DE3534017C2 - - Google Patents

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum An­ koppeln einer Laserdiode an einen Monomode-Lichtwellen­ leiter nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine Anordnung aus einer Laserdiode und einem daran an­ gekoppelten Lichtwellenleiter.
Ein Verfahren der genannten Art ist hinsichtlich der Ju­ stierung wegen der kleinen Dimensionen des lichtführen­ den Bereichs des Monomode-Lichtwellenleiters besonders kritisch, zumal bei der Einjustierung des aus der Licht­ austrittsfläche der Laserdiode austretenden Laserstrahls und des Lichtwellenleiters vier Freiheitsgrade bestehen und durch die Justierung festgelegt werden müssen, näm­ lich zwei Koordinaten und zwei Winkel.
Bisher wurde die Justierung durch eine rein mechanisch- optische Feinjustierung vorgenommen, wobei die Koordi­ naten durch relatives Querverschieben und die Winkel durch relatives Verschwenken der Laserdiode und des Lichtwellenleiters festgelegt wurden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein einfaches Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, bei wel­ chem nur auf eine Koordinate und nur einen Winkel ein­ justiert werden muß und bei dem diese Justierung zudem besonders einfach vorgenommen werden kann.
Diese Aufgabe wird gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 dadurch gelöst, daß
  • a) eine gewinngeführte Laserdiode verwendet wird, vor deren reflektierender Stirnfläche eine relativ dazu fixierte und zu einer laseraktiven Schicht der Diode parallele Auflagefläche für den Lichtwellenleiter in einem solchen Abstand von dieser Schicht angeordnet ist, daß eine Lichteintrittsfläche am einen Ende des auf der Auflagefläche flach aufliegenden Lichtwel­ lenleiters auf gleicher Höhe mit dem Austrittspunkt des Laserstrahls liegt, daß
  • b) der Lichtwellenleiter auf der Auflagefläche fixiert wird, und daß dann
  • c) der Laserstrahl durch ein an die Diode angelegtes äußeres Magnetfeld in der Ebene der laseraktiven Schicht verschoben und verschwenkt und dadurch auf den Lichtwellenleiter einjustiert wird.
Durch das Merkmal a) werden eine Koordinate und ein Winkel für den zu montierenden Lichtwellenleiter richtig vorgegeben. Es sind dies die richtige Höhe der Lichtein­ trittsfläche des Lichtwellenleiters bezüglich des Aus­ trittspunkts des Laserstrahls und die richtige Ausrich­ tung des Lichtwellenleiters vertikal zur Ebene der laser­ aktiven Schicht.
Die übrigen beiden Freiheitsgrade werden horizontal zur laseraktiven Schicht festgelegt, wobei man sich mit einer gröberen Justierung begnügt und die Tatsache ausnützt, daß bei einer "gewinngeführten" ("gain guided", siehe dazu z.B. Appl. Phys. Lett. 43 (9), 1. Nov. 1983, S. 809-810) Laserdiode die aktive Zone in der laserakti­ ven Schicht durch ein äußeres Magnetfeld verschoben wer­ den kann, das sowohl Elektronen als auch Löcher bei ihrem Weg zur aktiven Zone in der gleichen Richtung abgedrängt werden. Es läßt sich damit durch ein homogenes Magnet­ feld parallel zum Lichtstrahl der Austrittspunkt des Laserstrahls in Längsrichtung der streifenförmigen Lichtaustrittsfläche der Laserdiode verschieben. Die Richtung des austretenden Laserstrahls ändert sich, wenn sich die absolute Größe dieses Magnetfeldes innerhalb der Laserdiode ändert.
Danach wird zunächst gemäß dem Merkmal b) der Lichtwel­ lenleiter auf der Auflagefläche fixiert und dann die gröbere Justierung gemäß dem Merkmal c) durchgeführt.
Vorzugsweise wird gemäß Anspruch 2 eine Laserdiode ver­ wendet, bei der die reflektierende Stirnfläche durch eine aus der Auflagefläche ragenden Stufe definiert ist.
Vorteilhafterweise wird bei dem erfindungsgemäßen Ver­ fahren gemäß Anspruch 3 eine Laserdiode verwendet, die selbst integraler Teil eines Halbleiterchips mit einer die Stirnfläche der Diode definierenden verspiegelten Stufe ist.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird nach An­ spruch 4 das Magnetfeld einschließlich seines Gradien­ ten durch zwei mechanisch relativ zueinander verschieb­ bare Permanentmagnete nach der Fixierung des Lichtwel­ lenleiters auf dem Halbleiterchip eingestellt.
Zur Kompensation von Dejustierungen, beispielsweise durch thermische Verschiebungen während des Betriebes kann gemäß Anspruch 5 das Magnetfeld mittels zumindest einer Spule auf einem Magneten nachjustierbar sein.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn gemäß Anspruch 6 das Mag­ netfeld mittels zumindest einer Spule nachjustiert wird, die Teil einer durch die optische Ausgangsleistung aus dem Lichtwellenleiter kontrollierten Regelschleife ist.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist auch eine neu­ artige Anordnung aus einer Laserdiode und einem daran angekoppelten Lichtwellenleiter geschaffen, die im An­ spruch 7 angegeben ist. Bevorzugte Ausgestaltungen dieser Anordnung gehen aus den restlichen Unteransprü­ chen hervor.
Die Erfindung wird anhand der Figur beispielhaft näher erläutert.
Die Figur zeigt in schematischer, perspektivischer Dar­ stellung eine Anordnung aus einer gewinngeführten Laserdiode und einer daran angekoppelten Monomode- Glasfaser auf einem Halbleiterchip, die zwei verschieb­ bare Permanentmagnete aufweist, zwischen denen die Laserdiode angeordnet ist.
Bei der dargestellten Anordnung ist die Laserdiode mit 10 bezeichnet und bildet einen integralen Teil eines Halbleiterchips 1. Ihre mit 11 bezeichnete reflektieren­ de Stirnfläche ist durch eine aus einer die Auflage­ fläche bildenden Grundfläche 25 herausragenden verspie­ gelten Stufe definiert, die durch Herausätzen der Diode aus dem Halbleitersubstrat 15 erzeugt werden kann.
Bekanntermaßen wird in einer Laserdiode das Laserlicht in einer laseraktiven Schicht erzeugt. Bei einer gewinn­ geführten Laserdiode kann sich diese Schicht, die in der Figur mit 12 bezeichnet ist, über den ganzen Bereich der Laserdiode erstrecken. Das Laserlicht wird in einer aktiven Zone dieser Schicht 12 erzeugt, die auf den Be­ reich dieser Schicht begrenzt ist, der von Strom aus­ reichender Dichte durchsetzt wird.
Bei der dargestellten Laserdiode ist die aktive Zone in der laseraktiven Schicht 12 etwa auf den streifenförmi­ gen Bereich unterhalb der streifenförmigen Elektrode 17 begrenzt, deren Gegenelektrode auf dem Substrat 15 mit 16 bezeichnet ist. Entsprechend tritt das Licht nicht aus der ganzen zur Verfügung stehenden Lichtaustritts­ fläche 13 der laseraktiven Schicht 12 aus, die in der verspiegelten Stirnfläche 11 der Laserdiode 10 liegt, sondern nur in einem Teilbereich dieser Lichtaustritts­ fläche 13. Dieser Teilbereich ist in der Figur durch einen schwarzen Fleck 14 angedeutet und soll zugleich den in der Ebene der laseraktiven Schicht austretenden Laserstrahl repräsentieren, der parallel zur Längsrich­ tung 171 der länglich streifenförmigen Elektrode 17 ausgerichtet ist, an die an einer Kontaktstelle 173 ein Anschlußdrähtchen 172 angeschlossen ist.
Durch ein homogenes Magnetfeld H parallel zum Laser­ strahl kann die streifenförmige aktive Zone in der laseraktiven Schicht 12 parallel verschoben werden, so daß sich der Fleck 14 und damit der in seinem Zentrum liegende Austrittspunkt des Laserstrahls in Längsrich­ tung der länglich streifenförmigen Lichtaustrittsfläche 13 verschiebt.
Durch ein inhomogenes Magnetfeld, bei dem sich der Betrag des Feldvektors im Bereich der Laserdiode ändert, läßt sich die Richtung des Laserstrahls horizontal zur Ebene der laseraktiven Schicht 12 ändern.
Für die Ankopplung der Monomode-Glasfaser 20 an die Laserdiode 10 wird darauf geachtet, daß der vertikale Abstand d der Auflagefläche 25 von der laseraktiven Schicht 12 dem Radius der Glasfaser 20 entspricht, und daß diese Auflagefläche 25 parallel zur laseraktiven Schicht 12 und damit zur Richtung des Laserstrahls ist.
Zur Ankopplung der Glasfaser 20 an die Laserdiode 10 wird die Faser 20 mit ihrer äußeren Mantelfläche auf die Auflagefläche 25 so aufgelegt und fixiert, daß ein Ende 21 der Faser 20 an der verspiegelten Stirnfläche 11 der Laserdiode anliegt und die Längsachse A der Faser eini­ germaßen parallel zur Richtung des Laserstrahls ausge­ richtet ist. Vertikal zur Ebene der laseraktiven Schicht 12 ist die fixierte Faser 20 bereits richtig ausgerich­ tet und die durch ihren Kern 23 definierte Lichtein­ trittsfläche am Ende 21 der Faser 20 liegt auf gleicher Höhe mit der Lichtaustrittsfläche 13, so daß sich diese Flächen gegenüberliegen.
Zur Justierung parallel zur Ebene der laseraktiven Schicht 12 wird an die Laserdiode 10 ein äußeres Magnet­ feld H angelegt, das einschließlich seines Gradienten durch zwei mechanisch verschiebbare Permanentmagnete 2 und 3 nach der Fixierung der Faser 20 auf dem Halbleiter­ chip 1 eingestellt wird. Der faserseitige Magnet 3 weist eine Aussparung für die Faser 20 auf. Das Magnetfeld H wird so eingestellt, daß der Laserstrahl auf die Licht­ eintrittsfläche der Faser 20 und parallel zu deren Achse A ausgerichtet ist, wobei man sich hier mit einer gröberen Justierung begnügt.
Zur Kompensation von Dejustierung, beispielsweise durch thermische Verschiebungen während des Betriebs kann das Magnetfeld H mittels einer Spule 31 auf einem Magneten, beispielsweise dem Magneten 3 nachjustiert werden, die Teil einer durch die optische Ausgangsleistung am ande­ ren Ende 24 der Faser 20 kontrollierten Regelschleife 4 ist. Beispielsweise wird dazu die Ausgangsleistung am anderen Ende 24 mit einem Fotodetektor 41 gemessen und der gemessene Wert als Istwert einem Regler 42 zuge­ führt, der den Istwert mit einem Sollwert vergleicht und danach das Magnetfeld H durch Regelung der Spannung an bzw. des Stromes durch die Spule 31 nachjustiert.
Auch können auf beiden Magneten 2 und 3 Spulen zur Nach­ justierung des Magnetfeldes vorgesehen sein, die Teil einer durch die optische Ausgangsleistung kontrollierten Regelschleife sind.

Claims (13)

1. Verfahren zum Ankoppeln einer Laserdiode (10) an einen Monomode-Lichtwellenleiter (20), wobei der aus einer Stirnfläche (11) der Laserdiode (10) austretende Laser­ strahl (14) und ein Ende (21) des Lichtwellenleiters (20) durch relatives Querverschieben und Verschwenken aufeinan­ der Einjustiert werden, dadurch gekenn­ zeichnet, daß
  • a) eine gewinngeführte Laserdiode (10) verwendet wird, vor deren reflektierender Stirnfläche (11) eine relativ dazu fixierte und zu einer laseraktiven Schicht (12) der Diode (10) parallele Auflagefläche (25) für den Lichtwellenleiter (20) in einem solchen Abstand (d) von dieser Schicht (12) angeordnet ist, daß eine Lichteintrittsfläche am Ende (21) des auf der Auflage­ fläche (25) flach aufliegenden Lichtwellenleiters (20) auf gleicher Höhe mit dem Austrittspunkt des Laser­ strahls liegt, daß
  • b) der Lichtwellenleiter (20) auf der Auflagefläche (25) fixiert wird, und daß dann
  • c) der Laserstrahl durch ein an die Diode (10) angelegtes äußeres Magnetfeld (H) in der Ebene der laseraktiven Schicht (12) verschoben und verschwenkt und dadurch auf den Lichtwellenleiter (20) einjustiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine Laserdiode (10) verwendet wird, bei der die reflektierende Stirnfläche (11) durch eine aus der Auflagefläche (25) ragenden Stufe definiert ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Diode (10) ver­ wendet wird, die selbst integraler Teil eines Halb­ leiterchips (1) mit einer die Stirnfläche (11) definie­ renden verspiegelten Stufe (11) ist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetfeld (H) einschließlich seines Gradienten durch zwei mechanisch relativ zueinander verschiebbare Perma­ nentmagnete (2, 3) nach der Fixierung des Lichtwellen­ leiters (20) auf der Auflagefläche (25) eingestellt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Magnetfeld (H) mittels wenigstens einer Spule (31) auf einem Magneten (3) nach­ justierbar ist.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Magnetfeld (H) mittels wenigstens einer Spule (31) nachjustiert wird, die Teil einer durch die optische Ausgangsleistung aus dem Licht­ wellenleiter (20) kontrollierten Regelschleife (4) ist.
7. Anordnung aus einer Laserdiode (10) und einem daran angekoppelten Monomode-Lichtwellenleiter (20), wobei eine Lichteintrittsfläche an einem Ende (21) des Lichtwellen­ leiters (20) einen Austrittspunkt (bei 14) des aus einer Stirnfläche (11) der Diode (10) austretenden Laserstrahls gegenüberliegt, der etwa in Achsrichtung des Lichtwellen­ leiters (20) ausgerichtet ist, gekennzeichnet durch eine gewinngeführte Laserdiode (10), vor deren reflektie­ render Stirnfläche (11) eine relativ dazu fixierte und zu einer laseraktiven Schicht (12) der Diode (10) parallele Auflagefläche (25) für den Lichtwellenleiter (20) in einem solchen Abstand (d) von dieser Schicht angeordnet ist, daß die Lichteintrittsfläche am einen Ende (21) des auf der Auflagefläche (25) flach aufliegend fixierten Lichtwellenleiters (20) auf gleicher Höhe mit dem Aus­ trittspunkt (bei 14) des Laserstrahls liegt, und durch eine Einrichtung (2, 3) zur Erzeugung eines an die Diode (10) angelegten äußeren Magnetfeldes (H) zum Verschieben und Verschwenken des Laserstrahls in der Ebene der laser­ aktiven Schicht (12).
8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die reflektierende Stirnfläche (11) durch eine aus der Auflagefläche (25) ragenden Stufe definiert ist.
9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Laserdiode (10) integraler Teil eines Halbleiterchips (1) mit einer die Stirnfläche (11) der Diode (10) definierenden ver­ spiegelten Stufe ist.
10. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß die Ein­ richtung (2, 3) zur Erzeugung des Magnetfeldes (H) zwei mechanisch relativ zueinander verschiebbare Permanent­ magnete (2, 3) aufweist, zwischen denen die Diode (10) angeordnet ist.
11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Einrichtung (2, 3) zur Erzeugung des Magnetfeldes (H) wenigstens eine Spule (31) auf einem Magneten (3) aufweist, mit welcher das Magnet­ feld nachjustierbar ist.
12. Verfahren nach Anspruch 11, gekennzeich­ net durch wenigstens eine Spule (31) die Teil einer durch die optische Ausgangsleistung aus dem Licht­ wellenleiter (20) kontrollierten Regelschleife (4) ist.
13. Anordnung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß Spulen auf beiden Magneten (2, 3) angeordnet sind, die Teil einer durch die optische Ausgangsleistung aus den Lichtwellenleiter (20) kontrollierten Regelschleife (4) sind.
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