DE69805745T2 - Lasermodul mit gleichzeitiger Steuerung der Wellenlänge und Ausgangsleistung - Google Patents

Description

Gebiet der Erfindung
• Diese Erfindung bezieht sich auf eine Wellenlängen- und Ausgangsleistungs- Stabilisierungseinrichtung für einen Halbleiterlaser, der in optischen Telekommunikationsvermittlungen verwendet wird.
Hintergrund der Erfindung
• Halbleiterlaser-Module können als Signalsender in Kommunikationssystemen verwendet werden. Wenn sie in dieser Weise verwendet werden, werden sie in vielen Fällen in Verbindung mit externen Regelschleifen betrieben, die die Wellenlänge und Leistung des Ausgangssignals überwachen und korrigieren. Derartige Regelschleifen beruhen auf gut bekannten Beziehungen, die angeben, wie die Wellenlänge und die Leistung des Ausgangssignals durch Ändern der Betriebstemperatur des Lasers und des dem Laser zugeführten Ansteuerstroms gesteuert werden können. Die Wellenlänge und die Leistung werden daher in vielen Lasern unter Verwendung von Modulen stabilisiert, die außerhalb des Lasermoduls angeordnet sind und die die folgenden Arten von Regelschleifen gerätemäßig ausbilden:
• (1) eine automatische Temperaturregelschleife (ATC), die ein Temperaturpegelsignal von dem Lasermodul empfängt und dieses zur Einstellung der Betriebstemperatur des Lasers auf einen gewünschten Pegel verwendet; und
• (2) eine automatische Leistungsregelschleife (APC), die ein Ausgangsleistungspegel-Signal von dem Lasermodul empfängt und dieses zur Einstellung des Eingangsansteuerstromes des Lasers verwendet, so dass die Ausgangsleistung auf einem gewünschten Pegel liegt.
• Ein Wellenlängenfehler wird bei vielen Laserkarten nicht direkt gemessen oder geregelt. Derartige Messungen werden aufgrund der Annahme fortgelassen, dass die richtige Betriebsweise der APC- und ATC-Module durch Bereitstellung einer Steuerung der Leistung und der Temperatur außerdem eine ausreichende Kontrolle der Wellenlänge entsprechend den vorstehend angegebenen Beziehungen ergeben würde.
• Diese Annahme ist gerechtfertigt, wenn die Wellenlänge lediglich in dem Ausmaß gesteuert werden muss, das erforderlich ist, um zu verhindern, dass Modensprünge auftreten. In letzteren Jahren wurde es jedoch wünschenswert, die Wellenlängen genauer zu steuern oder zu regeln. Insbesondere wurde es wünschenswert, vorhandene Lasermodule auf mit enger benachbarten Wellenlängen arbeitende Wellenlängenmultiplex-(DWDM-)Lasermodule in Lichtleitfaser-Übertragungssystemen aufzurüsten. Die Betriebsweise dieser Module erfordert eine Verringerung des Wellenlängenabstandes zwischen Kanälen, was andererseits ein größeres Ausmaß einer Wellenlängenstabilisation erfordert, als sie bei Systemen verfügbar ist, die Wellenlängenfehler nicht direkt messen und korrigieren. Eine Regelschleife zur Messung und Steuerung von Wellenlängenfehlern ist erforderlich, um eine Unterstützung für DWDM gerätemäßig auszubilden. Es bleibt weiterhin wünschenswert, gleichzeitig eine Regelschleife zur Messung und Regelung der Leistung beizubehalten.
• Es sind Vorrichtungen bekannt, die gleichzeitig sowohl die Leistung als auch die Wellenlänge regeln und steuern. Sie beruhen auf einem APC-Modul, das so modifiziert ist, dass es direkt irgendwelche Schwankungen des Wellenlängenfehlers, im Gegensatz zur Ausgangsleistung, dadurch korrigiert, dass der Ansteuerstrom an den Laser eingestellt wird. Sie steuern die Temperatur, wie dies bei Vor-DWDM-Karten erfolgte, unter Verwendung eines ATC-Moduls. Sie machen den Ausgangsleistungsfehler dadurch zu einem Minimum, dass sie das Temperaturziel des ATC-Moduls einstellen. Siehe beispielsweise das US-Patent 4821273 auf den Namen von Hori vom 11. April 1989 und das US-Patent 5042042 von Hori et al. vom 20. August 1991.
• Der Nachteil dieser Lösung besteht darin, dass sie eine spezielle Temperaturregelschaltung erfordert, die so ausgelegt ist, dass sie ein Wellenlängen-Fehlersignal als ihr Eingangssignal verwendet, sodass die gerätemäßige Ausbildung einer Wellenlängenregelung nicht in vorhandene Systeme eingeführt werden kann.
• Ein weiteres Problem bei dieser Lösung besteht darin, dass sie den normalen Betrieb eines APC-Moduls ausschließt, das immer derart angeschlossen ist, dass sein Eingang ein Leistungspegelsignal empfängt und dass sein Ausgangssignal einen Laserstrom steuert.
• Ein abschließendes Problem bei dieser Lösung besteht darin, dass sie beinhaltet, dass die Wellenlängenüberwachungsvorrichtung über die Verwendung eines optische Teilers mit Licht von der vorderen Facette des Lasers versorgt wird. Dies ist problematisch, weil hierdurch der Leistungspegel des Signals verringert wird, der die Lichtleitfaser erreicht.
• Daher können vorhandene Regelschleifen, die gleichzeitig die Wellenlänge und die Leistung regeln, wie sie beispielsweise in den US-Patenten 4821273 und 5042042 beschrieben sind, nicht gerätemäßig auf vorhandenen Laserkarten ausgebildet werden, ohne dass die gerätemäßige Ausgestaltung der bereits vorhandenen APC- und/oder ATC-Module beeinflusst wird. Weil es viele Vor-DWDM-Karten gibt, die lediglich ATC- und APC-Moduleinheiten enthalten, ist es wünschenswert, dass die neuen DWDM- Lasermodule installiert werden können, ohne dass Änderungen an der Auslegung der vorhandenen Laserkarten oder der derzeit vorhandenen gerätemäßigen Ausgestaltungen der bereits vorhandenen ATC- und APC-Module erforderlich sind. Das heißt, dass es wünschenswert ist, dass die neue Wellenlängenregelfunktion innerhalb des Lasermoduls angeordnet wird, um auf diese Weise nicht die gerätemäßige Ausgestaltung der bereits hergestellten APC- und ATC-Module zu stören.
• Die EP-A-0920095, die im Stand der Technik gemäß Artikel 54(3) und (4) EPÜ liegt, offenbart eine optische Wellenlängen-Stabilitätsregeleinrichtung. Wie dies in Fig. 1 der EP-A-0920095 gezeigt ist, schließt die Einrichtung sowohl ein APC-Modul als auch ein ATC-Modul ein, die jeweils in Schnittstellenverbindung mit einem Lasermodul stehen. Die Einrichtung der EP-A-0920095 stellt eine Modifikation einer in Fig. 2 dieser Veröffentlichung gezeigten üblichen Schaltung dar, bei der ein Alterungseffekt mit Hilfe eines LD-Ansteuerstrom-Detektors und einer Normalisierungseinheit kompensiert wird (s. Fig. 1 der Veröffentlichung). Diese Einrichtung hat kein Gegenstück zu der Einrichtung zur Erzeugung eines Wellenlängen-Fehlersignals, das den Wellenlängenfehler des Laserausganges anzeigt, oder der Einrichtung zur Ableitung eines Einrichtungs-Temperaturpegelsignals aus dem Wellenlängen-Fehlersignal, wie dies einen Teil der beanspruchten Erfindung bildet.
Zusammenfassung der Erfindung
• Es ist ein Ziel dieser Erfindung, die mit bekannten Geräten verbundenen Probleme und Nachteile zu überwinden.
• Es ist somit ein weiteres Ziel dieser Erfindung, eine gleichzeitige Leistungs- und Wellenlängen-Einrastung in einem Modul zu schaffen, das mit externen Vor-DWDM- Regelmoduln kompatibel ist.
• Es ist ein weiteres Ziel dieser Erfindung, dieses Ergebnis zu erreichen, ohne dass ein Zugang an irgendwelche der bereits auf der Karte installierten externen Regelmodule oder eine Kenntnis von diesen erforderlich ist.
• Diese und andere Ziele werden durch ein Lasermodul zur Verbindung mit einem externen automatischen Leistungsregelmodul (APC) und einem externen automatischen Temperturregelmodul (ATC) erreicht, wobei das APC-Modul erste elektrische Verbindungseinrichtungen zum Empfang eines Leistungspegelsignals und zweite elektrische Verbindungseinrichtungen zur Übertragung eines Laseransteuerstromes hat und das APC-Modul so konfiguriert ist, dass es den Laser- Ansteuerstrom so einstellt, dass das Laserausgangssignal auf einen optischen Zielleistungspegel festgelegt wird, wobei das ATC-Modul dritte elektrische Verbindungseinrichtungen zum Empfang eines Temperaturpegelsignals und vierte elektrische Verbindungseinrichtungen aufweist, die einen Temperatur-Ansteuerstrom übertragen, wobei das ATC-Modul so konfiguriert ist, dass es die Betriebstemperatur des Lasers so einstellt, dass dieser einen Zieltemperaturpegel erreicht, wobei das Lasermodul Folgendes umfasst: einen Halbleiterlaser; einen thermoelektrischen Kühler (TEC), um eine Aufwärts- oder Abwärts-Einstellung der Temperatur des Lasers zu bewirken; erste Anschlusseinrichtungen zum Verbinden des thermoelektrischen Kühlers mit den vierten elektrischen Verbindungseinrichtungen des ATC-Moduls; zweite Anschlusseinrichtungen zum Verbinden des Lasers mit den zweiten elektrischen Verbindungseinrichtungen des APC-Moduls; Einrichtungen zur Erzeugung eines Signals für den optischen Leistungspegel, das den optischen Leistungspegel des Lasterausgangssignals anzeigt; dritte Anschlusseinrichtungen zur Übertragung des optischen Leistungspegelsignals an die ersten elektrischen Verbindungseinrichtungen des APC-Moduls; und vierte Anschlusseinrichtungen zur Verbindung mit den dritten elektrischen Verbindungseinrichtungen des ATC-Moduls, dadurch gekennzeichnet, dass das Lasermodul weiterhin Folgendes umfasst: Einrichtungen zur Erzeugung eines Wellenlängen-Fehlersignals, das den Wellenlängenfehler des Laserausgangssignals anzeigt; und Einrichtungen zur Ableitung eines scheinbaren Temperaturpegelsignals aus dem Wellenlängen- Fehlersignal und zur Zuführung des scheinbaren Temperaturpegelsignals an die vierten Anschlusseinrichtungen zur Übertragung des scheinbaren Temperaturpegelsignals an das ATC-Modul; wodurch die Wellenlänge des Laserausgangssignals durch Ändern der Temperatur des Lasers eingestellt wird, bis das scheinbare Temperaturpegelsignal anzeigt, dass ein vorgegebener Temperaturpegel erreicht wurde und der Wellenlängenfehler zu einem Minimum gemacht wurde.
• Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt ergibt die Erfindung ein System zur gleichzeitigen Stabilisierung sowohl der Wellenlänge als auch der optischen Leistung eines Halbleiterlasers, das Folgendes umfasst: Einrichtungen zur Überwachung der optischen Laserleistung und zur Ableitung eines Signals für den optischen Leistungspegel; Einrichtungen zur Einstellung des Laseransteuerstromes, um das Signal für den optischen Leistungspegel auf einen Zielpegel für die optische Leistung einzustellen; Einrichungen zur Überwachung der Laser-Wellenlänge und zur Ableitung eines Wellenlängen-Fehlersignals; einen Temperatursensor zur Messung der Lasertemperatur; einen thermoelektrischen Kühler zum Bewirken einer Aufwärts- oder Abwärts-Einstellung der Lasertemperatur; und eine Temperaturregeleinheit, die mit dem thermoelektrischen Kühler und dem Temperatursensor verbunden und so konfiguriert ist, dass ein vorgegebenes Ausgangssignal von dem Temperatursensor aufrechterhalten wird; dadurch gekennzeichnet, dass das System weiterhin Einrichtungen umfasst, die bewirken, dass das Wellenlängen-Fehlersignal die Ausgangseigenschaften des Temperatursensors so einstellt, dass die Temperaturregeleinheit die tatsächliche Lasertemperatur so einstellt, dass das ursprüngliche vorgegebene Ausgangssignal von dem Temperatursensor aufrechterhalten wird und hierbei das Wellenlängen-Fehlersignal verringert wird.
• Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt ergibt die Erfindung ein Verfahren zur gleichzeitigen Stabilisierung der Wellenlängen- und Leistungsausgänge eines Halbleiterlasers, das die folgenden Schritte umfasst: Erfassung eines optischen Leitungspegels und Erzeugen eines Signals für den optischen Leistungspegel; Zuführen des Signals für den optischen Leistungspegel an ein automatisches Leistungsregelmodul (APC), das den dem Laser zugeführten Ansteuerstrom einstellt, um das Signal für den optischen Leistungspegel auf einen Zielpegel einzustellen; Erfassen eines Wellenlängenfehlers und Erzeugen eines Wellenlängen-Fehlersignals; dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die Einstellung des Verhaltens eines Temperatursensors unter Verwendung des Wellenlängen-Fehlersignals derart einschließt, dass ein automatisches Temperaturregelmodul (ATC), das so konfiguriert ist, dass es einen vorgegebenen Ausgang von dem Temperatursensor aufrechterhält, die tatsächliche Lasertemperatur so einstellt, dass das Wellenlängen-Fehlersignal zu einem Minimum gemacht wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
• Ausführungsformen der Erfindung werden nunmehr unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen offenbart, in denen:
• Fig. 1 ein Blockschaltbild höherer Ebene der Schnittstellen zwischen dem Lasermodul und den automatischen Temperaturregel-(APC-) und automatischen Leistungsregel-(ATC-)Moduln ist, wobei eine Wellenlängenmultiplexierung (DWDM) mit geringen Wellenlängenabständen nicht unterstützt ist,
• Fig. 2 ein Blockschaltbild höherer Ebene der Schnittstellen zwischen dem DWDM-Lasermodul und den APC- und ATC-Moduln ist,
• Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Wellenlängen-Diskriminators zeigt, wie er in der US-Patentanmeldung 08/680284 vom 11. Juli 1996 (US 5825792 A) offenbart ist, die auf den Erwerber der vorliegenden Anmeldung übertragen ist,
• Fig. 4 eine Kurvendarstellung der beiden PIN-Ströme als Funktion der Wellenlänge des Lasers zeigt, die von dem in Fig. 3 gezeigten Diskriminator erzeugt werden,
• Fig. 5 das entsprechende Differenzsignal zwischen den beiden in Fig. 4 gezeigten PIN-Strömen zeigt,
• Fig. 6 ein Schaltbild eines Signalgenerators für den scheinbaren Temperaturpegel (ATL) zeigt, und
• Fig. 7 eine Kurvendarstellung von Rds gegenüber Vgs für einen n-Kanal- Anreicherungs-Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) zeigt.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
• Fig. 1 zeigt drei Module, die sich auf einer Laserkarte finden würden, die vor der gerätemäßigen Ausgestaltung einer mit dicht beieinander liegenden Wellenlängen arbeitenden Wellenlängenmultiplex-(DWDM-)Funktion verwendet wurde - ein Lasermodul 1, ein automatisches Leistungsregelmodul (APC) 2 und ein automatisches Temperaturregel-(ATC-)Modul 3. Das Lasermodul 1 enthält eine in Sperrrichtung vorgespannte PIN-Diode (PIN) 4, einen einen negativen Temperaturkoeffizienen (NTC) aufweisenden Thermistor 5, einen thermoelektrischen Kühler (TEC) 6, der in einer Heiz- oder Kühlbetriebsart betrieben werden kann, und einen Laser 7.
• Fig. 1 zeigt die Signale, die zwischen dem Lasermodul 1, dem APC-Modul 2 und dem ATC-Modul 3 bei einer Vor-DWDM-Karte ausgetauscht werden. Das APC-Modul 2 empfängt als Eingangssignal einen Rückfacetten-Überwachungs-(BFM-)Strom, der nachfolgend als ein Leistungspegelsignal bezeichnet wird. Dieses Signal ist proportional zur Leistung des optischen Ausgangssignals des Lasers; es wird von der in Sperrrichtung vorgespannten PIN-Diode 4 geliefert, die als Photodetektor dient und so angeordnet ist, dass sie einen Teil des von dem Laser 7 emittierten Rückfacetten- Lichtes empfängt. Das APC-Modul 2 erzeugt als Ausgangssignal einen Laseransteuerstrom, der so eingestellt ist, dass bewirkt wird, dass die optische Leistung, wie sie von dem Photostrom der BFM-PIN-Diode 4 angezeigt wird, auf einem vorgegebenen Pegel festgehalten wird. Das APC-Modul 2 erfordert zwei Ausgangsanschlussstifte, die mit der PIN-Diode 4 zu verbinden sind, und einen weiteren Ausgangsanschlussstift zur Einstellung des Laserstromes.
• Das ATC-Modul 3 empfängt ein Temperaturpegelsignal als Eingangssignal. Das ATC- Modul 3 bestimmt den Temperaturpegel durch Messen der Spannung längs des Thermistors 5, der einen Widerstand aufweist, der sich mit der Temperatur ändert, und der aus einer Konstantstromquelle gespeist wird. Das ATC-Modul 3 reagiert auf Änderungen der Spannung längs des Thermistors 5, die es als Temperaturänderungen interpretiert, indem es den Ansteuerstrom für den TEC 6 so ändert, dass der Laser 7 erwärmt oder gekühlt wird, bis die Spannung längs des Thermistors 5 einen gewünschten Pegel erreicht. Das ATC-Modul 3 erfordert von dem Lasermodul 1 zwei Ausgangsanschlussstifte zur Messung der Temperatur durch Messen der Spannung längs des Thermistors 5, und zwei Ausgangsanschlussstife zum Senden von Stromflüssen, die die erforderlichen Temperaturänderungen anzeigen, an den TEC 6. Irgendein DWDM-(d. h. Wellenlängen-einrastendes)Lasermodul, das in eine Vor- DWDM-Karte eingesetzt werden kann, muss daher in der Lage sein, im Wesentlichen ähnliche Signale zu erzeugen und zu empfangen, wie sie von dem Lasermodul 1 nach Fig. 1 erzeugt und empfangen werden.
• Fig. 2 zeigt, wie die Wellenlängen- und Leistungseinrastung gerätemäßig innerhalb eines DWDM-Lasermoduls gerätemäßig ausgebildet wird, ohne dass irgendwelche Änderungen an den anderen Moduln auf der Karte bewirkt werden müssen, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Die Ausführungsform enthält die gleichen Module, wie sie in Fig. 1 zu erkennen sind, mit der Ausnahme, dass:
• - die BFM-PIN-Diode 4 auf eine neue Position gebracht wurde, von der aus sie nunmehr Licht empfängt, das von der vorderen Facette des Lasers austritt, und nicht von dessen hinterer Facette,
• - ein optischer Teiler 8 hinzugefügt wurde, um einen Teil des aus der vorderen Facette des Lasers 7 austretenden Lichtes auf die neu angeordnete PIN-Diode 4 zu richten,
• - ein Signalgenerator 9 für einen scheinbaren Temperaturpegel (ATL) und ein Wellenlängen-Diskriminator 10 hinzugefügt wurden. Der Wellenlängen-Diskriminator 10 empfängt Ausgangslichtstrahlen von der hinteren Facette des Lasers 7 und verarbeitet sie, um zwei Signale zu erzeugen, die zusammen ein Wellenlängen-Fehlersignal bilden, das er dem ATL-Signalgenerator 9 zuführt. Der ATL-Signalgenerator 9 verwendet das Wellenlängen-Fehlersignal, um dem Thermistor 5 so zu manipulieren, dass dieser ein Signal für einen scheinbaren Temperaturpegel zur Abgabe an das ATC-Modul 3 erzeugt.
• Es sei bemerkt, dass ein Wellenlängen-Fehlersignal im Gegensatz zu einem Wellenlängen-Pegelsignal von dem Wellenlängen-Diskriminator 10 erzeugt wird. Dies wird gemacht, weil weder das unveränderte APC-Modul 2 noch das unveränderte ATC- Modul 3 den Wert der gewünschten Wellenlänge wissen können, weil keines hiervon zur Einrastung von Wellenlängen ausgelegt ist, so dass keines von diesen auf die gewünschte Wellenlänge einrasten kann, weil ihnen lediglich ein Pegelsignal geliefert wird.
• Das von dem Lasermodul 1 nach Fig. 2 erzeugte Signal für den scheinbaren Temperaturpegel sollte nicht mit dem Temperaturpegelsignal verwechselt werden, das von dem Lasermodul 1 nach Fig. 1 erzeugt wird. Das Temperaturpegelsignal, das in Fig. 1 abgegeben wird, zeigt dem ATC-Modul 3 die tatsächliche Betriebstemperatur des Lasers 7 an. Das Signal für die scheinbare Temperatur, das in Fig. 2 abgegeben wird, zeigt dem ATC-Modul 3 unabhängig von der tatsächlichen Temperatur des Lasers 7 an, dass die Temperatur konstant gehalten wird, so lange wie die Wellenlänge des optischen Ausgangssignals auf irgendeinem gewünschten Wert λ&sub0; gehalten wird. Wenn die Wellenlänge von λ&sub0; abweicht, bewirkt der Signalgenerator 9, dass der Thermistor 5 das Signal für den scheinbaren Temperaturpegel so einstellt, dass das ATC-Modul 3 glaubt, dass eine Änderung des Temperaturpegels aufgetreten ist. Die scheinbare Temperaturänderung, die von dem ATL-Signalgenerator 9 berichtet wird, ist so bestimmt, dass sie eine Änderung der tatsächlichen Betriebstemperatur des Lasers 7 hervorruft, die ein Zurücksetzen der Wellenlänge auf λ&sub0; bewirken würde. Daher wird, wenn das Signal für den scheinbaren Temperaturpegel empfangen wird, das ATC- Modul 3, das glaubt, dass tatsächlich eine Temperaturänderung aufgetreten ist, bewirken, dass sich der thermische Ausgang des TEC 6 ändert, derart, dass die tatsächliche Temperatur des Lasers so eingestellt wird, bis die Wellenlänge seines optischen Ausgangssignals auf λ&sub0; zurückkehrt.
• Fig. 2 zeigt, dass das Leistungspegelsignal dem APC-Modul zugeführt wird, wie dies bei der Vor-DWDM-Laserkarte nach Fig. 1 der Fall war. Fig. 2 zeigt weiterhin, dass das APC-Modul 2 auf das Leistungspegelsignal durch Korrigieren des Ansteuerstromes an den Laser 7 anspricht, wie dies auch bei der Vor-DWDM-Laserkarte nach Fig. 1 durchgeführt wurde. Die PIN-Diode 4 muss in einem Bereich angeordnet werden, in dem sie ausreichend Licht von dem Laser 7 absorbieren kann. Es ist wichtig, dass das von der PIN-Diode 4 verwendete Licht unbehindert ist, sodass ihre Stromansteuer- /Stromcharakteristik die Ausgangsleistung des Lasers 7 darstellt.
• Weil das ATC-Modul 3 zum Bewirken einer Wellenlängen-Einrastung verwendet wird, befindet sich keine Ausrüstung auf der Laserkarte nach Fig. 2, die direkt Temperaturpegelsignale analysiert. Dennoch erfolgt eine indirekte Temperaturstabilisierung auf der Laserkarte nach Fig. 2 über den folgenden Mechanismus. Das APC-Modul 2 stellt kontinuierlich den Laserstrom so ein, dass die Leistung auf einem gewünschten Pegel festgehalten wird, wodurch die Lasertemperatur und schließlich die Wellenlänge beeinflusst wird. Das ATC-Modul 3, das langsamer als das APC-Modul 2 arbeitet und somit den von dem APC-Modul 2 ausgewählten Ansteuerstrom als gegeben ansieht, stellt kontinuierlich die Temperatur ein, um eine Einrastung auf einer vorgegebenen Wellenlänge zu erzielen. Unter der Vorgabe eines vorhandenen Leistungspegels und einer gewünschten Wellenlänge, auf die eingerastet werden soll, kann das ATC-Modul die Temperatur lediglich auf einen möglichen Wert einstellen.
• Daher wird, solange die Wellenlänge und die Leistung direkt stabilisiert werden, die Temperatur ausreichend indirekt stabilisiert, und zwar auf irgendeinen Temperaturpegel, der erforderlich ist, damit die optische Ausgangsleistung den gewünschten Leistungspegel und die gewünschte Wellenlänge hat.
• Fig. 3 zeigt eine ausführliche Ansicht des Wellenlängen-Diskriminators 10, der für die Erzeugung des Wellenlängen-Fehlersignals verantwortlich ist. Es sei bemerkt, dass diese gerätemäßige Ausgestaltung des Wellenlängen-Diskriminators 10 ausführlich in der US-Patentanmeldung 08/680284 vom 11. Juli 1996 (US 5825792 A) beschrieben ist, die auf den Erwerber der vorliegenden Anmeldung übertragen wurde. In Fig. 3 steuert eine optische Linse 11 die Divergenz des Ausgangsstrahls des Lasers 7. Der Strahl wird von der Linse 11 zu einem einen schmalen Bandpass bildenden wellenlängenselektiven Übertragungsfilterelement 12 geleitet. Das Filterelement 12 ist vorzugsweise ein Fabry-Perot-(FP-)Etalon, das eine Struktur ist, die eine Abstandsschicht umfasst, die zwischen zwei hochreflektierenden Schichten eingeschichtet ist. Es ist beispielsweise vom Typ eines Mehrschicht-Einzelhohlraum- Filters aufgebaut, bei dem eine vollständig dielektrische Spiegel/Abstandsstück/Spiegelstruktur auf einem Glassubstrat abgeschieden ist. Alternativ wird ein massiver Etalon-Typ verwendet, bei dem Spiegel auf beiden Seiten einer Glas- Abstandsstück-Platte abgeschieden sind. Unabhängig von der verwendeten gerätemäßigen Ausgestaltung ist die Intensivität des Strahls, der durch das Etalon 12 hindurchgelassen wird, ein Funktion der Wellenlänge des zu ihm gesandten Strahls.
• Der von dem Etalon 12 austretende übertragene Strahl wird auf erste und zweite ähnliche koplanare Photodetektoren PIN1 13 und PIN2 14 gelenkt, die jeweils einen bestimmten Durchmesser und einen bestimmten Abstand aufweisen und auf einer gemeinsamen Halterung 15 befestigt sind, die sich in einer bestimmten Entfernung von dem FP-Etalon 12 befindet, wie dies schematisch in Fig. 3 gezeigt ist. Weil eine Wellenlängenänderung des aus dem Laser 7 austretenden Strahls in eine Übertragungsänderung durch das Etalon 12 umgewandelt wird, wird die Wellenlängenänderung des Laserstrahls als eine Leistungsänderung von den beiden Photodeetektor-PIN-Dioden 13 und 14 erfasst.
• Die PIN-Dioden 13 und 14 sind derart angeordnet, das eine PIN-Diode ein Spitzen- Intensitätsansprechverhalten bei einer geringfügig höheren Wellenlänge als die andere PIN-Diode hat. Die die niedrigere Wellenlänge aufweisende PIN-Diode, PIN1 13, wird als die "blaue PIN" bezeichnet, während die PIN-Diode für die obere Wellenlänge, PIN2 14, als die "rote PIN" bezeichnet wird. Fig. 4 zeigt die Transmissionskurven IPIN1 und IPIN2, die von den beiden PIN-Dioden 13 bzw. 14 erzeugt werden, als eine Funktion der Wellenlänge des Strahls, der von dem Laser 7 emittiert wird. Das Differenzsignal, das gewonnen wird, wenn IPIN1 von IPIN2 subtrahiert wird, ist in Fig. 5 gezeigt. Der Diskriminator 10 ist so eingestellt, dass die Wellenlänge λ&sub0;, bei der die PIN-Ströme gleich sind, als die eingerastete Wellenlänge betrachtet wird.
• Wenn vorgesehen wird, dass die von beiden PIN-Dioden 13 und 14 erfasste Transmission bei λ&sub0; die gleiche ist, kann das Differenzsignal bei der vorgegebenen eingerasteten Wellenlänge auf Null gesetzt werden. Das Differenzsignal kann somit als das Wellenlängen-Fehlersignal verwendet werden. Wenn sich die Wellenlänge des Lasers 7 ändert, sodass sie nicht mehr gleich λ&sub0; ist, so ändert sich das von den beiden PIN-Dioden 13 und 14 erzeugte Signal auf einen von Null abweichenden Wert. Somit kann die Differenz zwischen den PIN-Dioden-Strömen als das Wellenlängen- Fehlersignal verwendet werden, das seinerseits anzeigen kann, wie die Temperatur des Lasers eingestellt werden sollte, um die Wellenlänge auf λ&sub0; zu bringen. Wenn IPIN2 > IPIN1 ist, so ist der Laser 7 rotverschoben, und es wird ein Wellenlängen-Fehlersignal abgegeben, das schließlich bewirkt, dass das Signal für den scheinbaren Temperaturpegel ansteigt. Wie der Thermistor 5 ein NTC-Thermistor ist, und weil, als Ergebnis, das ATC-Modul 3 so ausgelegt ist, dass es tatsächliche Temperaturpegel in Abhängigkeit von berichteten Temperaturanstiegen verringert, bewirkt der Anstieg des scheinbaren Temperaturpegels schließlich ein Absinken der Temperatur, bis die PIN- Ströme gleich sind. Wenn IPIN1 > IPIN2 ist, so ist der Laser 7 blauverschoben, und es wird ein Wellenlängen-Fehlersignal abgegeben, das schließlich ein Absinken des Signals für den scheinbaren Temperaturpegel bewirkt, was andererseits schließlich bewirkt, dass die Temperatur ansteigt, bis die PIN-Ströme gleich sind. Wenn die PIN-Ströme gleich sind, befindet sich das Wellenlängen-Fehlersignal auf Null und das Lasermodul 1 ist bereits erfolgreich auf die gewünschte Wellenlänge λ&sub0; eingerastet, und es werden keine Temperatur- oder Wellenlängenänderungen bewirkt.
• Es ist für den Fachmann zu erkennen, dass verschiedene andere Einrichtungen zur Erzeugung eines Wellenlängen-Fehlersignals zur Verfügung stehen.
• Sobald ein Wellenlängen-Fehlersignal erzeugt wurde, muss es in ein Signal für einen scheinbaren Temperaturpegel umgewandelt werden, das zur Eingabe in das ATC- Modul 3 geeignet ist. Dies beinhaltet die Einstellung der Parameter des Signals (beispielsweise Strom, Spannung), das von dem Thermistor 5 an das ATC-Modul gesandt wird, auf Werte, die den Wellenlängenfehler und nicht die tatsächliche Temperatur des Lasers 7 wiedergeben.
• Dieses "Austricksen" des ATC-Moduls 3 wird von dem ATL-Signalgenerator 9 erreicht, der die in Fig. 6 gezeigte Schaltungskonstruktion verwendet. Der ATL-Signalgenerator 9 umfasst einen Strom-/Spannungswandler 15, einen Differenzverstärker 16, einen Integrator 17 und einen n-Kanal-Anreicherungs-Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) 18. Ein Spannungsteiler 19 befindet sich benachbart zum Differenzverstärker 16 und dem Integrator 17. Fig. 6 zeigt weiterhin die beiden PIN- Dioden 13, 14, die Teil des Wellenlängen-Diskriminators 10 sind.
• Der Strom-/Spannungswandler 15 ist erforderlich, weil der Differenzverstärker 16 eine Spannung an seinen Eingängen erfordert. Der Wandler 15 weist eine übliche Konstruktion auf, die in weitem Umfang bekannt ist. Die Auswahl des Widerstands an der Eingangsstufe (Rd) beruht auf der Annahme, dass jede PIN-Diode eine Vorspannung von mehr als 1,25 V benötigt, um richtig zu arbeiten. Es wird weiterhin angenommen, dass der maximale Photostrom von jeder PIN-Diode 4 mA ist. Ein 750 Ohm-Widerstand liefert eine Vorspannung von über 1,25 Volt beim Zustand des maximalen Photostromes. Ein Strom-/Spannungs-Wandler 15, der auf diese Weise aufgebaut ist, ergibt eine Spannung V&sub1;, die direkt auf den Photostrom der PIN1-Diode 13 bezogen ist, und eine Spannung V&sub2;, die direkt auf den Photostrom der PIN2-Diode 14 bezogen ist.
• Sobald die Photoströme von dem Strom-/Spannungswandler 15 in Spannungen umgewandelt wurden, errechnet der Differenzverstärker 16 die Differenz zwischen den Spannungen und damit durch Erweiterung die Unterschiede zwischen den Photoströmen der PIN-Dioden 13, 14. Der Differenzverstärker 16 nimmt die beiden Spannungseingänge an und liefert einen Ausgang entsprechend der folgenden Gleichung:
• Es ist wichtig, dass beide Eingangswiderstände R1 und R3 die gleichen Werte haben. Wenn R&sub1; = R&sub2; = R&sub3; = R&sub4; ist, so ist der Ausgang des Verstärkers 16 gleich Vo = VREF + (V&sub2; - V&sub1;). Die Wellenlänge wird als eingerastet betrachtet, wenn V&sub1; = V&sub2; ist, oder wenn V&sub0; = Vref ist.
• Die Bezugsspannung Vref wird unter Verwendung des Spannungsteilers 19 eingestellt. Es ist wichtig, Vref > 0 einzustellen, damit die Regelschleife richtig arbeitet.
• Der Integrator 17 ist die nächste Stufe in dem ATL-Signalgenerator 9. Der Zweck des Integrators 17 besteht darin, den Fehler im eingeschwungenen Zustand zu einem Minimum zu machen. Die Werte des Kondensators C&sub1; und der Widerstände R&sub1;&sub1; und R&sub1;&sub2; in dem Integrator 17 sind unter Verwendung bekannter Verfahren auszuwählen, um das schnellste Ansprechverfahren auszuwählen, während Schwingungen verringert werden. Die Bezugsspannung für den Integrator 17 wird durch den gleichen Spannungsteiler 19 eingestellt, wie er von dem Differenzverstärker 16 verwendet wird, im Hinblick auf die gleichen Anfangsbetrachtungen, wie sie weiter oben beschrieben wurden.
• Das Ausgangssignal des Integrators 17 wird dem Gate-Anschluss des MOSFET 18 zugeführt. Der MOSFET 18 wandelt das Ausgangssignal des Integrators 17 in ein Signal für den scheinbaren Temperaturpegel um, das den Wellenlängenfehler widergibt. Dieses "Austricksen" des ATC-Moduls 3 wird in der folgenden Weise verwirklicht. Der MOSFET 18 ist mit seiner Drain- und Source-Elektrode parallel an den Thermistor 5 angeschaltet. Die Source und das Substrat sind geerdet und mit der Erdleitung des Thermistors 5 verbunden, wie dies in Fig. 6 gezeigt ist. Durch dieses Verbinden des MOSFET 18 mit dem Thermistor 5 wird erreicht, dass sich der von dem ATC-Modul 3 gesehene Widerstand Req nicht nur ausschließlich entsprechend dem Widerstand des Thermistors Rth ändert, sondern Req ändert sich entsprechend der Abweichung zwischen der tatsächlichen Wellenlänge des Ausgangssignals des Lasers 7 und einer gewünschten oder Soll-Wellenlänge λ&sub0;.
• Im Einzelnen kann Req nicht nur durch Ändern des Widerstandes Rth des Thermistors 5 geändert werden, sondern auch durch Ändern der Vorwärts-Transkonduktanz Rds des MOSFET 18. Rds kann dadurch geändert werden, dass das Ausgangssignal V&sub0; des Integrators 17, das auf das Wellenlängen-Fehlersignal bezogen ist, dem Gate des MOSFET 18 zugeführt wird. Wenn dies durchgeführt wird, wird, weil Rds sich mit seiner Gate-Source-Spannung ändert, die auf V&sub0; bezogen ist, und weil die Regelschleife des Integrators 17 V&sub0; dauernd so einstellt, bis die Eingangsspannungen V&sub1; und V&sub2; gleich sind, Req zu einer Funktion der Abweichung zwischen V&sub1; und V&sub2;. Die Abweichung ist, wie dies weiter oben beschrieben wurde, proportional zu dem Wellenlängen- Fehlersignal, was bedeutet, dass Req, wie er von dem ATC-Modul 3 gesehen wird, so lange eingestellt wird, bis das Wellenlängen-Fehlersignal verschwindet (d. h. bis die Wellenlänge des Lasers 7 sich auf dem gewünschten Wert λ&sub0; befindet). Auf diese Weise wird ein Signal für den scheinbaren Temperaturpegel, das tatsächlich auf ein Wellenlängen-Fehlersignal bezogen ist, an das ATC-Modul 3 übertragen. Es sei bemerkt, dass der MOSFET 18 eine Stromsenke für weniger als ein Nanoampere an Strom an das Gate darstellt, was ihn für diese Art von Niedrigleistung-Anwendung ideal macht.
• Es müssen viele sekundäre Entwurfserwägungen außer denen berücksichtigt werden, die sich auf die Erzeugung von Eingangssignalen für die ATC- und APC-Module beziehen. Beispielsweise ist es wünschenswert, einen hohen Wert von Rds(off) derart zu haben, dass Req gleich Rth ist, wenn das System mit Leistung versorgt wird. Die Temperaturregelschleife würde somit zu Anfang lediglich Rth sehen, wenn sie eingeschaltet wird, und sie würde die Lasertemperatur auf einen geeigneten Betriebspegel bringen. Wenn der Laser 7 mehr Ausgangsleistung zu liefern beginnt, ist die Wellenlängen-Regelschleife in der Lage, die PIN-Ströme zum Betrieb zu verwenden, und Req wird zu einer Funktion des Wellenlängen-Fehlers und nicht mehr einfach gleich Rth.
• Zusätzlich besteht eine der Hauptbeschränkungen hinsichtlich der Konstruktion der Schaltung darin, dass aufgrund der Tatsache, dass sie in der Lage sein muss, in Schnittstellenverbindung mit den Vor-DWDM-ATC- und APC-Modulen 2, 3 zu treten, ihre einzige Leistungsquelle eine Einzelversorgungsspannung ist, die zur Sperrvorspannung der beiden PIN-Dioden 13, 14 verwendet wird. Entsprechend muss die Schaltung in einem Bereich von 0 V bis 4,5 V arbeiten und immer noch ein dynamisches Rückführungs-Ansprechverhalten haben. Weil das Ausgangssignal der Wellenlängen-Regelschleife zwischen 0 V und 4,5 V bei dieser Ausführungsform liegen wird, ist ein n-Kanal-MOSFET erforderlich. Um weiterhin einen hohen Wert von rds(off) zu Startzwecken zu liefern, wie dies weiter oben beschrieben wurde, muss der MOSFET 18 ein MOSFET vom Anreicherungstyp sein.
• Eine weitere sekundäre Entwurfserwägung, die berücksichtigt werden muss, wenn der Thermistor 5 einen negativen Temperaturkoeffizienten hat, wie dies in der Technik üblich ist, besteht darin, dass die scheinbaren, von dem Lasermodul 1 berichteten Temperaturen auf Temperaturen beschränkt sind, die höher als eine voreingestellte Substrattemperatur Ts sind, auf die das Lasermodul 1 einrastet, wenn der MOSFET 18 abgeschaltet ist. Ts sollte unter Berücksichtigung dieser Einschränkung eingestellt werden.
• Eine weitere sekundäre Entwurfserwägung, die speziell für die beschriebene Ausführungsform der Erfindung gilt, ergibt sich aus der nichtlinearen Beziehung zwischen der Gate-Source-Spannung und Rds, wie dies in Fig. 7 gezeigt ist. Bei einer Wellenlängen-Einrastung mit parallel zum Thermistor 5 geschaltetem MOSFET 18 stellt sich Rds schließlich auf einen passenden Wert ein, um die Wellenlänge für eine feste Leistungs- und Temperatureinstellung einzurasten. Somit stellt sich auch die Gate- Source-Spannung auf einen bestimmten Wert ein, weil Rds hiervon abhängig ist. Die nichtlineare Beziehung von Rds zur Gate-Source-Spannung bedeutet, dass die Einrast- Schleifen in unterschiedlicher Weise für unterschiedliche Gate-Source-Spannungs- Einrastwerte ansprechen, und damit für unterschiedliche λ&sub0;-Einrastwerte.
• Mehrere Vorteile können mit der Laserkarte verwirklicht werden, die durch die Fig. 2 bis 6 insgesamt beschrieben ist. Die Karte ist in der Lage, gleichzeitig die Wellenlänge und die Leistung auf gewünschte Werte einzurasten, wobei vorhandene ATC-Module und APC-Module verwendet werden, die für Vor-DWDM-Karten entworfen wurden, ohne dass Änderungen an, ein spezieller Zugriff auf oder die Kenntnis irgendeines Satzes von Moduln über die verbleibende Lebensdauer der Laserkarte erforderlich ist. Der einzige Zugang an das ATC-Modul 3, der von der neuen Wellenlängen-Einrast-Karte benötigt wird, erfolgt über die bereits vorhandenen Ausgangsanschlussstifte des Thermistors 5. Der Zugriff auf das APC-Modul 2 erfolgt in der gleichen Weise wie bei der Vor-DWDM-Karte. Beide Module können daher ihre normalen Betriebsarten ausführen, die es vor der DWDM-Karte gab. Dies macht eine Störung des APC-Moduls 2 und des ATC-Moduls 3 zu einem Minimum.
• Es sei bemerkt, dass, wenn die Wellenlänge des Ausgangssignals der Laserkarte aufgrund einer Alterung von λ&sub0; fort driftet, die Laserkarte unabhängig von externen Faktoren, wie z. B. Temperatur- und Leistungänderungen von sich aus die Wellenlänge korrigiert.
• Es sei bemerkt, dass die Anordnung des MOSFET 18 parallel zu dem Thermistor eine Schutzmaßnahme für den Fall ergibt, dass irgendein Teil der Regelschleife, unter Einschluss des MOSFET 18, ausfällt. Wenn der MOSFET 18 in den Abschaltzustand übergeht oder ein offener Kreis wird, so ist Req gleich Rth, und die Temperaturregelschleife stellt die Lasertemperatur auf Ts ein. Solange Ts innerhalb eines Bereiches von Betriebstemperaturen für den Laser 7 liegt, so würde das schlimmste Ergebnis in einem Ausfall der Wellenlängen-Einrastfunktion bestehen.
• Vielfältige Modifikationen und Abänderungen der vorliegenden Erfindung sind im Hinblick auf die vorstehenden Lehren möglich. Es ist daher verständlich, dass innerhalb des Schutzumfanges der beigefügten Ansprüche die Erfindung in anderer Weise praktisch ausgeführt werden kann, als sie speziell hier beschrieben wurde.
• Bei einer Abänderung kann in anderer Temperatursensor als ein Thermistor verwendet werden.
• Bei einer weiteren alternativen Ausführungsform der Erfindung kann ein Wellenlängen- Diskriminator 10 nach Fig. 3 auch dazu verwendet werden, zusätzlich zu dem Wellenlängen-Fehlersignal für das Vor-DWDM-ATC-Modul 3 das optische Leistungspegelsignal für das Vor-DWDM-APC-Modul 2 zu liefern. Dies beinhaltet die Erzeugung eines BFM-Stromes, der es dem APC-Modul 2 ermöglicht, die optische Leistung des Lasers 7 zu überwachen, aus der PIN2-Diode 14, die von dem Diskriminator 10 verwendet wird. Dies ist möglich, weil die Strahlen, die das Etalon 12 hindurchlaufen, und damit die Ströme, die aus den beiden PIN-Dioden 13 und 14 austreten, nicht nur Funktionen der Wellenlänge der Strahlen sind, die aus dem Laser 7 austreten, sondern auch eine Funktion der Leistung dieser Strahlen.
• Eine genaue Überwachung der optischen Leistung unter Verwendung der PIN2-Diode 14 erfordert eine Berücksichtigung der Wirkung der Wellenlängen-Einrastmerkmale des Wellenlängen-Diskriminators 10 auf den Leistungs-Einrastbetrieb. Typische Beziehungen zwischen dem Ausgangsstrom für die PIN-Dioden 13, 14 sind in Fig. 4 gezeigt. Diese zeigen, dass die PIN-Ströme weder linear noch direkt auf die Leistungsintensität des Laser-Ausgangssignals über alle Werte der Wellenlänge bezogen sind, und zwar aufgrund der Wirkungen der Wellenlängen-Diskrimination durch das Etalon 12. Ein APC-Modul 2, das die PIN-Ströme verwendet, die von dem Wellenlängen-Diskriminator 10 erzeugt werden, muss ausschließlich auf den Anzeigen beruhen, die gewonnen werden, wenn die PIN2-Diode 14 in einem Bereich arbeitet, bei dem sich das Photostrom-Ansprechverhalten monoton mit dem Laseransteuerstrom ändert (d. h. zwischen λ&sub1; und λ&sub2;). Wenn sich die Wellenlänge in diesem Bereich befindet, so ergibt die PIN2-Diode 14 einen Photostrom, der sich linear mit Änderungen der Ausgangsleistung ändert. Die PIN2-Diode 14 wird im Gegensatz zur PIN1-Diode 13 zur Erzeugung eines Leistungspegelsignals in einer bevorzugten Ausführungsform verwendet, weil die PIN2-Diode 14 Photoströme ergibt, die sich direkt mit dem erfassten Leistungspegel ändern, wie dies von dem traditionellen APC-Modul 2 erwartet wird. Im Fall des in Fig. 3 gezeigten Wellenlängen-Diskriminators 10 und bei den in Fig. 4 beispielsweise gezeigten Ausgangssignalen hat die PIN2-Diode 14 immer eine positive Steigung in dem gewünschten Bereich der PIN-Strom-/Wellenlängen- Kurve, die sich zwischen λ&sub1; und λ&sub2; erstreckt, so dass sie so ausgelegt werden sollte, dass sie die Quelle für das optische Leistungspegelsignal auf der Laserkarte ist.
• Es ist für den Fachmann zu erkennen, dass, obwohl sich eine schwierigere gerätemäßige Ausgestaltung ergibt, es auch möglich ist, dass das APC-Modul 2 den Photostrom der PIN1-Diode 13 für die Leistungsregelung verwendet.
• Selbst wenn die gerade beschriebenen technischen Beschränkungen bei dieser alternativen Ausführungsform überwunden werden, verhält sich die zur Schnittstellenverbindung mit dem APC-Modul 2 verwendete PIN-Diode nicht mehr exakt so, wie die traditionelle BFM-PIN-Diode, wie z. B. die PIN-Diode 4, die in Fig. 1 eingesetzt wird. Dies bedeutet, dass eine gewisse Kenntnis der gerätemäßigen Ausgestaltung des APC-Moduls 2 erforderlich ist, um diese Ausführungsform zu verwirklichen. Weiterhin würde der dynamische Bereich der Leistungs- und Wellenlängen-Einrastschleifen verringert werden.
• Selbstverständlich beziehen sich die Vorteile, die dadurch gewonnen werden, dass eine der beiden PIN-Dioden 13, 14 des Wellenlängen-Diskriminators 10 als eine PIN- Diode für die Messung des optischen Leistungspegels verwendet wird, darauf, dass es nicht erforderlich ist, einen Raum auf dem Lasermodul 1 für die neu angeordnete PIN- Diode 4 zu finden, und dass es nicht erforderlich ist, die Kosten der Einfügung der neu angeordneten PIN4 und des Teilers 8 nach Fig. 2 aufzuwenden. Wenn lediglich die PIN-Dioden 13, 14 des Wellenlängen-Diskriminators 10 verwendet werden, so bedeutet dies auch, dass keine Anzapfung zur Ableitung von Licht verwendet wird, das aus der vorderen Facette des Lasers 7 austritt, was andererseits bedeutet, dass der optische Leistungspegel, der die Lichtleitfaser erreicht, nicht verringert wird. Unter Berücksichtigung dieser Vorteile sollte diese alternative Ausführungsform nicht von dem Schutzumfang der beigefügten Ansprüche ausgeschlossen werden.
• Bei einer weitere Ausführungsform besteht die Art und Weise der Täuschung des ATC- Moduls 3 zur Regelung der Wellenlänge neben der Anordnung des MOSFET 18 parallel zu dem Thermistor 5 darin, den Thermistor 5 vollständig zu entfernen und lediglich den MOSFET 18 oder irgendeinen anderen spannungsgesteuerten Widerstand anstelle des Thermistors 5 zu verwenden. Die Gefahr, die bei dieser Anordnung berücksichtigt werden muss, besteht darin, dass eine Überhitzung beim Hochlaufen eintritt, wenn das ATC-Modul die Art von großen Req sehen würde, die es sieht, wenn es direkt mit einem MOSFET 18 verbunden ist, der sich im Abschaltzustand befindet.
• Eine weitere Möglichkeit zur Änderung von Req mit dem Wellenlängen-Fehler besteht darin, den MOSFET 18 in Serie mit dem Thermistor 5 zu schalten. Obwohl diese Anordnung verwendet werden kann, ergibt sie drei Probleme. Erstens ist der Bereich der Wellenlängen-Regelschleife teilweise durch den minimalen Wert von Rds des Feldeffekttransistors begrenzt. Zweitens ergibt sich eine Überhitzung des Lasers 7 immer dann, wenn die Temperaturregelschleife aktiviert wird, weil immer dann, wenn der FET zu einem offenen Kreis wird, Req einen hohen Wert annimmt und die Temperaturregelschleife denkt, dass die Substrattemperatur äußerst niedrig ist. Drittens hat die Gate-Source-Spannung des MOSFET 18 einen sehr kleinen Bereich, wodurch der Betriebsbereich der Einrastschleife beschränkt wird.
• Es ist weiterhin möglich, Req dadurch zu ändern, dass irgendeine Maßnahme einer wellenlängenabhängigen thermischen Steuerung über dem Thermistor 5 angeordnet wird. Dies ermöglicht eine Änderung von Rth auf der Grundlage des Wärmeflusses in oder aus dem Thermistor 5. Es ergeben sich jedoch mehrere Nachteile bei dieser Technik, die sie der vorstehend beschriebenen unterlegen machen. Erstens würde sie wesentlich mehr Leistung als irgendein anderes hier beschriebenes Verfahren erfordern. Zweitens würde das zeitliche Ansprechverhalten wesentlich langsamer sein, und zwar aufgrund der vergrößerten Abhängigkeit von dem Wärmefluss. Schließlich würde, wenn der Wärmefluss an den Thermistor 5 dadurch gesteuert werden müsste, dass ein weiterer TEC direkt benachbart zu diesem angeordnet würde, ein kleines und kostspieliges Bauteil oder alternativ ein raumaufwändiges Bauteil, das eine erhebliche Umkonstruktion des Lasermoduls 1 erfordern würde, erforderlich sein.
• Zusammenfassend ist festzustellen, dass sich die vorliegende Erfindung auf eine Vorrichtung zur gleichzeitigen Stabilisierung der Ausgangsleistung und der Wellenlänge eines Halbleiter-Lasers bezieht. Ein Wellenlängen-Diskriminatorschema wird verwendet, um ein Wellenlängen-Fehlersignal zu liefern, und ein Ausgangsleistungs- Detektorschema wird dazu verwendet, ein Ausgangsleistungspegel-Signal zu liefern. Das Wellenlängen-Fehlersignal wird zur Einstellung des Verhaltens eines Temperatursensors derart verwendet, dass das automatische Temperaturregel-(ATC-)Modul, das so konfiguriert ist, dass es einen vorgegebenen Ausgang von dem Temperatursensor aufrechterhält, die tatsächliche Lasertemperatur einstellt und dieses Signal zu einem Minimum macht. Das Ausgangsleistungspegel-Signal wird direkt einem automatischen Leistungsregel-(APC-)Modul zugeführt, das den in den Laser eingespeisten Ansteuerstrom einstellt, um dieses Signal unter Verwendung bekannter Steuerschaltungseinrichtungen zu einem Minimum zu machen. Die Einstellung der Eigenschaften des Temperatursensors macht es möglich, dass die Vorrichtung die Lasertemperatur und den Strom manipuliert, um eine gleichzeitige Leistungs- Wellenlängen- und Temperaturregelung unter Verwendung der externen Konstanttemperatur- und Konstantleistungs-Regelmodule zu erzielen, die von Halbleiterlasern verwendet werden, die die Wellenlänge nicht stabilisieren.
• Weitere Abänderungen als die, die vorstehend beschrieben wurden, sind möglich.

Claims (15)

1. Laser-Modul (1) zur Verbindung mit einem externen automatischen Leistungsregel-(APC-)Modul (2) und einem externen automatischen Temperaturregel- (ATC-)Modul (3), wobei das APC-Modul (2) erste elektrische Verbindungseinrichtungen zum Empfang eines Leistungspegelsignals und zweite elektrische Verbindungseinrichtungen zur Übertragung eines Laseransteuerstromes hat, wobei das APC-Modul so konfiguriert ist, dass es den Laseransteuerstrom derart einstellt, dass das Laserausgangssignal auf einen optischen Ziel-Leistungspegel eingerastet ist, wobei das ATC-Moul (3) dritte elektrische Verbindungseinrichtungen zum Empfang eines Temperaturpegelsignals und vierte elektrische Verbindungseinrichtungen zur Übertragung eines Temperatur-Ansteuerstromes hat, wobei das ATC-Modul so konfiguriert ist, dass es die Betriebstemperatur des Lasers derart einstellt, dass diese einen Ziel-Temperaturpegel erreicht, wobei das Laser-Modul Folgendes umfasst: einen Halbleiterlaser (7); einen thermoelektrischen Kühler (TEC) (6) zum Bewirken einer Einstellung der Lasertemperatur nach oben oder nach unten; erste Anschlusseinrichtungen zum Verbinden des thermoelektrischen Kühlers (6) mit den vierten elektrischen Verbindungseinrichtungen des ATC-Moduls; zweite Anschlusseinrichtungen zum Verbinden des Lasers (7) mit den zweiten elektrischen Verbindungseinrichtungen des APC-Moduls (2); Einrichtungen (4) zur Erzeugung eines Signals für den optischen Leistungspegel, das den optischen Leistungspegel des Ausgangssignals des Lasers (7) anzeigt; dritte Anschlusseinrichtungen zum Übertragen des Signals für den optischen Leistungspegel an die ersten elektrischen Verbindungseinrichtungen des APC-Moduls; und vierte Anschlusseinrichtungen zur Verbindung mit den dritten elektrischen Verbindungseinrichtungen des ATC-Moduls (3), dadurch gekennzeichnet, dass das Laser-Modul (7) weiterhin Folgendes umfasst: Einrichtungen (10) zur Erzeugung eines Wellenlängen-Fehlersignals, das den Wellenlängen-Fehler des Laser-Ausgangssignals anzeigt; und Einrichtungen (9, 5) zur Ableitung eines Signals für einen scheinbaren Temperaturpegel aus dem Wellenlängen-Fehlersignal und zur Zuführung des Signals für den scheinbaren Temperaturpegel an die vierten Anschlusseinrichtungen zur Übertragung des Signals für den scheinbaren Temperaturpegel an das ATC-Modul; wodurch die Wellenlänge des Laser-Ausgangssignals durch Ändern der Temperatur des Lasers eingestellt wird, bis das Signal für den scheinbaren Temperaturpegel anzeigt, dass ein vorgegebener Temperaturpegel erreicht wurde und der Wellenlängen-Fehler zu einem Minimum gemacht ist.

2. Laser-Modul nach Anspruch 1, bei dem die Einrichtung (9, 5) zur Ableitung des Signals für den scheinbaren Temperaturpegel einen veränderbaren Widerstand (5, 18) umfasst.

3. Laser-Modul nach Anspruch 2, bei dem der veränderbare Widerstand einen Thermistor (5) und einen zweiten TEC umfasst, der durch das Wellenlängen- Fehlersignal gesteuert ist, und bei dem der zweite TEC dazu verwendet wird, den Widerstandswert des Thermistors dadurch zu steuern, dass eine Temperaturdifferenz zwischen dem Laser und dem Thermistor geschaffen wird.

4. Laser-Modul nach Anspruch 3, bei dem der zweite TEC in Kontakt mit oder in der Nähe des Thermistors (5) angeordnet wird.

5. Laser-Modul nach Anspruch 4, bei dem der zweite TEC monolithisch mit dem Thermistor (5) integriert ist.

6. Laser-Modul nach Anspruch 2, bei dem der veränderbare Widerstand (5, 18) einen steuerbaren Widerstand (18) umfasst, dessen Widerstandswert durch das Wellenlängen-Fehlersignal gesteuert ist.

7. Laser-Modul nach Anspruch 6, das einen Thermistor (5) einschließt, der in Serie oder parallel zu dem steuerbaren Widerstand (18) derart geschaltet ist, dass die von dem Wellenlängen-Fehlersignal an dem steuerbaren Widerstand bewirkten Einstellungen den kombinierten äquivalenten Widerstandswert des steuerbaren Widerstandes und des Thermistors bestimmen.

8. Laser-Modul nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, bei dem der steuerbare Widerstand (8) einen Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekt-Transistor (MOSFET) umfasst, wobei das Wellenlängen-Fehlersignal dem Gate des MOSFET zugeführt wird.

9. Laser-Modul nach Anspruch 8, bei dem der Thermistor (5) parallel zu den Drain- und Source-Anschlüssen des MOSFET oder in Serie zu den Drain- und Source- Anschlüssen des MOSFET angeschaltet ist.

10. Laser-Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Einrichtung (10) zur Erzeugung eines Wellenlängen-Fehlersignals, das den Wellenlängen-Fehler des Laser-Ausgangssignals anzeigt, zwei optische Detektoren (13, 14) umfasst, die bezüglich eines Wellenlängen-Diskriminatorelementes (12) derart angeordnet sind, dass ihr spektrales Ansprechverhalten unterschiedlich ist, und derart, dass ein von diesen erzeugtes Differenzsignal zur Anzeige des Wellenlängen- Fehlersignals verwendet werden kann.

11. Laser-Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Einrichtung (4) zur Erzeugung eines Signals für den optischen Leistungspegel, das den Leistungspegel des Laserausgangssignals anzeigt, einen optischen Detektor (4) umfasst, der getrennt von den Einrichtungen (10) zu Erzeugung des Wellenlängen- Fehlersignals ist.

12. Laser-Modul nach Anspruch 10, bei dem die Einrichtung (4) zur Erzeugung eines Signals für den optischen Leistungspegel, das den Leistungspegel des Ausgangssignals anzeigt, einen der beiden optischen Detektoren (13, 14) umfasst, die zur Erzeugung des Wellenlängen-Fehlersignals verwendet werden.

13. Laser-Modul nach Anspruch 10 oder 12, bei dem die beiden optischen Detektoren (13, 14) Licht messen, das aus der Rückfacette des Lasers (7) austritt.

14. System zur gleichzeitigen Stabilisierung sowohl der Wellenlänge als auch der optischen Leistung eines Halbleiterlasers, mit: Einrichtungen (4) zur Überwachung der optischen Leistung des Lasers und zur Ableitung eines Signals für den optischen Leistungspegel; Einrichtungen (2) zur Einstellung des Laser-Ansteuerstromes, um das Signal für den optischen Leistungspegel auf einem optischen Ziel-Leistungspegel einzustellen; Einrichtungen (10) zur Überwachung der Laser-Wellenlänge und zur Ableitung eines Wellenlängen-Fehlersignals; einem Temperatursensor (5) zur Messung der Lasertemperatur; einem thermoelektrischen Kühler (6) zum Bewirken einer Einstellung der Lasertemperatur nach oben oder nach unten; und einer Temperaturregeleinheit (3), die mit dem thermoelektrischen Kühler (6) und dem Temperatursensor (5) verbunden und so konfiguriert ist, dass ein vorgegebenes Ausgangssignal von dem Temperatursensor aufrechterhalten wird, dadurch gekennzeichnet, dass das System weiterhin Einrichtungen (9) umfasst, die bewirken, dass das Wellenlängen-Fehlersignal die Ausgangseigenschaften des Temperatursensors derart einstellt, dass die Temperaturregeleinheit (3) die tatsächliche Lasertemperatur so einstellt, dass der ursprüngliche vorgegebene Ausgang von dem Temperatursensor (5) aufrechterhalten wird und dass hierdurch das Wellenlängen- Fehlersignal verringert wird.

15. Verfahren zur gleichzeitigen Stabilisierung der Wellenlängen- und Leistungsausgangssignale eines Halbleiterlasers, mit den folgenden Schritten: Feststellen eines optischen Leistungspegels und Erzeugen eines Signals für den optischen Leistungspegel; Zuführen des Signals für den optischen Leistungspegel an ein automatisches Leistungsregel-(APC-)Modul (5), das den dem Laser (7) zugeführten Ansteuerstrom einstellt, um das Signal für den optischen Leistungspegel auf einen Zielpegel einzustellen; und Feststellen eines Wellenlängen-Fehlers und Erzeugen eines Wellenlängen-Fehlersignals, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die Einstellung des Verhaltens eines Temperatursensors (5) unter Verwendung des Wellenlängen-Fehlersigals derart einschließt, dass ein automatisches Temperaturregel-(ATC-)Modul (2), das zur Aufrechterhaltung eines vorgegebenen Ausganges von dem Temperatursensor konfiguriert ist, die tatsächliche Lasertemperatur so einstellt, das das Wellenlängen-Fehlersignal zu einem Minimum gemacht wird.