DE4232764A1 - Abstimmbarer Generator für hochfrequente Signale - Google Patents
Abstimmbarer Generator für hochfrequente SignaleInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen abstimmbaren Generator
für hochfrequente Signale, der nach dem Heterodynprinzip
mit zwei stabilen optischen Signalquellen eng benachbarter
Wellenlängen hoher Kohärenz arbeitet.
Der Stand der Technik, von dem dabei ausgegangen wird, ist
aus der Firmenschrift der ANRITSU CORPORATION "Technical
Review" No. 11, Dezember 1989, Seiten 18 ff. bekannt. Die
dort beschriebene Anordnung eines heterodynen optischen
Sweepers (MG 9603 A) nutzt zur Abstimmung von Laserdioden
die Temperaturabhängigkeit der Wellenlänge einer von einem
DFB-Halbleiterlaser erzeugten Lichtwelle aus. Das bedeutet,
daß bei dieser bekannten Anordnung für jede der Laserdioden
eine hochpräzise separate Temperaturregelung benötigt wird.
Obwohl eine Steuerung der Wellenlänge bei einem Laser auch
über den Strom vorgenommen werden kann, findet diese Mög
lichkeit bei den vorstehend erwähnten bekannten Anordnungen
keine Anwendung. Als Grund dafür wird die Abhängigkeit vor
allem der optischen Leistung vom Strom angegeben. Eine
solche Abhängigkeit besteht jedoch auch von der Temperatur,
tritt also besonders nachteilig dann in Erscheinung, wenn
die Wellenlängenänderung mittels Temperatursteuerung er
folgt.
Mit dem Problem der Wärmeabfuhr befaßt sich die aus der
DE-OS 27 35 318 bekannte Injektionslaservielfachanordnung.
Dort ist für eine Vielzahl eng nebeneinanderliegend angeord
neter Einzellaser bei der Verwendung beispielsweise in
Wärmeübertragungsdruckern bei Raumtemperatur zu gewährlei
sten, daß keine Überhitzung der Elemente auftritt, wobei
sich zudem die einzeln und selektiv ein- und ausschaltbaren
Laser unterschiedlich erwärmen. Damit die voneinander ge
trennten emittierenden Bereiche sowohl elektrisch als auch
thermisch isoliert sein können, soll diese bekannte Anord
nung in den emittierenden Bereichen der lichtemittierenden
Übergänge eine Struktur aufweisen, bei der eine Substanz
- in Nuten gefüllt und als Wärmesenke dienend - die zur An
regung der Lichtemission erforderliche Stromzufuhr und die
erforderliche Wärmeableitung bewirkt. Die hiermit aufge
zeigte Lösung vermeidet Probleme, die sich einerseits aus
der Notwendigkeit ergeben, die elektrischen Anschlüsse an
den "heißen" Seiten der einzelnen Laser anordnen zu müssen,
und andererseits nicht zulassen, diese "heißen" Seiten in
Kontakt mit einer gemeinsamen, beispielsweise als Kupfer
block ausgebildeten Wärmesenke zu verbinden, die als elek
trische Verbindung wirken und ein selektives Anschalten der
Laser unmöglich machen würde.
Unter dem Gesichtspunkt, über optische Signalquellen eng be
nachbarter Wellenlängen und hoher Kohärenz verfügen zu
können, sind vornehmlich monolithische Anordnungen von La
serdioden zu beachten. Aus "Applied Optics" Bd. 23 No. 22,
15.11.1984, Seiten 3994 bis 4000, und aus "Laser Focus
World" Juli 1992, Seiten 77 ff., sind bereits Barren-Anord
nungen von individuell adressierbaren Laserdioden für Zwecke
einer Mehrkanalaufzeichnung oder dergleichen bekannt. Den
spezifischen Anforderungen entsprechende Zusammenhänge zwi
schen Stabilität, Temperatur, Modulierbarkeit über Injek
tionsstrom usw. werden dabei mehr oder weniger informativ
behandelt.
Schließlich ist für das technische Gebiet, auf dem die Er
findung liegt, auch der aus "IEEE Photonics Technology Let
ters" Bd. 4 No. 4, 4. April 1992, Seiten 321 bis 323 be
kannte abstimmbare DFB-Laser von Interesse, dessen Abstimm
barkeit allerdings auch mittels Temperatursteuerung erfolgt.
Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, die Ab
stimmbarkeit eines mit Lichtwellen arbeitenden Signalgene
rators mit solchen technischen Mitteln zu realisieren, die
hohe Präzision, Stabilität und Zuverlässigkeit, Unempfind
lichkeit gegen äußere Störeinflüsse und geringe Trägheit des
Steuerungsverfahrens mit preisgünstigen Bauelementen ermög
lichen.
Die erfindungsgemäße Lösung hierfür besteht darin, daß zwei
in ihrem Aufbau und in ihren Eigenschaften identische Mehr
sektions-DFB-Laser die stabilen optischen Signalquellen bil
den und auf einer gemeinsamen Wärmesenke angeordnet sind,
und daß zur Abstimmung des Generators eine Steuerung vor
gesehen ist, mit der wahlweise bei einem der beiden Mehrsek
tions-DFB-Laser eine Änderung desjenigen Injektionsstromes
durchführbar ist, der über die Sektion für die Wellenlängen
abstimmung des Mehrsektions-DFB-Lasers fließt.
Zur Funktionsweise der Abstimmung mittels Änderung eines In
jektionsstromes bei einem Mehrsektions-DFB-Laser ist zu
nächst darauf hinzuweisen, daß bei konstanter Temperatur
die Abhängigkeit der optischen Leistung vom Injektionsstrom
vernachlässigbar gering ist. Monolithische Barren-Anordnun
gen bieten in ihrem Aufbau und ihren Eigenschaften identi
sche Mehrsektions-DFB-Laser. Ihrer Anordnung auf einer ge
meinsamen Wärmesenke stehen auch keine konstruktiven Gege
benheiten bezüglich der Ausbildung elektrischer Anschlüsse
entgegen; alle Anschlußbahnen, die der Wärmesenke mehr oder
weniger eng benachbart sind, liegen auf demselben elektri
schen Potential. Für das Heterodynprinzip ist es gleichgül
tig, welche der beiden Signalquellen verstimmt wird; des
halb kann dies wahlweise bei dem einen oder dem anderen
Mehrsektions-DFB-Laser geschehen.
Ein erfindungsgemäßer Signalgenerator ist damit besonders
für Zwecke der Prüfung und Untersuchung optoelektronischer
Wandler-Bauelemente geeignet, die beispielsweise in der
Nachrichtentechnik für immer höhere Frequenzen, insbesondere
für breitbandige optoelektronische Empfängerschaltungen ein
gesetzt werden. Dazu wird das benötigte amplitudenmodulierte
Signal durch Überlagerung der beiden Lichtwellen erzeugt,
d. h. die Modulationsfrequenz resultiert aus der Differenz
der beiden Wellenlängen. Bei einer Nenn-Wellenlänge von z. B.
1,55 µm entspricht einer Wellenlängendifferenz von 0,1 nm
eine Frequenz von ca. 12,5 GHz.
Die beiden vom Generator abgegebenen Lichtwellen werden in
getaperte Einmodenfasern (SM-Fasern) eingekoppelt, die z. B.
in V-Nuten fixiert sind. Die Steuerung des Generators läßt
sich mit Rechnerunterstützung ausbilden und kann insbeson
dere auch zur Überwachung und Konstanthaltung der Temperatur
ausgelegt sein.
Besonders vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung erge
ben sich dadurch, daß lediglich zwei Mehrsektions-DFB-Laser
als selektierte Einzelelemente einer monolithischen Barren-
Anordnung mit den benötigten elektrischen und optischen Ver
bindungen ausgerüstet sind und/oder die gemeinsame Wärme
senke auf einem Aufnahmeblock montiert ist, dessen Ausrü
stung einen Temperaturmeßfühler und ein Peltierelement um
faßt.
In der Zeichnung sind schematisch Ausführungsformen der Er
findung dargestellt. Dabei zeigt
Fig. 1 in einer Art Blockschaltbild das Funktionsprinzip
eines heterodyn-optischen Sweepers mit zwei identi
schen Mehrsektions-DFB-Laserstrukturen, die auf
einer gemeinsamen Wärmesenke angeordnet sind;
Fig. 2 den Aufbau einer elektrischen und temperatursta
bilisierenden Anordnung für eine monolithische La
serintegration in Drauf- und Vorderansicht;
Fig. 3 einen Ausschnitt der Anordnung gemäß Fig. 2 für den
Bereich des Laserbarrens und der mit ihm verbundenen
elektrischen und thermischen Elemente;
Fig. 4 das Schaltbild einer Anordnung zur Laserdiodenver
sorgung;
und
Fig. 5 eine Anordnung einer mechanischen Faserjustageein
heit.
In der Fig. 1 sind nur die für einen heterodyn-optischen
Sweeper wesentlichen Teile dargestellt. Zwei identische
Mehrsektions-DFB-Laser 2a, 2b mit quasi gleichen Wellenlän
gen sind monolithisch auf einem Substrat ausgebildet und
auf einer gemeinsamen Wärmesenke 11 angeordnet. Für die Ver
sorgung der Mehrsektions-DFB-Laser 2a, 2b ist eine Steue
rung 1 vorgesehen, die z. B. eine 4fach Stromquelle ent
hält. Durch Änderung eines der Injektionsströme für einen
der beiden Mehrsektions-DFB-Laser 2a, 2b erfolgt die Abstim
mung des Generators. Filter 24 dienen zum Abblocken hochfre
quenter Störstrahlung von den Signalquellen.
Die Laser-Emission wird über getaperte Enden von Einmodenfa
sern 3 in diese eingekoppelt. Die Fasern 3 sind in einem V-
Nuten-Array 4 fixiert. Die in beiden Fasern 3 übertragene
Lichtleistung wird jeweils über einen -60 dB-Isolator 5
geführt. Zur Erzielung der Kohärenz zwischen den beiden
Lichtwellen ist in einem der beiden Faserwege ein Polarisa
tions-Abstimmer 6 angeordnet. Beide Signale gelangen sodann
in einen 3 dB-Koppler 7 und werden dort gemischt. Einer der
Kopplerausgänge ist als Nutzsignalabgriff 9 ausgebildet; am
anderen Ausgang 10 ist - im dargestellten Beispiel - eine
breitbandige Photodiode 8 angeschlossen, mit der die erzeug
te Modulationsfrequenz von beispielsweise bis zu 18 GHz
detektiert wird.
Als weiteres, bisher mangels geeigneter Signalquellen ver
nachlässigtes Anwendungsgebiet der optischen Meßtechnik ist
mit Ausführungsformen der Erfindung die Untersuchung und
Prüfung von integrierten OEIC (Optoelektronische integrier
te Schaltkreise "circuits") mit einer Auflösung in bisher
nicht erreichten Größenordnungen möglich. Dabei kann ohne
weiteres z . B. der 3 dB-Koppler 7 in einem solchen OEIC inte
griert sein.
Eine der möglichen alternativen Aufbauten eines solchen
Sweepers kann selbst mit einem OEIC als Funktionseinheit
ausgerüstet sein, bei dem die beiden Mehrsektions-DFB-Laser
2a, 2b und der 3 dB-Koppler 7 integriert aufgebaut sind und
das V-Nuten-Array 4, einer der beiden -60 dB Isolatoren 5
wie auch der Polarisations-Abstimmer 6 entfallen.
Die Fig. 2 und 3 zeigen die Mehrsektions-DFB-Halbleiter
laserdioden 2a, 2b als Einzelelemente eines Laserbarrens 2.
Vorteile einer monolithischen Laserintegration liegen in
gleichen Lasercharakteristiken wie auch in einfach zu be
werkstelligender Justage, da die gewünschten Laserstrukturen
durch die Lithographie absolut parallel verlaufen und einen
hochgenauen Abstand einhalten.
Der Laserbarren 2 ist auf einer Wärmesenke 11 montiert und
mit dem sektionierten elektrischen Anschlußfeld 12 verbunden
(gebondet) . Um einen konstanten Wärmeabfluß zu gewährlei
sten, ist die Wärmesenke 11 auf einem Aufnahmeblock 13 mon
tiert, welcher durch ein Peltierelement 14 und einen Tempe
raturfühler 15 die gewünschte Temperatur hält.
Die elektrischen Bauteile werden über einen 9-Pol D-SUB-
Stecker 16 mit Versorgungseinheiten verbunden. Dieser Auf
bau, montiert auf einer Grundplatte 22 und von äußeren
Einflüssen durch ein Gehäuse 23 geschützt, gewährleistet
eine identische Betriebstemperatur der optischen Signal
quellen und somit eine stabile Wellenlängendifferenz. Der
Abwärmefluß über das Substrat des Laserbarrens 2 stellt eine
konstante und gleiche Temperatur für beide Mehrsektions-DFB-
Laser 2a, 2b sicher.
Wenn die beiden benötigten Mehrsektions-DFB-Laser 2a, 2b aus
einem monolithischen Barren 2 gewonnen werden, ist ihre
Identität bezüglich ihres Aufbaus und ihrer Eigenschaften
weitestgehend gewährleistet. Das gilt insbesondere für deren
Grundwellenlängen. Die Einzelelemente, die als Signalquellen
des Generators dienen sollen, können aus größeren Barren 2
durch Laserbarrenspaltung getrennt vorliegen, bei kleineren
Barren 2 aber auch lediglich nach Identitätsanforderungen
selektiert werden; die ausgesonderten Einzelelemente können
dann ungenutzt im Barren 2 verbleiben.
In jedem Fall sind quasi identische Bauelementeigenschaften,
z. B. Abmessungen, Kristallzusammensetzung, elektrisches und
thermisches Verhalten gegeben. Weiterhin sind auch äußere
Einflüsse quasi identisch. Die über die gemeinsame Wärme
senke 11 eingehaltene Temperatur muß bei erfindungsgemäßen
Ausführungsformen für die beiden optischen Signalquellen
jeweils gleich sein, eine Langzeitkonstanz der Temperatur
ist nicht unbedingt erforderlich.
Fig. 4 zeigt eine Schaltungsanordnung im Prinzip für die
elektrische Laserdiodenversorgung. An beiden Mehrsektions-
DFB-Lasern 2a und 2b sind jeweils RC-Kombinationen ange
schlossen, in denen der Widerstand R als Vorwiderstand und
der Kondensator C zur Hochfrequenzabblockung dient. Zusätz
lich befinden sich noch Tiefpaß-Filter 24 in den Stromfluß
leitungen. Die benötigten Stromquellen und die Temperatur
reglereinheiten sind hier nicht dargestellt.
Die eingestellten Wellenlängenänderungen bewirken, daß die
Frequenz nur innerhalb der normalerweise sehr schmalen Li
nienbreite eines Lasers schwankt. Die Tiefpaßfilter 24 für
z. B. Frequenzen bis etwa 10 MHz wirken zusätzlich begren
zend auf die Linienbreite.
Die mechanische Faserjustageanordnung ist in Fig. 5 dar
gestellt. Die Einmodenfasern 3 sind in eine V-Nutenhalte
rung 18 eingelassen und über Feingewindeschrauben 19 in
X- und Y-Richtung frei zu verstellen. Das verwendete V-Nu
ten-Array 4, in dem zwei mit geschliffenen Tapern 17 (fast
identische Brennweiten) versehene Fasern 3 fixiert sind,
ist ebenfalls in die V-Nutenhalterung 18 eingebracht; dort
sind die Fasern 3 zusätzlich zur Zugentlastung verklebt.
Durch eine Rändelschraube 21 mit Feingewinde ist eine Z-Ver
schiebung möglich. Die Anpassung des Drehwinkels erfolgt
durch eine drehbare Aufnahme der V-Nutenhalterung 18 in
einem Aufnahmeblock 20.
Der Abstand der V-Nuten ist photolithographisch auf den
Abstand der Laserstrukturen anzupassen, damit Justagefehler
eingeschränkt werden können.
Eine Rechnersteuerung für erfindungsgemäße abstimmbare Gene
ratoren für hochfrequente Signale ist zu empfehlen, wenn
Kennlinienfelder der Mehrsektionslaser durchfahren werden
sollen.
Mit der vorliegenden Erfindung werden kleine, kompakte und
modulare Aufbauten eines elektrisch abstimmbaren hochfre
quenten Signalgenerators mittels optischen Heterodynverfah
rens ermöglicht, wobei eine extrem einfache Abstimmung der
Laserdioden mittels Injektionsstromänderung erfolgt.
Somit steht eine hochfrequente optische Signalquelle mit
Frequenzbandbreiten von einigen zehn GHz bis theoretisch
einige hundert GHz zur Verfügung, die sich in breitbandigen
optoelektronischen Empfängereinheiten für Test- und Einstel
lungsprozeduren eignet und mit der als Mehrkanal-Licht
quelle eng benachbarte Emissionswellenlängen erzeugt werden
können.
Claims (3)
1. Abstimmbarer Generator für hochfrequente Signale, der
nach dem Heterodynprinzip mit zwei stabilen optischen Si
gnalquellen eng benachbarter Wellenlängen hoher Kohärenz ar
beitet,
dadurch gekennzeichnet, daß
zwei in ihrem Aufbau und in ihren Eigenschaften identische
Mehrsektions-DFB-Laser (2a, 2b) die stabilen optischen Si
gnalquellen bilden und auf einer gemeinsamen Wärmesenke
(11) angeordnet sind, und daß zur Abstimmung des Generators
eine Steuerung (1) vorgesehen ist, mit der wahlweise bei
einem der beiden Mehrsektions-DFB-Laser (2a, 2b) eine Änderung
desjenigen Injektionsstromes durchführbar ist, der
über die Sektion für die Wellenlängenabstimmung des Mehrsek
tions-DFB-Lasers (2a bzw. 2b) fließt.
2. Generator nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
lediglich zwei Mehrsektions-DFB-Laser (2a, 2b) als selek
tierte Einzelelemente einer monolithischen Barren-Anord
nung (2) mit den benötigten elektrischen und optischen
Verbindungen ausgerüstet sind.
3. Generator nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
die gemeinsame Wärmesenke (11) auf einem Aufnahmeblock (13)
montiert ist, dessen Ausrüstung einen Temperaturmeßfühler
(15) und ein Peltierelement (14) umfaßt.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4232764A DE4232764A1 (de) | 1992-09-25 | 1992-09-25 | Abstimmbarer Generator für hochfrequente Signale |
Applications Claiming Priority (1)
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DE4232764A1 true DE4232764A1 (de) | 1994-03-31 |
Family
ID=6469223
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE4232764A Ceased DE4232764A1 (de) | 1992-09-25 | 1992-09-25 | Abstimmbarer Generator für hochfrequente Signale |
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