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Verfahren zur Laserregelung

IP.com Disclosure Number: IPCOM000018861D
Original Publication Date: 2003-Sep-25
Included in the Prior Art Database: 2003-Sep-25
Document File: 3 page(s) / 120K

Publishing Venue

Siemens

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Abstract

Bei der optischen Datenuebertragung werden haeufig direkt modulierte Laser oder CW (Continuous Wave) Laser mit nachgeschaltetem Modulator verwendet. Deren Verhalten laesst sich durch eine Kennlinie beschreiben, welche die optische Ausgangsleistung ueber der Steuerspannung oder dem Steuerstrom darstellt. Fuer die digitale Datenuebertragung muessen zwei Pegel moeglichst genau eingehalten werden, um die Werte 0 und 1 darzustellen. Abbildung 1 zeigt als Beispiel die Kennlinie eines direkt modulierten Lasers. Bei diesen wird der Arbeitspunkt durch den Modulations- und den Biasstrom IMod und IBias festgelegt. Als Biasstrom wird der Strom bezeichnet, der den tiefsten Arbeitspunkt mit der geringsten optischen Ausgangsleistung Pzero bestimmt. Der Modulationsstrom ist der zusaetzlich benoetigte Strom, um die gewuenschte maximale Ausgangsleistung Pone zu erreichen. Beide Stroeme sind von Temperatur und Alter des Lasers abhaengig. Zusaetzlich erkennt man an der Abbildung, dass der Laser erst ab einem bestimmten Grenzstrom (Thresholdstrom) Ith anfaengt zu arbeiten. Bei steigendem Strom steigt die optische Ausgangsleistung dann annaehernd linear an. Die Steilheit wird dabei als Slope Efficiency (SE) bezeichnet. Auch Ith und SE sind von haengen von Temperatur und Alter des Lasers ab.

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S

© SIEMENS AG 2003 file: 2003J06245.doc page: 1

Verfahren zur Laserregelung

Idea: Werner Dietrich, AT-Wien

Bei der optischen Datenuebertragung werden haeufig direkt modulierte Laser oder CW (Continuous Wave) Laser mit nachgeschaltetem Modulator verwendet. Deren Verhalten laesst sich durch eine Kennlinie beschreiben, welche die optische Ausgangsleistung ueber der Steuerspannung oder dem Steuerstrom darstellt. Fuer die digitale Datenuebertragung muessen zwei Pegel moeglichst genau eingehalten werden, um die Werte 0 und 1 darzustellen.

Abbildung 1 zeigt als Beispiel die Kennlinie eines direkt modulierten Lasers. Bei diesen wird der Arbeitspunkt durch den Modulations- und den Biasstrom IMod und IBias festgelegt. Als Biasstrom wird der Strom bezeichnet, der den tiefsten Arbeitspunkt mit der geringsten optischen Ausgangsleistung Pzero bestimmt. Der Modulationsstrom ist der zusaetzlich benoetigte Strom, um die gewuenschte maximale Ausgangsleistung Pone zu erreichen. Beide Stroeme sind von Temperatur und Alter des Lasers abhaengig. Zusaetzlich erkennt man an der Abbildung, dass der Laser erst ab einem bestimmten Grenzstrom (Thresholdstrom) Ith anfaengt zu arbeiten. Bei steigendem Strom steigt die optische Ausgangsleistung dann annaehernd linear an. Die Steilheit wird dabei als Slope Efficiency (SE) bezeichnet. Auch Ith und SE sind von haengen von Temperatur und Alter des Lasers ab.

Die notwendigen Stroeme an den beiden gewuenschten Arbeitspunkten sind hiernach:

 SE Pzero

        th [g61]IBias I [g43] und

SE Pzero

 Mod [g61]I [g45] .

Mit diesem vereinfachten Modell lassen sich Laserregelungen ueber Messungen der mittleren Leistung sowie der SE mit einem Pilotsignal realisieren. Auch sind Korrekturen bei ungleicher Verteilung von 0 und 1 moeglich. Zumeist ist jedoch die wirkliche Kennlinie nicht ausreichend linear, sondern die SE ist von der optischen Ausgangsleistung abhaengig, so dass die obigen Gleichungen nicht mehr gelten.

Ein optimales Verfahren wuerde durch direkte Messungen von Pzero und Pone bzw. den Abweichungen vom Sollwert direkt auf die Regelungen von IBias und IMod wirken. Dieses Verfahren wuerde aber eine Technologie benoetigen, die schneller als die Technologie fuer die Datenuebertragung ist. Mit dem hier vorgeschlagenen Verfahren kann man mit wesentlich geringeren und somit guenstigeren technologischen Anforderungen auskommen:

Zur Uebertragung moeglichst hoher Datenraten verwendet man NRZ-Verfahren (Non Return to Zero), die eine geringe Bandbreite benoetigen und bei denen statistische Schwankungen der Dichte der 0- und 1-Signale auftreten. Diese statistischen Schwankungen koennen zur Regelung von Pzero und Pone und damit zur Einstellung von IBias und IMod verwendet werden. Wenn beispielsweise in einem Zeitabschnitt 70% 1-Signale und 30% 0-Signale vorhanden waren und die mittlere Ausgangsleistung in diesem Zeitabschnitt 0,73mW betrug, und wenn in einem anderen Zeitabschnitt 40% 1-Signale und 60% 0-Signale vorhanden waren und die mitt...