CN109478760B - 激光脉冲发生器和用于产生激光脉冲的方法 - Google Patents

Abstract

一种激光脉冲发生器(100，200)，所述激光脉冲发生器具有：a.脉冲形状发生装置(2)，其具有i.用于存储数据的脉冲形状存储器(3)和与所述脉冲形状存储器连接的数字/模拟转换器(DAC)(4)，ii.用于连接开始信号路径(7)的开始信号线路(6)的第一接头(5)，iii.用于连接时钟信号线路(9)的第二接头(8)，iv.用于连接脉冲线路(12)的第三接头(11)，其中，所述第一和第二接头(5，8)如此与所述脉冲形状存储器(3)和所述DAC(4)连接，使得在预给定的开始信号的情况下数据从所述脉冲形状存储器(3)被导至所述DAC(4)并且被所述DAC(4)尤其以时钟信号的时钟转换成输出脉冲，所述输出脉冲被提供在所述第三接头(11)上以便控制用于激光二极管(14)的驱动器(13)；b.时钟单元(10)，所述时钟单元与所述第二接头(8)通过所述时钟信号线路(9)连接；其特征在于，c.所述时钟单元(10)具有复位接头(105)，所述复位接头与所述开始信号路径(7)连接。

Description

激光脉冲发生器和用于产生激光脉冲的方法

技术领域

本发明涉及一种激光脉冲发生器，所述激光脉冲发生器具有脉冲形状发生装置，其具有用于存储数据的脉冲形状存储器和与所述脉冲形状存储器连接的数字/模拟转换器(DAC)，用于连接开始信号路径的开始信号线路的第一接头，用于连接时钟信号线路的第二接头，用于连接脉冲线路的第三接头，其中，所述第一和第二接头如此与所述脉冲形状存储器和所述DAC连接，使得在预给定的开始信号的情况下数据从所述脉冲形状存储器被导至所述DAC并且被所述DAC尤其以时钟信号的时钟转换成输出脉冲，所述输出脉冲被提供在所述第三接头上以便控制用于激光二极管的驱动器；以及时钟单元，所述时钟单元与所述第二接头通过所述时钟信号线路连接。类似的类型的激光脉冲发生器例如在CA 2 729 088A1中描述。

此外，本发明涉及一种用于产生激光脉冲的方法，所述方法具有以下步骤：

a.对开始信号作出反应地将数据从脉冲形状存储器向DAC输出。

b.尤其以时钟单元的时钟信号的时钟在DAC中产生输出脉冲，并且输出所述输出脉冲。

激光二极管通过以下方式产生激光脉冲：以激光脉冲形状控制激光二极管的驱动器。激光脉冲形状可以以简单的方式通过数字/模拟转换器来输出。在这里，以输出时钟将脉冲形状存储器的存储内容通过数字/模拟转换器输出。由使用者开始所谓的“按需脉冲”触发的情况下，可能发生输出抖动，因为开始(触发)事件不一定与存储器的或者DAC的输出时钟相关。

背景技术

在图1中示出激光脉冲发生器1。在此，激光脉冲发生器1包括脉冲形状发生装置2，所述脉冲形状发生装置具有用于存储脉冲形状的脉冲形状存储器3。脉冲形状作为经数字编码的脉冲形状保存在脉冲形状存储器3中。脉冲形状存储器3与数字/模拟转换器4连接。通过数字/模拟转换器4可以将经数字编码的脉冲形状转换成模拟的脉冲形状或者输出脉冲。脉冲形状发生装置2具有用于连接开始信号路径7的开始信号线路6的第一接头5。通过开始信号路径7可以传输开始信号。第二接头8设置用于连接时钟信号线路9。时钟单元10连接到时钟信号线路9上。所述时钟单元以时钟信号供给脉冲形状存储器3和数字/模拟转换器4。通过脉冲线路12将用于激光二极管14的驱动器13连接到脉冲形状发生装置2的输出端接头11上。当相应的开始信号到达脉冲形状存储器3时，在脉冲形状存储器的输出端上以时钟单元10的时钟输出经数字编码的脉冲形状并且然后在数字/模拟转换器4中将其转换成模拟的输出信号。如果在开始信号的出现和时钟单元10的时钟信号之间存在时间偏差，则可能导致在输出端11上输出的输出信号的输出抖动。

发明内容

本发明的任务在于，如此扩展一种激光脉冲发生器并且提供一种用于产生激光脉冲的方法，借助所述激光脉冲发生器和所述方法可以减小输出抖动。

根据本发明，所述任务通过一种激光脉冲发生器解决，所述激光脉冲发生器具有

a)脉冲形状发生装置，其具有

i.用于存储数据、尤其经数字编码的脉冲形状的脉冲形状存储器和与所述脉冲形状存储器连接的数字/模拟转换器(DAC)，

ii.用于连接开始信号路径的开始信号线路的第一接头，

iii.用于连接时钟信号线路的第二接头，

iv.用于连接脉冲线路的第三接头，其中，所述第一和第二接头如此与所述脉冲形状存储器和所述DAC连接，使得在预给定的开始信号的情况下数据从所述脉冲形状存储器被导至所述DAC并且被所述DAC尤其以时钟信号的时钟转换成输出脉冲，所述输出脉冲被提供在所述第三接头上以便控制用于激光二极管的驱动器，

b.时钟单元，所述时钟单元与所述第二接头通过所述时钟信号线路连接，其中，

c.所述时钟单元具有复位接头，所述复位接头与所述开始信号路径连接。

在此，脉冲形状存储器设计用于，存储数字化的信号、尤其数字字。在此，存储在脉冲形状存储器中的存储内容限定用于DAC的输出脉冲的确定的脉冲形状。DAC的输出脉冲可以被输送给驱动器。驱动器可以从输送给该驱动器的信号中生成用于激光二极管的激光脉冲。因此，接下来提及，在脉冲形状存储器中存储有经数字编码的脉冲形状。在此可以设置，在脉冲形状存储器中仅仅存储有经数字编码的脉冲形状，所述经数字编码的脉冲形状一次地被写入脉冲形状存储器中。也可以设置，脉冲形状存储器可写，并且因此，不同的经数字编码的脉冲形状可存储。此外可以考虑，在脉冲形状存储器中存储不同的经数字编码的脉冲形状，并且可以选择：应向数字/模拟转换器输出哪种经数字编码的脉冲形状。

数据尤其可以数字地存储在脉冲形状存储器中。

通过根据本发明的激光脉冲发生器进行时钟单元与开始信号或者与开始信号有关的信号的同步。可以以这种方式和方法减小在脉冲形状发生装置的输出端上的输出信号的输出抖动。

根据一种实施方式可以设置，时钟单元构造为开始/停止振荡器。开始/停止振荡器以下振荡器：可以通过一信号使该振荡器停下并且接着再次将该振荡器开启。这意味着，时钟信号的输出的开始时刻可以通过振荡器来调节、确定或影响。尤其可以通过开始信号或者与开始信号有关的信号使开始/停止振荡器短暂地停下，从而在所述停下时间期间可以通过开始信号开启(freigeben)在脉冲形状存储器中的数据并且接着开始或者开启振荡器，从而可以以时钟单元的时钟从脉冲形状存储器输出数据和/或将由脉冲形状存储器输出的数据以时钟信号的时钟在DAC中转换成输出脉冲。

根据一种替代的实施方式可以设置，时钟单元具有可复位的分频器和时钟源。时钟源可以具有以下时钟频率或者输出具有以下时钟频率的信号：所述时钟频率大于在时钟单元的输出端上的时钟频率。时钟源的时钟频率可以具有在时钟单元的输出端上的时钟频率的整数多倍、尤其至少双倍、进一步优选至少四倍。时钟源的时钟频率尤其可以比对于DAC和/或脉冲形状存储器的运行允许的更大。通过分频器可以使频率进入/下降到一个范围内，从而例如可以以此运行DAC或者脉冲形状存储器。通过分频器可以以预给定的比例等分由时钟源输出的信号的频率。在此，分频器优选与第二接头通过时钟信号线路连接。因此，由分频器输出的信号可以影响或者确定数据从脉冲形状存储器中的输出和/或由脉冲形状存储器输出的数据在DAC中到输出脉冲的转换。尤其可以从脉冲形状存储器以由分频器输出的信号的时钟输出数据，和/或，可以将由脉冲形状存储器输出的数据以时钟信号的时钟在DAC中转换成输出脉冲。换言之，可复位的分频器生成输出时钟或者用于脉冲形状输出和/或输出脉冲产生的时钟信号。

通过开始信号或者与开始信号有关的信号可以将分频器对于一定的时间置于基态(Grundzustand)中，即以下状态：在所述状态中，没有信号由分频器输出。在分频器位于基态中期间，可以向脉冲形状存储器提供开始信号，从而开启存储在那里的数据。一旦再次开启分频器，则来自脉冲形状存储器的数据的输出和因此经数字编码的脉冲形状的输出和/或输出脉冲的产生同步地开始。因此，输出抖动比实际的输出时钟的、即可复位的分频器的输出信号的频率的输出抖动小分频器的因子。例如，时钟源可以产生600MHz-信号。通过分频器可以将所述信号四等分，从而输出时钟(时钟信号)位于150MHz的频率处，这相应于6.6ns的周期持续时间。在该例子中，输出抖动仅仅为大约1.7ns。

在开始信号路径中可以布置第一脉冲发生器，所述第一脉冲发生器的输出端与时钟单元的复位接头连接。在此，可以将触发信号输送给第一脉冲发生器，由所述触发信号在开始信号路径中生成开始信号。通过第一脉冲发生器可以产生以下信号：该信号的脉冲持续时间足够长，以便可靠地复位或者开始时钟单元。因此可以确保，同步到较高的时钟上并且使输出抖动尽可能保持小。

此外，在开始信号路径中可以设置第二脉冲发生器，所述第二脉冲发生器的输出端与脉冲形状发生装置的第一接头连接。优选地，第二脉冲发生器收到第一脉冲发生器的输出信号作为输入信号。通过第二脉冲发生器可以生成实际的开始信号，所述开始信号被输送给脉冲形状存储器。

在此有利的是，第二脉冲发生器比第一脉冲发生器产生具有更大的脉冲持续时间的脉冲。第二脉冲发生器的脉冲持续时间应足够长，使得可以完全地结束脉冲形状存储器的数据通过DAC到输出脉冲的转换。

脉冲形状发生装置可以单片式地构造。这意味着，用于存储数据的脉冲形状存储器和与其连接的DAC可以在一个组件(Baustein)中实现。

进一步地，时钟单元也可以至少部分地集成在所述组件中。尤其可以在组件之外实现石英振荡器，并且，分频器可以集成在所述组件中。

开始/停止振荡器可以完全地集成在组件中。

第一脉冲发生器也可以集成在组件中。

第二脉冲发生器也可以集成在组件中。

组件可以是可编程的逻辑组件(programmierbarer Logikbaustein，PLD)、尤其FPGA。

此外，一种用于产生激光脉冲的方法落在本发明的框架下，所述方法具有以下步骤：

a.对开始信号作出反应地从脉冲形状存储器向DAC输出数据、尤其经数字编码的脉冲形状，

b.尤其以时钟单元的时钟在DAC中产生输出脉冲，并且输出所述输出脉冲，其中，

c.使时钟单元同步到开始信号或者与开始信号有关的信号上。

可以通过以下方式进行时钟单元根据开始信号或者与开始信号有关的信号的同步：可以通过开始信号或者与开始信号有关的信号使时钟单元复位或者可以暂时将时钟单元置于基态中，在所述基态中不输出时钟信号。尤其可以通过开始信号或者与其有关的信号确定，时钟单元何时开始输出时钟信号，所述时钟信号被输送给脉冲形状存储器和/或DAC。

可以借助分频器以特别简单的方式和方法产生时钟单元的时钟信号。在此，尤其可以通过开始信号或者与开始信号有关的信号使分频器复位或者停下并且再次开始时钟信号输出。

根据一种替代的方法变型可以设置，通过开始/停止振荡器产生时钟单元的时钟信号。在此，可以通过开始信号或者与开始信号有关的信号使开始/停止振荡器停下并且再次使开始/停止振荡器开启/开始。由此实现与开始信号或者与开始信号有关的信号的同步。

可以通过脉冲发生器产生开始信号，其中，脉冲发生器可以布置在开始信号路径中，在所述开始信号路径上，触发信号被转换成开始信号。可以使用开始信号路径的信号，以便控制时钟单元、尤其使时钟单元复位，并且因此使时钟单元与开始信号同步。通过脉冲发生器的使用可以产生开始信号，所述开始信号具有足够的长度，以便确保，可以完全地结束数据通过DAC到输出脉冲的转换。被输送给脉冲发生器的信号可以被视为与开始信号有关的信号并且被输送给时钟单元。

通过脉冲发生器可以产生与开始信号有关的信号。在此，可以将脉冲发生器的输出信号输送给另外的脉冲发生器，所述另外的脉冲发生器由所述输出信号生成开始信号。因此，可以通过优选位于开始信号路径中的第一脉冲发生器生成与开始信号有关的信号。

在此，脉冲发生器可以例如构造为单稳态触发器(monostabile Kippstufe)。这意味着，它们对于一定的时间被置于“高”状态中并且然后再次占据“低”状态。例如，第一脉冲发生器可以由触发信号生成具有10ns的长度的脉冲。通过第二脉冲发生器又可以由该信号产生具有大约100ns的长度的脉冲。具有这样的长度的信号或者脉冲能够足以确保，由脉冲形状存储器输出的数据完全通过DAC转换成模拟的输出信号或者输出脉冲。

从接下来对本发明的实施例的描述、根据示出发明实质性的细节的绘图的附图和从权利要求得出本发明的另外的特征和优点。各个特征可以分别单独地或者多个任意组合地在本发明的变型中实现。

附图说明

在绘图中示意性地示出并且接下来参照绘图的附图详细地阐述本发明的优选的实施例。附图示出：

图1示出激光脉冲发生器；

图2示出根据本发明的激光脉冲发生器的第一实施方式；

图3示出用于阐述在激光脉冲发生器中出现的信号的曲线图；

图4示出激光脉冲发生器的一种替代的实施方式。

具体实施方式

在根据图2的、根据本发明的激光脉冲发生器100的实施方式中，使用与在图1中相同的附图标记，只要借助其标记表示相应的元件。为了在输出端接头11上产生数字/模拟转换器4的输出脉冲，首先在位置101上将触发信号输送给开始信号路径7。通过脉冲发生器102由所述触发信号生成脉冲信号，所述脉冲信号在输出端103上被输出。通过脉冲发生器104由所述信号生成开始信号，所述开始信号通过开始信号路径7的开始信号路径6以及通过第一接头5输送给脉冲形状发生装置2。因此，在输出端103上输出的信号为与开始信号有关的信号。所述信号也被输送给时钟单元10的复位接头105并且在那里尤其向分频器106转发。因此，在输出端103上输出的信号为复位信号。所述复位信号用于，将分频器106置于基态中。这意味着，分频器106对于通过脉冲发生器102生成的脉冲的持续时间被置于其基态中。一旦由脉冲发生器102产生的脉冲的下降边沿已经到达分频器106，分频器106就允许输出时钟信号。在此，时钟信号具有通过时钟源107生成的时钟信号的频率的一小部分。例如，时钟源107可以产生600MHz-信号，所述600MHz-信号通过分频器106被因子4等分，从而将具有150MHz的频率的信号作为时钟信号在第二接头8上输送给脉冲形状发生装置2。

通过在接头5上输送的开始信号开启脉冲形状存储器3。这意味着，存储在脉冲形状存储器3中的数据准备就绪用于输出。将这些数据以通过时钟单元10输出的时钟的时钟输出并且转交给数字/模拟转换器4，在那里，从脉冲形状存储器3的数字数据生成输出脉冲，所述输出脉冲在接头11上被输出。输出脉冲被输送给驱动器13，所述驱动器控制激光二极管14。在所示出的实施例中，数字/模拟转换器4也连接到时钟单元10上，从而与脉冲形状存储器3相比，以相同的时钟信号供给数字/模拟转换器4。

相比通过脉冲发生器102产生的脉冲，脉冲发生器104产生具有更大的长度/脉冲宽度的脉冲。通过脉冲发生器104产生的脉冲的长度优选如此选择，使得确保，存储在脉冲形状存储器3中的数据完全地被转换成输出脉冲。例如，脉冲发生器104可以产生输出信号、尤其具有大约100ns的长度的脉冲。脉冲发生器102可以在输出端103上产生输出信号，尤其产生具有以下长度的脉冲：所述长度为脉冲发生器104的输出信号的、尤其脉冲的长度的大约十分之一。在当前的实施例中，所输出的脉冲的持续时间可以为大约10ns。

在图3中，以附图标记150示出通过脉冲发生器102产生并且在输出端103上输出的信号。在该信号的上升边沿151处，分频器106短时间地中断或者停下，这可以根据空隙152看到。接着，输出同步的信号，所述同步的信号具有时钟源107的信号的频率的四分之一。这通过附图标记153示出。以附图标记154表示输出脉冲，所述输出脉冲在输出端11上被输出，所述输出信号基于保存在脉冲形状存储器3中的数据通过数字/模拟转换器4到模拟信号的转换。可看到，所述信号具有减小的抖动。

图4基本上相应于图2。只要存在相同的元件，就使用相同的附图标记。图4相对于图2的根本区别在于，时钟单元10构造为开始/停止振荡器。由通过接头105输送的信号可以开始和停止所述开始/停止振荡器。尤其可以使开始/停止振荡器与以下信号、即在脉冲发生器102的输出端103上输出的信号同步：所述信号与开始信号有关。通过与开始信号有关的信号可以使开始/停止振荡器短暂地停下。只要开始/停止振荡器停下，就可以通过开始信号准予脉冲形状开启。接着，可以开启开始/停止振荡器，并且，以由开始/停止振荡器产生的时钟信号的时钟从脉冲形状存储器3输出经数字化的脉冲形状，并且，通过数字/模拟转换器4产生输出信号。构成时钟单元10的模拟的开始/停止振荡器仅仅非常示意性地说明。可以考虑用于实现开始/停止振荡器、尤其模拟的开始/停止振荡器的多种不同的解决方案。如果时钟单元10构造为开始/停止振荡器，则还可以进一步减小抖动。

在所有实施例中，脉冲形状发生装置2可以单片式地构造。这意味着，用于存储数据的脉冲形状存储器3和与该脉冲形状存储器连接的数字/模拟转换器(DAC)4可以在一个组件中实现。

进一步地，时钟单元10可以至少部分地也集成在所述组件中。因此，石英振荡器可以在组件之外实现，但分频器106可以集成在组件中。

开始/停止振荡器可以完全地集成在所述组件中。第一脉冲发生器102也可以集成在所述组件中。第二脉冲发生器104也可以集成在所述组件中。组件可以是可编程的逻辑组件、尤其是FPGA。

Claims (13)

1.一种激光脉冲发生器(100，200)，所述激光脉冲发生器具有：

a.脉冲形状发生装置(2)，其具有

i.用于存储数据的脉冲形状存储器(3)和与所述脉冲形状存储器连接的数字/模拟转换器DAC(4)，

ii.用于连接开始信号路径(7)的开始信号线路(6)的第一接头(5)，

iii.用于连接时钟信号线路(9)的第二接头(8)，

iv.用于连接脉冲线路(12)的第三接头(11)，其中，所述第一接头(5)和所述第二接头(8)如此与所述脉冲形状存储器(3)和所述DAC(4)连接，使得在预给定的开始信号的情况下数据从所述脉冲形状存储器(3)被导至所述DAC(4)并且被所述DAC(4)尤其以时钟信号的时钟转换成输出脉冲，所述输出脉冲被提供在所述第三接头(11)上以便控制用于激光二极管(14)的驱动器(13)，

b.时钟单元(10)，所述时钟单元与所述第二接头(8)通过所述时钟信号线路(9)连接，

其特征在于，

c.所述时钟单元(10)具有复位接头(105)，所述复位接头与所述开始信号路径(7)连接。

2.根据权利要求1所述的激光脉冲发生器，其特征在于，所述时钟单元(10)构造为开始/停止振荡器。

3.根据权利要求1所述的激光脉冲发生器，其特征在于，所述时钟单元(10)具有能够复位的分频器(106)和时钟源(107)。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的激光脉冲发生器，其特征在于，在所述开始信号路径(7)中布置有第一脉冲发生器(102)，所述第一脉冲发生器的输出端(103)与所述时钟单元(10)的复位接头(105)连接。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的激光脉冲发生器，其特征在于，设有第二脉冲发生器(104)，所述第二脉冲发生器的输出端与所述脉冲形状发生装置(2)的第一接头(5)连接。

6.根据以上权利要求1至3中任一项所述的激光脉冲发生器，其特征在于，所述复位接头(105)如此构造在所述时钟单元(10)上，使得进行所述时钟单元(10)与所述开始信号或与所述开始信号有关的信号的同步。

7.一种用于在使用根据权利要求1至6中任一项所述的激光脉冲发生器来产生激光脉冲的方法，所述方法具有以下步骤：

a.对开始信号作出反应地从脉冲形状存储器(3)向DAC(4)输出数据、尤其经数字编码的脉冲形状，

b.尤其以时钟单元(10)的时钟信号的时钟在所述DAC(4)中产生输出脉冲，并且输出所述输出脉冲，

其特征在于，

c.使所述时钟单元(10)同步到所述开始信号或者与所述开始信号有关的信号上。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在所述时钟单元(10)中借助分频器(106)产生所述时钟信号。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，通过开始/停止振荡器产生所述时钟单元(10)的时钟信号。

10.根据以上权利要求7至9中任一项所述的方法，其特征在于，通过第二脉冲发生器(104)产生所述开始信号。

11.根据以上权利要求7至9中任一项所述的方法，其特征在于，通过第一脉冲发生器(102)产生与所述开始信号有关的信号。

12.一种根据权利要求1至6中任一项所述的激光脉冲发生器(100，200)或者根据权利要求7至11中任一项所述的方法的应用，用于控制用于激光二极管(14)的驱动器(13)。

13.一种根据权利要求1至6中任一项所述的激光脉冲发生器(100，200)的或者根据权利要求7至11中任一项所述的方法的应用或者根据权利要求12所述的应用，用于减小所述输出脉冲的输出抖动。

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