JPH07502627A - 半導体レーザの吸光比を時間に対して制御する装置と方法 - 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】 半導体レーザの吸光比を時間に対して制御する装置と方法発明の背景 本発明は、半導体レーザの吸光比を時間に対して制御し最適に維持する装置、お よび、希望の吸光比を有するように半導体レーザの高レベルと低レベルの出力を 始めに設定する方法とに関する。

半導体レーザの出力を維持するための種々の制御回路か従来から提案されて（Ａ る。図１は、半導体レーザの種々の特性を示す。ここに、電流Ｉ−電電力時特性 示される。３つのカーブは、３つの異なった温度での半導体レーザのデータを示 す。明らかであり、また、知られているように、半導体し一寸のペデスタル〕く イアスミ流４は、温度とともに増加する。半導体レーザの１つの出力制御法は、 熱電冷却器をレーザバ、ケー／の中に組み込み、ペデスタル７　ｚＨバイアス電 流一定（こなるように半導体レーザを一定温度に保つことである。これにより、 半導体レーザの高パワー出力と低パワー出力との比として定義される半導体レー ザの吸光比は、容易に一定に維持てきる。そのような提案の欠点は、熱電冷却器 の設計のｔこめレーザの費用か増加することである。また、熱電冷却器またはそ の回路のとのような欠陥も、半導体レーザの温度か変わるにつれ／バイアス電流 を不適当にするので、半導体レーザの信頼性を低下させる。

また、池の提案された回路では、半導体レーザの低ベデスタルノイイアス電力を 時間的に連続にモニタし、あらかじめ設定した動的なしきい値との比較に対応し て増減する。１つのそのような回路は、本出願の被譲渡人に譲渡されたシェラ− （Ｇｅｌ　１ｅｒ）の米国特許第５，０３６，１８９号に記載され、その開示（ よ、ここでの参照によりこの明細書に組み込まれる。シェラ−の回路は、適当な 低ペテ゛スタルバイアス電流を確立し維持するけれとも、半導体レーザの高、＜ ワー出力を制御しない。図１をふたたび参照すると、レーザの電流−、ｚＨワー 出力特性の（頃きｈλ、一定の変調電流Ｉ１．ｌの下でｔ温度と共に変わるので 、レーザの吸光比（半導体レーザの高パワー出力と低パワー出力との比）は時間 とともに変わる。もし吸光比が小さくな１７すさると、雑音が増加し、レーザの 出力を検知する光検知器において、不要なビットエラーを生じる。

また、平均変調パワーを時間的に一定に維持する回路を利用することも提案され ている。そのような回路は、レーザ出力の吸光比が温度とともに変わるという欠 点も有する。特に、図１のカーブ３は、そのような回路かレーザの出力でとのよ うに作用するかを説明し、そして、レーザが低出力を放射するときに光検知器に より検知される雑音か高く、レーザのしきい値ペデスタルでのパワー出力より大 きいことを説明する。

発明の１ｊ的と概要 本発明の１つの目的は、レーザ設計における上記の欠点を除去し、レーザの吸光 比か種々の温度で一定に維持される装置を提供することである。

本発明の他の目的は、あらかしめ決定したペデスタルバイアス出力のしきい値で レーザを維持するためにレーザの低バイアスパワーを時間的にモニタし調整し、 これと独立に、時間的に周期的にレーザの高出力レベルをモニタし、他のあらか じめ決定した値での出力を、時間的な安定性を達成するように、維持するレベル を提供することである。

本発明のこれらおよび他の目的は、一定ｉ＝度に維持されないレーザの出力の吸 光比を制御する回路により達成され、この回路は、光源か連続的論理１を伝送し ている間に（この論理１は、検知される第１電圧の大きさを一定値に安定化する のに十分に長く伝送される）、光源により発光される光放射の強度の大きさを表 す電圧の第１の大きさを検知する第１検知手段と、光源か連続的論理０を伝送し ている間に（この論理Ｏは、検知される第２電圧の大きさを一定値に安定化する のに十分に長く伝送される）、光源により発光される光放射の強度の大きさを表 す電圧の第２の大きさを検知する第２検知手段と、光源か連続的論理１を伝送し ている間に、あらかじめ設定された希望の変調電流を表す第１のあらかしめ設定 された電圧の大きさを、上記の第１電圧の大きさと比較し、次に、第１電圧の大 きさを上記の第１のあらかじめ設定された値のすく近くに維持するように、上記 の比較に応答して光源の変調電流を調節する第１比較手段と、 光源が連続的論理Ｏを伝送している間に、あらかじめ設定された希望のバイアス 電流を表す第２のあらかじめ設定された電圧の大きさを、上記の第２電圧の大き さと比較し、次に、第２電圧の大きさを上記の第２のあらかじめ設定された値の すく近くに維持するように、上記の比較に応答して光源のバイアス電流を調節す る第２比較手段とを備え、 上記の第１と第２の検知手段は第１と第２の電圧の大きさを検知し、上記の第１ と第２の比較手段は、上記の光源の効率が時間とともに変わるとき、光源の吸光 比を比較的一定に維持するはと十分に大きい周波数で、それぞれ、変調電流とバ イアス電流を調整する。

本発明の他の観点によれば、半導体レーザの高出力と低出力を最適にはじめに設 定する方法が開示され、この方法は、第１参照レベルに実質的に等しい論理ｌを 伝送するレーザによって発光される光放射の大きさを表す第１電圧レベルを設定 するステップと、第２参照レベルに実質的に等しい論理Ｏを伝送する上記のレー ザによって発光される光放射の大きさを表す第２電圧レベルを設定するステップ と、希望のレーザ出力が得られるまで、第１の参照レベルと第２の参照レベルの 比を一定に維持しつつ、第１の参照レベルと第２の参照レベルとを同時に調整す る図面の簡単な説明 図１は、種々の温度での電流対パワーの特性カーブを示し、バイアス電流と変調 電流を示す。

図２は、本発明において使用される好ましいフレームプリアンプルとクロック時 間を示す。

図３は、レーザの吸光比を一定に維持する本発明の１実施−の図式的な図である 。

図４は、図３に示されたスイッチ変調器を示す。

図５八と図５Ｂは、図３に示した図の好ましい回路図を示す。

図６は、本発明により制御されるレーザを含むホストチ／タル端末に結合される 複数の光ネツトワークユニットを示す。

好ましい実施例の詳細な説明 本発明により提供される回路は、レーザのベデスタルノ・イアス出力バワーＰ。

（図１）を時間的に周期的に独立にモニタし、レーザの高（ＨＩＧＨ）出力パワ ーＰ、−１−Ｐ、を独立に常にモニタし、レーザの吸光比を一定に維持し、レー ザの低（ＬＯＷ）パワーをペテスタル点に保つように、ペデスタルバイアス出力 パワーと高出力パワーとを増減する。

図に示されるように、吸光比Ｎは、レーザの高出力パワーＰ、十Ｐ、とペデスタ ルバイアス出力パワーＰ１の比として定義される。１０より大きなＮに対して、 吸光比はＰ、／Ｐ、として近似される。

図２に示されるように、提案される制御回路は、トレーニングパルス６２．６３ を好ましくは含む情報フレーム６１のために使用される。トレーニングパルスは 、若干数の連続する２進低信号と、これに続く若干の連続する２進高信号とから なり、好ましくは、この連続する低信号と連続する高信号とは、それぞれ、Ｉハ イド以上のハント幅（８ビツトバイトの４８５Ｂコーテイングにおいて典型的に は８ビツトまたはｌＯビット）を有する。好ましい実施例によれば、この低−高 トレーニングパルスは、フレームあたり１度伝送される。連続的な２進低期間の 終わりの近くてほぼ瞬間的に、レーザパワー出力は、クロックＣＬ１によってス トローブされ、測定され、あらかしめ設定された動的低パワー寮照値と比較され る。もし測定された低パワーか、この動的低パワー参照値より小さければ、レー ザに対するバイアス電流ＩＬ１か増加される。同様に、ストローブされ測定され たパワーか動的低パワー診且召値より大きいときはいっても、ベテスタルノ・イ アスミ流ＩＢは減少される。直ちに明らかになることは、もしこれが反復してな されるならば、レーザの使用時間により、より多くは温度変動によりレーザによ り引き起こされてレーザのペデスタルか動く速度にかかわらず、バイアス電流を ペデスタルのしきい値に保つように、レーザに供給されるバイアス電流は直ちに 調整できる。好ましい実施例によれば、図に示されるように、この測定と比較は 、フレームごとに１度なされ、８ｋＨｚのフレーム速度で、１秒あたり８０００ のバイアス電流調整か達成可能である。したかって、このバイアス電流は、上記 の低パワー参照値の近くでトグル（上下）する。

好ましくは、上記の測定と比較は、レーザ光源の効率が時間とともに変わるとき 、光源の吸光比を比較的一定に維持するほど十分に高い周波数で行われる。好ま しくは、上記の第１と第２の電圧の大きさか前の検知サイクルで検知された大き さより小さいときに、これらの大きさの正確な測定を可能にするように上記の周 波数か十分低い。さらに好ましくは、上記の周波数は、フレーム伝送周波数の０ ．９倍より小さい。

さらに、連続する２進高トレ一ニングパルス期間の終わりの近くでほぼ瞬間的に 、レーザパワー出力は、クロックＣＬ２によってストローブされ、測定され、あ らかじめ設定された第２の動的高パワー参照値と比較される。もしストローブさ れ測定されたパワーが、この動的高パワー参照値より小さければ、レーザに対す る変調電流■８か増加され、ストローブされ測定されたパワーが動的高パワー萎 照値より大きいときはいつでも、変調電流■９は減少される。したがって、変調 電流は、希望のレベルの近くでトグルする。したがって、高パワー出力と低パワ ー出力とは、独立に、時間的に反復して、測定され比較され、これらの値がレー ザの吸光比を一定に維持するように比較的一定に保たれる。

図３は、本発明の好ましい実施例を図式的に示す。この図を参照して、制御対象 である半導体レーザＬＡＳＣは、接点Ａに結合されるアノードを宵し、この接点 Ａは、次に、第１の電流源１．と第２の電流源Ｊ８に平行に接続される。半導体 レーザのアノードは、テータ人力ＴｘＤを有するスイッチＭＯＤを介して電流源 １、に結合され、スイッチＭＯＤは、レーザの高出力パワーフレーム期間でのみ アノードと電流源１．＆の間の経路を完成する。半導体レーザＬ　Ａ　Ｓ　Ｃに より全結合されるモニタダイオードによりモニタされる。モニタダイオードのア ノード高トレーニングパルスの間、スイッチＭＯＤは閉じられるので、レーザ■ 、ＡＳの近くにトグルし続けるように、１．４を調整する。

理解できるように、比較器１２．１４の参照電圧■８とＶＲ／Ｎは、直ちに、は ぼＮに等しいレーザの吸光比を生しる。

参照電圧■３とＶＲ／Ｎは、当業者によりよく理解されるように、電圧分割ネッ トワーク、すなわち、直列の１対の抵抗体、に結合されることにより固定された 比に維持され、したがって、電圧分割ネットワークへの電圧を単に調整するだけ で、レーザの低パワー出力と高パワー出力とを同時に、レーザの吸光比を変える ことなく、容易に調整できる。このため、１つだけの調整により、レーザの出力 は、希望の吸光比Ｎを達成するように最適化できる。従来技術のレーザは、典型 的には、バイアスパワーと高パワーとを設定するために多重の調整を必要として いた。

好ましい電圧分割器ネットワークの１例は、図５Ｂに抵抗体Ｒ９６、Ｒ９７によ り図示される。これらの抵抗体Ｒ９６、Ｒ９７は、比較器１２．１４に人力され る参照電圧のための電圧分割器ネットワークを形成する。

図４は、スイッチＭＯＤの好ましい実施例を示す。このスイッチは、図示される ように、第１と第２のトランジスタ４０．４１からなり、電流源［、は、それら の共通のアノードに結合され、それらのカソードは、変調されるレーザＬＡＳＣ に結合される。レーザＬＡＳＣのための高出力パルスの周期の間に、レーザＬＡ ＳＣかしきい電流ｉＢと変調電流１．によりバイアスされるように、トランジス タ４１はイネーブルにされ、低パルスがレーザＬＡＳＣにより発生されるべきと きに、レーザのアノードＡがペデスタル電流［Ｂに結合されるたけであるように 、トランジスタ４１は、イネーブルにされる。

図５Ａと図５Ｂは、本発明による好ましい電気回路の詳細な図である。説明の容 易さのために、図３に示される機能を実行する図５Ａと図５Ｂにおける要素は、 これらの図において同一の参照記号により同定される。図５Ａを参照して、レー ザＬＡＳＣのカソードをグランドに結合（接地）させることか好ましいため、ま た、ＴｘＤデータが＋５ＶのレベルとＯＶのレベルとで電気バスから入力される と仮定されるので、電圧変換器５０は、ＴｘＤ電圧を＋５■とＯＶからＯＶと一 ５ｖにそれぞれ変換するために設けられる。次に、これらの変換された電圧は、 スイッチＭＯＤに入力され、スイッチＭＯＤは、高周期において、先に説明した ように、レーザのアノードを定電流源Ｉ、と選択的に結合する。モニタダイオー ドの出力Ｂは、インピータンス変換増幅器９に結合され、この増幅器９は、次に 、第１と第２のフィードバック経路３２．３１に結合される。これらのフィード バック経路３２．３１は、先に説明したように、それぞれ、比較器、フリ、ブフ ロ。

ブおよび積分器を有する。フィードバックループ３１は、比較器１４、フリップ フロ、ブ１Ｂおよび積分器２２をイ１し、ペデスタル電流１８を制御する。フィ ードバックループ３２は、比較器１２、フリップフロップ１６および積分器２０ を有し、変調電流ＩＮを制御する。図５Ｂを調へると明らかなように、Ｎは、抵 抗Ｉ２９７により分割される抵抗Ｒ９６を示す。

図６は、本発明の好ましい使用を示す。この図において、ホストのデフタル端末 ７１は、好ましくは双方向のトラヒ、りを伝送する少なくども１本の光ファイバ ７３を介して廖数の光ネｙｈワークユニット７２に結合される。分岐／結合器７ ４は、ホストデジタル端末から各光ネツトワークユニットへの伝送のための複数 の光ファイバ７５へ信号を分割し、逆にファイバ７３を介してホストチ／タル端 末に伝送するように、各光ネツトワークユニ、ドア２からの信号を点７４て結合 する。そのようなアーキテクチャを用いて、ホストチ／タル端末から伝送される レーザの吸光比を比較的高い値、好ましくは１０以上に維持することにより、各 光ネツトワークユニット７２からの高い受信感度は、増大される。

本発明は、その好ましい実施例を用いて説明されたが、本発明の考え方と範囲か ら離れずに種々の変形かなされることか理解されるへきてあり、したかって、本 発明は添付された請求の範囲によってのみ限定される。

ＦＩＧ　／ ＦＩＧ　２ ＦＩＧ　４ Ｈ６−６ ＦＩＧ　５Ａ／ ＦＩＧ−５４２ ＦＩＧ　５Ｂ／ ＦＩＧ−５８２ １＋−１１−−＋、ＰＣＴ／ＵＳ　９２／１１１５７

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．一定温度に維持されないレーザの出力の吸光比を制御する制御回路であり、 光源が連続的論理１を伝送している間に（この論理１は、検知される第１電圧の 大きさを一定値に安定化するのに十分に長く伝送される）、光源により発光され る光放射の強度の大きさを表す第１電圧の大きさを検知する第１検知手段と、光 源が連続的論理０を伝送している間に（この論理０は、検知される第２電圧の大 きさを一定値に安定化するのに十分に長く伝送される）、光源により発光される 光放射の強度の大きさを表す第２電圧の大きさを検知する第２検知手段と、光源 が連続的論理１を伝送している間に、あらかじめ設定された希望の変調電流を表 す第１のあらかじめ設定された電圧の大きさを、上記の第１電圧の大きさと比較 し、次に、第１電圧の大きさを上記の第１のあらかじめ設定された値のすぐ近く に維持するように、上記の比較の結果に応答して光源の変調電流を調節する第１ 比較手段と、 光源が連続的論理０を伝送している間に、あらかじめ設定された希望のバイアス 電流を表す第２のあらかじめ設定された電圧の大きさを、上記の第２電圧の大き さと比較し、次に、第２電圧の大きさを上記の第２のあらかじめ設定された値の すぐ近くに維持するように、上記の比較の結果に応答して光源のバイアス電流を 調節する第２比較手段とを備え、 上記の第１と第２の検知手段は第１と第２の電圧の大きさを検知し、上記の第１ と第２の比較手段は、上記の光源の効率が時間とともに変わるとき、光源の吸光 比を比較的一定に維持するほど十分に大きい周波数で変調電流とバイアス電流を それぞれ調整する制御装置。 ２．請求の範囲第１項の装置において、上記の第１電圧と第２電圧の大きさが前 の検知サイクルで検知された大きさより小さいときに、これらの大きさの正確な 測定を可能にするように上記の周波数が十分小さい装置。 ３．請求の範囲第２項または第３項の装置において、上記の周波数は、フレーム 伝送周波数の０．９倍より小さい装置。 ４．請求の範囲第１項から第３項までのいずれかの装置において、上記の論理０ は、少なくとも８ビットに対応する長さの時間の間に転送され、上記の論理１は 、少なくとも８ビットに等しい長さの時間の間に転送される装置。 ５．請求の範囲第１項から第４項までのいずれかの装置において、上記の第１と 第２の比較手段は、それらの電圧の大きさがそれぞれ第１と第２の予め設定され た電圧値より小さいときに、変調電流とバイアス電流を増加し、それらの電圧の 大きさがそれぞれ第１と第２の予め設定された電圧値より大きいときに、変調電 流とバイアス電流を減少する装置。 ６．請求の範囲第１項から第５項までのいずれかの装置において、上記の光源は 、時分割多重光通信ネットワークの中でリカレントフレームにおいて光エネルギ ーを放射するデジタルデータ変調レーザからなり、上記の連続的論理１と連続的 論理０は、少なくとも６ビットの長さのデータを搬送しないトレーニングパルス からなり、このトレーニングパルスは、選択されたフレームの中に埋めこまれる 装置。 ７．請求の範囲第１項から第６項までのいずれかの装置において、上記の第１と 第２の光検知手段は、放射出力を表す電流を電圧に変換する電流電圧変換器から なり、第１の比較器は、低電圧を低電圧参照値と比較し、第２の比較器は、高電 圧を高電圧参照値と比較し、第１の比較器の参照電圧入力値は、電圧源に結合さ れ、第２の比較器の参照電圧入力値は、吸光比を設定するための抵抗電圧分割器 とに結合される装置。 ８．請求の範囲第１項の装置において、上記の第１と第２の比較手段は、さらに 、論理０と１にそれぞれ対応する時に第１と第２の比較器をストローブするため の第１と第２のフリップフロソプを備える装置。 ９，デジタルレーザ光源の高出力と低出力との設定法であり、第１参照レベルに 実質的に等しい論理１を伝送するレーザによって発光される光放射の大きさを表 す第１電圧レベルを設定し、第２参照レベルに実質的に等しい論理０を伝送する 上記のレーザによって発光される光放射の大きさを表す第２電圧レベルを設定し 、希望のレーザ出力が得られるまで、第１の参照レベルと第２の参照レベルの比 を一定に維持しつつ、第１の参照レベルと第２の参照レベルとを同時に調整する 設定法。 １０．請求の範囲第９項に記載された方法において、第１と第２の参照レベルの 間の比が、抵抗電圧分割器により維持される方法。