直接调制激光器微带制备方法及由此得到的微带和激光器的制造方法

直接调制激光器微带制备方法及由此得到的微带和激光器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及电子线路和微波领域，具体设及一种直接调制激光器微带制备方法及 由此得到的微带和激光器。
【背景技术】
[0002] 直接调制激光器是将电信号直接转换为光信号，与通过激光器和调制器集成的间 接调制来实现信号转化方案相比，直接调制微腔激光器可W实现更小的器件体积和更低的 能量损耗。然而，由于微波信号源的阻抗和微腔激光器的等效阻抗不匹配，微波信号源信号 加载到激光器时会引起一定的反射。当反射过大时，会对激光器的调制带宽产生影响。
[0003] 目前，解决的激光器和微波信号源的不匹配的方法是在信号源和激光器间增加一 个串联电阻来达到匹配，但是没法在较大的微波信号频率范围内都达到较好的匹配。

【发明内容】

[0004] 有鉴于此，本发明的目的是提出一种直接调制激光器微带的制备方法，W解决微 波信号在较大的频率范围内激光器和微波信号源的不匹配问题。
[000引为解决上述问题，作为本发明的一个方面，本发明提供了一种直接调制激光器宽 带微带的制备方法，包括如下步骤：
[0006] 步骤一:确定激光器负载的等效负载的电路元件值，选择微带等效电路模型及元 件的参数值Xo,使得微波信号源的信号加载到激光器实际应用的频率范围内的反射系数小 于巧大反射值Smax ,其中Smax<-5地；
[0007] 步骤二:加载微波信号至激光器中，其中微波信号阻抗为Zo,再根据选择的微带等 效电路模型及元件的参数值计算加载后元件引起的反射系数Sii，并计算反射系数Sii最大 灵敏度相对的微波信号频率点fo;
[0008] 步骤Ξ:确定微带模型的结构W及宽度，改变微带的长度求出微带模型在上述频 率点fo的反射系数；
[0009] 步骤四：计算出步骤Ξ的反射系数对应的等效电路元件参数值X(f〇)，，判断X(f〇) 和Xo的大小，?
，减小微带的长度，转入步骤Ξ;若
增大微带的 长度，转入步骤Ξ，；若
I则确定长度的微带对应的等效电路元件值为Χ〇,〇<ε <20%；
[0010] 步骤五:将电路模型中电路元件对应的微带尺寸按照电路模型中电路元件的排列 顺序连接起来组合成微带。
[0011] 根据本发明的一种【具体实施方式】，步骤一中，所述等效负载的电路元件值的电阻 值为
[0012]
[0013] 上式中：I为激光器的偏置电流值，V为该偏置电流对应的电压值，所述微带电路模 型结构为电阻、电感并联，电容串联；
[0014] 所述频率范围为0~fmax，微带中电阻值范围为
[0015]
[0016] 上式中：Rm为微带引入的电阻值；
[0017]反射系数通过下列公式得出：
[0021] 上式中Zs为微带等效电路模型的阻抗;反射系数为Sii，单位为地；ω =2村，f为微 波信号的频率。
[0022] 根据本发明的一种【具体实施方式】，步骤二中负载等于Zo时，反射系数通过下列公 式求得
[002引其中Zs为微带等效电路模型的阻抗，由电阻R、电容C、电感L构成;找出频率点fo使 得：
[0026]
[0027]根据本发明的一种【具体实施方式】，，步骤四中反射系数对应微带等效电路元件的 值通过下列公式得出：
[0032] 式中，Lm，Cm分别为微带模型中的等效电感和等效电容，Sll为反射系数。当求微带 的等效电容时，选择Zm的虚部小于0的那一项；当求微带的等效电感时，选择Zm的虚部大于0 的那一项。
[0033] 根据本发明的一种【具体实施方式】，步骤四中的微带模型采用共面波导的形式。
[0034] 根据本发明的一种【具体实施方式】，共面波导的介质层为A1N材料，介质层底部锻金 属。
[0035] 根据本发明的一种【具体实施方式】，实际应用的频率范围是0-50G化。
[0036] 作为本发明的另一个方面，本发明还提供了一种根据上述制备方法所制备的直接 调制激光器微带。
[0037] 作为本发明的再一个方面，本发明还提供了根据上述直接调制激光器微带进一步 制备而成的直接调制激光器。
[0038] 通过上述技术方案可知，本发明设置直接调制激光器微带的方法的有益效果在 于：
[0039] (1)通过本发明步骤一至Ξ中综合的运用了电磁学和电子线路的知识，解决了现 有简单的增加串联电阻带来的问题，提高了所制备微带的适应性；
[0040] (2)通过本发明的方法，通过设置较宽的实际应用的频率范围，微带模型能在较大 的频率范围(0-50G化)和微波信号源相匹配；
[0041] (3)通过本发明方法步骤四的程序判断步骤，提高了微带的设计效率，节省时间和 成本；
[0042] (4)通过在微带模型中设置共面波导，方便对微带的长度进行调整；
[0043] (5)通过确定微带模型的结构W及宽度，仅改变微带的长度，便于确定反射系数， 从而更高效的进行调节和设计目标微带。
【附图说明】
[0044] 图1为作为本发明一【具体实施方式】的直接调制激光器微带的制备方法的流程示意 图；
[004引图2为作为本发明一【具体实施方式】的直接调制激光器微带的电路模型图，其中包 括微波信号源等效电路、微带等效电路W及电路元件参数、激光器负载等效电路；
[0046] 图3为作为本发明一【具体实施方式】的直接调制激光器微带电路模型的反射系数 图；
[0047] 图4为作为本发明一【具体实施方式】的直接调制激光器微带不同微带尺寸在0.1~ 30G化频率范围内对应的电路元件值图；
[0048] 图5为作为本发明一【具体实施方式】的直接调制激光器微带的结构和尺寸图；
[0049] 图6为作为本发明一【具体实施方式】的直接调制激光器组合微带的微带等效电路的 反射系数仿真效果图。
【具体实施方式】
[0050] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，W下结合具体实施例，并参照 附图，对本发明作进一步的详细说明。
【具体实施方式】 [0051] 一：
[0052] 结合图1W及实例来说明本实施方式，本实施方式所述的一种直接调制微腔激光 器宽带微带的制备方法，所述方法包括如下步骤：
[0053] 步骤一:确定激光器负载的等效负载的电路元件值，选择微带等效电路模型及元 件参数值姑，使得微波信号源的信号加载到激光器在实际工作的频率范围内的反射系数小 于最大反射值Smax:
[0054] 假定激光器的等效负载电路由电阻和电容并联，电容值为O.lpF，由于激光器在不 同的偏置电流下，电阻存在一定的变化，因此假定电阻为30±5Ω。微带的电路模型如图2中 的所示。设定微波信号源信号在0.1~30G化频率范围内加载到激光器的最大反射小于-20地，在信号的频率较低时，电容和电感的作用可忽略，微带的负载由微带模型中的电阻占 主导，由
[0055]
[0056] 得微带的电路模型的电阻值在16~31 Ω范围内，在信号频率较高时，微带电路模 型中电容和电感微带模型总的阻抗有较大的影响。因此在微带的电路模型采用图2所示的 结构，电感和电阻串联，然后与电容并联，再与电感串联。激光器的等效负载中电容为 0 . IpF，电阻在25~35 Ω变化时，调节微带电路模型中电路元件的参数值，使得在0.1~ 30G化频率范围内反射系数都小于-20地，最终确定的微带电路模型如图2所示，电路模型中 电路元件的参数值Xo从左至右分别为1^1 = 0. 〇8址，，C = 0.08pF，，L2 = 0.1址，，R= 25 Ω，L3 = 0.1 nH。微带电路模型连接激光器等效负载，负载中电阻在16~31 Ω范围变化，信号频率在 0.1~30G化范围内加载到激光器中的最大反射系数的值如图3所示，可W看出最大反射系 数值小于-20地。
[00 57] 步骤二:求出微波信号加载到激光器中引起的反射系数Sii和微带等效电路模型中 电路元件参数X的关系，然后找出在电路元件参数Zs = Xo时，反射系数Sii最大灵敏度相对的 频率点时。
[0058] 反射系数Sii和微带等效电路模型参数的关系如下：
[0064]其中化，、Cl分别为激光器的等效负载电路中的电阻和电容元件，Zo为微波信号源 的阻抗，阻值为50〇山心心、巧邮代表微带电路模型中的元件参数。
[006引分别确定fi、f2、f3和f4使得在0.1~30GHz的频率范围内反射系数
[0070] 求得f 1 = f 2 = 30 細z，f 3 = 25.8細z，f 4= 24.2細z。
[0071] 步骤在确定微带模型的结构W及宽度，改变微带的长度求出微带模型在上述 频率范围内的反射系数。
[0072] 微带模型采用共面波导的形式，介质层为A1N材料，厚度设为0.25mm，介质层底部 锻金属，厚度为4um。微带的总体宽度为0.8mm，微带左右部分的宽度都为0.2mm，波导空隙为 0.1mm，微波信号源的阻抗为50 Ω阻抗对应的中屯、波导宽度为0.174mm。运里设定中屯、波导 宽度分别为0.2mm和0.26mm，改变波导的长度得到频率在0.1-30G化范围内的反射系数Sii。
[0073] 步骤四：计算出反射系数对应的等效电路元件参数值，判断等效电路元件参数值X (fo)和Xo的大小，若^
，减小微带的长度，转入步骤Ξ，重新求出反射系数；若
，增大微带的长度，转入步骤Ξ，重新求出反射系数;若
则确定 长度的微带对应的等效电路元件值为Xo。
[0074] 微带的反射系数转换为等效电路元件由下列公式转换：
[0079]其中Sii为步骤Ξ中得出的不同尺寸微带对应的反射系数。Lm、Cm分别为微带的等 效电感和等效电容，都取正值。不同微带尺寸在不同的信号频率下对应的电路元件参数值 存在微小偏差。结果如图4所示，中屯、波导尺寸为0.25mm X 0.2mm时，微带对应的电路元件为 电感，在0.1~30GHz频率范围内，电感值在0.1 nH左右，频率为30GHz时，电感值为0.1024nH， 此时
中屯、波导尺寸为0.2mm X 0.2mm时，微带对应的电路元件为电感，在0.1~30G化频率范围内，电感值在0.08nH左右，频 率为25.8GHz时，电感值为0.081址，此时
；中屯、 波导尺寸为0.33mmX 0.26mm时，微带对应的电路元件为电容，在0.1~30G化频率范围内，电 容值在0 . 08pF左右，频率为24 . 2GHz时，电感值为0 . 0803nH，此时

:因此可W认为0 . lnH、0.08nH和0.08pF对应的尺寸分别 为0.25mm X 0.2mm、0.2mm X 0.2mm、0.33mm X 0.26mm。
[0080]步骤五:将电路模型中电路元件对应的微带尺寸按照电路模型中电路元件的排列 顺序连接起来组合成微带。
[0081 ] 将微带等效电路模型中电路元件参数值为0.08nH，0.08pF，0.1 nH，25 Ω，0.1 nH对 应的微带尺寸按照电路元件的排列顺序连接起来组合起来，如图5所示。运是设定电阻的尺 寸为0.2mm X 0.2mm。因此微带等效电路模型中元件0.08nH，0.08pF，0.1址，25 Ω，0.1址对应 的微带的尺寸分别为0.2mm X 0.2mm，0.33mm X 0.26mm，0.25mm X 0.2mm，0.2mm X 0.2mm， 0.25mm XO. 2mm 〇
[0082] 由微带等效电路和微带得到的反射系数如图6所示，可W看出在0.1~30G化频率 范围内，微带等效电路和微带得到的反射系数之差小于1地。
[0083] W上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详 细说明，应理解的是，W上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在 本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护 范围之内。
【主权项】
1. 一种直接调制激光器宽带微带的制备方法，其特征在于，包括如下步骤： 步骤一：确定激光器负载的等效负载的电路元件值，选择微带等效电路模型及元件的 参数值X〇,使得微波信号源的信号加载到激光器实际应用的频率范围内的反射系数小于最 大反射值Smx，其中Smax < -5dB; 步骤二:加载微波信号至激光器中，其中微波信号阻抗为Zo,再根据选择的微带等效电 路模型及元件的参数值计算加载后元件引起的反射系数Sn，并计算反射系数Sn最大灵敏 度相对的微波信号频率点f〇; 步骤三:确定微带模型的结构以及宽度，改变微带的长度求出微带模型在上述频率点f〇 的反射系数； 步骤四：计算出步骤三的反射系数对应的等效电路元件参数值X(f〇)，，判断X(f〇)和Xo 的大小，若减小微带的长度，转入步骤三；；增大微带的长 度，转入步骤三;若则确定长度的微带对应的等效电路元件值为Χο,〇<ε < 20% ； 步骤五:将电路模型中电路元件对应的微带尺寸按照电路模型中电路元件的排列顺序 连接起来组合成微带。2. 根据权利要求1所述的直接调制激光器宽带微带的制备方法，其特征在于，步骤一 中，所述等效负载的电路元件值的电阻值为上式中：I为激光器的偏置电流值，V为该偏置电流对应的电压值，所述微带电路模型结 构为电阻、电感并联，电容串联； 所述频率范围为〇~fmax，微带中电阻值范围为上式中:Rm为微带引入的电阻值； 反射系数通过下列公式得出：上式中ZsS微带等效电路模型的阻抗;反射系数为Sn，单位为dB; ω =2对，f为微波信 号的频率。3. 根据权利要求1所述的直接调制激光器宽带微带的制备方法，其特征在于，步骤二中 负载等于Zo时，反射系数通过下列公式求得其中Zs为微带等效电路模型的阻抗，由电阻R、电容C、电感L构成;找出频率点fo使得：4. 根据权利要求1或2所述的直接调制激光器宽带微带的制备方法，其特征在于，步骤 四中反射系数对应微带等效电路元件的值通过下列公式得出：式中，Lm，Cm*别为微带模型中的等效电感和等效电容，S11为反射系数;当求微带的等效 电容时，选择Zm的虚部小于0的那一项；当求微带的等效电感时，选择Zm的虚部大于0的那一 项。5. 根据权利要求1或2所述设置直接调制激光器宽带微带的制备方法，其特征在于，步 骤四中的微带模型采用共面波导的形式。6. 根据权利要求5所述直接调制激光器宽带微带的制备方法，其特征在于，所述共面波 导的介质层为AlN材料，介质层底部镀金属。7. 根据权利要求1所述直接调制激光器宽带微带的制备方法，其特征在于，所述实际应 用的频率范围是0-50GHZ。8. 根据权利要求1-7任一项所述制备方法所制备的直接调制激光器微带。9. 根据权利要求8所述直接调制激光器微带进一步制备而成的直接调制激光器。
【专利摘要】一种直接调制激光器微带的制备方法，方法包括：确定负载的等效负载的电路元件值，选择微带等效电路模型及元件参数值X0，使实际反射系数小于最大反射值Smax；求出微波信号加载到激光器中引起的反射系数S11和微带等效电路模型中电路元件参数X的关系，然后找出在电路元件参数X＝X0时，反射系数S11最大灵敏度相对的频率点f0；在确定微带模型的结构以及宽度，改变微带的长度求出微带模型在上述频率范围内的反射系数，通过其对应的等效电路元件参数值，调整微带长度。将电路模型中电路元件对应的微带尺寸按照电路模型中电路元件的排列顺序连接形成微带。本方法在较宽的频率范围内实现了微波信号源激光器的匹配。
【IPC分类】H01S3/10, H01S3/02
【公开号】CN105490136
【申请号】CN201610020563
【发明人】肖志雄, 肖金龙, 吕晓萌, 刘博文, 黄永箴
【申请人】中国科学院半导体研究所
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2016年1月13日