TWI573410B - And a method for improving the optical transmission power of the optical fiber by a change in temperature and a method thereof - Google Patents

And a method for improving the optical transmission power of the optical fiber by a change in temperature and a method thereof Download PDF

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一種改良因溫度變化使光纖傳輸發光功率降低之裝置及其方法
一種以微控制器來完成核心工作，取得半導體發光元件電流與電壓之乘積完成監控動作，避免光纖因高溫導致傳輸距離衰減，及可以避免因功率下降而導致資訊封包移失。
現代的光纖通訊系統多半包括一個發射器，將電訊號轉換成光訊號，再透過光纖將光訊號傳遞。以及一個光接收器將光訊號轉換回電訊號。在光纖通訊系統中傳遞的多半是數位訊號，來源包括電腦、電話系統，或是有線電視系統。
然而，光纖因為傳輸的必要性，可能會物理性的置於任何的處所，如太陽直接常時間曝曬、高溫的電腦機房、高熱的工作場所。
而光纖發射器目前使用光發射次模組(16)，而光纖接收端是直接使用光接收次模組(17)來接收光源並且配合讀出電路換算得出光功率。
光發射次模組(16)內部所用的是雷射二極體(Transmitter Optical Subassembly，TOSA)，在工作時和我們常用的LED一樣容易受到溫度的影響而改變其本身的導通電壓，當驅動電路電流設定在一個固定的電流狀態下，光發射次模組(16)的導通電壓會隨著溫度的上升而下降如第一圖(a)，光發射次模組(16)所發射的發光效率也隨之下降如第一圖(b)， 如此一來會造成光纖傳輸時的錯誤率增加以及傳輸距離縮短等缺點。一般對於發光效率的補償方法，是再增加一個光偵測器回授電路(ACC)或自動電壓控制器(AEC)來檢測發光功率的大小來做為調整的補償依據，此方式不僅需要一個特別的感測器，還會增加電路的複雜度。
光纖接收端是直接使用光接收次模組(17)來接收光源並且配合讀出電路換算得出光功率。
於是，發明人就上述缺點，日積月累加以改良，最終獲得以下改良方案。
一種改良因溫度變化使光纖傳輸發光功率降低之裝置及其方法，其包含了：光接收次模組(17)，經由光纖接收訊號；光發射次模組(16)，包含第一恒定電流控制器，其將訊號由光纖發送；LED發光模組(4)，包含第二恒定電流控制器；一運算控制模組，連接LED(41)與光發射次模組(16)跨壓，經運算轉換後，控制光發射次模組(16)的第一恒定電流控制器。
於此，改善光纖組件在高溫時光功率下降之情形，達到補償傳輸距離衰減，及可以避免因功率下降而導致資訊封包移失。
(4)‧‧‧LED發光模組
(41)‧‧‧發光二極體(LED)
(5、6)‧‧‧第二恒定電流控制器(CONSTANT CURRENT)
(7)‧‧‧第一儀表放大器
(10)‧‧‧減法器
(11)‧‧‧第二儀表放大器
(12)‧‧‧乘法器
(13)‧‧‧加法器
(15)‧‧‧光纖
(16)‧‧‧光發射次模組
(16A)‧‧‧半導體雷射(Transmitter Optical Subassembly，TOSA)
(17)‧‧‧光接收次模組
(17A)‧‧‧檢光器(Receiver Optical Subassembly，ROSA)
(17B)‧‧‧轉阻放大器
(17C)‧‧‧限幅放大器(AMP)
(17D)‧‧‧比較器(comparator)
(17E)‧‧‧微程序控制器(Microprogrammed Control Unit，MCU)
(18、19)‧‧‧第一恒定電流控制器(CONSTANT CURRENT)
(X)‧‧‧運算控制模組
(X1)‧‧‧微控制器
(X2)‧‧‧數位/類比轉換器
(A)‧‧‧電壓輸出值
(B)‧‧‧電壓輸出值
第一圖(a)，光發射次模組(16)導通電壓與溫度關係變化圖。
第一圖(b)，光發射次模組(16)發光效率與溫度關係變化圖。
第二圖，係本發明之系統架構圖。
第三圖，係本發明之電路圖。
第四圖，係本發明之光發射次模組(16)使用數位式自動光功率控制系統(Automatic Photo Power Control，APC)連續波(DC)溫度與光功率變化關係圖
請參閱第二~四圖，其為本發明的系統架構圖，光接收次模組(17)，具有一檢光器(Receiver Optical Subassembly，ROSA)(17A)，轉阻放大器(TIA)(17B)，限幅放大器(AMP)(17C)，比較器(comparator)，光纖通訊常用的檢光器(Receiver Optical Subassembly，ROSA)(17A)有PIN二極體(Positive-Intrinsic-Negative Photodiode)和雪崩光電二極體稱(APD)(Avalanche Photodiode)二種，檢光器(Receiver Optical Subassembly，ROSA)(17A)連接了轉阻放大器(17B)，轉阻放大器(17B)的功用是提供模組有高的輸入靈敏度，再者可以避免因高光功率所造成的信號失真，但缺點是增益頻寬僅能在一狹窄範圍內進行優化，這點將會限制光信號輸出電壓，因此需在後面接一限幅放大器(AMP)(17C)，將信號放大到判斷電路所需位準，限幅放大器(AMP)(17C)之後連接了比較器(comparator)(17D)，比較器(comparator)(17D)的作用為數字電路產生輸入信號後，交給微程序控制器(Microprogrammed Control Unit，MCU)(17E)處理；光纖(15)，連接光接收次模組(17)與光發射次模組(16)；光發射次模組(16)，使用半導體雷射(Transmitter Optical Subassembly，TOSA)(16A)，其連接第一恒定電流控制器(CONSTANT CURRENT)(18、19)，由其提供穩定功率的電流，並具有輸入端使其調整輸出穩定功率的電流； 一LED發光模組(4)，具有發光二極體(LED)(41)與包含第二恒定電流控制器(CONSTANT CURRENT)(5、6)； 一運算控制模組(X)，其運算控制模組(X)包含了微控制器(X1)，微控制器(X1)的輸入端至少包含連接了第一儀表放大器(7)與第二儀表放大器(11)所輸出的量測電壓輸出值，第一儀表放大器(7)，量測光發射次模組(16)半導體雷射(Transmitter Optical Subassembly，TOSA)(16A)跨壓，並具有一量測電壓輸出值(A)，第二儀表放大器(11)，量測發光二極體(LED)(41)跨壓，並具有一量測電壓輸出值(B)。
微控制器(X1)至少包含了減法器(10)、乘法器(12)、加法器(13)，並將相關的資訊進行運算。
運算控制模組(X)至少包含了數位/類比轉換器(X2)，使運算控制模組(X)運算後的數位資料，運算成類比資料。
其運算控制模組(X)控制光發射次模組(Transmitter Optical Subassembly，TOSA)(16)的第一恒定電流控制器(CONSTANT CURRENT)(18、19)的方式為利用LED(41)會隨著溫度改變電性的特性作為補償，在高溫時自動提升第一恒定電流控制器的電流值來穩定光功率值，並利用回授控制來達到光功率的穩定效果。
其真實的意義在於，一LED發光模組(4)的發光二極體(LED)(41)，非常容易受到溫度的影響，當其工作時溫度上升到一定階段時，發光二極體(LED)(41)即開始產生光衰，此時量測發光二極體(LED) (41)二接腳的跨壓，會發現發光二極體(LED)(41)二接腳的跨壓隨著 溫度的升高其跨壓會逐漸降低而導致光衰，相同的光發射次模組(16)半導體雷射(Transmitter Optical Subassembly，TOSA)(16A)，有著與發光二極體(LED)(41)相同容易被溫度上升其跨壓會逐漸降低而導致光衰。
而LED發光模組(4)物理結構十分簡單，即使設置於光發射次模組(16)周邊，仍可以很簡易得找到容納位置，當光發射次模組(16)因為環境的溫昇或是工作溫度上昇，發光二極體(LED)(41)二接腳的跨壓隨著溫度的升高其跨壓會逐漸降低，此時，第二儀表放大器(11)，量測發光二極體(LED)(41)跨壓，並具有一量測電壓輸出值(B)，並由運算控制模組(X)運算，運算控制模組(X)的微控制器(X1)至少包含了減法器(10)、乘法器(12)、加法器(13)，並將相關的資訊以利用LED(41)會隨著溫度改變電性的特性作為補償曲線，經運算轉換後，控制光發射次模組的第一恒定電流控制器的電流值，運算控制模組(X)至少包含了數位/類比轉換器(X2)，使運算控制模組(X)運算後的數位資料，運算成類比資料，後調整光發射次模組(16)其連接第一恒定電流控制器(CONSTANT CURRENT)(18、19)輸入端，使其提供增加功率的電流，使光發射次模組(16)得到穩定的發射頻率而不致於產生光衰，使不致於產生光衰致移失傳輸信號封包或致傳輸距離縮短。
光發射次模組(16)雷射二極體(Transmitter Optical Subassembly，TOSA)的驅動上，由於光發射次模組(16)常使用在通訊架構上，所以較常工作在脈波的方式，本專利實驗強調光功率的穩定性，不只使用了脈波模式，也實驗了光發射次模組(16)在連續波模式工作時光 功率的衰減進行比較。
脈波模式是在連續波模式的基礎上，增加休息時間的機制模式，由於數位式自動光功率控制系統(Automatic Photo Power Control，APC)要使用在通訊系統上，所以設計光發射次模組(16)工作on與off的時間為各50%的脈波，並且提高光發射次模組(16)的輸出電流使得到與連續波模式下相同的光功率輸出。達到既可穩定光功率又能使用在通訊系統等優點。
因此，本專利至少具有以下的優點：1、改善一般雷射二極體光纖發射組件在光纖傳輸時高溫光功率衰減的情形；2、以微控制器來完成核心工作，取得半導體發光元件電流與電壓之乘積完成監控動作，結合數位式自動光功率控制系統完成通訊系統；3、電路設計單純小巧精簡，可以易於置放光發射次模組附近，越少的電子零件同時代表越少的故障率，因此正常正確的使用率比光發射次模組更高；4、以LED(41)的變化量與VAC相減的值加上VDC為新的參考功率曲線，再藉由數位轉類比轉換器DAC轉換成類比訊號，最後輸出定電流給後端系統達到隨著溫度升高自動提升電流，達到穩定光功率的效果，在數位電路設計上，藉由微程序控制器(Microprogrammed Control Unit，MCU)能運算及編寫的優點，可同時寫入ACC、AEC、APC系統做切換。電路部份還可以取代了原本類比電路中的乘法器以及減法器之功能，讀取LED(41)及LD溫度變化時的導通電壓，計算直流消耗功率，並藉預設參 考功率與放大倍率計算出回授控制穩定光功率所需之輸出電壓值。
因此，本專利同時具備了可以及易於實施、申請前沒有相同或近似的發明與功效上優越的進步性，符合發明專利的申請要件，據此依規定申請，並請求給予核准發明專利的審定。
(7)‧‧‧第一儀表放大器
(11)‧‧‧第二儀表放大器
(X)‧‧‧運算控制模組
(X1)‧‧‧微控制器
(X2)‧‧‧數位/類比轉換器

Claims (10)

  1. 一種改良因溫度變化使光纖傳輸發光功率降低之裝置，其包含了：光接收次模組(17)，經由光纖接收訊號；光發射次模組，包含第一恒定電流控制器，其將訊號由光纖發送；LED發光模組(4)，包含第二恒定電流控制器；一運算控制模組，連接LED(41)與光發射次模組跨壓，經運算轉換後，控制光發射次模組的第一恒定電流控制器。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之一種改良因溫度變化使光纖傳輸發光功率降低之裝置，其中運算控制模組包含了第一儀表放大器，量測光發射次模組的兩端點電壓差，並具有一量測電壓輸出值。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之一種改良因溫度變化使光纖傳輸發光功率降低之裝置，其中運算控制模組包含了第二儀表放大器，量測LED發光模組(4)的兩端點電壓差，並具有一量測電壓輸出值。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之一種改良因溫度變化使光纖傳輸發光功率降低之裝置，其中運算控制模組包含了微控制器，微控制器至少包含了減法器、乘法器、加法器，微控制器的輸入端至少包含連接了第一儀表放大器與第二儀表放大器所輸出的量測電壓輸出值。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之一種改良因溫度變化使光纖傳輸發光功率降低之裝置，其中運算控制模組至少包含了數位/類比轉換器。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之一種改良因溫度變化使光纖傳輸發光功率降低之裝置，其中光接收次模組(17)，更包含了電流電壓轉 換器、放大器、比較器、微控制器。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之一種改良因溫度變化使光纖傳輸發光功率降低之裝置，其中運算控制模組控制光發射次模組的第一恒定電流控制器的方式為利用LED(41)會隨著溫度改變電性的特性作為補償，在高溫時自動提升第一恒定電流控制器的電流值來穩定光功率值，並利用回授控制來達到光功率的穩定效果。
  8. 如申請專利範圍第2項所述之一種改良因溫度變化使光纖傳輸發光功率降低之裝置，其中光發射次模組以連續波輸出。
  9. 如申請專利範圍第2項所述之一種改良因溫度變化使光纖傳輸發光功率降低之裝置，其中光發射次模組以脈波輸出。
  10. 一種改良因溫度變化使光纖傳輸發光功率降低之方法，其包含了：光發射次模組，包含第一恒定電流控制器，一運算控制模組，包含了微控制器，微控制器的輸入端至少包含連接了第一儀表放大器與第二儀表放大器所輸出的量測電壓輸出值，第一儀表放大器連接到光發射次模組的雷射二極體，並量測其端點跨壓，並將量測值輸出給經微控制器，第二儀表放大器連接到LED發光模組(4)的LED發光二極體(41)，並量測其端點跨壓，並將量測值輸出給經微控制器，利用LED(41)會隨著溫度改變電性的特性作為補償曲線，經運算轉換後，控制光發射次模組的第一恒定電流控制器的電流值來穩定光功率值，並利用回授控制來達到光功率的穩定效果。
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030152390A1 (en) * 2002-02-12 2003-08-14 James Stewart Control circuit for optoelectronic module with integrated temperature control
US20040022543A1 (en) * 2001-02-05 2004-02-05 Hosking Stephen G. Optoelectronic transceiver having dual access to onboard diagnostics
US20040067060A1 (en) * 2002-10-08 2004-04-08 Aronson Lewis B. Optical transceiver module with multipurpose internal serial bus
US20040091005A1 (en) * 2002-11-08 2004-05-13 Hofmeister Ruldolf J. Temperature and jitter compensation controller circuit and method for fiber optics device
US20050104541A1 (en) * 2003-09-30 2005-05-19 Bushell Timothy G. Method and drive circuit for controlling leds
US20080130695A1 (en) * 2006-12-04 2008-06-05 Finesse Solutions, Llc. System and method for laser temperature compensation
US20120093504A1 (en) * 2001-02-05 2012-04-19 Aronson Lewis B Optoelectronic Transceiver with Multiple Flag Values for a Respective Operating Condition

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040022543A1 (en) * 2001-02-05 2004-02-05 Hosking Stephen G. Optoelectronic transceiver having dual access to onboard diagnostics
US20120093504A1 (en) * 2001-02-05 2012-04-19 Aronson Lewis B Optoelectronic Transceiver with Multiple Flag Values for a Respective Operating Condition
US20030152390A1 (en) * 2002-02-12 2003-08-14 James Stewart Control circuit for optoelectronic module with integrated temperature control
US20040067060A1 (en) * 2002-10-08 2004-04-08 Aronson Lewis B. Optical transceiver module with multipurpose internal serial bus
US20040091005A1 (en) * 2002-11-08 2004-05-13 Hofmeister Ruldolf J. Temperature and jitter compensation controller circuit and method for fiber optics device
US20050104541A1 (en) * 2003-09-30 2005-05-19 Bushell Timothy G. Method and drive circuit for controlling leds
US20080130695A1 (en) * 2006-12-04 2008-06-05 Finesse Solutions, Llc. System and method for laser temperature compensation

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