Grundlagen moderner Netzwerktechnologien im Überblick – Teil 47

Die Bausteine und Komponenten optischer Netze im Überblick

08.10.2009 | Autor / Redakteur: Dr. Franz-Joachim Kauffels / Andreas Donner

Schematischer Aufbau einer Leuchtdiode, LED, einer Halbleiter-Strahlungsquelle für optische Netze; Bild: Dr. Franz-Joachim Kauffels
Schematischer Aufbau einer Leuchtdiode, LED, einer Halbleiter-Strahlungsquelle für optische Netze; Bild: Dr. Franz-Joachim Kauffels

Modulation

Grundsätzlich sind zwei Alternativen der Modulation denkbar: direkte Modulation und externe Modulation.

Bei der direkten Modulation wird der Injektionsstrom des Halbleiterlasers im Rahmen der Eigenschaften der primären Zeichenschwingung variiert. Bei digitalen Systemen entspricht dies einer Pulsmodulation. Das Problem dabei ist, dass Änderungen im Injektionsstrom auch Änderungen im Brechungsindex der aktiven optischen Schicht des integrierten Halbleiterlasers hervorrufen können.

Dadurch wird neben der beabsichtigten Intensitätsmodulation auch eine Phasen- und Frequenzmodulation hervorgerufen. Dieser Effekt heißt Chirp und führt zu einer erheblichen Erweiterung des Frequenzspektrums. Diese Erweiterung des für einen Übertragungskanal benötigten Frequenzspektrums ist in CWDM und WWDM-Systemen noch tragbar, nicht jedoch in DWDM-Systemen, so dass hier in jedem Falle auf externe Modulation zurückgegriffen werden muss.

Bei der externen Modulation sendet der Laser konstant und das Licht wird in einer getrennten Einrichtung moduliert, z.B. mit einer Mach-Zehnder-Interferometer-Struktur auf einem Lithium-Niobat-Substrat. Wir sehen eine solche Struktur in Abbildung 5.

Das monochromatische, kohärente Licht des Lasers wird in der MZI-Struktur durch eine Verzweigung im integrierten Wellenleiter gleichmäßig geteilt. Ein Zweig des Wellenleiters wird nicht beeinflusst, im anderen Zweig kann man den Brechungsindex durch Anlegen einer Steuerspannung geringfügig beeinflussen.

Die Beeinflussung des Brechungsindexes erzeugt eine Phasenverschiebung des durch diesen Zweig laufenden Lichtanteils. Diese Phasenverschiebung wird durch die primäre Zeichenschwingung gesteuert. Führt man dann den beeinflussten und den unbeeinflussten Zweig des integrierten Wellenleiters wieder zusammen, entstehen Interferenzen, die zu Intensitätsschwankungen gemäß dem Verlauf der primären Zeichenschwingung führen.

Abbildung 6 zeigt einen Schnitt durch den MZI an der Stelle, wo die Beeinflussung des Brechungsindexes stattfindet. Auf dem Substrat liegt eine n-dotierte Schicht, über der die lichtwellenleitende Schicht aufgebracht ist. Auf dieser wiederum liegt eine p-dotierte Schicht. Legt man jetzt Strom an den Kontakt über der p-Schicht, so entsteht durch erhöhte Rekombination von Elektron-Loch-Paaren in der lichtwellenleitenden Intrinsic-Schicht ein elektrisches Feld, welches kontraproduktiv zum Photonenfluss ist, also diesen verlangsamt, was einer Erhöhung des Brechungsindexes entspricht.

weiter mit: Strahlungsempfänger

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