DE60115412T2 - Verfahren und vorrichtung zur generation von pulsen - Google Patents

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    • H01S5/146—External cavity lasers using a fiber as external cavity

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein die Frequenzmodulation optischer Trägersignale und insbesondere die Erzeugung von Impulsen.
  • Allgemeiner Stand der Technik
  • Die spektrale Formung optischer Impulse wurde extensiv untersucht und ist der Gegenstand zahlreicher Artikel, Patente und Patentanmeldungen. Ein großer Teil dieser Arbeit betraf die Amplitudenmodulation von Laserimpulsen. U5-A-5,912,999 repräsentiert diese Technologie, wie auch US-A-6,195,484, US-A-6,404,956 und US-A-6,035,083. Aus US-A-5,002,677 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen einer Impulsfolge mit den folgenden Schritten bekannt: Bereitstellen eines frequenzmodulierten Signals und Auftreffenlassen des Signals auf ein dispersives Element, wobei das dispersive Element dafür ausgelegt ist, das Signal zeitlich zu komprimieren.
  • Darüber hinaus beschreiben Chou PC et al.: „Reconfigurable time-domain spectral shaping of an optical pulse streched by a fiber bragg grating", Optics Letters, Optical Society of America, Washington, USA, Bd. 25, Nr. 8, 15.4.2000 (2000-04-15), Seiten 524–526, XP000951935 ISSN: 0146–9592 die Verwendung langer fasergechirpter Bragg-Gitter zur Bereitstellung einer großen Gruppengeschwindigkeitsdispersion.
  • Die Frequenzmodulation optischer Impulse wurde ebenfalls bis zu einem gewissen Grad untersucht. Somit haben Forscher sowohl die aktive als auch die passive Modenverriegelung von mehreren optischen Longitudinal-(Axial)-Moden von Laserhohlräumen untersucht. Beispiele für die aktive Modenverriegelung werden in den folgenden Literaturstellen beschrieben: S. E. Harris, R. Targ, Appl. Phys. Lett., 5, 202 (1964), E. O. Ammann, B. J. McMurty, M. K. Oshman, IEEE JQE, QE-1, 263 (1965), D. J. Kuizenga, A. E. Siegman, IEEE JQE, QE-6, 673 (1970) und R. Nagar, D. Abraham, N. Tessler, A. Fraenkel, G. Eisenstein, E. P. Ippen, U. Koren, G. Raybon, Opt. Lett., 16, 1750 (1991). Beispiele für die passive Modenverriegelung werden in den folgenden Literaturstellen beschrieben: L. F. Tiemeijer, P. I. Kuindersma, P. J. A. Thijs, G. L. J. Rikken, IEEE JQE, 25, 1385 (1989) und S. R. Chinn, E. A. Swanson, IEEE Phot. Tech. Lett., 5, 969 (1993). Es gab bisher jedoch keine Berichte über Laser, die FM-Betrieb mit einer Einzel-Longitudinalmode aufweisen.
  • M. McAdams, E. Peral, D. Provenzano, W. Marshall und A. Yariv, Appl. Phys. Lett. 71 (7) 879 (18.8.1997), beschreiben ein Verfahren zum Umsetzen von Frequenzmodulation in Amplitudenmodulation durch Übertragung des Signals eines Halbleiterlasers durch einen optischen Isolator und in ein Faser-Pigtail mit verschiedenen Abschnitten nichtdispersionsverschobener Einmodenfaser und/oder einem ungechirpten Fasergitter. Die Literaturstelle erwähnt, daß bei einem direktmodulierten Halbleiterlaser mit einer Frequenzmodulation oder einem Chirpen unweigerlich eine Modulation der Amplitude einhergeht. Diese Arbeit versuchte, den Frequenzgang eines modulierten DF-Lasers durch Frequenzmodulation seines Ausgangssignals zu verbessern.
  • Bestimmte Telekommunikationsanwendungen von Lasern erfordern eine stabile, jitterarme Quelle ultrakurzer Impulse mit typischen Wellenlängen der faseroptischen Telekommunikation (ungefähr 1300 und 1550 nm). Derzeitige Verfahren zum Erhalten kurzer Impulse aus Halbleiterlasern bei diesen Wellenlängen verwenden typischerweise Verstärkungsschalten oder Modenverriegelung. Bei Verstärkungsschalten kommt es jedoch häufig zu naturgemäßen Instabilitäten, die dadurch entstehen, daß es für den Laser notwendig ist, von unterhalb der Laserschwelle für jeden Impuls aufzubauen. Die aktive Modenverriegelung kann ebenfalls instabil sein, weil die Modenverriegelungsfrequenz auf die Hohlraumresonanzfrequenz abgestimmt bleiben muß, die mit Temperaturänderungen oder anderen Umgebungseinflüssen driften kann.
  • Somit wird in der Technik ein Verfahren zum Erzeugen einer stabilen, jitterarmen Quelle optischer Impulse benötigt, das sich für die Verwendung in der Telekommunikationsindustrie eignet. Außerdem wird in der Technik eine für die Erzeugung solcher Impulse geeignete Einrichtung benötigt.
  • Diese und andere Bedürfnisse werden durch die vorliegende Erfindung erfüllt, wie im folgenden beschrieben werden wird.
  • Kurzfassung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung liefert ein Verfahren, eine Vorrichtung, Verfahren und Systeme gemäß Anspruch 1, 6, 14, 15 bzw. 17. Einzelne Ausführungsformen der Erfindung sind der Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • In einer Hinsicht betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Einrichtung zum Erzeugen von frequenzmodifizierten(FM)-Impulsen. Gemäß dem Verfahren wird ein Kurzhohlraum-Einzellongitudinalmodenlaser als Quelle verwendet, die durch schnelles Abstimmen des Teils des verteilten Bragg-Reflektors (DBR) des Lasers frequenzmoduliert werden kann. Diese Technik produziert ähnliche Ergebnisse wie FM-modenverriegelte Impulsquellen. Die Quelle kann jedoch mit Frequenzen moduliert werden, die nicht mit der Hohlraumresonanz synchron sind.
  • In einer anderen Hinsicht betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Erzeugen von Picosekundenimpulsen mit einer elektronisch definierten Wiederholungsrate ohne Verstärkungsschalten, Modenverriegelung oder externe Modulation. Gemäß dem Verfahren wird als eine Impulsquelle ein an ein gechirptes Fasergitter angekoppelter 1553-nm-DBR-Laser verwendet. Die Impulsquelle weist einen stabilen Betrieb und potentiell geringes Timing-Jitter auf.
  • In einer anderen Hinsicht betrifft die vorliegende Erfindung eine optische Picosekunden-Impulsquelle, die aus einem frequenzmodulierten Halbleiterlaser mit hoher Modulationstiefe und einem langen gechirpten Faser-Bragg-Gitter mit großer Gruppengeschwindigkeitsdispersion besteht. Im Gegensatz zu modenverriegelten Lasern besitzt diese Quelle eine Wiederholungsrate, die nicht synchron mit der Laserhohlraumresonanz sein muß, wodurch ein stabiler Betrieb möglich wird. Da Frequenzmodulation kein Verstärkungsschalten erfordert, besteht Potential für ein sehr geringes Timing-Jitter. Das FBG stellt außerdem Potential für höhere Impulsenergien, einen geringeren Hintergrundpegel und eine effizientere Benutzung der Gesamtlaserenergieausgabe bereit.
  • In einer weiteren Hinsicht betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Erzeugen eines Impulsstroms und den so erhaltenen Impulsstrom. Gemäß dem Verfahren wird ein sinusförmig variierender Strom an den Spiegelteil eines verteilten Bragg-Reflektor-Lasers mit zwei Teilen angelegt, wodurch dessen Laserfrequenz moduliert wird, um eine frequenzmodulierte optische Welle zu erzeugen. Die Modulationsrate ist beliebig, so lange sie wesentlich kleiner als die fundamentale Resonanz des Hohlraums ist. Am Laserausgang wird eine große Gruppengeschwindigkeitsdispersion mit einem gechirpten Faser-Bragg-Gitter und insbesondere einem sinusförmig gechirpten Faser-Bragg-Gitter angewandt, um das frequenzmodulierte Signal in einen Impulsstrom umzusetzen. Der Effekt der Gruppengeschwindigkeitsdispersion besteht darin, daß der heraufgechirpte Teil des Signals zu Impulsen komprimiert wird, während der heruntergechirpte Teil weiter gechirpt und in den Hintergrund dispergiert wird. Mit sinusförmiger Modulation und linearer Dispersion enthalten die Impulse ungefähr 40% der Gesamtenergie.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die Erfindung wird ausführlicher mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
  • 1 ein Schaltbild einer Einrichtung zur Erzeugung frequenzmodulierter Impulsströme;
  • 2 ein Spektrum des Ausgangssignals des in Beispiel 1 verwendeten Lasers;
  • 3 einen Graph der Autokorrelation der durch die Einrichtung von Beispiel 1 erzeugten Impulsfolge;
  • 4 einen Graph der theoretischen und gemessenen Autokorrelation, wobei das Nebenbild das optische Spektrum des frequenzmodulierten Signals abbildet;
  • 5a–5b experimentelle bzw. berechnete Autokorrelations-Traces mit variierender Bandbreite und fester Dispersion.
  • Ausführliche Beschreibung der Erfindung
  • Die Einrichtungen und Methodologien der vorliegenden Erfindung werden mit Bezug auf 1 verständlich, worin schematisch eine bevorzugte Ausführungsform eines zur Erzeugung von Impulsfolgen geeigneten Aufbaus dargestellt ist. Der Aufbau 100 enthält einen Zirkulator 20, der das Signal in ein dispersives Element, wie zum Beispiel ein gechirptes Faser-Bragg-Gitter (FBG) 30 leitet. Der Aufbau wird mit einer Signalquelle 50 versehen. Diese Quelle ist vorzugsweise eine optische Quelle in Form eines zweiteiligen InGaAsP-DBR-Lasers (distributed Bragg reflector) 10. Laser dieses Typs werden in Kjebon et al. „30 GHz Direct Modulation Bandwidth in Detuned Loaded InGaAsP DBR lasers at 1.55 Micrometer Wavelength", Electronics Letters, 19.12.1996 (Electronic Letters Online Nr. 19970335) beschrieben. Es sind andere DBR-Laser im Handel erhältlich und könnten auch zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung frequenzmoduliert werden, wie zum Beispiel die von der Altitun Corporation in Stockholm, Schweden, als Modell Nr. NYW-30 erhältlichen.
  • Die frequenzmodulierte(FM-)Impulsquelle besteht aus dem dispersiven Element 30, wie zum Beispiel dem gechirpten Faser-Bragg-Gitter (FBG) und einem abstimmbaren Laser, wie zum Beispiel der DBR-(distributed Bragg reflector)Halbleiterlaserdiode 10. Der Injektionsstrom des DBR-Spiegelteils des Lasers wird moduliert, wodurch auch die Laserfrequenz moduliert wird.
  • Die Gruppengeschwindigkeitsdispersion (GVD), die eine frequenzabhängige zeitliche Verzögerung verursacht, wird auf das Ausgangssignal des Lasers angewandt und setzt die Frequenzmodulation in Amplitudenmodulation um. Ein Frequenzsynthesizer 12 liefert Eingangssignale für ein Bias-Tee 14. Die verschiedenen Momentanfrequenzen erfahren verschiedene zeitliche Verzögerungen und sammeln sich somit. Wenn die Dispersion und Modulationstiefe optimiert sind, werden kurze Impulse gebildet.
  • Der Vorteil dieser Technik liegt in ihrer Einfachheit und Stabilität. Es werden kurze Impulse gebildet, ohne daß Verstärkungsschalten oder Amplitudenmodulatoren benutzt werden. Das Timing-Jitter ist im Vergleich zu verstärkungsgeschalteten Lasern potentiell gering, weil die Laserverstärkung niemals unter die Schwelle abfällt. Die Impulsbreiten sind im Vergleich zu herkömmlichen Phasenmodulationsverfahren kurz, weil mit dieser Technik breitere optische Frequenzbereiche überstrichen werden können. Die Verwendung des langen FBG ermöglicht eine niedrige Wiederholungsrate, was zu höheren Impulsenergien und besser optimierten Modulationssignalen, wie zum Beispiel einer Sägezahnwelle, führt.
  • Bei der in 1 abgebildeten Einrichtung zeigt sich, daß der Modulationsfrequenzgang bei etwa 1 GHz abfällt. Der Laser wird so geregelt, daß die Mittenwellenlänge des DBR-Teils so moduliert wird, daß eine optische Welle mit konstanter Amplitude und Frequenzmodulation (FM) erzeugt wird. Der Laser wird mit einer Einzellongitudinalmode betrieben und wird weder modenverriegelt noch verstärkungsgeschaltet.
  • Es wird ein Vorstrom aus einer Gleichstromversorgung 16 angelegt, um den Laser zu allen Zeiten über der Laserschwelle zu halten. Für diesen Zweck geeignete Stromversorgungen sind zum Beispiel Laserdiodentreiber des von Newport, Inc. (Irving, CA) als Laserdiodentreiber Modell 5005 erhältlichen Typs. Ein durch den Frequenzsynthesizer 12 (Modell Nr. HP 83712B, erhältlich von Hewlett Packard Co., Palo Alto) geliefertes 0,5 GHz-Stromsignal wurde an den Spiegelteil des DBR angelegt. Der Strom modulierte die Mittenwellenlänge des DBR-Reflektors aufgrund von trägerinduzierten Indexänderungen. Die Frequenz ist beliebig, so lange sie wesentlich kleiner als die Fundamentalresonanz des Hohlraums ist. Der Laserverstärkungsvorstrom betrug 66 mA und der Spiegelteilvorstrom betrug 11,75 mA. Vorstrom und Modulationsstrom wurden in dem Bias-Tee 14 von Picosecond Pulse Labs, Boulder CO, kombiniert. Das resultierende optische Signal wurde mit einem Modulationsindex von 52,5 frequenzmoduliert, definiert als m = Δf/fm (1) wobei der Gesamt-Sweep-Bereich 2Δf gleich 50 GHz ist, entsprechend 0,4 nm bei 1553 nm und wobei fm die Modulationsfrequenz 0,5 GHz ist. Mit höherem Modulationsstrom kann die Bandbreite sogar 0,76 nm breit werden, wodurch ein Index m von 95 erzeugt wird.
  • Das eine konstante Amplitude aufweisende, frequenzmodulierte Ausgangssignal des DBR-Lasers wurde mittels einer Linse mit graduiertem Index (GRIN) in einen optischen Isolator mit Faser-Pigtail (erhältlich als Modell Nr. I-15-PIPT-MU-A von isowave, Inc., Dover, NJ) fokussiert, wodurch verhindert wurde, daß Rückreflexionen den Laser destabilisieren. Um das Ausgangssignal des Lasers zu überwachen, wurde ein Teil des aus dem Isolator austretenden Lichts abgezweigt, indem das Licht auf einen Eingang eines faseroptischen 1550-nm-95/5-Einmodenkopplers/-verzweigers (Gould Fiber Optics, Millersville, MD) fokussiert wurde. Der 5%-Ausgang des Verzweigers wurde in einem optischen Spektralanalysator (OSA) 80 (erhältlich als Modell Nr. HP 70950B von Hewlett Packard, Inc., Palo Alto, CA) geleitet.
  • Ein typisches Laserausgangsspektrum aus dem optischen Spektrumanalysator (OSR) 80 ist in 2 gezeigt. Die Form zeigt in der Mitte ein Minimum, was mit den berechneten FM-Spektren vereinbar ist. Die individuellen Oberwellen werden jedoch durch die OSA-Auflösung von 0,1 nm verschmiert. Außerdem werden neben der modulierten Mode unterdrückte Nachbarmoden beobachtet. Zur Verbindung des größten Teils der faseroptischen Komponenten und Geräte in diesem experimentellen System wurden Verbinder des Typs FC/APC oder FC/PC verwendet.
  • Der größte Teil des Laserlichts wurde als nächstes aus dem 95%-Ausgang des Verzweigers zu dem Eingangsport eines gekapselten Moduls geroutet, das einen optischen 3-Port-Zirkulator 20 und ein langes, räumlich gechirptes faseroptisches Bragg-Gitter (FBG) einer nominalen Wellenlänge von 1550 nm 30 und mit einer Dispersion von 1360,8 ps/nm enthielt. Das Zirkulator/FBG-Modul wurde von 3M Telecom Systems Division, Austin, TX, beschafft. Das lange gechirpte Gitter wurde durch die Prozesse hergestellt, die in US-A-5,912,999, US-A-6,035,083 und in verwandten Anmeldungen beschrieben werden. Die Eingangs- und Ausgangsports des Moduls waren bereits mit faseroptischen SC-Verbindern konnektorisiert.
  • Die große Gruppengeschwindigkeitsdispersion (GVD) des gechirpten Gitters setzt das FM-Signal in einen Impulsstrom um. Man kann die verschiedenen Momentanfrequenzen des FM-Signals, die zu verschiedenen Zeiten auftreten, visualisieren. Der Effekt der GVD besteht darin, daß die Gruppenverzögerung um so kleiner ist, je niedriger die optische Frequenz ist. Die niedrigeren Frequenzen holen dann die höheren auf, so daß bewirkt wird, daß sich alle Frequenzkomponenten sammeln, wodurch Amplitudenimpulse erzeugt werden. Mit sinusförmiger Modulation und linearer Dispersion enthalten die Impulse ungefähr 40% der Gesamtenergie. Bei einem sinusförmigen Eingangsstrom nimmt die Laserausgangsfrequenz zu bzw. „chirpt aufwärts" (und die Wellenlänge verkürzt sich), wenn der Eingangsstrom ansteigt, und die Frequenz nimmt ab oder „chirpt abwärts", wenn der Eingangsstrom fällt. (Das Gitter verzögert kurze Wellenlängen mehr als lange Wellenlängen.) Wenn das frequenzmodulierte Laserausgangssignal dann durch ein stark dispersives Element geleitet wird, wie zum Beispiel einen Zirkulator, dem ein räumlich gechirptes Bragg-Gitter folgt, wird jeder „aufwärtsgechirpte" Teil eines Frequenzmodulationszyklus zu einem einzigen optischen Impuls komprimiert und die „abwärtsgechirpten" Teile werden dissipiert oder gehen verloren. Bei einem sinusförmigen Eingangssignal für den DBR-Laser würde dies dann dazu führen, daß maximal 50% der Laserausgangsleistung in Impulse umgesetzt wird, ent sprechend einem halben Zyklus Aufwärtschirpen. Dabei wird angenommen, daß das räumliche Chirpen des dispersiven Elements „sinusförmig" ist und genau mit dem Aufwärtschirp-Muster des Laserausgangssignals übereinstimmt. Tatsächlich besitzen derzeit erhältliche dispersive Elemente, wie zum Beispiel lange Abschnitte optischer Einmodenfaser eine lineare Dispersion (lineare Änderung von Lichtgeschwindigkeit, Brechungsindex oder Signaltransitzeit in Bezug auf Wellenlänge). Ein Element mit linearer Dispersion ist nur während des „quasilinearen" Teils des sinusförmigen Zyklus effektiv bei der Umsetzung des aufwärtsgechirpten kontinuierlichen Signals in Impulse. Der Wirkungsgrad der Energieumsetzung in Impulse wird deshalb für ein sinusförmig frequenzmoduliertes Laserausgangssignal, dem ein lineardispersives Element folgt, sogar weniger als 50% betragen. Man könnte bewirken, daß sich der Wirkungsgrad den theoretischen 50% für sinusförmige Frequenzmodulation nähert, falls das Faser-Bragg-Gitter mit entsprechendem räumlichen Chirpen ausgelegt würde (räumliches Chirpen bedeutet die Eigenschaft eines ungleichförmigen Bragg-Gitters, durch die es verschiedene Wellenlängen an verschiedenen Positionen entlang des Gitters reflektieren kann – die räumliche Frequenz der Gitterebenen wird gechirpt).
  • Die andere Impulsfolge, die aus dem 50/50-Verzweiger 40 austritt, wurde in den optischen Spektralanalysator (OSA) 80 geleitet, einschließlich einer Fotodiode (wie zum Beispiel der von Discovery Semiconductor DSC30, Princeton, NJ), der mit einem Oszilloskop verbunden war (Modell Nr. HP 54750A, erhältlich von Hewlett Packard, Inc., Palo Alto, CA), mit dem die optischen Impulse überwacht wurden.
  • Das optische Spektrum des FM-Signals besitzt eine Spitze-Spitze-Breite von 0,42 nm, wie in dem Nebenbild von 4 gezeigt, worin außerdem theoretische und gemessene Autokorrelationen zu sehen sind. Die Unterdrückung der durch die Simulation vorhergesagten Nebenkeulen ist wahrscheinlich auf Restamplitudenmodulation zurückzuführen. Die FWHM beträgt ungefähr 25 ps, entsprechend etwa einem Zeit-Bandbreite-Produkt von 1. Harmonische Verzerrungen des Modulationssignals sind in der Simulation enthalten und können auch zu einem Anstieg des Hintergrundes und einer Verschlechterung der Impulsleistungseffizienz führen. Bei gegebener Bandbreite, FBG-Dispersion und fm wird geschätzt, daß 25% der Gesamtleistung sich in dem Impuls befinden. Dies ist mit den auf Oszilloskopmessungen basierenden Schätzungen vereinbart. 5 zeigt eine Sequenz von Autokorrelationen als Funktion der Bandbreite, wobei sowohl in gemessenen als auch simulierten Diagrammen harmonische Verzerrungen enthalten sind.
  • Der kürzeste erzielbare Impuls wird durch den Laser-Freispektralbereich begrenzt, der in diesem Fall eine reziproke Bandbreite von 4,9 ps erzielt. Um Nebenkeulen und Gesamthintergrund weiter zu reduzieren, kann Amplitudenmodulation im Verstärkungsteil induziert werden. Als Alternative kann ein Sägezahn-FM-Signal das sinusförmige ersetzen und nur lineares Aufwärtschirpen induzieren. Dadurch würde auch die Gesamtleistung effizienter genutzt. Die Sägezahnwellenerzeugung läßt sich bei niedrigeren Wiederholungsraten leichter erreichen, es ist jedoch eine enorme Dispersionsverzögerung erforderlich, die am besten mit einem (hier verwendeten) langen FBG erreicht wird. Ein FBG ist auch insofern vorteilhaft, als seine Dispersion hoher Ordnung so ausgelegt werden kann, daß sie mit einem restlichen nichtlinearen Chirpen übereinstimmt.
  • Dieses Beispiel illustriert drei Merkmale der vorliegenden Erfindung. Erstens werden die große Frequenzspanne und der hohe Modulationsindex auf einfache Weise erzeugt. Das Chirpen mit externer Phasenmodulation zu erzeugen, ist möglich, fügt jedoch Komplexität hinzu.
  • Siehe z.B. D. S. Kim, M. Arisawa, A. Morimoto, T. Kobayashi, IEEE J. Sel. Topics in QE 2, 493 (1996). Zweitens ist der Laser nicht modenverriegelt. Das Modulieren eines Einzellongitudinalmodenlasers ist stabiler, beseitigt Beschränkungen bezüglich Wiederholungsraten und kann potentiell zur Verwendung beim optischen Sampling eine jitterarme Impulsfolge bereitstellen. Drittens ermöglicht die Technologie mit langem FBG die Verwendung von niedrigen Wiederholungsraten, wodurch die Möglichkeit einer besser optimierten Modulation und Dispersionsform gegeben wird, um Effizienz zu vergrößern und Hintergrund zu verringern.
  • Die Einrichtungen und Methodologien der vorliegenden Erfindung finden in vielfältigen Endbenutzungsanwendungen Einsatz, darunter schnelles optisches Sampling und A/D-Umsetzung (analog zu digital). Für Signale mit hoher Bandbreite, insbesondere HF- und Mikrowellensignale, gibt es zur Zeit keine elektronischen A/D-Umsetzer mit ausreichender Geschwindigkeit. Deshalb ist es wünschenswert, statt dessen zum optischen Sampling des Signals eine Folge kurzer optischer Impulse zu verwenden. Solche Impulse müssen typischerweise eine Frequenz von mehr als 1 GHz aufweisen und müssen ein extrem niedriges Timing-Jitter aufweisen, um abzutasten, ohne Rauschen einzuführen. Modenverriegelte Faserlaser wurden für diesen Zweck verwendet, aber ihre Verwendung ist hauptsächlich aufgrund ihrer unhandlichen Beschaffenheit und des Mangels an Stabilität auf das Labor beschränkt. Deshalb werden für den Einsatz außerhalb des Labors kompakte und stabile Quellen des durch die vorliegende Erfindung bereitgestellten Typs benötigt.
  • Die Einrichtungen und Methodologien der vorliegenden Erfindung finden außerdem Anwendung bei der optischen Kommunikation. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Unterdrückung des Hintergrundrauschens von mehr als 12 dB möglich, auch wenn weniger als optimale sinusförmige Modulation und lineare Dispersion benutzt wird.
  • Die Einrichtungen und Methodologien der vorliegenden Erfindung finden außerdem Anwendung in Anwendungen der nichtlinearen Optik, wie zum Beispiel Terahertzerzeugung und Seeding anderer gepulster Laser. Solche Anwendungen ziehen insbesondere von der niedrigen Wiederholungsrate und der hohen Impulsenergie, die mit der vorliegenden Erfindung möglich sind, Nutzen.
  • Die obige Beschreibung der vorliegenden Erfindung ist lediglich veranschaulichend und soll nicht einschränken. Der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung sollte deshalb nur durch Bezugnahme auf die angefügten Ansprüche bestimmt werden.

Claims (17)

  1. Verfahren zum Erzeugen einer Impulsfolge, mit den folgenden Schritten: Bereitstellen eines frequenzmodulierten Signals; und Auftreffenlassen des Signals auf ein dispersives Element (30), wobei das dispersive Element (30) dafür ausgelegt ist, das Signal zeitlich zu komprimieren, dadurch gekennzeichnet, daß das dispersive Element (30) ein gechirptes Faser-Bragg-Gitter ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Bereitstellens eines frequenzmodulierten Signals das Verwenden eines schnell abstimmbaren frequenzmodulierten Lasers umfaßt, der ein frequenzmoduliertes optisches Signal konstanter Amplitude liefert.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Signal eine Einzellongitudinalmode aufweist.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Signal von einem mit einem reflektierenden Element ausgestatteten Laser (10) erzeugt wird und wobei das Signal durch Anlegen eines Stroms durch das reflektierende Element frequenzmoduliert wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Strom die Mittenwellenlänge des reflektierenden Elements mittels durch Träger verursachter Indexänderungen moduliert.
  6. Vorrichtung zum Erzeugen einer Impulsfolge, aufweisend eine Signalquelle (50), die dafür ausgelegt ist, ein frequenzmoduliertes Signal zu erzeugen, und ein passives dispersives Element (30) in optischer Kommunikation mit der Quelle, dadurch gekennzeichnet, daß das dispersive Element (i) ein gechirptes Faser-Bragg-Gitter und (ii) einen Zirkulator aufweist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei das Signal mittels einer durch Strom verursachten Änderung des Brechungsindex an einem darin enthaltenen reflektierenden Element frequenzmoduliert ist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Signalquelle eine Einzellongitudinalmoden-Signalquelle ist.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Signalquelle einen schnell abstimmbaren Laser (10) aufweist.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei sich das dispersive Element am Ausgang des Lasers befindet.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei der Laser einen Hohlraum aufweist und wobei das dispersive Element im Innern des Hohlraums angeordnet ist.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, ferner mit einem elektronischen Signalgenerator (12), der dafür ausgelegt ist, die Frequenz des Lasers zu modulieren.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei der Laser mit einem Spiegel ausgestattet ist und wobei der elektronische Signalgenerator dafür ausgelegt ist, den Spiegel anzusteuern.
  14. Verfahren zum Durchführen einer schnellen optischen Abtastung zur A/D-Umsetzung unter Verwendung der Vorrichtung von Anspruch 6.
  15. Verfahren zur Optimierung der Spitzenintensität eines nichtlinearen optischen Signals unter Verwendung der Vorrichtung von Anspruch 6, mit den folgenden Schritten: Erzeugen des frequenzmodulierten Signals; und Anpassen des dispersiven Elements an das frequenzmodulierte Signal.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei das frequenzmodulierte Signal ein sägezahnförmiges Signal ist.
  17. Optisches Kommunikationssystem mit der Vorrichtung von Anspruch 6.
DE60115412T 2000-04-11 2001-04-11 Verfahren und vorrichtung zur generation von pulsen Expired - Lifetime DE60115412T2 (de)

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