浅谈激光二极管和激光驱动器的特性

作者：Maxim

以高信息速率将激光驱动器电路与可工业访问的激光二极管接口连接可能会造成混乱和困惑。本应用笔记旨在快速解决这一主题，目的是为光学系统爱好者提供有用的参考，这将使此过程更容易执行。

激光接口难题的三个主要部分包括：（1）激光驱动器的输出电路；（2）激光二极管的电气特性；（3）它们之间的接口（通常使用印刷电路板实现） ）。在本应用笔记中，首先将分别讨论激光二极管和激光驱动器的特性，然后将它们组合在一起以检查印刷电路板的接口。此外，还合并了一个精简区域，该区域概述了各种基本界面问题的可能答案。

激光二极管的特性

通常，只有当激光电流高于其阈值时，相干光输出才能在半导体激光二极管中生成并保持。对于快速开关操作，通常的做法是将激光二极管偏置到略高于阈值的水平，以避免导通和关断延迟。激光的光输出取决于驱动电流幅度以及激光二极管的电流到光的转换效率或斜率效率。

阈值电流和斜率效率都与激光结构，制造工艺，制造材料和工作温度密切相关。图1表示典型激光二极管的电压-电流特性和光输出-驱动电流关系。

激光驱动器输出结构

激光驱动器的主要功能是为激光二极管的偏置和调制提供适当的电流（图2）。偏置是恒定电流，它将激光二极管的工作范围推到其阈值之外，并进入线性区域。

调制是与输入电压波形同步打开和关闭的交流电。理想情况下，偏置电流应跟踪阈值电流的变化，而调制电流应跟踪斜率效率的变化。

重要的是要在激光二极管的阴极处保持恒定的阻抗，以使高速输出电路上的负载与频率的关系保持稳定。输出电路上不稳定的负载会引起反射，振铃等，这会降低光波形的质量。与偏置电流源相关的并联电容产生的阻抗（ZBIAS）是频率的函数。为了最小化此阻抗变化的影响，通常在激光二极管的阴极和偏置电路之间连接一个外部隔离电感器（或铁氧体磁珠）。该电感器对直流偏置电流没有影响，但对调制电流表现为高阻抗。

调制电流的大小由外部电阻器RMOD确定（图3）。该电阻器控制与差分输出级相关的电流源。激光驱动器的输出连接到输出级晶体管的集电极。在大多数情况下，与集电极开路输出一起使用的上拉组件（电阻或电感器）在激光驱动器的外部。

结论

如果对激光二极管的特性和激光驱动器的输出结构进行了很好的探索，则使激光驱动器与激光二极管的接口连接变得更加容易。本文档介绍了一些步骤或过程，可以以更简单的方式执行此接口。讨论了交流耦合和直流耦合，并提供了故障排除方案。