KR20210126604A - 개선된 펄스 형상 및 감소된 주파수 처프(chirp)를 갖는 펄스 광 송신기 - Google Patents

개선된 펄스 형상 및 감소된 주파수 처프(chirp)를 갖는 펄스 광 송신기 Download PDF

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자시 칸
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오-넷 커뮤니케이션즈 (유에스에이) 인코포레이티드
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Abstract

생성된 레이저 펄스의 개선된 광학 파형 형상을 갖는 레이저 펄스를 생성하고 광 송신기의 광 처프에 대한 보상을 제공하는 광 송신기의 설계. 이러한 펄스 광 송신기는 광 검출 및 거리 측정 시스템(LiDAR), 광 시간 영역 반사계(OTDR) 시스템과 같은 다른 광 감지 시스템 및 광 통신 시스템을 포함하는 다양한 응용 분야에 사용될 수 있다.

Description

개선된 펄스 형상 및 감소된 주파수 처프(CHIRP)를 갖는 펄스 광 송신기
관련 출원들의 상호 참조
본 특허 문서는 2019년 1월 16일 출원인 O-Net Communications(USA) Inc.에 의해 출원된 “PULSED OPTICAL TRANSMITTER WITH IMPROVED PULSE SHAPE AND REDUCED FREQUENCY CHIRP” 제목의 미국 가출원 번호 제62/793,069호의 우선권 및 이익을 주장한다.
기술분야
본 특허 문서는 레이저 펄스를 사용하는 다양한 응용을 위한 레이저 펄스를 생성하는 광 송신기의 설계를 제공한다.
본 특허 문서는 생성된 레이저 펄스에서 개선된 광 파형 형상을 갖는 레이저 펄스를 생성하고 생성된 레이저 펄스에서 광학 처프(chirp)에 대한 보상을 제공하는 광학 송신기의 설계를 제공한다. 또한, 광 송신기에 대한 개시된 설계는 레이저 출력의 일정한 측면 빔 폭을 유지하는데 사용될 수 있다. 이러한 펄스 광 송신기는 광 검출 및 거리 측정 시스템(LiDAR) 및 광 시간 영역 반사계(OTDR) 시스템, 광 통신 시스템과 같은 기타 광 감지 시스템을 포함하는 다양한 응용분야에 사용될 수 있다.
일 양태에서, 개시된 기술은 전기 레이저 제어 펄스 신호에 응답하여 레이저 펄스를 생성하는 레이저; 레이저 펄스를 생성하기 위해 레이저에 전기 레이저 제어 펄스 신호를 인가하기 위해 레이저에 결합된 레이저 구동 회로; 제1 전기 펄스 신호를 발생시키기 위한 제1 전기 펄스 생성기 -상기 제1 전기 펄스 신호는 특정 시간에 제1 펄스 진폭 및 제1 펄스 폭을 가짐-; 제1 펄스 진폭보다 더 작고 레이저 구동 회로가 레이저에서 레이징 동작을 트리거 하도록 하기에 충분히 높은 제2 펄스 진폭, 특정 시간에 제1 펄스 폭보다 더 큰 제2 펄스 폭, 제1 전기 펄스 신호의 리딩 펄스 엣지 보다 앞서는 리딩 엣지 펄스를 갖는 제2 전기 펄스 신호를 발생시키기 위한 제2 전기 펄스 생성기; 및 레이저 구동 펄스 신호를 생성하기 위해 제1 및 제2 전기 펄스 신호를 수신하고 결합하기 위해 제1 및 제2 전기 펄스 생성기에 결합된 신호 믹서-상기 신호 믹서는 레이저 구동 회로가 전기 레이저 제어 펄스 신호를 생성하도록 하기 위해 레이저 구동 회로에 레이저 구동 제어 펄스 신호를 인가하도록 레이저 구동 회로에 추가로 결합됨-을 포함하는 펄스 광 송신기를 제공하기 위해 구현될 수 있다.
다른 양태에서, 개시된 기술은 전기 레이저 제어 펄스 신호에 응답하여 레이저 펄스를 생성하기 위한 레이저; 레이저 펄스를 생성하기위해 레이저에 전기 레이저 제어 펄스신호를 인가하기 위해 레이저에 결합된 레이저 구동 회로; 클럭 신호를 기반으로 하여 제1 전기 펄스 신호를 생성하기 위한 제1 전기 펄스 생성기-상기 제1 전기 펄스 신호는 특정 시간에 제1 펄스 진폭과 제1 펄스 폭을 가짐-; 제1 전기 펄스 생성기와 동일한 클럭 신호를 기반으로 하여 제2 전기 펄스 신호를 생성하기 위한 제2 전기 펄스 생성기- 상기 제2 전기 펄스 생성기는 제2 전기 펄스 신호가 제1 펄스 진폭보다 작은 제2 펄스 진폭 및 특정 시간에 제1 펄스 폭보다 더 큰 제2 펄스 폭을 갖게 하도록 구성됨-; 및 레이저 구동 제어 펄스 신호를 생성하기 위해 제1 및 제2 전기 펄스 신호를 수신하고 결합하기 위해 제1 및 제2 전기 펄스 생성기에 결합된 신호 믹서- 상기 신호 믹서는 레이저 구동 회로가 전기 레이저 제어 펄스 신호를 생성하도록 하기 위해 레이저 구동 회로에 레이저 구동 제어 펄스 신호를 인가하도록 레이저 구동 회로에 결합됨-을 포함하는 펄스 광 송신기를 제공하도록 구현될 수 있다.
다른 양태에서, 개시된 기술은 레이저 펄스를 생성하기 위해 펄스 광 송신기를 동작시키는 방법을 제공하도록 구현될 수 있다. 이 방법은 특정 시간에 제1 펄스 진폭과 제1 펄스 폭을 갖는 제1 전기 펄스 신호를 생성하기 위한 제1 전기 펄스 생성기와 제1 펄스 진폭보다 작은 제 2펄스 진폭을 갖고 특정 시간에 제1 펄스 폭보다 더 큰 제2 펄스 폭 갖는 제2 전기 펄스 신호를 생성하기 위한 제2 펄스 생성기를 작동시키고 이들에 공통 클럭 신호를 인가하는 단계; 제1 및 제2 전기 펄스 신호의 생성 후 제1 및 제2 전기 펄스 생성기를 함께 끄는 단계; 레이저 구동 제어 펄스 신호를 생성하기 위해 제1 및 제2 전기 펄스 신호를 결합하는 단계; 및 레이저 펄스를 생성하기 위해 레이저 다이오드에 레이저 구동 제어 펄스 신호를 인가하는 단계를 포함할 수 있다.
또 다른 양태에서, 개시된 기술은 레이저 펄스를 생성하기 위해 펄스 광 송신기를 동작시키기 위한 방법을 제공하도록 구현될 수 있다. 이 방법은 특정 시간에 제1 펄스 진폭 및 제1 펄스 폭을 갖는 제1 전기 펄스 신호를 생성하기 위한 제1 전기 펄스 생성기 및 제1 펄스 진폭보다 더 작은 제2 펄스 진폭과 특정 시간에 제1 펄스 폭보다 더 큰 제2 펄스 폭 갖는 제2 전기 펄스 신호를 생성하기 위한 제2 전기 펄스 생성기를 동작시키는 단계; 제1 및 제2 전기 펄스 신호의 생성 후 제1 및 제2 전기 펄스 생성기를 함께 끄는 단계; 레이저 구동 제어 펄스 신호를 생성하기 위해 제1 및 제2 전기 펄스 신호를 결합하는 단계; 레이저 펄스를 생성하기 위해 레이저 다이오드에 레이저 구동 제어 펄스 신호를 인가하는 단계; 및 지연된 제1 전기 펄스 신호에 응답하여 레이저 펄스를 생성하기 위해 레이저 다이오드를 구동하도록 제1 및 제2 전기 펄스 신호를 결합하기 위해 특정 시간에 제1 전기 펄스 신호를 더 늦은 시간으로 지연시키는 동안 제1 전기 펄스 신호 없이 레이징하도록 레이저 다이오드를 구동하기 위한 레이저 구동 제어 펄스 신호를 생성하도록 제2 전기 펄스 신호의 리딩 엣지 및 앞부분을 인가하는 단계를 포함한다.
이러한 그리고 다른 구현들이 도면, 명세서 및 청구항에 더 자세히 설명된다.
도 1은 구동 회로를 갖는 펄스 레이저 다이오드의 예를 도시한다.
도 2는 도 2a 내지 2d를 포함하고, 도 1의 펄스 레이저 다이오드 및 그것의 구동 회로의 광학 처프 및 파형 왜곡의 예를 도시한다.
도 3a는 광학 처프와 파형 왜곡을 감소하기 위해 2개의 펄스 생성기를 포함하는 펄스 광 송신기 아키텍처의 예를 도시한다.
도 3b는 도 3a의 2개의 펄스 생성기의 동작 펄스 및 사전 펄스 사이의 관계와 동작 펄스에 대한 사전 펄스의 조정을 추가로 도시한다.
도 4는 도 4a 내지 4d를 포함하고, 도 3a 및 3b의 예를 기반으로 하여 구동 회로를 갖는 레이저 다이오드의 레이저 출력에 광학 처프 보상을 제공하기 위해 도 3a의 2개의 펄스 생성기를 동작시키기 위한 예를 도시한다.
본 특허 문서는 레이저 펄스를 사용하는 다양한 응용분야를 위한 레이저 펄스를 생성하는 광 송신기의 설계를 제공한다.
도 1은 다양한 응용분야에서 사용되는 일반적인 펄스 레이저 송신기의 예를 도시한다. 이 예에서, 레이저 다이오드(LD)(110)는 클럭 회로(102), 펄스 생성기 회로(104) 및 레이저 다이오드 구동기(LDD)를 포함하는 구동 회로에 결합된다. 구동 회로는 레이저 펄스를 생성하기 위해 레이저 다이오드(110)를 구동하는 전류 펄스 생성기로 설계된다. 이러한 유형의 펄스 변조 다이오드 레이저는 구동 전류가 임계 전류 아래의 낮은 전류로부터(레이저 다이오드가 구동 전류에 응답하여 모의 방출을 생성하는 자극 모드에서 동작될 때) 임계 전류 위의 더 높은 전류(레이저 다이오드가 레이징 모드에서 동작될 때, 모의 방출의 진폭이 광학 손실을 초과함)로 변화하는 레이저 전류 전환 기간 동안 원하지 않는 큰 왜곡, 원하지 않는 주파수 에서의 큰 처프 및 원하지 않는 출력 레이저 빔의 넓은 폭을 경험하거나 나타내는 경향 이 있다. 구동 전류가 임계 전류 아래의 낮은 전류일 때, 레이저 다이오드는 모의 방출을 생성하는 자극 모드에서 동작되지만, 이러한 임계 전류 아래의 낮은 전류에서 자발적 방출의 존재는 레이저 다이오드에서 레이징 동작의 결여 때문에 레이저 빔의 출력 광이 넓은 스펙트럼과 넓은 측면 빔 폭을 갖도록 한다. 이러한 전류 전환 기간에서, 레이저 다이오드로부터의 광학 신호 또는 레이저 출력은 그것의 기존 전기 신호 파형에서 왜곡될 수 있고, 레이저 다이오드로부터 레이저 출력에 전송되거나 생성된 광 주파수는 주파수 처프의 형태로 상당한 변화를 나타낼 수 있다. 또한, 레이저 다이오드 출력의 측면 빔 폭은 구동 전류가 임계 전류 아래일 때 넓은 빔 폭에서 구동전류가 임계 전류보다 높을 때 좁고 지향성 빔 폭으로 변경되고, 레이징 모드에서 레이저 다이오드가 동작하게 한다.
도 2는 도1의 레이저 송신기의 동작을 도시한다. 도2는 도2a, 2b, 2c 및 2d를 포함한다. 도 2a는 도 1의 단일 펄스 생성기(104)가 이상적으로 동일하거나 거의 동일한 펄스 형상과 펄스 지속시간을 갖는 레이저 펄스를 생성하기 위해 레이저 다이오드(110)를 구동시키는데 사용되는 원하는 펄스 진폭, 펄스 형상 및 펄스 지속시간을 갖는 전기 펄스 신호를 생성하는 것을 도시한다. 그러나, 레이저 다이오드(110)를 구동시키기 위해 전기 펄스 신호의 리딩 엣지에 의해 야기되는 전환 때문에, 생성된 광 펄스의 광 주파수는 주파수에서 원하지 않는 광학 처프를 포함한다. 그 결과, 레이저 다이오드(110)에 의해 생성된 광학 펄스는 기존의 전기 신호 파형으로부터 왜곡되고, 생성된 광학 펄스의 시간적 형상 또한 왜곡된다. 레이저 다이오드 출력의 주파수에서 이러한 광학 처프는 광학 경로 및 광학 수신기 성능에 따라 광학 수신기 출력 신호에서 왜곡을 초래할 수 있다.
도 2b는 단일 펄스 생성기(104) 설계를 기반으로 하여 도1의 레이저 다이오드에 인가되는 구동 전류 펄스의 진폭에 대한 레이저 다이오드의 광전력 출력의 의존성의 예를 도시한다. 구동 전류 펄스(ILD)의 리딩 엣지는 레이저 다이오드가 넓은 빔 폭과 PTHRESHOLD보다 작은 출력 광학 전력으로 스펙트럼의 범위가 넓은 빛을 방출하는 자발적 방출 모드에 있는 초기 시간에 도시된 바와 같이 레이징 전류 임계값(ITHRESHOL)의 진폭 아래의 낮은 값으로부터 증가한다. 이후에, 구동 전류 펄스(IL)의 진폭은 레이징 전류 임계값(ITHRESHOL)의 진폭 위로 계속해서 증가하고, 레이저 다이오드의 발광은 자발적 방출 모드에서 레이저 다이오드가 좁은 빔 폭과 PTHRESHOLD보다 큰 출력 광 전력을 갖는 더 좁은 스펙트럼의 범위를 갖는 레이저 빛을 방출하는 레이징 모드로 변경된다. 도 2c는 시간 도메인에서 레이저 펄스 형상을 보여주는 시간의 함수로서 레이저 다이오드 출력의 광 강도를 보여준다. 도 2d는 레이저 다이오드가 자발적 방출 모드에 있을 때 넓은 초기 스펙트럼 범위와 레이저 다이오드가 레이징 모드에 있을 때 더 좁은 스펙트럼 범위를 보여주는 단일 전류 펄스에 의해 구동될 때, 시간 경과에 따른 레이저 다이오드 출력의 광학 스펙트럼 범위에서 변화를 추가로 도시한다.
본 특허 문서는 상기 광학 출력 파형 왜곡, 광 처프 및 출력 빔 폭을 감소시키는데 사용될 수 있는 구동 회로를 갖는 새로운 펄스 레이저 다이오드 송신기를 개시한다. 레이저 다이오드를 위한 개시된 구동 회로는 레이저 다이오드에 대한 2개의 구동전류 펄스를 생성하기 위해 설계되고, 이는 레이저 다이오드를 구동하기 위해 구동 전류 펄스를 생성하도록 함께 추가되는 정상 펄스 전류 및 사전 펄스 전류를 나타낸다. 사전 펄스 신호는 레이저 다이오드를 자극 모드에서 낮은 광학 전력 레벨의 레이징 모드로 변경되는데 사용될 수 있다. 이것은 여러 기술의 조합으로 달성된다. 첫째, 사전 펄스 신호의 진폭은 레이저 다이오드가 레이징 모드에서 동작하기 위한 레이징 전류 임계값 바로 위에서 그러나 임계값 보다 훨씬 높지 않은 레벨에서 구동 전류 진폭을 생성하기 위해 생성된다. 두번째로, 사전 펄스 신호는 레이저 다이오드에 의해 원하는 레이저 펄스를 생성하기 위해 동작 펄스에 대한 원하는 펄스 지속시간보다 더 긴 펄스 지속 시간을 갖는다. 셋째로, 사전 펄스 신호의 리딩 엣지는 시간상 동작 펄스의 리딩 엣지 전에 트리거 되어 사전 펄스신호가 동작 펄스의 리딩 엣지 도착 전에 레이저 다이오드를 자발적 방출에서 레이저 방출로 전환하는데 사용되고, 따라서 동작 펄스가 레이저 다이오드를 구동하기 위해 전류를 생성하는데 사용될 때까지, 레이저 다이오드는 이미 레이저 모드에서 동작되고 동작 펄스는 원하는 레이저 펄스 출력을 위해 특별하게 설계된 펄스 형상 및 펄스 지속기간의 레이저 다이오드를 위한 구동 전류를 증가시킨다. 넷째로, 사전 펄스 신호의 꼬리 엣지와 동작 펄스의 꼬리 엣지는 시간상 일치하도록 보내져 두 펄스 신호는 동시에 꺼진다. 레이저 다이오드 구동시에 사전 펄스 신호와 정상 펄스 신호의 이러한 조합의 사용 결과, 큰 광 왜곡과 광학 처프는 또한 낮은 전력 레벨에서 나타날 것이다. 따라서, 사전 펄스 신호에 의해 전환 기간에 의해 생성된 이러한 큰 광 왜곡, 주파수 처프 및 큰 빔 폭은 이러한 방식으로 구동되는 레이저 다이오드를 사용하는 광 송신기 시스템에 작은 영향을 줄것이다. OTDR 및 LIDAR 시스템과 같은 다양한 레이저 송신 시스템은 개시된 레이저 송신기 기술로부터 이익을 얻을 수 있다.
도 3a는 원하지 않은 광 처프, 원하지 않는 파형 왜곡 및 원하지 않는 넓은 빔 폭을 감소시키기 위해 개의 펄스 생성기를 포함하는 펄스 광 송신기 아키텍처의 예를 도시한다. 도 3a의 예의 이러한 광 송신기(300)는 클럭 신호를 생성하기 위한 클럭 생성기(302)와 클럭 생성기(302)로부터 동일한 클럭 신호를 수신하고 동일한 클럭 신호를 기반으로 하여 제1 및 제2 전기 펄스 신호를 생성하기 위해 클럭 생성기(302)에 전기적으로 결합된 2개의 펄스 생성기(Pulse Gen 1(304) 및 Pulse Gen 2(303))을 포함한다. 신호 믹서(305)는 다운스트림 레이저 다이오드 구동(LDD) 회로에 대한 제어 펄스 신호를 생성하도록 2개의 펄스 신호를 서로 추가하기 위해 Pulse Gen1(304) 및 Pulse Gen2(303)으로부터 제1 및 제2 전기 펄스 신호를 수신하기 위해 결합된다. 레이저 다이오드 구동(LDD) 회로(306)는 신호 믹서(305)로부터 LDD 제어 펄스 신호를 수신하고 수신된 LDD 제어 펄스 신호에 응답하여 LDD 구동 신호를 생성하기 위해 결합된다. 레이저 다이오드(LD)(301)는 LDD 회로(306)에 결합되고 광 송신기(300)의 광 출력으로서 레이저 펄스를 생성하기 위해 LDD 구동 신호에 의해 활성화된다.
제1 생성기(304)(Pulse Gen1)에 의해 생성된 펄스는 그것의 레이징 임계값 이상으로 레이저 다이오드(310)를 작동시키기에 충분히 높은 진폭을 갖는 동작 펄스 신호이다. 제2 생성기(303)(Pulse Gen2)는 특정 시간 예를 들어 전면 시간(front time)에 동작 펄스 신호보다 더 넓은 더 낮은 진폭 펄스 신호를 생성한다. Pulse Gen1(304) 및 Pulse Gen2(303) 모두는 동일한 엣지 시간에 펄스 신호를 끄도록 제어되거나 동작될 수 있다. Pulse Gen1(304) 및 Pulse Gen2(303) 둘의 이러한 동작은 전체 시간에 인가되는 지속적인 레이저 바이어스 전류와 레이저 임계값 바로 위의 진폭을 갖는 펄스 생성에 대한 일부 다른 광 송신기와 비교하여 배경 잡음을 감소시킬 수 있다. 이러한 사전 펄스와 동작 펄스 신호의 양쪽 꼬리 엣지를 동시에 끄는 것은 짧은 거리에 있는 대상의 측정에서 LiDAR 및 OTDR 측정에 유리할 수 있다. 레이저 다이오드를 구동하기 위한 이러한 2개의 펄스 생성기 시스템에 의해, 일부 배경 잡음과 함께 레이저 처프 및 파형이 감소된다. 따라서, 개시된 기술은 이러한 펄스 광 송신기가 사용될 때 LiDAR 시스템의 시스템 감도, 수신기 검출 정확도 및 동적 범위를 개선하기위해 사용될 수 있다.
도 3a의 펄스 광 송신기의 다른 양태에서, Pulse Gen2(303)으로 부터의 펄스와 Pulse Gen1(304)로 부터의 펄스는 레이저 다이오드(310)에 대한 구동 펄스를 미리 형성하기 위해 특정시간에 진폭 및 지연에서 조정될 수 있고, 따라서 레이저 다이오드(310)로 부터의 펄스 레이저 출력의 광 파형을 형성하고, 다양한 응용분야에서 레이저 처프와 펄스 왜곡을 보상한다. 예를 들어, 이러한 사전 형상을 위한 응용분야의 예는 물에 수소가 존재하기 때문에 자유 공간 광 전송 동안을 포함한다. 이러한 조정은 동일한 클럭 신호에 응답하여 제1 및 제2 전기 펄스 신호 각각의 발생의 완료 후 함께 차단하는 것을 포함하여 생성기의 동작을 제어하기 위해 제1 및 제2 펄스 생성기(304 및 303)에 결합된 제어 회로를 사용함으로써 달성될 수 있다. 도시된 예에서, 동일한 클럭 회로(302)는 이러한 조정을 수행하기 위해 사용될 수 있다. 특히, 사전 펄스 신호의 진폭 및 펄스 지속시간은 레이저 다이오드(310)에 의해 생성된 레이저 펄스를 생성하기 위해 특정 설계를 기반으로 하는 동작 펄스의 펄스 형상, 펄스 진폭 또는 펄스 지속시간을 유지하면서 조절 또는 조정될 수 있다.
도 3b는 도 3a에서 2개의 펄스 생성기(304 및 303)에 의해 생성된 동작 펄스 및 사전 펄스 신호 사이의 관계를 추가로 도시한다. 2개의 펄스 생성기(304 및 303)에 의해 생성된 동작 펄스 및 사전 펄스 신호는 전압 또는 전류신호일 수 있고, 함께 혼합되어 LLD(306)에 대한 공통 신호를 생성하고 LLD(306)는 이에 응답하여 레이저 펄스(312)를 생성하기 위해 레이저 다이오드(310)를 구동시키는 구동 전류 펄스를 생성한다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 2개의 펄스 생성기(304 및 303)에 의해 생성된 동작 펄스 및 사전 펄스 신호는 임계 레이저 출력 전력에 대한 레이징 임계 전류보다 더 높은 레이저 다이오드(310)에 대한 구동 전류에 대응하는 신호 진폭을 갖는다. 그러나, 그들의 진폭은 상이하다. 사전 펄스 신호의 진폭은 임계 레이저 출력 전력에 대한 레이징 임계 전류에 해당하는 레벨 바로 위에 설정되어, 동작 펄스가 없을 때, 사전 펄스 신호는 단독으로 LLD(306)가 레이징 모드에서 레이저 다이오드(310)를 구동하지만 레이징 모드에서 저전력 출력으로 구동하게 할 수 있다. 동작 펄스 신호의 진폭 또한 임계 레이저 출력 전력에 대한 레이징 임계 전류에 해당하는 레벨 위에 설정되지만 사전 펄스 신호의 진폭보다 더 높게 설정된다. 또한 도 3b에 도시된 바와 같이, 사전 펄스 신호의 리딩 엣지가 먼저 시작되고, 레이저 다이오드에 의해 원하는 레이저 펄스를 생성하기 위해 동작 펄스에 대한 원하는 펄스 지속시간보다 더 긴 펄스 지속시간을 갖는다. 이와 같이, 펄스-펄스의 리딩 엣지는 레이저 임계 레벨 바로 위의 비교적 낮은 광 전력에서 레이저 다이오드가 자발적 방출에서 레이징 방출로의 전환을 겪게 한다. 이 설계에서, 레이저 다이오드가 이미 사전 펄스 신호에 의해 야기된 레이징 모드에 들어간 후 동작 펄스 신호의 도착은 동작 펄스 신호에 의해 추가된 구동 전류의 에너지를 레이저 출력으로 보다 효율적으로 변환할 것이다.
도 3b는 사전 펄스 신호의 리딩 엣지(t1)와 동작 펄스 신호의 리딩 엣지(t2) 사이의 시간 차이가 조절 또는 조정될 수 있음을 보여준다. 두 신호 모두 동일한 꼬리 엣지(t3)를 갖기 때문에, 사전 펄스 신호의 지속시간은 t1과 t2사이의 시간을 조절 또는 조정하기 위해 조정될 수 있다. 또한, 사전 펄스 신호의 진폭 또한 조정될 수 있다. 주어진 동작 펄스 신호에 대해, 사전 펄스 신호에 대한 2개의 조정은 레이저 다이오드 출력 펄스에서 파형 왜곡 또는 광학 처프의 감소를 최적하 하기위해 사용될 수 있다. 동작 펄스의 펄스 형상, 진폭 또는 지속 시간은 레이저 출력 펄스의 원하는 펄스 형상, 진폭 또는 지속 시간에 맞게 특별히 설계될 수 있다.
구현에서, 동일한 클럭 회로(302)는 Gen1 및 Gen2를 트리거 하거나 제어하기 위해 사용될 수 있다. Gen1의 펄스 진폭 및 폭은 원하는 광 신호에 대한 광 펄스를 생성하기 위한 것이다. Gen2의 펄스 진폭은 레이저 임계값 바로 위의 작은 레이저 전류를 생성하기 위한 것이다. Gen2의 펄스 폭은 Gen1f부터의 펄스 폭보다 더 넓다. Gen2의 진폭 및 펄스 폭을 조절함으로써 작은 광 처프와 빔 폭을 갖는 최고의 광 송신기 신호를 생성할 수 있다.
도 4는 도3의 2개의 펄스 생성기 광 송신기의 조정을 기반으로 하는 처프 보상의 일 예를 도시한다. Pulse Gen2로부터 펄스가 인가될 때 파장은 드리프트 되지만, 피크 전력은 Pulse Gen1에 의해 생성된 주된 펄스에 비해 매우 작다. Pulse Gen1으로부터 주된 펄스가 인가될 때, 파장은 높은 피크 광 전력으로 일정해진다. 따라서, 이 일시적인 처프는 매우 작고 무시될 수 있다. 도 2와 유시하게 도 4는 도 2a, 2b, 2c 및 2d와 비교하기 위해 각각 도 4a, 4b, 4c 및 4d를 포함한다. 도4c를 도2c와 비교하면, 도 4c의 광 펄스는 원하는 레이저 출력 펄스의 생성을 담당하는 동작 펄스의 도착 전에 미리 레이징 모드에서 레이저 다이오드를 구동하기 위한 사전 펄스 신호의 사용 때문에 도2c의 광 펄스보다 훨씬 적은 왜곡을 나타낸다.
본 특허 문서가 많은 세부사항을 포함하고 있지만, 이는 임의의 발명 또는 청구될 수 있는 것의 범위에 대한 제한으로 해석되어서는 안되며, 오히려 특정 발명의 특정 실시예에 특정할 수 있는 특징에 대한 설명으로 해석되어야 한다. 별도의 실시예와 관련하여 본 특허 문서에 설명된 특정 특징은 또한 단일 실시예에서 조합하여 구현될 수 있다. 역으로, 단일 실시예의 맥락에서 설명된 다양한 특징은 또한 개별적으로 또는 임의의 적합한 하위 조합으로 다중 실시예에서 구현될 수 있다. 더욱이, 특징이 특정 조합으로 작용하는 것으로 위에 설명될 수 있고 심지어 처음에 그렇게 청구될 수 있지만, 청구된 조합의 하나 이상의 특징이 일부의 경우에 조합으로 부터 제거될 수 있고, 청구된 조합은 하위 조합 또는 하위조합의 변형으로 지시될 수 있다.
소수의 구현 및 예만이 설명되고, 이 특허문서에 설명 및 예시된 것을 기반으로 다른 구현, 개선 및 변형이 이루어질 수 있다.

Claims (16)

  1. 펄스 광 송신기에 있어서,
    전기 레이저 제어 펄스 신호에 응답하여 레이저 펄스를 생성하는 레이저;
    상기 레이저 펄스를 생성하기 위해 상기 레이저에 상기 전기 레이저 제어 펄스 신호를 인가하도록 상기 레이저에 결합된 레이저 구동 회로;
    제1 전기 펄스 신호를 생성하기 위한 제1 전기 펄스 생성기-상기 제1 전기 펄스 신호는 제1 펄스 진폭과 특정 시간에 제1 펄스 폭을 가짐-;
    제2 전기 펄스 신호를 생성하기 위한 제2 전기 펄스 생성기-상기 제2 전기 펄스 신호는 상기 제1 펄스 진폭보다 더 작고 상기 레이저 구동 회로가 상기 레이저의 레이징 동작을 트리거 하도록 하기에 충분히 높은 제2 펄스 진폭을 갖고, 특정 시간에 상기 제1 펄스 폭보다 더 큰 제2 펄스 폭 및 상기 제1 전기 펄스 신호의 리딩 펄스 엣지보다 앞서는 리딩 펄스 엣지를 가짐-; 및
    레이저 구동 제어 펄스 신호를 생성하기 위해 상기 제1 및 상기 제2 전기 펄스 신호를 수신하고 결합하기 위해 상기 제1 및 상기 제2 전기 펄스 생성기에 결합된 신호 믹서를 포함하고,
    상기 신호믹서는 상기 레이저 구동회로가 상기 전기 레이저 제어 펄스 신호를 생성하게 하도록 상기 레이저 구동 회로에 상기 레이저 구동 제어 펄스 신호를 인가하기 위해 상기 레이저 구동 회로에 추가로 결합된 펄스 광 송신기.
  2. 제1항에 있어서,
    잡음을 감소시키기 위해 상기 제1 및 상기 제2 전기 펄스 신호의 생성 완료 후에 상기 제1 및 상기 제2 펄스 생성기가 함께 꺼지게 하도록 상기 제1 및 상기 제2 펄스 생성기에 결합되는 제어 회로를 포함하는 펄스 광 송신기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 생성된 레이저 펄스의 처프(chirp) 또는 왜곡을 감소시키기 위해 상기 제1 및 상기 제2 전기 펄스 진폭과 상기 제1 및 상기 제2 전기 펄스 신호 사이의 시간 지연을 조정하도록 상기 제1 및 상기 제2 펄스 생성기에 결합된 제어 회로를 포함하는 펄스 광 송신기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전기 펄스 생성기는 상기 제2 진폭과 상기 제1 및 상기 제2 전기 펄스 신호 사이의 시간 지연 사이의 시간 차이를 조정하도록 구성되는 것인 펄스 광 송신기.
  5. 하나 이상의 타겟을 광학적으로 감지하기 위한 레이저 펄스를 생성하기 위해 광 송신기를 포함하는 광 검출 및 거리 측정(LiDAR) 시스템에 있어서,
    상기 광 송신기는:
    전기 레이저 제어 펄스 신호에 응답하여 레이저 펄스를 생성하기 위한 레이저;
    상기 레이저 펄스를 생성하기 위해 상기 레이저에 상기 전기 레이저 제어 펄스 신호를 인가하도록 상기 레이저에 결합된 레이저 구동 회로;
    제1 전기 펄스 신호를 생성하기 위한 제1 전기 펄스 생성기-상기 제1 전기 펄스 신호는 제1 펄스 진폭과 특정 시간에 제1 펄스 폭을 가짐-;
    제2 전기 펄스 신호를 생성하기 위한 제2 전기 펄스 생성기-상기 제2 펄스 신호는 상기 제1 펄스 진폭보다 작고 상기 레이저 구동 회로가 상기 레이저에서 레이징 동작을 트리거 하도록 하기에 충분히 높은 제2 펄스 진폭을 갖고, 특정 시간에 상기 제1 펄스 폭보다 더 큰 제2 펄스 폭 및 상기 제1 전기 펄스 신호의 리딩 펄스 엣지보다 앞서는 리딩 펄스 엣지를 가짐-; 및
    레이저 구동 제어 펄스 신호를 생성하기 위해 상기 제1 및 상기 제2 전기 펄스 신호를 수신하고 결합하도록 상기 제1 및 상기 제2 전기 펄스 생성기에 결합된 신호 믹서를 포함하고,
    상기 신호 믹서는 상기 레이저 구동 회로가 상기 전기 레이저 제어 펄스 신호를 생성하도록 하기 위해 상기 레이저 구동 회로에 상기 레이저 구동 제어 펄스 신호를 인가하도록 상기 레이저 구동 회로에 추가로 결합되는 LiDAR 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 광 송신기는 잡음을 감소시키기 위해 상기 제1 및 상기 제2 전기 펄스 신호의 생성 완료 후 상기 제1 및 상기 제2 펄스 생성기를 함께 끄기 위해 상기 제1 및 상기 제2 펄스 생성기에 결합되는 제어 회로를 포함하는 LiDAR 시스템.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 광 송신기는 상기 생성된 레이저 펄스의 처프 또는 왜곡을 감소시키기 위해 상기 제1 및 상기 제2 펄스 진폭과 상기 제1 및 상기 제2 전기 펄스 신호 사이의 시간 지연을 조정하도록 상기 제1 및 상기 제2 펄스 생성기에 결합되는 제어 회로를 포함하는 LiDAR 시스템.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 제2 전기 펄스 생성기는 상기 제2 진폭과 상기 제1 및 상기 제2 전기 펄스 신호 사이의 시간 지연 사이의 시간 차이를 조정하도록 구성되는 것인 LiDAR 시스템.
  9. 광 감지를 위한 레이저 펄스를 생성하기 위해 광 송신기를 포함하는 광 송신기를 포함하는 광 시간 영역 반사계(OTDR) 시스템에 있어서,
    상기 광 송신기는:
    전기 레이저 제어 펄스 신호에 응답하여 레이저 펄스를 생성하기 위한 레이저;
    상기 레이저 펄스를 생성하기 위해 상기 레이저에 상기 전기 레이저 제어 펄스 신호를 인가하도록 상기 레이저에 결합된 레이저 구동 회로;
    제1 전기 펄스 신호를 생성하기 위한 제1 전기 펄스 생성기-상기 제1 전기 펄스 신호는 제1 펄스 진폭과 특정 시간에 제1 펄스 폭을 가짐-;
    제2 전기 펄스 신호를 생성하기 위한 제2 전기 펄스 생성기-상기 제2 펄스 신호는 상기 제1 펄스 진폭보다 작고 상기 레이저 구동 회로가 상기 레이저에서 레이징 동작을 트리거 하도록 하기에 충분히 높은 제2 펄스 진폭을 갖고, 특정 시간에 상기 제1 펄스 폭보다 더 큰 제2 펄스 폭 및 상기 제1 전기 펄스 신호의 리딩 펄스 엣지보다 앞서는 리딩 펄스 엣지를 가짐-; 및
    레이저 구동 제어 펄스 신호를 생성하기 위해 상기 제1 및 상기 제2 전기 펄스 신호를 수신하고 결합하도록 상기 제1 및 상기 제2 전기 펄스 생성기에 결합된 신호 믹서를 포함하고,
    상기 신호 믹서는 상기 레이저 구동 회로가 상기 전기 레이저 제어 펄스 신호를 생성하도록 하기 위해 상기 레이저 구동 회로에 상기 레이저 구동 제어 펄스 신호를 인가하도록 상기 레이저 구동 회로에 추가로 결합되는 OTDR 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 광 송신기는 잡음을 감소시키기 위해 상기 제1 및 상기 제2 전기 펄스 신호의 생성 완료 후 상기 제1 및 상기 제2 펄스 생성기를 함께 끄기 위해 상기 제1 및 상기 제2 펄스 생성기에 결합되는 제어 회로를 포함하는 OTDR 시스템.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 광 송신기는 상기 생성된 레이저 펄스의 처프 또는 왜곡을 감소시키기 위해 상기 제1 및 상기 제2 펄스 진폭과 상기 제1 및 상기 제2 전기 펄스 신호 사이의 시간 지연을 조정하도록 상기 제1 및 상기 제2 펄스 생성기에 결합되는 제어 회로를 포함하는 OTDR 시스템.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 제2 전기 펄스 생성기는 상기 제2 진폭과 상기 제1 및 상기 제2 전기 펄스 신호 사이의 시간 지연 사이의 시간 차이를 조정하도록 구성되는 것인 OTDR 시스템.
  13. 레이저 펄스를 생성하기 위해 펄스 광 송신기를 동작시키기 위한 방법에 있어서,
    제1 펄스 진폭과 특정 시간에 제1 펄스 폭을 갖는 제1 전기 펄스 신호를 생성하기 위한 제1 전기 펄스 생성기 및 상기 제1 펄스 진폭보다 더 작은 제2 펄스 진폭과 특정 시간에 상기 제1 펄스 폭보다 더 큰 제2 펄스 폭을 갖는 제2 전기 펄스 신호를 생성하기 위한 제2 전기 펄스 생성기를 작동시키는 단계;
    상기 제1 및 상기 제2 전기 펄스 신호의 생성 후에 상기 제1 및 상기 제2 전기 펄스 생성기를 함께 끄는 단계;
    레이저 구동 제어 펄스 신호를 생성하기 위해 상기 제1 및 상기 제2 전기 펄스 신호를 결합하는 단계;
    레이저 펄스를 생성하기 위해 레이저 다이오드에 상기 레이저 구동 제어 펄스 신호를 인가하는 단계; 및
    지연된 제1 전기 펄스 신호에 응답하여 레이저 펄스를 생성하도록 상기 레이저 다이오드를 구동하기 위해 상기 제1 및 상기 제2 전기 펄스 신호가 결합하도록 특정 시간에 상기 제1 전기 펄스 전기 신호를 더 늦은 시간으로 지연시키는 동안 상기 제1 전기 펄스 신호 없어 레이징하도록 상기 레이저 다이오드를 구동하기 위해 상기 레이저 구동 제어 펄스 신호를 생성하도록 상기 제2 전기 펄스 신호의 리딩 엣지 및 앞부분을 인가하는 단계를 포함하는 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 생성된 레이저 펄스의 처프 또는 왜곡을 감소시키기 위해 상기 제1 및 상기 제2 펄스 진폭과 상기 제1 및 상기 제2 전기 펄스 신호 사이의 시간 지연을 조정하는 단계를 포함하는 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 생성된 레이저 펄스의 처프 또는 왜곡을 감소시키기 위해 상기 제2 진폭을 조정하는 단계를 포함하는 방법.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 생성된 레이저 펄스의 처프 또는 왜곡을 감소시키기 위해 상기 제1 및 상기 제2 전기 펄스 신호 사이의 시간 지연을 조정하는 단계를 포함하는 방법.
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