KR100545589B1 - 레이저 다이오드의 특성 보상 장치 및 이를 구비한 광송신기 - Google Patents

레이저 다이오드의 특성 보상 장치 및 이를 구비한 광송신기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 레이저 다이오드의 특성 보상 장치 및 이를 구비한 광 송신기에 관한 것으로, 본 발명에 따른 레이저 다이오드의 특성 보상 장치는 레이저 다이오드에서 출력되는 광파워를 검출하여 전압으로 변환하는 광 출력 검출부; 전압의 최대 레벨을 검출하고, 최대 레벨과 제1기준전압의 차에 해당하는 제1제어값을 출력하는 바이어스 전류 제어부; 전압의 최소 레벨을 검출하고, 최소 레벨과 제2기준전압의 차에 해당하는 제2제어값을 출력하는 변조 전류 제어부; 및 제1 및 제2제어값에 따른 구동전류를 레이저 다이오드로 출력하는 레이저 다이오드 구동부를 포함하여, 레이저 다이오드에서 일정한 레벨의 광파워가 출력되도록한다.

Description

레이저 다이오드의 특성 보상 장치 및 이를 구비한 광 송신기{Apparatus for compensating charateristics of laser diode and optical transmitter comprising it}
도 1은 본 발명에 따른 레이저 다이오드의 특성 보상 장치 및 이를 구비한 광 송신기의 구조를 도시한 것이다.
도 2는 레이저 다이오드의 일반적인 온도 특성을 도시한 것이다.
도 3은 종래의 레이저 다이오드의 특성 보상 장치 및 이를 구비한 광 송신기의 구조를 도시한 것이다.
본 발명은 레이저 다이오드의 특성 보상 장치 및 이를 구비한 광 송신기에 관한 것으로, 특히 온도변화에 따른 레이저 다이오드의 특성 변화를 보상하는 장치 및 이를 구비한 광 송신기에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 레이저 다이오드의 특성 곡선은 주변 온도가 상승할수록 문턱전류 Ith가 증가하고, 전류-광출력 곡선의 기울기 η가 줄어든다. 도 2는 이러 한 레이저 다이오드의 특성을 도시한 것이다. 도 2(a)의 경우는 도 2(b)의 경우보다 온도가 낮은 경우이다. 참조번호 20-1, 20-2는 각각 레이저 다이오드의 평균 파워를 나타내고, 21-1, 21-2는 출력 광펄스의 진폭을 나타내며, 22-1, 22-2는 각각 T1, T2에서의 문턱치 전류를 나타낸다. 23, 24는 각각 레이저 다이오드로 입력되는 바이어스 전류 및 변조전류 신호를 나타낸다.
도시된 바에 따르면, 온도가 상승할수록 곡선의 기울기가 감소하고, 그에 따라 광 파워 레벨도 감소한다. 따라서 디지털적으로 '1'레벨과 '0'레벨에 해당하는 광파워의 비로 정의되는 소광비(extinction ratio) P1/P0도 감소하여 온도가 높아질수록 전송효율이 낮아지게된다. 광통신용 송신 모듈의 경우, 국제전기통신 규격상 소광비가 8~10 dB이상으로 되어있기 때문에, 반도체 레이저 다이오드의 온도 특성상 특정 온도 범위내에서는 이 규격을 충족하는데 문제가 생길 수 있다. 또한 광 수신기에서 수신이 용이하도록 하기위해서는 '1'레벨과 '0'레벨에 해당하는 레이저 다이오드의 출력 파워 P1과 P0가 온도변화에 무관하게 일정한 출력을 보여야한다. 그러므로, 온도변화에 대해서 일정한 소광비와 일정한 광 출력파워를 제공하기위해서는 반도체 레이저 다이오드의 바이어스 전류와 변조전류를 제어할 수 있어야만 한다.
이를 위하여 종래에는 도 3에 도시된 것과 같은 장치를 채택하여 변조전류 및 바이어스 전류를 조절하였다. 도시된 바에 따르면, 레이저 다이오드(LD)에서 광신호가 출력되면, 포토 디텍터(PD)에서 이를 감지하여 전기신호로 변환한다. 바이 어스 전류 제어부(30)는 각각 D1 및 D2의 정(positive), 부(negative) 피크 감지기를 통해 피크레벨 차를 감지하고, 감지된 레벨 차를 "1"레벨 저항 R1을 통해 전달되는 제1기준전압 Vref1과 비교한 후 LD의 바이어스 전류를 제어한다. 변조전류 제어부(31)는 평균 광출력 설정 저항 R2를 통해 전달되는 제2기준전압 Vref2를 PD의 출력과 비교하여 변조전류를 제어한다.
그러나, 상기한 바와 같은 평균 광출력값에 의한 레이저 다이오드의 바이어스 전류제어 방식은 레이저 다이오드의 특성 곡선의 기울기가 온도에 따라 차이가 심할 경우 소광비가 급격하게 변화되기때문에 완전한 온도보상을 기대하기가 어렵다.
본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 온도 변화에 따라 레이저 다이오드의 바이어스 전류를 변화시켜서 레이저 다이오드의 출력 광파워를 일정하게하는 레이저 다이오드의 특성 보상 장치 및 이를 구비한 광 송신기를 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 이루기위한, 본 발명은 레이저 다이오드에서 일정한 레벨의 광파워가 출력되도록하는 레이저 다이오드의 특성 보상 장치에 있어서, 상기 레이저 다이오드에서 출력되는 광파워를 검출하여 전압으로 변환하는 광 출력 검출부; 상기 전압의 최대 레벨을 검출하고, 상기 최대 레벨과 제1기준전압의 차에 해당하는 제1제어값을 출력하는 바이어스 전류 제어부; 상기 전압의 최소 레벨을 검출하고, 상기 최소 레벨과 제2기준전압의 차에 해당하는 제2제어값을 출력하는 변조 전류 제어부; 및 상기 제1 및 제2제어값에 따른 구동전류를 상기 레이저 다이오드로 출력하는 레이저 다이오드 구동부를 포함한다.
상기 기술적 과제를 이루기위한, 본 발명은, 전송하고자하는 데이터를 광신호로 변환하여 전송하는 광 전송기에 있어서, 소정 구동전류에 따라 광신호를 출력하는 레이저 다이오드; 및 상기에 따른 레이저 다이오드의 특성 보상 장치를 포함한다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 레이저 다이오드의 특성 보상 장치 및 이를 구비한 광 송신기에 대한 구조를 도시한 것이다.
도시된 레이저 다이오드의 특성 보상 장치는 광 출력 검출부(2), 바이어스 전류 제어부(3) 및 변조 전류 제어부(4)를 구비하고, 광 송신기는 상기 특성 보상 장치에 의해 구동 전류값이 조절되는 레이저 다이오드(1)와 입력 데이터에 따라 상 기 레이저 다이오드(1)를 구동하는 레이저 구동부(5)를 포함한다.
광 출력 검출부(2)는 포토 디텍터(photo detector, 2-1), 저항(2-2) 및 상기 저항(2-2)과 병렬로 연결되는 전치 증폭기(Trans-Impedance Amplifier, TIA, 2-3)를 구비한다. 상기 포토 디텍터(2-1)는 레이저 다이오드(1)에서 펄스 형태로 출력되는 광신호를 감지하여 전류로 변환한다. 상기 저항(2-2) 및 TIA(2-3)는 포토 디텍터(2-1)에서 출력되는 전류를 전압으로 변환한다. 예를 들어, 포토 디텍터(2-1)에서 도 2의 P0에 해당하는 전류 레벨을 검출하면, 저항(2-2) 및 TIA(2-3)는 이를 반전하여 최대 전압 레벨로 변환한다.
바이어스 전류 제어부(3)는 탑 홀더(top holder, 3-1)와 자동 파워 제어기(Automatic Power Controller, APC, 3-2)를 구비한다. 변조 전류 제어부(4)는 바텀 홀더(bottom holder, 4-1)와 자동 변조 제어기(Automatic Modulation Controller, AMC, 4-2)를 구비한다. 상기 탑 홀더(3-1)와 바텀 홀더(4-1)는 TIA(2-3)에 의해 출력되는 펄스 형태의 전압에 대해 최대 및 최소 전압 레벨을 각각 감지하고, 감지된 전압 레벨을 소정 시간동안 유지하여 출력한다. APC(3-2) 및 AMC(4-2)로는 연산 증폭기가 적절하다.
APC(3-2)는 탑 홀더(3-1)에서 출력되는 최대 전압 레벨에 해당하는 DC값과 제1기준전압 REF1을 입력받아서 비교하고, AMC(4-2)는 바텀 홀더(4-2)에서 출력되는 최소 전압 레벨에 해당하는 DC값과 제2기준전압 REF2을 입력받아서 비교하며, 각각 그 차를 적절하게 증폭한 제어값을 레이저 다이오드 구동부(5)에 출력한다. 레이저 다이오드 구동부(5)는 전송하고자하는 데이터 및 두 제어부(3, 4)로부터 출력되는 제어값들에 따라 적절한 구동전류를 레이저 다이오드(1)에 출력한다. 레이저 다이오드(1)는 레이저 다이오드 구동부(5)에서 출력되는 구동전류에 따라 그 출력 파워가 조절됨으로써 일정한 레벨의 광파워를 출력하게된다. 여기서, REF1 및 REF2는 외부에서 주어지는 기준전압들이다.
상기 구성에 의한 바이어스 전류의 제어 과정을 예로 들어 설명하면 다음과 같다. 레이저 다이오드(1)의 온도가 증가하면 도 2에 도시된 바와 같이 P0레벨이 감소하게 되고, 그에 따라 탑 홀더(3-1)가 감지하는 전압레벨은 REF1보다 커지게 된다. APC(3-2)는 입력되는 값들의 차에 해당하는 만큼의 제어값을 출력하고, 레이저 다이오드 구동부(5)는 상기 제어값만큼 바이어스 전류를 증가시킨다. 그에 따라 레이저 다이오드(1)에서 출력되는 P0레벨이 끌어올려진다. 따라서 사용되는 레이저 다이오드에 관계없이 기준전압을 설정해놓으면 피드백에 의해 P0레벨이 일정 수준 이하로 떨어지지 못하게할 수 있다.
동일한 원리로 AMC(4-2)의 경우에도 REF2과 동일한 전압을 제공하게하여 레이저 다이오드(1)의 P1레벨이 떨어지지 못하게할 수 있다.
본 발명에 따르면, 외부에서 적절한 기준전압을 설정함으로써 레이저 다이오드의 특성에 관계없이 일정한 레벨의 광 파워를 얻을 수 있으므로, 보다 저렴한 가격과 방법으로 보다 안정적인 광통신용 송신모듈을 구현할 수 있다.

Claims (8)

  1. 레이저 다이오드에서 일정한 레벨의 광파워가 출력되도록하는 레이저 다이오드의 특성 보상 장치에 있어서,
    상기 레이저 다이오드에서 출력되는 광파워를 검출하여 전압으로 변환하는 광 출력 검출부;
    상기 전압의 최대 레벨을 검출하고, 상기 최대 레벨과 제1기준전압의 차에 해당하는 제1제어값을 출력하는 바이어스 전류 제어부;
    상기 전압의 최소 레벨을 검출하고, 상기 최소 레벨과 제2기준전압의 차에 해당하는 제2제어값을 출력하는 변조 전류 제어부; 및
    상기 제1 및 제2제어값에 따른 구동전류를 상기 레이저 다이오드로 출력하는 레이저 다이오드 구동부를 포함하는 레이저 다이오드의 특성 보상 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 광 출력 검출부는
    상기 레이저 다이오드에서 출력되는 광신호를 전류로 변환하는 광/전기신호 변환기;
    상기 광/전기신호 변환기의 출력을 반전하는 전치 증폭기; 및
    성기 전치 증폭기와 병렬로 연결되어 상기 전류를 전압으로 변환하는 저항을 구비하는 레이저 다이오드의 특성 보상 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 바이어스 전류 제어부는
    상기 광 출력 검출부에서 출력되는 전압 레벨중 상기 최대 레벨을 검출하는 탑 홀더; 및
    상기 탑 홀더의 출력과 상기 제1기준전압을 비교하여 그 차에 해당하는 제어값을 상기 레이저 다이오드 구동부로 출력하는 자동 파워 제어기를 구비하는 레이저 다이오드의 특성 보상 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 변조 전류 제어부는
    상기 광 출력 검출부에서 출력되는 전압 레벨중 최소 레벨을 검출하는 바텀 홀더; 및
    상기 바텀 홀더의 출력과 상기 제2기준전압을 비교하여 그 차에 해당하는 제어값을 상기 레이저 다이오드 구동부로 출력하는 자동 변조 제어기를 구비하는 레이저 다이오드의 특성 보상 장치.
  5. 전송하고자하는 데이터를 광신호로 변환하여 전송하는 광 전송기에 있어서,
    소정 구동전류에 따라 광신호를 출력하는 레이저 다이오드; 및
    상기 제1항 내지 제4항중의 어느 한 항에 의한 레이저 다이오드의 특성 보상 장치를 포함하는 광 전송기.
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