专利名称：低功率激光驱动器的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及激光驱动器，更具体地说，涉及用来驱动一个光学前置放大器的激光驱动器。
单通道(或波长)纤维光学电信链路的带宽主要由在发射机和接收器处要求的高速电子仪器限制。光学通信信号的波长分割多路复用是一种用来增大纤维光学电信链路的带宽、而不增大电子仪器的速度的技术。在通信接收器处，必须分离、或信号分离接收光学通信信号的光学通道，并且把它们发送到其各自的接收器，这些接收器按其数据接收速率变化。一个例子是2.488Gb/s接收器。
信号分离过程不理想，并且招致光学损耗，因而降低整个接收器灵敏度。灵敏度的降低对于整个电信链路也转化成较短传输长度。当在各自基础上优化分量时，借助这些类型的接收器构造得不到任何较小尺寸和低功率操作的好处。在波长分割多路复用接收器中达到高灵敏度的一种现行方法是带有雪崩光电二极管(APD)的波长信号分离器的使用。这些电子放大光学接收器已经设计成在轨道安装配置中的分离单元。典型地，在轨道安装配置中的每个卡单元代表一个独立元件，形成一个非常大的、但不希望有的单元，特别是在低功率用途中，如在先进飞船设计或希望低功率和小足迹的其它设计规格中。
因为这些类型的光学接收器是轨道安装单元，并且使用雪崩光电二极管，所以招致接收器灵敏度功率损失近似等于光学信号分离器的光学插入损失。典型地，使用光学前置放大的电信接收器对于高灵敏度和低功率都不优化，并且不包含在一个单组件中。而且，在某些光学通信接收器中，一个激光驱动器可能是必需的。为了输送供电一个激光二极管必需的电流，使用一个电路，并且把电力供给到激光驱动器，但也耗散其自己的功率。在控制电路中耗散的这种功率基本上是废弃功率，因为它不转换成光子。
一些现行设计注入式激光二极管驱动器使用一个线性通道晶体管把一个调节电流输送到注入式激光二极。这种方法导致跨过器件的一个恒定电压和通过器件的恒定电流，导致大量的消耗功率。例如，在一些先有技术设计中，由注入式激光二极管驱动器消耗的所有功率的近90％出现在通道晶体管中。因而，有一种希望把一个清洁电流源输送到注入式激光二极管的必需要求和解决方案。
本发明包括一个激光驱动器，该驱动器包括一个注入式激光二极管；一个电流源控制环路，连接到所述注入式激光二极管上，建立通过注入式激光二极管的一个固定电流；及一个电压转换开关电路，连接到所述注入式激光二极管和电流源控制环路上，所述电压转换开关电路适于接收一个固定供给电压和把供给电压感应地向下转换成一个正向电压，以便偏置激光二极管和产生一个具有最小化功率损耗的光学纤维耦合激光输出。
便利的是，本发明提供一种驱动用于低功率用途，如其中要求重量轻和功率小的先进工业和军事飞船，的光学放大前置放大器的低功率激光驱动器。
便利的是，激光驱动器包括一个注入式激光二极管；和一个电流源控制环路，连接到注入式激光二极管上，用来建立通过注入式激光二极管的一个固定电流。一个电压转换开关电路连接到注入式激光二极管和电流源控制环路上。这个电压转换开关电路适于接收一个固定供给电压和把供给电压感应地向下转换成一个正向电压，以便偏置激光二极管和产生一个具有最小化功率损耗的光学输出。
一个高效电流源连接到激光二极管上。电压转换开关电路整体形成为一个单电路芯片。电流源控制环路也包括一个带有至少一个电子元件的电流源底脚。这个电压转换开关电路具有如此变化的输出，从而有跨过电流源底脚的至少一个元件的最小电压降。注入式激光二极管包括一个高量子效率激光二极管。固定供给电压是约五伏，如与半导体技术一起使用的那样。
由注入式激光二极管、电流源控制环路、及电压转换开关电路形成的激光驱动器电路，形成一个接收在一个激光驱动器壳体内的集成激光驱动器。在本发明的另一个方面，一个外部Bragg光栅可操作地连接到注入式激光二极管上，并且接收光学输出和稳定输出的光学波长。这个外部Bragg光栅用来消除一个热电冷却器。
现在通过例子、参照附图将描述本发明，在附图中
图1是高电平图，表示连接到一个星形耦合器和在线、铒掺杂、纤维放大器转发器上的、本发明的一种低噪声、波长分割多路复用接收器的一个例子；图2是一种光学放大接收器的一个例子的方块图；图3是方块图，表示用作光学放大接收器的部分的本发明的激光驱动器/功率转换器的一个例子；图4是方块图，表示一种功率分裂器/光学带通可调谐滤波器、信号分离器的一个例子；图5是功率分裂器的示意图；图6是曲线图，表示相对于dBm为单位的输入光学功率的位误差率。
通过使用设置成通过一个注入式激光二极管的希望电流的标准电流源控制环路配置完成功率节省。通过使用先有技术元件已经优化该电流源，以便使废弃功率量，即没有输送到注入式激光二极管的功率最小。激光驱动器也带有一个电流源，该电流源是一个具有一个变化的输出电压的高效可变电压转换开关，从而有跨过在电源底脚中元件每一个的最小电压降，因而没有浪费过多功率。这些功率节省能转送到系统中的其它电路，并且能允许电池供电器件持续更长，具有增大的资金和能量节省。
一个切换电流源用来驱动在光学前置放大器中的注入式激光二极管，从而更换效率低的线性驱动器。用在多种先有技术器件中的现行注入式激光二极管是低效率的，并且在300mW的量级上操作，以把光学功率输送到一个铒掺杂增益元件。
一些注入式激光二极管使用一个线性通道晶体管把调节电流输送到注入式激光二极管。这导致跨过器件的一个恒定电压和通过其的恒定电流，导致大量的消耗功率，并且在一些实例中，近90％发生在通道晶体管处。
本发明允许一种清洁电流从一个切换通道晶体管输送到注入式激光二极管，该通道晶体管交替地以“全通”然后“全断”模式操作。当在“全通”模式中时，跨过晶体管没有电压。当在“全断”模式中时，没有电流流经晶体管。结果，切换通道晶体管消耗减小量的功率。通过根据注入式激光二极管和铒增益元件的特性分配转换开关操作参数，以与光学放大器的较高性能一致的方式保持转换开关噪声。期望的效率提高是至总驱动器功率的近似15％的通道晶体管功率减小，并且包括注入式激光二极管的总净效率在高达约30％的范围内。这允许另外的纤维放置在电缆中。
本发明也提供一种以高灵敏度完全集成和优化的波长分割多路复用和低功率光学放大接收器。它包括低功率工程，并且具有一个如以前描述的定制高效率泵激光驱动器、和泵激光的无热电冷却器操作。它允许在接收器中的硅基芯片技术。在本发明的一个方面，仅作为一个非限制例子，为了在100GHz(0.8nM)下在基于的2.488Gb/s通道处以八个不同通道的形式实现高灵敏度优化和集成它。
接收器使用具有上述多波长的单输入纤维。它带有一个起一个前置放大器作用的低噪声、增益扁平的铒掺杂纤维放大器，接着是一个具有通道对通道输出功率最小变化的低损失信号分离器。一个接收器阵列然后跟随，并且在每个接收器中包括一个PIN探测器和高速电子仪器。
一个单通道或波长纤维光学电信链路的带宽由在发射机和接收器处要求的高速电子仪器限制。尽管各种通道数据速率是已知的，但相对于约2.5Gb/s的数据速率描述本发明。自然，设计能与增大的数据速率一起使用。用于单通道纤维光学电信链路的一些先有技术光学接收器在2.488Gb/s下操作，并且限于在-34dBm的入射光学功率下在1×10-11位/错误率下操作。波长分割多路复用(WDM)增大了纤维光学电信链路的带宽，而不要求电子仪器速度的增大。这种技术多种复用多个通道和波长，每个在作为一个非限制例子的2.488Gb/s下调制到一个单纤维上。纤维的这种聚集位速率现在变成N×2.488Gb/s，其中N＝2，3，4…。在接收器处，分离和信号分离光学通道，并且把它们发送到其各自的2.488Gb/s接收器。
信号分离过程不是理想的，并且招致光学损失，因而降低整体接收器灵敏度。这转换成较短发射长度。通过包括基于本发明的铒掺杂纤维技术的光学前置放大器，信号分离损失被压倒和能把信号电平增大到远在接收器噪声底以上，并且增大接收器灵敏度。铒掺杂纤维放大器技术允许PIN探测器的使用，代替作为光电转换器的雪崩光电二极管。通过优化各个元件的每一个和把它们包括在单个单元中，本发明不仅增大了超过当前适用技术的发射距离，而且也减小了设备轨道空间的体积。
图1表明一种波长分割多路复用光学网络10，其中各种信号λ1、λ2、λ3、λ4穿过作为纤维光学线的多个光学纤维通道12进入主干光学纤维14和进入一个在线铒掺杂纤维放大器转发器16中到一个星形耦合器18。不同的信号分支20(ON-1，…，ON-N)从星形耦合器18延伸，其中一个分支(或通道)表明为带有光学接收器28，并且一个低噪声铒掺杂纤维放大器22和一个光学带通可调谐滤波器24跟随有一个光电接收器26，如在2.5Gb/s下工作。
图2在30处表明包含在壳体中的本发明的光学放大接收器，或在本发明的另一个方面，在一个印刷电路卡组件31上。在一个方面，元件安装在一个单印刷电路卡组件上，该组件能安装在一个壳体中，并且形成一个集成接收器组件。尽管相对于具有2.5Gb/s非限制数据速率的描述进行描述，但熟悉本专业的技术人员应该理解，本发明能应用于不同的数据速率。
如图2中所示，信号PS进入起一个光学前置放大器作用的铒掺杂纤维前置放大器32。用于表明的前置放大器32、可调谐带通滤波器电路34和光电转换电路36的相对操作参数相对于适当的块表明。带通滤波器从光学前置放大器接收信号，选择一个单通道，及滤除由光学前置放大器产生的噪声。
本发明的可调谐带通滤波器电路34包括一个功率分裂器40和光学带通可调谐滤波器42，如图4和5中所示，其中功率分裂器40表示为级联3-dB耦合器44。
光电转换电路36包括一个PIN探测器(二极管)50，跟随有一个低噪声电气放大器52。一个电子限制放大器54与决定电路56一起工作，并且允许数据恢复和重新成形电气通信信号，而一个时钟恢复电路58允许时钟信号的恢复和电气通信信号的重新计时。
图3表明本发明的低功率激光驱动器电路60，它用来驱动光学前置放大器和接收器组件。五伏供给电压输入对于多种电子电路是标准的。激光驱动器电路60包括一个注入式激光二极管62、一个量子效率注入式激光二极管(HQEILD)。一个电流源控制环路64连接到注入式激光二极管62上，并且建立通过注入式激光二极管的一个固定电流。这个电流源控制环路64在电流源控制环路内带有一个连接到注入式激光二极管上的电压转换开关电路芯片66，并且适于接收五伏的固定供给电压和把供给电压向下感应地转换成正向电压，以便偏置激光注入式二极管和产生一个具有最小化功率损失的光学输出。
这个电压转换开关电路芯片66整体形成为单个电路芯片，并且用作图3中表示的高效电压转换器。
电流源控制环路64包括起一个低噪声电流源作用的高效电流源70和电流控制电路72。这些电路都包含在一个壳体中，并且在一个方面，在包括接收器元件的一个印刷电路卡组件74上，接收器元件包括前置放大器、可调谐带通滤波器电路及光电转换电路。
示意电路图表示各种功率和电压、以及电流参数。在这个非限制例子中，在260毫瓦下和在五伏直流下，有36分贝的光学增益，使一个通道作为设计目的。对于八个通道可能有266毫瓦、和实现的220毫瓦直流。Bragg光栅73可操作地连接到注入式激光二极管62上，并且借助于熟悉本专业的技术人员已知的原理是可操作的。配置Bragg光栅73，以便接收光学输出和建立光学波长。
图5表明一个曲线图，表示相对于输入光学功率(以dBm为单位)用于位错误率(BER)的基波10的对数。方块点代表仅有接收器而没有光学放大器的PIN，而三角形点代表本发明的光学放大PIN接收器。在曲线上表明使用本发明的光学放大接收器在系统灵敏度方面有18分贝的提高。
一个激光驱动器电路包括在一个注入式激光二极管中。一个电流源控制环电路连接到注入式激光二极管上，并且建立通过注入式激光二极管的固定电流。一个电压转换开关电路连接到注入式激光二极管和电流源控制环路上，并且适于接收一个固定供给电压和把供给电压感应地向下转换成一个正向电压，以便偏置激光注入式二极管和产生一个具有最小化功率损失的光学纤维耦合激光输出。
最佳实施例的详细描述
权利要求
1.一种激光驱动器，包括一个注入式激光二极管；一个电流源控制环路，连接到所述注入式激光二极管上，建立通过注入式激光二极管的一个固定电流；及一个电压转换开关电路，连接到所述注入式激光二极管和电流源控制环路上，所述电压转换开关电路适于接收一个固定供给电压和把供给电压感应地向下转换成一个正向电压，以便偏置激光二极管和产生一个具有最小化功率损耗的光学纤维耦合激光输出。
2.根据权利要求1所述的激光驱动器，其中一个高效电流源连接到所述激光二极管上，所述电压转换开关电路整体形成为一个单电路芯片，其中所述电流源控制环路也包括一个带有至少一个元件的电流源底脚，所述电压转换开关电路具有如此变化的输出，从而有跨过所述电流源底脚的至少一个元件的最小电压降。
3.根据权利要求1所述的激光驱动器，其中所述注入式激光二极管包括一个高量子效率激光二极管，并且所述固定供给电压是约五伏。
4.一种集成激光驱动器，包括一个壳体；一个激光驱动器电路，安装在所述壳体内，并且包括一个注入式激光二极管；一个电流源控制环路，连接到所述注入式激光二极管上，建立通过注入式激光二极管的一个固定电流；及一个电压转换开关电路，连接到所述注入式激光二极管和电流源控制环路上，所述电压转换开关电路适于接收一个固定供给电压和把供给电压感应地向下转换成一个正向电压，以便偏置激光二极管和产生一个具有最小化功率损耗的光学纤维耦合激光输出。
5.根据权利要求4所述的激光驱动器，包括一个连接到所述激光二极管上的高效电流源，所述电压转换开关电路整体形成为一个单电路芯片，并且所述电流源控制环路进一步包括一个带有至少一个元件的电流源底脚，其中所述电压转换开关电路具有如此变化的输出，从而有跨过所述电流源底脚的至少一个元件的最小电压降，所述注入式激光二极管包括一个高量子效率激光二极管，其中所述固定供给电压是约五伏。
6.一种激光驱动器，包括一个注入式激光二极管；一个电流源控制环路，连接到所述注入式激光二极管上，建立通过注入式激光二极管的一个固定电流；一个电压转换开关电路，连接到所述注入式激光二极管和电流源控制环路上，所述电压转换开关电路适于接收一个固定供给电压和把供给电压感应地向下转换成一个正向电压，以便偏置激光二极管和产生一个具有最小化功率损耗的光学纤维耦合激光输出；及一个Bragg光栅，可操作地连接到所述注入式激光二极管上，用来接收所述光学输出和稳定光学波长。
7.根据权利要求6所述的激光驱动器，包括一个连接到所述激光二极管上的高效电流源，所述电压转换开关电路整体形成为一个单电路芯片，并且所述电流源控制环路进一步包括一个带有至少一个电子元件的电流源底脚，其中所述电压转换开关电路具有如此变化的输出，从而有跨过所述电流源底脚的所述至少一个电子元件的最小电压降，所述注入式激光二极管包括一个高量子效率激光二极管，所述固定供给电压是约五伏。
8.一种集成激光驱动器，包括一个激光驱动器壳体；一个激光驱动器电路，安装在所述激光驱动器壳体内，并且包括一个注入式激光二极管；一个电流源控制环路，连接到所述注入式激光二极管上，建立通过注入式激光二极管的一个固定电流；一个电压转换开关电路，连接到所述注入式激光二极管和电流源控制环路上，所述电压转换开关电路适于接收一个固定供给电压和把供给电压感应地向下转换成一个正向电压，以便偏置激光二极管和产生一个具有最小化功率损耗的光学纤维耦合激光输出；及一个Bragg光栅，可操作地连接到所述注入式激光二极管上，用来接收所述光学输出和稳定光学波长。
9.根据权利要求8所述的激光驱动器，包括一个连接到所述激光二极管上的高效电流源，所述电压转换开关电路整体形成为一个单电路芯片，其中所述电流源控制环路进一步包括一个带有至少一个电子元件的电流源底脚，其中所述电压转换开关电路具有如此变化的输出，从而有跨过所述电流源底脚的所述至少一个电子元件的最小电压降，所述注入式激光二极管包括一个高量子效率激光二极管，并且所述固定供给电压是约五伏。
全文摘要
一种激光驱动器电路包括一个注入式激光二极管。一个电流源控制环路连接到注入式激光二极管上，并且建立通过注入式激光二极管的电流。一个电压转换开关电路适于接收一个固定供给电压和把供给电压感应地向下转换成一个正向电压，以便偏置注入式激光二极管和产生一个具有最小化功率损耗的光学纤维耦合激光输出。
文档编号H01S5/042GK1489813SQ01819597
公开日2004年4月14日 申请日期2001年11月26日 优先权日2000年11月28日
发明者约翰·德萨尔沃, 麦克尔·朗格, 艾伦·威廉斯, 朗格, 威廉斯, 约翰 德萨尔沃 申请人:哈里公司