CN109638626A - 激光调q模块、电路、调q控制方法 - Google Patents

激光调q模块、电路、调q控制方法 Download PDF

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    • H01S3/11—Mode locking; Q-switching; Other giant-pulse techniques, e.g. cavity dumping

Abstract

本申请公开了一种激光调Q模块、电路、调Q控制方法，该模块包括：晶体管单元和电感单元，晶体管单元包括：MOS场效应晶体管；电感单元包括：脉冲地触发输入和电感隔离线圈，触发输入与电感隔离线圈的输入端连接；电感隔离线圈的输出端与MOS场效应晶体管的控制极和MOS场效应晶体管的S极并联。该模块结构简单，输出电压连续可调，各级开关的触发输出脉冲同步精度高，重复频率可达几十KHz。本申请的另一方面还提供了包含模块的电路和控制方法。

Description

激光调Q模块、电路、调Q控制方法
技术领域
本申请涉及一种激光调Q模块、电路、调Q控制方法，尤其能实现高重频激光输出，高电压输入，属于激光技术领域。
背景技术
在现有技术中，通过对激光器中电光晶体两端加减电压，使激光谐振腔的损耗发生突变，从而实现高峰值功率、窄脉冲宽度激光的输出。该方法所用控制电路结构复杂，对电光晶体施加电压高低受元器件本身特性限制，无法产生实现高压调节，限制了对激光器的调整范围。
发明内容
根据本申请的一个方面，提供了一种激光调Q模块，该模块结构简单，输出电压连续可调，各级开关的触发输出脉冲同步精度高，重复频率可达几十KHz。
所述激光调Q模块，其特征在于，包括：晶体管单元和电感单元，所述晶体管单元包括：MOS场效应晶体管；
所述电感单元包括：脉冲地触发输入和电感隔离线圈，所述触发输入与所述电感隔离线圈的输入端连接；
所述电感隔离线圈的输出端与所述MOS场效应晶体管的控制极和所述MOS场效应晶体管的S极串联。
可选地，所述触发输入为低压脉冲方波触发输入。
可选地，所述晶体管单元包括第一电阻和第二电阻，所述第一电阻的两端分别与所述MOS场效应晶体管的S极和D极连接；
所述第二电阻的两端分别与所述MOS场效应晶体管的控制极、S极连接。
本申请的另一方面还提供了一种激光调Q电路，包括：至少一级如上述的激光调Q模块。
可选地，包括：高压输入输出模块，所述高压输入输出模块与所述激光调Q模块的调Q输出端连接。
可选地，所述激光调Q模块包括：调Q输入端和调Q接地端，
所述调Q输入端与触发输入连接；
所述调Q接地端与MOS场效应晶体管的S极连接；
所述调Q输出端与MOS场效应晶体管的D极与电阻Rn连接。
可选地，所述高压输入输出模块包括：高压直流输入端、脉冲电压输出端，所述调Q输出端与所述高压直流输入端和所述脉冲电压输出端连接。
可选地，所述高压输入输出模块包括第一级激光调Q模块、第二级激光调Q模块至第n级激光调Q模块，所述第二级激光调Q模块至第n-1级激光调Q模块均包括第一电阻端和第二电阻端；
所述第一级激光调Q模块包括所述第二电阻端；
所述第n级激光调Q模块包括所述第一电阻端；
所述第一级激光调Q模块的调Q接地端接地，所述第一级激光调Q模块的调Q输入端与所述触发输入连接，所述第一级激光调Q模块的调Q输出端与所述第二级激光调Q模块的调Q接地端连接，所述第一级激光调Q模块的第二电阻端与所述第二级激光调Q模块的第一电阻端连接；
所述第二级激光调Q模块的输入端与所述触发输入连接，所述第二级激光调Q模块的调Q输出端与第三级激光调Q模块的调Q接地端连接，所述第二级激光调Q模块的第二电阻端与所述第二级激光调Q模块的第一电阻端连接；
至
所述第n级激光调Q模块的输入端与所述触发输入连接，所述第n级激光调Q模块的调Q输出端与所述高压输入输出模块连接，所述第n级激光调Q模块的调Q接地端与第n-1级激光调Q模块的调Q输出端连接，所述第n-1级激光调Q模块的第二电阻端与所述第n级激光调Q模块的第一电阻端连接。
本申请的另一方面提供了一种激光调Q控制方法，包括以下步骤：
向至少一级如上述的激光调Q模块中输入触发输入，当所述触发输入为0V时，如上述的激光调Q电路中脉冲电压输出端输出电压为高压；
当所述触发输入电平为10V～30V时，所述脉冲电压输出端输出为0。
本申请能产生的有益效果包括：
1)本申请所提供的激光调Q电路，该调Q电路具有输出电压连续可调，开关速度快，输出的激光同步时间抖动小，输出高压的幅度不受元器件的限制可以根据需要任意拓展的优点。
2)本申请所提供的激光调Q电路，此电路通过电感隔离线圈实现输入控制，从而实现每一级MOSFET开关同时控制，避免各级MOSFET开关之间的延时问题，从而实现高同步精度且易于控制。
3)本申请所提供的激光调Q电路，此调Q电路的控制过程可完全不受电压高低影响，结构简单，易于实现，可以应用在电压输出要求高，和/或同步精度要求高的场合。
4)本申请所提供的激光调Q电路，最大输出电压的幅度可以通过叠加多级晶体管单元和触发单元实现任意拓展。
附图说明
图1为本申请一种实施方式中激光调Q模块结构示意图；
图2为本申请一种实施方式中激光调Q电路结构示意图；
图3为本申请一种实施方式中激光调Q控制方法流程示意图。
具体实施方式
下面结合实施例详述本申请，但本申请并不局限于这些实施例。
参见图1，本申请提供的激光调Q模块，包括：晶体管单元和电感单元，所述晶体管单元包括：MOS场效应晶体管；
所述电感单元包括：触发输入和电感隔离线圈，所述触发输入与所述电感隔离线圈的输入端连接；所述电感隔离线圈的输出端与所述MOS场效应晶体管的控制极和所述MOS场效应晶体管的S极串联。
可选地，所述触发输入为低压脉冲方波触发输入IN。
采用以方波为周期的脉冲电压作为输入，可规律地实现对输出的控制。
可选地，所述晶体管单元包括第一电阻Rn和第二电阻rn，所述第一电阻Rn的两端分别与所述MOS场效应晶体管的S极和D极连接；所述第二电阻rn的两端分别与所述MOS场效应晶体管的控制极、S极连接。
通过设置第一电阻Rn和第二电阻rn对晶体管单元进行限流，提高电路安全性。
参见图2，本申请提供的激光调Q电路，包括：至少一级上述激光调Q模块和高压输入输出模块。
可选地，包括：高压输入输出模块，所述高压输入输出模块与所述激光调Q模块的调Q输出端连接。
可选地，所述激光调Q模块包括：调Q输入端和调Q接地端，
所述调Q输入端与触发输入连接；
所述调Q接地端与MOS场效应晶体管的S极连接；
所述调Q输出端与MOS场效应晶体管的D极与电阻Rn连接。
具体地，所述激光调Q模块包括：调Q输入端、调Q接地端和调Q输出端，
所述调Q输入端与触发输入连接；所述调Q接地端与MOS场效应晶体管的S极连接；所述调Q输出端与MOS场效应晶体管的D极与第一电阻连接；
所述高压输入输出模块与所述调Q输出端连接。
具体地，所述高压输入输出模块包括：高压直流输入端HV、脉冲电压输出端OUT、第一高压限流电阻R0和第二高压限流电阻Rm，所述调Q输出端与所述第一高压限流电阻R0的一端连接；所述第一高压限流电阻R0的另一端与所述第二高压限流电阻Rm连接，所述第二高压限流电阻Rm的另一端与所述高压直流输入端HV连接；所述脉冲电压输出端OUT与所述第一高压限流电阻R0和所述第二高压限流电阻Rm的一端连接。
此激光调Q电路通过控制作为脉冲输入的低压脉冲方波触发输入，实现对电感隔离线圈的控制。
使用时，当触发输入IN为低电平时，MOS场效应晶体管的D级和S级处于高阻状态，脉冲电压输出端OUT输出高电压。
当触发输入IN输入为高电平时，MOS场效应晶体管的D级和S级处于导通状态，此时MOSFET内阻几乎为0，脉冲电压输出端OUT也为0。
此电路是通过触发输入IN的高低电平脉冲转换，控制MOS场效应晶体管D级和S级周期性导通/截止，产生快速下降式的高压脉冲信号。实现对电路输出电压的控制。
其中第一高压限流电阻R0和第二高压限流电阻Rm用于限流。通过将多级激光调Q模块叠加，可有效控制输出电压值，采用该方式控制输出电压，避免了器件对电压输出值的限制。通过触发输入控制各级激光调Q模块，能保证控制的精确同步性，避免延时的发生。
可选地，所述激光调Q模块包括第一级激光调Q模块、第二级激光调Q模块至第n级激光调Q模块，所述第二级激光调Q模块至第n-1级激光调Q模块均包括第一电阻端和第二电阻端；
所述第一级激光调Q模块包括所述第二电阻端；
所述第n级激光调Q模块包括所述第一电阻端；
所述第一级激光调Q模块的调Q接地端接地，所述第一级激光调Q模块的调Q输入端与所述触发输入连接，所述第一级激光调Q模块的调Q输出端与所述第二级激光调Q模块的调Q接地端连接，所述第一级激光调Q模块的第二电阻端与所述第二级激光调Q模块的第一电阻端连接；
所述第二级激光调Q模块的输入端与所述触发输入连接，所述第二级激光调Q模块的调Q输出端与第三级激光调Q模块的调Q接地端连接，所述第二级激光调Q模块的第二电阻端与所述第二级激光调Q模块的第一电阻端连接；
至
所述第n级激光调Q模块的输入端与所述触发输入连接，所述第n级激光调Q模块的调Q输出端与所述高压输入输出模块连接，所述第n级激光调Q模块的调Q接地端与第n-1级激光调Q模块的调Q输出端连接，所述第n-1级激光调Q模块的第二电阻端与所述第n级激光调Q模块的第一电阻端连接。
以下举例说明，使用n级激光调Q模块时，各部件之间的连接关系。参见图2，所述激光调Q电路包括第一级激光调Q模块、第二级激光调Q模块……、第n级激光调Q模块，
所述第一级激光调Q模块包括：MOS场效应晶体管Q1、电阻R1、电阻r1、第一触发输入IN和电感隔离线圈T1，所述MOS场效应晶体管Q1的S极接地，
所述第二级激光调Q模块包括：MOS场效应晶体管Q2、电阻R2、电阻r2、第二触发输入IN和电感隔离线圈T2，
所述MOS场效应晶体管Q1的D极与所述电阻R1连接后与所述MOS场效应晶体管Q2的S极相连接，同时也与电阻R2的一端连接；
所述第一触发输入IN与所述电感隔离线圈T1输入端连接，所述电感隔离线圈T1的输出端与所述MOS场效应晶体管Q1的S极和所述MOS场效应晶体管Q1的控制极连接，所述电阻r1与所述电感隔离线圈T1的输出端串联，所述电阻R1的两端分别与所述MOS场效应晶体管Q1的S极和D极连接；
所述电阻R1的一端还与所述电阻R2连接；
所述第二触发输入IN与所述电感隔离线圈T2输入端连接，所述电感隔离线圈T2的输出端与所述MOS场效应晶体管Q2的S极和所述MOS场效应晶体管Q2的控制极连接，所述电阻r2与所述电感隔离线圈T2的输出端串联，所述电阻R2的两端分别与所述MOS场效应晶体管Q2的S极和D极连接；
所述电阻R2的一端还与所述电阻R3连接，所述MOS场效应晶体管Q2的D极与所述电阻R2连接后与所述MOS场效应晶体管Q3的S极连接；……
所述第n级激光调Q模块包括：MOS场效应晶体管Qn、电阻Rn、电阻rn、第n触发输入IN和电感隔离线圈Tn，
所述第n触发输入IN与所述电感隔离线圈Tn输入端连接，所述电感隔离线圈Tn的输出端与所述MOS场效应晶体管Qn的S极和所述MOS场效应晶体管Qn的控制极连接，所述电阻rn与所述电感隔离线圈Tn的输出端串联，所述电阻Rn的两端分别与所述MOS场效应晶体管Qn的S极和D极连接；
所述电阻Rn的一端还与所述电阻Rn-1连接，所述MOS场效应晶体管Qn的D极与所述电阻Rn连接后与直流高压输入端连接，所述MOS场效应晶体管Qn的S极所述MOS场效应晶体管Qn-1的D极连接；
所述脉冲电压输出端与所述直流高压输入端串联。
采用上述激光调Q电路，通过控制触发输入IN，实现高压隔离电感线圈来控制MOSFET管的开关，从而精确控制高压脉冲输出的电路。
参见图3，本申请的另一方面还提供了一种激光调Q控制方法，包括以下步骤：
向至少一级如上述的激光调Q模块中输入触发输入，当所述触发输入为低电平时，如上述的激光调Q电路中脉冲电压输出端输出电压；
当所述触发输入为高电平时，所述脉冲电压输出端输出为0。
此电路是通过触发输入IN的高低电平的转换，控制MOSFET场效应晶体管的D极、S极的导通和截止，从而产生快速下降式的高压脉冲信号。
以上所述，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。

Claims (10)

1.一种激光调Q模块，其特征在于，包括：晶体管单元和电感单元，所述晶体管单元包括：MOS场效应晶体管；
所述电感单元包括：脉冲地触发输入和电感隔离线圈，所述触发输入与所述电感隔离线圈的输入端连接；
所述电感隔离线圈的输出端与所述MOS场效应晶体管的控制极和所述MOS场效应晶体管的S极并联。
2.根据权利要求1所述的激光调Q模块，其特征在于，所述触发输入为低压脉冲方波触发输入。
3.根据权利要求1所述的激光调Q模块，其特征在于，所述晶体管单元包括第一电阻和第二电阻，所述第一电阻的两端分别与所述MOS场效应晶体管的S极和D极连接；
所述第二电阻的两端分别与所述MOS场效应晶体管的控制极、S极连接。
4.一种激光调Q电路，其特征在于，包括：至少一级如权利要求1～3中任一项所述的激光调Q模块。
5.根据权利要求4所述的激光调Q电路，其特征在于，包括：高压输入输出模块，所述高压输入输出模块与所述激光调Q模块的调Q输出端连接。
6.根据权利要求4所述的激光调Q电路，其特征在于，所述激光调Q模块包括：调Q输入端和调Q接地端，
所述调Q输入端与触发输入连接；
所述调Q接地端与MOS场效应晶体管的S极连接；
所述调Q输出端与MOS场效应晶体管的D极与第一电阻连接。
7.根据权利要求5所述的激光调Q电路，其特征在于，所述高压输入输出模块包括：高压直流输入端、脉冲电压输出端，所述调Q输出端与所述高压直流输入端和所述脉冲电压输出端连接。
8.根据权利要求7所述的激光调Q电路，其特征在于，所述高压输入输出模块包括：第一高压限流电阻和第二高压限流电阻，所述调Q输出端与所述第一高压限流电阻的一端连接；
所述第一高压限流电阻的另一端与所述第二高压限流电阻连接，所述第二高压限流电阻的另一端与所述高压直流输入端连接；
所述脉冲电压输出端与所述第一高压限流电阻和所述第二高压限流电阻的一端连接。
9.根据权利要求5所述的激光调Q电路，其特征在于，所述激光调Q模块包括第一级激光调Q模块、第二级激光调Q模块至第n级激光调Q模块，所述第二级激光调Q模块至第n-1级激光调Q模块均包括第一电阻端和第二电阻端；
所述第一级激光调Q模块包括所述第二电阻端；
所述第n级激光调Q模块包括所述第一电阻端；
所述第一级激光调Q模块的调Q接地端接地，所述第一级激光调Q模块的调Q输入端与所述触发输入连接，所述第一级激光调Q模块的调Q输出端与所述第二级激光调Q模块的调Q接地端连接，所述第一级激光调Q模块的第二电阻端与所述第二级激光调Q模块的第一电阻端连接；
所述第二级激光调Q模块的输入端与所述触发输入连接，所述第二级激光调Q模块的调Q输出端与第三级激光调Q模块的调Q接地端连接，所述第二级激光调Q模块的第二电阻端与所述第二级激光调Q模块的第一电阻端连接；
至
所述第n级激光调Q模块的输入端与所述触发输入连接，所述第n级激光调Q模块的调Q输出端与所述高压输入输出模块连接，所述第n级激光调Q模块的调Q接地端与第n-1级激光调Q模块的调Q输出端连接，所述第n-1级激光调Q模块的第二电阻端与所述第n级激光调Q模块的第一电阻端连接。
10.一种激光调Q控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
向至少一级如权利要求1～3中任一项所述的激光调Q模块中输入触发输入，当所述触发输入为0V时，如权利要求4～9中任一项所述的激光调Q电路中脉冲电压输出端输出电压；
当所述触发输入电平为10V～30V时，所述脉冲电压输出端输出为0V。
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