CN101030697A - 高速高可靠调制激光器驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高速高可靠调制激光器驱动电路，包括数模转换控制电路、比较放大电路和驱动激光器电路；所述数模转换控制电路的输入端与计算机相连，数模转换控制电路的输出端分别与所述比较放大电路的一个输入端和所述驱动激光器电路的输入端相连；所述比较放大电路的另一输入端接收外部调制信号，输出端与所述驱动激光器电路的一个输入端相连。本发明的优点是：(1)激光器偏置电流水平，激光器调制电流水平和调制占空比完全电控，不需更换电子元件；调节速度快、精度高；(2)采用滞回比较器结构使得系统可靠性和抗干扰能力增强；(3)与激光器外调制和模拟内调制相比，结构简单，集成度高，具有从连续波(CW)到200MHz的调制速度。

Description

高速高可靠调制激光器驱动电路

技术领域

本发明涉及一种激光驱动电路，特别涉及一种高速高可靠调制激光器驱动电路。

背景技术

激光具有极好的时间相干性和空间相干性，它与无线电波相似，易于调制，且光波的频率极高，能传递信息的容量很大。加之激光束发散角小，光能高度集中，既能传输较远距离，又易于保密。因而为光信息传递提供了一种理想的光源。

激光调制就是将要传输的信号加载到激光光束上。目前，激光调制的方法可分为外调制和内调制两类。

外调制是指在激光形成之后，在激光器外的光路上放置调制器，用调制信号改变调制器的物理特性，当激光通过调制器时，就会使光波受到调制。外调制方法又分为三种，分别是电光调制、声光调制和磁光调制。该方法实现时由于需要外加调制器，从而使得整个系统机构比较复杂，不利于系统的集成和小型化。

内调制是把要传递的信息转变为电流信号注入半导体激光器，从而获得激励光学信号。由于这种调制方式简单，且能在高频工作，并能保证有良好的线性工作区和带宽，因此在提供相干光源、光纤通信、光盘和光复印方面得到了广泛的应用。目前，内调制主要是利用模拟电路的方法实现的，其机构复杂。并且，由于分立元件的影响，调制的频率很难上到兆级；要想改变激光器偏置电流水平，激光器调制电流水平和调制占空比，还必须手工更换相应的电子元件，调节困难，系统适应能力差，调制速度慢，抗干扰性能差，自动化水平不高。

在进行内调制时，由于外界干扰，将使得输入的调制信号发生跳动，甚至产生剧烈的脉冲，这样的信号输入到激光器中也会使得激励的光信号发生错误，可靠性降低，更严重的是，尖锐的脉冲信号将大大缩短半导体激光器的寿命。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术中激光调制器机构复杂，电气参数调节困难，调制速度慢，可靠性不高和抗干扰性能差等缺点，本发明提供一种高速高可靠调制激光器驱动电路，该高速高可靠调制激光器驱动电路完全由电信号控制，不需更换任何电子元件便可精确调节激光器偏置电流水平，激光器调制电流水平和调制占空比；可靠性高、抗干扰能力强；系统结构简单，具有很高的调制速度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括数模转换控制电路、比较放大电路和驱动激光器电路；所述数模转换控制电路的输入端与计算机相连，数模转换控制电路的输出端分别与所述比较放大电路的一个输入端和所述驱动激光器电路的输入端相连；所述比较放大电路的另一输入端接收外部调制信号，输出端与所述驱动激光器电路的一个输入端相连。

所述数模转换控制电路有两个输出端分别连接所述驱动激光器电路的两个输入端，分别向所述驱动激光器电路输出偏置电流水平和调制电流水平。

所述比较放大电路采用滞回比较器结构。

所述比较放大电路包括比较放大器和反馈电阻，所述比较放大器的正相输入端子连接所述数模转换控制电路的一个输出端，用于接收数模转换控制电路输出的占空比调制电压；所述比较放大器的反相输入端子接收外部调制信号；所述比较放大器的输出端子连接所述驱动激光器电路的一个输入端，用于向所述驱动激光器电路输出调制方波信号；所述反馈电阻连接在所述比较放大器的正相输入端子与输出端子之间。

所述比较放大器的正相输入端子与所述数模转换控制电路的输出端之间还连接有限流电阻。

所述比较放大器的反相输入端子与地之间还有阻抗匹配电阻。

所述驱动激光器电路包括激光器驱动芯片和激光二极管；所述激光器驱动芯片的一个输入端与所述比较放大电路的输出端相连，另外两个输入端与所述数模转换控制电路的两个输出端分别相连；所述激光器驱动芯片的输出端与激光二极管相连。

所述数模转换控制电路的输入端与计算机的并口相连。

本发明的工作原理是：通过计算机改变数模块转控制电路的输出，从而设置激光器偏置电流水平，激光器调制电流水平和调制占空比；比较放大电路将输入的调制信号调整为预定占空比的方波调制信号；驱动激光器电路接收比较放大电路输出的方波调制信号，产生满足要求的激光器调制电流。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)激光器偏置电流水平，激光器调制电流水平和调制占空比完全电控，不需更换电子元件；调节速度快、精度高；

(2)采用滞回比较器结构使得系统可靠性和抗干扰能力增强；

(3)与激光器外调制和模拟内调制相比，结构简单，集成度高，具有从连续波(CW)到200MHz的调制速度。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明的高速高可靠激光器驱动电路的原理图；

图2为发明的高速高可靠激光器驱动电路的滞回比较器的结构原理图；

图3为图2所示的滞回比较器的电压传输特性曲线；

图4为通过本发明的高速高可靠激光器驱动电路的调制的激光器调制特性曲线；

图5为本发明的高速高可靠激光器驱动电路的计算机控制软件流程图。

具体实施方式

如图1所示的高速高可靠激光器驱动电路的原理图。该高速高可靠激光器驱动电路包括数模转换控制电路1，比较放大电路2，驱动激光器电路3。数模转换控制电路1的输入端与计算机并口相连，数模转换控制电路1的三个输出端分别与比较放大电路2的一个输入端和驱动激光器电路3的两个输入端相连；比较放大电路2的另一输入端接收外部调制信号，输出端与驱动激光器电路3的一个输入端相连。

数模转换控制电路1根据从计算机并口得到控制信号5，驱动数模转换控制电路1的三路输出通道分别向比较放大电路2输出占空比调制电压，向驱动激光器电路3输出偏置电流水平和调制电流水平。

比较放大器电路2包括比较放大器6、限流电阻R1、反馈电阻R2和匹配电阻R3。比较放大器6的正相输入端子通过限流电阻R1接收数模转换控制电路1来的占空比调制电压，反相输入端子接收外部调制信号8，调制信号8通过匹配电阻R3实现高频信号的匹配。比较放大器6的输出端子通过反馈电阻R2与正相输入端子连接形成滞回比较器，以预定的占空比输出调制方波信号9。

驱动激光器电路3包括激光器驱动芯片IC10和激光二极管D11。激光器驱动芯片IC10根据所设置偏置电流水平和调制电流水平，以输入的调制方波信号9，输出调制电流信号12。激光二极管D11可以响应于调制电流信号12在光传输介质中调制光学信号13。

滞回比较器原理和方法。图2示出了滞回比较器的结构原理图。比较器反相输入端子接输入信号V_I，正相输入端子通过限流电阻R1接占空比调制电压V_CL，输出端子通过反馈电阻R2与正相输入端子连接形成滞回结构。

如图3示的滞回比较器的电压传输特性，计算可知：

$V_{\mathrm{LO}}=V_{\mathrm{CL}}\×\frac{R1}{R1+R2}$

$V_{\mathrm{HI}}=V_O\×\frac{R1}{R1+R2}+V_{\mathrm{CL}}\×\frac{R2}{R1+R2}$

其中V₀为比较器输出电压。当输入信号V_I高于V_HI时比较器输出为零，当输入信号低于V_L0时，比较器输出为V₀。因此，滞回比较器的滞回特性使得系统具有一定的抗干扰能力。

如图4示的激光器调制特性曲线，当驱动电流大于It时激光的强度随电流的增加呈线性增长，发射激光的强弱直接与驱动电流的大小有关，若把调制信号加到激光器上，即可以直接改变激光器输出光信号的强度。为了获得线性调制，使工作点处于特性曲线的直线部分，必须在加调制信号电流的同时加一适当的偏置电流，这样就可以使输出的光信号不失真。

如图5示出了本发明的计算机控制软件部分主要包括对激光器偏置电流水平，激光器调制电流水平和调制占空比的控制。本发明的控制软件启动时，首先检测系统硬件保证系统正常连接；其次，分别向数模转换控制电路三个通道输入电压控制字，根据环境需要调节激光器偏置电流水平，激光器调制电流水平和调制占空比大小；最后，结束并将设置保存到数模转换控制电路存储介质中。

Claims (8)

1、高速高可靠调制激光器驱动电路，其特征在于，包括数模转换控制电路、比较放大电路和驱动激光器电路；所述数模转换控制电路的输入端与计算机相连，数模转换控制电路的输出端分别与所述比较放大电路的一个输入端和所述驱动激光器电路的输入端相连；所述比较放大电路的另一输入端接收外部调制信号，输出端与所述驱动激光器电路的一个输入端相连。

2、根据权利要求1所述的高速高可靠调制激光器驱动电路，其特征在于，所述数模转换控制电路有两个输出端分别连接所述驱动激光器电路的两个输入端，分别向所述驱动激光器电路输出偏置电流水平和调制电流水平。

3、根据权利要求1所述的高速高可靠调制激光器驱动电路，其特征在于，所述比较放大电路采用滞回比较器结构。

4、根据权利要求3所述的高速高可靠调制激光器驱动电路，其特征在于，所述比较放大电路包括比较放大器和反馈电阻，所述比较放大器的正相输入端子连接所述数模转换控制电路的一个输出端，用于接收数模转换控制电路输出的占空比调制电压；所述比较放大器的反相输入端子接收外部调制信号；所述比较放大器的输出端子连接所述驱动激光器电路的一个输入端，用于向所述驱动激光器电路输出调制方波信号；所述反馈电阻连接在所述比较放大器的正相输入端子与输出端子之间。

5、根据权利要求4所述的高速高可靠调制激光器驱动电路，其特征在于，所述比较放大器的正相输入端子与所述数模转换控制电路的输出端之间还连接有限流电阻。

6、根据权利要求4所述的高速高可靠调制激光器驱动电路，其特征在于，所述比较放大器的反相输入端子与地之间还有阻抗匹配电阻。

7、根据权利要求1所述的高速高可靠调制激光器驱动电路，其特征在于，所述驱动激光器电路包括激光器驱动芯片和激光二极管；所述激光器驱动芯片的一个输入端与所述比较放大电路的输出端相连，另外两个输入端与所述数模转换控制电路的两个输出端分别相连；所述激光器驱动芯片的输出端与激光二极管相连。

8、根据权利要求1～6之任意一项所述的高速高可靠调制激光器驱动电路，其特征在于，所述数模转换控制电路的输入端与计算机的并口相连。

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