DE3726244C2 - Schaltungsanordnung zur Überwachung der Leistung einer Laserdiode - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 (EP 0 215 311 A2).

Laserdioden werden als Lichtsender beispielsweise in Fernmelde-Ortsnetzen verwendet, in denen Lichtwellenleiter - im folgenden kurz "LWL" genannt - als Übertragungsleitungen dienen. Die Laserdioden werden an eine Stromquelle angeschlossen und liefern je nach eigener Größe und Höhe des Speisestroms eine bestimmte Lichtleistung. Nach internationalen Vorschriften darf die Lichtleistung von im Fernmelde-Ortsnetz eingesetzten Laserdioden einen vorgegebenen Maximalwert von beispielsweise 2,5 mW nicht überschreiten, damit das Augenlicht von Bedienungspersonal nicht gefährdet wird. Das könnte geschehen, wenn das von der Laserdiode ausgesandte gebündelte Licht beispielsweise bei Wartungsarbeiten in das Auge einer Bedienungsperson fällt. Eine solche Augenschädigung könnte aber auch auf der Übertragungsstrecke an beliebiger Stelle des Ortsnetzes auftreten, wenn ein LWL-Kabel beispielsweise beschädigt wird und insbesondere Laien sich das beschädigte Kabel ansehen.

In bekannten Schaltungen, beispielsweise nach der eingangs erwähnten EP 0 215 311 A2, wird daher die Leistung einer Laserdiode mittels einer Monitordiode mit angeschlossenem Regler und zugehörigem, im Stromkreis der Laserdiode liegenden Transistor auf einen vorgegebenen Wert geregelt. Die Monitordiode ist beispielsweise mit der Laserdiode in einem Lasermodul angeordnet, und zwar auf der Kontrollseite der Laserdiode. Von der Laserdiode kommendes Licht, dessen Leistung im Verhältnis zur Sendeleistung der Laserdiode bekannt ist, erzeugt in der Monitordiode einen Strom, der auf den Regler gegeben wird. Je nach Höhe dieses Stromes wird die Stromdurchlässigkeit des Transistors geregelt, wodurch die Leistung der Laserdiode geregelt wird. Insbesondere Alterungsprozesse und Temperatureinflüsse, durch welche die Kennlinie einer Laserdiode verschoben wird, können dadurch ausgeglichen werden. Wenn beispielsweise die an den LWL abgegebene Sendeleistung der Laserdiode sinkt, dann sinkt auch die Leistung des auf die Monitordiode fallenden Lichts. Vom Regler wird dann die Stromdurchlässigkeit des Transistors erhöht, so daß die Laserdiode mehr Strom zieht und dadurch ihre Leistung erhöht.

Versagt dieser Regelvorgang jedoch beispielsweise durch Ausfall der Monitordiode (hochohmig) in der Weise, daß der Transistor voll stromdurchlässig geschaltet wird, dann zieht die Laserdiode den maximalen Strom und liefert dementsprechend eine wesentlich zu hohe Leistung. Das macht sich für die fernmeldetechnische Signalübertragung nicht störend bemerkbar. Das Augenlicht von Menschen, auf deren Augen dieses Licht hoher Leistung fällt, wird dann aber geschädigt. Diese bekannten Schaltungsanordnungen sind also bei einem derartigen Störfall nicht sicher.

In der eingangs erwähnten EP 0 215 311 A2 ist neben der Regelung der Leistung der Laserdiode mittels der Monitordiode eine Schaltung zur Begrenzung des über die Laserdiode fließenden Stroms angegeben. Dazu ist in den Stromkreis der Laserdiode ein als Spannungsfühler arbeitender Widerstand eingeschaltet, durch welchen die Stromdurchlässigkeit eines parallel zur Laserdiode liegenden Transistors beeinflußt wird. Wenn der Strom im Stromkreis der Laserdiode zu hoch wird, dann wird der Transistor stromdurchlässig geschaltet. Der den zulässigen Wert überschreitende Strom wird dann über den Transistor abgeleitet. Damit kann nach Maßgabe des Widerstandes der zur Laserdiode fließende Strom begrenzt werden. Der im Stromkreis der Laserdiode liegende Widerstand muß so ausgelegt sein, daß der zur Laserdiode fließende Strom unter allen Bedingungen noch hoch genug ist, damit die erforderliche Lichtleistung erbracht werden kann. Dabei ist insbesondere das stark temperaturabhängige Verhältnis von Laserlichtleistung zu Laserstrom der Laserdiode zu berücksichtigen. Der zur Laserdiode fließende Strom kann daher nur auf einen Wert begrenzt werden, der als Höchstwert eine Lichtleistung der Laserdiode zuläßt, die immer noch zur Gefährdung des Augenlichts von Menschen führen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs beschriebene Schaltungsanordnung so weiterzubilden, daß sichergestellt ist, daß bei einem Fehler im Regelkreis der Monitordiode das Augenlicht von Menschen nicht gefährdet wird.

Diese Aufgabe wird entsprechend den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Mit dieser Schaltungsanordnung wird die Laserdiode bei unzulässig hohem Speisestrom abgeschaltet. Das Augenlicht von Menschen kann dann nicht von Licht mit zu hoher Leistung getroffen werden. Beim Überschreiten der dem zweiten Regler als Sollwert aufgegebenen Referenzspannung am ohmschen Widerstand schaltet der zweite Regler den Schalttransistor in den stromdurchlässigen Zustand. Dessen Strompfad schließt dann die Laserdiode kurz. Der gesamte Speisestrom fließt über den Strompfad des Schalttransistors. Dadurch ist die Laserdiode nicht nur abgeschaltet, sondern gleichzeitig auch vor Zerstörung bewahrt, die bei einem zu hohen Speisestrom eintreten würde.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist in der Zeichnung dargestellt.

Die einzige Figur der Zeichnung zeigt in schematischer Darstellung eine Schaltungsanordnung nach der Erfindung.

Eine Laserdiode 1 wird aus einer Spannungsquelle, die beispielsweise eine Spannung von 5 V liefert, gespeist. Die Laserdiode 1 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel zusammen mit einer Monitordiode 2 in einem Lasermodul 3 angeordnet, der durch eine gestrichelte Linie umrahmt ist. An die Laserdiode 1 ist auf deren Sendeseite ein LWL 4 angeschlossen, der Teil eines Fernmeldeortsnetzes sein kann. Die Monitordiode 2 befindet sich auf der Kontrollseite der Laserdiode 1. Zu sendende Daten werden der Laserdiode 1 in bekannter Weise aufmoduliert. Die im Text erwähnte Leistung der Laserdiode 1 ist dann die mittlere Sendeleistung.

An die Monitordiode 2 ist ein erster Regler 6 angeschlossen, dem als Sollwert eine Referenzspannung UREF1 aufgegeben wird, welche einer Leistung der Laserdiode 1 von beispielsweise 0,25 mW entspricht. Der erste Regler 6 ist mit der Regelelektrode eines Transistors 7 verbunden. Der Transistor 7 liegt mit seinem Strompfad im Strompfad der Laserdiode 1. Im Strompfad der Laserdiode 1 ist außerdem ein ohmscher Widerstand 8 angeordnet, an den ein zweiter Regler angeschlossen ist, der vorzugsweise als Operationsverstärker 9 ausgebildet ist. Parallel zur Laserdiode 1 liegt der Strompfad eines Schalttransistors 10, dessen Steuerelektrode mit dem Ausgang A des Operationsverstärkers 9 verbunden ist. An diesen Ausgang kann ein Signalgeber 11 angeschlossen sein.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Transistoren 7 und 10 als bipolare Transistoren ausgeführt. Die Emitter- Kollektor-Strecke derselben ist dann der "Strompfad", während die Basis die "Steuerelektrode" ist. Statt bipolarer Transistoren könnten auch Feldeffekttransistoren eingesetzt werden, deren "Gate" die "Steuerelektrode" ist, während der "Strompfad" zwischen "Drain" und "Source" verläuft.

Die Schaltungsanordnung arbeitet wie folgt:

Sobald die Laserdiode 1 durch Schließen des Schalters 12 mit Strom versorgt wird, sendet sie Licht in Richtung des LWL 4 einerseits und der Monitordiode 2 andererseits. Die Leistung des auf die Monitordiode 2 fallenden Lichts ist wesentlich geringer als die des in den LWL 4 gespeisten Lichts. Die Stromdurchlässigkeit des Transistors 7 ist dabei über den zugehörigen ersten Regler 6 so eingestellt, daß die Laserdiode 1 eine vorgegebene Lichtleistung von beispielsweise 0,25 mW auf der Sendeseite liefert.

Die Leistung des auf der Kontrollseite der Laserdiode 1 auf die Monitordiode 2 fallenden Lichts ist der Leistung der Sendeseite proportional. Der von der Monitordiode 2 gelieferte Strom, der im ersten Regler 6 mit dem vorgegebenen Sollwert der Referenzspannung UREF1 verglichen wird, ist davon abhängig. Dieser Sollwert entspricht der vorgegebenen Lichtleistung der Laserdiode 1. Wenn die Lichtleistung der Laserdiode 1 beispielsweise durch Alterung nachläßt, dann fällt weniger Licht auf die Monitordiode 2, die einen geringeren Strom liefert. Der erste Regler 6 erhöht dann die Stromdurchlässigkeit des Transistors 7, bis die vorgegebene Lichtleistung der Laserdiode 1 wieder erreicht ist. Das funktioniert, solange die Monitordiode 2 arbeitet und solange in ihrem Regelkreis keine anderen Störungen auftreten.

Wenn die Monitordiode 2 aber beispielsweise ausfällt (hochohmig wird), dann liefert sie keinen Strom mehr an den ersten Regler 6, obwohl sie Licht von der Laserdiode 1 empfängt. Der erste Regler 6 regelt dann den Transistor 7 auf volle Stromdurchlässigkeit, so daß die Laserdiode 1 mit entsprechend erhöhter Lichtleistung den vollen Strom ziehen würde. Das wird jedoch durch die Schaltungsanordnung verhindert.

Am ohmschen Widerstand 8 liegt ständig eine dem Speisestrom der Laserdiode 1 proportionale Spannung an, die auf den Eingang E1 des hier als zweiter Regler verwendeten Operationsverstärkers 9 gegeben wird. Über den Eingang E2 wird dem Operationsverstärker 9, der als einfacher Komparator ausgeführt sein kann, eine Referenzspannung UREF2 zugeführt, die dem vorgegebenen, maximalen Speisestrom für die Laserdiode 1 entspricht, bei dessen Überschreiten sie zerstört würde. Solange die Spannung am Eingang E1 nicht größer als die Referenzspannung UREF2 ist, liefert der Operationsverstärker 9 an seinem Ausgang A keine Spannung. Der Schalttransistor 10 bleibt dann gesperrt.

Wenn zur Laserdiode 1 ein unzulässig hoher Strom fließt, wird die Spannung am Eingang E1 größer als die Referenzspannung UREF2. Der Operationsverstärker 9 kippt dann um und liefert an seinem Ausgang A eine Spannung, so daß der Schalttransistor 10 stromdurchlässig wird. Die Laserdiode 1 ist dann durch den Strompfad des Schalttransistors 10 kurzgeschlossen, über welchen jetzt der Speisestrom fließt. Die Laserdiode 1 ist damit abgeschaltet. Sie liefert kein Licht mehr und ist vor Zerstörung geschützt.

Claims (3)

1. Schaltungsanordnung zur Überwachung der Leistung einer aus einer Stromquelle gespeisten Laserdiode, an die auf ihrer Sendeseite ein Lichtwellenleiter und auf ihrer Kontrollseite eine Monitordiode angeschlossen sind, bei welcher im Stromkreis der Laserdiode ein Transistor mit seinem Strompfad eingeschaltet ist, an dessen Steuerelektrode ein mit der Monitordiode verbundener erster Regler angeschlossen ist, dem als Sollwert eine einer vorgegebenen Leistung der Laserdiode entsprechende Referenzspannung aufgegeben ist, bei welcher parallel zur Laserdiode ein Schalttransistor mit seinem Strompfad angeschlossen ist und bei welcher in den Stromkreis der Laserdiode ein ohmscher Widerstand eingeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Steuerelektrode des Schalttransistors (10) mit einem zweiten Regler verbunden ist, der mit einer dem im Stromkreis der Laserdiode (1) fließenden Strom proportionalen Spannung beaufschlagt und an den ohmschen Widerstand (8) angeschlossen ist und dem als Sollwert eine dem vorgegebenen maximalen Speisestrom für die Laserdiode (1) entsprechende Referenzspannung (UREF2) aufgegeben ist und
• - daß der Schalttransistor (10) durch den zweiten Regler stromdurchlässig geschaltet und damit die Laserdiode (1) kurzgeschlossen wird, sobald die am ohmschen Widerstand (8) abfallende Spannung die dem zweiten Regler aufgegebene Referenzspannung (UREF2) überschreitet.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Regler als Operationsverstärker (9) ausgebildet ist, der mit einem Eingang (E1) an den ohmschen Widerstand (8) angeschlossen ist, dessen zweitem Eingang (E2) die Referenzspannung (UREF2) zugeführt ist und dessen Ausgang (A) mit der Steuerelektrode des Schalttransistors (10) verbunden ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den zweiten Regler ein Signalgeber (11) angeschlossen ist.