DE3922800A1 - Laserdiodensender mit handelsueblichem lasermodul - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Laserdiodensender entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiger Laserdiodensender ist aus H.L. Althaus und G. Kuhn: "Laserdiodensender in Modulbauweise", telcom report 6 (1983), Beiheft "Nachrichtenübertragung mit Licht", Seiten 90-96 und aus der EP-A1-02 42 591 bekannt. Die Laserdiode ist dabei in einem Lasermodul-Gehäuse auf einem teilweise metallischem Trägeraufbau aufgebracht und der Trägeraufbau großflächig über einen Peltierkühler an einer Gehäusewand befestigt, wie dies die Fig. 1 zeigt. Entsprechend der Fig. 1 enthält das Lasermo­ dul ein rechteckförmiges Gehäuse G, dessen eine Oberflächensei­ te zu einem Befestigungsflansch BF erweitert ist, während aus der gegenüberliegenden Oberflächenseite ein Anschlußflansch AF für die Glasfaser eines optischen Übertragungskabels heraus­ ragt. Eine der Mantelflächen des Gehäuses wird durch eine die Durchführungen enthaltende Gehäusebodenplatte GBP gebildet, an der gegenüberliegenden Mantelfläche ist ein Gehäusedeckel GD befestigt. An einer der noch freien Mantelflächen des Gehäuses G oder bei einer anderen Ausführungsform auf der Gehäuseboden­ platte ist im Innern über eine erste Isolierschicht IS1 ein Pel­ tierkühler PK befestigt, auf den, getrennt durch eine zweite Isolierschicht IS2, der metallische Trägeraufbau TA angeordnet ist. Am Trägeraufbau TA ist über eine dritte Isolierschicht IS3 ein Thermistor TH angebracht, dessen einer elektrische Anschluß mit dem Gehäuseboden und dessen anderer Anschluß mit einer der Durchführungen DF verbunden ist. Weiterhin ist das getaperte Ende einer Glasfaser in einem Metallröhrchen auf dem Trägerauf­ bau TA so befestigt, daß es mit der auf einer Erhöhung des Trägeraufbaues angeordneten Laserdiode LD in gutem optischen Kontakt steht. Das andere Ende des Anschlußträgers ist mit dem Metallröhrchen in einem größeren Metallrohr befestigt, das im Gehäuseinnern in den Anschlußflansch AF geführt ist.

Auf der dem Anschlußträger gegenüberliegenden Seite der Laser­ diode ist auf einer Fortsetzung des Trägeraufbaus eine Monitor- Fotodiode MD über eine vierte Isolierschicht IS4 befestigt. Zur Zuführung des Laserdiodenstroms ist ein Anschluß der Laserdiode über einen Bonddraht mit einer der Durchführungen DF verbunden, eine weitere elektrische Verbindung besteht von der Laserdiode LD über die zur Befestigung dienende Halteschicht HS, den Trägeraufbau TA und das Halteblech HB zu einer weiteren Durch­ führung, der Peltierkühler liegt dabei hochfrequenzmäßig auf Messepotential.

Der Wärmefluß im Lasermodul erfolgt von der Laserdiode über den Trägeraufbau zur kalten Seite des Peltierkühlers. Um einen un­ erwünschten Wärmefluß vom Gehäuse des Lasermoduls zur Laser­ diode unterbinden, dienen als elektrische Verbindungen, insbe­ sondere vergleichsweise sehr dünne Bonddrähte. Diese Bonddrähte wirken aber aufgrund ihrer Länge als Induktivität, zusammen mit den Kapazitäten der Isolationsschichten zwischen Laserdiode, Peltierkühler, Thermistor und Monitor-Fotodiode ergeben sich Resonanzkreise, die durch ein Übertragungssignal mit Bitraten von wenigstens einigen hundert Mbit/s oder Übertragungsge­ schwindigkeiten von einigen hundert MHz zu Schwingungen ange­ regt werden können, und dadurch Anstiegszeit und Überschwingen der das Übertragungssignal bildenden Impulse negativ beein­ flussen können.

Bei dem aus der EP-A1 02 42 591 bekannten Laserdiodensender wird der Einfluß der unerwünschten Resonanzkreise auf das Über­ tragungssignal dadurch verringert, daß ein virtueller Masse­ punkt innerhalb des Lasermoduls eine zusätzliche Verbindung zwischen einer Durchführung und einem vom Laserdiodenstrom durchflossenen Teil des Trägeraufbaus gebildet wird und daß über diese Verbindung ein zum Laserdiodenstrom gegenphasiger Kompensationsstrom fließt. Der Kompensationsstrom kann dabei von der Ansteuer- und Regelschaltung der Laserdiode miterzeugt werden, insbesondere kann eine Stufe eines als Treiberstufe für den Laserdiodenstrom dienenden Differenzverstärkers als Quelle für den Kompensationsstrom verwendet werden.

Bei der bekannten Lösung zur Unterdrückung des Einflusses uner­ wünschter Resonanzkreise auf den Laserdiodensender sind in dem Lasermodul zusätzliche Verbindungsdrähte VB eingebracht, außer­ dem ist eine der Durchführungen unmittelbar mit dem Gehäuse­ boden verbunden, ein handelsübliches Lasermodul muß also ge­ öffnet und durch relativ schwierige Bearbeitungen, die eine Verschmutzung der empfindlichen optischen Oberflächen ergeben kann, umgebaut werden.

Die Aufgabe bei der vorliegenden Erfindung besteht also darin, einen Laserdiodensender der eingangs erwähnten Art so weiter zu bilden, daß auch bei einem handelsüblichen Lasermodul der Ein­ fluß der unerwünschten Resonanzkreise auf das Übertragungssi­ gnal wirksam verringert wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einen Laserdiodensender der eingangs erwähnten Art gelöst, der entsprechend dem Kenn­ zeichen des Patentanspruchs 1 weitergebildet ist. Ein beson­ derer Vorteil bei der erfindungsgemäßen Lösung ist die Möglich­ keit, unabhängig von der speziellen Bauform des Lasermoduls, also sowohl beim Anbringen des Peltierkühlers auf dem Gehäuse­ boden als auch an einer der Gehäusewände und bei Änderungen am Trägeraufbau den Einfluß der Resonanzkreise auf das Übertra­ gungssignal wirksam verringern zu können. Im Patentanspruch 2 ist eine bevorzugte Ausbildung des erfindungsgemäßen Laser­ diodensenders beschrieben, bei der durch doppelseitigen An­ schluß des Peltierkühlers an die Kompensationsspannung der Ein­ fluß des Innenwiderstandes des Peltierkühlers auf den sich er­ gebenden hochfrequenten Kompensationsstrom vom Peltierkühler zur Laserdiode verringert ist. In den Patentansprüchen 3 und 4 sind zweckmäßige Ausbildungen der Ansteuer- und Regelschaltung des Laserdiodensenders im Hinblick auf die Erzeugung einer Kompensationsspannung beschrieben.

Die Erfindung soll im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Dabei zeigt

Fig. 1 ein bekanntes Lasermodul und

Fig. 2 das Prinzipschaltbild eines Lasermoduls mit den er­ findungsgemäßen Ergänzungen.

Die Fig. 1 ist bei der Darstellung des Standes der Technik be­ reits ausführlich erläutert worden, sodaß an dieser Stelle auf weitere Ausführungen verzichtet wird.

In der Fig. 2 ist vereinfacht der Treiberverstärker TV darge­ stellt, der die beiden im Gegentakt geschalteten Transistoren T1, T2 enthält, deren Emitteranschlüsse miteinander und mit dem Kollektoranschluß eines dritten Transistor T3 verbunden sind, dessen Emitteranschluß auf Bezugspotential liegt, so daß sich insgesamt der Treiberverstärker TV als im Gegentakt angesteuerte Stromquelle ergibt. Die Basisanschlüsse der Transistoren T1, T2 sind getrennt mit dem ersten bzw. zweiten Eingangsanschluß E1, E2 verbunden, denen das Übertragungssignal für die Laserdiode einerseits in Phase und andererseits in Gegenphase zugeführt wird. Die Verbindung der Kollektoranschlüsse der beiden Tran­ sistoren T1, T2 zur Zuführung der Kollektorgleichströme ist weg­ gelassen, der Kollektoranschluß des zweiten Transistors T2 ist deshalb direkt mit dem Anodenanschluß der Laserdiode LD verbun­ den, deren Katodenanschluß auf Bezugspotential liegt. An die Laserdiode sind optisch der Anschluß für den Lichtwellenleiter LWL und die Monitor-Fotodiode MD angekoppelt. Im Ersatzschalt­ bild sind außerdem der im Lasermodul enthaltene Thermistor TH und der Peltierkühler PK angedeutet. Diese Bauelemente sind bei bisherigen Anwendungen des Moduls nach der Fig. 1 hochfrequenz­ mäßig auf Massepotential gelegt. Entsprechend der Erfindung ist der Kollektoranschluß des ersten Transistor T1 zusätzlich über einen ersten Kondensator C1 mit dem einen Anschluß des Peltier­ kühlers PK verbunden. Dadurch steht die am Kollektorwiderstand RK des ersten Transistors auftretende und zur Spannung an der Laserdiode LD gegenphasige Wechselspannung auch am Peltier­ kühler PK. Damit die Wechselspannung nicht unmittelbar nach Masse abfließen kann, ist der erste Speisespannungsanschluß des Peltierkühlers PK über eine erste Drossel DR1 mit dem An­ schluß der Temperaturregelschaltung TRA verbunden. Außerdem ist der zweite Anschluß des Peltierkühlers PK über eine zweite Drossel DR2 mit Massepotential verbunden. Damit steht eine ge­ genphasige Kompensationsspannung am Peltierkühler, die einen Strom erzeugt, der zum Teil über die Zuleitungsinduktivität des Peltierkühlers und dessen Innenwiderstand und über die gehäuse­ seitige Kapazität des Peltierkühlers nach Masse fließt. Ein weiterer Teil des Stromes fließt über die andere Seite des Pel­ tierkühlers und über die Zuleitungsinduktivität der Laserdiode zum Teil nach Masse, zum Teil aber auch über die Laserdiode und eine erste Streukapazität nach Masse und über die Laserdiode, deren Anschlußdrahtinduktivität und eine weitere Streukapazität nach Masse. Damit ist bereits ein differentieller Betrieb der Laserdiode und eine gewisse Unterdrückung der Resonanzeffekte im Lasermodul LM möglich.

Zur Verringerung der Wirkung des Innenwiderstandes und der Zu­ leitungsinduktivität des Peltierkühlers ist der Kollektoran­ schluß des ersten Transistor T1 zusätzlich über einen zweiten Kondensator mit dem zweiten Anschluß des Peltierkühlers verbun­ den. Damit liegen wechselstrommäßig die beiden Anschlüsse des Peltierkühlers parallel. Durch die Parallelschaltung der Zu­ leitungsinduktivitäten und der wirksamen Teile des Innenwider­ standes des Peltierkühlers ergibt sich eine Verringerung der Wechselstromwiderstände im Kompensationsstromkreis und damit eine wirksamere Unterdrückung der unerwünschten Resonanzeffekte. Entsprechende Messungen bestätigten, daß ein derartig verbes­ serter Laserdiodensender mit digitalen Signalen mit einer Bit­ rate von über 2 Gbit/s bzw. analogen Signalen mit Bitraten über 2 GHz betrieben werden kann.

Claims (4)

1. Laserdiodensender mit Ansteuer- und Regelschaltungen und einem daran angeschlossenen Lasermodul, das eine an eine Glas­ faser optisch angeschlossene Laserdiode enthält, die im Inne­ ren eines Gehäuses des Lasermoduls auf einem Trägeraufbau be­ festigt ist, der großflächig über einen elektrisch isolierten Peltierkühler mit dem Gehäuse und kleinflächig über dünne Drähte mit im Gehäuse angeordneten Durchführungen verbunden ist und eine mit den Ansteuer- und Regelschaltungen für die Laser­ diode verbundene Monitor-Fotodiode und einen Thermistor zur Regelung des Peltierkühlers enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Peltierkühler (PK) mit einer Quelle verbunden ist, an der eine zur Wechselspannung der Laserdiode (LD) jeweils inverse Wechselspannung ansteht.

2. Laserdiodensender nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Anschlüsse des Peltierkühlers (PK) mit Durch­ führungen (DF) verbunden sind, die einerseits über Kondensato­ ren (C1, C2) mit der Quelle für die inverse Wechselspannung und andererseits über Hochfrequenzdrosseln (DR1, DR2) mit der speisenden Gleichspannung verbunden sind.

3. Laserdiodensender nach Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Quelle für die inverse Wechselspannung um einen Teil der Ansteuer- und Regelschaltungen der Laserdiode (LD) handelt.

4. Laserdiodensender nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Quelle für die inverse Wechselspannung um eine Stufe eines Differenzverstärkers (DV) handelt, dessen andere Stufe als Treiberstufe für den Modulationsstrom der La­ serdiode (LD) vorgesehen ist.