專利名稱：脈沖半導(dǎo)體激光器測試設(shè)備用電源驅(qū)動裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體激光器技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及一種可對脈沖半導(dǎo)體激光 器性能參數(shù)進行檢測的測試設(shè)備，尤其涉及這種測試設(shè)備用于驅(qū)動被檢大功 率半導(dǎo)體激光器的一種電源驅(qū)動裝置。
背景技術(shù)：
脈沖半導(dǎo)體激光器和普通半導(dǎo)體激光器相比，具有體積小，效率高，壽 命長等優(yōu)點。目前在激光通信、激光雷達、激光制導(dǎo)、激光測距等各個領(lǐng)域
得到廣泛應(yīng)用。近年來國產(chǎn)半導(dǎo)體激光器技術(shù)的日趨成熟，峰值功率在ioow
以上的大功率半導(dǎo)體激光器己經(jīng)在市場出現(xiàn)，廣受工程應(yīng)用者的親睞。
在半導(dǎo)體激光器使用前，需要對其激光性能參數(shù)進行檢測，看是否滿足 使用要求。由于半導(dǎo)體激光器和其它的電子產(chǎn)品不同，在性能測試時需要給 被檢半導(dǎo)體激光器提供特定的電源驅(qū)動。然而，隨著國產(chǎn)脈沖半導(dǎo)體激光器
技術(shù)的不斷發(fā)展，其輸出功率峰值也由幾十瓦增大到ioow以上，因此，在脈
沖半導(dǎo)體激光器性能檢測的實際應(yīng)用中，測試設(shè)備中的電源驅(qū)動裝置也遇到
以下新問題
1、 由于100W以上的脈沖半導(dǎo)體激光器需要40A以上的穩(wěn)定驅(qū)動電流來 驅(qū)動，如果仍采用峰值功率在幾十瓦的脈沖半導(dǎo)體激光器的驅(qū)動模式，即由 線性電源和開關(guān)管構(gòu)成的電源驅(qū)動裝置進行驅(qū)動，那么線性電源的體積和重 量將會增大好幾倍，而且價格也相當(dāng)昂貴。
2、 由于脈沖半導(dǎo)體激光器為半導(dǎo)體器件，具有半導(dǎo)體材料的基本特性即 反向電壓不穩(wěn)定時容易擊穿的特性。對于幾十瓦的脈沖半導(dǎo)體激光器而言，
由于激光器所要求的驅(qū)動電流比較小，因此目前通用的驅(qū)動電路中寄生電感 產(chǎn)生的電流尖峰和毛刺還不至于影響到激光器的性能。然而對于ioow以上的 大功率脈沖半導(dǎo)體激光器而言，驅(qū)動電路中的這些電流尖峰和毛刺對激光器 的性能影響就是致命的。
3、無論是幾十瓦還是100W以上的脈沖半導(dǎo)體激光器一般都工作在高頻環(huán)
境下，靜電對它會造成很大的傷害。然而，在目前的測試中，電源驅(qū)動裝置 與被檢脈沖半導(dǎo)體激光器之間是采用焊接方式來實現(xiàn)兩者的電連接。這樣， 在檢測前的焊接操作過程中，電烙鐵上的靜電很容易損壞昂貴的激光器，而 且在焊接過程中，人體的靜電也有可能給激光器帶來不利后果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，為脈沖半導(dǎo)體激光器性能測試設(shè)備提供一
種可以驅(qū)動100W 300W的脈沖半導(dǎo)體激光器的電源驅(qū)動裝置，該電源驅(qū)動裝 置不僅可以抑制電路中的尖峰、毛刺對被檢激光器的性能影響，同時在實施 測試時，還無需與被檢激光器之間進行焊接。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的電源驅(qū)動裝置包括焊接在同一驅(qū)動 模塊上的電池組、可調(diào)DC-DC變換器、脈沖信號發(fā)生電路、信號選擇開關(guān)、 脈沖整形放大電路、激光器驅(qū)動電路、儲能濾波電路，所述電池組提供的直 流電壓經(jīng)過所述可調(diào)DC-DC變換器變換成測試所需的穩(wěn)定直流電壓；所述激 光器驅(qū)動電路含有場效應(yīng)管和分流電阻，其功能是為被檢脈沖半導(dǎo)體激光器 提供脈沖式驅(qū)動電流；所述脈沖信號發(fā)生電路功能是產(chǎn)生固定頻率的驅(qū)動信 號；所述信號選擇開關(guān)的功能是實現(xiàn)所述脈沖信號發(fā)生電路與外部驅(qū)動信號 源之間的切換；所述脈沖整形放大電路的功能是將所述脈沖信號發(fā)生電路產(chǎn) 生的驅(qū)動信號或外部驅(qū)動信號源輸出的驅(qū)動信號整形為脈寬在50 200ns之 間可調(diào)的脈沖信號并送入場效應(yīng)管的柵極；儲能濾波電路含有無極性儲能電 容和高頻濾波電容且兩者并聯(lián)，儲能濾波電路在所述場效應(yīng)管關(guān)閉時，由所
述可調(diào)DC-DC變換器的輸出電壓充電，在所述場效應(yīng)管導(dǎo)通時，向所述激光 器驅(qū)動電路放電；測試時，被檢脈沖半導(dǎo)體激光器接在所述分流電阻和場效 應(yīng)管的漏極之間。
根據(jù)本發(fā)明，所述的激光器驅(qū)動電路還包括毛刺尖峰抑制電路，該電路 含有電感、二極管和RC高頻濾波電路，電感和二極管均并聯(lián)在場效應(yīng)管的柵 極和源極之間且二極管的正極與源極相連，RC高頻濾波電路則接在場效應(yīng)管 的漏極和源極之間。
根據(jù)本發(fā)明，還包括含有安裝架、正極銅塊、負極銅塊的激光器安裝組 件，所述的安裝支架由導(dǎo)電材料制作且其上設(shè)有激光器安裝孔，所述負極銅 塊設(shè)有插針孔，正極銅塊和負極銅塊均固連在所述驅(qū)動模塊的同一個側(cè)面， 且正極銅塊、負極銅塊分別通過引線與所述激光驅(qū)動電路中的分流電阻、場 效應(yīng)管的漏極相連；測試時，被檢脈沖半導(dǎo)體激光器放置在所述安裝支架的 安裝孔中，激光器的正極與安裝孔接觸，而負極針則插到負極銅塊的插針孔 中，所述安裝支架和正極銅塊通過螺釘固連。
本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在以下幾個方面。
(一) 本發(fā)明的供電部分由電池、大范圍可調(diào)DC-DC變換器和儲能濾波
電路構(gòu)成，其電流輸出不受外界電源條件約束；此外，激光器驅(qū)動電路中采 用了場效應(yīng)管，與傳統(tǒng)的晶體管相比更容易實現(xiàn)窄脈沖大電流驅(qū)動。因此本 發(fā)明能夠提供30A 100A的驅(qū)動電流，可對峰值功率在100 300W的脈沖半 導(dǎo)體激光器進行驅(qū)動。與直接采用線性電源的現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有體 積小、無須外接電源、驅(qū)動電流可調(diào)的優(yōu)點。
(二) 本發(fā)明在激光器驅(qū)動電路中還增加了由電感、二極管和RC高頻濾 波電路構(gòu)成的毛刺尖峰抑制電路，不僅可以有效地抑制場效應(yīng)管在脈沖信號 驅(qū)動時產(chǎn)生的電流尖峰(毛刺)，同時還能有效濾除電路中寄生電感產(chǎn)生的電 流尖峰和毛刺。
(三) 本發(fā)明通過采用可導(dǎo)電的激光器安裝組件，使被檢激光器與本發(fā)
明之間只需簡單的機械連接而無需焊接就可實現(xiàn)兩者之間的電連接。由此很 好地解決了因焊接可能對被檢激光器造成的損壞，同時也方便了被檢激光器 的安裝與更換。
(四)本發(fā)明通過信號選擇開關(guān)可以將驅(qū)動模塊內(nèi)部的固定頻率信號發(fā) 生器切換為外部驅(qū)動信號源，用外部驅(qū)動信號源輸出的變頻信號對特定用途 的被檢脈沖激光器實施電流驅(qū)動，從而擴大了本發(fā)明的使用范圍。


圖1是本發(fā)明大功率脈沖半導(dǎo)體激光器電源驅(qū)動裝置的組成框圖。
圖2是圖1中所示的驅(qū)動模塊的電路示意圖。
圖3是本發(fā)明中驅(qū)動模塊與激光器安裝臺的連接關(guān)系示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖及優(yōu)選實施例對本發(fā)明作進一步的詳述。 正如圖1所示，本發(fā)明電源驅(qū)動裝置的優(yōu)選實施例由驅(qū)動模塊和激光器 安裝組件構(gòu)成。驅(qū)動模塊上焊接有電池組U1、可調(diào)DC-DC變換器U2、脈沖信 號發(fā)生電路、信號選擇開關(guān)、脈沖整形放大電路U5、激光器驅(qū)動電路U6、儲 能濾波電路U7。
根據(jù)圖2所示，電池組Ul、可調(diào)DC-DC變換器U2和儲能濾波電路U7構(gòu) 成了本實施例的供電部分，其功能是為被檢激光器LD提供脈沖驅(qū)動電流。電 池組Ul采用四節(jié)并聯(lián)的12V干電池，其功能是為可調(diào)DC-DC變換器U2和方 波信號發(fā)生器U3供電?？烧{(diào)DC-DC變換器U2為大范圍升壓DC變換器，它可 將電池組Ul提供的12V直流電壓輸入轉(zhuǎn)換成在25 100V范圍內(nèi)的穩(wěn)定直流 電壓輸出，可調(diào)DC-DC變換器U2的輸出將根據(jù)被檢激光器LD的驅(qū)動電流參 數(shù)來調(diào)整。儲能濾波電路U7含有并聯(lián)的無極性大容值儲能電容C3和高頻濾 波電容C2，其功能是為被檢激光器LD提供瞬間工作的大驅(qū)動電流，其范圍在
30A 100A。儲能電容C3采用容值為100000 ii F的無極性鉭電容，當(dāng)本發(fā)明 工作在最大驅(qū)動電流100A、放電周期200ns時，被檢激光器上的壓降可以控 制在0.5V左右，即電流的浮動為1A左右，精度為1%，滿足了被檢激光器的 恒流要求。高頻濾波電容C2的作用是濾除電池組m和可調(diào)DC-DC變換器U2 電路中所產(chǎn)生的高頻交流信號，高頻濾波電容C2采用容值為10000pF的鋁電 解電容。由于本發(fā)明的供電部分采用了可調(diào)DC-DC變換器和儲能電容，所以 電流輸出不受外界電源條件約束，并且可輸出30 100A左右的脈沖驅(qū)動電流。 脈沖信號發(fā)生電路U3的功能是為激光器驅(qū)動電路U6提供相應(yīng)的驅(qū)動信號， 一般為固定頻率信號發(fā)生電路。在本優(yōu)選實施例中，脈沖信號發(fā)生電路U3選 用方波信號發(fā)生器，該方波信號發(fā)生器U3為常用電路，它由555計數(shù)器和固 定阻值電阻制作而成，能夠產(chǎn)生頻率為2KHz的方波信號。當(dāng)信號選擇開關(guān)K1 與固定頻率信號發(fā)生器U3接通時，可對重復(fù)頻率在2KHz以內(nèi)的被檢半導(dǎo)體 激光器LD提供測試用的驅(qū)動信號。但是，對于一些特殊用途的被檢半導(dǎo)體激 光器LD而言，固定頻率信號發(fā)生器U3提供的脈沖信號是無法滿足被檢激光 器LD的性能檢測要求，需要特殊的驅(qū)動信號。例如，對用于激光通信中的脈 沖半導(dǎo)體激光器LD進行檢測時，要求驅(qū)動信號為變頻脈沖編碼信號，此時， 脈沖信號發(fā)生電路U3就由外部的信號發(fā)生源U4替代，并通過信號選擇開關(guān) Kl實現(xiàn)脈沖信號發(fā)生電路U3與外部驅(qū)動信號源U4之間的切換。脈沖整形放 大電路U5的功能是將脈沖信號發(fā)生電路輸出的方波信號或者是由外部驅(qū)動信 號源輸入的驅(qū)動信號變換為50ns 200ns ns級窄脈沖15V電壓信號去驅(qū)動場 效應(yīng)管Q1，該脈沖整形電路U5也為常用電路，是由四二輸入與非門4011和 可變電阻器所制作而成。激光器驅(qū)動電路U6含有場效應(yīng)管Q1、分流電阻R1 和毛刺尖峰抑制電路。分流電阻R1選用功率為0.5瓦、阻值為0.2歐姆的高 精度大功率陶瓷電阻，在該電阻R1的兩端接示波器可對提供給被檢激光器LD 的驅(qū)動電流進行實時監(jiān)視。場效應(yīng)管Q1的型號為AFR540，其柵極與脈沖整形 放大電路U5的輸出端連接，漏極依次通過被檢激光器LD和分流電阻Rl與儲
能濾波電路U7的正極連接，源極(接地極)與儲能濾波電路U7的負極連接
并接地。當(dāng)脈沖整形放大電路U5輸出的脈沖信號為低電平時，場效應(yīng)管Ql 關(guān)閉，可調(diào)DC-DC變換器U2輸出的直流電壓對儲能電容C3進行充電并使儲 能電容C3兩端的電壓與可調(diào)DC-DC變換器U2的輸出電壓相等；當(dāng)脈沖整形 放大電路U5輸出的脈沖信號為高電平時，場效應(yīng)管Q1導(dǎo)通，儲能電容C3迅 速放電驅(qū)動被檢激光器LD直到場效應(yīng)管Ql關(guān)閉。場效應(yīng)管Ql與傳統(tǒng)的晶體 管相比，更容易實現(xiàn)窄脈沖大驅(qū)動電流。毛刺尖峰抑制電路含有電感L、 二極 管D和由電阻R2和電容Cl構(gòu)成的高頻濾波電路，電感L和二極管D均并聯(lián) 在場效應(yīng)管Q1的柵極和源極之間，高頻濾波電路則接在場效應(yīng)管Ql的漏極 和源極之間。當(dāng)脈沖整形放大電路U5輸出的脈沖信號的高電平要加到場效應(yīng) 管Ql柵極時，由于電感L可以有效抑制突變電流和二極管D反向截止的特性， 使得15V電壓可不損耗地加到場效應(yīng)管Ql的柵極，而且脈沖前沿為2ns左右， 使場效應(yīng)管Q1迅速導(dǎo)通；當(dāng)脈沖信號由高電平轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娖降臅r候，由于電 感L抑制突變電流和二極管D正向?qū)ǖ墓δ?，使得場效?yīng)管Ql的柵極電壓 不會突然降為零，有效的抑制了電流毛刺和反向擊穿電壓的產(chǎn)生；此外，即 使電路中產(chǎn)生了毛刺和尖峰電流，那么接在場效應(yīng)管Q1漏極和源極之間的高 頻濾波電路也能以放電方式將其濾除，由此避免對被檢激光器LD造成傷害。
根據(jù)圖3所示，激光器安裝組件含有安裝架B3、正極銅塊B7、負極銅塊 B8、絕緣塊B6、緊固螺釘B2和沉頭螺釘B5。安裝架B3的材料為鋁板，且其 上設(shè)有激光器安裝螺孔和連接孔，激光器安裝螺孔的大小是根據(jù)被檢激光器 LD的外形尺寸而定的。正極銅塊B7設(shè)有螺紋孔。負極銅塊B8設(shè)有插針孔和 鎖定螺孔，正極銅塊B7和負極銅塊B8均焊接在驅(qū)動模塊Bl的同一個側(cè)面， 且正極銅塊B7、負極銅塊B8分別通過引線與激光驅(qū)動電路中的分流電阻R1、 場效應(yīng)管Q1的漏極相連。測試時，被檢激光器LD與安裝架B3的安裝螺孔配 合，激光器LD的正極與安裝螺孔接觸，而激光器LD的負極針則插到負極銅 塊B8的插針孔中并通過由鎖定螺孔伸進的緊固螺釘鎖定；沉頭螺釘則擰入安
裝架B3的連接孔和正極銅塊B6的螺紋孔；安裝架B3的底部通過絕緣塊B6 放在測試裝置的底座上。這樣，被檢激光器LD與本發(fā)明的驅(qū)動裝置之間就不 存在焊接，不僅可防止因焊接給被檢激光器LD帶來的靜電影響，而且被檢激 光器LD的安裝與拆換非常方便。
權(quán)利要求
1. 一種脈沖半導(dǎo)體激光器測試設(shè)備用電源驅(qū)動裝置，包括激光器驅(qū)動電路[U6]、脈沖信號發(fā)生電路[U3]、脈沖整形放大電路[U5]，其特征在于還包括電池組[U1]、可調(diào)DC-DC變換器[U2]、信號選擇開關(guān)[K1]、儲能濾波電路[U7]。所述電池組[U1]、可調(diào)DC-DC變換器[U2]、脈沖信號發(fā)生電路[U3]、信號選擇開關(guān)[K1]、脈沖整形放大電路[U5]和激光器驅(qū)動電路[U6]焊接在同一驅(qū)動模塊上；所述電池組[U1]提供的直流電壓經(jīng)過所述可調(diào)DC-DC變換器[U2]變換成測試所需的穩(wěn)定直流電壓；所述激光器驅(qū)動電路[U6]含有場效應(yīng)管[Q1]和分流電阻[R1]，其功能是為被檢脈沖半導(dǎo)體激光器[LD]提供脈沖式驅(qū)動電流；所述脈沖信號發(fā)生電路[U3]的功能是產(chǎn)生固定頻率的驅(qū)動信號；所述信號選擇開關(guān)[K1]的功能是實現(xiàn)所述脈沖信號發(fā)生電路與外部驅(qū)動信號源之間的切換；所述脈沖整形放大電路[U5]的功能是將所述脈沖信號發(fā)生電路[U3]產(chǎn)生的驅(qū)動信號或外部驅(qū)動信號源[U4]輸入的驅(qū)動信號整形為脈寬在50～200ns之間可調(diào)的脈沖信號并送入場效應(yīng)管[Q1]的柵極；儲能濾波電路[U7]含有無極性儲能電容[C3]和高頻濾波電容[C2]且兩者并聯(lián)，儲能濾波電路[U7]在所述場效應(yīng)管[Q1]關(guān)閉時，由所述可調(diào)DC-DC變換器[U2]的輸出電壓充電，在所述場效應(yīng)管[Q1]導(dǎo)通時，向所述激光器驅(qū)動電路[]放電；測試時，被檢脈沖半導(dǎo)體激光器[LD]接在所述分流電阻[R1]和場效應(yīng)管[Q1]的漏極之間。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1和所述的脈沖半導(dǎo)體激光器測試設(shè)備用電源驅(qū)動裝 置，其特征在于所述的激光器驅(qū)動電路[U6]還包括毛刺尖峰抑制電路，該 電路含有電感[L]、 二極管[D]和RC高頻濾波電路，電感[L]和二極管[D]均并 聯(lián)在場效應(yīng)管[Q1]的柵極和源極之間且二極管[D]的正極與源極相連，RC高頻 濾波電路則接在場效應(yīng)管[Q1]的漏極和源極之間。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的脈沖半導(dǎo)體激光器測試設(shè)備用電源驅(qū)動裝 置，其特征在于還包括含有安裝架[B3]、正極銅塊[B7]、負極銅塊[B8]的 激光器安裝組件，所述的安裝架[B3]由導(dǎo)電材料制作且其上設(shè)有激光器安裝 孔，所述負極銅塊[B8]設(shè)有插針孔，正極銅塊[B7]和負極銅塊[B8]均固連在 所述驅(qū)動模塊[B1]的同一個側(cè)面，且正極銅塊[B7]、負極銅塊[B8]分別通過 引線與所述激光驅(qū)動電路[U6]中的分流電阻[R1]、場效應(yīng)管[Q1]的漏極相連； 測試時，被檢脈沖半導(dǎo)體激光器[LD]放置在所述安裝支架[B3]的安裝孔中， 激光器[LD]的正極與安裝孔接觸，而負極針則插到負極銅塊[B8]的插針孔中， 所述安裝支架[B3]和正極銅塊[B7]通過螺釘[B5]固連。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種脈沖半導(dǎo)體激光器測試設(shè)備用電源驅(qū)動裝置，包括驅(qū)動模塊和安裝組件。其主要技術(shù)內(nèi)容是，驅(qū)動模塊中的供電功能由電池組、可調(diào)DC-DC變換器和儲能濾波電路實現(xiàn)；驅(qū)動模塊中的驅(qū)動功能由脈沖信號發(fā)生電路和帶有毛刺尖峰抑制電路的激光器驅(qū)動電路實現(xiàn)；被檢半導(dǎo)體激光器與驅(qū)動模塊之間的電連接是通過可導(dǎo)電的安裝組件以機械連接方式實現(xiàn)的。本發(fā)明不僅能夠提供30A～100A的驅(qū)動電流，可對峰值功率在100～300W的脈沖半導(dǎo)體激光器進行驅(qū)動，而且較好地克服了在大功率脈沖激光器性能檢測中，含線性電源的現(xiàn)有驅(qū)動裝置所存在的體積大、尖峰和毛刺電流影響大、焊接激光器導(dǎo)致的靜電危害等問題，有較好的應(yīng)用前景。
文檔編號G01M11/00GK101393072SQ20081023218
公開日2009年3月25日 申請日期2008年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月10日
發(fā)明者周麗華, 寧子立, 張曉輝, 杜高社, 薛常佳, 琳 趙, 陳勝石 申請人:中國兵器工業(yè)第二〇五研究所