激光器驱动电路的基本原理 V100ppt课件
第2章激光基本原理优秀PPT
都表示光场的一种分布，也就是光波的一种模式，或称一种
波型。
讨论光在如图2.1所示的体积为V的各向同性介质中运动时，
可能存在的模式数目
分三种情况讨论
1.在偏振和频率都是一定的情况下，因传播方向不同，
可能存在的模式数目。
对应于从尺度为d的光源发出的波长为λ的光，因衍射限制，在R处
h
Px Py P
(2-20)
c
因为∆很小，故有 ≈ ，所以，∆PZ 的测不准量主要来自频率的测不准量
h
Pz P
(2-21)
c
根据前述的光子态在相空间的体积为 xyzP P P
x
y
z
h
3
h3
c3
xyz
2
VCS
来确定光子的一种状态
在六维相空间（x，y，z，Px，Py，Pz）内，光子的一种状态
所对应的相空间体积元为
上述相空间体积元称为相格。
相格是相空间中用任何实验所能分辨的最小尺度。
光子以动量Px，Py，Pz组成的动量空间内，它的一种运动状态占
据动量空间的体积元
由（2-13）得
上式中的V= ΔxΔyΔz是光子运动的体积。
第2章激光基本原理
【学习目标】
掌握有关激光的基本原理及研究有
关问题的思路和方法，了解激光器
的基本结构、各种类型激光器
【学习要求】
☞ 熟悉光子的基本性质，光波模式、光子态、相
干体积、相格等概念，理解光的相干性
☞ 掌握光的受激辐射概念、爱因斯坦系数之间关
系，理解光的自激振荡，掌握激光振荡条件
激光器工作原理 ppt课件
q c 2 L
1, 2 , 3.....
g 0 gth
ppt课件
gth
a
1 2l
0
t0
t
ppt课件
2
E3
S32 E2 w13 A31 S31
W13(t) w13
A21 S21 w21 w12
0
t0
t
E1
S31 S32 S21 A21
A31 S32
n1 n2 n3 n
从泵浦→阈值附近(尚未形成自激 振荡),可忽略受激辐射跃迁过程
dn3
dt
n1W13
n3
S 32
A31
S32 W13, n3 0
n1W13 n3
S32 A31
n3S32
1
dn2 dt
n2
f2 f1
n1 21 , 0 vNl
n2 S21
A21 n3S32
泵浦效率 1 S32 S32 A31
荧光效率 2 A21 A21 S21
ppt课件
3
dn2
dt
n1W131 n2 A21
2
n n2
W131 n2 A21
2
可解得 当 0 t t0 时,
讨论:
n2
t
1W13n
1
e
A21
2
1W13
t
Nl
Al
Nl Al
N 'l
t Rl
A(L
l)
光子寿命：
t Rl
l
《激光的基本原理》课件
利用光子学技术，可以实现高灵敏度、高分辨率的医学成 像和诊断。同时，光子学技术还可以用于生物科学研究， 如荧光共振能量转移等技术可以用于研究生物分子间的相 互作用和动力学过程。此外，光子学技术还可以用于光热 治疗、光动力治疗等领域，为癌症治疗等提供新的手段。
THANKS
感谢观看
详细描述
超快激光技术可以用于超快光谱学、 超快成像等领域，为物质科学研究提 供新的工具。同时，超快激光技术还 可以用于微纳加工、光刻等领域，提 高加工精度和效率。
光子晶体激光器的研究与应用
总结词
光子晶体激光器是一种新型的激光器件，具 有高效率、高稳定性等优点，在光通信、光 计算等领域具有广阔的应用前景。
随着技术的进步和应用需求的不断增长，激光技术逐渐拓展 到工业、医疗、通信、军事等领域，成为现代科技的重要组 成部分。
激光的重要性和应用领域
激光具有高亮度、高方向性、高单色 性和高相干性等优点，因此在科学研 究、工业生产、医疗卫生、军事等领 域有广泛的应用。
此外，激光还在通信、测量、军事等 领域中发挥着重要的作用，有力地推 动了科学技术的发展和社会进步。
1960年，美国物理学家梅曼发明了第一台红宝石激光器，标志着激光技 术的诞生。
激光的英文名称是“Laser”，是“Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation”的缩写，意为“受激发射光放大”。
激光的发展历程
激光技术经历了从初步实现到逐步成熟的发展过程，各种不 同类型的激光器也不断涌现，如气体激光器、固体激光器、 液体激光器和半导体激光器等。
例如，在工业领域中，激光可以用于 打标、切割、焊接、热处理等；在医 疗领域中，激光可以用于治疗眼科疾 病、皮肤病、口腔疾病等。
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
激光原理及应用PPT课件
激光治疗
通过激光照射病变组织，达到治 疗目的，如激光治疗近视、祛斑
等。
激光手术
利用激光进行微创手术，具有出 血少、恢复快、精度高等优点， 如激光心脏手术、激光眼科手术
等。
激光诊断
利用激光光谱技术对人体组织进 行检测和分析，为疾病诊断提供
依据。
军事国防领域应用
激光雷达
利用激光雷达进行目标探测、识别和跟踪，具有高分辨率、抗干 扰能力强等特点。
微型化与集成化
发展微型激光器，实现与其他光电器件的集成，推动光电子集成技 术的发展。
新型激光技术
研究新型激光技术，如光纤激光器、化学激光器等，拓展激光器的 应用领域。
高功率、高效率、高稳定性挑战
高功率激光器
提高激光器的输出功率，满足高能激光武器、激光聚变等领域的 需求。
高效率激光器
优化激光器的能量转换效率，降低能耗，提高激光器的实用性。
02
03
工作原理
通过激励固体增益介质 （如晶体、玻璃等）中的 粒子，实现粒子数反转并 产生激光。
特点
结构紧凑、效率高、光束 质量好。
应用领域
工业加工、医疗、科研等。
气体激光器
工作原理
利用气体放电激励气体分子或原子， 使其产生能级跃迁并辐射出激光。
特点
应用领域
激光切割、焊接、打孔等工业应用。
输出功率大、光束质量好、效率高。
激光原理及应用PPT课 件
contents
目录
• 激光原理基本概念 • 激光技术发展历程及现状 • 激光器类型及其特点分析 • 激光在各领域应用案例分析 • 激光安全问题及防护措施探讨 • 未来发展趋势预测与挑战分析
激光原理基本概念
激光驱动电路
激光器驱动电路及其外部接口的设计摘要近几年以来，随着全球信息化的高速发展，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。
激光器驱动电路调制输出接口电路是光模块核心电路之一，它主要包括激光器调制输出终端匹配和旁路RC匹配滤波以及激光器直流偏置三个部分电路，每一部分电路的设计将直接关系到模块光信号的输出质量。
关键词：激光器；驱动电路；光模块；温度控制；外部接口电路目录第1章半导体激光器概述第2章激光发射模块2.1 激光发射模块概述2.2 信标光发射模块的设计2.2.1 激光器驱动电路设计2.2.2 温度控制（ATC）电路设计第3章激光器驱动电路外部接口3.1 激光器驱动电路直流BLAS输出隔离3.2 激光器驱动电路调制匹配3.2.1 激光器直流耦合驱动3.2.2 激光器交流耦合驱动3.2.3 激光器直耦与交耦驱动方式的比较第4章激光器驱动电路调制输出信号分析与接口电路设计4.1 传输线理论概述4.2 激光器直流偏置4.3 RC补偿网络第5章结束语参考文献第一章：半导体激光器概述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。
激光驱动电路原理
激光驱动电路原理？
答：激光驱动电路的工作原理主要涉及高速调制驱动电路和自动功率控制(APC)电路两大部分。
在高速调制驱动电路中，主要由高速差分级和可预置调制电流源组成，采用直流耦合时，寄生电感会产生瞬间高电压冲击，因此激光二极管的调制输出通过交流耦合至激光二极管LD的负极。
同时，外接上拉电感保证激光二极管LD的直流偏置，这样把激光二极管正向压降与输出电路有效地隔离，以实现大摆幅输出。
在自动功率控制(APC)电路中，用监测光电管将激光二极管LD的光输出转换为相应的光电流，经APC环路反馈控制激光二极管LD的偏置电流，从而维持光输出功率恒定。
恒定功率值由外接电阻设定，APC环路的时间常数则由外接电容确定。
《激光器的工作原理》课件
具体应用举例 激光切割、激光焊接、激光打标等 激光制导、激光测距、激光干扰等 激光手术、激光治疗、激光诊断等 量子光学、激光制备材料、光学信息处理等
激光器的发展趋势
1 新型激发剂的出现
新型激发剂的研究成果使得激活介质可以更 高效率地吸收能量，也扩大了激光器的工作 范围。
激光器的能级图
当一个原子或分子被能量激发后，其原本处于低能
激光器的工作过程
在谐振腔内，同种介质的两个反射镜夹持住闪烁的
激发剂
常见的激发剂种类
常见的激发剂有日光灯，放电管，半导体激光器等。
激发剂的选择与影响
不同的激发剂对激光器的性能有很大的影响，包括 输出功率、波长、光束质量以及寿命等。
激光器的分类
总结
激光器的意义和发展前景
激光技术已经在各个领域发挥着重要的作用，也将会为人类的生产和生活带来更多的改变。
学习和掌握激光器的重要性
深入了解激光器的工作原理和性能参数对于应用激光器进行工程设计和科研具有非常重要的 作用。
2 激光器的小型化
激光器可以通过技术手段实现小型化，在便 携性上有了明显的进步，使其在更多场合得 以应用。
3 激光器的高功率化
大功率激光器被广泛应用于工业制造、材料 加工、医疗治疗等领域，提高了激光器材料 加工的效率和加工质量。
4 激光器的多波长化
多波长激光器可以同时输出多种波长的激光， 扩大了激光器的应用领域。
激光器的工作原理
激光器已经成为现代科学和技术的重要组成部分，有着广泛的应用领域。本 课件将详细介绍激光器的工作原理及其应用，以及发展趋势。让我们一起来 深入了解吧！
概述
什么是激光器？
常用激光器工作原理27页PPT
常用激光器工作原理
16、自己选择的路、跪着也要把它走 完。 17、一般情况下)不想三年以后的事， 只想现 在的事 。现在 有成就 ，以后 才能更 辉煌。
18、敢于向黑暗宣战的人，心里必须 充满光 明。 19、学习的关键--重复。
20、懦弱的人只会裹足不前，莽撞的 人只能 引为烧 身，只 有真正 勇敢的 人才能 所向披 靡。
光通信激光二极管驱动电路PPT课件
LD调制电流输出电路原理图
LD直流耦合接口电路原理图
2021/6/7
5
RFCF阻尼网络
接在LD阴极的阻容网络（RFCF）的作用是补 偿LD封装内部的引线寄生电感，以降低寄生 电感引起的过冲和振铃（对LD固有的驰豫振 荡无效）
RF通常是小于100Ω的电阻 CF通常是小于10pF的电容 低速（l55Mb/s以下）的电路不需要RFCF
Rr
通过改变外接电阻R2，就可以设置Io
（调制电流或偏置电流）
Q2
在驱动电路中有多处会用到镜像电流源，
不光用于电流设置，引出电流监控也要
R2
用到镜像电流的方法
2021/6/7
Io
Q1 R1
7
LD的温度特性
LD是半导体器件，它的特性与 二极管类似
温度升高 阈值电流Ith增大 斜效率S降低
为了保持输出平均光功率和消 光比不变，在温度上升时要增 大IBIAS和IMOD
5. Maindspeed Datasheet 3.3 Volt Laser Driver IC for Applications to 3 Gbps M02066
2021/6/7
20
部分资料从网络收集整 理而来，供大家参考，
感谢您的关注！
2021/6/7
19
参考资料
1. Maxim Application note HFAN-2.0 Interfacing maxim laser drivers with laser diodes
2. Maxim Application note HFAN-2.2.1 Maintaining the extinction ratio of optical transmitters using Kfactor control
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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；
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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；
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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；
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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；
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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；
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驱动器和激光管的连接
.
驱动器和激光管的连接
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
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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；
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
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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
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；
.
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；
激光器的特点：老化特性-P-I曲线
发
射
25度 0 YEAR
光
功
率
25度 3YEAR
Ith: 阈值电流
.
通过激光管电流
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
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
.
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；
.
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和二极管一样的符号 两个极分别称为： 阴极：CATHODE 阳极：ANODE
.
激光器的特点：P-I曲线
发 射 光 功 率
阈值电流越小越好 发光后，P-I曲线越直越好
Ith: 阈值电流
.
通过激光管电流
激光器的特点：温度特性-P-I曲线
由于激光管的特性会随着温度发生剧烈的变化，所以，激光驱动电路
需要采取一些措施来弥补温度的影响，保证在不同的温度下输出稳定
发
的光功率和眼图形状
射
-10度
30度
光
60度
功
率
电流是不能无限制的增加的；
高温时候，为了维持同样的发射 光功率，可能需要的偏置电流是 常温的2倍以上；
Ith: 阈值电流
.
通过激光管电流
.
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？