[發明專利]自由空間傳輸用大功率高速激光發射組件

無效

• 申請號: 201010583821.4
• 申請日: 2010-12-08
• 公開（公告）號: CN102571192A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 郭超
• 申請（專利權）人: 武漢市三聯永成科技有限公司
• 主分類號: H04B10/04
• 分類號: H04B10/04;H01S5/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及大氣層內及太空星間激光數字通信、數據傳輸中“電-光”轉換的方法及大功率高速激光發射裝置。

背景技術

自由空間光通信(Free?Space?optical?communication，簡稱FSO)是指以激光光波作為載波，大氣或太空環境作為傳輸介質的光通信系統。自由空間激光通信結合了光纖通信與微波通信的優點，既具有大通信容量、高速傳輸的優點，又不需要鋪設光纖，因此各技術強國在空間激光通信領域投入大量人力物力，并取得了很大進展，其系統廣泛用于民用數據通信，軍用領域及太空衛星通信。我國在這一領域起步較晚，目前技術尚不成熟，多半停留在實驗室階段，部分企業通過夠買國外技術實現初級產品。其核心技術“電---光轉換”仍掌握在國外巨頭手中，鮮有相關文獻可供參考，進一步限制了該技術在國內的發展。

目前可供參考的基于半導體激光器的國內產品及樣機普遍存在著輸出光功率小、傳輸距輸短、成本高昂的缺點。其輸出光功率典型值一般小于50mW，極大的限制了傳輸距離，同時也限制了該技術在國內的推廣與應用。究其原因還是在于半導體激光器的驅動器電路過度依賴進口，而大功率高速半導體激光驅動器由于可能的軍事用途恰恰是禁止出口的。

發明內容

本發明提供自由空間傳輸用大功率高速半導體激光發射組件(以下簡稱組件)的電路拓撲和實現方法，克服帶寬與功率的矛盾，在100Mbps速率下出纖光功率可達到2W以上，并同時保證輸出光譜的穩定性、輸出光功率的穩定性與可編程性。

本發明由以下七個部分組成：

1.前置放大器?其作用是將輸入到組件的高阻TTL數字電壓信號進行放大，給第二部分功率放大器提供足夠的驅動電流。該前置放大器主要由兩個部件組成，首先利用一個與非門進行緩沖，信號緩沖后送入由高頻三極管構成的高頻放大器放大，最后輸出一個低阻大電流的電壓信號，送入下一級功率放大器。

2.偏置恒流源?其作用是為激光器提供恒定偏置電流，使激光器始終工作在特性閾值點以上，確保線性度。

3.功率放大器?其作用是將經過前置放大器放大后的高頻信號轉換為高頻大電流，以此電流驅半導體激光器工作。該功率放大器由高頻場效應管構成。

4.半導體激光器?其作用是將功率放大器輸出的電流轉變成激光束。由于公開的文獻與資料沒有提供適用于自由空間傳輸的大功率激光器，經過反復實驗論證，發現用于激光切割的大功率半導體激光器具有高帶寬與大功率的特征，并且轉換效率高、體積小。非常適合組件需要。

5.吸收網絡?其作用是吸收由于高頻大電流通過激光器時產生的嚴重電流過沖，以保護激光器不受過沖電流損壞，并保證輸出光信號質量。該部分由被動元件組合(電容、肖特基二極管、電阻)組成。

6.半導體制冷器?其作用是給激光器加溫或降溫，使激光器工作在恒溫狀態下，確保激光器的閾值電流與斜效率、中心波長、光譜特性不隨溫度的變化而變化。

7.溫度控制器及半導體制冷器驅動器其作用是根據激光器溫度，提供相應方向(升溫或降溫)和大小的驅動電流，驅動半導體制冷塊工作。

其具體拓撲與關連性請見附圖，由外部輸入0-100Mbps?TTL數字信號至組件，經由前置放大器放大后送入功率放大器進行電流放大，功率放大器輸出的調制電流合并直流偏置電流驅動激光器發射高頻大功率激光束，在激光器兩端并入吸收網絡及反向保護器吸收過沖與反向電動勢對激光器及光束質量進行保護；同時采集激光器的溫度數據傳送至溫度控制器，根據采集到的數據調節送給半導體制冷器的工作電流的方向與大小，使激光器保持恒溫工作，不受自身工作溫升及外界溫度變化的不利影響。

該電路拓撲具有模塊化，高帶寬，高功率的特點，并且由于采用了溫控系統，工作穩定性極強，可靠性高。由于各個部分相對獨立工作，且都具有可編程性，使之可以適應不同工作帶寬、不同中心波長、不同光功率輸出的需要。

附圖說明

是本發明采用的拓撲結構及實施方式。

具體實施方式

下面對照附圖結合具體實施方式對本發明作進一步說明

如附圖所示，在第一部分前置放大器中，采用輸入阻抗為10MΩ，工作速率50MHz的門電路作為一級緩沖器，將輸出的電壓信號放大到10mA的電流信號送到1GHz的高頻三極管進行進一步放大。由三極管放大后的電流在0～100mA內可調節，根據功率放大器的要求，也可并并聯多只放大管，輸出更大電流，以滿足驅動功率放大器的要求。