[实用新型]一种用于量子通信单光子源的激光器高速驱动模块

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种驱动电路，尤其涉及用于量子通信单光子源的激光器高速驱动模块。

背景技术

目前，量子通信系统中使用单光子作为量子信息的载体，而半导体激光器作为单光子源的核心部件起着至关重要的作用，目前应用在量子通信领域的单光子源，其核心的激光器驱动模块普遍采用分立器件搭建或集成芯片驱动，主要包括下面三种技术方案：

1、采用运放+MOSFET搭建的电流源驱动；

2、采用三极管搭建的镜像电流源电路驱动；

3、采用激光器集成驱动芯片驱动。

现有技术关于激光器的驱动的上述三个技术方案，首先采用的是运放+MOSFET搭建的电流源驱动，由于目前运放无法做到高带宽，导致该驱动无法满足高速率的单光子源驱动；采用三极管搭建的镜像电流源由于分立器件存在寄生参数导致驱动带宽下降，同时分立驱动受环境影响较大，导致驱动电路稳定性差；采用集成驱动芯片驱动，目前的驱动芯片都是针对经典通信应用，驱动电流小，导致光信号消光比小，无法满足要求。

因此，现有技术无法满足高带宽、高速率、高消光比、大电流驱动的要求，无法保证量子通信单光子源光信号的质量和光谱满足要求。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于提供了一种能够满足高带宽、高速率、高消光比、大电流驱动，保证量子通信单光子源光信号的质量和光谱满足要求的用于量子通信单光子源的激光器高速驱动模块。

本实用新型是通过以下技术方案解决上述技术问题的：一种用于量子通信单光子源的激光器高速驱动模块，包括电流源驱动芯片U1以及三极管Q1，电流源驱动芯片U1的输出端连接三极管Q1的基极，三极管Q1的集电极接激光器二极管LD的负极，激光器二极管LD的正极接电源VCC，三极管Q1的发射极接地。

进一步优化的，所述的电流源驱动芯片U1的最高速率达到10Gbps。

进一步优化的，所述的三极管Q1的截止频率达到55GHz。

进一步优化的，所述激光器高速驱动模块还包括电阻R1、R2，电流源驱动芯片U1的输出端与电阻R1、R2的一端以及三极管Q1的基极连接一起，电阻R1的另一端接电源VCC，电阻R2的另一端接地。

进一步优化的，所述激光器高速驱动模块还包括电阻R3，三极管Q1的集电极经过电阻R3连接激光器二极管LD的负极。

进一步优化的，电流源驱动芯片U1的IN端用于窄脉冲驱动电信号输入，驱动芯片U1的SET端用于设置驱动电流的大小，当输入信号为高电平，电流源驱动芯片U1的输出口处于断开状态，没有电流；当输入信号为低电平，电流源驱动芯片U1的输出口处于吸电流状态，输出端的电流IS大小通过SET端的输入电压V_SET控制，具体关系为IS＝V_SET*K，其中K为比例系数。

进一步优化的，三极管Q1的开关通过其基极电压VB控制，三极管Q1的开启电压为VT，当VB<VT时，三极管Q1关闭，激光器二极管LD没有光输出；当VB≥VT时，三极管Q1开启，激光器二极管LD输出光信号。

进一步优化的，当输入信号为低电平，三极管Q1关闭，这时需要VB<VT，由于三极管Q1关闭，所以基极电流IB为0，基极电压VB满足以下关系：1)VCC-VB＝I1*R1，2)VB＝I2*R2，3)I1＝IS+I2，4)IS＝V_SET*K，其中，I1是流过电阻R1的电流，I2是流过电阻R2的电流，为了满足VB<VT，通过设置V_SET＞VCC/(K*R1)-VT*(R1+R2)/(K*R1*R2)使三极管Q1处于关闭状态；

当输入信号为高电平，电流源驱动芯片U1输出端电流IS为0，这时三极管Q1开启，VB＝VT，三极管Q1基极电流IB满足如下关系：1)VCC-VT＝I1*R1，2)VT＝I2*R2，3)I1＝I2+IB，由以上关系得出IB＝(VCC-VT)/R1-VT/R2。

进一步优化的，当高速电流源驱动芯片U1的输入信号为高电平时，三极管Q1开启，流过激光器支路上的电阻R3的电流ILD＝(VCC-VLD-Vce)/R3，对应激光器二极管LD输出响应的光脉冲强度，其中VLD为激光器二极管LD两端的电压，Vce为三极管Q1的集电极和发射极之间的电压。

进一步优化的，电阻R3为可调电阻。

本实用新型相比现有技术具有以下优点：