[發明專利]連續可調納秒脈沖半導體激光器驅動電源

有效

• 申請號: 200710045143.4
• 申請日: 2007-08-22
• 公開（公告）號: CN101132114A
• 公開（公告）日: 2008-02-27
• 發明（設計）人: 樓祺洪;張壽棋;周軍;董景星;魏運榮
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: H01S5/042
• 分類號: H01S5/042;H01S5/062
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司
• 代理人: 張澤純

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。

背景技術

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0-20A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；