JPS62233938A - レ−ザ制御装置及び方法 - 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】 本発明は光７フイパーディジタル転送システムに使用さ
れる半導体レーザの安定な動作で使用するための制御装
置に関する。

光源として半導体レーザを使用する光フアイバー通信シ
ステムにおいて、レーザ光のしきい値に保持するために
はレーザにＤＣバイアスを保持することが望ましい。レ
ーザがしきい値電流よりもずっと小さいならば、変調信
号がそのしきい値電流を越えて駆動するように供給され
ると、ターン・オン遅延を生ずる。高ビツト速度の松送
において、このターン・オン遅延は適さない。一方、レ
ーザがしきい値電流を越えて普通にバイアスされている
と、その減衰比、すなわち信号がレーザに供給されてい
るときの光出力が供給されていないときに対する割合は
相当に低い。

ＡＩＡ＋＆ノＡ−會、−ふり／７％ＩＩＨ１ｂ噌＋Ａ１
ｍ、、１．ｈｌｔＪ−に、Ａ／ダヱＣ２＋？ｈいことで
ある。レーザの疲労らしくは温度変化につれて、しきい
値電流はシフトする。結果として、レーザ駆動回路にお
いてしきい値の監視及び適切な３８整の手段が要求され
る。

半導体レーザをしきい値の位置に保持する１つの方法が
本譲渡人に譲渡されている米国特許第４゜３４４．１７
３号に表わされている。この方法を使用すると、小さな
振幅のテスト信号がしきい値に近接してレーザに適用さ
れ、テスト信号周波数の高調波における歪成分がレーザ
光の出力で監視される。高調波の大きさに依存して、歪
成分はしきい値電流がレーザに適用されたときにピーク
又はゼロになる。フィードバック回路はレーザに適用さ
れるバイアス電流が高調波においてピークもしくはゼロ
の値を保証する値であることを保証している。

しきい値電流にＤＣバイアス電流を保持するために、テ
スト信号スペクトルはデータスペクトルに適切にインタ
ーリーラされなければならないし、データを得るために
特別のフィルタが必要である。

レーザ制御装置は特に高ビツト速度のディジタルシステ
ムに採用され、テストイｄ号発生の必要性及びレーザバ
イアスにその信号の重畳を回避することが命日提案され
ている。

本発明の１つの面に従うと、ディジタル転送システムに
使用される制御装置を提供し、該制御装置は、 レーザにバイアス電流を供給する手段、レーザしきい値
より低い値からレーザしきい値より高い値にバイアス電
流を増加せしめる手段、ディジタルデータ群をレーザに
供給する手段、レーザ光の出力を監視する手段、 監視された光出力データ（Ｌ）をバイアス電流データ（
Ｉ）の関数としてストアする手段、ストアされたデータ
で （ｉ）Ｌ　　Ｉ曲線の２次導関数ｄ２Ｌ／ｄＩ２を求め
、（ｉｉ）該導関数において、ディジタル「１」である
が「０」でないときレーザ光を発生する低いバイアス電
流に相当するバイアス電流１１でｔｔＩＪｌのピークを
見つけ、ディジタル「０」でレーザ光を発生する最も低
いバイアス電流Ｉ０に相当する第２のピークを見つける
ように処理する手段、 及び １、もしくはＩ０に近いバイアス電流を設定する手段を
具備している。

本発明の他の面に従うと、ディジタル転送システムに使
用される半導体レーザの制御方法を提供し、該方法は バイアス電流をレーザに供給し、 レーザしきい値より低い値からレーザしきい値より高い
値にバイアス電流を増加し、 ディジタルデータ群をレーザに供給し、レーザ光の出力
を監視して、 監視された光出力データ（Ｌ）をバイアス電流データ（
Ｉ）の関数としてストアし、 ストアされたデータだ、 （ｉ）Ｌ−Ｉ［１ｆｌ＃ｉの２次導関数ｄ２Ｌ／ｄＩ”
を求め、（ｉｉ）該導関数においてディジタル「１」で
あるが「０」でないときレーザ光を発生する低いバイア
ス電流に相当するバイアス電流■、で第１のピークを見
つけ、ディジタルｒＯＪでレーザ光を発生する最も低い
バイアス電流Ｉ０に相当する第２のピークを見つけるよ
うに処理し、 ■。もしくはＩｏに近いバイアス電流を設定することを
具備する。

本発明の実施例は添付の図面を参照して、例示の方法に
よって述べられるであろう。

第１図に関して、バイアス電流１８とディジタルデータ
２０が供給される半導体レーザ１０が示されている。レ
ーザは前面から転送ファイバー（図示せず）への出力を
もち、また背面からＰＩＮフォトダイオード１２への出
力をもっている。フォトダイオードの出力はアナログ・
ゲインタルコンバータ１３でディジタルデータに変換さ
れて、光出力データはマイクロプロセッサ・コントロー
ラ１４へ人力する。マイクロプロセッサ・コントローラ
は、ディジタル・アナログコンバータ１６でレーザバイ
アス電ｔＲ１８を発生するのに相当するディジタル出力
を発生するようにプログラムされている。

第２図に関して、そこには半導体レーザに対するＤＣレ
ーザの電流／平均光出力パワーのプロットが示されてい
る。ディジタルデータによって変調つれると、レーザは
第２図にａ％ｂ及びＣとして示したような３つの動作形
態をもつ。低いレーザ電流（ａ）で、レーザ出力は主と
して自然放出である。高いレーザバイアス電流レベル（
Ｃ）で、レーザ腔はレーザの微分効率すなわちｄＬ／ｄ
Ｉが図示のように傾き「Ｓ」をもつ十分なレーザ光にす
る十分なゲインをもっている。

ディジタル転送システムにおいて、ディジタル「０」は
低いレーザ光の出力レベルによって表わされ、またディ
ジタル「１」は高い出力レベルによって表わされる。実
際上の場合として、変調（＋’を号が５０％のデユーテ
ィサイクルをもっていると仮定すると、中央領域（ｂ）
において微分の傾きは、この形態でディジタル「１」中
のレーザ電流ではレーザをしきい値以上にバイアスする
のに十分であるがディジタル「０」ではレーザが発生し
ないために近似的にＳ／２である。ディジタル［０］で
レーザ光を発生する最も低いバイアス電流■。で、傾き
効率は突然、近似的なＳ／２からＳに変化する。

レーザディバイスの良好な性能はディジタル「０」に相
当する電流がレーザしきい値工。近くにあるとき達成さ
れるので、コントローラで検出するのはこの光出力の移
行である。以前に示したように、レーザがディジタル「
０」の転送中にＩｏよりもずっと低くバイアスされると
重要なレーザのターン・オン遅延を起こす。また、ディ
ジタル「０」が１．以上のバイアス電流で起ると、減衰
比の不利益をこうむる。このように、Ｉｏに等しいディ
ジタル［０１での■はレーザ送信器の最適な動作に望、
ましい。

第１図のコントローラは、レーザの平均的なパワー傾き
効率がまさにＳ／２からＳに移行し始めることを保証す
るために使用される。第２図のＬ討Ｉの主プロット上に
重ねて示されるように、この移行の非常に強い折り目が
マイクロプロセッサ・コントローラを使用してディジタ
ル変調中のレーザＬ−Ｉ曲線の２次導関数を数値計…す
ることによって得られる。示されているように、ｄ２Ｌ
／ｄｒ２のプロットにおいてディジタル「１」に相当す
る電流がしきい値Ｉ、にある位置で１つのピーク、ディ
ジタル「０」に相当する電流がしきい値１．にある位置
で２番目のピークがある。

ｆ５１図の回路の動作において、Ｄ／八へンバータ１６
からのレーザバイアスは、ディジタル変調電流がレーザ
に適用されて、いる間、マイクロプロセッサ・コントロ
ーラにストアされているサブルーチンの制御のもとでゼ
ロからあるピーク値まで等しい電流間隔でステップされ
る。同時に、平均的な光出力がフォトダイオード１２に
よって監視され、バイアス電流（Ｉ）データ及１光出力
（Ｌ）データとともにマイクロプロセッサ・コントロー
ラ１４のメモリ領域内に蓄えられる。蓄えられてデータ
からＬ−Ｉ曲線の２次導関数が計算され、ｄ２Ｌ／ｄＩ
２プロットの第２のピーク位置が決定される。さらに、
マイクロプロセッサにストアされているサブルーチンを
使って、バイアス電流をその決定されたピークに相当す
る電流値Ｉ０にセットする。適切なマイクロプロセッサ
のプログラムシーケンスは以下の通りである。

１、（Ｉ＋Ａから２００ｍＡのバイアス電流でレーザの
Ｌ−Ｉデータを′ＩＩ積する。

２．１−２−１重みを付けた概算データ。すなわち、４
Ｘ、＝Ｘ、　　　＋２Ｘ、＋Ｘ。

＋＋１＋五十１ ３．５ポイントの最小２来ルーチンで２次導関数を計算
する。

一３０Ｘ、＋１６Ｘ、　　−Ｘ。

Ｉ＋＋１　　　＋＋２ レーザ電流を第２の電流値に適合させる。

５、次式を使って、４つの連続的なレーザバイアス魚か
ら２つの２次導関数を計算する。

６、ステップ５から得られた大きな２次導関数の点にレ
ーザ電流を適合させる。

７、ステップ５を繰り返す。

光７フイバ一連結に使用された管理及び保護回路は通常
マイクロプロセッサの使用を含む。時間分配モードで使
用された１つのマイクロプロセッサ・コントローラはレ
ーザの性能が周期的なバイアスの監視だけを必要とする
ため、管理／保護及び本発明のレーザ安定性を共に供給
できる。述べられたコントローラの特有の性質はどのよ
うなディジタルデータ速度も多数Ｇｂ／ｓに上げるよう
に適用できる。実施例において、コントローラは光フア
イバ一連結のために管理及び保護をもつ任意の回路が一
ドとして実施される。転送ビット速度を無視すると、ど
のようなレーザ転送器にも同じカードで十分である。

公知のレーザを監視する構成を越える特有の利点は監視
用のフォトダイオードが高いバンド幅である必要がない
ことである。データの採取は毎秒数回か、より少ない回
数で行なわれる。

よく知られるように、半導体レーザは疲労するにつれて
、しきい値の位置変化だけでなく、レーザの傾き効率［
Ｓ］における変化も受ける。第１図の制御ループは変調
制御が得られるように平均的なパワーの監視を与えるよ
うに修正される。マイクロプロセッサ・コントローラに
よって感知された光パワーレベルは所定の要求されるパ
ワーレベルと比較される。マイクロプロセッサ・コント
ローラ１４の第２の出力ボートは電圧制御型電流源２４
で電流を設定する＠２のＤ／Ａコンバータ２２を制御す
る。電流源は順次、平均のレーザ出力を要求されるレベ
ルにするために、トランジスタ２５に供給されるディジ
タル変調信号のピーク・トウ・ピークの電流レベルを設
定する。参照電圧が供給されるトランジスタ２５及びト
ランジスタ２６は、パルスデータがトランジスタ２５に
［ｉされたときに、電流がレーザ１０を通してスイッチ
されることを保証する差動スイッチとして機能する。

【図面の簡単な説明】

ｔＪＳ１図は本発明によるレーザ制御装置を示すブロッ
ク図、 第２図はディジタルシステムに使用されたときの半導体
レーザの光出力特性を示すグラフである。 １０φ・・レーザ １２・・・フォトダイオード １３・・・アナログ・ディジタルコンバータ１４・・・
マイクロプロセ′／す・コントび一う１６・・・ディジ
タル・アナログコンバータ２２・・・Ｄ／Ａコンバータ ２４・・・電圧制御電流源

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、バイアス電流をレーザに供給する手段と、該バイア
   ス電流をレーザしきい値より低い値からレーザしきい値
   より高い値に増加せしめる手段と、 ディジタルデータ群をレーザに供給する手段と、レーザ
   光の出力を監視する手段と、 を具備するディジタル転送システムに使用されるレーザ
   制御装置において、 バイアス電流データ（Ｉ）の関数として監視された光出
   力データ（Ｌ）をストアする手段、 （ｉ）該Ｌ−Ｉ曲線の２次導関数ｄ＾２Ｌ／ｄｌ＾２を
   求め、 （ｉｉ）該導関数において第１及び第２のピークを見つ
   ける、バイアス電流における第１のピークが、ディジタ
   ル「０」ではなくディジタル「１」がレーザ光を生成す
   る最も低いバイアス電流に相当し、第２のピークがディ
   ジタル「０」がレーザ光を生成する低いバイアス電流Ｉ
   ＿０に相当する 該ストアされたデータを処理する手段、及びＩ＿０もし
   くはＩ＿０に近いバイアス電流を設定する手段 を具備することを特徴とするレーザ制御装置。 ２、前記バイアス電流を供給するための手段はマイクロ
   プロセッサ・コントローラ、Ｄ／Ａコンバータ及びフィ
   ルター要素を含む特許請求の範囲第１項記載のレーザ制
   御装置。 ３、前記バイアス電流を増加するための手段はマイクロ
   プロセッサ・コントローラに等しい電流間隔でＤ／Ａコ
   ンバータの出力を変化するように動作するサブルーチン
   を含む特許請求の範囲第２項記載のレーザ制御装置。 ４、前記レーザ光の出力を監視するための手段は元来の
   レーザ出力光がレーザの前面から光学的導波管に向けら
   れ、レーザの背面からの光を受信するように位置づけら
   れたフォトダイオードを含む特許請求の範囲第１項記載
   のレーザ制御装置。 ５、前記光出力を監視するための手段はフォトダイオー
   ドからの入力とマイクロプロセッサ・コントローラへの
   出力をもつＡ／Ｄコンバータを含む特許請求の範囲第４
   項記載のレーザ制御装置。 ６、前記監視された光出力データ（Ｌ）とバイアス電波
   データ（Ｉ）をストアする手段はマイクロプロセッサ・
   コントローラ内のメモリ領域である特許請求の範囲第５
   項記載のレーザ制御装置。 ７、前記Ｉ＿０もしくはＩ＿０に近いバイアス電流を設
   定する手段は前記レーザ光の出力を監視するための手段
   からマイクロプロセッサ・コントローラへの入力に応答
   してＤ／Ａコンバータの出力を設定するように働くマイ
   クロプロセッサ・コントローラ内のサブルーチンである
   特許請求の範囲第３項記載のレーザ制御装置。 ８、平均的な監視された光出力レベルに相当するデータ
   と所望の平均光出力レベルを示すデータとを比較する比
   較器及び平均的な監視された光出力を該所望のレベルに
   設定するために供給されたディジタルデータ群のピーク
   ・トウ・ピークレベルを調整する手段を含む特許請求の
   範囲第１項記載のレーザ制御装置。 ９、バイアス電流をレーザに供給することと、該バイア
   ス電流をレーザしきい値より低い値からレーザしきい値
   より高い値に増加せしめることと、 ディジタルデータ群をレーザに供給することとレーザ光
   の出力を監視することと を含むディジタル転送システムに使用される半導体レー
   ザを制御する方法において、 バイアス電流データ（Ｉ）の関数として監視された光出
   力データ（Ｌ）をストアし、 （ｉ）該Ｌ−Ｉ曲線の２次導関数（ｄ＾２Ｌ／ｄＩ＾２
   ）を求め、 （ｉｉ）該導関数において第１及び第２のピークを見つ
   ける、バイアス電流における第１のピークがディジタル
   「０」ではなく、ディジタル「１」がレーザ光を生成す
   る最も低いバイアス電流に相当し、第２のピークが、デ
   ィジタル「０」がレーザ光を生成する低いバイアス電流
   Ｉ＿０に相当する該ストアされたデータを処理する手段
   、及び Ｉ＿０もくしはＩ＿０に近いバイアス電流を設定するこ
   とを具備することを特徴とする方法。