半导体激光器的自动功率控制_APC_功能模块

半导体激光器的自动功率控制_APC_功能模块半导体激光器的自动功率控制 (Automatic Power Control, APC) 功

能模块是一种用于控制激光器输出功率的技术。它通过反馈回路监测激光

器的输出功率，并根据设定的目标功率值调节激光器的工作点，从而实现

输出功率的稳定控制。

APC功能模块通常包括以下几个主要组成部分：功率检测器、控制电

路和调制元件。下面将对每个组成部分进行详细介绍，以及其在APC功能

模块中的作用：

1.功率检测器：功率检测器用于实时监测激光器的输出功率。通常使

用光敏二极管或光电二极管作为功率探测器。当光束从激光器发出时，一

部分光束通过功率检测器，被转换成电信号并测量功率大小。这样，就可

以获得实时的输出功率信息。

2.控制电路：控制电路是APC功能模块的核心部分。它根据功率检测

器测得的输出功率信号与设定的目标功率进行比较，并根据比较结果来调

节激光器的工作点。当检测到输出功率低于目标功率时，控制电路会增加

激光器的驱动电流，以提高输出功率。反之，当检测到输出功率高于目标

功率时，控制电路会减小驱动电流，以降低输出功率。控制电路通常采用

反馈控制的方式，使功率稳定在设定的目标功率附近。

3.调制元件：调制元件用于调节激光器的工作点，从而改变输出功率。常用的调制元件有可变电阻或变容器。通过改变电阻或容值，可以调节电

流通过激光器的大小，进而改变输出功率。

1.稳定性：APC功能模块可以实时监测激光器的输出功率，并对输出

功率进行调节，保持在设定的目标功率范围内。这样可以保证激光器输出

功率的稳定性，从而提高激光器在各种应用中的可靠性。

2.自动控制：APC功能模块具有自动控制的特点，无需人工干预，能

够根据设定的目标功率自动调节激光器的工作点。这样可以节省人力资源，并提高激光器使用的便利性。

3.灵活性：APC功能模块可以根据不同的应用需要进行灵活调整。通

过设置目标功率值，可以实现对输出功率的精确控制。同时，调制元件的

特性也可以根据具体需求进行选择和调整。

综上所述，半导体激光器的APC功能模块是一种实现激光器输出功率

稳定控制的重要技术。它通过利用功率检测器，控制电路和调制元件的协

同作用，能够实现对激光器输出功率的实时监测和自动调节，从而提高激

光器的可靠性和使用便利性。

激光器设计原理讲解

引言光纤传感器自20世纪70年代以来，以其具有的灵敏度高、耐腐蚀、抗电磁干扰能力强、安全可靠等特点取得了飞速的发展。同时，这些特性也使它可以实现某些特殊条件下的测量工作，比起常规检测技术具有诸多优势，是传感技术发展的一个主导方向。作为光纤传感器中关键的光学元件之一的光源，其稳定度直接影响着光纤传感器的准确度。本文所涉及的光纤传感器采用的是半导体激光器光源，半导体激光器具有单色性好、方向性好、体积小、光功率利用率高等优点，但是，光功率输出受外界环境变化的影响较大。因此，本文针对半导体激光光源的工作原理和特性，设计了一种简单可行的自动功率控制(APC)驱动电路，通过背向监测光电流形成反馈，实现恒功率控制。并且，引入了慢启动电路，防止电源电压的干扰，使激光器不会受到每次开启电源时产生的过流冲击，延长了激光器的使用寿命。经实验验证，该电路解决了激光器在使用中输出功率不稳定的问题，其稳定度优于0.5%，达到了较好的稳流效果。 1 光源的工作原理和特性目前，实际应用的光源有表面光发射二极管(LED)、激光二极管(LD)、超辐射二极管(SLD)、超荧光光源(SFS)等。随着光纤传感技术的迅速发展，体积小、质量轻、功耗小、容易与光纤耦合的LD等半导体光源应用越来越广泛。本文主要研究半导体LD的驱动设计。 1.1 LD发光机理分析 LD的基本结构为：垂直于PN结面的一对平行平面构成法布里-珀罗谐振腔，它们可以是半导体晶体的解理面，也可以是经过抛光的平面。其余两侧面则相对粗糙，用以消除主方向外其他方向的激光作用。当半导体的PN结加有正向

电压时，会削弱PN结势垒，迫使电子从N区经PN结注入P区，空穴从P区经过PN结注入N区，这些注入PN结附近的非平衡电子和空穴将会发生复合，从而发射出波长为λ的光子，其公式 λ=hc/Eg， (1) 式中 h为普朗克常数;c为光速;Eg为半导体的禁带宽度。如果注入电流足够大，则会形成和热平衡状态相反的载流子分布，即粒子数反转。当有源层内的载流子在大量反转情况下，少量自发辐射产生的光子由于谐振腔两端面往复反射而产生感应辐射，造成选频谐振正反馈，或者说对某一频率具有增益。当增益大于吸收损耗时，就可从PN结发出方向性好、相干性强、亮度高、频带窄的激光。LD除了具备一般激光的相干性好、方向性强、发散角小、能量高度集中外，还具有光电转换效率高、输出功率大、体积小、重量轻、结构简单、抗震性强等特点。 1.2 LD输出特性图1是一种典型的半导体激光器在不同温度下的输出功率与正向驱动电流的关系曲线。为了便于看清楚，图中底部的近似直线部分有意抬高了一些。由图1中可以看出：当驱动电流低于阈值时，激光器只能发射出荧光，只有当驱动电流大于激光器的阈值电流时，激光器才能正常工作发出激光，因此，要使LD发射激光，就要供给LD略大于阈值电流的工作电流。而且，LD的阈值电流受温度的影响，温度越高，相应的阈值电流越大。在某一温度下，当驱动电流低于阈值电流时，输出光功率近似为零;当驱动电流高于阈值时，输出激光，光输出功率随着驱动电流的增大而迅速增加，并近似呈线性上升。

半导体激光器的自动功率控制_APC_功能模块

半导体激光器的自动功率控制_APC_功能模块半导体激光器的自动功率控制 (Automatic Power Control, APC) 功能模块是一种用于控制激光器输出功率的技术。它通过反馈回路监测激光器的输出功率，并根据设定的目标功率值调节激光器的工作点，从而实现输出功率的稳定控制。 APC功能模块通常包括以下几个主要组成部分：功率检测器、控制电路和调制元件。下面将对每个组成部分进行详细介绍，以及其在APC功能模块中的作用： 1.功率检测器：功率检测器用于实时监测激光器的输出功率。通常使用光敏二极管或光电二极管作为功率探测器。当光束从激光器发出时，一部分光束通过功率检测器，被转换成电信号并测量功率大小。这样，就可以获得实时的输出功率信息。 2.控制电路：控制电路是APC功能模块的核心部分。它根据功率检测器测得的输出功率信号与设定的目标功率进行比较，并根据比较结果来调节激光器的工作点。当检测到输出功率低于目标功率时，控制电路会增加激光器的驱动电流，以提高输出功率。反之，当检测到输出功率高于目标功率时，控制电路会减小驱动电流，以降低输出功率。控制电路通常采用反馈控制的方式，使功率稳定在设定的目标功率附近。 3.调制元件：调制元件用于调节激光器的工作点，从而改变输出功率。常用的调制元件有可变电阻或变容器。通过改变电阻或容值，可以调节电流通过激光器的大小，进而改变输出功率。

1.稳定性：APC功能模块可以实时监测激光器的输出功率，并对输出功率进行调节，保持在设定的目标功率范围内。这样可以保证激光器输出功率的稳定性，从而提高激光器在各种应用中的可靠性。 2.自动控制：APC功能模块具有自动控制的特点，无需人工干预，能够根据设定的目标功率自动调节激光器的工作点。这样可以节省人力资源，并提高激光器使用的便利性。 3.灵活性：APC功能模块可以根据不同的应用需要进行灵活调整。通过设置目标功率值，可以实现对输出功率的精确控制。同时，调制元件的特性也可以根据具体需求进行选择和调整。综上所述，半导体激光器的APC功能模块是一种实现激光器输出功率稳定控制的重要技术。它通过利用功率检测器，控制电路和调制元件的协同作用，能够实现对激光器输出功率的实时监测和自动调节，从而提高激光器的可靠性和使用便利性。

光纤通信考试复习重点

简答题一、光纤通信的特点？优点：1、速率高，传输容量大；2、损耗低，传输距离远；3、抗干扰能力强，保密性好；4、质量轻，敷设方便；5、耐腐蚀，寿命长；缺点：线路施工过程中连接较复杂，造价高。二、光纤通信系统的基本组成，各个单元的作用？主要组成部分包括光纤、光发送器、光接收机、光中继器和适当的接口设备。光发送机：把输入电信号转换为光信号，最大限度地耦合到光纤线路。光纤线路：把来自光发射机的光信号以尽可能小的畸变和衰减传输到光接收机。光接收机：把光纤线路输出的微弱光信号转换为电信号，并经放大处理后恢复成原始信号。三、半导体激光器的结构原理？四、新型半导体激光器 1、分布反馈DFB激光器优点：①单纵模激光器；②谱线窄，波长稳定性好；③动态谱线好；④线性好。 2、分布布拉格反射DBR激光器优点：增益区和它的波长选择是分开的，因此可以对它们分别进行控制。 3、量子阱QW激光器优点：①阈值电流低，输出功率大。

② 单纵模，谱线窄，利于调制。③ 温度要求低。无需温度控制，无需制冷器。④ 外微分量子效率大。⑤ 频率啁啾小，动态单纵模特性好。 4、垂直腔面发射激光器VCSEL 优点：① 实现极低阈值工作；② 平行光互连和光信息处理；③ 圆形光斑，发散角小，方向性好；④ 动态单纵模工作；⑤ 高密度集成；⑥ 适合光电集成电路OEIC 结构。五、数字光发送机基本组成，各单元模块功能？采用直接调制（IM ）的光发送机主要包括：输入电路（输入盘）和电／光转换电路（发送盘）。（1）均衡器的作用是对由PCM 电端机送来的HDB3码或CMI 码流进行均衡，用以补偿由电缆传输所产生的衰减和畸变，保证电、光端机间信号的幅度、阻抗适配，以便正确译码。（2）码型变换的作用是将适合在电缆中传输的双极性码，通过码型变换转换为适合于光纤线路传输的单极性码。（3）扰码电路的作用就是当线路码流出现长连“0”或长连“1” 的情况，有规律地破坏长连“0”和长连“1”的码流，从而使“0”、光信号输出NRZ 码 HDB3(CMI)电信号输入均衡放大码型变换信号扰码线路编码驱动电路光源时钟提取APC ATC 光监测告警输出输入盘发送盘

稳定光源

9.1 稳定光源 ? 在光纤通信技术中，进行光纤衰耗的测量，连接损耗的测量、活动连接器损耗以及光电器件或光收端机灵敏度的测量，光源是不可缺少的信号源。光源大体可分为三类：可见光源、稳定光源和宽谱线光源（白色光源、卤素灯光源等）。 ? 9.1.1 稳定光源原理? 稳定光源，即其输出光功率、波长及光谱宽度等特性（主要是光功率）应当是稳定不变的，当然，绝对稳定不变是不可能的，只是在给定的条件下（例如一定的环境、一定的时间范围内）其特性是相对稳定的。若要达到一定的指标要求，稳定光源应有一定的措施以保证其特性的稳定。一般采取APC（自动功率控制）电路和ATC （自动温度控制）电路等措施。图9-1绘出了一般稳定光源的原理方框图。 ? 1．A TC电路 ? 一般半导体激光器（LD）和发光二极管（LED）等发光器件都有温度特性，随着温度变化（包括环境温度的变化和光源本身因工作而发热所引起的温度变化）其输出功率会发生变化。因此，稳定光源都设有自动温度控制电路（ATC），控制发光器件的环境温度在一定范围内，一般常见的A TC电路是利用微型（半导体）致冷器，再用温度传感器（如热敏电阻等）将温度的变化信息传递给控制电路，后者用来控制致冷器的电流，以改变其致冷量，从而保持发光器件周围的温度恒定。 2．APC电路采用自动（光）功率控制电路是直接控制发光器件的输出光功率大小的一种有效措施。因为发光器件输出光功率的大小与其调制和驱动信号的强度有关（主要指的是调制信号和偏置电流），因此如果设法对这些信号加以有目的地控制，就可以从另一方面（外因）控制发光器件输出光功率的大小。常见的方法是利用监测探测器，对发光器件的输出光功率的大小加以监测，再将监测到的信息反馈至发光器件驱动电路的输入端，去控制驱动电路信号的强弱，再将监测到的信息反馈至发光器件驱动电路的输入端，去控制驱动电路信号的强弱，类似于电子电路中的负反馈原理。一般发光器件前向输出光功率的同时，背向也会有光辐射出来，而且两者的强弱保持一定的比例，也就是说背向光也反映了发光器件输出光功率的大小。监测探测器只要将背向光接收下来再反馈至驱动电路输入端，就可以达到功率控制的目的。例如，如果输出光功率有增加的趋势，则背向光亦增强，于是

半导体激光器的原理

半导体激光器的原理一、半导体激光器概述半导体激光器，也称为二极管激光器或固态激光器，是一种基于半导体的光放大器。其核心部分是一个PN结，当电流注入时，电子与空穴在结区结合，释放出能量，并以光子的形式辐射出去。半导体激光器的显著特点包括体积小、寿命长、功耗低、光谱线宽窄、调制带宽大等。在过去的几十年里，半导体激光器经历了飞速的发展，现已广泛应用于通信、医疗、军事、工业等领域。二、能级结构和工作原理半导体激光器的能级结构由基态、激发态和连续态组成。基态是低能态，也称为电子的“无辐射跃迁”态；激发态是高能态，电子在此状态下可以释放出光子；连续态是介于基态和激发态之间的状态，电子可以在此状态和基态之间跃迁。当电流注入半导体时，电子和空穴在PN结区域复合，释放出能量。如果这个能量等于或超过阈值（即足以激发电子跃迁到激发态的能量），则电子从基态跃迁到激发态。在激发态上，电子会与空穴结合形成光子，当这些光子在半导体晶体中产生足够强的相干光时，就会产生激光输出。三、关键参数和技术指标 1.阈值电流：阈值电流是指开始产生激光输出的最小电流。降低阈值电流可以提高半导体激光器的性能。 2.波长：波长是衡量半导体激光器性能的重要参数，它决定了激光的频率和颜色。不同波长的激光有不同的应用领域。

3.输出功率：输出功率决定了激光器的亮度或强度。提高输出功率可以提高激光器的应用范围。 4.调制速度：调制速度是指激光器输出功率随时间变化的速度。高速调制速度可以提高数据传输速率。 5.光谱线宽：光谱线宽是指激光器输出的光谱范围。线宽越窄，光谱质量越高。 6.可靠性：由于半导体激光器中的PN结在工作时会产生热量，导致结温升高，这可能会影响其可靠性。因此，如何有效散热和控制温升是提高半导体激光器可靠性的关键。四、应用领域和未来发展方向 1.通信领域：半导体激光器在光纤通信中发挥着重要作用，用于实现高速数据传输和大容量通信系统。随着5G和未来的6G通信技术的发展，对高速调制和大容量通信系统的需求将进一步增加，这将推动半导体激光器技术的进步。 2.显示领域：半导体激光显示技术以其高亮度、高对比度、高色彩饱和度和快速响应等优点成为新一代显示技术的重要发展方向。随着显示技术的发展和消费者对高品质显示体验的需求增加，半导体激光显示的应用前景将更加广阔。 3.医疗领域：半导体激光器在医疗领域的应用包括激光手术、光动力疗法、生物组织检测等。随着医疗技术的进步和对个性化治疗的需求增加，半导体激光器的应用将更加广泛。

光模块工作原理简介

光模块工作原理简介目录摘要 (2) 关键词 (2) 1引用的文档和参考标准说明 (2) 2缩写说明 (2) 3正文 (2)

摘要以SFP光模块为例，介绍光模块内部的组成和工作原理。关键词 SFP光模块 1引用的文档和参考标准说明 2缩写说明 SFP：Small Form-factor Pluggable 小型化可插拔 3正文光模块是我们群路科都要用到的PHY层的器件，虽然封装，速率，传输距离有所不同，但是其内部组成基本是一致的。SFP收发合一Transceiver因其小型化，热插拔方便，支持SFF8472标准，模拟量读取方便（IIC读取），且检测精度高（+/-2dBm以内）而逐渐成为运用的主流，下面就以SFP光模块为例，介绍其内部的组成和相关的工作原理。 SFP内部结构图 SFP光模块的内部结构：由上图可见，光模块主要部分是由光发射组件，激光驱动器，光接收组件（L16.2光模块光接收部分使用APD接收机，还需要升压电路），限幅放大器和控制器组成的。驱动芯片和限幅放大器一般都支持从155Mb/s到2.67Gb/s多速率。速率不同，传输距离不同的光模块有很多只是前端光组件的差别，高速率SFP光模块BOM成本的90％都集中在光组件上。由上图还可以看出，为了保证上电顺序，SFP光模块的金手指部分的长度是不一样的，最长的是信号地，其次是电源，最短的是信号，这样在插拔的时候就保证了地－电源－信号的顺序。光发射组件 TOSA（Transmiter Optical Sub-Assembly）：常用的光发射组件由两大类，一类是采用发光二极管LED封装的TOSA，一类是采用半导体激光二极管LD封装的TOSA。前者谱线宽，耦合效率低（虽然LED可以发出几毫瓦的光功率，但是方向性差，能

半导体激光器功率控制系统的研究

龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/1719329087.html, 半导体激光器功率控制系统的研究作者：郭倩朱耀麟朱磊刘秀平来源：《现代电子技术》2018年第18期摘要：为了保障半导体激光器具有稳定的发射功率和良好的工作环境，设计完成了自动功率控制电路和自动温度控制电路。采用负反馈运算放大电路构成恒流源，光电反馈实现闭环控制，可稳定输出功率。同时，利用FPGA控制DRV593驱动半导体制冷器完成自动温度控制，将半导体激光器的工作温度控制在一定范围内。实验结果表明，系统工作时，温度控制精度可达[±0.1] ℃，激光器功率稳定度优于0.74%，实现了精确的功率控制，满足实际应用需求。关键词：自动功率控制；自动温度控制；光电反馈；半导体制冷器；激光器；恒流源中图分类号： TN248.4?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2018）18?0147?03 Research on power control system of semiconductor laser GUO Qian， ZHU Yaolin， ZHU Lei， LIU Xiuping （School of Electronics and Information，Xi’an Polytechnic University，Xi’an 710048，China） Abstract： The automatic power control （APC） circuit and automatic temperature control （ATC） circuit were designed and completed to guarantee the stable transmission power and good working environment of the semiconductor laser. The operation amplifying circuit with negative feedback is adopted to form the constant current source. Closed loop control is realized by using optoelectronic feedback， so as to stabilize output power. Automatic temperature control is achieved by using the FPGA to control the DRV593 driven semiconductor cooler， so as to control the working temperature of the semiconductor laser in a certain range. The experimental results show that the system has temperature control accuracy of ±0.1 ℃ and laser power stability of higher than 0.74%， which can realize accurate power control and meet practical application requirements. Keywords： automatic power control； automatic temperature control； optoelectronic feedback； semiconductor cooler； laser； constant current source 無线激光通信利用激光作为载体在自由空间中进行通信，是一种远距离激光信号发射与接收的技术[1]。光纤通信与无线激光通信同属光通信范畴，光纤通信属于有波导光通信，而无线激光通信属于大气波导的光通信[2]。无线激光通信无需铺设光纤，不受传输介质的影响[3]。半导体激光器是无线光通信中的重要单元，本文讨论半导体激光器的功率控制问题。

元器件科普之激光二极管的原理和应用

元器件科普之激光二极管的原理和应用 1 、简述激光二极管是上世纪60年代发明的一种光源半导体激光器，又称镭射管(Laser Diode)。LASER是取"Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation（基于受激发射的光放大）"的首字母组成的缩写单词，通常简称为LD。由于可产生波长及相位等性质完全一样的光，因此相干性高是其最大特点。早期因只能够发出低光度的红光，被惠普买下专利后当作指示灯利用。如下是当前市面上最常见的激光二极管实物图及内部连接图： 2 、工作原理可用下图（2）来简单说明激光二极管的发光原理：激光二极管中的P-N结由两个掺杂的砷化镓层形成。它有两个平端结构，平行于一端镜像（高度反射面）和一个部分反射。要发射的光的波长与连接处的长度正好相关。当P-N结由外部电压源正向偏置时，电子通过结而移动，并像普通二极管那样重新组合。当电子与空穴复合时，光子被释放。这些光子撞击原子，导致更多的光子被释放。随着正向偏置电流的增加，更多的电子进入耗尽区并导致更多的光子被发射。最终，在耗尽区内随机漂移的一些光子垂直照射反射表面，从而沿着它们的原始路径反射回去。反射的光子再次从结的另一端反射回来。光子从一端到另一端的这种运动连续多次。在光子运动过程中，由于雪崩效应，更多的原子会释放更多的光子。这种反射和产生越来越多的光子的过程产生非常强烈的激光束。在上面解释的发射过程中产生的每个光子与在能级，相位关系和频率上的其他光子相同。因此，发射过程给出单一波长的激光束。为了产生一束激光，必须使激光二极管的电流超过一定的阈值电平。低于阈值水平的电流迫使二极管表现为LED，发出非相干光。

光功率自动控制电路

光功率自动控制电路摘要:介绍一种采用美国B-B公司三个放大器INA114、OPA177和OPA547构成的光功率自动控制电路。该电路具有集成度高、元件少、造价适中、性能稳定的特点。并已在实际应用中取得良好效果。关键词:仪表放大器电压跟随器功率自动控制光纤通讯 INA114 INA177 OPA547 在光纤通讯系统中,光发送电路主要由光源驱动器、光源(主要是半导体光源,包括LED、LD等)、光功率自动控制电路(APC)、检测器、温度自动控制(ATC)以及告警电路等部分组成。其组成结构如图1所示。要使半导体激光器克服供电电源波动、器件老化等因素的影响,确保激光器输出功率稳定,就必须设计自动功率控制(APC)电路。 1 激光器的调制及背光耦合为了方便进行自动功率控制,通常半导体激光器内部将激光器LD与背向光检测器PIN集成在一起,其典型工作特性如图2所示。根据背向光检测器PIN对LD的耦合特性(见图3)可设计适当的外围电路,以完成对LD的自动光功率控制。 2 三个主要器件由于工作需要,我们选用美国B-B公司生产的三种运算放大器INA114、OPA177和OPA547为光发射机设计了自动功率控制(APC)电路,该电路具有集成度高、元件少、造价适中、性能稳定的特点,实际应用效果较果,现介绍如下:

INA114是一种低价格、小体积的通用仪表放大器,精度较高。由于在产生中采用了激光工艺,从而使INA114具有非常低的失调电压(50μV)和温漂(0.25μV/?)以及很高的共模抑制比(G=1000时为115dB),工作电压可以以低至?2.25V,很适合于电池供电的便携式仪器或采用+5V供电的系统中,静态电流最大为 3mA。采用8脚塑料或陶瓷DIP封装或16脚贴面封装形式,工作温度范围为-40?,+85?。其8脚封装的引脚排列如图4所示。 OPA177是一个精密双极性运算放大器,它个有非常低的失调电压(?10μV)和温漂(0.1μV/?)。由于芯片内部采用了精密的激光修整技术,因此无须外部元件调整失调电压、输入偏置电流和温漂。OPA177具有非常低的静态电流(典型值为1.5mA)和噪声(?150mVrms,1,100Hz条件下),因而可极大地降低漂移和误差,从而保证芯片的精度。OPA177采用8脚塑料、陶瓷DIP封装或SO-8贴面封装形式。其高性能、低价格的特点可满足多种精密仪器仪表的使用要求。其引脚排列如图5所示。 OPA547也是一个低价格和高电压/大电流运算放大器,具有优良有小信号放大性能,用其驱动多种负载非常理想,可单电源或双电源工作,在单电源工作时,输入的共模电压范围可扩展至地。而且内部具有过温和电流过载保护,此外,用户还可根据需要进行精密的限制设计,用,150μA的控制信号即可将输出限制电流从0调整至750mA,调整器件可能是电阻、电位器或数控的具有电流或电压输出的数模转换器DAC。启动/状态(E/S)管脚可提供两种功能,不仅可以禁止输出从而有效断开负载,

光纤通信中的光源

光纤通信中的光源光源器件是光纤通信设备的核心，它的作用时间电信号转换成光信号。光纤通信中常用的光元器件有半导体激光二极管（LD，或称半导体激光器）和半导体发光二极管（LED）两种。由于光纤通信系统中的传输媒介是光纤，因此，作为光源的发光器件，应满足以下基本要求： 1. 体积小，发光面积应与光纤芯径的尺寸相匹配，而且光源和光纤之间应有较高的耦合效率。 2. 发射的光波波长应适合光纤的两个低损耗波段，即短波长 0.8~0.9um和波长 1.2~1.6um。 3. 可以直接进行光强度调制，而且与调制器的连接应该是很方便的。 4. 可靠性高，工作寿命长，稳定性好，互换性好。 5. 发射的光功率应足够大，并且响应速度要快。 6. 温度特性要好。当温度变化时，其输出光功率及工作波长的变化在允许的范围内。这两种器件的发射波长与光纤的低损耗或低色散波长相一致；能够在室温下连续工作、输出功率满足光纤通信系统的要求; 谱线宽度可以做的较窄，以减少光纤中的色散的影响此外，它们还具有体积小、重量轻、使用寿命长、与光纤耦合效率高、调制简便等一系列优点。在光纤通信中，占主要地位的是半导体激光二极管，它主要用于长距离和大容量（高码速）的光纤通信系统中，其次是发光二极管，可用于短距离、低容量系统或者用于模拟系统

工作物质为半导体晶体的一类激光器称为半导体激光器，又称为半导体激光二极管（LD）。任何激光器为了实现激光振荡，都必须满足两个条件：一是具有增益介质，实现粒子数反转；二是具在谐振腔提供正反馈，正反馈通过增益介质两端的反射镜来实现。半导体激光的原理结构图所示: 在P区和N区之间的过度区为有源区，两个端面为自然解理面，它们与结面垂直，有源区长度一般为数百米，光反馈由解理面构成的F－P光学谐振腔来提供。谐振腔的作用是提供光学正反馈，以便在腔内建立并维持自激振荡，并控制激光束的特性。在自然解理面上，由于有源区的折射率n 与空气折射率不同构成折射镜R1 和R2，其折射率均为

【精品】光模块工作原理简介ZTE

【关键字】精品光模块工作原理简介目录摘要以SFP光模块为例，介绍光模块内部的组成和工作原理。关键词 SFP光模块 1引用的文档和参考标准说明 2缩写说明 SFP：Small Form-factor Pluggable 小型化可插拔 3正文光模块是我们群路科都要用到的PHY层的器件，虽然封装，速率，传输距离有所不同，但是其内部组成基本是一致的。SFP收发合一Transceiver因其小型化，热插拔方便，支持SFF8472标准，模拟量读取方便（IIC读取），且检测精度高（+/-2dBm以内）而逐渐成为运用的主流，下面就以SFP光模块为例，介绍其内部的组成和相关的工作原理。 SFP内部结构图 SFP光模块的内部结构：由上图可见，光模块主要部分是由光发射组件，激光驱动器，光接收组件（L16.2光模块光接收部分使用APD接收机，还需要升压电路），限幅放大器和控制器组成的。驱动芯片和限幅放大器一般都支持从155Mb/s到2.67Gb/s多速率。速率不同，传输距离不同的光模块有很多只是前端光组件的差别，高速率SFP光模块BOM成本的90％都集中在光组件上。由上图还可以看出，为了保证上电顺序，SFP光模块的金手指部分的长度是不一样的，最长的是信号地，其次是电源，最短的是信号，这样在插拔的时候就保证了地－电源－信号的顺序。光发射组件TOSA（Transmiter Optical Sub-Assembly）：常用的光发射组件由两大类，一类是采用发光二极管LED封装的TOSA，一类是采用半导体激光二极管LD封装的TOSA。前者谱线宽，耦合效率低（虽然LED可以发出几毫瓦的光功率，但是方向性差，能耦合到光纤中用于传输的部分只占1％－2％），但是价格低，使用寿命长，在低速短距的情况下还是有少量的运用，常用于百兆以太网多模光纤中短距离的数据传输，波长一般是1300nm。我们接触到的光模块一般都是采用的激光二极管。激光器的种类 1.VCSEL激光器（垂直表面腔发射激光器）：850nm波长，用于千兆以太网多模光纤短距传输，千兆以太网交换机大量使用该类型的光模块，传输光板不会用到，不详细介绍

高精度半导体激光器控制系统的设计与实现_开题报告

题目：高精度半导体激光器控制系统的设计与实现报告人：保密导师：隐私教授开题报告提纲：一、基本概念与原理二、研究意义三、控制对象四、设计内容五、进展计划六、参考文献一、基本概念与原理 1.1半导体激光器的概念及发展半导体激光器是以半导体材料作为工作物质的激光器。半导体激光器相比于其它种类的激光器，还具有单色性强、光谱集中、可高速直接调制、便携性、价格便宜、性能稳定等众多优点；因而常被用作光学仪器中的光源部分，并广泛应用于物质检测、环境监测、成份分析、计算机、通信、医疗、机械加工、航天和国防等领域，更是光电子学研究中不可或缺的器件之一。 1962 年，美国的克耶斯[1]（Keyes）等人发现砷化镓（GaAs）材料具有光发射现象。随后第一台同质结GaAs半导体激光器由美国的霍尔[2]（Hall）发明，至此揭开了半导体激光器发展的序幕。80年代初期，分子束外延、气相沉积等技术作为超薄层材料生长方法相继问世，电子束曝光和离子束刻蚀在超微细结构加工领域活跃，这些技术不仅促进了激光器的商品化，还为分布反馈（DFB）和垂直腔面发射（VCSEL）等新一代半导体激光器的诞生提供了条件[3]。早期的半导体激光器工作环境非常苛刻，只能在超低温下才能实现微秒脉冲工作。时至今日，半导体激光器的发展经历了半导体生长技术的提升和工作物质的更新换代，其腔体结构不断改进、性能不断优化，在短短的几十年内取得了如下令世人瞩目的成就：a、工作环境从超低温发展到常温[4]；b、阈值电流从几百毫安降至几十毫安，甚至亚毫安级别，并向着无阈值方向发展；c、波长范围从红外波段发展到蓝绿光波段[5]；d、光电转换效率不断提高，已优于60%以上[6]；e、使用寿命从几百小时发展到百万小时[7]；f、大功率半导体激光器、阵列激光器问世。 1.2半导体激光器工作原理增益介质、泵浦源和谐振腔是构成任何一款激光器的必要条件[8]。半导体激光器通过向PN结注入一定大小电流产生反转粒子的积累，并使之发生受激辐射；再通过谐振腔对光强的正反馈，使光子在谐振腔内产生激光振荡；最后，在满足产生激光的三个必要条件下，激光器在末端采用光纤耦合的方式，将产生的

基于FPGA的数字激光自动功率控制系统设计

基于FPGA的数字激光自动功率控制系统设计梁文家;亓淑敏;关可【摘要】The automatic power control of semiconductor lasers is an important way to solve the problem of threshold drift.In this paper a digital laser Automatic Power Control System was designed,which was composed of laser detection,A/D converter,SOC control,APC judgment,PWM feedback and low pass filters.This APC system used less hardware,and it achieved muti-level lasers control and muti-laser control by adding more PWM modules and simple modulate devices,which shortened the design period sharply.%半导体激光器的自动功率控制是解决激光器阈值漂移的重要手段,本文设计了一个基于FPGA的数字激光自动功率控制系统,该控制系统主要由光电检测、A/D转换、SOC控制、APC判定、PWM反馈输出及低通滤波几个部分组成。该自动功率控制系统使用硬件资源少,根据不同的设计要求,通过增加PWM模块和简单的模拟器件或者改变控制寄存器的设置,就可以实现多级激光功率和多个激光器的控制,可以大大缩短设计周期。【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2012(020)001 【总页数】4页(P151-153,157) 【关键词】半导体激光器;自动功率控制;现场可编程门阵列;阈值;漂移【作者】梁文家;亓淑敏;关可

激光发射接收系统设计原理.

上海磐川光电科技有限公司激光发射接收系统（激光发射接受）设计原理激光发射接收系统（激光发射接受器） 1. 产品概述：激光发射接收系统器或称激光发射接收器由两部分组成，一是激光发射模块，二是激光接收模块。（如图所示）激光发射器结果特定频率的调制，发射出一条准直极细的激光光束，通过特定波长的激光光电传感器接收到光信号，通过光电转换电路将光信号转换成电信号输出。 2. 产品特点性能参数： ✧激光准直度高，方向性好；✧光束细规则，精确度高； ✧接收灵敏度高，响应速度快； ✧信号输出接口灵活。接收到的信号可与通讯标准的信号/工业标准电压匹配；✧功耗低；电源要求低，低压直流即可；✧使用寿命长；✧可控距离长；

✧体积小，安装方便灵活；性能参数：Optical and Electrical Characteristics 参数符号数值单位激光功率（Optical power） P 5-100 mW 光束发散度 Divergence RMS <1 mrad 电源电压 Power Voltage U 5/12 DCV 工作电流 Op. Current I <40/<100 mA 有效距离eff.distance L 0-1/1-1000 m 调制频率modulate f 范围内可选 MHz 响应灵敏度 R 50 us 工作温度Temperature To -10~50 oC 3．设计原理 3.1 连续型激光器发射接收模块结构框图:

3.2 激光器发射接收模块详细电路图解： 3.2.1 激光发射部分：（激光器驱动发射）该电路激光编码调制采用集成芯片硬件实现，8地址4数据编码。1-8是地址，10-13数据脚。调整Rosc 决定振荡频率；14管脚TE 是发射使能端，低电平发射有效。激光发射驱动电路（在激光器中），是APC （自动功率控制）电路驱动，保证激光二极管光功率输出稳定。 3.2.2 激光接收部分：（激光接收、放大检波及解调解码输出）

半导体激光低频治疗实验报告

半导体激光低频治疗实验报告介绍当今世界制造的激光器中，超过99%是半导体激光二极管。可靠性是每个激光二极管应用中的一个问题，无论是简单的10美元一个的激光笔还是符合太空工作要求的光发射机链路。激光器供应商的商业成功在很大程度上取决于其开发稳健制造工艺的能力，该工艺能够始终如一地生产可靠的器件，并能向客户提供证明其器件可靠性的定量保证。在过去的二三十年中，激光二极管可靠性测试技术和设备已经取得了不断的进步，支持了激光二极管的多样化发展。与其他电子器件相比，激光二极管测试比较复杂，因其要求精确测量光学和电气参数，而且要考虑现有激光二极管中存在的不同封装类型和功率水平。激光二极管寿命测试用于产品开发期间的零件验证以及激光器整个生产寿命期间的批量测试。寿命测试通常包括在仔细控制的条件下对一组激光器样品进行高温加速老化。通过精确测量激光器工作特性的变化，在整个试验过程中观察并记录退化情况。与寿命测试不同，所有激光器在制造过程中都会进行老化测试，以识别并移除可能导致早期失效的有缺陷的器件。

半导体激光器的工作特性和可靠性当正向电流较低时，激光二极管有源区的增益较低，并观察到自发辐射。当电流增加超过临界“阈值电流”时，激光腔内的往返增益超过损耗，开始激射。超过阈值电流时，激光二极管发出的光会随着正向电流的增加而迅速增加，如图1所示。许多激光二极管封装中包含一个内部监测光电二极管（PD），可在反馈回路中使用，以在不同温度条件下保持激光器的恒定输出光功率，并且随着时间的推移，其性能缓慢下降。如果监测PD正确偏置，其电流与激光输出功率成正比。测量激光二极管的基本工作特性，就是在逐渐增加正向电流（I）的同时测量器件的电压（V）、光输出（L）和监控光电二极管电流（Ipd）。产生的结果通常称为LIV曲线。典型的器件光学和电气特性如下图1所示。

光线实验报告_讲解

光纤实验报告班级姓名学号

第一章：实验2 电光、光电转换传输实验 '、实验目的 1. 了解本实验系统的基本组成结构； 2. 初步了解完整光通信的基本组成结构; 3. 掌握光通信的通信原理。 .、实验仪器 1. 光纤通信实验箱 2.20M双踪示波器 3. FC-FC单模尾纤1根 4. 信号连接线 2 根三、基本原理本实验系统主要由两大部分组成：电端机部分、光信道部分。电端机又分为电信号发射和电信号接收两子部分，光信道又可分为光发射端机、光纤、光接收端机三个子部分。实验系统（光通信）基本组成结构（光通信）如下图所示：图1.2.1实验系统基本组成结构在本实验系统中，电发射部分可以是M序列，可以是各种线路编码（CMI、5B6B 5B1P 等），也可以是语音编码信号或者视频信号等，光信道可以是1310nmLD单模光纤组成，可以是1550nmLD+单模光纤组成，也可以是850nmLED多模光纤（选配）组成。需要说明的是本实验系统中提供的两种工作波长的数字光端机，都是一体化结构。光端机包括光发射端机TX （集成了调制电路、自动功率控制电路、激光管、自动温度控制等），光接收端机RX （集成了光检测器、放大器、均衡和再生电路）。其数字电信号的输入输出口，都由铜铆孔开放出来，可自行连接。一体化数字光端机的结构示意图如下：

图1.2.2 一体化数字光端机结构示意图四、实验步骤 1. 关闭系统电源，将光跳线分别连接 TX1310、RX1310两法兰接口（选择工作波长为 1310nm 的光信道），注意收集好器件的防尘帽。 2. 打开系统电源，液晶菜单选择“码型变换实验一 CMI 码PN'。确认，即在 P101铆孔输出32KHZ 的15位m 序列。 3. 示波器测试P101铆孔波形，确认有相应的波形输出。 4. 用信号连接线连接 P101、P201两铆孔，示波器A 通道测试TX1310测试点，确认有相应的波形输出，调节 W201即改变送入光发端机信号（TX1310）幅度，最大不超过 5V 。即将m 序列电信号送入1310nm 光发端机，并转换成光信号从 TX1310法兰接口输出。 5. 示波器B 通道测试光收端机输出电信号的 P202测试点，看是否有与 TX1310测试点一样或类似的信号波形。 6. 按“返回”键，选择“码型变换实验一 CMI 码设置”并确认。改变 SW101拨码器设置（往上为1,往下为0），以同样的方法测试，验证 P202和TX1310测试点波形是否跟着变化。 7. 轻轻拧下TX1310或RX1310法兰接口的光跳线，观测P202测试点的示波器 B 通道是否还有信号波形？重新接好，此时是否出现信号波形。 8. 以上实验都是在同一台实验箱上自环测试，如果要求两实验箱间进行双工通信，如何设计连接关系，设计出实验方案，并进行实验。 9. 关闭系统电源，拆除各光器件并套好防尘帽。注：本实验也可选择选择工作波长为 1550nm 和扩展模块的光信道。五、实验结果 1. 画出实验过程中测试波形，标上必要的实验说明。 2. 结合实验步骤，叙述光通信的信号变换、传输过程。 3. 画出两实验箱间进行双工通信的连接示意图，标上必要的实验说明。 4. 如果将光跳线分别连接 TX1310 RX1550两法兰接口， P204测试点是否有信号，信号与TX1310是否一样，写出你的答案，通过实验验证你的答案。 P202/P204 光接收输入光发射输出 TX1310/1550 光纤

LDLED光源特性测试实验积分球Word版

目录第一章LD/LED光源特性测试实验仪说明 (2) 一、产品介绍： (2) 二、实验仪说明 (3) 第二章实验指南.................................................................................................. - 4 - 一、实验目的 (4) 二、实验内容 (4) 三、实验仪器 (4) 四、实验原理 (5) 五、注意事项 (6) 六、实验操作 (7) 八、实验测试点说明 (15) 九、LD电流源操作说明 (15) 十、光功率计操作说明 (18) - 1 - / 23

第一章LD/LED光源特性测试实验仪说明产品介绍：激光二极管LD和发光二极管LED是光通讯系统中使用的主要光源。通过本实验可以了解工程应用中半导体激光器和发光二极管，掌握它们平均输出光功率与注入电流的测试方法及器件好坏的判断，掌握它们阈值电流的测试方法及对其寿命的影响，掌握它们基本特性曲线的测试方法，了解半导体激光器自动功率控制APC的工作原理，了解温度对它们输出功率的影响，以及半导体激光器自动温度控制ATC的工作原理。光功率计、温控器、电流表、电压表全部内置于箱体，方便调节和测试，所有实验均在一个箱体上完成。实验装置采用箱式结构，使整个装置结构紧凑，且占地面积小、节省实验室空间；同时整个实验采用模块化设计，方便学生理解实验原理，操作方便。实验所需所有组件均设计于实验箱内拆卸和安装都很方便，而且放置安全，能很好地保护所有器件。注重于学生实际操作技能方面的训练，使学生在实验室就养成正确的操作习惯。

激光器及其驱动器电路原理与光模块核心电路设计讲解

激光器及其驱动器电路原理与光模块核心电路设计武汉电信器件有限公司模块开发部王松摘要：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I th 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