专利名称：连续可调纳秒脉冲半导体激光器驱动电源的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及半导体激光器的驱动电源，是一种连续可调纳秒脉 冲半导体激光器驱动电源。
技术背景脉冲式半导体激光器具有体积小、效率高、寿命长、价格低廉等优 点，现在得到了越来越广泛的应用。在激光通讯、激光雷达、高速摄影、 抽运固体激光器、激光测距等诸多领域备受青睐。为了得到高频大幅度、 纳秒的光脉冲，需用纳秒级的电脉冲驱动半导体激光器。目前，获得电脉冲常采用雪崩晶体管、可控硅、绝缘栅双极性晶体 管和阶跃恢复二极管等。雪崩管输出激励器，可以获得较好的波形，但 在工程应用方面还存在一些问题雪崩管单管不能提供大电流，为了获 得工作所需的电流需要把多个雪崩管并联使用，需要解决好同步触发、 电流的等量分配等技术问题，否则易产生双峰或反冲；输出脉宽连续可 调比较困难；雪崩管需要很大的电压驱动，这在高频信号中很容易产生 串绕。 一般的场效应管，可控硅开关时间比较长，要做到数ns是比较困 难的，不适合于窄脉冲电源的产生。双极性晶体管和阶跃恢复二极管产 生的窄脉冲电流不能做得很大，难以产生大电流。由于半导体激光器一般都比较昂贵，因此驱动电源还需提供有效的 保护机制，对脉冲半导体激光器保护方式主要是采用软启动、电源滤波 等方式，但这些还不够周全。发明内容本实用新型要解决的技术问题在于克服上述现有技术的不足，提供 一种连续可调的纳秒脉冲激光驱动电源，该驱动电源应具有结构简单、 性能稳定、对所驱动的半导体激光器安全保护和脉冲宽度、峰值电流、 重频可调的优点。本实用新型的技术解决方案如下一种连续可调纳秒脉冲半导体激光器驱动电源，其特点是它由方波 发生器、脉冲整形放大电路、功率放大电路和保护电路构成，方波发生 器用来产生一定频率的方波；脉冲整形放大电路将方波整形成窄脉冲信 号并放大；功率放大电路用来产生最后的脉冲驱动信号，驱动半导体激 光器；保护电路用来保护半导体激光器的正常工作，其连接关系如下所述的方波发生器的输出端接所述的脉冲整形放大电路的输入端；该脉冲整形放大电路的输出端接所述的功率放大电路中场效应管的栅极；所述的功率放大电路的场效应管的源极接所述的保护电路电压的输 出端，漏极为本驱动电源的正极输出端，本驱动电源的负极输出端和第 一电阻与所述的保护电路的比较器的负向输入端的节点相连，所述的第 一电阻的另一端接地；所述的保护电路的比较器的正向输入端接参考电压，该比较器的输 出端接到所述的单稳触发器的第7端口；第二电阻的一端和第一电容的 一端接单稳触发器的第1端口；第二电阻的另一端接+ 5V外部电源， 第一电容的另一端接地；单稳触发器的第2端口接地；单稳触发器的第 3端口接场效应管的栅极，该场效应管的源极接到+ 30V外部电源，该 场效应管的漏极接第三电阻的一端并为本保护电路的输出端，该第三电 阻的另一端接地。所述的方波发生器是具有不同频率方波输出的方波发生器，从而实现不同重频的脉冲输出。所述的脉冲整形放大电路输出纳秒量级的脉冲。所述的场效应管为高速场效应管。本实用新型为了实现脉宽，重频，峰值电流连续可调，采用高速场 效应管做为开关，由于场效应管为电压控制的电流器件，因此调节输入 栅极脉冲的幅度即可调节峰值电流；调节栅极脉冲的脉宽和重频即可调节通过半导体激光器的信号的脉宽和重频。为了保护半导体激光器的安全，使通过半导体激光器的脉冲峰值电 流不超过最大值，采用一个高速比较器监测通过半导体激光器的峰值电 流所形成的电压， 一旦超过设定的标准参考电压，即产生一个高电平脉 冲信号，该信号通过单稳触发器之后产生一个低电平的连续信号，该信 号使场效应管关断，从而切断电源，达到自断电的目的。其工作过程如下先由方波发生器产生一定频率的方波；该方波通过脉冲整形放大电 路后产生脉宽为纳秒量级，幅度为十伏左右的窄脉冲信号，该窄脉冲信 号通过高速场效应管进行功率放大，产生最后的脉冲驱动信号，驱动半 导体激光器。最终的脉冲驱动信号的脉宽15ns 连续可调，峰值电流0 一20A连续可调，重频1HZ—1MHZ连续可调。通过一个用于探测的第 一电阻R1探测通过半导体激光器的电流所形成的电压，并与标准参考 电压通过比较器进行比较，比较的结果通过单稳触发器进行脉冲展宽之 后，送到场效应管的栅极，如果通过半导体激光器的电流过大则关断场 效应管，从而切断电源，以保护半导体激光器的安全。本实用新型的技术效果1、 本实用新型的电源其性能参数如下(1) 脉冲重复频率1HZ—1MHZ连续可调；(2) 脉冲宽度最窄可达15ns，连续可调；(3) 输出脉冲电流0—20A可调；(4) 带自动断电保护。2、 本实用新型同采用雪崩管的同类电源相比，易于实现输出脉宽连 续可调。3、 本实用新型同采用双极性晶体管和阶跃恢复二极管产生的窄脉冲 电源相比，易于实现大峰值电流。4、 本实用新型同采用可控硅的电源相比，脉冲宽度最窄可达到15ns。5、 本实用新型具备自断电保护，有效保证半导体激光器的安全。
以下结合附图对本实用新型作进一歩的说明。
图1为本实用新型的连续可调纳秒脉冲半导体激光器驱动电源的结 构框图。图2为驱动电源工作过程波形图。 图3为保护电路工作过程波形图。
具体实施方式
请参阅图1，图1为本实用新型的连续可调纳秒脉冲半导体激光器 驱动电源的结构框图。由图可见，本实用新型连续可调纳秒脉冲半导体 激光器驱动电源，由方波发生器U1、脉冲整形放大电路U2、功率放大 电路U3和保护电路U4构成，其连接关系如下所述的方波发生器U1的输出端接所述的脉冲整形放大电路U2的 输入端；该脉冲整形放大电路U2的输出端接所述的功率放大电路U3 中场效应管Ql的栅极；场效应管Ql的源极接所述的保护电路U4的 输出端Vcc，漏极为本驱动电源的正极输出端，本驱动电源的负极输出 端和第一电阻Rl与所述的保护电路U4的比较器Q2的负向输入端的节 点相连，所述的第一电阻R1的另一端接地；所述的保护电路U4的比较器Q2的正向输入端接参考电压Vr，比 较器Q2的输出端接到单稳触发器Q4的第7端口 ；第二电阻R2的一端 和第一电容Cl的一端接单稳触发器Q4的第1端口 ；第二电阻R2的另 一端接+ 5V外部电源，第一电容C1的另一端接地；单稳触发器Q4的 第2端口接地；单稳触发器Q4的第3.端口接场效应管Q3的栅极，该场效应管Q3的源极接到+30V外部电源，该场效应管Q3的漏极接第 三电阻R3的一端并为本保护电路U4的输出端Vcc，该第三电阻R3的 另一端接地。本保护电路U4的输出端Vcc输出的电压施加到场效应管 Ql的源极。所述的方波发生器U1是具有不同频率方波输出的方波发生器，从 而实现不同重频的脉冲输出。所述的脉冲整形放大电路U2输出纳秒量级的脉冲。 所述的脉冲放大电路U3中的场效应管Q1为高速场效应管。 的连续可调纳秒脉冲半导体激光器驱动电源，先由方波发生器Ul 产生一定频率的方波，该方波占空比为50%，且重复频率可以调节； 该方波通过脉冲整形放大电路U2进行整形，产生脉宽为纳秒量级，幅 度为十多伏左右的窄脉冲信号，该窄脉冲信号的脉冲宽度可调，重复频 率即为方波的重复频率；窄脉冲信号通过高速场效应管Q1进行功率放 大，产生最后的脉冲驱动信号，驱动半导体激光器。最终的脉冲驱动信 号脉宽15ns 连续可调，峰值电流0—20A连续可调，重频1HZ—1MHZ 连续可调。通过一个探测电阻R1探测通过半导体激光器的电流，并与标准的参考电压Vr通过比较器Q2进行比较，比较的结果通过单稳触发器Q4进行脉冲展宽之后，接到场效应管Q3的栅极，如果通过半导体激光器的电流过大则关断场效应管Q3，从而切断半导体激光器LD的电源Vcc，保护半导体激光器的安全。图2为本实用新型驱动电源工作过程波形图，第一个为方波发生器 Ul输出的波形，下面为第二个为脉冲整形放大电路U2输出的波形，第三个为半导体激光器LD两端的波形。图3为保护电路工作过程波形图，当半导体激光器LD两端的峰值 电流超过设定的电压Vr时所发生的情况。第一个为半导体激光器LD 两端的波形，第二个为比较器Q2的输出波形，第三个为单稳触发器 Q4的输出波形，第四个为电源Vcc的波形。综上所述，本实用新型的半导体激光器驱动电源，与在先技术相比， 具有结构简单，性能稳定，保护机制完善等特点；具有脉冲宽度、峰值 电流、重频可调等优点。
权利要求1、一种连续可调纳秒脉冲半导体激光器驱动电源，其特征在于它由方波发生器(U1)、脉冲整形放大电路(U2)、功率放大电路(U3)和保护电路(U4)构成，其连接关系如下所述的方波发生器(U1)的输出端接所述的脉冲整形放大电路(U2)的输入端；该脉冲整形放大电路(U2)的输出端接所述的功率放大电路(U3)中场效应管(Q1)的栅极；所述的功率放大电路(U3)的场效应管(Q1)的源极接所述的保护电路电压(U4)的输出端(Vcc)，漏极为本驱动电源的正极输出端，本驱动电源的负极输出端和第一电阻(R1)与所述的保护电路(U4)的比较器(Q2)的负向输入端的节点相连，所述的第一电阻(R1)的另一端接地；所述的保护电路(U4)的比较器(Q2)的正向输入端接参考电压(Vr)，比较器(Q2)的输出端接到单稳触发器(Q4)的第7端口；第二电阻(R2)的一端和第一电容(C1)的一端接单稳触发器(Q4)的第1端口；第二电阻(R2)的另一端接+5V外部电源，第一电容(C1)的另一端接地；单稳触发器(Q4)的第2端口接地；单稳触发器(Q4)的第3端口接作为开关的场效应管(Q3)的栅极，该场效应管(Q3)的源极接到+30V外部电源，该场效应管(Q3)的漏极接第三电阻(R3)的一端并为本保护电路(U4)的输出端(Vcc)，该第三电阻(R3)的另一端接地。
2、根据权利要求1所述的连续可调纳秒脉冲半导体激光器驱动电 源，其特征在于所述的方波发生器(Ul)是具有不同频率方波输出的 方波发生器，从而实现不同重频的脉冲输出。
3、根据权利要求1所述的连续可调纳秒脉冲半导体激光器驱动电 源，其特征在于所述的脉冲整形放大电路(U2)输出纳秒量级的脉冲。4、根据权利要求1所述的连续可调纳秒脉冲半导体激光器驱动电源， 其特征在于所述的脉冲放大电路(U3)中的场效应管(Ql)为高速场效应管。
专利摘要一种连续可调纳秒脉冲半导体激光器驱动电源，包括方波发生器、脉冲整形放大电路、功率放大电路和保护电路。本实用新型电源的特点是(1)输出脉冲参数连续可调，具体为峰值电流0～20A、脉宽10～200ns、重频1Hz～1MHz连续可调；(2)带自断电保护，能有效保证半导体激光器的安全工作。
文档编号H02M3/155GK201113222SQ20072007397
公开日2008年9月10日 申请日期2007年8月22日 优先权日2007年8月22日
发明者军 周, 张寿棋, 楼祺洪, 董景星, 魏运荣 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所