產(chǎn)生高速皮秒窄脈沖激光的裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種產(chǎn)生高速皮秒窄脈沖激光的裝置，控制模塊分別與信號(hào)驅(qū)動(dòng)模塊、恒流補(bǔ)償模塊、溫度控制模塊電連接；信號(hào)驅(qū)動(dòng)模塊、恒流補(bǔ)償模塊、溫度控制模塊又分別與激光管電連接；控制模塊通過(guò)信號(hào)驅(qū)動(dòng)模塊將輸入的觸發(fā)信號(hào)轉(zhuǎn)化成射頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)并將射頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出給激光管，以驅(qū)動(dòng)激光器在恒定的溫度下工作輸出激光；控制模塊通過(guò)溫度控制模塊控制激光管的工作溫度，使激光器在恒定的溫度下工作；控制模塊通過(guò)恒流補(bǔ)償模塊控制補(bǔ)償電流的大小，使激光器為恒流輸出。本實(shí)用新型輸出穩(wěn)定，能適用于量子光和同步光復(fù)用一根光纖的量子密鑰分配系統(tǒng)，并且具有簡(jiǎn)潔、方便、低成本的特點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】產(chǎn)生高速皮秒窄脈沖激光的裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種量子加密通信領(lǐng)域的量子光和同步光生成過(guò)程的脈沖產(chǎn)生裝置及方法，尤其涉及一種產(chǎn)生高速皮秒窄脈沖激光的裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，IGHz以下的皮秒激光器已較為成熟，國(guó)際上已有商業(yè)化的產(chǎn)品。德國(guó)Advanced Laser D1de的1ps數(shù)量級(jí)脈沖激光器工作頻率為1MHz ；日本HAMAMATSU的20ps激光器工作頻率為10MHz ;瑞士 IDQ的脈沖激光器工作頻率為500MHz。本裝置的工作頻率可達(dá)到IGHz，脈沖寬度最小可達(dá)50ps數(shù)量級(jí)，性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于現(xiàn)有的產(chǎn)品。
[0003]量子密鑰分配系統(tǒng)是基于量子的不可克隆性和不確定性，這使得量子密鑰分配系統(tǒng)具有物理上的安全特性，從而可以做到經(jīng)典通信系統(tǒng)無(wú)法做到的信息的安全傳輸。在量子密鑰分配系統(tǒng)中，需要量子光和同步光來(lái)實(shí)現(xiàn)量子通信。通常使用單光子源作為量子光，但真正的單光子源實(shí)現(xiàn)技術(shù)非常困難，目前只能使用弱相干光來(lái)代替單光子源。弱相干光缺點(diǎn)實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜，而高速皮秒級(jí)窄脈沖激光經(jīng)衰減后達(dá)到單光子水平，即可進(jìn)行量子操作實(shí)現(xiàn)量子通信。對(duì)于量子光和同步光復(fù)用一根光纖的量子密鑰分配系統(tǒng)，同步光極易對(duì)量子光產(chǎn)生干擾，這就要求同步光的脈寬和時(shí)間抖動(dòng)越小越好，通常要求脈寬在10ps數(shù)量級(jí)，時(shí)間抖動(dòng)jitter小于10ps,而高速皮秒級(jí)窄脈沖激光的脈寬最小可達(dá)50ps,時(shí)間抖動(dòng)小于30ps，極大程度上保證了通信的可靠性，因而在量子密鑰分配系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種輸出穩(wěn)定的量子加密通信領(lǐng)域的量子光和同步光生成過(guò)程的脈沖產(chǎn)生裝置，本量子加密通信領(lǐng)域的量子光和同步光生成過(guò)程的脈沖產(chǎn)生裝置能夠適用于量子光和同步光復(fù)用一根光纖的量子密鑰分配系統(tǒng)，以及激光測(cè)距、熒光測(cè)量、過(guò)程分析等領(lǐng)域，并且本量子加密通信領(lǐng)域的量子光和同步光生成過(guò)程的脈沖產(chǎn)生裝置及方法的具有簡(jiǎn)潔、方便、低成本的特點(diǎn)，尤其是在使用時(shí)便于整個(gè)系統(tǒng)量子密鑰分配系統(tǒng)的管理。
[0005]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案為:產(chǎn)生高速皮秒窄脈沖激光的裝置，其特征在于:包括控制模塊、信號(hào)驅(qū)動(dòng)模塊、恒流補(bǔ)償模塊、溫度控制模塊和激光管；所述激光管自帶TEC ;所述控制模塊分別與信號(hào)驅(qū)動(dòng)模塊、恒流補(bǔ)償模塊、溫度控制模塊電連接；所述信號(hào)驅(qū)動(dòng)模塊、恒流補(bǔ)償模塊、溫度控制模塊又分別與激光管電連接；所述控制模塊通過(guò)信號(hào)驅(qū)動(dòng)模塊將輸入的觸發(fā)信號(hào)轉(zhuǎn)化成射頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)并將射頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出給激光管，以驅(qū)動(dòng)激光器在恒定的溫度下工作輸出激光；所述控制模塊通過(guò)溫度控制模塊控制激光管的工作溫度，使激光器在恒定的溫度下工作；所述控制模塊通過(guò)恒流補(bǔ)償模塊控制補(bǔ)償電流的大小，使激光器為恒流輸出。進(jìn)一步的，所述信號(hào)驅(qū)動(dòng)模塊包括依次電連接的扇出芯片、延時(shí)芯片、邏輯芯片和驅(qū)動(dòng)芯片，所述扇出芯片、延時(shí)芯片、邏輯芯片和驅(qū)動(dòng)芯片依次直流耦合；所述扇出芯片用于將輸入的一路觸發(fā)信號(hào)分為四路信號(hào)，其中一路作為同步信號(hào)輸出，兩路輸出給延時(shí)芯片；所述延時(shí)芯片用于對(duì)輸入兩路信號(hào)分別設(shè)置不同的延時(shí)并輸出給邏輯芯片；所述邏輯芯片用于對(duì)兩路信號(hào)分別設(shè)定邏輯運(yùn)算，然后輸出經(jīng)過(guò)邏輯運(yùn)算后的信號(hào)給驅(qū)動(dòng)芯片；所述驅(qū)動(dòng)芯片將經(jīng)過(guò)邏輯運(yùn)算后的信號(hào)轉(zhuǎn)化為射頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)并輸出發(fā)給激光管；所述控制模塊包括MCU和與MCU電連接的數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片；所述MCU分別與延時(shí)芯片和驅(qū)動(dòng)芯片電連接；所述數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片分別與驅(qū)動(dòng)芯片、恒流補(bǔ)償電路和溫度控制電路電連接；所述控制模塊根據(jù)預(yù)先設(shè)定的激光管的工作溫度值，并通過(guò)控制激光管中自帶的TEC制冷或者制熱使激光器工作在恒定的溫度；所述控制模塊通過(guò)恒流補(bǔ)償電路控制補(bǔ)償電流的大小，使激光管輸出為恒流。
[0006]米取的另一技術(shù)方案為:產(chǎn)生高速皮秒窄脈沖激光的方法，其特征在于包括以下步驟:1)輸出射頻驅(qū)動(dòng)信號(hào):控制模塊輸出控制信號(hào)給信號(hào)驅(qū)動(dòng)模塊，信號(hào)驅(qū)動(dòng)模塊根據(jù)控制信號(hào)將輸入的觸發(fā)信號(hào)轉(zhuǎn)化成射頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)并將射頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出給激光管，以驅(qū)動(dòng)激光器在恒定的溫度下工作輸出激光，所述激光管自帶TEC ；2)溫度控制:在步驟I)的同時(shí)，所述控制模塊還通過(guò)溫度控制模塊控制激光管的工作溫度，使激光器在恒定的溫度下工作；3)恒流補(bǔ)償:在步驟I)的同時(shí)，所述控制模塊通過(guò)恒流補(bǔ)償模塊控制補(bǔ)償電流的大小，使激光器為恒流輸出。
[0007]進(jìn)一步的，所述信號(hào)驅(qū)動(dòng)模塊包括依次電連接的扇出芯片、延時(shí)芯片、邏輯芯片和驅(qū)動(dòng)芯片，所述扇出芯片、延時(shí)芯片、邏輯芯片和驅(qū)動(dòng)芯片依次直流耦合；所述扇出芯片將輸入的一路觸發(fā)信號(hào)分為四路信號(hào)并輸出給延時(shí)芯片；所述延時(shí)芯片對(duì)輸入兩路信號(hào)分別設(shè)置不同的延時(shí)并輸出給邏輯芯片；所述邏輯芯片對(duì)兩路信號(hào)分別設(shè)定邏輯運(yùn)算，然后輸出經(jīng)過(guò)邏輯運(yùn)算后的信號(hào)給驅(qū)動(dòng)芯片；所述驅(qū)動(dòng)芯片將經(jīng)過(guò)邏輯運(yùn)算后的信號(hào)轉(zhuǎn)化為射頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)并輸出發(fā)給激光管；所述控制模塊包括MCU和與MCU電連接的數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片；所述MCU分別與延時(shí)芯片和驅(qū)動(dòng)芯片電連接；所述數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片分別與驅(qū)動(dòng)芯片、恒流補(bǔ)償電路和溫度控制電路電連接；所述控制模塊根據(jù)預(yù)先設(shè)定的激光管的工作溫度值并通過(guò)控制激光管中自帶的TEC制冷或者制熱使激光器工作在恒定的溫度；所述控制模塊通過(guò)恒流補(bǔ)償電路控制補(bǔ)償電流的大小，使激光管輸出為恒流。
[0008]本實(shí)用新型中，控制模塊包括單片機(jī)(MCU)及外圍電路和數(shù)模轉(zhuǎn)換DAC芯片；所述扇出芯片用于將輸入的一路觸發(fā)信號(hào)分為四路信號(hào)，其中一路作為同步信號(hào)輸出，兩路輸出給延時(shí)芯片，既保證原始輸入信號(hào)不因負(fù)載而產(chǎn)生形變，也保證了各路輸出相互獨(dú)立，互不影響；恒流補(bǔ)償電路用于輸出恒定電流以驅(qū)動(dòng)激光器；溫度控制電路可以將激光管自帶的熱敏電阻接入橋式電路，再將其溫度控制端接入功放以控制激光管自帶的TEC進(jìn)行加熱或者制冷，保證激光器的溫度恒定在所設(shè)定溫度值。
[0009]本實(shí)用新型開(kāi)始工作時(shí)，可以在控制模塊中設(shè)定激光管的工作溫度，溫度控制電路通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片DAC控制激光管中的TEC制冷或者制熱以達(dá)到并保持在所設(shè)定溫度，使激光器在恒定的溫度下工作，從而保證激光管輸出的穩(wěn)定。信號(hào)驅(qū)動(dòng)模塊中，輸入的觸發(fā)信號(hào)經(jīng)過(guò)扇出芯片、延時(shí)芯片、由任意門芯片所組成的邏輯芯片以及驅(qū)動(dòng)芯片后，產(chǎn)生所需的射頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)；扇出芯片、延時(shí)芯片、邏輯芯片和驅(qū)動(dòng)芯片采用全程直流耦合，解決了交流耦合時(shí)激光器輸出功率隨頻率變化而變化的問(wèn)題。使得驅(qū)動(dòng)信號(hào)幅度及脈寬保持不變，保證了輸入到激光管的電學(xué)信號(hào)的穩(wěn)定性，對(duì)輸出激光的穩(wěn)定性起到?jīng)Q定性作用。恒流補(bǔ)償電路可以通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片DAC以及反饋電路控制補(bǔ)償電流的大小，使得其輸出為恒流，根本上保證了激光管輸出的穩(wěn)定。本實(shí)用新型可工作在脈沖模式下或者連續(xù)模式，脈沖模式下可輸出50ps?2ns的窄脈沖激光；連續(xù)模式下可輸出ImW?5mW穩(wěn)定的連續(xù)激光。適用范圍廣、操作簡(jiǎn)單、使用方便。本實(shí)用新型搭建成功后測(cè)試結(jié)果為:工作頻率可達(dá)IGHz,脈沖模式下輸出激光脈沖寬度低至50ps,連續(xù)模式下的激光輸出功率穩(wěn)定，不會(huì)隨溫度變化而變化。與現(xiàn)有激光器相比，此裝置有如下優(yōu)點(diǎn):體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能強(qiáng)大、工作頻率高、輸出脈沖窄、輸出功率穩(wěn)定、操作簡(jiǎn)單、有USB、USART接口方便與PC等設(shè)備進(jìn)行通信、使用靈活等。
[0010]本實(shí)用新型采用微程序控制器，或者呈MCU，作為主控單元，通過(guò)控制DAC等達(dá)到間接控制激光器的目的，采用目前較普遍的DFB激光管，選用高速高性能的驅(qū)動(dòng)芯片，例如MAX3942,以及產(chǎn)生窄門的高速邏輯芯片，例如圖2中型號(hào)是SY55851，外加溫控及微弱電流調(diào)制，達(dá)到控制激光管輸出的目的。總之本實(shí)用新型輸出穩(wěn)定，輸出對(duì)量子光干擾小，甚至沒(méi)有干擾，能夠適用于量子光和同步光復(fù)用一根光纖的量子密鑰分配系統(tǒng)，并且具有簡(jiǎn)潔、方便、低成本的特點(diǎn)，尤其是在使用時(shí)便于整個(gè)系統(tǒng)量子密鑰分配系統(tǒng)的管理。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例1和實(shí)施例2的原理示意圖。
[0012]圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例1和實(shí)施例2的電路連接示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0013]實(shí)施例1
[0014]參見(jiàn)圖1和圖2，本產(chǎn)生高速皮秒窄脈沖激光的裝置，包括控制模塊、信號(hào)驅(qū)動(dòng)模塊、恒流補(bǔ)償模塊、溫度控制模塊和激光管；所述激光管自帶TEC ;所述控制模塊分別與信號(hào)驅(qū)動(dòng)模塊、恒流補(bǔ)償模塊、溫度控制模塊電連接；所述信號(hào)驅(qū)動(dòng)模塊、恒流補(bǔ)償模塊、溫度控制模塊又分別與激光管電連接；所述控制模塊通過(guò)信號(hào)驅(qū)動(dòng)模塊將輸入的觸發(fā)信號(hào)轉(zhuǎn)化成射頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)并將射頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出給激光管，以驅(qū)動(dòng)激光器在恒定的溫度下工作輸出激光；所述控制模塊通過(guò)溫度控制模塊控制激光管的工作溫度，使激光器在恒定的溫度下工作；所述控制模塊通過(guò)恒流補(bǔ)償模塊控制補(bǔ)償電流的大小，使激光器恒流輸出。作為優(yōu)選方案，所述信號(hào)驅(qū)動(dòng)模塊包括依次電連接的扇出芯片、延時(shí)芯片、邏輯芯片和驅(qū)動(dòng)芯片，所述扇出芯片、延時(shí)芯片、邏輯芯片和驅(qū)動(dòng)芯片依次直流耦合；所述扇出芯片用于將輸入的一路觸發(fā)信號(hào)分為四路信號(hào)，其中一路作為同步信號(hào)輸出，兩路輸出給延時(shí)芯片；所述延時(shí)芯片用于對(duì)輸入兩路信號(hào)分別設(shè)置不同的延時(shí)并輸出給邏輯芯片；所述邏輯芯片用于對(duì)兩路信號(hào)分別設(shè)定邏輯運(yùn)算，然后輸出經(jīng)過(guò)邏輯運(yùn)算后的信號(hào)給驅(qū)動(dòng)芯片；所述驅(qū)動(dòng)芯片將經(jīng)過(guò)邏輯運(yùn)算后的信號(hào)轉(zhuǎn)化為射頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)并輸出發(fā)給激光管；所述控制模塊包括MCU和與MCU電連接的數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片；所述MCU分別與延時(shí)芯片和驅(qū)動(dòng)芯片電連接；所述數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片分別與驅(qū)動(dòng)芯片、恒流補(bǔ)償電路和溫度控制電路電連接；所述控制模塊根據(jù)預(yù)先設(shè)定的激光管的工作溫度值，并通過(guò)控制激光管中自帶的TEC制冷或者制熱使激光器工作在恒定的溫度；所述控制模塊通過(guò)恒流補(bǔ)償電路控制補(bǔ)償電流的大小，使激光管輸出為恒流。
[0015]實(shí)施例2
[0016]參見(jiàn)圖1和圖2，本產(chǎn)生高速皮秒窄脈沖激光的方法，包括以下步驟:1)輸出射頻驅(qū)動(dòng)信號(hào):控制模塊輸出控制信號(hào)給信號(hào)驅(qū)動(dòng)模塊，信號(hào)驅(qū)動(dòng)模塊根據(jù)控制信號(hào)將輸入的觸發(fā)信號(hào)轉(zhuǎn)化成射頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)并將射頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出給激光管，以驅(qū)動(dòng)激光器在恒定的溫度下工作輸出激光，所述激光管自帶Tec ;2)溫度控制:在步驟I)的同時(shí)，所述控制模塊還通過(guò)溫度控制模塊控制激光管的工作溫度，使激光器在恒定的溫度下工作；3)恒流補(bǔ)償:在步驟I)的同時(shí)，所述控制模塊通過(guò)恒流補(bǔ)償模塊控制補(bǔ)償電流的大小，使激光器為恒流輸出。作為優(yōu)選方案，所述信號(hào)驅(qū)動(dòng)模塊包括依次電連接的扇出芯片、延時(shí)芯片、邏輯芯片和驅(qū)動(dòng)芯片，所述扇出芯片、延時(shí)芯片、邏輯芯片和驅(qū)動(dòng)芯片依次直流耦合；所述扇出芯片將輸入的一路觸發(fā)信號(hào)分為四路信號(hào)，其中一路作為同步信號(hào)輸出，兩路輸出給延時(shí)芯片；所述延時(shí)芯片對(duì)輸入兩路信號(hào)分別設(shè)置不同的延時(shí)值輸出給邏輯芯片；所述邏輯芯片對(duì)兩路信號(hào)分別設(shè)定邏輯運(yùn)算，然后輸出經(jīng)過(guò)邏輯運(yùn)算后的信號(hào)給驅(qū)動(dòng)芯片；所述驅(qū)動(dòng)芯片將經(jīng)過(guò)邏輯運(yùn)算后的信號(hào)轉(zhuǎn)化為射頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)并輸出發(fā)給激光管；
[0017]所述控制模塊包括MCU和與MCU電連接的數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片；所述MCU分別與延時(shí)芯片和驅(qū)動(dòng)芯片電連接；所述數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片分別與驅(qū)動(dòng)芯片、恒流補(bǔ)償電路和溫度控制電路電連接；所述控制模塊根據(jù)預(yù)先設(shè)定的激光管的工作溫度值并通過(guò)控制激光管中自帶的TEC制冷或者制熱使激光器工作在恒定的溫度；所述控制模塊通過(guò)恒流補(bǔ)償電路控制補(bǔ)償電流的大小，使激光管輸出為恒流。
【權(quán)利要求】
1.一種產(chǎn)生高速皮秒窄脈沖激光的裝置，其特征在于:包括控制模塊、信號(hào)驅(qū)動(dòng)模塊、恒流補(bǔ)償模塊、溫度控制模塊和激光管；所述激光管自帶TEC ;所述控制模塊分別與信號(hào)驅(qū)動(dòng)模塊、恒流補(bǔ)償模塊、溫度控制模塊電連接；所述信號(hào)驅(qū)動(dòng)模塊、恒流補(bǔ)償模塊、溫度控制模塊又分別與激光管電連接；所述控制模塊通過(guò)信號(hào)驅(qū)動(dòng)模塊將輸入的觸發(fā)信號(hào)轉(zhuǎn)化成射頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)并將射頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出給激光管，以驅(qū)動(dòng)激光器在恒定的溫度下工作輸出激光；所述控制模塊通過(guò)溫度控制模塊控制激光管的工作溫度，使激光器在恒定的溫度下工作；所述控制模塊通過(guò)恒流補(bǔ)償模塊控制補(bǔ)償電流的大小，使激光器為恒流輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的產(chǎn)生高速皮秒窄脈沖激光的裝置，其特征在于:所述信號(hào)驅(qū)動(dòng)模塊包括依次電連接的扇出芯片、延時(shí)芯片、邏輯芯片和驅(qū)動(dòng)芯片，所述扇出芯片、延時(shí)芯片、邏輯芯片和驅(qū)動(dòng)芯片依次直流耦合；所述扇出芯片用于將輸入的一路觸發(fā)信號(hào)分為四路信號(hào)，其中一路作為同步信號(hào)輸出，兩路輸出給延時(shí)芯片；所述延時(shí)芯片用于對(duì)輸入兩路信號(hào)分別設(shè)置不同的延時(shí)值并輸出給邏輯芯片；所述邏輯芯片用于對(duì)兩路信號(hào)分別設(shè)定邏輯運(yùn)算，然后輸出經(jīng)過(guò)邏輯運(yùn)算后的信號(hào)給驅(qū)動(dòng)芯片；所述驅(qū)動(dòng)芯片將經(jīng)過(guò)邏輯運(yùn)算后的信號(hào)轉(zhuǎn)化為射頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)并輸出發(fā)給激光管；所述控制模塊包括MCU和與MCU電連接的數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片；所述MCU分別與延時(shí)芯片和驅(qū)動(dòng)芯片電連接；所述數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片分別與驅(qū)動(dòng)芯片、恒流補(bǔ)償電路和溫度控制電路電連接；所述控制模塊根據(jù)預(yù)先設(shè)定的激光管的工作溫度值，并通過(guò)控制激光管中自帶的TEC制冷或者制熱使激光器工作在恒定的溫度；所述控制模塊通過(guò)恒流補(bǔ)償電路控制補(bǔ)償電流的大小，使激光管輸出為恒流。
【文檔編號(hào)】H01S3/02GK204130894SQ201420411729
【公開(kāi)日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年7月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月24日
【發(fā)明者】呂利影, 苗春華, 劉云, 宋晨, 趙義博, 韓正甫 申請(qǐng)人:安徽問(wèn)天量子科技股份有限公司