一种窄脉宽的大功率半导体激光器驱动电路的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种窄脉宽的大功率半导体激光器驱动电路，该半导体激光器驱动电路包括脉冲控制电路、驱动电路、高压端、低压端、TTL信号端和接地端，其中，脉冲控制电路同时连接于驱动电路、低压端、TTL信号端和接地端，驱动电路同时连接于高压端、脉冲控制电路和接地端。利用本发明，可以实现上升沿5ns、脉宽11ns、重复频率1Hz-50KHz可调节的脉冲光信号，同时能提供较大的驱动电流。
【专利说明】一种窄脉宽的大功率半导体激光器驱动电路
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种应用于窄脉宽大功率半导体激光器的驱动电路，这种窄脉宽的驱动电路可以实现光信号脉宽11ns，上升沿5ns的脉冲输出，重复频率1Ηζ-50ΚΗζ可调节。
【背景技术】
[0002]随着半导体激光器的发展，重复频率高、前沿快、脉宽窄、峰值功率高的脉冲半导体激光器在工业、军事、科研等领域获得了广泛应用，例如激光测距、激光雷达、激光通信、泵浦固体激光器、脉冲多普勒成像、3D图像系统及光纤测温传感器等。而高功率半导体激光器要获得一个大能量、窄脉宽的光脉冲，就需要一个能提供良好光脉冲的种子光源，其不仅要求输出的光脉冲有高的重复频率、快的上升沿、窄的脉冲宽度、一定幅值的脉冲电流，而且输出的光脉冲的波形一定要平滑，激光输出的功率和中心波长一定要稳定。高峰值功率、窄脉宽、快的上升沿可以提高相关传感器分辨率，并提高激光器作用距离。
[0003]如在基于拉曼散射的分布式光纤测温系统中，携带温度信息的拉曼散射光较弱，需要加大激光器的光功率以提高信噪比，从而提高温度分辨率。该系统利用光纤时域反射仪测量距离，其距离分辨率会随着光脉冲宽度减小而提高。在激光近距探测系统中，对于激光器脉冲前沿都要求越陡越好，因为它直接影响激光探测系统的动态测试精度，前沿越陡，测距精度越高。在激光探测和激光通信中，系统带宽、作用距离、精度、抗干扰和低功耗都取决于半导体激光器发射脉冲质量，在脉冲式半导体激光测距机和激光雷达中，脉冲激光的上升时间和测量精度有关，上升时间越短越有利于提高测量精度，脉冲激光的峰值功率和测距能力密切相关，功率越大测距能力越强，激光脉冲宽度与接收信号的信噪比有关，脉宽越窄，信噪比越高。
[0004]激光脉冲质量主要影响因素是驱动电源性能，国外在激光器驱动研究方面投入较大，许多驱动已经模块化且运行稳定可靠。而相比之下国内在这方面研究很少，在国内，半导体激光器驱动电源大部分还是直流或是低频脉冲的，大电流窄脉冲驱动电源成品几乎没有。因此窄脉宽的半导体激光器驱动电路的研制具有重大的意义。
【发明内容】
[0005](一)要解决的技术间题
[0006]本发明的目的在于提供一种应用于窄脉宽大功率半导体激光器的驱动电路，它能实现上升沿5ns、脉宽11ns、重复频率1Ηζ_50ΚΗζ可调节的脉冲光信号，同时能提供较大的驱动电流。
[0007]( 二 )技术方案
[0008]为达到上述目的，本发明提供了一种窄脉宽的大功率半导体激光器驱动电路，该半导体激光器驱动电路包括脉冲控制电路、驱动电路、高压端、低压端、TTL信号端和接地端，其中，脉冲控制电路同时连接于驱动电路、低压端、TTL信号端和接地端，驱动电路同时连接于高压端、脉冲控制电路和接地端。[0009]上述方案中，所述脉冲控制电路包含第一电阻R1、第一电容Cl、第二电阻R2、第一二极管PDl和第一开关管M0SFET-1，其中:第一电阻Rl—端与TTL信号端连接，另一端与第一电容Cl的一端连接；第一电容Cl的另一端同时连接于第二电阻R2、第一二极管F1Dl和第一开关管M0SFET-1 ;第二电阻R2另一端分别与接地端和第一二极管PDl另一端并接；第一开关管M0SFET-1 —端与低压端连接，一端与接地端连接，另一端与第二开关管M0SFET-2一端连接。
[0010]上述方案中，所述第一开关管M0SFET-1为高速场效应晶体管，通过TTL信号端和第一二极管PDl来控制该第一开关管M0SFET-1的导通和关断；通过调节第一电阻R1、第二电阻R2和第一电容Cl来控制该半导体激光器驱动电路内部的电脉冲宽度。
[0011]上述方案中，所述低压端给第一开关管M0SFET-1供电，电压值控制在12 — 15V ；TTL信号端为电压值3.3—5V,50%占空比的TTL脉冲信号；该半导体激光器驱动电路的频率为1Ηζ-50ΚΗζ，由TTL信号端控制。
[0012]上述方案中，所述驱动电路包括第二开关管M0SFET-2、第三电阻R3、第二电容C2、第二二极管Η)2、激光器、第四电阻R4和第三电容C3，其中:第二开关管M0SFET-2的一端同时连接于第三电阻R3和第二电容C2，另一端分别同时连接于接地端、第二二极管TO2、激光器和第三电容C3 ;第三电阻R3另一端与高压端连接；第二电容C2另一端同时连接于第二二极管TO2、激光器和第四电阻R4 ;第四电阻R4的另一端与第三电容C3的另一端连接。
[0013]上述方案中，所述第二开关管M0SFET-2为高速场效应晶体管，由脉冲控制电路提供的电脉冲信号控制该第二开关管M0SFET-2的开关；由高压端通过保护第三电阻R3给储能第二电容C2充电；通过储能第二电容C2放电给激光器加电产生光信号；储能第二电容C2的充放电时间由第二开关管M0SFET-2控制；第二二极管PD2为反向二极管，对激光器进行保护；第四电阻R4和第三电容C3用以吸收脉冲信号下降沿后的信号振荡，获得更好的脉冲波形。
[0014]上述方案中，所述高压端给激光器供电，其电压值与储能第二电容C2和第二开关管M0SFET-2的耐压值相匹配。所述电压值为1-200V。
[0015](三)有益效果
[0016]从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果:
[0017]1、利用本发明，由于本驱动电路内部采用高速脉冲控制结构来实现对脉冲驱动电路的控制，同时所选用的开关管通过与其对应器件的配合使用，响应速度非常快，通过优化所选用器件参数，可以实现上升沿5ns、脉宽11ns、重复频率1Ηζ_50ΚΗζ可调节的窄脉冲信号，同时能提供较大的驱动电流。另外，本驱动电路结构简单，可以制作成超小电路板用于超小型脉冲器件结构中。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]下面通过结合附图对具体实施例的详细描述，进一步说明本发明的结构、特点和技术内容，其中:
[0019]图1为本发明提供的窄脉宽的大功率半导体激光器驱动电路的结构示意图。
[0020]图2为本发明驱动电路工作状态下实测的光脉冲信号图。【具体实施方式】
[0021]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
[0022]请参阅图1所示，图1为本发明提供的窄脉宽的大功率半导体激光器驱动电路的结构示意图，该半导体激光器驱动电路包括脉冲控制电路、驱动电路、高压端、低压端、TTL信号端和接地端，其中，脉冲控制电路同时连接于驱动电路、低压端、TTL信号端和接地端，驱动电路同时连接于高压端、脉冲控制电路和接地端。
[0023]其中，脉冲控制电路包含第一电阻R1、第一电容Cl、第二电阻R2、第一二极管roi和第一开关管M0SFET-1，其中:第一电阻Rl —端与TTL信号端连接，另一端与第一电容Cl的一端连接；第一电容Cl的另一端同时连接于第二电阻R2、第一二极管PDl和第一开关管M0SFET-1 ;第二电阳R2另一端分别与接地端和第一二极管PDl另一端并接；第一开关管M0SFET-1—端与低压端连接，一端与接地端连接，另一端与第二开关管M0SFET-2 —端连接。第一开关管M0SFET-1为高速场效应晶体管，通过TTL信号端和第一二极管PDl来控制该第一开关管M0SFET-1的导通和关断；通过调节第一电阻R1、第二电阻R2和第一电容Cl来控制该半导体激光器驱动电路内部的电脉冲宽度。低压端给第一开关管M0SFET-1供电，电压值控制在12 — 15V ;TTL信号端为电压值3.3—5V、50%占空比的TTL脉冲信号；该半导体激光器驱动电路的频率为1Ηζ-50ΚΗζ，由TTL信号端控制。
[0024]驱动电路包括第二开关管M0SFET-2、第三电阻R3、第二电容C2、第二二极管TO2、激光器、第四电阻R4和第三电容C3，其中:第二开关管M0SFET-2的一端同时连接于第三电阻R3和第二电容C2，另一端分别同时连接于接地端、第二二极管TO2、激光器和第三电容C3 ;第三电阻R3另一端与高压端连接；第二电容C2另一端同时连接于第二二极管TO2、激光器和第四电阻R4;第四电阻R4的另一端与第三电容C3的另一端连接。第二开关管M0SFET-2为高速场效应晶体管，由脉冲控制电路提供的电脉冲信号控制该第二开关管M0SFET-2的开关；由高压端通过保护第三电阻R3给储能第二电容C2充电；通过储能第二电容C2放电给激光器加电产生光信号；储能第二电容C2的充放电时间由第二开关管M0SFET-2控制；第二二极管PD2为反向二极管，对激光器进行保护；第四电阻R4和第三电容C3用以吸收脉冲信号下降沿后的信号振荡，获得更好的脉冲波形。高压端给激光器供电，其电压值与储能第二电容C2和第二开关管M0SFET-2的耐压值相匹配，电压值一般为为1—200V。
[0025]综上所述，由于本驱动电路内部采用高速脉冲控制结构来实现对脉冲驱动电路的控制，同时所选用的开关管通过与其对应器件的配合使用，响应速度非常快，通过优化所选用器件参数实现窄脉宽大电流输出，所以本发明提供的这种窄脉宽大功率半导体激光器的驱动电路可以实现上升沿5ns、脉宽11ns、重复频率1Ηζ-50ΚΗζ可调节的脉冲光信号，其工作状态下实测的光脉冲信号图如图2所示。同时能提供较大的驱动电流。
[0026]以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种窄脉宽的大功率半导体激光器驱动电路，其特征在于，该半导体激光器驱动电路包括脉冲控制电路、驱动电路、高压端、低压端、TTL信号端和接地端，其中，脉冲控制电路同时连接于驱动电路、低压端、TTL信号端和接地端，驱动电路同时连接于高压端、脉冲控制电路和接地端。
2.根据权利要求1所述的窄脉宽的大功率半导体激光器驱动电路，其特征在于，所述脉冲控制电路包含第一电阻(Rl)、第一电容(Cl)、第二电阻(R2)、第一二极管(roi)和第一开关管(MOSFET-1)，其中: 第一电阻(Rl) —端与TTL信号端连接,另一端与第一电容(Cl)的一端连接；第一电容(Cl)的另一端同时连接于第二电阻(R2)、第一二极管(PDl)和第一开关管(M0SFET-1)； 第二电阻(R2)另一端分别与接地端和第一二极管(PDl)另一端并接； 第一开关管(M0SFET-1) —端与低压端连接，一端与接地端连接，另一端与第二开关管(M0SFET-2) 一端连接。
3.根据权利要求2所述的窄脉宽的大功率半导体激光器驱动电路，其特征在于，所述第一开关管(M0SFET-1)为高速场效应晶体管，通过TTL信号端和第一二极管(TOl)来控制该第一开关管(M0SFET-1)的导通和关断；通过调节第一电阻(Rl)、第二电阻(R2)和第一电容(Cl)来控制该半导体激光器驱动电路内部的电脉冲宽度。
4.根据权利要求3所述的窄脉宽的大功率半导体激光器驱动电路，其特征在于，所述低压端给第一开关管(M0SFET-1)供电，电压值控制在12 — 15V ;TTL信号端为电压值3.3—5V、50%占空比的TTL脉冲信号；该半导体激光器驱动电路的频率为1Ηζ-50ΚΗζ，由TTL信号端控制。
5.根据权利要求1所述的窄脉宽的大功率半导体激光器驱动电路，其特征在于，所述驱动电路包括第二开关管(M0SFET-2)、第三电阻(R3)、第二电容(C2)、第二二极管(PD2)、激光器、第四电阻(R4)和第三电容(C3)，其中: 第二开关管(M0SFET-2)的一端同时连接于第三电阻(R3)和第二电容(C2)，另一端分别同时连接于接地端、第二二极管(PD2)、激光器和第三电容(C3);第三电阻(R3)另一端与高压端连接；第二电容(C2)另一端同时连接于第二二极管(TO2)、激光器和第四电阻(R4)；第四电阻(R4)的另一端与第三电容(C3)的另一端连接。
6.根据权利要求5所述的窄脉宽的大功率半导体激光器驱动电路，其特征在于，所述第二开关管(M0SFET-2)为高速场效应晶体管，由脉冲控制电路提供的电脉冲信号控制该第二开关管(M0SFET-2)的开关；由高压端通过保护第三电阻(R3)给储能第二电容(C2)充电；通过储能第二电容(C2)放电给激光器加电产生光信号；储能第二电容(C2)的充放电时间由第二开关管(M0SFET-2)控制；第二二极管(TO2)为反向二极管，对激光器进行保护；第四电阻(R4)和第三电容(C3)用以吸收脉冲信号下降沿后的信号振荡，获得更好的脉冲波形。
7.根据权利要求6所述的窄脉宽的大功率半导体激光器驱动电路，其特征在于，所述高压端给激光器供电，其电压值与储能第二电容(C2)和第二开关管(M0SFET-2)的耐压值相匹配。
8.根据权利要求7所述的窄脉宽的大功率半导体激光器驱动电路，其特征在于，所述电压值为1-200V。
【文档编号】H01S5/042GK103474873SQ201310403566
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月6日 优先权日:2013年9月6日
【发明者】祁琼, 熊聪, 刘素平, 马骁宇 申请人:中国科学院半导体研究所