JPH0795723B2 - レーザダイオードの変調電流制御方法及び装置 - Google Patents

レーザダイオードの変調電流制御方法及び装置

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JPH0795723B2
JPH0795723B2 JP2302800A JP30280090A JPH0795723B2 JP H0795723 B2 JPH0795723 B2 JP H0795723B2 JP 2302800 A JP2302800 A JP 2302800A JP 30280090 A JP30280090 A JP 30280090A JP H0795723 B2 JPH0795723 B2 JP H0795723B2
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 発明はレーザダイオードの変調電流の制御方法及びこの
方法を実施する装置に関する。
従来の技術 光伝送体−伝送系にて光学的送信機としてレーザダイオ
ード使用の場合それら構成素子の動作点が、老化及び温
度変化に対して、適当な制御手法、手順により安定化さ
れねばならない。一般に使用されているレーザダイオー
ドの特性カーブが明らかな限界値を有するので、レーザ
ダイオードの動作点制御の要点とするところはバイアス
電流の制御及び当該バイアス電流に重畳される変調電流
の制御を本来のレーザエミツシヨンの特性カーブ領域に
て限界値を上回るようになすことに存する。レーザダイ
オード限界値電流と、限界値を上回る特性カーブ勾配と
の双方が、老化及び温度に基因する変化を受け、従つ
て、バイアス電流及び変調電流の相応の追従制御を必要
とする。動作点制御のため一般に、光学的にレーザダイ
オードと結合されたモニタダイオードを用いて、生ぜし
められた光の一部が、電気信号に変換され、この電気信
号は制御信号の生成に使用される。比較的コストを要し
ない制御技術の場合バイアス電流が平均的光出力の評価
を介して追従制御され、変調電流制御を行なわずに変調
電流が安定化される。
Smith及びHodgkinson氏により、Electronics Letters,V
OL.14pp775−776(1978)にて記載されたレーザダイオ
ードの動作点制御方法では第1図に相応して、変調電流
M1に比較的低周波のパイロツト電流PSIが重畳され、そ
れによつて、生ぜしめられる光の中に相応のパイロツト
信号成分が生ぜしめられる。この方法では限界値電流の
領域にて精確な、バイアス電流の動作点安定化が行なわ
れ得、平均的光出力の評価及び動作点での特性カーブ急
峻度評価の組合せた評価に基づき、変調電流の制御によ
る光信号振幅の調整が行なわれ得る。
デジタル信号伝送の一層の発展により次のようなギガビ
ツト枚秒(Gbit/S)−領域のビツトレートを有するデジ
タル有効信号が得られる、即ち、当該バイアス電流が限
界値電流領域を下回つて調整されている限りレーザダイ
オードの作動接続遅延及び緩和振動により障害が生じ得
るような上記ビツトレートのデジタル有効信号が得られ
る。そのような特性カーブ動作領域に対しては相対的な
特性カーブ急峻度評価の公知の実用化されている、方法
は考慮の対象となる、それというのはバイアス電流は限
界値電流を越えて調整されなければならないからであ
る。
ギガビツト毎秒(Gbit/s)の領域での有効信号に対して
のレーザ送信機の制御技術の1つ可能な手法としては一
定の変調電流のもとでの又は簡単な変調電流制御併用の
もとでのバイアス電流の制御の手法がある。その場合次
のような点で難点が生じる、即ち、レーザダイオードの
老化により特性カーブ急峻度が変化され、非直線性の特
性カーブ変化が生じ得る。デジタル有効信号の光信号振
幅の直接的評価は可能ではあるが、デジタル有効信号の
高い周波数帯域幅のため殊に変調電流制御に対して比較
的高いコストを要する。
発明の目的 要するに本発明の課題ないし目的とするところはギガビ
ツト毎秒当り(Gbit/s)領域でのレーザダイオードの変
調電流制御のための方法及びこの方法を実施する装置を
提供することにある。
発明の構成 上記課題は本発明によれば冒頭に述べた形式の制御方法
において、請求範囲1の特徴事項に含まれている構成要
件により解決される。
本発明の方法において特に利点となるのは当該信号周波
数がデジタル有効信号のパルス繰返周波数より、10の1
乗〜2乗分低い周波数の信号で作動し得ることにある。
デジタル信号中に生じる低周波成分を利用し、もつて比
較的コストないで複雑性のわずかな本発明の有利な手法
は請求範囲2に記載されている。モニタフオトダイオー
ドにより生ぜしめられる電気信号の評価のための有利な
方法は請求範囲3と4に記載されている。市販の構成素
子で実現され得る相応の装置構成は請求範囲5と6に記
載されている。次に図示の実施例を用いて本発明を詳細
に説明する。
実施例 第1図に就いては従来技術を既に説明してあり、ここで
は詳しい説明をしない。
第2図は基本光ラインないし均一光ラインを上回る、レ
ーザダイオード特性カーブS、及び、レーザダイオード
により生ぜしめられるパルス状光信号の簡単化特性図で
ある。光信号はデジタル伝送信号を形成しこのデジタル
伝送信号はデジタル有効信号D XIと周期的に現れるパル
ス列IFから成り、NRZ−パルスを用いて伝送される。そ
の場合特性表示は次の点で簡単化されている、即ち、変
調電流制御のため設定されたパルス列IFが実際にそのよ
うに短周期的に生ぜず、デジタル有効信号DNに比してそ
のように大きな成分の伝送信号を有しないという点で簡
単化されている。第2図から明らかなように、制御のた
めに設定されたパルス列は、疑似ランダム的に生じるデ
ジタル有効信号のパルスと異なって常に同じ構成を有
し、実施例では複数個のロジック“1"パルスから成る各
ブロックに、複数のロジック“0"がつづいている。第2
図から明らかなように、ロジック“1"パルスの振幅が、
デジタル有効信号DNのパルスの振幅に等しく、要するに
パルス列IFの振幅が、直接的に、レーザダイオードにお
ける変調度(変位)に対する尺度であり、その際当該パ
ルス列はデジタル信号DNに比して著しく低い周波数で生
じ、もってデジタル有効信号DNより容易に評価さるべき
である。
変調電流制御のため設定されたパルス列IFはデジタル伝
送信号の自由空きチャネルで周期的に当該デジタル信号
中に挿入され得、特別に有利且つ簡単な手法は著しく異
なる割合のロジック“0"及び“1"パルス成分を有する、
デジタル伝送信号中に既に含まれている非スクランブル
化パルス列の使用である(このことはCCITT勧告に相応
する、SONETで示す新たな国際的デジタル信号−ハイア
ラーキにより可能である)。上記デジタル信号−ハイア
ラーキではハイアラーキ段階において夫々125μsの持
続時間を有するフレームが設けられており、このフレー
ムはそれの始にてほぼ310nsの持続時間中非スクランブ
ル化フレーム識別後列を有する。その場合当該フレーム
識別後列は第2フレーム識別語の後続する複数の第1フ
レーム識別語から成る。その場合フレーム識別語は次の
構成を有する。
A1:11110110 A2:00101000 第1フレーム識別語A1はロジック1パルスを大部分有
し、一方、第2フレーム識別語A2は主にロジック0パル
スから成り、その結果2つのフレーム識別語の組合せ
(併用)によって次のようなパルス列が生ぜしめられ
る、即ち、一方の部分において支配的にロジック1パル
スを含み、他方の部分において支配的にロジック“0"パ
ルスを含むパルス列が生ぜしめられる。
STM−1で示す第1のSONET−ハイアラーキ段階では155M
bit/sのビットレートを有するデジタル伝送信号が伝送
され、フレーム識別語列は3つの第2のフレーム語A2の
後続する3つの第1フレーム語A1から成る。ほぼ6.5ns
のビット周期の場合フレーム識別語列の48ビット位置
(ポジション)に対して全部でほぼ310nsが周期期間と
して得られる。
STM−4で示す第2のSONET−ハイアラーキ段階の場合デ
ジタル伝送信号は622Mbit/sのビットレートを有する。
非スクランブル化フレーム識別語列は12の第1フレーム
識別語A1と、12の第2のフレーム識別語A2から成り、そ
の結果同様にほぼ310nsの持続時間を有するパルス信号
が得られる。
STM−16で示す第3のSONET−ハイアラーキ段階は2.5Gbi
t/sのデジタル伝送信号に係わる。フレーム識別語列は4
8の第1のフレーム識別語A1と、同数の第2のフレーム
識別語A2とから成り、それにより、この場合にもほぼ31
0nsの持続時間を有するパルス信号が生じる。上記パル
ス信号は各125μs後毎に現れる。よって、レーザダイ
ードから送信される光の中に低周波信号成分が含まれて
おりこれを評価することにより、レーザダイオードの変
調電流振幅の簡単な制御が行われ得る。
猶、特許請求の範囲1項及び2項における構成要件の中
の文言、比較的に大きな「成分割合」について補足的に
付言すると両者は同じ技術内容を表わしている。ところ
で、特許請求の範囲に特性されている如く、当該デジタ
ル信号(例えば2.5Gbit/s)に付加的に含まれている少
なくとも1つのパルス列IFは例えばロジック1−パルス
を比較的に大きな成分割合で含む(ないしロジック1−
パルスのみから成る)第1成分と、ロジック0−パルス
を比較的に大きな成分割合で含む(ないしロジック0−
パルスから成る)第2部分から構成される。当該のパル
ス列IFが上述のように比較的に大きな成分割合でロジッ
ク1−パルス又はロジック0−パルスを包含する様子は
例えば前述のデジタル伝送信号(例えばデジタル信号ハ
イアラーキ段階に係わる2.5Gbit/sのデジタル信号)に
含まれる第1のフレーム識別後A1と第2のフレーム識別
後A2との例からも明らかである(A1:11110110→即ちロ
ジック1−パルスを大部分ないし比較的大きな成分割合
で包含し、一方、A2:00101000→ロジック0−パルスを
大部分ないし比較的大きな成分割合で包含する)。当該
のパルス列IFの生起の際はモニターホトダイオードによ
り生成される電気信号中に一定振幅の信号のパルス信号
が得られ該一定振幅信号はデジタル信号より著しく容易
に識別可能であり、もって制御に有効に使用し得る。上
記一定振幅信号は次のような場合にも十分な明瞭性を以
って生起する、即ちパルス列IFの当該の両部分が完全に
はロジック1ないし0−パルスから成っていない場合に
も即ち一方の極性パルスから成る場合にも十分な明瞭性
を以って生起するものであり、要するに、信号識別の明
瞭性にとってパルス列IFの一方の部分中にロジック1−
パルスが比較的に大きな成分割合で(ないし大部分)包
含され、それの他方の部分中にロジック0−パルスが包
含されるので十分である。
上記光信号振幅の評価は第3図に相応して同期検出器を
用いて、又は第4図に相応してサンプル、ホールド回路
を用いて行なわれ得る。第3図に示す光信号振幅評価回
路は第1の光電流アンプPV1を有し、このアンプの入力
側はモニタフオトダイオードMDに接続されており、上記
アンプの出力側には光信号に相応する電気信号が現われ
る。この電気信号は第1のプツシユプル混合器段M1の第
1の入力側に供給される。更に上記評価回路はローパス
フイルタTPFを介してレーザダイオードを変調するデジ
タル信号用の端子DSに接続されており、ローパスフイル
タTPFの出力側は第1のプツシユプル混合器段M1の第2
入力側に接続されており、一方、上記混合器段M1の第
1、第2電流出力端子は第1ないし第2抵抗R1,R2と、
これに並列接続の第1ないし第2コンデンサC1,C2を介
して基準電位に接続されている。混合器段M1の共通の電
流端子、例えばエミツタ結合されたトランジスター混合
器回路の合わさつたエミツタ端子は第1の被制御スイッ
チS1の出力端子に接続されており、上記被制御スイツチ
S1の入力端子は第1の電流源Q1に接続され、それの制御
入力側はゲートパルスに対する端子TPに接続されてい
る。上記ゲートパルスはそれの時間的生起及び持続時間
に関してレーザダイオードの光出力信号におけるパルス
列IFに相応する、即ち、伝送のため設定されたSONET−
系STM−1,4又は16のフレーム識別後列の持続時間DRKWに
相応する。更にローパスフイルタTPFに対する出力端子
には直接的に第2プツシユプル混合器段M2の第2入力側
が接続され、かつ、第3の可変の抵抗R3を介して上記第
2混合器段M2の第1入力側が接続されている。上記の第
3の抵抗R3により、基準電圧の調整及びもつて、レーザ
ダイオードの所望の励振の調整が可能である。第2の混
合器段M2の2つの出力端子は交差部(クロス部)を介し
て第1混合器段の出力端子に接続されかつオペアンプOP
AMPと接続され、このオペアンプの出力側には変調電流
制御器Regの制御端子が接続されている。第1混合器段M
1に相応して第2混合器段M2の合さつた(結合)端子
も、第2の被制御スイツチS2の出力側に接続されてお
り、このスイツチS2の入力端子は第2電流源Qに接続さ
れ、それの制御入力側はゲートパルスに対する端子TPに
接続されている。
同期検出(検波)は次のように行なわれる、即ち、ほぼ
310nsの持続時間を有するゲートパルスによつて、第1
及び第2の被制御スイツチS1,S2が閉成され、もつて第
1及び第2の混合器段M1,M2が逆相で作動されるように
して行なわれる。第1の混合器段M1はレーザダイオード
により生ぜしめられる光値のレーザダイオードに加えら
れる値との同期検出(検波)を行ない、一方、第2の混
合器段M2はレーザダイオードに加わる変調信号自体を介
しての基準信号形成を行なう。ゲートパルスを用いてク
ロツク制御される同期検波の平均値形成は同期検波器の
出力回路に行なわれる。
第4図にはサンプル、ホールド回路を用いての光信号振
幅の評価回路が示してある。その場合モニタフオトダイ
オードMDは第2のフオトアンプPV2を介して第1及び第
2の市販のサンプル、ホールド回路SH1,SH2の入力側と
接続されている。フオト信号アンプ及びサンプル、ホー
ルド回路はほぼ20MHzの所要の周波数帯域幅のもとで有
利に、離散的マイクロ波半導体素子を以て組込まれ得
る。更に上記両サンプル、ホールド回路の制御入力側は
同期パルスに対する端子SP1,SP2と接続されている。そ
の場合同期パルスはそれの時間的位置、状態において、
最大限パルス列IFの一部、すなわち、ロジツク0の支配
するパルス部分に、又はロジツク1の支配するパルス部
分に相応する。その際重なり合いの防止のためには同期
パルスを次の程度に短縮すると好適である、即ち、1つ
の同期パルスの持続時間がパルス列IFの持続時間の1/2
ないし第3図のゲートパルスIFの持続時間の1/2より著
しく短かくなる程度に短縮すると好適である。
実施例1では第1のサンプル、ホールド回路SH1に第1
の同期パルスSP1(このパルスはパルス列IFにおけるロ
ジツク1パルス中作用する)が供給されており、一方、
第2サンプル、ホールド回路SH2には第2の同期パルスS
P2が供給される。その時その第2同期パルスSP2はパル
ス列IFにおける、支配的にロジツク0パルスから成るパ
ルス部分中作用する。第3図に類似して、第1サンプ
ル、ホールド回路SH1の出力側が、オペアンプOPAMPの正
の入力側に接続され、かつ、第2サンプル、ホールド回
路SH2の出力側が、オペアンプOPAMPの負の入力側に接続
されており、このオペアンプの出力側には変調電流制御
器Regの制御端子が接続されている。
要するに、サンプル、ホールド回路を用いてのフレーム
識別語におる光信号振幅評価は伝送されるフレーム識別
語列と同時的に(等時的に)制御される同期パルスによ
つて行なわれる。その場合平均値形成及び振幅基準比較
が、後置接続のオペアンプにおいて行なわれ、その際そ
のオペアンプはただ低周波(NF)領域に対してのみ作用
し得るものでなければならない。
第3図及び第4図の場合、極めて有利に、その動作領域
にてデジタル有効信号の大きな周波数領域に相応する回
路を省くことができるのであり、 SONET−STM−16ハイアラーキ段、即ち2.5Gbit/sの伝送
速度に相応する伝送信号の場合でも、使用されるフオト
電流アンプ、サンプル、ホールド回路、差動アンプ及び
被制御スイツチにとつて20MHzの動作帯域幅で十分であ
る。
発明の効果 本発明によれば、Gbit/s−領域でのレーザダイオードの
変調電流制御及び装置であつて、当該信号周波数がデジ
タル有効信号のパルス繰返周波数より10の1乗〜2乗分
低い周波数の信号で作動し得る方法及び装置を実現し得
るという作用効果が奏される。
【図面の簡単な説明】
第1図はレーザダイオードを用いて構成された光送信器
のパイロツト信号制御の公知方式の説明図、 第2図は本発明のレーザ制御技術の場合生ぜしめられる
信号の波形図、 第3図はモニタフオトダイオードにより生ぜしめられる
電気信号を同期検出器を用いて評価する第1装置の構成
図、 第4図はモニタフオトダイオードにより生ぜしめられる
信号を、サンプル、ホールド回路を用いて評価する別の
装置の構成図を示す。 S……レーザダイオード特性カーブ、 DN……デジタル有効信号、 IF……変調電流制御のため設定されたパルス列、

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光学的送信器として、高ビットレートのデ
    ジタル通信伝送系内に挿入接続されているレーザダイオ
    ードの変調電流制御方法であって、光学的にレーザーダ
    イオードと結合されたモニタフォトダイオードを用いて
    生ぜしめられた光の一部が出力結合され、電気信号に変
    換され、制御信号の形成のため用いられるようにした方
    法において、 当該デジタル伝送信号(例えば2.5Gbit/s)が周期的に
    少なくとも1つのパルス列(IF)を含むようにし,該パ
    ルス列は、ロジック0又はロジック1パルスを比較的に
    大きな成分割合で包含する1つ又は複数の部分を含むよ
    うにし、それにより、モニタフォトダイオードにより生
    ぜしめられた電気信号が一定の振幅及び固定のサイクル
    繰返しを有するパルス信号を含み、該パルス信号は、デ
    ジタル伝送信号の周波数(例えば2.5Gbit/s)に比べて
    低い周波数信号成分(例えば125μsの周期に相応する8
    KHz)を生じさせるものであり、上記パルスの振幅値を
    基準値と比較することにより、変調電流制御用のセット
    信号を生じさせるようにしたことを特徴とするレーザダ
    イオード変調電流制御方法。
  2. 【請求項2】上記パルス列(IF)はロジック1又は0の
    パルスを比較的に大きな成分割合で含む相互に交番する
    部分を有するようにした請求項1記載の方法。
  3. 【請求項3】デジタル伝送信号中に周期的に含まれてい
    るパルス信号列(IF)は、デジタル伝送信号の非スクラ
    ンプル化フレーム識別語列であるようにした請求項1記
    載の方法。
  4. 【請求項4】変調電流制御用のセット信号の形成が、モ
    ニタフォトダイオードにより生ぜしめられた信号の同期
    検出及び基準信号との比較により行われるようにした請
    求項1記載の方法。
  5. 【請求項5】上記変調電流制御用のセット信号の発生
    が、モニタフォトダイオードから生ぜられた電気信号に
    対しての、同期化された周期的サンプリング及び所謂サ
    ンプルホールド方式の形式でサンプリング値の積分によ
    って行われるようにした請求項1記載の方法。
  6. 【請求項6】第1フォトアンプ(pv1)が設けられてお
    り、該第1フォトアンプの入力端子が光学的送信器のモ
    ニタフォトダイオードと接続され、それの出力端子は第
    1混合器段(M1)の一方の入力端子と接続されており、 さらに、ローバスフィルタ(TPF)が設けられており、
    該ローパスフィルタの入力端子は光学的送信器の、伝送
    信号を導く端子(DS)と接続され、それの出力端子は第
    1、第2混合器段(M1,M2)の第2端子と接続されてお
    り、上記第1混合器段(M1)の第1出力端子は第2混合
    器段(M2)の第2出力端子と、後置接続の制御装置の端
    子(Reg)とに接続されかつ第1抵抗(R1)と第1コン
    デンサ(c1)を介して基準電位に接続されており、第1
    混合器段(M1)の第2出力端子は第2混合器段(M2)の
    第1出力端子と、後置接続の制御装置用の別の端子(Re
    g1,2)に接続され、かつ、第2抵抗(R2)と第2コンデ
    ンサ(c2)を介して基準電位に接続され、さらに、第2
    混合器段(M2)の第1入力端子は第3の可調整抵抗(R
    3)を介してローパスフィルタ(TPF)の出力側と接続さ
    れており、さらに、ゲートパルス用の端子(TP)には第
    1及び第2の被制御スイッチ(s1,s2)の制御入力側が
    接続されており、さらに、上記の第1の被制御スイッチ
    (s1)の信号入力側は第1電流源(Q1)に接続され、第
    2被制御スイッチ(s2)の信号入力側は第2電流源(Q
    2)と接続されており、さらに、上記第1の被制御スイ
    ッチ(s1)の信号出力側は第1の差動アンプないし混合
    器段の(共通の)端子に接続され、第2の被制御スイッ
    チ(s2)の信号出力側は第2の差動アンプないし混合器
    段の(共通の)端子に接続されていることを特徴とする
    請求項4記載の方法を実施する装置。
  7. 【請求項7】第2の光電流アンプ(pv2)の入力側が、
    光学的送信器のモニタフォトダイオード(MD)の端子に
    接続されており、第2光電流アンプ(pv2)の出力側
    が、第1、第2サンプルホールド回路(SH1,SH2)の信
    号入力側と接続されており、さらに、第1サンプルホー
    ルド回路(SH1)の制御入力側が、第1同期パルス用の
    第1同期端子(SP1)と接続されており、第2サンプル
    ホールド回路(SH2)の制御入力側が、同期パルス用の
    第2端子(SP2)と接続されており、上記第1サンプル
    ホールド回路(SH1)の出力側が、オペアンプ(OPAMP)
    の正の入力側に接続され、上記第2サンプルホールド回
    路(SH2)の出力側が、オペアンプ(OPAMP)の負の入力
    側に接続されており、該オペアンプの出力側にはレーザ
    ダイオードの変調電流用の制御装置の端子が接続されて
    いる請求項4記載の方法を実施する装置。
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