压控电流源电路及其方法、半导体激光器及其偏置电源技术

本发明专利技术公开了压控电流源电路及其方法、半导体激光器及其偏置电源。压控电流源电路包括电阻R1～R6、电压保持芯片U1、三极管Q1、运算放大器U2A与U2B。U1的控制脚经R1作为压控电流源电路的输入端，U1的输入脚经R2作为压控电流源电路的输入端。U1的输出脚经R3连接U2A的反相端。U2A的同相端经R5接地，其输出端连接U2B的同相端且还经R4连接其的反相端。U2B的反相端连接Q1的发射极，其输出端连接Q1的基极。Q1的发射极经R6连接下拉电源，其集电极为压控电流源电路的输出端。本发明专利技术还公开该电路的压控方法、具有该电路的半导体激光器偏置电源、设置有该半导体激光器偏置电源的半导体激光器。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电流源电路，尤其涉及一种压控电流源电路、该压控电流源电路的压控方法、具有该压控电流源电路的半导体激光器偏置电源、设置有该半导体激光器偏置电源的半导体激光器。
技术介绍
现有的半导体激光器的偏置电路一般是用运算放大器和三极管级联的恒流源电路，如需改变直流偏置负极的电流，则需要改变三极管发射极的取样电阻的大小，使用可调电阻或更换电阻。这样的实现方式功能单一，调试不便，调节精度差，可调范围依赖于取样电阻。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提出了一种压控电流源电路、该压控电流源电路的压控方法、具有该压控电流源电路的半导体激光器偏置电源、设置有该半导体激光器偏置电源的半导体激光器，该压控电流源电路能使半导体激光器偏置电源的电流具有精密可调、纹波小、稳定可靠的特点。本专利技术的解决方案是：一种压控电流源电路，其包括：电阻R1，其一端作为该压控电流源电路的输入端Load Bias；电阻R2，其一端作为该压控电流源电路的输入端Trig L；电压保持芯片U1，其具有控制脚输入脚Vin、输出脚Vout；控制脚连接电阻R1的另一端，输入脚Vin连接电阻R2的另一端；电阻R3，其一端连接输出脚Vout；运算放大器U2A，其反相端连接电阻R3的另一端；电阻R4，其一端连接运算放大器U2A的反相端，其另一端连接运算放大器U2A的输出端；电阻R5，其一端连接运算放大器U2A的同相端，其另一端接地；运算放大器U2B，其与运算放大器U2A形成两级运算放大器的主电路；运算放大器U2B的同相端连接运算放大器U2A的输出端；三极管Q1，其基极连接运算放大器U2B的输出端，其发射极连接运算放大器U2B的反相端，其集电极作为该压控电流源电路的输出端；电阻R6，其一端连接三极管Q1的发射极，其另一端连接下拉电源。作为上述方案的进一步改进，该下拉电源为-5V电源。作为上述方案的进一步改进，该压控电流源电路还包括磁珠BP1、电容C1；电压保持芯片U1的电源脚Vcc一方面经由磁珠BP1连接+3.3V电源，另一方面经由电容C1接地。作为上述方案的进一步改进，该压控电流源电路还包括电容C2、电容C3；运算放大器U2A的其中一个电源端一方面连接+5V电源，另一方面经由电容C2接地；运算放大器U2A的其中另一个电源端一方面连接-5V电源，另一方面经由电容C3接地。进一步地，运算放大器U2B的两个电源端的连接方式和运算放大器U2A的两个电源端的连接方式相同。本专利技术还提供上述任意压控电流源电路的压控方法，该压控方法包括：将控制脚的电平拉高，使电压保持芯片U1的输出脚Vout的输出电压处于保持状态，与输入脚Vin的当前输入电压无关；将控制脚的电平拉低，通过输入端Trig L设置电压保持芯片U1的输出脚Vout的输出电压的数值。本专利技术还提供一种半导体激光器偏置电源，其用于调整半导体激光器的直流偏置负极的电流；该半导体激光器偏置电源包括上述任意压控电流源电路，该压控电流源电路的三极管Q1的集电极连接该直流偏置负极。作为上述方案的进一步改进，该半导体激光器偏置电源还包括FPGA电路、数模转换电路；该FPGA电路的FPGA芯片作为主控芯片，将一个目标电压值发送给该数模转换电路经过模数转换后，再传输至该压控电流源电路，该压控电流源电路将输出稳定且可调的电流加至该直流偏置负极。作为上述方案的进一步改进，该压控电流源电路的输入端Load Bias连接该FPGA芯片的I/O端口，该压控电流源电路的输入端Trig L连接该数模转换电路的输出端。本专利技术还提供一种半导体激光器，其直流偏置负极设置有半导体激光器偏置电源；该半导体激光器偏置电源为上述任意半导体激光器偏置电源，该半导体激光器偏置电源的压控电流源电路的三极管Q1的集电极连接该直流偏置负极。本专利技术的压控电流源电路能使半导体激光器偏置电源的电流具有精密可调、纹波小、稳定可靠的特点，还能使变换半导体激光器的应用时，无需更改电路，通过FPGA控制数模转换芯片的输入电压即可实现。附图说明图1是本专利技术半导体激光器发窄脉冲光的示意图。图2是本专利技术半导体激光器发连续光的示意图。图3是本专利技术半导体激光器的半导体激光器偏置电源的示意图。图4是图3中半导体激光器偏置电源的压控电流源电路的示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。随着激光技术的应用趋于成熟，小型的半导体激光器已广泛应用于信息通讯、医疗卫生、军事技术等诸多领域。小型半导体激光器也称二极管激光器，具有体积小、质量轻、效率高、性能稳定等优点。与低功率半导体激光器配套使用的偏置电源对半导体激光器产生的光信号质量具有显著影响，针对不同的应用场合，偏置电源需要具有电流精密可调的功能。本专利技术的半导体激光器具体可以是一种分布式反馈特定波长激光器，作为产生弱相干光脉冲的光源，广泛应用于量子通信领域。偏置电源本质上是一种压控电流源，因为根据半导体激光器的发光原理，流过激光二极管的电流对激光器发光有直接影响。在偏置电源提供接近0mA直流偏置电流作用下，射频调制信号才能驱动半导体激光器产生理想的光脉冲信号；同时，当偏置电源单独作用于半导体激光器时，激光器发出连续光，偏置电源的电流越大，连续光的光功率越大，且基本呈线性关系。皮秒脉冲激光器可产生1GHz以上重复频率、超窄脉冲宽度(脉宽典型值为50ps)的脉冲光，广泛应用于量子密钥分发(QKD)、单光子探测器测试和激光雷达等诸多场合。请一并参阅图1及图2，本专利技术的半导体激光器1的直流偏置负极设置有半导体激光器偏置电源2。本实施例的半导体激光器具体可以是一种分布式反馈特定波长激光器，该偏置电源可满足此种半导体激光器在不同应用场合的需求。请结合图3，半导体激光器偏置电源2包括FPGA电路21、数模转换电路22、压控电流源电路23。FPGA电路21的FPGA芯片作为主控芯片，将一个目标电压值发送给该数模转换电路22经过模数转换后，再传输至该压控电流源电路23，该压控电流源电路23将输出稳定且可调的电流加至该直流偏置负极，压控电流源电路23输出的电流精密可调，电流纹波小于0.1mA。数模转换电路22可为12位的高精度DAC芯片。如图1所示，方波信号作为输入触发，经过调制信号电路3，输出窄脉冲至半导体激光器1的射频负极，偏置电源电路即半导体激光器偏置电源2提供低至0.5mA的偏置电流至直流偏置负极，以获得具有理想消光比的窄脉冲光。如图2所示，当没有方波信号触发，调制信号电路3没有输出，只有偏置电源作用于半导体激光器1时，半导体激光器1发出稳定的连续光，且连续光的发光功率可通过FPGA电路21设置的电压调节。FPGA电路21设置偏置电源的电压，具有掉电保存的功能。变换半导体激光器1的应用时，无需更改电路，通过FPGA电路21控制数模转换电路22的输入电压即可实现。如图4所示，压控电流源电路23包括电阻R1、电阻R2、电压保持芯片U1、电阻R3、运算放大器U2A、电阻R4、电阻R5、运算放大器U2B、三极管Q1、电阻R6、磁珠BP1、电容C1、电容C2、电容C3。运算放大器U2A与运算放大器U2B形成两本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压控电流源电路，其特征在于：其包括：电阻R1，其一端作为该压控电流源电路的输入端Load Bias；电阻R2，其一端作为该压控电流源电路的输入端Trig L；电压保持芯片U1，其具有控制脚输入脚Vin、输出脚Vout；控制脚连接电阻R1的另一端，输入脚Vin连接电阻R2的另一端；电阻R3，其一端连接输出脚Vout；运算放大器U2A，其反相端连接电阻R3的另一端；电阻R4，其一端连接运算放大器U2A的反相端，其另一端连接运算放大器U2A的输出端；电阻R5，其一端连接运算放大器U2A的同相端，其另一端接地；运算放大器U2B，其与运算放大器U2A形成两级运算放大器的主电路；运算放大器U2B的同相端连接运算放大器U2A的输出端；三极管Q1，其基极连接运算放大器U2B的输出端，其发射极连接运算放大器U2B的反相端，其集电极作为该压控电流源电路的输出端；电阻R6，其一端连接三极管Q1的发射极，其另一端连接下拉电源。

【技术特征摘要】
1.一种压控电流源电路，其特征在于：其包括：电阻R1，其一端作为该压控电流源电路的输入端Load Bias；电阻R2，其一端作为该压控电流源电路的输入端Trig L；电压保持芯片U1，其具有控制脚输入脚Vin、输出脚Vout；控制脚连接电阻R1的另一端，输入脚Vin连接电阻R2的另一端；电阻R3，其一端连接输出脚Vout；运算放大器U2A，其反相端连接电阻R3的另一端；电阻R4，其一端连接运算放大器U2A的反相端，其另一端连接运算放大器U2A的输出端；电阻R5，其一端连接运算放大器U2A的同相端，其另一端接地；运算放大器U2B，其与运算放大器U2A形成两级运算放大器的主电路；运算放大器U2B的同相端连接运算放大器U2A的输出端；三极管Q1，其基极连接运算放大器U2B的输出端，其发射极连接运算放大器U2B的反相端，其集电极作为该压控电流源电路的输出端；电阻R6，其一端连接三极管Q1的发射极，其另一端连接下拉电源。2.如权利要求1所述的压控电流源电路，其特征在于：该下拉电源为-5V电源。3.如权利要求1所述的压控电流源电路，其特征在于：该压控电流源电路还包括磁珠BP1、电容C1；电压保持芯片U1的电源脚Vcc一方面经由磁珠BP1连接+3.3V电源，另一方面经由电容C1接地。4.如权利要求1所述的压控电流源电路，其特征在于：该压控电流源电路还包括电容C2、电容C3；运算放大器U2A的其中一个电源端一方面连接+5V电源，另一方面经由电容C2接地；运算放大器U2A的其中另一个电源端一方面连接-5V电源，另一方面经由电容C3接地。5.如权利要求1至4中...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘建宏，姚海涛，代云启，王凯迪，
申请(专利权)人：科大国盾量子技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34