амплитуда тока иакачки лазера; ! -порогоный ток; Тс - эффективное время жизни носителей. Кроме того, импульсы лазерного излучения имеют нид затухающих осцилляции с периодом колебаний

7 = 2л/тсТф/(/ -1). Простейший метод исследования временных параметрон полупроводнн-коных лазерных диодов осионан на использовании формирователя с субна-носекундным временем нарастания токовых импульсов, быстродействующего фотопрнемника н стробоскопического осциллографа.

На рис. 7.19 показана схема установки для определения динамических характеристик полупроводниковых ннжекциониых лазеров. В схеме формирователя используется сочетание генератора на лавнииом транзисторе Vri -*0В

Рнс 7 19. Схема установки для определения динамических характеристик полупроводниковых нижекциоиных лазеров

и ключа иа мощном МДП-транзнсторе с горизонтальным каналом, который увеличивает нагрузочную способность формирователя [149]. Для обострения фронта токовых импульсов прнменеи диод с накоплением заряда Vu\. Амплитуда тока накачки лазера плавно регулируется от О до 1 А прн изменении питания ПТ. Длительность формируемых импульсов задается длиной высокочастотного кабеля, выполняющего роль накопительной линии. В небольших пределах длительность импульсов тока может регулироватьси путем изменения прямого тока через VD\.

Запуск формирователя осуществляется импульсами снихроннзацни, создаваемыми самим осциллографом, что позноляет получать на экране J устойчивое изображение, но можно

использовать н внешний запуск. Световые импульсы регистрируются лавинным фотодиодом VD4, сигнал с которого подается непосредственно на второй вход осциллографа без применения промежуточных усилителей, которые неизбежно бы искажали его. Для уменьшения иаводок фотодиод вместе с шайбовым сопротивлением монтируется в переходном соединителе коаксиального кабеля.

На рнс. 7.20 представлены осциллограммы перепада тока накачкн лазерного диода н снегового сигнала, полученные в данной схеме прн исследованнн дниамнческих характе-,й г°~ ~---------*

импульсы .vyo.a амплитудой около I До вре-

Рнс 7.20. Осциллограммы перепада тока накачкн лазерного диода (луч /) н сигнала с фотодиода (луч 2)

Рнстнк инжекцнонных лазепов с авпйипй дниамнческих характе-166

менем нарастания порядка 0i,4 яс. В данной устаиовке для получения импульсов тока накачкн лазерных диодов с большой крутизной можно использовать формирователь коротких импульсов, построенный на двух параллельно включенных Ga.4s ПТ [121].

Прн исследованнн влияния переходных процессов на предельные возможности кодо-нмпульсной модуляции полупроводниковых лазеров целесообразно использовать двухимпульсиые тестовые сигналы тока с возможностью изменения времени задержки между импульсами. Это позволяет имитировать очень высокую частоту повторения токовых импульсов и детально исследовать динамические характеристики излучателей. Для этих целей может быть использован генератор парных импульсов тока (рис. 7.21). Для формирования импульсов управления используются два независимых канала, построенных на микросхемах эмиттерно-связанной логн-

--88 о*ев

РЮ0ЛЛ218

3BngCH

Рис. 7.21. Принципиальная схема генератора парных импульсов

D\D4 и компараторы Ш04). изменением уровня срабаты-

ки (дифференциальные приемники с линий Задержка между импульсами осуществляется ваиня микросхемы D1.1 с помощью резистора R\, а регулировка длительности импульсов производится изменением скорости нарастания напряжения иа одном из входов компараторов (резисторы /?2, 3).

Полученные таким образом импульсы суммируются с помощью Z)1.3 и подаются на формирователь тока, который состоит из предварительного усилителя иа биполярных транзисторах VT\, VT2 и оконечных каскадов иа арсенид галлиевых ПТ с барьером Шотки. Ток смещения лазеряого днода регулируется с помощью источника тока, выполненного на транзисторе VT8. Изменение амплитуды токовых импульсов

Рнс. 7.22. Осциллограммы токовых импульсов (луч /) н светового отклика (луч 2) при разной задержке между тест-нмпуль-самн

осуществляется с помощью каскада на тракзисторе VT7, который изменяет режим рабоггы трагизлстора VT3. Запуск усгройства производится от стандартного генератора нмпульотых сигналов. Осциллограммы токовых импульсов лазерного днода н светового отклика представлены иа рнс. 7.22. Данный генератор формирует парные импульсы тока с регулируемой длительностью 3... 30 НС. Задержка между импульсами плавно изменяется от О до 30 не, а их амплитуда регулируется от О до 800 мА. Ток смещения плавно регулируется в пределах О ... 400 мА.

7.4. Импульсные модуляторы полупроводниковых излучателей малой и средней мощности

Схемные решения импульсных модуляторов полупроводниковых излучателей .малой н средней мощности довольно разнообразны н зависят от таких параметров лазерных диодов, как рабочие токн накачки н частота модуляции. Для излучающих диодов с токами накачки до 1 ... 5 А перспективны модуляторы, построенные с применением мощных МДП-транзнсторов.

На рис. 7.23 показана схема модулятора, управляемого непосредственно с выхода ТТЛ- или ТТЛШ-микросхем [150]. Ждущий мультивибратор, по-

Рнс. 7.23. Принципиальная схема модулятора, управляемого с выхода интегральных схем

строенный иа микросхеме D2, служит для формирования выходных импульсов необходимой длительности, которая регулируется переменным резистором RL Диод VDI обеспечивает уменьшение времени восстановления этой схемы. Инверторы микросхемы D1 служат для обострения фронтов запускающих и выходных импульсов мультивибратора.

Импульсы, сформированные ждущим мультивибратором, подаются на согласующие каскады: эмиттерный повторитель на транзисторе VTl, каскад с общей базой на транзисторе V72 н эмиттерный повторитель на транзисторе VT3. Последний служит для уменьшения постоянной времени перезаряда входной емкости мощного МДП-транзнстора VT4, на котором построен оконечный каскад модулятора. Данное устройство обеспечивает амплитуду импульсов тока на выходе 0,05... 0,35 А, плавно регулируемую длительность от 5 до 30 не, длительность фронтов импульсов порядка 2,5 НС н рабочую частоту до 30 МГц.

В ряде случаев, для повышения скорости передачи информации и уменьшения потребляемой аппаратурой мощности модуляторы лазерных диодов должны иметь регулируемый пьедестал. Прн правильном выборе уровня пьедестала время задержки между токовыми модулирующими н световыми импульсами значительно сокращается, что позволяет обеспечить эффективную модулнцню с высокой скоростью.

На рис. 7.24 показан генератор субнаносекундных модулирующих импульсов для проверки характеристик лазерных диодов [151]. Токовый пьедестал в генераторе устанавливается

с высокой точностью цифровой

Рис. 7.24. Принципиальная схема генератора субнаносекундных модулирующих импульсов

схемой управления. Это позволяет легко программировать величину пьедестала, подстраивая ее под пороговые токн лазерных диодов, имеющие большой разброс н большую температурную нестабильность. Генератор состоит нз формирователя субнаносекундных импульсов, формирователя пред-порогового пьедестала и цифро-аналогового преобразователя.

Формирователь импульсов собран на диодах с накоплением заряда VD2 н VD4. В исходном состояннн через дноды протекает ток от источника Uf, величина которого определяется резистором R6. Для формирования импульсов на дноды VD2 н VD4 подается запирающее напряжение с эмиттера VT7. Транзистор VT6 и микросхема D4 служат для усиления н обострения входного сигнала, подаваемого от ТТЛ-микросхем. Амплитуда токового импульса регулируется от 0,02 до 0,1 А изменением напряжения источника питания О. Диод VD3 отсекает выброс отрицательной полярности.

На микросхемах Dl и D2 собрана схема преобразователя 8-разрядного двоичного кода в напряжение. Начальная балансировка операционного усилителя D2 осуществляется резистором 5. С выхода операционного усилителя D2 напряжение подается на неннвертирующнй вход операционного усилителя D3, который совместно с транзистором VTl образует управляемый напряжением источник тока. Величина тока /=C/ i нвинв/Лэкв, где ?экв - эквивалентное сопротивление резисторов RI-R4. Амплитуда пьедестала регулируется с точностью 0,7% от 0,05 до 0,2 А.

Мощный МДП-транзистор VTl питает дифференциальный каскад на транзисторах VT2 н VT3. Транзистор VT5 согласует уровни ТТЛ-сигналов с напряжением, необходимым для переключения дифференциального каскада. Дроссель L2 предотвращает шунтирование лазерного днода VD5 собственными емкостями транзисторов VT3 и VT4.

в [152] описай модулятор лавиино-пролетных диодов, который с успехом может использоваться для работы с полупроводниковыми лазерами средней мощности. На рис. 7.25 представлена его принципиальная схема.

зависящий от входного управляющего напряжения [153]. На рис. 7.27 представлена схема высокоэкономичного модулятора, содержащего микро-мощный программируемый операционный усилитель D1, ток потребления

- &

1/2 ss*/i /

К 9/1 f\5g (У

КТЯ/¥А

D1, яг ямА/г

Рис. 7.25. Принципиальная схема модулятора для исследования лавиино-пролетных диодов

Задающий генератор иа микросхемах D\, D2 обеспечивает регулировку длительности импульсов в пределах 100... 250 нс (резистор R2) и частоту повторения в пределах 20... 100 кГц (резистор Rl). Усилитель на двух транзисторах VT1, V72 обеспечивает большое входное и малое выходное сопротивления предварительного каскада. Ои служит буферным каскадом между задающим генератором и усилителем-ограничителем на мощном МДП-транзисторе VT3. С помощью интегрнрующе-диффереицирующей цепи R3-R6, Cl, С2 осуществляется регулировка наклона вершины токовых импульсов в пределах 15... 20%. Оконечный каскад выполнен на биполярном р-п-р транзисторе V7 4 и МДП-транзнсторе VT5 н охвачен обратной связью по току для увеличения выходного сопротивления.

Даииый модулятор обеспечивает в нагрузке около 2 Ом (эквивалент лавиино-пролетиого днода) регулируемые по амплитуде (с помощью изменения напряжечия питания оконечных каскадов) импульсы тока до 7 А с временами нарастания и спада порядка 5 нс. Частота повторения импульсов и их длительность регулируются в пределах 20... 100 кГц и 100... 250 ис. Осциллограммы импульсов тока в нагрузке при регулировке наклона вершины показаны иа рис. 7.26.

Рис. 7 26 Осциллограммы импульсов тока в нагрузке при регулировке наклона вершины

В ряде случаев для управления работой светодиодов необходимо использовать преобразователь напряжение-ток с мощным выходным каскадом, что позволяет получать в выходной цепи стабильный ток, линейно

Рис. 7.27. Принципиальная схема модулятора светодиодов

которого задается резнсторамн Rl, R2, четырехканальный аналоговый ключ D2 и усилитель мощности иа транзисторах VJl, VT2, нагрузкой которого является светодиод. Использование мощного МДП-транзистора позволяет получать высокое быстродействие, а благодаря его высокому входному сопротивлению можно использовать микромощный операционный усилитель без согласующих каскадов.

В исходном состоянии (при отсутствии импульса Запуск ) каналы ключей ХО н УО находятся в открытом состоянии, а все остальные каналы в закрытом. При этом затвор V71 подключен к нулевому потенциалу, транзисторна VTI, VT2 закрыты и ток в нагрузке отсутствует. Нагрузкой Dl в этом случае является цепь, состоящая из резистора R3 и сопротивления открытого канала ключа Гд. При этом ток потребления операционного усилителя составляет всего 300 мкА. Прн подаче импульса Запуск каналы ключей ХО, Y0 закрываются, а каналы ключей Х2, Y2 открываются. Через открытый канал Х2 образуется общая отрицательная обратная связь, и на резисторе R5 устанавливается напряжение, равное входному, а в цепи нагрузки формируется импульс тока, значение которого определяется как IUsxlRs. Ток потребления операционного усилителя будет определяться резистором Rl, так как резистор R2 в это время шунтирован открытым каналом Y2. Ток нагрузки VDl практически отсутствует, т. е. операционный усилитель в данном случае нагружен на высокое входное сопротивление транзистора.

Такое управление операционным усилителем позволяет минимизировать энергопотребление устройства за счет отключения нагрузки и уменьшения тока потребления в паузах между формируемыми импульсами. При помощи элементов С1-СЗ осуществляется частотная коррекция схемы. Модулятор