JPS5824028B2 - レ−ザダイオ−ドに対する変調電流の調整法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、レーザダイオードが、光伝導体を有する信号
伝送装置の送信段に光送出体として用いられ、該レーザ
ダイオードにはバイアス電流が供給され、この場合レー
ザダイオードから送出される有効光の一部を分岐して電
気信号に変換することにより変調電流を調整するレーザ
ダイオード用の変調電流の調整法に関する。

デジタル光伝導体−伝送装置は例えば高い伝送速度の場
合は、光送出体として通常はガリウム−アルミニウム砒
化物−レーザダイオードを有する。

この種のレーザダイオードは、例えば第２図のｂに示さ
れているように、１回ないし複数回折曲する光−電流特
性を有する。

この光−電流特性の最初の折曲点または一番下の折曲点
は、聞直電流Ｉｔとして示されている電流において現わ
れる。

この閾値により、光送出の場合の投入接続遅延および、
レーザダイオードを流れるパルス信号電流に対する整流
器作用が生ずる。

例えば高いパルス列周波数を有する信号の伝送の場合、
この種の投入接続遅延は適していない。

それ故レーザダイオードにはバイアス電流Ｉｏが供給さ
れる。

このバイアス電流は、その大きさが閾値電流に十分対応
し、かつ多くの場合調整されるようにされている。

必要とされることの多い一定の光パルス出力の点から見
て、さらに、レーザダイオードに導びかれる変調電流を
、温度および老化に依存するレーザダイオードのパラメ
ータに追従させる即ち調整することが必要とされる。

レーザダイオードのバイアス電流の調整装置に関しては
、レーザダイオードの後方の鏡から放射される光を調整
のために用いることが公知である。

両方の鏡の老化が異なる場合は、必ず制御偏差が生ずる
。

本発明の課題は、レーザダイオードから送出される有効
光線の測定にもとづく、冒頭に述べた方法を提案するこ
とである。

この課題は本発明により、バイアス電流に対して、伝送
信号よりも周波数の低いかつ振幅の小さい周期的な振動
を重畳し、レーザダイオードから送出される有効光の一
部を分岐して発生させた電気信号を、直流分除去のあと
ピーク値整流して検出信号を発生し、該検出信号から比
較器ζこおける比較弁別作用の後に方形波信号を発生し
、他方パイロット信号発生器の供給するパイロット信号
からもう１つの比較器における比較弁別作用の後にもう
１つの方形波信号を発生し、検出信号およびパイロット
信号から形成された方形波信号を論理結合して合成信号
を形成し、変調信号がし・−ザダイオード特性曲線の第
２折曲点を上回ると該合成信号は、該上回りの量に依存
する持続時間を有する負の半波を有するようにし、前記
合成信号の負の半波を調整増幅器において基準電圧と比
較して、その出力をレーザダイオードの変調電流の調整
のために用いるようにしたことをこより解決されている
。

本発明の方法の利点は、所望の調整に対してレーザダイ
オードの光出力の瞬時値ないし絶対値が必要とされない
ことである。

この方法の好適な実施例は、特許請求の範囲第２項〜第
６項に示されている。

本明細書の導入部で示されているように、バイアス電流
はレーザダイオードの光−電流特性曲線Ｑこ依存すると
共に、ダイオード温度Ｓよび作動時間にも依存して変化
する。

それ故変調電流の調整のために、さらにレーザダイオー
ドのバイアス電流が調整される。

この組み合わされた調整に対する好適な方法は後述され
る。

レーザダイオードのバイアス電流の調整は、ドイツ連邦
共和国特許出願明細書筒２８４１４３３．７号に示され
ている。

次に図を用いて本発明を説明する。

まず本発明の構成を光送信器として用いられるレーザダ
イオードには、変調電流すなわち伝送される信号のほか
に通常は、レーザダイオードの動作点を設定するバイア
ス電流が加えられる。

この場合バイアス電流（第２図のａにおいて１０で示さ
れている）にはパイロット信号として、変調電流Ｉ ｍ
ｏ ｄよりも周波数の低いかつ振幅の小さい周期的振
動Ｉｓがパイロット信号電流として、付加的に重畳され
る。

周期的振動Ｉｓの正の半波がこの動作点（第２図すにお
いてＩｔで示されている）を上回る間は、付加振動Ｉｓ
の正の半波が伝送される。

他方、付加振動の負の半波がレーザダイオードの動作点
Ｉｔを下回る間は、付加された周期的振動Ｉｓの負の半
波は伝送されない。

発生される有効光にはこの振動Ｉｓの正の半波が周期的
に現われる。

この振動の大きさは、基準信号との比較により検出され
レーザダイオードのバイアス電流に対する調整信号の発
生のために用いられる。

レーザダイオードは、第２図すの特性曲線の上方部分に
示されている第２折曲点を有し、この折曲点を過ぎると
特性曲線の勾配が小さくなる。

それ故レーザダイオードはこの折曲点を実質的に越えな
いように、変調電流が調整される。

変調電流に重畳される付加的な周期振動Ｉｓにより、変
調電流の上側包絡線は、この付加周期振動に相応する波
形経過を有する。

即ち脈動する直流に重畳された交流電流の包絡線は、こ
の直流の脈動に追従する。

変調電流が高すぎると変調信号に歪みが生じそのため送
出光にも歪みが生ずる、このことは第２図Ｃに示されて
いる。

この歪みのため変調電流の包絡線の波形か、付加周期振
動Ｉｓの波形よりも押しつぶされた形状を有するように
される。

変調電流の包絡線および送出される有効光の包絡線は負
の半波も有する。

この負の半波は、変調電流の増加と共にますます不明瞭
になる正の半波に比較して、常に一層明瞭に現われる。

レーザダイオードから送出される有効光の一部を分岐し
て、電気信号を発生ずることができる。

この信号は直流分除去の後にピーク値整流して、変調電
流の包絡線に相応する信号を形成する。

この整流により発生される信号を調整信号と称する。

この調整信号中に現われる負の半波を基準信号と比較し
て変調電流の調整のために用いる。

第１図においてＬＤが当該のレーザダイオードを示す。

このレーザダイオードは光学的に光伝導体ＬＷＬと結合
されており、このレーザダイオードにはａ点において調
整信号が供給される。

第２図のａに示されている調整信号は、変調電流ｌｍ０
ｄ１バイアス電流Ｉｏおよびパイロット信号電流Ｉｓか
ら合成される。

この場合実際の割合は、第２図のａには正確には示され
ていない、何故ならばパイロット信号の振幅は、本発明
の場合、バイアス電流Ｉｏの振幅と比較して僅か１％に
選定されており、パイロット信号の周波数は１０に＆に
されているからである。

第２図のｂには第１および第２折曲点を有する、レーザ
ダイオードＬＤの光−電流特性が示されている。

第２図のａとｂを組み合わせると、第２図のＣに示され
ているレーザダイオードの光出力信号には歪が生ずるよ
うになる。

伝送されるパイロット信号には、特に大きい歪が生ずる
。

何故ならばパイロット信号の正の半波はレーザ出力信号
ｐｓに現われるが、パイロット信号の負の半波は抑圧さ
れるからである。

入力信号には変調電流の振幅に対する種々の値が示され
ている。

この場合１１ｍｏｄは小さすぎる振幅を示し、■３ｍｏ
ｄは大きすぎる振幅を示す。

これらの振幅に応じて、第２図Ｃに示すように、異なる
歪みを有する異なる高さのレーザ出力信号が相応に現わ
れる。

この場合調整信号もレーザ出力信号も、それぞれ包絡線
だけが示されている。

レーザダイオードから送出される光は、第１図に示され
ているようにホトダイオードｐＤにより受光されて、電
気信号に変換すれる。

そのため終端抵抗に電圧が発生される。

終端抵抗には広帯域交流電圧増幅器ｖ１が接続されてい
る。

この増幅器は比較的高い下側遮断周波数を有し、これに
より光信号の包絡線が除去され、そのためパルス振幅に
相応する電気信号だけがさらに増幅される。

増幅器Ｖ１の出力側には相応の出力信号が発生する。

この出力信号は、接続されているタイオードＤ１による
ピーク整流および第２増幅器ｖ２における増幅の後、ｅ
点に調整電圧を発生させる。

この調整電圧は、第３図においてもそれぞれｅで示され
ている。

この信号の場合第２コンデンサＣ２により直流電圧成分
が分離される。

絶対値ないし瞬時値に依存しないようにするために、発
生された信号は第１比較器に１へ導びかれる。

第１比較器はｆで示されている出力信号を発生する。

比較器に１は、通常の増幅器として次のように構成され
ている。

即ちゼロパルスｔｏの持続時間がパイロット信号の０．
８πωＳになるようにし、他方このｔｏとパイロット信
号の２πωＳとのキーイング比が約０．４となるように
する。

この場合ωＳは、パイロット信号の角周波数を表わす。

さらに第２および第３比較器に２．に３か設けられてい
る。

これらの比較器の出力側は、後置接続されている第１調
整増幅器ｖｒ１の入力側と接続されている。

第２比較器に２は定常的に電流を供給する出力側を有す
る。

これによりこの出力側は、電位が常に使用トランジスタ
のコレクタ遮断電圧におかれる。

この比較器に２の出力側には、使用トランジスタのコレ
クタ抵抗が別個に示されている。

このコレクタ抵抗からは、後置接続されている調整増幅
器Ｖｒ１に対する動作電圧設定用の基準電圧が取り出さ
れる。

基準電圧発生用の比較器に２により、レーザダイオード
バイアス電流Ｉｏの、温度変化２よび給電電圧の変化に
対する補償が行なわれる。

パイロット信号発生器ＰＧの出力側に、もう１つの比較
器に３の入力側が接続されている。

この比較器に３はその出力側に方形波信号を発生する。

この方形波信号は、パイロット信号の正の半波の間は論
理値”１″に等しく、負の半波の間は論理値”０″に等
しい。

第１比較器に１および第３比較器に３の出力側はＯＲ−
回路（ＯＲ−接続）の形で接続されているため、レーザ
特性の第２折曲点を越えた場合に発生する付加的なゼロ
パルスｔｏｏの所望の除去が行なわれる。

比較器に１゜Ｋ２ 、に３および第１調整増幅器ｖｒ１
が、レーザダイオードバイアス電流調整用の調整ループ
の主要部を構成する。

この場合調整増幅器Ｖｒ１の出力側は、パイロット信号
発生器ＰＧの出力側および第３増幅器ｖ３の入力側と接
続されている。

ざらに変調電流の調整用のもう１つの調整ループが設け
られている。

この調整ループの構成は、バイアスミ流に対する調整ル
ープに相応している。

それ故第１比較器に１ないし第３比較器に３に、第４比
較器に４ないし第５比較器が、並列に接続されている。

第４、第５比較器の出力側もＯＲ回路接続の形で互いに
接続されている。

これらの出力側は、Ｋで表わされかつ第３図に示されて
いる信号を、第２調整増幅器Ｖｒ２の入力側に導ひく。

他方もう一方の入力側には、第２比較器に類似の第６比
較器に６が、基準電圧の発生のために前置接続されてい
る。

第２調整増幅器Ｖ ｒ ２の出力側には、第４増幅器■
４を介して、レーザダイオードの変調電流用の調整可能
な電流源が接続されている。

第３図は第１図の回路装置のパルスダイヤグラムを示す
。

これは第２図の特性図を説明するものである。

第３図ａにおいてｇは、パイロット信号発生器ＰＧから
比較器に３およびに５へ送出されるパイロット信号を表
わす。

これらの比較器の入力側の接続に応じて比較器に５は、
リミッタ作用により方形波ｉへ変形されたパイロット信
号を送出し、他方比較器に３の出力側には、ｉとは逆の
極性の信号りか送出される。

信号ｇ、ｈｇよびｉは、第３図ａ、ｂ、ｃのすべてに当
てはまる。

増幅器Ｖ２から送出された調整電圧はコンデンサＣ２に
よる直流成分除去の後は、ｅで示されている波形を有す
る。

この波形は第３図ａ、ｂ、ｃにおいて変調電流の異なる
量に応じて異なる波形で示されている。

比較器に１ないしに４におけるリミッタ作用の後に、調
整信号ｅからｆで示される方形波信号が発生される。

比較器に４およびに５の出力側のワイヤード、ＯＨ２結
合により、即ち信号ｉとｆとの結合により、合成信号Ｋ
か発生する。

この合成信号には、変調電流の調整のために用いられ、
ｔｏｏで示される零パルスを有する。

比較器に１およびに３の出力側のワイヤード、ＯＨ２結
合により、即ち信号りとｆとの結合により、信号Ｊが発
生する。

この信号Ｊの零パルスｔｏがバイアス電流の調整のため
に用いられる。

第２図および第３図に示されているように零パルスｔｏ
ｏのパルス幅は、レーザダイオードが“第２折曲点″を
越えてどの範囲まで変調されるかに、依存している。

それ故これらのパルスのパルス幅は、次のような最小値
０と最大値との間で変化される、即ち第２折曲点に達し
ない場合に相応する最小値０と、第２折曲点を著しく越
えた場合にパイロット信号の約半周期に相応するように
現われる最大値との間で変化されうる。

それ故零パルスｔｏｏのパルス幅が変調電流の調整のた
めに用いられる。

零パルスｔｏｏの評価の場合に付加的に発生するもう１
つの零パルスｔｏが障害となる。

この零パルスｔｏはワイヤード、ＯＲ回路により抑圧さ
れる。

第３図には、第２図ａおよび第２図Ｃにおいて示されて
いる３つの場合が、上下に詳細に示されている。

この場合第３図ａは、第２図ａにおいてＩ３ｍｏｄで示
されている変調電流が大きすぎる場合を示している。

Ｋは零パルスｔｏｏのパルス幅も太きすぎることを示し
ている。

第３図すは、第２図ａにおけるＩ２ｍｏｄに相応する変
調電流が規定値を有する場合を示す。

この場合この零パルスｔｏｏのパルス幅も規定値を有す
るようにされる。

第３図Ｃには変調電流か小さすぎる場合の状態が示され
ている。

この場合第２図ａにおける変調電流の値は、Ｉｌｍｏｄ
に相応している。

図示されているようにこの場合にの個所の零パルスは小
さすぎるため図から消えている。

伝送信号としてはディジタル信号および、振幅の異なる
ないし識別されるアナログ信号たとえは周波数変調また
は位相変調される信号も伝送できることは、図から明ら
かである。

前述の変調電流調整と共に、レーザダイオードのバイア
ス電流調整を行なうと好適である。

このバイアス’Ｋ 流調整は第１図に示されており、さ
らにドイツ連邦共和国特許出願第Ｐ２８４１４３３．７
号明細書に詳述されている。

飽和領域におけるレーザダイオードの変調の場合、特性
曲線の直線部分において発生される調整信号の２倍の周
波数を有するもう１つの周期的な調整信号を発生するよ
うにした組み合わせ法がある。

この調整信号はパイロット信号と論理結合され、これに
より周期的に交互に切り替え接続される２つの時間間隔
に現イつれる部分にこの調整信号が分割される。

このうちの一方の部分すなわちｔｏで示されている零パ
ルスがバイアス電流の調整のために用いられ、他方の部
分すなわちｔｏｏで示されている零パルスが前述の変調
電流の調整のために用いられる。

【図面の簡単な説明】 第１図はレーザダイオードの変調電流およびバイアス電
流を調整する回路装置、第２図は調整信号の包絡線とレ
ーザダイオードの出力信号およびその充電流特性、第３
図は第１図の回路の動作を説明するパルス図を、それぞ
れ示す。 ＬＷＬ・・・・・・光伝導体、ＰＤ・・・・・・ホトダ
イオード、Ｖｌ 、Ｖ２ 、Ｖ３ 、Ｖ４・・・・・・
増幅器、Ｋ１．に２゜Ｋ３ 、に４ 、に５ 、に６・
・・・・・比較器、ＰＧ・・・・・・パイロット信号、
Ｖｒｌ 、Ｖｒ２・・・・・・調整増幅器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ レーザダイオードが、光伝導体を有する信号伝送装
   置の送信段に光送出体として用いられ、該レーザダイオ
   ードにはバイアス電流が供給され、この場合レーザダイ
   オードから送出される有効光の一部を分岐して電気信号
   に変換することにより変調電流を調整するレーザダイオ
   ード用の変調電流の調整法において、バイアス電流Ｉｏ
   に対して、伝送信号Ｉｍｏｄよりも周波数の低いかつ振
   幅の小さい周期的な振動Ｉｓを重畳し、レーザダイオー
   ドから送出される有効光の一部を分岐して発生させた電
   気信号を、直流分除去のあとピーク値整流して検出信号
   を発生し、該検出信号ｅから比較器に４における比較弁
   別作用の後に方形波信号ｆを発生し、他方パイロット信
   号発生器ＰＧの供給するパイロット信号ｇからもう１つ
   の比較器に５における比較弁別作用の後にもう１つの方
   形波信号ｉを発生し、検出信号ｅおよびパイロット信号
   ｇから形成された方形波信号ｆ、ｉを論理結合して合成
   信号Ｋを形成し、変調信号Ｉ ｍ ｏ ｄがレーザダイ
   オード特性曲線の第２折曲点を上回ると該合成信号には
   、該上回りの量に依存する持続時間を有する負の半波ｔ
   ｏｏを有するようにし、前記合成信号の負の半波を調整
   増幅器Ｖ ｒ ２において基準電圧と比較して、その出
   力をレーザダイオードの変調電流Ｉｍｏｄの調整のため
   に用いるようにしたことを特徴とするレーザダイオード
   に対する変調電流の調整法。 ２ バイアス電流に正弦波振動を重畳するようにした特
   許請求の範囲第１項記載の方法。 ３ 伝送信号として、デジタル信号を用いるようにした
   特許請求の範囲第１項記載の方法。 ４ 伝送信号として、例えば周波数変調またはパルス位
   相変調した振幅の異なるアナログ信号を用いるようにし
   た特許請求の範囲第１項記載の方法。 ５ 正弦波振動を約１０ＫＨｚにした特許請求の範囲第
   ２項記載の方法。 ６ 正弦波振動の振幅がバイアス電流の振幅の約１％に
   した特許請求の範囲第２項記載の方法。