DE69304844T2 - Vorrichtung zur Leistungsstabilisierung von Laserdioden - Google Patents

Vorrichtung zur Leistungsstabilisierung von Laserdioden

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Stabilisierung der Ausgangsleistung von Laserdioden, die für die Übertragung von Digitalsignalen mit einer Lichtleitfaser gekoppelt sind.
  • Die Laserdioden finden breite Anwendung auf dem Gebiet der Digitalübertragungen über Lichtleitfasern, haben aber den Nachteil, als Reaktion auf eine Temperaturveränderung oder ein Altern der Diode große Veränderungen der emittierten Lichtleistung aufzuweisen.
  • Man kann sich auf die Diagramme der Figuren 3 und 4 beziehen, um diese Phänomene besser zu verstehen.
  • In Figur 3 sind die veränderungen der Kennlinie eines Lasers in Abhängigkeit von der Temperatur dargestellt. Für eine Temperatur T = 20ºC erhält man die Kennlinie C1 und für eine Temperatur T = 60ºC erhält man die Kennlinie C2. Man stellt also fest, daß bei konstantem Versorgungsstrom I die emittierte Lichtleistung bei einer Temperatur von 20ºC größer ist als die, die emittiert wird, wenn die Temperatur gleich 60ºC ist.
  • Die Figur 4 zeigt zwei Kennlinien von Laserdioden, von denen die eine einem neuen Laser entspricht und die andere einem Laser am Ende seiner Lebensdauer. Diese Kennlinien wurden gemessen bei einer konstanten Temperatur von Θ&sup0;c.
  • In dieser Figur 4 sieht man auch, daß die emittierte Lichtleistung kleiner ist für einen bestimmten Strom 1, wenn der Laser am Ende seiner Lebensdauer ist.
  • Es gibt eine Regulierungsmethode, die ermöglicht, diese durch Temperaturveränderungen bedingten veränderungen der durch diese Laserdiode emittierten Ausgangsleistungen zu kompensieren. Diese Methode besteht aus einer analogen Regelung der von einer Laserdiode emittierten Lichtleistung durch Vergleichen eines für diese Leistung repräsentativen Signals mit einem Bezugssignal&sub1; um ein Fehlersignal zu erhalten, das benutzt wird, um den elektrischen Versorgungsstrom der Laserdiode zu verändern.
  • Man hat festgestellt, daß diese Methode den Nachteil aufweist, sehr wenig wirksam zu sein, wenn das Senden von Daten periodisch erfolgt. Die eine kontinuierliche Regelung durchführende Schleife ist nämlich fehlerhaft, denn sie benutzt als repräsentatives Signal ein Signal, das repräsentativ ist für die sporadisch emittierte Leistung.
  • Eine andere bekannte Methode besteht nur aus einer Temperaturregelung. Die Regelung erfolgt mit Hilfe eines aktiven Elements wie z.B. eines Peltiereffektelements, gesteuert durch eine Geqenreaktionsschleife, deren Eingangssignal gebildet wird durch eine Abweichung zwischen der gemessenen Laser-Temperatur und einer Sollwert-Temperatur. Diese Regelung hat den Nachteil, teuer zu sein, viel Energie zu verbrauchen und der altersbedingten Abweichung des Lasers nicht Rechnung zu tragen.
  • Es gibt ebenfalls Systeme, die dem Ende der Lebensdauer der Laserdiode Rechnung tragen. Diese Systeme umfassen eine Regelung, um die Auswirkungen von Veränderungen auszugleichen, die zurückzuführen sind auf die Alterung der Diode, und ebenfalls ein aktives Element, um die Betriebstemperatur konstant zu halten. So nimmt der das Lebensdauerende des Lasers angebende Strom I einen festen Wert an, der abhängt von der konstant gehaltenen Betriebstemperatur. Die Diagnostik reduziert sich also auf einen einfachen Vergleich des Werts der Laserstromversorgung mit dem des vorher festgelegten Stroms Imax. Ein derartiges rudimentäres System bleibt kostspielig und verbraucht viel Energie.
  • Außer diesen Nachteilen hat der Anmelder auch festgestellt, daß sich ein Leistungsverlust ereignete aufgrund der Ankopplung der Laserdiode an die Lichtleitfaser, und daß bis heute kein System eine vollkommene Beherrschung dieses Phänomens ermöglicht. Er hat ebenfalls festgestellt, daß das Element, das erlaubte, das Bild der Information zurückzugewinnen und das im allgemeinen eine Photodiode auf der Rückseite des Lasers war, leicht gestört wurde durch eine Temperaturveränderung, und daß aus diesem Grund das für die emittierte Lichtleistung repräsentative Signal ebenfalls durch die Temperaturveränderungen hervorgerufenen Veränderungen ausgesetzt war. Kein existierendes Regelsystem ermöglicht, diesem Phänomen Rechnung zu tragen.
  • Man kann Bezug nehmen auf den Stand der Technik, der als der am nächsten kommende gilt und gebildet wird durch das Dokument D1: WO-A-92 05 608.
  • Diese Richtung beschreibt eine Vorrichtung nach der Präambel des Anspruchs 1. Diese Vorrichtung ermöglicht die periodische Durchführung einer Kalibrierung der Diode, um den besten Betriebspunkt zu finden.
  • Die vorliegende Erfindung hat eine Beseitigung aller dieser Probleme zur Zielsetzung.
  • Die vorliegende Erfindung hat insbesondere eine Vorrichtung zur Stabilisierung der Ausgangsleistung einer mit einer Lichtleitfaser gekoppelten Laserdiode zum Gegenstand, so wie beansprucht im Patentanspruch 1.
  • Die Vorrichtung umfaßt:
  • - eine Photodiode zum Erfassen eines Signals, das kennzeichnend ist für die durch die Laserdiode emittierte Leistung;
  • - digitale Steuereinrichtungen der Laserdiode;
  • - Programmspeicherungseinrichtungen;
  • - Parameterspeicherungseinrichtungen;
  • - einen Kommunikationskanal.
  • Die Vorrichtung umfaßt eventuell einen Temperatursensor. Die digitalen Steuereinrichtungen der Diode können das charakteristische Signal empfangen und verarbeiten, um ein Stromsteuerungssignal zu liefern, das eine konstante Ausgangslichtleistung der Laserdiode gewährleistet, wobei diese Einrichtungen ein zentrale Verarbeitungseinheit umfassen, verbunden mit Speichereinrichtungen für Regelungsrechenprogramme, die eine konstante Ausgangsleistung aufrechterhalten, unabhängig von der Abweichung und der Steilheitsveränderung der Kennlinie der Laserdioden als Reaktion auf das Altern oder eine Temperaturveränderung oder einen Leistungsverlust, hervorgerufen durch die Kopplung dieser Diode mit einer Lichtleitfaser, oder Veränderungen des Verhaltens der Photodiode in Abhängigkeit von der Temperatur.
  • Die Programmspeichereinrichtungen sind auch mit einem Alarmsteuerungsprogramm geladen, das im Fall von Betriebsanomalien Alarme auslösen kann. Die Parameterspeicherungseinrichtungen sind geladen mit charakteristischen Parametern der Laserdiode, mit Alarmparametern umd mit vorher festgelegten Faserkopplungsparametern.
  • Der Kommunikationskanal ermöglicht der Verarbeitungseinheit, Informationen mit einem Regelungszentrum auszutauschen, d.h. zu senden beziehungsweise zu empfangen.
  • Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung kann die Vorrichtung hergestellt werden in Form einer Komponente, in der die Steuereinrichtungen gebildet werden durch einen einzigen IC- Chip, integriert auf einem Substrat entsprechend einer Bi-CMOS- Technik.
  • Nach einem anderen Aspekt der Erfindung kann die Vorrichtung hergestellt werden in Form einer Hybridkomponente, bei der die Steuereinrichtungen, die Laserdiode und die Photodiode gebildet werden durch IC-Chips, integriert auf verschiedenen Substraten.
  • Weitere Besonderheiten und Vorteile der Erfindung gehen klar aus der nachfolgenden Beschreibung hervor, die beispielhaft und nicht einschränkend ist und sich auf die beigefügten Figuren bezieht, darstellend:
  • - Figur 1, das Schema der Vorrichtung nach einer ersten Ausführungsart;
  • - Figur 2, das Schema der Vorrichtung nach einer zweiten Ausführungsart;
  • - Figur 3, zwei Kennlinien einer Laserdiode in Abhängigkeit von Temperaturveränderungen;
  • - Figur 4, zwei Kennlinien einer Laserdiode am Anfang und am Ende ihrer Lebensdauer;
  • - Figur 5, die Kennlinien einer Laserdiode, in Abhängigkeit von Temperaturveränderungen, und der Photodiode, die das charakteristische Signal von der durch die Laserdiode emittierten Leistung liefert, ebenfalls in Abhängigkeit von den Temperaturveränderungen;
  • - Figur 6, ein Funktionsschema der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
  • - die Figuren 7 und 8, ein Chronogramm, das die alternierende Übertragungsart zwischen einem System A und einem System B zeigt;
  • - Figur 9, das Strukturdiagramm zur erfindungsgemäßen Regelungsberechnung;
  • - Figur 10, die Leistungsabweichungen einer Laserdiode in Abhängigkeit von der Temperatur;
  • - Figur 11, ein Ausführungsbeispiel des Schaltkreises 150;
  • - Figur 12, ein Ausführungsbeispiel des Schaltkreises 158;
  • - Figur 13, ein Ausführungsbeispiel des Schaltkreises 162.
  • Die Vorrichtung zum Steuern der Ausgangsleistung von mit Lichtleitfasern gekoppelten Laserdioden kann je nach Fall, wie schon erwähnt, hergestellt werden in Form einer Monochip- oder Hybridkomponente.
  • Die Figur 1 zeigt eine Monochip-Komponente. Die Komponente umfaßt digitale Steuereinrichtungen, realisiert mit Hilfe eines Mikroprozessorkerns und Peripheneeinrichtungen wie Analog-Digital-Analog-Wandlern, einem Temperatursensor, Speichern des Typs ROM, Flash EPROM oder EPROM und einer Stromsteuerung für den Laserkopf.
  • Die Monochip-Komponente der Figur 1 mit der Bezugsziffer 100 ist also fähig, die Funktion der numerischen bzw. digitalen Steuerung eines in einer Hybridkomponente vorgesehenen Laserkopfes auszuüben. Die Komponente umfaßt einen Eingang, um ein Taktsignal zu empfangen, einen Emissionsdateneingang, einen Eingang zum Empfangen eines Signals, das kennzeichnend ist für die durch den Laserkopf emittierte Leistung, einen Eingang, über den man die um den Laserkopf herum herrschende Temperatur erhält, einen dem Modulationsstrom des Laserkopfs entsprechenden Ausgang und ein Interface zu einem Kommunikationskanal, das einem Auswertungs- oder Überwachungssystem ermöglicht, über den Kommunikationskanal mit der Komponente verbunden zu sein und eine Überwachung der Komponente zu gewährleisten und eventuell die Parameter zu verändern, die in einem elektrisch löschbaren permanenten Speicher aufgezeichnet sind.
  • Die Figur 2 entspricht dem Grundschema einer Ausführungsvariante einer solchen Vorrichtung, darin bestehend, in einer Komponente des hybriden Typs einen Mikroprozessor 102, eine Stromsteuerung 101, den Laser-Chip 201 und die Photodiode 202 zusammenzufassen. Die Komponente hat ebenfalls einen Takteingang, einen Dateneingang und eine Verbindung mit einem Kommunikationskanal. Selbstverständlich ermöglichen bei beiden Varianten an sich klassische Kopplungseinrichtungen, eine Lichtleitfaser 300 zu koppeln mit dem Laser-Chip, so daß die durch den Laserkopf emittierte Leistung durch die Faser übertragen wird.
  • Das Schema der Figur 6 ist ein Funktionsschema der erfindungskonformen Vorrichtung. Die Komponente 100 ermöglicht, den Strom der Laserdiode 201 zu steuern, die über die Lichtleitfaser 300 Signale mit konstanter Leistung emittiert, unter der Kontrolle der Komponente.
  • Die Photodiode ermöglicht, an die Kgmponente einen Strom zu liefern, der charakteristisch ist für die durch die Laserdiode emittierte Leistung.
  • Ein Schaltkreis 150 ermöglicht, eine Funktion V=f(I) zu erhalten, um aufgrund des Stroms IP zwei Informationen über die emittierte Leistung zu erhalten, nämlich die Maximalleistung und die Minimalleistung oder die Spitzenleistung und die mittlere Leistung. Im Rest der Beschreibung wird PMax, PMin jeweils für die maximale und die minimale Leistung verwendet und PSpitze, PMit jeweils für die Spitzenleistung und die mittlere Leistung. Diese beiden Informationen werden an die Eingänge eines Analog-Digital- Wandlers 151 gelegt, der sie nach Digitalisierung an den Mikroprozessor 153 überträgt. Der Mikroprozessor erhält andrerseits eine Parameter-Menge und insbesondere Regelungsparameter, Alarmparameter und Kopplungsparameter von Fasern, jeweils aus Speicherzonen 154, 155 und 156 eines Speichers des Typs EEPROM oder Flash EPROM kommend.
  • Ein Temperatursensor 157 ist vorgesehen, um eine Information über die Umgebungstemperatur zu liefern. Diese Information wird umgewandelt durch einen Schaltkreis 158, der ermöglicht, die Funktion V=f(T) auszuführen, d.h. eine von der Temperatur abhängige Spannung zu erhalten. Diese Spannung wird an den Eingang eines Analog-Digital-Wandlers 159 gelegt, der das digitalisierte Temperatursignal an den Mikrocomputer 153 übergibt. Diese Funktion ist aktiv, wenn die Laserdiode und der Steuerschaltkreis sich auf derselben Hybridkomponente befinden. Derselbe Wandler kann über einen Eingang des Schaltkreises 100 eine weitere Temperaturinformation erhalten, nämlich die Außentemperaratur, die geliefert werden kann durch einen Temperatursensor 203, angeordnet in der Nähe der Laserdiode. Diese Funktion ist aktiv, wenn die Laserdiode und der Steuerschaltkreis sich in zwei verschiedenen Komponenten befinden.
  • Es ist ebenfalls ein Schaltkreis 160 vorgesehen, der ermöglicht, eine Bezugsspannung an die diversen Analog-Digital- Wandler zu liefern, wobei dieser Schaltkreis auf eine an sich ganz und gar klassische Weise hergestellt werden kann.
  • Der Mikroprozessor 153 und die verschiedenen Programme zum Durchführen der Regelungsberechnung, der Alarmsteuerung, der Korrektur der Faserkopplung, geladen in einem ROM- oder EEPROM- oder Flash EPROM-Speicher ermöglichen, Signale zum Regeln der maximalen und minimalen Strompegel des Laserstroms und des mittleren Pegels dieses Stroms zu liefern.
  • Der Mikroprozessor 153 liefert zwei zu sendende Leistungsinformationen. Diese Informationen können entweder die Leistungen PMax und PMin sein, oder P und PMit, wobei P eine Differenz zwischen PMax und PMin ist.
  • Ein Digital-Analog-Wandler 161 ermöglicht, diese Leistungsinformationen umzuwandeln in analoge Signale, die an die Eingänge einer Stromsteuerungsschaltung 162 der Laserdiode gelegt werden.
  • Die Lasersteuerungsschaltung 162 umfaßt eine Stromquelle 163 und einen vorgeschalteten Schaltkreis, der ermöglicht, den Strom der Laserdiode zu verändern in Abhängigkeit von den Emmissionsdaten.
  • Die Vorrichtung kann ebenfalls Temperaturregelungseinrichtungen 204, 205 umfassen, z.B. durch Pelletiereffekt, gesteuert durch die Verarbeitungseinheit 153. Das Signal wird durch die Einheit 153 geliefert, umgewandelt durch den Analog- Digital-Wandler 164, und an einen Leistungsverstärker 204 gelegt, der es an das Pelletierelement 205 legt.
  • In der Folge wird die Funktionsweise eines solchen Schaltkreises zum besseren Verständnis der Erfindung beschrieben anhand einer Anwendung in einem alternierenden digitalen Lichtleitfaser-übertragungssystem.
  • Es sei erinnert, daß die Alternation in Wirklichkeit ein zeitliches Multiplexing der beiden Übertragungsrichtungen ist. Dieses Übertragungssystem vermittelt dem Benutzer die perfekte Illusion einer uneingeschränkten Duplex-Betriebsart. In jeder Richtung wird die zu übertragende digitale Information vorübergehend gespeichert, dann in Blöcke zerlegt und abwechselnd gesendet. Man spricht manchmal von "Pingpong"-Übertragung. Der momentane Datenfluß der Informationsübertragung im Innern eines Blocks muß mehr als das doppelte der wirklich zu übertragenden Datenmenge der Digitalleitung betragen, um die Wirkung der Fortpflanzungszeiten in jeder Richtungen zu kompensieren. Man kann sich, um besser zu verstehen, auf das Schema der Figur 7 beziehen, welches das Prinzip der Alternation darstellt. Eine Übertragung mittels Lichtleitfaser erfolgt zwischen einem System A und einem System B. Die Dauer Tp entspricht der Fortpflanzungszeit in der Faser, um vom System A zum System B zu gelangen und umgekehrt.
  • Die Dauer Te entspricht der Emissionszeit des Datenblocks.
  • Die Dauer Tg entspricht dem Zeitabstand des nächsten Systems.
  • Die Dauer Ta entspricht der Zykluszeit des Systems.
  • Man stellt fest, daß die Datenemission des Systems A zum System B während der Dauer "Te" erfolgt, und dies während "Ta", wie dargestellt in Figur 8. Um die Ausführung des Empfängers zu vereinfachen, kann die durch den Sender emittierte Leistung auf drei Niveaus erfolgen:
  • - PMax für ein Niveau "1 binär".
  • - PMin für ein Niveau "0 binär".
  • - PMit bei Nichtvorhandensein von Daten.
  • Nach dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ermöglicht die Photodiode 202 der Komponente, zwei Informationen zu erstellen, die das maximale Leistungsniveau (Wert, der der Emission einer gegebenen Größe mit dem Zustand 0 entspricht) und das minimale Leistungsniveau (Wert, der der Emission einer gegebenen Größe mit niedrigem Zustand entspricht) reflektieren, emittiert durch den Laser in Form einer analogen Spannung, wie dargestellt in Figur 6.
  • Man wählt vorzugsweise eine Photodiode mit einer Kennlinie, die sich nur sehr wenig mit der Betriebstemperatur verändert, wobei diese Veränderung jedoch modellartig dargestellt und im Speicher in Form einer Wertetabelle von Punkten der Kennlinie Y=f(T) abgespeichert werden kann.
  • Die Laserdiode kann mit zwei Pegeln gesteuert werden, um die Ausgangsniveaus des Lasers PMit (mittlere Leistung) und δP (Maximalleistung-Minimalleistung) zu regeln.
  • Je nach gewähltem Anwendungsbeispiel sendet man während "Ta" einen Informationsblcck, und dies in allen "Ta", mit selbstverständlich Te< Ta. Ein Signal VALID rahmt die Emissionsdaten ein (das Signal VALID ist während "Te" im Zustand 1). Die Laserdiode wird derart geregelt, daß sie über die Zeit konstante Leistungsniveaus emittiert. Das Niveau PMit wird bei Nichtvorhandensein von Daten emittiert. Die Bilder der durch die Photodiode erzeugten Informationen sind nur während der Emission der Daten verfügbar (s. Figur 8).
  • Das FREIGABE-Signal wird zum Unterbrechen des Mikroprozessors benutzt, wobei dieser dann die verfügbaren Informationen von der Photodiode umwandeln kann, um sie in dem im Programmspeicher geladenen Regelungsalgorithmus zu benutzen.
  • Das Strukturdiagramm dieses Algorithmus ist in Figur 9 dargestellt. Das Prinzip des Algorithmus beruht auf der Anwendung von zwei diskrekten Pl-Reglern, um die Laserdiode mit PMit und mit 8P steuern zu können.
  • Der diskrete Regler erarbeitet eine diskrete Steuergröße in Abhängigkeit von der diskreten Regelabweichung, die man erhält zwischen der resultierenden Information von der Photodiode und von einer Bezugsgröße, die festgelegt ist auf einen definierten Wert. Dieser Regler ist eine Kombination aus einem Proportionalregler und einem Integralregler. Die Funktion, die er erfüllt, kann definiert werden aufgrund der Basisrelation, die in der Folge angegeben wird und in der die diskrete Steuergröße mit u*(k) bezeichnet ist und die diskrete Regelabweichung mit e*(K):
  • In dieser Relation bedeutet der Stern, daß es sich um diskrete Werte handelt (Muster), wobei k der Anzahl der Muster entspricht, K dem Proportionaltaktor und j der Mustervariationszahl (indice de variation des echantillons)
  • In dem Schema der Figur 9 sind die die Bezeichnung A/D
  • tragenden Blöcke Analog-Digitalwandler, die die Angaben "+ oder "-"
  • tragenden Blöcke sind Addierer/Subtrahierer, die einen Bruchstrich
  • tragenden Blöcke sind Dividierer, die einen Faktor Ki oder Kpi
  • tragenden Blöcke sind Multiplizierer, die die Bezeichnung Z&supmin;¹
  • tragenden Blöcke führen Verzögerungen in die Muster ein.
  • Die nach diesem Beispiel ausgearbeiteten diskreten Steuerwerte sind:
    • InfoPMax und InfoPMin.
  • Die diskreten Regelabweichungen sind PMit und &delta;P.
  • Der im Mikroprozessor gespeicherte Regelalgorithmus ist also folgender:
  • Erfassung der Informationen Infomax und Infomin
  • Bewertung der Regelung PMit:
  • Bewertung der Regelung &delta;P:
  • Der Ausdruck Old bedeutet den alten Wert für eine bestimmte Information, z.B. bedeutet eOldPMoy den alten Wert der Abweichung von ePMit.
  • Erfindungskonform wird den Veränderungen der Steilheit der Photodioden-Kennlinie in Abhängigkeit von der Betriebstemperatur des Lasers Rechnung getragen. Dazu betrachtet man in dem Algorithmus die Bezugswerte RefPMax und RefPMin als variabel in Abhängigkeit von der Temperatur. Selbstverständlich hat man diese Kennlinie im voraus modelliert, die in Figur 5 dargestellt wurde und sich in Form einer Tabelle im Speicher befindet.
  • Wenn man eine Temperatur von 20º als Ausgangspunkt nimmt, muß ein bei 60º arbeitender Laser eine Korrektur von &delta;max60º für Refpmax haben und &Min6o für RefPMin, wie zu sehen in Figur 9. Da man die Abweichung der Steilheit in Abhängigkeit von der Temperatur für jeden Laserkopf kennt, erstellt man eine Korrekturtabelle in Abhängigkeit von der Temperatur TabMax und TabMin. Diese Tabellen können bei jeder Inbetriebnahme der Komponente geladen werden oder femgeladen werden über die Verbindungsleitung.
  • Erfindungskonform ermöglicht das Alarmsteuerungsprogramm, das Ende der Lebensdauer des Lasers anzuzeigen, die abhängt von seiner Betriebstemperatur. Dazu wird durch die Komponente ein Alarm ausgelöst, wenn der zum Laser gesandte Strom einen Wert IMaxMit überschreitet, der abhängt von der Temperatur, enthalten in der Tabelle Tabmax.
  • Ein Alarm wird ausgelöst, um einen Leistungsmangel des Lasers anzuzeigen, wenn der Laserstrom IMit kleiner ist als ein Wert IMitMin.
  • Ein Alarm wird ausgelöst, um eine anormale Temperatur des Lasers anzuzeigen, wenn die gemessene Lasertemperatur höher ist als ein Wert TempMax.
  • Alle verwendeten spezifischen Werte des Lasers sind in der Komponente geladen oder werden bei der Inbetriebnahme der Komponente über die Verbindungsleitung femgeladen.
  • Der der Alarmerzeugung entsprechende Algorithmus ist der folgende: dann "Ende Laserlebensdauer"-Alarm dann Laserleistungsmangel-Alarm Ende wenn wenn Lasertemperatur> TempMax dann "Lasertemperatur anormal"-Alarm
  • Erfindungskonform enthält der Programmspeicher ein Programm zum Abschalten des Lasers. Das Programm besteht darin, dem Laserkopf einen Minimalstrom zu senden.
  • Erfindungskonform enthält der Programmspeicher ein Steuerprogramm zum Bestimmen der Kennlinie des Lasers. Das Programm besteht darin, die Datenemission anzuhalten, dem Laser sukzessive einen konstanten Strom zu senden und durch die Photodiode die durch den Laser emittierte Leistung zurückzugewinnen. Die erhaltenen Resultate werden durch die Verbindungsleitung übertragen und ermöglichen, die Kennlinie des Lasers zu erstellen.
  • In Figur 11 wurde ein Ausführungsbeispiel des Schaltkreises 150 dargestellt, der ermöglicht, eine Funktion des Typs V=f(I) zu erhalten. Nach diesem Beispiel umfaßt der Schaltkreis 150 einen Transimpedanzverstärker 15. Der Ausgang PMax dieses Verstärkers 15 wird nach Durchlaufen einer Diode 17 abgenommen an den Anschlussen eines Kondensators 18. Der Ausgang PMit wird nach Durchlaufen eines Widerstands 16 abgenommem am Anschluß eines Kondensators 19.
  • In Figur 12 ist ein Ausführungsbeispiel des Schaltkreises 158 dargestellt, der erlaubt, eine Funktion des Typs V=f(Tº) zu erhalten.
  • Der Schaltkreis 158 nach diesem Beispiel umfaßt eine Wheatstonebrücke 20, die einen Thermistor 21 einschließt. Die Spannung Vb am Ausgang der beiden Operationsverstärker 22 und 23 variiert in Abhängigkeit von der Temperatur. Man erhält am Ausgang dieses Schaltkreises eine zur Spannung Vb proportionale Spannung Vo. Diese Spannung Vo wird abgenommen am Ausgang eines Operationsverstärkers 24 und wird definiert durch die Relation VO= -Vb(R2/R1).
  • Die Figur 13 stellt ein Ausführungsbeispiel des Schaltkreises 162 dar.
  • Dieser Schaltkreis umfaßt eine logische Schaltung 25 und zwei Differentialpaare.
  • Das erste Differentialpaar 26 ermöglicht, den Pegel Imax - Imin des Stroms Il aufgrund von &delta;P zu regeln. Das zweite Differential 27 ermöglicht, den Pegel IMit dieses Stroms Il aufgrund von PMit zu regeln.
  • Außerdem ermöglicht dieser Schaltkreis 160 das Herstellen einer internen Bezugsspannung. Diese Bezugsspannung wird benutzt für die Analog-Digital-Wandler.
  • Eine solche Bezugsspannung kann mittels eines handelsüblichen Bauteils hergestellt werden.
  • Somit umfaßt die Vorrichtung erfindungsgemäß ein Steuerorgan in Form eines Mikroprozessors, in dem der ROM- oder EEPROM- oder Flash EPROM-Speicher das Programm enthält, das ermöglicht, all die verschiedenen Funktionen des optischen Kopfes zu steuern:
  • - Regelungsberechnung,
  • - Alarmsteuerung (Ende der Laserlebensdauer, anormal hohe Temperatur, Aufnahmeleistungsmangel, Leitungsunterbrechung...)
  • - Laserabschaltung,
  • - Faserkopplungskorrektur,
  • - Steuerung des Kommunikationskanals;
  • Die in dem Flash EPROM-(oder EPROM)-Speicher gespeicherten Informationen ermöglichen, jeden verwendeten Laserkopf zu individualisieren. Da der Flash EPROM-Speicher die Besonderheit hat, die Informationen auch ohne Versorgung zu behalten, ist es nach einer Versorgungsunterbrechung nicht nötig, den Laserkopf neu zu konfigurieren. Folgende Informationen sind also gespeichert:
  • - Regelungsbezugswerte (zum Regeln der Lichtleistungsniveaus am Laserausgang)
  • - Faser-Laser-Kopplungsparameter (diese Funktion ist modelliert worden).
  • - Veränderungsparameter der Photodioden-Kennlinie in Abhängigkeit von der Temperatur.
  • - Alarmparameter (Auslösungsschwellen der verschiedenen Alarme)
  • - Auslösungsparameter des "Laserlebensdauerende"-Alarms in Abhängigkeit von der Temperatur.
  • Man kann einen Flash-EPROM von ausreichend großer Kapazität vorsehen, um dort das Hauptprogramm zu speichern (abgesehen von einem kleinen dem "Bootstrapping" entsprechenden Teil), um Aktualisierungen der Software über den Kommunikationskanal vornehmen zu können.

Claims (13)

1. Vorrichtung zur Leistungsstabilisierung einer mit einer Lichtleitfaser gekoppelten Laserdiode, umfassend:
- eine Photodiode (202), die ermöglicht, ein Signal zu erfassen, das charakteristisch ist für die von der Laserdiode emittierte Leistung;
- digitale Steuereinrichtungen (100) der Laserdiode;
- Speichereinrichtungen für das Alarmverwaltungsprogramm, um Alarme auszulösen sobald eine Betriebsanomalie festgestellt wird,
- Speichereinrichtungen für Parameter, die charakteristisch sind für die Laserdiode, für Alarmparameter, für Fasernkopplungsparameter,
- eine Kommunikationsleitung, die der Verarbeitungseinheit ermöglicht, Daten an eine Verwaltungszentrale zu senden oder von einer Verwaltungszentrale zu erhalten,
dadurch gekennzeichnet,
daß die digitalen Einrichtungen das durch die Photodiode gelieferte Signal empfangen und verarbeiten können, um ein Stromsteuerungssignal zu liefern, so daß eine konstante Ausgangslichtleistung der Laserdiode aufrechterhalten wird, wobei diese Einrichtungen dazu eine zentrale Verarbeitungseinheit (153) enthalten, verbunden mit Speichereinrichtungen eines Regelungsberechnungsprogramms, um die Ausgangsleistung zu regeln aufgrund von zwei durch die Laserdiode emittierten Leistungspegeln bzw. -niveaus und zwei Bezugsleistungsniveaus, geliefert durch die eingespeicherten charakteristischen Parameter der Laserdiode, und um eine konstante Ausgangsleistung aufrechtzuerhalten, unabhängig von der Abweichung und der Veränderung der Steilheit der Kennlinie der Laserdiode als Reaktion auf die Alterung oder eine Temperaturänderung, oder verursacht durch die Kopplung dieser Diode mit einer Lichtleitfaser oder durch temperaturabhängige Veränderungen des Ansprechens der Photodiode.
2. Vorrichtung zur Stabilisierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es Speichereinrichtungen eines Programms umfaßt, das ermöglicht, eine Abschaltung der Laserdiode zu bewirken.
3. Vorrichtung zur Stabilisierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es Speichereinrichtungen eines Steuerprogramms zum Bestimmen der Kennlinie der Laserdiode umfaßt.
4. Vorrichtung zur Stabilisierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es Einrichtungen zum Erfassen (150) der beiden durch die Laserdiode emittierten Leistungsniveaus umfaßt und Analog-Digital-Umwandlungseinrichtungen dieser beiden Leistungsnivaus.
5. Vorrichtung zur Stabilisierung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Stromsteuerungssignal zwei Ausgangsleistungsniveaus entspricht, daß die Vorrichtung außerdem Stromversorgungseinrichtungen (162) der Laserdiode umfaßt, die zwei Eingänge aufweisen und Digital-Analog-Wandlungseinrichtungen, um die beiden Ausgangsleistungsniveaus zu konvertieren und an die Stromversorgungseinrichtungen zu legen.
6. Vorrichtung zur Stabilisierung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie Meßeinrichtungen (203) der um die Laserdiode herum herrschenden Umgebungstemperatur umfaßt und Analog-Digital-Umwandlungseinrichtungen der durchzuführenden Messungen, um sie an die Verarbeitungseinheit zu übertragen.
7. Vorrichtung zur Stabilisierung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie Einrichtungen (204, 205) zur Temperaturregelung mittels Peltiereffekt umfaßt, gesteuert durch die Verarbeitungseinheit.
8. Vorrichtung zur Stabilisierung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Programmspeichereinheiten einen Lesespeicher umfassen (ROM oder EEPROM oder Flash EPROM), daß die Bezugsparameter-Speichereinrichtungen (154) einen elektrisch programinier- und löschbaren Speicher umfassen (EPROM).
9. Vorrichtung zur Stabilisierung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungseinheit einen Mikroprozessor umfaßt, der außerdem mit einem Lese- und Schreib-Arbeitsspeicher (RAM) verbunden ist.
10. Vorrichtung zur Stabilisierung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungseinrichtungen der beiden emittierten Leistungsniveaus einen Transimpedanz- Empfänger umfassen.
11. Vorrichtung zur Stabilisierung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromversorgungseinrichtungen einen mit dem Ausgang mit einer Stromquelle verbundenen Differentialverstärker umfassen.
12. Vorrichtung zur Stabilisierung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Bauteil umfaßt, bei dem die digitalen Steuereinrichtungen der Laserdiode in einem einzigen IC-Chip auf einem Substrat entsprechend einer Bi- bzw. Doppel-CMOS-Technik gebildet werden.
13. Vorrichtung zur Stabilisierung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Hybridbauteil umfaßt, in dem die digitalen Steuereinrichtungen der Laserdiode, die Laserdiode und die Photodiode durch IC-Chips auf unterschiedlichen Substraten gebildet werden.
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