JP6992062B2 - レーザパワーコントローラ - Google Patents

Description

光ファイバ通信システムにおいては、送信レーザダイオードの出力パワーを制御できることが多くの理由で重要である。第一に、損傷を避けるため、レーザの平均およびピークパワーは一定の限界を超えてはならない。第二に、バイナリ（または他の基数）データ値に対応する異なるパワーレベルは、リンクの端での確実な受信を保証するために、変調指数（或いは消光比として定義される）が全体システム仕様内になるように設定されなければならない。任意の制御システムに対処する一つの難しさは、レーザの特性が、温度とともに、また経年変化によって、さらには理想的な線形応答からの逸脱によっても大きく変化する可能性があり、そのため、「ハイ」および「ロー」の駆動電流レベルについての従来の工場セットアップが十分ではない、ということである。

従来技術には、最小および最大送信光出力の瞬時値を推定し、デバイス特性の変化を補償することを目的とした方法を説明する多数の技術が存在する。モニタダイオードおよびそれに関連する回路の帯域幅が制限されているため、大部分はその有効性が限定されている。

送信された出力パワーを監視することは、データを一連の離散的なバーストで送信する光通信リンクではさらに困難であり、その理由は、光出力の平均値は大きく変動する可能性があり、また、最小レベルおよび最大レベルの適切な推定値に達するために先行技術に記載されている殆どの方法にとって瞬間レベルは十分に安定していないためである。温度に関連する影響はさらに深刻である可能性が高く、その理由は、送信レーザダイオードはデータバーストのために活性化される前に長期間オフ状態にあり得、それ故に、データバーストの間に昇温する前に周囲温度に冷却され得るためである。

したがって、データバースト中に論理「１」および論理「０」に対応する最小および最大の光出力をほぼ連続的に検知できることが望ましい。さらに、適度な帯域幅だけで送信パワーモニタ機能を使用すると共に、送信データペイロードを乱さず、また受信信号の雑音性能に落とさない手段によって、そのような測定を実行できることが望ましい。

一態様によれば、光ファイバ通信システムで少なくとも２つのデータバーストのシーケンスを送信するためのシステムであって、規定のバースト期間中のデータ送信期間の間にデータ入力値を選択すると共に、前記規定のバースト期間中かつ前記データ送信期間の直後の延長期間の間に論理ハイ値および論理ロー値の一方を選択して、少なくとも２つのバーストの前記シーケンスについて、少なくとも１つのバーストは論理ロー値の延長期間を有し、少なくとも１つのバーストは論理ハイ値の延長期間を有するように、データ入力値、論理ハイ値または論理ロー値のうちの１つを選択するように構成された選択回路と、前記規定のバースト期間中に前記選択回路によって選択された値またはゼロ値に対応する電流であって、レーザダイオードが光出力を供給するような電流をレーザダイオードに与えるように構成された駆動回路と、前記レーザダイオードの光出力に対応するセンサモジュール出力であって、少なくとも２つのバーストの前記シーケンスにおける前記論理ハイ値および前記論理ロー値に対応した前記レーザダイオードの光出力に比例する電気出力を与える前記センサモジュール出力を提供するように構成された光センサモジュールと、前記レーザダイオードの所望の最小および最大光出力パワーレベルに関する値を受信すると共に、前記論理ハイ値および前記論理ロー値に対応した光出力パワーレベルに比例する電気出力を前記光センサモジュールから受信し、当該受信情報を使用して前記駆動回路に制御値を提供するように構成されたコントローラと、を含むシステムが提供される。

前記光センサモジュールは、フォトダイオード出力パワー検出器を備えていてもよい。
前記光センサモジュールは、光センサおよびトランスインピーダンス型増幅器を備えていてもよく、該トランスインピーダンス型増幅器が前記センサモジュール出力を提供するように構成される。

前記制御値は、前記レーザダイオードの光出力の平均パワーを制御するように構成されてもよい。
前記制御値は、前記レーザダイオードの光出力のピークパワーを制御するように構成されてもよい。
前記制御値は、前記レーザダイオードの光出力の変調指数を制御するように構成されてもよい。

前記レーザダイオードに与えられる前記電流は、定常成分と可変成分とを含んでもよい。
前記駆動回路は、バイアス制御値と変調制御値との組み合わせに応じて、前記レーザダイオードに与えられる前記電流を設定するように構成されてもよい。
前記制御値は、前記駆動回路を制御して、前記レーザダイオードに与えられるバイアス電流および変調電流のうちの少なくとも一方を設定するように構成されてもよい。

前記駆動回路は、前記レーザダイオードにバイアス電流を与えるように構成されたバイアス回路を備えてもよい。
前記駆動回路は、前記レーザダイオードに変調電流を与えるように構成された変調回路を備えてもよい。
前記駆動回路は、平均値と変調値との組み合わせに応じて、前記レーザダイオードに与えられる電流を設定するように構成されてもよい。

前記バースト期間は、バーストイネーブル信号によってゲート制御されてもよい。
前記データ送信期間の継続時間は、バーストモード動作のための標準仕様に準拠してもよい。
前記制御値は、前記レーザダイオードの所望の最小および最大光出力パワーレベルを伝えるように駆動回路を制御してもよい。
前記延長期間は、前記センサモジュール出力の整定時間より長くてもよい。

前記選択回路は、連続する延長期間ごとに前記論理ハイ値および前記論理ロー値のうちの一方を交互に選択してもよい。
前記選択回路は、予め定められたシーケンスに従って、連続する延長期間ごとに前記論理ハイ値および前記論理ロー値を選択してもよい。
前記選択回路は、前記論理ハイ値が選択された延長期間の直後に前記論理ロー値を選択してもよい。
前記選択回路は、セレクタスイッチ機能を備えていてもよい。
前記選択回路の帯域幅は、前記延長期間の時間よりも有意に短い時間で、前記データ入力、前記論理ハイ値および前記論理ロー値の間で切り替わるように構成されてもよい。

前記システムは、実質的にデジタル回路を備えてもよい。
前記制御値は、デジタル計算機能によって計算されてもよい。
前記システムは、実質的にアナログ回路を備えてもよい。

他の態様によれば、規定のバースト期間中のデータ送信期間の間にデータ入力値を選択すると共に、前記規定のバースト期間中かつ前記データ送信期間の直後の延長期間の間に論理ハイ値および論理ロー値の一方を選択するように、データ入力値、論理ハイ値または論理ロー値のうちの１つを選択するための選択手段と、前記規定のバースト期間中に前記選択手段によって選択された値またはゼロ値に対応する電流であって、レーザダイオードが光出力を供給するような電流をレーザダイオードに与えるための駆動手段と、前記レーザダイオードの光出力に対応するセンサモジュール出力であって、前記論理ハイ値または前記論理ロー値に対応した前記レーザダイオードの光出力に比例する電気出力を与える前記センサモジュール出力を提供するための手段と、前記レーザダイオードの所望の最小および最大光出力パワーレベルに関する値を受信すると共に、前記論理ハイ値および前記論理ロー値に対応した光出力パワーレベルに比例する電気出力を前記光センサモジュールから受信し、当該受信情報を使用して前記駆動手段に制御値を提供するための手段と、を含むシステムが提供される。

前記センサモジュール出力を提供するための手段は、フォトダイオード出力パワー検出器を備えていてもよい。
前記センサモジュール出力を提供するための手段は、光センサおよびトランスインピーダンス型増幅器を備えていてもよく、該トランスインピーダンス型増幅器が前記センサモジュール出力を提供するように構成される。

前記制御値は、前記レーザダイオードの光出力の平均パワーを制御するように構成されてもよい。
前記制御値は、前記レーザダイオードの光出力のピークパワーを制御するように構成されてもよい。
前記制御値は、前記レーザダイオードの光出力の変調指数を制御するように構成されてもよい。

前記電流は、定常成分と可変成分とを含んでもよい。
前記電流をレーザダイオードに与えるための駆動手段は、バイアス制御値と変調制御値との組み合わせに応じて、前記レーザダイオードに与えられる前記電流を設定するように構成されてもよい。
前記制御値は、前記レーザダイオードに与えられるバイアス電流および変調電流のうちの少なくとも一方を設定するように前記駆動手段を制御するように構成されてもよい。

前記電流をレーザダイオードに与えるための駆動手段は、前記レーザダイオードにバイアス電流を与えるように構成されたバイアス回路を備えてもよい。
前記電流をレーザダイオードに与えるための駆動手段は、前記レーザダイオードに変調電流を与えるように構成された変調回路を備えてもよい。
前記電流をレーザダイオードに与えるための駆動手段は、平均値と変調値との組み合わせに応じて、前記レーザダイオードに与える電流を設定するように構成されてもよい。

前記バースト期間は、バーストイネーブル信号によってゲート制御されてもよい。
前記データ送信期間の継続時間は、バーストモード動作のための標準仕様に準拠してもよい。
前記制御値は、所望の最小および最大光出力パワーレベルに関して光出力の所望値を伝えるように前記駆動手段を制御してもよい。
前記延長期間は、前記センサモジュール出力の整定時間より長くてもよい。

前記選択手段は、連続する延長期間ごとに前記論理ハイ値および前記論理ロー値のうちの一方を交互に選択してもよい。
前記選択手段は、予め定められたシーケンスに従って、連続する延長期間ごとに前記論理ハイ値または前記論理ロー値を選択してもよい。
前記選択手段は、前記論理ハイ値が選択された延長期間の直後に前記論理ロー値を選択してもよい。
前記選択手段は、セレクタスイッチ機能を備えていてもよい。
前記選択手段の帯域幅は、前記延長期間の時間よりも有意に短い時間で、前記データ入力、前記論理ハイ値および前記論理ロー値を切り替えるように構成されてもよい。

前記システムは、実質的にデジタル回路を備えてもよい。
前記制御値は、デジタル計算機能によって計算されてもよい。
前記システムは、実質的にアナログ回路を備えてもよい。

別の態様によれば、光ファイバ通信システムで少なくとも２つのデータバーストのシーケンスを送信するための方法であって、規定のバースト期間中のデータ送信期間の間にデータ入力値が選択されると共に、前記規定のバースト期間中かつ前記データ送信期間の直後の延長期間の間に論理ハイ値および論理ロー値の一方が選択されて、少なくとも２つのバーストの前記シーケンスについて、少なくとも１つのバーストは論理ロー値の延長期間を有し、少なくとも１つのバーストは論理ハイ値の延長期間を有するように、データ入力値、論理ハイ値または論理ロー値のうちの１つを選択することと、前記規定のバースト期間中に選択された値またはゼロ値に対応する電流であって、レーザダイオードが光出力を供給するような前記電流をレーザダイオードに与えることと、前記光出力に対応するセンサモジュール出力を用いることによって、少なくとも２つのバーストの前記シーケンスにおける前記論理ハイ値および前記論理ロー値に対応したレーザダイオードの光出力に比例する電気出力を決定することと、前記レーザダイオードの所望の最小および最大光出力パワーレベルに関する値を受信することと、前記論理ハイ値および前記論理ロー値に対応した光出力に比例する前記電気出力と、前記レーザダイオードの所望の最小および最大光出力パワーレベルに関する前記受信された値とに基づいて、前記レーザダイオードに与えられる前記電流についての制御値を提供することと、を含む方法が提供される。

前記方法は、トランスインピーダンス型増幅器を使用して前記センサモジュール出力を提供することを含んでもよい。
前記方法は、フォトダイオード出力パワー検出器を使用して前記センサモジュール出力を提供することを含んでもよい。

前記方法は、前記制御値を使用して前記レーザダイオードの光出力の平均パワーを制御することを含んでもよい。
前記方法は、前記制御値を使用して前記レーザダイオードの光出力のピークパワーを制御することを含んでもよい。
前記方法は、前記制御値を使用して前記レーザダイオードの光出力の変調指数を制御することを含んでもよい。

前記レーザダイオードに与えられる前記電流は、定常成分と可変成分とを含んでもよい。
前記方法は、バイアス制御値と変調制御値との組み合わせに応じて、前記レーザダイオードに供給される前記電流を設定することを含んでもよい。
前記方法は、前記制御値を使用して、前記レーザダイオードに与えられるバイアス制御値および変調制御値のうちの少なくとも一方を制御することを含んでもよい。
前記方法は、平均値と変調値との組み合わせに応じて、前記レーザダイオードに与えられる前記電流を設定することを含んでもよい。

前記バースト期間は、バーストイネーブル信号によってゲート制御されてもよい。
前記データ送信期間の継続時間は、バーストモード動作のための標準仕様に準拠してもよい。
前記方法は、所望の最小および最大光出力パワーレベルを伝えるために、前記制御値を使用して制御を行うことを含んでもよい。
前記延長期間は、前記センサモジュール出力の整定時間より長くてもよい。

前記方法は、連続する延長期間ごとに前記論理ハイ値および前記論理ロー値を交互に選択することを含んでもよい。
前記方法は、予め定められたシーケンスに従って、連続する延長期間ごとに前記論理ハイ値および前記論理ロー値を選択することを含んでもよい。
前記方法は、前記論理ハイ値が選択された延長期間の直後に前記論理ロー値を選択することを含んでもよい。
前記方法は、セレクタスイッチ機能を使用して選択することを含んでもよい。

前記方法は、実質的にデジタル回路によって実行されてもよい。
前記方法は、デジタル計算機能を使用して前記制御値を計算することを含んでもよい。
前記方法は、実質的にアナログ回路によって実行されてもよい。

ここで本発明を単に一例として添付の図面を参照して説明する。

バーストモード光ファイバリンクにおける送信器のための典型的な構成を示す。 レーザダイオードの出力特性と温度の影響とを示す。 レーザ特性に湾曲がある場合における従来の推定方法の制限を示す。 一般的な許容レーザターンオフ時間を有する一般的なデータバーストの構造を示す。 有効データパケット内に埋め込まれたハイおよびローのリファレンスレベルを有するバーストモード光信号を示す。 本発明の一実施形態を示す。 本発明の更なる実施形態を示す。

説明は、限定的な意味で解釈されるべきではなく、本発明の実施形態の一般的な原理を単に説明する目的でなされている。例えば、デジタル信号およびデジタル回路を使用して実行されるように説明されている演算は、実質的にアナログ信号およびアナログ回路を使用して達成することもできる。

図１は、光通信システムに好適な送信器における典型的な構成を示す。レーザダイオード１０１には、定常成分および可変成分を有する電流が駆動回路により供給される。これは、光学的最大値および最小値を生成するために電流を加算および減算する双方向変調電流を伴う平均電流の形態であってもよく、或いは、変調データ入力１１１内の論理ローレベルを示すためにスイッチング機能１１０によって切り離される変調電流１１５を有する、より小さな定常バイアス電流１１４があってもよい。後者の変形は図に表されている。これらの電流は、コントローラ機能１１８により設定されたそれぞれのデジタル値１０８および１０９によって制御される電流出力を有するデジタル－アナログ変換器１０６および１０７によって提供されてもよい。バーストモードで動作するとき、これらの電流は、所定のバーストの長さに対応するさらなる信号または複数の信号１１２によって、データバーストにおけるアクティブ期間に対応する方法でゲート制御されてもよい。レーザダイオード１０１の光出力は、モニタフォトダイオード１０２のような光センサによって検知されて光レベルに比例した電流を生成し、該電流がトランスインピーダンス型増幅器１０３によって電圧１０５に変換されてもよい。モニタフォトダイオード１０２とトランスインピーダンス型増幅器１０３との組み合わせは、通常、メインデータチャネル帯域幅よりも実質的に小さい帯域幅を有する。このモニタ値１０５は、アナログ－デジタル変換器１０４によってデジタル形式１１３に変換されてもよく、これらのデータは、何等かのアルゴリズムに従って、電流レベルを設定するためにコントローラ機能１１８によって使用されてもよい。モニタチャネルの帯域幅制限は、それが光信号のピーク値およびトラフ(trough)値の観測可能性を制限するので、任意の送信光レベル制御機構の実施において非常に重要である。

図２は、光通信システムで使用されるような典型的なレーザダイオードの特性を示す図である。レーザダイオードを流れる電流は、変調された光信号を生成するために使用されるとき、最小電流が該レーザについての閾値２０３を超えると共に、最大電流がデバイスの製造元の定格を下回るように変調される。レーザダイオードが低温であるとき、または電流レベルが比較的低いとき、単純な線形モデル２０１で十分である。しかしながら、レーザダイオードが昇温したとき、またはその特性が経年変化するにつれて、閾値電流は変化し（２０４）、電流と光出力の関係はより湾曲した形状２０２を示すことがある。したがって、システムの寿命に亘って動作中に所望の光出力および所望のＥＲを維持することは簡単ではない。

所与の実際的なシステムでは、信頼性のある通信を確立するために必要な信号レベルに関して、レーザの平均動作パワーが規定のレベルに設定されるように最大電流を設定することができる。そのようなシステムにおける重要なパラメータは、通常は消光比（ＥＲ）と呼ばれる最大光出力と最小光出力の比であり、これは受信機の信号対雑音レベルに影響する。ＥＲは、最小および最大のレーザダイオード電流値の関数であり、単純な線形関係として表されることもあるが、実際にはこれは正確な表現ではない。

図３は、高温でのレーザダイオードの平均光パワー３０１が、最小の光レベル３０２および最大の光レベル３０３、したがってＥＲの正確な推定の基礎としてどのように適していないかを示している。これはまた、所望の平均パワーおよびＥＲを得るために必要な最小３０４および最大３０５の電流レベルを制御することに問題があることを意味している。システムが連続的なデータストリームで動作する場合、レーザは定常状態の温度に達することができるので、平均値をモニタすることは比較的容易である。さらに、モニタダイオードシステムからデータを収集し、ピークおよびトラフの光データレベルを測定値の何等かの種類の平均化により測定して、ＥＲおよび平均光パワーの推定値を提供するための時間がある。この目的のためのシステムは、先行技術において知られている（例えば、Smith et al, Electronics Letter Vol 14, 1978,および同様の派生的装置）。

図４は、（標準的なＩＴＵ－Ｔ勧告Ｇ．９８４．２のような）バーストモード動作の仕様に準拠したシステムにおけるデータバーストを送信することを目的とした光信号の一般的な形態を示している。レーザへのバイアス電流は、データ信号１１１がレーザ出力を変調するために使用される前に、バーストイネーブル信号１１２によってゲート制御される。そのような規格では、データバースト４０３の持続時間Ｔ１は正確に定義され、典型的には数１００ナノ秒のオーダーである。データバーストの終わりに、論理値はハイ状態（論理ハイ値）またはロー状態（論理ロー値）であり得ることに留意されたい。そのような規格はまた、典型的にはＴ２をレーザ出力がゼロに戻らなければならない時間間隔４０４と定義する。実際のバイアス制御システムの帯域幅を考慮すると、この間隔は１０ナノ秒のオーダーである。

そのようなバーストモードシステムでは、平均パワーおよびＥＲを制御する問題は困難である。バーストが始まる前、レーザは比較的冷たい状態にある。データパケットが送信されるとすぐに、レーザは昇温し始め、通常のバーストの間も昇温し続ける。システムの動作パラメータが制御されるような、例えば５回以下の短いトレーニングバースト後にシステムが動作可能であることが規格の要件である。

一連のバーストの開始後迅速に動作条件を確立することができるという要件は、この開示では扱われていない。この問題を他の手段で解決するために残して、レーザが上昇した平均温度まで実質的に暖まったところで最初のトレーニングバーストの後にレーザ出力の消光比を正確に制御するための手段を提供する要求が依然としてある。ピーク値とトラフ値の測定には、連続システムの場合と同じモニタチャネル帯域幅の制限があるが、信号の断続的な性質によって要求がさらに複雑になり、意味のある平均化がより困難になる。

本発明の一実施形態では、データ「１」およびデータ「０」の値を表す光出力の瞬時値、または定義され得るような他の値の迅速かつ正確な推定を行うための手段が提供される。当該推定値を使用して、所望の出力レベルを供給するために必要なバイアス電流および変調電流の必要値を計算することができると共に、短期間の昇温および／または長期間の経年劣化によるレーザ特性の変化にかかわらずこれらを維持することができる更なる手段が提供される。

図４において、データのバースト後にレーザをオフにする時間は一定ではなく、データ送信期間４０１の終了時の論理値に依存することに留意されたい。データ送信期間の終わりのハイ状態からのレーザバイアスターンオフ時間４０５は、データ伝送期間終わりのロー状態からのレーザバイアスターンオフ時間４０６よりも長い。変調データ信号１１１に応答する変調回路１１０の帯域幅は非常に速い。したがって、バイアス電流制御を使用して「ハイ」状態からオフにするのではなく、変調回路を使用して、最初にレーザ出力を非常に急速に、通常は数十ピコ秒程度の時間で「ロー」状態へ低減することができる。レーザ出力が上記「ロー」状態になると、完全な消光にターンオフする作業ははるかに容易になる。さらに、規格によって要求される間隔４０４より実質的に短い時間間隔で、バイアス電流１１４がバーストイネーブル信号１１２または実質的に同等の信号に応答することを確実にすることは困難な作業ではない。このアプローチは、それほど長くはないがそれでもなおそのようなモニタチャネル回路に典型的な過渡整定時間よりも長い時間間隔を利用可能にする。この知識を用いて、一般の光学的な「ハイ」および「ロー」出力レベルについての有用な測定を実行するために、指定されたターンオフ間隔４０４において利用可能な時間を活用することが可能である。

図５は、ハイレベルおよびローレベルの測定を容易にするために送信信号に巧妙な修正を加えたバーストモードシステムに関連する光レベルを示す。当該修正は、それらがバーストパケット内のデータの通常の伝送に影響を与えず、関連のある規格によって設定された仕様を超えないようになされる。

上記修正のためのフレームワークを提供するために、規格によって許容されるレーザターンオフ時間４０５より実質的に短いものの、モニタチャネル出力１０５の整定時間より実質的に長くなるのに十分長いという条件を満たすように、時間間隔が最初に定義される。同時に、該時間間隔は、バイアス電流制御回路がレーザを完全に消光するために期間４０５内に十分な残り時間を与える。本発明の特徴は、生データ信号１１１を修正された形態のレーザ変調信号５０１で置き換えることであり、各バーストの終わりの既知の論理値が延長期間Ｔ３，５０２の間保持される。同時に、レーザへのバイアス電流１１４は、そのバーストのデータが終了した後、規定された期間バイアスがアクティブのままであるように、バーストイネーブル信号（バイアス制御信号５０６）の修正バージョンによって制御される。データバーストのこの延長部分の論理値は、図５の５０３で示される「１」と図５の５０４で示される「０」との間で交互に繰り返すようにされる。この論理値保持期間５０２の持続時間は、モニタチャネル出力１０５が実質的に正確な測定結果に落ち着くことができるのに十分な長さとされる。データバーストの終わりに保持された論理値が「１」である場合、レーザ変調電流１１５は、この延長期間５０２の終わりに、データ変調回路１１０へのコマンドエッジ５０５によって「０」に戻される。このようにして、レーザ電流は、遥かに遅いバイアス電流制御によってではなく、非常に短い時間（この例では数十ピコ秒）で広帯域幅回路機能によって、その消光状態に向かって実質的に減少される。この状態に達するとすぐに、バイアス電流１１４は、バイアス制御信号５０６によってオフにされると共に、関連する規格によって許容される時間の終了前にゼロまで減衰する。したがって、これら若しくは実質的に同様の手段によって、モニタ出力１０５は、先行技術においてしばしばそうであるように特定のデータパターンおよび／またはランレングスから生じる著しい制限なしに、論理「１」および論理「０」の両方のデータ状態の間に、適正で一般的な光出力の実質的に正確な表現を伝えることができる。交互のデータバーストから得られたこれらの測定値からアナログ値をデジタル形式１１３に変換することができ、簡単なアルゴリズムを用いて一般的な消光比および平均光パワーを決定するためのシステムを完成することができ、さらに、ＥＲおよび平均パワーがシステムに対する所望の目標値と一致するように、変調電流およびバイアス電流に対する必要な調整を決定することができる。

本発明の利点は、上記のように構成された制御システムが、該システムの他の部分の性能に関する重要な仮定から解放され、実質的に間接計算からは導出されない、論理「１」および論理「０」の両方に対する定常状態の光学的な値を測定するという点である。
本発明の更なる利点は、バーストモード信号の断続的な性質が制御システムの働きを減じることがない点である。

図６は、本発明の一実施形態による構成を示す。バイアス電流１１４は、電流出力デジタル－アナログ変換器（ＤＡＣ）１０６によって設定され、変調電流１１５は、他のＤＡＣ１０７によって同様に設定される。それらのＤＡＣのための制御デジタル値はデジタル計算機能６０４によって決定され、該デジタル計算機能６０４は、その入力をシステムフィードバック値と所望の平均パワー６０６および変調深度（またはＥＲ６０５）に対応するデジタル入力とから取得する。変調回路１１０は、本実施形態ではデータ入力１１１によって直接制御されず、選択回路、例えばセレクタスイッチ機能６１０によって、データ入力１１１と論理「１」または論理「０」との間でその入力を切り替えることができる。データバーストの開始を示すためにバーストイネーブル信号１１２がアサートされると、論理制御機能６０７は、セレクタ６１０を使用して変調入力経路を設定し、入力データを変調回路１１０に直接渡す。変調された光信号がレーザ１０１によって生成され、モニタダイオード１０２とそれに関連する増幅器１０３とによって帯域制限されたモニタ信号１０５が生成される。このモニタ信号１０５は、アナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）１０４によってデジタル値１１３に変換される。データバーストのペイロードの間、この出力１１３を使用することができるが、それはこのチャネルの帯域幅制限のために制限された値のものとなる。データペイロードの終わりに、バーストイネーブル信号はこの送信の終わりを示す。従来のシステムでは、これは変調電流１１５およびバイアス電流１１４を完全に無効にするであろう。

本発明のこの実施形態によれば、制御ロジック６０７は、規定された遅延時間６０９を取り、バイアス電流および変調電流をオンに保持する。各データバーストと共に論理値を変更し、バーストを「ハイ」または「ロー」として効果的に指定する具体化によって、追加のバースト状態信号６０１が提供される。例示的な具体化として、バーストが「ハイ」として指定されている場合、バーストの終わりの遅延中に、変調入力セレクタ６１０は、光出力がハイレベルに保持されるように論理「１」５０３に設定される。この変調光学値は、その限定された帯域幅にもかかわらずモニタチャネルが正確な測定を行うのに十分に長い期間５０２の間保持されるが、それでもレーザを完全に消光する時間として十分に短い。モニタチャネル出力１０５はデジタル形式１１３に変換され、次にバースト状態信号６０１によってイネーブルされた論理ゲート６１１を介して適切な時点で第１のレジスタ６０２に渡される。そして、このレジスタは、測定された光学的な「ハイ」の値を計算機能６０４に与える。

この延長期間５０２の終わりに、変調セレクタは、通常の変調回路を使用してレーザ変調電流１１５を除去するために論理「０」に設定され、それゆえに、光出力を非常に急速に減少させる。同じ瞬間５０５において、制御ロジック６０７は、バイアス電流ＤＡＣ１０６および変調電流ＤＡＣ１０７に出力電流を停止するように命令し、その結果、レーザ１０１は、関連する通信規格によって要求される期間４０４内に完全に消光する。

バースト状態信号６０１によってバーストが「ロー」として指定されている場合、データペイロードの終わりに、変調セレクタ６１０は論理「０」（図５の５０４）に設定され、レーザ出力はローレベル３０２になる。バーストデータペイロードの最後のシンボルがバーストの終わりに論理「１」を必要としたとしても、通常の変調回路１１０を使用することによって論理「０」への遷移を非常に高速に行うことができる。やはり、この変調光学値は、モニタチャネルがその限られた帯域幅にもかかわらず正確な測定を行うのに十分長い期間５０２の間保持されるが、それでもレーザを完全に消光する時間として十分に短い。

次に、モニタチャネル出力１０５は、デジタル形式１１３に変換された後、バースト状態信号６０１の論理補数によってイネーブルにされた論理ゲート６１２を介して第２のレジスタ６０３に適切な時点で渡される。そして、このレジスタは、測定された光学的な「ロー」の値を計算機能６０４に与える。

便利で効率的な配置は、バーストを交互に「ハイ」および「ロー」に指定することであろう。しかし、本発明はまた、あるレベルの推定値を他のレベルよりも早く取得する必要がある場合、または、システムの他の要件を考慮に入れる必要がある場合に、他の何等かの「ハイ」および「ロー」状態のシーケンスを使用してもよい。

次に、計算機能６０４は、平均値６０６およびＥＲ６０５に必要な目標値入力を取得し、簡単な計算を使用して、該計算されたＥＲ値と平均値との間の誤差が最小になるように新しいバイアス電流制御値１０８および新しい変調電流値１０９を導出し、そして、対応する要求されたＥＲおよび平均値の誤差が最小化され、無視できるレベルまたは許容レベルになる。このプロセスは、「ハイ」および「ロー」バーストを数回繰り返すことがあり、システムの正確な収束速度は、特定のアプリケーション用に選択された係数および倍率に依存する。

図７は、本発明の別の実施形態による構成を示している。この構成では、バイアス電流および変調電流に対する補正の導出は、よりアナログ的な処理で実行される。レーザ変調およびモニタ回路は、図６による前述した構成と実質的に同じである。モニタチャネル１０５の出力をデジタル形式に変換する代わりに、当該アナログ値は、ＤＡＣによってユーザ定義入力値から生成された基準アナログ値より導出された別のアナログ値と直接比較される。その動作は以下の通りである。

所望の光学的「ハイ」値７０１、および所望の光学的「ロー」値７０２は、明示的な形でユーザから与えられ、２つのＤＡＣ７０３およびＤＡＣ７０４をそれぞれ制御するために使用される。これらのＤＡＣの出力７０５および出力７０６は、理想的な光バイアス条件および所望の変調値の下での光学的「１」および光学的「０」に対する、所望のモニタフォトダイオードおよび増幅器の出力１０５と等価である。また、当業者は、所望の動作電流が平均値およびＥＲ値としても供給され、そして、単純な演算回路によって同等の「ハイ」値および「ロー」値に変換され得ることを直ちに認識するであろう。

理想的な条件下でレーザが論理「ハイ」の状態で動作しているとき、電圧１０５および電圧７０５は実質的に同一であるべきである。理想的な条件下でレーザが論理「ロー」の状態で動作しているとき、電圧１０５と電圧７０６は実質的に同一であるべきである。比較器７０７および比較器７０８は、モニタ表示されたレベルと所望のレベルとの間のあらゆる差の符号を決定するために使用される。

データバーストが「ハイ」と指定されている場合、延長期間５０２の終わりに、比較器７０７の出力は、バースト状態信号６０１によって制御される論理ゲート６１１を介してカウンタ７１２に渡され、比較器７０７の出力の符号に応じてカウントプロセスをアップまたはダウンのどちらかに制御するために使用される。この時にモニタ信号１０５がＤＡＣ７０３からの基準信号７０５よりも小さい場合、カウンタは減少し、「ハイ」の光学的状態に対する負の誤差を示す。モニタ信号１０５が基準信号７０５より大きい場合には、カウンタ７１２は増加する。

同様に、データバーストが「ロー」と指定されている場合、延長期間５０２の終わりに、比較器７０８の出力は、バースト状態信号６０１の補数によって制御される論理ゲート６１２を介してカウンタ７１３に渡され、比較器７０８の出力の符号に応じて同様のカウントプロセスをアップまたはダウンのどちらかに制御するために使用される。この時にモニタ信号１０５がＤＡＣ７０４からの基準信号７０６より小さい場合、カウンタは減少し、「ロー」の光学的状態に対する負の誤差を示す。この時にモニタ出力がレプリカより高い場合には、対応する増分が行われる。

論理演算ブロック６０４は、任意の時点におけるカウンタ７１２およびカウンタ７１３からの値より、モニタ出力１０５とレプリカ経路７１０との間で監視された誤差を補正するのに必要なバイアス制御値１０８および変調値１０９を容易に計算することができる。多数のデータバーストに亘って、システムは、誤差が最小になるように電流を調整し、よって、レーザは、実質的に所望の平均光出力および実質的に所望のＥＲで動作することになる。

本発明を特定の実施例およびその可能な実施形態を参照して説明してきたが、これらは決して本発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。特許請求の範囲に記載されている本発明の範囲から逸脱することなく、他の多くの可能な実施形態、変更および改良を本発明に組み込むことができ、または本発明と共に組み込むことができることは明らかである。

Claims (21)

1. 光ファイバ通信システムで少なくとも２つのデータバーストのシーケンスを送信するためのシステムであって、
   規定のバースト期間中のデータ送信期間の間にデータ入力値を選択すると共に、前記規定のバースト期間中かつ前記データ送信期間の直後の延長期間の間に論理ハイ値および論理ロー値の一方を選択して、少なくとも２つのバーストの前記シーケンスについて、少なくとも１つのバーストは論理ロー値の延長期間を有し、少なくとも１つのバーストは論理ハイ値の延長期間を有するように、データ入力値、論理ハイ値または論理ロー値のうちの１つを選択するように構成された選択回路と、
   前記規定のバースト期間中に前記選択回路によって選択された値またはゼロ値に対応する電流であって、レーザダイオードが光出力を供給するような前記電流をレーザダイオードに与えるように構成された駆動回路と、
   前記レーザダイオードの光出力に対応するセンサモジュール出力であって、少なくとも２つのバーストの前記シーケンスにおける前記論理ハイ値および前記論理ロー値に対応した前記レーザダイオードの光出力に比例する電気出力を与える前記センサモジュール出力を提供するように構成された光センサモジュールと、
   前記レーザダイオードの所望の最小および最大光出力パワーレベルに関する値を受信すると共に、前記論理ハイ値および前記論理ロー値に対応した光出力パワーレベルに比例する電気出力を前記光センサモジュールから受信し、当該受信情報を使用して前記駆動回路に制御値を提供するように構成されたコントローラと、
   を含むシステム。
2. 前記光センサモジュールは、フォトダイオード出力パワー検出器を備える、請求項１に記載のシステム。
3. 前記光センサモジュールは、光センサおよびトランスインピーダンス型増幅器を備え、該トランスインピーダンス型増幅器が前記センサモジュール出力を提供するように構成されている、請求項１または２に記載のシステム。
4. 前記制御値は、前記レーザダイオードの光出力の平均パワーを制御するように構成されている、請求項１～３のいずれか１つに記載のシステム。
5. 前記制御値は、前記レーザダイオードの光出力のピークパワーを制御するように構成されている、請求項１～４のいずれか１つに記載のシステム。
6. 前記制御値は、前記レーザダイオードの光出力の変調指数を制御するように構成されている、請求項１～５のいずれか１つに記載のシステム。
7. 前記レーザダイオードに与えられる前記電流は、定常成分と可変成分とを含む、請求項１～６のいずれか１つに記載のシステム。
8. 前記駆動回路は、バイアス制御値と変調制御値との組み合わせに応じて、前記レーザダイオードに与えられる前記電流を設定するように構成されている、請求項１～７のいずれか１つに記載のシステム。
9. 前記制御値は、前記駆動回路を制御して、前記レーザダイオードに与えられるバイアス電流および変調電流のうちの少なくとも一方を設定するように構成されている、請求項８に記載のシステム。
10. 前記駆動回路は、前記レーザダイオードにバイアス電流を与えるように構成されたバイアス回路を備える、請求項１～９のいずれか１つに記載のシステム。
11. 前記駆動回路は、前記レーザダイオードに変調電流を与えるように構成された変調回路を備える、請求項１～１０のいずれか１つに記載のシステム。
12. 前記駆動回路は、平均値と変調値との組み合わせに応じて、前記レーザダイオードに与えられる電流を設定するように構成されている、請求項１～７のいずれか１つに記載のシステム。
13. 前記バースト期間は、バーストイネーブル信号によってゲート制御される、請求項１～１２のいずれか１つに記載のシステム。
14. 前記制御値は、前記レーザダイオードの所望の最小および最大光出力パワーレベルを伝えるように前記駆動回路を制御する、請求項１～１３のいずれか１つに記載のシステム。
15. 前記延長期間は、前記センサモジュール出力の整定時間よりも長い、請求項１～１４のいずれか１つに記載のシステム。
16. 前記選択回路は、連続する延長期間ごとに前記論理ハイ値および前記論理ロー値のうちの一方を交互に選択する、請求項１～１５のいずれか１つに記載のシステム。
17. 前記選択回路は、予め定められたシーケンスに従って、連続する延長期間ごとに前記論理ハイ値および前記論理ロー値を選択する、請求項１～１６のいずれか１つに記載のシステム。
18. 前記選択回路は、前記論理ハイ値が選択された延長期間の直後に前記論理ロー値を選択する、請求項１～１７のいずれか１つに記載のシステム。
19. 前記選択回路は、セレクタスイッチ機能を備える、請求項１～１８のいずれか１つに記載のシステム。
20. 前記選択回路の帯域幅は、前記延長期間の時間よりも有意に短い時間で、前記データ入力値、前記論理ハイ値および前記論理ロー値の間で切り替わるように構成されている、請求項１～１９のいずれか１つに記載のシステム。
21. 光ファイバ通信システムで少なくとも２つのデータバーストのシーケンスを送信するための方法であって、
    規定のバースト期間中のデータ送信期間の間にデータ入力値が選択されると共に、前記規定のバースト期間中かつ前記データ送信期間の直後の延長期間の間に論理ハイ値および論理ロー値の一方が選択されて、少なくとも２つのバーストの前記シーケンスについて、少なくとも１つのバーストは論理ロー値の延長期間を有し、少なくとも１つのバーストは論理ハイ値の延長期間を有するように、データ入力値、論理ハイ値または論理ロー値のうちの１つを選択することと、
    前記規定のバースト期間中に選択された値またはゼロ値に対応する電流であって、レーザダイオードが光出力を供給するような前記電流をレーザダイオードに与えることと、
    前記光出力に対応するセンサモジュール出力を用いることによって、少なくとも２つのバーストの前記シーケンスにおける前記論理ハイ値および前記論理ロー値に対応したレーザダイオードの光出力に比例する電気出力を決定することと、
    前記レーザダイオードの所望の最小および最大光出力パワーレベルに関する値を受信することと、
    前記論理ハイ値および前記論理ロー値に対応した光出力に比例する前記電気出力と、前記レーザダイオードの所望の最小および最大光出力パワーレベルに関する前記受信された値とに基づいて、前記レーザダイオードに与えられる前記電流についての制御値を提供することと、
    を含む方法。

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