DE4227097A1 - Amplitude modulation circuit for laser drive signal - has first and third voltage-controlled current sources connected to first differential amplifier, and second current source connected to second - Google Patents

Amplitude modulation circuit for laser drive signal - has first and third voltage-controlled current sources connected to first differential amplifier, and second current source connected to second

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Abstract

First (T1,T4) and second (T2,T3) differential amplifiers are arranged in a first cascade stage. The first and second inputs of the differential amplifiers are respectively connected to each other. The first and second outputs are connected cross-wise. First, second and third voltage controlled current sources driven commonly from a control voltage form a second cascade stage. The first current source which supplies the modulation current (Imod), and the third current which supplies the second pilot current (Ip2) are connected to the first differential amplifier. The second current source, which supplies the first pilot current (Ip1) is connected to the second differential amplifier. The second and third current sources are activated alternately depending on a pilot signal (P,P-). USE/ADVANTAGE - Universally applicable to customary semiconductor lasers. Can be operated from 5 V standard voltage source and realised as monolithic IC.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Amplitudenmodulation des Ansteuersignals eines Lasers, der in Sendestufen von optischen Nachrichtenübertragungssystemen für digitale Übertragungssignale als elektro-optischer Wandler eingesetzt wird. Beim Einsatz des Lasers in hochbitratigen Übertragungssystemen stört die von der Vorgeschichte des Lasers abhängige Einschaltzeit, die zu einem Bitmustereffekt führt. Der zu sendende Lichtimpuls wird erst nach einer gewissen Einschaltverzögerung abgegeben. Um diese Verzögerung zu verringern, wird der Laser mit einem Vorstrom betrieben, der ungefähr gleich dem Schwellenstrom des Lasers ist. Durch Temperatur - und Alterungseinflüsse ändern sich Schwellenstrom und Anstieg des steilen Teils der Laserkennlinie. Der Vorstrom soll jedoch unabhängig von diesen Einflüssen ungefähr gleich dem Schwellenstrom bleiben. Dazu ist es erforderlich, die Schwellenstromänderung zu erkennen und den Vorstrom entsprechend nachzuregeln. Ferner soll die mittlere optische Leistung unabhängig von diesen Einflüssen konstant gehalten werden, um gleichbleibende Systemdaten zu gewährleisten. Dazu muß die Änderung der Kennliniensteigung erkannt werden, um dann einen dem Vorstrom überlagerten Modulationsstrom entsprechend nachzuregeln. Durch die getrennte Regelung von Vorstrom und Modulationsstrom wird die emittierte optische Leistung temperatur- und alterungsunabhängig.The invention relates to a circuit arrangement for Amplitude modulation of the control signal of a laser, which in Transmission stages of optical communication systems for digital transmission signals as electro-optical converters is used. When using the laser in high bit rates Transmission systems disrupt the history of the laser dependent on time, which leads to a bit pattern effect. The too sending light pulse is only after a certain Switch-on delay issued. To reduce this delay, the laser is operated with a bias current that is approximately equal is the threshold current of the laser. By temperature - and Aging influences change threshold current and increase in steep part of the laser characteristic. The bias current should however regardless of these influences approximately equal to the threshold current stay. For this it is necessary to change the threshold current recognize and readjust the bias current accordingly. Furthermore should the average optical power regardless of these influences be kept constant in order to keep the system data constant guarantee. To do this, the change in the characteristic slope must be recognized then a modulation current superimposed on the bias current  readjust accordingly. Due to the separate regulation of Vorstrom and modulation current becomes the emitted optical power independent of temperature and aging.

Zu diesem Zweck ist ein Verfahren angegeben worden, bei dem dem eigentlichen Datensignal ein niederfrequentes Pilotsignal aufmoduliert wird, vgl. Smith, D.W. und Hodgkinson, T.G.: "Laser level control for high bit rate optical fibre systems", Proc. of IEEE, 13th International Symposium on Circuits and Systems, 28. bis 30. April 1980, Houston, Texas, Seiten 926 bis 930. Durch Auswertung der vom Laserarbeitspunkt abhängigen Verstärkung des Pilotsignals sowie der mittleren optischen Leistung werden die Stellgrößen Vorstrom und Modulationsstrom bestimmt. Geregelt wird auf die Größe des Vorstroms im Knickbereich der Laserkennlinie, das heißt, der Vorstrom wird etwa auf den Wert des Schwellenstromes geregelt.For this purpose, a method has been specified in which the actual data signal a low-frequency pilot signal is modulated, cf. Smith, D.W. and Hodgkinson, T.G .: "Laser level control for high bit rate optical fiber systems ", Proc. of IEEE, 13th International Symposium on Circuits and Systems, April 28-30, 1980, Houston, Texas, Pages 926 to 930. By evaluating the from the laser working point dependent gain of the pilot signal and the mean optical power are the manipulated variables Vorstrom and Modulation current determined. It is regulated to the size of the Vorstroms in the kink area of the laser characteristic, that is, the Bias current is regulated approximately to the value of the threshold current.

Es ist weiterhin eine Schaltungsanordnung bekannt, mit der dem Vorstrom und dem Modulationsstrom des Lasers ein Pilotstrom überlagert wird, vgl. DE 35 08 034. Die Schaltungsanordnung besteht aus einer dreistufigen Kaskadenschaltung. Der Laser als Verbraucher ist in Serie mit den Transistoren der Kaskade geschaltet. Die erste Stufe wird entsprechend dem Pegel des Datensignals, die zweite Stufe wird entsprechend dem Pegel des Pilotsignals geschaltet. Die dritte Stufe besteht aus stromgesteuerten Stromquellen, sogenannten Stromspiegeln, deren Spiegelfaktoren durch Gegenkopplung mit Emitterwiderständen bestimmt werden.A circuit arrangement is also known with which Vorstrom and the modulation current of the laser is a pilot current is superimposed, cf. DE 35 08 034. The circuit arrangement exists from a three-stage cascade circuit. The laser as a consumer is connected in series with the transistors of the cascade. The first Stage becomes the second according to the level of the data signal Stage is switched according to the level of the pilot signal. The third stage consists of current-controlled current sources, so-called Current mirrors, the mirror factors of which by negative feedback Emitter resistances can be determined.

Um eine starke Gegenkopplung und eine stabile Stromeinprägung für die Differenzverstärker der ersten und zweiten Kaskadenstufe zu erhalten, muß der Emitterwiderstand der Stromquellen sehr viel größer als der Kehrwert der Transistorsteilheit gewählt werden. Durch den daraus resultierenden Spannungsabfall am Emitterwiderstand werden die Kollektor-Emitter-Spannungen der Transistoren der Differenzverstärker und der Stromquellen bei gegebener Versorgungsspannung stark reduziert, so daß die Transistoren in den Sättigungszustand kommen.To a strong negative feedback and a stable current injection for the differential amplifiers of the first and second cascade stages get, the emitter resistance of the current sources must be very much can be chosen larger than the reciprocal of the transistor steepness. Due to the resulting voltage drop on Emitter resistance are the collector-emitter voltages of the Transistors of the differential amplifier and the current sources  given supply voltage greatly reduced, so that Transistors come into saturation.

Der Ausgangsstrom der Stromquellen bleibt konstant, solange die Transistoren nicht übersteuert werden. Die durch die Differenzverstärker realisierten Stromschalter haben dynamisch nur dann ein gutes Verhalten bezüglich Einschwingzeit und Jitter, wenn die Transistoren nicht in den Sättigungszustand kommen. Bei monolithisch integrierten Schaltungen ist bei Transistoren im Sättigungszustand der Einfluß des dann leitend werdenden parasitären Substrattransistors nicht mehr vernachlässigbar. Die Schaltung arbeitet dann nicht mehr zuverlässig und kann völlig ausfallen. Aus diesen Bedingungen ergibt sich bei dieser Schaltungsanordnung das Problem, die Arbeitspunkte der einzelnen Transistoren so einzustellen, daß ein optimales Augendiagramm mit minimalem Zeitjitter entsteht. Die Stufenanzahl einer Kaskadenschaltung wird somit bei gegebener Versorgungsspannung begrenzt, wenn die Transistoren nicht in den Sättigungsbereich gelangen sollen. Folgende Bedingung sollte erfüllt sein:The output current of the current sources remains constant as long as the Transistors cannot be overdriven. The through the Differential amplifier realized power switches have dynamic only good behavior regarding settling time and jitter if the transistors do not get into the saturation state. At monolithic integrated circuits is used in transistors Saturation state the influence of the then conductive parasitic substrate transistor can no longer be neglected. The Circuit then no longer works reliably and can completely fail. These conditions result in this Circuit arrangement the problem, the working points of each Adjust transistors so that an optimal eye diagram with minimal time jitter occurs. The number of steps one Cascade connection is thus given supply voltage limited when the transistors are not in the saturation range should arrive. The following condition should be met:

UF + n·UBE + URE VEE U F + nU BE + U RE V EE

UF Vorwärtsspannung des Lasers
UBE Basis-Emitter-Spannung eines Transistors
URE Spannungsabfall am Emitterwiderstand einer Stromquelle
VEE Versorgungsspannung
n Stufenanzahl der Kaskadenschaltung.U F forward voltage of the laser
U BE base-emitter voltage of a transistor
U RE Voltage drop across the emitter resistor of a current source
V EE supply voltage
n Number of stages of the cascade connection.

Bei der Dimensionierung einer solchen Schaltungsanordnung ist zu berücksichtigen, daß die Vorwärtsspannung eines Lasers je nach Typ bis zu 2,5 V betragen kann. Ebenso wirkt sich der negative Temperaturkoeffizient der Basis-Emitter-Spannung der Transistoren ungünstig auf die Funktionsweise der Schaltungsanordnung aus. So nimmt beispielsweise bei -40°C die Basis-Emitter-Spannung monolithisch integrierter HF-Transistoren bei gegebenem Kollektorstrom bis auf 950 mV zu. Unter Berücksichtigung eines typischen Spannungsabfalls von 400 mV am Emitterwiderstand einer Stromquelle kann bei der angegebenen dreistufigen Kaskadenschaltung eine zuverlässige Funktion mit einer 5-V-Standard-Spannungsquelle nicht gewährleistet werden. Vielmehr muß dann innerhalb eines optischen Senders für einen solchen Amplitudenmodulator mit einem DC/DC-Wandler eine separate Versorgungsspannung erzeugt werden.When dimensioning such a circuit arrangement is too take into account that the forward voltage of a laser depends on the type  can be up to 2.5 V. The negative also has an effect Temperature coefficient of the base-emitter voltage of the transistors unfavorable to the functioning of the circuit arrangement. So takes the base-emitter voltage at -40 ° C, for example monolithically integrated RF transistors for a given Collector current up to 950 mV. Taking into account one typical voltage drop of 400 mV at the emitter resistor Power source can with the specified three-stage cascade connection a reliable function with a 5 V standard voltage source cannot be guaranteed. Rather, within one optical transmitter for such an amplitude modulator with a DC / DC converter a separate supply voltage can be generated.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine für handelsübliche Halbleiterlaser universell einsetzbare Schaltungsanordnung zur Amplitudenmodulation des Ansteuersignals eines Lasers anzugeben, die aus einer 5-V-Standard-Spannungsquelle versorgt werden kann und als monolithisch integrierte Schaltung realisierbar sein soll.The invention has for its object, one for commercial Semiconductor laser circuit arrangement for universal use Specify amplitude modulation of the control signal of a laser which can be supplied from a 5 V standard voltage source and should be realizable as a monolithically integrated circuit.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Hauptanspruch beschriebene Schaltungsanordnung gelöst. Einzelheiten und Varianten der Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beschrieben.This object is achieved by the main claim described circuit arrangement solved. Details and variants of the embodiments are described in the subclaims.

Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß mit einer zweistufigen Kaskadenschaltung das optische Ausgangssignal eines Halbleiterlasers symmetrisch und gegenphasig so amplitudenmoduliert wird, daß die mittlere optische Ausgangsleistung des Halbleiterlasers konstant ist.The essence of the invention is that with a two-stage Cascading the optical output signal of a Semiconductor laser symmetrically and in phase opposition so amplitude modulated is that the mean optical output power of the Semiconductor laser is constant.

Bei einer Abweichung vom so eingestellen Arbeitspunkt des Halbleiterlasers wird aus der dann mit der Frequenz des Pilotsignals schwankenden mittleren optischen Ausgangsleistung ein Steuersignal abgeleitet, mit dem eine Nachregelung so erfolgt, daß die ursprüngliche mittlere optische Ausgangsleistung wieder erreicht wird. Mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung wird ein Gleichlauf von Modulationsstrom und zwei Pilotströmen mit hoher Genauigkeit ermöglicht, so daß stets eine abgleichfreie und temperaturunabhängige Amplitudenmodulation des optischen Ausgangssignals und eine konstante optische Ausgangsleistung des Halbleiterlasers über den gesamten Betriebstemperaturbereich gewährleistet wird. Mit einer nur zweistufigen Kaskadenschaltung wird ermöglicht, daß auch unter worst-case-Bedingungen bei Verwendung einer 5-V-Standard-Spannungsquelle und in einem Temperaturbereich von T = -40°C bis 100°C die Transistoren der Differenzverstärker und der spannungsgesteuerten Stromquellen außerhalb ihres Sättigungsbereiches arbeiten und somit auch ihre Schaltgeschwindigkeit nicht eingeschränkt wird. Mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung wird im Vergleich zu bekanntgewordenen Schaltungsanordnungen eine bessere Impulsform der übertragenen Signale erreicht. Die Schaltungsanordnung ist mit npn-Transistoren einheitlicher Technologie realisierbar und kann monolithisch integriert werden. Dabei ist die vergleichsweise geringe Versorgungsspannung von Vorteil, da mit dem verringerten Leistungsumsatz eine Erhöhung der Zuverlässigkeit der integrierten Schaltung erreicht wird.If there is a deviation from the working point set in this way Semiconductor laser is then the frequency of the Pilot signal fluctuating average optical output power Control signal derived with which a readjustment takes place so that the original mean optical output power again is achieved. With the circuit arrangement according to the invention  a synchronization of modulation current and two pilot currents with high Accuracy enables, so that always an adjustment-free and temperature-independent amplitude modulation of the optical Output signal and a constant optical output power of the Semiconductor laser over the entire operating temperature range is guaranteed. With only a two-stage cascade connection enables that even under worst-case conditions Use of a 5 V standard voltage source and in one Temperature range from T = -40 ° C to 100 ° C the transistors of the Differential amplifier and the voltage controlled current sources work outside their saturation range and thus theirs too Switching speed is not limited. With the circuit arrangement according to the invention is compared to known circuit arrangements a better pulse shape of the transmitted signals reached. The circuit arrangement is with npn transistors of uniform technology can be realized be integrated monolithically. This is comparative low supply voltage is an advantage because with the reduced Performance sales increase the reliability of the integrated Circuit is reached.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel erläutert. In der dazugehörigen Zeichnung zeigen:The invention is illustrated below using an exemplary embodiment explained. The accompanying drawing shows:

Fig. 1 ein Schaltbild der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, Fig. 1 is a circuit diagram of the circuit arrangement according to the invention,

Fig. 2 ein Zeitdiagramm eines Pilotsignals, eines beispielhaften Datensignals und eines amplitudenmodulierten Laserstromes, Fig. 2 is a timing diagram of a pilot signal, of an exemplary data signal and an amplitude modulated laser current,

Fig. 3 eine Laserkennlinie Popt = f(IF) mit der Darstellung der amplitudenmodulierten optischen Leistung und Fig. 3 is a laser characteristic curve P opt = f (I F) with the representation of the amplitude-modulated optical power and

Fig. 4 ein Ausschnitt aus einem Schaltbild für eine Variante der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung. Fig. 4 shows a section of a circuit diagram for a variant of the circuit arrangement according to the invention.

Gemäß Fig. 1 besteht die Schaltungsanordnung zur Amplitudenmodulation des Ansteuersignals eines Halbleiterlasers LD im wesentlichen aus einem ersten Differenzverstärker T1, T4, einem zweiten Differenzverstärker T2, T3 und einer ersten spannungsgesteuerten Stromquelle mit einem Transistor T5, einer zweiten spannungsgesteuerten Stromquelle mit einem Transistor T6 und einer dritten spannungsgesteuerten Stromquelle mit einem Transistor T7 sowie einer ersten und einer zweiten Transistorstufe T8, T9 zur Steuerung eines ersten und eines zweiten Pilotstromes IP1, IP2.Referring to FIG. 1, the circuit arrangement for amplitude modulation of the drive signal of a semiconductor laser LD essentially of a first differential amplifier T1, T4, a second differential amplifier T2, T3 and a first voltage controlled current source with a transistor T5, a second voltage controlled current source with a transistor T6 and a third voltage-controlled current source with a transistor T7 and a first and a second transistor stage T8, T9 for controlling a first and a second pilot current I P1 , I P2 .

Mit dem zu übertragenden Datensignal werden die beiden Differenzverstärker T1, T4; T2, T3 angesteuert. Dazu sind die jeweils entsprechenden Basen der Transistoren T1, T2, T3, T4, d. h. jeweils die ersten und die zweiten Eingänge der Differenzverstärker T1, T4; T2, T3 parallel geschaltet. An den ersten Eingängen liegt das Datensignal D, und an den zweiten Eingängen liegt das negierte Datensignal oder ein konstantes Referenzsignal DR.With the data signal to be transmitted, the two differential amplifiers T1, T4; Controlled T2, T3. For this purpose, the corresponding bases of the transistors T1, T2, T3, T4, ie the first and the second inputs of the differential amplifiers T1, T4; T2, T3 connected in parallel. The data signal D is present at the first inputs, and the negated data signal or a constant reference signal D R is present at the second inputs.

Die Kollektoren der Transistoren T1, T2, T3, T4 sind kreuzweise miteinander verbunden, d. h. der erste Ausgang des ersten Differenzverstärkers T1, T4 ist mit dem zweiten Ausgang des zweiten Differenzverstärkers T2, T3 und der zweite Ausgang des ersten Differenzverstärkers T1, T4 ist mit dem ersten Ausgang des zweiten Differenzverstärkers T2, T3 verbunden. Der erste der so entstehenden Verbindungspunkte ist über die Laserdiode LD und der zweite Verbindungspunkt ist über einen Widerstand RC1 mit dem Pluspotential führenden Anschlußpunkt einer Betriebsspannungsquelle verbunden. Dabei kann dieser Widerstand RC1 auch entfallen und durch einen Kurzschluß ersetzt werden.The collectors of the transistors T1, T2, T3, T4 are connected crosswise, ie the first output of the first differential amplifier T1, T4 is connected to the second output of the second differential amplifier T2, T3 and the second output of the first differential amplifier T1, T4 is connected to the first output of the second differential amplifier T2, T3 connected. The first of the connection points thus created is connected via the laser diode LD and the second connection point is connected via a resistor R C1 to the connection point of an operating voltage source which carries the plus potential. This resistance R C1 can also be omitted and replaced by a short circuit.

Die Differenzverstärker T1, T4; T2, T3 arbeiten als Stromschalter, d. h. im Großsignalbetrieb und werden von spannungsgesteuerten Stromquellen gespeist. Der erste Differenzverstärker T1, T4 wird von der ersten spannungsgesteuerten Stromquelle, die einen Modulationsstrom Imod liefert und von der dritten spannungsgesteuerten Stromquelle, die den zweiten Pilotstrom IP2 liefert, gespeist. Der zweite Differenzverstärker T2, T3 wird von der zweiten spannungsgesteuerten Stromquelle gespeist, die den ersten Pilotstrom IP1 liefert. Die beiden Pilotströme werden durch zwei Pilotsignale P, , die jeweils zueinander negiert sind, gegenphasig ein- bzw. ausgeschaltet, indem jeweils ein Pilotsignal über eine Transistorstufe T8, T9 auf die Basis des Transistors T6 der zweiten spannungsgesteuerten Stromquelle und auf die Basis des Transistors T7 der dritten spannungsgesteuerten Stromquelle wirkt. Die Verhältnisse der drei Ströme Imod : IP1 : IP2 der spannungsgesteuerten Stromquellen werden im wesentlichen durch entsprechende Dimensionierung der jeweiligen Emitterwiderstände RE5, RE6, RE7 bestimmt. Somit wird durch die Schaltungsanordnung der Halbleiterlaser LD mit dem Vorstrom IV dem Modulationsstrom Imod und den Pilotströmen IP1, IP2 versorgt.The differential amplifiers T1, T4; T2, T3 work as current switches, ie in large signal mode and are fed by voltage-controlled current sources. The first differential amplifier T1, T4 is fed by the first voltage-controlled current source, which supplies a modulation current I mod , and by the third voltage-controlled current source, which supplies the second pilot current I P2 . The second differential amplifier T2, T3 is fed by the second voltage-controlled current source, which supplies the first pilot current I P1 . The two pilot currents are switched on or off in phase opposition by two pilot signals P, which are negated to one another, in each case by a pilot signal via a transistor stage T8, T9 on the base of the transistor T6 of the second voltage-controlled current source and on the base of the transistor T7 the third voltage controlled current source acts. The ratios of the three currents I mod : I P1 : I P2 of the voltage-controlled current sources are essentially determined by appropriate dimensioning of the respective emitter resistors R E5 , R E6 , R E7 . The circuit arrangement thus supplies the semiconductor laser LD with the bias current I V, the modulation current I mod and the pilot currents I P1 , I P2 .

Fig. 2 zeigt den zeitlichen Verlauf des Laserstromes IF in Abhängigkeit von dem Datensignal D und dem Pilotsignal P für ein beispielhaftes Pulsmuster. Die vier Stromkomponenten Iv, Imod, IP1, IP2 überlagern sich im Halbleiterlaser LD zum Laserstrom IF derart, daß die beiden Einhüllenden der beiden optischen Leistungspegel P0, P1 gleichstark amplitudenmoduliert sind. Fig. 2 shows the time course of the laser current I F as a function of the data signal D and the pilot signal P for an exemplary pulse pattern. The four current components I v , I mod , I P1 , I P2 overlap in the semiconductor laser LD to form the laser current I F in such a way that the two envelopes of the two optical power levels P0, P1 are amplitude-modulated to the same extent.

In Fig. 3 ist dieser Sachverhalt mit Hilfe der Laserkennlinie Popt = f(IF) dargestellt. Die optische Ausgangsleistung Popt ist symmetrisch und gegenphasig amplitudenmoduliert. Da die beiden Modulationshübe PP1, PP2 gleich sind, weist die mittlere optische Ausgangsleistung keine Schwankungen mit der Frequenz des PilotsignalsThis situation is shown in FIG. 3 with the aid of the laser characteristic P opt = f (I F ). The optical output power P opt is symmetrical and amplitude-modulated in opposite phase. Since the two modulation strokes P P1 , P P2 are the same, the average optical output power has no fluctuations with the frequency of the pilot signal

fP = 1/TP f P = 1 / T P

auf, so daß im Frequenzspektrum die Spektralkomponente des Pilotsignals fehlt. Dieser in Fig. 3 dargestellte Zustand setzt voraus, daß alle Stromkomponenten auf einen definierten Wert eingestellt sind. Das Verhältnis der beiden Pilotströme IP1 : IP2 entspricht einem Verhältnis η2 : η3, wobei η2 die Steigung der Laserkennlinie im Aussteuerbereich des oberen optischen Leistungspegels P1 und η3 die mittlere Steigung der Laserkennlinie im Aussteuerbereich des unteren optischen Leistungspegels P0 ist. Der Modulationsgrad der Amplitudenmodulation m = IP2 : Imod wird durch das Amplitudenverhältnis vom überlagernden zweiten Pilotstrom IP2 und Modulationsstrom Imod eingestellt.so that the spectral component of the pilot signal is missing in the frequency spectrum. This state shown in Fig. 3 assumes that all current components are set to a defined value. The ratio of the two pilot currents I P1 : I P2 corresponds to a ratio η 2 : η 3 , where η 2 is the slope of the laser characteristic in the modulation range of the upper optical power level P1 and η 3 is the average gradient of the laser characteristic in the modulation range of the lower optical power level P0. The degree of modulation of the amplitude modulation m = I P2 : I mod is set by the amplitude ratio of the superimposing second pilot current I P2 and modulation current I mod .

Der Gleichlauf der Pilotströme IP1, IP2 wird mit hoher Genauigkeit erzielt, wenn das Widerstandsverhältnis der Basiswiderstände RB6 : RB7 der Transistoren T6, T7 der zweiten und der dritten spannungsgesteuerten Stromquelle gleich dem umgekehrten Verhältnis der den spannungsgesteuerten Stromquellen zugeordneten Pilotströme IP1 : IP2 gewählt wird und das Verhältnis der Emitterflächen der genannten Transistoren AE6 : AE7 gleich dem Verhältnis der der zweiten und dritten spannungsgesteuerten Stromquelle zugeordneten Pilotströme IP1 : IP2 gewählt wird. Die Temperaturgänge der zweiten und dritten spannungsgesteuerten Stromquelle kompensieren sich dann und die optische Ausgangsleistung Popt des Halbleiterlasers LD wird abgleichfrei und temperaturunabhängig über den gesamten Betriebstemperaturbereich symmetrisch und gegenphasig amplitudenmoduliert. The synchronism of the pilot currents I P1 , I P2 is achieved with high accuracy if the resistance ratio of the base resistors R B6 : R B7 of the transistors T6, T7 of the second and third voltage-controlled current sources is equal to the reverse ratio of the pilot currents I P1 assigned to the voltage-controlled current sources: I P2 is selected and the ratio of the emitter areas of said transistors A E6 : A E7 is selected equal to the ratio of the pilot currents I P1 : I P2 assigned to the second and third voltage-controlled current sources. The temperature responses of the second and third voltage-controlled current sources are then compensated for and the optical output power P opt of the semiconductor laser LD is amplitude-modulated symmetrically and in opposite phase over the entire operating temperature range, without adjustment and temperature-independently.

Falls sich die Kennliniensteigung η2 der Laserkennlinie ändert, so wird die Amplitudenmodulation der optischen Ausgangsleistung Popt asymmetrisch, die mittlere optische Ausgangsleistung Popt schwankt mit der Frequenz fP des Pilotsignals und somit erscheint im Frequenzspektrum die Spektralkomponente des Pilotsignals. Daraus wird über eine hier nicht dargestellte Regelschaltung eine Steuerspannung UB abgeleitet, mit der die drei spannungsgesteuerten Stromquellen so angesteuert werden, daß die mittlere optische Ausgangsleistung Popt unabhängig von der Veränderung der Kennliniensteigung η2 konstant bleibt. Dazu muß sich der zweite Pilotstrom IP2 in gleichem Maße wie der Modulationsstrom Imod ändern. Der Gleichlauf der Ströme wird mit hoher Genauigkeit erreicht, wenn das Verhältnis der Emitterflächen AE5 : AE7 der Transistoren T5 und T7 der ersten und dritten spannungsgesteuerten Stromquelle gleich dem entsprechenden Stromverhältnis Imod : IP2 gewählt wird. Die Temperaturgänge der Stromquellen kompensieren sich und Modulationsgrad der Amplitudenmodulation und optische Ausgangsleistung Popt des Halbleiterlasers LD sind abgleichfrei und temperaturunabhängig im gesamten Betriebstemperaturbereich konstant.If the characteristic slope η 2 of the laser characteristic changes, then the amplitude modulation of the optical output power P opt becomes asymmetrical, the average optical output power P opt fluctuates with the frequency f P of the pilot signal and thus the spectral component of the pilot signal appears in the frequency spectrum. From this, a control voltage U B is derived via a control circuit (not shown here), with which the three voltage-controlled current sources are controlled in such a way that the average optical output power P opt remains constant regardless of the change in the characteristic slope η 2 . For this purpose, the second pilot current I P2 must change to the same extent as the modulation current I mod . The synchronization of the currents is achieved with high accuracy if the ratio of the emitter areas A E5 : A E7 of the transistors T5 and T7 of the first and third voltage-controlled current sources is chosen to be the corresponding current ratio I mod : I P2 . The temperature responses of the current sources compensate and the degree of modulation of the amplitude modulation and optical output power P opt of the semiconductor laser LD are adjustment-free and constant regardless of temperature in the entire operating temperature range.

Die Werte der Basisvorwiderstände RB6, RB7 der zweiten und dritten spannungsgesteuerten Stromquelle werden vorteilhafterweise so gewählt, daß einerseits die Basisspannung des Transistors T5 der ersten spannungsgesteuerten Stromquelle beim Schalten des Pilotsignals im wesentlichen unverändert bleibt und daß andererseits die Transistoren T6, T7 der zweiten und dritten spannungsgesteuerten Stromquelle durch die vorgeschalteten Transistorstufen T8, T9 sicher gesperrt werden können. Der Wunsch nach geringem Leistungsumsatz führt dazu, die Basisvorwiderstände RB6, RB7 möglichst hochohmig zu wählen. The values of the basic series resistors R B6 , R B7 of the second and third voltage-controlled current sources are advantageously chosen so that, on the one hand, the base voltage of the transistor T5 of the first voltage-controlled current source remains essentially unchanged when the pilot signal is switched, and on the other hand, the transistors T6, T7 of the second and third voltage-controlled current source can be safely blocked by the upstream transistor stages T8, T9. The desire for low power conversion leads to the choice of the basic series resistors R B6 , R B7 with as high an impedance as possible.

Gemäß Fig. 4 ist es möglich, die Transistoren T6, T7 der zweiten und dritten spannungsgesteuerten Stromquelle über die Emitter anzusteuern. Dann entfallen die Basisvorwiderstände RB6, RB7. Ein Vorteil dieser Schaltungsvariante ist dann das günstige Schaltverhalten der Transistoren T6, T7, so daß die Pilotsignalfrequenz bis in die Größenordnung der Frequenz des Datensignals gesteigert werden kann. Die Ansteuerung der Transistorstufen T8, T9 für die Pilotsignale muß für maximale Basisspannung UB der Transistoren T5, T6, T7 der spannungsgesteuerten Stromquellen ausgelegt sein oder kann wie in Fig. 4 gezeigt, über eine von der Basisspannung UB der spannungsgesteuerten Stromquellen funktionell abhängige Ansteuerschaltung 1 erfolgen.According to Fig. 4, it is possible to control the transistors T6, T7 of the second and third voltage-controlled current source via the emitters. Then the basic series resistors R B6 , R B7 are omitted. An advantage of this circuit variant is the favorable switching behavior of the transistors T6, T7, so that the pilot signal frequency can be increased to the order of the frequency of the data signal. The control of the transistor stages T8, T9 for the pilot signals must be designed for maximum base voltage U B of the transistors T5, T6, T7 of the voltage-controlled current sources or, as shown in FIG. 4, via a control circuit functionally dependent on the base voltage U B of the voltage-controlled current sources 1 done.

Es ist problemlos möglich, die Schaltungsanordnung auch dann anzuwenden, wenn die Amplitudenmodulation nicht symmetrisch und nicht gegenphasig sein soll. Je nach Regelverfahren und Einstellung des Vorstromes Iv im Verhältnis zum Schwellenstrom Is des Lasers LD ist das Verhältnis der Pilotströme IP1 : IP2 im Vergleich zum zuvor beschriebenen Beispiel unterschiedlich wählbar. Im Grenzfall kann ein Pilotstrom gleich Null werden. Die Amplitudenmodulation kann dann symmetrisch und gleichphasig, asymmetrisch und gegenphasig oder asymmetrisch und gleichphasig sein. Da die optischen Modulationshübe PP1, PP2 der optischen Ausgangsleistung Popt dann ungleich sind, schwankt die mittlere optische Ausgangsleistung Popt mit der Frequenz des Pilotsignals fP. Es tritt dann im Sollzustand eine Komponente im Frequenzspektrum auf, auf deren Amplitude das Regelverfahren ausgelegt werden kann.It is easily possible to use the circuit arrangement even if the amplitude modulation is not to be symmetrical and not in phase opposition. Depending on the control method and setting of the bias current I v in relation to the threshold current I s of the laser LD, the ratio of the pilot currents I P1 : I P2 can be selected differently compared to the example described above. In the limit case, a pilot current can become zero. The amplitude modulation can then be symmetrical and in phase, asymmetrical and out of phase or asymmetrical and in phase. Since the optical modulation strokes P P1 , P P2 of the optical output power P opt are then unequal, the average optical output power P opt fluctuates with the frequency of the pilot signal f P. A component in the frequency spectrum then occurs in the desired state, the amplitude of which the control method can be designed for.

Claims (5)

1. Schaltungsanordnung zur Amplitudenmodulation des Ansteuersignals eines Lasers (LD), die aus einer Kaskadenschaltung aus Differenzverstärkern und spannungsgesteuerten Stromquellen besteht, mit der der Modulationsstrom (Imod) des Lasers (LD) mit zwei Pilotströmen (IP1, IP2) amplitudenmoduliert wird, dadurch gekennzeichnet, daß in einer ersten Kaskadenstufe ein erster (T1, T4) und ein zweiter (T2, T3) Differenzverstärker angeordnet sind, deren erste Eingänge und deren zweite Eingänge jeweils miteinander verbunden sind und deren erste und zweite Ausgänge kreuzweise verbunden sind und daß in einer zweiten Kaskadenstufe eine erste, eine zweite und eine dritte spannungsgesteuerte Stromquelle angeordnet sind, die gemeinsam von einer Steuerspannung angesteuert werden, daß die erste spannungsgesteuerte Stromquelle zur Einspeisung des Modulationsstromes (Imod) und die dritte spannungsgesteuerte Stromquelle zur Einspeisung eines zweiten Pilotstromes (IP2) mit dem ersten Differenzverstärker (T1, T4) verbunden sind, daß die zweite spannungsgesteuerte Stromquelle zur Einspeisung eines ersten Pilotstromes (IP1) mit dem zweiten Differenzverstärker (T2, T3) verbunden ist und daß die zweite spannungsgesteuerte Stromquelle mit einer ersten (T8) und daß die dritte spannungsgesteuerte Stromquelle mit einer zweiten Transistorstufe (T9) verbunden ist und daß die zweite und dritte spannungsgesteuerte Stromquelle in Abhängigkeit von einem Pilotsignal (P, ) wechselweise aktiviert werden. 1. Circuit arrangement for amplitude modulation of the control signal of a laser (LD), which consists of a cascade connection of differential amplifiers and voltage-controlled current sources, with which the modulation current (I mod ) of the laser (LD) is amplitude-modulated with two pilot currents (I P1 , I P2 ), characterized in that a first (T1, T4) and a second (T2, T3) differential amplifier are arranged in a first cascade stage, the first inputs and the second inputs of which are each connected to one another and the first and second outputs of which are connected crosswise and that in a second cascade stage, a first, a second and a third voltage-controlled current source are arranged, which are controlled jointly by a control voltage that the first voltage-controlled current source for feeding in the modulation current (I mod ) and the third voltage-controlled current source for feeding in a second pilot current (I P2 ) with the first difference Limit amplifiers (T1, T4) are connected, that the second voltage-controlled current source for feeding a first pilot current (I P1 ) is connected to the second differential amplifier (T2, T3) and that the second voltage-controlled current source is connected to a first (T8) and that the third Voltage-controlled current source is connected to a second transistor stage (T9) and that the second and third voltage-controlled current sources are activated alternately depending on a pilot signal (P,). 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerspannung an der Basis des Transistors (T5) der ersten spannungsgesteuerten Stromquelle und jeweils über einen Widerstand (RB6, RB7) an der Basis der Transistoren (T6, T7) der zweiten und dritten spannungsgesteuerten Stromquelle anliegt.2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the control voltage at the base of the transistor (T5) of the first voltage-controlled current source and in each case via a resistor (R B6 , R B7 ) at the base of the transistors (T6, T7) of the second and third voltage-controlled current source is present. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektoren der Transistoren (T5, T6, T7) der spannungsgesteuerten Stromquellen jeweils mit den entsprechenden Emittern der Transistoren (T1, T4; T2, T3) der Differenzverstärker verbunden sind.3. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the collectors of the transistors (T5, T6, T7) of voltage controlled current sources each with the corresponding Emitter of the transistors (T1, T4; T2, T3) of the differential amplifier are connected. 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor des Transistors (T8) der ersten Transistorstufe mit der Basis des Transistors (T6) der zweiten spannungsgesteuerten Stromquelle und daß der Kollektor des Transistors (T9) der zweiten Transistorstufe mit der Basis des Transistors (T7) der dritten spannungsgesteuerten Stromquelle verbunden ist und daß der Emitter des Transistors (T8) der ersten Transistorstufe und der Emitter des Transistors (T9) der zweiten Transistorstufe jeweils an den negativen Pol einer Betriebsspannungsquelle geschaltet ist.4. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the collector of the transistor (T8) of the first transistor stage with the base of the transistor (T6) the second voltage controlled Current source and that the collector of the transistor (T9) of the second Transistor stage with the base of the transistor (T7) of the third voltage controlled current source is connected and that the emitter of the transistor (T8) of the first transistor stage and the emitter of the Transistors (T9) of the second transistor stage each to the negative pole of an operating voltage source is switched. 5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitter des Transistors (T8) der ersten Transistorstufe mit dem Emitter des Transistors (T6) der zweiten spannungsgesteuerten Stromquelle und daß der Emitter des Transistors (T9) der zweiten Transistorstufe mit dem Emitter des Transistors (T7) der dritten spannungsgesteuerten Stromquelle verbunden ist und daß die erste und zweite Transistorstufe an eine das Pilotsignal (P) übertragende und von der Basisspannung (UB) der spannungsgesteuerten Stromquellen gesteuerten Ansteuerschaltung (1) geschaltet sind und daß die Emitter der Transistoren (T5, T6, T7) der ersten, zweiten und dritten spannungsgesteuerten Stromquelle jeweils über einen Emitterwiderstand (RE5, RE6, RE7) an den negativen Pol einer Betriebsspannungsquelle angeschlossen sind.5. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the emitter of the transistor (T8) of the first transistor stage with the emitter of the transistor (T6) of the second voltage-controlled current source and that the emitter of the transistor (T9) of the second transistor stage with the emitter of the transistor (T7) of the third voltage-controlled current source and that the first and second transistor stages are connected to a control circuit ( 1 ) transmitting the pilot signal (P) and controlled by the base voltage (U B ) of the voltage-controlled current sources, and that the emitters of the transistors (T5 , T6, T7) of the first, second and third voltage-controlled current sources are each connected via an emitter resistor (R E5 , R E6 , R E7 ) to the negative pole of an operating voltage source.
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