DE68915962T2

DE68915962T2 - Optisches Modul mit integriertem Isolator für die Kopplung eines Halbleiterlasers an einen Wellenleiter.

Info

Publication number: DE68915962T2
Application number: DE68915962T
Authority: DE
Inventors: Jacques Auge; Jean-Luc Beylat; Eugene Duda; Emmanuel Grard; Jean-Jacques Guerin; Daniel Mousseaux
Original assignee: Nokia Inc
Current assignee: Nokia Inc
Priority date: 1988-12-09
Filing date: 1989-12-04
Publication date: 1994-09-22
Anticipated expiration: 2009-12-05
Also published as: EP0372448A1; AU616580B2; FR2650446B2; CA2004939A1; US5121451A; CA2004939C; FR2650446A2; EP0372448B1; JPH02212806A; AU4595589A; ATE107043T1; DE68915962D1; ES2057078T3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen optischen Kopf, der einen Halbleiterlaser aufweist und seine Ankopplung an einen Lichtleiter bewirkt. Nachfolgend wird insbesondere der Fall betrachtet, bei dem der anzukoppelnde Lichtleiter eine Lichtleitfaser ist. Dabei ist die anzukoppelnde Faser typischerweise eine Monomodefaser.
Köpfe dieser Art werden im wesentlichen auf dem Gebiet der Fernmeldetechnik für den Aufbau von Übertragungsnetzen mit Lichtleitfasern verwendet. In den großen Forschungslaboratorien sind zahlreiche Versuche in Bezug auf diese Netze durchgeführt worden. Sie haben sich vor allem auf Netze mit kohärenter Erfassung gerichtet und gezeigt, daß solche Netze verschiedene Vorteile gegenüber Netzen mit direkter Erfassung besitzen:
- eine verbesserte Energiebilanz, die die Steigerung der Reichweiten der Punkt-zu-Punkt-Verbindungen oder der Anzahl der an ein Netz angeschlossenen Stationen ermöglicht;
- die Möglichkeit, ein bezüglich der Wellenlänge dichteres Multiplexieren durchzuführen, was es ermöglicht, die Übertragungskapazität der Faser oder des Netzes zu steigern.
Damit diese Vorteile erreicht werden können, müssen die in diesen Netzen verwendeten optoelektronischen Quellen eine hohe Wirksamkeit aufweisen. Insbesondere muß die Strahl breite sehr klein sein. Aus diesem Grund bestehen die Quellen derzeit aus Lasern mit verteilten Resonatoren, "DFB-Laser" genannt. Leider besitzen letztere aber eine Empfindlichkeit, die durch schwer zu vermeidende, parasitäre, optische Reflexionen beschädigt werden kann, beispielsweise durch Rückdiffusion in die Faser und Reflexionen im Bereich nicht optimierter Anschlüsse. Die sich aus diesen Reflexionen ergebenden optischen Rückspeisungen können wesentliche Kennwerte der Quelle stören, wie etwa die Monochromasie, das relative Intensitätsrauschen (RIN) usw., was das System aufwendiger macht und es sogar am einwandfreien Funktionieren hindert (asymptotische Fehlerrate größer als 10&supmin;&sup9;).
Um diese Nachteile zu vermeiden, besteht eine bekannte Maßnahme in der Integration eines optischen Isolators in den Kopf, der das Licht sperren kann, das sich aus den parasitären Reflexionen ergibt.
Ein erster bekannter optischer Kopf der diese Maßnahme benutzt, weist bestimmte Elemente auf, die er gemeinsam mit einem Kopf gemäß der Erfindung aufweist und die nachfolgend zunächst benannt werden:
- ein Gehäuse, das eine Längsrichtung mit einer Vorderseite und einer Hinterseite besitzt,
- der Halbleiterlaser, der in dem Gehäuse angeordnet ist, um ein Nutzlichtstrahlbündel in Längsrichtung nach vorne auszusenden, wobei das Bündel eine Polarisationsebene besitzt, die gemäß einer Ebene, Laserpolarisationsebene genannt, ausgerichtet ist,
- ein Polarisationsrotator, der in dem Gehäuse vor dem Laser angeordnet ist, um die Polarisationsebene des Bündels um etwa 45º in eine Richtung zu drehen, so daß diese Ebene in einer Austrittspolarisationsebene orientiert wird,
- eine Fokussierungslinse, die in dem Gehäuse vor dem Rotator angeordnet ist, um das Strahlenbündel in den Eingang einer anzukoppelnden Lichtleitfaser einzugeben,
- und einen Ausgangs-Polarisator, der zwischen der Linse und der in Richtung der Austrittspolarisationsebene orientierten anzukoppelnden Lichtleitfaser angeordnet ist, derart, daß er das vom Laser kommende Nutzlicht durchläßt und alles nach hinten reflektierte Störlicht gemäß dieser Austrittspolarisationsebene polarisiert, damit der Rotator anschließend die Polarisationsebene dieses Störlichts um etwa 45º in diese Richtung dreht und damit dieses Licht am Laser zumindest nicht mit einer Polarisationsebene ankommt, die parallel zur Laser polarisationsebene verläuft.
Bekannte Köpfe dieser Art werden in den nachfolgenden Aufsätzen beschrieben:
- "Distributed feedback laser diode (DFB-LD) to single-mode fiber coupling module with optical isolator for high bit rate modulation", TOSHISHIKO SUGIE et MASATOSHI SARUWATARI, Journal of Lightware Technology, Vol. LT-4, No. 2, Februar 1986,
- "Low-noise LD module with an optical isolator using a highly bi-substituted garnet film", K.MATSUDA, H. MINEMOTO, K.TODA, O.KAMADA, S.ISHIZUKA, ELECTRONICS LETTERS, 26. Februar 1987, Vol. 23 No. 5, Seiten 203 bis 205.
Ein Nachteil dieser bekannten Köpfe besteht darin, daß sie aus einem optischen System mit vier Elementen (erste Linse - Rotator- zweite Linse - Polarisator) oder aus drei Elementen (Linse - Rotator - Polarisator) bestehen, die zwischen den Laser und die Faser eingefügt sind. Dies hat eine große Schwierigkeit bei der Inbetriebnahme zur Folge (Positionierung und Einstellen der verschiedenen Teile, um einen möglichst geringen Einfügungsverlust und eine ausreichende Isolierung zu bewirken).
Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die vom Licht im optischen Kopf angetroffenen zahlreichen Trennflächen im Sinne der Steigerung des zum Laser reflektierten Lichtanteils wirken.
Die vorliegende Erfindung hat insbesondere zum Ziel, den Aufbau und die Einstellung eines optischen Kopfes mit integriertem Isolator zu vereinfachen und/oder die Größe dieses Kopfes sowie die Anzahl der Trennflächen zu verringern, die geeignet sind, störende Rückreflexionen zu erzeugen.
Der optische Kopf gemäß der Erfindung weist die weiter oben erwähnten gemeinsamen Elemente auf und ist im Hinblick auf die oben angegebenen Ziele dadurch gekennzeichnet, daß der Polarisator ein polarisierender Lichtleiter ist, der aus einem Lichtleiterstück besteht, das an den anzukoppelnden Lichtleiter angeschlossen ist, wobei das Licht durch die genannte Linse in den polarisierenden Ausgangslichtleiter eingegeben wird.
Der polarisierende Lichtleiter besteht beispielsweise aus einer polarisierenden Lichtleitfaser.
Diese polarisierende Lichtleitfaser ist vorzugsweise an einer Vorderwand des Gehäuses befestigt.
Ein erster optischer Kopf kann gemäß der vorliegenden Erfindung so hergestellt werden, daß er nur die weiter oben erwähnten Elemente umfaßt, d.h. insbesondere nur einen einzigen Rotator. Der Kopf kann mit Vorteil in bestimmten Übertragungsnetzen mit kohärenter Erfassung verwendet werden.
Man muß sich aber darüber im klaren sein, daß einerseits störendes Licht zum Laser zurückstrahlen kann, das eine Polarisationsebene senkrecht zu derjenigen des Lasers besitzen kann, der dafür etwas empfindlich sein kann, und daß andererseits die Rotator und Polarisatoren nicht perfekt sind und zum Laser etwas Licht reflektieren lassen, das eine Polarisationsebene parallel zu derjenigen des Lasers besitzt, insbesondere im Fall von Temperaturveränderungen.
Nun ist es aber bei Übertragungsnetzen mit kohärenter Erfassung oft erforderlich, optoelektronische Quellen zu verwenden, die besonders kleine Spektrallinienbreiten unterhalb oder in der Größe von etwa 1 MHz besitzen.
Um eine ausreichende Stabilität dieser Spektrallinienbreiten zu erzielen, ist eine besonders wirksame optische Isolierung erforderlich. Sie liegt typischerweise über 35 dB. In bestimmten Fällen kann eine Isolation von 50 bis 60 dB nötig sein.
Dies ist der Grund, warum ein zweiter bekannter optischer Kopf über die gemeinsamen Elemente hinaus einen zweiten Rotator umfaßt, dem ein Zwischenpolarisator vorgeschaltet ist. Letzterer empfängt und übermittelt das vom zuvor erwähnten Rotator kommende Nutzlicht, wobei dieser Rotator dann einen ersten Rotator bildet. Der zweite Rotator bewirkt das Drehen der Polarisationsebene des Lichts um 45º in der gleichen Richtung wie der erste Rotator. Diesem zweiten bekannten optischen Kopf entsprechende Köpfe sind in zwei Aufsätzen beschrieben:
- "Extremely low noise characteristics of DFB laser module with doubled optical isolator scheme" von T. UNO, K. FUJITO, S. ISHIZUKA et al, erschienen in ECOC 88 - Seiten 223 bis 226
- "Cascaded optical isolator configuration having high isolation characteristics over a wide temperature and wavelength range" von KAZUO SHIRAISHI/SHOJIRO KAWAKAMI, erschienen in Optic letters - Vol. 12 Nº 7 - Seiten 462 bis 464.
Die Köpfe können beispielsweise den Laser, eine erste Fokussierungslinse, den ersten Rotator, mindestens einen Zwischenpolarisator, den zweiten Rotator, einen Ausgangsrotator gleichen Typs wie der Zwischenpolarisator und eine zweite Fokussierungslinse umfassen.
Ein zweiter optischer Kopf kann gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, der, wie der genannte zweite bekannte optische Kopf, einen zweiten Rotator aufweist, dem ein Zwischenpolarisator vorausgeht, wobei er im Vergleich zu dem bekannten zweiten Kopf die gleichen Vorteile besitzt wie der erste erfindungsgemäße Kopf im Vergleich zum vorerwähnten bekannten ersten Kopf besitzt.
Die Erfindung wird nun durch die nachfolgende, beispielshalber und ohne Beschränkungsabsicht abgefaßte Beschreibung und anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.
Figur 1 stellt eine Prinzipansicht des ersten bekannten, weiter oben erwähnten Kopfes dar.
Figur 2 stellt die optischen Elemente eines ersten Kopfes gemäß der Erfindung dar.
Figur 3 stellt einen Querschnitt durch die polarisierende Faser des letztgenannten Kopfes dar.
Figur 4 stellt den gleichen Kopf im Schnitt durch eine senkrechte Längsebene dar.
Figur 5 stellt eine Prinzipansicht des zweiten, weiter oben erwähnten bekannten Kopfes dar.
Figur 6 stellt eine Prinzipansicht des zweiten, weiter oben genannten erfindungsgemäßen Kopfes dar.
Figur 7 stellt den letztgenannten Kopf im Schnitt durch eine senkrechte Längsebene dar.
Wie in Figur 1 dargestellt, enthält der erste bekannte optische Kopf mit integriertem Isolator folgende Elemente:
- einen DFB-Laser 100, der im TE-Modus polarisiert ist;
- eine erste Kopplungsoptik 102, die im Fall der Figur 1 eine mit einem Antireflexbelag versehene Kugel ist und die es ermöglicht, das Lichtbündel zu parallelisieren (die Optik könnte auch aus einer Linse mit Indexgradient bestehen);
- eine zweite Optik, bestehend aus einer Linse 104, die es ermöglicht, das Licht in den Kern einer anzukoppelnden Monomode-Lichtleiterfaser 106 einzufokussieren;
- einen Faraday-Rotator, der zwischen diesen beiden Optiken angeordnet ist und selber beispielsweise aus einem Yttrium- Eisen-Granatstab 108 (YIG) besteht, dessen Magnetisierung durch einen Permanentmagneten 110 in der Ausbreitungsrichtung des Lichts gesättigt ist;
- einen Polarisator 102 vom sogenannten "Banning"-Typ, der in der axialen Ausnehmung des Magneten vor dem Stab 108 angebracht ist.
Figur 2 gibt das Prinzipschema des ersten gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten Kopfes wieder. Der Kopf enthält:
- einen Laser 2 vom Typ DFB, der im TE-Modus polarisiert ist;
- einen Rotatorkristall 4, bestehend beispielsweise aus einem dünnen Plättchen der Zusammensetzung (GdBi)&sub3; (FeAlGa)&sub5;O&sub1;&sub2; zur Verwendung bei einer Lichtwellenlänge von 1,3 Mikrometern, und der Zusammensetzung (YbTbBi)&sub3;Fe&sub5;O&sub1;&sub2; zur Verwendung bei einer Lichtwellenlänge von 1,55 Mikrometer;
- einen Permanentmagneten 6, der eine Rohrform besitzt und aus SmCo besteht;
- eine Fokussierungslinse 8 des lndexgradiententyps;
- eine polarisierende Faser 10, die durch eine Schweißung 12 an eine anzukoppelnde Faser 14 angeschlossen (angespleißt) ist.
Diese Elemente werden wie folgt verwendet und angeordnet:
Der Rotatorkristall 4 und der Magnet 6 bilden den genannten Rotator, der ein Faraday-Rotator ist. Eine axiale Ausnehmung 7 dieses Magneten erstreckt sich entlang der genannten Längsrichtung. Dieser Kristall ist gegenüber dem Laser 2 in einem hinteren Abschnitt einer Hülse 5 befestigt, die in dieser Ausnehmung angeordnet ist. Die Fokussierungslinse 8 ist in einem vorderen Abschnitt dieser Hülse gegenüber der polarisierenden Faser 10 befestigt. Dieser Rotator und diese Linse sind in einen Zwischenblock integriert.
Die Wirkungsweise ist folgende:
Das vom Laser 2 ausgesandte polarisierte Licht erfährt eine Drehung seiner Polarisationsebene von 45º beim Durchtritt durch den Rotator. Die Linse 8 ergibt das Bild des Laserflecks auf der Eintrittsfläche der polarisierenden Faser, die so ausgerichtet ist, daß ihre Durchgangsachse mit der Polarisationsebene des einfallenden Lichts zusammenfällt.
Das an den ersten Anschlüssen oder an einem Leitungsende reflektierte Licht wird nach dem Durchtritt durch die polarisierende Faser polarisiert. Sie erfährt beim Durchtritt durch den Faraday-Rotator eine 45º-Drehung ihrer Polarisationsebene im gleichen Sinne wie vorher, was zu einer Rückführung des Lichts zum Laser im TM-Modus führt, also einer Konfiguration, bei der man keinen Anstieg des Rauschens beobachtet.
Die Kennwerte der benutzten Elemente sind folgende (bei 1,3 Mikrometern):
- DFB-Laser: Löschgrad 25 dB
- Faraday-Rotator: Löschgrad 40 dB
Einfügungsverlust 0,2 dB
magnetisches Sättigungsfeld 200 Oe
- polarisierende Faser: Löschgrad 35 dB
Einfügungsverlust 0,2 dB
- Einfügungsverlust der Verspleissung der polarisierenden Faser mit der anzukoppelnden Faser: 0,3 dB.
Unter diesen Bedingungen beläuft sich der typische Kopplungsverlust auf ungefähr -5 dB bei einem Halbleiterlaser, bei dem im Fernfeld Theta parallel = 25º, und Theta senkrecht = 35º beträgt. Es wird eine typische Isolierung von 25 dB erzielt.
Unter diesen Bedingungen wurde nachgewiesen, daß selbst bei einer starken äußeren Rückwirkung (-14 dB) die untere Rauschgrenze des Lasers (RIN) unter -135 dB/Hz bleibt, was ein Wert ist, der mit einem Betrieb bei hoher Durchsatzrate (Fehlerquote 10&supmin;&sup9; bei 2,3 Gb/s) kompatibel ist.
Gemäß Figur 3 enthält die polarisierende Faser 10 einen metallischen Einsatz M, der sich zwischen ihrem Kern C und der optischen Hülle G erstreckt, um diejenigen Wellen zu absorbieren, die eine Polarisation senkrecht zur Austrittspolarisationsebene besitzen. Um die Ausführung der Schweißung 12 zu ermöglichen, fehlt der Einsatz in einem vorderen Stück 11 der polarisierenden Faser in der Nähe dieser Schweißung. Es scheint sich allgemein zu empfehlen, daß dieser Einsatz in der Nähe einer optischen Anschlußzone nicht vorhanden ist, selbst wenn der Anschluß anders als durch Schweißung hergestellt wird.
Figur 4 gibt an, wie die optischen Elemente in einem Gehäuse 16 für den optischen Kopf untergebracht sind. Das Gehäuse enthält einen Boden 18, auf dem von hinten nach vorne befestigt sind:
- eine Laserpalette für den Laser 2,
- eine Zwischenpalette für den Zwischenblock, der die Elemente 4, 5, 6 und 8 enthält,
- und eine Lichtleitfaserpalette 24 für die polarisierende Faser 10.
Die Zwischenpalette 22 besitzt eine obere Fläche 23, die relativ zum Boden 18 geneigt ist, und eine untere Fläche 21 des Zwischenblocks stützt sich auf dieser Seite ab. Man erteilt so den Hauptflächen des Plättchens 4 des Rotators eine Neigung, um zu vermeiden, daß an diesen Flächen erfolgende Reflexionen Licht in den Emissionsbereich des Lasers 2 zurückwerfen, das in der Lage ist, eine störende Rückwirkung zu erzeugen.
Der Zusammenbau geschieht wie folgt: Zunächst werden außerhalb des Gehäuses die Linse 8 und der Rotatorkristall 4 in der Hülse 5 verlötet, die ihrerseits in die Ausnehmung 7 des Permanentmagneten 6 eingesetzt wird. Die Einheit wird auf der Zwischenpalette 22 befestigt, und diese wird nach einer durch Messung der optischen Kopplung kontrollierten Einstellung an der Laserpalette 20 befestigt, die den Laser 2 trägt. Weiter wird die polarisierende Faser 10 in das Innere eines Rohres 26 eingebracht.
Die Einstellungen werden dann in der nachfolgenden Weise fortgesetzt, wobei die Richtung Z die Längsrichtung, und die Richtungen X und Y zwei Querrichtungen sind.
Die Einheit aus Laserpalette 20 und Zwischenpalette 22 wird relativ zur Faserpalette 24 in X- und Y-Richtung mit Hilfe eines Mikromanipulators bei gleichzeitiger Messung der optischen Kopplung verschoben. Das Rohr 26 seinerseits ist in einer V-förmigen Nut der Lichtleitfaserpalette 24 angeordnet und wird selber in Z-Richtung bei gleichzeitiger Drehung um seine Richtungsachse Z verschoben.
Wenn ein Kopplungsoptimum erreicht ist, wird das Rohr 26 am YAG-Laser auf der lichtleitfaserpalette angeschweißt. Die lichtleitfaserpalette und die Zwischenpalette werden durch Schweißung am YAG-Laser in optimaler Position befestigt.
Das vordere Ende der Faser 10, das über das Rohr 26 vorsteht, wird dann gebogen und vom Inneren des Gehäuses 16 her in eine Ausgangsbuchse 28 eingeführt, die eine Vorderwand 30 des Gehäuses durchquert. Die Paletten 20, 22 und 24 werden am Boden 18 beispielsweise über einen Wärmereguliermodul 32 befestigt.
Das von der Palette 24 getragene Rohr 26 ist genügend kurz, um in dem Gehäuse untergebracht zu werden.
Gemäß Figur 5 enthält der zweite weiter oben erwähnte bekannte Kopf:
- einen DFB-Laser 300,
- eine erste Linse 302,
- einen ersten Polarisator 304,
- einen ersten Faraday-Rotator, bestehend aus einem Plättchen 306, das dem Feld eines Permanentmagneten 308 ausgesetzt ist,
- einen zweiten und einen dritten Polarisator 310 und 312,
- einen zweiten Faraday-Rotator, bestehend aus einem Plättchen 314, das sich im Feld eines Magneten 316 befindet,
- einen vierten Polarisator 318,
- und eine zweite Fokussierungslinse 320, die es ermöglicht, das Licht in den Kern einer anzukoppelnden Lichtleitfaser 322 einzufokussieren.
Der zweite erfindungsgemäße Kopf entspricht im allgemeinen dem ersten, mit Ausnahme eines zweiten Rotators und des Zwischenpolarisators. Gemäß Figur 6 enthält der Kopf:
- einen DFB-Laser 202, der im TE-Modus polarisiert ist,
- einen ersten Faraday-Rotator, dessen Kristallplättchen 204 wie für das Plättchen 4 angegeben zusammengesetzt ist und dem Feld eines Magneten 206 ausgesetzt ist,
. eine Fokussierungslinse 208 mit Indexgradient,
. einen Zwischenpolarisator 244, bestehend aus einem Minipolarisator vom Typ "Banning" gemäß der französischen Patentanmeldung EN 8804671 und der amerikanischen Patentanmeldung SN 333 151,
- einen zweiten Faraday-Rotator, der dem ersten Rotator ähnelt, mit einem Plättchen 240 und einem Magneten 246, und
- eine polarisierende Faser 210.
Die Wirkungsweise ist folgende:
Das vom Laser ausgesandte polarisierte Lichtstrahlbündel erfährt eine erste Drehung seiner Polarisationsebene um 45º nach dem Eintritt in den ersten Rotator 204, 206.
Die Linse 208 erzeugt ein Bild des Laserflecks auf der Eintrittsseite der Polarisatorfaser 210. Der Polarisator 244 vom Typ "Banning" hat seine Durchgangsachse auf die vom ersten Rotator ausgesandte Vibration ausgerichtet.
Das Licht erfährt beim Durchgang durch den zweiten Faraday-Rotator 240, 246 eine zweite Polarisationsdrehung (was eine Drehung gegenüber der anfänglichen Polarisationsebene um 90º bringt).
Schließlich wird das Licht auf die Eintrittsfläche der Polarisatorfaser fokussiert, die so ausgerichtet ist, daß ihre durchgehende Achse mit der Polarisationsebene des einfallenden Lichts zusammenfällt. Das auf den ersten Anschlüssen oder am Leitungsende reflektierte Licht ist nach dem Durchgang durch die Polarisatorfaser polarisiert. Es erfährt nach Durchgang durch den zweiten Faraday-Rotator eine Drehung seiner Polarisationsebene um 45º, und zwar in gleicher Richtung wie zuvor, was seine Polarisationsebene entlang der "Blockier-Achse" des Polarisators 244 ausrichtet. Das Restlicht, dessen Polarisationsebene parallel zur Durchgangsachse des Polarisators 244 verläuft, erfährt eine erneute Drehung seiner Polarisationsebene um 45º und kehrt polarisiert mit dem TM-Modus des Lasers zurück, wobei es sich um eine Konfiguration handelt, bei der man eine sehr schwache Empfindlichkeit für das Phasenrauschen beobachtet.
Gemäß Figur 7 enthält der zweite erfindungsgemäße Kopf ein Gehäuse 216 mit einem Boden 218, der von hinten nach vorne trägt
- eine Laserpalette 220 für den Laser 202,
- eine Zwischenpalette 222 für einen ersten Zwischenblock, der den ersten Rotator 204, 206 und die Fokussierungslinse 208 enthält, sowie einen zweiten Zwischenblock, der den Zwischenpolarisator 244 und den zweiten Rotator 240, 246 enthält,
- und eine Faserpalette 224 für ein Ende der Polarisatorfaser 210,
- wobei das Gehäuse weiter eine Vorderwand 230 besitzt, die die Polarisatorfaser mit Abstand von ihrem genannten Ende trägt.
In jedem der Zwischenblöcke ist der Rotator ein Faraday-Rotator bestehend aus einem dünnen Plättchen eines Rotatorkristalls 204, 240 und einem rohrförmigen Permanentmagneten 206, 246, der eine axiale Ausnehmung 207, 242 bildet, die sich entlang der Längsrichtung erstreckt.
Das dünne Plättchen 204 des ersten Rotators ist in einem hinteren Abschnitt einer Hülse 205 befestigt, die in der Ausnehmung 207 des ersten Rotators vorgesehen ist und gegenüber dem Laser 202 angeordnet ist, und zwar schräg zum Nutzlichtbündel. Die Fokussierungslinse 208 ist in einem vorderen Abschnitt der Hülse gegenüber dem zweiten Zwischenblock befestigt. Das dünne Plättchen 240 des zweiten Rotators ist in einem vorderen Abschnitt einer Hülse 245 befestigt, die in der Ausnehmung 242 des zweiten Rotators vorgesehen ist und gegenüber der Polarisatorfaser 210 angeordnet ist. Der Zwischenpolarisator 244 ist ein Banning-Polarisator, der in einem hinteren Abschnitt der Hülse vor der Fokussierungslinse 208 befestigt ist.
Der Zusammenbau geschieht wie folgt Zunächst werden außerhalb des Gehäuses die Linse 208 und der Rotatorkristall 204 in der Hülse 205 angelötet, die selber in die Ausnehmung 207 des Permanentmagneten 206 eingeführt wird. Der Polarisator 244 und der Rotatorkristall 240 werden in der Hülse 245 befestigt, die selber in die Ausnehmung 242 des Permanentmagneten 246 eingeführt wird.
Der erste Zwischenblock ist auf der Zwischenpalette 222 und diese wird auf der den Laser 202 tragenden Laserpalette 220 nach durch Messung der optischen Kopplung kontrollierter Einstellung befestigt.
Der zweite Zwischenblock ist in einem Ausschnitt 250 angebracht, der hierzu in der Zwischenpalette 222 vorgesehen ist, und er wird an dieser nach dem Einstellen bei Drehung um seine Achse befestigt, wobei die Einstellung durch Messen der optischen Isolation kontrolliert wird, die für das in Richtung des Lasers zurückgesandte Licht erzielt wird.
Weiter wird die Polarisatorfaser 210 in das Innere eines Rohres 226 eingebracht.
Die Einstellung und dann die Befestigung der Positionierung der Polarisatorfaser 210 relativ zu der Einheit, die dann die beiden Zwischenblöcke und der Laser 202 bilden, die auf den miteinander verbundenen Paletten 222 und 220 befestigt sind, erfolgt anschließend in einer Weise, die derjenigen der Positionierung der Polarisatorfaser 10 relativ zum Zwischenblock und des Lasers 2 entspricht, die im Fall des in Figur 4 dargestellten optischen Kopfes beide auf den miteinander verbundenen Paletten 22 und 20 befestigt sind.
Desgleichen erfolgt die Montage der so hergestellten Einheit im Behälter 216 in einer Weise, die der Montage derjenigen Einheit im Gehäuse 16 entspricht, die im Falle des in Figur 4 dargestellten optischen Kopfes erhalten wurde. Die Polarisatorfaser 210, die vom Rohr 226 nur über eine kurze Länge im Inneren des Gehäuses 216 umgeben wird, tritt so in eine Ausgangsbuchse 228 ein, die die Vorderwand 230 des Gehäuses 216 durchdringt, während die Paletten 220, 222 und 224 am Boden 218 beispielsweise über einen Wärmereguliermodul 232 befestigt werden.
Die Vorteile der Köpfe gemäß der Erfindung sind folgende:
- Aufgrund der Begrenzung der Anzahl der in der Einrichtung wirkenden Elemente wird die Anzahl der Grenzflächen verringert, was die mit den Reflexionen an den Elementen der Einrichtung verbundenen "internen" Reflexionen verringert.
- Darüber hinaus liefert das Vorhandensein eines Faraday-Rotators als erste Grenzfläche eine Isolierung gegenüber den Reflexionen an den nachfolgenden Grenzflächen.
- Unter dem Gesichtspunkt der Kopplungsverluste verringert die Verkleinerung der Anzahl der Elemente die Verluste durch innere Absorption und ebenso die Gefahren zusätzlicher Verluste, die mit einer eventuellen Fehlausrichtung der Teile verbunden sind.
- Die Baugröße wird verkleinert, wodurch eine kompaktere Einrichtung erhalten werden kann, was für die mechanische und thermische Stabilität ein wichtiger Parameter ist.

Claims

1. Optischer Kopf mit integriertem Isolator zum Ankoppeln eines Halbleiterlasers an einen Lichtleiter, der einen anzukoppelnden Lichtleiter bildet und Teil eines Fernmeldesystems mit Lichtleitern ist, wobei der Kopf aufweist:

- ein Gehäuse (16), das eine Längsrichtung mit einer Vorderseite und einer Hinterseite besitzt,

- den Halbleiterlaser (2), der in dem Gehäuse angeordnet ist, um ein Nutzlichtstrahlbündel in Längsrichtung nach vorne auszusenden, wobei das Bündel eine Polarisationsebene besitzt, die gemäß einer Ebene, Laserpolarisationsebene genannt, ausgerichtet ist,

- einen Polarisationsrotator (4, 6), der in dem Gehäuse vor dem Laser angeordnet ist, um die Polarisationsebene des Bündels um etwa 45º in eine Richtung zu drehen, so daß die Ebene in einer Austrittspolarisationsebene orientiert wird,

- eine Fokussierungslinse (8), die in dem Gehäuse vor dem Laser angeordnet ist, um das Strahlenbündel in den Eingang des Lichtleiters einzugeben, der den Anfang des anzukoppelnden Lichtleiters bildet,

- und einen Polarisator, der zwischen dem Rotator und dem in Richtung der Austrittspolarisationsebene orientierten anzukoppelnden Lichtleiter angeordnet ist, derart, daß er das vom Laser kommende Nutzlicht durchläßt und das gesamte nach hinten reflektierte Störlicht gemäß der Austrittspolarisationsebene polarisiert, damit der Rotator anschließend die Polarisationsebene dieses Störlichts um etwa 45º in die genannte Richtung dreht, und damit dieses Licht am Laser nur mit einer Polarisationsebene ankommt, die im wesentlichen senkrecht zur Laserpolarisationsebene verläuft,

- wobei dieser optische Kopf dadurch gekennzeichnet ist, daß der Polarisator ein polarisierender Lichtleiter (10) ist, der aus einem Lichtwellenleiterstück besteht, das an den anzukoppelnden Lichtleiter (14) angeschlossen ist, wobei das Licht durch die Linse in den polarisierenden Lichtleiter eingegeben wird.

2. Kopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotator ein Faraday-Rotator ist, der aus einem dünnen Plättchen eines Rotatorkristalls (4) und einem rohrförmigen Permanentmagneten (6) besteht, der eine axiale Aussparung (7) bildet, die sich in der genannten Längsrichtung erstreckt, wobei sich das Plättchen in einem hinteren Abschnitt der Aussparung gegenüber dem Laser (2) befestigt ist, während die Fokussierungslinse (8) in einem vorderen Abschnitt dieser Aussparung gegenüber dem polarisierenden Lichtleiter (10) befestigt ist.

3. Kopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (16) einen Boden (18) besitzt der von hinten nach vorne trägt:

- eine Laserpalette (20), die den Laser (2) trägt und eine quer verlaufende ebene Vorderseite besitzt,

- eine Zwischenpalette (22), die den Permanentmagneten (6) trägt, wobei die Palette eine quer verlaufende ebene Hinterseite, die gegen die Vorderseite der Laserpalette anliegt, und eine quer verlaufende ebene Vorderseite besitzt,

- und eine Lichtleiterpalette (24), die ein Ende des polarisierenden Lichtleiters (10) trägt, wobei diese Palette eine gegen die Vorderseite der Zwischenpalette anliegende quer verlaufende ebene Hinterseite besitzt, so daß das Einstellen und das Einhalten der relativen Positionen der Paletten erleichtert wird,

- wobei das Gehäuse weiter eine Vorderwand (30) besitzt, die den polarisierenden Lichtleiter in einem Abstand von seinem Ende trägt.

4. Kopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er weiter aufweist:

- einen zweiten Rotator (240, 246), der im Gehäuse (216) zwischen dem zuvor erwähnten Rotator, der dann einer ersten Rotator (204, 206) bildet, und dem zuvor erwähnten Polarisator, der dann einen Ausgangspolarisator (210) bildet, angeordnet ist, um erneut die Polarisationsebene des Strahlenbündels um etwa 45º in die genannte Richtung zu drehen, so daß diese Ebene in die Austrittspolaristionsebene ausgerichtet wird,

- und einen Zwischenpolarisator (244), der zwischen dem ersten und dem zweiten Rotator angeordnet ist, um selektiv das aus dem ersten Rotator austretende Nutzlicht durchzulassen.

5. Kopf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (216) einen Boden (218) besitzt, der von hinten nach vorne trägt:

- eine Laserpalette (220) zum Tragen des Lasers (202),

- eine Zwischenpalette (222) für einen ersten Zwischenblock, der den ersten Rotator (204, 206) und die Fokussierungslinse (208) enthält, und einen zweiten Zwischenblock, der den Zwischenpolarisator (244) und den zweiten Rotator (240, 246) enthält,

- und eine Lichtleiterpalette (224) für ein Ende des polarisierenden Lichtleiters (210),

- wobei das Gehäuse weiter eine Vorderwand (230) besitzt, die den polarisierenden Lichtleiter im Abstand von seinem Ende trägt.

6. Kopf nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem der Zwischenblöcke der Rotator ein Faraday-Rotator ist, der aus einem dünnen Plättchen eines Rotatorkristalls (204, 240) und einem rohrförmigen Permanentmagneten (206, 246) besteht, der eine axiale Ausnehmung (207, 242) bildet, die sich in der genannten Längsrichtung erstreckt, wobei das dünne Plättchen (204) des ersten Rotators in einem hinteren Abschnitt der Ausnehmung des ersten Rotators gegenüber dem Laser (202) befestigt ist, mit einer relativ zum Nutzlichtbündel verlaufenden Schräglage, während die Fokussierungslinse (208) in einem vorderen Abschnitt der Aussparung gegenüber dem zweiten Zwischenblock befestigt ist, wobei das dünne Plättchen (240) des zweiten Rotators in einem vorderen Abschnitt der Ausnehmung (242) des zweiten Rotators gegenüber der polarisierenden Lichtleitfaser (210) befestigt ist, während der Zwischenpolarisator (244) ein Banning-Polarisator ist, der in einem hinteren Abschnitt der Ausnehmung gegenüber der Fokussierungslinse (208) befestigt ist.