CN113300208B - 一种激光输出装置及激光器设备 - Google Patents

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Abstract

一种激光输出装置及激光器设备，用于使连续单频激光器输出的连续激光转换为脉冲激光，包括：微控制器、电光调制驱动电路、放大泵浦驱动电路以及在连续单频激光器出射光路上依次排布的电光调制器和光放大器；微控制器通过电光调制驱动电路与电光调制器电连接；微控制器用于控制电光调制驱动电路驱动电光调制器将连续单频激光器输出的连续激光调制为第一波形的脉冲激光；微控制器通过放大泵浦驱动电路与光放大器电连接；微控制器用于控制放大泵浦驱动电路驱动光放大器将第一波形的脉冲激光放大为第二波形的脉冲激光，并控制第二波形的脉冲激光的输出时间。该激光输出装置及激光器设备能够输出线宽较窄、信噪比较高的脉冲激光。

Description

一种激光输出装置及激光器设备
技术领域
本发明实施例涉及短脉冲激光调制技术，尤其涉及一种激光输出装置及激光器设备。
背景技术
单频光纤激光器是光纤激光领域的研究热点之一，相对于连续单频光纤激光器而言，脉冲单频光纤激光器研究具有较大的技术难度，而脉冲单频光纤激光器也是激光雷达、激光测距等方向急需的优质光源。
目前，脉冲产生技术主要包括调Q技术、锁模技术、激光器直接驱动技术和声光调制器等。其中，调Q技术输出的脉冲能量有限，需要配备专门的驱动器将脉冲能量多级放大，造成整体系统的体积比较大，对于体积要求比较苛刻的场合有一定的局限性；锁模技术主要是利用各种因素对激光器腔内的振荡纵模进行调制，结构较复杂，且输出激光的平均功率较低，而且输出频率比较固定，无法自由的设置频率；激光器直接驱动技术，难以产生稳定的、脉宽较短的电驱动脉冲，输出功率较小，无法直接驱动激光器，并且电驱动脉冲的延时抖动较大，不适用于对于激光测距、3D扫描和激光雷达等应用，此外，直接驱动的激光器的输出的激光相位噪声和强度噪声都比较差；声光调制器受声场在介质材料中的传播速度及介质内光场区域的聚焦程度的影响，声光调制器的上升时间无法做到很短，因此其光脉冲的脉宽很难做到几十ns以下，无法满足单频短脉宽的要求。
发明内容
本发明提供一种激光输出装置及激光器设备，以获取脉宽可调、信噪比较高的脉冲激光。
第一方面，本发明实施例提供了一种激光输出装置，用于使连续单频激光器输出的连续激光转换为脉冲激光，包括：微控制器、电光调制驱动电路、放大泵浦驱动电路以及在所述连续单频激光器出射光路上依次排布的电光调制器和光放大器；
所述微控制器通过所述电光调制驱动电路与所述电光调制器电连接；所述微控制器用于控制所述电光调制驱动电路驱动所述电光调制器将所述连续单频激光器输出的连续激光调制为第一波形的脉冲激光；
所述微控制器通过所述放大泵浦驱动电路与所述光放大器电连接；所述微控制器用于控制所述放大泵浦驱动电路驱动所述光放大器将所述第一波形的脉冲激光放大为第二波形的脉冲激光，并控制所述第二波形的脉冲激光的输出时间。
可选的，所述放大泵浦驱动电路包括数模转换器、开关单元以及驱动单元；
所述微控制器分别与所述数模转换器的输入端和控制端电连接；所述微控制器用于分别提供启动控制信号至所述数模转换器，控制所述数模转换器的启停，以及提供数字驱动信号至所述数模转换器，以在所述数模转换器启动工作时将所述数字驱动信号转换为模拟驱动信号；
所述微控制器还与所述开关单元的控制端电连接；所述微控制器还用于提供开关控制信号至所述开关单元，控制所述开关单元导通或关闭；
所述开关单元的输入端与所述数模转换器的输出端电连接，所述开关单元的输出端与所述驱动单元的输入端电连接；所述开关单元用于在导通时将所述模拟驱动信号传输至所述驱动单元；
所述驱动单元的输出端与所述光放大器电连接；所述驱动单元用于根据所述模拟驱动信号控制所述光放大器的泵浦。
可选的，所述开关单元包括模拟开关芯片，所述驱动电路包括运算放大器、晶体管、第一电阻、第二电阻和第一电容；
所述模拟开关芯片的控制端与所述微控制器的放大器开关控制信号输出端电连接；所述模拟开关芯片的输出端与所述运算放大器的同相输入端电连接；
所述运算放大器的反相输入端与输出端通过所述第一电容电连接；所述运算放大器的反相输入端通过所述第一电阻与所述晶体管的第一端电连接；
所述运算放大器的输出端还与所述晶体管的控制端电连接；所述晶体管的第一端还通过所述第二电阻接地，所述晶体管的第二端与所述光放大器电连接。
可选的，脉冲产生及信号延时模块；
所述脉冲产生及信号延时模块包括调制信号输入端、触发信号输入端以及脉冲驱动信号输出端；所述调制信号输入端与所述微控制器的调制信号输出端电连接，所述触发信号输入端与所述微控制器的内触发信号输出端电连接，所述脉冲驱动信号输出端与所述电光调制驱动电路电连接；
所述微控制器用于分别提供脉宽调制信号和触发信号至所述脉冲产生及信号延时模块，控制所述脉冲产生及信号延时模块输出脉冲驱动信号至所述电光调制驱动电路；
所述电光调制驱动电路用于根据所述脉冲驱动信号，控制所述电光调制器调制所述连续激光的脉宽和频率。
可选的，所述脉冲产生及信号延时模块包括信号延时芯片和脉冲产生芯片；
所述信号延时芯片的第一输入端为所述脉冲产生及信号延时模块的调制信号输入端，所述信号延时芯片的第二输入端为所述脉冲产生及信号延时模块的触发信号输入端；所述信号延时芯片的第一延时信号输出端与所述脉冲产生芯片的第一输入端电连接，所述信号延时芯片的第二延时信号输出端与所述脉冲产生芯片的第二输入端电连接；所述脉冲产生芯片的输出端与所述电光调制驱动电路电连接；
所述信号延时芯片用于根据所述脉宽调制信号和所述触发信号输出第一延时信号和第二延时信号至所述脉冲产生芯片；
所述脉冲产生芯片用于根据所述第一延时信号和第二延时信号输出所述脉冲驱动信号至所述电光调制驱动电路。
可选的，所述脉冲产生芯片包括RS触发器和脉冲放大电路；
所述RS触发器的第一控制端与所述第一延时信号输出端电连接，所述RS触发器的第二控制端与所述第二延时信号输出端电连接；所述RS触发器的输出端与所述脉冲放大电路的输入端电连接；所述脉冲放大电路的输出端与所述电光调制驱动电路电连接；
所述RS触发器用于根据所述第一延时信号和第二延时信号输出脉冲驱动信号至所述脉冲放大电路；所述脉冲放大电路用于放大所述脉冲驱动信号并输出至所述电光调制驱动电路。
可选的，所述激光输出装置还包括：内外触发切换网络；
所述内外触发切换网络的内触发信号输入端与所述微控制器的内触发信号输出端电连接，所述内外触发切换网络的触发信号控制端与所述微控制器的触发控制信号输出端电连接，所述内外触发切换网络的外触发信号输入端与外部触发器电连接；
所述内外触发切换网络用于根据所述微控制器输出的内外触发控制信号，输出所述外部触发器提供的外触发信号或所述微控制器输出的内触发信号作为所述触发信号提供至所述脉冲产生及信号延时模块。
可选的，所述激光输出装置还包括：增益电路；
所述增益电路包括参考电压源、第一电阻、第二电阻和电位器；所述电位器的第一端通过所述第一电阻与所述参考电压源电连接，所述电位器的第二端通过所述第二电阻接地，所述电位器的输出端为所述增益电路的输出端；
所述增益电路的输出端与所述电光调制器驱动电路的增益输入端电连接；所述增益电路用于调节所述电光调制器驱动电路的驱动能力。
可选的，所述激光输出装置还包括：偏压控制器；所述偏压控制器的电源端与线性电源电连接，所述偏压控制器用于控制所述电光调制的偏置电压；
其中，所述偏压控制器集成于所述电光调制驱动电路中。
第二方面，本发明实施例还提供了一种激光器设备，包括：连续单频激光器和上述的激光输出装置。
本发明实施例提供的激光输出装置，在连续单频激光器的出射光路上依次设置了电光调制器和放大器，并通过微控制器通过电光调制驱动电流驱动电光调制器，使电光调制器对连续单频激光器输出的连续激光进行频率调制和脉宽调制成为第一波形的脉冲激光，微控制器还通过放大泵浦驱动电路控制光放大器的开启时刻和开启时长，使光放大器在开启时间内将第一波形的脉冲激光放大为第二波形的脉冲激光，通过控制光放大器的开启时刻和开启时长控制第二波形的脉冲激光的输出波形，能够得到信噪比较高的脉冲激光。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种激光输出装置的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的另一种激光输出装置的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的一种放大泵浦驱动电路的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的又一种激光输出装置的结构示意图；
图5是本发明实施例提供的又一种激光输出装置的结构示意图；
图6是本发明实施例提供的一种脉冲产生及信号延时模块的结构示意图；
图7是本发明实施例提供的又一种激光输出装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
本发明实施例提供了一种激光输出装置，用于使连续单频激光器输出的连续激光转换为脉冲激光，图1是本发明实施例提供的一种激光输出装置的结构示意图，如图1所示，该激光输出装置包括：微控制器100、电光调制驱动电路200、放大泵浦驱动电路300以及在连续单频激光器400出射光路上依次排布的电光调制器500和光放大器600；微控制器100通过电光调制驱动电路200与电光调制器500电连接；微控制器100用于控制电光调制驱动电路200驱动电光调制器500将连续单频激光器400输出的连续激光调制为第一波形的脉冲激光；微控制器100通过放大泵浦驱动电路300与光放大器600电连接；微控制器100用于控制放大泵浦驱动电路300驱动光放大器600将第一波形的脉冲激光放大为第二波形的脉冲激光，并控制第二波形的脉冲激光的输出时间。
具体的，微控制器100还可以与连续单频激光器400电连接，用于控制连续单频激光器400的开关状态以及其输出连续激光的波长、功率，在连续单频激光器400的出射光路上依次设置电光调制器500和光放大器600。在微控制器100控制连续单频激光器400输出连续激光后，再控制电光调制驱动电路200驱动电光调制器500，使电光调制器500根据驱动信号对连续单频激光器400输出的连续激光进行频率调制和脉宽调制，将其调制为第一波形的脉冲激光，由于电光调制器500输出很小，因此通过控制电压就能对光信号进行调制，降低了设计难度。光放大器600用于将第一波形的脉冲激光进行放大为第二波形的脉冲激光，微控制器100可以通过控制放大泵浦驱动电路300的输出能量，使得放大泵浦驱动电路300控制光放大器600的开启时刻和开启时长，以达到调制光放大器600的开启时刻和开启时长的目的，使得经光放大器600输出的第二波形的脉冲激光的波形和幅值得以控制，能够提高所输出的脉冲激光的信噪比，以及能够根据需要获取所需脉宽的第二波形的脉冲激光的波形，例如具有较窄脉宽的第二波形的脉冲激光。
示例性的，微控制器100优选为赛普拉斯公司的CY8C5868AXI-LP032芯片，该芯片配备图形化的开发工具，在图形化界面上选择好需要使用的外设后编译，就会自动生成其相应的代码，对生成的代码进行修改就可以完成系统软件设计，大大简化了程序的编写过程，缩减了开发周期。
本发明实施例提供的激光输出装置，在连续单频激光器的出射光路上依次设置了电光调制器和放大器，并通过微控制器通过电光调制驱动电流驱动电光调制器，使电光调制器对连续单频激光器输出的连续激光进行频率调制和脉宽调制成为第一波形的脉冲激光，微控制器还通过放大泵浦驱动电路控制光放大器的开启时刻和开启时长，使光放大器在开启时间内将第一波形的脉冲激光放大为第二波形的脉冲激光，通过控制光放大器的开启时刻和开启时长控制第二波形的脉冲激光的输出波形，能够得到信噪比较高且波形脉宽可调的脉冲激光。
可选的，图2是本发明实施例提供的另一种激光输出装置的结构示意图，如图2所示，放大泵浦驱动电路300包括数模转换器310、开关单元320以及驱动单元330；微控制器100分别与数模转换器310的输入端TI和控制端TC电连接；微控制器100用于分别提供启动控制信号至数模转换器310，控制数模转换器的启停，以及提供数字驱动信号至数模转换器310，以在数模转换器启动工作时将数字驱动信号转换为模拟驱动信号；微控制器100还与开关单元320的控制端SC电连接；微控制器100还用于提供开关控制信号至开关单元320，控制开关单元320导通或关闭；开关单元320的输入端SI与数模转换器310的输出端TO电连接，开关单元320的输出端SO与驱动单元330的输入端电连接；开关单元320用于在导通时将模拟驱动信号传输至驱动单元330；驱动单元330的输出端与光放大器600电连接；驱动单元330用于根据模拟驱动信号控制光放大器600的泵浦。
具体的，微控制器100包括启动控制信号输出端MO1、数字驱动信号输出端MO2和放大器开关控制信号输出端MO3，启动控制信号输出端MO1与数模转换器310的控制端TC电连接，数字驱动信号输出端MO2与数模转换器310的输入端TI电连接的放大器开关控制信号输出端MO3与开关单元320的控制端SC电连接。当微控制器100控制数模转换器310启动并控制开关单元320导通时，其数字驱动信号输出端MO2输出的数字驱动信号通过数模转换器310转换为模拟驱动信号，并通过开关单元320传输至驱动单元330，则驱动单元330可根据模拟驱动信号驱动光放大器600的泵浦，使光放大器600开启对第一波形的脉冲信号进行放大。
本发明实施例提供的激光输出装置，通过微控制器控制数模转换器的启停或开关单元的通断控制光放大器的通断，实现了对光放大器开启时刻及开启时长的灵活控制，通过控制光放大器的开启时刻和开启时长实现了对第二波形的脉冲激光的输出波形控制，以得到信噪比较高的脉冲激光。
可选的，图3是本发明实施例提供的一种放大泵浦驱动电路的结构示意图，如图3所示，开关单元320包括模拟开关芯片321，驱动电路330包括运算放大器U1、晶体管T1、电阻R1、电阻R2和电容C1；模拟开关芯片321的控制端SC与微控制器100的放大器开关控制信号输出端MO3电连接；模拟开关芯片320的输出端SO与运算放大器U1的同相输入端电连接；运算放大器U1的反相输入端与输出端通过电容C1电连接；所算放大器U1的反相输入端通过电阻R1与晶体管T1的第一端电连接；运算放大器U1的输出端还与晶体管T1的控制端电连接；晶体管T1的第一端还通过电阻R2接地，晶体管T1的第二端与光放大器600电连接。
具体的，由于光放大器600需要通过稳定的恒流源进行驱动，驱动电路330为主要由运算放大器U1和晶体管T1构成的恒流输出电路，微控制器100控制数模转换器310和模拟开关芯片321在开启状态下时，其数字驱动信号输出端MO2输出的数字驱动信号通过数模转换器310转换为模拟驱动信号后由模拟开关芯片321传输至运算放大器U1的同相输入端。示例性的，当模拟驱动信号为电压信号Vin时，该电压信号Vin通过运算放大器U1等比例输出至晶体管的控制端，则晶体管T1第二端输出至光放大器600的电流I为(Vin/R1)，由于晶体管T1的阻抗较小，因此电压-电流的转换精度较高，能够向光放大器600提供稳定的电流信号，以驱动光放大器600。电连接于运算放大器U1反相输入端与输出端之间的电容C1用于补偿运算放大器U1自身存在的寄生电容和电阻R1引入的滞后相位，防止滞后相位引起寄生振荡，提高其所输出信号的稳定性；电阻R2作为接地电阻，能够起到接地保护的作用。其中，数模转换器310可以为任何能够满足本发明实施例技术方案的数模转换芯片，优选为AD5676芯片；模拟开关芯片321可以为任何能够满足信号传输功能的模拟开关芯片，优选为ADG719芯片。其中，电阻R1的阻值优选为10KΩ。
示例性的，驱动单元330还包括电位器R0、电阻R3、电阻R4、电阻R5和电容C2，其中电位器R0的第一端与模拟开关芯片321的输出端电连接，第二端通过电阻R4接地，第三端通过电阻R3与运算放大器U1的同相输入端电连接，电位器R0一部分与电阻R3组成限流电路，防止运算放大器U1同相输入端的电流过大而对运算放大器U1造成损害，另一部分与电阻R4组成接地保护电路，用于对电路整体进行接地保护。运算放大器U1的接地端接地，电源端与外部电源电连接，同时电源端还通过电容C2接地，电容C2为滤波电容，用于对电路中的高频信号进行滤波，防止信号干扰。其中，电阻R3、电阻R5的阻值可以与电阻R1相同，优选为10KΩ；电阻R4的阻值优选为100Ω，电阻R2的阻值优选为0.5Ω；电容C1和电容C2的容值可以相同，优选为0.1μF。
本发明实施例提供的激光输出装置，通过运算放大器和晶体管为主要元器件构成能够提供稳定恒流电源驱动电路，该驱动电路的电压-电流转换精度较高，提高了电流输出，能够稳定地驱动光放大器的泵浦。
可选的，图4是本发明实施例提供的又一种激光输出装置的结构示意图，如图4所示，该激光输出装置还包括：脉冲产生及信号延时模块700；脉冲产生及信号延时模块700包括调制信号输入端DI1、触发信号输入端DI2以及脉冲驱动信号输出端PO；调制信号输入端DI1与微控制器100的调制信号输出端MO4电连接，触发信号输入端DI2与微控制器100的内触发信号输出端MO5电连接，脉冲驱动信号输出端PO与电光调制驱动电路200电连接；微控制器100用于分别提供脉宽调制信号和触发信号至脉冲产生及信号延时模块700，控制脉冲产生及信号延时模块700输出脉冲驱动信号至电光调制驱动电路200；电光调制驱动电路200用于根据脉冲驱动信号，控制电光调制器500调制连续激光的脉宽和频率。
具体的，由于微控制器100提供的信号脉宽较宽，因此设置脉冲产生及信号延时模块700用以产生短脉宽的脉冲信号。首先，微控制器100输出脉宽调制信号和触发信号至脉冲产生及信号延时模块700，脉冲产生及信号延时模块700根据触发信号和脉宽调制信号输出脉冲驱动信号至电光调制驱动电路200；其中，触发信号用于确定脉冲驱动信号的频率，脉宽调制信号用于确定脉冲驱动信号的脉宽；电光调制驱动电路200一方面根据脉冲驱动信号驱动电光调制器500，另一方面还可以根据脉冲驱动信号控制电光调制器500调制连续单频激光器输出连续激光的脉宽和频率，以使其成为第一波形的脉冲激光，因此通过微控制器100可以控制第一波形的脉冲激光的脉宽和频率，由于光放大器600仅用于放大第一波形的脉冲激光的幅值，因此第一波形的脉冲激光的脉宽和频率即为最后输出的第二波形的脉冲激光的脉宽和频率。
本发明实施例提供的激光输出装置，设置了脉冲产生及信号延时模块根据微控制器提供的触发信号和脉宽调制信号输出短脉宽的脉冲信号，脉冲信号的脉宽能够达到0.5ns～100ns，通过微控制器能够实现脉冲信号的脉宽和频率的灵活控制，以便在电光调制器根据脉冲驱动信号调制激光时，可通过调节控制脉冲驱动信号以优化脉冲激光的输出波形。
可选的，图5是本发明实施例提供的又一种激光输出装置的结构示意图，如图5所示，脉冲产生及信号延时模块700包括信号延时芯片710和脉冲产生芯片720；信号延时芯片710的第一输入端为脉冲产生及信号延时模块700的调制信号输入端DI1，信号延时芯片710的第二输入端为脉冲产生及信号延时模块700的触发信号输入端DI2；信号延时芯片710的第一延时信号输出端DO1与脉冲产生芯片720的第一输入端PI1电连接，信号延时芯片710的第二延时信号输出端DO2与脉冲产生芯片720的第二输入端PI2电连接；脉冲产生芯片720的输出端PO与电光调制驱动电路200电连接；信号延时芯片710用于根据脉宽调制信号和触发信号输出第一延时信号和第二延时信号至脉冲产生芯片720；脉冲产生芯片720用于根据第一延时信号和第二延时信号输出脉冲驱动信号至电光调制驱动电路200。
具体的，第一延时信号和第二延时信号的输出具有时间间隔，该时间间隔由微控制器100输出的脉宽调制信号确定，信号延时芯片710首先输出第一延时信号至脉冲产生芯片720的第一输入端，相隔上述的时间间隔后再输出第二延时信号至脉冲产生芯片720的第二输入端，则脉冲产生芯片720可根据第一延时信号和第二延时信号输出脉冲驱动信号，该脉冲驱动信号的脉宽即为第一延时信号和第二延时信号之间的时间间隔，频率为微控制器100输出的触发信号的频率。其中，第一延时信号与第二延时信号之间的时间间隔可以为0.5ns～100ns，信号延时芯片710优选为精密延时芯片DS1023，该精密延时芯片DS1023能够保证脉冲信号的延时抖动较小，输出的脉冲信号较为稳定。
本发明实施例提供的激光输出装置，设置了信号延时芯片根据脉宽调制信号和触发信号输出两个具有一定时间间隔的第一延时信号和第二延时信号，并通过脉冲产生芯片根据第一延时信号和第二延时信号产生用于驱动电光调制器驱动电路的脉冲驱动信号，其中时间间隔由微控制器提供的脉宽调制信号控制，脉冲驱动信号的频率由微控制器提供的触发信号控制，实现了对脉冲驱动信号脉宽和频率的灵活调制与控制。
可选的，图6是本发明实施例提供的一种脉冲产生及信号延时模块的结构示意图，如图6所示，脉冲产生芯片720包括RS触发器721和脉冲放大电路722；RS触发器721的第一控制端PI1与所述第一延时信号输出端DO1电连接，RS触发器721的第二控制端PI2与第二延时信号输出端DO2电连接；RS触发器721的输出端
Figure BDA0003075877450000131
与脉冲放大电路722的输入端电连接；脉冲放大电路的输出端与电光调制驱动电路200电连接；RS触发器721用于根据第一延时信号和第二延时信号输出脉冲驱动信号至脉冲放大电路722；脉冲放大电路722用于放大脉冲驱动信号并输出至电光调制驱动电路200。
具体的，RS触发器721的第一控制端即为脉冲产生芯片720的第一输入端PI1，RS触发器721的第二控制端即为脉冲产生芯片720的第二输入端PI2，因此不再另作附图标记。当RS触发器721的第一控制端PI1接收到第一延时信号时，其引脚Q被置位为高电平，输出端
Figure BDA0003075877450000141
被置位为低电平；当RS触发器721接收的第二控制端PI2接收到第二延时信号时，其引脚Q被复位为低电平，输出端
Figure BDA0003075877450000143
被复位为高电平，结合上述实施例，第一延时信号和第二延时信号之间具有50ns～100ns的时间间隔，使得其输出端
Figure BDA0003075877450000142
便会输出一个脉宽为ns级的脉冲信号。如此，通过将脉冲信号通过脉冲放大电路722进行放大，以防因脉冲信号的脉宽极短，而RS触发芯片721自身存在的偏置电压会使输出端
Figure BDA0003075877450000144
被置位时的电位高于其本身应置位的低电平(例如0V)、被复位时低于其本身应恢复的高电平(例如5V)，导致输出的脉冲信号的幅值很小，不足以驱动电光调制器驱动电路200的情况产生。
示例性的，脉冲放大电路722包括电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10以及射频MOS管T2。RS触发芯片721输出的脉冲信号通过电容C3耦合到射频MOS管T2的基极，射频MOS管T2将脉冲信号进行放大成为足以驱动电光调制器驱动电路200的脉冲驱动信号。其中，电容C3具有滤波作用，用于阻隔脉冲信号中的直流分量，使脉冲信号的交流分量能够传输至射频MOS管T2的基极，脉冲驱动信号由射频MOS管的集电极通过串联连接的电容C4和电阻R8输出至电光调制器驱动电路200，以采用电容C4进行滤波，以及采用电阻R8进行限流，避免传输至电光调制器驱动电路200输入端的电流过大，而损坏光调制器驱动电路200；电阻R8远离射频MOS管的集电极通过电阻R9接地，以接地保护电路，进行接地保护。射频MOS管T2的基极还通过电阻R6与电源电连接，并且电阻R6远离射频MOS管T2基极的一端还通过电容C5接地，电阻R6靠近射频MOS管T2的一端还通过电阻R7接地；射频MOS管的集电极还通过电阻R10与外部电源电连接，电阻R10远离射频MOS管T2基极的一端还通过电容C6接地，射频MOS管T2的射极接地。其中，电容C5和电容C6均为滤波电容，用于进行滤波去噪。脉冲产生芯片720还可以包括电阻R11和电阻R12，RS触发芯片721的引脚Q通过电阻R11接地，输出端
Figure BDA0003075877450000151
还通过电阻R12接地。其中，电阻R6的阻值优选为5.1KΩ，电阻R7的阻值优选为1KΩ，电阻R8的阻值优选为39.2Ω，电阻R9的阻值优选为50Ω，电阻R10的阻值优选为100Ω，电阻R11和电阻R12的阻值可以相同，优选为250Ω；电容C3、电容C4和电容C5的容值可以相同，优选为0.01μF；射频MOS管优选型号为ATF52189。
本发明实施示例提供的激光输出装置，通过RS触发芯片的置位、复位功能，根据接收第一延时信号和第二延时信号的时间间隔输出脉冲信号，该脉冲信号的脉宽即为时间间隔的时长，并在微控制器的控制，该脉冲信号的脉宽可以达到0.5ns～100ns；同时，通过设了脉冲放大电路将脉冲信号放大为能够驱动电光调制器驱动电路的脉冲驱动信号，一方面电光调制器驱动电路能够根据脉冲驱动信号驱动电光调制器，另一方面电光调制器驱动电路还能够根据脉冲驱动信号控制电光调制器调制连续单频激光器输出连续激光的脉宽和频率，以使其成为第一波形的脉冲激光，进而实现了对输出脉冲激光的脉宽调制和频率调制，实现了较为简单的整体化控制。
可选的，图7是本发明实施例提供的又一种激光输出装置的结构示意图，如图7所示，激光输出装置还包括：内外触发切换网络810；内外触发切换网络810的内触发信号输入端IN1与微控制器100的内触发信号输出端MO5电连接，内外触发切换网络810的触发信号控制端IC与微控制器100的触发控制信号输出端MO6电连接，内外触发切换网络810的外触发信号输入端IN2与外部触发器820电连接；内外触发切换网络810用于根据微控制器100输出的内外触发控制信号，输出外部触发器820提供的外触发信号或微控制器100输出的内触发信号作为触发信号提供至脉冲产生及信号延时模块700。
具体的，触发信号可以包括外触发信号和内触发信号两种形式，具体采用内触发信号还是外触发信号由微控制器100控制决定，微控制器100通过触发控制信号输出端MO6输出触发信号控制指令至内外触发切换网络810的触发信号控制端IC，若触发信号控制端IC接收的为内触发控制指令，则继续通过内触发信号输入端IN1接收内触发信号并将其作为触发信号提供至脉冲产生及信号延时模块700；若触发信号控制端IC接收的为外触发控制指令，则内外触发切换网络810通过外触发信号输入端IN2接收外部触发器820发出的外触发信号，并将其作为触发信号提供至脉冲产生及信号延时模块700。
本发明实施例提供的激光输出装置，设置了内外触发切换网络实现了内触发控制和外触发控制的可选择设置，进一步提高了激光输出装置实用性。
可选的，参考图7，激光输出装置还包括增益电路900；增益电路900包括参考电压源Vref、第一电阻R13、第二电阻R14和电位器R15；电位器R15的第一端通过第一电阻R13与参考电压源Vref电连接，电位器R15的第二端通过第二电阻R14接地，电位器R15的输出端为增益电路900的输出端；增益电路900的输出端与电光调制器驱动电路200的增益输入端IN3电连接；增益电路900用于调节电光调制器驱动电路200的驱动能力。
具体的，可由芯片REF3225提供2.5V的参考电压源Vref，通过调节电位器，可以增大电光调制器驱动电路的增益，提高电光调制器的驱动能力和调制激光信号的性能。示例性的，第一电阻R13的阻值优选为2.5KΩ，第二电阻R14的阻值优选为249Ω。
可选的，继续参考图7，激光输出装置还包括偏压控制器210；偏压控制器210的电源端与线性电源VDD电连接，偏压控制器210用于控制电光调制的偏置电压；其中，偏压控制器210集成于电光调制驱动电路200中。
具体的，线性电源VDD可通过线性稳压器LM317或LM337获得，用于为偏压控制器210提供电压纹波小、噪声低的电压信号，使偏压控制器210能够稳定工作。电光调制器500最理想的输出状态是高电平时输出光信号，而低电平时停止光信号的输出，但由于温度或工作时间等原因，会出现低电平时也有光信号输出的情况产生，此时可检测输出光的功率，利用偏压控制器210调节偏置电压，将低电平时输出的光信号抵消，以提高电光调制器500的关断比，进而优化第一波形的激光脉冲的输出波形。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种激光器设备，该激光器设备包括本发明实施例提供的激光输出装置，该激光器设备可用于输出线宽较窄、信噪比较高的短脉冲激光，因此本发明实施例提供的激光器设备包括本发明实施例提供的激光输出装置的技术特征，能够达到本发明实施例提供的激光输出装置的有益效果，相同之处可参照上述对本发明实施例提供的激光输出装置的描述，在此不再赘述。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (9)

1.一种激光输出装置，其特征在于，用于使连续单频激光器输出的连续激光转换为脉冲激光，包括：微控制器、电光调制驱动电路、放大泵浦驱动电路以及在所述连续单频激光器出射光路上依次排布的电光调制器和光放大器；
所述微控制器通过所述电光调制驱动电路与所述电光调制器电连接；所述微控制器用于控制所述电光调制驱动电路驱动所述电光调制器将所述连续单频激光器输出的连续激光调制为第一波形的脉冲激光；
所述微控制器通过所述放大泵浦驱动电路与所述光放大器电连接；所述微控制器用于控制所述放大泵浦驱动电路驱动所述光放大器将所述第一波形的脉冲激光放大为第二波形的脉冲激光，并控制所述第二波形的脉冲激光的输出时间；
所述激光输出装置，还包括：脉冲产生及信号延时模块；
所述脉冲产生及信号延时模块包括调制信号输入端、触发信号输入端以及脉冲驱动信号输出端；所述调制信号输入端与所述微控制器的调制信号输出端电连接，所述触发信号输入端与所述微控制器的内触发信号输出端电连接，所述脉冲驱动信号输出端与所述电光调制驱动电路电连接；
所述微控制器用于分别提供脉宽调制信号和触发信号至所述脉冲产生及信号延时模块，控制所述脉冲产生及信号延时模块输出脉冲驱动信号至所述电光调制驱动电路；
所述电光调制驱动电路用于根据所述脉冲驱动信号，控制所述电光调制器调制所述连续激光的脉宽和频率。
2.根据权利要求1所述的激光输出装置，其特征在于，所述放大泵浦驱动电路包括数模转换器、开关单元以及驱动单元；
所述微控制器分别与所述数模转换器的输入端和控制端电连接；所述微控制器用于分别提供启动控制信号至所述数模转换器，控制所述数模转换器的启停，以及提供数字驱动信号至所述数模转换器，以在所述数模转换器启动工作时将所述数字驱动信号转换为模拟驱动信号；
所述微控制器还与所述开关单元的控制端电连接；所述微控制器还用于提供开关控制信号至所述开关单元，控制所述开关单元导通或关闭；
所述开关单元的输入端与所述数模转换器的输出端电连接，所述开关单元的输出端与所述驱动单元的输入端电连接；所述开关单元用于在导通时将所述模拟驱动信号传输至所述驱动单元；
所述驱动单元的输出端与所述光放大器电连接；所述驱动单元用于根据所述模拟驱动信号控制所述光放大器的泵浦。
3.根据权利要求2所述的激光输出装置，其特征在于，所述开关单元包括模拟开关芯片，所述驱动电路包括运算放大器、晶体管、第一电阻、第二电阻和第一电容；
所述模拟开关芯片的控制端与所述微控制器的放大器开关控制信号输出端电连接；所述模拟开关芯片的输出端与所述运算放大器的同相输入端电连接；
所述运算放大器的反相输入端与输出端通过所述第一电容电连接；所述运算放大器的反相输入端通过所述第一电阻与所述晶体管的第一端电连接；
所述运算放大器的输出端还与所述晶体管的控制端电连接；所述晶体管的第一端还通过所述第二电阻接地，所述晶体管的第二端与所述光放大器电连接。
4.根据权利要求1所述的激光输出装置，其特征在于，所述脉冲产生及信号延时模块包括信号延时芯片和脉冲产生芯片；
所述信号延时芯片的第一输入端为所述脉冲产生及信号延时模块的调制信号输入端，所述信号延时芯片的第二输入端为所述脉冲产生及信号延时模块的触发信号输入端；所述信号延时芯片的第一延时信号输出端与所述脉冲产生芯片的第一输入端电连接，所述信号延时芯片的第二延时信号输出端与所述脉冲产生芯片的第二输入端电连接；所述脉冲产生芯片的输出端与所述电光调制驱动电路电连接；
所述信号延时芯片用于根据所述脉宽调制信号和所述触发信号输出第一延时信号和第二延时信号至所述脉冲产生芯片；
所述脉冲产生芯片用于根据所述第一延时信号和第二延时信号输出所述脉冲驱动信号至所述电光调制驱动电路。
5.根据权利要求4所述的激光输出装置，其特征在于，所述脉冲产生芯片包括RS触发器和脉冲放大电路；
所述RS触发器的第一控制端与所述第一延时信号输出端电连接，所述RS触发器的第二控制端与所述第二延时信号输出端电连接；所述RS触发器的输出端与所述脉冲放大电路的输入端电连接；所述脉冲放大电路的输出端与所述电光调制驱动电路电连接；
所述RS触发器用于根据所述第一延时信号和第二延时信号输出脉冲驱动信号至所述脉冲放大电路；所述脉冲放大电路用于放大所述脉冲驱动信号并输出至所述电光调制驱动电路。
6.根据权利要求1所述的激光输出装置，其特征在于，还包括：内外触发切换网络；
所述内外触发切换网络的内触发信号输入端与所述微控制器的内触发信号输出端电连接，所述内外触发切换网络的触发信号控制端与所述微控制器的触发控制信号输出端电连接，所述内外触发切换网络的外触发信号输入端与外部触发器电连接；
所述内外触发切换网络用于根据所述微控制器输出的内外触发控制信号，输出所述外部触发器提供的外触发信号或所述微控制器输出的内触发信号作为所述触发信号提供至所述脉冲产生及信号延时模块。
7.根据权利要求1所述的激光输出装置，其特征在于，还包括：增益电路；
所述增益电路包括参考电压源、第一电阻、第二电阻和电位器；所述电位器的第一端通过所述第一电阻与所述参考电压源电连接，所述电位器的第二端通过所述第二电阻接地，所述电位器的输出端为所述增益电路的输出端；
所述增益电路的输出端与所述电光调制器驱动电路的增益输入端电连接；所述增益电路用于调节所述电光调制器驱动电路的驱动能力。
8.根据权利要求1所述的激光输出装置，其特征在于，还包括：偏压控制器；所述偏压控制器的电源端与线性电源电连接，所述偏压控制器用于控制所述电光调制的偏置电压；
其中，所述偏压控制器集成于所述电光调制驱动电路中。
9.一种激光器设备，其特征在于，包括：连续单频激光器和权利要求1～8任一项所述的激光输出装置。
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