设计笔记:
HFDN-26.3
Rev. 1; 04/08
MAX3735A激光驱动器输出配置
第4部分：驱动VCSEL
MAX3735A输出配置，第4部分：驱动VCSEL
1 前言
MAX3735A为直流耦合SFP激光驱动器，专为数据速率达 2.7Gbps (参考文献1)的应用设计。MAX3735A具有多速率、小封装、APC环路、监视器输出等特性，符合SFP安全/定时规范，非常适合工作在宽数据速率范围的各种光模块应用。MAX3735A的输出用来驱动直流耦合、边缘发射、共阳极激光器，也可以用于驱动其它各种激光器配置(参考文献2, 3)。
本设计笔记(第4部分)将详细讨论VCSEL驱动，该系列设计笔记的目的在于讨论各种输出配置的优缺点，所提供的原理图和范例有助于模块设计人员在其应用中选择最佳的输出结构。
MAX3735A只是讨论这些接口的一个范例，相关技术同样适用于其它激光驱动器，如MAX3737、MAX3735、MAX3850以及MAX3656，它们具有相似的输出结构。
2 驱动VCSEL
垂直腔面发射激光器(VCSEL)通常用于以太网和其它短距离通信应用。目前有许多专用于VCSEL 的激光驱动器，例如MAX3740、MAX3741和MAX3996。本篇应用笔记旨在提供MAX3735A 驱动共阳或隔离VCSEL的方案，适合边缘发射激光器与VCSEL共用一个驱动器的应用。
2.1 用MAX3735A驱动VCSEL的优点
1.一个器件多种应用—用MAX3735A驱动
VCSEL允许模块制造商在多模块应用中
(例如以太网、SONET、长程、短程等)使
用一个驱动器芯片。
2.增加调制电流—与传统的VCSEL驱动器
相比，用MAX3735A能够提供更大的激
光驱动电流。
2.2 用MAX3735A驱动VCSEL的缺点
3.交流耦合—典型VCSEL的正向电压和串
联电阻高于边缘发射激光二极管。这些因
素使直流耦合变得更加困难，甚至难以实
现。交流耦合的缺点是引入了低截止频
率，导致抖动和基线漂移。详细信息请参
考第3.3节。
2.3 VCSEL与边缘发射激光器
VCSEL与边缘发射激光器相比，串联电阻、正向电压和斜率效率等参数不同。这些参数会大大影响用于驱动激光器的输出配置类型以及所需要的驱动电流。
2.3.1串联电阻
边缘发射激光器具有4?至7?的典型串联电阻。VCSEL串联电阻与其构造中的层数有关。为工作在更高的速率，需要更多的层数，这样会导致串联电阻增加。例如，用于10Gbps系统的VCSEL具有45?至80?的串联电阻，而在1Gbps或2Gbps应用中，VCSEL的串联电阻为20?至50?。
2.3.2正向电压
VCSEL正向电压(典型值1.8V)高于标准的边缘发射激光器的正向电压(典型值 1.2V)。如果VCSEL的正向电压过大，将无法采用直流耦合。MAX3735A要求输出端的最小瞬态电压不低于0.7V。
图1给出了使用VCSEL时的静态偏置电压。在最糟糕的情况(最小供电电压和最大正向电压)下，输出电压仅为0.77V。只有0.07V用于通过VCSEL和信号路径中寄生电感的调制电流。这些因素会将调制电流限制在几个毫安的量级上(假设VCSEL阻抗为30?)。+3.3V供电、电源电压变化范围为±10%时，如果VCSEL具有更大的正向电压，则需使用交流耦合连接VCSEL与驱动器。
图1. 正向电压
2.3.3斜率效率
VCSEL的斜率效率通常高于边缘发射激光器。改善了的效率需要更小的激光驱动器调制电流和偏置电流。有些情况下，VCSEL要求的调制电流和偏置电流可能比驱动器能提供的额定最小值还低。例如，MAX3735A具有10mA的最小调制电流。VCSEL典型调制电流为5mA至25mA。使用交流耦合和上拉电阻，可减小提供给VCSEL的调制电流。
3 驱动器输出配置/特殊考虑
可使用直流耦合、交流耦合或差分驱动配置驱动VCSEL。但是，用直流耦合或差分驱动配置驱动VCSEL会受到一定的限制。考虑到这个原因，本篇应用笔记仅讨论交流耦合输出配置。
图2. 交流耦合配置
3.1 交流耦合输出
交流耦合VCSEL输出网络的基本原理图连接如图2所示。R2用于将调制电流从激光器分流，降低总的交流负载阻抗。另外，R3用于减小提供给激光器的偏置电流，也分流一部分调制电流。添加R3的目的在第 3.3节“自动功率控制(APC)环路”中给出了详细解释。R2、R3和VCSEL串联电阻的并联阻值应为15?至25?。在典型应用中，R2应为25?至75?之间，R 3应大于100?。合理选择R2和R3，为激光器提供适当的电流(图3)。
图3. 调制电流模式
3.2 激光增益和APC环路
用于高速通信系统中的VCSEL组件一般包括一个监视二极管。监视二极管为光敏二极管，产生正比于光输出功率的电流(I MD，图4)。激光驱动器的自动功率控制(APC)环路通过调节偏置电流，保持恒定的监视二极管电流(I MD)，这个电流转换为恒定的平均光功率。I MD与平均光电流(I BIAS - I THRESHOLD)的比值也就是VCSEL的增益(图4)。VCSEL增益的典型值大于边缘发射激光器。MAX3735A的APC环路增益设计在0.005到0.045之间。可能的话，增益(从MAX3735A APC环路看过去的增益)应当减小到0.045以内。使用图4中的电阻R3可以获得这样的增益。偏置电流被电阻R3和VCSEL分流，由于通过R3的电流不会转化为监视二极管的电流，因此，会减小增益(APC环路的等效增益) (图4)。
图4. 降低增益
如果使用电阻R3能够使增益降低至0.045以内，则需适当增大APC环路的电容，以保证系统稳定性。关于如何选择APC环路电容，请参考文献4。
3.3 低频截止
交流耦合输出配置引入低频截止点，会导致抖动和基线漂移(文献5, 6)。表1列出了各种应用中交流耦合电容(C AC)的推荐值，可以降低这些影响因素。
表1. 电容推荐值
以太网 或 光纤通道 数据速率 ≥ 2.125Gbps C AC ≥ 0.01μF 数据速率 ≥ 1.0625Gbps C AC ≥ 0.1μF SONET
数据速率 ≥ OC48 C AC ≥ 0.1μF 数据速率 ≥ OC24 C AC ≥ 0.22μF 数据速率 ≥ OC24 C AC ≥ 0.47μF 数据速率 ≥ OC3
C AC ≥ 1μF
3.4 匹配网络
当以吉比特的数据速率调制激光时，常常需要一个匹配网络，以减小输出振荡和过冲。图5给出了一些可用的布局和方式，其中元器件的确切数值应由实验确定，通常情况下电容C1的范围在0.5pF 到10pF 之间，方案1中电阻R1在30Ω 到75Ω之间，方案2中电阻R2为100Ω 至200Ω。
图5. 匹配网络
匹配网络需在寻求过冲和上升/下降时间的平衡中达到最优化，增加电容或降低电阻值会减小过冲，使边缘速度下降。
4 布线技术
为在吉比特数据速率上获得良好结果，应当仔细考虑激光器的封装、器件的布局和电流返回路径等因素。
4.1 激光器封装和连接
激光器和外部元器件的寄生电感和电容会降低系统性能。在吉比特速率调制激光器时应尽可能减小调制路径中的寄生电感和电容。
激光驱动器与激光器之间采用短的连接线、短的引脚(TO 型封装)或改进激光器封装能够减小串联电感；可能的话，TO 型激光器应采用边缘安装，以避免过孔连接对寄生参数的影响。 4.1.1 激光器的边缘安装
通常在电路板设计中，地线和电源层要从板的物理边缘引出。但在将一个TO 型的激光器连接在板子的边缘时，地线层应当延伸到与激光器连接的线路板的边缘处(图6)，延伸地层将减小引线电感、改善高速性能。可能的话，应将高速连接线(激光器的阳极和阴极)放置在电路板的顶层，有效利用扩展接地层带来的低引线电感的优势。应尽可能将激光器放置在接近电路板边沿的位置，以便减小引线的电感。
图6. 激光器的边缘安装
4.2 元器件布局与电流返回路径
对返回通路、电流路径和滤波的考察评估是元器件布局工作的一个重要部分，参考图8，图7给出了一种可能的元件布局(注意：这些配置仅是建议而已，针对每个应用有必要作进一步评估和修改)。
图7. 可能的元器件布局方案应该采用专用的地线和电源层，专用的地线和电源层可减小引线电感，为高速电流提供一个更好的返回通路。在可能的情况下，旁路电容的返回通路也应该有一定的方向定位，以使地线连接与传输线和器件地尽量靠近。
上拉电阻(图1中的R2)具有小的高速开关电流，因而，R2应当就近接到V CC上，需要良好的旁路措施。
5 范例
5.1 原理图
为了说明如何驱动VCSEL，用MAX3735A和Honeywell的VCSEL (HFE4190-541，文献7)构建和测试了电阻上拉交流耦合网络。图8给出了连接原理图。
图8. 原理图
5.2 测试数据
根据上述建议和图8所示原理图，可得到以下眼图(图9-12)，没有使用匹配网络。根据激光器与电路板的具体连接方式以及器件的布局，决定是否使用匹配网络。建议在布板时留出空间，以便在需要时采用匹配(详细信息请参见3.4一节)。
图9. OC48 (滤波)，E R > 9dB，223-1PRBS标准模板
图10. OC48 (滤波)，E R > 9dB，223-1PRBS，标准模板留有30%裕量图11. 2.125Gbps (滤波)，E R > 9dB，27-1PRBS，标准模板
图12. 1.25Gbps (滤波)，E R > 9dB，27-1PRBS，标准模板
6 结论
VCSEL驱动的要求与边缘发射激光器的要求不同。可以证明：使用上述的方法和技术，MAX3735A边缘发射激光驱动器可以在吉比特速率驱动VCSEL。利用MAX3735A驱动VCSEL，可以用一个器件构建多模系统。
参考文献:
1.数据资料：“MAX3735/MAX3735A：
2.7Gbps、低功耗SFP激光驱动器”–
Maxim Integrated Products，2003年5
月。
2.设计笔记：“MAX3735A：激光驱动器
输出配置，第1部分：直流耦合优化技
术”– HFDN-26.0，Maxim Integrated
Products，2003年6月。
3.设计笔记：“MAX3735A：激光驱动器
输出配置，第3部分：差分驱动”–
HFDN-26.2，Maxim Integrated Products，
2003年9月。
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Designs”– HFDN-23.0，Maxim Integrated
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Maxim Integrated Products，2002年9
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Honeywell，2003年10月。
Maxim 激光驱动器和激光二极管的接口 Maxim 高频/光纤通信部 一概述 用激光驱动器驱动高速商用激光二极管是设计人员所面临的一项挑战本文旨在就这一主题为光学系统设计者提供参考以尽可能地简化设计过程激光管接口电路的设计难点在于 激光驱动器的输出电 路 激光二极管的电气特性和 二者之间的接口 (通常采用印刷电路板实现 ) 以下首先讨论激光二极管和激光驱动器的电气特性然后再结合二者讨论印刷电路板的接口以Maxim 的 2.5 Gbps 通信激光驱动器 MAX3867 和 MAX3869 为例来说明典型的应用 二激光二极管特性 流过激光管的电流超过它的门限值时半导体激光二极管产生并保持连续的光输出对于快速开关操作激光二极管的偏置需略高于门限以避免开关延迟激光输出的强弱取决于驱动电流的幅度电流-光转换效率或激光二极管的斜率效率门限电流和斜率效率取决于激光器结构制造工艺材料和工作温 度 图1给出了典型激光二极管的电压-电流特性和光输出与驱动电流的关系当温度升高时门限电流将以指数方式增加可近似用下式表示 I T T I th e K I T I ?+=0)( (1) 式中 I 0, K I 和 T I 是激光器常数例如对DBF 激光器 I 0 = 1.8mA, K I = 3.85mA, T I = 40°C 激光器的斜率效率(S) 是输出光功率 (mW) 与输入电流mA)的比值温度升高将导致斜率效率降低下式较好地表示了斜率效率与温度的函数关系 S T T S e K S T S ??=0)( (2) 对上述同样的DFB 激光器特征温度T S 近似等于40°C 其它两个参数 S 0 = 0.485mW/mA K S = 0.033mW/mA 激光管工作电压正向电压V 和电流I 的关系可由二极管的电压和电流特性模型来表示 T V V S e I I ??≈η, (3) 其中 I S 是二极管饱和电流 V T 是热电压η是结构常数当激光二极管被驱动至门限上下时电压和电流的关系近似为线性如图1所示 图2是激光二极管的简化模型图中直流偏置电压V BG 是激光二极管的带隙电压 R L 是二极管的动态电阻当驱动激光管至门限以上时激光管的输出光功率P 0 (图2)可由下式来表示 )(0th I I S P ??= (4) 图2. 简化的激光二极管等效电路 激光管电流
实验二 He-Ne 激光器的模式分析 一、实验目的 1. 用共焦球面扫描干涉仪测量He-Ne 激光器的相邻纵模间隔，判别高阶横模的阶次。 2. 了解激光的频谱结构，掌握扫描干涉仪的使用方法及测定其性能指标的实验技能。 3. 观察激光器的频率漂移及跳模现象，了解其影响因素；观察激光器的输出横向光场分布花样，体会谐振腔的调整对它的影响。 二 实验设备 He-Ne 激光器、激光电源、小孔光阑、共焦球面扫描干涉仪、锯齿波发生器、放大器、示波器等 三、实验原理 1．激光的频率特性 激光器的光学谐振腔内可存在一系列具有分立谐振频率的本征模式，但其中频率位于工作物质增益带宽范围内，并满足阈值条件的本征模才会振荡形成激光。 通常把激光光波场的空间分布，分解为沿传播方向（腔轴方向）的分布E(z)和垂直于传播方向在横截面内的分布E(x,y)，即谐振腔模式可分为纵模和横模，用符号TEM mn 标志不同模式的模式分布。对激光束的模式进行频率分析，可以分辨出它的精细 结构。 由无源腔理论可知：共轴稳定球面谐振腔TEM mn 模的频率为 ??? ????????? ??-???? ??-+++=2111arccos )1(12R L R L n m q nL C v mnq π （2.1） 式中m 、n 为横模阶次，q 为纵模阶次，L 为腔长，R 1R 2是腔面两反射镜的曲率半径，n 是工作物质的折射率。 当m=n=0时为基横模，而m 或n ≠0时叫做高阶横模。对于不同的横模（m 、n 不同）有不同的横向光强分布，所以观察光斑图案或测量光强分布也能分析横模结构。但对于含有高阶横模的结构，则必须借助于频率分析才能分辨。由(2.1)式可知，q 一定时，不同的横模对应有不同的振荡频率，其频率间隔为
第 18卷第 67期大自然探索 V o l . 18, Sum N o . 67 1999年 第 1期 EXPLO RA T I ON O F NA TU R E N o . 1, 1999惯性约束聚变能源与激光驱动器Ξ 中国工程院院士 中国科学院上海光学精密机械研究所研究员 国家高技术 863— 416主题专家组成员 范滇元 中国科学院院士 北京应用物理与计算数学研究所研员 国家高技术 863— 416 聚变能源是一种“干净的” 的能源。研究进展表明 , 80年代末 , 美国用 变 , 证实了这一技术路线在科学上的可行性。 90年代以来 , 一些国家制定了庞大的发展计划 , 以“点火” 为目标 , 建造百万焦耳级的巨型激光装置。同时 , 并行地开始了用于聚变能电站的驱动器研究。我国已有 30多年研究基础 , 现已制定跨世纪的“神光 - ” 计划 , 将在下世纪初建成 10万 J 级的激光装置 , 开展相关基础物理研究。 1聚变能源是地球上的人造小太阳
能源是人类赖以生存的基本条件。据估计 , 到下世纪中叶前后 , 全世界能源消费的需求将超过传统能源的供给能力 , 必须开发新的能源以弥补其短缺。聚变能源是新能源的重要候选者之一。 氢的同位素氘和氚在高温下聚合成氦核 “聚变” 。太阳的巨 , 而氢弹的爆炸则是地球上人为的聚变反应。氘和锂 (可产生氚在海中蕴藏量极其丰富 , 120kg 海水可产生相当 30L 石油放出能量的聚变能 , 聚变材料可谓“取之不尽” 。如果能在人工可控条件下实现聚变反应 , 则可以提供几乎用之不竭的能源。和传统能源相比 , 聚变燃料具有最高的比能。 然而聚变反应所要求的条件却极为苛刻。自持反应要有 1亿 k W h 左右的高温 , 并且参与反应的粒子密度 n 要足够高 , 能维持一定的反应时间Σ, 即n Σ值要达到 1014s c m 3以上 , 这就是著名的劳逊判据。 为了实现上述条件 , 目前有两条技术途径 :磁约束聚变 (M CF 和惯性约束聚变 (I CF 。 惯性约束聚变的基本思想是 :利用激光或离子束作为驱动源 , 脉冲式地提供高强度能量 , 均匀地作用于装填氘氚燃料的微型球状靶丸外壳表面形成高温高压等离子体 , 利 ? 1 3? Ξ谨以此文缅怀惯性约束聚变研究先驱王淦昌院士 用反冲压力 , 使靶的外壳极快向心运动 , 压缩氘氚主燃料层到每立方厘米几百克质量的极高密度 , 并使局部氘氚区域形成高温高密度热斑 , 达到点火条件 ; 驱动
突发模式收发器芯片组的设计 https://www.doczj.com/doc/de10239125.html, ( 2009/9/25 13:36 ) 一、前言 由于新型宽带应用和需求的增多，发展迅速，带宽逐渐成为制约DSL用户宽带网性能的关键。采用PON（无源光网络）可以解决此关键。它具有高带宽及网络协议透明的特点，是一种点对多点的光纤传输和接入技术。已成为处理光通信控制中心的（Central Office）连接到最终用户的最后里程（the Last Mile）的首选方案。 从图一，无源光纤网络系统的结构可看出，局端（OLT）与用户端（ONU）之间只有光纤，光分路器（Splitters）等无源器件。节省了光纤资源，无需有源器件和设备，可有效降低网络成本。同时，因为结构简单，大大节省运营维护成本。 目前无源光网络（PON）已成为光纤到户FTTH（Fiber to the home）主要的网络结构。系统从OLT到ONU为下行方向。下行通信时用TDM模式把所有的数据包汇成一个数据流，通过光纤采用广播方式传送。在接收端，用户以适当的地址选择获得其所需的数据包。上行通信（从ONU到OLT）是相当困难的，因为多个用户都用同样的光纤进行传送。在任何时刻只允许一个用户能传送数据包到OLT。TDM A协议可用来保证上述的条件。也就是要求ONU在没有传送信号时处于关断状态，而在传送信号时要很快打开，这就时需要ONU 支持特殊的突发模式发射器与接收器。因此，上行接入是系统设计的关键，而支持突发模式的收发器也就成为整个系统的重点和难点。
在局端（OLT），激光驱动器LDD为连续工作模式，而跨阻放大器TIA和限幅放大器LA则需支持突发工作模式。在用户端（ONU），跨阻放大器TIA和限幅放大器LA支持连续工作模式，激光驱动器LDD需支持突发工作模式。 从图一和图二可了解到无源光纤网络的一般配置。其中有些芯片需采用突发模式的，如BM-TIA，BM-LA和BM-LDD三种芯片。本文将谈及这三种芯片的原理和特点。重点是突发模式激光驱动器BM-LDD。 以下主要讲述突发模式跨阻放大器（BM-TIA）、突发模式限幅放大器(BM-LA)和突发模式激光驱动器（BM-LDD）与连续工作模式激光驱动器的主要差别。 二、突发模式TIA与突发模式LA 1. 突发模式TIA和一般TIA的主要差别在于：它必须应对没有直流分量的输入信号（要直流耦合）而且突发间的输出幅度变化要求大于30dB。有关输出基准偏移电压（output offset voltage）的问题可以留着待处理其后的BM-LA时再一起解决。也可以用以下所示的图三偏移检测电路来解决。 偏移控制：偏移控制电路能逐个地去除突发的输出偏移的机理是，在每次突发到来之前就把偏移（offset）调整好了。这种电路也称为“自适阈控制电路”（Adaptive Threshold control circuit）。
新型光学谐振器和热透镜效应 Thomas Graf Rudolf Weber, and Heinz-P. Weber 应用物理研究所，Beme Sidlerstrasse 5大学，CH - 301 2 Beme，瑞士 概要 激光谐振腔支持稳定的振荡的最大功率范围主要是由活性介质（热）材料常数和冷却方法所决定。通过控制稳定的基本模式操作的功率范围，可以转移到更高的能量，具有特殊的腔设计和腔内光学但稳定范围的宽度不会受到影响。此外，在泵的活性介质强度增加也加剧了非球面元件的热诱导的扭曲。因此，开发新颖的谐振器时，分析这些热效应具有重大意义。我们目前对热诱导的扭曲，一种新型的多棒激光腔，变量配置的谐振器（VCR）进行分析。对热效应进行了数值模拟和实验的研究。我们目前对各种抽水和冷却方案进行比较后发现复合棒端面泵浦激光器提供最有效的冷却。VCR被开发调控基本模式激光器的功率范围。由于其能力作为法布里- 珀罗谐振器，它克服了稳定性与传统的多棒谐振器相关的问题，并允许一个新的Q开关技术作为一种环形腔运行。 关键词：固态激光器，二极管泵浦激光器，光学谐振器，热透镜效应，热致双折射。 1.介绍 二极管泵浦固态激光器，有着广泛的工业和科学应用。二极管激光器价格的不断下降，应用正在扩展到高功率范围。此外，泵浦方式的改善使二极管激光辐射高效和紧聚焦到激光材料。由于大量吸收功率，这将导致强烈的局部加热。因此，在固态激光材料的热效应已经获得了相当高功率，半导体激光泵浦全固态激光器作为一个发展中的关键问题的重要性被提高。 选中激光材料后，热效应只与冷却的方法有关，然后必须采用适当的谐振器设计。我们在下面的实验和数值调查报告二极管激光的热效应泵浦全固态激光器和特殊的光学谐振器的发展。热透镜效应和应力引起的双折射用于比较四种不同的冷却技术。完全验证的数值有限元（FE）代码，它也适用于区分不同的热透镜效应的贡献- 比如弯曲的表面和折射率变化与温度和应力性曲折分析高功率激光器的功率调整的极限。进一步的功率调节功能则需要使用更长的侧面泵浦激光棒多棒谐振器的使用。多棒谐振器特别适合规模在几十瓦的顺序输出功率，高光束质量的激光器的输出功率。在这种情况下，热扭曲分发到几个激光棒，在同一个腔泵的功率降低。我们报告一个独特的激光谐振腔，变量配置的谐振器（VCR），他具有反向泵浦多棒谐振器的可调性。特别是录像机的稳定性能与传统的多棒的法布里- 珀罗谐振解决了严重的稳定性问题，并允许一个新的Q开关技术。在下面的章节中，我们将首先考虑球面镜片的近似热引起的扭曲，并讨论TEM0模式激光器的规定下能量的限制。 我们对不同的激光棒的冷却方法进行了比较。热致双折射所造成的损失在短期内第3节中讨论。
公司简介 上海固若金电子科技有限公司是一家从事步进电机驱动器开发、生产、销售为一体的高科技企业，并且 多年从事电机控制系统的开发，致力于机电一体化产品的开发和运动控制系统的优化集成。 公司现主要产品为步进电机驱动器，功能强大，性能可靠，性价比极高。并且可为客户量身定做各种控 制系统。产品广泛应用于数控机床、电脑绣花、包装机械、雕刻机、绕线机、 XYZ 三维工作台、医疗设备 等行业中。 公司拥有一批积累了丰富经验的开发、生产、销售和工程服务人员。可为用户开发多种层次自动化控制 系统，包括产品选型、方案设计。公司坚持 " 质量第一，用户至上 " 的原则，服务于用户，让用户满意， 为用户提供优质产品和服务。 步进电机选型指南 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它 就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（步进角）。您可以通过控制脉冲个数来控制角位移量， 从而达到准确定位的目的；同时您可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速 的目的。 一、 步进电机的种类： 永磁式（PM) ：磁式步进一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度 或15度；多用于空调风摆上。 反应式（VR)：国内一般叫BF，常见的有三相反应式，步距角为1.5度；也有五相反应式。噪音大，无 定为转距已大量淘汰。 混合式（HB)：常见的有两相混合式，五相混合式，三相混合式，四相混合式，两相跟四相可以通用驱 动器，五相跟三相必须使用各自的驱动器； 两相、四相混合式步距角多是1.8度，具有小体积，大力距，低噪音； 五相混合式步进电机一般为0.72度，电机步距角小，分辨率高，但是驱动电路复杂，接线麻烦，如5相十线制。 三相混合式步进电机步距角为1.2度 1、步进电机的保持转距：指步进电机通电但没有转动时，定子锁住转子的力矩。它是步进电机最重要 的参数之一，通常步进电机在低速时的力矩接近保持转矩。由于步进电机的输出力矩随速度的增大而不断 衰减，输出功率也随速度的增大而变化，所以保持转矩就成为了衡量步进电机最重要的参数之一。比如， 当人们说1N.m的步进电机，在没有特殊说明的情况下是指保持转矩为1N.m的步进电机。 2、步进电机的精度：步进电机的精度为步进角的3-5%，且不累积。 3、空载启动频率：即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率，如果脉冲频率高于该值，电机 不能正常启动，可能发生丢步或堵转。在有负载的情况下，启动频率应更低。如果要使电机达到高速转动， 脉冲频率应该有加速过程，即启动频率较低，然后按一定加速度升到所希望的高频（电机转速从低速升到 高速）。 4、步距角：驱动器接收一个脉冲，电机对应转动的角度。 5、定位转距：指步进电机不通电的情况下，定子锁住转子的力矩。 6、运行频率：步进电机在不失步状态下运行最高频率。
模式分析 一．氦-氖(He-Ne)激光器简介 氦氖激光器（或He-Ne激光器）由光学谐振腔(输出镜与全反镜）、工作物质(密封在玻璃管里的氦气、氖气）、激励系统（激光电源）构成。二电极通过毛细管放电激励激光工作物质，在氖原子的一对能级间造成集居数反转，产生受激辐射。由于谐振腔的作用，使受激辐射在腔内来回反射，多次通过激活介质而不断加强。如果单程增益大于单程损耗，即满足激光振荡的阈值条件时，则有稳定的激光输出。内腔式激光器的腔镜封装在激光管两端。 二．氦-氖(He-Ne)激光器的工作原理 氦氖激光器的激光放电管内的气体在涌有一定高的电压及电流（在电场作用下气体放电），放电管中的电子就会由负极以高速向正极运动。在运动中与工作物质内的氦原子进行碰撞，电子的能量传给原子，促使原子的能量提高，基态原子跃迁到高能级的激发态。这时如有基态氖原子与两能级上的氦原子相碰，氦原子的能量传递给氖原子，并从基态跃迁到激发的能级状态，而氦原子回到了基态上。因为放电管上所加的电压，电流连续不断供给，原子不断地发生碰撞。这就产生了激光必须具备的基本条件。在发生受激辐射时，分别发出波长3.39μm，632.8nm，1.53μm三种激光，而这三种激光中除632.8nm为可见光中的红外光外，另二种是红外区的辐射光。因反射镜的反射率不同，只输出一种较长的光波632.8nm的激光。 三．He-Ne激光器结构及谐振腔 He－Ne激光器的结构形式很多，但都是由激光管和激光电源组成。激光管由放电管、电极和光学谐振腔组成。放电管是氦一氖激光器的心脏，它是产生激光的地方。放电管通常由毛细管和贮气室构成。放电管中充入一定比例的氦（He）、氖（Ne）气体，当电极加上高电压后，毛细管中的气体开始放电使氖原子受激，产生粒子数反转。贮气室与毛细管相连，这里不发生气体放电，它的作用是补偿因慢漏气及管内元件放气或吸附气体造成He,Ne气体比例及总气压发生的变化，延长器件的寿命。放电管一般是用GG17玻璃制成。输出功率和波长要求稳定性好的器件可用热胀系数小的石英玻璃制作。He－Ne激光管的阳极一般用钨棒制成，阴极多用电子发射率高和溅射率小的铝及其合金制成。为了增加电子发射面积和减小阴极溅射，一般都把阴极做成圆筒状，然后用钨棒引到管外。He－Ne激光器由于增益低，谐振腔一般用平凹腔，平面镜为输出端，透过率约1%～2％，凹面镜为全反射镜。He－Ne激光管的结构形式是多种多样的，按谐振腔与放电管的放置方式不同可分内腔式、外腔式和半内腔式。 四．氦-氖(He-Ne)激光器的速率方程
激光驱动器与激光二极管接口优化调试 Maxim高频/光纤通信部 一、概述: 在激光驱动器与激光二极管的接口电路设计中,即使是对电路做了仔细、周密的考虑,也很难达到最优状态,系统调试过程中仍需对各部分电路加以调整、优化,图1是采用Maxim的2.5Gbps激光驱动器MAX3869构成的激光驱动器典型连接电路。本文以该电路为例,以激光二极管的输出通过光电(O/E)转换后显示在示波器上的波形为基础,列举了一些通用接口问题和可能的解决办法。 二、优化设计 以下列举了八个常见激光管接口问题,激光管的输入是伪随机比特流(PRBS)。 A. 眼图不清晰(图2): 图2中,在显示的眼图最下面有黑色水平线。当减少偏置电流时,波形会被压缩,波形上端下移,底端固定不变。导致这一问题的原因可能是偏置电流设置得太低,数字零电平低于激光管的门限。可以提高激光管的偏置电流,直到示波器上的波形开始上移(表示数字零电平已高于激光管门限),当偏置电流增加时,眼图会变得清晰可辨。 B. 欠阻尼振荡(图3): 在波形图上有较大的过冲,示波器显示的眼图最下方有黑色水平线。减小偏置电流使数字1电平下移,但过冲幅度保持不变,甚至增大。偏置电流减小时波形底端(数字0电平)保持不变。 造成这一现象的可能原因是偏置电流设得太低。数字0电平低于激光管的门限。当激光管从低于门限电平向高电平切换时需要额外的时间,从而导致了上升边沿的延迟。开关延迟使电势积累增加,一旦克服了门限就冲过数字1电平(被称作欠阻尼振荡)。可通过提高激光管的偏置电流解决,提高激光管的偏置电流直到示波器上的波形开始上移(表示数字零电流已高于激光管门限)。当数字0电平高于门限值后,过冲将显著减少。 C. 过冲(图4)： 图4所示,波形的上升沿冲过了数字1电平。当偏置电流和调制电流变化时过冲的相对幅度没有变化。没有明显的振铃。可能原因有两个:(a)上升太快,(b)用于上拉的铁氧体磁珠Q 值太高。解决的方法是:(a)插入截止频率为75%数据率的低通滤波器,减慢上升和下降沿,减小过冲。(b)降低与铁氧体磁珠并联的电阻(图1中的RP)阻值,使Q值降低。(c)调整串联阻尼电阻(图1中的RD)。 D. 欠冲(图5): 当输出电路过阻尼会造成欠冲现象,示波器显示波形的上升或下降沿在单个间隔的前半部分不能到达高或低电平。这是由置于OUT+ 和OUT-间的0.5pF 电容(用来阻尼某些振铃)引起的。 解决途径有:(a)如果可能,减小OUT+和OUT-间的电容。(b) 减小OUT+的负载电容。(c)减小串联阻尼电阻(图1中的RD)的值。 E. 振铃(图6): 振铃指的是眼图的上升或下降沿相对于正确电平出现振荡、振幅逐渐衰减的现象。可能原因是: 阻抗不匹配,电路中电感过大,电路元件产生谐振。在图6显示的图像中,振铃是由拿
半导体激光器驱动电源的控制系统 使用单片机对激光器驱动电源的程序化控制，不仅能够有效地实现上述功能，而且可提高整机的自动化程度。同时为激光器驱动电源性能的提高和扩展提供了有利条件。 1 总体结构框图 本系统原理，主要实现电流源驱动及保护、光功率反馈控制、恒温控制、错误报警及键盘显示等功能，整个系统由单片机控制。本系统中选用了C8051F单片机。C8051F单片机是完全集成的混合信号系统级芯片(SOC)，他在一个芯片内集成了构成一个单片机数据采集或控制系统所需要的几乎所有模拟和数字外设及其他功能部件，如本系统中用到的ADC和DAC。这些外设部件的高度集成为设计小体积、低功耗、高可靠性、高性能的单片机应用系统提供了方便，也大大降低了系统的成本。光功率及温度采样模拟信号经放大后由单片机内部A/D 转换为数字信号，进行运算处理，反馈控制信号经内部D/A转换后再分别送往激光器电流源电路和温控电路，形成光功率和温度的闭环控制。光功率设定从键盘输入，并由LED数码管显示激光功率和电流等数据。 2 半导体激光器电源控制系统设计 目前，凡是高精密的恒流源，大多数都使用了集成运算放大器。其基本原理是通过负反作用，使加到比较放大器两个输入端的电压相等，从而保持输出电流恒定。并且影响恒流源输出电流稳定性的因素可归纳为两部分：一是构成恒流源的内部因素，包括：基准电压、采样电阻、放大器增益(包括调整环节)、零点漂移和噪声电压;二是恒流源所处的外部因素，包括：输入电源电压、负载电阻和环境温度的变化。 2.1 慢启动电路 半导体激光器往往会因为接在同一电网上的多种电器的突然开启或者关闭而受到损坏，这主要是由于开关的闭合和开启的瞬间会产生一个很大的冲击电流，就是该电流致使半导体激光器损坏，介于这种情况，必须加以克服。因此，驱动电源的输入应该设计成慢启动电路，以防损坏，：左边输入端接稳压后的直流电压，右边为输出端。整个电路的结构可看作是在射级输出器上添加了两个Ⅱ型滤波网络，分别由L1，C1，C2和L2，C6，C7组成。电容C5构成的C型滤波网络及一个时间延迟网络。慢启动输入电压V在开关和闭合的瞬间产生大量的高频成分，经过图中的两个Ⅱ型网络滤出大部分的高频分量，直流以及低频分量则可以顺利地经过。到达电阻R和C组成的时间延迟网络，C2和C4并联是为了减少电解电容对高频分量的电感效应。 2.2 恒流源电路的设计 为了使半导体激光器稳定工作，对流过激光器的电流要求非常严格，供电电路必须是低噪声的稳定恒流源驱动，具体电路。 使用单片机对激光器驱动电源的程序化控制，不仅能够有效地实现上述功能，而且可提高整机的自动化程度。同时为激光器驱动电源性能的提高和扩展提供了有利条件。 1 总体结构框图 本系统原理，主要实现电流源驱动及保护、光功率反馈控制、恒温控制、错误报警及键盘显示等功能，整个系统由单片机控制。本系统中选用了C8051F单片机。C8051F单片机是完全集成的混合信号系统级芯片(SOC)，他在一个芯片内集成了构成一个单片机数据采集或控制系统所需要的几乎所有模拟和数字外设及其他功能部件，如本系统中用到的ADC和DAC。
He-Ne 激光器模式分析 一 实验目的 1 了解激光器的模式结构，加深对模式概念的理解。 2 通过测试分析，掌握模式分析的基本方法。 3 对本实验使用的分光仪器——共焦球面扫描干涉仪，了解其原理、性能，学会正确使用。 二 实验仪器 实验装置如图1所示。实验装置的各组成部分说明如下： 1 待测He-Ne 激光器。 2 激光电源。 3 小孔光阑。 4 共焦球面扫描干涉仪。 5 接收器。 6 电子计算机。 三 实验原理 1 激光器模的形成 我们知道，激光器的三个基本组 成部分是增益介质、谐振腔和激励能 源。如果用某种激励方式，在介质的 某一对能级间形成粒子数反转分布， 由于自发辐射和受激辐射的作用，将 有一定频率的光波产生，在腔内传播， 并被增益介质逐渐增强、放大，如图2 所示。实际上，由于能级总有一定的宽度以及其它因素的影响，增益介质的增益有一个频率分布，如图3所示，图中)( G 为光的增益系数。只有频率落在这个范围内的光在介质中传
播时，光强才能获得不同程度的放大。但只有单程放大，还不足以产生激光，要产生激光还需要有谐振腔对其进行光学反馈，使光在多次往返传播中形成稳定、持续的振荡。形成持续振荡的条件是，光在谐振腔内往返一周的光程差应是波长的整数倍，即 q q L λμ=2 （1） 式中，μ为折射率，对气体μ≈1；L 为腔长； q 为正整数。这正是光波相干的极大条件，满足 此条件的光将获得极大增强。每一个q 对应纵向 一种稳定的电磁场分布，叫作一个纵模，q 称作 纵模序数。q 是一个很大的数，通常我们不需要 知道它的数值，而关心的是有几个不同的q 值， 即激光器有几个不同的纵模。从（1）式中，我们还看出，这也是驻波形成的条件，腔内的纵模是以驻波形式存在的，q 值反映的恰是驻波波腹的数目，纵模的频率为 L c q q μν2= （2） 同样，一般我们不去求它，而关心的是相邻两个纵模的频率间隔 L c L c q 221≈=?=?μν （3） 从（3）式中看出，相邻纵模频 率间隔和激光器的腔长成反比， 即腔越长，相邻纵模频率间隔越 小，满足振荡条件的纵模个数越 多；相反，腔越短，相邻纵模频 率间隔越大，在同样的增益曲线 范围内，纵模个数就越少。因而 用缩短腔长的办法是获得单纵 模运行激光器的方法之一。 光波在腔内往返振荡时，还需要增益大于各种损耗的总和，
突发模式收发器芯片组的设计 一、前言 由于新型应用和需求的增多,发展迅速，带宽逐渐成为制约用户宽带网性能的关键。采用（无源）可以解决此关键。它具有高带宽及透明的特点,是一种点对多点的传输和接入技术。已成为处理控制中心的（Ceｎtｒａl Offｉce)连接到最终用户的最后里程（tｈe Last Ｍile）的首选方案。 从图一,无源光纤系统的结构可看出,局端(OLT）与用户端（ONU)之间只有光纤，光分路器（Splittｅrs）等无源器件。节省了光纤资源,无需有源器件和设备，可有效降低网络成本。同时,因为结构简单，大大节省运营维护成本。 目前无源光网络(PON)已成为光纤到户（Fｉbeｒｔo the hoｍｅ)主要的网络结构。系统从OＬT到ＯNU为下行方向。下行通信时用模式把所有的数据包汇成一个数据流，通过光纤采用广播方式传送。在接收端,用户以适当的地址选择获得其所需的数据包。上行通信(从ＯNU到OLT）是相当困难的，因为多个用户都用同样的光纤进行传送。在任何时刻只允许一个用户能传送数据包到ＯLT。协议可用来保证上述的条件。也就是要求ＯNU在没有传送信号时处于关断状态，而在传送信号时要很快打开，这就时需要ONU支持特殊的突发模式发射器与接收器。因此,上行接入是系统设计的关键,而支持突发模式的收发器也就成为整个系统的重点和难点。
在局端（OLT)，驱动器LＤＤ为连续工作模式,而跨阻TIA和限幅放大器LA则需支持突发工作模式。在用户端(ONU），跨阻放大器TIA和限幅放大器LA支持连续工作模式,激光驱动器ＬＤD需支持突发工作模式。 从图一和图二可了解到无源光纤网络的一般配置。其中有些芯片需采用突发模式的,如BM-TＩＡ，BM－LA和ＢM－LDD三种芯片。本文将谈及这三种芯片的原理和特点。重点是突发模式激光驱动器ＢM-ＬＤD。 以下主要讲述突发模式跨阻放大器（BM-TIA）、突发模式限幅放大器(ＢM-LA)和突发模式激光驱动器(BM-ＬＤD）与连续工作模式激光驱动器的主要差别。 二、突发模式TIA与突发模式LA 1. 突发模式TIA和一般TＩＡ的主要差别在于:它必须应对没有直流分量的输入信号(要直流耦合)而且突发间的输出幅度变化要求大于3０dB。有关输出基准偏移电压（oｕtput oｆfｓeｔvolｔage）的问题可以留着待处理其后的BM－LＡ时再一起解决。也可以用以下所示的图三偏移检测电路来解决。
查阅相关文献资料，设计半导体激光器驱动电路，说明设计思路和电路模块的功能 图1 在半导体激光器的设计中，为了便于对光功率进行自动控制，通常激光器内部是将LD 和背向光检测器PD集成在一起的，见图1。其中LD有两个输出面，主光输出面输出的光供用户使用，次光输出面输出的光被光电二极管PD接收，所产生的电流用于监控LD的工作状态。背光检测器对LD的功率具有可探测性，可设计适当的外围电路完成对LD的自动光功率控制。激光器电路的设计框图如图所示，将电源加在一个恒压电路上，得到恒定的电压，再通过一个恒流电路得到恒定的电流以驱动LD工作. 其中恒压电路如图2，由器件XC9226以及一个电感和两个电容组成。XC9226是同步整流型降压DC/DC转换器，工作时的消耗电流为15mA，典型工作效率高达92%，只需单个线圈和两个外部连接电容即可实现稳定的电源和高达500IllA的输出电流。其输出纹波为10mV，固定输出电压在0.9v到4.0V范围内，以loomv的步阶内部编程设定。该电路中，输出的恒定电压设定为2.6v。 图2 恒流电路如图3，主要由LMV358、三极管以及一些电阻和电容共同组成.LMv358是一个低电压低功耗满幅度输出的低电压运放，工作电压在2.7v到5.5v之间。从恒压电路输出的2.6V电压经过Rl、RZ分压后，在LMv35s的同相输入端得到恒定电压Up，Up加在一个电压串联负反馈电路上，得到一个输出电压Uo。Uo再通过一个电阻和电容组成的LR滤波
电路上，得到恒定的直流电压uol，将uol作用在由三极管8050组成的共射级放大电路上，得到恒定的集电极电流Ic，k又通过一个滤波电容得到恒定的直流工作电压。 图3
医学中常用的激光器 自第一台激光器问世后，人们对激光器件及技术进行了大量的研制工作，取得了相当可观的成果。目前能实现激光运转的工作物质达数百种以上，大体上分为气体、固体、半导体、染料等几大类。人们在探索激光产生机理的同时，扩展了激光的频谱范围，几千条谱线遍布于真空紫外到远红外的广阔光谱区域。激光方向性好、强度大，可以使被照物体在1/1000s内产生几千度的高温，瞬间发生汽化。由于激光的物理特性决定了其具有明显的生物学效应，。各种不同的激光具有不同的特性和组织效应，正确认识激光的这些特点，是选择和合理利用激光的基础。 一．气体激光器 气体激光器，按工作物质的性质，大致可分成下列三种：(1)原子激光器：利用原子跃迁产生激光振荡，以氦氖激光器为代表。氩、氪、氙等惰性气体，铜、镉、汞等金属蒸气，氯、溴、碘等卤素，它们的原子均能产生激光。原子激光器的输出谱线在可见和红外波段，典型输出功率为10毫瓦数量级。 (2)分子激光器：利用分子振动或转动状态的变化产生辐射制成的，输出的激光是分子的振转光谱。分 子激光器以二氧化碳(CO 2)激光器为代表，其他还有氢分子(H 2 )，氮分子(N 2 )和一氧化碳(CO)分子等激光 器。分子激光器的输出光谱大多在近红外和远红外波段，输出功率从数十瓦到数万瓦。(3)离子激光器：这类激光器的激活介质是离子，由被激发的离子产生激光放大作用，如氩离子(激活介质为Ar＋)激光器。氦镉激光器(激活介质为Cd＋)等。离子激光器的输出光谱大多在可见光和紫外波段，输出功率从几毫瓦到几十瓦。 气体激光器是覆盖波谱范围最广的一类器件，能产生连续输出。其方向性、单色性也比其他类型器件好，加之制造方便、成本低、可靠性高，因此成为目前应用最广的一类器体。 1、氦氖激光器 氦氖激光器能输出波长为632.8nm的可见光，具有连续输出的特性。它的光束质量很好(发散角小，单色性好，单色亮度大)。激光器结构简单，成本低，但输出功率较小。氦氖激光器在工业、科研、国防上应用很广，医疗上主要用于照射，有刺激、消炎、镇痛、扩张血管和针灸等作用，广泛用于内科、皮肤科、口腔科及细胞的显微研究。 氦氖激光器有三种结构形式：内腔式、外腔式和半内腔式。它们均由放电管、谐振腔、激励电源等三部分组成。以内腔式为例，放电毛细管是产生气体放电和激光的区域，它的内径很小，约在1到几毫米。电极A为阳极，由钨杆或钼(或镍)筒制成。阴极K为金属圆筒，由铝、钼、钽等制成，它们均有足够的电子发射能力和抗溅射能力。组成谐振腔的两块反射镜紧贴于放电管两端，并镀以多层介质膜。其中一个为全反射镜，另一个则为部分反射镜，整个谐振腔在出厂前已调整完毕，因此使用简单、方便。放电管的管径比放电毛细管粗几十倍，用以保持氦氖气压比及加固谐振腔。为了避免放电管变形而引起激光输出下降，内腔管的长度不宜过大，一般不超过一米。外腔式激光器可以更换不同的反射镜，使输出功率最大，光束发散角最小。也可在反射镜和放电管之间插入光学元件，以研究激光器的输出特性，调制它的频率或幅度，并可制成单频大功率激光器。 2、二氧化碳激光器 二氧化碳激光器的能量转换效率达20～25%(氦氖激光器的能量转换效率仅为千分之几)。它的输出波长为10.6微米，属于远红外区，连续输出功率可达万瓦级，常用电激励，结构比较简单紧凑，使用 方便，是目前最常用的激光器之一，在医学上，CO 2激光器作为手术刀使用日益引起人们的重视。CO 2 激 光器也用于皮肤科、外科、神经外科、整形外科、妇科和五官科的手术，在癌症的治疗上也有一定成效。 最常见的封离型内腔式二氧化碳激光器的管壳是由硬质玻璃或石英材料制成的。常见为三层玻璃套管结构，其最内层是放电管，中间层是水冷套，外层是储气管。在内外层之间有气体循环通路，这是为了保证混合气体的均匀分布而设计的。其光学谐振腔通常用平凹球面腔。球面镜可用石英或其他光学玻璃做基片，然后，在表面上镀层金属膜。平面镜是输出窗片，要求它对10.6μm的激光有很好的透过率，且表面不易损伤，机械性能好等。一般中小功率的激光器常常采用锗单晶做输出片，大功率的用砷化镓
.实验一 利用共焦扫描干涉仪分析激光器的模式 一、实验目的 1.了解稳定球面腔激光器的模式结构； 2.掌握利用共焦扫描干涉仪分析激光器输出模式的方法。 二、实验原理 1.激光模式的一般分析 由光学谐振腔理论可以知道，稳定腔的输出频率特性为： L C V mnq η2= [)1(1+++n m q π]cos -1[(1—1R L )(1—2R L )]1/2 (1) 其中：L —谐振腔长度； R 1、R 2—两球面反射镜的曲率半径； q —纵横序数； m 、n —横模序数； η—腔内介质的折射率。 横模不同（m 、n 不同），对应不同的横向光场分布（垂直于光轴方向），即有不同的光斑花样。正因为如此，人们常用目测方法判断激光器的横模结构，这对于简单且规范的横模花样较方便，但对于复杂的横模，目测则很困难。精确的方法是借助于仪器测量，本实验就是利用共焦扫描干涉仪来分析激光器输出的横模结构。 由（1）式看出，对于同一纵模序数，不同横模之间的频差为： )(1 2' ':n m L C n m mn ??π ηυ?+= cos -1[（1－1R L ）(1－2R L )]1/2 （2） 其中：Δm=m －m ′； Δn=n －n ′ 对于相同的横模，不同纵模间的频差为 q L C q q ?ηυ?2':= 其中：Δq=q －q ′，相邻两纵模的频差为
L C q ηυ?2= （3） 由（2）、（3）式看出，稳定球面腔有如图1—1的频谱。 （2）式除以（3）式得 cos )(1 '':n m n m mn q ??π ν??+=-1[(1－1R L )(1－2R L )]1/2 （4） 设： q n m mn υ?υ??'':= ； S= π 1 cos -1[(1－ )]1)(2 1R L R L -1/2 Δ表示不同的两横模（比如υ00与υ10） 之间的频差与相邻两纵模之间的频差之比，于是（4）式可简写作： S n m ? = ?+?)( （5） 只要我们能测出Δ，并通过产品说明书了解到L 、R 1、R 2（这些数据生产厂家常给出），那么就可以由（5）式求出（Δm +Δn ）。如果我们选取m=n=0作为基准，那么便可以判断出横模序数m 、n 。 例如，我们通过测量和计算求得（Δm +Δn ）=2，那么，激光器可能工作于υ00、 υ 10、υ01、υ11、υ20、υ02。 2.共焦球面扫描干涉仪的基本工作原理 共焦球面扫描干涉仪由两块镀有高反射率的凹面镜构成，如图1—2。反射镜的曲率半径R 1=R 2=L 。
几种常用激光器的概述 一、CO2激光器 1、背景 气体激光技术自61年问世以来，发展极为迅速，受到许多国家的极大重视。特别是近两年，以二氧化碳为主体工作物质的分子气体激光器的进展更为神速，已成为气体激光器中最有发展前途的器件。 二氧化碳分子气体激光器不仅工作波长(10.6微米)在大气“窗口”，而且它正向连续波大功率和高效率器件迈进。1961年，Pola-nyi指出了分子的受激振动能级之间获得粒子反转的可能性。在1964年1月美国贝尔电话实验室的C.K.N.Pate 研制出第一支二氧化碳分子气体激光器，输出功率仅为1毫瓦，其效率为0.01%。不到两年，现在该类器件的连续波输出功率高达1200瓦，其效率为17 %，电源激励脉冲输出功率为825瓦，采用Q开关技术已获得50千瓦的脉冲功率输出。最近，有人认为，进一步提高现有的工艺水平，近期可以达到几千瓦的连续波功率输出和30~40% 的效率。 2、工作原理 CO2激光器中，主要的工作物质由CO?，氮气，氦气三种气体组成。其中CO?是产生激光辐射的气体、氮气及氦气为辅助性气体。加入其中的氦，可以加速010能级热弛预过程，因此有利于激光能级100及020的抽空。氮气加入主要在CO?激光器中起能量传递作用，为CO?激光上能级粒子数的积累与大功率高效率的激光输出起到强有力的作用。CO?分子激光跃迁能级图CO?激光器的激发条件：放电管中，通常输入几十mA或几百mA的直流电流。放电时，放电管中的混合气体内的氮分子由于受到电子的撞击而被激发起来。这时受到激发的氮分子便和CO?分子发生碰撞，N2分子把自己的能量传递给CO2分子，CO?分子从低能级跃迁到高能级上形成粒子数反转发出激光。 3、特点 二氧化碳分子气体激光器不但具有一般气体激光器的高度相干性和频率稳定性的特点,而且还具有另外三个独有的特点： （1）工作波长处于大气“窗口”，可用于多路远距离通讯和红外雷达。 （2）大功率和高效率( 目前，氩离子激光器最高连续波输出功率为100瓦，其效率为0.17 %，原子激光器的连续波输出功率一般为毫瓦极,其效率约为0.1%，而二氧化碳分子激光器连续波输出功率高达1200瓦,其效率为17%）。 （3）结构简单，使用一般工业气体，操作简单，价格低廉。由此可见,随着研究工作的进展、新技术的使用，输出功率和效率会不断提高,寿命也会不断增长,将会出现一系列新颖的应用。例如大气和宇宙通讯、相干探测和导航、超外
设计笔记: HFDN-26.3 Rev. 1; 04/08 MAX3735A激光驱动器输出配置 第4部分：驱动VCSEL Maxim Integrated Products
MAX3735A输出配置，第4部分：驱动VCSEL 1 前言 MAX3735A为直流耦合SFP激光驱动器，专为数据速率达 2.7Gbps (参考文献1)的应用设计。MAX3735A具有多速率、小封装、APC环路、监视器输出等特性，符合SFP安全/定时规范，非常适合工作在宽数据速率范围的各种光模块应用。MAX3735A的输出用来驱动直流耦合、边缘发射、共阳极激光器，也可以用于驱动其它各种激光器配置(参考文献2, 3)。 本设计笔记(第4部分)将详细讨论VCSEL驱动，该系列设计笔记的目的在于讨论各种输出配置的优缺点，所提供的原理图和范例有助于模块设计人员在其应用中选择最佳的输出结构。 MAX3735A只是讨论这些接口的一个范例，相关技术同样适用于其它激光驱动器，如MAX3737、MAX3735、MAX3850以及MAX3656，它们具有相似的输出结构。 2 驱动VCSEL 垂直腔面发射激光器(VCSEL)通常用于以太网和其它短距离通信应用。目前有许多专用于VCSEL 的激光驱动器，例如MAX3740、MAX3741和MAX3996。本篇应用笔记旨在提供MAX3735A 驱动共阳或隔离VCSEL的方案，适合边缘发射激光器与VCSEL共用一个驱动器的应用。 2.1 用MAX3735A驱动VCSEL的优点 1.一个器件多种应用—用MAX3735A驱动 VCSEL允许模块制造商在多模块应用中 (例如以太网、SONET、长程、短程等)使 用一个驱动器芯片。 2.增加调制电流—与传统的VCSEL驱动器 相比，用MAX3735A能够提供更大的激 光驱动电流。 2.2 用MAX3735A驱动VCSEL的缺点 3.交流耦合—典型VCSEL的正向电压和串 联电阻高于边缘发射激光二极管。这些因 素使直流耦合变得更加困难，甚至难以实 现。交流耦合的缺点是引入了低截止频 率，导致抖动和基线漂移。详细信息请参 考第3.3节。 2.3 VCSEL与边缘发射激光器 VCSEL与边缘发射激光器相比，串联电阻、正向电压和斜率效率等参数不同。这些参数会大大影响用于驱动激光器的输出配置类型以及所需要的驱动电流。 2.3.1串联电阻 边缘发射激光器具有4?至7?的典型串联电阻。VCSEL串联电阻与其构造中的层数有关。为工作在更高的速率，需要更多的层数，这样会导致串联电阻增加。例如，用于10Gbps系统的VCSEL具有45?至80?的串联电阻，而在1Gbps或2Gbps应用中，VCSEL的串联电阻为20?至50?。
摘要：本文描述了激光器及其驱动、APC及消光比温度补偿电路原理与光模块核心电路设计技术，并简单介绍了半导体激光器的基本结构类型和各自应用特性，着重论述了激光器驱动电路、APC电路、消光比温度补偿电路原理与应用技术，对激光器调制输出接口电路信号与系统也进行了详细的分析计算。 关键词：半导体激光器，驱动，调制电路，APC，温度补偿，阻抗匹配，信号分析，系统 1. 引言 随着全球信息化的高速发展，人们的工作、学习和生活越来越离不开承载着大量信息的网络，对网络带宽的要求还在不断提高，光载波拥有无比巨大的通信容量，预计光通信的容量可以达到40Tb/s，并且和其他通信手段相比，具有无与伦比的优越性，未来有线传输一定会更多的采用光纤进行信息传递。近几年以来，干线传输、城域网、接入网、以太网、局域网等越来越多的采用了光纤进行传输，光纤到路边FTTC、光纤到大楼FTTB、光纤到户FTTH、光纤到桌面FTTD正在不断的发展，光接点离我们越来越近。在每个光接点上，都需要一个光纤收发模块，模块的接收端用来将接收到的光信号转化为电信号，以便作进一步的处理和识别。模块的发射端将需要发送的高速电信号转化为光信号，并耦合到光纤中进行传输，发射端需要一个高速驱动电路和一个发射光器件，发射光器件主要有发光二极管（LED）和半导体激光器（LD）。LED和LD的驱动电路有很大的区别，常用的半导体激光器有FP、DFB 和VCSEL三种。WTD光模块通常所用发射光器件为FP和DFB激光器。
2. 半导体激光器 半导体激光器作为常用的光发射器件，其体积小、高频响应好、调制效率高、调谐方便，且大部分激光器无需制冷，是光纤通信系统理想的光源。激光器有两种基本结构类型：（1）边缘发射激光器，有FP（Fabry-Perot）激光器和分布反馈式（DFB）激光器。FP 激光器是应用最广的一种激光器，但是其噪声大，高频响应较慢，出光功率小，因此FP 激光器多用于短距离光纤通信。而DFB 激光器则具有较好的信噪比，更窄的光谱线宽，更高的工作速率，出光功率大，因此DFB 激光器多用在长距离、高速率光传输网络中。（2）垂直腔面发射激光器（VCSEL），是近几年才成熟起来的新型商用激光器，有很高的调制效率和很低的制造成本，特别是短波长850nm 的VCSEL，在短距离多模光纤传输系统中现在已经得到非常广泛的应用。 2.1 光电特性 半导体激光器是电流驱动发光器件，只有当激光器驱动电流在门限（阈值）电流以上时，半导体激光器二极管才能产生并持续保持连续的光功率输出，对于高速电流信号的切换操作，一般是将激光器二极管稍微偏置在门限（阈值）电流以上，以避免激光器二极管因开启和关闭所造成的响应时间延迟，从而影响激光器光输出特性。激光器光功率输出依赖于其驱动电流的幅度和将电流信号转换为光信号的效率（激光器斜效率）。激光器是一个温度敏感器件，其阈值电流th I 随温度的升高而增大，激光器的调制效率（单位调制电流下激光器的出光功率，量纲为mW/mA）随温度的升高而减小。同时激光器的阈值电流th I 还随器件的老化时间而变大，随器件的使用时间而变大。 激光器二极管的阈值电流和斜效率与激光器的结构，制作工艺，制造材料以及工作温度密切相关，随着温度的增加。 激光器二极管的阈值电流th I 定义为激光器发射激光的最小电流，th I 随着温度的升高呈现指数形式增大，下面的等式是th I 关于温度的函数，通过此等式可对激光器阈值电流进行估算： 1 01()*t t th I t I K e =+ （2.1.1） 其中，0I 、1K 和1t 是激光器特定常数，例如，DFB 激光器0I =1.8mA, 1K =3.85mA, 1t =40℃。 激光器斜效率Se （Slope efficiency）定义为激光器输出光功率与输入电流的比值， Se 随着温度的升高呈现指数形式减小，下面的等式是Se 关于温度的函数，通过此等式可对激光器斜效率进行估算： 0()*s t t Se t Se Ks e =? （2.1.2） 同样，以DFB 激光器为例，其典型温度s t ≈40℃，其它两个激光器常数为0Se =0.485mW/mA, Ks =0.033mW/mA。