DE10058774A1

DE10058774A1 - Optische Sendeeinrichtung, insbesondere Laser-Sendeeinrichtung

Info

Publication number: DE10058774A1
Application number: DE2000158774
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Kallenbach
Original assignee: Adva Optical Networking SE
Current assignee: Adva Optical Networking SE
Priority date: 2000-11-27
Filing date: 2000-11-27
Publication date: 2002-06-13

Abstract

Die Erfindung betrifft eine optische Sendeeinrichtung, insbesondere Laser-Sendeeinrichtung mit einer Verstärkereinheit (3), welche einen Eingang (4) aufweist, dem ein zu verstärkendes und zu sendendes elektrisches Signal zuführbar ist, und welche einen Ausgang (5) aufweist, an dem das verstärkte, dem Eingang (4) zugeführte elektrische Signal als elektrisches Ausgangssignal anliegt, wobei der Ausgang (5) der Verstärkereinheit mit einer Gleichspannungsquelle verbunden ist, und mit einer optischen Sendeeinheit (9), welche einen Eingang (7) aufweist, der über eine Signalleitung (19) mit dem Ausgang (5) der Verstärkereinheit (3) verbunden ist, wobei das elektrische Ausgangssignal der optischen Sendeeinheit (9) als Modulationssignal zugeführt ist. Erfindungsgemäß wird die Gleichspannungsquelle über einen ohmschen Widerstand (R) mit dem Ausgang (5) der Verstärkereinheit (3) verbunden, wobei die Verstärkereinheit (3) so dimensioniert ist, dass sich eine zulässige Belastung des Ausgangs (5) durch den ohmschen Widerstand (R) und die parallel hierzu liegende Impedanz der nachgeschalteten Signalleitung (19) und optischen Sendeeinheit (9) ergibt, und wobei der ohmsche Widerstand (R) unter Berücksichtigung des Wellenwiderstands der Signalleitung (19) und der Eingangsimpedanz der optischen Sendeeinheit (9) so dimensioniert ist, dass der überwiegende Anteil der Leistung einer über die Signalleitung (19) reflektierten Welle über den ohmschen Widerstand (R) vernichtet wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Sendeeinrichtung, insbesondere Laser- Sendeeinrichtung, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.

Optische Sendeeinrichtungen finden in vielfältigen Ausgestaltungen, insbesondere zur Datenübertragung über Lichtwellenleiter Verwendung. Bei der Datenübertragung mit hohen Bitraten, insbesondere bei Bitraten höher als ein GHz, treten auf der elektrischen Seite, beispielsweise den Treiberschaltungen für Laserdioden, Probleme infolge der hohen Frequenzen auf. Bei derart hohen Frequenzen ist regelmäßig eine Anpassung der Impedanzen der Laser an die Ausgangsimpedanz einer entsprechenden Treiberschaltung erforderlich. Ist keine ausreichende Anpassung gegeben, so kommt es zu mehrfachen Reflexionen von elektromagnetischen Wellen zwischen der eigentlichen, den Laser umfassenden Sendeeinheit und dem Ausgang der Treibereinheit. Dies führt zu einer Verzerrung des den Laser modulierenden Signals und damit zu einer Beeinträchtigung des Signalstörabstands des über eine nachgeschaltete Übertragungsstrecke zu übertra genden Signals.

Fig. 1 zeigt eine bekannte optische Sendeeinrichtung, wie sie auch von der Anmelderin eingesetzt wurde. Die optische Sendeeinrichtung 1 umfasst eine Verstärkereinheit 3, die weitgehend als integrierter Treiberbaustein ausgebildet sein kann. Die Verstärkereinheit 3 weist einen Ausgang 5 auf, der über eine Induktivität L₁ mit der Betriebsspannung Vcc einer nicht näher dargestellten Spannungsquelle verbunden ist. Die Gleichspannung Vcc wird über die Induktivität L₁ dem Ausgang 5 der Verstärkereinheit 3 zugeführt und dient als Spannungsversorgung für die Verstärkereinheit 3. Das elektrische Ausgangs signal der Verstärkereinheit 3, das am Ausgang 5 anliegt, wird über eine Kapazität C₁ dem Eingang 7 einer optischen Sendeeinheit 9 zugeführt.

Die optische Sendeeinheit 9 umfasst eine Laserdiode 11, deren Anode über den Eingang 13 der optischen Sendeeinheit 9 die Spannung V_L einer nicht näher dargestellten gere gelten Gleichspannungsquelle zugeführt ist. Die Kathode der Laserdiode 11 ist über eine Induktivität L₂ mit einem Ausgang 15 der Sendeeinheit 9 verbunden, der an das Massepotential gelegt ist. Die Anode ist weiterhin mit einer Kapazität C2 verbunden, die einen Masseschluss für das hochfrequente Modulationssignal darstellt, falls dieser nicht über den Ausgang der geregelten Gleichspannungsquelle realisiert ist.

Weiterhin ist der Eingang 7 der optischen Sendeeinheit 9 mit einem Anpassungsnetz werk 17 verbunden, welches eine möglichst breitbandige Anpassung des Eingangs 7 der optischen Sendeeinheit 9 an den Wellenwiderstand einer Signalleitung 19 gewährleisten soll, die den Ausgang 5 der Verstärkereinheit 3 mit dem Eingang 7 der Sendeeinheit 9 verbindet. Die Signalleitung 19 führt das elektrische Ausgangssignal, das am Ausgang 5 der Verstärkereinheit 3 erzeugt wird, dem Eingang 7 der optischen Sendeeinheit 9 zu. Dieses elektrische Modulationssignal bewirkt eine Modulation des Stroms durch die Laserdiode 11, deren Arbeitspunkt durch die geregelte Spannung V_L eingestellt ist. Die Spannung V_L erzeugt dabei einen Gleichstrom durch die Laserdiode 11, der über die Induktivität L₂ und den Ausgang 15 der Sendeeinheit 9 nach Masse fließt. Für das hoch frequente Modulationssignal stellt die Induktivität L₂ eine offene Leitung dar.

Nachteilig bei dieser bekannten optischen Sendeeinrichtung ist der Aufwand sowohl für die Dimensionierung als auch für die Realisierung des Anpassungsnetzwerks 17. Zudem kann auch ein aufwendiges Anpassungsnetzwerk 17 kaum die gewünschte breitbandige Anpassung der Eingangsimpedanz der optischen Sendeeinheit 9 an den Wellenwider stand der Signalleitung 19 zwischen dem Ausgang 5 der Verstärkereinheit 3 und dem Eingang 7 der optischen Sendeeinheit 9 gewährleisten.

Darüber hinaus besteht in diesem Zusammenhang das Problem, dass sich die Impedanz der Laserdiode 11 mit dem Modulationsstrom ändert und zudem eine relativ große Streuung zwischen einzelnen Exemplaren desselben Typs der Laserdiode 11 aufweist.

Infolge praktisch nicht zu vermeidender Fehlanpassungen kommt es daher zu Reflexio nen am Eingang 7 der optischen Sendeeinheit 9 bzw. an der Laserdiode 11, wobei die reflektierte elektromagnetische Welle über die Signalleitung 19 in Richtung auf den Ausgang 5 der Verstärkereinheit 3 zurückgeführt wird. Da die Induktivität L₁ bezüglich der hochfrequenten elektromagnetischen Welle praktisch eine aufgetrennte Leitung darstellt, läuft die reflektierte Welle in den Eingang 5 der Verstärkereinheit 3 hinein, der jedoch in Bezug auf eine Anpassung ein undefiniertes Verhalten zeigt. Hieraus resultiert eine erneute Reflexion, so dass es durch die Fehlanpassungen auf beiden Seiten der Signalleitung 19 zu Mehrfachreflexionen kommt, die wiederum zu unerwünschten Interferenzen bzw. einer Beeinträchtigung der Signalqualität führen.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine optische Sendeeinrichtung, insbesondere Laser-Sendeeinrichtung, zu schaffen, bei der auf einfache Weise und mit geringem schaltungstechnischen Aufwand eine hohe Signalqualität des Modulationssignals erreichbar ist, mit dem eine optische Sendeein heit der Sendeeinrichtung beaufschlagt wird, und damit eine hohe Qualität (in Bezug auf den Signalstörabstand) des optischen Sendesignals.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass eine an der optischen Sendeeinheit reflektierte elektromagnetische Welle mit hohem Wirkungsgrad unterdrückt werden kann, wenn am Ausgang der Verstärkereinheit anstelle einer Induktivität ein ohmscher Widerstand vorgesehen ist, über den der Ausgang der Verstärkereinheit 3 mit einer Gleichspannungsquelle verbunden ist und über den der Verstärkereinheit die Betriebs gleichspannung V_CC zugeführt wird. Hierdurch wird erreicht, dass der wesentliche An teil einer an der optischen Sendeeinheit reflektierten elektromagnetischen Welle über den ohmschen Widerstand abfließt bzw. die Leistung dieser reflektierten elektromagne tischen Welle vollkommen vernichtet oder zumindest drastisch reduziert wird. Hier durch werden Mehrfachreflexionen bzw. Interferenzen auf der Signalleitung zwischen dem Ausgang der Verstärkereinheit und dem Eingang der optischen Sendeeinheit voll kommen unterdrückt bzw. auf ein Minimum reduziert. Überraschenderweise ergibt sich durch diese einfache schaltungstechnische Lösung auch ohne aufwendiges Anpassungs netzwerk ein hervorragendes Signalstörabstand, auch wenn keine optimale Anpassung der Impedanzen auf beiden Seiten der Signalleitung gegeben ist.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird der Wellenwiderstand der Signallei tung im Wesentlichen gleich der Eingangsimpedanz der optischen Sendeeinheit ge wählt. Dies gilt zumindest für eine bestimmte Modulationsfrequenz des Ausgangs signals der Verstärkereinheit. Für andere Frequenzen gibt sich zwar eine Fehlanpassung, die zu Reflexionen führt, jedoch werden entsprechend reflektierte elektromagnetische Wellen über den ohmschen Widerstand am Ausgang der Verstärkereinheit ausreichend unterdrückt bzw. gedämpft. Ein Anpassungsnetzwerk, dass eine möglichst breitbandige Anpassung der Eingangsimpedanz der Sendeeinheit an den Wellenwiderstand der Si gnalleitung gewährleistet, ist somit entbehrlich. Hierdurch ergibt sich eine kompaktere Bauweise der Sendeeinrichtung, ein einfacheres Design der Schaltung und eine kosten günstigere Herstellung.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann der ohmsche Widerstand am Ausgang der Sendeeinrichtung in einem Bereich von im Wesentlichen dem Einfachen des Realteils des Wellenwiderstands bis zum Dreifachen des Realteils des Wellenwider stands der Signalleitung gewählt sein. In diesem Bereich ergibt sich einerseits eine ausreichende Dämpfung von reflektierten elektromagnetischen Wellen und zum anderen eine noch akzeptable Belastung des Ausgangs der Verstärkereinheit durch den ohm schen Widerstand. Als guter Kompromiss zwischen einer möglichst guten Anpassung und einer noch akzeptablen Belastung des Ausgangs der Verstärkereinheit hat sich die Wahl des ohmschen Widerstands als in etwa das Doppelte des Realteils des Wellenwi derstands der Signalleitung gezeigt.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung kann der nicht mit dem Ausgang verbundene Anschluss des ohmschen Widerstands mit dem Anschluss einer Kapazität verbunden sein, deren anderer Anschluss mit dem Massepotential verbunden ist. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass die hochfrequenten reflektierten elektromagnetischen Wellen nach Masse abgeführt werden, wenn der Ausgang der mit dem Widerstand verbundenen Spannungsquelle nicht schon ohnehin einen für hochfrequente Anteile wirkenden Mas senschluss darstellt.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausfüh rungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Sendeeinrichtung nach dem Stand der Technik; und

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Sendeeinrichtung nach der Erfindung.

Die in Fig. 2 dargestellte optische Sendeeinrichtung 100 weist, ebenso wie die in Fig. 1 dargestellte bekannte Sendeeinrichtung, eine Verstärkereinheit 3 und eine optische Sendeeinheit 9 auf, wobei der Ausgang 5 der Verstärkereinheit 3 über die Signalleitung 19 mit dem Eingang 7 der optischen Sendeeinheit 9 verbunden ist.

Die Verstärkereinheit 3 und die Sendeeinheit 9 können identisch mit den entsprechen den Einheiten der Sendeeinrichtung in Fig. 1 ausgebildet sein. Insgesamt werden im Zusammenhang mit der optischen Sendeeinrichtung nach Fig. 2 identische Bezugszei chen für diejenigen Komponenten verwendet, die bereits vorstehend im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben wurden.

Im Unterschied zur optischen Sendeeinrichtung 1 nach Fig. 1 ist bei der optischen Sen deeinrichtung 100 nach Fig. 2 die Gleichspannung Vcc dem Ausgang 5 der Verstär kereinheit 3 nicht über eine Induktivität, sondern über einen ohmschen Widerstand R zugeführt. Die Kapazität C₁ in der Signalleitung 19 trennt die Verstärkereinheit 3 und die Sendeeinheit 9 gleichstrommäßig. Das am Ausgang 5 der Verstärkereinheit 3 er zeugte hochfrequente elektrische Ausgangssignal, das als Modulationssignal für die Laserdiode 11 dient, erzeugt in der Signalleitung 19 einen Teilstrom, der das ge wünschte Modulationssignal darstellt. Dieses wird über die Signalleitung 19 und die Kapazität C₁ dem Eingang 7 der Verstärkereinheit 3 zugeführt. Darüber hinaus erzeugt die Spannung am Ausgang S der Verstärkereinheit 3 einen weiteren Teilstrom durch den ohmschen Widerstand R, wobei es sich hier zunächst um unerwünschte Verluste han delt. Die Verstärkereinheit 3, die beispielsweise als integrierte Treiberschaltung ausge bildet sein kann, muss daher entsprechend dimensioniert sein. Falls die mit dem Wider stand R verbundene Spannungsquelle hinsichtlich des hochfrequenten Stroms keinen Kurzschluss nach Masse darstellen sollte, ist bei der Ausführungsform nach Fig. 2 eine Kapazität C₃ vorgesehen, die einerseits mit dem Widerstand R und andererseits mit dem Massepotential verbunden ist. Die Kapazität C₃ ermöglicht daher ein Abfließen des hochfrequenten Teilstroms durch den Widerstand R nach Masse.

Dieser zunächst in Bezug auf die am Ausgang 5 der Verstärkereinheit 3 erzeugte Si gnalspannung unerwünschte Effekt des Erzeugens einer Signal-Verlustleistung im ohm schen Widerstand R wird für den Fall einer über die Signalleitung 19 in Richtung auf den Ausgang 5 zurückgeführten reflektierten Welle ausgenutzt, um die reflektierte Welle über den Widerstand R und die Kapazität C₃ nach Masse abzuführen. Zu diesem Zweck sollte der ohmsche Widerstand R beziehungsweise die gesamte Last, die sich aus der Parallelschaltung der Ausgangsimpedanz des Ausgangs 5 und aus dem ohmschen Widerstand R zusammensetzt, möglichst mit dem Wellenwiderstand der Signalleitung 19 übereinstimmen. Im Fall einer derartigen vollkommenen Anpassung würde eine am Eingang 7 der Sendeeinheit 9 reflektierte Welle vollkommen unterdrückt beziehungs weise nach Masse abgeführt. Da eine derartige Anpassung jedoch nur für eine bestimmte Frequenz möglich ist, kommt es jedoch selbstverständlich zu, allerdings sehr geringen, erneuten Reflexionen.

In der Praxis hat sich gezeigt, dass sich ein hervorragender Signalverlauf des Modulati onssignals am Eingang 7 der Verstärkereinheit 3 ergibt, wenn der ohmsche Widerstand R zwischen dem einfachen und dreifachen Realteil des Wellenwiderstands der Signal leitung 19 gewählt wird.

Als sehr guter Kompromiss zwischen einer möglichst geringen ohmschen Belastung des Ausgangs 5 der Verstärkereinheit 3 und einer ausreichenden Anpassung an den Wel lenwiderstand der Signalleitung 19 hat sich in der Praxis der ca. doppelte Wert des Realteils des Wellenwiderstands der Signalleitung 19 für den ohmschen Widerstand R ergeben.

Die Treiberschaltung für eine Laserdiode bzw. ein optisches Sendeelement nach Fig. 2 weist somit den Vorteil eines äußerst einfachen schaltungstechnischen Aufbaus auf und besitzt zudem hervorragende Eigenschaften in Bezug auf einen möglichst optimalen Verlauf des Modulationssignals für das optische Sendeelement. Da keinerlei Kompen sationsnetzwerk erforderlich ist, kann die optische Sendeeinrichtung nach Fig. 2 mit einer weitaus geringeren Baugröße realisiert werden, als dies bei bekannten Sendeein richtungen der Fall ist.

Claims

1. Optische Sendeeinrichtung, insbesondere Laser-Sendeeinrichtung

a) mit einer Verstärkereinheit (3), welche einen Eingang (4) aufweist, dem ein zu verstärkendes und zu sendendes elektrisches Signal zuführbar ist, und welche einen Ausgang (5) aufweist, an dem das verstärkte, dem Eingang (4) zugeführte elektrische Signal als elektrisches Ausgangssignal anliegt,
b) wobei der Ausgang (5) der Verstärkereinheit mit einer Gleichspannungs quelle verbunden ist, und
c) mit einer optischen Sendeeinheit (9), welche einen Eingang (7) aufweist, der über eine Signalleitung (19) mit dem Ausgang (5) der Verstärkereinheit (3) verbunden ist, wobei das elektrische Ausgangssignal der optischen Sende einheit (9) als Modulationssignal zugeführt ist, dadurch gekennzeichnet,
d) dass die Gleichspannungsquelle über einen ohmschen Widerstand (R) mit dem Ausgang (5) der Verstärkereinheit (3) verbunden ist,
e) wobei die Verstärkereinheit (3) so dimensioniert ist, dass sich eine zulässige Belastung des Ausgangs (5) durch den ohmschen Widerstand (R) und die parallel hierzu liegende Impedanz der nachgeschalteten Signalleitung (19) und optischen Sendeeinheit (9) ergibt, und
f) dass der ohmsche Widerstand (R) unter Berücksichtigung des Wellenwider stands der Signalleitung (19) und der Eingangsimpedanz der optischen Sen deeinheit (9) so dimensioniert ist, dass der überwiegende Anteil der Lei stung einer über die Signalleitung (19) reflektierten Welle über den ohm schen Widerstand (R) vernichtet wird.

2. Sendeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellen widerstand der Signalleitung (19) im Wesentlichen gleich der Eingangsimpedanz der optischen Sendeeinheit (9) gewählt ist.

3. Sendeeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der ohmsche Widerstand (R) in einem Bereich von im Wesentlichen dem Realteil des Wellenwiderstands bis zum Dreifachen des Realteils des Wellenwiderstands der Signalleitung (19) gewählt ist, vorzugsweise gleich dem doppelten des Realteils des Wellenwiderstands.

4. Sendeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass der nicht mit dem Ausgang (5) verbundene Anschluss des ohm schen Widerstands (R) mit dem Anschluss einer Kapazität verbunden ist, deren anderer Anschluss mit dem Massepotenzial verbunden ist.

5. Sendeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass kein Anpassungsnetzwerk für die Anpassung der Eingangsimpe danz der Sendeeinheit (9) an den Wellenwiderstand der die Signalleitung (19) vorgesehen ist.

6. Sendeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass der Ausgang (5) der Verstärkereinheit (3) kapazitiv mit dem Ein gang (7) der optischen Sendeeinheit (9) gekoppelt ist.