專利名稱：連續可調納秒脈沖半導體激光器驅動電源的制作方法
技術領域：
本發明涉及半導體激光器的驅動電源，是一種連續可調納秒脈沖半 導體激光器驅動電源。
技術背景脈沖式半導體激光器具有體積小、效率高、壽命長、價格低廉等優 點，現在得到了越來越廣泛的應用。在激光通訊、激光雷達、高速攝影、 抽運固體激光器、激光測距等諸多領域備受青睞。為了得到高頻大幅度、 納秒的光脈沖，需用納秒級的電脈沖驅動半導體激光器。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 管和階躍恢復二極管等。雪崩管輸出激勵器，可以獲得較好的波形，但 在工程應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雪崩管并聯使用，需要解決好同步觸發、 電流的等量分配等技術問題，否則易產生雙峰或反沖；輸出脈寬連續可 調比較困難；雪崩管需要很大的電壓驅動，這在高頻信號中很容易產生 串繞。 一般的場效應管，可控硅開關時間比較長，要做到數ns是比較困 難的，不適合于窄脈沖電源的產生。雙極性晶體管和階躍恢復二極管產 生的窄脈沖電流不能做得很大，難以產生大電流。由于半導體激光器一般都比較昂貴，因此驅動電源還需提供有效的 保護機制，對脈沖半導體激光器保護方式主要是采用軟啟動、電源濾波 等方式，但這些還不夠周全。發明內容本發明要解決的技術問題在于克服上述現有技術的不足，提供一種 連續可調的納秒脈沖激光驅動電源，該驅動電源應具有結構簡單、性能 穩定、對所驅動的半導體激光器安全保護和脈沖寬度、峰值電流、重頻 可調的優點。
本發明的技術解決方案如下一種連續可調納秒脈沖半導體激光器驅動電源，其特點是它由方波 發生器、脈沖整形放大電路、功率放大電路和保護電路構成，方波發生 器用來產生一定頻率的方波；脈沖整形放大電路將方波整形成窄脈沖信 號并放大；功率放大電路用來產生最后的脈沖驅動信號，驅動半導體激 光器；保護電路用來保護半導體激光器的正常工作，其連接關系如下-所述的方波發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效應管的柵 極；所述的功率放大電路的場效應管的源極接所述的保護電路電壓的輸 出端，漏極為本驅動電源的正極輸出端，本驅動電源的負極輸出端和第 一電阻與所述的保護電路的比較器的負向輸入端的節點相連，所述的第 一電阻的另一端接地；所述的保護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觸發器的第7端口；第二電阻的一端和第一電容的 一端接單穩觸發器的第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；單穩觸發器的第2端口接地；單穩觸發器的第 3端口接場效應管的柵極，該場效應管的源極接到+ 30V外部電源，該 場效應管的漏極接第三電阻的一端并為本保護電路的輸出端，該第三電 阻的另一端接地。所述的方波發生器是具有不同頻率方波輸出的方波發生器，從而實現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的脈沖。所述的場效應管為高速場效應管。本發明為了實現脈寬，重頻，峰值電流連續可調，采用高速場效應 管做為開關，由于場效應管為電壓控制的電流器件，因此調節輸入柵極 脈沖的幅度即可調節峰值電流；調節柵極脈沖的脈寬和重頻即可調節通
過半導體激光器的信號的脈寬和重頻。為了保護半導體激光器的安全，使通過半導體激光器的脈沖峰值電 流不超過最大值，采用一個高速比較器監測通過半導體激光器的峰值電 流所形成的電壓， 一旦超過設定的標準參考電壓，即產生一個高電平脈 沖信號，該信號通過單穩觸發器之后產生一個低電平的連續信號，該信 號使場效應管關斷，從而切斷電源，達到自斷電的目的。其工作過程如下先由方波發生器產生一定頻率的方波；該方波通過脈沖整形放大電 路后產生脈寬為納秒量級，幅度為十伏左右的窄脈沖信號，該窄脈沖信 號通過高速場效應管進行功率放大，產生最后的脈沖驅動信號，驅動半導體激光器。最終的脈沖驅動信號的脈寬15ns 連續可調，峰值電流0 一20A連續可調，重頻1HZ—1MHZ連續可調。通過一個用于探測的第 一電阻R1探測通過半導體激光器的電流所形成的電壓，并與標準參考 電壓通過比較器進行比較，比較的結果通過單穩觸發器進行脈沖展寬之 后，送到場效應管的柵極，如果通過半導體激光器的電流過大則關斷場 效應管，從而切斷電源，以保護半導體激光器的安全。本發明的技術效果1、 本發明的電源其性能參數如下(1) 脈沖重復頻率1HZ—1MHZ連續可調；(2) 脈沖寬度最窄可達15ns，連續可調；(3) 輸出脈沖電流0—20A可調；(4) 帶自動斷電保護。2、 本發明同采用雪崩管的同類電源相比，易于實現輸出脈寬連續可調。3、 本發明同采用雙極性晶體管和階躍恢復二極管產生的窄脈沖電源 相比，易于實現大峰值電流。4、 本發明同采用可控硅的電源相比，脈沖寬度最窄可達到15ns。5、 本發明具備自斷電保護，有效保證半導體激光器的安全。以下結合附圖對本發明作進一步的說明。
圖1為本發明的連續可調納秒脈沖半導體激光器驅動電源的結構框圖。圖2為驅動電源工作過程波形圖。 圖3為保護電路工作過程波形圖。
具體實施方式
請參閱圖1，圖1為本發明的連續可調納秒脈沖半導體激光器驅動 電源的結構框圖。由圖可見，本發明連續可調納秒脈沖半導體激光器驅 動電源，由方波發生器U1、脈沖整形放大電路U2、功率放大電路U3 和保護電路U4構成，其連接關系如下所述的方波發生器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 中場效應管Ql的柵極；場效應管Ql的源極接所述的保護電路U4的 輸出端Vcc，漏極為本驅動電源的正極輸出端，本驅動電源的負極輸出 端和第一電阻Rl與所述的保護電路U4的比較器Q2的負向輸入端的節 點相連，所述的第一電阻R1的另一端接地；所述的保護電路U4的比較器Q2的正向輸入端接參考電壓Vr，比 較器Q2的輸出端接到單穩觸發器Q4的第7端口 ；第二電阻R2的一端 和第一電容C1的一端接單穩觸發器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；單穩觸發器Q4的 第2端口接地；單穩觸發器Q4的第3端口接場效應管Q3的柵極，該場效應管Q3的源極接到+30V外部電源，該場效應管Q3的漏極接第 三電阻R3的一端并為本保護電路U4的輸出端Vcc，該第三電阻R3的 另一端接地。本保護電路U4的輸出端Vcc輸出的電壓施加到場效應管 Ql的源極。所述的方波發生器Ul是具有不同頻率方波輸出的方波發生器，從 而實現不同重頻的脈沖輸出。所述的脈沖整形放大電路U2輸出納秒量級的脈沖。 所述的脈沖放大電路U3中的場效應管Ql為高速場效應管。 的連續可調納秒脈沖半導體激光器驅動電源，先由方波發生器Ul 產生一定頻率的方波，該方波占空比為50%，且重復頻率可以調節； 該方波通過脈沖整形放大電路U2進行整形，產生脈寬為納秒量級，幅 度為十多伏左右的窄脈沖信號，該窄脈沖信號的脈沖寬度可調，重復頻 率即為方波的重復頻率；窄脈沖信號通過高速場效應管Ql進行功率放 大，產生最后的脈沖驅動信號，驅動半導體激光器。最終的脈沖驅動信 號脈寬15ns 連續可調，峰值電流0—20A連續可調，重頻1HZ—1MHZ 連續可調。通過一個探測電阻R1探測通過半導體激光器的電流，并與標準的參考電壓Vr通過比較器Q2進行比較，比較的結果通過單穩觸發器Q4進行脈沖展寬之后，接到場效應管Q3的柵極，如果通過半導體激光器的電流過大則關斷場效應管Q3，從而切斷半導體激光器LD的電源Vcc，保護半導體激光器的安全。圖2為本發明驅動電源工作過程波形圖，第一個為方波發生器Ul 輸出的波形，下面為第二個為脈沖整形放大電路U2輸出的波形，第三
個為半導體激光器LD兩端的波形。圖3為保護電路工作過程波形圖，當半導體激光器LD兩端的峰值 電流超過設定的電壓Vr時所發生的情況。第一個為半導體激光器LD 兩端的波形，第二個為比較器Q2的輸出波形，第三個為單穩觸發器 Q4的輸出波形，第四個為電源Vcc的波形。綜上所述，本發明的半導體激光器驅動電源，與在先技術相比，具 有結構簡單，性能穩定，保護機制完善等特點；具有脈沖寬度、峰值電 流、重頻可調等優點。
權利要求
1、一種連續可調納秒脈沖半導體激光器驅動電源，其特征在于它由方波發生器(U1)、脈沖整形放大電路(U2)、功率放大電路(U3)和保護電路(U4)構成，其連接關系如下所述的方波發生器(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)中場效應管(Q1)的柵極；所述的功率放大電路(U3)的場效應管(Q1)的源極接所述的保護電路電壓(U4)的輸出端(Vcc)，漏極為本驅動電源的正極輸出端，本驅動電源的負極輸出端和第一電阻(R1)與所述的保護電路(U4)的比較器(Q2)的負向輸入端的節點相連，所述的第一電阻(R1)的另一端接地；所述的保護電路(U4)的比較器(Q2)的正向輸入端接參考電壓(Vr)，比較器(Q2)的輸出端接到單穩觸發器(Q4)的第7端口；第二電阻(R2)的一端和第一電容(C1)的一端接單穩觸發器(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；單穩觸發器(Q4)的第2端口接地；單穩觸發器(Q4)的第3端口接作為開關的場效應管(Q3)的柵極，該場效應管(Q3)的源極接到+30V外部電源，該場效應管(Q3)的漏極接第三電阻(R3)的一端并為本保護電路(U4)的輸出端(Vcc)，該第三電阻(R3)的另一端接地。
2、根據權利要求1所述的連續可調納秒脈沖半導體激光器驅動電 源，其特征在于所述的方波發生器(Ul)是具有不同頻率方波輸出的 方波發生器，從而實現不同重頻的脈沖輸出。
3、根據權利要求1所述的連續可調納秒脈沖半導體激光器驅動電 源，其特征在于所述的脈沖整形放大電路(U2)輸出納秒量級的脈沖。
4、根據權利要求1所述的連續可調納秒脈沖半導體激光器驅動電源， 其特征在于所述的脈沖放大電路(U3)中的場效應管(Ql)為高速場效應管。
全文摘要
一種連續可調納秒脈沖半導體激光器驅動電源，包括方波發生器、脈沖整形放大電路、功率放大電路和保護電路。本發明電源的特點是(1)輸出脈沖參數連續可調，具體為峰值電流0～20A、脈寬10～200ns、重頻1HZ～1MHZ連續可調；(2)帶自斷電保護，能有效保證半導體激光器的安全工作。
文檔編號H01S5/062GK101132114SQ20071004514
公開日2008年2月27日 申請日期2007年8月22日 優先權日2007年8月22日
發明者軍 周, 張壽棋, 樓祺洪, 董景星, 魏運榮 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所