WO1996017417A1 - Sender/receiver array for an optical duplex system - Google Patents

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WO1996017417A1
WO1996017417A1 PCT/DE1995/001757 DE9501757W WO9617417A1 WO 1996017417 A1 WO1996017417 A1 WO 1996017417A1 DE 9501757 W DE9501757 W DE 9501757W WO 9617417 A1 WO9617417 A1 WO 9617417A1
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optical
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PCT/DE1995/001757
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Norbert Grote
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HEINRICH-HERTZ-INSTITUT FüR NACHRICHTENTECHNIK BERLIN GMBH
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    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B10/00Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/40Transceivers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/12Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof structurally associated with, e.g. formed in or on a common substrate with, one or more electric light sources, e.g. electroluminescent light sources, and electrically or optically coupled thereto
    • H01L31/125Composite devices with photosensitive elements and electroluminescent elements within one single body
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/026Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
    • H01S5/0262Photo-diodes, e.g. transceiver devices, bidirectional devices
    • HELECTRICITY
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    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/10Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]

Definitions

  • the invention relates to a transmitter / receiver arrangement, which is provided in the form of two complementary types for an optical duplex system with two operating wavelengths to be transmitted in opposite directions via an optical fiber and whose transmitting laser and receiving diode are optically in series and based on III -V materials with different transmission or absorption properties with respect to the two operating wavelengths are constructed.
  • Optical fibers which are operated bidirectionally as optical connecting lines in the subscriber level, with a first light wavelength ⁇ ⁇ in one direction and a second light wavelength ⁇ 2 in the opposite direction, enable collision-free two-way communication traffic.
  • two transmitter and two receiver types are required, which are mutually assigned and each designed for one or the other light wavelength.
  • Wavelength range 1300 nm transmission direction between 1270 nm and 1300 nm, reception direction between 1310 nm and 1340 nm) and for receiving a
  • the optical waveguides with the couplers formed from them require space.
  • the transmitter laser for 1300 nm with a monitor diode is located at one end of an optical waveguide.
  • Five further waveguide ends form one of the network-side chip / fiber interfaces , two others lead to the receive diode components for 1300 nm and 1530 nm
  • III-V materials used with different amplification or vapor properties for different light wavelengths lead to considerable structural simplifications compared to PIC concepts, the interferometer and / or grating arrangements, couplers and other passive Need elements in addition to the transmit lasers and receive diodes.
  • complex chip production and high-precision micromechanical adjustments are still required at the chip / fiber interface.
  • the invention is based on the technical problem of reducing both the adjustment and the manufacturing outlay, further increasing the area yield of wafers, hybrid and integrated structures and testability of the chips already on the wafer and completely polarization-independent operation of the transmitters / Allow receiver arrangement.
  • the solution according to the invention for a transmitter-receiver arrangement of the type mentioned initially provides that the transmitter laser and the receiver diode consist of layers of material which are oriented essentially perpendicular to the common optical axis.
  • the required structuring within the chip boundaries is considerably less complex than in horizontal arrangements and thus requires less manufacturing effort.
  • the chip area is extremely small in terms of absolute space requirements, for example (0.3 x 0.3) mni * . All optical and electrical connections can be arranged on the top and bottom of the chips, so they are freely accessible at all times. Since the transmission and absorption properties of the material layers used for the transmitting laser and receiving diode are polarization-independent and an efficient fiber can be coupled in and small chip areas can be implemented, the transmitter / receiver arrangement according to the invention can be operated completely independently of the polarization.
  • the two operating wavelengths are separated without special optical filters due to the transparency of semiconductor layers above and the absorption below the band edge wavelength.
  • a wavelength difference of not significantly less than 250 nm in the wavelength range between 1.3 ⁇ m and 1.6 ⁇ m values of greater than 40 dB can be achieved for the ratio of absorption and transmission.
  • Such transmitter / receiver chips are key components, can be produced at low cost due to the vertical integration structure in large numbers per wafer, for example 20,000 pieces per 2-inch wafer, and in principle with regard to the monomodal transmitter lasers with integrated electrical driver stage and with regard to the receiving diodes Equip photodiodes with a downstream electronic amplifier stage
  • the transmission laser is designed as a surface-emitting component. Because of the low divergence of the emitted light, the tolerance limits for an efficient fiber coupling in such a component are large.
  • such surface-emitting transmission lasers can be formed with a vertical resonator whose mirror layers consist of material layers lying parallel to the laser layer.
  • transmitter / receiver arrangements according to the invention and their advantageous design forms mentioned above represents a basic concept for further modifications.
  • a medium that is transparent for both operating wavelengths can be arranged between the transmitting laser and the receiving diode.
  • a medium represents e.g. Air, through which the operating temperature can be influenced as a cooling medium.
  • the transmitting laser and the receiving diode can be monolithically integrated on a chip, whereby they are arranged on the same or on opposite sides of a common substrate.
  • the channel spacing is 250 nm, so that the separation of and return channel in the transmitter / receiver arrangements can be brought about due to the different optical transmission or absorption properties of the materials in question for the transmission laser and the receiving diode.
  • the 'high-pass' behavior of III-V materials leads to that in the complementary ones
  • Types of transmitter / receiver arrangements are those components which are designed for the shorter operating wavelength, must be located at the fiber / chip interface and have to transmit the longer-wave light to the optically arranged components
  • Chip assemblies consist for example of one type in a) (T ⁇ ⁇ .2)
  • the substrate made of InP and - A detector layer made of InGaAs for 1550 nm, in addition a filter layer with a cut-off wavelength between about 1350 nm and 1400 nm is provided directly on the top and / or bottom of the InP substrate for absorption of the rear residual light radiation of the laser can be, and with the other type b) (T ⁇ 2 / ⁇ * ⁇ l) off - a laser diode for 1550 nm with a vertical resonator,
  • a detector layer made of InGaAsP or InGaAlAs for 1300 nm at the chip / fiber interface
  • the importance of the invention is also evident in the fact that for types of duplex systems, one type - a) or b) - for the equipment of all subscriber stations and the other type - b) or a) - of the transmitter / receiver arrangements for the equipment of one Switching point can be provided.
  • the electrical signals with which the transmission lasers located in a chip are optically arranged in series or which deliver the receiving diodes are in the subscriber stations the relevant signal sources, e.g. microphone, camera, or signal sinks, e.g. speakers, Screen, assigned in the exchange these signals are fed from the relevant receiving diodes via a switching matrix to the transmission lasers, so that any point-to-point connections between two - or more - subscriber stations can be realized
  • identical transmitter / receiver chips of the one type are to be provided at all subscriber stations and also identical transmitter / receiver chips of the other, complementary type are to be provided in the switching center, each type of chip being required in terms of the number of subscriber stations
  • 1 shows a block diagram for optical wavelength duplex traffic over the same fiber between two stations which are equipped with complementary transmitter / receiver chips
  • FIG. 2 shows a block diagram of a duplex system for any number of subscriber stations, all subscriber stations being equipped with one type of identical transceiver chip and one switching center with another complementary type of identical transceiver chip, and
  • FIG. 3 shows a cross-sectional representation - for an example of the invention - the designs of the two chip types of complementary, monolithically integrated transmitter / receiver arrangements in a vertical integration structure using "vertical cavity” laser diodes
  • FIG. 1 shows two types of complementary transmitter / receiver arrangements for optical wavelength duplex traffic, each of which has a transmitting laser T and a receiving diode R in optical series connection.
  • the outgoing and return channels are implemented by means of two operating wavelengths ⁇ j, ⁇ via an optical fiber
  • any number of subscriber stations are equipped with identical transmitter / receiver arrangements and are connected to one another by separate optical fibers
  • the exchange is complementary with the Type, also identical transmitter / receiver arrangements and built with a switching matrix E.
  • the electrical signals supplied by the receiving diodes R ( ⁇ ) reach the inputs of this switching matrix E and are switched through there to the output of the switching matrix E that leads to the transmission laser T (2) that is responsible for the selected connection.
  • the structure and function of the switching center is independent of the signal transmission in the optical area between the individual subscriber stations and the switching center.
  • the subscriber stations send their optical signals in the channel with the operating wavelength ⁇ j to the exchange and receive from there the optical signals intended for them in the channel with the operating wavelength X2 * - * ⁇ re transmitter / receiver chips accordingly contain receiving diodes R ( ⁇ 2 und - - transmitting lasers T (j) in optical series connection.
  • the respective sense of direction of the two channels with the operating wavelengths X ⁇ and ⁇ in the optical fibers is then reversed compared to the example shown in FIG. 2.
  • FIG 3 illustrates the structure and mode of operation of the two complementary transmitter-receiver chip types for optical wavelength duplex traffic shown as an example for the invention.
  • the transmission lasers ⁇ ⁇ l, ⁇ ⁇ 2 are on the top of an InP substrate S and the ones on the bottom
  • any medium, including air, that is transparent for both operating wavelengths can be arranged.
  • the optical wave generated in the laser layer of the transmission laser T ⁇ j initially spreads to both sides in the vertical direction, but is reflected in a mirror layer between the laser layer and the substrate. Another mirror layer above the laser layer is partially transparent, so that both the laser resonance conditions can be met and the radiation can be carried out with sufficient optical power for the application.
  • Operating wavelength ⁇ 2 1.55 ⁇ m occurs at the same chip / fiber interface, penetrates the latter and the InP substrate S due to the low absorption of longer-wave light in the material layers of the shorter-wave laser T ⁇ j and reaches the InGaAs consisting of ternary material, the receiving diode R ⁇ 2 forming layer is a prerequisite that the spectral reflection curves of
  • the transmission laser T 2 is open the top with a highly reflective layer and a partially transparent mirror layer between the laser layer and InP substrate S.
  • Operating wavelength ⁇ l 1.3 ⁇ m comes directly from the optical fiber L into the receiving diode R ⁇ 2 formed from the quaternary layer and is absorbed there, i.e. optically / electrically converted.
  • the thickness of the quaternary layer must be selected so that complete absorption is ensured
  • the function of the monomodal lasers of the transmitter / receiver arrangements are not influenced by light of the other operating wavelength
  • Filter layer F are provided, the cut-off wavelength of which is approximately between 1350 nm and 1400 nm.
  • the quaternary layer for the receiving diode R ⁇ j has the corresponding cutoff wavelength of between approximately 1350 nm and
  • electrical driver stages for the transmission lasers T and amplifier stages for the receiving diodes R can be integrated. All connections, both the optical and the electrical ones, can be arranged in the vertical integration structure of these chips on their upper or lower side and thus enable the chips to be tested directly during and / or after completion on the wafer.
  • the fiber / chip coupling does not require tight tolerances, so it can be done with little effort.

Abstract

Sender-receiver arrays, with transmitting lasers (T) and receiving diodes (R) made from group III-V elements and arranged optically in series, must be easy to adjust and manufacture, have a high wafer surface yield, and facilitate on-wafer testing and completely polarisation-independent operation. The transceivers according to the invention have the form of two complementary types and have a vertical integration structure, i.e. transmitting lasers (Tμ1, Tμ2) and receiving diodes (Rμ2, Rμ1) constituted of layers of material which are aligned substantially vertically relative to the common optical axis, are located preferably on opposite faces of a common substrate (S) and have only one fibre/chip interface each. Splitting of the two operating wavelengths (μ1, μ2) is achieved by exploiting the different transmission and absorption characteristics of the group III-V materials with respect to the two operating wavelengths. Both types are identical in construction, so that all subscriber stations can be equipped with the one type and an associated switching point can be equipped with the other type.

Description

Sender/Empfänger- Anordnung für ein optisches Duplexsystem Transmitter / receiver arrangement for an optical duplex system
Beschreibungdescription
Die Erfindung bezieht sich auf eine Sender/Empfänger-Anordnung, die in Form zweier komplementärer Typen für ein optisches Duplexsystem mit zwei in entgegengesetzten Richtungen über eine Lichtleitfaser zu übertragenden Betriebswellenlangen vorgesehen ist und deren Sendelaser und Empfangsdiode optisch in Reihe liegen und auf der Basis von III-V-Materialien mit unterschiedlichen Transmissions- bzw. Absorptionseigenschaften bezüglich der beiden Betriebswellenlängen aufgebaut sind.The invention relates to a transmitter / receiver arrangement, which is provided in the form of two complementary types for an optical duplex system with two operating wavelengths to be transmitted in opposite directions via an optical fiber and whose transmitting laser and receiving diode are optically in series and based on III -V materials with different transmission or absorption properties with respect to the two operating wavelengths are constructed.
Lichtleitfasern, die als optische Anschlußleitungen in der Teilnehmerebene bidirektional, mit einer ersten Lichtwellenlänge λ\ in der einen und einer zweiten Lichtwellenlänge λ2 in der dazu entgegengesetzten Richtung, betrieben werden, ermöglichen kollisionsfreien nachrichtentechnischen Gegenverkehr. Für Punkt-zu-Punkt- Verbindungen werden dazu jeweils zwei Sender- sowie zwei Empfängertypen benötigt, die wechselseitig einander zugeordnet und jeweils auf die eine bzw. die andere Lichtwellenlänge ausgelegt sind.Optical fibers, which are operated bidirectionally as optical connecting lines in the subscriber level, with a first light wavelength λ \ in one direction and a second light wavelength λ2 in the opposite direction, enable collision-free two-way communication traffic. For point-to-point connections, two transmitter and two receiver types are required, which are mutually assigned and each designed for one or the other light wavelength.
Bei derartigen optoelektronischen Systemen zielen im allgemeinen die Bestrebungen, kostengünstige und funktioneil hervorragende Lösungen zur Verfügung stellen zu können, auf die Einsetzbarkeit integrierter Schaltungen (optoelectronic integrated circuit - OEIC; photonic integrated circuit - PIC) ab. Auch dabei erfordern mikromechanische Justierungen, insbesondere an den Faser/Chip- Schnittstellen einen nicht zu unterschätzenden Aufwand.In the case of such optoelectronic systems, the endeavors to be able to provide cost-effective and functionally excellent solutions generally aim at the usability of integrated circuits (optoelectronic integrated circuit (OEIC); photonic integrated circuit - PIC). Here, too, micromechanical adjustments, particularly at the fiber / chip interfaces, require effort that should not be underestimated.
Anläßlich der "Integrated Photonics Research (IPR)"-Konferenz, 17. bis 19. Februar 1994, San Francisco, USA, wurde von R. Matz et al über "Development of a Photonic Integrated Transceiver Chip for WDM Transmission" berichtet (vgl. Postdeadline Paper PD 1, Seiten 1 bis 3). Die eine Form der benötigten beiden komplementären Typen, zu der Einzelheiten bekanntgegeben wurden, enthält den Sendelaser für 1530 nm und eine ihm zugeordnete Monitordiode, einen wellenlängenselektiven Richtkoppler und die Empfangsdiode für 1300 nm. Im Vergleich zu hybriden mikrooptischen Aufbauten bietet ein solcher Chip durch die Verlagerung eines großen Teiles des Justageaufwandes in die lithographische Chipherstellung zwar beachtliche Erleichterungen, jedoch ist die Flächenausbeute von Wafern mit Chipabmessungen von 4 mm x 0,6 mm nicht besonders hoch, und der Herstellungsaufwand eines solchen planaren (= horizontalen) OEIC's ist betrachtlichAt the "Integrated Photonics Research (IPR)" conference, February 17-19, 1994, San Francisco, USA, R. Matz et al reported on "Development of a Photonic Integrated Transceiver Chip for WDM Transmission" (cf. Postdeadline Paper PD 1, pages 1 to 3). One form of the two complementary types required, for which details have been disclosed, contains the transmit laser for 1530 nm and a monitor diode assigned to it, a wavelength-selective directional coupler and the receive diode for 1300 nm. In comparison to hybrid micro-optical structures, such a chip offers through displacement A large part of the adjustment effort in the lithographic chip production, although considerable relief, but the area yield of wafers with chip dimensions of 4 mm x 0.6 mm is not particularly high, and the manufacturing cost of such a planar (= horizontal) OEIC's is considerably
Etwas anders als der vorstehend erwähnte Chip sind die bei der selben Konferenz von A C Carter vorgestellten Losungen (vgl Proc of IPR Paper # 26/ThC 1, ThC 1/27 undThe solutions presented by A C Carter at the same conference are a little different from the chip mentioned above (see Proc of IPR Paper # 26 / ThC 1, ThC 1/27 and
28 ThC 1-3) gestaltet Wenn auch verbal knapp erläutert, so doch zeichnerisch informativ dargestellt ist in dieser Veröffentlichung eine Komponente einer28 ThC 1-3) designed Although verbally briefly explained, it is represented in a graphically informative way in this publication a component of a
Teilnehmeranschlußschaltung, die für eine bidirektionale Telefonverbindung imSubscriber circuit, which for a bidirectional telephone connection in the
Wellenlangenbereich 1300 nm (Senderichtung zwischen 1270 nm und 1300 nm, Empfangsrichtung zwischen 1310 nm und 1340 nm) und zum Empfang einesWavelength range 1300 nm (transmission direction between 1270 nm and 1300 nm, reception direction between 1310 nm and 1340 nm) and for receiving a
Breitbanddienstes im Wellenlangenbereich 1530 nm ausgelegt ist Den größtenBroadband service in the 1530 nm wavelength range is the largest
Platzbedarf erfordern dort bei einer Chiplange der Komponente von 3,75 mm die optischen Wellenleiter mit den daraus gebildeten Kopplern Der Sendelaser für 1300 nm mit einer Monitordiode befindet sich an einem Ende eines optischen Wellenleiters Von fünf weiteren Wellenleiterenden bildet eines die netzseitige Chip/Faser-Schnittstelle, zwei andere führen zu den Empfangsdiodenkomponenten für 1300 nm und 1530 nmWith a chip length of the component of 3.75 mm, the optical waveguides with the couplers formed from them require space. The transmitter laser for 1300 nm with a monitor diode is located at one end of an optical waveguide. Five further waveguide ends form one of the network-side chip / fiber interfaces , two others lead to the receive diode components for 1300 nm and 1530 nm
Besonders unter Berücksichtigung von Sachzwangen, denen derartige Entwicklungen im allgemeinen unterliegen, beispielsweise Anforderungen bezuglich Kompatibilität mit bereits bewahrten, in der Produktion befindlichen Komponenten, übergeordnete Konzeptvorstellungen wie auch subjektive Vorstellungen von Forschern und Entwicklern u dgl , lassen sich aus den vorstehend beispielhaft ausgewählten Veröffentlichungen zwei Entwicklungstendenzen erkennen Die eine ist auf hybride mikrooptische Aufbauten, die andere auf möglichst weitgehende Integration in horizontalen Strukturen ausgerichtetParticularly taking into account the constraints to which such developments are generally subject, for example requirements regarding compatibility with components that have already been preserved, components that are in production, overarching conceptual ideas as well as subjective ideas of researchers and developers and the like, two development tendencies can be derived from the publications selected above as examples Recognize One is aimed at hybrid micro-optical structures, the other at integration in horizontal structures as far as possible
Eine weitere Richtung, die den Stand der Technik bildet, von dem die Erfindung ausgeht, ist bekannt aus "Proc Internat Semiconductor Laser Conf ", DAVOS-CH (1990) K-4 Seiten 166/167 Dort wird unter der Bezeichnung "Simple In-Line Bi- Directional 1 5 μm/1 3 μm Transceivers" von T L Koch et al über exemplarische photonische integrierte Schaltungen berichtet, deren Architektur auf der Planartechnologie beruht Die dort angewendete optische Reihenschaltung der in einer horizontalen Integrationsstruktur nebeneinander angeordneten Komponenten (Sendelaser/Empfangsdiode) und die verwendeten III-V-Materialien mit unterschiedlichen Verstarkungs- bzw Dampfüngseigenschaften für unterschiedliche Lichtwellenlangen führen zu erheblichen Strukturvereinfachungen gegenüber PIC- Konzepten, die Interferometer und/oder Gitteranordnungen, Koppler und andere passive Elemente zusätzlich zu den Sendelasern und Empfangsdioden benötigen. Allerdings sind auch bei diesem Stand der Technik noch eine aufwendige Chipherstellung sowie an der Chip/Faser-Schnittstelle hochgenaue mikromechanische Justagen erforderlich.A further direction which forms the prior art from which the invention is based is known from "Proc Internat Semiconductor Laser Conf", DAVOS-CH (1990) K-4 pages 166/167. Line Bi-Directional 1 5 μm / 1 3 μm Transceivers "by TL Koch et al reports on exemplary photonic integrated circuits, the architecture of which is based on planar technology. The optical series connection used there of the components arranged next to one another in a horizontal integration structure (transmitting laser / receiving diode) and The III-V materials used with different amplification or vapor properties for different light wavelengths lead to considerable structural simplifications compared to PIC concepts, the interferometer and / or grating arrangements, couplers and other passive Need elements in addition to the transmit lasers and receive diodes. However, even with this prior art, complex chip production and high-precision micromechanical adjustments are still required at the chip / fiber interface.
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung das technische Problem zugrunde, sowohl den Justage- als auch den Herstellungsaufwand zu verringern, die Flächenausbeute von Wafern weiter zu erhöhen, hybride und integrierte Aufbauten sowie eine Testbarkeit der Chips bereits auf dem Wafer und einen vollständig polarisationsunabhängigen Betrieb der Sender/Empfänger-Anordnung zu ermöglichen.Proceeding from this, the invention is based on the technical problem of reducing both the adjustment and the manufacturing outlay, further increasing the area yield of wafers, hybrid and integrated structures and testability of the chips already on the wafer and completely polarization-independent operation of the transmitters / Allow receiver arrangement.
Die erfindungsgemäße Lösung für eine Sender Empfänger-Anordnung der eingangs genannten Art sieht vor, daß der Sendelaser und die Empfangsdiode aus Material schichten bestehen, die im wesentlichen senkrecht zur gemeinsamen optischen Achse ausgerichtet sind.The solution according to the invention for a transmitter-receiver arrangement of the type mentioned initially provides that the transmitter laser and the receiver diode consist of layers of material which are oriented essentially perpendicular to the common optical axis.
In einer derartigen vertikalen Anordnung weisen die erforderlichen Strukturierungen innerhalb der Chipgrenzen im Vergleich mit horizontalen Anordnungen eine wesentlich geringere Komplexität auf und erfordern somit einen geringeren Herstellungsaufwand. Die Chipfläche ist hinsichtlich des absoluten Flächenbedarfs mit z.B. (0,3 x 0,3) mni*- äußerst gering. Alle optischen und elektrischen Anschlüsse lassen sich auf der Ober¬ bzw. Unterseite der Chips anordnen, sind also jederzeit frei zugänglich. Da die Transmissions- und Absorptionseigenschaften der für Sendelaser und Empfangsdiode eingesetzten Materialschichten polarisationsunabhängig sind und eine effiziente Faser einkoppluπ^ sowie kleine Chipflächen realisiert werden können, ist ein vollständig polarisationsunabhängiger Betrieb der erfindungsgemäßen Sender/Empfänger- Anordnung möglich.In such a vertical arrangement, the required structuring within the chip boundaries is considerably less complex than in horizontal arrangements and thus requires less manufacturing effort. The chip area is extremely small in terms of absolute space requirements, for example (0.3 x 0.3) mni * . All optical and electrical connections can be arranged on the top and bottom of the chips, so they are freely accessible at all times. Since the transmission and absorption properties of the material layers used for the transmitting laser and receiving diode are polarization-independent and an efficient fiber can be coupled in and small chip areas can be implemented, the transmitter / receiver arrangement according to the invention can be operated completely independently of the polarization.
Die Trennung der beiden Betriebswellenlängen erfolgt ohne besondere optische Filter infolge der Transparenz von Halbleiterschichten oberhalb und der Absorption unterhalb der Bandkantenwellenlänge. Bei einem Wellenlängenunterschied von nicht wesentlich unter 250 nm im Wellenlängenbereich zwischen 1,3 μm und 1,6 μm sind für das Verhältnis von Absorption und Transmission Werte von größer 40 dB erreichbar.The two operating wavelengths are separated without special optical filters due to the transparency of semiconductor layers above and the absorption below the band edge wavelength. With a wavelength difference of not significantly less than 250 nm in the wavelength range between 1.3 μm and 1.6 μm, values of greater than 40 dB can be achieved for the ratio of absorption and transmission.
Die Randbedingung, daß der Kanalabstand 250 nm Wellenlängenunterschied im genannten Spektralbereich nicht wesentlich unterschritten werden sollte, läßt sich bei einem optischen Duplexsystem ohne Schwierigkeiten erfüllen. Derartige Sender/Empfanger-Chips sind Schlüsselbauelemente, lassen sich infolge der vertikalen Integrationsstruktur in großer Anzahl pro Wafer, z.B. 20.000 Stück pro 2- Zoll-Wafer, mit geringen Kosten herstellen und prinzipiell bezüglich der monomodalen Sendelaser mit integrierter elektrischer Treiberstufe sowie bezüglich der Empfangsdioden als Photodioden mit nachgeschalteter elektronischer Verstärkerstufe ausrüstenThe boundary condition that the channel spacing should not fall significantly below the 250 nm wavelength difference in the spectral range mentioned can be met without difficulty in an optical duplex system. Such transmitter / receiver chips are key components, can be produced at low cost due to the vertical integration structure in large numbers per wafer, for example 20,000 pieces per 2-inch wafer, and in principle with regard to the monomodal transmitter lasers with integrated electrical driver stage and with regard to the receiving diodes Equip photodiodes with a downstream electronic amplifier stage
Besonders vorteilhafte Ausbildungsformen der Erfindung ergeben sich dadurch, daß der Sendelaser als oberflachenemittierende Komponente ausgebildet ist Wegen der geringen Divergenz des abgestrahlten Lichtes sind die Toleranzgrenzen für eine effiziente Faserankopplung bei einer derartigen Komponente groß.Particularly advantageous embodiments of the invention result from the fact that the transmission laser is designed as a surface-emitting component. Because of the low divergence of the emitted light, the tolerance limits for an efficient fiber coupling in such a component are large.
Insbesondere können solche oberflächenemittierenden Sendelaser bei Ausbildungsformen der Erfindung mit einem vertikalen Resonator ausgebildet sein, dessen Spiegelschichten aus als zur Laserschicht parallel liegenden Materialschichten bestehen.In particular, in the case of embodiments of the invention, such surface-emitting transmission lasers can be formed with a vertical resonator whose mirror layers consist of material layers lying parallel to the laser layer.
Der Aufbau von Sender/Empfanger-Anordnungen nach der Erfindung und ihren oben genannten vorteilhaften Ausbildungsformen stellt ein Grundkonzept für weitere Modifikationen dar. Beispielsweise kann zwischen dem Sendelaser und der Empfangsdiode ein für beide Betriebswellenlängen transparentes Medium angeordnet sein. Ein solches Medium stellt z.B. Luft dar, über die als Kühlmedium die Betriebstemperatur beeinflußbar ist. Alternativ dazu können der Sendelaser und die Empfangsdiode monolithisch auf einem Chip integriert sein, wobei sie auf derselben oder auf einander gegenüberliegenden Seiten eines gemeinsamen Substrats, angeordnet sind.The construction of transmitter / receiver arrangements according to the invention and their advantageous design forms mentioned above represents a basic concept for further modifications. For example, a medium that is transparent for both operating wavelengths can be arranged between the transmitting laser and the receiving diode. Such a medium represents e.g. Air, through which the operating temperature can be influenced as a cooling medium. Alternatively, the transmitting laser and the receiving diode can be monolithically integrated on a chip, whereby they are arranged on the same or on opposite sides of a common substrate.
Für den Duplexverkehr über eine gemeinsame Lichtleitfaser ist es zweckmäßig, die Betriebswellenlangen λ\ = 1300 nm und λ2 = 1550 nm und demgemäß die beiden komplementären Typen - a) T χ\/Rχ2 m*t Lichtleitfaseranschluß am Sendelaser T und b): T χ2 ^*λl rrι*-t Lichtleitfaseranschluß an der Empfangsdiode R λ2 " vorzusehen Diese Betriebswellenlangen sind sowohl bei herkömmlichen Lichtleitfasern auf Quarzbasis als auch bei Sendelasern und Photodioden als Empfangsdioden vor allem in Telekommunikationsanwendungen üblich Der Kanalabstand beträgt 250 nm, so daß die Trennung von Hin- und Rückkanal in den Sender/Empfanger- Anordnungen aufgrund der unterschiedlichen optischen Transmissions- bzw. Absorptionseigenschaften der betreffenden Materialien für Sendelaser und Empfangsdiode herbeigeführt werden kann Das ' Hochpaß"-Verhalten von III-V-Materialien führt dazu, daß in den komplementären Typen der Sender/Empfanger- Anordnungen diejenigen Komponenten, die auf die kürzere Betriebswellenlange ausgelegt sind, sich an der Faser/Chip-Schnittstelle befinden müssen und das langerwelligere Licht zu den optisch in Reihe liegenden Komponenten durchzulassen habenFor duplex traffic over a common optical fiber, it is expedient to use the operating wavelengths λ \ = 1300 nm and λ2 = 1550 nm and accordingly the two complementary types - a) T χ \ / Rχ2 m * t optical fiber connection at the transmission laser T and b): T χ2 ^ * λl rrι * - t optical fiber connection to be provided on the receiving diode R λ2 "These operating wavelengths are common both in conventional quartz-based optical fibers and in transmitting lasers and photodiodes as receiving diodes, especially in telecommunications applications. The channel spacing is 250 nm, so that the separation of and return channel in the transmitter / receiver arrangements can be brought about due to the different optical transmission or absorption properties of the materials in question for the transmission laser and the receiving diode. The 'high-pass' behavior of III-V materials leads to that in the complementary ones Types of transmitter / receiver arrangements are those components which are designed for the shorter operating wavelength, must be located at the fiber / chip interface and have to transmit the longer-wave light to the optically arranged components
Chip- Aufbauten bestehen z B beim einem Typ a) (T χι χ.2) aus Chip assemblies consist for example of one type in a) (T χι χ.2)
- einer Laserdiode für 1300 nm mit vertikalem Resonator ("vertical cavity" - VC - Laser) an der Chip/Faser-Schnittstelle,a laser diode for 1300 nm with a vertical resonator ("vertical cavity" - VC - laser) at the chip / fiber interface,
- dem Substrat aus InP und - einer Detektor schicht aus InGaAs für 1550 nm wobei zudem eine Filterschicht mit einer Grenzwellenlange zwischen etwa 1350 nm und 1400 nm direkt auf der Ober- und/oder Unterseite des InP-Substrats zur Absorption der rückwärtigen Restlichtstrahlung des Lasers vorgesehen sein kann, und beim anderen Typ b) (T λ2/^*λl) aus - einer Laserdiode für 1550 nm mit vertikalem Resonator,- The substrate made of InP and - A detector layer made of InGaAs for 1550 nm, in addition a filter layer with a cut-off wavelength between about 1350 nm and 1400 nm is provided directly on the top and / or bottom of the InP substrate for absorption of the rear residual light radiation of the laser can be, and with the other type b) (T λ2 / ^ * λl) off - a laser diode for 1550 nm with a vertical resonator,
- dem Substrat aus InP und- The substrate made of InP and
- einer Detektorschicht aus InGaAsP oder InGaAlAs für 1300 nm an der Chip/Faser- Schnittstelle- A detector layer made of InGaAsP or InGaAlAs for 1300 nm at the chip / fiber interface
In diesem Zusammenhang ist auf die noch nicht abgeschlossene technologische Entwicklung hinzuweisen, langwellige VC-Laser für den Wellenlangenbereich von ca 1,3 μm bis 1,6 μm mit brauchbaren optischen Ausgangsleistungen im Dauerstrichbetrieb bei Raumtemperatur bereitzustellen Dazu werden hochreflektierende Halbleiter- Braggspiegel benotigt, für die prinzipiell verschiedene Schichtkombinationen aus den Materialsystemen InGaAsP und InGaAlAs oder auch aus Nicht-III-V-Materialien verwendet werden können Ein attraktiver Losungseinsatz besteht auch darin, derartige Spiegelschichten mit hohen Brechzahlunterschieden aus Sb-haltigen III-V-Materialien, deren Kristallgitter zum InP-Gitter angepaßt ist, herzustellenIn this context, reference should be made to the not yet completed technological development of providing long-wave VC lasers for the wavelength range from approx. 1.3 μm to 1.6 μm with usable optical output powers in continuous wave mode at room temperature. Highly reflective semiconductor Bragg mirrors are required for this in principle, different layer combinations from the material systems InGaAsP and InGaAlAs or also from non-III-V materials can be used is adapted to manufacture
Die Bedeutung der Erfindung zeigt sich auch darin, daß für Ausbildungsformen von Duplexsystemen der eine Typ - a) oder b) - für die Ausrüstung aller Teilnehmerstationen und der andere Typ - b) oder a) - der Sender/Empfanger-Anordnungen für die Ausrüstung einer Vermittlungsstelle vorgesehen sein können Die elektrischen Signale, mit denen die in einem Chip befindlichen, optisch in Reihe liegenden Sendelaser angesteuert werden bzw die die Empfangsdioden liefern, sind in den Teilnehmerstationen den betreffenden Signalquellen, z B Mikrofon, Kamera, bzw Signalsenken, z B Lautsprecher, Bildschirm, zugeordnet In der Vermittlungsstelle werden diese Signale von den betreffenden Empfangsdioden über ein Koppelfeld den Sendelasern zugeführt, so daß beliebige Punkt-zu-Punkt- Verbindungen zwischen jeweils zwei - oder mehreren - Teilnehmerstationen realisiert werden könnenThe importance of the invention is also evident in the fact that for types of duplex systems, one type - a) or b) - for the equipment of all subscriber stations and the other type - b) or a) - of the transmitter / receiver arrangements for the equipment of one Switching point can be provided. The electrical signals with which the transmission lasers located in a chip are optically arranged in series or which deliver the receiving diodes are in the subscriber stations the relevant signal sources, e.g. microphone, camera, or signal sinks, e.g. speakers, Screen, assigned in the exchange these signals are fed from the relevant receiving diodes via a switching matrix to the transmission lasers, so that any point-to-point connections between two - or more - subscriber stations can be realized
In einem solchen Duplexsystem sind damit baugleiche Sender/Empfanger-Chips des einen Typs bei allen Teilnehmerstationen sowie ebenfalls baugleiche Sender/Empfanger- Chips des anderen, komplementären Typs in der Vermittlungsstelle vorzusehen, wobei jeder Chiptyp in der Anzahl der Teilnehmerstationen benötigt wirdIn such a duplex system, identical transmitter / receiver chips of the one type are to be provided at all subscriber stations and also identical transmitter / receiver chips of the other, complementary type are to be provided in the switching center, each type of chip being required in terms of the number of subscriber stations
In der Zeichnung sind Ausbildungsformen der Erfindung schematisch dargestellt Dabei zeigenIn the drawing, embodiments of the invention are shown schematically
Fig 1 ein Blockschaltbild für optischen Wellenlangenduplex- Verkehr über dieselbe Faser zwischen zwei Stationen, die mit komplementären Sender/Empfanger- Chips ausgerüstet sind,1 shows a block diagram for optical wavelength duplex traffic over the same fiber between two stations which are equipped with complementary transmitter / receiver chips,
Fig 2 ein Blockschaltbild eines Duplexsystems für beliebig viele Teilnehmerstationen, wobei alle Teilnehmerstationen mit einem Typ baugleicher Sender/Empfanger- Chips und eine Vermittlungsstelle mit einem anderen komplementären Typ ebenfalls baugleicher Sender-Empfanger-Chips ausgerüstet sind, und2 shows a block diagram of a duplex system for any number of subscriber stations, all subscriber stations being equipped with one type of identical transceiver chip and one switching center with another complementary type of identical transceiver chip, and
Fig 3 in Querschnittsdarstellung - für ein Beispiel der Erfindung - die Ausbildungen der beiden Chip-Typen komplementärer, monolithisch integrierter Sender/Empfanger-Anordnungen in vertikaler Integrationsstruktur unter Verwendung von "vertical cavity"-Laserdioden3 shows a cross-sectional representation - for an example of the invention - the designs of the two chip types of complementary, monolithically integrated transmitter / receiver arrangements in a vertical integration structure using "vertical cavity" laser diodes
Das in Fig 1 dargestellte Blockschaltbild zeigt zwei Typen komplementärer Sender/Empfanger-Anordnungen für optischen Wellenlangenduplexverkehr, die jeweils einen Sendelaser T und eine Empfangsdiode R in optischer Reihenschaltung aufweisen Über eine Lichtleitfaser werden der Hin- und der Ruckkanal mittels zweier Betriebswellenlangen λj, λ realisiertThe block diagram shown in FIG. 1 shows two types of complementary transmitter / receiver arrangements for optical wavelength duplex traffic, each of which has a transmitting laser T and a receiving diode R in optical series connection. The outgoing and return channels are implemented by means of two operating wavelengths λj, λ via an optical fiber
Aus dem in Fig 2 dargestellten Blockschaltbild eines Wellenlangenduplexsystems ist zu erkennen, daß beliebig viele Teilnehmerstationen mit baugleichen Sender/Empfanger- Anordnungen ausgerüstet und durch separate Lichtleitfasern miteinander über eineIt can be seen from the block diagram of a wavelength duplex system shown in FIG. 2 that any number of subscriber stations are equipped with identical transmitter / receiver arrangements and are connected to one another by separate optical fibers
Vermittlungsstelle verbindbar sind Die Vermittlungsstelle ist mit dem komplementären Typ, ebenfalls unter sich baugleicher Sender/Empfänger-Anordnungen und mit einem Koppelfeld E aufgebaut.Exchange are connectable The exchange is complementary with the Type, also identical transmitter / receiver arrangements and built with a switching matrix E.
An die Eingänge dieses Koppelfeldes E gelangen die von den Empfangsdioden R(χχ) gelieferten elektrischen Signale und werden dort jeweils zu demjenigen Ausgang des Koppelfeldes E durchgeschaltet, der zu demjenigen Sendelaser T( 2) führt, der für die gewählte Verbindung zuständig ist. Der Aufbau und die Funktion der Vermittlungsstelle ist bezüglich der Signale im elektrischen Bereich unabhängig von der Signalübermittlung im optischen Bereich zwischen den einzelnen Teilnehmerstationen und der Vermittlungsstelle.The electrical signals supplied by the receiving diodes R (χχ) reach the inputs of this switching matrix E and are switched through there to the output of the switching matrix E that leads to the transmission laser T (2) that is responsible for the selected connection. With regard to the signals in the electrical area, the structure and function of the switching center is independent of the signal transmission in the optical area between the individual subscriber stations and the switching center.
Die Teilnehmerstationen senden ihre optischen Signale im Kanal mit der Betriebswellenlänge λj an die Vermittlungsstelle und empfangen von dort die für sie bestimmten optischen Signale im Kanal mit der Betriebswellenlänge X2 *-*ιre Sender/Empfanger-Chips enthalten demgemäß Empfangsdioden R(χ2 unt-* Sendelaser T( j) in optischer Reihenschaltung.The subscriber stations send their optical signals in the channel with the operating wavelength λj to the exchange and receive from there the optical signals intended for them in the channel with the operating wavelength X2 * - * ιre transmitter / receiver chips accordingly contain receiving diodes R (χ2 und - - transmitting lasers T (j) in optical series connection.
Es ist ohne weiteres möglich, bei Ausführungsformen der Erfindung die Sender/Empfänger-Chips der Teilnehmerstationen mit Empfangsdioden R(χι) und Sendelasern Υ(χι) und in der Vermittlungsstelle mit Empfangsdioden R(χ2) un(-' Sendelasern T(χj) vorzusehen. Damit kehrt sich dann der jeweilige Richtungssinn der beiden Kanäle mit den Betriebswellenlängen X\ und λ in den Lichtleitfasern gegenüber dem in Fig. 2 dargestellten Beispiel um.It is readily possible, in embodiments of the invention, the transmitter / receiver chips of the subscriber stations with receive diodes R (χι) and transmit lasers Υ (χι) and in the exchange with receive diodes R (χ2) un ( - 'transmit lasers T (χ j ) The respective sense of direction of the two channels with the operating wavelengths X \ and λ in the optical fibers is then reversed compared to the example shown in FIG. 2.
Mit Fig. 3 wird anhand der Querschnittsdarstellungen der als ein Beispiel für die Erfindung gezeigten beiden komplementären Sender Empfänger-Chiptypen für optischen Wellenlängenduplexverkehr deren Aufbau und Wirkungsweise verdeutlicht.3 illustrates the structure and mode of operation of the two complementary transmitter-receiver chip types for optical wavelength duplex traffic shown as an example for the invention.
Bei beiden Chiptypen sind jeweils auf der Oberseite eines InP-Substrats S die Sendelaser τ λl, τ λ2 (VCSEL yertical cavity surface emitting laser) und auf der Unterseite dieIn both chip types, the transmission lasers τ λl, τ λ2 (VCSEL yertical cavity surface emitting laser) are on the top of an InP substrate S and the ones on the bottom
Empfangsdioden R j^. R χi mit fluchtenden vertikalen optischen Achsen auf der Basis zueinander parallelliegender Materialschichten ausgebildet. Anstelle des Substrats S kann ein beliebiges, für beide Betriebswellenlängen transparentes Medium, auch Luft, angeordnet sein.Receive diodes R j ^. R χi with aligned vertical optical axes on the basis of mutually parallel material layers. Instead of the substrate S, any medium, including air, that is transparent for both operating wavelengths can be arranged.
Der Chip des einen Typs - in Fig. 3 links - ist auf die Betriebswellenlänge λ\ = 1,3 μm für den Sendekanal und auf die Betriebswellenlänge λ2 = 1,55 μm für den Empfangskanal ausgelegt. Die in der Laserschicht des Sendelasers Tχj erzeugte optische Welle breitet sich in vertikaler Richtung zunächst zwar nach beiden Seiten aus, wird aber in einer Spiegelschicht zwischen Laserschicht und Substrat reflektiert. Eine weitere Spiegelschicht oberhalb der Laserschicht ist teildurchlässig, so daß sowohl die Laserresonanzbedingungen erfüllt werden als auch die Abstrahlung mit für die Anwendung ausreichender optischer Leistung erfolgen kann Die erzeugte optische monomodale Welle mit der Wellenlange λj = 1,3 μm gelangt an der Chip/Faser- Schnittstelle in die Lichtleitfaser L.The chip of one type - on the left in FIG. 3 - is based on the operating wavelength λ \ = 1.3 μm for the transmission channel and on the operating wavelength λ2 = 1.55 μm for the Receiving channel designed. The optical wave generated in the laser layer of the transmission laser Tχj initially spreads to both sides in the vertical direction, but is reflected in a mirror layer between the laser layer and the substrate. Another mirror layer above the laser layer is partially transparent, so that both the laser resonance conditions can be met and the radiation can be carried out with sufficient optical power for the application. The generated optical monomodal wave with the wavelength λj = 1.3 μm reaches the chip / fiber Interface in the optical fiber L.
Die von der Lichtleitfaser L empfangene optische Welle mit derThe optical wave received by the optical fiber L with the
Betriebswellenlange λ2 = l,55 μm tritt an derselben Chip/Faser-Schnittstelle ein, durchdringt infolge der geringen Absorption von langerwelligerem Licht in den Materialschichten des kurzerwelligeren Lasers Tχj diesen sowie das InP-Substrat S und gelangt in die aus ternärem Material InGaAs bestehende, die Empfangsdiode Rχ2 bildende Schicht Voraussetzung ist aber, daß die spektralen Reflexionskurven derOperating wavelength λ2 = 1.55 μm occurs at the same chip / fiber interface, penetrates the latter and the InP substrate S due to the low absorption of longer-wave light in the material layers of the shorter-wave laser Tχ j and reaches the InGaAs consisting of ternary material, the receiving diode Rχ2 forming layer is a prerequisite that the spectral reflection curves of
Spiegelschichten so schmal sind, daß λ2 nicht reflektiert wird Dies schrankt dieMirror layers are so narrow that λ2 is not reflected This limits the
Materialauswahl für die Spiegelschichten einMaterial selection for the mirror layers
Der Chip des anderen Typs - in Fig 3 rechts - ist auf die Betriebswellenlange λ2 (= 1,55 μm) für den Sendekanal und auf die Betriebswellenlänge X\ (= 1,3 μm) für den Empfangskanal ausgelegt Hier ist der Sendelaser T 2 auf der Oberseite mit einer hochreflektierenden Schicht und einer teildurchlässigen Spiegelschicht zwischen Laserschicht und InP-Substrat S ausgebildet. Die erzeugte optische monomodale Welle der Wellenlange λ (= 1,55 μm) durchdringt das InP-Substrat S sowie eine quaternare Schicht mit einer Grenzwellenlange λg zwischen etwa 1,35 μm und 1,4 μm und gelangt sodann an der dort befindlichen Chip/Faser-Schnittstelle in die Lichtleitfaser LThe chip of the other type - on the right in FIG. 3 - is designed for the operating wavelength λ2 (= 1.55 μm) for the transmission channel and for the operating wavelength X \ (= 1.3 μm) for the reception channel. Here, the transmission laser T 2 is open the top with a highly reflective layer and a partially transparent mirror layer between the laser layer and InP substrate S. The generated optical monomodal wave of wavelength λ (= 1.55 μm) penetrates the InP substrate S and a quaternary layer with a cut-off wavelength λg between approximately 1.35 μm and 1.4 μm and then reaches the chip / fiber located there Interface in the optical fiber L
Die vom Sender/Empfanger-Chip dieses Typs zu empfangende optische Welle mit derThe optical wave to be received by the transmitter / receiver chip of this type with the
Betriebswellenlange λl = 1,3 μm tritt aus der Lichtleitfaser L kommend direkt in die aus der quaternaren Schicht gebildete Empfangsdiode Rχ2 ein und wird dort absorbiert, d h optisch/elektrisch gewandelt Die Dicke der quaternaren Schicht muß so gewählt werden, daß eine vollständige Absorption gewahrleistet istOperating wavelength λl = 1.3 μm comes directly from the optical fiber L into the receiving diode Rχ2 formed from the quaternary layer and is absorbed there, i.e. optically / electrically converted. The thickness of the quaternary layer must be selected so that complete absorption is ensured
Die monomodalen Laser der Sender/Empfanger-Anordnungen werden in ihrer Funktion durch Licht der anderen Betriebswellenlange nicht beeinflußt Hingegen sindThe function of the monomodal lasers of the transmitter / receiver arrangements are not influenced by light of the other operating wavelength
Photodioden vergleichsweise breitbandig, so daß Vorkehrungen zu treffen sind, die deren Ansprechen auf Licht der anderen Betriebswellenlange verhindern Beim Sender/Empfänger-Chip mit der Betriebswellenlänge λj = 1300 nm für den Sendelaser Tχi kann direkt auf der Ober- und/oder der Unterseite des InP-Substrats S eineComparatively broadband photodiodes, so that precautions must be taken to prevent their response to light from the other operating wavelength Transmitter / receiver chip with the operating wavelength λj = 1300 nm for the transmission laser Tχi can be directly on the top and / or bottom of the InP substrate S.
Filterschicht F vorgesehen werden, deren Grenzwellenlänge etwa zwischen 1350 nm und 1400 nm liegt. Die hohe Absorption unterhalb und die hohe Transmission oberhalb dieser Grenzwellenlänge gewährleistet, daß eine Reststrahlung durch die "eigene" ausgesendete optische Welle der Betriebswellenlänge λ\ = 1300 nm nicht zur Empfangsdiode Rχ2 der Betriebswellenlänge λ2 = 1550 nm gelangt. BeimFilter layer F are provided, the cut-off wavelength of which is approximately between 1350 nm and 1400 nm. The high absorption below and the high transmission above this limit wavelength ensure that residual radiation from the "own" emitted optical wave of the operating wavelength λ \ = 1300 nm does not reach the receiving diode Rχ2 of the operating wavelength λ2 = 1550 nm. At the
Sender/Empfänger-Chip des anderen Typs mit der Betriebswellenlänge λ2 - 1550 nm für den Sendelaser T^2 muß allerdings die quatemäre Schicht für die Empfangsdiode R χj von sich aus die entsprechende Grenzwellenlänge von zwischen etwa 1350 nm undTransmitter / receiver chip of the other type with the operating wavelength λ2 - 1550 nm for the transmitting laser T ^ 2, however, the quaternary layer for the receiving diode R χj has the corresponding cutoff wavelength of between approximately 1350 nm and
1400 nm aufweisen, damit nur Licht der Betriebswellenlänge λi = 1300 nm detektiert und das des "eigenen" Sendelasers Υ\2 mit der Betriebswellenlänge λ2 = 1550 nm transmittiert wird.1400 nm so that only light of the operating wavelength λi = 1300 nm is detected and that of the "own" transmission laser Υ \ 2 is transmitted with the operating wavelength λ2 = 1550 nm.
Nicht dargestellt und auch nicht näher zu erläutern ist, daß bei Ausbildungsformen der Erfindung elektrische Treiberstufen für die Sendelaser T und Verstärkerstufen für die Empfangsdioden R integrierbar sind. Alle Anschlüsse, sowohl der optische als auch die elektrischen, können in der vertikalen Integrationsstruktur dieser Chips auf deren Ober¬ bzw Unterseite angebracht sein und ermöglichen somit die Testbarkeit der Chips unmittelbar während und/oder nach der Fertigstellung auf dem Wafer. Die Faser/Chip- Kopplung erfordert keine engen Toleranzen, läßt sich also mit geringem Aufwand vornehmen. Weitere Vorzüge der Erfindung, insbesondere deren vollständige Polarisationsunempfindlichkeit, sind in den vorliegenden Unterlagen ausdrücklich erwähnt und können auch aus dem Zusammenhang entnommen werden. It is not shown and also cannot be explained in more detail that, in embodiments of the invention, electrical driver stages for the transmission lasers T and amplifier stages for the receiving diodes R can be integrated. All connections, both the optical and the electrical ones, can be arranged in the vertical integration structure of these chips on their upper or lower side and thus enable the chips to be tested directly during and / or after completion on the wafer. The fiber / chip coupling does not require tight tolerances, so it can be done with little effort. Further advantages of the invention, in particular its complete insensitivity to polarization, are expressly mentioned in the present documents and can also be taken from the context.

Claims

Patentansprüche claims
1 Sender/Empfanger-Anordnung, die in Form zweier komplementärer Typen für ein optisches Duplexsystem mit zwei in entgegengesetzten Richtungen über eine1 transmitter / receiver arrangement, which is in the form of two complementary types for an optical duplex system with two in opposite directions over one
Lichtleitfaser zu übertragenden Betriebswellenlangen vorgesehen ist und deren Sendelaser und Empfangsdiode optisch in Reihe liegen und auf der Basis von III- V- Materialien mit unterschiedlichen Transmissions- bzw Absorptionseigenschaften bezuglich der beiden Betriebswellenlangen aufgebaut sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Sendelaser (T) und die Empfangsdiode (R) aus Materialschichten bestehen, die im wesentlichen senkrecht zur gemeinsamen optischen Achse ausgerichtet sindOptical fiber to be transmitted operating wavelengths is provided and the transmission laser and receiving diode are optically in series and are built on the basis of III-V materials with different transmission or absorption properties with respect to the two operating wavelengths, characterized in that the transmission laser (T) and the receiving diode (R) consist of layers of material which are aligned substantially perpendicular to the common optical axis
2 Sender/Empfanger- Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sendelaser (T) als oberflachenemittierende Komponente ausgebildet ist2 transmitter / receiver arrangement according to claim 1, characterized in that the transmission laser (T) is designed as a surface-emitting component
3 Sender/Empfanger-Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der oberflachenemittierende Sendelaser (T) mit einem vertikalen Resonator (VC) ausgebildet ist3 transmitter / receiver arrangement according to claim 2, characterized in that the surface emitting transmission laser (T) is formed with a vertical resonator (VC)
4 Sender/Empfanger-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Sendelaser (T) und der Empfangsdiode (R) ein iar beide Betriebswellenlangen transparentes Medium angeordnet ist4 transmitter / receiver arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that between the transmission laser (T) and the receiving diode (R) a iar both operating wavelengths transparent medium is arranged
5 SenderEmpfanger-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sendelaser (T) und die Empfangsdiode (R) monolithisch auf einem Chip integriert sind5 transmitter-receiver arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized in that the transmitting laser (T) and the receiving diode (R) are monolithically integrated on a chip
6 Sender/Empfanger-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Sendelaser (T) und die Empfangsdiode (R) auf einander gegenuberiiegenden Seiten eines gemeinsamen Substrats angeordnet sind 6 transmitter / receiver arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized in that the transmitting laser (T) and the receiving diode (R) are arranged on opposite sides of a common substrate
7. Sender/Empfänger- Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Duplexsystem die beiden7. Transmitter / receiver arrangement according to one of claims 1 to 6, characterized in that the two in the duplex system
Betriebswellenlängen λ] = 1300 nm und λ2=1550 nm und demgemäß die komplementären Typen: - a): (Tχι/Rχ2 ) m^t Lichtleitfaseranschluß am Sendelaser ( χ\) undOperating wavelengths λ ] = 1300 nm and λ2 = 1550 nm and accordingly the complementary types: - a): (Tχι / Rχ2) m ^ t optical fiber connection on the transmission laser (χ \) and
- b): 0 2/R*λl ) mi Lichtleitfaseranschluß an der Empfangsdiode (Rχi) vorgesehen sind.- b): 0 2 / R * λl) mi optical fiber connection on the receiving diode (Rχi) are provided.
8. Sender/Empfänger- Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß beim Typ a) (T ,ι/Rλ2) -m optischen Weg zwischen dem Sendelaser (Tχ\) und der Empfangsdiode (Rχ2) e'ne bezüglich der dort auszusendenden Betriebswellenlängen (λ\) nicht transparente, bezüglich der dort zu empfangenden Betriebswellenlängen (λ2) jedoch transparente Filterschicht vorgesehen ist.8. Transmitter / receiver arrangement according to claim 7, characterized in that the type a) (T, ι / Rλ2) - m optical path between the transmitter laser (Tχ \) and the receiving diode (Rχ2) e ' ne with respect to the emitted there Operating wavelengths (λ \) not transparent, but with respect to the operating wavelengths (λ2) to be received there is provided filter layer.
9. Sender/Empfanger-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Duplexsystem von beiden komplementären Typen9. Transmitter / receiver arrangement according to one of claims 1 to 8, characterized in that in the duplex system of two complementary types
- alle Teilnehmerstationen mit der einen Form, - eine Vermittlungsstelle mit der anderen Form ausgerüstet sind. - all subscriber stations are equipped with one form, - an exchange with the other form.
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