一種窄脈寬的大功率半導(dǎo)體激光器驅(qū)動電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種窄脈寬的大功率半導(dǎo)體激光器驅(qū)動電路，該半導(dǎo)體激光器驅(qū)動電路包括脈沖控制電路、驅(qū)動電路、高壓端、低壓端、TTL信號端和接地端，其中，脈沖控制電路同時連接于驅(qū)動電路、低壓端、TTL信號端和接地端，驅(qū)動電路同時連接于高壓端、脈沖控制電路和接地端。利用本發(fā)明，可以實(shí)現(xiàn)上升沿5ns、脈寬11ns、重復(fù)頻率1Hz-50KHz可調(diào)節(jié)的脈沖光信號，同時能提供較大的驅(qū)動電流。
【專利說明】一種窄脈寬的大功率半導(dǎo)體激光器驅(qū)動電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于窄脈寬大功率半導(dǎo)體激光器的驅(qū)動電路，這種窄脈寬的驅(qū)動電路可以實(shí)現(xiàn)光信號脈寬11ns，上升沿5ns的脈沖輸出，重復(fù)頻率1Ηζ-50ΚΗζ可調(diào)節(jié)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著半導(dǎo)體激光器的發(fā)展，重復(fù)頻率高、前沿快、脈寬窄、峰值功率高的脈沖半導(dǎo)體激光器在工業(yè)、軍事、科研等領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用，例如激光測距、激光雷達(dá)、激光通信、泵浦固體激光器、脈沖多普勒成像、3D圖像系統(tǒng)及光纖測溫傳感器等。而高功率半導(dǎo)體激光器要獲得一個大能量、窄脈寬的光脈沖，就需要一個能提供良好光脈沖的種子光源，其不僅要求輸出的光脈沖有高的重復(fù)頻率、快的上升沿、窄的脈沖寬度、一定幅值的脈沖電流，而且輸出的光脈沖的波形一定要平滑，激光輸出的功率和中心波長一定要穩(wěn)定。高峰值功率、窄脈寬、快的上升沿可以提高相關(guān)傳感器分辨率，并提高激光器作用距離。
[0003]如在基于拉曼散射的分布式光纖測溫系統(tǒng)中，攜帶溫度信息的拉曼散射光較弱，需要加大激光器的光功率以提高信噪比，從而提高溫度分辨率。該系統(tǒng)利用光纖時域反射儀測量距離，其距離分辨率會隨著光脈沖寬度減小而提高。在激光近距探測系統(tǒng)中，對于激光器脈沖前沿都要求越陡越好，因?yàn)樗苯佑绊懠す馓綔y系統(tǒng)的動態(tài)測試精度，前沿越陡，測距精度越高。在激光探測和激光通信中，系統(tǒng)帶寬、作用距離、精度、抗干擾和低功耗都取決于半導(dǎo)體激光器發(fā)射脈沖質(zhì)量，在脈沖式半導(dǎo)體激光測距機(jī)和激光雷達(dá)中，脈沖激光的上升時間和測量精度有關(guān)，上升時間越短越有利于提高測量精度，脈沖激光的峰值功率和測距能力密切相關(guān)，功率越大測距能力越強(qiáng)，激光脈沖寬度與接收信號的信噪比有關(guān)，脈寬越窄，信噪比越高。
[0004]激光脈沖質(zhì)量主要影響因素是驅(qū)動電源性能，國外在激光器驅(qū)動研究方面投入較大，許多驅(qū)動已經(jīng)模塊化且運(yùn)行穩(wěn)定可靠。而相比之下國內(nèi)在這方面研究很少，在國內(nèi)，半導(dǎo)體激光器驅(qū)動電源大部分還是直流或是低頻脈沖的，大電流窄脈沖驅(qū)動電源成品幾乎沒有。因此窄脈寬的半導(dǎo)體激光器驅(qū)動電路的研制具有重大的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005](一)要解決的技術(shù)間題
[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種應(yīng)用于窄脈寬大功率半導(dǎo)體激光器的驅(qū)動電路，它能實(shí)現(xiàn)上升沿5ns、脈寬11ns、重復(fù)頻率1Ηζ_50ΚΗζ可調(diào)節(jié)的脈沖光信號，同時能提供較大的驅(qū)動電流。
[0007]( 二 )技術(shù)方案
[0008]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種窄脈寬的大功率半導(dǎo)體激光器驅(qū)動電路，該半導(dǎo)體激光器驅(qū)動電路包括脈沖控制電路、驅(qū)動電路、高壓端、低壓端、TTL信號端和接地端，其中，脈沖控制電路同時連接于驅(qū)動電路、低壓端、TTL信號端和接地端，驅(qū)動電路同時連接于高壓端、脈沖控制電路和接地端。[0009]上述方案中，所述脈沖控制電路包含第一電阻R1、第一電容Cl、第二電阻R2、第一二極管PDl和第一開關(guān)管M0SFET-1，其中:第一電阻Rl—端與TTL信號端連接，另一端與第一電容Cl的一端連接；第一電容Cl的另一端同時連接于第二電阻R2、第一二極管F1Dl和第一開關(guān)管M0SFET-1 ;第二電阻R2另一端分別與接地端和第一二極管PDl另一端并接；第一開關(guān)管M0SFET-1 —端與低壓端連接，一端與接地端連接，另一端與第二開關(guān)管M0SFET-2一端連接。
[0010]上述方案中，所述第一開關(guān)管M0SFET-1為高速場效應(yīng)晶體管，通過TTL信號端和第一二極管PDl來控制該第一開關(guān)管M0SFET-1的導(dǎo)通和關(guān)斷；通過調(diào)節(jié)第一電阻R1、第二電阻R2和第一電容Cl來控制該半導(dǎo)體激光器驅(qū)動電路內(nèi)部的電脈沖寬度。
[0011]上述方案中，所述低壓端給第一開關(guān)管M0SFET-1供電，電壓值控制在12 — 15V ；TTL信號端為電壓值3.3—5V,50%占空比的TTL脈沖信號；該半導(dǎo)體激光器驅(qū)動電路的頻率為1Ηζ-50ΚΗζ，由TTL信號端控制。
[0012]上述方案中，所述驅(qū)動電路包括第二開關(guān)管M0SFET-2、第三電阻R3、第二電容C2、第二二極管Η)2、激光器、第四電阻R4和第三電容C3，其中:第二開關(guān)管M0SFET-2的一端同時連接于第三電阻R3和第二電容C2，另一端分別同時連接于接地端、第二二極管TO2、激光器和第三電容C3 ;第三電阻R3另一端與高壓端連接；第二電容C2另一端同時連接于第二二極管TO2、激光器和第四電阻R4 ;第四電阻R4的另一端與第三電容C3的另一端連接。
[0013]上述方案中，所述第二開關(guān)管M0SFET-2為高速場效應(yīng)晶體管，由脈沖控制電路提供的電脈沖信號控制該第二開關(guān)管M0SFET-2的開關(guān)；由高壓端通過保護(hù)第三電阻R3給儲能第二電容C2充電；通過儲能第二電容C2放電給激光器加電產(chǎn)生光信號；儲能第二電容C2的充放電時間由第二開關(guān)管M0SFET-2控制；第二二極管PD2為反向二極管，對激光器進(jìn)行保護(hù)；第四電阻R4和第三電容C3用以吸收脈沖信號下降沿后的信號振蕩，獲得更好的脈沖波形。
[0014]上述方案中，所述高壓端給激光器供電，其電壓值與儲能第二電容C2和第二開關(guān)管M0SFET-2的耐壓值相匹配。所述電壓值為1-200V。
[0015](三)有益效果
[0016]從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0017]1、利用本發(fā)明，由于本驅(qū)動電路內(nèi)部采用高速脈沖控制結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)對脈沖驅(qū)動電路的控制，同時所選用的開關(guān)管通過與其對應(yīng)器件的配合使用，響應(yīng)速度非常快，通過優(yōu)化所選用器件參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)上升沿5ns、脈寬11ns、重復(fù)頻率1Ηζ_50ΚΗζ可調(diào)節(jié)的窄脈沖信號，同時能提供較大的驅(qū)動電流。另外，本驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)簡單，可以制作成超小電路板用于超小型脈沖器件結(jié)構(gòu)中。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]下面通過結(jié)合附圖對具體實(shí)施例的詳細(xì)描述，進(jìn)一步說明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)和技術(shù)內(nèi)容，其中:
[0019]圖1為本發(fā)明提供的窄脈寬的大功率半導(dǎo)體激光器驅(qū)動電路的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖2為本發(fā)明驅(qū)動電路工作狀態(tài)下實(shí)測的光脈沖信號圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0021]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0022]請參閱圖1所示，圖1為本發(fā)明提供的窄脈寬的大功率半導(dǎo)體激光器驅(qū)動電路的結(jié)構(gòu)示意圖，該半導(dǎo)體激光器驅(qū)動電路包括脈沖控制電路、驅(qū)動電路、高壓端、低壓端、TTL信號端和接地端，其中，脈沖控制電路同時連接于驅(qū)動電路、低壓端、TTL信號端和接地端，驅(qū)動電路同時連接于高壓端、脈沖控制電路和接地端。
[0023]其中，脈沖控制電路包含第一電阻R1、第一電容Cl、第二電阻R2、第一二極管roi和第一開關(guān)管M0SFET-1，其中:第一電阻Rl —端與TTL信號端連接，另一端與第一電容Cl的一端連接；第一電容Cl的另一端同時連接于第二電阻R2、第一二極管PDl和第一開關(guān)管M0SFET-1 ;第二電陽R2另一端分別與接地端和第一二極管PDl另一端并接；第一開關(guān)管M0SFET-1—端與低壓端連接，一端與接地端連接，另一端與第二開關(guān)管M0SFET-2 —端連接。第一開關(guān)管M0SFET-1為高速場效應(yīng)晶體管，通過TTL信號端和第一二極管PDl來控制該第一開關(guān)管M0SFET-1的導(dǎo)通和關(guān)斷；通過調(diào)節(jié)第一電阻R1、第二電阻R2和第一電容Cl來控制該半導(dǎo)體激光器驅(qū)動電路內(nèi)部的電脈沖寬度。低壓端給第一開關(guān)管M0SFET-1供電，電壓值控制在12 — 15V ;TTL信號端為電壓值3.3—5V、50%占空比的TTL脈沖信號；該半導(dǎo)體激光器驅(qū)動電路的頻率為1Ηζ-50ΚΗζ，由TTL信號端控制。
[0024]驅(qū)動電路包括第二開關(guān)管M0SFET-2、第三電阻R3、第二電容C2、第二二極管TO2、激光器、第四電阻R4和第三電容C3，其中:第二開關(guān)管M0SFET-2的一端同時連接于第三電阻R3和第二電容C2，另一端分別同時連接于接地端、第二二極管TO2、激光器和第三電容C3 ;第三電阻R3另一端與高壓端連接；第二電容C2另一端同時連接于第二二極管TO2、激光器和第四電阻R4;第四電阻R4的另一端與第三電容C3的另一端連接。第二開關(guān)管M0SFET-2為高速場效應(yīng)晶體管，由脈沖控制電路提供的電脈沖信號控制該第二開關(guān)管M0SFET-2的開關(guān)；由高壓端通過保護(hù)第三電阻R3給儲能第二電容C2充電；通過儲能第二電容C2放電給激光器加電產(chǎn)生光信號；儲能第二電容C2的充放電時間由第二開關(guān)管M0SFET-2控制；第二二極管PD2為反向二極管，對激光器進(jìn)行保護(hù)；第四電阻R4和第三電容C3用以吸收脈沖信號下降沿后的信號振蕩，獲得更好的脈沖波形。高壓端給激光器供電，其電壓值與儲能第二電容C2和第二開關(guān)管M0SFET-2的耐壓值相匹配，電壓值一般為為1—200V。
[0025]綜上所述，由于本驅(qū)動電路內(nèi)部采用高速脈沖控制結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)對脈沖驅(qū)動電路的控制，同時所選用的開關(guān)管通過與其對應(yīng)器件的配合使用，響應(yīng)速度非?？?，通過優(yōu)化所選用器件參數(shù)實(shí)現(xiàn)窄脈寬大電流輸出，所以本發(fā)明提供的這種窄脈寬大功率半導(dǎo)體激光器的驅(qū)動電路可以實(shí)現(xiàn)上升沿5ns、脈寬11ns、重復(fù)頻率1Ηζ-50ΚΗζ可調(diào)節(jié)的脈沖光信號，其工作狀態(tài)下實(shí)測的光脈沖信號圖如圖2所示。同時能提供較大的驅(qū)動電流。
[0026]以上所述的具體實(shí)施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種窄脈寬的大功率半導(dǎo)體激光器驅(qū)動電路，其特征在于，該半導(dǎo)體激光器驅(qū)動電路包括脈沖控制電路、驅(qū)動電路、高壓端、低壓端、TTL信號端和接地端，其中，脈沖控制電路同時連接于驅(qū)動電路、低壓端、TTL信號端和接地端，驅(qū)動電路同時連接于高壓端、脈沖控制電路和接地端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的窄脈寬的大功率半導(dǎo)體激光器驅(qū)動電路，其特征在于，所述脈沖控制電路包含第一電阻(Rl)、第一電容(Cl)、第二電阻(R2)、第一二極管(roi)和第一開關(guān)管(MOSFET-1)，其中: 第一電阻(Rl) —端與TTL信號端連接,另一端與第一電容(Cl)的一端連接；第一電容(Cl)的另一端同時連接于第二電阻(R2)、第一二極管(PDl)和第一開關(guān)管(M0SFET-1)； 第二電阻(R2)另一端分別與接地端和第一二極管(PDl)另一端并接； 第一開關(guān)管(M0SFET-1) —端與低壓端連接，一端與接地端連接，另一端與第二開關(guān)管(M0SFET-2) 一端連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的窄脈寬的大功率半導(dǎo)體激光器驅(qū)動電路，其特征在于，所述第一開關(guān)管(M0SFET-1)為高速場效應(yīng)晶體管，通過TTL信號端和第一二極管(TOl)來控制該第一開關(guān)管(M0SFET-1)的導(dǎo)通和關(guān)斷；通過調(diào)節(jié)第一電阻(Rl)、第二電阻(R2)和第一電容(Cl)來控制該半導(dǎo)體激光器驅(qū)動電路內(nèi)部的電脈沖寬度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的窄脈寬的大功率半導(dǎo)體激光器驅(qū)動電路，其特征在于，所述低壓端給第一開關(guān)管(M0SFET-1)供電，電壓值控制在12 — 15V ;TTL信號端為電壓值3.3—5V、50%占空比的TTL脈沖信號；該半導(dǎo)體激光器驅(qū)動電路的頻率為1Ηζ-50ΚΗζ，由TTL信號端控制。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的窄脈寬的大功率半導(dǎo)體激光器驅(qū)動電路，其特征在于，所述驅(qū)動電路包括第二開關(guān)管(M0SFET-2)、第三電阻(R3)、第二電容(C2)、第二二極管(PD2)、激光器、第四電阻(R4)和第三電容(C3)，其中: 第二開關(guān)管(M0SFET-2)的一端同時連接于第三電阻(R3)和第二電容(C2)，另一端分別同時連接于接地端、第二二極管(PD2)、激光器和第三電容(C3);第三電阻(R3)另一端與高壓端連接；第二電容(C2)另一端同時連接于第二二極管(TO2)、激光器和第四電阻(R4)；第四電阻(R4)的另一端與第三電容(C3)的另一端連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的窄脈寬的大功率半導(dǎo)體激光器驅(qū)動電路，其特征在于，所述第二開關(guān)管(M0SFET-2)為高速場效應(yīng)晶體管，由脈沖控制電路提供的電脈沖信號控制該第二開關(guān)管(M0SFET-2)的開關(guān)；由高壓端通過保護(hù)第三電阻(R3)給儲能第二電容(C2)充電；通過儲能第二電容(C2)放電給激光器加電產(chǎn)生光信號；儲能第二電容(C2)的充放電時間由第二開關(guān)管(M0SFET-2)控制；第二二極管(TO2)為反向二極管，對激光器進(jìn)行保護(hù)；第四電阻(R4)和第三電容(C3)用以吸收脈沖信號下降沿后的信號振蕩，獲得更好的脈沖波形。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的窄脈寬的大功率半導(dǎo)體激光器驅(qū)動電路，其特征在于，所述高壓端給激光器供電，其電壓值與儲能第二電容(C2)和第二開關(guān)管(M0SFET-2)的耐壓值相匹配。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的窄脈寬的大功率半導(dǎo)體激光器驅(qū)動電路，其特征在于，所述電壓值為1-200V。
【文檔編號】H01S5/042GK103474873SQ201310403566
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月6日
【發(fā)明者】祁瓊, 熊聰, 劉素平, 馬驍宇 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所