DE2356096B2 - Treiberschaltung zur Impulsmodulation eines Halbleiterlasers - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Treiberschaltung zur Impulsmodulation eines Halbleiterlasers nach einem Binärcodesystem, in welchem ein Code für das Vorhandensein bzw. Nichlvorhandcnsein eines Ausgangslichtimpulses des Halbleiterlasers »1« bzw. »0« ist.

Eine solche Treiberschaltung ist vor allem für die Gleichstromimpulsmodulation eines für die optische Nachrichten- oder optische Informationsverarbeitung verwendeten Halbleiterlasers erforderlich.

Zur Impulsmodulation des von einem Halbleiterlasers ausgesandten Lichtes wird bislang hauptsächlich eine Methode angewendet, bei welcher der Ansteuerungs- bzw. Treiberstrom des Halbleiterlaser direkt gesteuert wird. Insbesondere wird das ausgesandte Licht, welches dasselbe Mu>'.er hat wie die aus den Binärcodes »0« und »1« zusammengesetzten Eingangsimpulssignale, derart erzeugt, daß der Strom dem Halbleiterlaser nur dann zugeführt wird, wenn der Impulscode »1« ist. Kürzlich ist jedoch experimentell ermittelt worden, daß sich bei Anwendung dieser Methode der sogenannte Mustereffekt ergibt, d. h. daß sich die Intensität der Ausgangslichtimpulse des Halbleiterlasers in Abhängigkeit von dem Muster der Eingangsimpulssignale ändert, wenn die Impulsfolgefrequcnz der Eingangsimpulssignale hoch und infolgedessen die Impulsbreite schmal wird. Zur Verringerung dieses Mustereffekts ist zu einer Methode, gemäß welcher der Spitzenwert des Impulstreiberstroms groß gemacht wird, bzw. zu einer anderen Methode gegriffen worden, gemäß welcher ein Impuls mit einer überlagerten Gleichstromkomponente als Treiberstrom zugeführt wird. Diese Methoden sind jedoch deshalb ungeeignet, weil es technisch und wirtschaftlich nachteilig ist, Impulse mit einem großen Spitzenwert bei einer hohen Impulsfolgefrequenz zu erzeugen und weil die Belastung im Betrieb des Halbleiterlasers so groß wird, daß dessen Zuverlässigkeit verringert wird. Außerdem läßt sich durch diese Methoden keine zufriedenstellende Verringerung des Mustereffekts erreichen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Treiberschaltung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit welcher in den Ausgangslichtimpulsen des Halbleiterlasers der Mustereffekt nicht auftritt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß in der Weise gelöst, daß eine Diskriminatoreinrichtung vorgesehen ist, die aus den dem Eingangsanschluß zugeführten Impulssignalen einen Impuls des Codes »1«, der dem Code »0« folgt, absondert, daß Impulswellenform-Modulationseinrichtungen vorgesehen sind, die unter Verwendung des abgesonderten Impulses die Impulsbreite und/oder den Spitzenwert des dem Code »0« folgenden Impulses (dargestellt in Fig. 2f) des Codes »1« erweitern, und daß ein Ausgangssignal der Modulationseinrichtungen an den Halbleiterlaser als sein Anregungsstrom angelegt ist, so daß die Intensität eines dem Code »I« entsprechenden Ausgangslichtimpulses des Halbleiterlasers von einem dem betreffenden Code »I« vorangehenden Code unabhängig ist.

Die Treiberschaltung nach der Erfindung läßt sich

vorteilhafterweise so ausbilden, daß keine die Zuverlässigkeit des Halbleiterlaser verringernde große Stromsteuerung erforderlich ist.

Vorteilhafte Ausführungen nach der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Urüeransprüche.

Bei dem Halbleiterlaser korrr.t es gemäß der Erfindung zu einer Besetzungsinversion in dessen stimulierbaren Bereich, wenn in diesen ein Strom injiziert wird. Wenn das Ausmaß der Besetzungsinversi ^n (inverse Besetzung) einen bestimmten Schwellenwert überschreitet, überwindet die durch die Besetzungsinversion erzeugte Lichtverstärkung einen Verlust innerhalb des Laserresonators und der Halbleiterlaser oszilliert. Wenn die Strominjektion aufhört, wird die Besetzungsinversion durch verschiedene Arten von Relaxationsmechanismen verringert und die Oszillation hört auf. Es ist deshalb möglich, einen Ausgangslichtimpuls durch Anlegen des Impulsstroms an den Halbleiterlaser zu erzielen. In dieser Hinsicht ist jedoch der Einfluß des Überdauerns der Besetzungsinversion, die durch den vorangehenden Impuls verursacht wird, der Besetzungsinversion überlagert, die durch einen bestimmten Impuls verursacht wird, wenn die Impulsfolgefrequenz hoch wird. Aus diesem Grund ändern die Vorgänger der Impulsfolge die Wellenformen der Lichtimpulse. Deutlicher gesagt, die inverse Besetzung in dem Augenblick, in welchem der Impulsstrom angelegt wird, hat ihr Maximum, wenn die vorangehenden Impulse nacheinander »I« gewesen sind, d.h. wenn immer der Impulsstrom angelegt worden ist, und hat ihr Minimum, wenn die vorangehenden Impulse nacheinander »0« gewesen sind. Im Fall irgendeines anderen Impulsmusters nimmt die inverse Besetzung einen Mittelwert an. Es sollte hier die Tatsache beachtet werden, daß der Wert der inversen Besetzung stark von den unmittelbar vorausgegangenen Impulsen (im folgenden kurz als Vorgänger bezeichnet) abhängig ist, da die Dämpfung bzw. Abnahme der inversen Besetzung exponentiell erfolgt, während er durch die Cods der noch weiter vorangehenden Impulse nur wenig beeinflußt wird. Demgemäß bewirkt das Anlegen des Impulsstroms, daß die inverse Besetzung den Schwellenwert erreicht und sofort die Oszillation beginnt, wenn der vorangehende Impuls »1« ist, während sie dann, wenn der vorangehende Impuls »0« ist, den Schwellenwert nicht ohne weiteres erreicht und die Oszillationsstartzeit verzögert ist. Infolgedessen ergeben sich nicht nur keine zitterfreien Ausgangslichtimpulse, sondern auch die Spitzenwerte und die Impulsbreiten schwanken. Um zu verhindern, daß die Wellenform der Lichtimpulse durch die Vorgänger der Impulsfolge verändert wird, werden deshalb gemäß der Erfindung in Kombination Einrichtungen zum Unterscheiden bzw. Absondern der Vorgänger, d. h. der vorangehenden Impulse der Impulsfolge und Einrichtungen verwendet, die unter Verwendung des Unterscheidungs- bzw. Absonderungsergebnisses die an den Halbleiterlaser anzulegende Wellenform des Stromimpulses modulieren. Insbesondere ist in dem Fall, in welchem ein einem Impuls von »I« vorangehender Impuls »0« ist, die inverse Besetzung in dem Augenblick des Anlegens des Stromimpulses kleiner als in dem Fall, in welchem der vorangehende Impuls »1« ist, so daß die inverse Besetzungsdifferenz bei der Treiberschaltung nach der Erfindung dadurch kompensiert wird, daß mit dem Anlegen des Impulsstroms geringfügig früher begonnen wird oder daß der Spitzenwert des anzulegenden Impulses vergrößert wird. Die inverse Besetzung in dem Zeitpunkt des Anlegens

des Impulses nach dem S'.and der Technik kann dann unabhängig von den vorangehenden Impulsen der Impulsfolge zu einer Konstanten gemacht werden. Demzufolge können die Wellenformen der Ausgangslichtimpuise gleichgehalten werden, ohne daß eine Beeinflussung durch das Impulsfolgemuster erfolgt.

Die Tatsache, daß die Gleichmäßigkeit der Wellenformen, die durch die Erfindung erzielt wird, niemals vollständig durch die bekannte Methode der großen Impulsstromsteuerung oder der Gleichstromüberlagcrung verwirklicht werden kann, ergibt sich aus der tatsächlichen Situation des Standes der Technik, daß nämlich die inverse Besetzung notwendigerweise von den vorangehenden Impulsen der Impulsfolge abhängt. Daneben kann nicht übersehen werden, daß durch die Erfindung im Vergleich zu diesen bekannten Methoden der Mittelwert des dem Halbleiterlaser zugeführten Stroms verringert werden kann. Der Grund dafür ist. daß bei der bekannten Methode der angelegte Impulsstromwert größer wird, als es für den dem Code »1« folgenden »!«-Impuls erforderlich ist, und /war auf Grund der Auswirkung des Überdauerns bzw. des Nachbleibens der inversen Besetzung, wenn der Wert des angelegten Stroms oder der Wert des Überlagerungsgleichstroms so eingestellt ist. daß eine ausreichende Lichtabgabe für den dem Code »0« folgenden Impuls »I« erreicht wird, so daß in der bekannten Anordnung im Vergleich mit der Erfindung in diesem Ausmaß überflüssiger Strom fließt. Bei dem Halbleiterlaser nimmt die Zuverlässigkeit bzw. Betriebssicherheit in dem gleichen Ausmaß wie bei anderen Halbleitervorrichtungen oder noch stärker ab, wenn der Bctricbsstroin vergrößert wird. Mit der Treiberschaltung nach der Erfindung kann der dem Halbleiterlaser zugeführte mittlere Strom verringert werden, wie oben dargelegt, und dadurch kann die Zuverlässigkeit bzw. Betriebssicherheit des Halbleiterlasers stark verbessert werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der Schaltung nach der Erfindung und

F i g. 2 ein Diagramm mit an verschiedenen Stellen der Schaltung auftretenden Impulswellenformen zur Erläuterung der Wirkungsweise der in F i g. 1 dargestellten Ausführungsform.

Die in F i g. 1 dargestellte bevorzugte Ausführungsform der Treiberschaltung nach der Erfindung weist Vcrzögerungsschaltungen 1 und 3, eine UND-Schaltung 2 mit einem Inverter 7, eine ODER-Schalfing 4, eine Verstärkerschaltung 5 und sinen Halbleiterlaser 6 auf. Ein an einen Eingangspunkl 10 angelegtes Impulssignal wird durch die Verzögerungsschaltungen I und 3, die UND-Schaltung 2 und die ODER-Schaltung 4 verarbeitet und das verarbeitete Signal wird durch die Verstärkerschaltung 5 verstärkt. Das verstärkte Signal wird an den Halbleiterlaser 6 angelegt und es wird ein Ausgangslichtimpuls 20 erzielt. Im folgenden werden die Impulswellcnformverarbeitungsvorgänge an verschiedenen Stellen der Schaltung unter Bezugnahme auf die F i g. 2a bis 2g näher erläutert. F i g. 2a zeigt eine Impulsfolge (in diesem Beispiel 110011101) mit der Periode 7^ die an den Eingangspunkt 10 angelegt wird. In F i g. 2b ist die Wellenform des Ausgangslichtsignals 20 des Halbleitcrlasers für den Fall gezeigt, daß die Impulsfolge direkt an den Eingangspunkt 14 der Verstärkerschaltung 5 angelegt ist. Ein Vergleich zwischen den F i g. 2a und 2b zeigt, daß die Lichtimpulsausgangs-

signale für die «!«-Impulse nicht konstant sind. Wie bereits dargelegt, ist das dem unterschiedlichen Ausmaß des Überdauerns bzw. Nachbleibens der Bcsct/.ungsinversion zuzuschreiben.

Damit der Mustereffekt in den Ausgangslichtimpul- s sen beseitigt wird, verarbeitet die in F i g. 1 dargestellte Schaltung das an den Eingangsanschluß 10 angelegte Eingangssignal und gibt an den Eingang der Verstärkerschaltung 5 eine Wellenform ab, die von der Wellenform a verschieden ist, was im folgenden näher erläutert wird. Da die Verzögerungsschaltung 1 eine Verzögerungszeit That, ergibt sich an ihrem Ausgangspunkt U eine Wellenform, wie sie durch eine ausgezogene Linie in Fig. 2c dargestellt ist. Die Wellenform c und die Eingangswellenform a werden an die UND-Schaltung 2 in der anschließenden Stufe angelegt. Da der Eingang der UND-Schaltung 2 auf der Seite der Verzögerungsschaltung 1 mit dem Inverter 7 versehen ist, gibt die UND-Schaltung 2 an einen Punkt 12 eine Wellenform d (in Fi g. 2d) ab, die dem logischen Produkt zwischen der Wellenform a und der Negationsform (gestrichelte Linie in Fig. 2c) der Wellenform c (die ausgezogene Linie in F i g. 2c) an dem Punkt U entspricht. Wie aus dem Vergleich mit der Wellenform a hervorgeht, entspricht die Wellenform dder Feststellung von dem Code »0« benachbarten »!«-Impulsen. Die übrigen Schaltungen 3 und 4 nehmen das Erweitern der Impulsbreite des »!«-Impulses zu einem vorangehenden Zeitpunkt hin unter Verwendung der festgestellten Wellenform d vor. Die Verzögerungsschaltung 3 verzögert die Eingangswellenform a um eine Teilperiode k ■ T (k < 1, und k = 0,4 in diesem Beispiel), Folglich ergibt sich an einem Punkt 13 eine Wellenform, wie sie in F i g. 2e dargestellt ist. Die ODER-Schaltung 4 bildet die logische Summe der Wellenform c/und e und liefert an dem Ausgangspunkt 14 eine Wellenform, wie sie in F i g. 2f dargestellt ist. Die Wellenform /"wird durch die Verstärkerschaltung 5 verstärkt und an den Halbleiterlaser 6 angelegt. In diesem Fall ■wird der dem »O«-Impuls folgende »!«-Impuls vor seiner Impulsposition gemäß dem Stand der Technik angelegt, so daß die inverse Besetzung im Zeitpunkt des Impulsanlegens gemäß dem Stand der Technik dieselbe wird wie in dem Fall eines auf einen »!«-Impuls folgenden »!«-Impulses. Demzufolge kann die Wellenform des Ausgangslichtsignals 20 gleichmäßig gemacht und von dem Mustereffekt befreit werden, wie in Fig. 2g dargestellt. Zur Erzielung solcher gleichmäßigen Ausgangslichtimpulse kann die Verzögerungszeit k ■ Tder Verzögerungsschaltung 3 zur Steuerung der inversen Besetzung eingestellt werden. Der geeignetste Wert k ist von der Art des Halbleiterlasers 6 und von der Periode 7~der Impulsfolge abhängig.

In der in F i g. 1 dargestellten Ausführungsform ist zwar die Verstärkerschaltung 5 vorgesehen, sie ist jedoch nicht erforderlich, wenn der Stromwcrt an dem Punkt 14 größer als zum Anregen des Halbleiterlascrs erforderlich ist. Obwohl die an den Eingangspunkt 10 angelegten Impulse bei der Erläuterung des Betriebes der Schaltung unter Bezugnahme auf die F i g. 2a bis 2g als RZ(Rückkehr zu Null)-lmpulse angenommen worden sind, versteht es sich, daß sie auch NRZ (keine Rückkehr zu Null)-Impulse sein können. In dem letzteren Fall wird verhindert, daß die Erzeugung des dem Code »0« folgenden stufen weisen »!«-Ausgangslichtimpulses verzögert erfolgt.

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf den Aufbau der in Fig.! dargestellten Ausführungsform od. dgl. beschränkt. Dem Fachmann bieten sich fast unzählige Schaltungen oder Methoden zum Anordnen von Bauelementen zur Erzeugung der in F i g. 2f dargestellten Wellenform an. Wie der Teil der Erläuterung des Prinzips der Erfindung erkennen läßt, ist es nicht nur von Bedeutung, ob der dem »1 «-Impuls vorangehende Impuls »0« ist oder nicht, sondern auch die Anzahl der »0«-Codes, die vorher nacheinander vorhanden gewesen sind, übt einen Einfluß auf die inverse Besetzung aus, obwohl dieser Einfluß ziemlich gering ist. Es besteht die Möglichkeit, die Anzahl der nacheinander erzeugten »0«-Codes zu zählen, um dadurch das Ausmaß der Erweiterung der Impulsbreite des folgenden »l«-lmpulses zu steuern. Diese Methode ist für die ausreichende Beseitigung des Mustereffekts besonders wirksam, wenn die Impulsfolgeperiode kurz ist. Es erübrigt sich zu sagen, daß auch im Falle der Anwendung eines derartigen Systems eine Vielzahl von Schaltungen und Methoden des Anordnens von Bauelementen vorhanden ist. Da außerdem das Prinzip der Erfindung darauf beruht, daß die Unzulänglichkeit bzw. der Mangel der inversen Besetzung bei dem Anlegen des dem »0«-Code folgenden »!«-Impulses kompensiert wird, ist die Kompensationsweisc nicht auf das System beschränkt, bei welchem der »1 «-Impuls früher angelegt wird, wie bei der Ausführungsform in F i g. 1, sondern es kann ebenfalls ein System verwendet werden, bei welchem der Spitzen- bzw. Scheitelwert nur für derartige Impulse groß gemacht wird, obwohl sich dadurch die Ausgangslichtimpuls-Wellenform in gewissem Maß ändern dürfte. Ein derartiges System kann beispielsweise dadurch verwirklicht werden, daß die Wellenform α und die Wellenform a in einem geeigneten Verhältnis nach Art einer Addition miteinander kombiniert werden. Das kann mit einem Widerstandsnetzwerk usw leicht ausgeführt werden. Selbstverständlich können sowohl die Impulsbreite wie auch der Spitzenwert vergrößert werden. In vielen Schaltungen steigt im Falle einer hohen Impulsfolgefrequenz der Impulsspitzenwert mit der Vergrößerung der Impulsbreite an. Di« vorstehenden Darlegungen zeigen jedoch, daß das zi keinem speziellen Hindernis wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Treiberschaltung zur Impulsmodulation eines Halbleiterlasers nach einem Binärcodesystem, in welchem ein Code für das Vorhandensein bzw. Nichtvorhandensein eines Ausgangslichtimpulses des Halbleiteriasers »1« bzw. »0« ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Diskriminatoreinrichtung (1, 2, 7) vorgesehen ist, die aus den dem Eingangsanschluß (10) zugeführten Impulssignalen (a) einen Impuls (d) des Codes »1«, der dem Code »0« folgt, absondert, daß Impulswellenform-Modulationseinrichtungen (3, 4) vorgesehen sind, die unter Verwendung des abgesonderten Impulses (d)d\e impulsbreite und/oder den Spitzenwert des dem Code »0« folgenden Impulses (dargestellt in F i g. 2f) des Codes »1« erweitern, und daß ein Ausgangssignal (14) der Modulationseinrichtungen an den Halbleiterlaser (6) als sein Anregungsstrom angelegt ist, so daß die Intensität eines dem Code »1« entsprechenden Ausgangslichtimpulses (20) des Halbleiterlaser (6) von einem dem betreffenden Code »1« vorangehenden Code unabhängig ist.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Diskriminatoreinrichtung eine UND-Schaltung (2) mit einem invertierenden Eingang (7) und eine Verzögerungsschaltung (1) aufweist, deren Ausgang (11) mit dem invertierenden Eingang (7) verbunden ist, und daß ein Eingangsan-Schluß (10) für die Eingangsimpulssignale (a) mit einem weiteren Eingang der UND-Schaltung (2) und mit dem Eingang der Verzögerungsschaltung (1) verbunden ist. so daß die UND-Schaltung am Ausgang den dem Code »0« folgenden Impuls (d) des Codes »1« abgibt.

3. Schaltung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulationseinrichtungen eine weitere Verzögerungsschaltung (3) und eine ODER-Schaltung (4) aufweisen, daß die Eingänge (12, 13) der ODER-Schaltung (4) mit dem Ausgang

(12) der UND-Schaltung (2) und mit dem Ausgang

(13) der weiteren Verzögerungsschaltung (3) verbunden sind, deren Eingang jeweils mit dem Eingangsanschluß (10) verbunden ist, und daß das Ausgangssignal (14) der ODER-Schaltung (4), welches gleich der logischen Summe der abgesonderten Impulse (12) (d) und der Ausgangsimpulse (13) (e) der weiteren Verzögerungsschaltung (3) ist und bei welchem die Impulsbreite des dem Code »0« folgenden Impulses des Codes »1« vergrößert ist (dargestellt in F i g. 2f), dem Eingang (15) des Halbleiterlasers (6) zugeführt wird.

4. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Eingang (15) des Halbleiterlasers (6) und den Ausgang (14) der ODER-Schaltung (4) ein Ve. stärker (5) geschaltet ist.

5. Schaltung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zählschaltung vorgesehen ist, die die Anzahl der dem betreffenden Impuls des Codes »I« vorangehenden, aufeinanderfolgenden Impulse des Codes »0« zählt, um dadurch das Ausmaß der Vergrößerung der Impulsbreite des den letzteren folgenden Impulses des Codes »1« entsprechend zu steuern.

6. Schaltung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Addierschaltung vorgesehen ist. die das Ausgangsimpulssignal (12) (d)dcr UND-Schaltung (2) und das Eingangsimpulssignal (a) addiert, um dadurch den Spitzenwert des dem Code »0« folgenden Impulses des Codes »1« zu vergrößern.