[發(fā)明專利]基于串并聯(lián)陣列激光器的快速調(diào)諧控制系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010597537.6
• 申請(qǐng)日: 2020-06-28
• 公開（公告）號(hào): CN111884030B
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 方濤;殷碩;方昕奕;林康龍;劉奎;戴攀;陳向飛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京大學(xué)
• 主分類號(hào): H01S3/102
• 分類號(hào): H01S3/102;H01S3/131
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 王磊

1.基于串并聯(lián)陣列激光器的快速調(diào)諧控制系統(tǒng)，其特征在于，包括中心控制模塊，穩(wěn)流模塊，開關(guān)模塊，溫控模塊，激光器陣列模塊，功率控制模塊，所述中心控制模塊分別與穩(wěn)流模塊、溫控模塊、開關(guān)模塊電連接，所述開關(guān)模塊與激光器陣列模塊電連接，所述激光器陣列模塊與功率控制模塊電連接；

所述中心控制模塊用于發(fā)送電流、通道選擇、溫度的控制信息；

所述穩(wěn)流模塊用于接收來自中心控制模塊控制電流的信號(hào)并輸出可控制的驅(qū)動(dòng)電流；

所述開關(guān)模塊用于對(duì)穩(wěn)流模塊的開關(guān)以及激光器陣列模塊的波長(zhǎng)切換；

所述激光器陣列模塊包括若干個(gè)串并聯(lián)的單波長(zhǎng)激光器，根據(jù)開關(guān)模塊的波長(zhǎng)切換信號(hào)點(diǎn)亮對(duì)應(yīng)的單波長(zhǎng)激光器；

所述溫控模塊用于將激光器陣列模塊內(nèi)的溫度控制在預(yù)設(shè)值；

所述功率控制模塊用于將輸出光功率控制在預(yù)設(shè)值；

所述中心控制模塊包括MCU芯片和FPGA芯片，所述MCU芯片和FPGA芯片總線連接，所述MCU芯片將從上位機(jī)接收的控制電流、通道開關(guān)、溫度的信號(hào)經(jīng)過處理后傳給FPGA芯片，所述FPGA芯片對(duì)指令進(jìn)行處理并將控制電流信號(hào)傳給穩(wěn)流模塊、通道開關(guān)信號(hào)傳給開關(guān)模塊和溫度信號(hào)傳給溫控模塊；

所述穩(wěn)流模塊包括DAC單元和基于負(fù)反饋的壓控式恒流電路，所述壓控式恒流電路包括電壓輸入單元、負(fù)反饋控制單元、電流采樣單元和電壓電流轉(zhuǎn)換單元；

所述DAC單元與電壓輸入單元電連接，所述負(fù)反饋控制單元輸入端分別與電壓輸入單元、電流采樣單元電連接，所述負(fù)反饋控制單元輸出端與電壓電流轉(zhuǎn)換單元電連接，所述電流采樣單元輸出端和電壓電流轉(zhuǎn)換單元輸出端均與開關(guān)模塊電連接。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于串并聯(lián)陣列激光器的快速調(diào)諧控制系統(tǒng)，其特征在于：所述負(fù)反饋控制單元包括電阻R5、Rf、電容C1和運(yùn)算放大器A3，所述電阻R5分別連接電流采樣單元和運(yùn)算放大器A3的反相輸入端，所述電阻Rf和電容C1均并聯(lián)在運(yùn)算放大器A3的反相輸入端和輸出端；

所述電流采樣單元包括電阻R1、R2、R3、R6和運(yùn)算放大器A2，所述電阻R1、R2并聯(lián)，所述電阻R1、R2均連接運(yùn)算放大器A2的同相輸入端，所述電阻R3連接運(yùn)算放大器A2的輸出端和電阻R6，所述電阻R6連接運(yùn)算放大器A2的反相輸入端和開關(guān)模塊，所述電阻R5連接運(yùn)算放大器A2的輸出端；

所述電壓輸入單元包括并聯(lián)的電阻R4和電容C2，所述電阻R4和電容C2均與運(yùn)算放大器A3的同相輸入端連接；

所述電壓電流轉(zhuǎn)換單元包括電阻R7、三極管Q2和電阻R8，所述電阻R7與運(yùn)算放大器A3的輸出端連接，所述三極管Q2的基極與電阻R7連接，所述三極管Q2的發(fā)射極連接電阻R8 ,所述電阻R8連接單波長(zhǎng)激光器，所述三極管Q2的集電極分別與電流采樣單元和開關(guān)模塊連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于串并聯(lián)陣列激光器的快速調(diào)諧控制系統(tǒng)，其特征在于：所述開關(guān)模塊包括電阻R9、R10、R11、R12、R13、R14、R15、運(yùn)算放大器A1和P型金氧半場(chǎng)效晶體管Q1，所述電阻R9連接FPGA芯片接收開關(guān)信號(hào)，所述運(yùn)算放大器A1的同相輸入端和反相輸入端分別連接電阻R9、電阻R10，所述運(yùn)算放大器A1的輸出端連接電阻R12，所述電阻R10與電阻R12之間串聯(lián)電阻R11，所述電阻R12分別連接電阻R13和P型金氧半場(chǎng)效晶體管Q1的柵極連接，所述P型金氧半場(chǎng)效晶體管Q1的漏極連接激光器陣列模塊，所述P型金氧半場(chǎng)效晶體管Q1的源極連接電阻R6，所述P型金氧半場(chǎng)效晶體管Q1兩端并聯(lián)電阻R7。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于串并聯(lián)陣列激光器的快速調(diào)諧控制系統(tǒng)，其特征在于：當(dāng)開關(guān)信號(hào)為低電平時(shí)，P型金氧半場(chǎng)效晶體管Q1導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)電流超過單波長(zhǎng)激光器的閾值電流，單波長(zhǎng)激光器被點(diǎn)亮；反之，開關(guān)信號(hào)為高電平時(shí)，P型金氧半場(chǎng)效晶體管Q1斷開，單波長(zhǎng)激光器熄滅。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于串并聯(lián)陣列激光器的快速調(diào)諧控制系統(tǒng)，其特征在于：所述溫控模塊包括PID控制器、TEC驅(qū)動(dòng)器、TEC芯片，所述PID控制器、TEC驅(qū)動(dòng)器、TEC芯片順序電連接，所述TEC芯片與單波長(zhǎng)激光器內(nèi)熱敏電阻電連接，所述熱敏電阻與PID控制器電連接。