CN1669249A - 使用多级激光驱动电路直接调制激光二极管的方法和装置 - Google Patents

使用多级激光驱动电路直接调制激光二极管的方法和装置 Download PDF

Info

Publication number
CN1669249A
CN1669249A CNA03817054XA CN03817054A CN1669249A CN 1669249 A CN1669249 A CN 1669249A CN A03817054X A CNA03817054X A CN A03817054XA CN 03817054 A CN03817054 A CN 03817054A CN 1669249 A CN1669249 A CN 1669249A
Authority
CN
China
Prior art keywords
amplifier
transmitting set
laser diode
optical transmitting
laser
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CNA03817054XA
Other languages
English (en)
Inventor
拜伦·林恩·卡斯帕
伊娃·派若尔
约翰尼斯·G·瑞斯金
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Triquint Technology Holding Co
Original Assignee
Triquint Technology Holding Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Triquint Technology Holding Co filed Critical Triquint Technology Holding Co
Publication of CN1669249A publication Critical patent/CN1669249A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/50—Transmitters
    • H04B10/501—Structural aspects
    • H04B10/503—Laser transmitters
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/50—Transmitters
    • H04B10/501—Structural aspects
    • H04B10/503—Laser transmitters
    • H04B10/504—Laser transmitters using direct modulation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
    • H01S5/042—Electrical excitation ; Circuits therefor
    • H01S5/0427—Electrical excitation ; Circuits therefor for applying modulation to the laser

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)

Abstract

一种光发射器(50)，包括能够接收数据、并经过传输线(54)应用该数据驱动激光二极管(58)的激光驱动器(52)，传输线(54)具有第一端和第二端。传输线(54)的第一端连接到激光驱动器(52)的输出。放大器(56)的第一接头与传输线(54)的第二端连接。放大器(56)的第二接头与激光二极管(58)连接。施加在第一接头的信号幅度控制激光二极管(58)的光输出幅度。

Description

使用多级激光驱动电路直接调制激光二极管的方法和装置
技术领域
本发明涉及光通信系统，尤其涉及使用多级激光驱动电路直接调制激光二极管的方法和装置。
背景技术
在光通信系统中，通常使用激光二极管来产生用于发射的光信号，并且通常使用激光驱动器来调制激光二极管。
使用传统的激光驱动器集成电路(IC)直接调制激光二极管会遇到很多问题，在没有冷却的情况下问题尤其突出。首先，引线接合电感、激光二极管电容和激光驱动器输出电容中的一项或者多项都可能会导致驱动电流波形失真和振荡。其次，为了降低可能会导致上述振荡的互连电感，传统系统中的激光驱动器IC应该与激光二极管尽可能地接近，而激光驱动器IC产生的热量却使得激光二极管的温度很难保持为获得满意性能所需的足够低温。
因此，期望提供一种互连激光二极管和激光驱动器的方法和装置，该方法和装置能减少波形失真和振荡，同时减少激光驱动器产生的热量对激光二极管造成的影响。
发明内容
在本发明的一个示范性实施例中提供了一种光发射器。该光发射器包括：驱动电路，用于接收数据并应用该数据来驱动激光二极管；具有第一端和第二端的传输线，该第一端连接到驱动电路的输出；放大器，该放大器具有第一接头和第二接头，第一接头与传输线的第二端连接，第二接头与激光二极管连接；其中应用在第一接头的信号幅度控制激光二极管的光输出幅度。
附图说明
通过结合下列附图对本发明的详细描述，可以更清楚地理解本发明的各个方面，这些附图中：
图1是应用了本发明一个示范性实施例的光通信系统的框图；
图2是根据本发明一个示范性实施例的光发射器的示意图；
图3是根据本发明另一个示范性实施例的光发射器的示意图；和
图4是根据本发明的又一个示范性实施例的光发射器的示意图。
具体实施方式
在光发射器中，如果由传输线来连接激光驱动器IC和激光二极管，那么激光驱动器IC不需要和激光二极管靠近，激光驱动器IC产生的热量也不会像通过引线接合来连接激光驱动器IC和激光二极管那样如此强烈地影响激光二极管的温度。
不过，当使用传输线互连激光驱动器IC和激光二极管时，为了防止由诸如射频(RF)反射等产生的波形失真，需要在传输线的两端进行阻抗匹配。如果激光二极管串联了一个阻抗匹配电阻，则可以充分地增加电压摆动以提供足够的调制电流。
然而，当调制电流为80mApp(毫安，峰-峰)时，为了在50Ω的系统中提供足够的调制电流，所需的电压摆动为4.0Vpp(电压，峰-峰)，在25Ω的系统中需要的电压摆动为2.0Vpp。如此大的电压摆动需要增加激光驱动器IC电源电压，并增加了整个系统的功率损耗。例如，在高温时可能需要调制电流达到80mApp。在室温时，调制电流通常在40mApp和60mApp之间。另外，阻抗匹配电阻损耗的偏流也会增加功率损耗。偏流通常随温度改变而改变，例如，偏流可能会在10mApp和80mApp之间改变。
另外，通常需要反向终止具有匹配阻抗的激光驱动器IC。反向终止使得激光驱动器需要的输出电流加倍。例如，在25Ω系统中，当激光二极管需要80mAPP调制电流时，如果有一半的调制电流消耗在反向终止中，那么激光驱动器将需要提供160mApp的调制电流。
所以，由于需要更高的驱动电压摆动以及激光驱动器需要反向终止，整个系统的功率损耗将会增加。由于在没有冷却的光发射器设计中希望减少功率损耗，因此除非能够设计出减少功率损耗的解决方案，否则并不准备使用传输线来互连激光驱动器IC和激光二极管。
如果不使用传输线连接激光驱动器IC和激光二极管，也可以将激光驱动器IC尽可能接近地安装在激光二极管附近以降低电感。在这种情况下，激光二极管将要承受激光驱动器IC产生的热量。在激光驱动器IC和激光二极管布置得非常接近并通过诸如引线接合而连接在一起的情况下，并不需要使用传输线。因此，可以避免与传输线连接相关的附加功率损耗(例如由阻抗匹配电阻所产生的附加功率损耗)。
不过，引线接合和激光器电容以及驱动器输出电容之间的谐振可能会产生振荡。传统的激光驱动电路的高输出阻抗会加剧该振荡。
传统的激光驱动器通常设计为使用具有电流源的差分输出级，其中电流源与输出差分对的发射极或者源极连接。通常从一个输出晶体管的集电极或者漏极获取激光器驱动输出，另一个输出晶体管的集电极或者漏极通过负载电阻接交流地。在激光二极管检测输出晶体管的集电极或者漏极时，激光二极管觉察到激光驱动器的输出阻抗相对较高。这就与激光二极管自身通常只有几欧姆的相对较小的动态阻抗形成差异。不过，由于容易设计高速差分级，设置差分对的尾电流的电流源容易并能精确地控制调制电流，所以通常在各种比特速率都使用高阻抗驱动器。
不过，驱动器的高输出阻抗并没有降低负载或者减少由引线结合感应所产生的振荡，振荡在诸如10Gbps(千兆比特每秒)等高比特速率时将会非常严重。为了减少振荡，既可以在激光二极管和激光驱动器之间串联阻尼电阻，还可以将阻尼电阻与驱动器输出电容并联。串联电阻的不利影响是使得驱动电压需求增加，并联电阻的不利影响是使得驱动电流需求增加。在这两种情况下，整个功率损耗都会增加。
而且，由于激光驱动器和激光二极管非常接近，激光驱动器IC产生的热量会导致激光二极管的温度升高。传统激光驱动器在10Gbps下通常消耗0.5W(瓦特)和1.5W的功率。为了减少由激光驱动器IC产生的热量而造成的温度升高，经常使用非常低的热敏电阻封装，而这会增加系统的成本和尺寸。
驱动器IC和激光二极管非常接近会让支持驱动器工作的无源元件和多个互连导致另一问题。这些无源元件和互连会增加激光器封装的尺寸和复杂度，从而增加成本并且难以小型化。
在根据本发明的一个示范性实施例中，数据信号直接调制激光二极管。在这个实施例中，一段电传输线将激光驱动电路分离为至少两个独立级。第一级，例如可能包括一个传统的激光驱动器。第二级，例如可包括配置为发射极跟随器或者源跟随器的晶体管，它位于光发射器的激光驱动器和激光二极管之间。
与通过激光驱动器IC和激光二极管之间的传输线驱动激光二极管、不使用附加级来驱动激光器的光发射器相比，这个示范性的实施例可以减少电源电压和降低功率损耗。需求电压和功率的减少至少部分归功于不在激光驱动器IC和激光二极管之间使用阻抗匹配电阻。
与传统的激光驱动器IC安装在激光二极管附近的光发射器相比，上述实施例中由于在激光驱动器IC和激光二极管之间采用传输线进行互连，功率损耗和激光二极管附近的局部热量会降低。另外，还可以降低由激光二极管和激光驱动器之间的互接电感所产生的激光二极管驱动电流振荡和失真。而且，与传统的将激光驱动器IC和激光二极管共同封装的情况相比，使用传输线互连后可以降低激光器封装中无源元件和电连接的数量。
图1是根据本发明一个示范性实施例的光通信系统10的框图。图示的光通信系统10具有在光通信媒介20的发射端的光发射器14和在接收端的光接收器22。不过，本领域技术人员可以意识到，实际中的通信系统在光通信媒介的各端既可能有一个或者多个光发射器，也可能有一个或者多个光接收器。光通信媒介20可以包括光导纤维电缆。
光通信系统10包括数据源12，数据源12提供数据以调制用于光发射的激光器输出。可以使用诸如前向错误纠正(FEC)等对数据源12输出的数据进行编码，以在接收端检测和/或恢复数据。例如，提供的数据可以为高数据比率(例如10Gbps或者更高)的RF(射频)信号。例如，数据源可以与用于产生数据并将数据提供给数据源12的计算机网络连接。
光发射器14包括激光驱动电路16和激光器18。激光驱动电路可以为多极，可以接收一个或者多个用于控制激光器输出的诸如调制幅度和偏压等的各种不同参数的控制信号。激光器18可以为激光二极管或者别的其他适于光通信的光源。应该注意到，在本发明的一个示范性实施例中，激光驱动器16(或者它的一部分)和激光器18可以分别封装，并且可以经过一段传输线互相连接。
传输线例如可以在同一平面，或者可以包括微波传输带，并且可以位于电路板和/或弯曲电路上。例如，激光器18和多级激光驱动电路16中的一级可以包括在一个晶体管外壳(TO)罐或者别的合适激光器封装中，并且在电路板上经过传输线连接到激光驱动电路16剩下的一级或者多级，其中传输线可以在电路板上或者在弯曲电路上。
光通信系统10包括位于光通信媒介20接收端的光接收器22和数据接收装置24。光接收器22例如可包括一个或者多个用于检测接收的光信号、并将光信号转化为电信号的光电二极管。数据接收装置24可以包括用于对在发射端编码后的数据进行解码的解码器。例如，数据接收装置24可以与用于分发和/或处理接收到的数据的计算机网络连接。
图2是根据本发明一个示范性实施例的光发射器50的示意图。例如，光发射器50可用作图1所示的示范性光通信系统中的光发射器14。
光发射器50包括具有可变输出幅度的激光驱动器52。激光驱动器52的输出经电容53和传输线54施加到放大器56的输入。例如，放大器56可以是固定增益线性放大器(例如是一个固定交流增益线性缓冲放大器)，并具有可变直流输出电流。放大器56的输出施加到激光二极管58的输入，接下来激光二极管58根据放大器56的输出幅度产生激光器输出。
在图2所示的示范性光发射器中，激光驱动器52根据数据信号62直接调制激光二极管56。一段传输线54将激光驱动器电路划分为至少两个独立级。激光驱动器52是第一级，它根据输入数据是否包含“0”或者“1”来生成在电压电平V0和V1之间切换的数字输出。激光器调制幅度控制信号64可以确定电压电平V0和V1，该信号允许将校正调制幅度施加到激光二极管56，以让激光二极管56保持所需工作点和消光系数(在光“1”和“0”电平之间的系数)。
激光驱动器52的输出通过隔直流电容器53连接到传输线54，并因此连接到放大器56。在别的实施例中也可以不使用电容器53。由于典型的边缘发射激光二极管的动态阻抗在5到10欧姆之间，而典型的传输线的阻抗在25到50欧姆之间，放大器56可以是常数增益线性放大器，用于向传输线54的阻抗提供阻抗匹配以及在驱动激光二极管58之前提供电流增益。放大器56还向激光二极管58提供直流偏流，激光二极管58通常受激光器偏压控制信号60的控制，可以调整激光器偏压控制信号60以保持不变的光输出功率电平。
固定增益线性放大器通常非常简单，可能只是一个单独的晶体管。因此，同目前正在使用的传统激光驱动器相比，固定增益线性放大器可以在更低的电压和电流下工作。更低的电压和电流使得在激光二极管周围只产生少量的额外功率损耗。由于如何提供充分散热以保持激光二极管工作温度低一直是设计诸如10Gb/s的光收发器和发射机应答器等产品的主要挑战之一，减少了额外功率损耗便可以简化激光器封装设计。另外，减少工作电压允许减少激光驱动器电源电压。这就潜在减少或者消除了对更高的电源电压的需求，而在传统的收发器或发射机应答器电路中却通常需要较高的电源电压。
另外，固定增益线性放大器可以非常简单，只需要很小的空间和很少的电连接。它可以和激光二极管一起封装在诸如TO罐等小且成本低的封装中。另外，可以使用单晶体管共漏或者共集电极实现固定增益线性放大器。这些和其他的单晶体管配置可以提供低输入电容，低输入电容可以向传输线54提供高频率阻抗匹配。这些和其他的单晶体管配置还可以提供电流增益以减少激光驱动器52所需的驱动电压。
另外，单晶体管配置可以提供低输出阻抗，这将帮助降低在提供给激光二极管58的电驱动信号中的振荡。振荡例如可能由放大器56的一个或者多个输出电容、激光二极管58的寄生电容以及放大器56和激光二极管58之间的寄生电感产生。
在另一个示范性实施例中，在电容53和激光驱动器52之间增加附加放大器。附加放大器例如可以是一个固定增益反相线性放大器。当光发射器采用“双环”控制电路配置(也就是一个固定消光系数控制环路和一个标准固定光能控制环路)时，附加放大器便非常有用。这种“双环”控制电路经常采用对“1”电平激光器驱动电流进行小幅度、低频率颤音调制，然后一个监控光电二极管检测激光器驱动电流，并用激光器驱动电流来估计激光二极管的调制斜度效率。然后再用估计出的调制斜度效率来调整激光器调制幅度，以保持固定的消光系数。
通过调制形成驱动器输出级的高速双极差分对或N-通道FET晶体管的尾电流可以实现调制“1”电平电流。如果这样的驱动器的差分输出中的一个直接连接到激光二极管，可以实现只对光“1”电平进行低频率颤音调制。由于“0”电平接近于二极管的发光门限，并且在该点附近进行调制可能会导致接通抖动的高电平，因此并不需要对“0”电平进行调制。
而且，如果在双环路数字驱动器和激光二极管之间使用了前面所述的线性缓冲放大器，“0”和“1”电平的反相将会导致来自典型的双环路驱动器的颤音调制将在“0”电平显现，而不是在“1”电平显现的问题。如果在双环路激光驱动器52和与激光二极管连接的放大器56之间使用了附加放大器(也就是反相线性放大器)，这个问题将会得到矫正。该反相放大器既可以集成到激光驱动器52中，也可以集成到附加放大器中，但是为了降低在激光二极管附近的功率损耗，将反相放大器和激光二极管52集成在一起更加合适。
在另外的实施例中，可以使用监控光电二极管来监控激光二极管58的输出。将受监控的信号作为控制激光器调制和/或偏压的反馈信号。例如，可以监控光电二极管设置在和激光二极管58和/或放大器56的同一个TO罐中。
图3是根据本发明一个示范性实施例的光发射器100的示意图。例如，光发射器100可以用作图1所示的示范性光传输系统中的光发射器14。在光发射器100中，将配置为直流连接共漏极放大器的单个场效应晶体管(FET)，例如伪形态高电子迁移率晶体管(PHEMT)作为放大器。在另外的实施例中，使用双极性晶体管(例如NPN双极性晶体管)作为共集电极放大器。在其它的实施例中，也可以使用本领域技术人员公知的其它晶体管。
光发射器100包括激光驱动器102和激光二极管108。激光驱动器102接收数据124，并用这些数据来调制激光二极管108。数据124的数据比率例如为10Gbps或者更高。激光驱动器102还接收激光器调制幅度控制输入122，利用激光器调制幅度控制输入122来控制激光二极管输出的峰-峰幅度。
在该示范性实施例中，激光驱动器102经过一段传输线104驱动晶体管106。传输线104可以是电路板和/或弯曲电路中的共平面传输线或者微波传输带。传输线104的长度近似为1.25cm(厘米)，并且在大约0.25cm到几个厘米之间变化。在晶体管106的漏极和地之间布置有电容118。电容118可包括两个并联的电容，电容值较小的一个电容(例如60到100pf)在激光二极管108的TO罐内，电容值较大的一个电容(例如0.1μf)在该TO罐之外。
光发射器100进一步包括向激光驱动器102提供直流(DC)负载的负载电阻110。负载电阻110还给传输线104提供反向终止，从而在激光驱动器102的输出阻抗和传输线104的特征阻抗之间实现实际匹配(substantialmatching)。在光发射器100中，电容116和电感120形成偏压T网络，这样激光器偏压控制信号126穿过传输线104和电感120施加到晶体管106的栅极上，因此可以通过激光器偏压控制信号126控制晶体管106和激光二极管108的直流偏压。电容116提供直流阻隔，将激光驱动器102的输出和激光器偏压控制信号126隔开。
选择合适的阻抗匹配电阻114，使得阻抗匹配电阻114可以提供传输线104需要的终止阻值，从而在晶体管106的输入阻抗和传输线104的特征阻抗之间实现实际匹配。本领域技术人员对实现合适匹配和操作光发射电路所需的不同电路元件的值有充分了解，这些电路元件包括电容、电阻和电感等。
晶体管106提供相对高的输入阻抗，该输入阻抗并没有让传输线104的输出承担过重的负担。可以用配置为发射极跟随器的NPN双极性晶体管替换晶体管106。该晶体管源极或者发射极的输出连接到激光二极管108，向激光二极管108提供低阻抗驱动信号，该低阻抗驱动信号可以减少由晶体管106和激光二极管108之间的寄生电感所产生的振荡。这样可以解决当前的互连驱动器和激光二极管中遇到的一个难题(也就是振荡)。
在该示范性的实施例中，由于没有电阻与激光二极管106串联，所以降低了对电源电压Vcc的需求。例如，在最坏的情况下，在最大电流下穿过激光二极管106的电压峰值将高达2.0V。如果电源电压Vcc是3.3V，那么晶体管106的集电极到发射极电压还剩下1.3V。对于晶体管的正常工作而言，1.3V已经足够了。
另外，典型的激光器动态阻抗是7Ω，当在最坏的情况下调制电流达到80mApp(毫安，峰-峰)时，激光二极管108的正极(与晶体管106的发射极连接)的交流电压摆动是0.56Vpp。典型的单晶体管跟随器电压增益为0.5，激光驱动器102需要的输出电压摆动为1.12Vpp。这个电压摆动远小于不采用晶体管、而是通过阻抗匹配电阻和经过传输线104直接驱动激光二极管108时激光驱动器102需要的电压摆动，此时的电压摆动为2.0Vpp或4.0Vpp。
因此，由于降低了对激光二极管102的电压摆动的需求，再加上对跟随器级的低Vcc需求，设计出具有低电源电压的未冷却光发射器成为可能，而且与从传输线经过阻抗匹配电阻直接驱动激光二极管相比，减少了总功率损耗。
而且，与激光驱动器IC非常接近激光二极管相比，降低了功率损耗和在激光二极管附近的发热。例如，一个传统的差分驱动器工作在3.3V电源电压下，并向激光器提供80mApp的调制电流，那么只是调制电流本身就将产生80mA×3.3V＝264mW的功率损耗。典型的驱动器还将增加几百毫瓦的内部增益级和用于其它功能的额外功率损耗。
对于同样的80mApp的调制电流，在具有晶体管的上述实施例中，由于调制电流在一半的时间都为零，所以平均功率损耗只有40mA×3.3V＝132mW。跟随器驱动器的单端性质使得非常接近激光二极管108的调制伴生功率损耗减半。另外，为了将发热效应降至最低，激光驱动器102可以远离激光二极管108。
由于减少了所需要的激光驱动器102的电流摆动，额外的优点是将保留有附加功率。例如，当驱动50Ω负载加上50Ω反向终止电阻时，为了获得驱动晶体管106所需要的1.12Vpp，驱动器电流需要为1.12V/25Ω＝44.8mA。激光驱动器102的调制伴生功率损耗为44.8mA×3.3V＝147.8mW。晶体管106和激光驱动器102的调制伴生功率损耗之和为147.8mW+132mW＝279.8mW，它仅稍大于激光驱动器102直接驱动激光二极管106所需的功率264mW。
因此，本质上并没有增加总功率损耗，而晶体管106实质上减少了在激光二极管紧密周围的功率损耗。该功率损耗的减少可以极大地简化热量设计和减少激光器封装的成本。另外，由于晶体管106需要很少的无源元件和外部连接，可以将它和激光二极管108共同封装在一个很小的只有少量外部电连接的外壳内。在另外的实施例中，可以在Vcc和晶体管106的漏极之间加上电阻，以减少激光二极管(例如在TO罐内)的功率损耗。
在另一个示范性实施例中，可以将附加的电感与晶体管106的源极连接，以向除晶体管106提供的直流电流之外的激光二极管偏流提供通道。该附加电感的另一端可以与激光器偏压控制信号连接。如果采用这种配置，晶体管106发送的直流电流将会降低。因此，总功率损耗和激光二极管108周围的伴生发热也会降低。
可以在附加电感和晶体管106的源极之间加上电容。另外，还可以在晶体管的源极和地面之间布置另一个电感。在这种方式下，经过晶体管106和激光二极管108的直流电压降不会连续地增加，所以每个设备都分别有可以在工作中应用的充分电源电压。如果晶体管106和激光二极管108直接串联连接，那么当电源电压降低时便不能提供足够的工作电压。当电源电压降低时，例如电源电压降低到1.8V或者1.2V(例如从3.3V下降)时，这种结构非常有用。
在另一个示范性实施例中，在晶体管106(例如配置为共集电极放大器的NPN双极性晶体管)的基极和正电源电压Vcc之间增加阻抗匹配电阻，正电源电压Vcc可以为3.3V。在这种情况下，需要选择合适的阻抗匹配电阻和电阻114，以使得该阻抗匹配电阻和电阻114的并联组合可以在晶体管106的输入阻抗和传输线104的特征阻抗之间实现实际匹配。由于使用两个阻抗匹配电阻，它们的值大于只使用一个终接电阻(例如电阻114)的情况。因此，当基极电压一定时，它们吸收更少的电流，所以将会减少总功率损耗。
另外，在又一个示范性实施例中，并不用共集电极放大器来替换晶体管106，而是用配置为共发射极放大器的NPN双极性晶体管来替换晶体管106。换句话说，激光二极管108布置在正电源电压Vcc和NPN双极性晶体管的集电极之间，而不是布置在NPN双极性晶体管的发射极和地之间。在这种方式下，对于相同的激光器调制电流摆动，可以使用更低的驱动电压。不过，对于给定的晶体管，可能会导致更高的有效输入电容，并且会产生高输出阻抗，高输出阻抗会限制晶体管减少激光二极管驱动电流波形振荡的能力。当使用FET(例如PHEMT)时，晶体管也可以配置为共源极。
除了电容154串联连接电阻114和用电阻152替换电感120之外，图4所示的光发射器150和图3所示的光发射器100相同。增加的电容154允许在晶体管106的栅极处的电路节点有对地的高直流阻抗。因此，激光器偏压控制电路只需要少量电流，并且可以使用电阻152来替代电感120。
去掉电感120后，可以改善高频性能，这是因为实际中的电感通常有大量的寄生电容，而寄生电容限制了频率范围，这样它们表现为对于传输线104的高阻抗。同电感相比较，电阻可以在更宽的频率范围内提供高阻抗，所以可以获得更简单和更节约成本的设计。
和图3所示的光发射器100一样，也可以用双极性晶体管(例如NPN双极性晶体管)或者本领域技术人员所公知的其它合适晶体管来替换光发射器150的晶体管106。
在另一个示范性实施例中，图4中的光发射器可以包括附加元件。例如，可以加上与电容154并联的电阻，也就是，在电阻114和电容154之间的一个节点和地面之间加上该电阻。另外，可以在电容116和传输线104之间增加并联电阻和电容(一个并联RC网络)。在这种方式下，同图4中的结构相比，电容154的电容值可以更小，所以物理尺寸也更小。
例如，对于图4中的光发射器150，电容154的典型电容值为0.1μf(微法)。增加连接上面所述的电容和电阻后，电容154的电容值可以为100pf(皮法)。由于诸如TO罐等激光器封装的可利用空间有限，电容尺寸的这个差异在实际设计中非常有用。
例如，即使电容154的电容值很小，在电容116和传输线104之间的并联RC网络可以提供均衡以保持总体平坦的频率响应。与电容154并联的电阻应该足够高，从而可以不使用电感而继续使用电阻152。如果并联RC网络中的电阻的阻值和与电容器154并联的电阻的阻值相同，并且并联RC网络中的电容的电容值和与电容器154的电容值相同，那么可以保持平坦的频率响应。
和图4所示的光发射器150一样，也可以用双极性晶体管(例如NPN双极性晶体管)或者本领域技术人员所公知的其它合适晶体管来替换晶体管。
虽然通过一些具体的示范性实施例对本发明进行了描述，但是本领域技术人员显而易见可以对本发明做出许多附加修改和变化。因此可以理解，可以不按照已描述的方式实践本发明。所以，本发明中的各具体实施例应该是示范性的，而并不是限制性的，本发明的范围由附属权利要求及其变化来确定。

Claims (20)

1、一种光发射器，包括：
驱动电路，用于接收数据并应用该数据驱动激光二极管；
具有第一端和第二端的传输线，该第一端连接到驱动电路的输出；和
具有第一接头和第二接头的放大器，该第一接头与传输线的第二端连接，第二接头与激光二极管连接，
其中施加在第一接头的信号幅度控制激光二极管的光输出幅度。
2、根据权利要求1所述的光发射器，其中该放大器包括晶体管。
3、根据权利要求2所述的光发射器，其中该放大器包括配置为共集电极放大器的双极性晶体管。
4、根据权利要求2所述的光发射器，其中该放大器包括配置为共发射极放大器的双极性晶体管。
5、根据权利要求2所述的光发射器，其中该放大器包括配置为共漏极放大器的FET。
6、根据权利要求5所述的光发射器，其中该FET包括PHEMT。
7、根据权利要求2所述的光发射器，其中该放大器包括配置为共源极放大器的FET。
8、根据权利要求7所述的光发射器，其中该FET包括PHEMT。
9、根据权利要求2所述的光发射器，进一步包括设置在传输线第一端和正电源电压之间的第一电阻和设置在传输线第二端和地之间的第二电阻，
其中该第一电阻和第二电阻分别实现驱动电路的输出阻抗和放大器的输入阻抗与传输线的特征阻抗之间的实际匹配。
10、根据权利要求1所述的光发射器，其中该传输线从由共平面传输线和微波传输带组成的组中所选择。
11、根据权利要求1所述的光发射器，其中该驱动电路接收用于控制激光二极管输出的调制幅度的激光器调制幅度控制信号。
12、根据权利要求1所述的光发射器，其中该放大器接收用于控制激光二极管输出的直流偏压的激光器偏压控制信号。
13、根据权利要求12所述的光发射器，进一步包括连接在激光器偏压控制信号和放大器之间的电感。
14、根据权利要求12所述的光发射器，进一步包括连接在激光器偏压控制信号和放大器之间的电阻。
15、根据权利要求12所述的光发射器，进一步包括设置在驱动电路输出和传输线之间的电容，其中该电容执行直流阻隔，以将激光器偏压控制信号同驱动电路隔开。
16、根据权利要求1所述的光发射器，其中驱动电路和激光二极管不在同一封装中，从而降低在激光二极管附近的热耗。
17、根据权利要求1所述的光发射器，进一步包括设置在激光二极管和激光器偏压控制信号之间的电感，其中该电感向激光二极管提供直流电流通道，使得放大器传送电流的需求降低。
18、根据权利要求1所述的光发射器，进一步包括：在放大器的第二接头和激光二极管之间的电容；在放大器第二接头和地之间的电感，放大器和激光二极管都具有可用于工作的正电源电压。
19、根据权利要求9所述的光发射器，进一步包括设置在传输线第二端和正电源电压之间的第三电阻，其中第二电阻和第三电阻的并联组合实现所述在放大器的输入阻抗与传输线的特征阻抗之间的实际匹配。
20、根据权利要求9所述的光发射器，进一步包括与第二电阻串联的交流耦合电容，从而减少功率损耗并提高频率性能。
CNA03817054XA 2002-07-15 2003-07-11 使用多级激光驱动电路直接调制激光二极管的方法和装置 Pending CN1669249A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US10/195,662 US6941080B2 (en) 2002-07-15 2002-07-15 Method and apparatus for directly modulating a laser diode using multi-stage driver circuitry
US10/195,662 2002-07-15

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN1669249A true CN1669249A (zh) 2005-09-14

Family

ID=30114990

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNA03817054XA Pending CN1669249A (zh) 2002-07-15 2003-07-11 使用多级激光驱动电路直接调制激光二极管的方法和装置

Country Status (8)

Country Link
US (1) US6941080B2 (zh)
EP (1) EP1522156A1 (zh)
JP (1) JP2005533379A (zh)
CN (1) CN1669249A (zh)
AU (1) AU2003251860A1 (zh)
CA (1) CA2492499A1 (zh)
IL (1) IL166302A0 (zh)
WO (1) WO2004008664A1 (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104104448A (zh) * 2014-07-16 2014-10-15 上海航天电子通讯设备研究所 一种基于以太网的可见光通信收发一体化装置
CN104205626A (zh) * 2012-04-25 2014-12-10 惠普发展公司，有限责任合伙企业 具有可编程输入阻抗的开路增益互阻抗放大器
CN107438947A (zh) * 2015-04-03 2017-12-05 科塞密科技公司 用于vcsel驱动应用的具有升压调节和电流增益的通路装置
CN109417521A (zh) * 2016-04-28 2019-03-01 康杜实验室公司 低功率多电平驱动器
CN109644050A (zh) * 2016-08-23 2019-04-16 施瓦哲工程实验有限公司 低功率光纤光收发器
CN114866150A (zh) * 2021-02-05 2022-08-05 华为技术有限公司 一种光收发组件、控制方法及系统

Families Citing this family (39)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1424753A1 (en) * 2002-11-28 2004-06-02 Agilent Technologies, Inc. - a Delaware corporation - Slope efficiency measurement apparatus for a laser device and method therefor
JP2005096094A (ja) * 2003-09-22 2005-04-14 Ricoh Co Ltd カラー画像形成装置、半導体レーザ変調駆動装置および画像形成装置
US7433602B2 (en) * 2004-01-13 2008-10-07 Finisar Corporation Implementation of gradual impedance gradient transmission line for optimized matching in fiber optic transmitter laser drivers
JP4605692B2 (ja) * 2004-03-19 2011-01-05 株式会社リコー 半導体レーザ変調駆動装置及び画像形成装置
JP4275583B2 (ja) * 2004-06-24 2009-06-10 ユーディナデバイス株式会社 電子モジュール
US6965722B1 (en) * 2004-10-29 2005-11-15 Finisar Corporation High efficiency active matching electro-optic transducer driver circuit operable with low supply voltages
US20060126684A1 (en) * 2004-12-10 2006-06-15 Chien-Chang Liu Real time constant excitation ratio (ER) laser driving circuit
US20060182449A1 (en) * 2005-02-16 2006-08-17 John Iannelli Optical transmitter with integrated amplifier and pre-distortion circuit
US20060221427A1 (en) * 2005-03-31 2006-10-05 Wu Xin M Impedance matching circuit for optical transmitter
US20070009267A1 (en) * 2005-06-22 2007-01-11 Crews Darren S Driving a laser using an electrical link driver
US8036539B2 (en) * 2005-06-28 2011-10-11 Finisar Corporation Gigabit ethernet longwave optical transceiver module having amplified bias current
US7860398B2 (en) * 2005-09-15 2010-12-28 Finisar Corporation Laser drivers for closed path optical cables
US20070116076A1 (en) * 2005-11-21 2007-05-24 Frank Wang Controlling optical power and extincation ratio of a semiconductor laser
US20070188951A1 (en) * 2006-02-10 2007-08-16 Crews Darren S Optoelectronic device ESD protection
US7876989B2 (en) 2006-04-10 2011-01-25 Finisar Corporation Active optical cable with integrated power
US8083417B2 (en) * 2006-04-10 2011-12-27 Finisar Corporation Active optical cable electrical adaptor
CN101083458A (zh) * 2006-06-02 2007-12-05 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 阻值变换电路及使用该阻值变换电路的光源控制电路
US7734184B2 (en) * 2006-08-04 2010-06-08 Finisar Corporation Optical transceiver module having an active linear optoelectronic device
US7646988B2 (en) * 2006-08-04 2010-01-12 Finisar Corporation Linear amplifier for use with laser driver signal
US8769171B2 (en) 2007-04-06 2014-07-01 Finisar Corporation Electrical device with electrical interface that is compatible with integrated optical cable receptacle
TWI337464B (en) * 2007-04-14 2011-02-11 Realtek Semiconductor Corp Transceiver device and method with saving power
US8244124B2 (en) 2007-04-30 2012-08-14 Finisar Corporation Eye safety mechanism for use in optical cable with electrical interfaces
JP5313730B2 (ja) * 2009-03-16 2013-10-09 日本オクラロ株式会社 光送信機及び光送信モジュール
JP5050076B2 (ja) * 2010-04-13 2012-10-17 株式会社日立製作所 光通信モジュールおよび光通信装置
US10234545B2 (en) 2010-12-01 2019-03-19 Microsoft Technology Licensing, Llc Light source module
JP2013015670A (ja) * 2011-07-04 2013-01-24 Sumitomo Electric Device Innovations Inc 光変調装置
US8891341B1 (en) 2013-03-11 2014-11-18 Western Digital Technologies, Inc. Energy assisted magnetic recording disk drive using modulated laser light
US9153936B2 (en) * 2013-06-20 2015-10-06 Fujitsu Limited Power-efficient high-speed driver for a vertical-cavity surface-emitting laser
US9064525B2 (en) 2013-11-26 2015-06-23 Western Digital Technologies, Inc. Disk drive comprising laser transmission line optimized for heat assisted magnetic recording
US9620930B2 (en) * 2015-07-29 2017-04-11 Adtran, Inc. Reflection based signal pre-emphasis
US10257932B2 (en) 2016-02-16 2019-04-09 Microsoft Technology Licensing, Llc. Laser diode chip on printed circuit board
CN106451069A (zh) * 2016-09-12 2017-02-22 无锡迈微光电科技有限公司 一种减小激光器系统自混合干涉效应的方法
CN106961309B (zh) * 2017-05-31 2019-06-21 中国科学技术大学 一种可见光通信收发器与可见光通信系统
CN112352405A (zh) * 2018-05-30 2021-02-09 Macom技术解决方案控股公司 基于集成电路的交流耦合拓扑
US11650436B2 (en) 2019-09-06 2023-05-16 Ii-Vi Delaware, Inc. Optical communication device
US11387624B2 (en) 2020-02-04 2022-07-12 Analog Devices International Unlimited Company Resonant laser driver
JP7393982B2 (ja) * 2020-03-11 2023-12-07 古河電気工業株式会社 発光素子の駆動回路、発光装置及び発光素子の駆動方法
CN113746559B (zh) * 2020-05-29 2022-12-27 华为技术有限公司 一种发射电路、光模块以及通信设备
CN114361937B (zh) * 2022-03-18 2022-05-24 深圳市海创光学有限公司 激光器驱动电路及激光器

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4243951A (en) 1978-06-12 1981-01-06 Rca Corporation High repetition rate driver circuit for modulation of injection lasers
US4237427A (en) 1978-06-16 1980-12-02 International Telephone And Telegraph Corporation Apparatus for stabilizing a laser
US4505582A (en) 1982-07-14 1985-03-19 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Self-detecting optical sensors
US4594717A (en) 1984-03-27 1986-06-10 Optical Storage International-U.S. Driver circuit for laser diode
US4698817A (en) * 1985-02-28 1987-10-06 Northern Telecom Limited Peak optical power control circuit for laser driver
US4819241A (en) 1985-08-16 1989-04-04 Kabushiki Kaisha Toshiba Laser diode driving circuit
US4736380A (en) 1986-04-30 1988-04-05 Tektronix, Inc. Laser diode driver
EP0293008B1 (en) 1987-05-29 1994-04-27 Nec Corporation A method and apparatus for an oscillation frequency separation among a plurality of laser devices
US4849981A (en) * 1987-10-05 1989-07-18 General Electric Company High frequency signal driver for a laser diode and method of forming same
US4945542A (en) 1989-05-31 1990-07-31 Massachusetts Institute Of Technology Laser diode modulator
US5097473A (en) 1989-12-21 1992-03-17 Kabushiki Kaisha Toshiba Stabilized-feedback control device for semiconductor lasers
JP2843191B2 (ja) 1992-01-30 1999-01-06 富士通株式会社 電子デバイスの駆動回路
US5268916A (en) 1992-06-15 1993-12-07 Alcatel Network Systems, Inc. Laser bias and modulation circuit
KR950002137A (ko) * 1993-06-30 1995-01-04 세끼사와 다까시 모듈레이터 직접 분포형 귀환 레이저 다이오드 모듈 및 이를 사용한 장치
JP3432620B2 (ja) 1994-12-20 2003-08-04 富士通株式会社 光送信機及びレーザダイオードモジュール
US5521933A (en) 1995-03-07 1996-05-28 Hytek Microsystems, Inc. Backmatched laser diode driver
US5651017A (en) 1995-04-21 1997-07-22 Xerox Corporation Drive circuit for high-speed modulation of a laser diode
WO1996035972A1 (en) 1995-05-08 1996-11-14 Testdesign Corporation Optical fiber interface for integrated circuit test system
KR19990028418A (ko) 1995-06-23 1999-04-15 세모스 로버트 어니스트 빅커스 레이저 드라이버
US5946334A (en) 1996-03-27 1999-08-31 Ricoh Company, Inc. Semiconductor laser control system
US5739938A (en) * 1996-09-10 1998-04-14 Northrop Grumman Corporation Optically-powered directly-modulated fiber optic link
US5850409A (en) 1997-03-21 1998-12-15 Maxim Integrated Products, Inc. Laser modulation control method and apparatus
US6618407B1 (en) * 1998-08-27 2003-09-09 Triquint Technology Holding Co. Uncooled universal laser module
US6609842B1 (en) * 2000-03-27 2003-08-26 Marconi Communications, Inc. Linear laser driver circuit
EP1282207A4 (en) * 2001-02-23 2006-08-09 Fujitsu Ltd LIGHT STATION
US6667661B1 (en) * 2001-05-04 2003-12-23 Euvis, Inc. Laser diode driver with high power efficiency

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104205626A (zh) * 2012-04-25 2014-12-10 惠普发展公司，有限责任合伙企业 具有可编程输入阻抗的开路增益互阻抗放大器
US9515628B2 (en) 2012-04-25 2016-12-06 Hewlett Packard Enterprise Development Lp Open-gain trans-impedance amplifier with programmable input impedance
CN104104448A (zh) * 2014-07-16 2014-10-15 上海航天电子通讯设备研究所 一种基于以太网的可见光通信收发一体化装置
CN107438947A (zh) * 2015-04-03 2017-12-05 科塞密科技公司 用于vcsel驱动应用的具有升压调节和电流增益的通路装置
CN109417521A (zh) * 2016-04-28 2019-03-01 康杜实验室公司 低功率多电平驱动器
CN109644050A (zh) * 2016-08-23 2019-04-16 施瓦哲工程实验有限公司 低功率光纤光收发器
CN114866150A (zh) * 2021-02-05 2022-08-05 华为技术有限公司 一种光收发组件、控制方法及系统

Also Published As

Publication number Publication date
WO2004008664A1 (en) 2004-01-22
AU2003251860A1 (en) 2004-02-02
EP1522156A1 (en) 2005-04-13
US20040208207A1 (en) 2004-10-21
US6941080B2 (en) 2005-09-06
CA2492499A1 (en) 2004-01-22
JP2005533379A (ja) 2005-11-04
IL166302A0 (en) 2006-01-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1669249A (zh) 使用多级激光驱动电路直接调制激光二极管的方法和装置
CN1083650C (zh) 通过平行光连接进行传送和接收的控制电路和方法
US7035302B2 (en) Optical transmission module
US6169765B1 (en) Apparatus and method for output signal pulse width error correction in a communications receiver
CN106257777B (zh) 用于高速激光器二极管的驱动器
CN102637996B (zh) 对称直接耦合激光器驱动器
CN104617483A (zh) 一种带宽补偿的超高速激光驱动器电路和驱动器芯片
CN1855165A (zh) 差分电流驱动型传送系统
CN1172369A (zh) 发光元件驱动电路及具有该电路的发光装置
JPH01103884A (ja) 光トランスミッタドライバ
CN105375985A (zh) 光接收电路和光耦合装置
US8737442B2 (en) Driver circuit for laser diode outputting pre-emphasized signal
US7679410B1 (en) System and method for improving the efficiency and reliability of a broadband transistor switch for periodic switching applications
CN105717590A (zh) 提高sfp光模块光调制幅度的装置及应用方法
Lee et al. The LED driver IC of visible light communication with high data rate and high efficiency
US20050105574A1 (en) Laser driver for optical communication network
CN110707520B (zh) 一种直调激光器的驱动电路和直调光发射机
CN209327575U (zh) 激光发射电路以及激光雷达
CN113411161B (zh) 光调顶电路及方法
CN113540968A (zh) 一种下沉式直接调制激光器与驱动器的结构及其应用
Wu et al. GaN FET push–pull driver circuit enabling power light emitting diode to be a high-efficiency, high-speed wireless transmitter
CN109167249A (zh) 一种高速调制的半导体激光发射器模块
US20220166511A1 (en) Driver Circuit for One or Several Optical Transmitting Components, Receiver Circuit for One or Several Optical Receiving Components for Optical-Wireless Communication and Method
US20210219431A1 (en) Optoelectronic component and fabrication method thereof
WO2022107375A1 (ja) スイッチングモジュール

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication