CN108923260A - 一种超辐射发光二极管宽带光源 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种超辐射发光二极管宽带光源，包括多个超辐射发光二极管、WDM合波器件以及光法兰，还包括与所述超辐射发光二极管数量相等且一一对应的驱动电路，多个所述超辐射发光二极管分别通过光纤与所述WDM合波器件连接，所述WDM合波器件与所述光法兰连接，所述超辐射发光二极管与对应的驱动电路电连接。本发明提供的超辐射发光二极管宽带光源通过WDM合波器的多层介质膜将多个超辐射发光二极管发出的宽带光合在一起，在提高输出功率和增大光谱宽度的同时，能减小损耗，使波型平坦可控。

Description

一种超辐射发光二极管宽带光源
技术领域
本发明涉及超辐射发光二极管应用技术领域，具体涉及一种超辐射发光二极管宽带光源。
背景技术
超辐射发光二极管(SLD)近年来迅速发展，它是介于激光器(LD)和发光二极管(LED)之间的一种半导体光电器件，具有输出功率高，光谱宽度宽等特点，极其适合用于诸如光学相干层析(OCT)成像系统、无源器件测试和光纤陀螺仪(FOG)等。
但在很多领域的应用中，单个超辐射发光二极管往往功率或带宽达不到使用要求。现有解决办法是采用合束器将多个超辐射发光二极管发出的宽带光合在一起输出，但存在损耗大，谱型不平坦等诸多弊端。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术不足，提供一种超辐射发光二极管宽带光源，解决现有技术中多个超辐射发光二极管合波级联时损耗过大、谱型不平坦的技术问题。
为达到上述技术目的，本发明的技术方案提供一种超辐射发光二极管宽带光源，包括多个超辐射发光二极管、WDM合波器件以及光法兰，还包括与所述超辐射发光二极管数量相等且一一对应的驱动电路，多个所述超辐射发光二极管分别通过光纤与所述WDM合波器件连接，所述WDM合波器件与所述光法兰连接，所述超辐射发光二极管与对应的驱动电路电连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：本发明利用WDM合波器对多个超辐射发光二极管进行合波级联，通过WDM合波器的多层介质膜将多个超辐射发光二极管发出的宽带光合在一起，在提高输出功率和增大光谱宽度的同时，能减小损耗，使波型平坦可控。
附图说明
图1是本发明提供的超辐射发光二极管宽带光源的结构示意图；
图2是本发明提供的超辐射发光二极管宽带光源的光路图；
图3是本发明提供的超辐射发光二极管宽带光源的驱动电路电路图；
图4是本发明提供的超辐射发光二极管宽带光源的温度控制电路电路图；
图5是一个超辐射发光二极管的光谱图；
图6是另一个超辐射发光二极管的光谱图；
图7是现有技术中合束器实现的宽带光源的光谱图；
图8是本发明提供的超辐射发光二极管宽带光源的光谱图。
附图标记：
1、超辐射发光二极管，2、WDM合波器件，3、光法兰，4、驱动电路，5、光纤，6、盒体，7、温度控制电路。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：
如图1所示，本发明的实施例1提供了一种超辐射发光二极管宽带光源，包括多个超辐射发光二极管1、WDM合波器件2以及光法兰3，还包括与所述超辐射发光二极管数量1相等且一一对应的驱动电路4，多个所述超辐射发光二极管1分别通过光纤5与所述WDM合波器件2连接，所述WDM合波器件2与所述光法兰3连接，所述超辐射发光二极管1与对应的驱动电路4电连接。
本实施例以两个超辐射发光二极管1为例进行说明，应该知道的是超辐射发光二极管1还可以是其他的数量。
超辐射发光二极管1通过光纤5出光，每个超辐射发光二极管1拥有独立的驱动电路，WDM合波器件2上镀有多层介质膜，多层介质膜由多层不同折射率的介质膜组合而成，可以使特定波长的光通过，而其他波长的光被阻止。如图2所示，本发明利用多层介质膜高通低阻的特性，截取其中一个超辐射发光二极管1输出光束L1的短波长部分和另一个超辐射发光二极管1输出光束L2的长波长部分合并成输出光束L3，例如一个超辐射发光二极管1的输出波段为1300nm-1400nm,另一个超辐射发光二极管1的输出波段为1350-1450，则通过多层介质膜取并集合成波段为1300nm-1450nm的输出光束。光法兰3选用FC/APC光连接器，用于输出合束后的宽带光。
使用时，给驱动电路4提供稳定的+5V电压，即可驱动超辐射发光二极管宽带光源，两个超辐射发光二极管1输出的宽带光经过WDM合波器件2合成一束宽带光后通过光法兰3输出。
本发明通过多个超辐射发光二极管1与WDM合波器件2的配合使用，解决了单个超辐射发光二极管1输出功率和带宽不足的问题；避免了传统合束器方法导致的损耗大，光谱谱型不好等缺点，在实际应用中更加方便。
优选的，如图1所示，还包括盒体6，所述超辐射发光二极管1、WDM合波器件2、光法兰3、驱动电路4以及光纤5均设置于所述盒体6内。
盒体6用于保护和固定超辐射发光二极管1、WDM合波器件2、光法兰3、驱动电路4以及光纤5；盒体6优选金属盒体，更加稳固。具体的，本实施例中，驱动电路4的电路板固定于盒体6内，超辐射发光二极管1焊接在驱动电路4的电路板上，WDM合波器件2固定在盒体6内，光法兰3固定于盒体1的侧面。
优选的，如图1所示，所述光纤5盘绕固定于所述盒体6内。
光纤5盘绕固定于盒体6内，避免光纤交错缠绕，影响光纤5的传输效果，从而降低传输过程中的损耗，防止光纤5受到损坏。
优选的，所述超辐射发光二极管1与所述盒体6之间设置有用于散热的热沉。
图中未示出热沉，热沉用于超辐射发光二极管1的辅助散热，避免温度过高，损坏超辐射发光二极管1。
优选的，如图3所示，所述驱动电路4包括稳压器Q1、模拟开关U1、运算放大器LM1、运算放大器LM2、三极管VT1、电位器RT1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6以及电阻R7；
所述稳压器Q1的阳极以及参考极均接电源，所述稳压器Q1的阴极接地，所述稳压器Q1的阳极还通过所述电阻R1以及电位器RT1接地，所述电阻R1与电位器RT1的公共端通过所述电阻R2与所述电位器RT1的调节端电连接，所述电位器RT1的调节端与所述运算放大器LM1的同相输入端电连接，所述运算放大器LM1的反向输入端与所述运算放大器LM1的的输出端电连接，所述运算放大器LM1的的输出端与所述模拟开关的输入端电连接，所述模拟开关的控制端与外部的开关信号发生器电连接，所述模拟开关的输出端与所述运算放大器LM2的反向输入端电连接，所述运算放大器LM2的同相输入端与地之间依次串联有所述电阻R3以及电阻R4，所述电阻R3与电阻R4的公共端通过所述电阻R5与所述三极管VT1的发射极电连接，所述运算放大器LM2的输出端通过所述电阻R6与所述三极管VT1的基极电连接，所述三极管VT1的集电极与所述超辐射发光二极管1的负极电连接，所述超辐射发光二极管1的正极通过所述电阻R7接电源。
驱动电路4为超辐射发光二极管1提供稳定的电源。具体的，本实施例中稳压器Q1采用型号为TL431的稳压芯片，运算放大器LM1和运算放大器LM2均采用型号为LM324的运算放大器，模拟开关U1选用型号为CD4053的模拟开关芯片。稳压器Q1对电源的电源进行稳压作用得到稳定的电源电压，并经过运算放大器LM1输入模拟开关U1，通过外部的开关信号发生器控制模拟开关的通断，进而控制稳压电源的接入与否。开关信号发生器采用现有技术实现即可，只要可以产生高电平和低电平的开关信号即可，例如按钮开关、触摸开关等。模拟开关输出的稳压电源经运算放大器LM2输入三极管VT1进行放大，最后输入超辐射发光二极管1的负极，实现超辐射发光二极管1的稳压供电。
优选的，如图3所示，外部的开关信号发生器通过与门U1A与模拟开关U1的控制端电连接，保证输入信号的正确性。与门U1A选用型号为SN74HC08的与门芯片。
优选的，如图4所示，还包括与所述超辐射发光二极管1数量相等且一一对应的温度控制电路7，所述超辐射发光二极管1与对应的温度控制电路7电连接，所述温度控制电路7设置于所述盒体6内。
本实施例通过温度控制电路7配合超辐射发光二极管1内部的半导体制冷器TEC来稳定器件温度，避免环境温度变化引起超辐射发光二极管1的性能变化，并通过对超辐射发光二极管1温度的控制来小范围移动输出宽带光的波长。
优选的，如图4所示，所述温度控制电路7包括包括温控器U2以及场效应管U3，所述温控器U2通过所述场效应管U3与所述超辐射发光二极管1的控制极电连接。
具体的，本实施例中温控器选用型号为ADN8831的温控芯片，场效应管选用型号为FDW2520C的场效应管芯片两片。
电路连接如图4所示，温控芯片ADN8831的COMPOSC引脚和PVDD引脚均接电源、温控芯片ADN8831的AGND引脚接地；
温控芯片ADN8831的VREF引脚通过电阻R16与N1M引脚电连接，温控芯片ADN8831的N1M引脚与超辐射发光二极管1的ThSOA引脚电连接，辐射发光二极管1的ThSOA引脚与ThSLD引脚电连接；
温控芯片ADN8831的SPGATE引脚与第一场效应管芯片FDW2520C的第5引脚电连接，温控芯片ADN8831的SW引脚与第一场效应管芯片FDW2520C的第1引脚电连接，温控芯片ADN8831的SNGATE引脚与第一场效应管芯片FDW2520C的第4引脚电连接，第一场效应管芯片FDW2520C的第2引脚以及第一场效应管芯片FDW2520C的第3引脚均接地，第一场效应管芯片FDW2520C的第6引脚以及第一场效应管芯片FDW2520C的第7引脚均接电源，第一场效应管芯片FDW2520C的第8引脚与第一场效应管芯片FDW2520C的第1引脚电连接，第一场效应管芯片FDW2520C的第8引脚通过电感L1与超辐射发光二极管1的TEC-引脚电连接，超辐射发光二极管1的TEC-引脚通过电容C9接地，超辐射发光二极管1的TEC-引脚还与温控芯片ADN8831的SFB引脚电连接；
温控芯片ADN8831的LPGATE引脚与第二场效应管芯片FDW2520C的第5引脚电连接，温控芯片ADN8831的LNGATE引脚与第二场效应管芯片FDW2520C的第4引脚电连接，温控芯片ADN8831的LFB引脚与第二场效应管芯片FDW2520C的第1引脚电连接，第二场效应管芯片FDW2520C的第2引脚以及第二场效应管芯片FDW2520C的第3引脚均接地，第二场效应管芯片FDW2520C的第6引脚以及第二场效应管芯片FDW2520C的第7引脚均接电源，第二场效应管芯片FDW2520C的第8引脚与第二场效应管芯片FDW2520C的第1引脚电连接，第二场效应管芯片FDW2520C的第8引脚通过电阻R14与超辐射发光二极管1的TEC+引脚电连接，超辐射发光二极管1的TEC+引脚通过电容C10接地，超辐射发光二极管1的TEC+引脚还与温控芯片ADN8831的CS引脚电连接。
优选的，如图1所示，所述超辐射发光二极管1的数量为两个。
两个超辐射发光二极管1的合束光效果最佳。
为验证本发明的技术效果，进行仿真实验，两个超辐射发光二极管光谱图分别如图5、图6所示，现有技术中采用合束器实现的宽带光源的光谱图如图7所示，本发明提供的超辐射发光二极管宽带光源的光谱图如图8所示。通过图7可以看出，使用传统合束器方法，在两个超辐射发光二极管输出光谱型叠加的地方会出现明显的波包，导致光谱谱型不平坦，且输出光功率损耗大于50％；通过图8可以看出，本发明提供的采用WDM合波器件的超辐射发光二极管宽带光源中，3dB带宽和功率均有不同程度的增加，光谱谱型平坦，纹波小，且输出光功率损耗小于20％，明显优于传统方法。
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种超辐射发光二极管宽带光源，其特征在于，包括多个超辐射发光二极管、WDM合波器件以及光法兰，还包括与所述超辐射发光二极管数量相等且一一对应的驱动电路，多个所述超辐射发光二极管分别通过光纤与所述WDM合波器件连接，所述WDM合波器件与所述光法兰连接，所述超辐射发光二极管与对应的驱动电路电连接。
2.根据权利要求1所述的超辐射发光二极管宽带光源，其特征在于，还包括盒体，所述超辐射发光二极管、WDM合波器件、光法兰、驱动电路以及光纤均设置于所述盒体内。
3.根据权利要求2所述的超辐射发光二极管宽带光源，其特征在于，所述光纤盘绕固定于所述盒体内。
4.根据权利要求2所述的超辐射发光二极管宽带光源，其特征在于，所述超辐射发光二极管与所述盒体之间设置有用于散热的热沉。
5.根据权利要求1所述的超辐射发光二极管宽带光源，其特征在于，所述驱动电路包括稳压器Q1、模拟开关U1、运算放大器LM1、运算放大器LM2、三极管VT1、电位器RT1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6以及电阻R7；
所述稳压器Q1的阳极以及参考极均接电源，所述稳压器Q1的阴极接地，所述稳压器Q1的阳极还通过所述电阻R1以及电位器RT1接地，所述电阻R1与电位器RT1的公共端通过所述电阻R2与所述电位器RT1的调节端电连接，所述电位器RT1的调节端与所述运算放大器LM1的同相输入端电连接，所述运算放大器LM1的反向输入端与所述运算放大器LM1的的输出端电连接，所述运算放大器LM1的的输出端与所述模拟开关的输入端电连接，所述模拟开关的控制端与外部的开关信号发生器电连接，所述模拟开关的输出端与所述运算放大器LM2的反向输入端电连接，所述运算放大器LM2的同相输入端与地之间依次串联有所述电阻R3以及电阻R4，所述电阻R3与电阻R4的公共端通过所述电阻R5与所述三极管VT1的发射极电连接，所述运算放大器LM2的输出端通过所述电阻R6与所述三极管VT1的基极电连接，所述三极管VT1的集电极与所述超辐射发光二极管的负极电连接，所述超辐射发光二极管的正极通过所述电阻R7接电源。
6.根据权利要求2所述的超辐射发光二极管宽带光源，其特征在于，还包括与所述超辐射发光二极管数量相等且一一对应的温度控制电路，所述超辐射发光二极管与对应的温度控制电路电连接，所述温度控制电路设置于所述盒体内。
7.根据权利要求6所述的超辐射发光二极管宽带光源，其特征在于，所述温度控制电路包括温控器U2以及场效应管U3，所述温控器U2通过所述场效应管U3与所述超辐射发光二极管的控制极电连接。
8.根据权根据权利要求1-7任一所述的超辐射发光二极管宽带光源，其特征在于，所述超辐射发光二极管的数量为两个。
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