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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen optischen Sender, in dem ein
Laser verwendet wird.
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Herkömmlich verwendet
ein optischer Sender, in dem ein Laser verwendet wird, einen Kompensator
zum Kompensieren von Änderungen
oder Schwankungen eines Schwellenstroms und einer differenziellen
Quantenausbeute, die durch Temperaturänderungen oder eine Qualitätsabnahme
des Laserausgangssignals im Verlauf der Zeit auftreten.
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Beispielsweise
wird in der JP-A-90673/1993 eine automatische Leistungsregelung
beschrieben, wobei eine Regelschleife, in der rückwärtiges Licht eines Lasers durch
eine Fotodiode empfangen und in einen Strom umgewandelt wird, den
Strom in eine Spannung umwandelt, einen Mittelwert der Spannung
bestimmt und basierend auf dem Mittelwert einen Bias-Strom berechnet,
und wobei eine andere Regelschleife einen Spitzen- oder Peakwert
der vom Ausgangsstrom der Fotodiode umgewandelten Spannung erfaßt und einen
Modulationsstrom zum Ansteuern des Lasers mit dem Peakwert regelt.
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1 zeigt ein Blockdiagramm
zum Darstellen eines Beispiels einer herkömmlichen optischen Senderschaltung
mit einer Funktion zum Kompensieren von Änderungen des Schwellenstroms
und der differenziellen Quantenausbeute, die durch Temperaturänderungen
und eine Qualitätsabnahme
des Laserausgangssignals im Verlauf der Zeit verursacht werden.
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Gemäß 1 wird ein Eingangssignal 1 von einem
Eingangsanschluß einem
Treiber 43 zugeführt,
und ein Laser 4 wird durch den Treiber 43 und eine
Bias- oder Vorspannungs- Schaltung 42 angesteuert.
Ein Teil eines Ausgangssignals (rückwärtiges Licht) des Lasers 4 wird
durch eine Fotodiode 5 überwacht
und in einen Strom umgewandelt, und der Strom wird durch einen Strom-Spannungs-Wandler 45 in
eine Spannung umgewandelt.
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Ein
durch einen ersten Mittelwertdetektor 47 erhaltener Mittelwert
der Ausgangsspannung des Strom-Spannungs-Wandlers 45 und
ein durch einen zweiten Mittelwertdetektor 48 erhaltener
Mittelwert des Eingangssignals 1 werden miteinander verglichen,
und die Differenz dazwischen wird durch einen Verstärker 49 verstärkt, und
die Bias-Schaltung 42 wird durch das Ausgangssignal des
Verstärkers 49 gesteuert.
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Der
Peakwert des Ausgangssignals des Strom-Spannungs-Wandlers 45 wird durch einen Peakwertdetektor 46 erfaßt, und
der Treiber 43 steuert den Laser 4 mit dem Peakwert
an, so daß der
Laser 4 Licht ausgibt.
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Unter
Verwendung des vorstehend beschriebenen optischen Senders muß jedoch,
um eine durch eine Temperaturänderung
oder eine Qualitätsabnahme
des Laserausgangssignals im Verlauf der Zeit verursachte Änderung
der Kennlinie zu kompensieren, der Strom zum Überwachen des rückwärtigen Lichts
des Lasers in eine Spannung umgewandelt und der Peakwert der Spannung
erfaßt
werden, wodurch die Modulationsrate des optischen Senders begrenzt
wird.
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Der
Grund hierfür
ist, daß,
wenn die Modulationsrate höher
ist als ein bestimmter Pegel, der Peakwert durch den Peakwertdetektor
aufgrund einer Begrenzung der Frequenzkennlinie der Fotodiode, die
das rückwärtige Licht
des Lasers überwacht, nicht
erfaßt
werden kann.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine optische Senderschaltung
bereitzustellen, die Temperaturänderungen
und eine Qualitätsabnahme
des Schwellenwertes und der differenziellen Quantenausbeute des
Lasers im Verlauf der Zeit auch dann kompensiert, wenn der Laser
mit einer hohen Modulationsrate angesteuert wird, und ein optisches
Ausgangssignal mit einer stabilen und festen optischen Leistung
bereitstellen kann, das keine Pulsbreitenverzerrung aufweist, indem
ein Überwachungs-
oder Monitorstrom des Lasers in eine Spannung umgewandelt und ein
Mittelwert der Spannung erfaßt
wird.
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Um
die vorstehende Aufgabe zu lösen,
wird in einem erfindungsgemäßen optischen
Sender das rückwärtige Licht
eines Lasers, der durch einen Pulsstromtreiber angesteuert wird,
der ein Eingangssignal empfängt,
durch eine Fotodiode überwacht,
und der Monitorstrom wird durch einen Strom-Spannungs-Wandler in
eine Spannung umgewandelt. Die Spannung wird durch einen Mittelwertdetektor
gemittelt, und der Mittelwert wird einem Bias- oder Vorspannungs-Controller
und einer Operationsschaltung zugeführt. Das Eingangssignal wird
außerdem
einem Tastverhältnisdetektor
zugeführt,
der ein Tastverhältnis
des Eingangssignals erfaßt,
und das Tastverhältnis
wird sowohl dem Bias-Controller als auch der Operationsschaltung
zugeführt.
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Die
Operationsschaltung ist das wesentliche Element der vorliegenden
Erfindung; sie teilt den ihr zugeführten Mittelwert durch das
Tastverhältnis
und gibt einen Ergebnisquotientenwert an einen Pulsstromcontroller
aus. Das Ausgangssignal der Operationsschaltung behält auch
dann einen festen Wert bei, wenn das Tastverhältnis des Eingangssignals sich ändert, und
der Pulsstromtreiber wird durch das Ausgangssignal der Operationsschaltung
angesteuert. Außerdem
steuert der Bias-Controller das Ausgangssignal der Bias-Schaltung
derart, daß der
Bias-Strom des Lasers dem Schwellenstrom im wesentlichen gleichen
kann. Der Laser wird durch die Ausgangssignale des Pulsstromtreibers
und der Bias- oder Vorspannungs-Schaltung angesteuert und gibt ein
erforderliches optisches Signal aus.
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Weil
der erfindungsgemäße optische
Sender an Stelle des herkömmlichen
Peakwertdetektors, wie vorstehend beschrieben, die Operationsschaltung verwendet,
kann auch bei einer hohen Modulationsrate des Lasers ein optisches
Ausgangssignal mit einer stabilen und festen optischen Leistung
erhalten werden, das keine Pulsbreitenverzerrung aufweist.
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Nachstehend
werden bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.
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1 zeigt ein Blockdiagramm
zum Darstellen einer Konstruktion eines herkömmlichen optischen Senders;
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2 zeigt ein Blockdiagramm
zum Darstellen einer Konstruktion einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen optischen
Senders;
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3 zeigt ein Blockdiagramm
zum Darstellen einer Konstruktion einer Operationsschaltung von 2;
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4(A), 4(B) und 4(C) zeigen
Zeitdiagramme zum Darstellen der Operation der Ausführungsform
von 2;
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5(A), 5(B) und 5(C) zeigen
schematische Ansichten zum Darstellen der Funktionsweise der Operationsschaltung
von 2;
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6 zeigt ein Diagramm zum
Darstellen eines Beispiels einer Kennline des optischen Ausgangssignals
eines Lasers als Funktion des Treiberstroms; und
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7 zeigt ein Blockdiagramm
zum Darstellen einer Konstruktion einer anderen Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Operationsschaltung.
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2 zeigt ein Blockdiagramm
zum Darstellen einer Konstruktion einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen optischen
Senders.
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In 2 wird einem Pulsstromtreiber 2,
der unter der Steuerung eines Ausgangssignals vom Pulsstromcontroller 12 arbeitet,
ein Eingangssignal 1 zugeführt. Ein Laser 4 wird
durch den Pulsstromtreiber 2 und eine Bias- oder Vorspannungs-Schaltung 3 angesteuert
und erzeugt ein optisches Signal.
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Rückwärtiges Licht
des optischen Ausgangssignals des Lasers 4 wird durch eine
Fotodiode 5 überwacht
und in einen dem optischen Ausgangssignal entsprechenden Strom umgewandelt,
und der Strom wird durch einen Strom-Spannungs-Wandler 6 in
eine Spannung umgewandelt. Die Spannung wird einem Mittelwertdetektor 7 zugeführt, der
eine mittlere Spannung 21 erzeugt.
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Das
Ausgangssignal 21 des Mittelwertdetektors 7 wird
einem Bias-Controller 9 zugeführt, der als Referenzspannung
ein Ausgangssignal 22 des Tastverhältnisdetektors 8 verwendet,
der ein Tastverhältnis
des Eingangssignals 1 erfaßt, und die Bias-Schaltung 3 wird
durch ein Ausgangssignal des Bias-Controllers 9 gesteuert.
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Die
Operationsschaltung 10 berechnet einen dem Ausgangssignal 21 des
Mittelwertdetektors 7 und dem Ausgangssignal 22 des
Tastverhältnisdetektors 8 entsprechenden
Spannungswert, und ein Ausgangssignal der Operationsschaltung 10 wird
zusammen mit einer Referenzspannung (Vref) 11 dem Pulsstromcontroller 12 zugeführt, der
den Pulsstromtreiber 2 steuert.
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Die
Operationsschaltung 10 einer Regelschleife für den Pulsstrom,
der den Laser 4 ansteuert, berechnet einen Peakwert des
optischen Ausgangssignals vom Ausgangssignal 22 des Tastverhältnisdetektors 8,
der ein Tastverhältnis
des Eingangssignals 1 erfaßt, und vom Ausgangssignal 21 des
Mittelwertdetektors 7. Der Peakwert des optischen Ausgangssignals
wird dem Pulsstromcontroller 12 zugeführt, der die Spannung Vref
als Referenzspannung 11 verwendet, und der Pulsstromtreiber 2 wird
durch das Ausgangssignal des Pulsstromcontrollers 12 angesteuert.
Der Bias-Strom des Lasers 4 wird durch ein Ausgangssignal
der Bias-Schaltung 3 gesteuert. Dadurch weist das erhaltene
optische Ausgangssignal unabhängig
von einer Änderung
der Kennlinie des Lasers 4 eine stabile und feste optische
Leistung und keine Pulsbreitenverzerrung auf, wie nachstehend beschrieben
wird.
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3 zeigt ein Blockdiagramm
zum Darstellen einer Konstruktion der Operationsschaltung 10 in der
vorstehend beschriebenen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Die Operationsschaltung 10 weist
einen ersten A/D-Wandler 23 und einen zweiten A/D-Wandler 24 auf,
die das Ausgangssignal 21 des Mittelwertdetektors 7 bzw.
das Ausgangssignal 22 des Tastverhältnisdetektors 8 empfangen
und einen X- und einen Y-Wert des ersten A/D-Wandlers 23 bzw.
des zweiten A/D-Wandlers 24 an
eine Dividiereinrichtung 25 ausgeben. Das Ausgangssignal
Z (= X/Y) der Dividiereinrichtung 25 wird einem D/A-Wandler 26 zugeführt, und
ein erhaltenes Divisions-Ausgangssignal
des D/A-Wandlers 26 wird dem Pulsstromcontroller 12 zugeführt.
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Nachstehend
wird die Funktionsweise der Schaltung der vorliegenden Ausführungsform
unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
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In 2 wird der Laser 4 durch
den Pulsstromtreiber 2 und die Bias-Schaltung 3 angesteuert und
wandelt das Eingangssignal 1 in ein optisches Signal um.
Ein Teil des optischen Ausgangssignals wird durch die Fotodiode 5 in
einen Strom umgewandelt und außerdem
durch den Strom-Spannungs-Wandler 6 in
eine Spannung umgewandelt. Die Spannung wird durch den Mittelwertdetektor 7 gemittelt.
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Die 4(A), 4(B) und 4(C) zeigen
ein Beispiel von Zeitdiagrammen des elektrischen Eingangssignals,
des Aus gangssignals des Strom-Spannungs-Wandlers 6 bzw.
des Ausgangssignals des in 2 dargestellten
Mittelwertdetektors 7.
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Das
in 4(A) dargestellte
Eingangssignal 1 wird durch den Laser 4 in ein
optisches Ausgangssignal umgewandelt, und ein Teil des optischen
Ausgangssignals wird durch die Fotodiode 5 in einen Strom
umgewandelt und ferner durch den Strom-Spannungs-Wandler 6 in
eine Spannung umgewandelt. Die Ausgangsspannung des Strom-Spannungs-Wandlers 6 hat
eine in 4(B) dargestellte
Wellenform. Der Grund, warum die Anstiegsgeschwindigkeit der vorderen
Flanke verzögert ist,
besteht darin, daß aufgrund
einer Bandbegrenzung einer Frequenzkennlinie der Fotodiode 5,
die rückwärtiges Licht
des Lasers in einen Strom umwandelt, kein Peakwert des optischen
Ausgangssignals erfaßt
werden kann.
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Der
in 4(C) dargestellte
Mittelwert des optischen Ausgangssignals ist die mittlere Spannung 21 des
Mittelwertdetektors 7 und zeigt einen Mittelwert des in 4(B) dargestellten Ausgangssignals des
Strom-Spannungswandlers 6 an.
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Die 5(A), 5(B) und 5(C) zeigen
schematische Ansichten zum Darstellen der Funktionsweise der Operationsschaltung 10 für ein Tastverhältnis von 1/2
bzw. 1/4.
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Wenn
der Mittelwert 21 des optischen Ausgangssignals durch den
Mittelwertdetektor 7 erfaßt wird, wie in 5(A) für ein Tastverhältnis von
1/2 bzw. 1/4 dargestellt ist, wird von der Operationsschaltung 10 in
Abhängigkeit
davon, ob das durch die Tastverhältnisdetektion
erfaßte
Tastverhältnis
des Eingangssignals 1/2 oder 1/4 beträgt, wie in 5(B) dargestellt ist, ein Peakwert des
optischen Ausgangssignals ausgegeben, der zwei- bzw. viermal so groß ist wie
der Mittelwert 21, wie anhand der Graphen von 5(C) dargestellt ist.
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In 2 entspricht das Ausgangssignal
der Operationsschaltung 10 einem Peakwert des optischen Ausgangssignals 21 und
wird dem Pulsstromcontroller 12 zugeführt, in dem der Peakwert mit
einer Referenzspannung (Vref) 11 verglichen und verstärkt wird.
Dann wird der Pulsstromtreiber 2 mit dem Ausgangssignal
des Pulsstromcontrollers 12 angesteuert.
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Weil
der Wert der Referenzspannung des Pulsstromcontrollers 12 ein
vordefinierter Wert ist und das Ausgangssignal der Operationsschaltung 10 auf
einem festen Wert gehalten wird, wird das optische Ausgangssignal,
auch wenn das Tastverhältnis sich ändert, auf
dem festen Wert gehalten, und das Ausgangssignal des Mittelwertdetektors 7 wird
so gesteuert, daß sein
Verhältnis
zum Peakwert des optischen Ausgangssignals dem durch den Tastverhältnisdetektor 8 erfaßten Tastverhältnis gleich
sein kann.
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6 zeigt ein Diagramm zum
Darstellen eines Beispiels einer Kennline des optischen Ausgangssignals
eines Lasers als Funktion des Treiberstroms.
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Gemäß 6 erzeugt der Laser ein
optisches Ausgangssignal, das im Verhältnis zum Treiberstrom wesentlich
höher ist
als der Schwellenstrom. Daher wird, wenn die vorstehend beschriebene
Steuerung ausgeführt
wird, das Verhältnis
zwischen dem Mittelwert des Pulsstroms und dem Peakwert des Pulsstroms
dem Verhältnis
zwischen dem Mittelwert des optischen Ausgangssignals und dem Peakwert
des optischen Ausgangssignals im wesentlichen gleich.
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Hierbei
wird der Bias-Strom des Lasers so geregelt, daß er dem Schwellenstrom im
wesentlichen gleicht.
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7 zeigt ein Blockdiagramm
zum Darstellen einer inneren Konstruktion einer anderen Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Operationsschaltung 30,
die der Operationsschaltung 10 von 1 entspricht.
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Gemäß 7 werden das Ausgangssignal 21 (X)
des Mittelwertdetektors und das Ausgangssignal 22 (Y) des
Tastverhältnisdetektors
einer Dividierschaltung zugeführt,
die einen Multiplizierer 33, einen Operationsverstärker 34 und
einen Invertierer 35 aufweist. Dadurch wird der Pegel des
Eingangssignals des Pulsstromcontrollers 12 durch das Ausgangssignal
(Z = X/Y) der Dividierschaltung bestimmt und zum Steuern des Pulsstroms
zum Ansteuern des Lasers verwendet.
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Obwohl
vorstehend unter Bezug auf die Zeichnungen spezifische Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung und ihre Funktionsweise beschrieben worden
sind, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen
beschränkt,
sondern innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung sind
verschiedenartige Änderungen
und Modifikationen eingeschlossen.
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Wie
vorstehend beschrieben wurde, besteht ein Vorteil der vorliegenden
Erfindung darin, daß durch
Temperaturänderungen
oder eine Qualitätsabnahme
eines Lasers im Verlauf der Zeit verursachte Änderungen des Schwellenstroms
und der differenziellen Quantenausbeute auch bei einer hohen Modulationsrate
des Lasers kompensiert werden, so daß ein optisches Ausgangssignal
mit einer stabilen und festen optischen Leistung und ohne Pulsbreitenverzerrung
erzeugt werden kann.
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Der
Grund hierfür
ist, daß,
weil erfindungsgemäß das Erfordernis
für eine
Peakwertdetektionsschaltung für
ein Modulationssignal in einer Regelschleife eliminiert ist, die
optische Leistung nicht durch die Frequenzkennlinie einer Fotodiode
beschränkt
ist.