DE69304806T2

DE69304806T2 - Laservorspannungs- und -modulationsschaltung

Info

Publication number: DE69304806T2
Application number: DE69304806T
Authority: DE
Inventors: Michael Reid Slawson; James John Stiscia
Original assignee: Alcatel NV
Current assignee: Alcatel Lucent NV
Priority date: 1992-06-15
Filing date: 1993-06-09
Publication date: 1997-02-06
Anticipated expiration: 2013-06-10
Also published as: US5488621A; CA2098343A1; US5268916A; EP0574816B1; JPH0685363A; ATE143184T1; DE69304806D1; EP0574816A1; ES2094415T3

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft die Informationsübertragung über Lichtwellenleiter und im besonderen eine Steuerschaltung zur Steuerung eines Lasers zur Bereitstellung optischer Signale für einen Lichtwellenleiter.

Hintergrund der Erfindung

Gewöhnlich werden Laserdioden verwendet, um optische Signale zum Zweck der Übertragung über Lichtwellenleiter bereitzustellen. Typischerweise wird eine Laserdiode mit einem ausgewählten Vorstrom betrieben, und die Diode wird dann um diesen Arbeitspunkt herum mit einem Modulationspegel, der erforderlich ist, um einen gewünschten Lichtstrom zu erreichen, intensitätsmoduliert. Leider verändert sich die Laserkennlinie merklich in zweierlei Hinsicht, wenn die Laserdiode in einem weiten Temperaturbereich betrieben wird. Erstens erhöht sich die Laserschwelle mit wachsender Temperatur. Das bedeutet, daß zum Aufrechterhalten einer konstanten mittleren optischen Ausgangsleistung mit zunehmender Temperatur der mittlere Ansteuerungsstrom, häufig als Vorstrom bezeichnet, erhöht werden muß. Zweitens sinkt der Wirkungsgrad der Wandlung von Strom in optische Leistung (bekannt als Kennliniensteilheit) mit zunehmender Temperatur.
Eine Folge des zweiten Effektes, d.h. der abnehmenden Kennliniensteilheit mit zunehmender Temperatur, ist dieselbe wie im ersten Fall: Um mit zunehmender Temperatur eine konstante mittlere optische Ausgangsleistung aufrechtzuerhalten, muß der Vorstrom erhöht werden. Eine weitere Folge aus dem zweiten Effekt besteht darin, daß zum Aufrechterhalten eines konstanten Signals oder der Modulation der optischen Ausgangsleistung mit zunehmender Temperatur der Modulationsstrom erhöht werden muß.
Um zuverlässige und wiederholbare Ergebnisse in einer Vielzahl Anwendungen von Lichtwellenleiterübertragungen zu erhalten, müssen sowohl die mittlere Leistung als auch die Signalleistung, die vom Laser abgestrahlt werden, relativ konstant gehalten werden. Häufig wird dieses Problem durch Verwendung einer thermoelektrischen Kühlung begrenzt, um den Laser auf einer relativ konstanten Temperatur zu halten. Diese Lösung ist generell kostspielig, leistungsaufwendig und normalerweise für umfangreiche, preiswerte Anwendungen nicht akzeptabel. Eine andere mögliche Lösung besteht darin, einfach die Temperatur des Lasers zu überwachen und die Höhe des Vor- und des Signalstroms entsprechend der erwarteten Leistungskennlinie nachzustellen. Für preiswerte Laser sind die Veränderungen der Kennlinie mit der Temperatur von Bauelement zu Bauelement normalerweise nicht genau vorhersehbar. Dies macht es erforderlich, daß entweder die Temperaturkenndaten jedes Lasers einzeln ermittelt werden müssen oder daß zur Steuerung der Arbeitsweise des Lasers eine Rückkopplungsschleife aufgebaut wird. Die einzelne Kenndatenermittlung hat neben dem Kostenaufwand den zusätzlichen Nachteil, daß nicht alle Veränderungen der Laserkennlinie, die mit der Alterung des Lasers auftreten können, berücksichtigt werden.
Eine Rückkopplungsschleife kann über die lasereigene rückseitige Überwachungsfotodiode oder über die gesamte Verbindung und den Empfänger am entgegengesetzten Ende aufgebaut werden. Das letztgenannte Verfahren hat den Vorteil, daß es in der Lage ist, Veränderungen des Kabels, des Empfängers und der Laser-Lichtwellenleiter-Kopplung einzubeziehen. Es hat den Nachteil, daß eine zusätzliche Steuerschaltung im Empfänger und eine Verbindung zurück zum Sender hinzugefügt werden müssen. Wenn die Rückkopplungsverbindung bereits vorhanden ist, kann die Übertragungs kapazität der Verbindung für die Übertragung der Rückkopplungsinformation benutzt werden. Die Möglichkeit, daß die Rückkopplungsinformation nicht zeitgerecht zurück übertragen wird, was Instabilitäten der Laserleistung hervorrufen kann, muß jedoch mit betrachtet werden.
Gewöhnlich wird die örtliche Rückkopplung über die rückseitige Überwachungseinrichtung zur Regelung des Vorstroms des Lasers verwendet. Veränderungen der Kennliniensteilheit, welche in der Größenordnung von 6 dB liegen können, werden häufig ignoriert. In einigen Fällen wird der Modulationsstrom durch Erzeugen und Hinzufügen eines "Pilotträgers" mit festgelegtem Pegel zum Signal über die rückseitige Überwachungsdiode ebenfalls geregelt. Es muß jedoch eine Schaltung hinzugefügt werden, um den Pilotträger zu erzeugen und mit dem Signal zu multiplexen. Zusätzlich benötigt der Pilotträger einen Anteil der Verbindungsbandbreite.
Im 8010 Bell System Technical Journal, Band 62 (1983), September, Nr. 7, Teil 1, Seiten 1923 bis 1936 werden Vorstrom- und Steuerschaltungen für Halbleiterlaser beschrieben. Um die optischen Ausgangspegel zu stabilisieren und jede Abhängigkeit der optischen Ausgangsleistung von Veränderungen der Kennlinie des Laserbauelementes oder des Gleichspannungsanteils des Eingangssignals zu beseitigen, ist eine Regelung sowohl des Vorstromes als auch des Modulationsstromes erforderlich. Der Modulationsstrom wird entsprechend der Differenz zwischen den NULL- und EINS-Lichtpegeln geregelt. Der Vorstrom wird entsprechend der Differenz zwischen einem Eotodetektorstrom, einem Referenzstrom und dem Modulationsstrom geregelt. Das Einbeziehen des Modulationsstromes ist erforderlich, um Veränderungen des Gleichanteils der Laserausgangsleistung zu unterdrücken.
In der US Patentschrift 4 355 395 wird eine Vorrichtung zur Stabilisierung der Ausgangskennlinie eines Injektionslasers beschrieben. Der Gleichanteil des Vorstromes und der Modulationsstrom werden jeweils über eine Rückkopplungsschaltung gesteuert, um den Lichtstrom auf einem im wesentlichen konstanten Pegel zu halten. Der Vorgleichstrom wird entsprechend der Differenz zwischen dem Ausgangssignal einer Minimalpegel-Überwachungsschaltung und einem Referenzstrom geregelt. Der Modulationsstrom wird entsprechend der Differenz zwischen dem Ausgangssignal einer spitzenwert-Überwachungsschaltung und einem Referenzstrom geregelt.
In der EP Patentschrift 52 536 wird eine Vorrichtung zur Stabilisierung der Ausgangsleistung eines lichtabstrahlenden Bauelementes beschrieben. Um einen konstanten Ausgangspegel aufrechtzuerhalten, werden der Vorgleichstrom und der Modulationsstrom gesteuert. Der Modulationsstrom wird entsprechend der Differenz der Werte des maximalen Ausgangspegels und des minimalen Ausgangspegels geregelt. Der Vorgleichstrom wird entsprechend der Differenz zwischen einem Fotodetektorstrom, einem Referenzstrom und einem Nachstellstrom geregelt. Der Nachstellstrom wird aus dem maximalen Ausgangspegel und dem minimalen Ausgangspegel abgeleitet.

Offenbarung der Erfindung

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Laser zu regeln. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein konstanter Lichtstrom einer Laserdiode bei veränderlichen Temperaturen erreicht, indem der Vorstrom in Übereinstimmung mit einem ersten Parametersatz nachgestellt wird und indem der Modulationsstrom in Übereinstimmung mit einem zweiten Parametersatz nachgestellt wird.
Weiterhin wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein konstanter Lichtstrom einer Laserdiode bei veränderlichen Modulationsschemata erreicht, indem der Vorstrom in Übereinstimmung mit einem ersten Parametersatz nachgestellt wird und indem der Modulationsstrom in Übereinstimmung mit einem zweiten Parametersatz nachgestellt wird.
In noch weiterer Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung umfaßt der erste Parametersatz einen Mittelwert von erkannten Spitzenwert- und Talwert-Amplituden des Lichtstromes der Laserdiode.
In noch weiterer Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung umfaßt der zweite Parametersatz eine Differenz zwischen Spitzenwert und Talwert der Lichtabstrahlung der Laserdiode.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, wie es in Anspruch 1 definiert wird, und eine Vorrichtung, wie Sie in Anspruch 6 definiert wird. Ausführungsformen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen erklärt.
Die vorliegende Erfindung war zuerst einmal für die Regelung eines preiswerten, ungekühlten Lasers gedacht, der mit einem frequenzgemultiplexten Hybridsignal moduliert werden sollte, das aus einem relativ langsamen (weniger als 50 Megabaud) digitalen Signal und einem sehr schnellen (bis zu einem Gigahertz), analogen Videobetriebssignal besteht. Die Anwendung der Erfindung erfolgte in einem Lichtwellenleiter-Curb-System, wobei große Temperaturbereiche mit preiswerten Aufbauten realisierbar werden müssen und wobei das übertragene Signal ein zusammengesetztes analoges Video/digitales Sprachsignal ist.
Somit stellt die vorliegende Erfindung eine Möglichkeit bereit, um das bereits vorhandene digitale Signal in rein digitalen oder in hybriden digital/analog-Anwendungen als virtuelles Pilotsignal zu verwenden. Es wird ebenfalls ein Verfahren gelehrt, um das digitale Signal so zu benutzen, daß meist unsymmetrische Codeschemata und datenabhängige, durch den Gleichanteil hervorgerufene Phasenwanderungen des digitalen Signals die Vor- und Modulationsströme des Lasers nicht fehlerhaft beeinflussen.
Diese und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden im Licht der folgenden detaillierten Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform, wie Sie in den begleitenden Zeichnungen veranschaulicht wird, deutlicher werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt die Veränderung des Vorstromes und der Amplitude des Modulationsstromes eines Lasers zum Erreichen einer konstanten Ausgangsleistung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 zeigt eine Blockschaltbild einer Schaltung gemäß der vorliegenden Erfindung zur automatischen Vorstrom- und Modulationssteuerung für eine digital/analoge Hybridanwendung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 3 ist eine Darstellung einer Ausführungsform der Laseransteuerung von Fig. 2 zum Verarbeiten des digitalen Datensignals.
Fig. 4 ist eine Darstellung einer Ausführungsform der Laseransteuerung von Fig. 2 zum Verarbeiten der Hochgeschwindigkeitssignale.
Fig. 5 ist eine detaillierte Darstellung einer Form der Realisierung der Schaltungsanordnung zur Laser-Vorstromerzeugung und automatischen Verstärkungssteuerung von Fig. 2.

Bevorzugte Ausführungsform

Fig. 1 zeigt, daß bei Veränderung des Wirkungsgrades oder des Arbeitspunktes einer Laserdiode, die durch ein Modulationssignal moduliert wird, eine konstante Ausgangsleistung erreicht werden kann, indem der Arbeitspunkt und die Amplitude der Modulation gesteuert werden. Im Fall eines veränderlichen Wirkungsgrades, wie er beispielsweise durch sich ändernde Temperaturen bewirkt wird, kompensiert die vorliegende Erfindung die Veränderungen automatisch durch Veränderung des Arbeitspunktes und der Amplitude der Modulation. Dies wird für drei verschiedene Temperaturen gezeigt, die drei verschiedene Arbeitspunkte und Amplituden des Modulationssignals ergeben. Im Fall veränderlicher Arbeitspunkte, welche beispielsweise durch ein digitales Modulationssignal mit einem von 50 Prozent abweichenden Tastverhältnis bewirkt werden können, wird der Arbeitspunkt konstant gehalten, obwohl dieser Arbeitspunkt die Tendenz zeigt, in gewissem Umfang nach links oder rechts von einem der Arbeitspunkte (I&sub1;, I&sub2;, I&sub3;) wie Sie in Fig. 1 dargestellt sind, abzuweichen (wie es dem Stand der Technik entspricht).
Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welche eine Rückkopplungsschaltung 10 enthält, die verwendet wird, um einen preiswerten, ungekühlten Laser 12 zu regeln, der durch ein frequenzgemultiplextes Signal moduliert wird, welches vor dem Multiplexen in einem Treiber 20 als zwei getrennte Signale auf einem Leitungspaar 16, 18 dargestellt ist. Die Komponenten 16, 18 des Signals können ein relativ langsames digitales Datensignal (zum Beispiel mit weniger als 50 MBaud) und ein oder mehrere Hochgeschwindigkeits-HF-Signale, wie beispielsweise analoge Fernsehkanäle (im Frequenzspektrum um bis zu 1 Gigahertz auseinanderliegend) umfassen. Die Schaltung der Laseransteuerung 20 reagiert auf die Signale auf den Leitungen 16, 18, verschachtelt die Signale 16, 18 als Frequenzmultiplexsignal und stellt den Ansteuerungsstrom für den Laser 12 bereit, welcher nachfolgend das Lichtausgangssignal 22 für einen Lichtwellenleiter (nicht dargestellt) zur darüber stattfindenden Übertragung bereitstellt. Die Laseransteuerung moduliert den Laser um den Vorstrompegel herum und speist Licht 22 über die Frontseite in den Lichtwellenleiter und speist ebenfalls über die Rückseite Licht 24 auf eine Überwachungs-Fotodiode 26. Das Frequenzverhalten der Überwachungsdiode ist im allgemeinen langsam genug, um die analogen Videosignale zu unterdrücken, aber schnell genug, um das digitale Signal weiterzuleiten. Wenn jedoch die analogen Videosignale in der Überwachungsdiode nicht wesentlich gedämpft werden, kann ein Tiefpaßfilter 28 in den Signalpfad eingefügt werden, um diese auszufiltern. In jedem Fall stellen entweder die rückseitige Laser-Überwachungsdiode 26 oder das Tiefpaßfilter oder beide ein gefiltertes Niederfrequenzsignal auf Leitung 30 für den Strom-Spannungs-Wandler 32 bereit, welcher nichts anderes als ein auf Referenzspannung liegendes Widerstandsnetzwerk zu sein braucht, um auf derselben Leitung 30 eine Spannung für den Spannungs-Spitzenwertdetektor 36a, 36b bereitzustellen.
Durch die Spitzenwert- und Talwert-Erkennungsschaltungen 36a beziehungsweise 36b werden die erkannten höchsten und niedrigsten absoluten Spannungspegel des gewandelten Signals gespeichert und auf den Leitungen 38a beziehungsweise 38b bereitgestellt. Die Antwort- und Haltezeiten der Spitzenwert- und Talwert-Erkennungsschaltungen werden in Abhängigkeit von der Zeichengeschwindigkeit der digitalen Daten und der längsten Zeit zwischen Signalübergängen eingestellt. Es sollte erkannt werden, daß eine wahre Nicht-auf-Null-zurückgehen-(NRZ-)Codierung, bei der die Zeitspanne zwischen Zeichenübergängen extrem lang werden kann, zusammen mit der hierin offenbarten Ausführungsform nicht verwendet werden kann.
Nach der Spitzen- und Talwert-Erkennung werden die Steuerspannungen auf den Leitungen 38a, 38b an einen Mittelwertbildner 40 und einen Differenzdetektor 42 angelegt. In dem Mittelwertbildner werden die Spitzen- und Talwert-Spannungen 38a, 38b gemittelt, um den Mittelpunkt zu finden, und es wird auf ein Mittelpunktsignal, das einen den Mittelpunkt anzeigenden Wert hat, auf Leitung 44 für die Laser-Vorstromsteuerung 46 bereitgestellt. Da die Spitzen- und Talwert-Spannungen verwendet werden, um den Mittelpunkt zu bestimmen, anstatt unmittelbar hinter der rückseitigen Überwachungsdiode einen Mittelwertpegel abzuleiten, wird eine von den Daten und dem Codierschema abhängige Drift des Mittelwertpegels verhindert. Wenn das verwendete Codierschema kein tatsächliches Tastverhältnis von 50 Prozent besitzt, bei dem Übergänge der Daten sowie zwischen den Bits gewährleistet sind, werden jegliche Veränderungen vermieden, die anderenfalls aufgrund der Verschiebungen weg von dem 50-prozentigen Tastverhältnis in der Laser-Vorstromsteuerung auftreten würden.
Die Mittelpunktspannung auf Leitung 44 wird für den Laservorstrom-Steuerungsblock 46 bereitgestellt, wo Sie mit einem Schwellwertsignal von Leitung 48, welches, wie durch den Schwellwert-Nachstellblock 50 gekennzeichnet, nachstellbar sein kann, verglichen wird. Der Schwellwert wird so ausgewählt, daß der Laser mit einem ausgewählten optischen Ausgangsleistungspegel, beispielsweise mit dem in Fig. 1 gezeigten Pegel P&sub0;, betrieben wird. Wenn die Mittelpunktspannung unter dem Schwellwert liegt, stellt der Laserstrom-Steuerungsblock auf einer Leitung 52 ein Signal bereit, um den Vorstrom im Laser-Ansteuerungsblock 20 zu erhöhen, bis die Mittelpunktspannung gleich der Schwellwertspannung ist. Der entgegengesetzte Effekt tritt auf, wenn die Mittelpunktspannung über dem Schwellwert liegt.
Im Differenzdetektor 42 wird die Differenz zwischen den Spitzenwert- und Talwert-Spannungen auf den Leitungen 38a beziehungsweise 38b bestimmt. Auf einer Leitung 54 wird ein Differenzspannungssignal für einen Lasermodulations-Steuerungsblock 56 bereitgestellt, worin dieses mit einem Schwellwertsignal verglichen wird, das auf einer Leitung 58 durch einen Schwellwert- Nachstellblock 60 bereitgestellt wird, welcher in der Lage sein kann, den Pegel des Schwellwert-Referenzsignals auf Leitung 58 nachzustellen. Der Schwellwert wird entsprechend dem gewünschten Modulationsgrad oder dem Verhältnis von Signalleistung zu mittlerer Leistung des Laserausgangssignals für das digitale Signal festgesetzt. Wenn die Differenzspannung unter dem Schwellwert liegt, stellt der Lasermodulations-Steuerungsblock auf einer Leitung 62 ein Signal bereit, um die Verstärkung des Signals in der Laseransteuerung 20 zu erhöhen. Der entgegengesetzte Effekt tritt auf, wenn die Differenzspannung über dem Schwellwert liegt. In der Ansteuerung werden sowohl das digitale als auch die analogen Signale proportional nachgestellt, so daß die relativen Modulationsgrade, die für die zwei Signaltypen festgelegt worden sind, aufrechterhalten werden.
Wir wenden uns jetzt Fig. 3 zu, worin eine detaillierte Darstellung einer Möglichkeit des Aufbaus des digitalen Teils der Laseransteuerung 20 von Fig. 2 zur Handhabung des relativ langsamen digitalen Dateneingangssignals von Leitung 16 gezeigt wird. Dieses Signal wird zuerst durch die Parallelschaltung eines Widerstandes 70 und eines Kondensators 72 abgeschlossen, welche zusammen mit einem geeigneten Schaltpunkt des Transistors 74 zum Vermeiden von Impulsbreitenstörungen beitragen. Der Transistor 74 wird durch die Spannung VCC von +5 V am Knoten 76b versorgt. Die Kollektorspannung wird durch ein parallelgeschaltetes Kondensatorpaar 78 gefiltert, und um vor dem Puffern in einer Pufferstufe 80, die auch zum Wandeln des Ansteuersignals in ein Ansteuersignal mit negativen Signalverlauf dient, wird zum Zweck der Pegelwandlung eine Reihenschaltung von Widerständen 79 eingesetzt. Dies wurde für die spezielle, dargestellte Ausführungsform so gemacht, weil der ausgewählte Laser negativ angesteuert werden mußte. Dies muß natürlich nicht immer so sein.
Der Pufferstufe 80 folgt ein Emitterfolgerabschnitt 82, der das Eingangssignal weiter umsetzt, so daß es näher an die negativen 5 V herankommt, die für die spezielle Laserdiode 12, welche wir ausgewählt hatten, geeignet sind. Ein Pufferabschnitt 84 puffert das Ausgangssignal des Emitterfolgerabschnitts 82, und diesem folgt ein Tiefpaßfilterabschnitt 86, welcher Signale, beispielsweise im Bereich von 0 bis 20 MHz durchläßt. Dieser ist nicht mit dem in Fig. 2 gezeigten Tiefpaßfilter 28 identisch, sondern wird nur dazu bereitgestellt, um höhere Frequenzanteile aus dem digitalen Signal zu entfernen, welche anderenfalls Störungen des analogen Videosignals hervorrufen würden, welches am Knoten 102 mit dem digitalen Signal gemultiplext wird.
Dem Tiefpaßfilter 86 folgt ein weiterer Wandlerabschnitt 88, welcher die am stärksten negativen Auslenkungen des gefilterten Signals auf nahezu -5 V bringt, so daß durch diesen Abschnitt ein minimaler Gleichstrom bereitgestellt wird.
Für eine gegebene Signalauslenkung oder einen Signalhub an der Basis des Transistors 90 stellt der Widerstand 91 den Modulationsstrom für das digitale Signal im Laser 12 ein.
Der Lichtstrom 24 der Laserdiode 12 wird durch ihre rückseitige Diode 26 erfaßt, und das erkannte Signal wird, wie oben in Verbindung mit Fig. 2 beschrieben, auf Leitung 30 bereitgestellt. Wenn auch für den speziell dargestellten Fall ein Tiefpaßfilter 28 in Fig. 2 gezeigt wird, so hat man gefunden, daß ein solches Tiefpaßfilter nicht notwendigerweise enthalten sein muß, weil die Kapazität der Diode selbst zusammen mit dem Eingangswiderstand des Transistors 154 ausreichend groß war, um in diesem speziellen Fall ein wirksames Tiefpaßfilter bereitzustellen.
In Verbindung mit unten stehender Beschreibung von Fig. 4 wird ersichtlich werden, daß deren Ausgangssignal auf einer Leitung 100 für einen Summationsknoten 102 bereitgestellt wird, der in Fig. 3 dargestellt ist und an dem das Ausgangssignal der Videoschaltung von Fig. 4 zu dem Strom addiert wird, der durch den in Fig. 3 dargestellten digitalen Teil beigesteuert wird. Dies erzeugt auf wirksame Weise einen Multiplexerknoten zum Multiplexen der niederfrequenten digitalen Signale mit den hochfrequenten Videosignalen. Das gemultiplexte Signal moduliert dann die Laserdiode 12.
Wir wenden uns jetzt Fig. 4 zu, worin eine Darstellung der Videoschaltung einer Ausführungsform der Laseransteuerung 20 gezeigt wird. Die Hochgeschwindigkeits-HF-Signale 18 von Fig. 2 sind im oberen linken Teil von Fig. 4 als Eingangssignal für eine spannungsgesteuerte Dämpfungsschaltung 104 dargestellt, um so den Videopegel auf einem konstanten Wert zu halten, der über ein Signal auf Leitung 106 gesteuert wird, welches nachfolgend durch das Rückkopplungssignal auf Leitung 62 gesteuert wird, das sowohl in Fig. 2 als auch in Fig. 4 dargestellt ist (und aus der Laser-Modulationssteuerung,56 kommt, die unten in Verbindung mit Fig. 5 detaillierter offenbart werden soll).
Ein auf Leitung 106 anliegendes Ausgangssignal der spannungsgesteuerten Dämpfungsschaltung 104 wird durch ein Hochpaßfilter 108 gefiltert, um von allen niederfrequenten Anteilen gesäubert zu werden, die anderenfalls die digitalen Signale verstümmeln könnten, die auf Leitung 100 mit den Videosignalen zusammengesetzt werden sollen, am Verbindungspunkt 102 von Fig. 3 als summiert dargestellt.
Das Signal auf Leitung 106 wird ebenfalls an eine Reihenschaltung von Widerständen 109, 110 und einem Kondensator 112 angelegt, welche zusammen den Zweck erfüllen, eine Impedanz bereitzustellen, welche alle Einflüsse der Steuerschaltung auf den Videosignalpfad 106 unterdrückt. Anders ausgedrückt, die Widerstände 109, 110 und der Kondensator 112 besitzen Werte, die so ausgewählt sind, daß die auf die Hauptleitung 106 wirkende Impedanz größer als die zehnfache charakteristische Impedanz der Hauptleitung 106 ist. Eine Diode 114 (in Sperrichtung geschaltet, um Temperaturdrifteffekte zu minimieren) und ein Kondensator 116 dienen zur Erkennung der mittleren Leistung. Der Kondensator 116 dient in Verbindung mit einem Widerstand 118 ebenfalls als vorgeschalteter Integrator, um zu verhindern, daß momentane, hohe Spitzenwerte an einen Integrator 120 gelangen, welcher das Signal auf Leitung 122 integriert, um auf Leitung 124 ein integriertes Ausgangssignal bereitzustellen. Der Integrator arbeit mit einem Bezugspotential, das durch ein Referenzsignal auf Leitung 126 definiert wird, wobei der Integrator versucht, die Differenz zwischen dem Signal auf Leitung 122 und dem Signal auf Leitung 126 zu null zu machen. Nach dem Integrator 120 führen die Stufen 128, 130 sowohl die Verstärkung als auch die Pegelverschiebung aus, indem der Gleichspannungsanteil eines Signals auf Leitung 132 in einen Bereich verschoben wird, den die spannungsgesteuerte Dämpfungsschaltung 104 als Steuerspannung benötigt, d.h. zwischen 0 und -5 V.
Die Differenzverstärkerstufe 130 macht die Differenz zwischen dem Eingangssignal auf Leitung 132 und einem Eingangssignal auf Leitung 134 zu null. Das Signal auf Leitung 134 wird durch eine Signalkonditionierungsstufe 136 bereitgestellt, die auf das Rückkopplungssignal auf Leitung 62 von Fig. 5 reagiert.
Fig. 5 zeigt den Teil der Laservorstrom- und automatischen Verstärkungssteuerung (AGC) von Fig. 2. Ein Spannungsregler 150 reagiert auf die -5 V auf Leitung 92, um eine geregelte Spannung von -2,5 V auf Leitung 152 bereitzustellen. Im Gleichgewicht liegt die Spannung auf Leitung 34 auf -1,25 V, und es wird die Größe des Signalhubes bestimmt, um den Modulationsgrad einzustellen.
Ein Transistor 154 schaltet über seinen Kollektor die +5 V auf Leitung 76 und liefert einen Strom für ein Widerstandspaar 156, 158, das einen Verbindungspunkt 160 besitzt, an dem im Gleichgewicht -2.5 V anliegen. Der Spitzenwertdetektor 36a und der Talwertdetektor 36b von Fig. 2 sind in einer Ausführungsform in Fig. 5 dargestellt. Ein Puffer-Operationsverstärker 162 stellt das erfaßte Spitzenwertsignal auf Leitung 38a bereit, welches durch eine Schaltung 164 gespeichert wird, die einen Widerstand 166 und einen Kondensator 168 besitzt, deren Werte so gewählt sind, daß Sie eine Zeitkonstante aufweisen, die größer ist als die längste erwartete Zeitspanne zwischen den Übergängen des digitalen Eingangssignals, welches in dem Sinne unsymmetrisch sein kann, daß es kein Tastverhältnis von 50 Prozent besitzt. Somit kann für einen Fall, bei dem die längste Zeitspanne zwischen Signalübergängen in der Größenordnung von 180 Nanosekunden liegt, ein Widerstandswert von 162 Kiloohm ausgewählt werden, während der Kondensator ungefähr 33 Pikofarad haben kann. Gleiche Werte können für einen Widerstand 170 und einen Kondensator 172 in einer Schaltung 174 gewählt werden, die den Zweck erfüllt, den Spitzen- oder Talwert des Signals auf Leitung 160 zu speichern. Ein Operationsverstärker 176 stellt das Talwertsignal auf Leitung 38b für den Mittelwertbildner 40 bereit, welcher sowohl auf das Signal auf Leitung 38b als auch auf das Signal auf Leitung 38a anspricht, um den Mittelpunkt zu finden. Ein Differenzverstärker 180 vergleicht, wie im vorhergehenden in Verbindung mit Fig. 2 erläutert, das Referenzsignal auf Leitung 48 mit dem Mittelwertsignal auf Leitung 44. Das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 180 ist das Signal auf Leitung 52, das in Fig. 2 als ein Rückkopplungssignal für die Laseransteuerung dargestellt ist. Dieses Signal wird verwendet, um einen Transistor 181, anzusteuern. Bei einer gegebenen Steuerspannung an der Basis des Transistors 181 wird durch den Widerstand 181a ein Gleich- oder Vorstrom eingestellt und dann über Leitung 182 am Knoten 102 zu den Video- und Digitalsignal-Modulationsströmen addiert, die durch die Laserdiode 12 fließen.
Das Signal auf Leitung 38a ist ein Signal, das den letzten Spitzenwert des Eingangssignals darstellt. Es wird nicht nur an den Spannungsfolger 40 des Mittelwertdetektors, sondern auch an den Differenzdetektor 42 angelegt, welcher ebenfalls auf das Signal auf Leitung 38b anspricht, um auf Leitung 54 das Differenzsignal für einen Komparator 190 bereitzustellen, welcher das Differenzsignal auf Leitung 54 mit dem Referenzsignal auf Leitung 58 vergleicht und auf Leitung 62 ein Rückkopplungssignal für den Videoabschnitt der Laseransteuerung bereitstellt, der in Fig. 4 dargestellt ist. Das Signal auf Leitung 62 wird ebenfalls an die Gate-Elektrode eines FETs 192 angelegt, der im digitalen Teil der Laseransteuerungsschaltung von Fig. 3 als spannungsgesteuerter Widerstand verwendet wird. Das Signal verändert den Widerstand des FET entsprechend den Veränderungen der Differenz von Spitzen- und Talwert, wodurch das Spannungsteilerverhältnis des digitalen Signals hinter dem Transistor 80 in Fig. 3 verändert wird.

Claims

1. Verfahren zum Aufrechterhalten eines konstanten Lichtstroms bei der Veränderung des Wirkungsgrades und des Arbeitspunktes einer Laserdiode, die durch ein Modulationssignal moduliert wird, die folgenden Schritte umfassend:

Messen des Lichtstroms und Bereitstellen eines Meßsignals, dessen Größe der Lichtstrom anzeigt;

Bereitstellen eines rückgekoppelten Vorstrom-Steuersignals zur Steuerung eines für die Laserdiode bereitgestellten Vorstromes in Reaktion auf das Meßsignal, wobei das rückgekoppelte Vorstrom-Steuersignal aus einem Mittelwert von Spitzen- und Talwerten des Meßsignals und einem Referenzsignal abgeleitet wird; und

Bereitstellen eines rückgekoppelten Modulationsstromamplituden-Steuersignals zur Steuerung der Amplitude des Modulationsstromes, der verwendet wird, um den Vorstrom zu modulieren, wobei das rückgekoppelte Modulationsstromamplituden-Steuersignal aus der Differenz von Spitzen- und Talwerten des Meßsignals und einem Modulations-Referenzsignal abgeleitet wird.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Veränderungen des Wirkungsgrades auf Temperaturänderungen beruhen.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Veränderungen des Arbeitspunktes auf Änderungen des Tastverhältnisses des Modulationssignals in mindestens teilweise digitaler Form beruhen.

4. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Modulationssignal ein Frequenzmultiplex-Signal umfaßt, das aus einem relativ langsamen digitalen Datensignal und einem oder mehreren relativ dazu sehr schnellen Signalen besteht.

5. Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei die sehr schnellen Signale analoge Videosignale sind.

6. Vorrichtung zum Aufrechterhalten eines konstanten Lichtstroms bei der Veränderung des Wirkungsgrades und des Arbeitspunktes einer Laserdiode, die durch ein Modulationssignal moduliert wird, umfassend:

Mittel, die in Reaktion auf den Lichtstrom ein Meßsignal bereitstellen, dessen Größe den Lichtstrom anzeigt;

Mittel zum Bereitstellen eines rückgekoppelten Vorstrom- Steuersignals zur Steuerung eines für die Laserdiode bereitgestellten Vorstromes in Reaktion auf das Meßsignal;

Mittel zum Bereitstellen eines rückgekoppelten Modulationsstromamplituden-Steuersignals zur Steuerung der Amplitude des Modulationsstromes, der verwendet wird, um den Vorstrom zu modulieren;

Laser-Ansteuerungsmittel, die auf das rückgekoppelte Vorstrom-Steuersignal, das Modulationsstromamplituden-Steuersignal und das Modulationssignal ansprechen, um den konstanten Lichtstrom bereitzustellen;

Spitzenwert-Erkennungsmittel (36a), die auf das Meßsignal (30) reagieren, um ein Spitzenwert-Signal (38a) bereitzustellen, das eine Größe besitzt, die die Amplitude eines positiven Spitzenwertes des Meßsignals anzeigt;

Talwert-Erkennungsmittel, die auf das Meßsignal (30) reagieren, um ein Talwert-Signal (38b) bereitzustellen, das eine Größe besitzt, die die Amplitude eines negativen Spitzenwertes des Meßsignals anzeigt;

Mittelwert-Berechnungsmittel, die auf die Spitzenwert- und Taiwert-Signale (38a, 38b) reagieren, um ein Mittelwert- Signal (44) bereitzustellen, das eine Größe besitzt, die einen Mittelwert der positiven und negativen Spitzenwert- Signale anzeigt;

Differenz-Erkennungsmittel (42), die auf die Spitzenwertund Talwert-Signale (38a, 38b) reagieren, um ein Differenzsignal (54) bereitzustellen, das eine Größe besitzt, die eine Differenz zwischen den positiven und negativen Spitzenwert-Signalen anzeigt;

Laservorstrom-Steuerungsmittel (46), die auf das Mittelwert-Signal (44) und ein Vorstrom-Referenzsignal (48) reagieren, um das Vorstrom-Rückkopplungssignal (52) bereitzustellen; und

eine Laser-Modulationssteuereinrichtung (56), die auf das Differenzsignal (54) und ein Modulations-Referenzsignal (58) reagiert, um das Modulations-Rückkopplungssignal (62) bereitzustellen.

7. Vorrichtung gemäß Anspruch 6, desweiteren umfassend:

einen Laserdiodentreiber (20), der auf ein langsames digitales Datensignal (16), ein Hochgeschwindigkeits-HF-Signal (18), das Vorstrom-Rückkopplungssignal (52) und das Modulations-Rückkopplungssignal (62) anspricht, um ein Ansteuersignal (102) bereitzustellen;

eine Laserdiode (12), die auf das Ansteuersignal (102) anspricht, um eine Ausgangssignal (22) mit konstantem Lichtstrom und ein Überwachungssignal (24) für den Lichtstrom bereitzustellen; und

eine rückseitige Überwachungsdiode (26), die auf das Überwachungssignal (24) für den Lichtstrom anspricht, um das Meßsignal (30) bereitzustellen.

8. Vorrichtung gemäß Anspruch 7, desweiteren Strom-Spannungs- Wandlermittel (32) umfassend, die auf das Meßsignal (30) ansprechen, um das Meßsignal (30) in gewandelte Form bereitzustellen.

9. Vorrichtung gemäß Anspruch 7, desweiteren Tiefpaß-Filtermittel umfassend, die auf das Meßsignal (30) ansprechen, um ein tiefpaßgefiltertes Meßsignal (30) bereitzustellen.