JPS6031323A - 半導体レ−ザ光の出力安定化回路 - Google Patents

半導体レ−ザ光の出力安定化回路

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JPS6031323A
JPS6031323A JP58140736A JP14073683A JPS6031323A JP S6031323 A JPS6031323 A JP S6031323A JP 58140736 A JP58140736 A JP 58140736A JP 14073683 A JP14073683 A JP 14073683A JP S6031323 A JPS6031323 A JP S6031323A
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JP
Japan
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circuit
level
output
signal
semiconductor laser
Prior art date
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Pending
Application number
JP58140736A
Other languages
English (en)
Inventor
Noboru Shoji
庄子 昇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Nippon Electric Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPS6031323A publication Critical patent/JPS6031323A/ja
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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B10/00Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/50Transmitters
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/06Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/068Stabilisation of laser output parameters
    • H01S5/0683Stabilisation of laser output parameters by monitoring the optical output parameters
    • H01S5/06832Stabilising during amplitude modulation

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】 [技術分野] 本発明(よ、半導体レーザを使用した光送信回路に係り
、特に、その光出力の安定化回路に関づるものである。
[背閲技術] 半導体レー11は、発光ダイオードと比較して高速動作
が可能であり、また、高出力が得られるために、光通信
用の発光素子として広く使用されている。ところで、半
導体レーザの光出力は、周囲温度や紅年変化によって、
大きく変動するのぐ、一般には光出力を一定にするため
の光出力安定化回路が必要である。また、半導体レーザ
をパルス駆動する場合には、パルス電流の立上がりから
し−ザ発振光出力の立上がりまでの時間遅れを小さくす
るために、閾値電流に近いか、またはそれ以上の直流電
流をバイアス電流として半導体レーザに流し、その上に
送信データに対応したパルス電流を加える方式が、一般
的に採用されている。
この時間遅れは、バイアス電流が閾値電流よりも小さい
場合に起きるものであり、数nsにもなるために、数1
00Mb : t/s以上の高速動作をさせるときには
問題となる。
従来の光出力安定化回路は、第1図に示7ように、半導
体レーザ5の光出力信号6に比例した監視用光信号7を
、光電気変換回路1によって電気信号に変換増幅した後
に、整流回路2によって整流し、この整流された出力レ
ベルに応じて、光出力6の平均値が一定となるように、
バイアス電流′1fA3が半導体レー1Fのバイアス電
流を制御fIl′gるものである。また、送信データに
対応した一定振幅のパルス電流を流まために、パルス電
流源4が設けられている。
監視用光信号7は、光電気変換回路1によって電気信号
に変換増幅され、さらに整流回路2によって整流される
。整流回路2の出力レベルは光出力信号6の平均値に比
例した値となるために、この出力レベルでバイアス電流
を制tilすることによって、光出力信号6の平均値を
一定にすることかできる。たとえば、光出力信号6の平
均値が設定値J:すb増加した場合には、整流回路2の
出力レベルはイれに対応して増加するために、出力信号
6の平均値の増加分に見あうだ【ノ、バイアス電流を減
少させることによって、光出力信@6の平均値を一定に
保つことができる。
なお、上記従来例の回路は、送信データのマーク率が一
定の場合に有効なFil路であり、マーク率が一定でな
い場合には、整流回路2の出力レベルはマーク率ととも
に変動りるので使用づることができない。
従来例としては、第1図の整流回路2の代りにピーク検
波回路を使用し、これによって検出されたピーク値が一
定になるように制御する方式がある。この方式は、基本
的には、第1の例と同様に考えることができるものであ
る。
[青m技術の問題点] 上記従来例は1次の2つの問題点を有する。
第1の問題は、高速動作が制限される点である。
つまり、パルス電流の振幅を一定としているために、微
分吊子効率の高い半導体レーザの場合には、バイアス電
流は閾値電流よりも小さくなり、前述した光出力の立上
がり時の時間遅れが生じる。このために、高速動作が制
限される。第2図を参照して説明づると、この図の曲1
50Δは半導体レーザの駆動電流の特性を示し、曲線5
0Bは光出力静特性を示すものである。曲線50Bの特
性の半導体レーザを駆動する場合、バイアス電流18B
の上にパルス電流51Bを加えて駆動する。バイアス電
流I Bet−1111a?urXt I TB、J=
リモ大z!くしているために、光出力の立上がり時に時
問罪れはなく、パルス電流波形51Bに相似な光出力波
形52Bが出力される。しかし、曲150Aの特性の微
分量子効率の良い半導体レーザを駆動する場合には、光
出力18号の平均値を一定にするためにバイアス電流I
BΔはW4値雷流ITΔよりも小さくなり、そのために
光出力波形は52Aのように光出力の立上がり時に時間
遅れが生じてパルス幅が狭くなる。この時間遅れによっ
て、伝送速度の上限が決定されるという問題がある。
従来例の第2の問題は、いわゆる消光比が悪化するとい
うものである。ヅなわら、半導体レーザの微分吊子効率
が悪い場合、または前記第1の問題を解決づるためにパ
ルス電流Δlを小さくした場合には、半導体レーザの光
出力信号の低レベルが大きくなり、さらにそれに従って
高レベルも低くなるために、低レベルとへレベルとの比
である消光比が悪化するという問題が生じる。
[発明の目的] 本発明は、上記従来の問題点に着目してなされたもので
、光出力の立上がり時の時間遅れを無くし、しかも、い
わゆる消光比を一定に制til+することができるよう
にした光出力安定化回路を提供ブることを目的とづるも
のである。
[充用の概要] 上記目的を達成するために、本発明は、マーク率が一定
の伝送符号に符号化された電気2値信号を、半導体レー
ザを使用することによって、光2信号号に変換して出力
づる光送信回路において、先出ノJの平均値と光出力の
交流振幅との2つの値を検出し、光出力信号の低レベル
と高レベルとのそれぞれに比例した2つの制御信号を作
り、光出力信号の低レベルと高レベルとがそれぞれ一定
になるように制御するものである。
し発明の実施例] 第3図は、本発明の一実施例を承りブロック図である。
監視用光信号25は、半導体レーザ18の光出力24に
比例した信号であり、光電気変換回路11は、その監視
用光信号25を入力して電気信号に変換し゛(増幅づる
ものである。311.電気変換回路11の出力信号は、
整流回路12によって整流される。また、光電気変換回
路11の出力信号は、その低周波成分が低域遮断フィル
タ13によって遮断された後に、検波整流回路14によ
って検波整流される。
一方、整流回路12の出力信号20 /Jlら検波整流
回路14の出力信号22が、減ffIjl路15によっ
て減拝され、信号20と22とが、III算回VB26
によって加粋される。
まl3低レベル電流源16は、送信データが4氏レベル
のときに、減粋回路15の出力レベルに16じて、半導
体レーザ18の電流を制nするものであり、高レベル電
流源17は、送信データが高レベルのときに、加算回路
26の出力レベルに応じて、半)り体し−1118の電
流を制御りるものである。
次に上記実施例の動作について説明づる。
まず、説明を簡単に覆るために、送信データは、マーク
率が1/2の伝送符号に符号化されているものとする。
マーク率が1/2の伝送符号として(よ、マンチェスタ
符号、CMI符号ま1こはDMI符号等がある。
半導体レー1f18は、送信データが低レベルのときは
、低レベル電流源16から電流を供給され、逆に送信デ
ータが高レベルのときは九レベル電流源17から電流を
供給される。
監視用光用)j信号25は、半導体レー1118の光出
力信号24に比例した信号であるが、この監視用光信号
25を得るには、半導体レーザ18の後方光出力を利用
するか、または分波器を使用覆る。
光出力信号24が第5図(a)に示すような信号である
場合、その光出力信号24は、光電気変換回路11によ
って第5図(b)に突栓で示1電気信号19に変換され
、低域遮断フィルタ13によって第5図(b)に実線で
示1ノ信号21になる光電気変換回路11の出力信号1
9は整流回Fil 12C整流されて、m5図(b)に
破線で示リレベルの信号になる。
光出力信号24の高レベルをP ON 、低レベルをP
 OF I=、整流回路12の出力レベルをV2Oと覆
ると、出ノルベルV20は、 V20=に1・(PON+pOFF)/2・・・・・・
(1) と表される。ここで、K1は比例定数である。
低域遮断フィルタ13の出ツノ信号21は検波整流回路
14で半波整流されて(または全波整流されて)、第5
図(C)に破線で示すレベルの信号になる。検波整流回
路14の出力レベルをV22とづると、半波整流の場合
において、出力レベルV22は、 V22=に2・(PON−POFF>/4・・・・・・
(2) と表され、光出力信号24の交流振幅に比例した値どな
る。ここで、1り2は比例定数である。
(1)式と(2)式から、光出力信号24の低レベルp
 OF r:と高レベルPONとをめると、POFF=
V20/に1−V22 ・ 2/に2PON=V20/
に1+V22 ・ 2/に2となり、K1=に2/2に
設定すると、1)OFF=V20/に1−V22/に1
であり、したがって、 1)OF’F= (V2O−V22)/に1・・・・・
・(3) となる。また、 PON=V20/に1+V22/に1 であり、したがって、 PON= (V20+V22>/に1 ・・・・・・(4) となる。
このために、上記低レベルPOFFに比例したレベルと
、高レベルPONに15例したレベルとは、整流回路1
2の出力レベルV20と検波整流回路14の出力レベル
V22とを、それぞれ甲に、減算、加算を行なうことに
よって、容易にめられる。(3)式に相当する減鋒は、
減算回路15で行ない、低レベルP OF Fに比例し
たレベルを出力づる。また、(1式に相当する加算は、
加算回路26c行ない、高レベルPONに化倒したレベ
ルを出力する。
でし文、減算回路15の出力レベルに応じc ir(レ
ベル電流源16の電流値を制!11シ、これによって、
光出力信号2/Iの低レベルP OF Fを一定に維持
することができる。一方、加掠回路26の出ノルベルに
応じて高レベル電流源17のm、N 1i17を制御し
、これによって、光出力信@24の高レベルPONを一
定に維持することができる。
ここで、低レベルP OF Fとして、閾値値電流での
光出力レベルの最大値に等しく設定するか、または若干
大きい(白に設定づることによって、光出力信号の立上
がり詩にJ月]る時間遅れを無くづことができるという
利点がある。
また、高レベルPONと低レベルPOFFとを一定に維
持するために、いわゆる消光比も一定にelf持するこ
とができるという利点がある。
第4図は、半導体レー1118の静特性を示づ図である
。駆すノ電流に対する光出力の特性が、曲線60である
ような半導体レーザ18を使用したとする。この場合、
低レベル光出力POFFが閾値電流ITCの光出力より
′t)若干大きくなるように、低レベル電流源16の電
流値1OFFを制御し、また所要の高レベル光出力PO
NになるJ:うにへレベル電流源17の電流値1ONを
制御I覆る。送信データに応じて低レベルl0FFと高
レベル■ONとを#J換えながら、波形61として承り
電流によりて半導体レーザ18を駆動すると、光出力の
立上がり時の時間遅れが無くなるという利点がある。さ
らに、この場合、消光比が一定な光出力信号波形62を
得ることができる。
次に、送信マーク率が1/2以外の場合についても、上
記と同様な動作をbなうことについてMl明づる。
マーク率が一定のmである場合につぃC6える。
整流回路12の出力レベルV20は、 V2O=に1 − (m−PON+ (1−m)XPO
FF)・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(
5)と表される。
一方、半波整流の場合、検波整流回路14の出ノルベル
V22は、 V22 =に2 ・m (1−m) X (PON−POFF)・・・・・・(6)と表され
る。(5)、(6)式がら、 POFF=V20/に1 −V22/(K2 ・ (1−mン )・・・・・・(
7) PON=20/に1−+−V22/ (K2・m)・・
・・・・ (8) となるために、減紳回路15と加n回路26とにおいて
、それぞれの入力に対する定数を選択ηることによって
、減算回路15の出力レベルを低レベルPOFFに比例
した値にνることができ、また、加n回路26の出力レ
ベルを高レベルPONに比例した値にりることかできる
。これは、マーク率mがどの111であっても成立りる
ものであり、したがって、マーク率mが1/2以外の場
合も、同様な動作を行なうことになる。
[発明の効果] 上記のように本発明は、マーク率が一定である伝送符号
に符号化された電気2値信号を、半導体レーデを使lO
することによりC1光2値4ri号に変換して出力する
光送信回路にJ3い(、光出力の立上がり時の時間遅れ
が無く、しかも、いわゆる消光比を一定に制御+11す
ることかできるという効果をイjする。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の光出力安定化回路を示すブロック図、m
2図は従来例におGノる動作説明図、第3図は本発明の
一実施例を示づブロック図、第4図は上記実施例の動作
説明図、第5図は第3図の要部の信号波形図である。 1.11・・・光電気安挽回路、2.12・・・整流回
路、3・・・バイアス電流源、4・・・パルス電流源、
5゜18・・・半導体レーザ、13・・・低域遮断フィ
ルタ、14・・・検波整流回路、15・・・減惇回路、
16・・・低レベル電流源、17・・・高レベル電流源
、26・・・加n回路、6,24・・・半導体レーザ光
出力信号、7゜25・・・監視用光信号。 特許出願人 日本電気株式会社

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. マーク率が一定の伝送符号に符号化された電気2値信号
    を、半導体レーザを使用することによって、光2値信号
    に変換して出力づる光送信回路において、前記半導体レ
    ーザの光出力13号に比例した監視用光信号を電気信号
    に変換して増幅づ)光電気変換回路と、この光電気変換
    回路の出力信号を整流づる整流回路と、前記光電気変換
    回路の出力信号の低周波信号成分を遮断する低域遮断フ
    ィルタと、この低域遮断フィルタの出力信号を検波整流
    する検波整流回路と、前記整流回路の出力レベルと前記
    検波整流回路の出力レベルとの減91を行なう減算回路
    と、前記整流回路の出力レベルと前記検波整流回路の出
    力レベルとを加律する加算回路と、送信データが低レベ
    ルの時に、前記減算回路の出力レベルに応じて、光出力
    信号の低レベルが一定になるように、前記半導体レーザ
    の電流を制御する低レベル電流源と、送信データが高レ
    ベルの時に、前記加算回路の出力レベルに応じて、先出
    ノ〕信号の高レベルが一定になるように、前記半導体レ
    ーザの電流を制御りる高レベル電流源とを有ηることを
    特徴とする半導体レーザ光の出力安定化回路。
JP58140736A 1983-08-01 1983-08-01 半導体レ−ザ光の出力安定化回路 Pending JPS6031323A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0281188A2 (de) * 1987-02-28 1988-09-07 Philips Patentverwaltung GmbH Regelung von Laserdioden
US6571087B1 (en) 1998-09-24 2003-05-27 Fujitsu Limited Radio transmitter apparatus
CN117080860A (zh) * 2023-10-16 2023-11-17 成都明夷电子科技有限公司 调制电流控制电路及数据传输电路

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