DE2619470A1 - DEVICE FOR COUPLING A RADIATION SOURCE WITH AN OPTICAL SINGLE-MODE TRANSMISSION FIBER OF A CAVITY RESONATOR - Google Patents
DEVICE FOR COUPLING A RADIATION SOURCE WITH AN OPTICAL SINGLE-MODE TRANSMISSION FIBER OF A CAVITY RESONATORInfo
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Description
"Vorrichtung zur Kopplung einer Strahlungsquelle mit einer optischen Einmodenübertragungsfaser mittels eines Hohlraumresonators" "Device for coupling a radiation source with a single mode optical transmission fiber by means of a cavity resonator "
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kopplung einer Strahlungsquelle in Form eines Lasers, insbesondere eines Halbleiterlasers, mit einer optischen Einmodentibertragungsfaser mittels eines Hohlraumresonators.The invention relates to a device for coupling a radiation source in the form of a laser, in particular a semiconductor laser, with an optical Single mode transmission fiber by means of a cavity resonator.
Eine derartige Kopplungsvorrichtung ist aus der DT-OS 1 953 283 bekannt. In der bekannten Vorrichtung ist der Hohlraumresonator passiv mit dem Laserresonator gekoppelt. Mit anderen Worten: der Hohlraumresonator bildet nicht einen Teil der Struktur, die die Frequenz und die Intensität der von dem Laser erzeugten Schwingungen beeinflusst. In der bekannten Vorrichtung grenzt eineSuch a coupling device is known from DT-OS 1 953 283. In the known device the cavity resonator is passive with the laser resonator coupled. In other words, the cavity resonator does not form part of the structure that controls the frequency and affects the intensity of the vibrations generated by the laser. In the known device one borders
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Seitenwand des Hohlraumresenators an den Laserresonatorf und die dieser Seitenwand gegenüberliegende Seitenwand des Hohlraumresonators schliesst das Ende der optischen Einmodentibertragungsfaser ab, In beiden Seitenwänden ist eine Oeffnung vorgesehen: an der Stelle der Fläche, an der die Energie aus dem Laser heraustritt, ist eine Oeffnung in der Seitenwand des Hohlrauraresonators freigelassen, während an der Stelle des Endes des Kernes der Uebertragungs· faser (Fiber) in der zugehörigen Seitenwand des Hohlraumresonators ebenfalls eine Oeffnung freigelassen ist.The side wall of the cavity resonator on the laser resonator f and the side wall of the cavity resonator opposite this side wall closes the end of the single-mode optical transmission fiber The side wall of the cavity resonator is left free, while an opening is also left free at the point of the end of the core of the transmission fiber in the associated side wall of the cavity resonator.
Die bekannte Vorrichtung weist einige Nachteile auf.The known device has some disadvantages.
Eine der Seitenwände des HohlraumresonatorsOne of the side walls of the cavity resonator
befindet sich an der Stelle des ursprünglichen Laserspiegels, Die Lebensdauer des Lasers kann dadurch beeinträchtigt werden. Weiterhin geht Laserlicht verloren, das nicht in den Hohlraumresonator eingekoppelt wird. Dies erfolgt wenn der Laser im wesentlichen in Transversalmoden höherer Ordnung zu schwingen anfängt. Der Querschnitt jedes der Transversalmoden höherer Ordnung ist grosser als der der Transversalmoden niedrigerer Ordnung, insbesondere der nullten Ordnung. Diese höheren Moden können die Eintrittsöffnung des Hohlraumresonators nicht passieren. Schliesslich können die Parameter der Laserteilbündel nicht angepasst werden. In diesem Zusammenhang sei aufis located in the place of the original laser mirror, which can affect the life of the laser will. Furthermore, laser light that is not coupled into the cavity resonator is lost. this happens when the laser begins to oscillate in substantially higher order transverse modes. The cross section of each of the Higher order transverse modes are larger than that of the lower order transverse modes, in particular of the zeroth order. These higher modes cannot pass through the inlet opening of the cavity resonator. Finally, the parameters of the laser sub-bundles cannot be adjusted. In this context, be on
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die theoretische Analyse in bezug auf die Kopplungen zwischen optischen Moden von H, Kogelnikz "Coupling and conversion coefficients for optical modes" in "Proceedings Symposium on Quasi-Optics", 1964, S. 333-347, verwiesen. Aus dieser Analyse lassen sich folgende Schlussfolgerungen ziehen: Hohe Kopplungsgrade können bei Kopplung zwischen den Transversalmoden der niedrigsten Ordnung erreicht werden, und zwar, wenn die Abmessungen dieser Moden im Querschnitt und die Divergenz aneinander angepasst werden. Der gegenseitige Abstand der optischen Einzelteile ist auch ein wichtiger Parameter» der Kopplungsgrad nimmt im allgemeinen bei zunehmendem Abstand quadratisch ab, ausgenommen bei sehr kleinen Abständen in der Grössenordnung von einigen Wellenlängen. Schliesslich zeigt die Analyse, dass der maximale Kopplungsgrad zwischen einem optischen Transversalmodus höherer Ordnung und dem optischen Transversalmodus der niedrigsten Ordnung erheblich niedriger als der Wirkungsgrad bei Kopplung zwischen den optischen Transversalmoden der niedrigsten Ordnung untereinander ist.the theoretical analysis relating to the couplings between optical modes by H, Kogelnikz "Coupling and conversion coefficients for optical modes "in" Proceedings Symposium on Quasi-Optics ", 1964, pp. 333-347. The following conclusions can be drawn from this analysis: High degrees of coupling can be achieved with coupling between the lowest order transverse modes can be achieved when the dimensions of these modes im Cross-section and the divergence can be adapted to one another. The mutual distance between the individual optical parts is also an important parameter »the degree of coupling generally decreases quadratically with increasing distance, except at very small distances in the order of magnitude of a few wavelengths. Finally, the analysis shows that the maximum degree of coupling between a higher-order optical transverse mode and the optical The lowest order transverse mode is significantly lower than the efficiency when coupled between is the lowest order optical transverse modes among each other.
Die Erfindung bezweckt ,♦ die obengenannten Nachteile zu vermeiden. Sie ist dazu dadurch gekennzeichnet, dass der Laserresonator einen Teil des Hohlraumresonators bildet und dass das an den Hohlraumresonator grenzende Ende der optischen Einmodenübertragungsfaser an der StelleThe invention aims ♦ the disadvantages mentioned above to avoid. To this end, it is characterized in that the laser resonator is part of the cavity resonator and that the end of the single mode optical transmission fiber adjacent to the cavity resonator is in place
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des Kernes mit einer reflektierenden Schicht überzogen ist. Es sei bemerkt, dass das Anbringen einer reflektierenden Schicht auf dem Kern einer optischen Faser aus der NL-OS 7 310 $kk bekannt ist. In der bekannten Kopplungsvorrichtung ist jedoch einer der Spiegel des Laserresonators mit einer Antireflexionsschicht versehen, so dass die Laserwirkung des Lasers beseitigt wird. Die Laserwirkung wird dadurch wiederhergestellt, dass gerade vor der Antireflexionsschicht die mit einer Reflexionsschicht versehene Stirnfläche der Faser angeordnet wird. Der bekannte Laser wirkt also nur dann, wenn er mit einer solchen Faser gekoppelt ist. Veiter kann das Anbringen einer Antireflexionsschicht (im allgemeinen die Durchführung zusätzlicher Bearbeitungen an dem Laser) die Lebensdauer des Lasers beeinträchtigen.of the core is covered with a reflective layer. It should be noted that the application of a reflective layer on the core of an optical fiber is known from NL-OS 7 310 $ kk . In the known coupling device, however, one of the mirrors of the laser resonator is provided with an anti-reflection layer, so that the laser effect of the laser is eliminated. The laser effect is restored in that the end face of the fiber, which is provided with a reflective layer, is arranged just in front of the anti-reflective layer. The known laser is only effective when it is coupled to such a fiber. According to Veiter, applying an anti-reflective coating (generally performing additional work on the laser) can affect the life of the laser.
Die Vorrichtung nach der Erfindung weist einen hohen Kopplungsgrad für die optischen Moden der niedrigsten Ordnung auf. Dazu wird der Abstand zwischen dem Laser und der Faser klein gehalten und wird nach einem Merkmal der Erfindung die Divergenz des Laserbündels mit einer Mikrolinse an dem Ende des Kernes der Fas'er korrigiert, wobei dieses Ende abgeplattet ist und einen elliptischen Querschnitt aufweist.The device according to the invention has a high degree of coupling for the optical modes of the lowest Order on. For this purpose, the distance between the laser and the fiber is kept small and is based on a feature of the Invention corrects the divergence of the laser beam with a microlens at the end of the core of the fiber, wherein this end is flattened and has an elliptical cross-section.
In der Vorrichtung nach der Erfindung wird die auf dem Kern der Faser angebrachte verlustarme reflektierendeIn the device according to the invention, the low-loss reflective applied to the core of the fiber
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Schicht als ein Mittel zum Stimulieren des Transversalmodus der niedrigsten Ordnung für den Laser benutzt.
Diese Ordnung zeichnet sich durch das Vorhandensein nur eines einzigen Intensitätsmaximums auf dem Spiegel, und
zwar auf der optischen Achse des Lasers aus. Transversalmoden höherer Ordnung weisen mehrere Intensitätsmaxima
auf dem Spiegel auf und ausserdem ist ihr Gesamtquerschnitt grosser als der des Transversalmodus der niedrigsten
Ordnung. Auf den Laserspiegeln beanspruchen die höheren Ordnungen daher ein grosses Gebiet der Oberfläche, während
die niedrigste Ordnung nur ein kleines Gebiet rings um
die optische Achse der Spiegel in Anspruch nimmt»Layer is used as a means of stimulating the lowest order transverse mode for the laser.
This order is characterized by the presence of only a single intensity maximum on the mirror, namely on the optical axis of the laser. Higher order transverse modes have several intensity maxima
on the mirror and, moreover, their total cross-section is larger than that of the transverse mode of the lowest
Order. On the laser mirrors, the higher orders therefore occupy a large area of the surface, while the lowest order only a small area around it
the optical axis of the mirror takes up "
Wenn nun der Reflexionskoeffizient mindestens eines der Laserspiegel in diesem kleinen G.ebiet örtlich
vergrössert wird, wird nur der Transversalmodus der
niedrigsten Ordnung stimuliert, weil dieses Gebiet zu klein ist, um die Transversalmoden höherer Ordnung zu beeinflussen.
Die örtliche Vergrösserung des Reflexionskoeffizienten
des betreffenden Laserspiegels kann dadurch erzielt werden, dass der Faserkern mit der reflektierenden Schicht auf
dem Kern gerade vor diesem Laserspiegel, und zwar genau auf der optischen Achse des Lasers, angeordnet wird»
Der Faserkern weist z.B. einen Durchmesser von 3/um auf,
so dass auch die reflektierende Schicht auf dem Kern
einen Durchmesser von 3/van aufweisen wird. Dieser DurchmesserIf the reflection coefficient of at least one of the laser mirrors in this small area is increased locally, only the transverse mode becomes the
lowest order because this area is too small to affect the higher order transverse modes. The local increase in the reflection coefficient
of the laser mirror in question can be achieved in that the fiber core with the reflective layer on
the core is placed in front of this laser mirror, precisely on the optical axis of the laser »
The fiber core has, for example, a diameter of 3 μm, so that the reflective layer is also on the core
will have a diameter of 3 / van . That diameter
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PHN.8020. 22.4.76.PHN.8020. 22.4.76.
ist erheblich kleiner als das Gebiet auf dem Laserspiegel, das von den Transversalmoden höherer Ordnung des Lasers beansprucht wird. Das letztere Gebiet weist im allgemeinen eine Grosse von 15 bis 20 /um in Richtung der Halbleiterschichten auf. Die Richtung quer zu den HaIbleiterschicht en bleibt ausser Betracht, weil hier ohnehin schon der Transversalmodus der niedrigsten Ordnung unter dem Einfluss des dünnen aktiven Gebietes, das keine höheren Ordnungen gestattet, ausgestrahlt wird.is considerably smaller than the area on the laser mirror that is covered by the higher order transverse modes of the laser is claimed. The latter area generally points a size of 15 to 20 µm in the direction of the semiconductor layers on. The direction across the semiconductor layers remains out of consideration because the transversal mode of the lowest order is already under the influence here anyway of the thin active area that does not allow higher orders to be broadcast.
Die Erfindung wird nachstehend beispielsxireise an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail below by way of example with reference to the drawing. Show it:
Fig. 1 eine Vorrichtung nach der Erfindung, undFig. 1 shows a device according to the invention, and
Fig. 2 ein Detail einer Vorrichtung nach der Erfindung.Fig. 2 shows a detail of a device according to the invention.
In Fig. 1 bezeichnet 1 einen Halbleiterlaser. Die Laserspiegel, die infolge des Uebergangs zwischen Halbleitermaterial und Luft gebildet werden, sind mit 9 bzw. 10 bezeichnet. Die optische Faser 3 enthält einen Mantel k und einen Kern 5· Die reflektierende Schicht auf der Stirnfläche des Kernes 5 ist mit 8 bezeichnet.In Fig. 1, 1 denotes a semiconductor laser. The laser mirrors, which are formed as a result of the transition between semiconductor material and air, are denoted by 9 and 10, respectively. The optical fiber 3 comprises a sheath and a core k 5 · Di e reflective layer on the front surface of the core 5 is designated. 8
Die Breite 2 des elektrischen Kontakts ("stripe")The width 2 of the electrical contact ("stripe")
auf dem Laser 1 bestimmt mehr oder weniger die Breite der wirksamen Schicht des Lasers, und diese Breite bestimmt schliesslich die Gesamtbreite optischer Transversalmoden höherer Ordnung, die aus den Laserspiegeln 9 und 10 heraus-on the laser 1 more or less determines the width of the effective layer of the laser, and this width determines Finally, the total width of higher-order optical transverse modes that emerge from the laser mirrors 9 and 10
6 0 9 8 4 7/09-106 0 9 8 4 7 / 09-10
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treten. Die Breite 2 liegt zwischen etwa 15 und 20/um, während der Durchmesser des Kernes 5 etwa 3/um beträgt. Aus dem mittleren Gebiet der Breite 2 wird der Transversalmodus der niedrigsten Ordnung heraustreten. Ausser. an dem Spiegel 10 wird dieser Modus auch an der reflektierenden Schicht 8 reflektiert werden.step. The width 2 is between about 15 and 20 / um, while the diameter of the core 5 is about 3 µm. The transversal mode of the lowest order will emerge from the central area of latitude 2. Except. to the Mirror 10 will also use this mode on the reflective Layer 8 are reflected.
Transversalmoden höherer Ordnung werden über die ganze Breite 2 des elektrischen Kontakts ("stripe") aus den Spiegeln 9 und 10 heraustreten und werden nahezu nicht von der Schicht 8 beeinflusst werden. Die Verluste sind nicht grosser als bei einem frei angeordneten Laser, weil die Spiegel 9 und 10 noch intakt sind. Der Laser wird dazu stimuliert werden, in einem Grundmodus zu arbeiten, und zwar auf nichtreaktive und nichtohmsche Weise» Transverse modes of a higher order will emerge from the mirrors 9 and 10 over the entire width 2 of the electrical contact (“stripe”) and will almost not be influenced by the layer 8. The losses are not greater than with a freely arranged laser because the mirrors 9 and 10 are still intact. The laser will be stimulated to work in a basic mode, in a non-reactive and non-ohmic way »
Ein einfaches Verfahren zur Herstellung der Schicht 8 auf dem Kern 5 ist wie folgt. Das Faserende wird mit einem positiven Photolack überzogen, der Photolack wird über den Kern 5 belichtet und entwickelt und dann wird eine reflektierende Schicht (z.B. eine Titanoxidschicht mit einer Dicke von einer Viertelwellenlänge) aufgedampft, wonach der positive Lack und zugleich die reflektierende Schicht auf dem positiven Lack entfernt werden.A simple method of making the layer 8 on the core 5 is as follows. The fiber end is coated with a positive photoresist, the photoresist is exposed and developed via the core 5 and then a reflective layer (e.g. a titanium oxide layer with a thickness of a quarter wavelength) vapor-deposited, after which the positive varnish and at the same time the reflective layer on the positive varnish is removed will.
In der Vorrichtung nach Pig, 1 wird ein hoher Kopplungsgrad zwischen den optischen Moden der niedrigstenIn the device of Pig, 1, a high degree of coupling between the optical modes becomes the lowest
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PHN.8020. ' ' 20.4.76.PHN.8020. '' 4/20/76.
Ordnung erhalten, wenn zusätzliche Hilfsteile verwendet werden. Mit zusätzlichen Mitteln kann der Kopplungsgrad noch weiter vergro'ssert werden» Da das Laserbündel im Grundmodus einen etwas elliptischen Querschnitt aufweist, kann eine Vergrösserung des Kopplungsgrades dadurch erreicht werden, dass die Faser 3 nach Erhitzung etwas abgeplattet wird, derart, dass das Ende der Kernes elliptisch wird. Selbstverständlich muss dafür gesorgt werden, dass die lange Achse der Ellipse kleiner als die Breite 2 des elektrischen Kontakts ("stripe") bleibt. Der modenselektive Effekt der Schicht 8 auf dem Kern 5 darf ja nicht verloren gehen.Maintain order when additional auxiliary parts are used. With additional funds, the degree of coupling can be enlarged still further »Since the laser beam in the Basic mode has a somewhat elliptical cross-section, this can increase the degree of coupling can be achieved that the fiber 3 is somewhat flattened after heating, such that the end of the core becomes elliptical. Of course, it must be ensured that the long axis of the ellipse is smaller than the Width 2 of the electrical contact ("stripe") remains. The mode-selective effect of the layer 8 on the core 5 must not be lost.
Der Kopplungsgrad kann weiterhin dadurch vergrb*ssert werden, dass z.B. auf der abgeplatteten Endfläche der Faser 3 eine dicke Schicht eines negativen Photolacks angebracht wird. Nach Belichtung über den Kern 5 und Entwicklung wird eine Linse 11 (Fig. 2b und 2c) gebildet, die die Form eines halbdurchgeschnittenen Ellipsoids aufweist. Diese Linse 11 wird einen korrigierenden Effekt auf die asymmetrische Divergenz des Laserbtüidels ausüben. Diese Divergenz ist parallel zu dem elektrischen Kontakt ("stripe") 2 etwa 10° und senkrecht zu demselben zwischen etwa 30 und 50°.The degree of coupling can also be increased by, for example, on the flattened end surface the fiber 3 is a thick layer of negative photoresist is attached. After exposure through the core 5 and Developing a lens 11 (Figs. 2b and 2c) is formed which has the shape of a half-cut ellipsoid having. This lens 11 will have a corrective effect on the asymmetrical divergence of the laser tube. This divergence is parallel to the electrical contact ("stripe") 2 approximately 10 ° and perpendicular to the same between about 30 and 50 °.
In Fig. 2 sind die zusätzlichen Mittel dargestellt. Fig. 2b zeigt dabei den Querschnitt AA* durchIn Fig. 2, the additional means are shown. Fig. 2b shows the cross section AA *
609&47/0910609 & 47/0910
PHN.8020.PHN.8020.
20.4.76.4/20/76.
die Endfläche der Faser 3 und Fig. 2c den Querschnitt BB1 durch die Endfläche der Faser 3· AA1 und BB1 sind zu der langen bzw. der kurzen Achse des elliptischen Querschnittes der Schicht 8 parallel.the end face of the fiber 3 and FIG. 2c the cross section BB 1 through the end face of the fiber 3 · AA 1 and BB 1 are parallel to the long and the short axis of the elliptical cross section of the layer 8, respectively.
609847/0 9-10609847/0 9-10
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Legal Events
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Free format text: KHOE, GIOK DJAN, EINDHOVEN, NL |
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