[發明專利]半導體激光器脈沖電源微小電流預啟動方法

有效

• 申請號: 201810072466.0
• 申請日: 2018-01-25
• 公開（公告）號: CN108321676B
• 公開（公告）日: 2020-02-04
• 發明（設計）人: 趙清林;李述;曹茹茹;王德玉;楊秋霞
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: H01S5/042
• 分類號: H01S5/042
• 代理公司: 13116 秦皇島一誠知識產權事務所(普通合伙)
• 代理人: 李合印

本發明公開了一種半導體激光器脈沖電源微小電流預啟動方法，該方法的實現是基于脈沖驅動電源系統；所述脈沖驅動電源系統包括輸入電壓源U_in、半導體激光器泵浦LD、續流二極管D、電流給定環節、閉環調節電路和采樣電阻。該方法內容為：在所述脈沖驅動電源系統產生額定脈沖電流指令以前，預先產生一個較小的電流指令信號，此時半導體激光器不會發射激光，待微小電流控制穩定后，電流給定環節再產生額定脈沖電流的指令信號，然后再控制半導體激光器電流按照額定電流指令信號要求的斜率上升到所需的額定電流值。本發明解決了在脈沖電流上升過程中出現的振蕩和過沖問題，以及負載電流相對于指令信號的延遲問題。

技術領域

本發明屬于大功率半導體激光器驅動電源技術領域，具體而言，涉及大電流、大功率脈沖驅動電源技術；特別涉及一種半導體激光器脈沖電源微小電流預啟動方法。

背景技術

隨著激光產業的發展，大功率半導體激光器在軍事領域獲得了廣泛的應用，特別是在激光武器、激光制導、激光雷達等領域，這對作為激光器重要組成部分的激光器驅動電源也提出了更高的要求。大功率半導體激光器要產生大能量的光脈沖，就需要一個能提供大功率的脈沖驅動電源，其不僅要求輸出電壓足夠高，脈沖電流足夠大，同時為了避免對半導體激光器產生損壞，要保證輸出的脈沖電流波形近似矩形波，即脈沖頂部平滑，無過沖產生且上升前沿陡峭，要求電流上升沿在20μs以內，幅值200A左右。

半導體激光器的P-I特性曲線描述了激光器的輸出光功率和輸入激勵電流之間的關系，對半導體激光器驅動電源研制有著非常重要的指導意義。其特性曲線如圖1所示，從圖中可以看出，在注入電流超過閾值電流后，注入電流與激光器輸出光功率存在一定的線性關系。隨著注入電流的增大，激光輸出功率隨之變大。因此在半導體激光器的使用中，可以通過改變注入電流的大小來控制激光輸出的強度，不同的半導體激光器閾值電流大小不同。

圖2所示是MOSFET的柵源電壓U_GS和漏極電流I_D的關系曲線圖。從圖中可以看出，MOSFET閥值電壓U_th約為4.8V，當MOSFET的柵源電壓U_GS大于閾值電壓U_th時，柵源電壓U_GS和漏極電流I_D之間具有近似的線性關系。因此，當MOSFET工作在飽和區，即線性狀態時，可以用柵極驅動電壓控制其漏極電流。驅動電壓升高到8V左右時MOSFET將進入非飽和區，即完全導通狀態，此時的電流大小由外電路決定。

在目前脈沖驅動電源的技術下，采用電壓型功率器件時，由其開啟閥值電壓引起的非線性，使脈沖電流上升過程中很容易出現振蕩與過沖，脈沖電流一旦出現較大的過沖，極易損壞半導體激光器負載；此外，還會使負載電流相對于給定信號產生一定的延遲時間，不容易控制負載電流的上升過程。因此亟需探索一種解決脈沖電流上升過程中出現的振蕩和過沖，及負載電流相對于給定信號存在延遲問題的控制方法。

發明內容

本發明的目的在于克服了現有技術中的缺點，提供一種半導體激光器脈沖電源微小電流預啟動方法。通過采用微小電流預啟動方法，解決在脈沖電流上升過程中出現的振蕩和過沖問題，及負載電流相對于給定信號的延遲問題。

為了解決上述存在的技術問題，本發明是通過以下技術方案實現的：