CN106611932B - 一种脉冲激光器及脉冲激光控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种脉冲激光控制方法，包括：控制驱动器生成冲击电流以及脉冲电流，所述冲击电流大于所述脉冲电流；由所述冲击电流以及所述脉冲电流驱动连续激光器生成脉冲激光。由于驱动器产生大于脉冲电流的冲击电流，连续激光管将冲击电流以及脉冲电流转换为脉冲激光，不仅使得脉冲激光的上升沿明显变快，加快响应速度，还增大了脉冲激光的脉冲宽度，使得脉冲宽度达到几百纳秒级以及微秒级，克服了由于普通脉冲电流驱动连续激光管产生的激光波形的上升非常缓慢的问题，以及普通脉冲激光管在相同的脉冲宽度下容易被烧毁的问题。本发明还公开了一种脉冲激光器，具有上述效果。

Description

一种脉冲激光器及脉冲激光控制方法

技术领域

本发明涉及激光脉冲技术领域，特别涉及一种脉冲激光控制方法，还涉及一种脉冲激光器。

背景技术

脉冲宽度是指脉冲所能达到最大值所持续的时间段，现有技术中的脉冲激光管无法达到脉冲宽度为几百纳秒甚至微秒级别，如果利用现有的脉冲激光管来发射几百纳秒甚至微秒级别的高功率激光，会烧毁激光管。

因此，如何能够加快脉冲激光的响应速度，同时实现几百纳秒级别或者微秒级别的高功率脉冲激光是本领域技术人员需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种脉冲激光器，能够加快脉冲激光的响应速度，同时发送脉冲宽度为几百纳秒或者微秒级别的脉冲激光。

为解决上述技术问题，本发明提供一种脉冲激光控制方法，包括：

控制驱动器生成冲击电流以及脉冲电流，所述冲击电流大于所述脉冲电流；

由所述冲击电流以及所述脉冲电流驱动连续激光管生成脉冲激光。

优选的，在上述脉冲激光控制方法中，所述控制驱动器生成冲击电流以及脉冲电流，包括：

根据用户发送的控制信号生成冲击电压信号以及脉冲电压信号；

将所述冲击电压信号转换为冲击电流，将所述脉冲电压信号转换为脉冲电流。

本发明还提供一种脉冲激光器，包括：

用于生成冲击电流以及脉冲电流的驱动器，所述冲击电流大于所述脉冲电流；

与所述驱动器连接，用于根据所述冲击电流以及所述脉冲电流生成脉冲激光的连续激光管。

优选的，在上述脉冲激光器中，所述驱动器包括：

用于生成冲击电压信号以及脉冲电压信号的转换器；

用于将所述冲击电压信号转换为冲击电流，将所述脉冲电压信号转换为脉冲电流的电流放大模块。

优选的，在上述脉冲激光器中，所述电流放大模块包括：

控制运算放大器，其正向端与所述转换器的输出端连接，反向端与采样电阻连接；

功率管，其基电极或栅极与所述控制运算放大器的输出端连接，集电极或漏极与电源连接，发射极或源极与所述连续激光管连接；

所述采样电阻，其一端接地，另一端与所述控制运算放大器的反向端以及所述连续激光管连接。

优选的，在上述脉冲激光器中，所述驱动器包括：

功率管，其栅极或基电极与控制端连接，漏极或集电极与第一电源连接，源极或发射极与所述连续激光管连接；

电容，所述电容的第一端与所述第一电源以及所述功率管的漏极或集电极连接，第二端接地；

二极管，所述二极管的阳极与第二电源连接，阴极与所述电容的第一端以及所述第一电源连接。

优选的，在上述脉冲激光器中，所述冲击电流的持续时间范围为1ns～1μs。

优选的，在上述脉冲激光器中，所述脉冲电流的持续时间为纳秒级以及微秒级的持续时间。

本发明所提供一种脉冲激光控制方法，包括：控制驱动器生成冲击电流以及脉冲电流，所述冲击电流大于所述脉冲电流；由所述冲击电流以及所述脉冲电流驱动连续激光管生成脉冲激光。

由于驱动器产生大于脉冲电流的冲击电流，连续激光管将冲击电流以及脉冲电流转换为脉冲激光，不仅使得脉冲激光的上升沿明显变快，加快响应速度，还增大了脉冲激光的脉冲宽度，使得脉冲宽度达到几百纳秒级以及微秒级，克服了由于普通脉冲电流驱动连续激光管产生的激光波形的上升非常缓慢的问题，以及普通脉冲激光管在相同的脉冲宽度下容易被烧毁的问题。

本发明还提供一种脉冲激光器，具有上述效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的脉冲激光控制方法示意图；

图2为本发明实施例所提供的脉冲激光器的结构图；

图3为本发明实施例所提供的一种脉冲激光器的电路图；

图4为本发明实施例所提供的另一种脉冲激光器的电路图；

图5为本发明实施例所提供的一种脉冲激光器的驱动理论波形图；

图6为现有技术中提供的传统脉冲电流激励产生的激光波形图；

图7为本发明实施例所提供的带冲击电流的脉冲电流激励产生的激光波形图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，图1为本发明实施例提供的脉冲激光控制方法示意图。

在一种具体实施方式中，本发明提供一种脉冲激光控制方法，包括：

步骤S1：控制驱动器06生成冲击电流以及脉冲电流，所述冲击电流大于所述脉冲电流。

其中，利用控制器或者任何能够控制驱动器06产生冲击电流以及脉冲电流的电路，均在保护范围内，冲击电流大于脉冲电流，是脉冲电流的几倍，甚至是几十倍均在保护范围内。

步骤S2：由所述冲击电流以及所述脉冲电流驱动连续激光管05生成脉冲激光。

其中，驱动器06产生一个上升时间非常陡峭的冲击电流，实现脉冲激光的快速上升沿，加快响应速度，增大了脉冲激光的脉冲宽度，使得脉冲宽度达到几百纳秒级以及微秒级以上，克服了由于普通脉冲电流驱动连续激光管05产生的激光波形的上升非常缓慢的问题，以及普通脉冲激光管在相同的脉冲宽度下容易被烧毁的问题。驱动器06在冲击电流持续一段时间后，使得电流骤降至脉冲电流值，恒定输出，直到脉冲宽度时间后，关闭脉冲电流，驱动连续激光管05产生脉冲激光，脉冲激光恒定输出。

在上述脉冲激光控制方法基础上，所述控制驱动器06生成冲击电流以及脉冲电流，包括：

根据用户发送的控制信号生成冲击电压信号以及脉冲电压信号；

将所述冲击电压信号转换为冲击电流，将所述脉冲电压信号转换为脉冲电流。

需要指出的是，驱动器06生成冲击电流以及脉冲电流的方式有多种，并不局限于上述驱动方式，还可以为其它驱动方式，均在保护范围内。

在另一种具体实施方式中，提供一种脉冲激光器，如图2和3所示，图2为本发明实施例所提供的脉冲激光器的结构图；图3为本发明实施例所提供的一种脉冲激光器的电路图。

脉冲激光器包括：

用于生成冲击电流以及脉冲电流的驱动器06，所述冲击电流大于所述脉冲电流；

与所述驱动器06连接，用于根据所述冲击电流以及所述脉冲电流生成脉冲激光的连续激光管05。

本实施例中，提供的脉冲激光器包括用于供电的电源VCC、用于根据用户的控制指令生成控制信号的控制器01、与所述控制器01输出端连接的，用于根据所述控制信号生成冲击电流以及脉冲电流的驱动器06、以及连续激光管0505。如果利用传统的脉冲电压驱动连续激光管05发射激光，激光的激光脉冲的波形上升沿和下降沿都具有较缓慢的坡度，波形变化缓慢，脉冲宽度较小。波长范围可为任意波长范围的连续激光管05的瞬间输出功率高，而且能够连续发射激光，采用连续激光管05来代替传统的脉冲激光管。控制器01控制驱动器06产生一个上升时间非常陡峭的冲击电流，冲击电流的幅度远大于脉冲电流的电流，冲击电流大于或者等于所述脉冲电流的几倍甚至几十倍，且持续时间为t，上升时间和冲击电流的宽度一样，在时间t后，电流骤降至脉冲电流值，恒定输出，直到脉冲宽度时间后，关闭脉冲电流，即用冲击电流使得脉冲激光快速发光，实现脉冲激光的快速上升沿。

因此，通过控制器01控制驱动器06产生大于脉冲电流的冲击电流，由驱动器06驱动的连续激光管05将冲击电流转换为脉冲激光，使得脉冲激光的上升沿明显变快，增大了脉冲激光的脉冲宽度，使得脉冲宽度达到几百纳秒级以及微秒级以上，避免了由于脉冲电流驱动连续激光管05产生的激光波形的上升非常缓慢，导致脉冲宽度过窄的问题。

在上述脉冲激光器的基础上，所述驱动器06包括：

用于生成冲击电压信号以及脉冲电压信号的转换器02；

用于将所述冲击电压信号转换为冲击电流，将所述脉冲电压信号转换为脉冲电流放大模块。

其中，转换器02的输入端与控制器01连接，用于根据控制信号生成冲击电压信号以及脉冲电压信号，脉冲电流放大模块与转换器02的输出端连接。

需要指出的是，驱动器06中包括的器件以及器件之间的连接关系并不限于上述情况，还可以为其它结构的驱动器，例如，只产生冲击电流以及脉冲电流的驱动器，均在保护范围内。

在上述脉冲激光器的基础上，所述电流放大模块包括：

控制运算放大器03，其正向端与所述转换器的输出端连接，反向端与采样电阻0706连接；

功率管04，其基电极或栅极与所述控制运算放大器03的输出端连接，集电极或漏极与电源连接，发射极或源极与所述连续激光管05连接；

所述采样电阻07，其一端接地，另一端与所述控制运算放大器03的负极以及所述连续激光管05连接。

需要指出的是，功率管04可以为场效应晶体管或者三极管等其它合适的功率管实现，均在保护范围内。此外，电流放大模块包括但不限于上述电流负反馈方式，即包括但不限于上述利用控制运算放大器03、功率管04以及采样电阻07连接形成的电路，还可以用其他方式实现，均在保护范围内。

如图4和5所示，图4为本发明实施例所提供的另一种脉冲激光器的电路图；图5为本发明实施例所提供的一种脉冲激光器的驱动理论波形图；

所述驱动器包括：

功率管，其栅极或基电极与控制端连接，漏极或集电极与第一电源连接，源极或发射极与所述连续激光管05连接；

电容，所述电容的第一端与所述第一电源以及所述功率管的漏极或集电极连接，第二端接地；

二极管，所述二极管的阳极与第二电源连接，阴极与所述电容的第一端以及所述第一电源连接。

其中，第一电源提供的电压为U1，第二电源提供的电压为U2，电压值U1>U2，功率管采用高边驱动方式，也可用低边驱动方式，功率管的栅极或基电极与控制端连接，控制端输入电压，使得栅极或基电极和源极之间具有电压Ugs，开始的时候Ugs是低电平，功率管Q1处于关闭状态，第一电源用于给电容C1充电，充满后，第一电源关闭，电容C1仍然保持电压值U1，第二电源处于常开状态，在电容C1的电压下降到一定值之前，二极管D1截至第二电源的电压U2。如图5所示，图中上方曲线表示功率管栅极和源极之间的电压时序波形曲线，下方曲线表示功率管栅极和源极之间的电流时序波形曲线，栅极和源极的两端产生一个足够高的电压Ugs，使功率管Q1完全导通，电压U1由电容C1加载到连续激光管05上，产生冲击电流I1，电容上的电压U1下降到一定值后，二极管D1导通，由第二电源给激光管D2供电，电流为脉冲电流I2。

如图6和7所示，本实施例中，通道1为脉冲电流的波形，通道2为连续激光管05的发光波形。

如图6所示，传统脉冲电流驱动连续激光管05产生的激光波形的上升非常缓慢，大约6微秒，其电流到光的反应速度十分缓慢，脉冲宽度并不能达到微秒级别。

如图7所示，脉冲电流由冲击电流和脉冲发光电流两部分组成，通道1中较高脉冲部分为冲击电流，幅度较低的脉冲部分为正常脉冲电流，产生该种驱动电流的过程为：由控制器01控制转换器02产生一个冲击电压，该电压控制后端的电流反馈放大器产生持续时间为800ns冲击电流，电流高度为正常脉冲发光电流的2.2倍，在800ns后，将冲击电压的幅度降至正常脉冲发光控制电压的幅度，控制后端的电流反馈放大器产生正常脉冲电流。

可以看出，冲击电流驱动连续激光管05产生的激光波形的上升沿较为陡峭，激光器发光的上升沿明显变快，加快了响应速度，且上升时间和冲击电流的宽度一样，进而增大了脉冲激光的脉冲宽度，使得高功率激光的脉冲宽度达到微秒级别，避免了由于脉冲电流驱动连续激光管05产生的激光波形的上升非常缓慢，导致脉冲宽度过窄的问题。

在上述脉冲激光器的基础上，所述冲击电流的持续时间范围为1ns～1μs。

需要指出的是，冲击电流的持续时间占有脉冲宽度的，包括但不限于上述时间范围，根据需要进行控制即可，均在保护范围内。

在上述脉冲激光器的基础上，所述脉冲电流的持续时间为纳秒级以及微秒级的持续时间。

需要指出的是，脉冲电流的持续时间决定了脉冲激光的脉冲宽度，使得激光的脉冲宽度为纳秒以及微秒级别以上，均在保护范围内。

在上述脉冲激光器的基础上，所述连续激光管05产生的所述脉冲激光的波长范围可以为任意波长，根据用户需求进行设定，均在保护范围内。

说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种脉冲激光控制方法，其特征在于，包括：

控制驱动器生成冲击电流以及脉冲电流，所述冲击电流大于所述脉冲电流；

由所述冲击电流以及所述脉冲电流驱动连续激光管生成脉冲激光；

所述冲击电流的持续时间范围为1ns～1μs。

2.如权利要求1所述的脉冲激光控制方法，其特征在于，所述控制驱动器生成冲击电流以及脉冲电流，包括：

根据用户发送的控制信号生成冲击电压信号以及脉冲电压信号；

将所述冲击电压信号转换为冲击电流，将所述脉冲电压信号转换为脉冲电流。

3.一种脉冲激光器，其特征在于，包括：

用于生成冲击电流以及脉冲电流的驱动器，所述冲击电流大于所述脉冲电流；

与所述驱动器连接，用于根据所述冲击电流以及所述脉冲电流生成脉冲激光的连续激光管；

所述冲击电流的持续时间范围为1ns～1μs。

4.如权利要求3所述的脉冲激光器，其特征在于，所述驱动器包括：

用于生成冲击电压信号以及脉冲电压信号的转换器；

用于将所述冲击电压信号转换为冲击电流，将所述脉冲电压信号转换为脉冲电流的电流放大模块。

5.如权利要求4所述的脉冲激光器，其特征在于，所述电流放大模块包括：

控制运算放大器，其正向端与所述转换器的输出端连接，反向端与采样电阻连接；

功率管，所述功率管为双极型晶体管或者为场效应管，双极型晶体管的基电极或场效应管的栅极与所述控制运算放大器的输出端连接，双极型晶体管的集电极或场效应管的漏极与电源连接，双极型晶体管的发射极或场效应管的源极与所述连续激光管连接；

所述采样电阻，其一端接地，另一端与所述控制运算放大器的反向端以及所述连续激光管连接。

6.如权利要求3所述的脉冲激光器，其特征在于，所述驱动器包括：

功率管，所述功率管为双极型晶体管或者为场效应管，场效应管的栅极或双极型晶体管的基电极与控制端连接，场效应管的漏极或双极型晶体管的集电极与第一电源连接，场效应管的源极或双极型晶体管的发射极与所述连续激光管连接；

电容，所述电容的第一端与所述第一电源以及所述场效应管的漏极或双极型晶体管的集电极连接，第二端接地；

二极管，所述二极管的阳极与第二电源连接，阴极与所述电容的第一端以及所述第一电源连接。

7.如权利要求3所述的脉冲激光器，其特征在于，所述脉冲电流的持续时间为纳秒级以及微秒级的持续时间。