La interfaz de circuitos de controladores de láser con diodos láser disponibles en el mercado a altas velocidades de datos es una tarea compleja y frustrante. Esta nota de aplicación pretende proporcionar una breve discusión sobre este tema con el objetivo de proporcionar una referencia útil para que los diseñadores de sistemas ópticos hagan que este proceso sea lo más simple posible.
prólogo
La conexión de diodos láser accesibles industrialmente y circuitos de controladores láser a altas tasas de información puede ser una tarea confusa y misteriosa. Esta nota de aplicación pretende abordar rápidamente este tema con el objetivo de proporcionar una referencia útil para los entusiastas de los sistemas ópticos para facilitar este procedimiento.
Las tres piezas principales del rompecabezas de la interfaz láser incluyen (1) el circuito de salida del controlador láser, (2) las características eléctricas del diodo láser y (3) la interfaz entre ellos (generalmente usando una placa de circuito impreso). ). ). Esta nota de aplicación analiza primero las características de los diodos láser y los controladores láser por separado y luego los reúne para analizar las interfaces de PCB. Además, incorpora un área de racionalización que describe posibles respuestas a varios problemas básicos de interfaz.
Características de los diodos láser
En general, la salida óptica coherente se puede generar y mantener en un diodo láser semiconductor solo si la corriente del láser supera su umbral. Para una operación de conmutación rápida, es común sesgar el diodo láser ligeramente por encima del umbral para evitar retrasos en el encendido y apagado. La salida de luz de un láser depende de la amplitud de la corriente de excitación y la eficiencia de conversión de corriente a luz o la eficiencia de pendiente del diodo láser.
Tanto la corriente de umbral como la eficiencia de pendiente están fuertemente relacionadas con la estructura del láser, el proceso de fabricación, los materiales de fabricación y la temperatura de funcionamiento. La Figura 1 muestra las características de tensión-corriente y la corriente de excitación de salida óptica de un diodo láser típico.
Estructura de salida del controlador láser
La función principal del controlador láser es suministrar las corrientes adecuadas para polarizar y modular el diodo láser (Figura 2). La polarización es una corriente constante que empuja el rango operativo del diodo láser más allá de su umbral hacia la región lineal.
La modulación es una corriente alterna que se enciende y apaga en sincronía con la forma de onda del voltaje de entrada. Idealmente, la corriente de polarización debe rastrear los cambios en la corriente de umbral y la corriente de modulación debe rastrear los cambios en la eficiencia de la pendiente.
Es importante mantener una impedancia constante en el cátodo del diodo láser para que la carga del circuito de salida de alta velocidad sea estable con respecto a la frecuencia. Si la carga del circuito de salida se vuelve inestable, provocará reflejos y zumbidos, degradando la calidad de la forma de onda óptica. La capacitancia de derivación asociada con la fuente de corriente de polarización crea una impedancia (ZBIAS) que es una función de la frecuencia. Para minimizar los efectos de esta variación de impedancia, normalmente se conecta un inductor de aislamiento externo (o perla de ferrita) entre el cátodo del diodo láser y el circuito de polarización. Este inductor no tiene efecto sobre la corriente de polarización de CC, pero aparece como una alta impedancia para la corriente de modulación.
La magnitud de la corriente de modulación está determinada por una resistencia externa, RMOD (Figura 3). Esta resistencia controla las fuentes de corriente asociadas con la etapa de salida diferencial. La salida del controlador láser está conectada al colector del transistor de la etapa de salida. En la mayoría de los casos, los componentes pull-up utilizados con salidas de colector abierto (resistencias o inductores) son externos al controlador láser.
Conclusión
La consideración cuidadosa de las propiedades del diodo láser y la estructura de salida del controlador láser facilita la interfaz entre el controlador láser y el diodo láser. Este documento introdujo algunos pasos o procedimientos para atravesar esta interfaz de una manera más sencilla. Se discutió el acoplamiento de CA y CC y se proporcionó un esquema de solución de problemas.