RU2454765C1 - Apparatus for offsetting current of semiconductor laser and monitoring operating capacity of analogue fibre-optic communication lines - Google Patents

Apparatus for offsetting current of semiconductor laser and monitoring operating capacity of analogue fibre-optic communication lines Download PDF

Info

Publication number
RU2454765C1
RU2454765C1 RU2010148972/28A RU2010148972A RU2454765C1 RU 2454765 C1 RU2454765 C1 RU 2454765C1 RU 2010148972/28 A RU2010148972/28 A RU 2010148972/28A RU 2010148972 A RU2010148972 A RU 2010148972A RU 2454765 C1 RU2454765 C1 RU 2454765C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
laser
current
power
modulation
fibre
Prior art date
Application number
RU2010148972/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Алексеевич Михайлов (RU)
Николай Алексеевич Михайлов
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС")
Priority to RU2010148972/28A priority Critical patent/RU2454765C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2454765C1 publication Critical patent/RU2454765C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: apparatus includes circuits for controlling laser current, monitor photodiode current and ambient temperature. Power values set by a microcontroller are maintained by a comparator. The apparatus also has laser current offset circuits for modulation with a broadband analogue signal and controlling modulation power and a circuit for setting the required laser radiation power depending on temperature of the medium with a ripple filter. Current offset and laser radiation power are controlled such that the free generation stability type set using a priori obtained table data is maintained.
EFFECT: providing maximum dynamic range and maintaining non-uniformity of the amplitude-frequency characteristic of the fibre-optic line for transmitting analogue high-frequency signals in a wide range of operating temperatures.
2 dwg

Description

Изобретение относится к радиотехнике и оптоэлектронике, а именно к волоконно-оптическим системам передачи аналоговых сигналов, и может быть использовано в устройствах передачи аналоговых сигналов по волоконно-оптическому кабелю для систем радиосвязи и кабельного телевидения (CATV).The invention relates to radio engineering and optoelectronics, namely to fiber-optic systems for transmitting analog signals, and can be used in devices for transmitting analog signals via fiber-optic cable for radio communication systems and cable television (CATV).

Известен ряд схем температурной компенсации характеристик полупроводникового лазера, которые основаны на поддержании постоянного среднего тока через мониторный фотодиод (т.е. постоянной средней мощности лазерного излучения) ([1] - US Patent 6859473), ([2] - US Patent 5970078). Схема в ([3] - US Patent 6226114) управляет смещением лазера по заранее заложенной таблице без мониторного фотодиода. В работе ([4] - В.А.Малышев, Н.А.Михайлов. Учет особенностей генерационно-рекомбинационных процессов в анализе частотных характеристик модуляции инжекционных полупроводниковых лазеров накачкой [Текст] // Радиотехника, г.Москва, - 2010 г. №3, с.67-70) показано, что при попадании спонтанного излучения в рабочую моду резонатора одномодового лазера изменяется режим устойчивости свободной генерации, который можно поддерживать изменением тока смещения лазера. Известна также схема контроля и стабилизации тока и выходной мощности лазера ([5] - US Patent 7166826), в которой используется мониторный фотодиод для температурной компенсации и стабилизации мощности излучения полупроводникового лазера, а также цифровое устройство для хранения таблицы требуемой калибровки параметров смещения.A number of temperature compensation schemes for the characteristics of a semiconductor laser are known, which are based on maintaining a constant average current through a monitor photodiode (ie, a constant average laser power) ([1] - US Patent 6859473), ([2] - US Patent 5970078). The circuit in ([3] - US Patent 6226114) controls the offset of the laser according to a predefined table without a monitor photodiode. In the work ([4] - V.A. Malyshev, N. A. Mikhailov. Taking into account the features of generation-recombination processes in the analysis of the frequency characteristics of the modulation of injection pumped semiconductor lasers [Text] // Radio Engineering, Moscow, 2010 No. 3, p.67-70) it is shown that when spontaneous radiation enters the operating mode of the cavity of a single-mode laser, the stability mode of free generation changes, which can be maintained by changing the laser bias current. There is also a known scheme for monitoring and stabilizing the current and output laser power ([5] - US Patent 7166826), which uses a monitor photodiode for temperature compensation and stabilization of the radiation power of a semiconductor laser, as well as a digital device for storing the table of the required calibration of the bias parameters.

Эта схема стабилизации модуляционных характеристик лазерного диода, принятая за прототип, обладает следующими недостатками:This stabilization scheme of the modulation characteristics of the laser diode, adopted as a prototype, has the following disadvantages:

- схема не предназначена для модуляции аналоговыми сверхвысокочастотными (СВЧ) сигналами, и соответственно не предложен способ заполнения табличных значений в модуле программного контроля;- the circuit is not intended for modulation by analog microwave signals (microwave) signals, and accordingly, there is no way to fill in the table values in the program control module;

- отсутствует схема включения цепи для прямой модуляции лазера аналоговым высокочастотным сигналом.- there is no circuit switching circuit for direct modulation of the laser by an analog high-frequency signal.

Целью изобретения является устройство смещения тока лазера, обеспечивающее максимальный динамический диапазон и сохранение неравномерности амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) волоконно-оптической линии передачи аналоговых высокочастотных сигналов в широком диапазоне рабочих температур.The aim of the invention is a device for biasing the laser current, providing the maximum dynamic range and maintaining uneven amplitude-frequency characteristics (AFC) of the fiber-optic transmission line of analog high-frequency signals in a wide range of operating temperatures.

Для достижения цели предлагается схема стабилизации мощности, включающая цепи контроля тока лазера, тока мониторного фотодиода, температуры окружающей среды, компаратор, поддерживающий задаваемые микроконтроллером значения уровня мощности.To achieve the goal, a power stabilization circuit is proposed, which includes control circuits for laser current, monitor photodiode current, ambient temperature, and a comparator that supports power level values set by the microcontroller.

Согласно изобретению схема содержит цепи смещения тока лазера для модуляции широкополосным аналоговым сигналом и контроля мощности модуляции, цепь установки требуемой мощности излучения лазера в зависимости от температуры среды со сглаживающим фильтром, причем смещение тока и мощность излучения лазера регулируется таким образом, чтобы сохранялся тип устойчивости свободной генерации, устанавливаемый по предварительно полученным табличным данным, полученным из экспериментальной проверки применяемого в схеме типа лазера.According to the invention, the circuit comprises laser current bias circuits for modulating a broadband analog signal and controlling the modulation power, a circuit for setting the required laser radiation power depending on the temperature of the medium with a smoothing filter, wherein the current bias and laser radiation power are controlled so that the type of stability of free generation is maintained established by pre-obtained tabular data obtained from experimental verification of the type of laser used in the circuit.

Таблицу калибровочных данных получают при измерении амплдитудно-частотной характеристики цепи модуляции, содержащей лазер применяемого в устройстве типа и минимум искажающих элементов в сигнальном тракте, в зависимости от температуры окружающей среды и тока лазера. Значения мощности излучения лазера в зависимости от температуры для калибровочной таблицы фиксируют, когда наблюдается переход немонотонной амплитудно-частотной характеристики цепи модуляции с наличием максимума на характеристике, частота которого отлична от нуля, в монотонно убывающую характеристику.A table of calibration data is obtained when measuring the amplitude-frequency response of a modulation circuit containing a laser of the type used in the device and a minimum of distorting elements in the signal path, depending on the ambient temperature and laser current. The values of the laser radiation power depending on the temperature for the calibration table are fixed when there is a transition of a nonmonotonic amplitude-frequency characteristic of the modulation circuit with a maximum on the characteristic whose frequency is nonzero to a monotonically decreasing characteristic.

Сочетание отличительных признаков и свойства предлагаемого устройства смещения тока лазера из научно-технической литературы неизвестны, поэтому оно соответствует критериям новизны и изобретательского уровня.The combination of distinctive features and properties of the proposed laser current bias device from the scientific and technical literature are unknown, therefore, it meets the criteria of novelty and inventive step.

На фиг.1 изображена электрическая схема устройства смещения тока полупроводникового лазера и контроля работоспособности для аналоговых волоконно-оптических линий связи.Figure 1 shows an electrical diagram of a current bias device for a semiconductor laser and health monitoring for analog fiber optic communication lines.

На фиг.2 изображена электрическая схема устройства приемной части для получения калибровочных коэффициентов.Figure 2 shows the electrical circuit of the device receiving part for obtaining calibration coefficients.

Предлагаемая схема устройства смещения тока лазера, изображенная на фиг.1, содержит:The proposed circuit of the laser current bias device shown in figure 1, contains:

- лазерный диод 1.11, мониторный фотодиод 1.8;- laser diode 1.11, monitor photodiode 1.8;

- цепь смещения СВЧ сигналом в виде согласующего резистора 1.5, разделительного конденсатора 1.7 и фильтра нижних частот 1.15;- the bias circuit with a microwave signal in the form of a terminating resistor 1.5, an isolation capacitor 1.7 and a low-pass filter 1.15;

- цепь установки смещения лазера, состоящую из ограничительного резистора 1.12, управляющего транзистора 1.13, компаратора 1.10, управляемого цифровым способом резистора 1.9, задающего уровень излучаемой мощности ЦАП 1.2, подключаемого через сглаживающий скачки напряжения фильтр 1.4;- a laser bias installation circuit, consisting of a limiting resistor 1.12, a control transistor 1.13, a comparator 1.10, a digitally controlled resistor 1.9 that sets the level of radiated power of the DAC 1.2, connected through a filter 1.4 smoothing the voltage jumps;

- цепь контроля СВЧ сигнала в виде ответвителя СВЧ мощности 1.1, детектора 1.6 и аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) 1.19;- microwave signal control circuit in the form of a microwave power coupler 1.1, detector 1.6 and an analog-to-digital converter (ADC) 1.19;

цепь контроля напряжения на мониторном фотодиоде в виде АЦП 1.20; цепь контроля тока лазера в виде резисторов 1.14, 1.16 и 1.18, операционного усилителя 1.17 и АЦП 1.21;voltage control circuit on the monitor photodiode in the form of ADC 1.20; laser current control circuit in the form of resistors 1.14, 1.16 and 1.18, operational amplifier 1.17 and ADC 1.21;

- микроконтроллер 1.3, термодатчик 1.22.- microcontroller 1.3, temperature sensor 1.22.

Схема устройства приемной части для получения калибровочных коэффициентов, изображенная на фиг.2, содержит фотодиод 2.1, резистор 2.2, разделительный конденсатор 2.3, резистор 2.4 и СВЧ усилитель 2.5.The diagram of the device receiving part for obtaining calibration coefficients, shown in figure 2, contains a photodiode 2.1, a resistor 2.2, a separation capacitor 2.3, a resistor 2.4 and a microwave amplifier 2.5.

Принцип стабилизации модуляционных характеристик лазера основан на компенсации изменения режима устойчивости генерации при попадании спонтанного излучения в рабочую моду. Изобретение эффективно только при использовании одномодовых лазеров. Стабилизация мощности основана на известном принципе поддержания тока лазера 1.11 таким, чтобы сохранялся ток в цепи мониторного фотодиода 1.8, который пропорционален излучаемой лазером мощности. Напряжение, падающее на резисторе 1.9 в цепи мониторного фотодиода 1.8, сравнивается компаратором 1.10 с устанавливаемым ЦАП 1.2 через сглаживающий фильтр 1.4 напряжением и через транзистор 1.13 регулируется ток смещения лазера. Требуемая мощность излучения устанавливается по алгоритму, закладываемому в микроконтроллер 1.3, зависящему от температуры окружающей среды, измеряемой термодатчиком 1.22. Контроль поступающей на лазер СВЧ мощности осуществляется путем ее ответвления и детектирования элементами 1.1, 1.6 и 1.19. Ток лазера контролируется измерением напряжения на мониторном резисторе 1.14 элементами 1.16, 1.17, 1.18 и 1.21. Ток в цепи мониторного фотодиода 1.8 контролируется измерением напряжения на резисторе 1.9, АЦП 1.20.The principle of stabilization of the modulation characteristics of the laser is based on compensation for changes in the stability mode of the generation when spontaneous radiation enters the working mode. The invention is effective only when using single-mode lasers. Power stabilization is based on the well-known principle of maintaining the laser current 1.11 in such a way that the current is maintained in the circuit of the monitor photodiode 1.8, which is proportional to the power radiated by the laser. The voltage incident on the resistor 1.9 in the circuit of the monitor photodiode 1.8 is compared by the comparator 1.10 with the voltage of the DAC 1.2 installed through the smoothing filter 1.4 and the laser bias current is regulated through the transistor 1.13. The required radiation power is set according to the algorithm laid down in the microcontroller 1.3, which depends on the ambient temperature measured by the temperature sensor 1.22. The microwave power supplied to the laser is controlled by its branching and detection by elements 1.1, 1.6, and 1.19. The laser current is controlled by measuring the voltage on the monitor resistor 1.14 elements 1.16, 1.17, 1.18 and 1.21. The current in the circuit of the monitor photodiode 1.8 is controlled by measuring the voltage across the resistor 1.9, ADC 1.20.

Для получения таблицы калибровочных данных для микроконтроллера собирают схемы, изображенные на фиг.1 и 2, и соединяют волоконно-оптическую линию между лазерным диодом 1.11 и фотодиодом 2.1. Наблюдая за амплитудно-частотной характеристикой цепи модуляции при комнатной температуре, постепенно повышают ток смещения лазера с нулевого значения до момента, когда наблюдается переход немонотонной амплитудно-частотной характеристики с максимумом на частоте модуляции, отличной от нуля, в монотонно убывающую характеристику. Фиксируют значения температуры, управляющего напряжения на компараторе 1.10 (тока мониторного фотодиода), тока лазера. Затем помещают передающую часть установки, изображенную на фиг.1, в камеру тепла и холода и повторяют измерения для повышенной и пониженной рабочих температур среды. Полученные значения управляющего напряжения на компараторе 1.10 в двух температурных точках линейно интерполируют по координате температуры в микроконтроллере 1.3 для обеспечения оптимальной рабочей точки по току смещения лазера.To obtain a calibration data table for the microcontroller, the circuits shown in Figs. 1 and 2 are collected and a fiber optic line is connected between the laser diode 1.11 and the photodiode 2.1. Observing the amplitude-frequency characteristic of the modulation circuit at room temperature, the laser bias current is gradually increased from zero to the moment when there is a transition of a non-monotonic amplitude-frequency characteristic with a maximum at a modulation frequency other than zero to a monotonically decreasing characteristic. The temperature, the control voltage on the comparator 1.10 (current of the monitor photodiode), and the laser current are recorded. Then put the transmitting part of the installation, shown in figure 1, in the chamber of heat and cold and repeat the measurements for high and low operating temperatures of the medium. The obtained values of the control voltage on the comparator 1.10 at two temperature points are linearly interpolated by the temperature coordinate in the microcontroller 1.3 to ensure the optimal operating point for the laser bias current.

Изобретение позволяет обеспечить максимальный динамический диапазон устройств передачи аналоговых сигналов при изменениях температуры среды за счет сохранения режима устойчивости свободной генерации путем регулирования тока смещения и мощности излучения лазера по сравнению с прототипом, в котором стабилизируется средняя мощность излучения лазера.The invention allows to provide the maximum dynamic range of devices for transmitting analog signals when the temperature of the environment is maintained by maintaining the stability of free generation by adjusting the bias current and laser radiation power compared to the prototype, in which the average laser radiation power is stabilized.

На дату подачи заявки разработано и изготовлено устройство смещения тока лазера и контроля его работоспособности для аналоговых волоконно-оптических линий связи с рабочим диапазоном частот до 2,5 ГГц и диапазоном рабочих температур от минус 40 до 70°C. Разработанное устройство может быть применено для обеспечения оптимального режима модуляции лазеров в трактах трансляции аналоговых сигналов.At the filing date, a device was developed and manufactured for displacing the laser current and monitoring its operability for analog fiber-optic communication lines with a working frequency range up to 2.5 GHz and a working temperature range from minus 40 to 70 ° C. The developed device can be used to provide the optimal laser modulation mode in the transmission paths of analog signals.

Claims (1)

Устройство смещения тока полупроводникового лазера и контроля работоспособности для аналоговых волоконно-оптических линий связи, включающее цепи контроля тока лазера, тока мониторного фотодиода, температуры окружающей среды, компаратор, поддерживающий задаваемые микроконтроллером значения уровня мощности, отличающееся тем, что содержит цепи смещения тока лазера для модуляции широкополосным аналоговым сигналом и контроля мощности модуляции, цепь установки требуемой мощности излучения лазера в зависимости от температуры среды со сглаживающим фильтром, причем смещение тока и мощность излучения лазера регулируются таким образом, чтобы сохранялся тип устойчивости свободной генерации, устанавливаемый по предварительно полученным табличным данным. A semiconductor laser current bias device and operability control for analog fiber-optic communication lines, including laser current, monitor photodiode current, ambient temperature control circuits, a comparator supporting power level values set by the microcontroller, characterized in that it contains laser current bias circuits for modulation broadband analog signal and control the modulation power, the circuit setting the required laser radiation power depending on the temperature of the medium with lazhivayuschim filter, wherein the DC offset and power of the laser radiation are controlled so as to maintain the free-running resistance type, installed on a previously made table data.
RU2010148972/28A 2010-11-30 2010-11-30 Apparatus for offsetting current of semiconductor laser and monitoring operating capacity of analogue fibre-optic communication lines RU2454765C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010148972/28A RU2454765C1 (en) 2010-11-30 2010-11-30 Apparatus for offsetting current of semiconductor laser and monitoring operating capacity of analogue fibre-optic communication lines

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010148972/28A RU2454765C1 (en) 2010-11-30 2010-11-30 Apparatus for offsetting current of semiconductor laser and monitoring operating capacity of analogue fibre-optic communication lines

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2454765C1 true RU2454765C1 (en) 2012-06-27

Family

ID=46682017

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010148972/28A RU2454765C1 (en) 2010-11-30 2010-11-30 Apparatus for offsetting current of semiconductor laser and monitoring operating capacity of analogue fibre-optic communication lines

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2454765C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2589448C1 (en) * 2015-05-28 2016-07-10 Акционерное общество "Конструкторское бюро приборостроения им. академика А.Г. Шипунова" Installation method of radiation emitter of semiconductor laser and radiation emitter of semiconductor laser (versions)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1704207A1 (en) * 1989-04-03 1992-01-07 Белорусский государственный университет им.В.И.Ленина Semiconductor laser output power stabilizing device
EP1485736A2 (en) * 2002-02-12 2004-12-15 Finisar Corporation Maintaining desirable performance of optical emitters at extreme temperatures
JP2005269658A (en) * 2004-03-19 2005-09-29 Emcore Corp Optical transmitting system of direct modulation type laser
US7166826B1 (en) * 2002-11-13 2007-01-23 Micrel, Incorporated Automatic control of laser diode current and optical power output

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1704207A1 (en) * 1989-04-03 1992-01-07 Белорусский государственный университет им.В.И.Ленина Semiconductor laser output power stabilizing device
EP1485736A2 (en) * 2002-02-12 2004-12-15 Finisar Corporation Maintaining desirable performance of optical emitters at extreme temperatures
US7166826B1 (en) * 2002-11-13 2007-01-23 Micrel, Incorporated Automatic control of laser diode current and optical power output
JP2005269658A (en) * 2004-03-19 2005-09-29 Emcore Corp Optical transmitting system of direct modulation type laser

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2589448C1 (en) * 2015-05-28 2016-07-10 Акционерное общество "Конструкторское бюро приборостроения им. академика А.Г. Шипунова" Installation method of radiation emitter of semiconductor laser and radiation emitter of semiconductor laser (versions)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7439481B2 (en) In-situ power monitor having an extended range to stabilize gain of avalanche photodiodes across temperature variations
US10784957B2 (en) Method and device for controlling wavelength of light emitting assembly
KR20080055902A (en) Power monitor for monitoring input optical power incident on avalanche photodiodes
US20040052299A1 (en) Temperature correction calibration system and method for optical controllers
WO2010031275A1 (en) A control device and control method for locking the wavelength of an optical module
EP1350096A2 (en) Electro-optic system controller and method of operation
JP5439970B2 (en) Laser diode driving method and optical transmitter
US20200136349A1 (en) Optical transmitter
CN108123366A (en) A kind of wavelength on-line calibration device and method of DBR tunable laser
US7427741B2 (en) Bias control apparatus for avalanche photodiode and optical apparatus utilizing the bias control apparatus
CN105186282A (en) High-frequency-stabilization tunable narrow linewidth laser and use method thereof
RU2454765C1 (en) Apparatus for offsetting current of semiconductor laser and monitoring operating capacity of analogue fibre-optic communication lines
CN118316535A (en) Optical link with stable gain bias and method for maintaining stable gain bias of optical link
US7200159B2 (en) Method and apparatus for temperature stabilization of a wavelength of a laser
US9515738B2 (en) Optical module
CN105680296A (en) Temperature control circuit based on thermoelectric refrigerator
CN210155570U (en) Automatic amplitude stabilizing circuit with temperature compensation
US9374168B2 (en) Thermal tuning of optical devices
US20050249508A1 (en) Method and system for controlling laser diodes in optical communications systems
RU169583U1 (en) MICROWAVE RADIOMETER CALIBRATION DEVICE
KR20200110986A (en) Controller of optical transmitter
US20230155679A1 (en) Temperature-independent Optical Link
US9325153B2 (en) Method to control transmitter optical module
RU2760745C1 (en) Method for transmitting an analog high-frequency signal over a fiber-optic communication line
US20240113501A1 (en) Optoelectrical Assembly, Light Source Pool, Optoelectrical Switching Device, and Control Method for Optoelectrical Assembly