KR102037548B1

KR102037548B1 - 레이저 다이오드 드라이버의 성능을 향상시키는 임의 파형 생성기

Info

Publication number: KR102037548B1
Application number: KR1020147026156A
Authority: KR
Inventors: 에드워드 스티븐 풀커슨 주니어
Original assignee: 로렌스 리버모어 내쇼날 시큐리티, 엘엘시
Priority date: 2012-02-22
Filing date: 2013-02-21
Publication date: 2019-10-28
Also published as: US9178334B2; KR20140129215A; WO2013172900A3; JP2015508242A; EP2817857B1; JP6175079B2; EP2817857A2; EP2817857A4; US20150036707A1; WO2013172900A2

Abstract

임의 파형 생성기는, 오버슈팅/언더슈팅을 감소시키기 위하여 레이저 다이오드 드라이버 회로로의 입력 신호를 수정하며, 레이저 다이오드 드라이버 회로에 "평탄한 상부"의 신호를 제공한다. 입력 신호는, 원래의 신호가 레이저 다이오드에 인가된 후에 상기 레이저 다이오드에 흐르는 실제 전류를 측정함으로써, 원래 수신된 신호와 레이저 다이오드로부터의 피드백 신호에 기초하여 수정된다.

Description

레이저 다이오드 드라이버의 성능을 향상시키는 임의 파형 생성기{ARBITRARY WAVEFORM GENERATOR TO IMPROVE LASER DIODE DRIVER PERFORMANCE}

[본 출원에 관한 상호 참조]

본 출원은 미국 특허법 35 USC §119(e)에 의해 2012.2.22. 출원된 미국 임시 출원 제61/602037호에 기초한 우선권을 주장하며, 그 내용은 모든 목적을 위해 참조에 의해 본 출원에 편입시킨다.

[미합중국 연방 정부의 지원에 의한 연구 또는 개발에 의해 창출된 발명에 대한 권리의 주장]

미합중국 정부는, 로렌스 리버모어 내쇼날 래보러토리(Lawrence Livermore National Laboratory)의 운영에 관한, 미합중국 에너지부(United States Department of Energy)와 로렌스 리버모어 내쇼날 시큐리티, 엘엘시(Lawrence Livermore National Security, LLC) 간의 계약 DE-AC52-07NA27344호에 따라 본 발명에 대한 권리를 갖는다.

고 평균 전력 다이오드 펌프 레이저(high average power diode pumped laser)가 레이저 시스템에 사용되거나 설계에 포함되는 수가 점차 증가하고 있다. 다이오드 펌프 고체 상태 레이저(diode-pumped solid state laser; DPSSL)는 레이저 포이터로부터 핵융합 엔진에 이르기까지 다양한 응용(application)에 사용되고 있다. 다수의 그러한 레이저가 매우 높은 정밀도로 제어되는 응용에서는, 레이저를 제어하는 통상적인 수단들이 비효율적이라는 것이 증명되고 있다.

대규모의 다이오드 펌프 고체 상태 레이저(DPSSL)를 제어하는 방법 및 시스템에 있어서 진보가 있었음에도 불구하고, 개별 레이저 다이오드 및 대규모 DPSSL 어레이(array)를 정밀하게 제어하는 것과 관련된 개선된 방법 및 시스템에 대한 요구가 본 기술 분야에서 제기되어 왔다.

본 발명의 실시예는 일반적으로 레이저 다이오드의 동작(operation)에 관련된 것이다. 특히, 본 발명의 특정 실시예는 임의 파형 생성기(arbitrary waveform generator)를 사용하여 레이저 다이오드를 동작시키기 위한 특정한 방법을 제공한다. 본 명세서에 개시된 기술 사상을 사용하면, 레이저 다이오드의 출력에 영향을 미치도록 레이저 다이오드에 인가되는 전류를 동적으로 변화시킬 수 있다. 다시 말하면, 본 명세서에 개시된 기술 사상에 의하면 레이저 다이오드에 인가되는 전류의 정밀한 제어가 가능하며, 레이저 다이오드로부터 바람직한 출력을 얻기 위해 주어진 임의의 시간에 걸쳐 시간의 작은 증가분(increment)(예컨대, 몇 마이크로 초)에서 인가 전류를 변화시킬 수 있는 능력이 제공된다. 이로 인하여, 레이저 다이오드의 동작에 더욱 큰 유연성이 달성되며, 시간에 걸쳐 레이저 다이오드로부터의 가변 출력을 필요로 할 수도 있는 응용에 대하여 이 시스템이 특별히 적합하게 된다. 또한, 여기에서 개시된 시스템은 자기 보정 피드백 메커니즘(self-correcting feedback mechanism)을 포함하기 때문에, 상기 시스템은 실질적으로(virtually) 자기 조절 가능하게 되며, 따라서 더욱 높은 신뢰성과 정확도를 갖게 된다.

본 발명의 특정 실시예에 의하면, 레이저 다이오드를 동작시키는 방법이 제공된다. 상기 방법은 특정 제어 회로에 의하여 수행될 수 있으며, 전류 펄스의 디지털 서술(digital description)을 수신하는 단계를 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 디지털 서술은, 전류 수준(current level), 지속 기간(duration) 및 레이저 다이오드에 인가되는 전류의 변조(modulation)에 관한 정보를 포함한다. 상기 방법은 또한, 상기 전류 펄스의 디지털 서술에 대응하는 아날로그 구동 신호(analog drive signal)을 생성하는 단계와, 상기 아날로그 구동 신호를 레이저 다이오드 구동 회로에 전달하는 단계를 더 포함한다. 그리고나서, 상기 방법은, 상기 아날로그 구동 신호의 인가에 따라 상기 레이저 다이오드를 통한 전류 흐름을 지시하는 정보를 수신하는 단계와, 상기 전류 펄스의 디지털 서술 및 상기 레이저 다이오드를 통한 전류 흐름을 지시하는 정보에 기초하여 상기 전류 펄스에 관한 새로운 디지털 서술을 생성하는 단계를 더 포함한다. 그리고나서, 상기 전류 펄스의 새로운 디지털 서술에 대응되는 새로운 아날로그 구동 신호가 생성되어 상기 레이저 다이오드 구동 회로에 제공된다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 레이저 다이오드의 동작을 제어하는 다른 방법이 제공된다. 상기 방법은, 레이저 다이오드에 인가될 전류 펄스를 지시하는 제1 디지털 정보를 수신하는 단계를 포함한다. 상기 전류 펄스는 크기(amplitude), 지속 기간 및 변조를 포함할 수 있다. 상기 크기는 피크 전류값(peak current value)을 지시하며, 상기 지속 기간은, 상기 레이저 다이오드에 상기 전류값이 인가될 시간 동안을 가리킨다. 상기 방법은, 상기 제1 디지털 정보에 대응되는 제1 아날로그 구동 신호를 생성하는 단계와, 상기 레이저 다이오드에 연결된 레이저 다이오드 드라이버(laser diode driver)에 상기 제1 아날로그 구동 신호를 제공하는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은, 또한, 레이저 다이오드에 인가될 새로운 전류 펄스를 지시하는 제2 디지털 정보를 수신하는 단계를 더 포함한다. 상기 제2 디지털 정보는, 상기 제1 디지털 정보와, 상기 레이저 다이오드에 상기 전류값이 인가될 때 상기 레이저 다이오드를 통해 흐르는 실제 전류에 기초한다. 상기 방법은, 상기 제2 디지털 정보에 대응되는 제2 아날로그 구동 신호를 생성하는 단계와, 상기 레이저 다이오드에 연결된 상기 레이저 다이오드 드라이버에 상기 제2 아날로그 구동 신호를 제공하는 단계를 더 포함한다. 특정 실시예에 의하면, 상기 방법은 이후의 사용을 위하여 상기 제2 디지털 서술을 메모리에 저장하는 단계를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 본 발명의 방법은 임의 파형 생성기를 포함하는 제어 회로에 의하여 수행된다. 본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 레이저 다이오드를 통해 흐르는 실제 전류는 레이저 다이오드에 연결된 전류 측정 장치를 사용하여 측정된다. 전류 측정 장치의 한 예는 저항이다. 본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 레이저 다이오드로부터 출력된 빛을 포착하기 위하여 포토다이오드(photodiode)가 사용될 수 있으며, 그에 기초하여 상기 제어 회로는 상기 레이저 다이오드를 통해 흐르는 전류를 판정할 수 있다. 본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 비임 제어 유닛(beam control unit)이, 상기 레이저 다이오드에 상기 전류값이 인가될 때 상기 레이저 다이오드를 통해 흐르는 실제 전류에 관한 정보를 수신한다. 그 다음에, 상기 비임 제어 유닛은, 상기 레이저 다이오드를 통해 흐르는 실제 전류가 상기 레이저 다이오드에 인가된 전류값과 실질적으로 같지 않다는 것을 판정하고, 상기 레이저 다이오드에 인가될 새로운 전류 펄스를 지시하는 제2 디지털 정보를 생성한다.

본 발명의 일부 실시예에 의하면, 레이저 다이오드를 동작시키기 위한 시스템이 제공된다. 상기 시스템은, 제어 회로, 상기 제어 회로에 연결된 레이저 다이오드 드라이버 회로, 상기 레이저 다이오드 드라이버 회로에 연결된 레이저 다이오드 및 상기 레이저 다이오드에 연결된 전류 측정 장치를 포함한다. 상기 전류 측정 장치는, 상기 레이저 다이오드를 통한 전류 흐름을 측정할 수 있거나, 또는 상기 레이저 다이오드로부터의 광 출력을 포착할 수 있으며, 이는 상기 레이저 다이오드를 통해 흐르는 전류를 판정하는데 사용될 수 있다. 이 시스템에서, 상기 제어 회로는 상기 레이저 다이오드에 인가될 전류 펄스를 위한 제1 디지털 정보를 수신할 수 있다. 상기 전류 펄스는, 고정 또는 가변 크기 및 지속 기간을 가질 수 있으며, 여기서 상기 크기는 전류값을 지시하며 상기 지속 기간은 상기 전류값이 상기 레이저 다이오드에 인가될 시간 동안을 가리킨다. 상기 제어 회로는, 상기 제1 디지털 정보에 대응되는 제1 아날로그 구동 신호를 생성할 수 있으며, 상기 레이저 다이오드 드라이버 회로에 상기 제1 아날로그 구동 신호를 제공할 수 있다. 또한, 상기 제어 회로는, 비임 제어 유닛으로부터, 상기 레이저 다이오드에 인가될 새로운 전류 펄스를 지시하는 제2 디지털 정보를 수신할 수 있다. 본 발명의 일부 실시예에 의하면, 상기 제2 디지털 정보는 상기 제1 디지털 정보 및 상기 전류 측정 장치에 의하여 판정된 것으로서 상기 레이저 다이오드를 통해 흐르는 실제 전류에 기초할 수 있다. 그 다음에, 상기 제어 회로는, 상기 제2 디지털 정보에 대응되는 제2 아날로그 구동 신호를 생성할 수 있으며, 상기 레이저 다이오드에 인가되도록 상기 레이저 다이오드 드라이버 회로에 상기 제2 아날로그 구동 신호를 제공할 수 있다. 본 발명의 특정 실시예에 의하면, 상기 제어 회로는 상기 전류 측정 장치로부터 수신된 입력에 기초하여 상기 제2 디지털 정보를 스스로 생성할 수 있다.

본 발명의 일부 실시예에 의하면, 상기 시스템은 또한, 상기 제1 디지털 정보 및 상기 제2 디지털 정보를 생성할 수 있는 비임 제어 시스템을 포함한다. 상기 비임 제어 시스템은, 상기 전류 측정 장치로부터, 상기 레이저 다이오드를 통해 흐르는 실제 전류에 관한 정보를 수신할 수 있고, 적어도 일부분은 상기 레이저 다이오드를 통해 흐르는 실제 전류에 관한 정보에 기초하여 상기 제2 디지털 정보를 생성할 수 있다.

첨부된 도면과 함께 이하의 상세한 설명에서 본 발명의 본질과 이점에 관한 더욱 상세한 설명을 제공한다.

도 1은, 본 발명의 일 실시예에 의한 레이저 다이오드를 제어하는 시스템의 기능적 블록도를 도시한 도면이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 의한 레이저 다이오드의 복수의 어레이(array)를 제어하는 시스템의 블록도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 의한 광학적 수신기(optical receiver)에 의하여 수신된 데이터의 포맷(format)을 나타낸 표이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 의한 레이저 다이오드를 제어하는 프로세스의 흐름도이다.
도 5는, 본 발명의 실시예를 사용하지 않고 동작시킨 레이저 다이오드를 통한 전류 흐름을 도시한 그래프이다.
도 6은, 본 발명의 일 실시예에 의한 레이저 다이오드를 동작시키는 회로의 블록도이다.
도 7은, 본 발명의 일 실시예에 의한 레이저 다이오드를 동작시키는 프로세스의 흐름도이다.
도 8은, 본 발명의 실시예를 사용하여 동작시킨 레이저 다이오드를 통한 전류 흐름을 도시한 그래프이다.
도 9는, 통상적으로 동작시킨 레이저 다이오드와 본 발명의 실시예에 의한 기술을 이용하여 동작시킨 레이저 다이오드 사이의 전류 흐름의 비교를 도시한 도면이다.
도 10은, 통상적인 구동 신호와 본 발명의 실시예에 의한 도 6 및/또는 도 12에 도시된 회로에 의하여 출력된 구동 신호의 비교를 도시한 도면이다.
도 11은, 도 10에 도시된 구동 신호의 일 부분의 상세도이다.
도 12는, 본 발명의 다른 실시예에 의한 레이저 다이오드를 구동하는 회로의 블록도이다.
도 13a와 도 13b는, 본 발명의 다른 실시예에 의한 레이저 다이오드를 구동하는 프로세스를 도시한 흐름도이다.
도 14는, 본 발명의 일 실시예에 의한 레이저 다이오드를 통해 흐르는 전류 펄스가 시간에 걸쳐 동적으로 변화하는 것을 도시한 도면이다.
도 15a, 도 15b, 도 15c, 도 15d, 도 15e, 도 15f, 도 15g 및 도 15h는, 본 발명의 일 실시예에 의한 시스템을 동작시키는데에 사용될 수 있는 프로그램 코드의 일례를 도시한 도면이다.

본 발명의 실시예는 일반적으로 레이저에 관련된다. 본 발명의 일부 실시예에 의하면, 어레이(array)의 각 레이저 다이오드를 정밀하게 동작(operation)시키기 위하여, 개별 레이저 다이오드 또는 레이저 다이오드의 어레이를 제어하는 방법 및 시스템이 제공된다.

내부 융합 엔진(Internal Fusion Engine; IFE)에 사용될 수 있는 레이저 증폭기의 펌핑(pumping)에 사용되는 고 평균 전력 다이오드 레이저 어레이(high average power diode laser array)는, 정밀한 전류, 펄스 레이트(pulse rate) 및 듀티 팩터(duty factor)로 레이저 다이오드 어레이에 펄스를 인가하기 위하여 전력 조절 시스템(power conditioning system)을 사용한다. IFE 발전소(power plant)에서 최적의 상태를 생성하기 위하여, 어레이의 레이저 다이오드를 시동(trigger)하는 전류 수준, 펄스 레이트 및 타이밍을 정밀하게 제어할 필요가 있다.

통상적으로, 어레이의 각 레이저 다이오드는, 레이저를 발진시킬 때를 지시하는 신호와 함께 레이저 다이오드에 제공될 전류 수준과 전류 펄스가 레이저 다이오드에 인가될 지속 시간(duration)('펄스 레이트'라고도 알려져 있음)을 제공하는 중앙 제어 시스템에 접속된다. 유선 기반 신호 발신 시스템(wired-based signaling system)은 그에 연관된 특정의 대기 시간(latency)을 갖는다. 대기 시간(latency)은 시스템에 나타나는 시간 지연의 양이다. 레이저 다이오드 시스템에 있어서, 종단간 대기 시간(end-to-end latency)은, 레이저 제어기와 레이저 다이오드 사이의 제어 신호 전송에 연관된 지연, 제어 신호를 처리하기 위한 레이저 다이오드 드라이버의 처리 시간 및 레이저 드라이버로부터 전류를 수신하고 제어 신호에 포함된 파라미터에 기초하여 레이저 비임을 출력하는데에 연관된 지연 등이 포함된다. 또한, 시스템이 노후화하면서 이러한 대기 시간은 증가할 수 있으며, 그리하여 레이저 다이오드의 동작/출력을 정밀하게 제어하기 위하여 제어 신호를 일정하게 조정할 필요가 발생한다.

IFE 발전 응용에 있어서, 융합 반응이 개시되기 위한 최적의 에너지를 제공하기 위하여 모든 레이저 다이오드가 동시에 발진하는 것이 바람직하다. 만약 레이저 다이오드가 모두 동시에 발진하지 않는다면, 더 적은 에너지가 융합 엔진에 공급되는 결과를 낳고, 융합 반응의 실패로 귀결된다. 유선 기반 시스템이 노후화됨에 따라, 시스템의 종단간 대기 시간이 변화할 뿐만 아니라, 각 레이저 다이오드로의 개별 접속 사이의 대기 시간도 변화하게 되며, 이러한 레이저 다이오드에 대한 정밀한 동작 파라미터를 유지하는 것도 어렵게 만든다. 또한, 레이저 다이오드로부터의 출력이 크게 변화하는 것은 융합 반응에 부정적인 영향을 줄 수 있으므로, 레이저 다이오드의 출력을 좁은 허용 범위 이내에서 제어하는 것이 바람직하다.

본 발명의 실시예에 의하면, 각 레이저 다이오드의 트리거 시간(trigger time)과 다른 동작 파라미터를 제어하기 위하여 광학적 제어 메커니즘이 제공된다. 통상의 방법에 비하여 본 발명의 실시예에 의하여 많은 이점이 실현된다. 레이저 다이오드의 현재 실제 전류 흐름을 능동적으로 감지함으로써, 오버슈팅(overshooting)/언더슈팅(undershooting)을 방지하도록 각각의 개별 레이저 다이오드로의 입력이 개별화(customized)될 수 있으며, 그리하여 활성 기간 동안 각 레이저 다이오드로부터 더욱 균일한 출력이 제공될 수 있다.

일부 고 전력 레이저 시스템에 있어서, 레이저 다이오드는 800 암페어 또는 이를 초과하는 전력 수준에서 동작한다. 또한, 일부 응용에서, 레이저 다이오드는 10 ~ 300 회/초 가동된다. 이러한 높은 전류 수준 및 동작 주파수에서, 레이저 다이오드는 전류의 변화에 매우 민감하다. 만약 인가된 전류가 레이저 다이오드가 활성화되었을 때마다 매우 적은 양일지라도 과잉 공급된다면, 레이저 다이오드가 스트레스로 인하여 조기에 고장 나는 결과로 이이질 수 있다. 각 어레이에는 500개 이상의 레이저 다이오드가 존재할 수 있으므로, 레이저 다이오드의 높은 고장률은 용납될 수 없다. 여기에 개시된 기술 사상은 레이저 다이오드를 위한 더욱 신뢰성 높고 강력한 제어 시스템을 제공한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 레이저 다이오드 시스템 100의 블록도이다. 상기 시스템 100은, 비임 제어 서브 시스템 102, 신호 생성기 104, 광학적 송신기(optical transmitter) 106, 광학적 수신기(optical receiver) 108, 레이저 다이오드 드라이버 110 및 레이저 다이오드 112를 포함한다.

비임 제어 서브 시스템 102는, 레이저 다이오드 112에 의하여 출력되는 레이저 비임에 대한 파라미터를 제어하도록 구성된다. 본 발명의 일부 실시예에 의하면, 비임 제어 서브 시스템 102는, 레이저 다이오드에 인가될 전류와 상기 레이저 다이오드에 전류 펄스가 인가될 지속 시간을 판정할 수 있다. 다시 말하면, 비임 제어 서브 시스템 102는, 레이저 다이오드 112에 의하여 출력될 레이저 비임의 출력 전력 수준과, 레이저 비임이 레이저 다이오드 112에 의하여 출력되는 지속 시간을 판정할 수 있다. 예를 들어, 레이저 다이오드 112에 인가되는 전류는 약 200 암페어일 수 있으며, 전류 펄스의 지속 시간은, 두 개의 연속하는 전류 펄스들 사이에 60 밀리초까지의 시간 간격(interval)을 두고 300 마이크로초까지 될 수 있다. 본 발명의 실시예에 의하면, 비임 제어 서브 시스템 102는 각 개별 레이저 다이오드 112의 전류 및/또는 펄스 폭을 조정하는데에 사용될 수 있다. 이렇게 함으로써, 전체 다이오드 어레이의 광학적 출력을 바람직한 수준에서 일정하게 유지하는데에 도움이 될 수 있다. 각 레이저 다이오드 112의 출력을 제어하는 능력은 시간에 걸쳐 다이오드 또는 다이오드 어레이가 열화되는 것에 대한 조정에 도움이 된다. 본 발명의 일부 실시예에 의하면, 비임 제어 서브 시스템 102는, 전류 수준과 펄스 지속 기간 정보를 신호 생성기 104에 전달할 수 있다. 본 발명의 일부 실시예에 의하면, 비임 제어 서브 시스템은, 전력 수준과 지속 기간을 판정하기 위하여 하나 또는 그 이상의 외부 시스템과 통신하는 제어 및 처리 회로를 포함할 수 있다.

신호 생성기 104는, 예컨대 자이링크스 잉크(Xilinx Inc.)로부터 입수 가능한 필드 프로그래머블 게이트 어레이(field programmable gate array; FPGA)와 같은 일반적으로 입수 가능한 광학적 신호 생성기를 사용하여 구현될 수 있다. 신호 생성기는, 아날로그 또는 디지털 도메인의 어느 한쪽에서 반복적이거나 반복적이지 않은 전자 신호를 생성하는 전자 장치이다. 본 발명의 일부 실시예에 의하면, 신호 생성기 104는 비임 제어 서브 시스템 102로부터 입력을 수신하고, 이 입력에 기초하여 광학적 신호를 생성한다. 예를 들어, 신호 생성기는 비임 제어 서브 시스템 102로부터 전류 수준 및 펄스 지속 기간 정보를 수신하고, 상기 전류 수준 및 펄스 지속 기간 정보를 인코딩한 광학적 신호를 생성하고, 그 광학적 신호를 광학적 송신기 106에 전달한다. 본 발명의 일부 실시예에 의하면, 신호 생성기 104는 인코딩된 2상 데이터(bi-phase encoded data)를 포함하는 광학적 신호를 생성할 수 있다. 상기 인코딩된 2상 데이터는 전류 수준 및 지속 기간 정보를 포함할 수 있다. 이 실시예에 의하면, 상기 광학적 신호는 인코딩된 데이터를 전송하는 반송 신호로서 행동한다.

광학적 송신기 106은, 광학적 신호를 수신하고 그 광학적 신호를 송신할 수 있는 임의의 전송기일 수 있다. 본 발명의 일부 실시예에 의하면, 광학적 송신기는 적외선 포토다이오드(infrared photodiode)를 포함할 수 있다. 본 발명의 특정 실시예에 의하면, 오스람(OSRAM) SHF420 또는 SHF425와 같은 광학적 송신기가 사용될 수 있다. 그러나, 다른 형식의 광학적 송신기도 또한 성공적으로 사용될 수 있음을 주의하여야 한다. 본 발명의 일부 실시예에 의하면, 신호 생성기 104와 광학적 송신기 106은 하나의 집적된 유닛(integrated unit)으로서 구현될 수 있다.

광학적 수신기 108은, 전류 수준 및 지속 기간 정보를 추출하기 위하여 광학적 신호를 수신하고 그 광학적 신호를 디코딩(decoding)할 수 있는 임의의 통상적인 광학적 수신기를 사용하여 구현될 수 있다. 본 발명의 일부 실시예에 의하면, 광학적 수신기 108은 혼합 신호 마이크로제어기에 연결된 포토다이오드를 포함할 수 있다. 상기 포토다이오드는 광학적 신호를 수신하고, 상기 마이크로제어기는 상기 광학적 신호에 내장된 전류 수준과 펄스 지속 기간 정보를 판정하기 위하여 상기 광학적 신호에 포함된 데이터를 디코딩할 수 있다.

본 발명의 일부 실시예에 의하면, 광학적 수신기 108은 전류 수준 및 펄스 지속 기간 정보를 레이저 다이오드 드라이버 110에 전달할 수 있다. 레이저 다이오드 드라이버 110은, 바람직한 지속 기간 동안 인가될 전류 수준을 사용하여 레이저 비임을 생성하도록 상기 레이저 다이오드 112를 구동하는데 사용된다. 본 발명의 일부 실시예에 의하면, 상기 레이저 다이오드 드라이버 110은, 상기 광학적 수신기 108로부터 상기 전류 수준 및 펄스 지속 기간 정보를 수신하고, 그 정보를 이용하여 레이저 다이오드 112로 하여금 그러한 파라미터에 상응하는 레이저 비임을 생성하게 한다. 본 발명의 일부 실시예에 의하면, 레이저 다이오드 드라이버 110과 광학적 수신기 108은 하나의 구내에 패키지화될 수 있으며 상호 간에 연결될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 의하면, 광학적 수신기 108은 레이저 다이오드 드라이버 110에 물리적으로 부착될 수 있다. 본 발명의 일부 실시예에 의하면, 하나의 레이저 다이오드 드라이버가 하나의 레이저 다이오드를 제어할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 의하면, 하나의 레이저 다이오드 드라이버가 레이저 다이오드 막대기에 장착된 복수의 레이저 다이오드를 제어할 수 있다. 예를 들어, 레이저 다이오드 막대기는 50개까지의 레이저 다이오드를 포함할 수 있다. 레이저 다이오드 드라이버는 다이오드 타일(tile)로서 구성된 복수의 다이오드 막대기를 제어할 수 있다. 각 타일은 50개까지의 다이오드 막대기를 포함할 수 있다. 레이저 다이오드 드라이버는 또한 복수의 다이오드 타일을 제어할 수 있다. 하나의 다이오드 드라이버는 15개의 다이오드 어레이/타일을 제어할 수 있다. 본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 하나의 레이저 다이오드 드라이버는 레이저 다이오드의 어레이를 제어할 수 있다. 본 발명의 실시예에 사용된 레이저 다이오드의 상세에 관하여는 본 출원인에 의하여 2010.6.11.자로 출원되고 현재 출원에 계속중인 미국 특허 출원 제12/813662호에 개시되어 있으며, 그 내용은 모든 목적을 위하여 참조에 의하여 본 출원에 편입된다.

레이저 다이오드 드라이버 110은 레이저 다이오드 112에 연결된다. 레이저 다이오드 112는, 노스롭 그루먼 코포레이션 및 엔라이트 코포레이션 등을 포함하는 회사들로부터 상업적으로 입수 가능한 임의의 레이저 다이오드를 사용하여 구현될 수 있다. 본 발명의 일부 실시예에 의하면, 레이저 다이오드 112는, 레이저 다이오드 드라이버 110으로부터, 예컨대 50 마이크로초와 같은 특정 지속 기간 동안 전류를 수신하며, 이로 인해 레이저 다이오드 112는 상기 특정 지속 기간 동안 입력 전류에 기초한 레이저 비임을 출력하게 된다. 이러한 프로세스는 초당 300회까지 반복될 수 있으며, 레이저 다이오드 112의 펄스화 동작(pulsed operation)으로 귀결된다.

나아가, 비록 여기에서 특정 블록을 참조하며 시스템 100을 기술하고 있으나, 이러한 블록은 설명의 편의를 위하여 정의된 것으로서 구성 부품의 특정한 물리적 배치를 암시하기 위하여 정의된 것이 아님을 이해하여야 한다. 나아가, 상기 블록이 반드시 물리적으로 별개의 구성요소(component)에 대응될 필요는 없는 것이다. 블록들은, 예컨대 프로세서를 프로그램하거나 적절한 제어 회로를 제공함으로써 다양한 동작을 수행하도록 구성될 수 있으며, 다양한 블록들이 그 최초의 구성 방식에 따라 재구성될 수도 재구성되지 못할 수도 있다. 본 발명의 실시예들은 회로와 소프트웨어의 임의의 조합을 사용하여 구현된 전자 장치를 포함하는 다양한 장치에 의하여 실시될 수 있다.

상기한 바와 같이, 각 레이저 다이오드는, 레이저 비임을 출력하도록 레이저 다이오드를 구동하는 대응 레이저 다이오드 드라이버에 연결된다. 통상적인 시스템에 의하면, 각 레이저 다이오드 드라이버는 상기 비임 제어 서브 시스템으로 다시 유선 접속될 수 있다. IFE 형식 응용에 있어서, 소정의 바람직한 출력을 제공하도록 동시에 "발진(fired)"되거나 또는 "켜지는(turned on)" 레이저 다이오드 타일이 1000개까지 있을 수 있다. 상기한 바와 같이, 레이저 다이오드의 발진 시간에 대한 정밀한 제어가 중요하다. 또한, 모든 레이저 다이오드가 특정한 전력 수준 및 특정한 지속 기간으로 레이저 비임을 출력하는 것이 바람직하다. 이러한 막대한 수의 레이저 다이오드를 포함하는 시스템에서는, 일부 레이저 다이오드가 다른 레이저 다이오드에 비하여 "노화"되는 경우가 있다. 레이저 다이오드가 노화됨에 따라, 고정된 전류 입력에 대한 광 출력이 시간에 걸쳐 감소한다. 따라서, 동일한 전력 출력을 얻기 위해서 더 노화된 레이저 다이오드는 더 새로운 레이저 다이오드에 비해 더 높은 입력 전류 수준으로 구동될 필요가 있을 수 있다. 예를 들어, #12번 레이저 다이오드가 새것이며, #456번 레이저 다이오드는 수년간 동작해온 오래된 레이저 다이오드라 하자. 두 레이저 다이오드 모두 같은 어레이에 있거나 서로 다른 어레이에 있을 수 있다. 이 경우, 특정 전력을 갖는 레이저 비임을 출력하기 위하여, #12번 레이저 다이오드보다 #456번 레이저 다이오드에 더 많은 전류가 필요하게 될 수 있으며, #12번 레이저 다이오드는 동일한 전력 수준을 갖는 레이저 비임을 출력하기 위하여 #456번 레이저 다이오드에 비하여 더 적은 전류 또는 더 짧은 펄스 폭을 필요로 할 수도 있다. 그러므로, #456번 레이저 다이오드로 전송된 인코딩된 데이터는, #12번 레이저 다이오드로 전송된 인코딩된 데이터와는 서로 다른 파라미터를 포함할 것이다.

1000개 또는 그에 가까운 개수의 모든 레이저 다이오드가 동일한 또는 실질적으로 동일한 출력 전력 수준으로 레이저 비임을 출력하도록 보장하기 위하여, 상기한 바와 같이 일부 레이저 다이오드는 다른 것과 다른 전류 입력 또는 펄스 폭 입력을 필요로 할 수 있다. 각 레이저 다이오드가 개별적으로 제어될 수 있다는 것을 보장하기 위하여, 레이저 다이오드와 연관된 레이저 다이오드 드라이버에 고유한 주소(address)가 할당될 수 있다. 본 발명의 일부 실시예에 의하면, 광학적 신호는 레이저 다이오드 드라이버와 연관된 고유한 주소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 각 레이저 다이오드 드라이버는 고유한 10 비트(bit)의 주소를 할당받을 수 있다. 전송된 광학적 신호는, 전류 수준 및 펄스 지속 기간 정보와 함께 레이저 다이오드 드라이버에 대한 10 비트의 주소를 포함할 수 있다. 광학적 수신기가 상기 광학적 신호를 수신하면, 상기 주소 정보를 추출할 수 있고, 이를 레이저 다이오드 드라이버에 제공할 수 있다. 상기 레이저 다이오드 드라이버는 추출된 주소가 그 자신의 주소와 정합(match)되는지를 판정할 수 있다. 만약 추출된 주소가 그 레이저 다이오드 드라이버에 할당된 주소와 정합된다면, 상기 레이저 다이오드 드라이버는 그에 연관된 레이저 다이오드를 구동하기 위하여 상기 광학적 신호로부터의 전류 수준 및 펄스 지속 기간 정보를 사용할 수 있다. 만약 주소가 정합되지 않는다면, 상기 레이저 다이오드 드라이버는 광학적 신호의 그 정보를 무시할 수 있다. 이러한 방식으로, 각 개별 레이저 다이오드가 바람직한 전력 수준을 출력하도록 정밀하게 제어될 수 있다.

동일한 전력 수준 및 동일한 지속 기간 동안의 출력에 추가하여, 1000개 또는 그에 가까운 개수의 모든 레이저 다이오드가 동시에 발진(fire)하고 그리하여 융합 프로세스가 개시되도록 최대 전력을 제공하는 것이 바람직하다. 모든 레이저 다이오드가 동시에 발진하도록 보장하기 위하여, 본 발명의 일부 실시예에 의하면, 비임 제어 서브시스템은 소정의 시간에 각 레이저 다이오드 드라이버에게 "발진 개시(fire now)" 신호를 송신할 수 있다. 본 발명의 일부 실시예에 의하면, 상기 레이저 다이오드는 초당 10 ~ 300회 사이에서 동작한다. 그러므로, "발진 개시" 신호는 초당 10 ~ 300회 사이에서 레이저 다이오드에 전달될 수 있다. 일단 레이저 다이오드 드라이버가 "발진 개시" 신호를 수신하면, 각 레이저 다이오드 드라이버는 특정 시간 동안 그에 연관된 레이저 다이오드에 특정 전류 수준을 인가하며, 그 결과로서, 각 레이저 다이오드는 그 레이저 다이오드 드라이버로부터 수신된 파라미터에 기초하여 레이저 비임을 출력한다.

본 발명의 일부 실시예에 의하면, 상기 전류 수준 및 펄스 지속 기간 정보를 포함하는 인코딩된 2상 데이터를 전달하는 광학적 신호는 두 개의 연속하는 "발진 개시" 신호 사이에서 송신될 수 있다. 그리하여, "발진 개시" 신호가 레이저 다이오드 드라이버에 의하여 수신되면, 그는 그에 연관된 레이저 다이오드에 사용될 전류 수준 및 펄스 지속 기간 정보를 이미 수신한 상태가 될 것이다. 본 발명의 일부 실시예에 의하면, 각 레이저 다이오드의 출력은 각 동작 사이클 동안 감시되며, 그 정보는 비임 제어 서브시스템 및/또는 레이저 다이오드 드라이버로 피드백된다. 그리고나서, 상기 비임 제어 서브시스템 및/또는 레이저 다이오드 드라이버는, 바람직한 전력 수준을 출력하기 위하여 레이저 다이오드의 출력을 조정하여야 하는지 그리고 만약 그렇다면 얼마나 조정하여야 하는지를 판정한다. 본 발명의 일부 실시예에 의하면, 출력이 조정될 필요가 있는 레이저 다이오드만이 "발진 개시" 신호에 앞서 신호를 수신할 수 있다. 만약 피드백에 기초하여 출력에 변화가 필요하지 않다면, 그 특정 레이저 다이오드로는 신호가 전달되지 않을 수 있다. 이 경우, 만약 레이저 다이오드가 "발진 개시" 신호에 앞서 전류 수준 및 지속 기간 파라미터를 수신하지 않는다면, 레이저 다이오드를 동작시키기 위하여 마지막으로 수신된 파라미터가 사용될 수 있다. 본 발명의 일부 실시예에 의하면, 이를 달성하기 위하여, 광학적 신호는 새로운 파라미터와 함께 문제의 레이저 다이오드 드라이버에 대한 주소 정보를 포함한다. 그러므로, 광학적 신호의 어드레스와 정합되는 어드레스를 갖는 레이저 다이오드 드라이버만이 새로운 파라미터를 추출할 것이다. 다른 모든 레이저 다이오드 드라이버는 광학적 신호의 정보를 무시할 수 있으며, 그에 연관된 레이저 다이오드를 동작시키기 위하여 마지막으로 수신된 파라미터를 사용할 수 있다.

상기한 바와 같이, 광학적 신호는 각 레이저 다이오드 드라이버로 송신되며, 상기 광학적 신호는 레이저 다이오드 드라이버 각각에 대한 주소 정보를 포함한다. 본 발명의 일부 실시예에 의하면, 레이저 다이오드는 수천 개의 레이저 다이오드가 공통의 프레임에서 상호 연결될 수 있는 어레이 형식으로 정렬되며, 레이저 다이오드로부터 출력된 빛은 집광될 수 있다. 이 경우, 상기 광학적 신호는 레이저 다이오드의 어레이 전체로 정보를 전달하는데 사용될 수 있으며, 여기서 레이저 다이오드의 어레이는 단일한 고유 주소를 가질 수 있다.

도 2는 두 개의 레이저 다이오드 어레이를 포함하는 시스템 200을 도시한다. 도 2에서는 설명의 편의를 위하여 단 두 개의 어레이를 도시하였음을 주의하여야 한다. 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 시스템 200에 두 개 이상의 어레이가 포함될 수 있음을 인식할 수 있을 것이다. 어레이 202는 하나 또는 그 이상의 레이저 다이오드 208과 레이저 다이오드 드라이버 204를 포함한다. 각 레이저 다이오드 208 및 레이저 다이오드 드라이버 204는 광학적 수신기 206에 연결된다. 제2 어레이 210은 하나 또는 그 이상의 레이저 다이오드 216과 레이저 다이오드 드라이버 212를 포함할 수 있으며, 레이저 다이오드 216과 레이저 다이오드 드라이버 212의 각각은 광학적 수신기 214에 연결된다. 본 발명의 일부 실시예에 의하면, 각 어레이 202, 210은 주소를 할당받을 수 있으며, 그 어레이의 레이저 다이오드 드라이버는 그 주소에 모두 응답할 수 있다. 이 경우, 광학적 신호는 각 개별 레이저 다이오드 대신에 각 어레이에 대한 전류 수준 및 펄스 지속 기간 정보를 포함할 수 있다. 어레이의 모든 레이저 다이오드 드라이버는 레이저 비임을 생성하도록 레이저 다이오드를 구동하기 위하여 동일한 전류 수준 및 펄스 지속 기간 정보를 사용할 수 있다. 이를 통해 광학적 신호의 복잡성을 많이 감소시킬 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 하나의 레이저 다이오드 대신에, 구성요소 208은 레이저 다이오드 막대기 208에 해당할 수 있다. 각 레이저 다이오드 막대기 208은, 예를 들어 50개와 같은 복수의 레이저 다이오드를 포함할 수 있다. 이 경우, 레이저 다이오드 드라이버 204는 레이저 다이오드 막대기 208의 모든 레이저 다이오드를 구동할 수 있다. 각 레이저 다이오드 드라이버 204는 고유한 주소를 할당받을 수 있다. 그러므로, 광학적 신호가 레이저 다이오드 드라이버 204에 연관된 주소에 대한 전류와 지속 기간 정보를 포함한다면, 그 전류 및 지속 기간 정보를 사용하여 레이저 다이오드 막대기 208의 모든 레이저 다이오드를 동작시킬 수 있다.

상기한 바와 같이, 광학적 신호는, 레이저 다이오드를 동작시키기 위한 전류 수준과 지속 기간 정보를 포함하는 인코딩된 2상 데이터와, 하나 또는 그 이상의 레이저 다이오드 드라이버에 연관된 주소 정보를 포함한다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 광학적 신호를 사용하여 전달될 수 있는 2상 데이터의 포맷을 도시한 표이다. 표 300은, 데이터 형식을 나타내는데 사용되는 비트 수를 지시하는 데이터 길이 필드 302와 그 비트 수에 대해 대응되는 데이터 패이로드(data payload)를 지시하는 패이로드 필드 304를 도시한다. 표 300에 도시된 바와 같이, 광학적 신호는 80 비트 (10 바이트)까지의 데이터를 포함할 수 있다. 표 300은 단지 예시의 목적으로 도시되었을 뿐임을 주의하여야 하며, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 인식할 수 있듯이, 인코딩된 데이터는 개별 정보에 대하여 다양한 비트의 길이를 갖는 다른 포맷을 가질 수 있다.

80 비트 또는 기타 비트 중에서, 16 비트까지는 프레임 싱크(Frame Sync) 정보를 지시하는데에 사용될 수 있다. 프레임 싱크 패턴(Frame Sync pattern)은 전송되는 각 데이터 프레임의 시작 부분에 나타나는 패턴이다. 상기한 바와 같이, 각 레이저 다이오드 드라이버는 고유의 주소를 할당받을 수 있다. 본 발명의 일부 실시예에 의하면, 10 비트까지는 각 레이저 다이오드 드라이버에 대한 주소로 할당될 수 있다. 이렇게 함으로써, 1000개 (2¹⁰) 이상의 레이저 다이오드 드라이버 장치에 주소를 할당할 수 있게 된다. 주소 필드는 주소가 할당될 개별 레이저 다이오드 드라이버의 개수에 기초하여 12 또는 16 비트로 증가할 수도 있다. 본 발명의 일부 실시예에 의하면, 10 비트까지는 전류 수준 정보를 전달하는데 사용될 수 있으며, 이는 레이저 다이오드에 인가될 입력 전류에 해당할 수 있다. 본 발명의 일부 실시예에 의하면, 상기 전류 수준은 1 내지 550 암페어의 범위일 수 있다. 본 발명의 일부 실시예에 의하면, 전류 수준은 1 암페어의 증가분으로 증가할 수 있는데, 물론 다른 증가분의 폭이 사용될 수도 있다.

본 발명의 일부 실시예에 의하면, 9 비트까지 펄스 지속 기간 또는 폭을 지시하는데 사용될 수 있는데, 이는 레이저 다이오드가 한 번에 켜져 있는 시간 동안에 해당할 수 있다. 본 발명의 일부 실시예에 의하면, 펄스의 지속 기간은 1 ㎲ 내지 300 ㎲의 범위에 있을 수 있으며, 1 ㎲의 증가분으로 증가할 수 있다. 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 다른 증가분의 폭도 가능하다는 것을 인식할 것이다. 본 발명의 일부 실시예에 의하면, 1 비트는 레이저 다이오드에 대한 "발진 개시" 명령을 전달하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 당해 비트에 대한 "1"은 그 명령을 수신한 즉시 그 레이저 다이오드가 레이저 비임을 출력할 것을 지시할 수 있다. 또한, 16 비트까지는 사이클릭 리던던시 체크(cyclic redundancy check; CRC)와 같은 에러 점검을 수행하는데 사용될 수 있다. 활용 가능한 80 비트 중에서 임의의 사용되지 않은 비트는 전류 수준, 주소 정보 등과 같은 임의의 파라미터의 범위를 증가시키는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 추가적인 비트가 약 1000개의 장치를 그 이상의 장치에 대해 주소 할당 용량을 확장하기 위해 추가될 수 있다.

표 300은 단지 예시의 목적을 위한 것일 뿐이며, 표 300에 도시된 데이터 포맷은 단지 예시에 불과하다는 것을 주의하여야 한다. 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 다른 데이터 포맷을 사용할 수 있으며, 각 개별 데이터 형식은 표 300에 도시된 것보다 더 많거나 더 적은 비트들을 할당받을 수 있다는 것을 인식할 것이다.

상기한 바와 같이, 광학적 신호는, 특정 지속 기간 동안 특정 전력 수준으로 레이저 비임을 제공하도록 레이저 다이오드를 구동하는데 사용되는 인코딩된 2상 데이터를 포함할 수 있다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 레이저 다이오드를 동작시키는 프로세스 400의 흐름도이다. 프로세스 400은, 광학적 수신기와 함께, 예를 들어 도 1에 도시된 레이저 다이오드 드라이버 110과 같은 레이저 다이오드 드라이버에 의하여 수행될 수 있다.

레이저 다이오드 드라이버는 광학적 수신기에 의하여 포착된 광학적 신호를 수신할 수 있다(단계 402). 상기한 바와 같이, 광학적 신호는 인코딩된 2상 데이터를 포함할 수 있다. 일단 상기 광학적 신호가 수신되면, 상기 레이저 다이오드 드라이버는, 상기 인코딩된 2상 데이터에 포함된 전류 값과 펄스 폭(지속 기간) 정보를 판정하기 위하여 상기 광학적 신호를 분석할 수 있다(단계 404). 일단 상기 광학적 신호로부터 상기 전류 값과 상기 지속 기간 정보가 판별되면, 상기 레이저 다이오드 드라이버는, 상기 지속 기간 정보에 의해 규정된 시간 동안 상기 광학적 신호에 규정된 전류를 제공함으로써 상기 레이저 다이오드를 동작시킬 수 있다(단계 406). 결과적으로, 상기 레이저 다이오드는 인가된 전류에 기초하여 상기 전류 펄스가 인가된 지속 기간과 실질적으로 동일한 지속 기간 동안 레이저 비임을 출력한다.

도 4에 도시된 특정 단계들은 본 발명의 일 실시예에 따라 레이저 다이오드를 동작시키는 특정 방법을 제공함을 이해하여야 한다. 다른 일련의 단계들도 또한 본 발명의 다른 실시예에 따라 수행될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기한 순서와 다른 순서로 상기 단계들이 수행될 수도 있다. 또한, 도 4에 도시된 개별 단계는, 그 개별 단계에 적합한 다양한 순서로 수행될 수 있는 복수의 하부 단계를 포함할 수 있다. 게다가, 특정 실시예에 따라 추가적인 단계들이 추가되거나 제거될 수 있다. 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 다양한 변형, 수정 및 대안을 인식할 수 있을 것이다.

상기한 바와 같이, 레이저 다이오드는 어레이로 어레이될 수 있다. 이 경우, 프로세스 400은 어레이의 각 레이저 다이오드를 제어하는데 사용될 수 있다. 본 발명의 일부 실시예에 의하면, 각 어레이는, 각 레이저 다이오드 드라이버에 대한 주소에 추가하여 고유의 주소를 부여받을 수 있다. 이 경우, 상기 광학적 신호는 레이저 다이오드 드라이버에 대한 주소에 추가하여 어레이의 주소를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일부 실시예에 의하면, 상기 광학적 신호의 인코딩된 2상 데이터는 기준 클록(reference clock)으로부터 유래된 클록 신호를 포함할 수 있다. 클록 신호는 모든 레이저 다이오드 드라이버가 동기를 유지하는데 사용될 수 있다. 본 발명의 일부 실시예에 의하면, 클록 신호는 155 MHz 신호일 수 있다. 모든 레이저 다이오드 드라이버에 대하여 클록을 유지하는 것은, 그들이 모두 동시에 발진할 수 있다는 것을 보장하며, 이는 IFE 타입의 발전소 시스템에 바람직하다.

본 발명의 일부 실시예에 의하면, 레이저 다이오드는 비선형 저 임피던스 부하(non-linear low impedance load)일 수 있다. 그러한 경우에는, 비임 제어 서브시스템, 레이저 다이오드 드라이버 및 레이저 다이오드 자체를 포함하는 회로의 응답은, 회로의 인덕턴스(inductance)와 레이저 다이오드 부하의 비선형성에 의존할 수 있다. 레이저 다이오드 부하의 임피던스는 작으며(예컨대, 밀리오옴 단위), 그리하여 레이저 다이오드의 비선형성과 결합된 매우 작은 양의 루프 임피던스(loop impedance) 조차 회로의 상승 및 하강 시간(rise and fall time)에 상당한 영향을 줄 수 있다. 특히, 저항에 대한 인덕턴스의 비에 의하여 지배되는 회로 시간 상수(circuit time constance)에 의하여, 레이저 다이오드의 전류가 제어 시스템의 요구보다 상당히 뒤쳐지게 될 수 있다. 만약 제어 시스템이 드라이버 회로가 이행할 수 있는 것보다 더 빠른 전류의 변화를 요구한다면, 제어 루프의 포화 및 출력 전류의 일시적 통제 상실을 야기할 수 있으며, 이는 바람직한 파형에 비해 전류의 오버슈팅(overshooting) 및/또는 언더슈팅(undershooting)으로 나타날 수 있다.

도 5는, 본 명세서에서 기술된 기술이 구현되지 않은 경우 레이저 다이오드에 흐르는 실제 전류를 도시한 그래프이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 전류에 대한 명목 설정 지점(nominal set point)는 약 250 A이다. 도시된 바와 같이, 일단 구동 신호가 레이저 다이오드 드라이버에 인가되고 레이저 다이오드 드라이버가 레이저 다이오드를 동작시키면, 레이저 다이오드 내에 상당한 전류의 오버슈팅이 발생하고 이어서 언더슈팅이 이어진다. 약 300 ~ 315 ㎲의 지속 기간인 전류 펄스에 대하여, 레이저 다이오드의 전류는 일정하게 설정 지점에 있지 않다.

이하에서 설명되는 기술은 레이저 다이오드 드라이버의 제어 루프(control loop)에 인가되는 아날로그 게이트 구동 신호를 미리 조절함으로써 레이저 다이오드 드라이버의 성능을 향상시킬 수 있다. 이는, 레이저 다이오드 드라이버의 성능을 향상시키기 위하여 레이저 다이오드 드라이버 회로의 임의 파형 생성기(Arbitrary Waveform Generator; AWG)를 사용함으로써 달성할 수 있다. 특히, 상기 AWG는 레이저 다이오드에 전달되는 펄스 전류의 전연(前緣) 에지(leading edge) 및 후연(後緣) 에지(trailing edge)를 다듬을 수 있다. 비임 제어 서브시스템에 의해 제공되는 디지털 입력 신호에 따라 상기 AWG에 의하여 펄스의 전체 크기와 함께 펄스의 지속 기간이 설정된다. 상기 비임 제어 서브시스템은 상기한 바와 같이 광학적 통신 시스템일 수 있다. 본 발명의 특정 실시예에 의하면, 상기 광학적 송신기는, 인코딩된 2상 데이터를 포함하는 광학적 신호를 전송하기 위하여, 각 레이저 다이오드 또는 레이저 다이오드의 어레이에 연관된 레이저 다이오드 드라이버 회로와 연결될 수 있다. 상기 광학적 신호는 각 다이오드가 구동될 전류 수준과 펄스 지속 기간 정보를 포함한다. 개시 신호(trigger signal)를 수신하면, 상기 레이저 다이오드 드라이버 회로의 AWG는, 상기 전류 수준 및 펄스 지속 기간 정보를 이용하여 레이저 비임을 출력하도록 레이저 다이오드를 동작시킨다.

상기한 바와 같이, 회로 응답은 루프의 인덕턴스와 레이저 다이오드의 비선형성에 의해 지배된다. 상기 레이저 다이오드 드라이버 회로의 AWG는 이러한 파라미터를 소정 범위 내로 유지하고 제어 회로가 포화되는 것을 방지하는데 사용될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 의하면, 레이저 다이오드의 비선형적 특성은 회로의 응답을 제한할 수 있다. 주 제어 루프(main control loop)로의 상기 AWG 입력은 이러한 영향을 보상하도록 조정되고 더욱 바람직스러운 사각형의 전류 펄스를 생산할 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 레이저 다이오드를 동작시키는 회로의 기능 블록도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 제어 시스템 602(예컨대, 도 1의 비임 제어 서브시스템 102와 유사한 것)는 레이저 다이오드 604에 대하여 바람직한 전류 값을 포함하는 신호를 출력한다. 상기 신호는 상기한 바와 같이 광학적 신호의 형태이며, 전류 값과 레이저 다이오드 604에 그 전류가 인가될 지속 기간을 포함하는 인코딩된 2상 데이터를 포함할 수 있다. 제어 시스템 602의 출력은, 다른 구성요소들 중에서, CPU 622를 포함하는 실시간 제어기 회로 620에 제공된다. CPU 622는 바람직한 전류 펄스 정보를 나타내는 디지털 신호를 출력하기 위한 수학적 연산을 수행할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 실시간 제어기 회로 620는 상기 도 1의 신호 생성기 104와 유사한 신호 생성기(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 실시간 제어기 회로 620 광학적 링크를 사용하여 하나 또는 그 이상의 레이저 다이오드 유닛 606과 동시에 통신할 수 있다. 레이저 다이오드 드라이버 606은 마이크로컨트롤러 608, 디지털-아날로그 변환기(DAC) 610, 아날로그-디지털 변환기(ADC) 612, 전류 감지 저항 616 및 트랜지스터 스위치 614를 포함한다. ADC 612는 회로의 피드백 루프 내에 위치한다. 전력 공급기(power supply) 624는 레이저 다이오드 604에 전력을 공급한다. 본 발명의 일부 실시예에 의하면, 실시간 제어기 620은 전력 공급기 624를 제어할 수도 있다.

제어 시스템 602는 실시간 제어기 620에 바람직한 출력 전류 파형의 디지털 서술(digital description)을 송신한다. 그리고, 실시간 제어기 620은 이 정보를 하나 또는 그 이상의 레이저 다이오드 유닛 606으로 송신한다. 레이저 다이오드 드라이버 유닛 606은 대응되는 아날로그 게이트 구동 신호를 생산하며, 스위치 614를 거쳐 레이저 다이오드 604에 그 신호를 제공한다. 전류 감지 저항 616은 레이저 다이오드 604에 흐르는 실제 전류를 감지하며, 아날로그 피드백 신호를 생산하고, 상기 피드백 신호를 ADC 612에 제공한다. ADC 612는 아날로그 피드백 신호를 디지털 신호로 변환하며, 그것을 마이크로컨트롤러 608로 송신한다. 마이크로컨트롤러 608은 상기 피드백 신호를, 제어 시스템 602에 의하여 요청됐던 원래 파형과 비교한다. 마이크로컨트롤러 608은 그 차이에 기초하여 새로운 바람직한 게이트 구동 신호의 디지털 서술을 연산한다. DAC 610은 상기 새로운 디지털 신호를 입력으로서 수신하며, 레이저 다이오드 604에 인가될 새로운 아날로그 게이트 구동 신호를 생산한다. 이 프로세스는 몇 차례 반복될 수 있으며, 시스템은 바람직한 파형을 재생산하도록 자신을 스스로 조정할 수도 있다. 마이크로컨트롤러 608, DAC 610 및 ADC 612는 함께, 레이저 다이오드 604를 구동할 수정된 아날로그 전류 펄스 신호를 생성하기 위하여 실제 전류 펄스 파형과 바람직한 전류 펄스 파형을 비교하는 임의 파형 생성기(AWG)를 구성한다. 이러한 방식으로, 레이저 다이오드 604에 공급된 전류는, AWG가 그 제어 루프에 디지털 입력을 제공하는 아날로그 전류 피드백 시스템에 의하여 조정된다. 마이크로컨트롤러 608은, 제어 시스템 602로부터 수신된 입력과 ADC 612로부터 수신된 측정 입력을 비교함으로써 새로운 디지털 신호를 연산하기 위한 지시(instruction)를 저장하는 온보드 메모리(on-board memory)를 포함할 수 있다. 상기 비교 및 수정된 전류 펄스의 생성에 사용될 수 있는 펌웨어 코드/지시(firmware code/instruction)의 일례가 도 16에 도시되어 있다.

본 발명의 일부 실시예에 의하면, 저항 616은 레이저 다이오드 604로부터의 광학적 출력을 포착할 수 있는 포토다이오드 626으로 대체될 수 있다. 그리고 포토다이오드 626은 포착된 광학적/광 출력에 대응되는 신호를 생성하고 그 신호를 ADC 612에 전달한다. 그리고, 상기 신호는 레이저 다이오드 604에 흐르는 실제 전류를 판별하는데 사용될 수 있다. 다시 말하면, 상기 시스템은 포토다이오드 626에 의하여 포착된 빛에 기초하여 레이저 다이오드 604를 통해 흐르는 전류를 판별할 수 있다. 시스템의 나머지는 상기한 바와 같이 동작할 수 있다. 이러한 대안 실시예는 도 6에서 점선으로 도시되어 있다.

또한, 도 6에 도시된 레이저 다이오드를 동작시키기 위한 회로에 관하여 특정 블록을 참조로 하여 설명하였으나, 이러한 블록은 설명의 편의를 위하여 정의된 것이며 구성요소 부품들의 특정한 물리적 어레이를 암시하려고 하는 것이 아님을 이해하여야 한다. 나아가, 상기 블록은 물리적으로 개별적인 구성요소와 반드시 대응될 필요는 없다. 블록은, 예를 들어 프로세서를 프로그래밍하거나 적합한 제어 회로를 제공함으로써 다양한 동작을 수행하도록 구성될 수 있다. 본 발명의 실시예는, 회로와 소프트웨어의 임의의 조합을 사용하여 구현된 장치를 포함하는 다양한 장치에 의하여 실현될 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 레이저 다이오드를 제어하기 위한 프로세스 700의 흐름도이다. 프로세스 700은, 예를 들어 상기한 바와 같은 AWG를 포함하는 레이저 다이오드 드라이버에 의하여 수행될 수 있다.

단계 702에서, 레이저 다이오드 드라이버의 마이크로컨트롤러는 제어 시스템으로부터 신호를 수신한다. 상기 신호는, 레이저 다이오드에 인가될 전류 펄스의 크기와 지속 기간에 대한 값을 포함하는 디지털 정보의 형태일 수 있다. 본 발명의 일부 실시예에 의하면, 크기는 레이저 다이오드 드라이버에 연결된 레이저 다이오드에 인가되는 전류 값을 지시하며, 지속 기간은 상기 전류가 인가될 시간 동안을 지시할 수 있다. 본 발명의 일부 실시예에 의하면, 입력 신호는 광학적 시간일 수 있다. 단계 704에서, 상기 마이크로컨트롤러는 레이저 다이오드 드라이버의 DAC와 함께, 상기 입력 신호에 기초하여 레이저 다이오드를 구동하기 위한 아날로그 구동 신호를 생성한다. 본 발명의 일부 실시예에 의하면, 상기 마이크로컨트롤러는 레이저 다이오드 드라이버의 DAC와 함께, 입력 신호로부터 전류 값과 지속 기간 정보를 추출하고, 대응되는 아날로그 신호를 생성할 수 있다.

단계 706에서, 상기 아날로그 구동 신호는 레이저 다이오드에 제공된다. 단계 708에서, 레이저 다이오드에 흐르는 실제 전류가 측정되고 레이저 다이오드 드라이버로 제공된다. 본 발명의 일부 실시예에 의하면, 측정된 실제 전류는 레이저 다이오드에 공급된 전류와 일치할 수도 있으며, 또는 일치하지 않을 수도 있다. 그리고, 단계 710에서, 측정된 전류는 대응되는 디지털 신호로 변환되며, 제2 입력으로서 레이저 다이오드 드라이버의 마이크로컨트롤러에 제공된다.

다음으로, 단계 712에서, 상기 마이크로컨트롤러는 측정된 실제 전류와 제어 시스템으로부터 수신된 바람직한 전류를 비교하고, DAC와 함께 레이저 다이오드에 인가될 제2의 아날로그 구동 신호를 생성한다. 단계 714에서, 상기 제2의 아날로그 구동 신호는 레이저 다이오드에 인가된다. 이러한 프로세스는, 레이저 다이오드에 흐르는 측정된 실제 전류가 제어 시스템으로부터 수신된 바람직한 전류 값과 동일하거나 실질적으로 동일할 때까지 반복될 수 있다.

도 7에 도시된 특정 단계들은 본 발명의 일 실시예에 따라 레이저 다이오드를 동작시키기 위한 특정의 방법을 제공한다는 것을 이해하여야 한다. 본 발명의 대안적 실시예에 따라 단계들의 다른 순서도 또한 수행될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 대안적 실시예에 의하면, 상기한 단계들이 다른 순서로 수행될 수 있다. 게다가, 도 7에 도시된 개별 단계는 그 단계에 적합한 다양한 순서로 수행될 수 있는 복수의 하부 단계를 포함할 수 있다. 나아가, 특정 응용에 따라 추가적인 단계가 추가되거나 제거될 수도 있다. 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 다양한 변형, 수정 및 대안들을 인식할 수 있을 것이다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 상기한 바와 같은 AWG 보상이 사용된 경우에 레이저 다이오드에 흐르는 측정된 실제 전류를 도시한 도면이다. 도 8로부터 명백한 바와 같이, 오버슈팅/언더슈팅이 상당히 감소되었으며, 이로 인해 펄스의 지속 기간 전체에 걸쳐 설정 지점(예컨대, 이 경우에는 250 A) 근방에서 실질적으로 유지되는 상당히 "편평한 상부(flat top)" 곡선이 주어진다.

상기한 바와 같이, 본 명세서에서 개시된 기술 사상을 사용함으로써 레이저 다이오드의 스트레스가 감소되고, 회로의 인덕턴스와 비선형성이 보상된다. 레이저 다이오드는 그의 최대 전류에 근접하여 동작하는 경우 고장 나기 쉬운 부하이다. 짧은 기간 동안의 과도 전류(transient)조차 다이오드에 손상을 줄 수 있다. 많은 응용에서 "편평한 상부" 파형(그 설정 지점에서 잘 조절되는 것)이 바람직하다. 상기한 바와 같이, AWG를 사용함으로써, 레이저 다이오드가 손상을 입지 않도록 보호할 뿐만 아니라 전류 펄스의 충실도(fidelity)를 향상시킬 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 통상적인 시스템에서는, 250 암페어(정규 설정 지점)의 전류가 레이저 다이오드에 인가되는 경우, 전류 신호는 그 설정 지점으로 안정화되기 전에 약 6 ~ 10% 정도의 오버슈팅을 할 수 있다. 레이저 다이오드는 이러한 전류에서 매우 민감하기 때문에, 도 5에 도시된 바와 같은 작은 오버슈팅조차 레이저 다이오드에 손상을 줄 수 있으며 그 수명을 상당히 감소시킬 수 있다.

도 9는, 본 발명의 일 실시예에 따라, 보상되지 않은 전류 프로파일과 미리 보상된 전류 프로파일을 상호 중첩시킨 경우, 오버슈팅의 상세를 보여주는 줌-인(zoom-in) 부분을 도시한 도면이다. 본 발명의 특정 실시예에 의하면, AWG로 미리 보상된 신호는 변동 편차(regulation)가 상당히 향상되고 오버슈팅/언더슈팅이 많이 감소된 것을 볼 수 있다. 본 발명의 특정 실시예에 의하면, 오버슈팅은 약 +6.4%로부터 +1.6% 보다 적은 값으로 감소하여 4배 향상되었다. 언더슈팅은 약 -2.6%로부터 약 -0.8%로 3.25배 감소하였다. 보상된 시스템의 변동 편차의 전체 에러는 보상되지 않은 회로에 비해 약 3.8배 향상되었다. 이 경우, 에러는, 측정된 출력 전류와 요청된 전류(예컨대 250 A) 사이의 차이의 절대값을 35㎲로부터 315㎲까지 적분한 값에 해당한다.

레이저 다이오드에서 바람직한 전류 흐름의 결과(예컨대, 도 8에 도시된 것과 같은)를 얻기 위하여는, 상기한 바와 같이 제어 시스템으로부터 인입되는 전류 펄스 정보가 AWG에 의하여 수정되어야 한다. 도 10은, 본 발명의 일 실시예에 따라 AWG에 의하여 출력되는 미리 보상된 구동 신호와 사각형의 아날로그 구동 신호 사이의 차이를 도시한 도면이다. 도 11은, 도 10에 도시된 그래프의 상부 주변의 상세를 도시한 도면이다. 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 보상되지 않은 아날로그 구동 신호는 본질적으로 사각형의 펄스이다. 그러나, 본 명세서에서 기술된 기술 사상에 기초하여 AWG에 의하여 출력되는 아날로그 구동 신호는, 최고 전위가 레이저 다이오드 드라이버에 인가됨에 따라, 좌상단 모서리에서 소정의 기울기를 갖는다. 다시 말하면, 미리 보상된 아날로그 구동 신호의 전위의 상승 비율은 보상되지 않은 신호에 비해 더 느리거나 또는 더 점진적이다. 도 10의 미리 보상된 신호를 레이저 다이오드에 인가함으로써, 도 6에 도시된 곡선에 대신하여 도 8에 도시된 곡선을 따라 다이오드에 흐르는 전류로 귀결된다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, AWG의 마이크로컨트롤러는, 신호를 따라 소정 개수의 중간 지점을 사용하여 통제된 방식으로 아날로그 구동 신호의 전위를 단계적으로 상승시키도록 프로그램된다. 바람직한 제어의 정밀도에 기초하여, 중간 지점의 개수는 증가되거나 감소될 수 있으며, 더 많은 중간 지점은 더 세밀한 곡선의 제어를 제공하며, 반대의 경우도 마찬가지이다. 더 세밀한 곡선의 제어를 수행하는 경우, 인가될 전류에 대한 세밀한 제어를 위하여 마이크로컨트롤러에 저장될 데이터가 더 많이 필요하게 되기 때문에, 마이크로컨트롤러의 온보드(on-board) 메모리의 저장 용량에 대한 요구가 더 증가하게 된다. 이는 시스템의 복잡성/비용을 증가시킨다. 이 시스템의 임의의 주어진 응용에 대하여 제어의 정도와 비용 사이의 균형을 달성할 수 있다.

도 12는, 본 발명의 다른 실시예에 따라 레이저 다이오드를 동작시키는 시스템 1200의 기능 블록도이다. 본 실시예와 도 6에 도시된 실시예 사이의 차이는, 포토다이오드 626 또는 저항 616으로부터의 피드백이, 본 실시예에서는 실시간 제어기 620의 일부인 ADC 612로 제공된다는 점이다. 그리하여, 본 실시예에 의하면, 실시간 제어기 620이 측정된 신호와 바람직한 신호의 비교를 수행하고, 레이저 다이오드 드라이버 606으로의 수정된 디지털 신호를 출력한다. 시스템 1200의 나머지는 도 6의 실시예와 실질적으로 유사하게 동작한다. 본 실시예의 주요 이점 중의 하나는, 하나의 실시간 제어기 620이 복수의 레이저 다이오드 드라이버와 통신할 수 있기 때문에, 피드백에 기초한 비교 및 교정된 전류 펄스의 생성을 위한 연산을 상기 실시간 제어기로 이전함으로써, 레이저 다이오드 드라이버의 설계와 복잡성을 크게 단순화할 수 있다는 점이다. 또한, 이로 인해, 도 6의 실시예에 비하여 모든 레이저 다이오드 드라이버가 ADC를 가질 필요가 없으므로, 전체적인 시스템 비용을 낮출 수 있게 된다. 그러나, 도 6의 실시예에 의하면, 실시간 제어기가 아니라 로컬 수준(local level)에서 정정(correction)이 수행되므로 레이저 다이오드로의 입력 신호를 정정/수정하기 위한 응답 시간이 더 빠르다는 이점이 제공된다. 그리하여, 도 6의 실시예와 도 12의 실시예 모두 서로에 대해 소정의 이점을 제공하며, 어느 실시예를 구현할 것인가에 관한 선택은 특정 시스템 응용과 더 빠른 응답 시간 대 비용/복잡성에 대한 요구에 따라 정해진다. 본 발명의 일부 실시예에 의하면, 전류 감지 저항 616은 레이저 다이오드 604의 실제 전류 흐름을 측정하는데 사용될 수 있으며 피드백 신호를 실시간 제어기 620으로 제공한다.

상기 실시예는 하나의 레이저 다이오드를 예로 들어 설명하였으나, 실제로는 상기 하나의 레이저 다이오드는 복수의 레이저 다이오드(예컨대 1000개의 레이저 다이오드)를 포함하는 레이저 다이오드 어레이로 대체될 수 있다. 여기에서 설명된 기술 사상은 레이저 다이오드 어레이가 제어되는 경우에도 동등하게 적용될 수 있다.

도 13은, 본 발명의 일 실시예에 따라 레이저 다이오드를 동작시키는 프로세스 1300의 고수준 흐름도이다. 먼저, 제어 시스템 602는, 레이저 다이오드 604에 인가될 전류 펄스의 디지털 서술을 실시간 제어기로 출력할 수 있다(단계 1302). 상기 실시간 제어기는 수신된 신호를 하나 또는 그 이상의 레이저 다이오드 드라이버로 출력할 수 있다. DAC와 함께 마이크로컨트롤러(둘 다 레이저 다이오드 드라이버에 있음)는 스위치 회로를 거쳐 레이저 다이오드로 제공될 대응 아날로그 구동 신호를 생성할 수 있다(단계 1304). 그리고, 생성된 아날로그 구동 신호는 레이저 다이오드로 제공된다(단계 1306). 일단 그 전류 펄스가 레이저 다이오드에 인가되면, 그것은 광학적 신호(예컨대 레이저 비임)를 방출한다. 이 광학적 신호는 포토다이오드와 같은 광학적 장치에 의하여 포착될 수 있다(단계 130). 상기 포토다이오드는 포착된 광학적 신호에 기초하여 출력 전기적 신호(output electrical signal)를 생성할 수 있다. 상기 출력 신호는 레이저 다이오드에 흐르는 실제 전류를 가리킨다. 상기 포토다이오드로부터의 출력 신호는 실시간 제어기 유닛으로 제공될 수 있다(단계 1310). 상기 실시간 제어기 유닛에서, 상기 레이저 다이오드에 흐르는 실제 전류가 제1 디지털 서술에 포함된 바람직한 전류 값과 비교된다(단계 1312). 만약 레이저 다이오드에 흐르는 측정된 실제 전류가 바람직한 전류 값과 동일하거나 또는 실질적으로 동일하다면, 전류 펄스의 디지털 서술은 이후의 사용을 위하여 메모리에 저장될 수 있다(단계 1314). 특정 실시예에 의하면, 상기 메모리는 실시간 제어기 유닛의 CPU 내의 온보드 메모리일 수 있다.

만약 단계 1312에서 실제 전류가 바람직한 전류와 동일하지 않거나 실질적으로 동일하지 않다고 판정되었다면, 상기 실시간 제어기는 포토다이오드로부터 수신된 정보와 제1 디지털 서술에 기초하여 바람직한 전류 펄스의 제2 디지털 서술을 생성할 수 있으며(단계 1316), 그 신호를, 예컨대 광학적 링크를 거쳐, 하나 또는 그 이상의 레이저 다이오드 드라이버 회로로 제공한다. 그 다음에, 현재 전류 펄스의 제2 디지털 서술에 기초하여 제2 아날로그 구동 신호가 생성된다(단계 1318). 그리고 상기 제2 아날로그 구동 신호는 레이저 다이오드 드라이버로 제공된다(단계 1320). 그 다음에, 상기 프로세스는 상기 단계 1308로 복귀한다. 이 프로세스는 현재 전류 펄스의 마지막 디지털 서술이 생성될 때까지 수차례 반복될 수 있다. 이는 시스템의 "학습" 국면이라 불릴 수 있다. 그 이후로부터 언제든 레이저 다이오드를 활성화시킬 필요가 있는 경우, 상기 저장된 디지털 서술은 메모리로부터 호출되어, 대응되는 아날로그 구동 신호로 변환되고, 레이저 다이오드 드라이버로 제공될 수 있다.

본 발명의 일부 실시예에 의하면, 포토다이오드는 "학습" 국면이 완료된 후에는 비활성화될 수 있고, 더 이상의 피드백이 제어 시스템으로 제공되지 않는다. 예를 들어 케이블, 레이저 다이오드 및/또는 레이저 다이오드 드라이버와 같은 시스템의 어느 구성요소가 변경된 경우, 상기 시스템을 점검 및/또는 재조정하기 위하여 상기 포토다이오드는 주기적으로 활성화될 수 있다. 상기한 설명에서 포토다이오드가 사용되었으나, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 포토다이오드와 유사한 것으로서 광학적 신호를 포착하고 이를 대응되는 전기적 신호로 변환할 수 있는 임의의 장치도 또한 사용될 수 있음을 인식할 것이다.

도 13에 도시된 특정 단계는 본 발명의 일 실시예에 따라 레이저 다이오드를 동작시키는 특정 방법을 제공한다는 것을 이해하여야 한다. 본 발명의 대안적 실시예에 의하면 단계들의 다른 순서들이 수행될 수도 있다. 예를 들어, 본 발명의 대안적 실시예에 의하면, 상기한 단계들이 다른 순서로 수행될 수 있다. 게다가, 도 13에 도시된 개별 단계는 그 단계에 적합한 다양한 순서로 수행될 수 있는 복수의 하부 단계를 포함할 수 있다. 나아가, 특정 응용에 따라 추가적인 단계가 추가되거나 제거될 수도 있다. 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 다양한 변형, 수정 및 대안들을 인식할 수 있을 것이다.

도 14는 본 발명의 일 실시예에 따라 레이저 다이오드를 통해 흐르는 변조된 다이오드 전류를 도시한 도면이다. 도 14에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 소정 시간 동안 레이저 다이오드를 통해 흐르는 전류를 동적으로 변화시킬 수 있게 된다. 도면에서 볼 수 있듯이, 도 14에는 약 250㎲ 동안의 시간에 걸쳐 측정된, 매우 복잡한 패턴의 다이오드 전류 값이 도시되어 있다. 본 명세서에 개시된 기술 사상을 사용함으로써, 소정의 주어진 시간 동안에 걸쳐 레이저 다이오드를 통해 흐르는 전류를 동적으로 변화시킬 수 있다. 또한, 본 명세서에 개시된 기술 사상에 의하여, 예를 들어 마이크로초(microsecond) 범위의 작은 시간 증분으로 매우 미세한 전류 제어가 가능하게 된다. 예를 들어, 도 14에 도시된 바와 같이, 레이저 다이오드를 통해 흐르는 전류는 약 250㎲ 동안 지속적으로 변화한다. 본 명세서에 개시된 기술 사상을 사용하면, 임의의 형태를 갖는 전류 펄스가 제어될 수 있다. 나아가, 본 명세서에서 개시된 기술 사상에 의하면, 레이저 다이오드에 인가될 전류에 대한 동적 변형 및 제어가 가능하다. 그러므로, 응용 및 레이저 다이오드로부터의 바람직한 출력에 따라, 상기한 레이저 다이오드 드라이버 회로 및 임의 파형 생성기를 사용하여 레이저 다이오드로의 입력이 동적으로 변경될 수 있다.

본 명세서에서 설명된 기술 사상을 사용함으로써 다수의 이점이 달성될 수 있다. 예를 들어, 상기한 실시예를 사용함으로써, 전연 에지 전류(leading edge current)의 더 양호한 제어에 의하여 레이저 다이오드 전류의 오버슈팅을 피할 수 있다. 레이저 다이오드 전류의 그러한 오버슈팅은 레이저 다이오드에 상당한 손상을 입힐 수 있으며, 특히 레이저 다이오드가 15회/초까지 활성화되는 응용에서 더욱 그러하다. 상기한 기술 사상이 레이저 다이오드의 어레이를 제어하는데 사용되는 경우, 상기 어레이의 각 회로는 회로의 차이를 상쇄하기 위하여 스스로를 조절한다. 회로의 차이의 예를 들면, 서로 다른 케이블으 길이가 있을 수 있는데, 이는 어레이의 각 회로에 대하여 서로 다른 인덕턴스/저항을 초래한다. 상기한 기술 사상이 존재하지 않는 경우, 그러한 어레이의 각 회로는 개별적으로 조율되었어야 했을 것이다. 본 발명의 일부 실시예에 의하면, 파형은, 다이오드의 노화 및/또는 비선형적 다이오드 응답에 기인하는 레이저 출력의 감소와 같은 요인들을 조정하기 위하여, 용이하게 조정될 수 있다. 이를 수행하는 한 방법은, 시간에 따라 더욱 균일한 레이저 출력을 생산하기 위하여 다이오드 전류에 "기울기"를 도입하는 것일 수 있다.

본 발명의 일부 실시예에 의하면, 상기 시스템은 "개방형 루프(open loop)"로도 동작할 수 있으며, 이 경우, 아날로그 피드백이 사용되고 레이저 다이오드 드라이버 회로의 AWG가 바람직한 파형을 생산하기 위하여 "프리엠퍼시스(pre-emphasis)"를 제공한다. 이러한 개방형 루프 시나리오에 의하면, 원래의 파형은 레이저 다이오드의 기지의 성능 문제에 대응하기 위하여 왜곡될 수도 있다. 이러한 "프리엠퍼시스"는 표준 아날로그 피드백 기술로도 달성될 수 있으며, 상기 디지털 제어에 의하여 회로에의 물리적 변화를 만들지 않고도 오퍼레이터(operator)는 변경을 수행할 수 있다.

본 발명의 상기 설명은 예시와 설명을 위한 목적으로 제시된 것이다. 설명된 특정 형태로 본 발명을 제한하거나 그 이외의 것을 소거할 의도는 아니며, 상기한 기술 사상에 비추어 다양한 수정과 변형이 가능하다. 상기 실시예들은 본 발명의 원리와 그의 실시 형태를 가장 잘 설명하기 위하여 선택되었고 기술되었다. 상기한 상세한 설명은, 본 발명의 기술 사상에서 통상의 지식을 가진 자가 특정 용도에 가장 적합하도록 다양한 실시예와 다양한 수정을 가하여 본 발명을 이용하고 실시할 수 있도록 할 것이다. 본 발명의 범위는 이하의 특허청구범위에 의하여 정의된다.

Claims

제어 회로에 의하여, 전류 펄스의 디지털 서술(digital description) - 상기 디지털 서술은 전류 값과, 상기 전류 값이 레이저 다이오드에 인가되는 지속 기간에 관한 정보를 포함함 - 을 수신하는 단계;
상기 제어 회로에 의하여, 상기 전류 펄스의 디지털 서술에 대응되는 아날로그 구동 신호를 생성하는 단계;
상기 제어 회로에 의하여, 상기 아날로그 구동 신호를 상기 레이저 다이오드에 전달하는 단계;
상기 제어 회로에 의하여, 상기 아날로그 구동 신호가 인가된 상기 레이저 다이오드를 통한 전류 흐름을 나타내는 정보를 수신하는 단계;
상기 제어 회로에 의하여, 상기 전류 펄스의 디지털 서술 및 상기 레이저 다이오드를 통한 전류 흐름을 나타내는 정보에 기초하여 상기 전류 펄스의 새로운 디지털 서술을 생성하는 단계;
상기 제어 회로에 의하여, 상기 전류 펄스의 새로운 디지털 서술에 대응되는 새로운 아날로그 구동 신호를 생성하는 단계; 및
상기 제어 회로에 의하여, 상기 새로운 아날로그 구동 신호를 상기 레이저 다이오드에 제공하는 단계
를 포함하고,
상기 전류 펄스의 새로운 디지털 서술을 생성하는 단계는,
상기 제어 회로에 의하여, 상기 레이저 다이오드를 통하여 흐르는 전류를 상기 디지털 서술에 포함된 전류 값과 비교하는 단계;
상기 제어 회로에 의하여, 상기 레이저 다이오드를 통하여 흐르는 전류가 상기 디지털 서술에 포함된 전류 값과 실질적으로 동일하지 않은지를 판별하는 단계; 및
상기 제어 회로에 의하여, 상기 판별에 기초해서 상기 전류 펄스의 상기 새로운 디지털 서술을 생성하는 단계
를 포함하고,
상기 새로운 디지털 서술은 상기 전류 값과, 상기 전류 값이 레이저 다이오드에 인가되는 지속 기간 중 적어도 하나에 대한 수정된 정보를 포함하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 제어 회로는 임의 파형 생성기를 포함하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 제어 회로는 마이크로컨트롤러, 디지털-아날로그 변환기 및 아날로그-디지털 변환기를 포함하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 전류 펄스의 새로운 디지털 서술을 상기 제어 회로에 포함된 메모리에 저장하는 단계를 더 포함하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 아날로그 구동 신호가 인가된 상기 레이저 다이오드를 통한 전류 흐름을 나타내는 정보를 수신하는 단계는, 상기 레이저 다이오드에 연결된 전류 감지 장치로부터 상기 정보를 수신하는 단계를 더 포함하는 방법.
제5항에 있어서,
상기 전류 감지 장치는 저항인 방법.
제5항에 있어서,
상기 전류 감지 장치로부터 상기 정보를 수신하는 단계는, 포토다이오드로부터, 상기 포토다이오드가 포착한 상기 레이저 다이오드로부터의 광 출력에 대응되는 신호를 수신하는 단계를 포함하는 방법.
제어기에 의하여, 레이저 다이오드에 인가될 전류 펄스를 지시하는 제1 디지털 정보를 수신하는 단계 - 상기 전류 펄스는 크기(amplitude) 및 지속 기간(duration)을 가지며, 상기 크기는 전류 값을 지시하며 상기 지속 기간은 상기 전류 값이 상기 레이저 다이오드에 인가되는 기간을 지시함 - ;
상기 제어기에 의하여, 상기 제1 디지털 정보를 상기 제어기에 연결된 레이저 다이오드 드라이버에 제공하는 단계 - 상기 제1 디지털 정보는 상기 레이저 다이오드를 위한 대응 제1 아날로그 구동 신호를 생성하는데 사용됨 - ;
상기 제어기에 의하여, 전류 감지 장치로부터 신호를 수신하는 단계 - 상기 신호는 상기 아날로그 구동 신호가 인가된 상기 레이저 다이오드를 통해 흐르는 실제 전류를 나타냄 - ;
상기 제어기에 의하여, 상기 레이저 다이오드에 인가될 새로운 전류 펄스를 지시하는 제2 디지털 정보를 생성하는 단계 - 상기 제2 디지털 정보는 상기 제1 디지털 정보 및 상기 레이저 다이오드를 통해 흐르는 실제 전류에 기초함 - ; 및
상기 제어기에 의하여, 상기 제2 디지털 정보를 상기 레이저 다이오드 드라이버에 제공하는 단계
를 포함하고,
상기 제2 디지털 정보를 생성하는 단계는,
상기 제어기에 의하여, 상기 레이저 다이오드를 통하여 흐르는 실제 전류를 상기 제1 디지털 정보에 포함된 전류 값과 비교하는 단계;
상기 제어기에 의하여, 상기 레이저 다이오드를 통하여 흐르는 실제 전류가 상기 제1 디지털 정보에 포함된 전류 값과 실질적으로 동일하지 않은지를 판별하는 단계; 및
상기 제어기에 의하여, 상기 판별에 기초해서 상기 제2 디지털 정보를 생성하는 단계
를 더 포함하고,
상기 제2 디지털 정보는 상기 전류 값과, 상기 전류 값이 상기 레이저 다이오드에 인가되는 지속 기간 중 적어도 하나에 대한 수정된 정보를 포함하는 방법.
제8항에 있어서,
상기 제2 디지털 정보를 상기 제어기에 포함된 메모리에 저장하는 단계를 더 포함하는 방법.
제8항에 있어서,
상기 전류 감지 장치는 저항인 방법.
제8항에 있어서,
상기 레이저 다이오드를 통해 흐르는 실제 전류를 나타내는 신호를 수신하는 단계는, 포토다이오드로부터 신호를 수신하는 단계 - 상기 신호는, 상기 포토다이오드가 포착한 상기 레이저 다이오드로부터의 광 출력에 기초하여 생성됨 - 를 더 포함하는 방법.
제8항에 있어서,
상기 제어기는 광학적 수신기를 포함하며,
상기 제1 디지털 정보를 수신하는 단계는 광학적 신호를 수신하는 단계를 포함하는 방법.
제8항에 있어서,
상기 제2 디지털 정보는 상기 레이저 다이오드 드라이버로의 광학적 신호로서 통신되는 방법.
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제어 회로;
상기 제어 회로에 연결된 레이저 다이오드 드라이버 회로;
상기 레이저 다이오드 드라이버 회로에 연결된 레이저 다이오드;
상기 레이저 다이오드에 연결된 전류 측정 장치 - 상기 전류 측정 장치는 상기 레이저 다이오드를 통한 전류 흐름을 측정하도록 구성됨 -
를 포함하는 시스템으로서,
상기 제어 회로는,
레이저 다이오드에 인가될 전류 펄스를 지시하는 제1 디지털 정보를 수신하는 단계 - 상기 전류 펄스는 크기 및 지속 기간을 가지며, 상기 크기는 전류 값을 지시하며 상기 지속 기간은 상기 전류 값이 상기 레이저 다이오드에 인가될 기간을 지시함 - ;
상기 제1 디지털 정보를 상기 레이저 다이오드 드라이버 회로에 제공하는 단계 - 상기 제1 디지털 정보는 상기 레이저 다이오드를 위한 대응 제1 아날로그 구동 신호를 생성하는데 사용됨 - ;
전류 측정 장치로부터 신호를 수신하는 단계 - 상기 신호는 상기 아날로그 구동 신호가 인가된 상기 레이저 다이오드를 통해 흐르는 실제 전류를 나타냄 - ;
상기 레이저 다이오드에 인가될 새로운 전류 펄스를 지시하는 제2 디지털 정보를 생성하는 단계 - 상기 제2 디지털 정보는 상기 제1 디지털 정보 및 상기 레이저 다이오드를 통해 흐르는 실제 전류에 기초함 - ; 및
상기 제2 디지털 정보를 상기 레이저 다이오드 드라이버 회로에 제공하는 단계
를 수행하도록 구성되고,
상기 제어 회로는, 상기 제2 디지털 정보를 생성하기 위하여,
상기 레이저 다이오드를 통하여 흐르는 실제 전류를 상기 제1 디지털 정보에 포함된 전류 값과 비교하는 단계;
상기 레이저 다이오드를 통하여 흐르는 실제 전류가 상기 제1 디지털 정보에 포함된 전류 값과 실질적으로 동일하지 않은지를 판별하는 단계; 및
상기 판별에 기초하여 상기 제2 디지털 정보를 생성하는 단계
를 더 수행하도록 구성되고,
상기 제2 디지털 정보는 상기 전류 값과, 상기 전류 값이 상기 레이저 다이오드에 인가되는 지속 기간 중 적어도 하나에 대한 수정된 정보를 포함하는 시스템.
제15항에 있어서,
상기 제어 회로는 광학적 수신기를 포함하며,
상기 제1 디지털 정보는 광학적 신호를 거쳐 수신되는 시스템.
제15항에 있어서,
상기 전류 측정 장치는 상기 레이저 다이오드로부터의 광학적 출력을 포착하고, 상기 레이저 다이오드를 통해 흐르는 실제 전류를 나타내는 대응 신호를 생성하도록 구성된 시스템.
제17항에 있어서,
상기 전류 측정 장치는 포토다이오드를 포함하며,
상기 포토다이오드는,
상기 레이저 다이오드로부터의 광 출력을 포착하는 단계;
상기 포착된 광 출력에 대응되는 신호를 생성하는 단계;
상기 제어 회로에 상기 신호를 제공하는 단계 - 상기 신호는 상기 제어 회로에 의하여 상기 레이저 다이오드에 흐르는 실제 전류를 판별하는데 사용됨 -
를 수행하도록 구성된 시스템.
제15항에 있어서,
상기 제1 디지털 정보를 생성하도록 구성된 비임 제어 시스템을 더 포함하는 시스템.
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