VCSEL调谐装置和用于调谐VCSEL的方法制造方法及图纸

一种用于垂直腔面发射激光器VCSEL(20)的调谐装置，其包括：deltasigma调制器(10)，其配置为生成包括比特信号的比特流(BS)；以及电流源(11)，其配置为根据控制信号(CS)以可切换的方式向VCSEL(20)提供电流。比特流(BS)基于目标状态信号(TS)生成，并且控制信号(CS)对应于比特流(BS)的比特信号或从比特流(BS)的比特信号导出。信号导出。信号导出。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】VCSEL调谐装置和用于调谐VCSEL的方法
[0001]本公开一般涉及一种用于垂直腔面发射激光器VCSEL的调谐装置，以及一种用于调谐VCSEL的方法。
[0002]对于许多应用来说，期望具有在其波长方面可调谐且分辨率高的激光器。特别是在激发光学谐振器或操作通常用于最先进的高灵敏度位移传感器的光学干涉仪时，调谐到精确波长的激光对于实现系统的特定效率和/或灵敏度至关重要。垂直腔面发射激光器VCSEL为这些应用提供了合适的解决方案，因为它们能够节约成本地制造并使用晶圆级加工来与所期望的系统集成。与传统的法布里
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珀罗二极管激光器相比，VCSEL的特征是具有卓越的高速调制效率。迄今为止，使用具有在反馈回路中并联连接的多个加权分接头的模拟积分器或高分辨率IDAC来在VCSEL的波长方面对其进行调谐，该反馈回路由光学部件(诸如基准腔或干涉仪)的输出来控制。这导致了还可能缺乏灵活性的复杂且敏感的设置。
[0003]要实现的目的是提供一种用于VCSEL的调谐装置和用于调谐VCSEL的方法的改进概念。
[0004]该目的通过独立权利要求的主题实现。在从属权利要求中定义了本改进概念的实施例和改进方案。
[0005]本改进概念基于以下构思：使用delta sigma调制器来数字地调谐VCSEL的波长，以给出控制单比特或低分辨率IDAC或切换的单比特或低分辨率比特流。例如，多位比特流可以用来数字地辅助例如简单的4位IDAC，以实现提高的分辨率并实现传统的数字信号处理方法(诸如动态元件匹配(DEM)或抖动)。特别地，由于VCSEL的波长取决于施加到VCSEL的偏置电流，因此delta sigma调制器有效地控制偏置电流以便调谐VCSEL的波长。
[0006]特别地，一种根据本改进概念的用于VCSEL的调谐装置包括：delta sigma调制器，其配置为生成包括比特信号的比特流；以及电流源，其配置为根据控制信号以可切换的方式向VCSEL提供电流。比特流基于目标状态信号生成，并且控制信号对应于比特流的比特信号或从比特流的比特信号导出。
[0007]在VCSEL中，发射波长是由腔共振来确定的，而不是由增益峰值(例如法布里
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珀罗型边缘发射激光器就是这种情况)来确定的。因此，VCSEL在其发射波长上表现出显著的温度依赖性，这是由VCSEL的半导体层的热膨胀(即腔长度)和热折射效应(即由于温度波动造成的谐振器中平均折射率的变化)两者所引起的。由于温度变化，VCSEL的典型发射波长变化大约为0.07nm/K。VCSEL的温度能够借助于施加到VCSEL的电流(例如偏置电流)以直接的方式进行调节。
[0008]由于强烈的温度特性，传统VCSEL的特征是具有大约0.5nm/mA的较大调制效率，与典型激光二极管的调制效率相比，这大约高了两个数量级。因此，即使对于集成的CMOS电流源和其他部件，也能够借助于施加合理水平的偏置电流来有效地调谐VCSEL的波长。
[0009]本改进概念借助于向VCSEL提供恒定偏置电流的单个可切换电流源来实现VCSEL的调谐。该原理可以理解为通过开启和关闭在VCSEL内消散热量的偏置电流来将VCSEL的或VCSEL的部件(例如其半导体层)的温度调节到某个设定点。电流源例如是具有恒定输出电流的集成电路IC电流源，基于施加到电流源的控制信号的电平来开启和关闭该恒定输出电
流。
[0010]施加到电流源的控制信号对应于比特流的比特信号或从比特流的比特信号导出，该比特流由delta sigma调制器基于目标状态信号生成。delta sigma调制器例如是单比特delta sigma ADC，其同样可以是集成电路。delta sigma调制的工作原理已经充分确立，从而不在此进一步详述。例如，电流源配置为在比特流的比特信号具有高值(即值为1)的情况下启用偏置电流的输出，并且对于低比特信号(即值为0的比特信号)禁用该输出。
[0011]提供给delta sigma调制器的目标状态信号可以例如对应于VCSEL的或VCSEL的部件的目标温度。这样，VCSEL的波长的调节(即调谐)是借助于经由delta sigma调制器生成的调制来调节温度来实现的。
[0012]例如，调谐装置可以是集成电路，诸如CMOS集成电路。
[0013]在一些实施例中，控制信号是脉冲密度调制PDM信号。
[0014]与以特定基准和特定占空比打开和关闭电流源的经典的脉冲宽度调制PWM相比，比特流的比特信号可以表示脉冲密度调制PDM。例如，delta sigma调制器是一位量化器，其根据目标状态信号的幅度为比特流的比特信号产生高值或低值。一位量化器可以进一步负反馈delta sigma处理回路中的量化误差，使得量化误差在比特流的多个比特信号中被平均。PDM信号是PWM信号的一般形式，该PDM信号在高值和低值之间没有固定频率。因此，与PWM信号相比，PDM类型的比特流可能能够更加有效和可靠地调节温度。
[0015]在一些实施例中，电流作为偏置电流提供给VCSEL。
[0016]在一些实施例中，偏置电流配置为控制VCSEL的温度和/或输出功率。
[0017]如上所述，偏置电流可以用于在VCSEL的部件内消散热量以增加温度并从而引起发射波长的变化。因此，在没有偏置电流的情况下，即当电流源关闭时，VCSEL部件中累积的热量被消散到VCSEL的环境中，从而导致冷却。替代地或附加地，偏置电流可以用于例如通过增加VCSEL的工作电流来影响VCSEL本身的输出功率。由于更多的光学功率意味着由于光学吸收而产生更多的热量，因此同样VCSEL能够通过这种方式在温度方面提升以调谐发射波长。
[0018]在一些实施例中，目标状态信号对应于目标波长或从目标波长导出。
[0019]理想情况下，调谐装置允许将VCSEL调节到特定波长而不是调节到一个温度，因为发射波长是预期的调节量。例如，调谐装置包括诸如查找表之类的手段，利用该手段将目标发射波长转换为目标温度并最终提供给delta sigma调制器。这样，无需执行手动转换即可将VCSEL调谐到特定的发射波长。
[0020]在一些实施例中，调谐装置还包括输入处理器，该输入处理器配置为通过将线性化算法应用于输入信号来生成目标状态信号。
[0021]调谐装置的输入信号可以是对应于目标状态(诸如目标波长)的数字化表达的数字控制字。在这些实施例中采用输入处理器以将输入信号转换为目标状态信号，该目标状态信号同样可以是对应于delta sigma调制器的实际设定点的数字控制字。例如，目标状态信号是对应于VCSEL的目标温度并从而对应于目标发射波长的占空比值的数字化表达。为此，可以应用线性化算法以执行在提供给调谐装置的输入信号与提供给delta sigma调制器的目标状态信号之间的转换。因此，调制器可以被视为由于应用了适当的线性化算法而提高数字代码对VCSEL的发射波长的线性度的手段。
[0022]在一些实施例中，比特流基于目标状本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于垂直腔面发射激光器VCSEL(20)的调谐装置(1)，所述调谐装置(1)包括
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delta sigma调制器(10)，其配置为生成包括比特信号的比特流(BS)；以及
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电流源(11)，其配置为根据控制信号(CS)以可切换的方式向所述VCSEL(20)提供电流；其中
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所述比特流(BS)基于目标状态信号(TS)生成；并且
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所述控制信号(CS)对应于所述比特流(BS)的比特信号或从所述比特流(BS)的比特信号导出。2.根据权利要求1所述的调谐装置(1)，其中所述控制信号(CS)是脉冲密度调制PDM信号。3.根据权利要求1或2所述的调谐装置(1)，其中所述电流作为偏置电流提供给所述VCSEL(20)。4.根据权利要求3所述的调谐装置(1)，其中所述偏置电流配置为控制所述VCSEL(20)的温度和/或输出功率。5.根据权利要求1至4之一所述的调谐装置(1)，其中所述目标状态信号(TS)对应于目标波长或从目标波长导出。6.根据权利要求1至5之一所述的调谐装置(1)，其还包括输入处理器(12)，所述输入处理器配置为通过将线性化算法应用于输入信号来生成所述目标状态信号(TS)。7.根据权利要求1至6之一所述的调谐装置(1)，其中基于所述目标状态信号(TS)和从所述VCSEL(20)接收的实际状态信号(AS)来生成所述比特流(BS)。8.根据权利要求1至7之一所述的调谐装置(1)，其还包括调制器(13)，所述调制器配置为通过调制所述比特流(BS)来生成所述控制信号(CS)。9.根据权利要求8所述的调谐装置(1)，其中所述调制器(13)将脉冲宽度...

【专利技术属性】
技术研发人员：科林，
申请(专利权)人：AMS国际有限公司，
类型：发明
国别省市：