DE4036896C1

DE4036896C1 - Electronic current pulsing device for controlling laser diode - uses two RC-combinations and pair of heavy current switches

Info

Publication number: DE4036896C1
Application number: DE4036896A
Authority: DE
Inventors: Josef Dipl.-Ing. 8069 Rohrbach De Engl; Hans Dipl.-Ing. 8068 Pfaffenhofen De Glonner; Peter 8890 Aichach De Appel
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1990-11-20
Filing date: 1990-11-20
Publication date: 1992-02-20
Anticipated expiration: 2010-11-21

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Hochstrompulser für die Ansteuerung von Laserdioden gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Solche Hochstrompulser sind aus der EP 02 62 713 A1 an sich bekannt. Sie wer den allgemein im sogenannten Einkreisaufbau hergestellt, besitzen aber da durch ein relativ großes Streufeld und damit auch eine große Induktivität.

Aus der US 33 71 232 ist ein Hochstrompulser bekannt, der über zwei Ener giespeicher und zwei Hochstromschalter verfügt.

Ein weiterer Hochstrompulser ist aus dem Aufsatz von Rutz, E. M.: "Pulse Transformer for Injection Laser" in US-Z: IBM Technical Disclosure Bulle tin, Vol. 17, No. 6, November 1974, S. 1788-1790 bekannt. Dieser Hoch strompulser ist mit einem streufeldarmen Pulstransformator versehen, der mit der Laserdiode eine bauliche Einheit bildet und über zwei geometrisch kleine, elektrisch gegenläufige Leiterschleifen verfügt.

Aus der EP 02 42 591 A1 ist die Verwendung elektrisch gegenläufiger Strom schleifen zur Minimierung der Induktivität der Anschlußdrähte der Laser diode in einem Laserdiodensender für Übertragungssignale mit Bitraten von wenigstens einigen hundert Mbit/s bekannt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen induktionsar men Hochstrompulser zu schaffen, der in der Lage ist, Impulslaserdioden mit kurzen und hohen Stromimpulsen anzusteuern und einen Stromanstieg von 20 A/ns und einen Spitzenstrom bis 150 A realisiert.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Hochstrompulser durch die im Anspruch 1 aufgezeigten Maßnahmen gelöst. In den Unteransprüchen sind Aus gestaltungen und Weiterbildungen angegeben und in der nachfolgenden Be schreibung eines Ausführungsbeispiels werden die getroffenen Maßnahmen er läutert.

Die Erläuterung wird durch die Figuren der Zeichnung ergänzt. Es zeigt

Fig. 1a eine perspektivische Ansicht der Frontseite des elektronischen Bauelements eines Ausführungsbeispiels des induktionsarmen Hoch strompulsers,

Fig. 1b eine perspektivische Ansicht der Rückseite des Bauelements gemäß Fig. 1a,

Fig. 2a eine perspektivische Ansicht der Frontseite des Bauelements gemäß Fig. 1a mit Verdeutlichung des Stromflusses der Hochstromkreise,

Fig. 2b eine perspektivische Ansicht der Rückseite des Bauelements gemäß Fig. 1b mit Verdeutlichung des Stromflusses der Hochstromkreise,

Fig. 3 ein Blockschaltbild des Hochstrompulsers gemäß Fig. 1a, 1b,

Fig. 4 ein Schaltbild für die Hochstromkreise gemäß Fig. 1a, 1b.

Das nachfolgend beschriebene Ausführungsbeispiel eines induktionsarmen Hochstrompulsers zur Lösung der gestellten Aufgabe ist in den Fig. 1a und 1b so detailliert dargestellt, daß Aufbau und Funktion nur einer kurzen Erläuterung bedürfen, um einem Fachmann den Erfindungsgedanken verständ lich zu machen.

In der Fig. 1a ist die Frontseite 10a des elektronischen Hochstrompul ser-Bauelements gezeigt, die eine der Seitenflächen eines Trägerquaders 10 veranschaulicht. Dieser Trägerquader 10 ist aus einem ferromagnetischem Werkstoff gefertigt und schafft dadurch die Möglichkeit der extremen mag netischen Koppelung.

Auf dieser Seitenfläche 10a sind nun - wie dargestellt - Leiterbahnen 11 aufgebracht, die einerseits die elektrische Verbindung zu den Anschlußele menten (Trigger etc.) aufweisen und andererseits die Kontaktierung mit der Laserdiode 12 und den beiden Hochstromschaltern 15, 16 sicherstellen, die mittels Bonddrähten 17 untereinander und mit den Leiterbahnen 11 verbunden sind, soweit keine Lötverbindungen zwischen Bauteilen und Leiterbahnen oder zwi schen Leiterbahn und Leiterbahn besteht. Aus der Zeichnung sind diese Ein zelheiten deutlich erkennbar. Es ist gezeigt, wie die Laserdiode 12 mit den Hochstromschalter 15, 16 und diese mit den entsprechenden Leiterbahnen 11 durch Bonddrähte 17 verbunden sind.

In der Fig. 1b ist nun die rückseitige Seitenfläche 10b des Trägerquaders 10 dargestellt. Hier sind auf Leiterbahnen 11 die Kondensatoren C₁ 13 und C₂ 14 aufgelötet und stehen über angelötete Leiterbahnen mit den Wi derständen RL₁ 19 und RL₂ 20 sowie mit der Laserdiodenansteuerung 12a in Verbindung. Als sogenannte RC-Kombinationen ergeben sich die Kombinati onen aus den auf einer Seite des Trägerquaders angeordneten Kondensatoren und Widerständen. Im Hinblick auf die Minimierung der Induktivität wird der Einsatz von Mikrowellenkondensatoren vorgeschlagen.

Wie die Fig. 2a und 2b nun veranschaulichen, sind die Elemente der bei den Seitenflächen 10a und 10b des Trägerkubus 10 mittels Durchkontaktie rungs-Elementen 18 miteinander verbunden, und dadurch werden nun zwei geome trisch kleine Leiterschleifen LS₁ und LS₂ und so zwei elektrisch ge genläufige Stromkreise gebildet. Hierdurch ergibt sich eine wesentliche Minimierung des Streufeldes und damit auch der Induktivität durch den er zielten antiparallelen Aufbau.

Das Schaltbild in der Fig. 3 verdeutlicht die Aufteilung des Energiespei chers auf zwei Hochstromkreise und damit die Halbierung der RC-Kombination und gleichzeitig damit die Halbierung des Stromes pro Kreis.

Die Fig. 4 veranschaulicht ein Ersatzschaltbild für die vorbeschriebenen Hochstromkreise, wobei R_R und R_R′ die Restwiderstände der Schalter 15 und 16 darstellen und L₂, L₁ die minimierten Induktivitäten der Leiter schleifen LS₁, LS₂ und R_R* den Widerstand der Laserdiode 12 und L* die Induktivität dieser Laserdiode 12.

Durch die vorbeschriebenen Maßnahmen ist nun ein extrem schneller und streufeldarmer Strompulser mit geringem Bauteilaufwand und einfacher, pro blemloser Herstellung geschaffen worden, der sich durch eine wesentliche Minimierung der Induktivitäten L₁ und L₂ auszeichnet, welche sich zu sammensetzen aus den Bauteileinduktivitäten, welche hier durch den Einsatz von induktivitätsarmen Bauelementen reduziert worden sind, weiterhin aus den Leiterbahninduktivitäten, die durch den vorbeschriebenen geometrischen Aufbau minimiert werden. Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen wird aber auch ein Zusatzeffekt erreicht, nämlich aufgrund der Aufteilung auf zwei Kreise - es wären auch 4, 6, 8 . . . usw. denkbar - wird der Schalter-Restwi derstand R_R und R_R′ durch die Parallel-Schaltung von zwei Schaltern 15, 16 halbiert.

Claims

1. Hochstrompulser für die Ansteuerung von Laserdioden, mit einer Laserdiode (12), zwei RC-Kombinationen (13, 19 und 14, 20), die aus zwei Kondensatoren (13, 14) als Energiespeicher und zwei Widerständen (19, 20) bestehen, sowie zwei Hochstromschaltern (15, 16), wobei die Konden satoren (13, 14) und Hochstromschalter (15, 16) auf zwei geometrisch kleine Teilstromkreise verteilt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserdiode (12) auf einem Trägerquader (10) angeordnet ist, wobei auf der einen Seitenfläche (10b) des Trägerquaders (10) die RC-Kombinationen (13, 19 und 14, 20) auf Leiterbahnen (11) kontaktiert sind und auf der anderen Seitenfläche (10a) des Trägerquaders (10) die Laserdiode (12) und die mit ihr verbundenen Hochstromschalter (15, 16) auf Leiterbahnen (11) kontaktiert sind, während die Leiterbahnen (11) auf beiden Seiten flächen (10b, 10a) des Trägerquaders (10) mittels Durchkontaktierungen (18) so miteinander verbunden sind, daß zwei elektrisch gegenläufige Leiterschleifen (LS₁, LS₂) gebildet werden, die die Teilstromkreise darstellen.

2. Hochstrompulser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerquader (10) aus ferromagnetischem Werkstoff besteht.

3. Hochstrompulser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatoren (13, 14) und die Widerstände (19, 20) mit den Lei terbahnen (11) und diese untereinander ebenfalls durch Lötung verbunden sind.

4. Hochstrompulser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, daß die Laserdiode (12) mit den Hochstromschaltern (15, 16) und diese mit den Leiterbahnen (11) durch Bonddrähte (17) elektrisch verbunden sind, wobei die Bondierungen nur auf einer Seite der Bonddräh te (17) erfolgen.

5. Hochstrompulser nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, daß die Kondensatoren (13, 14) induktionsarme Mikrowel lenkondensatoren sind.