激光发生器及产生激光的方法与流程

1.本公开涉及激光器技术领域，尤其涉及一种激光发生器及产生激光的方法。


背景技术：

2.高重复频率的窄脉冲激光光源，是量子通信的必要设备。目前市场上已有各种商用的激光器产品，这些激光器的工作频率最高为100mhz，半高宽小于40ps；或者工作频率最高为1.25ghz，半高宽小于50ps。但是，随着量子通信技术的不断发展和升级，对于激光器的工作频率提出了更高要求，现有的激光器在实际使用上显然存在不便与缺陷，有必要加以改进。


技术实现要素：

3.根据本公开实施例的第一方面，提供了一种激光发生器，所述激光发生器包括：依次连接的窄脉冲输出模块和半导体激光器模块；其中，
4.所述窄脉冲输出模块，被配置为在接收到触发信号时，将所述触发信号扩展成第一脉冲信号和第二脉冲信号；其中，所述第一脉冲信号和所述第二脉冲信号相位相反；
5.所述窄脉冲输出模块，还被配置为对所述第一脉冲信号相对于所述第二脉冲信号进行延时处理，且对所述第二脉冲信号和延时后的所述第一脉冲信号进行逻辑运算以获得目标窄脉冲信号，并将所述目标窄脉冲信号输出至所述半导体激光器模块；
6.所述半导体激光器模块，被配置为根据接收的所述目标窄脉冲信号输出窄脉冲激光。
7.在一些实施例中，所述窄脉冲输出模块包括：依次连接的第一比较器、延时组件、逻辑与门、第二比较器以及放大组件，所述延时组件的第一输出端和第二输出端分别与所述逻辑与门的两输入端连接；其中，
8.所述第一比较器，被配置为在接收到所述触发信号时，对所述触发信号进行滤波后输出至所述延时组件；
9.所述延时组件，被配置为将滤波后的所述触发信号扩展成所述第一脉冲信号和所述第二脉冲信号，并对所述第一脉冲信号进行所述延时处理；
10.所述逻辑与门，被配置为对所述第二脉冲信号和延时后的所述第一脉冲信号进行逻辑运算以获得初始窄脉冲信号，并将所述初始窄脉冲信号输出至所述第二比较器；
11.所述第二比较器，被配置为对所述初始窄脉冲信号进行滤波后输出至所述放大组件；
12.所述放大组件，被配置为对滤波后的所述初始窄脉冲信号进行幅度增强处理以获得目标窄脉冲信号，并将所述目标窄脉冲信号输出至所述半导体激光器模块。
13.在一些实施例中，所述延时组件包括：
14.缓冲器，包括第一输出端口和第二输出端口，所述第一输出端口被配置为输出所述第一脉冲信号，所述第二输出端口被配置为输出所述第二脉冲信号；
15.第一信号线，电连接所述第一输出端口和所述逻辑与门的第一输入端口；
16.第二信号线，电连接所述第二输出端口和所述逻辑与门的第二输入端口；其中，所述第一信号线的长度大于所述第二信号线的长度。
17.在一些实施例中，所述放大组件包括依次电连接的第一放大器和第二放大器；其中，
18.所述第一放大器，被配置为对滤波后的所述初始窄脉冲信号进行一级幅度增强处理以获得放大窄脉冲信号；
19.所述第二放大器，被配置为对所述放大窄脉冲信号进行二级幅度增强处理以获得目标窄脉冲信号，并将所述目标窄脉冲信号输出至所述半导体激光器模块，其中，所述第一放大器和所述第二放大器的增益参数不同。
20.在一些实施例中，所述激光发生器还包括：
21.第一电容，所述第一电容的一端与所述第二射频放大器的输出端连接，所述第一电容的另一端与所述半导体激光器模块的输入端连接；所述第一电容，被配置为将所述窄脉冲输出模块输出的目标窄脉冲信号耦合至所述半导体激光器模块。
22.在一些实施例中，所述目标窄脉冲信号的信号参数包括以下信号参数中的至少一项：工作频率为2ghz至3ghz；信号幅度大于3v；脉冲宽度小于200皮秒。
23.在一些实施例中，所述激光发生器还包括：依次连接的控制单元、数模转换器以及电压跟随器，所述电压跟随器的输出端与所述半导体激光器模块的控制端连接；其中，
24.所述控制单元，被配置为根据接收的激光发生指令，生成数字控制信号并输出至所述数模转换器；
25.所述数模转换器，被配置为接收所述控制单元输出的数字控制信号，并将所述数字控制信号转换为模拟控制信号输出至所述电压跟随器；
26.所述电压跟随器，被配置为根据接收的所述模拟控制信号调整所述半导体激光器模块的偏置电压，以调整所述半导体激光器模块的输出激光参数。
27.在一些实施例中，所述半导体激光器模块包括：半导体制冷片和半导体激光器；所述半导体激光器设置于所述半导体制冷片上；
28.所述激光发生器还包括：
29.温度控制模块，所述温度控制模块的一端与所述控制单元电连接，所述温度控制模块的另一端与所述半导体制冷片电连接，
30.所述温度控制模块，被配置为根据接收的所述控制单元输出的温度控制信号，向所述半导体制冷片输出电流控制信号；
31.所述半导体制冷片，被配置为根据接收的所述电流控制信号改变电流，以改变所述半导体制冷片的温度，以改变所述半导体激光器的温度。
32.在一些实施例中，所述窄脉冲激光的脉冲重复频率为2ghz至3ghz；
33.和/或，
34.所述窄脉冲激光的半高宽小于50皮秒。
35.根据本公开实施例的第二方面，提供了一种产生激光的方法，所述产生激光的方法包括：
36.在接收到触发信号时，将所述触发信号扩展成第一脉冲信号和第二脉冲信号；其
中，所述第一脉冲信号和所述第二脉冲信号相位相反；
37.对所述第一脉冲信号相对于所述第二脉冲信号进行延时处理，且对所述第二脉冲信号和延时后的所述第一脉冲信号进行逻辑运算以获得目标窄脉冲信号；
38.根据所述目标窄脉冲信号输出窄脉冲激光。
39.本公开实施例提供的激光发生器，通过窄脉冲输出模块将触发信号扩展成相位相反的两路脉冲信号，即第一脉冲信号和第二脉冲信号，对第一脉冲信号相对于第二脉冲信号进行延时处理，则第一脉冲信号和第二脉冲信号产生一定延时差，且对第二脉冲信号和延时后的第一脉冲信号进行逻辑运算后形成以该延时差为脉冲宽度的目标窄脉冲信号，半导体激光器模块产生与目标窄脉冲信号具有相同重复频率和脉冲宽度的窄脉冲激光，由于延时处理得到的延时差极短则目标窄脉冲信号的脉冲宽度极窄，在输入频率高的触发信号时，能够根据该目标窄脉冲信号输出脉冲重复频率高且脉冲宽度窄的窄脉冲激光。相对于使用昂贵且承受较高维护成本的复杂设备生成激光的传统方式，本公开实施例产生窄脉冲激光的方式更加简便，并且，在进行延时处理时还能够通过调整延时时长，进而调整产生的窄脉冲的脉冲宽度，灵活生成所需窄脉冲激光。
附图说明
40.图1为本公开实施例提供的一种激光发生器的模块示意图；
41.图2为本公开实施例提供的一种激光发生器的窄脉冲输出模块的电路结构示意图；
42.图3为本公开实施例提供的一种激光发生器的延时处理波形示意图；
43.图4为本公开实施例提供的一种激光发生器的电路结构示意图；
44.图5为本公开实施例提供的一种产生激光的方法的第一流程示意图。
45.附图标记说明
46.100-窄脉冲输出模块；200-半导体激光器模块；300-控制单元；400-温度控制模块；101-第一比较器；102-延时组件；103-逻辑与门；104-第二比较器；105-放大组件；b-缓冲器；l1-第一信号线；l2-第二信号线；a1-第一放大器；a2-第二放大器；c1-第一电容；dac-数模转换器；vf-电压跟随器；l1-第一电感；tec-半导体制冷片；ld-半导体激光器。
具体实施方式
47.为使本公开实施例的技术方案和优点更加清楚，以下结合说明书附图及具体实施例对本公开的技术方案做进一步的详细阐述。
48.如本文所用的术语“外延”是指对衬底生长半导体层的步骤。
49.在本公开实施例中，术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。
50.在本公开实施例中，除非另有明确的规定和限定，半导体结构中的两层之间的“上”或“下”关系可以是两层之间直接接触，或两层通过中间层间接接触。
51.在本公开实施例中，术语“层”是指包括具有厚度的区域的材料部分。层可以在下方或上方结构的整体之上延伸，或者可以具有小于下方或上方结构范围的范围。此外，层可以是厚度小于连续结构厚度的均质或非均质连续结构的区域。例如，层可位于连续结构的
顶面和底面之间，或者层可在连续结构顶面和底面处的任何水平面对之间。层可以水平、垂直和/或沿倾斜表面延伸。并且，层可以包括多个子层。
52.以下将结合附图，对本公开的激光发生器进行详细说明。
53.本公开实施例提供一种激光发生器，图1为本公开实施例的激光发生器的模块示意图。如图1所示，激光发生器包括：依次连接的窄脉冲输出模块100和半导体激光器模块200；其中，
54.窄脉冲输出模块100，被配置为在接收到触发信号时，将触发信号扩展成第一脉冲信号和第二脉冲信号；其中，第一脉冲信号和第二脉冲信号相位相反；
55.窄脉冲输出模块100，还被配置为对第一脉冲信号相对于第二脉冲信号进行延时处理，且对第二脉冲信号和延时后的第一脉冲信号进行逻辑运算以获得目标窄脉冲信号，并将目标窄脉冲信号输出至半导体激光器模块200；
56.半导体激光器模块200，被配置为根据接收的目标窄脉冲信号输出窄脉冲激光。
57.触发信号的来源包括但不限于可以由现场可编程逻辑器件fpga产生。触发信号输入至窄脉冲输出模块100，触发信号的重复频率可由上位机通过fpga的通信接口设置，实际应用中可以根据具体情况设定触发信号的重复频率。
58.在一些实施例中，窄脉冲输出模块100可以包括延时组件，延时组件被配置为将触发信号扩展成第一脉冲信号和第二脉冲信号，并对第一脉冲信号进行延时处理。
59.实际应用中，通过延时组件输出没有延时的第二脉冲信号和延时预设时间的第一脉冲信号。其中，延时预设时间可包括50至500皮秒。这里，延时的预设时间可包括200皮秒，这样，输出的延时后的第一脉冲信号相对于第二脉冲信号延时200皮秒。
60.在一些实施例中，窄脉冲输出模块100可以包括逻辑块，逻辑块被配置为对没有延时的第二脉冲信号和延时后的第一脉冲信号进行逻辑与运算以获得目标窄脉冲信号。
61.这里，逻辑块可以采用逻辑与门，通过逻辑与门进行输入信号的与运算输出目标窄脉冲信号。延时的预设时间可包括200皮秒，则延时后的第一脉冲信号和没有延时的第二脉冲信号通过逻辑与门输出的目标窄脉冲信号为宽度为200皮秒的窄脉冲信号。
62.在一些实施例中，半导体激光器模块200包括半导体激光器，该半导体激光器可根据接收的目标窄脉冲信号输出窄脉冲激光。
63.实际应用中，半导体激光器为激光二极管，目标窄脉冲信号被耦合至激光二极管，激光二极管产生与目标窄脉冲信号具有相同重复频率和脉冲宽度的窄脉冲激光。
64.本公开实施例中对第一脉冲信号相对于第二脉冲信号进行延时处理，则第一脉冲信号和第二脉冲信号产生一定延时差，且对第二脉冲信号和延时后的第一脉冲信号进行逻辑运算后形成以该延时差为脉冲宽度的目标窄脉冲信号，由于延时处理得到的延时差极短则目标窄脉冲信号的脉冲宽度极窄，在输入频率高的触发信号时，能够根据该目标窄脉冲信号输出脉冲重复频率高且脉冲宽度窄的窄脉冲激光。相对于使用昂贵且承受较高维护成本的复杂设备生成激光的传统方式，本公开实施例产生窄脉冲激光的方式更加简便，并且，在进行延时处理时还能够通过调整延时时长，进而调整产生的窄脉冲的脉冲宽度，灵活生成所需窄脉冲激光。
65.在一些实施例中，参照图2，窄脉冲输出模块100包括：依次连接的第一比较器101、延时组件102、逻辑与门103、第二比较器104以及放大组件105，延时组件102的第一输出端
和第二输出端分别与逻辑与门103的两输入端连接；其中，
66.第一比较器101，被配置为在接收到触发信号时，对触发信号进行滤波后输出至延时组件102；
67.延时组件102，被配置为将滤波后的触发信号扩展成第一脉冲信号和第二脉冲信号，并对第一脉冲信号进行延时处理；
68.逻辑与门103，被配置为对第二脉冲信号和延时后的第一脉冲信号进行逻辑运算以获得初始窄脉冲信号，并将初始窄脉冲信号输出至第二比较器104；
69.第二比较器104，被配置为对初始窄脉冲信号进行滤波后输出至放大组件105；
70.放大组件105，被配置为对滤波后的初始窄脉冲信号进行幅度增强处理以获得目标窄脉冲信号，并将目标窄脉冲信号输出至半导体激光器模块200。
71.在一些实施例中，触发信号一般是上升沿信号，脉宽不限，本实施例中输入的触发信号可以为重复频率2.5ghz、脉宽不限的时钟信号。该触发信号经过一段传输距离后可能存在一定干扰，为了提升触发信号的信号质量，窄脉冲输出模块100在接收到触发信号时，通过第一比较器101对触发信号进行滤波后输出至延时组件102。
72.这里，第一比较器101可以为高速比较器。经过高速比较器的传输，一方面可以使触发信号的信号脉宽变得更窄，另一方面可以滤除触发信号中的部分噪声。具体，第一比较器101的型号可以为adcmp567，实际应用中可以根据具体情况进行设定。
73.在一些实施例中，延时组件102可以包括缓冲器b和延时线，缓冲器b被配置为将滤波后的触发信号扩展成相位相反的第一脉冲信号和第二脉冲信号。
74.具体地，缓冲器可以包括时钟缓冲器。通过时钟缓冲器将滤波后的触发信号扩展成信号幅值一致的两路脉冲信号，两路脉冲信号的相位相反。
75.这里，延时线可以包括第一信号线l1和第二信号线l2，其中，第一信号线l1的长度大于第二信号线l2的长度。通过第一信号线l1对第一脉冲信号进行延时处理。
76.实际应用中，延时预设时间可以由上位机通过fpga的通信接口设置。延时预设时间的单位一般以最终输出的窄脉冲激光半高宽的宽度为单位，例如输出窄脉冲半高宽的宽度需求是50皮秒，那么延时预设时间可设置为50皮秒的倍数，如50皮秒，100皮秒，150皮秒，200皮秒等。这里，延时的预设时间设定为200皮秒，但延时的预设时间不限于此，实际应用中可以根据具体情况进行设定。
77.在一些实施例中，逻辑与门103对第二脉冲信号和延时后的第一脉冲信号进行输入信号的与运算获得脉冲宽度为200皮秒的初始窄脉冲信号。
78.这里，逻辑与门103可以为高速逻辑与门，采用基本二输入高速逻辑与门实现。
79.在一些实施例中，由于初始窄脉冲信号经过一段传输距离后，信号的边沿可能会产生恶化和畸变。为了保证脉冲信号中信号边沿的陡峭，通过第二比较器104对经过延时处理和逻辑与门输出的初始窄脉冲信号进行滤波。
80.这里，第二比较器104可以为高速比较器，第二比较器104的型号可以为adcmp567，实际应用中可以根据具体情况进行设定。通过第二比较器104，一方面可以使初始窄脉冲信号的信号脉宽变得更窄，另一方面可以滤除初始窄脉冲信号中的干扰脉冲。由此通过第二比较器104得到的初始窄脉冲信号的脉冲宽度约为120皮秒，幅度约为200毫伏。
81.在一些实施例中，由于滤波后的初始窄脉冲信号的脉宽较窄但幅度较低，为了提
升滤波后的初始窄脉冲信号的信号幅度，通过放大组件105对滤波后的初始窄脉冲信号进行幅度增强处理以获得目标窄脉冲信号。
82.实际应用中，经过放大组件105得到一个幅度较大、脉宽较窄的目标窄脉冲信号，该目标窄脉冲信号为负窄脉冲信号，其中，负窄脉冲信号为一个由高电平跳变到低电平，然后再由低电平跳变到高电平的窄脉冲信号。也就是说，负窄脉冲信号的波形变化是先下降沿然后持续一段低电平后再有一个上升沿。
83.本公开实施例中，通过放大组件105对信号进行幅度增强处理得到一个幅度较大、脉宽较窄的信号，进一步提升了脉冲信号质量使目标窄脉冲信号的信号参数满足输出窄脉冲激光所需的信号参数，最终能够根据目标窄脉冲信号输出脉冲重复频率高且脉冲宽度窄的窄脉冲激光。
84.本公开实施例中通过延时处理和逻辑运算后形成以该延时差为脉冲宽度的窄脉冲信号，但是为了进一步提升了窄脉冲信号的信号质量，还通过第一比较器101和第二比较器104进行信号滤波处理，使信号的信号脉宽变得更窄，滤除信号中的部分噪声，通过放大组件105对信号进行幅度增强处理得到一个幅度较大、脉宽较窄的信号，最终能够根据目标窄脉冲信号输出脉冲重复频率高且脉冲宽度窄的窄脉冲激光，满足窄脉冲激光光源需求。
85.在一些实施例中，继续参照图2，所述延时组件102包括：
86.缓冲器b，包括第一输出端口和第二输出端口，第一输出端口被配置为输出第一脉冲信号，第二输出端口被配置为输出第二脉冲信号；
87.第一信号线l1，电连接第一输出端口和逻辑与门103的第一输入端口；
88.第二信号线l2，电连接第二输出端口和逻辑与门103的第二输入端口；其中，第一信号线l1的长度大于第二信号线l2的长度。
89.参照图3，通过缓冲器b将滤波后的触发信号扩展成相位相反的第一脉冲信号和第二脉冲信号。这两路脉冲信号，其中，第一信号线l1的长度大于第二信号线l2的长度，则同相的第一脉冲信号的走线比另一路反相的第二脉冲信号的走线要长，导致该路同相的第一脉冲信号较晚到达逻辑与门103。
90.这里，预设延时时间可以根据公式
△
t＝
△
l/v计算得到，其中
△
t为预设延时时间，
△
l为第一信号线l1和第二信号线l2的走线长度的差值，v为电路板中信号的传输速度。这两路脉冲信号经过延时处理后在逻辑与门103中进行与运算，会生成一个脉冲宽度为200皮秒左右的窄脉冲信号，这个过程如图3所示。
91.本公开实施例中通过延时处理得到窄脉冲信号的方式更加简便，并且，在进行延时处理时还能够通过调整延时时长，进而调整产生的窄脉冲的脉冲宽度，灵活生成所需窄脉冲激光。
92.在一些实施例中，继续参照图2，放大组件105包括依次电连接的第一放大器a1和第二放大器a2；其中，
93.第一放大器a1，被配置为对滤波后的初始窄脉冲信号进行一级幅度增强处理以获得放大窄脉冲信号；
94.第二放大器a2，被配置为对放大窄脉冲信号进行二级幅度增强处理以获得目标窄脉冲信号，并将目标窄脉冲信号输出至半导体激光器模块200，其中，第一放大器a1和第二放大器a2的增益参数不同。
95.这里，第一放大器a1和第二放大器a2可以为射频放大器，第一放大器a1和第二放大器a2的增益均可以调节。第一放大器a1和第二放大器a2的增益参数不同。一个射频放大器的最大增益约为20db，另一个射频放大器的最大增益约为16db。通过调节第一放大器a1和第二放大器a2的增益大小，最后得到幅度大于3v的目标窄脉冲信号。
96.实际应用中，相对于采用单级放大器实现信号放大时，单级放大器的增益较高。在单级放大器的增益与多级放大器的增益相当时，单级放大器的稳定性差。本实施例可采用第一放大器a1和第二放大器a2实现两级放大，也可以采用其他多级放大，实际应用中可以根据具体情况进行设定。
97.具体地，第一放大器a1的第一级放大可以为电压放大，可将滤波后的初始窄脉冲信号中的干扰信号去除，并对去除干扰信号后剩余的信号进行幅度放大。第二放大器a2的第二级放大可以为功率放大。
98.在一些实施例中，参照图4，激光发生器还包括：
99.第一电容c1，第一电容c1的一端与第二射频放大器的输出端连接，第一电容c1的另一端与半导体激光器模块200的输入端连接；第一电容c1，被配置为将窄脉冲输出模块100输出的目标窄脉冲信号耦合至半导体激光器模块200。
100.在一些实施例中，半导体激光器ld为激光二极管，第一电容c1可串联耦合到激光二极管的阴极。
101.目标窄脉冲信号的信号参数可以包括以下信号参数中的至少一项：工作频率为2ghz至3ghz；信号幅度大于3v；脉冲宽度小于200皮秒。
102.这里，触发信号可以为重复频率2.5ghz，脉宽不限的时钟信号，则输出的目标窄脉冲信号的信号参数可以包括工作频率为2.5ghz，信号幅度大于3v以及脉冲宽度小于200皮秒，但目标窄脉冲信号的信号参数不限于此，实际应用中可以根据输出窄脉冲激光的需求进行调整。
103.实际应用中，第一电容c1将窄脉冲输出模块100输出的目标窄脉冲信号耦合至激光二极管，激光二极管产生重复频率为2.5ghz，半高宽小于200皮秒的窄脉冲激光。
104.本公开实施例中，通过第一电感c1可以实现将输出的目标窄脉冲信号耦合至激光二极管，最终能够根据目标窄脉冲信号输出脉冲重复频率高且脉冲宽度窄的窄脉冲激光。
105.在一些实施例中，继续参照图4，激光发生器还包括：依次连接的控制单元300、数模转换器dac以及电压跟随器vf，电压跟随器vf的输出端与半导体激光器模块200的控制端连接；其中，
106.控制单元300，被配置为根据接收的激光发生指令，生成数字控制信号并输出至数模转换器dac；
107.数模转换器dac，被配置为接收控制单元300输出的数字控制信号，并将数字控制信号转换为模拟控制信号输出至电压跟随器vf；
108.所述电压跟随器vf，被配置为根据接收的模拟控制信号调整半导体激光器模块200的偏置电压，以调整半导体激光器模块200的输出激光参数。
109.在一些实施例中，控制单元300可以为现场可编程逻辑器件fpga，控制单元300根据激光发生指令进行控制。该激光发生指令可由上位机通过fpga的通信接口输入或者将激光发生指令事先编程存储于fpga中，实际应用中可以根据具体情况进行设定。
110.实际应用中，激光二极管产生的窄脉冲激光的重复频率为2.5ghz，半高宽小于200皮秒。
111.为了实现输出窄脉冲激光的重复频率为2.5ghz，脉冲宽度小于50皮秒，需要设置激光二极管的偏置电压(vbias)电路。偏置电压电路可以由数模转换器dac和电压跟随器vf组成，fpga通过控制数模转换器dac的输出来控制偏置电压vbias的大小，从而控制激光二极管的输出激光参数。
112.需要说明的是，激光发生器还包括：第一电感l1，第一电感l1的一端与电压跟随器vf的输出端连接，第一电感l1的另一端与半导体激光器模块200的输入端连接；第一电感l1，被配置为将电压跟随器vf输出的偏置电压耦合至半导体激光器模块200。第一电感l1串联耦合到激光二极管的阴极。
113.在一些实施例中，在fpga中根据接收的激光发生指令，生成数字控制信号，并通过spi串口总线连接至数模转换器dac。数模转换器dac将fpga输出的数字控制信号转换为模拟控制信号，该模拟控制信号为模拟电压信号即偏置电压vbias。电压跟随器vf不改变数模转换器dac输出的偏置电压vbias，但对数模转换器dac输出阻抗进行变换，提高携带负载能力。
114.这里，第一电感l1将电压跟随器vf输出的模拟电压信号线性的转化为电流信号输出至激光二极管，该电流信号作为激光二极管的控制电流。激光二极管根据目标窄脉冲信号发出的窄脉冲激光的重复频率为2.5ghz，脉冲宽度小于200皮秒。通过该电流信号的变化观察输出的窄脉冲激光的脉冲宽度，当偏置电压vbias的值调节到一定值时(具体值与目标窄脉冲信号的波形相关，需要根据具体情况调节)，可以得到重复频率为2.5ghz，半高宽小于50皮秒的窄脉冲激光。
115.实际应用中，数模转换器dac输出的偏置电压vbias可以在0至-1.5v之间调节，电压跟随器vf输出的用于驱动激光二极管的控制电流需要大于50毫安，以满足激光二极管的驱动要求。
116.本公开实施例中，通过设置激光二极管的偏置电压(vbias)电路，偏置电压电路可以由数模转换器dac和电压跟随器vf组成，fpga通过控制数模转换器dac的输出来控制偏置电压vbias的大小，从而控制激光二极管的输出激光参数。将重复频率为2.5ghz，脉冲宽度小于200皮秒的窄脉冲激光调整为重复频率为2.5ghz，脉冲宽度小于50皮秒的窄脉冲激光，最终实现输出脉冲重复频率高且脉冲宽度窄的窄脉冲激光。
117.在一些实施例中，继续参照图4，半导体激光器模块200包括：半导体制冷片tec和半导体激光器ld；半导体激光器ld设置于半导体制冷片tec上；
118.激光发生器还包括：
119.温度控制模块400，温度控制模块400的一端与控制单元300电连接，温度控制模块400的另一端与半导体制冷片tec电连接，
120.温度控制模块400，被配置为根据接收的控制单元300输出的温度控制信号，向半导体制冷片tec输出电流控制信号；
121.半导体制冷片tec，被配置为根据接收的电流控制信号改变电流，以改变半导体制冷片tec的温度，以改变半导体激光器ld的温度。
122.在一些实施例中，半导体制冷片tec可对半导体激光器ld输出的激光频率进行控
制。通过控制半导体激光器ld的温度，使半导体激光器ld产生激光的频率控制在重复频率为2.5ghz附近。
123.这里，控制单元300可以为现场可编程逻辑器件fpga，fpga设定半导体激光器ld的工作温度，fpga向温度控制模块400写入温度设定值，并将该温度设定值通过温度控制信号输出至温度控制模块400。
124.温度控制模块400将该温度控制信号转换为电流控制信号，并输出电流控制信号至半导体制冷片tec，改变半导体制冷片tec的电流，半导体制冷片tec的电流变化会产生温度变化，使半导体制冷片tec的温度达到温度设定值，则半导体激光器ld工作于该温度设定值，避免过高或者过低温度对半导体激光器ld的影响，半导体激光器ld可以实现激光稳定输出。
125.实际应用中，温度设定值可为，可根据设计需要选取半导体激光器ld的工作温度在30℃至60℃之间的某一特定温度值。这里，半导体激光器ld的温度设定值可以为35℃。
126.本公开实施例中，温度每升高1℃，半导体激光器ld的发光强度可能会相应地减少1％左右，温度变化还可能导致输出激光的波长变化。因此，为使半导体激光器ld可以实现激光稳定输出，通过调节半导体制冷片tec的温度达到温度设定值，使半导体激光器ld工作于该温度设定值，避免过高或者过低温度对半导体激光器ld的影响。
127.进一步地，所述窄脉冲激光的脉冲重复频率为2ghz至3ghz；
128.和/或，
129.所述窄脉冲激光的半高宽小于50皮秒。
130.在一些实施例中，目标窄脉冲信号的信号参数包括工作频率为2.5ghz，信号幅度大于3v以及脉冲宽度小于200皮秒，激光二极管产生与目标窄脉冲信号具有相同重复频率和脉冲宽度的窄脉冲激光，则窄脉冲激光的重复频率为2.5ghz，脉冲宽度小于200皮秒。
131.实际应用中，通过fpga通过控制数模转换器dac的输出来控制激光二极管的偏置电压vbias的大小，从而控制激光二极管的输出，实现输出窄脉冲激光的重复频率为2.5ghz，半高宽小于50皮秒。本公开实现了重复频率为2.5ghz、半高宽小于50皮秒的窄脉冲激光，可用于量子通信等需要高重复频率的窄脉冲激光光源的领域。
132.根据本公开实施例的第二方面，提供了一种产生激光的方法，参照图5，所述产生激光的方法包括：
133.s10，在接收到触发信号时，将所述触发信号扩展成第一脉冲信号和第二脉冲信号；其中，所述第一脉冲信号和所述第二脉冲信号相位相反；
134.s20，对所述第一脉冲信号相对于所述第二脉冲信号进行延时处理，且对所述第二脉冲信号和延时后的所述第一脉冲信号进行逻辑运算以获得目标窄脉冲信号；
135.s30，根据所述目标窄脉冲信号输出窄脉冲激光。
136.在一些实施例中，在接收到触发信号时，可以通过一延时组件将触发信号扩展成相位相反的第一脉冲信号和第二脉冲信号，并对第一脉冲信号相对于第二脉冲信号进行延时处理。
137.实际应用中，第一脉冲信号和第二脉冲信号相位相反，通过延时组件输出没有延时的第二脉冲信号和延时预设时间的第一脉冲信号。其中，延时预设时间可包括50至500皮秒。这里，延时的预设时间可包括200皮秒，这样，输出的延时后的第一脉冲信号相对于第二
脉冲信号延时200皮秒。
138.在一些实施例中，可以通过逻辑块对没有延时的第二脉冲信号和延时后的第一脉冲信号进行逻辑运算以获得目标窄脉冲信号。
139.这里，逻辑块可以采用逻辑与门，通过逻辑与门进行输入信号的与运算输出目标窄脉冲信号。延时的预设时间可包括200皮秒，则延时后的第一脉冲信号和没有延时的第二脉冲信号通过逻辑与门输出的目标窄脉冲信号为宽度为200皮秒的窄脉冲信号。
140.在一些实施例中，将目标窄脉冲信号输出至半导体激光器，该半导体激光器可根据接收的目标窄脉冲信号输出窄脉冲激光。
141.实际应用中，半导体激光器为激光二极管，目标窄脉冲信号被耦合至激光二极管，激光二极管产生与目标窄脉冲信号具有相同重复频率和脉冲宽度的窄脉冲激光。
142.在一些实施例中，触发信号一般是上升沿信号，脉宽不限，本实施例中输入的触发信号可以为重复频率2.5ghz、脉宽不限的时钟信号。该触发信号经过一段传输距离后可能存在一定干扰，为了提升触发信号的信号质量，在接收到触发信号时，对触发信号进行滤波后执行将所述触发信号扩展成第一脉冲信号和第二脉冲信号的步骤。
143.这里，该触发信号通过滤波一方面可以使触发信号的信号脉宽变得更窄，另一方面可以滤除触发信号中的部分噪声。
144.在步骤s30中，目标窄脉冲信号的信号参数可以包括工作频率为2.5ghz，信号幅度大于3v以及脉冲宽度小于200皮秒，接收到目标窄脉冲信号的激光二极管产生与目标窄脉冲信号具有相同重复频率和脉冲宽度的窄脉冲激光，则窄脉冲激光的重复频率为2.5ghz，脉冲宽度小于200皮秒。
145.这里，控制激光二极管的偏置电压vbias的大小，从而控制激光二极管的输出，实现输出窄脉冲激光的重复频率为2.5ghz，脉冲宽度小于50皮秒。本公开实现了重复频率为2.5ghz、半高宽小于50皮秒的窄脉冲激光，可用于量子通信等需要高重复频率的窄脉冲激光光源的领域。
146.本公开实施例中在接收到触发信号时，将触发信号扩展成第一脉冲信号和第二脉冲信号；其中，第一脉冲信号和第二脉冲信号相位相反；对第一脉冲信号相对于第二脉冲信号进行延时处理，且对第二脉冲信号和延时后的第一脉冲信号进行逻辑运算以获得目标窄脉冲信号；根据所述目标窄脉冲信号输出窄脉冲激光。由于延时处理得到的延时差极短则目标窄脉冲信号的脉冲宽度极窄，在输入频率高的触发信号时，能够根据该目标窄脉冲信号输出脉冲重复频率高且脉冲宽度窄的窄脉冲激光。相对于使用昂贵且承受较高维护成本的复杂设备生成激光的传统方式，本公开实施例产生窄脉冲激光的方式更加简便，并且，在进行延时处理时还能够通过调整延时时长，进而调整产生的窄脉冲的脉冲宽度，灵活生成所需窄脉冲激光。
147.在一些实施例中，步骤s20，包括：
148.通过第一信号线传输所述第一脉冲信号，并通过第二信号线传输所述第二脉冲信号；其中，所述第一信号线的长度大于所述第二信号线的长度；
149.对所述第二脉冲信号和延时后的所述第一脉冲信号进行逻辑运算以获得初始窄脉冲信号；
150.对所述初始窄脉冲信号进行滤波；
151.对滤波后的所述初始窄脉冲信号进行幅度增强处理以获得目标窄脉冲信号。
152.实际应用中，通过第二信号线输出没有延时的第二脉冲信号，通过第一信号线输出延时预设时间的第一脉冲信号。
153.延时预设时间的单位一般以最终输出的窄脉冲激光半高宽的宽度为单位。例如输出窄脉冲半高宽的宽度需求是50皮秒，那么延时预设时间可设置为50皮秒的倍数，如50皮秒，100皮秒，150皮秒，200皮秒等。这里，延时的预设时间设定为200皮秒，但延时的预设时间不限于此，实际应用中可以根据具体情况进行设定。
154.在一些实施例中，对第二脉冲信号和延时后的第一脉冲信号进行输入信号的与运算获得脉冲宽度为200皮秒的初始窄脉冲信号。
155.在一些实施例中，由于初始窄脉冲信号经过一段传输距离后，信号的边沿可能会产生恶化和畸变。为了保证脉冲信号中信号边沿的陡峭，对经过延时处理和逻辑与运算输出的初始窄脉冲信号进行滤波。
156.这里，初始窄脉冲信号可以经过一高速比较器，高速比较器的型号可以为adcmp567，实际应用中可以根据具体情况进行设定。高速比较器一方面可以使初始窄脉冲信号的信号脉宽变得更窄，另一方面可以滤除初始窄脉冲信号中的干扰脉冲。由此得到的初始窄脉冲信号的脉冲宽度约为120皮秒，幅度约为200毫伏。
157.在一些实施例中，由于滤波后的初始窄脉冲信号的脉宽较窄但幅度较低，为了提升滤波后的初始窄脉冲信号的信号幅度，对滤波后的初始窄脉冲信号进行幅度增强处理以获得目标窄脉冲信号。
158.实际应用中，经过幅度增强处理得到一个幅度较大、脉宽较窄的目标窄脉冲信号，该目标窄脉冲信号为负窄脉冲信号。其中，负窄脉冲信号为一个由高电平跳变到低电平，然后再由低电平跳变到高电平的窄脉冲信号。也就是说，负窄脉冲信号的波形变化是先下降沿然后持续一段低电平后再有一个上升沿。
159.这里，可以对滤波后的初始窄脉冲信号进行两级幅度增强处理以获得目标窄脉冲信号。其中，可以通过不同增益参数的第一放大器和第二放大器实现两级幅度增强处理。
160.实际应用中，相对于采用单级放大器实现信号放大时，单级放大器的增益较高。在单级放大器的增益与多级放大器的增益相当时，单级放大器的稳定性差。本实施例可采用第一放大器和第二放大器实现两级放大，也可以采用其他多级放大，实际应用中可以根据具体情况进行设定。这里，第一放大器和第二放大器可以为射频放大器，第一放大器和第二放大器的增益均可以调节。其中，一个射频放大器的最大增益约为20db，另一个射频放大器的最大增益约为16db。通过调节第一放大器和第二放大器的增益大小，最后得到幅度大于3v的目标窄脉冲信号。
161.在一些实施例中，触发信号输入后通过滤波处理、延时处理、逻辑与运算、再次滤波以及幅度增强处理后输出目标窄脉冲信号。目标窄脉冲信号的信号参数可以包括以下信号参数中的至少一项：工作频率为2ghz至3ghz；信号幅度大于3v；脉冲宽度小于200皮秒。
162.这里，触发信号可以为重复频率2.5ghz，脉宽不限的时钟信号，则输出的目标窄脉冲信号的信号参数可以包括工作频率为2.5ghz，信号幅度大于3v以及脉冲宽度小于200皮秒，但目标窄脉冲信号的信号参数不限于此，实际应用中可以根据输出窄脉冲激光的需求进行调整。
163.在一些实施例中，通过激光二极管产生与目标窄脉冲信号具有相同重复频率和脉冲宽度的窄脉冲激光，则窄脉冲激光的重复频率可以为2.5ghz，脉冲宽度小于200皮秒。
164.实际应用中，可以采用fpga通过控制数模转换器的输出来控制激光二极管的偏置电压vbias的大小，从而控制激光二极管的输出，实现输出窄脉冲激光的重复频率为2.5ghz，半高宽小于50皮秒，本公开实现了重复频率为2.5ghz、半高宽小于50皮秒的窄脉冲激光，可用于量子通信等需要高重复频率的窄脉冲激光光源的领域。本公开实施例中通过延时处理和逻辑运算后形成以该延时差为脉冲宽度的窄脉冲信号，但是为了进一步提升了窄脉冲信号的信号质量，还通过高速比较器进行信号滤波处理，使信号的信号脉宽变得更窄，滤除信号中的部分噪声，对信号进行幅度增强处理得到一个幅度较大、脉宽较窄的信号，最终能够根据目标窄脉冲信号输出脉冲重复频率高且脉冲宽度窄的窄脉冲激光，满足窄脉冲激光光源需求。
165.在本公开所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，如：多个单元或组件可以结合，或可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的各组成部分相互之间的耦合、或直接耦合、或通信连接可以是通过一些接口，设备或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性的、机械的或其它形式的。
166.上述作为分离部件说明的单元可以是、或也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是、或也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，也可以分布到多个网络单元上；可以根据实际的需要选择其中的部分或全部单元来实现本实施例方案的目的。
167.另外，在本公开各实施例中的各功能单元可以全部集成在一个处理模块中，也可以是各单元分别单独作为一个单元，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中；上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：移动存储设备、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
168.本公开所提供的几个方法实施例中所揭露的方法，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的方法实施例。
169.本公开所提供的几个产品实施例中所揭露的特征，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的产品实施例。
170.本公开所提供的几个方法或设备实施例中所揭露的特征，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的方法实施例或设备实施例。
171.以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。