NL7907683A

NL7907683A - Regelketen voor de bekrachtigingsstroom van een laser.

Info

Publication number: NL7907683A
Application number: NL7907683A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1979-10-18
Filing date: 1979-10-18
Publication date: 1981-04-22
Also published as: US4347610A; GB2061607B; CA1149021A; IT1133916B; BE885760A; JPS5666083A; AU534437B2; JPS6163071A; FR2468232A1; SE448506B; DE3038607A1; JPH0118589B2; JPS6163070A; GB2061607A; JPH0157513B2; FR2468232B1; IT8025362A0; SE8007200L; AU6341380A

Description

f. * PHN 9609 1

Regelketen voor de bekrachtigingsstroom van een laser.

N.V. Philips* Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

De uitvinding heeft betrekking op een regelketen voor een component van de door de modulatiestroomcomponent en de voorstroomcomponent gevormde bekrachtigingsstroom van een injectielaser.

5 Het is bekend, bijvoorbeeld uit de IEEE Transac tions on Communications, Vol. Com-26, No. 7» July 1978, pp 1088-98, om de modulatiestroomcomponent zodanig te regelen dat het verschil tussen het maximale en minimale optische uitgangsvermogen gestabiliseerd wordt en om de voorstroom- ^ component zodanig te regelen, dat het minimale optische uitgangsvermogen wordt gestabiliseerd.

Uit de Nederlandse terinzagelegging 7803125 is het bekend om het maximale of het gemiddelde optische uitgangsvermogen door regeling van de modulatiestroomcomponent te sta- 15 biliseren. Het stabiliseren van het gemiddelde optische uitgangsvermogen door regeling van de voorstroomcomponent is bijvoorbeeld bekend uit de 4th European Conference on Optical Fiber Communication, Genua, 12-15 September 1978, pp 438-48.

Bij modulatie van het optische uitgangssignaal van 20 de laser door een analoog modulatiesignaal, bijvoorbeeld een televisie viedosignaal, moet de laser in het lineaire gebied van de laserkarakteristiek ingesteld worden en in dat gebied gehandhaafd blijven door middel van een regeling van de bekrachtigingsstroom.

25

De bekende regelketens voor de bekrachtigingsstroom hebben het nadeel, dat de niet-lineaire vervorming in het gemoduleerde optische uitgangssignaal toeneemt met de leeftijd van de laser.

2U De uitvinding beoogt een voor toepassing bij lineaire modulatie van het optische uitgangssignaal van de laser geschikte regelketen te verschaffen.

790 76 83 r -λ PHN 9609 2

De regelketen voor een component van de door de modulatiestroomcomponent en de voorstroomcomponent gevormde bekrachtigingsstroom van een injectielaser volgens de uitvinding heeft het kenmerk, dat detectiemiddelen aanwezig 5 zijn voor het in een van het optische uitgangssignaal van de laser afgeleid signaal detecteren van het intermodulatie-productsignaal van tenminste twee in de modulatiestroomcomponent aanwezige signalen met nagenoeg constante amplitude teneinde een stuursignaal op te wekken en middelen voor het 10 vergelijken van het stuursignaal met een referentiesignaal voor het vormen van een foutsignaal en middelen aanwezig zijn voor het in responsie op het foutsignaal regelen van de sterkte van de genoemde component van de bekrachtigingsstroom van de laser.

15

De uitvinding en hare voordelen zullen aan de hand van de tekening nader worden toegelicht.

Fig. 1 toont een aantal laserkarakteristieken.

Fig. 2 illustreert de modulatie van het optische ^ uitgangssignaal.

Fig. 3 is het blokdiagram van een eerste regelketen volgens de uitvinding.

Fig. b is het blokdiagram van een tweede regelketen volgens de uitvinding.

Fig. 5 illustreert enkele golfvormen welke in de 25 regelketen volgens figuur b optreden.

Fig. 6 illustreert de modulatie van het optische uitgangssignaal bij toepassing van de regelketen volgens figuur b.

20 Fig. 7 illustreert de niet-lineaire vervorming als functie van de voorstroom met en zonder regeling van de modulatiestroomcomponent.

De laserkarakteristiek, welke het verband aangeeft tussen het optische uitgangsvermogen P en de stroom I door 35 de laser is afhankelijk van de omgevingstemperatuur en van de ouderdom van de laser. In figuur 1 zijn drie karakteristieken K1, K2 en K3 geïllustreerd met van K1 naar K2 naar K3 toenemende temperatuur en/of toenemende ouderdom van de laser.

790 76 83 r * PHN 9609 3

Het werkgebied moet zodanig worden ingesteld, dat de electro-optische overdracht voldoet aan bepaalde eisen ten aanzien van het optische vermogen. Voor karakteristiek K1 betekent dit bijvoorbeeld een instelling van de stroom in het gebied 5 tussen 111 en 121 en voor karakteristiek K3 in het gebied tussen 113 en 123 voor een optisch vermogen in het gebied tussen PI en P2. Een aanpassing van het werkgebied bij verandering van de karakteristiek is daarom noodzakelijk.

In hoofdzaak verandert de waarde van de drempel-^ stroom Ith, de helling van de karakteristiek in het lineaire gebied (l) en de kromming in het overgangsgebied (s), dat de overgang vormt tussen het gebied van de spontane emissie en het lineaire gebied.

Bij modulatie van de laser door een analoog modulatie- 15 .......

signaal treedt niet-lineaire vervorming op m het gebied waar de laserkarakteristiek niet-lineair is. Een verandering van de karakteristiek, waarbij de knik bij de drempelstroom

Ith minder scherp wordt, veroorzaakt een toename van de ^ niet-lineaire vervorming.

In figuur 2 is de modulatie van de laser door een televisie videosignaal inclusief het lijnsynchronisatiesignaal en de geluidsdraaggolf geïllustreerd. Het videosignaal Iv is hierbij gesuperponeerd op de voorstroom Ib. De instelling van de voorstroom is zodanig, dat wanneer de drempelstroom 25

Ith vanwege de temperatuur of door het ouder worden van de laser toeneemt de toppen van de lijnsynchronisatie-impulsen de laser in het kromme deel S van de karakteristiek brengen. Hierdoor ontstaat niet-lineaire vervorming van het video-3Q signaal.

Volgens een bekende methode kan bij deze modulatie het gemiddelde optische uitgangsvermogen gestabiliseerd worden door regeling van de voorstroom Ib. De voorstroom wordt dan aangepast aan de toename van de drempelstroom Ith. Het over-35 gangsgebied S neemt echter in omvang toe bij toename van de drempelstroom, waardoor de niet-lineaire vervorming toeneemt.

Teneinde blijvend te kunnen voldoen aan bepaalde eisen met betrekking tot de lineariteit van de modulatie van 790 76 83 9· * PHN 9609 4 het optische uitgangsvermogen, wordt het intermodulatiepro-ductsignaal van twee in het modulatiesignaal aanwezige signalen met nagenoeg constante amplitude gedetecteerd en wordt hieraan een regelsignaal ontleend waarmede de instelling van 5 de laser wordt aangepast, zodanig, dat de niet-lineaire vervorming binnen de toegestane waarden blijft.

Het aanpassen van de instelling van de laser kan geschieden door regeling van de voorstroom (figuur 3) of door regeling van de modulatiestroom (figuur 4). De .regeling 10 van de andere stroomcomponent kan op een bekende wijze plaats vinden.

De regelketen volgens figuur 3 heeft betrekking op de modulatie van een injectielaser 1 door een analoog videosignaal Iv inclusief’ het lijnsynchronisatiesignaal en de ge-1® luidsdraaggolf (figuur 2), dat wordt geleverd door de geregelde stroombron 2. De voorstroom Ib wordt geleverd door de geregelde stroombron 3· Met de laser is een optische fiber k en een fotogevoelige detector 5 gekoppeld.

In het geval van overdracht van een televisiesignaal 20 kan het intermodulatieproductsignaal van het lijnsynchronisatiesignaal (frequentie fs W 15*7 KHz) en de geluidsdraaggolf (frequentie fhs =4,5 MHz) in het optische uitgangssignaal worden gedetecteerd. Vanwege de niet-lineariteit in het overgangsgebied S wordt de geluidsdraaggolf door het lijnsynchronisatie-25 signaal gemoduleerd, waarbij signalen ontstaan op de zijband- frequenties fhs - fs en fhs + fs.

De AC-component van het uitgangssignaal van de fotogevoelige detector 5 wordt door de hoogfrequentversterker 6 versterkt en daarna toegevoerd aan het bandfilter 7» dat 30 is afgestemd op de frequentie fhs - fs. Het uitgangssignaal hiervan wordt gelijkgericht door gelijkrichter 8.

Het uitgangssignaal van gelijkrichter 8 wordt toegevoerd aan de inverterende ingang van de operationele ver-sterker 9· Aan de niet-inverterende ingang hiervan wordt

oO

een referentiespanning Vrefl toegevoerd,welke een maat is voor de toegestane niet-lineaire vervorming. Uit het verschil tussen het uitgangssignaal van gelijkrichter 8 en de 790 7 6 83 φ φ ΡΗΝ 9609 5 referentiespanning Vrefi ontstaat op de uitgang van de versterker 9 een foutsignaal. Dit foutsignaal wordt gebruikt om de geregelde stroombron 3 zodanig te besturen, dat de voorstroom Ib wordt aangepast aan de toegestane niet-5 lineaire vervorming.

Veranderingen in de helling van de laserkarakte- ristiek kunnen door aanpassing van de modulatiestroom Iv worden gecompenseerd. Als criterium hiervoor kan gebruik worden gemaakt van de amplitude van de geluidssdraaggolf in ^ het optische uitgangssignaal van de laser. Hiertoe wordt het uitgangssignaal van de hoogfrequentversterker 6 toegevoerd aan het bandfilter 10, dat is afgestemd op de frequentie fhs. Het uitgangssignaal hiervan wordt gelijkgericht door gelijkrichter 11.

15

Het uitgangssignaal van gelijkrichter 11 wordt toegevoerd aan de inverterende ingang van de operationele versterker 12. Aan de niet-inverterende ingang hiervan wordt de referentiespanning Vref 2 toegevoerd, welke een maat is voor de gewenste waarde van de amplitude van de geluidsdraag-golf in het optische uitgangssignaal. Uit het verschil tussen het uitgangssignaal van gelijkrichter 11 en de referentiespanning Vref 2 ontstaat op de uitgang van de versterker 12 een foutsignaal. Dit foutsignaal wordt gebruikt om de geregelde stroombron 2 zodanig te besturen, dat de amplitude van de geluidsdraaggolf in het optische uitgangssignaal de gewenste waarde heeft.

De intermodulatie van het lijnsynchronisatiesignaal met de geluidsdraaggolf vindt alleen plaats tijdens de syn-30 chronisatie-impulsen en verstoort de beeldkwaliteit niet.

Vanneer naast het basisband-videosignaal een aantal op verschillende draaggolven FM-gemoduleerde televisiesignalen worden overgedragen, dan kan het gewenst zijn, dat de lijnsynchronisa-tiesignalen daarvan en het lijnsynchronisatiesignaal van het 35 basisbandvideosignaal isochroon zijn, teneinde beïnvloeding van de beeldkwaliteit van de andere televisiesignalen door het in-termodulatieproductsignaal te voorkomen.

790 7 6 83 * · PHN 9609 6

In het geval dat het modulatiesignaal van de laser bestaat uit een aantal in frequentie gestapelde, in frequentie of amplitude door televisiesignalen gemoduleerde, draag-golven dan is een goede lineariteit van de modulatie van 5 belang. In dit geval is het mogelijk om laagfrequente hulp-signalen aan het modulatiesignaal toe te voegen en de inter-modulatie daarvan te meten.

Een regelketen, welke gebruik maakt van laagfrequente hulpsignalen is weergegeven in figuur 4. In dit geval wordt de ^ modulatiestroom van laser 1 geregeld in afhankelijkheid van de optredende niet-lineaire vervorming.

Als hulpsignalen fungeren twee binaire signalen e1 (t) en e 2(t) (figuur 5) met een fundamentele frequentie van bijvoorbeeld 1 en 2 KHz. Deze signalen worden opgewekt 15 door signaalgenerator 13. In signaaloptelinrichting 14 worden deze signalen opgeteld bij het aan signaalingang 15 toegevoerde informatiesignaal.

Het informatiesignaal en de hulpsignalen doorlopen de geregelde versterker 16 met een stroombronuitgang, welke de 20 modulatiestroom Iv levert. In de signaaloptelschakeling 17 wordt de voorstroom Ib bij de modulatiestroom Iv opgeteld en de som van de stromen wordt aan de laser toegevoerd.

De som van de signalen el(t) en e2(t) is geïllustreerd in figuur 5· In figuur 6 is geïllustreerd hoe het optische uit-25 gangssignaal van de laser wordt gemoduleerd door de modulatiestroom Iv, welke bestaat uit de som van het informatiesignaal en de signalen el(t) en e2(t). Het kan gezien worden dat in het kromme deel S van de laserkarakteristiek een asymetrieche gg vervorming ontstaat van de enveloppe van het optische uitgangssignaal , vergeleken met het deel van de enveloppe dat in het lineaire gebied L ligt.

In deel S van de laserkarakteristiek ontstaat intermodulatie tussen de hulpsignalen e1(t) en e2(t). Een belang-35 rijk deel van het intermodulatiesignaal bestaat uit een component, welke evenredig is met het product van de signalen el(t) en e2(t) (figuur 5)· Deze intermodulatiecomponent kan gebruikt worden om de versterking van versterker 16 zodanig 790 7 6 83 PHN 9609 7 * .9 te regelen, dat de niet—lineaire vervorming in het gemoduleerde optische uitgangssignaal binnen bepaalde waarden blijft.

Het uitgangssignaal van de fotogevoelige detector 5 5 wordt toegevoerd aan het bandfilter 18, dat is afgestemd op 1 KHz, In een productmodulator 19 wordt het uitgangssignaal van filter 18 vermenigvuldigd met het signaal e3(t) = el(t) . e2(t). Hierdoor ontstaat aan de uitgang van modulator 19 een DC-component waarvan de sterkte evenredig is met de ^ sterkte van de component : el(t) . e2(t) in het optische uitgangssignaal.

Het uitgangssignaal van modulator 19 wordt toegevoerd aan de inverterende ingang van de operationele versterker 20.

Aan de niet-inverterende ingang hiervan wordt de referentie-15 spanning Vref3 toegevoerd, welke een maat is voor de toelaatbare niet-lineaire vervorming. De operationele versterker 20 vormt uit het verschil tussen het uitgangssignaal van modulator 19 en de referentiespanning Vref3 een foutsignaal. Met dit ^ foutsignaal wordt de versterking van versterker 16 geregeld zodanig, dat de niet-lineaire vervorming in het optische uitgangssignaal binnen bepaalde waarden blijft.

Ter vergemakkelijking van de detectie van de inter-modulatie component el(t) . e2(t) in het uitgangssignaal van de fotogevoelige detector 5 kan het aanbeveling verdienen om 25 de componenten el(t) en e2(t) in het uitgangssignaal te compenseren met behulp van de signalen el(t) en e2(t), welke van de signaalgenerator 13 worden afgeleid.

Het effect van de regeling van de modulatiestroom in 3q afhankelijkheid van de niet-lineaire vervorming volgens figuur h is geïllustreerd in figuur 7 als functie van de verhouding van de voorstroom Ib tot de drempelstroom Ith. De figuur illustreert dat bij vermindering van de voorstroom ten opzichte van de drempelstroom door invloed van de regelketen 35 de 2e harmonische vervorming laag gehouden wordt (kromme c) zij het ten koste van enig signaalvermogen (kromme A). Zonder regelketen zou de vervorming sterk zijn toegenomen (kromme B).

790 7 6 83 ΡΗΝ 9609 8 ψ *

De voorstroom Ib van laser 1 kan op bekende wijze zodanig worden geregeld, dat het gemiddelde optische uit-gangsvermogen constant blijft. De voorstroom Ib volgt dan de toename van de drempelstroom Ith met toenemende temperatuur 5 en/of ouderdom van de laser. Hiertoe wordt het uitgangssignaal van de fotogevoelige detector 5 door middel van laagdoorlaat-filter 21 toegevoerd aan de inverterende ingang van de operationele versterker 22 met stroombronuitgang. Aan de niet-inverterende ingang hiervan wordt een referentiespanning Vref4 ^ toegevoerd, welke een maat ds voor het gewenste gemiddelde optische vermogen. Uit het verschilsignaal leidt versterker 22 de voorstroom Ib af, welke in signaaloptelschakeling 17 bij de modulatiestroom Iv wordt opgeteld.

Andere signalen dan de signalen el(t) en e2(t) 15 welke in figuur 5 zijn geïllustreerd, kunnen worden gebruikt als hulpsignalen in een regelketen, welke gebaseerd is op het meten van de intermodulatie van de hulpsignalen. In principe kunnen sinusvormige hulpsignalen worden toegepast. Het opwekken van binaire signalen in geïntegreerde circuits is 20 echter eenvoudiger te realiseren als het opwekken van sinusvormige signalen.

Wenselijke eigenschappen van de hulpsignalen el(t) en e2(t) zijn dat : J(e1(t) + e2(t)) . e1(t) . e2(t) dt = 0 (l) 25 . ' ƒ e1(t) . e2(t) dt = 0 (2) j*(el(t) . e2 (t) J . el(t) e2(t) dt φ O (3) , waarbij de integralen zich over een geheel aantal perioden van het ene en andere hulpsignaal uitstrekken. De eigenschap 2Q (1) vereenvoudigt de detectie van de intermodulatiecomponent el(t) . e2(t). De eigenschap (2) verhindert dat productmodu-lator 19 als gevolg van draaggolflek een DC-component kan leveren. De eigenschap (3) maakt detectie van het intermodulatie-signaal door correlatie in een productmodulator (19) mogelijk.

35 790 7 6 83

Claims

1· Regelketen voor een component van de door een modu- latiestroom component en een voorstroomcomponent gevormde bekrachtigingsstroom van een injectielaser, met het kenmerk, 5 dat detectiemiddelen aanwezig zijn voor het in een van het optische uitgangssignaal van de laser afgeleid signaal detecteren van het intermodulatieproductsignaal van tenminste twee in de modulatiestroomcomponent aanwezige signalen met nagenoeg constante amplitude teneinde een stuursignaal op te 10 wekken en middelen voor het vergelijken van het stuursignaal met een referentiesignaal voor het vormen van een foutsignaal en middelen aanwezig zijn voor het in responsie op het foutsignaal regelen van de sterkte van de genoemde component van de bekrachtigingsstromen van de laser, 15

2. Regelketen volgens conclusie 1 waarbij de modulatie-stroomcomponent een televisie-videosignaal met een lijnsynch.ro-nisatiesignaal en een geluidsdraaggolf bevat:, met het kenmerk, dat de detectiemiddelen zijn aangepast voor het detecteren van het intermodulatieproductsignaal van het lijnsynchronisa- 20 tiesignaal en de geluidsdraaggolf.

3. Regelketen volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat middelen aanwezig zijn voor het invoegen van twee binaire hulpsignalen in de modulatiestroomcomponent. b. Regelketen volgens conclusie b, met het kenmerk, 25 dat de detectiemiddelen middelen bevatten voor het vermenigvuldigen van het van het optische uitgangssignaal afgeleide signaal met het product van de binaire hulpsignalen. 30 35 790 76 83