DE19843206A1 - Optische Sendeeinrichtung - Google Patents

Abstract

Die Sendeeinrichtung umfaßt mehrere individuell zur Abgabe von optischen Signalen (S1) mit einem Ansteuerstrom (I¶AN¶) ansteuerbare Lasersender (1, 2, ..., n), deren Arbeitspunkt jeweils über einen Vorstrom (I¶BIAS¶) eingestellt ist. DOLLAR A Jedem Vorstrom (I¶BIAS¶) ist ein individueller Korrekturstrom (I¶K1¶, I¶K2¶, ..., I¶Kn¶) aufgeprägt. Die Korrekturströme sind so bemessen, daß die Lasersender (1, 2, ..., n) bei gleichem Vorstrom (I¶BIAS¶) eine gleiche oder wesentlich uniformere mittlere optische Ausgangsleistung im angestrebten Arbeitspunkt aufweisen.

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der mehrkanaligen opti­ schen Datenübertragung mittels einer optischen Sendeeinrich­ tung mit mehreren parallelen Sendern und entsprechend mehre­ ren an die Sendeeinrichtung angeschlossenen optischen Über­ tragungsmedien, beispielsweise Lichtwellenleiter, die vor­ zugsweise zu einem Lichtwellenleiterband zusammengefaßt sein können. Die Erfindung betrifft eine optische Sendeeinrichtung mit mehreren individuell zur Abgabe von optischen Signalen mit einem Ansteuerstrom ansteuerbaren Lasersendern, die mit einem Vorstrom beaufschlagt sind.

Bei einer derartigen, aus der WO 93/13576 bekannten optischen Sendeeinrichtung sind mehrere individuelle Laserdioden ge­ meinsam als sog. Laser-Array angeordnet und zur optischen Da­ tenübertragung individuell elektrisch ansteuerbar. Die An­ steuerung der einzelnen Laserdioden erfolgt durch einen Ge­ samtstrom, der sich aus einem Vorstrom und einem individuel­ len Modulationsstrom zusammensetzt. Der Vorstrom ist vom je­ weiligen individuellen Diodenschwellstrom abhängig und dient zur Festlegung der mittleren optischen Ausgangsleistung, d. h. mit dem Vorstrom wird quasi der Arbeitspunkt der jeweiligen Laserdiode festgelegt. Die eigentliche Datenübertragung, d. h. die Generierung optischer Nutzleistung zur Erzeugung opti­ scher Nutzsignale (beispielsweise in Form von Laserpulsen), erfolgt durch die Überlagerung des Vorstromes mit dem Modula­ tionsstrom (Strom zur Erzeugung des Modulationshubes).

Die bekannte Sendeeinrichtung ist mit einem Regelkreis verse­ hen, der den Vorstrom für alle Laserdioden gemeinsam derart kontrolliert, daß die Nutzleistung der Laserdioden möglichst konstant gehalten wird. Dabei werden alle Dioden mit dem gleichen Vorstrom beaufschlagt. Mit dem Regelkreis lassen sich jedoch nur Einflüsse kompensieren, die auf alle Laser­ dioden gleich wirken bzw. die gleiche Größe aufweisen und so­ mit durch eine gemeinsame Regelung ausgleichbar sind.

Die üblicherweise aus einem gemeinsamen Ausgangsmaterial her­ gestellten Laserdioden befinden sich in der Regel auf einem gemeinsamen Träger, so daß die Abweichung ihrer Kenndaten verhältnismäßig klein ist und externe Einflüsse (z. B. Tempe­ ratur) auf alle Laserdioden annähernd gleich einwirken.

Insbesondere bei der hochfrequenten Datenübertragung hängt in der Praxis die Leistungsfähigkeit einer parallelen Sendeein­ richtung in nicht unerheblichem Maß von der Gleichheit (Uniformität) der Parameter der einzelnen Dioden ab. So kann die optische Ausgangsleistung der einzelnen Laserdioden auf­ grund inhomogener Leistungsparameter (z.B. unterschiedlicher Diodenschwellströme) variieren, wenn alle Dioden mit dersel­ ben Stromstärke beaufschlagt werden. Eine geringe Variation der optischen Ausgangsleistung der einzelnen Dioden einer pa­ rallelen Sendeeinrichtung wird toleriert; dabei müssen jedoch die Dioden diesbezüglich vorselektiert werden, wodurch insge­ samt die Ausbeute an verwendbaren Laser-Arrays vermindert wird.

Aus der GB 2 276 493-A ist die gleichzeitige Herstellung einer Vielzahl von individuellen Lasereinheiten mit je einem Lasersender, einer Monitordiode und einer Linse bekannt. Da­ bei werden jeweils zunächst eine Vielzahl von Lasern in Form eines Laser-Arrays sowie eine entsprechende Vielzahl von Mo­ nitordioden und Linsen auf einem gemeinsamen Substrat mit ho­ her Genauigkeit relativ zueinander positioniert und fixiert. Anschließend erfolgt durch Vereinzelung die Bildung jeweils individueller Lasereinheiten mit jeweils nur einem Lasersen­ der. Die Problematik unterschiedlicher Kennlinien der Laser des (zunächst gemeinsamen) Arrays tritt somit im Betriebsein­ satz nicht auf.

Die Aufgabe der Erfindung liegt in der Schaffung einer opti­ schen Sendeeinrichtung, die bei grundsätzlich vorhandener In­ homogenität der Leistungsparameter der individuellen Laser­ sender dennoch ein homogenes Leistungsspektrum der Lasersen­ der aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Sendeeinrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß jedem Vorstrom ein individueller Korrekturstrom aufgeprägt ist und daß die Korrekturströme so bemessen sind, daß die Lasersender bei gleichem Vorstrom eine uniforme, mittlere optische Ausgangs­ leistung (P) im Arbeitspunkt (AP) aufweisen.

Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung liegt in der Akzeptanz einer erheblichen Inhomogenität der optischen Ausgangslei­ stungen der einzelnen Lasersender, indem jeder Lasersender mit einem individuellen Gesamtvorstrom betrieben wird. Dieser Gesamtvorstrom kann sich aus einem für alle Lasersender glei­ chen Vorstrom und dem diesem überlagerten individuellen Kor­ rekturstrom zusammensetzen. Die Korrekturströme sind erfin­ dungsgemäß dabei so eingestellt, daß die Lasersender im be­ triebsgemäßen Arbeitspunkt eine annähernd gleiche Ansteuer­ strom/Leistungkennlinie bzw. somit eine wesentlich uniformere mittlere optische Ausgangsleistung gegenüber der unkorrigier­ ten Situation aufweisen.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht damit darin, daß auch Lasersenderanordnungen für optische Sendeeinrichtun­ gen verwendbar sind, deren einzelne Lasersender eine erhebli­ che Inhomogenität ihrer Leistungskennlinien aufweisen. Durch das individuelle Abgleichen mittels Korrekturstromeinstellung können alle Lasersender auf eine gleiche optische Ausgangs­ leistung (uniformes Leistungsverhalten) abgeglichen werden.

Eine in der Praxis bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsge­ mäßen Sendeeinrichtung besteht darin, daß eine dem jeweiligen Lasersender zugeordnete Korrektur-Stromquelle den jeweiligen individuellen Korrekturstrom liefert. Die jeweils zugeordnete Korrektur-Stromquelle kann bevorzugt durch einen dem Diodenelement parallelgeschalteten Widerstand realisiert sein. Besonders bevorzugt kann der jeweilige Abgleich jedoch auch durch eine externe Programmierung der jeweiligen indivi­ duellen Ansteuerschaltung erfolgen. Dazu kann eine von außen zugängliche Speichereinrichtung vorgesehen sein, die für jeden Lasersender individuell die notwendige Korrektur­ stromeinstellung in Form eines Korrekturwertes oder Einstell­ wertes speichert. Mit dem Korrekturwert wird die Größe des jeweiligen Korrekturstroms eingestellt, der dann z. B. durch eine Stromquelle generiert wird.

Schaltungstechnisch ist bevorzugt, wenn die Korrektur-Strom­ quellen und eine Einrichtung zur Festlegung der individuellen Korrekturströme Bestandteil einer Schaltung zur individuellen Ansteuerung der Lasersender sind.

Eine bevorzugte Weiterentwicklung der Erfindung besteht darin, daß die Korrektur-Stromquellen und eine Einrichtung zur Festlegung der individuellen Korrekturströme auf einem Träger angeordnet sind, der auch die Lasersender trägt. Diese Ausgestaltung ist fertigungstechnisch besonders vorteilhaft, weil die Korrektureinrichtungen bei Modifikationen der Laser­ senderanordnung unkompliziert angepaßt werden können und eine von den übrigen Bestandteilen der Sendeeinrichtung unabhän­ gige Einstellung der Korrekturströme ermöglicht ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand einer Zeichnung weiter erläutert; es zeigen:

Fig. 1 einen Lasersender einer erfindungsgemäßen optischen Sendeeinrichtung,

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Sendeeinrichtung,

Fig. 3a und 3b Kennlinienverläufe von Lasersendern bei einer er­ findungsgemäßen Sendeeinrichtung,

Fig. 4 Kennlinien einer herkömmlichen Sendeeinrichtung und

Fig. 5 eine Anordnungsmöglichkeit einer erfindungsgemäßen Sendeeinrichtung.

Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt aus einer erfindungsgemäßen optischen Sendeeinrichtung, von deren mehreren Sendern hier nur ein Sender dargestellt ist. Der Sender ist beispielsweise von einer Laserdiode 1 gebildet, die bei elektrischer An­ steuerung mit einem (resultierenden) Ansteuerstrom I_An opti­ sche Signale S1 mit einer optischen Leistung P_OPT abgibt. Der Arbeitspunkt des Senders 1 wird durch einen Vorstrom I_BIAS eingestellt und der eigentliche Modulationshub durch einen Modulationsstrom I_MOD bewirkt. Die Summe von Vorstrom und Mo­ dulationsstrom ergibt den Ansteuerstrom I_BIAS + I_MOD = I_AN. Der Mittelwert des Ansteuerstroms I_AN, entspricht dem Vorstrom I_BIAS (I_AN = I_BIAS mit I_MOD = 0). Der Ansteuerstrom wird z. B. von dem Ausgang AUS einer nicht näher dargestellten Ansteuerschaltung SAN gemäß zu übertragender Daten generiert. Da die Generierung und Beaufschlagung eines Modulationsstromes an sich bekannt ist (z.B. WO 93/13576), wird nachfolgend nur auf die erfindungserheblichen Aspekte des Vorstromes detailliert eingegangen.

Dem Vorstrom I_BIAS ist - wie in Fig. 1 schematisch darge­ stellt - ein individueller Korrekturstrom I_K1 aufgeprägt. Der Korrekturstrom wird von einer dem Lasersender 1 zugeordneten Korrektur-Stromquelle E1 geliefert. Zur Einstellung des je­ weiligen individuellen Korrekturstroms I_K1 dient eine Korrek­ turstromeinstellung. Diese kann beispielsweise eine digital programmierbare Stromquelle W1 in einem Parallelpfad zu dem Lasersender 1 sein, wie in. Fig. 1 schematisch dargestellt. Je nach Wahl der Programmierung wird somit die Größe des Kor­ rekturstroms I_K1 vergrößert bzw. vermindert.

Wie die schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Sende­ einrichtung in Fig. 2 zeigt, sind mehrere individuell zur Abgabe von optischen Signalen (z. B. S1) geeignete Lasersender 1, 2, . . ., n vorgesehen. Die Arbeitspunkte der Lasersender sind wie im Zusammenhang mit Fig. 1 erläutert jeweils indi­ viduell dadurch eingestellt, daß dem gemeinsamen Vorstrom I_BIAS individuelle Korrekturströme I_K1, I_K1, I_Kn überlagert sind. Dabei sind die individuellen Korrekturströme durch entspre­ chende Konfiguration der jeweiligen Einstelleinrichtung der Korrektur-Stromquellen E1, E2, En so bemessen, daß die Laser­ sender 1, 2, n bei jeweils gleichem Vorstrom I_BIAS eine wei­ testgehend identische (uniforme) mittlere optische Ausgangs­ leitung aufweisen (Fig. 3). Die individuelle Einstellung der Korrektur-Stromquellen kann durch eine Programmiereinrichtung PROM erfolgen, die auf einem über Programmierkontaktan­ schlüsse PRAS zugänglichen Speicherbereich basierend den je­ weiligen Korrekturstrom einstellt und die Korrektur-Strom­ quellen versorgt.

Bei geeigneter Einstellung der individuellen Korrekturströme ergeben sich die in Fig. 3 schematisch dargestellten Kennli­ nien L1, L2, Ln für den Ansteuerstrom I~, und die jeweilige Leistung P_OPT. Wie Fig. 3 für die beispielhaft in Fig. 2 dargestellten drei Lasersender 1, 2, n andeutet, verlaufen die Ansteuerstrom/Leistungskennlinien L1, L2, Ln der Einzel­ lasersender annähernd identisch. In diesem Beispiel haben die Kennlinien der Lasersender dieselbe differentielle Ef­ fizienz (Steilheit der Kennlinie). Fig. 3b zeigt die Si­ tuation beispielhaft, wenn die differentielle Effizienz va­ riiert. Dabei ist mittels der individuellen Korrekturströme für den Arbeitspunkt AB - d. h. den Bereich der mittleren betriebsgemäßen Ausgangsleistung - dafür gesorgt, daß eine Uniformität der individuellen Ausgangsleistungen P im Ar­ beitspunkt AP vorliegt. Durch die Korrekturströme wird somit der Arbeitspunkt AP aller Lasersender einander angeglichen.

Demgegenüber zeigt Fig. 4 den Zustand ohne erfindungsgemäße Stromkorrektur und dabei erhebliche Abweichungen der indivi­ duellen Kennlinien L1', L2', Ln' im Arbeitspunkt (AP₁ . . . AP_n). Die dabei erkennbare Inhomogenität bedingt erhebliche Unter­ schiede der mittleren optischen Ausgangsleistungen der ein­ zelnen Lasersender bei gleichem Ansteuerstrom I'_BIAS. Ideale Lasersender würden bei einem gleichen Ansteuerstrom identi­ sche Ausgangsleistungen P'_OPT generieren. Tatsächlich variie­ ren die Ausgangsleistungen der einzelnen Lasersender jedoch in einem erheblichen Bereich ΔP = P₂ - P₁. Dies resultiert daraus, daß die Ansteuerstrom/Leistungskennlinien L1', L2', Ln' hinsichtlich des Schwellstroms und ggf. (aber in Fig. 4 nicht dargestellt) der Steilheit erheblich voneinander abwei­ chen (Fig. 4).

Fig. 5 zeigt eine Ausgestaltungsmöglichkeit der erfindungs­ gemäßen optischen Sendeeinrichtung. Auf einem gemeinsamen Träger 10 ist ein Array 12 mit einer Vielzahl individueller Lasersender 1, 2, . . ., n aufgesetzt. Die individuellen Laser­ sender sind wie andeutungsweise dargestellt über Anschlußkon­ taktflächen 14, 16 und Bonddrähte 17 mit einer in den Träger 10 integrierten Korrektureinrichtung verbunden. Ein Treiber­ baustein (SAN) moduliert elektrische Eingangssignale in an sich bekanter Weise derart, daß sich ein jeweiliger Modula­ tionsstrom I_MOD (Modulationshub) ergibt, der die individuellen Laser zur entsprechenden Aussendung von Lichtimpulsen anregt. Auf dem Träger 10 befinden sich weitere Kontaktflächen 20, 22, die mit einer in dem Träger integrierten Speichereinrich­ tung 24 verbunden sind. Über die Kontaktflächen 20, 22 sind in die Speichereinrichtung 24 individuelle Einstellwerten einschreibbar, die ihrerseits den jeweils individuellen Kor­ rekturstrom bemessen.

Claims (4)

1. Optische Sendeeinrichtung

• 1. mit mehreren individuell zur Abgabe von optischen Signalen (S1) mit einem Ansteuerstrom (I_AN) ansteuerbaren Lasersen­ dern (1, 2, . . ., n), die mit einem Vorstrom (I_BIAS) beauf­ schlagt sind, dadurch gekennzeichnet, daß
• 2. jedem Vorstrom (I_BIAS) ein individueller Korrekturstrom (I_K) aufgeprägt ist und
• 3. die Korrekturströme (I_K1, I_K2, . . ., I_Kn) so bemessen sind, daß die Lasersender (1, 2, . . ., n) bei gleichem Vorstrom (I_BIAS) eine uniforme mittlere optische Ausgangsleistung (P) im Arbeitspunkt (AP) aufweisen.

2. Sendeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

• 1. eine dem jeweiligen Lasersender (1, 2, . . ., n) zugeordnete Korrektur-Stromquelle (E1, E2, . . ., En) den jeweiligen indi­ viduellen Korrekturstrom (I_K1, I_K2, . . ., I_Kn) liefert.

3. Sendeeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

• 1. die Korrektur-Stromquellen (E1, E2, . . ., En) und eine Ein­ richtung (PROM) zur Festlegung der individuellen Korrek­ turströme (I_K1, I_K2, . . ., I_Kn) estandteil einer Schaltung zur individuellen Ansteuerung der Lasersender (1, 2, . . ., n) sind.

4. Sendeeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß

• 1. die Korrektur-Stromquellen (E1, E2, . . .,En) und eine Ein­ richtung (PROM) zur Festlegung der individuellen Korrek­ turströme (I_K1, I_K2, . . ., I_Kn) auf einem Träger (10) angeordnet sind, der auch die Lasersender (1, 2, . . .,n) trägt.