JP2011009787A - レーザシステムの較正 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 レーザ10と、レーザの電流路中のスイッチ110と、スイッチの制御端
子へ制御信号(MEAS_IBIAS_1)を出力するコントローラであって、前記スイ
ッチを開成して前記電流路内の電流の流れを遮断することのできる前記コントローラ43
を備えたレーザシステム100と、それに関連した方法を提供する。
【選択図】 図1
Description
駆動電流や送信電力や受光電力などのパラメータを較正し、レーザ送受信器を確立された
標準へ適合させねばならない。
方法は、レーザの温度に対応した温度信号を生成するステップと、レーザへの電流の現在
値を決定するステップと、少なくも前記温度信号から電流の初期値を決定するステップと
、電流内の変化を決定するステップとを含む。この電流変化はレーザシステムの状態を示
すものである。
用の方法は、レーザを通る電流路を完成させて電流がレーザを通って流れるようにするス
テップと、レーザシステムへの電源電流の第1の値を計測するステップと、電流路を遮断
してレーザに電流が流れないようにするステップと、レーザシステムへの電源電流の第2
の値を計測するステップと、電源電流の第2の値と第1の値の間の差分を決定するステッ
プとを含む。第2の値と第1の値の間の差分が、レーザへ供給される電流値となる。
ザに供給するバイアス電流の第1の大きさを設定する第1の制御信号を生成するステップ
と、レーザに供給する変調電流の第2の大きさを設定する第2の制御信号を生成するステ
ップと、レーザの高送信電力を光学的に検出するステップと、検出した高送信電力に対応
する第1の電力信号を生成するステップと、レーザの低送信電力を光学的に検出するステ
ップと、検出した低送信電力に対応する第2の電力信号を生成するステップとを含む。高
低の電力信号は、現在のバイアス電流及び変調電流におけるレーザの高低の送信電力の値
に関連付けることができる。高低の送信電力の比が、現在のバイアス電流及び変調電流に
おける消光比となる。高低の送信電力間の差分が、現在のバイアス電流及び変調電流にお
ける光変調振幅(optical modulation amplitude: OMA)となる。本方法は、レーザ送
信器の平均受光電力を光学的に検出するステップと、検出した平均受光電力に対応する第
3の電力信号を生成するステップと、第3の電力信号に対応する平均受光電力を決定する
ステップとをさらに含み、平均受光電力は平均送信電力から較正ファイバによる既知の損
失を減算したものとなる。
法は、バイアス電流と変調電流に応答してレーザシステム内のレーザ送信器の送信された
光変調振幅(OMA)を決定するステップと、レーザ送信器の受光ピーク電力を光学的に
検出するステップと、検出した受光ピーク電力に対応する電力信号を生成するステップと
、電力信号に対応する受信されたOMAを決定するステップとを含む。受信されたOMA
は、レーザ送信器の出力をレーザ受信器の入力端へ結合する較正ファイバによる既知の損
失を送信されたOMAから減算したものである。本方法はさらに、受信されたOMAと電
力信号をメモリへ記憶させるステップを含む。
ログ/ディジタル変換器のばらつきを補償するレーザシステム用の方法は、レーザの温度
に対応する温度信号を生成するステップと、少なくとも温度信号に基づき変換器の信号を
調整するステップを含む。
含む。コントローラは、少なくとも一つの制御信号を生成する。帯域回路は、制御信号を
受信する少なくとも一つの制御端子と少なくとも一つのデータ信号を受信する少なくとも
一つの入力端子を有するプログラム可能なローパスフィルタ(LPF)である。プログラ
ム可能なLPFは、制御信号に基づきデータ信号を濾波する。変調ドライバは、濾波され
たデータ信号を受信する少なくとも一つの入力端子を有する。変調ドライバは、濾波され
たデータ信号に応答してレーザへ変調電流を供給する。
)を示す。レーザ10(例えば、レーザダイオード)のアノードは、電源電圧Vcc_t
xと電源電流Idd_txを供給する給電路11に接続してある。レーザダイオード10
のカソードはノード12において電流源14に接続してあり、これがレーザダイオード1
0から一定電流Ibiasを吸い込む。コントローラ16は、電流源14に対し制御信号
IBIASを出力することで電流Ibiasの大きさを設定する。制御信号IBIASは
、アナログ信号又は複数ビットを有するディジタル信号とすることができる。
あり、これがレーザダイオード10から変調電流Imodを吸い込む。図2は、変調ドラ
イバ18の一実施形態を示す。バイポーラトランジスタ20,22は、それらのエミッタ
端子をノード24に連結してある。電流源26は、ノード24から電流Imodを吸い込
む。トランジスタ20は、そのコレクタ端子を給電路11に接続してあって電流を受け取
る。トランジスタ22は、そのコレクタ端子をノード12においてレーザダイオード10
のカソードへ接続してある。トランジスタ20,22は差動対を形成しており、これがレ
ーザダイオード10からの電流Imodを選択的に電流源26へ吸い込ませる。コントロ
ーラ16は、電流源26へ制御信号IMODを出力することで電流Imodの大きさを設
定する。制御信号IMODは、アナログ信号又は複数ビットを有するディジタル信号とす
ることができる。レーザダイオード10に印加する駆動電流は、Ibias或いは電流I
biasとImodの合計のどちらかである。レーザダイオード10に印加する平均駆動
電流(以下、「電流Iavg」と呼ぶ)は、Ibias+(Imod/2)である。
その相補信号IN_Nを受信する。これに応答して、増幅器28は増幅信号IN_P’と
IN_N’をバイパス回路30へ出力する。図3は、バイパス回路30の一実施形態を示
す。初期設定(デフォールト設定)により、バイパス回路30はIN_P’,IN_N’
を制御信号TN_P”,IN_N”として変調ドライバ18のトランジスタ20,22(
図2)へ出力する。バイパス回路30の目的と動作は、本発明の一態様において後述する
。
えば、フォトダイオード)へ反射し、光信号の一部をこの光信号を別の構成要素へ搬送す
るファイバ36へ送信する。フォトダイオード34が、給電路11とImon用AD変換
器(アナログ/ディジタル変換器またはADC)38の間に接続してある。フォトダイオー
ド34は、ImonAD変換器38へアナログ信号Imonを出力する。アナログ信号I
monは、フォトダイオード34が受光する被反射電力に比例する。被反射電力は、ファ
イバ36が受光する送信電力とレーザダイオード10の全出力電力とに比例する。Imo
nAD変換器38は、ディジタル信号IMONをコントローラ16へ出力する。
REFは、ディジタル又はアナログのどちらでもよい。コントローラ16は通常、信号I
REFとIMONを比較し、閉帰還ループ内でレーザダイオード10を制御する。
ィジタル又はアナログのいずれでもよい。信号TEMPは、レーザダイオード10の温度
に比例する。
ジタル信号VCC_TXを出力する。信号VCC_TXは、レーザダイオード10に供給
される電源電圧Vcc_txに比例する。
ラ43へ出力する。メモリ46は、EEPROM(電気的に消去可能なプログラム可能読
み出し専用メモリ)などのプログラム可能な不揮発性メモリでよい。コントローラ43は
、バスDIG_IO上のホストと、またバスDIGITAL_IO上のコントローラ16
と通信する。ホストは、外部プロセッサかコンピュータか試験装置とすることができる。
することができ、それによってレーザダイオード10が一定範囲の温度と電源電圧に亙っ
て一定の出力を生成する。レーザダイオード10が劣化すると、コントローラ16は一定
の出力を維持すべく通常電流Ivagを増大させる。任意の所与の温度についての電流I
avgの現在値と初期値間の差分は、レーザダイオード10の劣化すなわち機能不全を指
示しよう。
流Iavgの現在値と初期値間の差分を割り出す。図4は、一実施形態における電流Iv
ag内の変化を割り出すコントローラ43により実装した方法70のフローチャートであ
る。
メモリ46内のテーブル48(図3A)に記憶させる。初期値は実験を通じて決定され、
レーザシステム100を最初に製造したときに、異なる温度と電源電圧に亙って一定の出
力を生成する。テーブル48に代え、電流Ivagの初期値を異なる温度と電源電圧に関
連付ける関数を実験データから推定してメモリ46に記憶させることができる。一般に、
電流Iavgは電源電圧よりも温度により依存する。
ることでレーザダイオード10の現在温度を決定する。
Xを読み取ることでレーザシステム100に対する現在の電源電圧Vcc_txを割り出
す。
gの初期値を決定する。コントローラ43は、電流Iavgの初期値をテーブル48から
参照または検索(look up)することができる。あるいは、コントローラ43は実験データ
から推定した関数を用いて現在の温度と電源電圧における電流Iavgの初期値を算出す
ることができる。
ローラ43は、コントローラ16から制御信号IBIAS及びIMODの値から電流Ia
vgの現在値を受信する。前記した如く、電流Iavgは電流Ibias+Imod/2
に等しい。かくして、制御信号IBIASとIMODは電流Iavgの値に関連付けるこ
とができる。
ーラ43は、電流Iavgの現在値と初期値との間の差分を計算することができる。ある
いは、コントローラ43は電流Iavgの現在値と初期値との比を計算することができる
。
は比を出力する。
り出す。実験データから、ホストは電流Iavgの変化がレーザダイオード10の交換が
必要とされる時点を割り出すことができる。加えて、電流Iavgにおける変化は、その
変化が予想よりも非常に速く増大した場合、レーザダイオード10或いはレーザシステム
100の機能不全を示すことができる。
ド)の間にスイッチ110を含ませることができる。コントローラ43は、スイッチ11
0の制御端子へ制御信号MEAS_IBIAS_1を出力する。スイッチ110が開成し
ているときは、電流源14はグラウンドへの電流路をもたず、かくして「オフ」している
。電流源14をオフしたときは、レーザダイオード10は給電路11から一切電流を引き
込まず、なぜならグラウンドへの電流路が断たれているからである。変調電流Imodは
遮断され他の全ての構成要素が定常状態にあるものと仮定すると、電流源14をオンした
ときとオフしたときのレーザシステム100への電流Idd_txにおける差分を計測す
ることで電流Ibiasを割り出すことができる。電流Ibiasの計測を正確なものと
するため、レーザダイオード10が給電路11から電流を引き込むと否とに関係なく電流
源14は給電路11から同量の電流を引き込まねばならない。
130はコントローラ43から制御信号IBIASを受信し、電圧−電流(V/I)変換
器131へ電圧信号を出力する。V/I変換器131は、レジスタ134により設定され
た被増幅電圧信号をNMOSトランジスタ136のゲートへ出力する演算増幅器132を
含む。トランジスタ136は、給電路11へ吊り上げたPMOSトランジスタ138,1
40が形成する電流ミラー137から第1の基準電流を吸い込む。電流ミラー137は、
第1の基準電流を反映し、グラウンドへ吊り下げたバイポーラトランジスタ144,14
6が形成する電流ミラー142に対し第2の基準電流を供給する。電流ミラー142は、
第2の基準電流を反映し、ノード12においてレーザダイオード10から電流Ibias
を吸い込む。スイッチ110(例えば、NMOSトランジスタ)は、トランジスタ146
のエミッタ端子とグラウンドの間に結合してある。トランジスタ110をオフすると、電
流ミラー142はレーザダイオード10から電流Ibiasを吸い込まなくなる。整合(
マッチング)を図る目的で、恒久的に導通状態にあるNMOSトランジスタ148もまた
トランジスタ144のエミッタ端子とグラウンドの間に結合してある。
ランジスタ150が給電路11と電流源152の間に結合してある。コントローラ43は
、トランジスタ150のゲートへ制御信号MEAS_IBIAS_1を出力する。電流源
152は、トランジスタ110がトランジスタ146のエミッタ端子をグラウンドから切
り離したときに給電路11から電流Ibias/Bを吸い込む。電流Ibias/Bは、
バイポーラトランジスタ146がその導通時に引き込むベース漏洩電流である。かくして
、電流源14はレーザダイオード10が給電路11から電流を引き込むか否かによらず、
給電路11から同量の電流を引き込む。
D変換器38を結合するスイッチ170を含ませることができる。コントローラ43は、
スイッチ170の制御端子へ制御信号MEAS_IBIAS_2を出力する。スイッチ1
70が開成しているときは、フォトダイオード34は給電路11から一切電流を引き込ま
ず、かくして「オフ」になっている。
の電源電流Idd_txを計測して電流Ibiasの値を測定することができるようにな
っている。図6は、一実施形態において、電流Ibiasを計測するコントローラ43に
より実装した方法190のフローチャートである。方法190では、外部の信号源計測ユ
ニット(SMU)172(図1)が給電路11に接続してあってレーザシステム100へ
電力を供給する。
それによって給電路11から定電流を引き込む。コントローラ43は、バイパス回路30
(後述)を用いて変調ドライバ18を絶えずオンオフさせるよう設定するとともにコント
ローラ16をして制御信号IMODをその最低値に設定させることができる。コントロー
ラ43はまた、スイッチ170(図1)を開成することでフォトダイオード34をオフに
することができる。
源14をオンとし、そこでコントローラ16に指示して制御信号IBIASを設定し、レ
ーザダイオード10へ電流Ibiasを供給させる。
流Idd_txを計測する。
オフとし、それによってレーザダイオード10は給電路11から一切電流を吸い込まなく
なる。加えて、コントローラ43がトランジスタ150(図5)を閉成し、それによって
電流源14が給電路11から同量の電流を引き込む。
す。この差分が、レーザダイオード10に供給される電流Ibiasの値となる。
従い、信号SET,CLR,IN_AVGにより制御されるバイパス回路30を含ませる
ことができる。
ト32がトランジスタ34,36を非導通とし、入力信号IN_P’,IN_N’を出力
信号IN_P”,IN_N”から切り離す。
電路11へ結合し、その一方でトランジスタ40が増幅器39の反転端子をグラウンドへ
結合する。これにより、増幅器39にハイ信号IN_P”とロー信号IN_N”を出力さ
せる。コントローラ43が信号SETをハイとし、変調ドライバ18をしてレーザダイオ
ード10へ絶えず電源電流Imodを供給させる。これを用い、論理HIGHを表わす送
信電力P1を計測することができる。
ラウンドへ結合し、その一方でトランジスタ44が増幅器39の反転端子を給電路11へ
結合する。これにより、増幅器39はロー信号IN_P”とハイ信号IN_N”を出力す
る。コントローラ43は制御信号CLRをハイとし、変調ドライバ18がレーザダイオー
ド10へ電流Imodを供給するのを停止させる。これを用い、論理LOWを表わす送信
電力P0を計測することができる。
を互いに短絡させ、その一方でトランジスタ48が増幅器39の出力端子を互いに短絡さ
せる。これにより、増幅器39は同電圧値を有する出力信号IN_P’とTN_N’を出
力する。コントローラ43は制御信号TN_AVGをハイとし、変調ドライバ19がレー
ザダイオード10に対し電流Imodの半分を絶えず供給するようにさせる。これを用い
、平均送信電力Pavg_txを計測することができる。
これにより伝送または送信されたOMA(光変調振幅)と消光比と送信電力P1,P0,
Pavg_txを計測することができる。図7は、一実施形態におけるこれらの特性を計
測するコントローラ43により実装した方法230のフローチャートである。
ブル50(図3A)に記憶させる。送信電力は、信号IMONの対応する値に関し光学計
器を用いて実験的に計測される。テーブル50に代え、信号IMONの値を送信電力に関
連付ける関数を実験的データから推定し、メモリ46に記憶させることができる。
ることを検出する。あるいは、コントローラ43はホストから要求を受け、送信されたO
MAと消光比と送信電力P1,P0,Pavg_txのうちのいずれか一つを計測する。
ス用に電流IbiasとImodの初期値を設定させる。
され送信電力P1を生成する。そうするため、コントローラ43は信号SETをハイとし
、それによって変調ドライバ18がレーザダイオード10へ定電流Imodを供給する。
信号IMON(以下、「信号IEMON(HIGH)」と呼ぶ)の値を読み取る。
電力P0を生成する。そうするため、コントローラ43は信号CLRをハイとするととも
に信号SETをローとし、それによって変調ドライバ18はレーザダイオード10へ変調
電流を供給しなくなる。
N(以下、「信号IMON(LOW)」と呼ぶ)の値を読み取る。
信電力Pavg_txを生成する。そうするため、コントローラ43は信号IN_AVG
をハイとするとともに信号CLRをローとし、それによって変調ドライバ18がレーザダ
イオード10へ電流Imodの半分を供給する。
応答して信号IMON(以下、「信号IMON(AVG)」と呼ぶ)の値を読み取る。
LOW),IMON(AVG)を現在の駆動電流における送信電力P1,P0,Pavg
_txへ関連付ける。コントローラ43は、信号IMON(HIGH),IMON(LO
W),IMON(AVG)の値に基づき、送信電力P1,P0,Pavg_txの値をテ
ーブル50内から参照または検索(look up)することができる。あるいは、コントローラ
43は実験データから推定した関数を用いて送信電力P1,P0,Pavg_txを算出
することができる。
る。この比は、現在の駆動電流における送信電力の消光比となる。
る。この差分が、現在の駆動電流におけるレーザダイオード10の送信されたOMAとな
る。
vg_txと現在の電流IbiasとImodに関する消光比をメモリ46内のテーブル
51(図3A)に記憶する。コントローラ43はまた、送信OMAと消光比と送信電力P
1,P0,Pavg_txをバスDIG_IO上のホストへ出力することができる。
及び/又は電流Imodを変更させる。ステップ250にはステップ236が続き、一定
範囲の電流IbiasとImodに関する送信電力が割り出されるまでこの方法230は
反復される。その後、動作時に、ホスト或いはコントローラ43がコントローラ16に指
示し、所望の送信電力を生み出す電流IbiasとImodの値を使用させることができ
る。
ドするRX回路270を含ませることができる。光検出器274(例えば、フォトダイオ
ード)は、RX回路270へ光信号の光出力に比例するアナログ電流信号IN1を出力す
る。RX回路270は電流信号IN1を電圧データ信号OUT_Pとその相補出力OUT
_Nへ変換する。RX回路270はまた、コントローラ43へ信号IPINAVGとRX
_OMAを出力する。信号IPINAVGは、光信号の平均光電力に比例する。信号RX
_OMAは、光信号の受信されたOMAに比例する。
ォトダイオード274へ濾波電圧Vbiasを供給するRCフィルタを形成している。フ
ォトダイオード274は、電流−電圧変換型増幅器(TIA)294の非反転端子へ信号
IN1を出力する。TIA294は、基準としてのグラウンドへ結合した反転端子を有す
る。
’へ変換する。TIA 294は、増幅器296とAD変換ブロック297へ信号OUT
_P’,OUT_N’を出力する。増幅器296は、増幅信号OUT_Pとそれと相補的
なOUT_Nをホストへ出力する。付加利得段298を用い、信号OUT_P,OUT_
Nをさらに増幅することができる。
る直流キャンセレーション回路299を含む。直流キャンセレーション電流は、フォトダ
イオード274が受光する光信号の平均光出力に比例する。直流キャンセレーション回路
299はまた、直流キャンセレーション電流を反映し(mirror)それをAD変換器ブロック
297へ信号In_DCとして出力する電流ミラーを含む。
は、信号OUT_P’とOUT_N’を受信するよう結合したピーク検出器320が含ま
れる。ピーク検出器320は、光信号の受信OMAに比例する信号OUT_P’とOUT
_N’のピークレベルに比例するアナログ信号Vpeakを出力する。ピーク検出器32
0はまた、信号OUT_P’とOUT_N’から導出される基準信号Vpeakrefを
出力する。
する。OMAAD変換器324は、基準信号として信号Vpeakrefを受信する。電
流信号In_DCは、抵抗器326を介して平均AD変換器328への入力電圧信号を生
成するよう強制される。平均AD変換器328は、入力電圧信号をディジタル信号IPI
NAVGへ変換する。平均AD変換器328は、グラウンドに結合した基準端子を有する
。
デンサ332へ信号OUT_P’,OUT_N’を選択的に通過させる差動対330を含
む。保持コンデンサ332は、差動対330から最高電圧出力を捕捉するが、それはベー
スエミッタ接合電圧降下一つ分だけレベルシフトさせた信号OUT_P’,OUT_N’
のピーク電圧である。ピーク電圧は、信号Vpeakとして供給される。
334は、保持コンデンサ336に対するそれらの電圧平均を出力する。保持コンデンサ
336は、ベースエミッタ接合電圧降下一つ分だけレベルシフトさせた分圧器334から
の最高電圧出力を捕捉し、これを基準信号Vpeakrefとして供給する。
00の出力端と入力端を結合し、受信されたOMAと平均受光電力Pav_rxを計測す
る。図10は、一実施形態における受信OMAと受光電力Pavg_rxを計測するコン
トローラ43により実装した方法360のフローチャートである。
いて送信OMAと平均送信電力Pavg_txを割り出す。コントローラ43は、前記方
法230(図7)を用いて送信OMAと送信電力Pavg_txを割り出すことができる
。
に接続し、平衡パターンを備える被変調信号IN_P,IN_Nが外部或いは内部のいず
れかに供給される。かくして、ファイバ36,272(図1)は同一の較正ファイバの一
部となる。レーザシステム100は、そこで自動較正モードに置かれる。
信号RX_OMAの値を読み取る。
割り出された送信OMAから較正ファイバによる既知の損失を減算したものに等しい。
応値をメモリ46内のテーブル52(図3A)に記憶する。
INPINAVGの値を読み取る。
力Pavg_rxは、平均送信電力Pavg_txから較正ファイバを介する既知の損失
を減算したものに等しい。
g_rxの対応する値をメモリ46内のテーブル53(図3A)に記憶する。
asの値及び/又は電流Imodの値を変化(例えば、増大)させる。ステップ378に
はステップ362が続き、この方法360は受信OMAと電力Pavg_rxの計測値を
較正すべく一定範囲の電流IbiasとImodについて反復される。
。補償することのできるAD変換器には、システム100内にImon用AD変換器38
(図1)、OMA用AD変換器324(図9)、平均AD変換器328(図9)及び他の
AD変換器を含めることができる。図11は一実施形態において、温度と電源電圧へのA
D変換器の依存を補償するコントローラにより実装した方法400のフローチャートであ
る。本方法400はまた、それらを一緒に較正したときにAD変換器入力を生成する装置
源(例えば、センサ)の依存性を補償することができる。
器出力に対応する補償されたAD変換器出力を、メモリ46内のテーブル54(図3A)
に記憶する。補償されたAD変換器出力は、AD変換器へ既知のアナログ入力値を提供し
て、一定範囲の温度及び/又は電源電圧について実際のAD変換器出力を記録することで
較正される。例えば、既知の電力値をもった光信号をフォトダイオード274へ供給する
ことができる。AD変換器324の実際のAD変換器出力が、一定範囲の温度及び/又は
電源電圧について記録される。これらの値は、既知の電力を表わす補償されたAD変換器
出力と共にテーブル54内に記憶される。このプロセスはそこで、他の既知の電力値につ
いて繰り返して実施される。テーブル54に代え、一定範囲の温度及び/又は電源電圧に
ついて補償されたAD変換器出力を実際のAD変換器出力へ関連付ける関数を実験データ
から推定し、メモリ46に記憶させることができる。
のAD変換器出力を補償されたAD変換器出力に関連付ける。コントローラは、実際のA
D変換器出力と現在温度と現在の電源電圧とに基づき補償されたAD変換器出力をテーブ
ル54中から参照または検索(look up)することができる。あるいは、コントローラは実
験データから推定した関数を用いて補償されたAD変換器出力を算出することができる。
補償されたAD変換器出力はそこで、レーザシステム100を動作させるべく任意のコン
トローラによって用いられる。
路429を示す。回路429は、レーザシステム100内の任意のAD変換器と共に用い
ることができる。センサ430は、アナログ電圧信号をプログラム可能な電圧オフセット
回路432(例えば、R2R回路)へ出力する。R2R回路432は、電圧信号をプログ
ラム可能な増幅器434へ出力する。R2R回路432は、特定の電圧オフセットをその
出力信号へ付加するようコントローラによりプログラムすることができる。プログラム可
能な増幅器434は、増幅電圧信号をAD変換器436へ出力する。プログラム可能な増
幅器434は、特定の利得(ゲイン)をもってその出力信号を増幅するようコントローラ
によりプログラムすることができる。
補償に用いられる。電圧オフセットと利得の値は、センサ430へ既知の入力値を提供し
て、一定範囲の温度と電源電圧について電圧オフセットと利得を調整することで較正する
ことができ、それによってAD変換器出力は同一入力に対して一貫性を有するようになる
。全ての値が、メモリ46内のテーブル56(図3A)に保存される。本プロセスは、そ
こで他の既知の入力値について繰り返して実施する。テーブル56に代え、一つの関数を
実験データから推定してメモリ46に記憶させることができる。動作時に、コントローラ
は温度と電源電圧の値を読み取ることになる。温度と電源電圧に従い、コントローラはR
2R回路432と増幅器434へそれぞれ適当な電圧オフセットと利得を提供する。
。補償することのできるDA変換器には、DA変換器130(図5)、変調ドライバ18
の電流源26(図2)のDA変換器(図示せず)及びレーザシステム100内の他のDA
変換器が含まれる。図13は、一実施形態において温度と電源電圧へのDA変換器の依存
性を補償するコントローラにより実装した方法460のフローチャートである。方法46
0はまた、それらを一緒に較正したときにDA変換器出力を受信する装置(例えば、V/
Iコンバータ)の依存を補償することができる。
するDA変換器出力をメモリ46内のテーブル58に記憶する。DA変換器入力は、一定
範囲の温度と電源電圧について対応するDA変換出力を計測することで較正することがで
きる。これらの温度と電源電圧に関するDA変換器入力と対応するDA変換器出力を、保
存する。上記のステップはそこで、他のDA変換器入力について繰り返す。テーブル58
に代え、実験データから関数を推定し、メモリ46に記憶させることができる。
圧における所望のDA変換器出力を関連付ける。コントローラは、DA変換器入力をテー
ブル58から参照あるいは検索(look up)することができる。あるいは、コントローラは
実験データから推定した関数を用いてDA変換器入力を算出することができる。
489を示す。DA変換器490は、プログラム可能なオフセット回路492(例えばR
2R回路)へアナログ電圧信号を出力する。R2R回路492は、増幅器494へ電圧信
号を出力する。R2R回路492は、特定の電圧オフセットをその出力信号へ付加すべく
コントローラによりプログラムすることができる。増幅器494は、装置496(例えば
V/Iコンバータ)へ増幅電圧信号を出力する。増幅器494は、特定の利得をもってそ
の出力信号を増幅するコントローラによりプログラムすることができる。
償に用いられる。電圧オフセットと利得の値は、DA変換器490へ入力を供給して一定
範囲の温度と電源電圧について電圧オフセットと利得を調整し、それによって装置496
の出力が同一入力に対し一貫性をもつようにすることで較正することができる。このプロ
セスはそこで、他のDA変換器入力について反復する。全ての値は、メモリ46内のテー
ブル60(図3A)に保存される。テーブル60に代え、関数を実験データから推定し、
メモリ46に記憶させることができる。動作時、コントローラは温度と電源電圧を読み取
ることになる。温度と電源電圧に従い、コントローラはR2R回路492と増幅器494
へ適当な電圧オフセット及び利得を供給しよう。
調整するローパスフィルタ付きの増幅器28を含ませることができる。コントローラ43
は、増幅器28へ制御信号BWを出力してローパスフィルタの周波数応答を設定する。制
御信号BWは、複数ビットのディジタル信号とすることができる。制御信号BWは、メモ
リ46に記憶させる。ホストは、メモリ46に書き込んで制御信号13Wの値を変更し、
部品間と温度に関してレーザシステム100の変動を補償する。
データ信号IN_P,IN_Nは、それぞれトランジスタ522,524によりレベルシ
フトさせる。データ信号IN_P,IN_Nはそこで、それぞれRCフィルタ526,5
28により濾波する。RCフィルタ526の容量値は、NMOSトランジスタM4〜M7
により並列結合されるコンデンサC0〜C3の数を変えることで調整することができる。
同様に、RCフィルタ528の容量値は、NMOSトランジスタM0〜M3を並列結合さ
せることのできるコンデンサC4〜C7の数を変えることで調整することができる。NM
OSトランジスタMO〜M7は、コントローラ43からの制御信号BW0〜BW3(一括
して「制御信号BW」と呼ぶ)により制御される。RCフィルタ526,528からの出
力は、濾波データ信号を選択的に出力する差動対530へ送られ、この濾波データ信号が
そこでそれぞれトランジスタ532,534によって再度レベルシフトさせられる。
別の実施形態を示す。データ信号IN_NとIN_Pは、バイポーラトランジスタ552
,554が形成する差動対550により選択的に通過させられる。データ信号はそこで、
データ信号OUT_P,OUT_Nとしてバイポーラトランジスタ556,558により
レベルシフトさせられる。
を設定する。NMOSトランジスタ564,566をオンし、コンデンサ568,570
を抵抗器560へ結合させることができる。これにより抵抗器560に対し追加容量が加
わり、信号OUT_Pの立ち上がり時間と立ち下がり時間を引き延ばす。同様に、NMO
Sトランジスタ572,574を導通させ、コンデンサ576,578を抵抗器562に
結合させることができる。これにより、信号OUT_P,OUT_Nの立ち上がり時間と
立ち下がり時間が引き延ばされる。トランジスタ564,566,572,574は、制
御信号trf1,trf0(図1では「制御信号TRF」として一括図示)によりオンさ
せられる。
580,582を介して吸い込まれる。差動対550のトランジスタ552,554の入
力閾値は、トランジスタ552,554のエミッタ端子に結合した追加の電流源584,
586をオンすることで変えることができる。これによりトランジスタ552,554は
早晩導通し、それによって信号OUT_P,OUT_Nのパルス幅は変更される。トラン
ジスタ588,590は、制御信号pw1,pw0(図1では「制御信号PW」として一
括図示)に応答してそれぞれ電流源584,586をオンする。
書き込んで制御信号TR,PWの値を変更し、部品間と時間と温度についてレーザシステ
ム100の変動を補償する。
8に合成し、帯域や立ち上がり時間や立ち下がり時間やパルス幅の調整をもたらすことが
できる。
立ち上がり時間と立ち下がり時間とパルス幅を調整する回路網を含む増幅器296(図8
)を含めることができる。増幅器296は、前記した増幅器28と同様に構成することが
できる。
えば、ドライバからレーザに対し交流結合させた変調ドライバは、一つのコンデンサを介
して片端接地しようが二つのコンデンサを介して差動としようが、幾つかのシステムに用
いることができる。特別な回路を用いることなく駆動電流を論理0と論理1の値に設定す
る同じ技法は通用せず、何故なら直流信号Imodがコンデンサにより阻止されることに
なるからである。交流結合ドライバの場合、前述した先の回路は依然として前述した如く
IMON(AVG)とPavg_txの捕捉に有効である。IMON(LOW)とIMO
N(HIGH)を計測し、P0,P1,TX_OMAへ関連付けるため、交流結合ドライ
バとして同一変調電流を供給するのに追加の駆動回路を設ける必要があるが、Ibias
電流源14に直流結合される電流を付加するよう接続する必要がある。通常動作にあって
は、この回路は非作動とされよう。多くの実施形態が、特許請求の範囲により包含される
。
11 給電路
12 ノード
13,14 電流源
16 コントローラ
18 変調ドライバ
20,22 バイポーラトランジスタ
24 ノード
26 電流源
28 増幅器(帯域回路)
30 バイパス回路
32 ミラー
34 フォトダイオード
36 ファイバ
38 AD変換器、アナログ/ディジタル変換器(信号変換器)(ADC)
40 Iref信号源
42 温度センサ
43 コントローラ
44 Vcc用AD変換器
46 メモリ
48,50,53 テーブル
100 レーザシステム
110 スイッチ
130 DA変換器(信号変換器)(DAC)
131 V/I変換器
132 演算増幅器
134 レジスタ
136 トランジスタ
137 電流ミラー
138,140,150 PMOSトランジスタ
142 電流ミラー
144,146 バイポーラトランジスタ
148 NMOSトランジスタ
152 電流源
170 スイッチ
172 信号源計測ユニット(SMU)
270 RX回路
272 ファイバ
274 光検出器、フォトダイオード
290 抵抗器
292 コンデンサ
294 電流−電圧変換型増幅器(TIA)
296 増幅器
297 AD変換ブロック
298 付加利得段(増幅回路)
299 直流キャンセレーション回路
320 ピーク検出器
324 OMA用AD変換器(信号変換器)
326 抵抗器
328 平均AD変換器(信号変換器)
330 差動対
332 保持コンデンサ
334 分圧器
429 回路
430 センサ
432 電圧オフセット回路(R2R回路)
434 増幅器(利得回路)
436 AD変換器(信号変換器)
489 回路
490 DA変換器(DAC)
492 オフセット回路492(R2R回路)
494 増幅器
496 装置(信号変換器)
522,528,532,534 トランジスタ
526,528 RCフィルタ
530,550 差動対
552,554,556,558 バイポーラトランジスタ
560,562,580,582 抵抗器
564,566,572,574 NMOSトランジスタ
568,570,576,578 コンデンサ
583,584,586,590 電流源
Claims (23)
- レーザシステムの状態を判定するためのレーザシステム用の方法であって、
レーザの温度に対応する温度信号を生成するステップと、
前記レーザへの電流の現在値を決定するステップと、
少なくとも前記温度信号に基づいて前記電流の初期値を決定するステップと、
前記状態を表わす前記電流の変化を決定するステップと
を含んでなる方法。 - 前記レーザシステムへの電源電圧に対応する電源電圧信号を生成するステップをさらに
含み、前記電流の初期値を決定するステップはさらに前記電源電圧信号に基づくものであ
る、請求項1に記載の方法。 - 前記電流の変化をホストへ出力するステップをさらに含む請求項1に記載の方法。
- 少なくとも温度信号の複数の値について電流の複数の初期値間の関係を記憶するメモリ
と、
前記温度信号と、少なくとも該温度信号に基づく前記メモリからの前記電流の初期値と
、電流の現在値とを受信するよう結合され、前記電流の変化を決定するようプログラムさ
れたコントローラと
を備えたレーザシステム。 - 前記メモリは、前記温度信号の前記複数の値についての電流の前記初期値と、電源電圧信
号の第2の複数の値との間の関係を記憶し、前記コントローラは、前記メモリからの少な
くとも前記温度信号と前記電流の前記現在値と前記電源電圧信号とに基づく前記電流の前
記初期値を受信するものである、請求項4に記載のレーザシステム。 - レーザへの電流値を計測するためのレーザシステム用の方法であって、
前記レーザを通る電流路を完成し、前記電流が前記レーザを通って流れるようにするス
テップと、
前記レーザシステムへの電源電流の第1の値を計測するステップと、
前記レーザを通る前記電流路を遮断し、前記電流が前記レーザに流れないようにするス
テップと、
前記レーザシステムへの前記電源電流の第2の値を計測するステップと、
前記電源電流の前記第2の値と前記第1の値との間の差分を決定するステップであって
、該差分が前記電流値となるものであるステップと
を含んでなる方法。 - 前記電流路を完成させるステップは、電流源と給電路を結合するスイッチを閉じて前記
電流源が前記レーザへ前記電流を供給するようにするステップをさらに含む請求項6に記
載の方法。 - 前記電流路を遮断したときに、第2の電流源をオンさせ、第2の給電路から第2の電流
を引き込むステップをさらに含む請求項7に記載の方法。 - (1)光検出器と(2)前記レーザに被変調電流を供給する第2の電流源とをオフする
ステップをさらに含む請求項6に記載の方法。 - レーザと、
前記レーザの電流路にあるスイッチと、
前記スイッチの制御端子へ制御信号を出力するコントローラであって、前記スイッチを
開いて前記電流路の電流の流れを遮断することのできるコントローラと
を備えたレーザシステム。 - 前記レーザに結合した第1の端子と前記スイッチにより給電路に結合した第2の端子を
有する電流源をさらに備え、該電流源が前記レーザへ電流を供給するものである、請求項
10に記載のレーザシステム。 - 第2の電流源を第2の給電路に結合する第2のスイッチをさらに備え、該第2のスイッ
チが前記制御信号を受信する制御端子を有し、前記第2の電流源が前記第2の給電路から
第2の電流を引き込む、請求項11に記載のレーザシステム。 - 光検出器と、
アナログ/ディジタル変換器と、
前記光検出器と前記アナログ/ディジタル変換器とを結合する第2のスイッチであって
、前記コントローラが前記第2のスイッチの第2の制御端子へ第2の制御信号を出力し、
前記コントローラが前記第2のスイッチを開いて前記光検出器から第2の電流が前記アナ
ログ/ディジタル変換器へ流れるのを阻止することができるものである第2のスイッチと
をさらに備えた請求項11に記載のレーザシステム。 - 送信電力を計測するためのレーザシステム用の方法であって、該レーザシステムがレー
ザ送信器と一体化コントローラを備えており、
レーザへ印加されるバイアス電流の第1の大きさを設定する第1の制御信号を生成する
ステップと、
前記レーザへ印加される変調電流の第2の大きさを設定する第2の制御信号を生成する
ステップと、
ドライバをして前記変調電流を生成せしめる第3の制御信号を生成するステップであっ
て、前記レーザが前記バイアス電流と前記変調電流に応答して第1の送信電力を生成する
ものであるステップと、
前記第1の送信電力を光学的に検出するステップと、
検出された前記第1の送信電力に対応する第1の電力信号を生成するステップと、
前記ドライバをして前記変調電流の生成を停止させる第4の制御信号を生成するステッ
プであって、前記レーザが前記変調電流の不在に応答して第2の送信電力を生成するもの
であるステップと、
前記第2の送信電力を光学的に検出するステップと、
検出された前記第2の送信電力に対応する第2の電力信号を生成するステップと
を含んでなる方法。 - 前記第1の電力信号と前記第2の電力信号に基づき、それぞれ前記第1の送信電力と前
記第2の送信電力を決定するステップをさらに含む請求項14に記載の方法。 - 前記第1の送信電力と前記第2の送信電力との間の差分を、送信された光変調振幅とし
て決定するステップをさらに含む請求項15に記載の方法。 - 前記第1と第2の送信電力の間の比を前記第1と第2の大きさにおける前記レーザの消
光比として決定するステップをさらに含む請求項16に記載の方法。 - 前記ドライバに前記被変調電流の半分を生成させる第5の制御信号を生成するステップ
であって、前記レーザが前記半分の変調電流に応答して平均送信電力を生成するものであ
るステップと、
前記レーザの前記平均送信電力を光学的に検出するステップと、
検出した前記平均送信電力に対応する第3の電力信号を生成するステップと、
前記第3の電力信号に基づいて前記平均送信電力を決定するステップと
をさらに含んでなる請求項17に記載の方法。 - 前記レーザシステムがレーザ受信器をさらに備え、
前記レーザ送信器の変調された受光出力を光学的に検出するステップで、既知の損失を
有する較正ファイバにより前記レーザ送信器を前記レーザ受信器に結合するものであるス
テップと、
検出した前記変調された受光電力に対応する第3の電力信号を生成するステップと、
前記第3の電力信号に対応する受信された光変調振幅を決定するステップであって、該
受信された光変調振幅が前記送信された光変調振幅から前記較正ファイバによる既知の損
失を減算したものとなるステップと
をさらに含む請求項16に記載の方法。 - 前記レーザ送信器の平均受光電力を光学的に検出するステップであって、既知の損失を
もった較正ファイバが前記レーザ送信器を前記レーザ受信器へ結合されているものである
ステップと、
検出した前記平均受光電力に対応する第3の電力信号を生成するステップと、
前記第3の電力信号に対応する前記平均受光電力を決定するステップであって、前記平
均受光電力が前記平均送信電力から前記較正ファイバによる既知の損失を減算したもので
あるステップと
をさらに含む請求項16に記載の方法。 - 複数の制御信号を生成するコントローラと、レーザ送信器とを備えたレーザシステムで
あって、
該レーザ送信器は、
レーザと、
複数の制御信号を受信するバイパス回路であって、(1)第1のレベルの第1のデータ
信号、(2)第2のレベルの第2のデータ信号、(3)第3のレベルの第3のデータ信号
、(4)ホストからの第4のデータ信号を選択的に含む少なくとも一つの出力信号を生成
するものであるバイパス回路と、
前記バイパス回路の前記出力信号を受信するよう結合された制御端子を有する第1のド
ライバであって、前記バイパス回路の前記出力信号に基づいて前記レーザへ変調電流を供
給する第1のドライバと、
前記レーザへバイアス電流を供給する第2のドライバと
を備えたものであるレーザシステム。 - レーザ受信器をさらに備え、前記レーザ送信器が既知の電力損失をもった較正ファイバ
でもって前記レーザ受信器へ結合されている、請求項21に記載のレーザシステム。 - 前記レーザ受信器は、アナログ/ディジタル変換回路へアナログ信号を出力する光セン
サを備え、
前記アナログ/ディジタル変換回路は、(1)受信された光変調振幅に対応する信号と
(2)平均受光電力に対応する平均信号とを出力し、
送信された光変調振幅と平均送信電力を記憶するメモリを備えた請求項22に記載のレ
ーザシステム。
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