CN115469406B - 一种光模块激光模拟系统及模拟方法 - Google Patents

一种光模块激光模拟系统及模拟方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种光模块激光模拟系统及模拟方法，光模块激光模拟系统包括光模块，还包括半导体激光器单元，所述半导体激光器单元安装在所述光模块内，且两者并联；所述半导体激光器单元包括P端电路板、N端电路板和谐振腔模块；所述谐振腔模块包括外圈光疏包层、内圈光疏包层、增益介质、P端和N端，所述增益介质置于所述外圈光疏包层和内圈光疏包层之间。本发明中，半导体激光器单元在接入电路后，内部构成圆环状的全发射谐振腔，在电流的激发下，模拟出增益介质产生的光子在该谐振腔内进行无线距离全发射的过程，由此无限激发增益介质不断产生光子，光能密度随之不断增大，达到提高光子的利用率的效果。

Description

一种光模块激光模拟系统及模拟方法
技术领域
本发明涉及光模块技术领域，具体地说涉及一种光模块激光模拟系统及模拟方法。
背景技术
光通信技术是一种以光波为传输媒质的通信方式。光波和无线电波同属电磁波，但光波的频率比无线电波的频率高，波长也比无线电波的波长短。因此，光通信具有传输频带宽、通信容量大和抗电磁干扰能力强等优点。
随着光通信技术的高速发展，光模块的优势逐渐显露，其运用领域和适用程度也逐渐普及和推广开来。然而在现有技术中，针对光模块的激光器而言，其真正的使用效率并不高，这主要是因激光器的光子利用率不高而引起的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种有效提高光子利用率的光模块激光模拟系统及模拟方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种光模块激光模拟系统，包括光模块，还包括半导体激光器单元，所述半导体激光器单元安装在所述光模块内，且两者并联；
所述半导体激光器单元包括P端电路板、N端电路板和谐振腔模块；
所述谐振腔模块包括外圈光疏包层、内圈光疏包层、增益介质、P端和N端，所述增益介质置于所述外圈光疏包层和内圈光疏包层之间，所述P端连接至所述P端电路板，所述N端连接至所述N端电路板；
所述光模块包括底座、盖板和环氧树脂层，所述环氧树脂层夹设在所述底座和盖板之间，并将所述底座与所述盖板完全隔离开；
所述底座、盖板和环氧树脂层共同组成模拟系统用的电容，所述底座形成所述电容的正极，所述盖板形成所述电容的负极，所述环氧树脂层形成所述电容的中间介质；
所述P端经由所述P端电路板接入至所述底座，所述N端经由所述N端电路板接入至所述盖板，所述电容由此并联至所述半导体激光器单元的电压输入端。
进一步地，所述P端电路板与所述N端电路板均呈圆形板结构，两者的截面大小相等，且所述P端电路板或所述N端电路板的外径大小与所述外圈光疏包层的外径大小相等，所述P端电路板封堵在所述外圈光疏包层的顶部，所述N端电路板封堵在所述外圈光疏包层的底部。
进一步地，所述内圈光疏包层居中置于所述外圈光疏包层的内部，所述外圈光疏包层与所述内圈光疏包层构成高度相等的同心环结构，且两者的厚度相等，所述增益介质呈圆环状结构，所述增益介质的外径与所述外圈光疏包层的内径大小相吻合，所述增益介质的内径与所述内圈光疏包层的外径大小相吻合。
进一步地，所述P端与所述N端均呈圆环状结构，且两者的截面形状分别与所述增益介质的截面形状相同，所述P端贴覆在所述增益介质的顶面，所述N端贴覆在所述增益介质的底面，所述P端、增益介质和N端从上至下依次堆叠，一并置入所述外圈光疏包层与所述内圈光疏包层之间，且所述P端、增益介质和N端堆叠后的总高度与所述外圈光疏包层或内圈光疏包层的高度相等。
进一步地，所述P端为P型锗，所述N端为N型硅。
进一步地，所述P端为P型硅，所述N端为N型锗。
进一步地，所述P端与所述N端之间形成PN结，所述PN结、增益介质、外圈光疏包层和内圈光疏包层共同组成一个全反射谐振腔。
进一步地，所述外圈光疏包层的侧面开设有发射口，所述发射口的口径大小小于所述外圈光疏包层的高度大小。
一种光模块激光模拟方法，采用光模块激光模拟系统实现，还包括以下步骤：
S1：将光模块包括的电容并联在半导体激光器单元的电压输入端；
S2：在电流的激发下，PN结流经夹设于P端与N端之间的增益介质，所述增益介质产生光子；
S3：光子在全反射谐振腔内进行无限距离的全反射，由此可无限激发所述增益介质不断产生光子，光能密度随之不断增大；
S4：谐振腔模块内聚积的光子从发射口中射出，形成激光。
本发明的有益效果体现在：
本发明中，半导体激光器单元在接入电路后，内部构成圆环状的全发射谐振腔，在电流的激发下，模拟出增益介质产生的光子在该谐振腔内进行无线距离全发射的过程，由此无限激发增益介质不断产生光子，光能密度随之不断增大，达到提高光子的利用率的效果。
本发明中，通过在光模块的底座和盖板之间间隔夹设环氧树脂层，构成一个并联至半导体激光器单元电压输入端的大型电容，过滤掉半导体激光器单元的脉动电压，达到提高激光输出稳定性的效果。
附图说明
图1是本发明一实施例的系统电路等效示意图。
图2是本发明一实施例的光模块拆分示意图。
图3是本发明一实施例的半导体激光器单元在光模块内的装配图。
图4是本发明一实施例的半导体激光器单元整体结构示意图。
图5是本发明一实施例的半导体激光器单元拆分示意图。
图6是本发明一实施例的谐振腔模块爆炸示意图。
图7是本发明一实施例的A部放大示意图。
附图中各部件的标记为：1、光模块；101、底座；102、盖板；103、环氧树脂层；2、半导体激光器单元；3、P端电路板；4、N端电路板；5、谐振腔模块；501、外圈光疏包层；502、内圈光疏包层；503、增益介质；504、发射口；505、P端；506、N端。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。需要说明，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。另外，本发明中涉及到的各种器件模块均为现有技术中可通过购买途径获得的。
参见图1-图7。
本发明提供了一种光模块激光模拟系统，包括光模块1，还包括半导体激光器单元2，所述半导体激光器单元2安装在所述光模块1内，且两者并联；
所述半导体激光器单元2包括P端电路板3、N端电路板4和谐振腔模块5；
所述谐振腔模块5包括外圈光疏包层501、内圈光疏包层502、增益介质503、P端505和N端506，所述增益介质503置于所述外圈光疏包层501和内圈光疏包层502之间，所述P端505连接至所述P端电路板3，所述N端506连接至所述N端电路板4。
本发明中，半导体激光器单元在接入电路后，内部构成圆环状的全发射谐振腔，在电流的激发下，模拟出增益介质产生的光子在该谐振腔内进行无线距离全发射的过程，由此无限激发增益介质不断产生光子，光能密度随之不断增大，达到提高光子的利用率的效果。
在一实施例中，所述光模块1包括底座101、盖板102和环氧树脂层103，所述环氧树脂层103夹设在所述底座101和盖板102之间，并将所述底座101与所述盖板102完全隔离开；
所述底座101、盖板102和环氧树脂层103共同组成模拟系统用的电容，所述底座101形成所述电容的正极，所述盖板102形成所述电容的负极，所述环氧树脂层103形成所述电容的中间介质；
所述P端505经由所述P端电路板3接入至所述底座101，所述N端506经由所述N端电路板4接入至所述盖板102，所述电容由此并联至所述半导体激光器单元2的电压输入端；
这样设计，通过在所述光模块1的所述底座101和盖板102之间间隔夹设所述环氧树脂层103，构成一个并联在所述半导体激光器单元2电压输入端的大型电容，起到对所述半导体激光器单元2的脉动电压的过滤作用，使得输入所述半导体激光器单元2的电压更加平稳，通过滤波达到提高激光输出稳定性的效果。
在一实施例中，所述P端电路板3与所述N端电路板4均呈圆形板结构，两者的截面大小相等，且所述P端电路板3或所述N端电路板4的外径大小与所述外圈光疏包层501的外径大小相等，所述P端电路板3封堵在所述外圈光疏包层501的顶部，所述N端电路板4封堵在所述外圈光疏包层501的底部；
这样设计，所述P端电路板3与所述N端电路板4分别作为所述半导体激光器单元2的两极接入电路，保证电流顺利流经所述谐振腔模块5内部的所述增益介质503，保障光子的成功产生，所述P端电路板3、N端电路板4分别与所述谐振腔模块5的上顶、下底装配吻合，避免光子泄漏。
在一实施例中，所述内圈光疏包层502居中置于所述外圈光疏包层501的内部，所述外圈光疏包层501与所述内圈光疏包层502构成高度相等的同心环结构，且两者的厚度相等，所述增益介质503呈圆环状结构，所述增益介质503的外径与所述外圈光疏包层501的内径大小相吻合，所述增益介质503的内径与所述内圈光疏包层502的外径大小相吻合；
所述P端505与所述N端506均呈圆环状结构，且两者的截面形状分别与所述增益介质503的截面形状相同，所述P端505贴覆在所述增益介质503的顶面，所述N端506贴覆在所述增益介质503的底面，所述P端505、增益介质503和N端506从上至下依次堆叠，一并置入所述外圈光疏包层501与所述内圈光疏包层502之间，且所述P端505、增益介质503和N端506堆叠后的总高度与所述外圈光疏包层501或内圈光疏包层502的高度相等；
这样设计，所述增益介质503、P端505和N端506均呈圆环状结构，分别与所述外圈光疏包层501、内圈光疏包层502构成的环状腔体结构装配吻合，且所述P端505、N端506分别贴合在所述增益介质503的顶部、底部，所述增益介质503包围在所述外圈光疏包层501与所述内圈光疏包层502之间，形成一个结构完整的所述谐振腔模块5。
在一实施例中，所述P端505为P型锗，所述N端506为N型硅。此为常规设置，易于实现。
在另一实施例中，所述P端505为P型硅，所述N端506为N型锗。此为常规设置，易于实现。
在一实施例中，所述P端505与所述N端506之间形成PN结，所述PN结、增益介质503、外圈光疏包层501和内圈光疏包层502共同组成一个全反射谐振腔；
这样设计，所述全反射谐振腔为一个密封的圆环状结构的谐振腔，在电流的激发下，所述PN结流所述增益介质503会产生光子，光子在全反射谐振腔内会发生无限距离的全反射，进一步无限激发所述增益介质503不断产生光子，光能密度则随之不断增大。
在一实施例中，所述外圈光疏包层501的侧面开设有发射口504，所述发射口504的口径大小小于所述外圈光疏包层501的高度大小；
这样设计，聚积在所述谐振腔模块5内的光子可以从所述发射口504中射出，模拟激光的形成。
本发明实施例还提供了一种光模块激光模拟方法，采用光模块激光模拟系统实现，还包括以下步骤：
S1：将光模块1包括的电容并联在半导体激光器单元2的电压输入端；
S2：在电流的激发下，PN结流经夹设于P端505与N端506之间的增益介质503，所述增益介质503产生光子；
S3：光子在全反射谐振腔内进行无限距离的全反射，由此可无限激发所述增益介质503不断产生光子，光能密度随之不断增大；
S4：谐振腔模块5内聚积的光子从发射口504中射出，形成激光。
应当理解本文所述的例子和实施方式仅为了说明，并不用于限制本发明，本领域技术人员可根据它做出各种修改或变化，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种光模块激光模拟系统，包括光模块(1)，其特征在于：还包括半导体激光器单元(2)，所述半导体激光器单元(2)安装在所述光模块(1)内，且两者并联；
所述半导体激光器单元(2)包括P端电路板(3)、N端电路板(4)和谐振腔模块(5)；
所述谐振腔模块(5)包括外圈光疏包层(501)、内圈光疏包层(502)、增益介质(503)、P端(505)和N端(506)，所述增益介质(503)置于所述外圈光疏包层(501)和内圈光疏包层(502)之间，所述P端(505)连接至所述P端电路板(3)，所述N端(506)连接至所述N端电路板(4)；
所述光模块(1)包括底座(101)、盖板(102)和环氧树脂层(103)，所述环氧树脂层(103)夹设在所述底座(101)和盖板(102)之间，并将所述底座(101)与所述盖板(102)完全隔离开；
所述底座(101)、盖板(102)和环氧树脂层(103)共同组成模拟系统用的电容，所述底座(101)形成所述电容的正极，所述盖板(102)形成所述电容的负极，所述环氧树脂层(103)形成所述电容的中间介质；
所述P端(505)经由所述P端电路板(3)接入至所述底座(101)，所述N端(506)经由所述N端电路板(4)接入至所述盖板(102)，所述电容由此并联至所述半导体激光器单元(2)的电压输入端。
2.如权利要求1所述的光模块激光模拟系统，其特征在于：所述P端电路板(3)与所述N端电路板(4)均呈圆形板结构，两者的截面大小相等，且所述P端电路板(3)或所述N端电路板(4)的外径大小与所述外圈光疏包层(501)的外径大小相等，所述P端电路板(3)封堵在所述外圈光疏包层(501)的顶部，所述N端电路板(4)封堵在所述外圈光疏包层(501)的底部。
3.如权利要求1所述的光模块激光模拟系统，其特征在于：所述内圈光疏包层(502)居中置于所述外圈光疏包层(501)的内部，所述外圈光疏包层(501)与所述内圈光疏包层(502)构成高度相等的同心环结构，且两者的厚度相等，所述增益介质(503)呈圆环状结构，所述增益介质(503)的外径与所述外圈光疏包层(501)的内径大小相吻合，所述增益介质(503)的内径与所述内圈光疏包层(502)的外径大小相吻合。
4.如权利要求1所述的光模块激光模拟系统，其特征在于：所述P端(505)与所述N端(506)均呈圆环状结构，且两者的截面形状分别与所述增益介质(503)的截面形状相同，所述P端(505)贴覆在所述增益介质(503)的顶面，所述N端(506)贴覆在所述增益介质(503)的底面，所述P端(505)、增益介质(503)和N端(506)从上至下依次堆叠，一并置入所述外圈光疏包层(501)与所述内圈光疏包层(502)之间，且所述P端(505)、增益介质(503)和N端(506)堆叠后的总高度与所述外圈光疏包层(501)或内圈光疏包层(502)的高度相等。
5.如权利要求4所述的光模块激光模拟系统，其特征在于：所述P端(505)为P型锗，所述N端(506)为N型硅。
6.如权利要求4所述的光模块激光模拟系统，其特征在于：所述P端(505)为P型硅，所述N端(506)为N型锗。
7.如权利要求1所述的光模块激光模拟系统，其特征在于：所述P端(505)与所述N端(506)之间形成PN结，所述PN结、增益介质(503)、外圈光疏包层(501)和内圈光疏包层(502)共同组成一个全反射谐振腔。
8.如权利要求7所述的光模块激光模拟系统，其特征在于：所述外圈光疏包层(501)的侧面开设有发射口(504)，所述发射口(504)的口径大小小于所述外圈光疏包层(501)的高度大小。
9.一种光模块激光模拟方法，采用权利要求1到8中任意一项光模块激光模拟系统实现，其特征在于，还包括以下步骤：
S1：将光模块(1)包括的电容并联在半导体激光器单元(2)的电压输入端；
S2：在电流的激发下，PN结流经夹设于P端(505)与N端(506)之间的增益介质(503)，所述增益介质(503)产生光子；
S3：光子在全反射谐振腔内进行无限距离的全反射，由此可无限激发所述增益介质(503)不断产生光子，光能密度随之不断增大；
S4：谐振腔模块(5)内聚积的光子从发射口(504)中射出，形成激光。
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