CN115275758B - 一种宽带脉冲调制光源 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种宽带脉冲调制光源，属于利用光传输脉冲信号领域技术，包括：信号放大单元，其包括射频放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电感、第二电容、第三电容；光器件，其为激光器，其用于将放大后的脉冲信号及微波信号转换为光信号并输出，其传输带宽为9KHz～18GHz；光器件驱动单元，其用于为光器件提供直流驱动；电源控制单元，其用于将输入的直流电压转换为第一直流电压和第二直流电压；第一直流电压供给信号放大单元，第二直流电压供给光器件驱动单元。它能扩展脉冲光源的脉冲传输宽度，使脉冲光源能够传输100ps～500ns以上的脉冲信号，传输信号覆盖9KHz～18GHz。

Description

一种宽带脉冲调制光源
技术领域
本发明涉及利用光传输脉冲信号领域技术，具体涉及一种宽带脉冲调制光源。
背景技术
连续光源和脉冲调制光源两种输出模式，脉冲调制光源常被应用在某些需求场合下。在脉冲调制光源中，脉冲宽度及脉冲重复频率是两个重要指标。但目前市场上销售的光源脉冲宽度在1ns～250ns之间，重复频率在1KHz～1MHz之间。在应用中，对于一些更窄或更宽的脉冲信号，上述光源无法满足传输要求。
中国发明专利(申请号：CN201110182326.7)超短脉冲光源产生装置中所述的超短脉冲光源，需要连续光源，电吸收单元，相位调制单元，色散补偿单元等部分对连续光进行处理，结构复杂。同时光源处于持续工作状态，功耗高，可靠性低。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种宽带脉冲调制光源，其能扩展脉冲光源的脉冲传输宽度，使脉冲光源能够传输100ps～500ns以上的脉冲信号，传输信号覆盖9KHz～18GHz，为了降低整机功耗，增强光源可靠性，将光源设计为只有在有调制信号输入时才输出光信号，无调制信号输入时激光器处于待机状态，无光输出。
本发明通过下述技术方案实现：
一种宽带脉冲调制光源，包括：
信号放大单元，其用于将外部输入的脉冲信号及微波信号进行匹配放大，其包括射频放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电感、第二电容、第三电容；其中，第一电阻的一端与电源控制单元输出第一直流电压的输出端电气连接；第二电阻的一端与第一电阻的另一端电气连接；第三电阻与第二电阻并联；第一电感的一端与第二电阻的另一端电气连接，其另一端与射频放大器的电源输入端电气连接；第二电容的一端与电源控制单元输出第一直流电压的输出端电气连接，其另一端接地；第三电容的一端与第一电阻的另一端电气连接，其另一端接地；射频放大器频率覆盖范围为9KHz～18GHz；
光器件，其为激光器，其用于将放大后的脉冲信号及微波信号转换为光信号并输出，其传输带宽为9KHz～18GHz；
光器件驱动单元，其用于为光器件提供直流驱动；
电源控制单元，其用于将输入的直流电压转换为第一直流电压和第二直流电压；其中，第一直流电压供给信号放大单元，第二直流电压供给光器件驱动单元。
所述光器件驱动单元包括：
三极管，其发射极与电源控制单元输出第二直流电压的输出端电气连接；
第四电阻，其一端与三极管的集电极电气连接；
第二电感，其一端与第四电阻的另一端电气连接，其另一端与光器件的电源输入端电气连接；
第六电阻，其一端与三极管的基极电气连接，其另一端接地；
可调电阻，其一端引脚与三极管的基极电气连接，其另一端引脚悬空，其动片引脚与电源控制单元输出第二直流电压的输出端电气连接。
还包括：
第一电容，其一端与电源控制单元输出第二直流电压的输出端电气连接，其另一端接地；
第四电容，其一端与三极管的集电极电气连接，其另一端接地。
还包括上壳体、下壳体、后面板、前面板、支撑板、热沉、印刷电路板、电源输入接口、电源开关、光输出接口、调制信号输入接口；上壳体、下壳体、后面板、前面板围合形成箱体，支撑板固定于下壳体内，热沉设置于箱体内并固定于支撑板，印刷电路板设置于箱体内并固定于热沉，电源输入接口设置于后面板并与电源控制单元的电压输入端口电气连接；电源开关设置于前面板，电源开关用于切断或连通电源输入接口与电源控制单元的电压输入端口之间的电气连接；光输出接口设置于前面板并与光器件的输出端口连接，调制信号输入接口设置于前面板并与信号放大单元的输入端口电气连接；其中，信号放大单元、光器件驱动单元、电源控制单元、光器件设置于印刷电路板。
本发明与现有技术相比，具有以下有益技术效果：
本发明具有较宽的模拟带宽，高频高达18GHz，传输脉冲信号时具有更短的上升沿，从而可以传输更低脉宽的脉冲信号，低至100ps；低频低至9KHz，可以传输更高脉宽的脉冲信号，高至500ns。通过调制信号的输入与否调整输出光功率的大小，在无调制信号输入时，光功率小于10uW，有调制信号输入时，光功率大于1mW；体积小巧，重量轻。
附图说明
图1为本申请实施例的部分电路原理框架图；
图2为本申请实施例的零部件图；
图3为本申请实施例的射频匹配原理图。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了相互排斥的特质和/或步骤以外，均可以以任何方式组合，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换，即，除非特别叙述，每个特征为一系列等效或类似特征中的一个实施例而已。
参见图1、图2，本发明众多实施例中的一种9K～18GHz脉冲调制光源，包括信号放大单元、光器件207、光器件驱动单元、电源控制单元、上壳体201、下壳体202、后面板203、前面板204、支撑板205、热沉206、印刷电路板208、电源输入接口209、电源开关210、光输出接口211、调制信号输入接口212。
信号放大单元用于将外部输入的脉冲信号及微波信号进行匹配放大，信号放大单元包括射频放大器U4，该射频放大器U4频率覆盖范围为9KHz～18GHz，放大后的脉冲及微波信号用于驱动光器件207，使光器件207能够输出光信号。外部输入的脉冲信号及微波信号从信号输入端输入射频放大器U4。
具体的，参见图3，信号放大单元还包括第一电阻R8、第二电阻R9、第三电阻R10、第一电感FB2、第二电容C13、第三电容C14。
第一电阻R8的一端与电源控制单元输出第一直流电压VCC的输出端电气连接。第二电阻R9的一端与第一电阻的另一端电气连接。第三电阻R10与第二电阻R9并联。第一电感FB2的一端与第二电阻的另一端电气连接，其另一端与射频放大器U4的电源输入端电气连接。
第二电容C13的一端与电源控制单元输出第一直流电压的输出端电气连接，其另一端接地。第三电容C14的一端与第一电阻的另一端电气连接，其另一端接地。
第一电阻R8、第二电阻R9、第三电阻R10、第一电感FB2、第二电容C13、第三电容C14为射频放大器U4提供直流偏置及滤波。
参见图3，外部的脉冲信号及微波信号通过第五电容C17耦合输入射频放大器U4的信号输入端。射频放大器U4的输出端与光器件207的输入端之间依次串联第六电容C19、第五电阻R13。
光器件207为激光器，其用于将放大后的脉冲信号及微波信号转换为光信号并输出，其传输带宽为9KHz～18GHz。光器件207可以为模拟激光器。为了使光器件207的传输带宽低至9KHz，防止低频信号通过驱动通路泄漏，在驱动通路上增加射频高阻匹配。同时为了使光器件207的传输带宽高至18GHz，保证脉冲信号的传输可以有更快的上升时间，在内部对沉底进行射频匹配设计，选用更高传输带宽的激光器芯片，进而保证能够传输更窄的脉冲信号。光器件207利用经过放大后的调制电流驱动，进行电光转换。光信号从光器件207的光输出端输出。
光器件驱动单元用于为光器件207提供直流驱动，同时在电路上增加射频高阻匹配计电源滤波电路。具体的，参见图3，光器件驱动单元包括三极管QB1、第四电阻R11、第二电感FB3、第六电阻R15、可调电阻RP1、第一电容C12、第四电容C15。
三极管QB1的发射极与电源控制单元输出第二直流电压VEE的输出端电气连接。第四电阻R11的一端与三极管的集电极电气连接。第二电感FB3的一端与第四电阻的另一端电气连接，其另一端与光器件207的电源输入端电气连接。第六电阻R15的一端与三极管的基极电气连接，其另一端接地。可调电阻RP1的一定引脚与三极管的基极电气连接，其另一定引脚悬空，其动片引脚与电源控制单元输出第二直流电压的输出端电气连接。
第一电容C12的一端与电源控制单元输出第二直流电压的输出端电气连接，其另一端接地。第四电容C15的一端与三极管的集电极电气连接，其另一端接地。
通过调节可调电阻RP1改变光器件207的直流驱动电流，该电流的大小选择取决于光器件207的阈值电流，在无脉冲及射频信号输入时，光器件处于微开启状态，从而使得光输出信号极低，低至10uW以下。当有经过前述射频放大单元放大后的脉冲及射频信号输入时，光器件能够在此直流电流及调制电流的驱动下发射1mW以上光功率光信号，同时对调制及射频信号衰减极小，能够使输入信号无损的传输至激光器，保证输出波形不失真。此种设置可以将光器件207设置为无信号输入时处于待机状态，驱动电流极小，不输出光功率；当有信号输入时，激光器在外部调制信号的驱动下输出光功率，从而降低整机功耗，延长激光器的使用寿命，提高光源可靠性。
电源控制单元用于将输入的直流电压转换为第一直流电压VCC和第二直流电压VEE；其中，第一直流电压可以通过LDO转换而来，并增加滤波电路，降低输出供给信号放大单元的电源纹波。第二直流电压可以通过DC-DC降压转换后串接LDO及滤波电路，提高电源转换效率，供给光器件驱动单元。第一直流电压可以为14.7V，第二直流电压可以为-5V。输入的直流电压从电源控制单元的DC输入端输入。
参见图2，上壳体201、下壳体202、后面板203、前面板204围合形成箱体，支撑板205固定于下壳体202内。热沉206设置于箱体内并固定于支撑板205，印刷电路板208设置于箱体内并固定于热沉206，热沉206给印刷电路板及光器件207提供良好散热条件，使光器件207能够更加稳定的工作。电源输入接口209设置于后面板203并与电源控制单元的电压输入端口电气连接。电源开关210设置于前面板，电源开关210用于切断或连通电源输入接口209与电源控制单元的电压输入端口之间的电气连接。光输出接口211设置于前面板204并与光器件207的输出端口连接，调制信号输入接口212设置于前面板204并与信号放大单元的输入端口电气连接。信号放大单元、光器件驱动单元、电源控制单元、光器件207设置于印刷电路板208。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种宽带脉冲调制光源，其特征在于，包括：
信号放大单元，其用于将外部输入的脉冲信号及微波信号进行匹配放大，其包括射频放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电感、第二电容、第三电容；其中，第一电阻的一端与电源控制单元输出第一直流电压的输出端电气连接；第二电阻的一端与第一电阻的另一端电气连接；第三电阻与第二电阻并联；第一电感的一端与第二电阻的另一端电气连接，其另一端与射频放大器的电源输入端电气连接；第二电容的一端与电源控制单元输出第一直流电压的输出端电气连接，其另一端接地；第三电容的一端与第一电阻的另一端电气连接，其另一端接地；射频放大器频率覆盖范围为9KHz～18GHz；
光器件，其为激光器，其用于将放大后的脉冲信号及微波信号转换为光信号并输出，其传输带宽为9KHz～18GHz；
光器件驱动单元，其用于为光器件提供直流驱动；
电源控制单元，其用于将输入的直流电压转换为第一直流电压和第二直流电压；其中，第一直流电压供给信号放大单元，第二直流电压供给光器件驱动单元；
所述光器件驱动单元包括：
三极管，其发射极与电源控制单元输出第二直流电压的输出端电气连接；
第四电阻，其一端与三极管的集电极电气连接；
第二电感，其一端与第四电阻的另一端电气连接，其另一端与光器件的电源输入端电气连接；
第六电阻，其一端与三极管的基极电气连接，其另一端接地；
可调电阻，其一端引脚与三极管的基极电气连接，其另一端引脚悬空，其动片引脚与电源控制单元输出第二直流电压的输出端电气连接；
第一电容，其一端与电源控制单元输出第二直流电压的输出端电气连接，其另一端接地；
第四电容，其一端与三极管的集电极电气连接，其另一端接地。
2.根据权利要求1所述宽带脉冲调制光源，其特征在于，还包括上壳体、下壳体、后面板、前面板、支撑板、热沉、印刷电路板、电源输入接口、电源开关、光输出接口、调制信号输入接口；上壳体、下壳体、后面板、前面板围合形成箱体，支撑板固定于下壳体内，热沉设置于箱体内并固定于支撑板，印刷电路板设置于箱体内并固定于热沉，电源输入接口设置于后面板并与电源控制单元的电压输入端口电气连接；电源开关设置于前面板，电源开关用于切断或连通电源输入接口与电源控制单元的电压输入端口之间的电气连接；光输出接口设置于前面板并与光器件的输出端口连接，调制信号输入接口设置于前面板并与信号放大单元的输入端口电气连接；其中，信号放大单元、光器件驱动单元、电源控制单元、光器件设置于印刷电路板。
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