005 激光器驱动电路的基本原理 V100 20080818
激光器的工作原理讲解
激光器的工作原理讲解激光器（laser）是一种具有高度聚光性的光源装置。
激光器的工作原理基于光的受激辐射（stimulated emission）和光的放大（amplification）过程。
通过这两个过程，激光器能够产生一种具有高强度、高单色性、高方向性和高相干性的光束。
激光器的工作原理可以用三个基本元素来解释：激活的激发态（active excitation state）、辐射源（radiation source）和光反馈（optical feedback）。
下面将详细介绍这三个元素。
首先是激活的激发态。
激光器中的激活能够将电能、光能或其他能量形式转化为光子的激发能量。
这种能量转化通常是通过能级之间的跃迁实现的。
在普通物质中，原子和分子在基态（ground state）中，而在受激的激发态（excited state）中，它们的能级会升高。
在这个过程中，激发能与原子或分子激发之间的能级差有关。
第二个元素是辐射源。
辐射源提供光子的种子能量，引起原子或分子跃迁到更低的激发态从而产生辐射。
对于大多数激光器来说，光源是通过光泵（light pumping）实现的。
光泵通常是一种将能量以光形式输入激光材料的装置。
这种能量输入可以以光电效应或能级跃迁的形式实现。
最后一个元素是光反馈。
光反馈是激光器成功产生激光光束的必要条件之一、它通过反射和增强了光的干涉，从而产生了高亮度和窄谱线的光。
光反射是通过光腔（optical cavity）实现的，光腔由两个具有高反射率的镜子组成。
其中一个镜子是一个部分透明镜，允许有限的辐射从激光器中逃脱，从而形成一束激光。
激光器的整个工作过程如下：首先，通过光泵或其他外部能量输入，将激活器中的原子或分子激发到高能级。
这些激发态的原子或分子会通过受激辐射的方式向基态跃迁，并辐射出来的光子与光子种子发生相互作用。
然后，在光腔中的部分透明镜发生部分辐射，这些辐射的光子经过干涉和增强之后，成为激光光束。
激光器的工作原理共108页
2、要冒一次险!整个生命就是一场冒险。走得最远的人，常是愿意 去做，并愿意去冒险的人。“稳妥”之船，从未能从岸边走远。-戴尔．卡耐基。
梦 境
3、人生就像一杯没有加糖的咖啡，喝起来是苦涩的，回味起来却有பைடு நூலகம்久久不会退去的余香。
激光器的工作原理4、守业的最好办法就是不断的发展。 5、当爱不能完美，我宁愿选择无悔，不管来生多么美丽，我不愿失 去今生对你的记忆，我不求天长地久的美景，我只要生生世世的轮 回里有你。
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
谢谢！
激光器电路原理
激光器电路原理激光器是一种能够产生单色、单方向、单频率的高强度光束的装置。
它在许多领域中都有广泛的应用，如激光切割、激光打标、激光照明等。
而激光器能够产生如此强大的激光光束，离不开精密的电路原理的支持。
激光器电路主要由电源电路、泵浦电路和激光驱动电路组成。
首先是电源电路，它为激光器提供所需的电能。
通常使用直流电源来提供稳定的电压和电流。
为了保证激光器的正常工作，电源电路需要具备以下特点：1. 稳定性：激光器对电流和电压的要求非常高，因此电源电路必须能够提供稳定的输出。
这通常通过使用稳压器和滤波电容来实现。
2. 低噪声：激光器对电源的噪声非常敏感，因此电源电路需要具备低噪声的特点。
为了降低噪声，可以采用滤波电路和稳压电路。
3. 高效率：激光器通常需要大量的电能才能工作，因此电源电路需要具备高效率的特点。
为了提高效率，可以采用开关电源等高效率的电源设计。
接下来是泵浦电路，它负责将能量输入到激光介质中，从而实现激发激光的过程。
泵浦电路有多种形式，最常见的是光泵浦和电泵浦。
光泵浦是通过使用高能光束来激发激光介质中的原子或分子，从而实现激光的产生。
光泵浦电路通常由激光二极管、透镜和反射镜组成。
激光二极管负责产生高能光束，透镜用于聚焦光束，而反射镜用于将光束反射回激光介质中。
电泵浦是通过使用电场来激发激光介质中的原子或分子，从而实现激光的产生。
电泵浦电路通常由电源、电极和激光介质组成。
电源提供所需的电压和电流，电极用于产生电场，而激光介质则是电场激发激光的场所。
最后是激光驱动电路，它负责控制激光器的工作状态。
激光驱动电路通常由控制电路和放大电路组成。
控制电路负责控制激光器的开关和调节输出功率。
开关控制可以通过控制激光器的泵浦电路来实现，从而控制激光器的开关状态。
调节输出功率可以通过控制激光器的泵浦电流或改变激光介质的工作状态来实现。
放大电路负责放大激光驱动信号，从而提供足够的能量给激光器。
放大电路通常由功率放大器和反馈电路组成。
激光驱动器原理
激光驱动器原理嘿，朋友们！今天咱来聊聊激光驱动器原理，这玩意儿可神奇啦！你看啊，激光就好像是一束特别厉害的光箭，能嗖的一下射出去，又快又准。
那激光驱动器呢，就像是这束光箭的幕后推手，让它能发挥出强大的威力。
激光驱动器其实就是给激光提供能量和控制的装置。
就好比汽车需要发动机来提供动力，激光也需要激光驱动器这个“发动机”呀！它能让激光按照我们想要的方式工作。
想想看，要是没有激光驱动器，激光不就成了没头苍蝇，不知道往哪儿飞啦！激光驱动器就像是一个聪明的指挥家，指挥着激光的每一个行动。
它是怎么做到的呢？简单来说，它通过一系列复杂的电路和元件，来调整激光的强度、频率、脉冲宽度等等这些重要的参数。
这就好像是给激光这个“小调皮”套上了缰绳，让它乖乖听话。
比如说，我们想要激光发出很强的光，激光驱动器就能加大能量的输出；要是想让激光一闪一闪的，它也能轻松做到。
这多厉害呀！再打个比方，激光驱动器就像是一个优秀的厨师，能根据不同的需求，做出各种美味的菜肴。
激光就是它手里的食材，通过它的精心烹饪，激光就能展现出各种不同的“风味”。
而且啊，激光驱动器的应用那可太广泛啦！在医疗领域，它可以帮助医生进行精准的手术；在通信领域，能让信息快速传输；在工业领域，能进行各种高精度的加工。
这简直就是个全能选手嘛！咱生活中的好多东西都离不开激光驱动器呢。
你想想看，你用的那些高科技产品，说不定里面就有它在默默工作呢！所以说呀，激光驱动器原理可真不是什么遥不可及的高深知识，它就在我们身边，发挥着巨大的作用呢！它就像是一个隐藏在幕后的英雄，虽然我们不常注意到它，但它却一直在为我们的生活带来便利和惊喜。
怎么样，是不是觉得激光驱动器特别了不起呀！。
激光器驱动电路原理
激光器驱动电路原理咱先得知道激光器是个啥，就像那种超级厉害的能发射激光的小玩意儿。
那激光器要工作得好，就得靠驱动电路这个“幕后英雄”啦。
激光器驱动电路呢，就像是给激光器提供能量的魔法盒。
你想啊，激光器就像一个小懒虫，得有人给它足够的动力它才能发射出激光呢。
这个驱动电路的基本任务就是提供合适的电流或者电压给激光器。
比如说，有的激光器它需要一个稳定的直流电流，这时候驱动电路就得像一个超级稳定的电流源，源源不断地给激光器供应合适大小的电流。
就好比你给一个小水车供水，水流大小得刚刚好，水太大了水车可能会被冲坏，水太小了水车又转不起来，对于激光器来说，电流不合适它就不能好好发射激光啦。
那这个驱动电路是怎么做到提供合适的电流或者电压的呢？这就涉及到好多小零件的协同工作啦。
里面有像电阻这样的东西，电阻就像是马路上的减速带。
电流通过电阻的时候，就会受到一定的阻碍，这样就能调节电流的大小啦。
比如说，我们想要把电流变小一点，就可以选择一个合适阻值的电阻，让电流在这个“减速带”上消耗一点能量，从而达到我们想要的电流大小。
还有电容呢，电容就像是一个小水库。
它可以储存电荷，当电路里的电压或者电流有波动的时候，电容就可以释放或者吸收电荷来保持电路的稳定。
就像水库在旱季放水、雨季蓄水一样，让整个电路的环境更加平稳。
要是没有电容这个小水库，电路里的电压或者电流就可能像坐过山车一样，忽高忽低的，那激光器可受不了这样的折腾，就像你坐过山车的时候也会晕头转向一样，激光器在这种不稳定的条件下也没法正常工作。
再说说电感吧。
电感就像是一个对电流变化有意见的家伙。
当电流突然要变化的时候，电感就会产生一个相反的电动势来抵抗这种变化。
这就好像你在马路上突然加速或者减速，后面有个东西在拉着你，不让你变化得太突然。
在激光器驱动电路里，电感可以防止电流突然增大或者减小，保护激光器不被突然的电流冲击给弄坏了。
而且呀，驱动电路里还有一些控制芯片之类的东西。
激光器的工作原理108页PPT
激光器的工作原理
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
Thank you
6、法律的基础有两个，而且只有两个……公平和实用。——伯克 7、有两种和平的暴力，那就是法律和礼节。——歌德
8、法律就是秩序，有好的法律才有好的秩序。——亚里士多德 9、上帝把法律和公平凑合在一起，可是人类却把它拆开。——查·Байду номын сангаас尔顿 10、一切法律都是无用的，因为好人用不着它们，而坏人又不会因为它们而变得规矩起来。——德谟耶克斯
激光管驱动电源原理图
半导体激光管驱动电源电路原理图半导体激光管(LD)和普通二极管采用不同工艺，但电压和电流特性基本相同。
在工作点时，小电压变化会导致激光管电流变化较大。
此外电流纹波过大也会使得激光器输出不稳定。
二极管激光器对它的驱动电源有十分严格的要求；输出的直流电流要高、电流稳定及低纹波系数、高功率因数等。
随着激光器的输出功率不断加大，需要高性能大电流的稳流电源来驱动。
为了保证半导体激光器正常工作，需要对其驱动电源进行合理设计。
并且随着高频、低开关阻抗的MOSFET技术的发展，采用以MOSFET为核心的开关电源出现，开关电源在输出大电流时，纹波过大的问题得到了解决。
由于大电流激光二极管价格昂贵，而且很容易受到过电压，过电流损伤，所以高功率仅仅有大电流开关模块还不能满足高功率二极管激光器的要求，还需要相应的保护电路。
要保证电压、电流不要过冲。
因此，需要提出一整套切实可行的技术措施，来满足高功率二极管激光器的需要。
1系统构成装置输入电压为24V，输出最大电流为20A，根据串联激光管的数量输出不同电压。
如果采用交流供电，前端应该采用AC／DC作相应的变换。
该装置主要部分为同步DC／DC变换器，其原理图如图1所示。
Vin为输入电压，VM1、VM2为MOSFET，VM1导通宽度决定输出电压大小，快恢复二极管和VM2共同续流电路，整流管的导通损耗占据最主要的部分，因此它的选择至关重要，试验中选用通态电阻很低的M0SFET。
电感、电容组成滤波电路。
测量电阻两端电压与给定值比较后，通过脉冲发生器产生相应的脉宽，保持负载电流稳定。
VM1关断，快恢复二极管工作，快恢复二极管通态损耗大，VM2接着开通续流，减少系统损耗。
2工作原理VM1导通ton时，可得：公式，电流纹波为：公式，VM1关断，电流通过VD续流，接着VN2导通。
由于VM2的阻抗远小于二极管阻抗，因此通过VM2续流。
VMl、VN2触发脉冲如图2所示。
图2中td为续流二极管导通时间。
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。
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在实际应用中，驱动器电路和 激光管需要通过PCB上的铜线 互联，信号还可能需要穿过激 光管的引脚，这些互联线，在 高速情况下，都会对信号的质 量产生影响；
驱动器和激光管的连接
互联线的阻抗不一致，就会导致 信号出现反射； 流体、或者波的传播中，我们都 可以看到这种反射的现象；是一 种普遍的现象； 最基本的道理总结起来： 如果传输介质是均匀的，即阻抗 一致，就不会有反射； 如果终点是开路，会产生一个同 相同幅度的反射波 如果终点是短路，会产生一个反 相同幅度的反射波
PASSIVE BACK TERMINATION
BACK TERMINATION 电阻用于吸收从激光 管远端因为匹配不良 反射回来的信号；
有BACK TERMINATION的驱动电路，缺点是这个时候，对 驱动器而言，需要驱动两个负载，需要的电流要加倍； 我们的很多设计上，都使用了BACK TERMINATION的方案；
半导体激光器的基本原理发光
阴极 电流的方向 阳极
表示的符号上采用和二极管一样的符号 两个极分别称为： 阴极：CATHODE 阳极：ANODE
发光
激光器的特点：P-I曲线
发 射 光 功 率
光
P-I曲线
Ith:
激光
激光器的特点：温度特性-P-I曲线
激光 的特性
发 射 光 功 率
温度 温度的
的
激光 的温度
驱动器和激光管的连接
驱动器和激光管的连接
在远端观察到的实际信号
驱动器和激光管的连接
重要结论：在互联线的两端，都必须保持阻抗的一 致性，即传输线的阻抗、负载(激光管）的阻抗、驱 动器的阻抗一样； 常见错误，我们现在设计激光管到LASER DRIVER的 互联线，很多都是按照差分100欧姆来设计，实际上， 这个没有什么特别的道理，只要能符合上述的规律， 实际上任何的阻抗的差分线，都应该可以工作；
自动功率控制电路：连续模式SINGLE LOOP APC电路原理I
RC电路充当一个低通滤波器，用来测量平均的光功率或者背光电流； 由于APC环路只关心光功率的平均值，为了减少长0和长1对光功率的影 响，需要APC环路的带宽尽量的小； PHYWORKS 107X芯片有两个可选的带宽，分别为5KHZ/15KHZ；
自动功率控制电路：连续模式SINGLE LOOP APC电路原理II
在温度不变、发光效率不变的情况下，如果激光管的阈值发生变化， APC环路可以保持发射光功率不变；
自动功率控制电路：SINGLE LOOP APC电路问 题
如果激光管仅仅阈值电流和温度、时间有关系，发光效率保持永远一致， 单环路的APC电路会工作的非常可靠； 但是，实际上发光效率也随时间和温度发生明显的变化；
激光管的阻抗匹配
方法X：在激光管上串联电阻，得到预期的阻抗；
电阻
通常这个电阻集成在TO的封装内部，不过 现在的好像看到越来越多的供应商根本就不 使用这个电阻，任由低阻抗的激光管直接连 接到传输线上，具体的理由还不清楚； 包括在我们的设计中，实际上都没有考虑这 个问题了；
克服引线的电感
通常，在激光管的接口电路中，还增加RC匹配电路来补偿管脚和引线上的分 布电感；改善眼图的形状；
ACTIVE BACK TERMINATION
有源的反向终结设计，避免无源方案的高功耗问题； ADI的10G LASER DRIVER就是采用的这种方案的芯片
ACTIVE BACK TERMINATION
ACTIVE BACK TERMINATION
激光管的阻抗匹配
实际的激光管的内阻大概为： VCSEL产品，PICOLIGHT的大概是45欧姆左右； FP、DFB产品，大概是5-10欧姆左右； 而一般的互联线都是按照差分50欧姆或者差分 100欧姆设计，如何保证激光管和互联线的匹配？
自动功率控制电路：APC电路的重要性
根本的原因：激光器有明显的温度特性，并且会明显的老化； APC电路的基本原理：通过一个几乎没有温度特性、几乎不会老 化、并且和激光器耦合效率非常稳定的光电二极管来监视激光器 的发射光功率，自动调整偏置电流，保持激光器发射光功率稳定 阈值：和温度和工作时间有关系； 发光效率：和温度和工作时间有关系；
自动功率控制电路：补偿发光效率的变化
解决办法一：采用调制电流的温度查找表，根据不同的温度给出不同的 调制电流值；这个方法的缺点是：没有考虑到激光器会老化的问题，在 调试的过程中，无法估计未来激光器会如何老化； 温度补偿有很多种实现办法： A: 使用一个带热敏电阻或者其他温度感应机制的电路来调整调制电流， 例子：MAX3286，现在NANOTECH的LED DRIVER都是用这种机制； B: 使用一个预先矫正的温度查找表，在高温和低温都进行测试，确定 补偿值；目前我们大部分的光口模块，都是使用这个方法进行调整； 我们的模块中，有一个55项的温度查找表，以3摄氏度为间隔，支持从39度到+123度范围内的温度查找功能；
和所有的差分电路的优点类似： A: 对输入信号的共模干扰不敏感 COMMON MODE NOISE B: 在任何工作状态下，对电路的供电电流都是稳定的， 减少由于供电电流不稳定带来的问题； C: 对调制电流的控制，可以通过控制电流元的电路完 成，简单可靠，注意，我们对激光管的调制，关注的要 点都是电流；
的光
-10度
30度 ห้องสมุดไป่ตู้0度
的 温 光 温的2
的 的
的
Ith:
激光
激光器的特点：老化特性-P-I曲线
发 射 光 功 率 25 3YEAR 25 0 YEAR
Ith:
激光
调制电路：差分电流驱动电路
偏置电路给出适当的偏置电流
DIFFERENT CURRENT SWITCH 所有激光驱动电路的核心
调制电路：差分电流驱动电路优点
产品简介
激光器驱动电路的基本原理
重要声明
本章节的主要内容是根据平时工作中的一些理解总结得 到，没有特别严格的理论分析； 本章节中的内容希望对大家的工作起到指引的作用，并 希望在后面的工作中不断的完善； 目前本章节的内容仅限于DML的激光器的驱动电路
重要参考资料
BroadBand Circuit for Optical Fiber communication 《信号完整性分析》 MAXIM application Notes: Interface Maxim laser drivers with laser diode
调制电路：假负载的作用
假负载（DUMMY LOAD)的存在是为了保证差分电流驱动电路的两端的负 载一致，稳定工作； 假负载可以用一个二极管+电阻来模拟激光管，也可以简单的用一个电阻 来模拟激光管，甚至有时候被直接连接到VCC 这几种用法在实际的设计中，都有会看到；
驱动器和激光管的连接
驱动器和激光管的连接