[發(fā)明專利]脈沖激光器驅(qū)動(dòng)電路系統(tǒng)及其驅(qū)動(dòng)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110168489.3
• 申請(qǐng)日: 2021-02-07
• 公開（公告）號(hào): CN112821193A
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王玉冰;李澤安;秦莉;張明時(shí);宋俊峰;王立軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所
• 主分類號(hào): H01S5/042
• 分類號(hào): H01S5/042;G01S17/10;G01S7/282
• 代理公司: 長(zhǎng)春中科長(zhǎng)光知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 22218
• 代理人: 高一明;郭婷

本發(fā)明提供一種脈沖激光器驅(qū)動(dòng)電路系統(tǒng)及其驅(qū)動(dòng)方法，其中的驅(qū)動(dòng)電路系統(tǒng)包括電源、儲(chǔ)能電容、電阻、放電電感、高速開關(guān)和激光器，儲(chǔ)能電容、放電電感、高速開關(guān)與激光器串聯(lián)構(gòu)成放電電路，儲(chǔ)能電容、電阻與電源串聯(lián)構(gòu)成充電電路，在充電電路中串聯(lián)振蕩電感，將充電電路變?yōu)镽LC振蕩電路，通過(guò)振蕩方式使儲(chǔ)能電容的充電電壓高于電源的電壓。與現(xiàn)有的供電系統(tǒng)相比，本發(fā)明只需在驅(qū)動(dòng)電路的充電部分引入振蕩電感，即可使激光器的驅(qū)動(dòng)電壓翻倍，成本非常低廉，性能穩(wěn)定，相對(duì)于整個(gè)激光雷達(dá)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)幾乎不增加重量，但可以將激光器對(duì)電源電壓的需求降低將近一半，極大程度上降低了供電系統(tǒng)的成本和復(fù)雜度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及激光雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種脈沖激光器驅(qū)動(dòng)電路系統(tǒng)及其驅(qū)動(dòng)方法。

背景技術(shù)

隨著激光技術(shù)的不斷發(fā)展，激光器廣泛應(yīng)用于激光雷達(dá)(lidar)領(lǐng)域。它是利用激光束對(duì)目標(biāo)距離進(jìn)行測(cè)量的一種遙感方法，在軍事、科研和民用等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。特別是激光雷達(dá)作為遙感系統(tǒng)的重要傳感器，在車輛輔助駕駛系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。

使用較多的測(cè)距方法是脈沖飛行時(shí)間測(cè)距(TOF)法。TOF測(cè)距法屬于雙向測(cè)距技術(shù)，利用發(fā)射信號(hào)在發(fā)射機(jī)到接收機(jī)的往返時(shí)間來(lái)測(cè)量目標(biāo)的距離。激光器發(fā)射的脈沖信號(hào)的寬度要盡可能窄，從而實(shí)現(xiàn)更高的探測(cè)精度；脈沖信號(hào)的峰值功率盡可能大，從而實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)的探測(cè)距離。這就對(duì)激光器驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)提出了很高的要求。

目前最普遍的脈沖激光器驅(qū)動(dòng)電路如圖1所示，電源、電阻和儲(chǔ)能電容構(gòu)成驅(qū)動(dòng)電路的充電部分，儲(chǔ)能電容、高速開關(guān)、放電電感和激光器構(gòu)成驅(qū)動(dòng)電路的放電部分。在高速開關(guān)斷開時(shí)電源向儲(chǔ)能電容充電，在開關(guān)閉合時(shí)儲(chǔ)能電容存儲(chǔ)的電荷完全釋放，驅(qū)動(dòng)激光器產(chǎn)生脈沖激光。脈沖信號(hào)源控制高速開關(guān)周期性的斷開和閉合，激光器發(fā)射出周期性的大功率、窄脈沖。但是激光器對(duì)驅(qū)動(dòng)電壓要求較高，通常需要幾十伏甚至上百伏的供電電源，這就導(dǎo)致供電系統(tǒng)復(fù)雜笨重，不僅提高了成本，還降低了激光雷達(dá)的便攜性。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有的脈沖激光雷達(dá)的供電系統(tǒng)存在復(fù)雜笨重、成本高的問(wèn)題，本發(fā)明提出一種新的脈沖激光器驅(qū)動(dòng)電路系統(tǒng)及其驅(qū)動(dòng)方法，能夠使激光器的驅(qū)動(dòng)電壓翻倍。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下具體技術(shù)方案：

本發(fā)明提供的脈沖激光器驅(qū)動(dòng)電路系統(tǒng)，包括電源、儲(chǔ)能電容、電阻、放電電感、高速開關(guān)和激光器，儲(chǔ)能電容、高速開關(guān)、放電電感與激光器串聯(lián)構(gòu)成放電電路，儲(chǔ)能電容、電阻與電源串聯(lián)構(gòu)成充電電路，在充電電路中串聯(lián)振蕩電感，將充電電路變?yōu)镽LC振蕩電路，通過(guò)振蕩方式使儲(chǔ)能電容的充電電壓高于電源的電壓。

本發(fā)明提供的脈沖激光器驅(qū)動(dòng)電路系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)方法，包括如下步驟：

S1、通過(guò)由儲(chǔ)能電容、電阻、振蕩電感與電源串聯(lián)而成的RLC振蕩電路通過(guò)振蕩方式對(duì)儲(chǔ)能電容進(jìn)行充電，使儲(chǔ)能電容獲得高于電源電壓的充電電壓；

S2、閉合高速開關(guān)，通過(guò)儲(chǔ)能電容釋放存儲(chǔ)的電荷對(duì)激光器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。

優(yōu)選地，在閉合高速開關(guān)時(shí)，使儲(chǔ)能電容的充電電壓達(dá)到最大值，對(duì)激光器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。

優(yōu)選地，根據(jù)儲(chǔ)能電容的電容量、電阻的阻值及高速開關(guān)兩次閉合的時(shí)間間隔計(jì)算振蕩電感的電感量，使高速開關(guān)的頻率周期與RLC振蕩電路的振蕩周期相匹配，當(dāng)高速開關(guān)閉合時(shí)，儲(chǔ)能電容的充電電壓在振蕩的最高點(diǎn)。

與現(xiàn)有的供電系統(tǒng)相比，本發(fā)明只需在驅(qū)動(dòng)電路的充電部分引入振蕩電感，即可使激光器的驅(qū)動(dòng)電壓翻倍，成本非常低廉，性能穩(wěn)定，相對(duì)于整個(gè)激光雷達(dá)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)幾乎不增加重量，但可以將激光器對(duì)電源電壓的需求降低將近一半，極大程度上降低了供電系統(tǒng)的成本和復(fù)雜度。

附圖說(shuō)明

圖1是現(xiàn)有技術(shù)中脈沖激光器驅(qū)動(dòng)電路的原理圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的脈沖激光器驅(qū)動(dòng)電路系統(tǒng)的原理圖；