CN111316514A - 用于产生激光脉冲的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于产生激光脉冲的装置(100)，所述装置具有：‑激光二极管(110)，所述激光二极管包括第一二极管(104)和第二二极管(106)，使得所述激光二极管(110)具有第一阳极(107)、第二阳极(108)和阴极(109)，‑第一电势(101)，所述第一电池与所述第二阳极(108)电连接，‑第二电势(111)，所述第二电势具有比所述第一电势更小的值，‑第一开关(103)，所述第一开关与所述第一阳极(107)和所述第二电势(111)电连接，和‑第二开关(105)，所述第二开关与所述阴极(109)和所述第二电势(111)电连接，其特征在于，电阻(102)与所述第一阳极(107)和所述第二阳极(108)电连接。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于产生激光脉冲的装置和方法。
背景技术
为了操控光量开关激光器，所谓的Q开关激光器，已知被动和主动的系统。在此，激光器的增强区域具有产生和储存能量的泵浦区域和释放所存储的能量的开关区域。在被动系统中，当泵浦区域中的能量已经超过特定阈值时，释放被存储的能量，也就是说，所述被动系统是自动打开的系统。在主动系统中，通过外部影响，例如通过借助电流打开开关来控制开关区域。
在此，不利的是，必须单独地操控泵浦区域和开关区域，使得需要费事的操控电路，例如高位开关和低位开关。这意味着需要具有电平适配和浮动供给电压的专门的操控电路。此外，不利的是，在操控电路中的运行时间长。此外，在泵浦过程期间，由于高的电压升高速度会导致在开关区域中意外触发激光脉冲。
发明内容
本发明的任务是简化操控电路。
用于产生激光脉冲的装置具有激光二极管，该激光二极管包括第一二极管和第二二极管，使得所述激光二极管具有第一阳极、第二阳极和阴极。换言之，激光二极管的第一阳极相应于第一二极管的阳极并且激光二极管的第二阳极相应于第二二极管的阳极。第一二极管的阴极和第二二极管的阴极这样地电连接，使得激光二极管具有唯一的、即共同的阴极。所述装置具有与第二阳极电连接的第一电势和具有比该第一电势更小值的第二电势。此外，所述装置具有与第一阳极和第二电势电连接的第一开关和与阴极和第二电势电连接的第二开关。根据本发明，电阻与第一阳极和第二阳极电连接。
在此，有利的是，借助唯一的操控电路、即不单独地进行泵浦区域和开关区域的操控。
在一个扩展方案中，电阻是低阻值的，尤其小于1kΩ。
在此，有利的是，能够快速执行开关过程并且确保眼睛安全，因为产生具有少量能量的短脉冲。
在另一构型中，第一开关和第二开关构型为NMOS晶体管。
在此，有利的是，所述开关需要小的空间需求并且具有短的开关时间。
在另一扩展方案中，激光二极管构造为整体式的。
在此，有利的是，该装置是电感小的。
在另一构型中，设置存储式电容器，该存储式电容器提供或者说具有第一电势和第二电势并且使这两个电势保持恒定或者说稳定。换言之，存在去耦电容，该去耦电容准备好或者说稳定用于激光二极管的电压。
在此，优点是，激光模块直接附接到存储式电容上，并且因此，带有电感的导线不直接从电压源引导至激光二极管，该带有电感的导线影响激光二极管中的电流增大。在激光脉冲之间，由电压源对电容器进行充电。电流供给的电感不会干扰。
借助激光二极管产生激光脉冲的方法，该激光二极管包括第一二极管和第二二极管，使得激光二极管具有第一阳极、第二阳极和阴极；并且包括与第一阳极和第二阳极电连接的电阻，所述方法包括关闭与第一阳极和第二电势电连接的第一开关，使得形成第一电流路径，该第一电流路径从第一电势通过电阻延伸至第二电势。所述方法包括关闭与阴极和第二电势电连接的第二开关，使得阴极具有第二电势并且产生泵浦电流，该泵浦电流在第二电流路径内带入能量，其中，第二电流路径从第一电势通过第二二极管延伸至第二电势。此外，所述方法包括根据超过第一阈值而打开第一开关，使得第一电流路径的走向改变，其中，第一电流路径从第一电势通过由电阻和第一二极管组成的串联电路延伸至第二电势，能量通过第一电流路径衰减并且发射激光脉冲。所述方法包括根据超过代表第二时长的第二阈值而打开第二开关。
在此，优点是，不但在第一电流路径中而且在第二电流路径中通过使用低位开关获取时间用于形成或者说建立电流。
在一个扩展方案中，第一阈值代表第一时长。
在此，有利的是，实现方式是简单的。
在另一构型中，第一阈值根据激光二极管的基底的温度值来确定。
在此，有利的是，效率是优化的，因为泵浦电流不必多余地、长时间地在发射激光脉冲之前被启动。
在另一扩展方案中，第一阈值代表泵浦电流值。
根据本发明的车辆包括用于产生激光脉冲的装置，其中，所述装置具有激光二极管，所述激光二极管包括第一二极管和第二二极管，使得激光二极管具有第一阳极、第二阳极和阴极。所述装置具有与第二阳极电连接的第一电势和具有比第一电势更小值的第二电势。此外，所述装置具有与第一阳极和第二电势电连接的第一开关以及与阴极和第二电势电连接的第二开关。电阻与第一阳极和第二阳极电连接。
由下面对实施例的说明或由从属权利要求得到另外的优点。
附图说明
下面根据优选的实施方式和附图阐述本发明。附图示出了：
图1来自现有技术的、具有由两个高位开关和共同的接地极组成的操控装置的Q开关激光二极管，
图2用于产生激光脉冲的装置的等效电路图，
图3布置有激光二极管的模块，和
图4用于产生激光脉冲的方法。
具体实施方式
图1示出来自现有技术的、具有由两个高位开关和共同接地极组成的操控装置的Q开关激光二极管。图1示出激光二极管110，该激光二极管构造为整体式的。激光二极管110具有泵浦区域120和开关区域121。泵浦区域120和开关区域121相互电连接。连接材料可以是在其上布置有激光二极管110的基底。泵浦区域120和开关区域121具有共同的阴极127或者说接地极。高度反射镜122布置在泵浦区120的短边上。泵浦区域的与高度反射镜122对置的一侧直接与开关区域121的短边连接。开关区域121具有部分反射镜123，该部分反射镜与开关区域121的短边对置，该短边与泵浦区域120直接连接。泵浦区域120借助键合线128与引导泵浦电流的第一引线125连接。开关区域221借助键合线128与引导开关电流的第二引线126连接。图1示出激光脉冲124的输出。
图2示出用于产生激光脉冲的装置200的等效电路图。装置200包括用于提供或者说稳定供给电压的器件201，其中，提供第一电势和第二电势。器件201例如是去耦电容或电池。第二电势例如接地。装置200包括激光二极管210，该激光二极管具有第一二极管204和第二二极管206。不但第一二极管204而且第二二极管206分别具有阳极和阴极。因此，激光二极管210包括第一阳极207和第二阳极208以及唯一的阴极209，因为第一二极管204的阴极和第二二极管206的阴极相互电连接。第一二极管204作为开关二极管起作用，而第二二极管206作为泵浦二极管起作用。第一阳极207和第二阳极208通过电阻202电连接。电阻202也可以构型为导线电阻。装置200包括第一开关203。第一开关203以晶体管的形式实现，例如，金属-氧化物半导体场效应晶体管(Mosfet)。第一开关203的漏极接头与第一阳极207导电地连接。此外，装置200包括第二开关205，第二开关205也以晶体管的形式实现，例如Mosfet。第二开关205的漏极接头与阴极209导电地连接。第一开关203和第二开关205的源极接头与第二电势电连接。
图3示出模块300，在该模块中布置或者说安装有用于产生激光脉冲的装置。模块300包括基底311，在该基底上布置有第一开关303和第二开关305。第一开关303作为控制开关起作用，而第二开关305作为泵浦开关起作用。第一开关303和第二开关305例如借助钎焊连接与基底311连接。第一开关303和第二开关305例如是NMOS晶体管，其中，漏极接头布置在半导体基底的第一侧上，而源极接头和栅极接头布置在半导体材料的第二侧上，其中，第一侧与第二侧对置。在第二开关305上布置有激光二极管310。激光二极管310能够可导电地粘合、钎焊或键合到第二开关305上，使得激光二极管的共同阴极与第二开关连接。由此，第二开关305和激光二极管310之间的接头电感小。激光二极管310借助键合连接313与第一开关303电连接。在激光二极管310上布置有用于电连接激光二极管310的器件312，例如所谓的可伐封印(Kovarstempel)。可伐封印涉及具有与玻璃相同的膨胀系数的金属合金。用于电连接激光二极管310的器件312与壳体314连接。壳体314具有用于输出激光脉冲的开口315。例如呈存储式电容301形式的电压稳定装置可以布置在基底311下方。基底311例如可以是多层陶瓷或印刷电路板(PCB)。理想地，第一开关303和第二开关305在空间上彼此靠近地布置，使得用于第一开关漏极接头的第一阳极的接头，即控制阳极接头具有小的电感。因此，为了连接可以使用非常短的键合线。第二阳极的接头，即泵浦阳极接头例如可以经由壳体314实现。为此，例如可以将可伐封印焊接到激光二极管晶体上。随后，可伐封印的上侧设有焊料，使得可以在键合过程之后焊接到壳体314上。在图3中未示出，但存在第一阳极和第二阳极之间的电阻。在此，低阻值的电阻例如借助在阳极接头、即第一阳极和第二阳极下方的共同的最后外延层集成在激光二极管芯片上。替代地，在附加工艺步骤中借助薄膜金属化或通过接头金属化的结构化来产生电阻。
图4示出用于产生激光脉冲的方法400。方法400以步骤410开始，在该步骤中，第一开关关闭。第一开关的漏极接头与激光二极管的第一阳极电连接，使得通过关闭第一开关，激光二极管的第一阳极具有第二电势，即接地。换言之，在接通泵浦电流之前，借助NMOS开关将第一阳极接地。在下一个步骤420中，第二开关关闭。第二开关在漏极侧与阴极电连接并且在源极侧与第二电势电连接，使得通过关闭第二开关，阴极具有第二电势并且可以在泵浦区域中形成泵浦电流。换言之，随着泵浦开关的接通，激光二极管的阴极接地。然后，在激光二极管的泵浦区域中形成泵浦电流。因为不但阴极而且控制接头都接地，所以不发生激光发射。在下一个步骤450中，第一开关根据超过第一阈值而打开。在此，第一阈值可以是第一时长或泵浦电流值。第一时长可以根据激光二极管基底的温度值来确定。换言之，当泵浦电流完全形成时，打开控制开关。这例如可以通过测量泵浦电流或温度或预给定的时长来确定。在控制开关打开之后，在开关区域中形成控制电流，并且从控制电流的特定电流阈值起发射激光脉冲。因为激光二极管在发射激光脉冲之后继续作为激光器，但以弱得多的光功率工作，因为泵送的能量被耗尽，所以在下一个步骤460中也打开第二开关。在发射激光脉冲之后立即打开第二开关，以便保持发射的总光量尽可能小。
图5定量地示出在图4的方法期间电流和电压的时间上的走势。曲线510示出关于第一开关的时间上的电流走势。曲线520示出关于第二开关的时间上的电流走势。曲线530示出第一阳极和阴极之间的时间上的电压走势。曲线540示出第二阳极和阴极之间的时间上的电压走势。曲线550示出泵浦电流的时间上的走势，而曲线560示出控制电流的时间上的走势。曲线570示出激光脉冲的时间上的走势。在时间点tl时，第一开关关闭，由此，开关区域被停用或者说第一二极管朝截止方向运行。在短时间内，大的电流流过电阻。在时间点t2，第二个开关关闭，由此，阴极接地。在曲线550中可看到，泵浦电流增大，直至该泵浦电流达到饱和。然而，不发生激光发射，因为第一二极管和共通的阴极接地。在时间点t3时，第一开关打开，泵浦电流保持持续地饱和并且控制电流增大。当控制电流在时间点t4达到饱和时，发射激光脉冲。在时间点t5时，第二开关打开，使得第一二极管切换到通流方向。
所述装置例如可以被使用在车辆的激光雷达系统中。这些激光雷达系统都要求通过短而亮的激光脉冲获得的大的作用范围。光脉冲优选具有0.5至2ns的时长。
Claims (10)
1.一种用于产生激光脉冲的装置(100)，所述装置具有：
-激光二极管(110)，所述激光二极管包括第一二极管(104)和第二二极管(106)，使得所述激光二极管(110)具有第一阳极(107)、第二阳极(108)和阴极(109)，
-第一电势(101)，所述第一电势与所述第二阳极(108)电连接，
-第二电势(111)，所述第二电势具有比所述第一电势更小的值，
-第一开关(103)，所述第一开关与所述第一阳极(107)和所述第二电势(111)电连接，和
-第二开关(105)，所述第二开关与所述阴极(109)和所述第二电势(111)电连接，
其特征在于，
电阻(102)与所述第一阳极(107)和所述第二阳极(108)电连接。
2.根据权利要求1所述的装置(100)，其特征在于，所述电阻(102)是低阻值的、尤其是小于1kΩ。
3.根据权利要求1或2所述的装置(100)，其特征在于，所述第一开关(103)和所述第二开关(105)是NMOS晶体管。
4.根据前述权利要求中任一项所述的装置(100)，其特征在于，所述激光二极管(110)构造为整体式的。
5.根据前述权利要求中任一项所述的装置(100)，其特征在于，设置存储式电容器，所述存储式电容器提供所述第一电势(101)和所述第二电势(111)。
6.一种用于借助激光二极管产生激光脉冲的方法(400)，所述激光二极管包括：
第一二极管和第二二极管，使得所述激光二极管具有第一阳极、第二阳极和阴极；和
电阻，所述电阻与所述第一阳极和所述第二阳极电连接，
所述方法具有以下步骤：
-关闭(410)与所述第一阳极和所述第二电势电连接的第一开关，使得形成第一电流路径，所述第一电流路径从所述第一电势通过所述电阻延伸到所述第二电势，
-关闭(420)与所述阴极和所述第二电势电连接的第二开关，使得所述阴极具有所述第二电势并且产生泵浦电流，所述泵浦电流在第二电流路径内带入能量，其中，所述第二电流路径从所述第一电势通过所述第二二极管延伸到所述第二电势，
-根据超过第一阈值而打开(450)所述第一开关，使得所述第一电流路径的走向改变，其中，所述第一电流路径从所述第一电势通过由所述电阻和所述第一二极管组成的串联电路延伸到所述第二电势，能量通过所述第一电流路径衰减并且发射激光脉冲，
-根据超过代表第二时长的第二阈值而打开(460)所述第二开关。
7.根据权利要求6所述的方法(400)，其特征在于，所述第一阈值代表第一时长。
8.根据权利要求6所述的方法(400)，其特征在于，所述第一阈值根据所述激光二极管的基底的温度值来确定。
9.根据权利要求6所述的方法(400)，其特征在于，所述第一阈值代表泵浦电流值。
10.一种具有根据权利要求1至5中任一项所述的装置的车辆。
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