CN112636148A - 一种短脉冲激光器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种短脉冲激光器，包括短脉冲生成电路、脉冲放大电路和激光器驱动电路，三者依次相连，其中，所述短脉冲生成电路包括延时电路和触发器，触发器的CLK引脚连接输入方波信号，触发器的RESET引脚连接经延时电路的方波信号；所述脉冲放大电路包括第一射频MOS管和第一阻抗匹配电路，第一射频MOS管的栅极连接第一阻抗匹配电路；所述激光器驱动电路包括激光器、第二阻抗匹配电路、第二射频MOS管和激光匹配电路，第二射频MOS管的栅极连接第二阻抗匹配电路，第二射频MOS管的漏极经激光匹配电路连接激光器。本发明提供了一种脉宽小、脉冲延时抖动小、匹配不同激光器的短脉冲激光器。
Description
技术领域
本发明属于电子技术领域，涉及一种短脉冲激光器。
背景技术
短脉冲激光器的脉冲宽度能到0.5ns的脉冲激光器。目前，获得脉冲激光 输出的技术主要有三种：调Q技术，锁模技术，激光器直接驱动技术。三种脉 冲技术的优缺点如下：
调Q技术：调Q技术是在激光器谐振腔内插入Q开关，通过周期性改变 腔内的损耗，实现脉冲激光输出，脉冲宽度可以达到ns量级。利用调Q技术 可以获得较高的峰值功率，由于单个调Q激光器得到的脉冲能量往往有限，要 想获得高功率输出，后续还需要经过多级放大。另外Q开关还需要配专门的驱 动器，这样系统体积比较大，对于体积要求比较苛刻的地方有一定的局限性。
锁模技术：锁模脉冲光纤激光器主要是利用各种因素对腔内的振荡纵模进 行调制，结构较复杂，适合于超短脉冲的生成，一般应用于飞秒或皮秒激光器， 且输出激光的平均功率较低。
激光器直接驱动技术：即通过短的电脉冲直接驱动激光器以产生激光脉冲 输出。稳定的短的电的脉冲产生比较困难，而且功率比较小，无法直接驱动激 光器，而且对于激光测距、3D扫描和激光雷达等应用，他们还需要极小的延时 抖动参数。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种通过脉冲生成电路、脉冲放 大电路和驱动电路产生了脉宽最短0.5ns、延时抖动为500ps的脉冲激光输出的 短脉冲激光器。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种短脉冲激光器，包括短脉冲生成电路、脉冲放大电路和激光器驱动电 路，三者依次相连，其中，
所述短脉冲生成电路包括延时电路和触发器，触发器的CLK引脚连接输入 方波信号，触发器的RESET引脚连接经延时电路的方波信号；
所述脉冲放大电路包括第一射频MOS管和第一阻抗匹配电路，第一射频 MOS管的栅极连接第一阻抗匹配电路；
所述激光器驱动电路包括激光器、第二阻抗匹配电路、第二射频MOS管 和激光匹配电路，第二射频MOS管的栅极连接第二阻抗匹配电路，第二射频 MOS管的漏极经激光匹配电路连接激光器。
优选地，所述延时电路为RC延时方式。
优选地，所述触发器为带复位输入的高速D触发器。
优选地，所述脉冲放大电路采用反相放大方式，短脉冲生成电路输出的反 相脉冲输入脉冲放大电路。
优选地，所述第一阻抗匹配电路由电阻R604、R606和R610组成，三者串 联，第一射频MOS管的栅极与电阻R606和R610中间连接。
优选地，所述第二阻抗匹配电路包括电阻R602、R603、R605和R608，所 述脉冲放大电路的输出经电阻R603与第二射频MOS管的栅极连接，电阻 R602、R605和R608串联，R603与R602和R605的中间连接。
优选地，所述激光匹配电路包括电阻R500、R501和电容C502，第二射频 MOS管的漏极经电阻R500与激光器连接。
优选地，所述第二射频MOS管的漏极经电阻R501和电容C502接地。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：短脉冲生成电路的脉宽最小能 够达到0.5ns；短脉冲生成电路中的触发器输出的信号是由输入信号上升沿触发 的，这样输出信号与输入信号的延时抖动非常小。激光器驱动电路中的激光匹 配电路能够匹配不同的激光器，适用多种激光器，易于使用。
附图说明
图1为本发明实施例的短脉冲激光器的结构框图；
图2为本发明实施例的短脉冲激光器中短脉冲生成电路的电路原理图；
图3为本发明实施例的短脉冲激光器中短脉冲生成电路的触发器真值表 图；
图4为本发明实施例的短脉冲激光器中短脉冲生成电路的触发器输入输出 波形图；
图5为本发明实施例的短脉冲激光器中脉冲放大电路的电路原理图；
图6为本发明实施例的短脉冲激光器中激光器驱动电路的电路原理图；
图7为本发明实施例的短脉冲激光器实际的脉冲波形图；
图8为本发明实施例的短脉冲激光器的脉冲延时抖动波形图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实 施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅 仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替 代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解， 在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技 术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。
实施例1
参见图1-4，所示为本发明实施例的短脉冲激光器的结构框图、短脉冲生 成电路的电路原理图、短脉冲生成电路中触发器的真值表和输入输出波形图， 包括短脉冲生成电路10、脉冲放大电路20和激光器驱动电路30，三者依次相 连，其中，
短脉冲生成电路10包括延时电路和触发器U1，触发器U1的CLK引脚连 接输入方波信号，触发器U1的RESET引脚连接经延时电路的方波信号；
脉冲放大电路20包括第一射频MOS管Q600和第一阻抗匹配电路，第一 射频MOS管Q600的栅极连接第一阻抗匹配电路；
激光器驱动电路30包括激光器、第二阻抗匹配电路、第二射频MOS管 Q500和激光匹配电路，第二射频MOS管Q500的栅极连接第二阻抗匹配电路， 第二射频MOS管Q500的漏极经激光匹配电路连接激光器。
短脉冲生成电路10原理图参见图2，延时电路为RC延时方式，RC延时 电路连接触发器U1的RESET引脚；触发器U1为带复位输入的高速D触发器， 输入信号分为两路，一路接入触发器U1的时钟CLK引脚，一路经过延时电路 接入触发器U1的复位RESET引脚，D引脚固定接高电平，根据触发器U1的 真值表，在输出引脚Q上可以得到短的电脉冲，输入输出波形参见图4。在CLK 引脚输入信号的上升沿，Q引脚输出变为1，在RESET引脚的输入信号高电平到来时，Q输出变为0，这样延时的差值就为输出的短脉冲信号。由于输出的 信号是由输入信号上升沿触发的，这样输出信号与输入信号的延时抖动非常小。
实施例2
在实施例1的基础上，参见图5为脉冲放大电路20的原理图。由于短脉冲 生成电路10产生的脉冲信号，无法直接驱动激光器驱动电路30，所以需要把 产生的脉冲信号放大。脉冲放大电路20采用反相放大的方式，输入的信号为短 脉冲生成电路
引脚的输出，由于产生的脉冲很窄，属于射频范畴，所以采 用第一射频MOS管Q600来进行放大，同时需要考虑阻抗的匹配。
第一阻抗匹配电路由电阻R604、R606和R610组成，三者阻值分别为 150kΩ、150kΩ、60kΩ，三者串联，对第一射频MOS管Q600提供偏置和阻抗 匹配，电容C607，C604用来进行交流耦合，防止对前后电路的影响。第一射 频MOS管Q600的栅极与电阻R606和R610中间连接。
实施例3
激光器驱动电路30的电路原理图参见图6，在这一部分要考虑阻抗匹配， 和电流的限制，这样可以控制脉冲的波形和保护激光器不会烧坏。第二阻抗匹 配电路包括电阻R602、R603、R605和R608，用来提供偏置和阻抗匹配，脉冲 放大电路20的输出经电阻R603与第二射频MOS管的栅极连接，电阻R602、 R605和R608串联，R603与R602和R605的中间连接。
激光匹配电路包括电阻R500、R501和电容C502，用来匹配不同的激光器， 第二射频MOS管Q500的漏极经电阻R500与激光器连接，激光器经P1连接， R500用来限制流过激光器的电流。
第二射频MOS管Q500的漏极经电阻R501和电容C502接地。
提供一个TTL电平的方波信号，依次通过短脉冲生成电路10，脉冲放大 电路20，激光器驱动电路30，产生短脉冲的激光输出信号，实际的脉冲波形和 脉冲延时抖动参见图7和图8。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发 明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明 的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种短脉冲激光器，其特征在于，包括短脉冲生成电路、脉冲放大电路和激光器驱动电路，三者依次相连，其中，
所述短脉冲生成电路包括延时电路和触发器，触发器的CLK引脚连接输入方波信号，触发器的RESET引脚连接经延时电路的方波信号；
所述脉冲放大电路包括第一射频MOS管和第一阻抗匹配电路，第一射频MOS管的栅极连接第一阻抗匹配电路；
所述激光器驱动电路包括激光器、第二阻抗匹配电路、第二射频MOS管和激光匹配电路，第二射频MOS管的栅极连接第二阻抗匹配电路，第二射频MOS管的漏极经激光匹配电路连接激光器。
2.根据权利要求1所述的短脉冲激光器，其特征在于，所述延时电路为RC延时方式。
3.根据权利要求1所述的短脉冲激光器，其特征在于，所述触发器为带复位输入的高速D触发器。
4.根据权利要求1所述的短脉冲激光器，其特征在于，所述脉冲放大电路采用反相放大方式，短脉冲生成电路输出的反相脉冲输入脉冲放大电路。
5.根据权利要求1所述的短脉冲激光器，其特征在于，所述第一阻抗匹配电路由电阻R604、R606和R610组成，三者串联，第一射频MOS管的栅极与电阻R606和R610中间连接。
6.根据权利要求1所述的短脉冲激光器，其特征在于，所述第二阻抗匹配电路包括电阻R602、R603、R605和R608，所述脉冲放大电路的输出经电阻R603与第二射频MOS管的栅极连接，电阻R602、R605和R608串联，R603与R602和R605的中间连接。
7.根据权利要求1所述的短脉冲激光器，其特征在于，所述激光匹配电路包括电阻R500、R501和电容C502，第二射频MOS管的漏极经电阻R500与激光器连接。
8.根据权利要求7所述的短脉冲激光器，其特征在于，所述第二射频MOS管的漏极经电阻R501和电容C502接地。
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|---|---|---|---|---|
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