[發明專利]量子級聯激光器驅動源電路

在審

• 申請號: 201710229129.3
• 申請日: 2017-04-10
• 公開（公告）號: CN108695683A
• 公開（公告）日: 2018-10-23
• 發明（設計）人: 李明山;樊仲維;王江;張錦川;?；?/a>;貊澤強
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電研究院
• 主分類號: H01S5/042
• 分類號: H01S5/042
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 任巖

本發明公開了一種量子級聯激光器驅動源電路，包括恒流驅動模塊和高頻脈沖調制模塊，恒流驅動模塊輸出恒定電流至高頻脈沖調制模塊，高頻脈沖調制模塊對輸入的恒定電流進行高頻脈沖調制，最終以高頻脈沖電流形式驅動量子級聯激光器，產生單模連續可調諧的中紅外激光。量子級聯激光器驅動源電路的高頻脈沖調制模塊包括功率電感線圈和高速功率MOS管，功率電感線圈用于限制高頻脈沖電流的浪涌尖峰，高速功率MOS管用于控制量子級聯激光器的關閉和導通。本發明適用在高頻率、大占空比脈沖恒流驅動的應用場合簡化了電路設計，提高工作頻率，提高反饋電路的穩定性，提高控制電流的精度。

技術領域

本發明涉及激光器技術領域，尤其涉及一種高重復頻率脈沖恒流脈沖量子級聯激光器驅動源電路。

背景技術

量子級聯激光器(QCL)因其近室溫操作和單模連續調諧等優點，逐漸成為理想的高分辨率中紅外光源，在中波紅外對抗、氣體檢測、醫療、化學、石油冶煉等眾多領域有著廣泛的潛在應用。在基于量子級聯激光器的應用系統中，驅動電路的脈沖寬度決定激光器的線寬，從而會影響中波紅外的對抗干擾效果以及探測的靈敏度。因此，研究量子級聯激光器的驅動電路對于加速激光器的應用推廣，具有重要的研究價值和應用前景。

與傳統LD類似，量子級聯激光器也是電流驅動的器件，輸出光強隨驅動電流變化而變化，因此量子級聯激光器驅動電路的本質是脈沖恒流源電路。現有的脈沖量子級聯激光器驅動技術主要有兩種：一種是電容器儲能、運放負反饋控制的恒流驅動，另一種是電容器儲能、高速MOS斬波模式的電壓型驅動技術。

第一種是基于運算放大器負反饋控制的恒流驅動源，它的優點是幅度可精確調節，但是由于是高頻高速脈沖信號，對反饋系統的運算放大器要求必須是寬帶寬高速運放，但是具有很高的帶寬在高頻反饋系統受寄生參數影響大，很容易形成自激或振蕩，嚴重時會燒毀激光器，這對價格高昂的量子級聯激光器是一種極大的威脅。

第二種是基于高速MOS管電壓型驅動源，它的優點是電路結構比較簡單，可以實現高速、窄脈沖電流輸出。缺點是沒有形成電流閉環控制，輸出電流值難以精確控制。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明提供一種量子級聯激光器驅動源電路，用于解決采用運算放大器對高頻脈沖進行調制時形成自激或振蕩的問題以及輸出電流值難以精確控制的問題。

(二)技術方案

本發明提供一種量子級聯激光器驅動源電路，包括恒流驅動模塊和高頻脈沖調制模塊，恒流驅動模塊輸出恒定電流至高頻脈沖調制模塊，高頻脈沖調制模塊對輸入的恒定電流進行高頻脈沖調制得到高頻脈沖電流，該高頻脈沖電流驅動量子級聯激光器產生單模連續可調諧的中紅外激光，其中：所述高頻脈沖調制模塊包括功率電感線圈和高速功率MOS管，功率電感線圈，串聯于恒流驅動模塊和量子級聯激光器之間，用于限制高頻脈沖電流的浪涌尖峰；高速功率MOS管，并聯于量子級聯激光器兩端，用于控制量子級聯激光器的關閉和導通。

其中，所述高速功率MOS管，采用射頻MOS管，射頻MOS管的導通和斷開時間均小于3ns。

其中，所述高頻脈沖信號，其頻率大于10MHz，其高占空比大于50％。

其中，所述恒流驅動模塊包括恒流充電電路、電流采樣電路、I/V轉換電路和綜合控制電路；

恒流充電電路，用于給功率電感線圈提供儲存能量；

電流采樣電路，用于對功率電感線圈充電電流的采樣；

I/V轉換電路，用于對充電電流信號轉換成電壓信號；

綜合控制電路，用于對I/V轉換電路輸入的電壓信號，與基準信號進行差值對比，通過比例積分運算后負反饋控制恒流充電電路的充電電流。

其中，該量子級聯激光器驅動源電路采用恒流反饋設計。