DE3910720A1

DE3910720A1 - Reduction of the noise from laser transmitters

Info

Publication number: DE3910720A1
Application number: DE19893910720
Authority: DE
Inventors: Dieter Dr Ing Schicketanz; Rainer Dipl Ing Kossat
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1989-04-03
Filing date: 1989-04-03
Publication date: 1990-10-11

Abstract

In the case of laser transmitters, the laser noise can increase as a result of reflection to such an extent that the transmission is interfered with, particularly at high bit rates and with wide bandwidths. The invention proposes that the laser noise be minimised by setting a specific separation between the laser diode and the input optics or fibre ends, the minimising being achieved by means of a temperature change of the laser module. This is enabled in a simple manner by an actuating signal which is dependent on the laser noise being produced and by this signal being passed to the temperature regulator of the Peltier cooler contained in the laser module.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduktion des Rauschens von Lasersendern entsprechend dem Oberbegriff des Patentan spruchs 1 und einem entsprechend aufgebauten Lasersender.The invention relates to a method for reducing noise of laser transmitters according to the preamble of the patent saying 1 and a correspondingly constructed laser transmitter.

Lasersender der eingangs erwähnten Art sind aus telcom report 6 (1983) Beiheft "Nachrichtenübertragung mit Licht" Seiten 90 bis 96 bekannt. Auf der Seite 92 der genannten Veröffentlichung ist in den Bildern 4 und 5 das modulare Aufbauprinzip des Laser senders und ein entsprechender Lasermodul dargestellt. Der Lasermodul enthält einen mit dem Gehäuse verbundenen Peltier- Kühler, auf den eine Laserdiode und das Ende (Pigtail) eines Lichtwellenleiters montiert ist. Die Stirnfläche des Lichtwel lenleiters ist dabei in sehr geringem Abstand von der vorderen lichtemittierenden Fläche der Laserdiode montiert. In ver gleichsweise sehr viel größerem Abstand ist in optischer Ver bindung mit der hinteren lichtemittierenden Oberfläche der Laserdiode eine Monitordiode auf Durchführungen im Gehäuse befestigt. An die Monitordiode ist eine außerhalb des Gehäuses befindliche Einrichtung zur elektrischen Regelung und Ansteu erung angeschlossen, die den Laserdiodenvorstrom und damit die Lichtleistung der Laserdiode regelt und außerdem mit der Zu führung des Modulationsstroms verbunden ist. Auf dem Peltier- Kühler ist außerdem, der Laserdiode benachbart, ein Thermistor angeordnet, der ein von der Temperatur der Laserdiode abhängiges elektrisches Signal an eine außerhalb des Lasermoduls angeordne te Einrichtung zur Temperaturregelung abgibt, von der der Peltier-Kühler gespeist wird.Laser transmitters of the type mentioned at the outset are from telcom report 6 (1983) Booklet "Messaging with Light" pages 90 to 96 known. On page 92 of the publication mentioned in pictures 4 and 5 the modular construction principle of the laser transmitter and a corresponding laser module. The Laser module contains a Peltier connected to the housing Cooler, on which a laser diode and the end (pigtail) of one Optical fiber is mounted. The face of the Lichtwel lenleiters is at a very short distance from the front light-emitting surface of the laser diode mounted. In ver equally much greater distance is in optical ver bond with the rear light emitting surface of the Laser diode a monitor diode on bushings in the housing attached. At the monitor diode is one outside the housing Located device for electrical control and control connected to the laser diode bias current and thus the The light output of the laser diode regulates and also with the Zu leadership of the modulation current is connected. On the Peltier The cooler is also a thermistor adjacent to the laser diode arranged, which is dependent on the temperature of the laser diode electrical signal to an outside of the laser module te device for temperature control, of which the Peltier cooler is fed.

Im Abschnitt "Messen des Modenspektrums" auf Seite 95 der ge nannten Veröffentlichung wird bereits auf eine Maßnahme hinge wiesen, durch die der Einfluß von Reflektionen auf den Laserbe trieb minimiert werden soll. Insbesondere bei hohen Bitraten in digitalen Übertragungssystemen oder bei großen Bandbreiten in analogen Systemen kann das Laserrauschen die Übertragungseigen schaften wesentlich begrenzen. Einen erheblichen Beitrag zum Laserrauschen bewirken dabei die Reflektionen im Nutzlichtkanal, insbesondere die Reflektion an der der vorderen lichtemittieren den Oberfläche der Laserdiode unmittelbar benachbarten Oberflä che eines ersten optischen Elementes, des sogenannten Pigtails oder einer Steckverbindung.In the section "Measuring the fashion spectrum" on page 95 of the publication mentioned, reference is already made to a measure by which the influence of reflections on the laser operation is to be minimized. Especially at high bit rates in digital transmission systems or with large bandwidths in analog systems, the laser noise can significantly limit the transmission properties. The reflections in the useful light channel make a significant contribution to the laser noise, in particular the reflection on the surface of the first light element which is directly adjacent to the surface of the laser diode, the surface of a first optical element, the so-called pigtail or a plug connection.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, das durch störende Reflektio nen bedingte Rauschen von Lasersendern der eingangs erwähnten Art zu minimieren.The object of the invention is that by disturbing reflection conditional noise from laser transmitters of the type mentioned Kind of minimize.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einem Verfahren der ein gangs erwähnten Art durch die im Kennzeichnen des Patentan spruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst. Von besonderem Vorteil bei der erfindungsgemäßen Lösung ist die Möglichkeit, im An schluß an den Aufbau des Lasersenders eine Rauschminimierung ohne komplizierte Präzisionsmechanik vornehmen zu können, ein weiterer Vorteil liegt in der fortgesetzten automatischen Rauschminimierung während des Betriebs des Lasersenders. Be sonders einfach und zweckmäßig ist die Einstellung der Tem peratur im Lagermodul mittels einer Temperaturregelung des im Lasermodul angeordneten Peltierkühlers. Zweckmäßige Aus- und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die auf der Temperaturregelung des Peltierkühlers beruhen, sind in den Patentansprüchen 2 bis 5 beschrieben.According to the invention, the object is in a method of gangs mentioned by the in the characterizing the patent specified 1 measures resolved. Of particular advantage in the solution according to the invention, the possibility is in the after the construction of the laser transmitter a noise minimization without being able to undertake complicated precision mechanics Another advantage is the continued automatic Noise minimization during the operation of the laser transmitter. Be the setting of the tem. is particularly simple and expedient temperature in the storage module by means of a temperature control of the im Laser module arranged Peltier cooler. Appropriate training and Developments of the method according to the invention, which on the Temperature control of the Peltier cooler are based on the Claims 2 to 5 described.

Im Hinblick auf die einfache Realisierung mittels handelsüb licher Bauelemente ist in den Patentansprüchen 6 bis 9 ein er findungsgemäßer Lasersender mit einigen bevorzugten Ausbildungen beschrieben.With regard to the simple implementation by means of commercial practice Licher components is a he in the claims 6 to 9 Laser transmitter according to the invention with some preferred designs described.

Die Erfindung soll im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.The invention is based on one in the drawing illustrated embodiment are explained in more detail.

Die einzige Figur der Zeichnung zeigt ein Lasermodul LM, das entsprechend der Veröffentlichungen "telcom report" aufgebaut ist und den das Nutzlicht über die Glasfaser GF verläßt. Am Lasermodul LM ist ein Thermistor-Anschluß THA vorgesehen, der in bekannter Weise mit einem zugeordneten Eingang der Einrich tung TR zur Temperaturregelung verbunden ist. Das Lasermodul enthält außerdem einen Temperaturregelungseingang TRE, der an einen Steuerausgang der Einrichtung TR zur Temperaturregelung angeschlossen und der im Lasermodul LM mit dem Peltier-Kühler verbunden ist. Am Lasermodul LM ist außerdem ein Anschluß MDA für das elektrische Ausgangssignal der Monitordiode vorge sehen, dieser Anschluß ist mit dem Eingang eines Fotostromver stärkers FSV verbunden, der in bekannter Weise als Transimpe danz-Verstärker aufgebaut ist. Mit dem Ausgang des Fotostrom verstärkers FSV ist über einen Tiefpaß TP der Eingang einer Vorstromregelung VR für die Laserdiode verbunden, durch den der Vorstrom und damit die Lichtleistung der Laserdiode geregelt wird. Der Ausgang der Vorstromregelung VR ist mit einem ent sprechenden Anschluß IO des Lasermoduls LM verbunden. Dies ist der bekannte Aufbau eines Lasersenders.The only figure in the drawing shows a laser module LM , which is constructed according to the publications "telcom report" and which the useful light leaves via the glass fiber GF . On the laser module LM , a thermistor connection THA is provided, which is connected in a known manner to an associated input of the device TR for temperature control. The laser module also contains a temperature control input TRE , which is connected to a control output of the device TR for temperature control and which is connected to the Peltier cooler in the laser module LM . At the laser module LM , a connection MDA for the electrical output signal of the monitor diode is also easily seen, this connection is connected to the input of a Fotostromver amplifier FSV , which is constructed in a known manner as a transimpedance amplifier. The input of a bias current control VR for the laser diode is connected to the output of the photo current amplifier FSV via a low-pass filter TP , by means of which the bias current and thus the light output of the laser diode is regulated. The output of the bias current control VR is connected to a corresponding connection IO of the laser module LM . This is the well-known structure of a laser transmitter.

Dieser Aufbau wird geändert und ergänzt durch einen mit dem Aus gang des Photostromverstärkers FSV verbundenen Bandpaß BP und einem an diesen angeschlossenen Rauschleistungsmessers mit kom binierten Temperatur-Meßwertspeicher RM, Sp, die zusammen mit der Einrichtung TR zur Temperaturregelung nun eine kombinierte Temperatur-Rauschregeleinheit RRE bilden. Bei Bitraten des Nutzsignals von wenigstens 100 Mbit/s bzw. entsprechenden ana logen Frequenzen ist der Bandpaß BP mit einem Durchlaßbereich von etwa 1 bis etwa 5 MHz vorgesehen, bei entsprechender Bemes sung des Tiefpasses TP für die Vorstromregelung kann auch auf den Bandpaß BP verzichtet werden und der Eingangsanschluß der kombinierten Temperatur-Rauschregeleinheit RRE mit dem Ausgang des Tiefpasses TP verbunden sein. Der Bandpaß BP kann auch ent fallen, wenn die im Lasermodul LM angeordnete Monitordiode oder der Photostromverstärker FSV entsprechende bandbegrenzende Ei genschaften aufweisen.This structure is changed and supplemented by a bandpass BP connected to the output of the photocurrent amplifier FSV and a noise power meter connected to this with combined temperature measurement value memory RM, Sp , which together with the device TR for temperature control now form a combined temperature-noise control unit RRE . At bit rates of the useful signal of at least 100 Mbit / s or corresponding analog frequencies, the bandpass BP is provided with a passband of approximately 1 to approximately 5 MHz, with appropriate dimensioning of the low-pass filter TP for the bias current control, the bandpass BP can also be dispensed with and the input terminal of the combined temperature-noise control unit RRE can be connected to the output of the low-pass filter TP . The bandpass filter BP can also fall if the monitor diode arranged in the laser module LM or the photocurrent amplifier FSV have corresponding band-limiting properties.

Die rauschabhängige Temperaturregelung wird in bestimmten zeit lichen Abstand nach dem Einschalten des Lasersenders durch einen Zeitschalter aktiviert. Die kombinierte Temperatur-Rauschre geleinheit RRE verstellt dann die Temperatur des Peltierkühlers in einem für die Laserdiode zulässigen Bereich und mißt dabei die auftretende Rauschleistung im Laserausgangssignal. In dem vergleichsweise großem Temperaturbereich treten bei den meisten Lasermodulen mehrere Maxima und Minima der Rauschleistung auf. Der kombinierte Rauschleistungsmesser und Temperatur-Meßwert speicher RM, SP speichert nun die zu der kleinsten Rauschlei stung zugehörige Temperatur und gibt diesen Temperaturwert an die Einrichtung TR zur Temperaturregelung als Temperatur-Refe renzwert ab. Von der Einrichtung TR zur Temperaturregelung wird anschließend der Peltierkühler und damit das Lasermodul LM auf die Referenztemperatur eingeregelt, der gesamte Regelvorgang kann in vorgewählten zeitlichen Abständen zyklisch wiederholt werden.The noise-dependent temperature control is activated by a timer at a certain time interval after the laser transmitter is switched on. The combined temperature-noise control unit RRE then adjusts the temperature of the Peltier cooler in a range permissible for the laser diode and measures the noise power that occurs in the laser output signal. In the comparatively large temperature range, several maxima and minima of the noise power occur in most laser modules. The combined noise power meter and temperature measured value memory RM, SP now stores the temperature associated with the smallest noise output and outputs this temperature value to the device TR for temperature control as a temperature reference value. The device TR for temperature control then adjusts the Peltier cooler and thus the laser module LM to the reference temperature; the entire control process can be repeated cyclically at preselected time intervals.

Der Regelvorgang beruht auf dem Mechanismus, daß durch eine Temperaturänderung im Innern des Lasermoduls LM eine geringfü gige Veränderung des Abstandes zwischen der vorderen lichtemit tierenden Oberfläche der Laserdiode und der für die erste Re flektion verantwortlichen reflektierenden Oberfläche eines op tischen Elementes oder einer Glasfaser bewirkt wird. Im prakti schen Aufbau hat sich gezeigt, daß sich zum Beispiel der durch die erste Laserdiode und erster Linse oder Laserdiode und Pigtail vollständig neutralisieren ließ, wobei sich gekoppelte Resona toren ergaben.The control process is based on the mechanism that a slight change in the distance between the front light-emitting surface of the laser diode and the responsible for the first re reflection surface of an optical element or a glass fiber is caused by a change in temperature inside the laser module LM . In practical constructions it has been shown that, for example, the first laser diode and first lens or laser diode and pigtail could be completely neutralized, resulting in coupled resonators.

Die Steuerung der zusätzlichen Regeleinrichtungen erfolgt durch eine zusätzliche Steuereinheit, die in die Einrichtung TR zur Temperaturregelung eingefügt ist.The additional control devices are controlled by an additional control unit which is inserted into the device TR for temperature control.

Claims

1. A method for reducing the noise of the output signal from laser transmitters, which is generated by a laser diode fastened in a laser module to a temperature-controlled Peltier cooler, characterized in that the temperature in the laser module (LM) is changed until a noise minimum is set in the laser output signal.

2. The method according to claim 1, characterized, that the temperature control of the Peltier cooler is also in Ab dependence on the noise power of the laser output signal follows.

3. The method according to claims 1 or 2, characterized, that the noise power of the laser output signal thereby telt is that one with the laser diode in optical contact be sensitive monitor diode generates an electrical signal that ge a noise after amplification and band limitation power meter is fed.

4. The method according to claims 2 or 3, characterized, that the temperature of the Peltier cooler controlled a tempera tured area in which a noise minimum occurs that the temperature at which the noise minimum is determined occurs and then the Peltier cooler at this temperature is regulated and that this entire process is cyclical again is fetched.

5. The method according to one or more claims 1-4, characterized, that the noise-dependent temperature control in a certain time distance activated after switching on the laser transmitter becomes.

6. Laser transmitter for performing a method according to one or more of claims 1 to 5 with a laser module, a Peltier cooler with a mounted laser diode in a housing and in optical connection with the front light emitting surface, a first optical element and / or a glass fiber connection ( Pigtail) and in optical connection with their rear light-emitting surface contains a monitor diode and that a device for regulating the light line of the laser diode are connected to the Peltier cooler, a first device for temperature control and to the monitor diode, characterized in that the Device (TR) for temperature control by inserting a noise power meter with a connected temperature memory (RM, SP) to a combined temperature-noise control unit (RRE) is expanded that an input of the Rauschlei stungsmessers (RM, SP) via a freq Pending filter (EP) is connected to an output of the photocurrent amplifier (FSV) and the measured value memory is connected to (RM, SP) an input of the device (TR) for temperature control.

7. Laser transmitter according to claim 6, characterized in that the frequency-dependent filter (BP) is designed as a bandpass filter.

8. Laser transmitter according to claim 7, characterized in that the monitor diode and / or the photocurrent amplifier (FSV) have band-limiting properties and therefore the frequency-dependent filter (BP) is replaced by a short circuit.

9. laser transmitter according to claims 7 or 8, characterized, that with transmission signals with a bit rate of at least 100 Mbit / s or a frequency of at least 100 MHz of the band pass has a pass band of about 1 to about 5 MHz.