專利名稱：光纖副載波多路(scm)激光發(fā)射組件的寬帶匹配方法及其電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光纖通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及微波信號傳輸?shù)膶拵ヅ浼夹g(shù)。
副載波多路(SCM)激光器發(fā)射組件是在光纖通信中應(yīng)用廣泛的組件，可用于光纖高速傳輸系統(tǒng)，光纖CATV系統(tǒng)，光纖用戶環(huán)和未來的寬帶綜合數(shù)字業(yè)務(wù)網(wǎng)(B-ISDN)，此外，還可以用于雷達(dá)，尤其是相控陣?yán)走_(dá)的微波信號及控制信號的傳輸。
激光器發(fā)射組件的特點(diǎn)之一是可以工作在很寬的頻帶，往往是幾個(gè)倍頻程，從幾十MHz-GHz，到幾GHz，到十幾GHz。半導(dǎo)體激光器是一個(gè)阻抗很低的器件，只有幾歐姆(小于10歐姆)。為了將微波信號引向激光器以激勵(lì)(驅(qū)動(dòng))激光器發(fā)光，常將激光器和微帶電路連接。因?yàn)槲щ娐返奶匦宰杩篂?0歐姆，和幾歐阻抗的激光器連接，阻抗嚴(yán)重不匹配，引起嚴(yán)重的反射，使工作頻帶很窄。并且由于激光器的阻抗很低，獲得的微波功率很小，因而造成信源功率的浪費(fèi)。因此，為得到一個(gè)能寬帶工作的激光器發(fā)射組件的關(guān)鍵技術(shù)之一是寬帶(幾個(gè)到幾十個(gè)倍頻程)匹配技術(shù)。
已有技術(shù)用的方法是(1)部分電阻匹配法，如

圖1所示，是在兩段微帶線11，12之間加一個(gè)一定阻值的電阻13，然后再連到激光器。C右面為激光器及引線等。這樣在微帶線輸入端，帶線上接有幾十歐的電阻，阻抗已得到一定程度的匹配?？梢钥吹竭@種匹配的反射仍很大，原因是電阻R后仍接有一段50歐姆帶線，其后仍是低阻激光器，仍不匹配，且這段帶線的電抗沒有計(jì)及。(2)微帶阻抗變換器加集中電容法，如圖2所示。50歐姆帶線21后連接一段一定長度，寬度逐漸變寬的帶線22，使其特性阻抗逐漸隨帶線寬度變寬而變小，變到十歐姆左右，在阻抗變換器后帶線兩端接集中參數(shù)電容CL1和CL2，后面再連接激光器LD。這種匹配技術(shù)用計(jì)算機(jī)模擬得到相對帶寬度為86%。但是其中CL1如何安裝上仍是個(gè)問題，看來要達(dá)到幾倍頻程是有困難。其原因是雖然對CL1和CL2的大小進(jìn)行了優(yōu)化，但對一段低阻帶線的分布電抗沒有進(jìn)行優(yōu)化。
本發(fā)明的目的旨在克服已有技術(shù)的不足之處，提出一種新的寬帶匹配方法，使其具有電路簡單、工藝容易實(shí)現(xiàn)，并且在較寬的頻率范圍內(nèi)匹配效果良好等優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明提出的寬帶匹配方法，包括集中電阻分布電抗法與阻抗變換分布電抗法兩種方法。
1.本發(fā)明提出一種集中電阻分布電抗匹配方法，其特征在于在微帶線31與半導(dǎo)體激光器之間依次連接一片狀電阻32與一段低阻抗帶線33，所說低阻抗帶線的寬度W與高度h之比大于1，其長度L可調(diào)。該方法的電路和等效電路如圖3所示。從圖中A向右看的阻抗為阻抗＝片狀電阻值+部分帶線(低阻抗帶線特性阻抗+LD芯片阻抗)。
片狀電阻和部分帶線的阻抗選得合適，一般片狀電阻值為30歐姆以上，這樣從阻值上便可得到匹配。部分帶線的阻抗取決于W/h，W為帶線寬度，h為帶線的高度，選擇W/h＞1，便可得低的特性阻抗。
B參考面后面的阻抗是頻率的函數(shù)，對部分帶線，不同的長度L，在阻抗圓圖上呈現(xiàn)出不同的電抗特性，即可能是感抗，亦可能是容抗。實(shí)際上由于L是長是不變的，電抗特性的改變是通過頻率的變化而變化的。而在C參考面后是激光器的封裝網(wǎng)絡(luò)，LS是引線電感，CS是封裝分布電容，CP是擴(kuò)散電容，因其值很小，影響不計(jì)及。這樣在一定封裝下，L3最小，CS一定，則改變部分帶線的電長度(Q)，可獲得最好的頻響，這個(gè)響應(yīng)可以通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，在駐波系數(shù)最小，且保持駐波系數(shù)的起伏小且小于2，可以得到匹配帶寬為幾個(gè)一+幾個(gè)倍頻程。帶寬從幾MHz可到8GHz或更高。
2.本發(fā)明提出另一種阻抗變換分布電抗匹配方法，其特征在于在微帶線41與半導(dǎo)體激光器42之間依次連接一阻抗變換器43及低阻抗帶線44，所說阻抗變換器為一段一定長度，寬度逐漸變寬的帶線，所說的低阻抗帶線的寬度W與高度h之比大于1，其長度L可調(diào)。該方法的電特性如圖4所示在這種匹配中，低阻抗帶線(部分帶線)的設(shè)計(jì)和(1)相同，仍舊是由它提供感抗和容抗與后面的LC形成諧振，并用計(jì)算機(jī)優(yōu)化，阻抗變換部分仍是將50歐姆的阻抗降低到十幾歐姆，使之和部分帶線的阻抗匹配。這種帶線在制作時(shí)采用直線過渡，使制作方便。計(jì)算機(jī)模擬得到的帶寬亦在10GHz左右。為了降低引線電感Ls(圖3)的影響，我們采用并聯(lián)引線(即焊多根金絲)而不是一味追求縮短激光芯片和微帶線的距離(這種降低距離在工藝上有困難)。由于焊上并聯(lián)多根金絲，引線電感將成倍減小，很易達(dá)到要求。
附圖簡要說明圖1為已有技術(shù)的一種部分電阻匹配法電特性示意2為已有技術(shù)的另一種微帶阻抗變換器+集中電容法電特性示意3為本發(fā)明的集中電阻分布電抗法電特性示意4為本發(fā)明的阻抗變換分布電抗法電特性示意5為本發(fā)明激光發(fā)射組件施實(shí)例一圖6為實(shí)施例一頻率特性7為實(shí)施例一駐波系數(shù)8為本發(fā)明激光發(fā)射組件施實(shí)例二圖9為實(shí)施例二駐波系數(shù)圖本發(fā)明應(yīng)用(1)的匹配方法已制作一個(gè)激光發(fā)射組件實(shí)施例。實(shí)際帶線結(jié)構(gòu)如圖5所示。由依次連接在一起的50歐姆的帶線51，一片狀電阻52，低阻帶線53和激光器54的所成，帶線一端接微波接頭55，激光器發(fā)射的光束經(jīng)耦合器輸入光纖56。
圖中片狀電阻值為33歐姆，低阻帶線寬與高之比W/h～10，長度L＝5mm，激光器的Cp～10pf，R16歐姆，諧振頻率fr＝3GHz(激光器的諧振頻率fr表示該器最高能工作的頻率，這樣3GHg即是工作頻率的上限)。圖中L，R′是激光器的偏置線。引線電感用多線并聯(lián)，總電感＜0.3nH。這一組件，通過HP公司網(wǎng)絡(luò)分析儀測試獲得3dB帶寬為3MHz-3GHz，在這個(gè)頻率范圍內(nèi)駐波系數(shù)＜2。組件測得頻率特性如圖6，駐波系數(shù)圖為圖7。應(yīng)用高fr的激光器，組件的工作頻率將進(jìn)一步提高。
應(yīng)用(2)的匹配方法制作的激光發(fā)射組件實(shí)施例二，如圖8所示，由依次連接在一起的50歐姆的帶線81，一阻抗變換器82，低阻帶線83和激光器84所組成，帶線一端接微波接頭85，激光器發(fā)射的光束源耦合器輸入光纖86。圖中阻抗變換器長L約10mm，它將50歐姆的微帶特性阻抗降低到10歐姆左右，低阻帶線寬W與高h(yuǎn)之比約為10，長L約為5-6mm，計(jì)算機(jī)模擬得到駐波系數(shù)＜2的頻率范圍大于10GHz。圖9為駐波系數(shù)圖。
權(quán)利要求
1.一種集中電阻分布電抗匹配方法，其特征在于在微帶線與半導(dǎo)體激光器之間依次連接一片狀電阻與一段低阻抗帶線，所說低阻抗帶線的寬度W與高度h之比大于1，其長度L可調(diào)。
2.一種阻抗變換分布電抗匹配方法，其特征在于在微帶線與半導(dǎo)體激光器之間依次連接一阻抗變換器，所說阻抗變換器為一段一定長度，寬度逐漸變寬的帶線，所說的低阻抗帶線的寬度W與高度h之比大于1，其長度L可調(diào)。
3.一種如權(quán)利要求1或2所述匹配方法，其特征在于所說激光器與微帶線之間采用并聯(lián)多根引線的方法。
全文摘要
本發(fā)明屬于光纖通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及寬帶匹配技術(shù)。本發(fā)明采用在微帶線與半導(dǎo)體激光器之間連接一集中電阻(或阻抗變換器)及一級可調(diào)低阻抗帶線的方法，使高阻抗的微帶線與低阻抗半導(dǎo)體激光器實(shí)現(xiàn)寬帶匹配。利用該方法制作的激光發(fā)射組件具有工藝簡單，其工作頻率寬等特點(diǎn)。
文檔編號H04B10/12GK1081299SQ9310751
公開日1994年1月26日 申請日期1993年6月30日 優(yōu)先權(quán)日1993年6月30日
發(fā)明者查開德, 王新宏 申請人:清華大學(xué)