SE516099C2 - Förfarande och reglerkrets för reglering av den optiska utgångsnivån av en laserdiodsändare - Google Patents

Description

20 25 30 35 516.099 2 "O"-nivån mycket liten jämfört med "1"-nivån. Även en mycket liten nivån. Då extinktionskoefficienten är stor är störning eller offset i reglerkretsen kan därför förorsaka en betydlig ändring i "O"-nivån och följaktligen i extink- tionskoefficienten.

För att undvika detta måste reglerkretsen vara förändringar i effekt- insignaländringar och komponenttoleranser. okänslig för temperaturväxlingar, tillförseln, Detta betyder att då t.ex. temperaturen ändras, borde kret- sen agera för att kompensera för variationen i lasereffek- tiviteten, och inte för offsets eller avvikelse i själva kretsen.

Systemet enligt EP-patentansökan 218 449 uppfyller inte ovannämnda ändamål av flera orsaker. I detta system härleds reglerkretsens reglersignal från en balanserad modulator eller blandare. Den balanserade modulatorns eller blandarens uteffekt är direkt beroende av insignalernas amplitud. Som referenssignal används i detta system an- tingen datasignalen som sådan eller efter några logiska operationer. Datasignalen har sagts vara en digital signal och sålunda härledd från en logisk grind. Det är välkänt att amplitudnivån för utdata från vilken som helst grind varierar med temperaturväxlingar. Referenssignalen till den balanserade modulatorn eller blandaren förändras sålunda enligt temperaturväxlingar. Detta föranleder en felaktig ändring i multiplikatorns uteffekt, vilket å sin sida pà- verkar extinktionsgraden.

Själva den balanserade modulatorn eller blandaren består av transistorer eller dioder med basemitterspän- ningar som ändras enligt temperaturen. Även detta föran- leder onödig justering av uteffekten.

I detta kända system måste den återhämtade signa- lens och referenssignalens fas synkroniseras. Detta för- farande är icke lämpligt vid höga bithastigheter då puls- längden är jämförlig med fasändringen förorsakad av para- 10 15 20 25 30 35 516.099 3 sitkapacitanserna i kretsen. Kravet pà individuell juste- ring av varje krets är till stor nackdel vid massproduk- tion.

I en utföringsformxenligt EP-patentansökan 218 449 detekteras signalens positiva och negativa toppar. Eftersom den negativa toppen motsvarar "O"-nivån, som har ett litet värde, åstadkommer även en liten offset eller avvikelse ett stort fel.

I en reglerkrets enligt US 4 277 846 härleds reg- lersignalen från en negativ toppdetektor och från en fast referenssignal. Kretsen har inte termperaturkompenserats internt, och växlingar i basemitterspänningen i toppdetek- torn reflekterar sålunda starkt som fel i moduleringsström- men.

I en reglerkrets enligt JP-skriften 55-83280 här- leds reglersignalen från en kombination av en positiv topp- värdesdetekterad signalnivå och den genomsnittliga signal- nivån. Inte heller nu ingår intern temperaturkompensation, och inga förbehåll har gjorts för signalens pulskvot. I själva verket om sändningen avbryts under funktionen, ökar kretsen moduleringsströmmen ändlöst, och skadar eller för- stör sålunda lasern. Ändamàlen med föreliggande uppfinning uppnås med hjälp av ett förfarande enligt uppfinningen, i vilket topp- nivàn för laserdiodsändarens optiska uteffekt regleras ut- gående från differensen mellan toppnivàerna för nämnda övervakningssignal och datasignalen som skall sändas.

Förfarandet enligt uppfinningen baserar sig pà den principen att övervakningssignalen och datasignalen alstras av samma mekanism. Alla ändringar i systemet förekommer så att uteffekten blir densamma. Tack vare denna princip är kretsen internt sålunda symmetriskt i bàda signalerna, temperaturkompenserad och immun mot variationer i effekt- tillförseln och insignalen.

I uppfinningen övervakas och regleras både topp- 10 15 20 25 30 35 5161099 4 nivån och medelnivàn för laserdiodens optiska uteffekt samtidigt genom att som referenssignal använda datasignalen som skall sändas. Då datasignalen används som referens- signal avbryts funktionen inte ens under långa databit- och inte heller blir lasereffekten felaktigt justerad. Med hjälp av uppfinningen sekvenser som saknar förändringar, kan nivån och extinktionsgraden alltså hållas konstanta trots ändringar i insignalförhàllandena.

Uppfinningen avser även en reglerkrets för regle- vilken reglerkrets omfattar ett övervakningsfotodiodorgan för ring av en laserdiodsändares optiska utgångsnivå, detektering av en del av en optisk utsignal från laserdiod- sändaren, en förförstärkare som alstrar en övervaknings- och ett första regleringsorgan för reglering av laserdiodsändarens signal representerande nämnda optiska utsignal, genomsnittliga utgångsnivå på basis av nämnda övervak- ningssignal och datasignalen. som skall sändas. Regler- kretsen enligt uppfinningen omfattar ett toppnivàdetektor- organ för detektering av övervakningssignalens toppnivå och toppnivån för datasignalen som skall sändas; och ett andra regleringsorgan för reglering av toppnivån för laserdiod- sändarens optiska uteffekt utgående från differensen mellan nämnda toppniváer som toppnivàdetektorn detekterat.

I det följande skall uppfinningen beskrivas mera detaljerat med hjälp av en såsom ett exempel angiven utfö- ringsform med hänvisning till bifogade ritningar, där figur l är ett blockdiagram av en reglerkrets en- ligt uppfinningen.

I det följande skall några tekniska termer för- klaras.

Med branthetsgrad (slope efficiency) avses en lasers förmåga att omvandla elektrisk ström till ljus, dvs. att en laser med god verkningsgrad behöver en liten ändring i strömmen för att åstadkomma en stor ändring i den utmata- de ljusnivån, medan en ineffektiv laser behöver en större 10 15 20 25 30 35 516,. 099 5 ändring i strömmen för att åstadkomma samma ändring i ljuset som matas ut.

Med branthetsvariationer (slope variations) avses sàdana ändringar i laserns verkningsgrad som ansluter till tid och temperatur. Typiskt är att dá lasern blir äldre och dess funktionstemperatur höjs, blir verkningsgraden mindre, varvid erfordras en ökad driftsström.

Figur l visar en optisk sändare som omfattar en laserdiod LD, en laserdiodkontroll l, en moduleringsström- källa 2 och en biasströmkälla 3. Laserdioden LD är pà kon- ventionellt sätt förspänd i framàtriktningen pá grund av en från biasströmkällan 3. strömkällan 2 alstrar en moduleringsström Imd pá basis av biasström IB", Modulerings- en inkommande datasignal som inmatas i källan 2. Module- ringsströmmen Imß matas till laserdiodkontrollet 1 för mo- dulering av laserdioden LD, så att laserdioden LD sänder en optisk signal som motsvarar den inkommande datan till ett optiskt överföringsmedium, såsom en optisk fiber ll.

En del av laserdiodens LD optiska uteffekt leds till och detekteras av en övervakningsfotodiod FD för över- vakning av laserdiodens LD utgàngsnivà. Fotodioden FD är kopplad till en förförstärkare 4 med stor bandbredd, vilken förförstärkare utmatar en elektrisk utsignal 4a som repre- senterar laserdiodens LD optiska uteffekt. Förförstärkaren 4 är förverkligad t.ex. sáscmlen transimpedansförförstärka- re av bredbandstyp, så att dess utgàngsspänning har en amplitud som är oberoende av temperaturväxlingar.

Utsignalen 4a matas till en toppnivádetektor 6 som bestämmer toppvärdet för signalen 4a och matar ut resulta- tet i form av en utsignal 6a. Inkommande data som skall sändas matas till en begränsningsförstärkare 12 som för- stärker och begränsar datasignalen så att 1-nivån för dess uteffekt förblir konstant vid alla temperaturer. Förför- stärkaren 4 och begränsningsförstärkaren 12 har samma driftsspänning Væ båda två, och sålunda påverkar ändringar 10 15 20 25 30 35 .516 099 6 i Vu förorsakade av t.ex. temperaturväxlingar'båda signa- lerna.på samma sätt. Signalen från.begränsningsförstärkaren 12 matas till en annan toppnivådetektor 7, som bestämmer toppvärdet för den inkommande datan och matar ut resultatet i form av en utsignal 7a. Tidkonstanterna i toppnivådetek- torerna 6 och 7 borde vara desamma. Toppnivådetektorerna förverkligas företrädesvis genom att använda transistorer eller andra kretsmedel som integrerats på samma chips, så att de hela tiden har samma temperatur, och inget fel på grund av en temperaturskillnad förekommer i deras uteffekt.

Utsignalerna från detektorerna 6 och 7 matas in i en kompa- rator 9, såsom en differentiell förstärkare, som bildar en osymmetrisk.differenssignal 9a, som representerar differen- sen.mellan signalerna 6a och 7a. Bägge toppnivådetektorerna 6 och 7 har samma referensspänning Vu. så att variationer i V” förorsakade av t.ex. temperaturväxlingar påverkar båda detektorernas utsignaler på samma sätt. Differenssignalen 9a matas till moduleringsströmkällan 2 som en negativ åter- kopplingssignal för att upprätthålla en nollpunktsfelsignal i den slutna slingan genom att justera moduleringsströmmen Imd och sålunda toppnivån för laserdiodens LD optiska ut- signal.

Utsignalen 4a matas även till en medelnivådetektor 5, som bestämmer medelnivån för signalen 4a och matar ut resultatet som en utsignal Sa. Inkommande data, som skall sändas, matas till en annan medelnivådetektor 8 som bestäm- mer den inkommande datans genomsnittliga nivå och matar ut resultatet som en utsignal 8a. Medelnivådetektorernas 5 och 8 tidkonstanter borde vara desamma. Utsignalerna från de- tektorerna 5 och 8 matas in i en komparator 10, såsom en differentiell förstärkare, som bildar en osymmetrisk diffe- renssignal lOa som representerar differensen mellan signa- lerna 5a och 8a. I avsikt att eliminera beroendet av detek- torutsignalernas Sa och 8a fas utgörs den differentiella förstärkaren 10 företrädesvis av en integreringsförstärka- 10 .516 099 7 re. Differenssignalen l0a matas till biasströmkällan 3 som en negativ àterkopplingssignal för att upprätthålla en nollpunktsfelsignal i den slutna slingan genom att justera biasströmmen Ian, och sålunda medelnivån för laserdiodens LD optiska utsignal.

För att kontrollera funktionen av och interaktio- rmu1mellan.dessa två parallella áterkopplingsslingor, borde biasregleringsslingan med fördel vara snabbare än toppnivà- regleringsslingan.

Figuren och den därtill anslutna beskrivningen är enbart avsedda att åskådliggöra uppfinningen. Till sina detaljer kan förfarandet och reglerkretsen enligt uppfin- ningen variera inom ramen för bifogade patentkrav.

Claims (7)

10 15 20 25 30 35 51epo99 3 Ändrade patentkrav [inlämnade till International Bureau den 14 augusti 1992; ursprungliga krav l och 4 ersatta av nytt krav 1; kraven 5, 6 och 10 ersatta av nytt krav 4; kraven 2 och 3 icke ändrade; kraven 5, 7, 8 och 9 icke ändrade men numrerade pà nytt som krav 4 - 7 (2 sidor)]

1. Förfarande för reglering av en laserdiodsända- res optiska utgàngsnivá, vilket förfarande omfattar detektering av en del av laserdiodsändarens optis- ka utsignal, alstring av en övervakningssignal som represen- terar nämnda optiska utsignal, reglering av' medelniván för laserdiodsändarens optiska uteffekt pà basis av nämnda övervakningssignal och en datasignal som skall sändas, och reglering av 'toppnivàn för laserdiodsändarens optiska uteffekt pà basis av differensen mellan toppnivàer- na för nämnda övervakningssignal och datasignalen som skall sändas, k ä n n e t e c k n a t därav att medelnivàregle- ringen är snabbare än toppniváregleringen.

2. Förfarande enligt patentkrav 1, k ä n n e - t e c k n a t därav att regleringen av toppnivàn för den optiska uteffekten omfattar reglering av en modulerings- ström i laserdiodsändaren så att nämnda differens förblir noll.

3. Förfarande enligt patentkrav 1 eller 2, k ä n - n e t e c k n a t därav att regleringen av den optiska uteffektens medelnivå omfattar reglering av en biasström i laserdiodsändaren pà basis av en differens mellan medel- nivåerna för övervakningssignalen och datasignalen som skall sändas, så att differensen förblir noll.

4. Reglerkrets för reglering av en laserdiodsända- res optiska utgångsnivà, vilken reglerkrets omfattar ett övervakningsfotodiodorgan (FD) för detektering av en del av laserdiodsändarens (LD) optiska utsignal, en förförstärkare (4) för alstring av en övervak- 10 15 20 25 30 - 51.6 099 ningssignal (4a) som representerar nämnda optiska utsignal, ett första regleringsorgan (3, 10) för reglering av laserdiodsändarens (LD) genomsnittliga utgàngsnivá pà basis av nämnda övervakningssignal och datasignalen som skall sändas, ett toppnivàdetektororgan (6, 7) för detektering av toppnivàn för övervakningssignalen (4a) och datasignalen som skall sändas, och ett andra regleringsorgan (2, 9) för reglering av toppniván för laserdiodsändarens (LD) optiska uteffekt på basis av differensen mellan toppnivàerna som detekterats av toppnivàdetektororganet (6, 7), k ä n n e t e c k n a d därav att reglerkretsen dessutom omfattar en begränsnings- förstärkare (12) kopplad framför toppnivádetektorn (7) för datasignalen för att göra datasignalens "l"-nivå oberoende av temperaturen, och att medelnivàregleringen är snabbare än toppnivàregleringen.

5. Reglerkrets enligt patentkrav 4, k ä n n e - t e c k n a d därav att förförstärkaren är en transimpe- dansförförstärkare (4) av bredbandstyp.

6. Reglerkrets enligt patentkrav 4 eller 5, k ä n n e t e c k n a d därav att toppnivàdetektorerna (6, 7) för datasignalen och övervakningssignalen är identiska bàde när det gäller konstruktion och funktion.

7. Reglerkrets enligt patentkrav 4, k ä n n e - tge c k n a d därav att nämnda andra regleringsorgan (2, 9) reglerar en moduleringsström i laserdiodsändaren (LD), och nämnda första regleringsorgan (3, 10) reglerar en bias- ström i laserdiodsändaren (LD) på basis av en differens mellan medelnivàerna för övervakningssignalen och datasig- nalen som skall sändas, vilka detekterats av ett medelnivá- detektororgan (5, 8) som detekterar övervakningssignalens (4a) medelnivá och medelniván för datasignalen som skall sändas. ~= va» -Å-flm ...Neue-namn »