一种用于扫描激光光源的高速低噪声激光器驱动电路的制作方法

本实用新型涉及激光器控制技术领域，具体涉及用于激光器的驱动电路。

背景技术：

随着半导体技术的日趋成熟，半导体激光器(ld)以其转换率高、体积小、重量轻、可靠性高、能直接调制等特点，在科研、工业、军事、医疗等领域得到了日益广泛的应用。半导体激光器的稳定性取决于驱动电源，电流的起伏会引起光功率的变化，从而影响激光器的性能。

目前已有的ld驱动电源设计方案主要有模拟电路控制方案、单片机控制的数字化方案等，模拟电路控制方案简单，易于实现，但抗干扰能力差；以单片机为控制核心的方案提高了ld驱动电源的抗干扰能力，并且可以很方便对起功能进行扩展，这也是目前最为广泛的成熟方案。然而，单片机的工作方式决定了其存在死机、程序可能“跑飞”等问题，还存在设计复杂、控制速度慢等问题，对ld的使用寿命产生不利的影响。

技术实现要素：

为了解决传统激光器驱动电路系统成本高、系统复杂、速度慢的问题，本实用新型提供一种用于扫描激光光源的高速低噪声激光器驱动电路。

一种用于扫描激光光源的高速低噪声激光器驱动电路，包括：

fpga模块；

d/a转换器(简称dac)，与所述fpga模块连接，用于完成数字信号到模拟信号的转换；

半导体激光器，与所述d/a转换器连接，用于产生激光；

温度控制器，与所述半导体激光器连接，用于控制所述半导体激光器的温度。

进一步地，所述fpga模块为xilinx公司的artix-7系列器件xc7a100t。

进一步地，所述半导体激光器采用蝶形封装激光器，内部集成了热敏电阻和制冷器。

进一步地，所述温度控制器采用用于peltier热电制冷器(tec)模块的单片温度控制器。

本实用新型的有益效果：采用fpga+dac的结构，以fpga为控制核心，利用fpga输出所需的数字量，通过dac转换成电流直接驱动半导体激光器，可以实现控制系统的全数字化，提高系统的抗干扰能力，增强在高低温环境和较复杂电磁环境下工作的适应性；实现了高速转换，转换精度高，不会死机，控制速度快，效率高；结构简单，成本低。

附图说明

图1为本实用新型的用于扫描激光光源的高速低噪声激光器驱动电路的结构示意图。

附图标记解释：100.fpga模块，200.d/a转换器，300.半导体激光器，400.温度控制器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步说明。

如图1所述，本实用新型的一种用于扫描激光光源的高速低噪声激光器驱动电路，包括依次连接的fpga模块100、d/a转换器200、半导体激光器300，以及与半导体激光器300连接的温度控制器400。

fpga模块100，用于驱动d/a转换器200。在本实施例中，fpga模块100采用xilinx公司的artix-7系列器件xc7a100t，采用小型化的封装，能满足低成本大批量市场的性能要求。

fpga器件是一种硬件可重构的体系结构，是可编程的逻辑阵列，内部包含丰富的逻辑单元，其基本结构包括可编程输入输出单元、可配置逻辑块、数字时钟管理模块、嵌入式块ram、布线资源、内嵌专用硬核、底层内嵌功能单元。由于fpga具有布线资源丰富，可重复和集成度高，投资较低的特点，在数字电路设计领域得到了广泛的应用。同时，由于fpga每个逻辑单元的功能在重编程时就已经确定，不需要指令，所以fpga运行速度比cpu要快。

d/a转换器200，连接fpga模块100，用以完成数字信号到模拟信号的转换。数模转换器有两种转换方式：并行数模转换和串行数模转换。串行数模转换是将数字量转换成脉冲序列的数目，一个脉冲相当于数字量的一个单位，优点是使用引脚少，速度慢。并行数模转换的一个脉冲相当于整个数字量，优点是引脚使用多，速度快。在本实施例中，d/a转换器200为电流型、并行、16位数模转换器，更新速率100msps，满足对速度和精度的要求。

d/a转换器又称数模转换器，简称dac，是把数字量转变成模拟的器件。dac主要由数字寄存器、模拟电子开关、位权网络、求和运算放大器和基准电压源(或恒流源)组成。常见的dac主要由全电阻网络dac、t型电阻网络dac、倒t型电阻网络dac及权电流型dac等类型。权电阻网络dac的特点是结构简单，使用电阻元件数少；但电阻种类多，且电阻阻值差别大，精度不易保证。t型电阻网络dac的特点是输出只与电阻比值有关，但电阻网络各支路存在传输时间差异，易造成动态误差，对转换精度和转换速度有较大影响。权电流型dac的特点是引入了恒流源，减小了由模拟开关导通电阻、导通压降引起的非线性误差，且电流直接流入运放输入端，传输时间小，转换速度快。

半导体激光器是功耗型有源器件，工作过程中的温度变化对其输出特性会有明显影响，所以需要对温度进行控制。

温度控制器400，连接半导体激光器300，用于控制半导体激光器300的温度。在本实施例中，温度控制器400为半导体制冷片，它的优点是没有滑动部件，应用在一些空间受到限制、可靠性要求高、无制冷剂污染的场合。利用半导体材料的peltier效应，当直流电通过两种不同半导体材料串联成的电偶时，在电偶的两端即可分别吸收热量和放出热量，可以实现制冷的目的；在提供高效率的同时，尽可能地减少了外部元件，使整个系统更加简单、成本更低。

fpga模块100是控制核心，将数据以二进制数字量的形式输出；d/a转换器200连接fpga模块100，将二进制数字转换成模拟电流信号，并驱动半导体激光器300；温度控制器400连接半导体激光器300，比较半导体激光器300的工作温度与实际温度之间的差值，通过半导体制冷技术，使实际温度与工作温度相当，保持半导体激光器300的稳定输出。

fpga时当今数字系统最重要的手段之一，fpga器件属于专用集成电路中的一种半定制电路，是可编程的逻辑阵列，能够有效的解决原有的起案件门电路数较少的问题。fpga器件编程后生成相应的硬件电路，系统上电即可工作，控制速度快，效率高；全数字化提高系统的抗干扰能力。

技术特征：

1.一种用于扫描激光光源的高速低噪声激光器驱动电路，其特征在于，包括：

fpga模块；

d/a转换器，与所述fpga模块连接，用于完成数字信号到模拟信号的转换；

半导体激光器，与所述d/a转换器连接，用于产生激光；

温度控制器，与所述半导体激光器连接，用于控制所述半导体激光器的温度。

2.根据权利要求1所述的用于扫描激光光源的高速低噪声激光器驱动电路，其特征在于，所述fpga模块为xilinx公司的artix-7系列器件xc7a100t。

3.根据权利要求2所述的用于扫描激光光源的高速低噪声激光器驱动电路，其特征在于，所述温度控制器采用用于peltier热电制冷器模块的单片温度控制器。

技术总结
本实用新型提供了一种用于扫描激光光源的高速低噪声激光器驱动电路，它包括依次连接的FPGA模块、D/A转换器、半导体激光器，以及与半导体激光器连接的温度控制器。FPGA模块是控制核心，将数据以二进制数字量的形式输出；D/A转换器连接FPGA模块，将二进制数字转换成模拟电流信号，并驱动半导体激光器；温度控制器连接半导体激光器，比较半导体激光器的工作温度与实际温度之间的差值，通过半导体制冷技术，使实际温度与工作温度相当，保持半导体激光器的稳定输出。

技术研发人员：李苗;高阳;段亮宏;江剑军;刘刚;万生鹏
受保护的技术使用者：江西旭锋光电技术有限公司
技术研发日：2019.11.18
技术公布日：2020.07.07