專利名稱：連續(xù)可調(diào)納秒脈沖半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體激光器的驅(qū)動(dòng)電源，是一種連續(xù)可調(diào)納秒脈沖半 導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)電源。
技術(shù)背景脈沖式半導(dǎo)體激光器具有體積小、效率高、壽命長(zhǎng)、價(jià)格低廉等優(yōu) 點(diǎn)，現(xiàn)在得到了越來越廣泛的應(yīng)用。在激光通訊、激光雷達(dá)、高速攝影、 抽運(yùn)固體激光器、激光測(cè)距等諸多領(lǐng)域備受青睞。為了得到高頻大幅度、 納秒的光脈沖，需用納秒級(jí)的電脈沖驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體激光器。目前，獲得電脈沖常采用雪崩晶體管、可控硅、絕緣柵雙極性晶體 管和階躍恢復(fù)二極管等。雪崩管輸出激勵(lì)器，可以獲得較好的波形，但 在工程應(yīng)用方面還存在一些問題雪崩管單管不能提供大電流，為了獲 得工作所需的電流需要把多個(gè)雪崩管并聯(lián)使用，需要解決好同步觸發(fā)、 電流的等量分配等技術(shù)問題，否則易產(chǎn)生雙峰或反沖；輸出脈寬連續(xù)可 調(diào)比較困難；雪崩管需要很大的電壓驅(qū)動(dòng)，這在高頻信號(hào)中很容易產(chǎn)生 串繞。 一般的場(chǎng)效應(yīng)管，可控硅開關(guān)時(shí)間比較長(zhǎng)，要做到數(shù)ns是比較困 難的，不適合于窄脈沖電源的產(chǎn)生。雙極性晶體管和階躍恢復(fù)二極管產(chǎn) 生的窄脈沖電流不能做得很大，難以產(chǎn)生大電流。由于半導(dǎo)體激光器一般都比較昂貴，因此驅(qū)動(dòng)電源還需提供有效的 保護(hù)機(jī)制，對(duì)脈沖半導(dǎo)體激光器保護(hù)方式主要是采用軟啟動(dòng)、電源濾波 等方式，但這些還不夠周全。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種 連續(xù)可調(diào)的納秒脈沖激光驅(qū)動(dòng)電源，該驅(qū)動(dòng)電源應(yīng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能 穩(wěn)定、對(duì)所驅(qū)動(dòng)的半導(dǎo)體激光器安全保護(hù)和脈沖寬度、峰值電流、重頻 可調(diào)的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種連續(xù)可調(diào)納秒脈沖半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)電源，其特點(diǎn)是它由方波 發(fā)生器、脈沖整形放大電路、功率放大電路和保護(hù)電路構(gòu)成，方波發(fā)生 器用來產(chǎn)生一定頻率的方波；脈沖整形放大電路將方波整形成窄脈沖信 號(hào)并放大；功率放大電路用來產(chǎn)生最后的脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體激 光器；保護(hù)電路用來保護(hù)半導(dǎo)體激光器的正常工作，其連接關(guān)系如下-所述的方波發(fā)生器的輸出端接所述的脈沖整形放大電路的輸入端； 該脈沖整形放大電路的輸出端接所述的功率放大電路中場(chǎng)效應(yīng)管的柵 極；所述的功率放大電路的場(chǎng)效應(yīng)管的源極接所述的保護(hù)電路電壓的輸 出端，漏極為本驅(qū)動(dòng)電源的正極輸出端，本驅(qū)動(dòng)電源的負(fù)極輸出端和第 一電阻與所述的保護(hù)電路的比較器的負(fù)向輸入端的節(jié)點(diǎn)相連，所述的第 一電阻的另一端接地；所述的保護(hù)電路的比較器的正向輸入端接參考電壓，該比較器的輸 出端接到所述的單穩(wěn)觸發(fā)器的第7端口；第二電阻的一端和第一電容的 一端接單穩(wěn)觸發(fā)器的第1端口；第二電阻的另一端接+ 5V外部電源， 第一電容的另一端接地；單穩(wěn)觸發(fā)器的第2端口接地；單穩(wěn)觸發(fā)器的第 3端口接場(chǎng)效應(yīng)管的柵極，該場(chǎng)效應(yīng)管的源極接到+ 30V外部電源，該 場(chǎng)效應(yīng)管的漏極接第三電阻的一端并為本保護(hù)電路的輸出端，該第三電 阻的另一端接地。所述的方波發(fā)生器是具有不同頻率方波輸出的方波發(fā)生器，從而實(shí)現(xiàn)不同重頻的脈沖輸出。所述的脈沖整形放大電路輸出納秒量級(jí)的脈沖。所述的場(chǎng)效應(yīng)管為高速場(chǎng)效應(yīng)管。本發(fā)明為了實(shí)現(xiàn)脈寬，重頻，峰值電流連續(xù)可調(diào)，采用高速場(chǎng)效應(yīng) 管做為開關(guān)，由于場(chǎng)效應(yīng)管為電壓控制的電流器件，因此調(diào)節(jié)輸入柵極 脈沖的幅度即可調(diào)節(jié)峰值電流；調(diào)節(jié)柵極脈沖的脈寬和重頻即可調(diào)節(jié)通
過半導(dǎo)體激光器的信號(hào)的脈寬和重頻。為了保護(hù)半導(dǎo)體激光器的安全，使通過半導(dǎo)體激光器的脈沖峰值電 流不超過最大值，采用一個(gè)高速比較器監(jiān)測(cè)通過半導(dǎo)體激光器的峰值電 流所形成的電壓， 一旦超過設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)參考電壓，即產(chǎn)生一個(gè)高電平脈 沖信號(hào)，該信號(hào)通過單穩(wěn)觸發(fā)器之后產(chǎn)生一個(gè)低電平的連續(xù)信號(hào)，該信 號(hào)使場(chǎng)效應(yīng)管關(guān)斷，從而切斷電源，達(dá)到自斷電的目的。其工作過程如下先由方波發(fā)生器產(chǎn)生一定頻率的方波；該方波通過脈沖整形放大電 路后產(chǎn)生脈寬為納秒量級(jí)，幅度為十伏左右的窄脈沖信號(hào)，該窄脈沖信 號(hào)通過高速場(chǎng)效應(yīng)管進(jìn)行功率放大，產(chǎn)生最后的脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體激光器。最終的脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)的脈寬15ns 連續(xù)可調(diào)，峰值電流0 一20A連續(xù)可調(diào)，重頻1HZ—1MHZ連續(xù)可調(diào)。通過一個(gè)用于探測(cè)的第 一電阻R1探測(cè)通過半導(dǎo)體激光器的電流所形成的電壓，并與標(biāo)準(zhǔn)參考 電壓通過比較器進(jìn)行比較，比較的結(jié)果通過單穩(wěn)觸發(fā)器進(jìn)行脈沖展寬之 后，送到場(chǎng)效應(yīng)管的柵極，如果通過半導(dǎo)體激光器的電流過大則關(guān)斷場(chǎng) 效應(yīng)管，從而切斷電源，以保護(hù)半導(dǎo)體激光器的安全。本發(fā)明的技術(shù)效果1、 本發(fā)明的電源其性能參數(shù)如下(1) 脈沖重復(fù)頻率1HZ—1MHZ連續(xù)可調(diào)；(2) 脈沖寬度最窄可達(dá)15ns，連續(xù)可調(diào)；(3) 輸出脈沖電流0—20A可調(diào)；(4) 帶自動(dòng)斷電保護(hù)。2、 本發(fā)明同采用雪崩管的同類電源相比，易于實(shí)現(xiàn)輸出脈寬連續(xù)可調(diào)。3、 本發(fā)明同采用雙極性晶體管和階躍恢復(fù)二極管產(chǎn)生的窄脈沖電源 相比，易于實(shí)現(xiàn)大峰值電流。4、 本發(fā)明同采用可控硅的電源相比，脈沖寬度最窄可達(dá)到15ns。5、 本發(fā)明具備自斷電保護(hù)，有效保證半導(dǎo)體激光器的安全。以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。


圖1為本發(fā)明的連續(xù)可調(diào)納秒脈沖半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)電源的結(jié)構(gòu)框圖。圖2為驅(qū)動(dòng)電源工作過程波形圖。 圖3為保護(hù)電路工作過程波形圖。
具體實(shí)施方式
請(qǐng)參閱圖1，圖1為本發(fā)明的連續(xù)可調(diào)納秒脈沖半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng) 電源的結(jié)構(gòu)框圖。由圖可見，本發(fā)明連續(xù)可調(diào)納秒脈沖半導(dǎo)體激光器驅(qū) 動(dòng)電源，由方波發(fā)生器U1、脈沖整形放大電路U2、功率放大電路U3 和保護(hù)電路U4構(gòu)成，其連接關(guān)系如下所述的方波發(fā)生器U1的輸出端接所述的脈沖整形放大電路U2的 輸入端；該脈沖整形放大電路U2的輸出端接所述的功率放大電路U3 中場(chǎng)效應(yīng)管Ql的柵極；場(chǎng)效應(yīng)管Ql的源極接所述的保護(hù)電路U4的 輸出端Vcc，漏極為本驅(qū)動(dòng)電源的正極輸出端，本驅(qū)動(dòng)電源的負(fù)極輸出 端和第一電阻Rl與所述的保護(hù)電路U4的比較器Q2的負(fù)向輸入端的節(jié) 點(diǎn)相連，所述的第一電阻R1的另一端接地；所述的保護(hù)電路U4的比較器Q2的正向輸入端接參考電壓Vr，比 較器Q2的輸出端接到單穩(wěn)觸發(fā)器Q4的第7端口 ；第二電阻R2的一端 和第一電容C1的一端接單穩(wěn)觸發(fā)器Q4的第1端口；第二電阻R2的另 一端接+ 5V外部電源，第一電容C1的另一端接地；單穩(wěn)觸發(fā)器Q4的 第2端口接地；單穩(wěn)觸發(fā)器Q4的第3端口接場(chǎng)效應(yīng)管Q3的柵極，該場(chǎng)效應(yīng)管Q3的源極接到+30V外部電源，該場(chǎng)效應(yīng)管Q3的漏極接第 三電阻R3的一端并為本保護(hù)電路U4的輸出端Vcc，該第三電阻R3的 另一端接地。本保護(hù)電路U4的輸出端Vcc輸出的電壓施加到場(chǎng)效應(yīng)管 Ql的源極。所述的方波發(fā)生器Ul是具有不同頻率方波輸出的方波發(fā)生器，從 而實(shí)現(xiàn)不同重頻的脈沖輸出。所述的脈沖整形放大電路U2輸出納秒量級(jí)的脈沖。 所述的脈沖放大電路U3中的場(chǎng)效應(yīng)管Ql為高速場(chǎng)效應(yīng)管。 的連續(xù)可調(diào)納秒脈沖半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)電源，先由方波發(fā)生器Ul 產(chǎn)生一定頻率的方波，該方波占空比為50%，且重復(fù)頻率可以調(diào)節(jié)； 該方波通過脈沖整形放大電路U2進(jìn)行整形，產(chǎn)生脈寬為納秒量級(jí)，幅 度為十多伏左右的窄脈沖信號(hào)，該窄脈沖信號(hào)的脈沖寬度可調(diào)，重復(fù)頻 率即為方波的重復(fù)頻率；窄脈沖信號(hào)通過高速場(chǎng)效應(yīng)管Ql進(jìn)行功率放 大，產(chǎn)生最后的脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體激光器。最終的脈沖驅(qū)動(dòng)信 號(hào)脈寬15ns 連續(xù)可調(diào)，峰值電流0—20A連續(xù)可調(diào)，重頻1HZ—1MHZ 連續(xù)可調(diào)。通過一個(gè)探測(cè)電阻R1探測(cè)通過半導(dǎo)體激光器的電流，并與標(biāo)準(zhǔn)的參考電壓Vr通過比較器Q2進(jìn)行比較，比較的結(jié)果通過單穩(wěn)觸發(fā)器Q4進(jìn)行脈沖展寬之后，接到場(chǎng)效應(yīng)管Q3的柵極，如果通過半導(dǎo)體激光器的電流過大則關(guān)斷場(chǎng)效應(yīng)管Q3，從而切斷半導(dǎo)體激光器LD的電源Vcc，保護(hù)半導(dǎo)體激光器的安全。圖2為本發(fā)明驅(qū)動(dòng)電源工作過程波形圖，第一個(gè)為方波發(fā)生器Ul 輸出的波形，下面為第二個(gè)為脈沖整形放大電路U2輸出的波形，第三
個(gè)為半導(dǎo)體激光器LD兩端的波形。圖3為保護(hù)電路工作過程波形圖，當(dāng)半導(dǎo)體激光器LD兩端的峰值 電流超過設(shè)定的電壓Vr時(shí)所發(fā)生的情況。第一個(gè)為半導(dǎo)體激光器LD 兩端的波形，第二個(gè)為比較器Q2的輸出波形，第三個(gè)為單穩(wěn)觸發(fā)器 Q4的輸出波形，第四個(gè)為電源Vcc的波形。綜上所述，本發(fā)明的半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)電源，與在先技術(shù)相比，具 有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，保護(hù)機(jī)制完善等特點(diǎn)；具有脈沖寬度、峰值電 流、重頻可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1、一種連續(xù)可調(diào)納秒脈沖半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)電源，其特征在于它由方波發(fā)生器(U1)、脈沖整形放大電路(U2)、功率放大電路(U3)和保護(hù)電路(U4)構(gòu)成，其連接關(guān)系如下所述的方波發(fā)生器(U1)的輸出端接所述的脈沖整形放大電路(U2)的輸入端；該脈沖整形放大電路(U2)的輸出端接所述的功率放大電路(U3)中場(chǎng)效應(yīng)管(Q1)的柵極；所述的功率放大電路(U3)的場(chǎng)效應(yīng)管(Q1)的源極接所述的保護(hù)電路電壓(U4)的輸出端(Vcc)，漏極為本驅(qū)動(dòng)電源的正極輸出端，本驅(qū)動(dòng)電源的負(fù)極輸出端和第一電阻(R1)與所述的保護(hù)電路(U4)的比較器(Q2)的負(fù)向輸入端的節(jié)點(diǎn)相連，所述的第一電阻(R1)的另一端接地；所述的保護(hù)電路(U4)的比較器(Q2)的正向輸入端接參考電壓(Vr)，比較器(Q2)的輸出端接到單穩(wěn)觸發(fā)器(Q4)的第7端口；第二電阻(R2)的一端和第一電容(C1)的一端接單穩(wěn)觸發(fā)器(Q4)的第1端口；第二電阻(R2)的另一端接+5V外部電源，第一電容(C1)的另一端接地；單穩(wěn)觸發(fā)器(Q4)的第2端口接地；單穩(wěn)觸發(fā)器(Q4)的第3端口接作為開關(guān)的場(chǎng)效應(yīng)管(Q3)的柵極，該場(chǎng)效應(yīng)管(Q3)的源極接到+30V外部電源，該場(chǎng)效應(yīng)管(Q3)的漏極接第三電阻(R3)的一端并為本保護(hù)電路(U4)的輸出端(Vcc)，該第三電阻(R3)的另一端接地。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)可調(diào)納秒脈沖半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)電 源，其特征在于所述的方波發(fā)生器(Ul)是具有不同頻率方波輸出的 方波發(fā)生器，從而實(shí)現(xiàn)不同重頻的脈沖輸出。
3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)可調(diào)納秒脈沖半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)電 源，其特征在于所述的脈沖整形放大電路(U2)輸出納秒量級(jí)的脈沖。
4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)可調(diào)納秒脈沖半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)電源， 其特征在于所述的脈沖放大電路(U3)中的場(chǎng)效應(yīng)管(Ql)為高速場(chǎng)效應(yīng)管。
全文摘要
一種連續(xù)可調(diào)納秒脈沖半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)電源，包括方波發(fā)生器、脈沖整形放大電路、功率放大電路和保護(hù)電路。本發(fā)明電源的特點(diǎn)是(1)輸出脈沖參數(shù)連續(xù)可調(diào)，具體為峰值電流0～20A、脈寬10～200ns、重頻1HZ～1MHZ連續(xù)可調(diào)；(2)帶自斷電保護(hù)，能有效保證半導(dǎo)體激光器的安全工作。
文檔編號(hào)H01S5/062GK101132114SQ20071004514
公開日2008年2月27日 申請(qǐng)日期2007年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月22日
發(fā)明者軍 周, 張壽棋, 樓祺洪, 董景星, 魏運(yùn)榮 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所