JPH0225124A - レーザダイオードを有する光送信機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、レーザダイオード及びこのレーザダイオード
に結合されて、モニタダイオードとして作動するホトダ
イオードを備え、このホトダイオードの光電流はレーザ
ダイオードの光電力を調整するために使用され、かっａ
効信号及びパイロット信号によってレーザダイオードを
変調するために使用される変調器を有する光送信機に関
する。

〔従来の技術〕

上記したこれらの特徴を有する光送信機は、西ドイツ特
許明細書ＤＥ３１３７４９７Ａ１号に記載されている。

このような光送信機の目的は、とりわけ、レーザダイオ
ードを出てガラス繊維を通って伝送される光信号を、実
質的に全てのパラメータに対し、所定時間、一定レベル
で維持することである。これらのパラメータは、例えば
、環境条件の変化のために、あるいはレーザダイオード
の経年変化により変化する。レーザダイオードは、経年
変化を最も受は品い部品であるが、現在、市販されてい
る他の部品全ては、１０年あるいは１５年という比較可
能な時間では、感知できる変化を受けない。

経年変化は、例えば、レーザダイオードの特性ライン（
レーザダイオードの電流ＩＬの放射された光電力Ｐに依
存）に影響する。簡単化した特性ラインは、２本の直線
で構成されている。すなゎち、ゼロ点を通過する平坦部
分及びこれに付く直線の勾配部分であり、ダイオードが
作動中のときには、この勾配部分に、ダイオード電流が
位置している。

レーザダイオードの作動中は、レーザダイオード電流は
、２本の直線の共通点、すなわち特性ラインのくぼみ部
具下に降下してはならない。レーザの光信号にひずみが
起こるからである。このために、レーザダイオードのバ
イアス電流Ｉｖは、少なくともくぼみ部に相当するスレ
ッシュホールド電流■０に等しくなければならない。も
し、くぼみ部の位置が経年変化のために変化するなら、
レーザダイオードのバイアス電流も変化し、その結果、
上記ひずみは光信号には起こらない。

一方、もしレーザダイオードの特性ラインの第２直線部
分の傾斜（勾配）が変化すると、レーザダイオードの平
均放射電力が変化するであろう。

このパラメータも、また、一定レベルに維持されるので
、バイアス電流−一いわゆる変調電流−一に重畳される
レーザダイオード電流の部分は、再調整されることにな
る。

レーザダイオードの特性ラインの実際の変化は・２つの
部分、つまりくぼみ部の移動及び勾配の減少を重ね合せ
ることにより構成される。特に、この重ね合せは、光送
信機の送信機電力の調整に関し問題を生じさせる。とい
うのは、何ら間居なく、個々の加数の効果ではなく、結
合された効果を求めることが可能だからである。

公知の装置では、変調電流は、同じ周波数及び異なる振
幅を有する２つの制御信号を含んでおり、それらの位相
は、互いに１８０°ずれている。１つの制御信号は、頂
部境界の変調電流に影響し、もう一つの信号は、底部境
界のものに影響する。

全体のレーザダイオード電流は、あるレーザダイオード
電流と同じ効果をａしており、そのバイアス電流は、以
下に述べられる誘導された公式により示されるように、
制御信号の周波数と共に変化する。

〔発明が解決しようとする課題〕

そのような時間依存性バイアス電流は、少な（とも２つ
の欠点を伴う。すなわち、 １、光信号は、ジッタでいっばいである。というのは、
光パルスの縁部の時間依存位置は、レーザダイオード電
流の前方へのバイアス電流の値が増大するという事実に
依るがらである。

２、レーザダイオードのスレッシュホールド電流の近傍
の電流変化は、放射されたレーザ光に異なる光周波数を
導入し、その結果、光伝送スペクトルが広げられる。こ
のことは、伝送媒体の分散のために、伝送される光信号
に付加的なひずみを引き起こす。

本発明の目的は、はじめのパラグラフで述べたタイプの
光送信機を提供することであり、これは上記ジッタ及び
上記ひずみが回避されているものである。

〔課題を解決するための手段〕

この目的は、下記の構成によって達成される。

すなわち、パイロット信号によって変調される交流電流
である制御信号に有効信号を乗する手段と、光電流の周
波数がパイロット信号の基本周波数に相当する、その光
電流の成分の振幅を隔離するフィルタ手段及び制御電流
の交流成分の振幅を、モニタダイオードの光電流の上記
成分の振幅が一定のままであるように調整するための手
段と、制御電流の直流成分に対する交流成分の振幅比を
一定レベルに維持する手段、及びモニタダイオードの光
電流の直流成分を求めるフィルタ手段とレーザダイオー
ドのバイアス電流を、光電流の直流成分も一定のままで
あるように調整するための手段とによる構成によってで
ある。

〔実施例〕

以下、添附図面を参照して本発明を、その一実施例につ
き説明する。

第１図の説明に関連して、基本的な考えも示されており
、この考えから、本発明の特徴を有する回路がどのよう
にして、課された問題を解決するか理解されよう。本発
明の全ての実施例で、有用な信号すなわち有効信号及び
パイロット信号は２値信号と仮定されている。第１図の
上方部分は、レーザダイオードの特性ラインを示してお
り、このレーザダイオードの放射電力Ｐが、レーザ電流
ＩＬに対してプロットされている。特性ラインのくぼみ
部ＳＯでは、レーザダイオードのスレッシュホールド電
流ＩＯと同じくらい大きい電流が通過したときに、レー
ザダイオードは電力ＰＯを供給する。図示の場合、バイ
アス電流Ｉｖは、スレッシュホールド電流ＩＯと等しく
選択される。このバイアス電流１ｖは、最小のレーザダ
イオード電流である。最大のレーザダイオード電流は、
バイアス電流１ｖ及び最大変：Ｊ！Ｊ電流１ｍの総計で
構成される。最大変調電流の場合には、Ｐｌにおけるレ
ーザダイオードの放射光電力は、特性ラインの点Ｓ１に
位置している。より正確には、以下のものがレーザダイ
オード電流ＩＬを保持する。

ＩＬ−１ｖ＋ｌｍ−１ｖ＋ｂｎ＊ｌｓ　　　（１）ここ
で、ｂｎは、伝送されるべき２値信号の第ｎ番目ビット
（０あるいは１）で、ビットシーケンスのその周波数は
、ギガヘルツ（ＧＨｚ）範囲にある。電流Ｉｓは制御電
流で、これは、いわゆるパイロット信号の周波数によっ
て再び一様に変調される。パイロット信号のピットシー
ケンスの周波数は、キロヘルツ（ＫＨｚ）範囲にある。

制御電流Ｉｓは、直流成分１ｇと交流成分１ｗにはっき
りと分割され、その結果以下のものを保持する。すなわ
ち、 ｌ５−１ｇ＋Ｉｗ−１ｇ＋（１−２＊Ｂｋ）　＊Ａ−Ｉ
ｇ　　（１＋（１−２＊Ｂｋ）＊ｍ　　（２）直流成分
１ｇは、制御電流Ｉｓの所定時間の平均値（すなわち０
番目のフーリエ係数）である。

交流成分Ｉｗ−一その平均値はゼロであるｍ−は上記の
形で表すことができ、ここで、Ａは交流成分１ｗの振幅
であり、Ｂｋはパイロット信号の第に番目ビット（０あ
るいは１）を表す。この表示は、制御電流１ｓの変調度
ｍ−Ａ／Ｉｇを用いているが、以下で好ましいものとな
るであろう。上記した平均化の作動は、パイロット信号
のビット持続時間に比較して長い時間の間に起こる。

上記簡略化に関して、以下のものが全体のレーザダイオ
ード電流ＬＬを保持する。すなわち、ＩＬ−１ｖ＋ｂｎ
　　Ｉｇ　　（１＋（１−２８ｋ）”ｍ）　　　　（３
） この電流に従って、以下のものがレーザダイオードの放
射された実際の光電力Ｐを保持する。

Ｐ−ＰＯ＋ｂｎ　　Ｓ　　Ｉｇ　　（１＋（１−２８ｋ
）　　ｍ）その際、Ｓはレーザダイオードの勾配を表す
。この式から、平均放射電力を求めることができる。

ここで、再び、平均化がパイロット信号のビット持続時
間に比較して長い時間の間にわたって起こる。平均放射
電力Ｐに対して得られる上式により、値１／２は、ビッ
トＢｋの平均値と同様にビットｂｎの平均値として見ら
れるということが指摘されるべきである。ビットｂｎ　
　Ｂｋの積の平均値は、異なるビット持続時間による平
均値の損に等しい。というのは、もしビットｂｎがビッ
トＢｋの持続時間にわたって平均化されるならば、値１
／２は、その段階ですてに見られているであるう・なぜ
ならば、平均化はほぼ１０６ビツトｂｎにわたって行わ
れるが、ビットＢｋはこの平均化には含まれていないか
らである。

平均光電力Ｐは、レーザダイオードのバイアス電流１ｖ
がスレッシュホールド電流Ｉｓ以下に降下しない第２の
条件のもとて一定レベルに維持される。上式（５）に示
されるように、電力値Ｐは、Ｓの変化及びＰＯの変化の
ために変わるであろう。

ＰＯの変化は、それぞれ、特性ラインのくぼみ部の変化
あるいはスレッシュホールド電流１０の変化に伴うもの
である。

この点で、光電力の一部分は、モニタダイオードによっ
て光電流１ｐに変換される。それは、以下のように保持
される。すなわち、 本 Ｉｐ−Ｋ　　（ＰＯ＋ｂｎ”Ｓ”１ｇ”（１＋　（１−
２”Ｂｋ）　”ｍ）　　（６）ここで、Ｋはモニタダイ
オードの効率に加えてモニタダイオードへのレーザダイ
オードの結合を表す定数である。定数Ｋが装置の経年変
化の間、変化しないということが重要である。

光電流Ｉｐは、２つの成分に分割され、この分割は、フ
ィルタ手段で可能である。第１の成分は、その直流成分
Ｉｐｇであり、それはビットＢｋの持続時間に比較して
、長い時間にわたる平均化から生じる。その際、 である。

第２の成分は、交流成分１ｐｗであり、パイロット信号
の周波数と共に変化する光電流の部分を表す。それは、
光電流がピッ）Ｂｋの持続時間よりも短いが、ビットｂ
ｎの持続時間に比較すると長い時間にわたって最初に平
均化されるときに得られ、それから、交流成分は、この
平均化された値に基づいて求められる。それは、以下の
ものから現れる。すなわち、 この交流成分の振幅は、以下のとうりである。すなわち
、 Ａｐｗは、本発明に従って、制御電流Ｉｓを調整するた
めに用いられ、そしてＩｐｇは、レーザダイオードのバ
イアス電流１ｖを調整するために用いられるが、以下の
条件が考慮されている。

１、制御電流Ｉｓの変調度ｍは、ある回路によりて、一
定レベルに維持される。つまりｍは、例えば、装置の経
年に無関係のままである。

２、光学送信機が作動に入ると、レーザダイオード電流
ＩＬの全てのパラメータは、正規の作動に関する要件が
実行されるように、ＳＪ！される。

Ａｐｗ及びＩｐｇは、かくして、特定の初期値を有する
。さて、もしＡｐｗがその初期値をつねに維持するよう
な方法でＩｇが制御されるならば、上式（５）の第２項
は、平均電力Ｐに対し変化しない。というのは、上式（
９）からそれは以下のようになるからである。

オ　　２　Ａｐｗ Ｓ１ｇ−（１０） Ｋ ここで、右辺に関しては、定数だけである。

３、Ａｐｗの初期値に対するＡ　ｐ　ｗの調整のために
、上式（７）における電流ＩｐＨの第２項も定数のまま
であり、その結果ｔｐｇの変化は、Ｐ。

の変化に帰するだけである。さて、もし１９ｇが、バイ
アス電流１ｖの変化によりその初期値に維持されるなら
ば、ＰＯもその初期値に維持される。

しかし、このことは、バイアス電流の値がスレッシュホ
ールド電流１０の値以上（わずかに）であるか、あるい
はこれに等しいように、調整回路がバイアス電流１ｖの
値を常に自動的に３３整するから可能となる。

第２図に表されている回路装置では、伝送されるべき光
信号は、光ガイド１内に供給される。この光信号は、レ
ーザダイオード２によって発生される。レーザダイオー
ドによって発せられる光の部分は、モニタダイオードと
して作用するホトダイオード３に入射する。モニタダイ
オードの光電流Ｉｐは、抵抗器５を介して比例する電圧
に変換され、かつ増幅器４によって増幅される。

増幅器４の出力信号は、第１の：Ｊｓ整回路２１．２２
．２３、Ｕｌに加えて低域フィルタ１２に供給される。

第１の調整回路２１．２２．２３、Ｕｌは、キャパシタ
２１を介してフィードバックされる差動増幅器２２を備
え、かつ入力抵抗器２３を有しており、この第１の調整
回路は、増幅器４の出力信号における直流成分を求め、
この直流成分は、光電流の直流成分子ｐｇ（上式（７）
参照）に比例する。この成分は、送信機が作動状態に入
ると、設定される電圧Ｕ２と比較される。

第１の調整回路の出力信号は、制御可能な電流源２０の
ための設定量として使用され、この電流源はレーザダイ
オード２に対しバイアス電流１ｖ（上式（１）参照）を
供給する。

帯域フィルタ１２のパラメータは、このフィルタが増幅
器４の出力信号の成分をろ波するように選択され、その
周波数はパイロット信号の基本周波数と対応する。帯域
フィルタ１２の出力信号は、余波整流器１１を通過し、
その出力信号は帯域フィルタ１２によってろ波される成
分の振幅Ａｐｗ（上式（９）参照）に比例する。この振
幅は、光送信機が作動状態に入ると設定される比較器電
圧Ｕ１の作用によって第２の調整回路８．９．１０、Ｕ
ｌにより、あるレベルに維持される。

第２の調整回路の出力信号は他の：Ａ整可能な電流源１
７に対し調整値を供給し、その電流大きさは、１つの要
因を除いて、制御電流Ｉｓ（上式（２）参照）の交流成
分の振幅Ａに相当する。この振幅は、全波整流器１１の
出力電圧が電圧Ｕ１に相当するように調整される。

電流源１７の電流は、差動増幅器１４ａ１１４ｂによっ
てパイロット信号のビットが乗ぜられる。というのは、
トランジスタ１４ａ、１４ｂは、それぞれ、パイロット
信号のビットＢｋ、反転ビットＢｋによって駆動される
からである。加算点１３では、電流源１７の変調された
電流が、他の制御可能な電流源１５の直流電流と重畳さ
れる。この重ね合せの結果は、上式２による制ａＳＳ流
Ｉｇである。制御電流Ｉｓの変調の程度は、比較器１６
の出力信号が電流源１５を駆動する比較器、及び電流［
１５及び１７からの電流を通過させる抵抗器１８．１９
によって求められると共に所定時間、一定レベルに維持
される。

他の差動増幅器７ａ、７ｂを介して、制御電流Ｉｓは有
効信号のビットが乗ぜられる。ビットｂｎはトランジス
タ７ａのベースに印加され、方トランジスタ７ｂは反転
ビットｂｎによって駆動される。乗算の結果は変調電流
Ｉｍ（上式（１）参照）であり、これは、第２の加算点
６で電流源２０の交流電流１ｖに加えられる。合算電流
は、上式（３）にしたがってレーザダイオード電流■Ｌ
である。

〔発明の効果〕

本発明は、回路を含むことを許容し、ここでは、比較す
るべき技術水準の回路におけるよりも、使用される高周
波トランジスタを一層少なくすることができる。

もしパイロット信号が情報を運ぶならば、この信号に連
結されたメツセージは、ガラス繊維で反射された光によ
って乱される。もしこの反射された光がレーザダイオー
ドに入射するならば、そのスレッシュホード電流、した
がって変：Ａ電流の底部境界は、影響を受けるであろう
。本発明によれば、変ａ電流はパイロット信号によって
頂部境界だけが影響されるので、パイロット信号に連結
されたメツセージはスレッシュホールド電流の変化によ
っては乱されない。

制御電流の変調度は、一定レベルに維持されるので、メ
ツセージがパイロット信号と共に伝送される場合に対し
ては、このメツセージは、何らかの問題なしに、常に検
出され得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、レーザダイオード電流のいくつかの成分の時
間図を有するレーザダイオードの特性ラインの図、 第２図は、本発明による特徴を有する光送信機のブロッ
ク図である。 １・・・光ガイド、２・・・レーザダイオード、３・・
・ホトダイオード、４・・・増幅器、７ａ、７ｂ、１４
ａ。 １４ｂ・・・トランジスタ、８．２１・・・キャパシタ
、９．２２・・・差動増幅器、１０．２３・・・入力抵
抗器、１１・・・全波整流器、１２・・・帯域フィルタ
、１５．１７．２０−・・電流源、１８．１９−・・抵
抗器、ｂｎ・・・有効信号、Ｂｋ・・・パイロット信号
、ＩＬ・・・レーザダイオード電流、Ｉｓ・・・制御信
号、Ｉｖ・・・バイアス電流、Ｕｌ・・・比較器電圧、
Ｕ２・・・電圧。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 レーザダイオード（２）及びこのレーザダイオードに光
   学的に結合されたモニタダイオードとして作動するホト
   ダイオード（３）を備え、このホトダイオードの光電流
   は、レーザダイオード（２）の光出力を調整するために
   使用され、かつ有効信号（ｂｎ）及びパイロット信号（
   Ｂｋ）によってレーザダイオード電流（ＩＬ）を変調す
   るために用いられる変調器を有する光送信機において、
   パイロット信号（Ｂｋ）によって変調される交流電流で
   ある制御信号（Ｉｓ）に有効信号（ｂｎ）を乗する手段
   （７ａ、７ｂ）と、 光電流の周波数はパイロット信号（Ｂｋ）の基本周波数
   に相当する、その光電流の成分の振幅を隔離するフィル
   タ手段（１１、１２）及び制御電流（Ｉｓ）の交流成分
   の振幅を、モニタダイオード（３）の光電流の上記成分
   の振幅が一定のままであるように調整するための手段（
   ８、９、１０、Ｕ１、１７）と、 制御電流（Ｉｓ）の変調度を一定レベルに維持する手段
   （１６、１８、１９）、及び モニタダイオードの光電流の直流成分を求めるフィルタ
   手段（２１）とレーザダイオード（２）のバイアス電流
   （Ｉｖ）を、光電流の直流成分も一定のままであるよう
   に調整するための手段（２１、２２、Ｕ２、２３、２０
   ）とを備えたことを特徴とする送信機。