一種壓控電流源電路、半導體激光器及其偏置電源制造技術

本實用新型專利技術公開了一種壓控電流源電路、半導體激光器及其偏置電源。壓控電流源電路包括電阻R1～R6、電壓保持芯片U1、三極管Q1、運算放大器U2A與U2B。U1的控制腳經R1作為壓控電流源電路的輸入端，U1的輸入腳經R2作為壓控電流源電路的輸入端。U1的輸出腳經R3連接U2A的反相端。U2A的同相端經R5接地，其輸出端連接U2B的同相端且還經R4連接其的反相端。U2B的反相端連接Q1的發射極，其輸出端連接Q1的基極。Q1的發射極經R6連接下拉電源，其集電極為壓控電流源電路的輸出端。本實用新型專利技術還公開具有該電路的半導體激光器偏置電源、設置有該半導體激光器偏置電源的半導體激光器。

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及一種電流源電路，尤其涉及一種壓控電流源電路、具有該壓控電流源電路的半導體激光器偏置電源、設置有該半導體激光器偏置電源的半導體激光器。
技術介紹
現有的半導體激光器的偏置電路一般是用運算放大器和三極管級聯的恒流源電路，如需改變直流偏置負極的電流，則需要改變三極管發射極的取樣電阻的大小，使用可調電阻或更換電阻。這樣的實現方式功能單一，調試不便，調節精度差，可調范圍依賴于取樣電阻。
技術實現思路
為了解決上述問題，本技術提出了一種壓控電流源電路、具有該壓控電流源電路的半導體激光器偏置電源、設置有該半導體激光器偏置電源的半導體激光器，該壓控電流源電路能使半導體激光器偏置電源的電流具有精密可調、紋波小、穩定可靠的特點。本技術的解決方案是：一種壓控電流源電路，其包括：電阻R1，其一端作為該壓控電流源電路的輸入端Load Bias；電阻R2，其一端作為該壓控電流源電路的輸入端Trig L；電壓保持芯片U1，其具有控制腳輸入腳Vin、輸出腳Vout；控制腳連接電阻R1的另一端，輸入腳Vin連接電阻R2的另一端；電阻R3，其一端連接輸出腳Vout；運算放大器U2A，其反相端連接電阻R3的另一端；電阻R4，其一端連接運算放大器U2A的反相端，其另一端連接運算放大器U2A的輸出端；電阻R5，其一端連接運算放大器U2A的同相端，其另一端接地；運算放大器U2B，其與運算放大器U2A形成兩級運算放大器的主電路；運算放大器U2B的同相端連接運算放大器U2A的輸出端；三極管Q1，其基極連接運算放大器U2B的輸出端，其發射極連接運算放大器U2B的反相端，其集電極作為該壓控電流源電路的輸出端；電阻R6，其一端連接三極管Q1的發射極，其另一端連接下拉電源。作為上述方案的進一步改進，該下拉電源為-5V電源。作為上述方案的進一步改進，該壓控電流源電路還包括磁珠BP1、電容C1；電壓保持芯片U1的電源腳Vcc一方面經由磁珠BP1連接+3.3V電源，另一方面經由電容C1接地。作為上述方案的進一步改進，該壓控電流源電路還包括電容C2；運算放大器U2A的其中一個電源端一方面連接+5V電源，另一方面經由電容C2接地。進一步地，該壓控電流源電路還包括電容C3，運算放大器U2A的其中另一個電源端一方面連接-5V電源，另一方面經由電容C3接地。再進一步地，運算放大器U2B的兩個電源端的連接方式和運算放大器U2A的兩個電源端的連接方式相同。本技術還提供一種半導體激光器偏置電源，其用于調整半導體激光器的直流偏置負極的電流；該半導體激光器偏置電源包括上述任意壓控電流源電路，該壓控電流源電路的三極管Q1的集電極連接該直流偏置負極。作為上述方案的進一步改進，該半導體激光器偏置電源還包括FPGA電路、數模轉換電路；該FPGA電路的FPGA芯片作為主控芯片，將一個目標電壓值發送給該數模轉換電路經過模數轉換后，再傳輸至該壓控電流源電路，該壓控電流源電路將輸出穩定且可調的電流加至該直流偏置負極。作為上述方案的進一步改進，該壓控電流源電路的輸入端Load Bias連接該FPGA芯片的I/O端口，該壓控電流源電路的輸入端Trig L連接該數模轉換電路的輸出端。本技術還提供一種半導體激光器，其直流偏置負極設置有半導體激光器偏置電源；該半導體激光器偏置電源為上述任意半導體激光器偏置電源，該半導體激光器偏置電源的壓控電流源電路的三極管Q1的集電極連接該直流偏置負極。本技術的壓控電流源電路能使半導體激光器偏置電源的電流具有精密可調、紋波小、穩定可靠的特點，還能使變換半導體激光器的應用時，無需更改電路，通過FPGA控制數模轉換芯片的輸入電壓即可實現。附圖說明圖1是本技術半導體激光器發窄脈沖光的示意圖。圖2是本技術半導體激光器發連續光的示意圖。圖3是本技術半導體激光器的半導體激光器偏置電源的示意圖。圖4是圖3中半導體激光器偏置電源的壓控電流源電路的示意圖。具體實施方式為了使本技術的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本技術進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本技術，并不用于限定本技術。隨著激光技術的應用趨于成熟，小型的半導體激光器已廣泛應用于信息通訊、醫療衛生、軍事技術等諸多領域。小型半導體激光器也稱二極管激光器，具有體積小、質量輕、效率高、性能穩定等優點。與低功率半導體激光器配套使用的偏置電源對半導體激光器產生的光信號質量具有顯著影響，針對不同的應用場合，偏置電源需要具有電流精密可調的功能。本技術的半導體激光器具體可以是一種分布式反饋特定波長激光器，作為產生弱相干光脈沖的光源，廣泛應用于量子通信領域。偏置電源本質上是一種壓控電流源，因為根據半導體激光器的發光原理，流過激光二極管的電流對激光器發光有直接影響。在偏置電源提供接近0mA直流偏置電流作用下，射頻調制信號才能驅動半導體激光器產生理想的光脈沖信號；同時，當偏置電源單獨作用于半導體激光器時，激光器發出連續光，偏置電源的電流越大，連續光的光功率越大，且基本呈線性關系。皮秒脈沖激光器可產生1GHz以上重復頻率、超窄脈沖寬度(脈寬典型值為50ps)的脈沖光，廣泛應用于量子密鑰分發(QKD)、單光子探測器測試和激光雷達等諸多場合。請一并參閱圖1及圖2，本技術的半導體激光器1的直流偏置負極設置有半導體激光器偏置電源2。本實施例的半導體激光器具體可以是一種分布式反饋特定波長激光器，該偏置電源可滿足此種半導體激光器在不同應用場合的需求。請結合圖3，半導體激光器偏置電源2包括FPGA電路21、數模轉換電路22、壓控電流源電路23。FPGA電路21的FPGA芯片作為主控芯片，將一個目標電壓值發送給該數模轉換電路22經過模數轉換后，再傳輸至該壓控電流源電路23，該壓控電流源電路23將輸出穩定且可調的電流加至該直流偏置負極，壓控電流源電路23輸出的電流精密可調，電流紋波小于0.1mA。數模轉換電路22可為12位的高精度DAC芯片。如圖1所示，方波信號作為輸入觸發，經過調制信號電路3，輸出窄脈沖至半導體激光器1的射頻負極，偏置電源電路即半導體激光器偏置電源2提供低至0.5mA的偏置電流至直流偏置負極，以獲得具有理想消光比的窄脈沖光。如圖2所示，當沒有方波信號觸發，調制信號電路3沒有輸出，只有偏置電源作用于半導體激光器1時，半導體激光器1發出穩定的連續光，且連續光的發光功率可通過FPGA電路21設置的電壓調節。FPGA電路21設置偏置電源的電壓，具有掉電保存的功能。變換半導體激光器1的應用時，無需更改電路，通過FPGA電路21控制數模轉換電路22的輸入電壓即可實現。如圖4所示，壓控電流源電路23包括電阻R1、電阻R2、電壓保持芯片U1、電阻R3、運算放大器U2A、電阻R4、電阻R5、運算放大器U2B、三極管Q1、電阻R6、磁珠BP1、電容C1、電容C2、電容C3。運算放大器U2A與運算放大器U2B形成兩級運算放大器的主電路，運算放大器U2B的兩個電源端的連接方式和運算放大器U2A的兩個電源端的連接方式可相同。電壓保持芯片U1，其具有控制腳輸入腳Vin、輸出腳Vout。電阻R1的一端作為該壓控電流源電路的輸入端Load Bias本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種壓控電流源電路，其特征在于：其包括：電阻R1，其一端作為該壓控電流源電路的輸入端Load?Bias；電阻R2，其一端作為該壓控電流源電路的輸入端Trig?L；電壓保持芯片U1，其具有控制腳輸入腳Vin、輸出腳Vout；控制腳連接電阻R1的另一端，輸入腳Vin連接電阻R2的另一端；電阻R3，其一端連接輸出腳Vout；運算放大器U2A，其反相端連接電阻R3的另一端；電阻R4，其一端連接運算放大器U2A的反相端，其另一端連接運算放大器U2A的輸出端；電阻R5，其一端連接運算放大器U2A的同相端，其另一端接地；運算放大器U2B，其與運算放大器U2A形成兩級運算放大器的主電路；運算放大器U2B的同相端連接運算放大器U2A的輸出端；三極管Q1，其基極連接運算放大器U2B的輸出端，其發射極連接運算放大器U2B的反相端，其集電極作為該壓控電流源電路的輸出端；電阻R6，其一端連接三極管Q1的發射極，其另一端連接下拉電源。

【技術特征摘要】
1.一種壓控電流源電路，其特征在于：其包括：電阻R1，其一端作為該壓控電流源電路的輸入端Load Bias；電阻R2，其一端作為該壓控電流源電路的輸入端Trig L；電壓保持芯片U1，其具有控制腳輸入腳Vin、輸出腳Vout；控制腳連接電阻R1的另一端，輸入腳Vin連接電阻R2的另一端；電阻R3，其一端連接輸出腳Vout；運算放大器U2A，其反相端連接電阻R3的另一端；電阻R4，其一端連接運算放大器U2A的反相端，其另一端連接運算放大器U2A的輸出端；電阻R5，其一端連接運算放大器U2A的同相端，其另一端接地；運算放大器U2B，其與運算放大器U2A形成兩級運算放大器的主電路；運算放大器U2B的同相端連接運算放大器U2A的輸出端；三極管Q1，其基極連接運算放大器U2B的輸出端，其發射極連接運算放大器U2B的反相端，其集電極作為該壓控電流源電路的輸出端；電阻R6，其一端連接三極管Q1的發射極，其另一端連接下拉電源。2.如權利要求1所述的壓控電流源電路，其特征在于：該下拉電源為-5V電源。3.如權利要求1所述的壓控電流源電路，其特征在于：該壓控電流源電路還包括磁珠BP1、電容C1；電壓保持芯片U1的電源腳Vcc一方面經由磁珠BP1連接+3.3V電源，另一方面經由電容C1接地。4.如權利要求1所述的壓控電流源電路，其特征在于：該壓控電流源電路還包括電容C2；運算放大器U2A的其中一個電源端一方面連接+5V電源，另一方面經由電容C2接地。...

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉建宏，姚海濤，代云啟，王凱迪，
申請(專利權)人：科大國盾量子技術股份有限公司，
類型：新型
國別省市：安徽;34