unterschiedlichen Temperaturen gehalten sind.9. Arrangement according to one of claims 3 to 6 or for performing the method according to claim 2, characterized in that the resonator lengths (l _m IJ dec two semiconductor lasers (11, 12) are of the same length, that the difference between the fundamental wavelengths is greater than 0, 02 nm and that the semiconductor lasers are kept at different temperatures. 10. Anordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz der Grundwellenlängen der beiden Halbleiterlaser (11 und 12) nicht größer ist als der halbe Verstärkungsbereich des modulierbaren Halbleiterlaser (11).10. Arrangement according to claim 7 or 8, characterized in that the difference between the fundamental wavelengths of the two semiconductor lasers (11 and 12) is not greater than half the gain range of the modulatable semiconductor laser (11).