一种基于射频三极管的高速皮秒脉冲激光器驱动电路的制作方法

本发明涉及一种驱动电路，更具体的涉及用于量子通信单光子源的高速皮秒脉冲激光器驱动电路。

背景技术：

1、在半导体激光器中，一般采用直接调制的方法，利用增益开关原理调制dfb激光器产生光脉冲。具体利用窄脉冲电流从阈值电流以下驱动半导体激光器，通过调节窄脉冲电流的宽度和幅值，只取弛豫振荡过程中的第一个峰，抑制其余的振荡，得到超短光脉冲。

2、如图1所示，已公开专利cn201720945107，一种用于量子通信单光子源的激光器高速驱动模块提供了一种高速皮秒脉冲激光器驱动系统，该方案中包含高速电流源驱动芯片u1、三极管q1和激光二极管ld，三极管q1的集电极接激光器二极管ld的负极，激光器二极管ld的正极接电源vcc，电流源驱动芯片u1将外部输入的窄脉冲电压信号转换成对应的窄脉冲电流信号输出，同时该电流信号控制三极管q1的开关，进而控制激光器二极管ld的开关，从而获得高速皮秒脉冲光。

3、标准的14pin蝶形封装激光器中，发光激光器二极管ld的+脚一般与管壳相连。蝶形封装激光器管壳接信号地，可以很好的屏蔽外部干扰，保护内部的激光器芯片、半导体制冷片以及背光功率二极管。上述专利方案中的发光激光器二极管ld的+脚接电源vcc，无法实现屏蔽作用。且蝶形封装激光器尺寸较大，外壳大面积裸露在外，实际电路板中，容易引起短路问题。

4、高速电流源驱动芯片需要额外的一路dac通道设置驱动的驱动电流，用于调节三极管的静态参数，增加电路的配置项。同时高速电流源驱动芯片的驱动电流大小以及三极管的放大倍数hfe不可避免的会受温度影响，导致激光器二极管ld驱动电流发生变化，最终会影响到高低温下激光器二极管ld输出功率的稳定。

5、另外，现有技术方案所需要的高速电流源驱动芯片，可选型的器件型号较少，不具备兼容性和替换性，单器件成本较高。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于如何在高速皮秒脉冲激光器驱动电路中，低成本情况下实现对激光器内部器件具有较好的屏蔽作用。

2、本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：本发明提供一种基于射频三极管的高速皮秒脉冲激光器驱动电路，包含信号发生器、高速电平转换器、射频三极管q2以及dfb激光器，信号发生器产生激光器驱动的窄脉冲信号，经高速电平转换器转换成ecl电平，驱动射频三极管q2，用于驱动dfb激光器发光。

3、作为进一步优化的技术方案，所述信号发生器输出端连接所述高速电平转换器的输入端，所述高速电平转换器的输出端连接所述射频三极管q2的基极b，所述射频三极管q2的发射极e接电位ve，所述射频三极管q2的集电极c接dfb激光器。

4、作为进一步优化的技术方案，所述dfb激光器包括发光激光器二极管ld、电阻r20以及电感l，电阻r20的一端连接所述射频三极管q2的集电极c，电阻r20的另一端与电感l的一端连接，电感l的另一端接直流负极dc-，发光激光器二极管ld的负极接到电阻r20与电感l之间，发光激光器二极管ld的正极ld+接地。

5、作为进一步优化的技术方案，当所述高速电平转换器输出为低电平时，所述射频三极管q2截止，所述dfb激光器发光不发光；当所述高速电平转换器输出为高电平时，所述射频三极管q2导通，所述dfb激光器发光。

6、作为进一步优化的技术方案，电阻r10接在所述射频三极管q2的基极b和发射极e之间。

7、作为进一步优化的技术方案，所述高速电平转换器采用负电源供电，即vcc＝0v，vee＝-3.3v，所述电位ve的电压为vcc-2v＝-2v。

8、作为进一步优化的技术方案，所述射频三极管q2的发射极e的电位ve引入了一个温度补偿电路。

9、作为进一步优化的技术方案，所述温度补偿电路包括跟随放大器opa1、同向比例放大器opa2、电阻r30、电阻r40、电阻ntc、电阻r50、电阻r60、电阻r70、电阻r80，电阻r30和r40串联配置成分压器形式对电源vee分压，分压节点m接跟随放大器opa1的同向输入端，跟随放大器opa1反向输入端与输出相连，构成跟随电路，ntc电阻和r60并联后再与r70串联配置成分压器形式对运算放大器输出vo分压，分压节点n接同向比例放大器opa2的同向输入端，运算放大器反向输入端对地接电阻r50，与输出间接电阻r80，构成同向放大电路，同向比例放大器opa2的输出端接射频三极管q2的发射极。

10、作为进一步优化的技术方案，所述射频三极管q2基于sige工艺，截止频率ft>37ghz。

11、作为进一步优化的技术方案，所述射频三极管q2通过裸片集成方式组装到dfb激光器内部。

12、本发明的优点在于：

13、1.相比较于高速电流源驱动芯片，高速电平转换器更为通用，所以更具成本优势，另外高速电流源驱动芯片需要dac额外提供一路输出调节驱动电流，高速电平转换器不需要，更加具有成本优势；

14、2.该方案中发光激光器二极管ld+接地，能够对激光器内部器件起到屏蔽作用，且避免了激光器管壳由于异物短路问题；

15、3.对射频三极管发射极电位引入一个开环补偿电路，实现高低温下激光器输出功率的稳定，补偿网络参数可以依据电路器件温漂特性进行拟合；

16、4选用基于sige的第六代以上工艺的射频三极管，截止频率高，更好的保留了电平的高低频信号，降低了信号的放大失真情况；

17、5.射频三极管可以通过裸片集成方式组装到蝶形激光器内部，进一步降低寄生参数，提升电路的工作频率，且驱动接口为标准的necl电平，兼容性强。

技术特征：

1.一种基于射频三极管的高速皮秒脉冲激光器驱动电路，其特征在于：包含信号发生器、高速电平转换器、射频三极管q2以及dfb激光器，信号发生器产生激光器驱动的窄脉冲信号，经高速电平转换器转换成ecl电平，驱动射频三极管q2，用于驱动dfb激光器发光。

2.如权利要求1所述的一种基于射频三极管的高速皮秒脉冲激光器驱动电路，其特征在于：所述信号发生器输出端连接所述高速电平转换器的输入端，所述高速电平转换器的输出端连接所述射频三极管q2的基极b，所述射频三极管q2的发射极e接电位ve，所述射频三极管q2的集电极c接dfb激光器。

3.如权利要求2所述的一种基于射频三极管的高速皮秒脉冲激光器驱动电路，其特征在于：所述dfb激光器包括发光激光器二极管ld、电阻r20以及电感l，电阻r20的一端连接所述射频三极管q2的集电极c，电阻r20的另一端与电感l的一端连接，电感l的另一端接直流负极dc-，发光激光器二极管ld的负极接到电阻r20与电感l之间，发光激光器二极管ld的正极ld+接地。

4.如权利要求1-3任一项所述的一种基于射频三极管的高速皮秒脉冲激光器驱动电路，其特征在于：当所述高速电平转换器输出为低电平时，所述射频三极管q2截止，所述dfb激光器不发光；当所述高速电平转换器输出为高电平时，所述射频三极管q2导通，所述dfb激光器发光。

5.如权利要求2所述的一种基于射频三极管的高速皮秒脉冲激光器驱动电路，其特征在于：电阻r10接在所述射频三极管q2的基极b和发射极e之间。

6.如权利要求2所述的一种基于射频三极管的高速皮秒脉冲激光器驱动电路，其特征在于：所述高速电平转换器采用负电源供电，即vcc＝0v，vee＝-3.3v，所述电位ve的电压为vcc-2v＝-2v。

7.如权利要求2所述的一种基于射频三极管的高速皮秒脉冲激光器驱动电路，其特征在于：所述射频三极管q2的发射极e的电位ve引入了一个温度补偿电路。

8.如权利要求7所述的一种基于射频三极管的高速皮秒脉冲激光器驱动电路，其特征在于：所述温度补偿电路包括跟随放大器opa1、同向比例放大器opa2、电阻r30、电阻r40、电阻ntc、电阻r50、电阻r60、电阻r70、电阻r80，电阻r30和r40串联配置成分压器形式对电源vee分压，分压节点m接跟随放大器opa1的同向输入端，跟随放大器opa1反向输入端与输出相连，构成跟随电路，ntc电阻和r60并联后再与r70串联配置成分压器形式对运算放大器输出vo分压，分压节点n接同向比例放大器opa2的同向输入端，运算放大器反向输入端对地接电阻r50，与输出间接电阻r80，构成同向放大电路，同向比例放大器opa2的输出端接射频三极管q2的发射极。

9.如权利要求1所述的一种基于射频三极管的高速皮秒脉冲激光器驱动电路，其特征在于：所述射频三极管q2基于sige工艺，截止频率ft>37ghz。

10.如权利要求1所述的一种基于射频三极管的高速皮秒脉冲激光器驱动电路，其特征在于：所述射频三极管q2通过裸片集成方式组装到dfb激光器内部。

技术总结
本发明提供了一种基于射频三极管的高速皮秒脉冲激光器驱动电路，包含信号发生器、高速电平转换器、射频三极管Q2以及DFB激光器，信号发生器产生激光器驱动的窄脉冲信号，经高速电平转换器转换成ECL电平，驱动射频三极管Q2，用于驱动DFB激光器发光。本发明的优点在于：相比较于高速电流源驱动芯片，高速电平转换器更为通用，所以更具成本优势，另外高速电流源驱动芯片需要DAC额外提供一路输出调节驱动电流，高速电平转换器不需要，更加具有成本优势。

技术研发人员：唐世彪,房后林,代云启,栗帅
受保护的技术使用者：科大国盾量子技术股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13