CN109167249A - 一种高速调制的半导体激光发射器模块 - Google Patents

一种高速调制的半导体激光发射器模块 Download PDF

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杨宏雷
杨文哲
王学运
张升康
王宏博
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    • H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
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Abstract

本申请公开了一种高速调制的半导体激光发射模块，解决了现有装置体积大，反馈方式功率不稳定的问题。高速调制的半导体激光发射模块，包含比较电路、激光模块、电流‑电压转换模块、调制模块、电源模块；激光模块，用于输出频率稳定的激光，接收部分光功率，通过光电转换产生光电流。比较电路，用于将电流‑电压转换模块输出的电压信号与标准电平作对比，生成反馈电压，反馈电压控制比较电路中的三极管的导通电流，改变激光模块工作电流。电流‑电压转换模块，用于转换激光模块产生的光电流，产生随激光输出功率变化的电压信号。调制模块，用调制信号，改变激光模块的驱动电流。本申请的装置减小了激光发射器体积，提高了鲁棒性，方便系统集成。

Description

一种高速调制的半导体激光发射器模块
技术领域
本申请涉及高速激光通信技术领域，尤其涉及一种高速调制的半导体激光发射器模块。
背景技术
由于激光的载频非常高，可以支持极大的调制带宽，因而可实现极高的通信速率或测量速度，这便对激光调制部分提出了极高要求。另外，实用的激光通信及激光测量设备要求激光调制模块须具有小型化，可模块化集成特点。目前，高速调制的激光模块包括电流直接调制式与外调制式。其中，电流直接调制式的激光模块主要采用可支持高速电流调制的半导体激光器，通过直接调制半导体激光的驱动电流，从而使激光器的输出光功率产生高频调制，模拟调制带宽可达5GHz，基本满足普通通信要求。而外调制式的激光模块在激光器外部串接一个高频电光调制器，避免调制激光器驱动电流，实现的最高调制带宽可达40GHz。然而集成高速电光调制器不仅增大激光模块体积，而且成本高昂，不利于广泛商用。
发明内容
本申请实施例提供一种高速调制的半导体激光发射模块，解决了现有装置体积大，反馈方式功率不稳定的问题。
一种高速调制的半导体激光发射模块包含：比较电路、激光模块、电流-电压转换模块、调制模块、电源模块；所述电源模块，用于为比较电路提供标准电平，以及为激光二极管供电。所述激光模块包含所述激光二极管，用于输出频率稳定的激光，部分光功率通过光电转换产生光电流。所述比较电路，用于将电流-电压转换模块输出的电压信号与标准电平作对比，生成反馈电压，反馈电压控制比较电路中的三极管的导通电流，改变激光模块工作电流。所述电流-电压转换模块，用于转换激光模块产生的光电流，产生随激光输出功率变化的电压信号。所述调制模块，用调制信号，改变激光模块的驱动电流。
进一步地，所述激光模块，包含：光电探测元件、激光二极管。所述光电探测元件，用于接收激光二极管的部分光功率，通过光电转换过程产生光电流。
进一步地，所述电源模块，包含：开关电源模块、偏置设定模块。所述开关电源模块，用于控制通断直流电源，并输出稳定的电压信号，为偏置设定模块提供电压参考输入。开关电源模块有三个端口，一个端口接直流电源；一个端口接偏置设定模块，用于为偏执设定模块提供电压；一个端口接比较电路和激光二极管。所述偏置设定模块，用于将直流电源分压产生标准电平。
进一步地，所述调制模块，包含：调制输入、电容。所述调制输入，是携带外部调制信号的交变电压；调制输入在连接一个电容后接入激光二极管的负极。
进一步地，所述比较电路有五个端口，其中正向输入端连接偏置设定模块，反向输入端连接电流-电压转换模块，两个电源端一个接开关电源模块，另一个接地，输出端接激光二极光负极。
优选地，所述激光模块驱动电流经过去耦模块，所述去耦模块连接在开关电源与激光二极管正极中间，用于去除激光模块的驱动电流噪声。
优选地，所述比较电路输出的信号经过稳压模块，所述稳压模块安装在激光二极管负极中间，用于滤除噪声。
进一步地，所述偏置设定模块输出电压，即为标准电平。
进一步地，所述调制电源频率响应范围为0.1GHz-4.5GHz。
优选地，所述直流电源输出电压为12V、电流为70mA；所述开关电源模块输出电压为5V；所述偏置设定模块输出电压为0.88V。
本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：
本申请实施例采用高速电流直接模拟调制的半导体激光器，在保证调制带宽的前提下，减小激光模块的体积。采用功率稳定的反馈方式，稳定控制半导体激光的直流工作点，提高了鲁棒性。着重考虑了电学噪声对调制激光的影响。模块整体机构紧凑，方便系统集成。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为半导体激光器稳定工作点实施例示意图。
图2为高速调制的半导体激光发射模块实施例结构示意图。
图3为激光发射模块调制输入电流的幅频响应测试图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。
图1为半导体激光器稳定工作点实施例示意图。
本申请实施例提出一种高速调制的半导体激光发射模块包含：比较电路11、激光模块13、电流-电压转换模块12、调制模块14、电源模块15。
所述电源模块，用于为比较电路提供标准电平及为激光二极管供电。所述激光模块，包含激光二极管(LD)，用于输出频率稳定的激光；所述激光模块，还包含光电探测元件(PD)，所述光电管用于接收部分光功率，通过光电转换产生光电流。所述比较电路，用于将电流-电压转换模块输出的电压信号与标准电平作对比，生成反馈电压。反馈电压控制比较电路中的三极管的导通电流，改变激光模块工作电流。所述电流-电压转换模块，用于转换激光模块产生的光电流，产生随激光输出功率变化的电压信号。所述调制模块，用调制信号，改变激光模块的驱动电流。
本发明的比较电路，将从激光模块接受的部分光功率通过光电转换产生光电流，通过电流-电压转换模块转换为电压信号，输入比较电路的反向输入端。由电源模块生成的标准电平输入比较电路的正向输入端。通过两者对比，若标准电平大，则反馈电压为正向电压，若电流-电压转换的电压信号大，则反馈电压为反向电压。反馈电压为正向电压，则反馈电流变大，从而减小了激光模块激光大小，反之，反馈电压为反向电压，则反馈电流变小，从而增大了激光模块的激光大小。
例如，所述激光模块驱动电流经过去耦模块，所述去耦模块连接在开关电源与激光二极管正极中间，用于去除激光模块的驱动电流噪声。所述比较电路输出的信号经过稳压模块，所述稳压模块安装在激光二极管负极中间，用于滤除噪声。
图2为高速调制的半导体激光发射模块实施例结构示意图。
本发明半导体激光发射模块包含光电探测元件103、激光二极管104、光纤输出105、直流电源100、开关电源模块101、偏置设定模块109、调制输入106、电容107、比较电路11、电流-电压转换模块12、去耦模块102、稳压模块108。
所述激光模块包含：光电探测元件103、激光二极管104。所述光电探测元件，用于接收激光二极管的部分光功率，通过光电转换过程产生光电流。
所述电源模块包含：开关电源模块101、偏置设定模块109。所述开关电源模块，用于控制通断直流电源，并输出稳定的电压信号，为偏置设定模块提供电压参考输入。开关电源模块有三个端口，一个端口接直流电源；一个端口接偏置设定模块，用于为偏执设定模块提供电压；一个端口接比较电路和激光二极管。所述偏置设定模块，用于将直流电源分压产生标准电平。
所述调制模块包含：调制输入106、电容107。所述调制输入，是携带外部调制信号的交变电压；调制输入在连接一个电容后接入激光二极管的负极。
所述比较电路11有五个端口，其中正向输入端连接偏置设定模块，反向输入端连接电流-电压转换模块，两个电源端一个接开关电源模块，另一个接地，输出端接激光二极光负极。
所述激光模块驱动电流经过去耦模块102，所述去耦模块连接在开关电源与激光二极管正极中间，用于去除激光模块的驱动电流噪声。
所述比较电路输出的信号经过稳压模块108，所述稳压模块安装在激光二极管负极中间，用于滤除噪声。
所述偏置设定模块输出电压，即为标准电平。
稳定工作点的控制流程为当激光二极管发射的激光大于稳定工作点时，光电探测元件接收的激光变大，经过光电转换产生的电流变大，通过电流-电压转换模块转换的电压变小，与偏置设定模块提供的标准电平作对比，因为转换的电压变小，所以转换电压小于标准电平，比较电路输出端产生正向的电压，该电压产生变大的反馈电流，由于比较电路的输出端连接激光二极管的负极，因此激光二极管的电流变小，激光变小。反之，当激光二极管发射的激光小于稳定工作点时，通过控制流程，激光变大。
图3为激光发射模块调制输入电流的幅频响应测试图。
所述调制电源幅频响应范围，为0.1GHz-4.5GHz带宽范围内-35dB；-20dB带宽范围为0.5GHz～4.3GHz；-10dB带宽范围则为1.5GHz～4GHz。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，其中各部件的型号、连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种高速调制的半导体激光发射模块，其特征在于，包含：比较电路、激光模块、电流-电压转换模块、调制模块、电源模块；
所述电源模块，用于为比较电路提供标准电平，以及为激光二极管供电；
所述激光模块包含所述激光二极管，用于输出激光，部分光功率通过光电转换产生光电流；
所述比较电路，用于将电流-电压转换模块输出的电压信号与标准电平作对比，生成反馈电压，反馈电压控制比较电路中的三极管的导通电流，改变激光模块工作电流；
所述电流-电压转换模块，用于转换激光模块产生的光电流，产生随激光输出功率变化的电压信号；
所述调制模块，用调制信号，改变激光模块的驱动电流。
2.根据权利要求1所述半导体激光发射模块，其特征在于，所述激光模块包含：光电探测元件、激光二极管；
所述光电探测元件，用于接收激光二极管的部分光功率，通过光电转换过程产生光电流。
3.根据权利要求1或2所述半导体激光发射模块，其特征在于，所述电源模块包含：开关电源模块、偏置设定模块；
所述开关电源模块，用于控制通断直流电源，并输出稳定的电压信号，为偏置设定模块提供电压参考输入；开关电源模块有三个端口，一个端口接直流电源；一个端口接偏置设定模块，用于为偏执设定模块提供电压；一个端口接比较电路和激光二极管；
所述偏置设定模块，用于将直流电源分压产生标准电平。
4.根据权利要求1所述半导体激光发射模块，其特征在于，所述调制模块包含：调制输入、电容；
所述调制输入，是携带外部调制信号的交变电压；调制输入在连接一个电容后接入激光二极管的负极。
5.根据权利要求1～3所述半导体激光发射模块，其特征在于，所述比较电路有五个端口，其中正向输入端连接偏置设定模块，反向输入端连接电流-电压转换模块，两个电源端一个接开关电源模块、另一个接地，输出端接激光二极光负极。
6.根据权利要求1所述半导体激光发射模块，其特征在于，所述激光模块驱动电流经过去耦模块，所述去耦模块连接在开关电源与激光二极管正极中间，用于去除激光模块的驱动电流噪声。
7.根据权利要求1所述半导体激光发射模块，其特征在于，所述比较电路输出的信号经过稳压模块；所述稳压模块安装在激光二极管负极中间，用于滤除噪声。
8.根据权利要求3所述半导体激光发射模块，其特征在于，所述偏置设定模块输出电压，即为标准电平。
9.根据权利要求4所述半导体激光发射模块，其特征在于，所述调制电源频率响应范围为0.1GHz-4.5GHz。
10.根据权利要求5所述半导体激光发射模块，其特征在于，所述直流电源输出电压为12V、电流为70mA；所述开关电源模块输出电压为5V；所述偏置设定模块输出电压为0.88V。
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