DE3239312A1 - DEVICE FOR SHIELDING A LIGHT SOURCE - Google Patents

Description

Translated fromGerman

J.S.Heeks 35-4J.S.Heeks 35-4

Einrichtung zur Abschirmung einer Li chtque LLeDevice for shielding a light source

Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung zur Abschirmung einer LichtqueLLe von zur LichtqueLLe zurückreflektiertemLicht. Eine solche Einrichtung kann in optischen Übertragungssystemen oder in optischen Sensorsystemenverwendet werden.The invention is based on a device for shielding a light source from what is reflected back to the light sourceLight. Such a device can be used in optical transmission systems or in optical sensor systemsbe used.

HaLbLeiterdiodenLaser reagieren sehr empfindlich inbezug auf eine Änderung ihrer Last und deshalb ist eswünschenswert, vom optischen System zurückreflektiertes Licht von dem HaLbLeiterdiöden laser fernzuhalten. Eswird ein Isolator benötigt, der Licht nur in einer Richtungdurchläßt. Bei bekannten Einrichtungen werden magnetischeEffekte (z.B. Faraday Rotation) ausgenützt und zwar in Verbindung mit Polarisationsfiltern, wodurch imoptischen Lichtweg ein nichtreziprokes Verhalten erreichtwird. In üblichen optischen Übertragunsmedien erhält manjedoch nur unzureichende Ergebnisse. Es ist außerdemschwierig, solche Lösungen in der Technik der integrierten Optik zu realisieren. Bei der neuen Einrichtung wirddie LichtqueLLe von dem vom optischen System zurückreklektierten Licht abgeschirmt und die neue EinrichtungLäßt sich aLs integriertes optisches Bauelement realisieren.Semiconductor diode lasers are very sensitive toin terms of a change in their burden and therefore it isIt is desirable to keep light reflected back from the optical system away from the semiconductor diode laser. Itan isolator is needed that can only provide light in one directionlets through. In known devices are magneticEffects (e.g. Faraday rotation) are used in conjunction with polarization filters, which means that imoptical light path achieved a non-reciprocal behaviorwill. In conventional optical transmission media, one obtainshowever, only inadequate results. It is alsodifficult to implement such solutions in the technology of integrated optics. The new facility willthe light source is shielded from the light reflected back by the optical system and the new deviceCan be realized as an integrated optical componenteren.

ZT/Pi-Sm/ChrZT / Pi-Sm / Chr

Stuttgart, 18. Oktober 1982Stuttgart, October 18, 1982

• · · α• · · α

~ 4 J.S.Heeks 35-4~ 4 J.S.Heeks 35-4

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen beispieLsweisenäher erläutert. Es zeigtThe invention is illustrated by way of example with reference to the drawingsexplained in more detail. It shows

Fig.1 eine Skizze zur Erläuterung der akusto-optischenFig. 1 is a sketch to explain the acousto-optical

Bragg-Ablenkung, undBragg deflection, and

Fig.2 eine schematische Darstellung der neuen Einrichtungzur Abschirmung der Lichtquelle.Fig. 2 is a schematic representation of the new facilityto shield the light source.

Bei der neuen Einrichtung wird davon Gebrauch gemacht, daß Licht, das in einer akusto-optischen Bragg-ZeLle abgelenktwird, seine Frequenz ändert und zwar in Abhängigkeit von der Frequenz der akustischen Welle. Dies wirdanhand der Fig.1 erläutert. Dort ist eine optische Welle mit der Frequenz f dargestellt, die unter einem bestimmtenWinkel auf eine akustische Welle mit der Frequenz f trifft. Die Frequenz der abgelenkten optischen WelleThe new device makes use of the fact that the light that is deflected in an acousto-optical Bragg cellits frequency changes depending on the frequency of the acoustic wave. this willexplained with reference to FIG. There an optical wave with the frequency f is shown, which is below a certainAngle hits an acoustic wave with the frequency f. The frequency of the deflected optical wave

ist f + fg. Diese Frequenzverschiebung erhält man, wennsich die optische Welle "entgegen" der akustischen Welle bewegt. Es wird hierbei nur der Mode erster Ordnung berücksichtigtund es ist möglich, die Einrichtungen soauszulegen, daß faktisch das gesamte Eingangssignal zueinem einzigen Ausgang abgelenkt wird. Wird nun das abgelenkte Ausgangssignal reflektiert und durch die akustooptischeAblenkeinrichtung rückübertragen, dann erfährt die optische Welle eine weitere Frequenzverschiebung undweist nun die Frequenz f +2f auf.is f + fg. This frequency shift is obtained whenthe optical wave moves "against" the acoustic wave. Only the first-order mode is taken into account hereand it is possible to use the facilities like thatinterpret that in fact the entire input signal is toodistracted from a single exit. The deflected output signal is now reflected and through the acousto-opticalDeflector transmitted back, then the optical wave experiences a further frequency shift andnow has the frequency f + 2f.

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Von dieser Eigenschaft macht die Einrichtung zur Abschirmung der Lichtquelle, die anhand der Fig,2 erläutertwird, Gebrauch. Eine Halbleiterlaserdiode D gibt einenLichtstrahl ab der durch einen Fabry-Perot Resonator R, der auf die optische Frequenz f des Lasers abgestimmtist, hindurchgeht. Dem Resonator nachgeschaltet ist eineakusto-optisehe Bragg-Zelle, die einen elektro-optisehenWandler T enthält, der unter einem bestimmten Winkel zumThe device for shielding the light source, which is explained with reference to FIG. 2, has this propertywill, use. A semiconductor laser diode D gives oneLight beam from the through a Fabry-Perot resonator R, which is tuned to the optical frequency f of the laseris going through. Downstream of the resonator is oneacousto-optic Bragg cells that see an electro-opticIncludes transducer T, which is at a certain angle to

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Lichtweg angeordnet ist. Der Wandler T erhält ein elektrisches Signal mit der Frequenz f_g und erzeugt quer zudem optischen Lichtweg ein Brechungsmuster. Als Ergebnis der Brechung des Lichtstrahls hat das optische Ausgangssignaldie Frequenz f + f und die Richtung des Licht-Light path is arranged. The transducer T receives an electrical signal with the frequency f_g and generates a refraction pattern across the optical light path. As a result of the refraction of the light beam, the optical output signal has the frequency f + f and the direction of the light-

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Strahls nach dem Passieren des Brechungsfeldes weicht vonder ursprünglichen Richtung ab. Der mittels der Lichtbrechungabgelenkte Lichtstrahl wird auf bekannte Weise mittels einer Linse fokusiert und zwar auf den Ausgang 0 derEinrichtung zur Abschirmung der Lichtquelle, und an diesen Ausgang ist das optische System, dem der Lichtstrahlzugeführt werden soll, angeschlossen. Alles Licht, dasvom optischen System zurückreflektiert wird, gelangt wiederzu der Bragg-Zelle, wodurch der Lichtstrahl nach demzweiten Passieren der Bragg-Zelle die Frequenz f + 2fAfter passing through the refraction field, the ray deviates fromthe original direction. The one by means of the refraction of lightdeflected light beam is focused in a known manner by means of a lens on the output 0 of theDevice for shielding the light source, and at this output is the optical system to which the light beamis to be supplied connected. All light thatis reflected back by the optical system, arrives againto the Bragg cell, whereby the light beam after thesecond passage through the Bragg cell the frequency f + 2f

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hat. Licht mit einer solchen Frequenz wird jedoch von dem Fabry-Perot Resonator, der auf die Frequenz f abgestimmtist, nicht durchgelassen und somit wird die Diode von den Reflexionen isoliert.Has. However, light with such a frequency is emitted by the Fabry-Perot resonator, which is tuned to the frequency fis not allowed through and thus the diode is isolated from the reflections.

Der Fabry-Perot Resonator, die Bragg-Zelle und die Linsekönnen, wie in Fig.2 dargestellt, als integriertes optisches Bauelement realisiert werden. Im Block B einesLithiumniobat-Substrats wird mittels Diffusion ein optischerWellenleiter G hergestellt. Der optische WellenleiterG führt zu dem Fabry-Perot Resonator R, der im selben Oberflächenbereich wie der Wellenleiter hergestellt wurde.Auf den Fabry-Perot Interferrometer folgt ein Wandler T für die akustische Welle und zwar ebenfalls auf der Oberflächedes Blocks. Auf den Wandler wiederum folgt eineThe Fabry-Perot resonator, the Bragg cell and the lenscan, as shown in Figure 2, be implemented as an integrated optical component. One in block B.The lithium niobate substrate becomes an optical one by means of diffusionWaveguide G made. The optical waveguideG leads to the Fabry-Perot resonator R, which was fabricated in the same surface area as the waveguide.The Fabry-Perot interferrometer is followed by a transducer T for the acoustic wave, also on the surfaceof the block. The converter is followed by a

3Q Linse L, die ebenfalls mittels Diffusion realisiert wird.Die Laserdiode D wird dann am Ende dieses Blocks angebracht und zwar ausgerichtet auf den Wellenleiter G.3Q lens L, which is also realized by means of diffusion.The laser diode D is then attached to the end of this block, aligned with the waveguide G.

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Um zu vermeiden, daß die Frequenz der Laserdiode selbstum einen in bezug auf die ModuLationsfrequenz f wesent-To avoid the frequency of the laser diode itselfin relation to the modulation frequency f

Liehen Betrag von ihrer Grundfrequenz abweicht, muß dieFrequenz auf die Frequenz des Fabry-Perot Resonators geregelt werden. Um dies zu erreichen, ist in der Richtungdes Strahlengangs, in der keine Ablenkung durch die Bragg-ZelLe erfolgt, eine Photodetektor-Diode P vorgesehen.Das Ausgangssignal der Diode P wird.einer Rückkoppe L rege L sch Lei fe F zugeführt, die die Laserdiode regelt.If the amount differs from its base frequency, theFrequency can be regulated to the frequency of the Fabry-Perot resonator. To do this is in the directionof the beam path in which there is no deflection by the Bragg cell, a photodetector diode P is provided.The output signal of the diode P is fed to a feedback L rege L loop F, which regulates the laser diode.

Bei dieser Anordnung muß dafür Sorge getragen werden, daß nicht die gesamte optische Energie abgelenkt wirdsondern daß ein Teil des optischen Signals unmoduliert auf die Photodiode P gelangt. Licht, das auf diesem Wegedirekt zur Photodiode gelangt hat die Frequenz, die durch den Fabry-Perot Resonator bestimmt ist und somit ist esmöglich, über den Photodetektor und die Rückkoppel-Regelschleife die Laserdiode zu stabilisieren, so daß ihreFrequenz f stets auf die Resonanz des Resonators geregelt wird. Zur Illustration des Wertsder neuen Einrichtungnachfolgend einige Zahlen:With this arrangement, care must be taken that not all of the optical energy is deflectedbut that part of the optical signal reaches the photodiode P unmodulated. Light that wayThe frequency that is determined by the Fabry-Perot resonator has reached the photodiode directly and thus it ispossible to stabilize the laser diode via the photodetector and the feedback control loop, so that theirFrequency f is always regulated to the resonance of the resonator. To illustrate the value of the new facilitysome numbers below:

- Halbleiterdiodenlaser werden auf eine 10 MHz LangzeitstabiLitätgeregelt bei einer Linienbreite von 3 MHz und einem Fabry-Perot Resonator von 150 MHz 3 dB Resonanzbreite.- Semiconductor diode lasers are set to a 10 MHz long-term stabilityregulated with a line width of 3 MHz and a Fabry-Perot resonator of 150 MHz 3 dB resonance width.

- Bei dem Fabry-Perot Resonator ist der Reflexionskoeffizient0,97.- With the Fabry-Perot resonator the reflection coefficient is0.97.

- Bei der Verwendung eines akustischen Steuersignals mitder Frequenz von 500 MHz ist die reflektierte optische Welle um 1000 MHz versetzt und dies hat zur Folge, daßin dem obigen Resonator eine Isolation um 20 dB erfolgt.- When using an acoustic control signal withthe frequency of 500 MHz, the reflected optical wave is offset by 1000 MHz and this has the consequence thatan isolation of 20 dB takes place in the above resonator.

Claims (7)

Translated fromGerman

3 2393Ύ2 INTERNATIONAL STANDARD ELECTRIC CORPORATION, NEW YORK J.S.Heeks 35-4 Patentansprüche3 2393Ύ2 INTERNATIONAL STANDARD ELECTRIC CORPORATION, NEW YORK J.S.Heeks 35-4 claims1. Einrichtung zur Abschirmung einer Lichtquelle von zurLichtquelle zurückreflektiertem Licht, dadurchgekennzei chnet, daß im Strahlengang des von der Lichtquelle abgegebenen Lichtstrahls ein akustooptischer Isolator mit einer akusto-optischen Bragg-Zellevorgesehen ist, und daß zwischen der Bragg-Zelle und der Lichtquelle (D) ein optisches-Filter (R), das auf dieFrequenz der Lichtquelle abgestimmt ist, vorhanden ist.1. Device for shielding a light source from forLight source reflected back light, therebygekennzei chnet that in the beam path of the light beam emitted by the light source an acousto-optical isolator with an acousto-optical Bragg cellis provided, and that between the Bragg cell and the light source (D) an optical filter (R), which on theFrequency of the light source is matched, is present.2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß das optische Filter ein Fabry-Perot Resonator ist.2. Device according to claim 1, characterized in thatthat the optical filter is a Fabry-Perot resonator.3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bragg-Zelle eine Einrichtung (T)für akustische Oberflächenwellen aufweist, die auf der3. Device according to claim 1 or claim 2, characterized in that the Bragg cell has a device (T)for surface acoustic waves, which on theOberfläche eines optisch durchlässigen piezoelektrischenSubstrats realisiert ist.Surface of an optically transparent piezoelectricSubstrate is realized.4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurchgekennzeichnet, daß das optische Filter und die Bragg-Zelle durch ein einziges integriertes optisches Bauele-4. Device according to one of claims 1 to 3, characterizedcharacterized in that the optical filter and the Bragg cell by a single integrated optical componentment in einem Li thi utnniobat-Subst rat realisiert wird.ment is realized in a Li thi utnniobat substrate.5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,daß in dem Lithiumniobat-Substrat weiterhin eine fokus-5. Device according to claim 4, characterized in thatthat in the lithium niobate substrate there is still a focusZT/Pi-Sm/ChrZT / Pi-Sm / ChrStuttgart, 18. Oktober 1982Stuttgart, October 18, 198232393Ί232393Ί2J.S.Heeks 35-4J.S.Heeks 35-4sierende Optik realisiert ist, und zwar im Lichtstrahlengang nach dem optischen Filter und der Bragg-Zelle.sizing optics is realized, namely in the light beam path after the optical filter and the Bragg cell.6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Regeleinrichtung (F) vorgesehen6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that a control device (F) is providedist, der ein Teil des Lichtstrahls, der keine Ablenkungis that part of the light beam that does not have a deflectionerfahren hat, zugeführt (P) wird, und die die Frequenzhas learned, is supplied (P), and which the frequencyder Lichtquelle so regelt, daß sie gleich der Frequenz, auf die das Filter abgestimmt ist, bleibt.regulates the light source so that it remains the same as the frequency to which the filter is tuned.7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurchgekennzeichnet, daß die Lichtquelle ein Halbleiter-Laser7. Device according to one of claims 1 to 6, characterizedcharacterized in that the light source is a semiconductor laserist.is.