DE3242481A1

DE3242481A1 - Laserregler

Info

Publication number: DE3242481A1
Application number: DE19823242481
Authority: DE
Inventors: Ernst 7157 Murrhardt Kremers; Theo Dipl.-Ing. 7150 Backnang Wiesmann
Original assignee: ANT Nachrichtentechnik GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1982-11-18
Filing date: 1982-11-18
Publication date: 1984-05-24
Anticipated expiration: 2002-11-19
Also published as: DE3242481C2

Description

Laserregler
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regelung des Ausgangssignals eines Halbleiterlasers gemäß Oberbegriff des Patentanspruch 1 sowie auf eine Schaltungsanordnung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Ein Regelungsverfahren der genannten Art ist durch den Aufsatz "Laser Level-Control Circuit for High-Bit-Rate Systems using a Slope Detector" von D.W. Smith in Elektronics Letters, Vol. 14, No. 24, Seiten 775 bis 776 bekanntgeworden. Bei dieser Laserregelung erfolgt eine Überlagerung des Vorstromes der Laserdiode mit einem Pilotton kleiner Frequenz beim Nullsignal des Modulationsstromes mit Hilfe einer schnellen Diodentorschaltung. Der Pilot wird mittels Gleichrichtung aus dem Ausgangssignal einer Fotodiode, die einen Teil des Laserstrahles empfängt, dedektiert, mit einer Referenz Gleichspannung verglichen, einem Integrator zugeführt und schließlich als Regelsignal der Pulstreiberschaltung für den Modulationsstrom des Lasers zugeführt. Die Regelung des Vorstromes erfolgt hier durch Erfassung der mittleren Leistung. Nachteilig ist hierbei, daß die beiden Regelkreise nicht voneinander entkoppelt sind, sondern sich gegenseitig beeinflussen, und daß ein schnelles Diodengatter benötigt wird. Weiterhin nachteilig ist das Driftproblem des erforderlichen, der Fotodiode nachgeschal teten Gleichstromverstärkers, was sich insbesondere nachteilig auswirkt bei sehr kleinen optischen Empfangssignalen der Fotodiode.
Die Erfindung ging deshalb von der Aufgabe aus, ein -Verfahren der oben genannten Art anzugeben, welches gestattet, die beiden Arbeitspunkte des Lasers bei Null- und Spitzenwertaussteuerung mit Hilfe zweier voneinander unabhängigen Regelkreise zu stabilisieren, wobei der Aufwand an hochfrequenten Bauelementen so gering als möglich zu halten ist. Außerdem sollten die Regelkreise keine Gleichstromdriftprobleme aufweisen.
Die Lösung erfolgt mit den im Anspruch 1 angegebenen Verfahrensschritten.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren ergeben sich die Vorteile, daß durch den Pilotton, der in einem festen Verhältnis zum Datenpegel steht, auf der Empfangsseite ein Maß für den Sendepegel darstellt und somit zur exakten Einstellung des Spitzenwertarbeitspunktes benutzt werden kann.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt vor, wenn dem Vorstrom bei Nullsignal des Modulationsstromes ein weiterer Pilotton einer zweiten Frequenz überlagert, empfangsseitig ausgewertet und zur Regelung des Sockelarbeitspunktes des Lasers benutzt wird.
Es folgt nun die Beschreibung der Erfindung anhand der Fi guren.
Die Figuren 1 und 2 zeigen zwei Prinzipschaltbilder einer Anordnung zur Durchführung des Verfahrens Die Figur 3 erläutert den zeitlichen Verlauf des optischen Ausgangsstromes des Halbleiterlasers. Schließlich zeigen die Figuren 4 und 5 detailliertere Stromlaufpläne zweier optimal ausgestalteten Schaltungsanordnungen zur Laserregelung.
In Figur 1 ist die Halbleiterlaserdiode LD erkennbar, die durch die steuerbaren Stromquellen des Modulationsstromes im und des Vorstromes iv angeregt wird. In einem ersten Summierglied S1 wird dem Modulationsstrom im ein Pilotstromsignal iP1 des Pilotgenerators PG1 überlagert, anschließend wird das Summensignal in einem Multiplizierer M mit dem aus binären Nullen und Einsen bestehenden Datensignal D multipliziert, so daß also lediglich dem Spitzenwert, der der binären Eins entspricht, des Modulationsstromes der Pilot überlagert ist. Mit einem zweiten Summierglied erfolgt die übliche Summenbildung zwischen Modulations- und Vorstrom iv. Eine Fotodiode FD empfängt einen Teil der optischen Ausgangsleistung der Halbleiterlaserdiode LD und wandelt ihn in ein elektrisches Signal um, welches in einem Filter auf die Pilotfrequenz f1 gefiltert wird. Das empfangene und gefilterte Pilottonsignal wird in einem Operationsverstärker OV1 mit dem überlagernden Pilotton verglichen und das Vergleichsergebnis als Regelsignal der Modulationstromquelle im zugeführt. Der Verlauf der optischen Ausgangsleistung entspricht dem Spitzenwert des Verlaufs nach Figur 3.
Durch ein einstellbares Dämpfungsglied d, das im Zweig zwischen Addierer S1 und Pilottongenerator PG1 eingefügt ist und das durch das Regelsignal für den Modulationsst-rom im gesteuert wird, wird erreicht, daß zwischen Pilottonpegel und Modulationsstrom unabhängig von der Ansteuerung der Laserdiode immer eine feste Amplitudenbeziehung besteht.
Die Schaltungsanordnung nach Figur 2 entspricht derjenigen nach Figur, wobei zusätzlich der Vorstrom mit einem zweiten Piloten moduliert wird. Dies erfolgt dadurch, daß dem zweiten Summierglied S2 ein Pilotstromsignal iP2 und dem ersten Summierglied das gleiche Pilotstromsignal in Gegenphase zugeführt wird. Die beiden Pilotstromsignale werden dadurch beim binären.
Eins-Wert des Datensignales D kompensiert. Das von der Fotodiode FD empfangene Signal wird nun auch auf die Pilotfrequenz f2 gefiltert, mit einem Referenzsignal RF2 in einem zweiten Operationsverstärker OV2 verglichen und das Vergleichssignal der steuerbaren Vorstromquelle 1v als Regelgröße zugeführt.
Selbstverständlich kann an den beiden Filterausgängen eine Gleichrichtung eingefügt werden, so daß die Referenzsignale RF1 und RF2 eine Gleichspannung sein können. Das optische Ausgangssignal Popt des Lasers hat für eine binäre Null-, Eins-Folge einen zeitlichen Verlauf gemäß der Figur 3, wo der dazugehörige Sockel- bzw. Spitzenwert, denen die beiden Piloten PT2 bzw. PT1 überlagert sind, über der Zeit t aufgetragen sind.
Bei einer der Filterung nachfolgenden Gleichrichtung des empfangenen Pilotsignals kann die Referenzspannung einen konstanten Wert aufweisen. Sofern die Signalstatistik jedoch stark schwankt, d.h. eine ungleichmäßig Verteilung von binären Nullen und Einsen im Datensignal D vorhanden ist, sollte die Referenzspannung entsprechend nachgeführt werden. Dies ist erforderlich, da die im Ausgangssignal enthaltenen Anteile der Pilottöne direkt proportional den Anteilen der binären Nullen bzw. Einsen des' Datensignals sind. Eine solche Nachführung ist in Bild 5 wiedergegeben, wo das Datensignal integriert wird und einmal direkt als Referenzwert im Pilotregelkreis 1 dient und zum andern über einen entkoppelnden Verstärker dem Pilotregelkreis 2 zugeführt wird.
In Bild 4 und 5 ist die Multipliziererfunktion in vorteilhafter Weise in dem links oben erkennbaren Differenzverstärker für die Laserdiode LD realisiert. Der Summierer S1 und die steuerbare Modulationsstromquelle ist in dem Transistor T mit zugehörigen Strombegrenzungswiderständen realisiert. Der Summierer S2 nach Figur 2 ist in Figur 4 und 5 jeweils als Sammelpunkt S2' und S2" erkennbar, die Vorstromquelle iv wird gebildet durch den Transistor Tv zusammen mit den angrenzenden Widerständen. Außer dem zur Ansteuerung der Laserdiode erforderliche und allgemein eingesetzten Differenzverstärker werden keine zusätzlichen schnellen Bauelemente benötigt. Leerseite

Claims

Patentansprüche Verfahren zum Regeln des Ausgangssignals eines Halbleiterlasers, dessen digital mit dem zu übertragenden Datensignal modulierter Modulationsstrom bzw. dessen Vorstrom mittels eines Signals geregelt wird, das durch den Vergleich zwischen einem Referenzsignal und einem vom optischen Ausgangssignal des Halbleiterlasers abgeleiteten elektrischen Signal gebildet wird, wobei zur Regelung des Modulationsstromes ein Pilotsignal verwendet wird, das dem Modulationsstrom aufmoduliert ist, dadurch gekennzeichnet, daß dem Spitzenwert des Modulationsstromes (im) ein Pilotton (iP1) einer vergleichsweise niedrigen Frequenz (f1) überlagert wird, daß das elektrische Ausgangssignal eines optoelektronischen Wandlers, der das optische Ausgangssignal des Halbleiterlasers empfängt und umwandelt, auf die Pilotfrequenz (fl) gefiltert wird, daß der so empfangene Pilotton mit einem Referenzsignal verglichen wird und daß das Vergleichsergebnis der Quelle des Modulationsstromes als Regelsignal zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überlagerung des Pilottons derart erfolgt, daß pegelunabhängigszwischen Pilotton (iP1) und Modulationsstrom (im) eine feste Amplitudenbeziehung besteht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim Nullwert des Modulationsstromes (im) dem Vorstrom (iv) ein zweiter Pilotton (iP2) einer vergleichsweise niedrigen zweiten Frequenz (f2) überlagert wird, daß das elektrische Ausgangs signal des optoelektrischen Wandlers auf die zweite Pilotfrequenz (r2) gefiltert wird, daß der so empfangene Pilotton mit einem zweiten Referenzsignal verglichen wird, und daß das Vergleichsergebnis der Vorstromquelle als Regelsignal zugeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Vorstrom (iv) der zweite Pilotton (iP2) aufmoduliert wird, und daß beim Spitzenwert des Modulationsstromes (im) dem Summensignal aus moduliertem Vorstrom und Modulationsstrom der zweite, um 180° phasenverschobene Pilotton mit gleicher Amplitude derart addiert wird, daß die Komponente des zweiten Pilottones (iP2) zu Null wird.
5-. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Überlagerung des ersten Pilottones (iP1) mithilfe eines Multiplizierers (M) durchgeführt wird, dessen einem Eingang das Datensignal (D) und dessen anderem Eingang das mit Hilfe eines Addierers (S1) gebildete Summensignal aus Modulationsstrom (im) und Pilottonsignal (iP1) zugeführt werden.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Addierer (S2) vorgesehen ist, in dem die Summe aus Vorstrom (iv) und Modulationsstrom (im) gebildet wird.
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Referenzsignal der überlagernde Pilotton ist. ç
8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Referenzsignal eine Gleichspannung ist, die mit dem gleichgerichteten Pilotempfangssignal verglichen wird.
9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichspannungsquelle des Referenzsignals in Abhängigkeit der binären Null- bzw. Eins-Verteilung des Datensignals (D) gesteuert wird.
10.Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein einstellbares Dämpfungsglied (d), ein einstellbarer Verstärker oder ein Multiplizierer am Eingang des Addierers (S1) für den Pilotton (iP1) eingefügt ist, was durch das Regelsignal für den Modulationsstrom (im) gesteuert wird.