VCSEL(垂直腔面发射激光器)的结构与传统的发射激光器不同，具有体积小、圆形输出光斑、单纵模输出、阈值电流小、价格低廉、易集成为大面积阵列的优点。因此VCSEL驱动器就成为甚短距离光互连系统的重要单元，CMOS工艺的低成本优势，使基于CMOS工艺的VCSEL驱动器设计成为主要的一个参考选择。

目前国际上2。5Gbs/s速率级别的VCSEL驱动器多为电流型较为流行考虑到我国的超高速集成电路的设计技术的现状，本文所研究讨论的0。18μm标准CMOS工艺设计2。5Gbs/s速率的VCSEL电压驱动器，对我国探索新兴领域追赶和超越国际VSR领先水平具有较大的积极意义。

1。2  光互连系统简述论文网

光互连系统的基本机构如图1。1，整个系统可以分为三部分：光发射机、光通路和接收机。光发射机有三部分组成，包括有激光驱动器、复接器、激光驱动电路和激光器，光通路有光波导构成，光接收机光电二极管、前置放大器、限幅放大器、时钟恢复、数据判决以及分解器电路组成。

图1。1 光互连基本框图

光互连系统的工作的基本原理是，在系统的发送端，来自不同输入的若干低速数字信号由复接器唯一一路高频信号在由放大器放大至稳定大幅度的差分信号连接至激光器接口电路，驱动器将将复接 器产生的高速信号转换为高速驱动电流以驱动激光器产生光传过信号，然后传入光波导进行传输；在系统的接受端，光电二极管将光波导传过来的光信号转换为电信号，微弱的电信号经过前置放大器和限幅放大器后，在接着由时钟数据恢复电路和数据判决电路分别恢复出时钟信号和数据信号，最后又分接器把高速信号还原成为原来的若干路输出信号。

1。3  论文内容及结构安排

本文采用0。18μm标准CMOS工艺设计光互连系统中的关键模块--VCSEL电压驱动器主要研究其发光原理和设计理论，并重点仿真分析VCSEL激光器的电压驱动电路。

本文各章节内容具体安排如下：文献综述

第二章：主要就是对光互连系统的关键模块VCSEL（垂直腔面发射激光器）各个部分的结构以及设计原理进行详细介绍，并论述在采用CMOS工艺设计激光驱动电路的特点及其注意事项为电路设计提供理论基础。

第三章：讨论了VCSEL电压驱动电路设计的关键技术，并仔细分析输入缓冲匹配电路、主放大电路。

第四章：分析驱动原理，在结合输入缓冲匹配电路、主放大电路的基础上做电压驱动电路的分析与仿真。

第五章：对全文进行总结，并提出以后的学习研究方向。

2 VCSEL驱动器设计的基本理论分析

2。1  VCSEL（垂直腔面发射激光器）简介

垂直腔面发射激光器（Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser，简称VCSEL，又译垂直共振腔面射型雷射）是一种半导体，其激光垂直于顶面射出，与一般用切开的独立芯片制成，激光由边缘射出的边射型激光有所不同。

VCSEL主要由三部分组成 （见图2。1），即激光工作物质、崩浦源和光学谐振腔。工作物质是发出激光的物质，但不是任何时刻都能发出激光，必须通过崩浦源对其进行激励，形成粒子数反转，发出激光，但这样得到的激光寿命很短，强度也不会太高，并且光波模式多，方向性很差。所以，还必须经过顶部反射镜(Top Mirror)和底部反射镜 (Bottom Mirror)组成的谐振腔，在激光腔(Laser Cavity)内放大与振荡，并由顶部反射镜(Top Mirror)输出，而且输出的光线只集中在中间不带有氧化层(Ox ide LayerS)的部分输出。这样就形成了垂直腔面的激光发射，从而得到稳定、持续、有一定功率的高质量激光。