CN113394650A - 一种窄脉冲激光器的驱动模块 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种窄脉冲激光器的驱动模块，包括触发信号生成模块、抗干扰模块、D触发器，所述触发信号生成模块的输出端连接至抗干扰模块，所述触发信号生成模块用于输出所需频率的触发信号至抗干扰模块，所述抗干扰模块用于减少外部干扰产生的误触发；所述抗干扰模块的输出端连接至D触发器，所述D触发器用于将所需频率的触发信号转换产生窄脉冲信号，所述窄脉冲信号输送至激光器用于驱动窄脉冲激光器的工作。本发明的优点在于：解决了现有技术采用延时芯片产生的温度漂移问题；控制结构简单，仅需要控制D触发器的复位延时就可以实现；可以实现不同频率触发信号的波形转换为窄脉冲信号。

Description

一种窄脉冲激光器的驱动模块
技术领域
本发明涉及量子通信领域，特别涉及一种基于D触发器的宽带高速窄脉冲激光器的驱动模块。
背景技术
在量子密钥分发系统中，需要窄脉冲光信号。随着系统升级，对于高速激光器触发频率提出更高要求，同时低重复频率的窄脉冲激光器有特定应用场景，因此需要需兼容低速和高速稳定的激光器。激光器功率稳定性影响量子密钥分发系统探测结果，最终影响系统的误码率。激光器稳定性受其驱动电路影响，现有的激光器的驱动系统，如图1所示，采用延时芯片，由于延时芯片随环境温度变化延时发生变化，若调试过程参数临界时，偶尔出现无光输出情况；因此这种方式的驱动模块无法提供安全可靠的驱动信号。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种窄脉冲激光器的驱动模块，采用新的技术方案，基于D触发器实现一种可以实现不同频率触发信号的波形转换成窄脉冲驱动信号且不会产生温度漂移问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种窄脉冲激光器的驱动模块，包括触发信号生成模块、抗干扰模块、D触发器，所述触发信号生成模块的输出端连接至抗干扰模块，所述触发信号生成模块用于输出所需频率的触发信号至抗干扰模块，所述抗干扰模块用于减少外部干扰产生的误触发；所述抗干扰模块的输出端连接至D触发器，所述D触发器用于将所需频率的触发信号转换产生窄脉冲信号，所述窄脉冲信号输送至激光器驱动芯片用于驱动激光器的工作。
所述抗干扰模块为滞回比较器，触发信号输入至滞回比较器的输入端后经过滞回比较器输出滤除干扰后的触发信号。
所述D触发器包括CLK端口、Q端口、
Figure BDA0003112837140000021
端口、CLR端口、D端口，抗干扰模块的输出端连接至CLK端口，Q端口输出窄脉冲信号，D端口连接逻辑高，
Figure BDA0003112837140000022
端口、CLR端口之间设置用于控制D触发器复位的延时元件。
所述延时元件为延时线，通过设置延时线的延时时间来实现D触发器的复位，控制Q端口输出信号电平拉低。
延时线的长度根据预先设置的延时线延时时间和电信号在延时线中的传播速度来确认以及芯片内部固有延时。
预先设置的延时线延时时间TD以及通过延时线的材质确认延时线中电信号传输速度V，则延时线的长度L＝V*TD。
所述D触发器产生窄脉冲信号经压控增益放大器后送入至分布反馈半导体激光器中以产生窄脉冲激光信号。
本发明的优点在于：解决了现有技术采用延时芯片产生的温度漂移问题；控制结构简单，仅需要控制D触发器的复位延时就可以实现；可以实现不同频率触发信号的波形转换为窄脉冲信号；基于D触发器实现窄脉冲的生成控制，结构简单可靠，且可以根据实际窄脉冲的延时设计，方便调节延时线的长度来实现不同的窄脉冲宽度；适应兼容高速、低速激光出发频率，使得宽脉冲可以变换为所需的窄脉冲；脉冲宽度输出受温度影响小。
附图说明
下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：
图1为现有技术的驱动模块原理图；
图2为本发明的驱动模块的结构原理图；
图3为本发明的驱动模块的信号时序图。
上述图中的标记均为：Siganl:信号输入
Compare:比较器；
DFF:D触发器
DL：延时线；
VGA:压控增益放大器；
DFB:分布反馈半导体激光器。
具体实施方式
下面对照附图，通过对最优实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
如图1所示，为现有技术的驱动结构示意图，输入信号signal经过比较器后分成两路延时回路后经过与门后产生窄脉冲信号输出至压控增益放大器的输入端，由压控增益放大器输出后送入到分布式反馈半导体激光器中来产生窄脉冲激光信号。这种方式一方面在产生窄脉冲时用到了延时芯片Delay以及采用高速与门芯片AND，延时芯片的使用会增加温度漂移产生的影响，对整体的驱动控制以及激光器的窄脉冲激光信号的产生都会产生影响；高速与门芯片AND的使用会增加成本而且要求高速与门芯片的精准度，其主要靠高速与门芯片来输出窄脉冲信号，当高速与门芯片不能满足要求时，则会出现故障现象，输出不满足要求的窄脉冲甚至不是窄脉冲，因此在这种方案中对于高速与门芯片的性能也有一定的要求。
基于上述现有技术的缺陷，本申请采用一种新的方案来实现窄脉冲用以驱动激光器，本方案的具体原理是基于D触发器来实现的，同时采用延时线来延时控制，不受温度漂移影响或温度漂移基本上影响很小。采用的元器件仅包括D触发器和滞回比较器来实现驱动电路，保证了驱动模块的简单可靠；滞回比较器又能对外部的干扰进行一定的抑制，保证了系统的触发信号的稳定，滤波高斯噪声、外部干扰噪声等产生的误触发。具体方案如下：
如图2所示，一种窄脉冲激光器的驱动模块，包括触发信号生成模块、抗干扰模块、D触发器，其中触发信号生成模块的输出端连接至抗干扰模块，触发信号生成模块用于输出所需频率的触发信号至抗干扰模块，抗干扰模块用于减少外部干扰产生的误触发；抗干扰模块的输出端连接至D触发器，D触发器用于将所需频率的触发信号转换产生窄脉冲信号，窄脉冲信号输送至激光器用于驱动窄脉冲激光器的工作。
在多个实现方式中一种中，抗干扰模块为滞回比较器，触发信号输入值滞回比较器的输入端后经过滞回比较器输出滤除干扰后的触发信号。
D触发器包括CLK端口、Q端口、
Figure BDA0003112837140000041
端口、CLR端口、D端口，抗干扰模块的输出端连接至CLK端口，Q端口输出窄脉冲信号，D端口连接逻辑高，
Figure BDA0003112837140000042
端口、CLR端口之间设置用于控制D触发器复位的延时元件。
延时元件采用延时线DL，通过设置延时线的延时时间来实现D触发器的复位，控制Q端口输出信号电平拉低。其中延时线的长度根据预先设置的延时线延时时间和电信号在延时线中的传播速度来确认。
预先设置的延时线延时时间TD以及通过延时线的材质确认延时线中电信号传输速度V，则延时线的长度L＝V*TD。D触发器产生窄脉冲信号经压控增益放大器后送入至分布反馈半导体激光器中以产生窄脉冲激光信号。
本方案解决传统通过延时芯片逻辑与随温度漂移问题；电路结构相对简单易于实现、无需高速逻辑与芯片,采用控制一路延时，D触发器实现；可以现实不同频率触发信号的波形转换为窄脉冲信号；
外部触发信号(根据所需频率点)输入后经过滞回比较器，减低外部干扰误触发；触发信号进入D触发器的CLK端口，当上升沿时Q等于D为1；-Q经过延时线传输到D触发复位管脚后Q被拉低变为0；Q等待下一次输入触发信号的上升来临，从而产生窄脉冲信号。该高速信号经过压控增益放大器后驱动分布反馈半导体激光器产生窄脉冲激光信号；
如图3所示，D触发器当时钟上升沿时候Q＝D，其他时候保持当前状态。外部触发信号连接至D触发的CLK输入，D触发器D端口接逻辑高；当外部触发脉冲上升沿来的时候，Q＝D＝1；Q_＝0；经过Δt时间后传到CLR管脚。当CLR拉高时候，Q复位清0拉低。由于没有CLK的上升沿。Q保持0状态。Q＝1，经过Δt到达CLR，此时Q解除置0状态。由于没有上升。
本发明电路简单；兼容高速和低速激光触发频率,宽脉冲可以变为窄脉冲；脉冲宽度受温度影响小；端口匹配50欧姆标准。
本发明原理为：通过D触发器脉冲上升沿触发产生初始状态，通过延时控制D触发输出状态反转产生窄脉冲信号。初始状态可以为低或者高，通过D触发复位或者清除管脚使其状态发生变化。
信号单端输入高速比较器一端，另外一端设置好触发阈值。当脉冲发生变化时，比较器电平发生反转。比较器输出反转信号作为D触发器的CLK输入，当该反转信号为上升沿时，D触发器Q等于D，即为1。另外一端输出经过固定延时，进入复位管脚。此时Q被强制拉低。
该段由高到低的过程即我们产生的窄脉冲信号。该信号经过激光器驱动芯片放大后驱动激光器产生窄脉冲光信号。
延时线长度DL的计算方法：电信号在不同介质上传播的速度存在差异，若此处采用常用PCB板材环氧树脂-玻璃(FR4)介电常数4.2-4.7。介电常数(Dk,ε，Er)决定了电信号在该介质中传播的速度。电信号传播的速度与介电常数平方根成反比。介电常数越低，信号传送速度越快。取介电常数4.2时：V＝C/Er^0.5＝3*10^8/2.049＝146385010.9422m/s,延时L＝V*TD
脉冲延时时间Δt＝TD(延时线时间)+t0(D触发固定延时)。即L＝V*(Δt-t0)。延时线延时时间TD可以根据实际工作状态来设计，通过延时线的材质可以确认延时线中电信号传输速度V，则延时线的长度L＝V*TD。TD的设计实际上就是脉冲延时时间的设置；在实际电路中，选择设置好脉冲延时时间Δt，而脉冲延时时间Δt＝TD(延时线时间)+t0(D触发固定延时)，D触发器固定延时t0为已知参数，Δt为可设置参数，则可以求出TD进而可以根据L＝V*TD计算出延时线L的长度。D触发器产生窄脉冲信号经压控增益放大器后送入至分布反馈半导体激光器中以产生窄脉冲激光信号。
显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，均在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种窄脉冲激光器的驱动模块，其特征在于：包括触发信号生成模块、抗干扰模块、D触发器，所述触发信号生成模块的输出端连接至抗干扰模块，所述触发信号生成模块用于输出所需频率的触发信号至抗干扰模块，所述抗干扰模块用于减少外部干扰产生的误触发；所述抗干扰模块的输出端连接至D触发器，所述D触发器用于将所需频率的触发信号转换产生窄脉冲信号，所述窄脉冲信号输送至激光器用于驱动窄脉冲激光器的工作。
2.如权利要求1所述的一种窄脉冲激光器的驱动模块，其特征在于：所述抗干扰模块为滞回比较器，触发信号输入至滞回比较器的输入端后经过滞回比较器输出滤除干扰后的触发信号。
3.如权利要求1所述的一种窄脉冲激光器的驱动模块，其特征在于：所述D触发器包括CLK端口、Q端口、
Figure FDA0003112837130000011
端口、CLR端口、D端口，抗干扰模块的输出端连接至CLK端口，Q端口输出窄脉冲信号，D端口连接逻辑高，
Figure FDA0003112837130000012
端口、CLR端口之间设置用于控制D触发器复位的延时元件。
4.如权利要求3所述的一种窄脉冲激光器的驱动模块，其特征在于：所述延时元件为延时线，通过设置延时线的延时时间来实现D触发器的复位，控制Q端口输出信号电平拉低。
5.如权利要求4所述的一种窄脉冲激光器的驱动模块，其特征在于：延时线的长度根据预先设置的延时线延时时间和D触发器芯片内部固有延时决定。。
6.如权利要求5所述的一种窄脉冲激光器的驱动模块，其特征在于：预先设置的延时线延时时间TD和芯片固有延时t0决定脉冲延时时间，通过延时线的材质确认延时线中电信号传输速度V，则延时线的长度L＝V*TD。
7.如权利要求1所述的一种窄脉冲激光器的驱动模块，其特征在于：所述D触发器产生窄脉冲信号经压控增益放大器后送入至分布反馈半导体激光器中以产生窄脉冲激光信号。
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