CN117154535A - 激光驱动电路的波形整形电路、激光驱动电路及激光器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种激光驱动电路的波形整形电路、激光驱动电路及激光器，通过将脉冲开始波形衰减至较低功率，在延时后再输出原始的脉冲功率，使激光弛豫振荡消失或者在出光的较低功率时发生，其幅度和产生概率降低，降低了脉冲工作瞬间的异常功率，使光纤不会过热损坏。

Description

激光驱动电路的波形整形电路、激光驱动电路及激光器

技术领域

本发明涉及激光技术领域，具体而言，涉及一种激光驱动电路的波形整形电路、激光驱动电路及激光器。

背景技术

现有激光器的驱动电路一般都是由前端输入模拟直流信号或脉冲信号，脉冲信号基本是普通的方波信号。

激光器在输入脉冲信号后会对应输出脉冲光波，但大多激光器不是只有1个激光二极管(Laser Diode，LD)，而是需要多个激光LD组合使用，导致在组合中需要对输出光纤进行并联，在此结构中容易导致激光工作在大功率时烧坏光纤。光纤烧坏是由于脉冲开始时有较大的弛豫振荡现象，此振荡再叠加大功率时对应的大电流，导致脉冲开始瞬间光纤会承受正常功率的若干倍功率，远远超过了光纤的额定功率，使光纤快速发热而烧毁。

发明内容

为解决上述问题，本发明实施例提供一种激光驱动电路的波形整形电路，包括信号输入接口、触发启动单元、延时供电控制单元、延时单元、衰减控制单元、恒压控制单元、信号耦合单元、信号输出接口；所述信号输入接口分别与所述触发启动单元、所述信号耦合单元连接，输入信号经过所述信号输入接口后分为两路，分别送入所述触发启动单元及所述信号耦合单元；所述信号耦合单元、所述衰减控制单元分别与所述信号输出接口连接；所述触发启动单元用于在所述输入信号的电压大于预设的触发比较电压的情况下，控制所述延时供电控制单元导通；在所述延时供电控制单元导通的情况下，所述延时单元使所述衰减控制单元导通，使经所述信号耦合单元后的输入信号被所述恒压控制单元衰减，在经过延时时长后所述延时单元使所述衰减控制单元关闭，经所述信号耦合单元后的输入信号不被衰减；所述恒压控制单元与所述衰减控制单元连接，用于控制所述输入信号的衰减大小。

可选地，在所述输入信号结束时触发所述触发启动单元翻转，所述延时供电控制单元关闭，所述衰减控制单元关闭。

可选地，所述触发启动单元包括第一运算放大器、第一电阻及第一可调电阻；所述第一电阻的上端连接电源电压，下端连接所述第一可调电阻的上端，所述第一可调电阻的下端接地；所述第一运算放大器的正极连接所述信号输入接口，负极连接所述第一电阻的下端及所述第一可调电阻的中心抽头，输出端连接所述延时供电控制单元。

可选地，所述延时单元包括第一电容及第二可调电阻；所述第二可调电阻的上端通过所述延时供电控制单元连接电源电压，所述第二可调电阻的下端连接所述第一电容的上端，所述第一电容的下端接地；所述第二可调电阻的上端、所述第二可调电阻的中心抽头均连接所述衰减控制单元，用于向所述衰减控制单元供电使所述衰减控制单元导通；所述第二可调电阻的下端连接所述衰减控制单元，用于基于所述第一电容升压触发所述衰减控制单元关闭。

可选地，所述衰减控制单元包括检测控制芯片与第一开关元件；所述检测控制芯片的供电端连接所述第二可调电阻的上端、所述第二可调电阻的中心抽头，所述检测控制芯片的输入端连接所述第二可调电阻的下端；所述检测控制芯片的输出端连接所述第一开关元件的基极，所述第一开关元件的集电极连接所述信号耦合单元、所述信号输出接口，所述第一开关元件的发射极接地。

可选地，所述恒压控制单元包括第二运算放大器、第二电阻、第三电阻、第四电阻及第三可调电阻；所述第二运算放大器的正极通过所述第二电阻与电源电压连接、通过所述第三可调电阻接地，负极通过所述第三电阻、所述第四电阻接地，输出端连接至所述第三电阻、所述第四电阻之间；所述第一开关元件的发射极连接至所述第三电阻、所述第四电阻之间，通过所述第四电阻接地。

可选地，所述延时供电控制单元包括第二开关元件；所述第二开关元件的基极连接所述第一运算放大器的输出端，发射极连接电源电压，集电极连接所述第二可调电阻的上端。

可选地，所述信号耦合单元包括第五电阻，所述第五电阻连接于所述信号输入接口、所述信号输出接口之间。

本发明实施例提供一种激光驱动电路，包括上述任一项所述的激光驱动电路的波形整形电路。

本发明实施例提供一种激光器，包括上述激光驱动电路。

本发明实施例提供的激光驱动电路的波形整形电路、激光驱动电路及激光器，通过将脉冲开始波形衰减至较低功率，在延时后再输出原始的脉冲功率，使激光弛豫振荡消失或者在出光的较低功率时发生，其幅度和产生概率降低，降低了脉冲工作瞬间的异常功率，使光纤不会过热损坏。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中一种激光驱动电路的波形整形电路的结构示意图；

图2为本发明实施例中一种激光驱动电路的波形整形电路的电路图；

图3为未加本发明实施例提供波形整形电路的激光器输出波形图；

图4为加入本发明实施例提供波形整形电路的激光器输出波形图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。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。

本发明实施例中的改善设计是将脉冲开始的波形降低到激光发光的最低功率，延时后再输出对应功率的脉冲功率，使激光弛豫振荡在出光的最低功率时发生，让脉冲功率正常输出没有弛豫振荡，这样弛豫振荡产生的功率得到大幅度降低。经验证，使用新方案的驱动电路明显改善了激光输出产生的弛豫振荡幅度和出现弛豫振荡的概率，光纤不再烧坏。

参见图1所示的一种激光驱动电路的波形整形电路的结构示意图，示出了该波形整形电路包括信号输入接口、触发启动单元、延时供电控制单元、延时单元、衰减控制单元、恒压控制单元、信号耦合单元、信号输出接口。

上述波形整形电路可以作为半导体激光设备的驱动电路的前级电路。具体地，信号输入接口分别与触发启动单元、信号耦合单元连接，输入信号经过信号输入接口后分为两路，分别送入触发启动单元及信号耦合单元；该信号耦合单元、衰减控制单元分别与信号输出接口连接。

上述触发启动单元，用于在输入信号的电压大于预设的触发比较电压的情况下，控制延时供电控制单元导通。通过调节该触发比较电压，可以调节触发信号幅度，应用灵活。

在延时供电控制单元导通的情况下，延时单元使衰减控制单元导通，使经信号耦合单元后的输入信号被恒压控制单元衰减，在经过预设的延时时长后该延时单元使衰减控制单元关闭，经信号耦合单元后的输入信号不被衰减。其中，输入信号被恒压控制单元衰减至激光发光的最低功率，在保证发光的基础上尽可能降低功率，从而使激光弛豫振荡发生时的功率较低，避免光纤过热。该延时单元的延时时长可调，可根据需要调节具体的延时时长，应用灵活。

上述恒压控制单元与衰减控制单元连接，用于控制输入信号的衰减大小。该恒压电位可调，可以输出预设大小的衰减信号。

本发明实施例提供的激光驱动电路的波形整形电路，通过将脉冲开始波形衰减至较低功率，在延时后再输出原始的脉冲功率，使激光弛豫振荡消失或者在出光的较低功率时发生，其幅度和产生概率降低，降低了脉冲工作瞬间的异常功率，使光纤不会过热损坏。

进一步，在上述输入信号结束时触发上述触发启动单元翻转，延时供电控制单元关闭，衰减控制单元关闭。当上述输入信号结束归零后，上述波形整形电路回复初始状态。

示例性地，前级或外部输入的信号经信号输入接口后分两路，其中一路送入触发启动单元，触发后控制延时供电控制单元导通，然后输出电压分别给延时单元和衰减控制单元供电，在供电开始时因延时单元控制，使衰减控制单元导通，使信号输入接口经信号耦合单元后的信号被衰减，其中恒压控制单元控制信号的衰减大小，待延时时间到后衰减控制单元关闭，信号耦合单元过来的信号保持原值不衰减，经信号输出接口送激光器驱动后级驱动激光LD发光，当信号结束归零后本电路回复初始状态。

在PWM(Pulse width modulation，脉冲宽度调制)信号模式时按以上过程循环，使每个脉冲前面均有一定时间长度和一定幅度的阈值电压，通过调整设定需要的时间和幅度使弛豫振荡消失或发生在阈值电压波形的开始处，保证了脉冲主波形输出功率正常。

在CW(Continuous Wave，连续波)连续输出模式时，基于上述过程只在波形开始时加入了一个阈值电压延时波形，后续连续主波形保持输出功率正常，同样避免了弛豫振荡波形对主波形功率的叠加影响。

故上述技术方案对PWM脉冲信号和连续信号的激光器驱动电路均可使用，避免了光纤因弛豫振荡问题而烧坏，提高了设备的安全性。

示例性地，上述触发启动单元包括第一运算放大器、第一电阻及第一可调电阻。其中，第一电阻的上端连接电源电压，下端连接第一可调电阻的上端，第一可调电阻的下端接地；第一运算放大器的正极连接信号输入接口，负极连接第一电阻的下端及第一可调电阻的中心抽头，输出端连接延时供电控制单元。

该第一电阻及第一可调电阻组成分压电路，作为第一运算放大器的负极输入，输入信号作为第一运算放大器的正极输入，两者进行比较。示例性地，本实施例中的可调电阻可以是电位器、可变电阻器等元件。通过调节第一可调电阻以调节触发比较电压，从而使触发信号幅度可调，应用灵活。

示例性地，上式延时单元包括第一电容及第二可调电阻；第二可调电阻的上端通过延时供电控制单元连接电源电压，第二可调电阻的下端连接第一电容的上端，第一电容的下端接地；第二可调电阻的上端、第二可调电阻的中心抽头均连接衰减控制单元，用于向衰减控制单元供电使衰减控制单元导通；第二可调电阻的下端连接衰减控制单元，用于基于第一电容升压触发衰减控制单元关闭。

在输入信号输入后，即触发衰减控制单元导通，然后通过电容与电阻组成的RC延时电路进行延时，待电容处的电压上升至设定电压后触发衰减控制单元关闭。其中延时时间可调，应用灵活。

示例性地，上述衰减控制单元包括检测控制芯片与第一开关元件；检测控制芯片的供电端连接第二可调电阻的上端、第二可调电阻的中心抽头，检测控制芯片的输入端连接第二可调电阻的下端；检测控制芯片的输出端连接第一开关元件的基极，第一开关元件的集电极连接信号耦合单元、信号输出接口，第一开关元件的发射极接地。

上述检测控制芯片可以控制第一开关元件的通断，从而控制是否对输入信号进行衰减。

示例性地，上述恒压控制单元包括第二运算放大器、第二电阻、第三电阻、第四电阻及第三可调电阻；第二运算放大器的正极通过第二电阻与电源电压连接、通过第三可调电阻接地，负极通过第三电阻、第四电阻接地，输出端连接至第三电阻、第四电阻之间上述；第一开关元件的发射极连接至第三电阻、第四电阻之间，通过第四电阻接地。

在恒压控制单元中包括运算放大器，通过上述连接方式，可以保持其输出端输出的电压保持不变，起到恒压输出作用。上述输入信号被衰减限幅至上述第四电阻的压降。

示例性地，上述延时供电控制单元包括第二开关元件；第二开关元件的基极连接第一运算放大器的输出端，发射极连接电源电压，集电极连接第二可调电阻的上端。

该第二开关元件受上述第一运算放大器的输出信号的控制，其通断状态可以控制延时单元的充电以及衰减控制单元的供电。

示例性地，上述信号耦合单元包括第五电阻，第五电阻连接于信号输入接口、信号输出接口之间。

参见图2所示的一种激光驱动电路的波形整形电路的电路图，示出了信号输入接口01、信号耦合单元02、信号输出接口03、触发启动单元04、延时供电控制单元05、延时单元06、衰减控制单元07、恒压控制单元08。

其中，信号输入接口01包括信号输入接口CH1_IN，CH1_IN分别连接到信号耦合单元02的电阻R1下端及通过触发启动单元04的输入(见图2中箭头)连接到运算放大器U3-B的引脚pin5。

触发启动单元04输入网络和U3-B的pin5连接，电位器VR1的下端接地，电阻R4的上端接电源VCC，U3-B的引脚pin6分别连接R4的下端、VR1的上端及中心抽头，U3-B的引脚pin7和延时供电控制单元05的控制端连接。

延时供电控制单元05的开关管Q3的B极为控制端，E极供电端连接电源VCC，Q3的C极为电压输出端，分别连接延时单元06的电位器VR2的上端与中心抽头，以及衰减控制单元07的检测控制组件。

延时单元06中VR2的下端分别连接电容C1的上端、衰减控制单元07的检测控制组件，C1的下端接地。

衰减控制单元07包括检测控制芯片，其输出连接开关管Q2的B极，Q2的E极分别连接恒压控制单元08的电阻R11上端、电阻R13和电阻R14的左端，Q2的C极分别连接信号耦合单元02的电阻R1上端、信号输出接口CH1_OUT。

恒压控制单元08的电阻R11下端接地，电阻R14的右端接运算放大器U3-A的pin2，电阻R13的右端接U3-A的pin1，U3-A的pin4接地，U3-A的pin3分别连接电阻R15的下端、VR3的上端和中心抽头，VR3的下端接地，U3-A的pin8、R15的上端、电容C2的上端分别接电源VCC，C2的下端接地。

上述电路的工作过程如下：

1)输入信号从CH1_IN输入后分2路分别送到R1和触发启动单元04输入网络；

2)信号经输入网络到U3的pin5，当pin5电压大于pin6由R4和VR1产生的分压电压时，运放U3的pin7输出驱动Q3导通；

3)Q3导通后，一路通过检测控制组件驱动Q2导通；另一路通过VR2给C1充电，当C1充电到设定电压后检测控制组件控制Q2截止。

4)R15和VR3组成的分压电压输入到U3-A，根据运放轨对轨的特性，R11的电压保持和VR3的电压一样，当外部信号叠加到R11时，通过R14的反馈，U3-A的pin1输出变化保持R11的电压不变。

5)输入信号经R1后到达信号输出的信号经Q2控制，当Q2导通时，信号被衰减限幅到R11的压降(即VR3的设定电压值)，当Q2截止时，输出信号幅度同输入信号保持不变。

6)VR2和C1组成RC延时电路，通过调整VR2可以设定Q2的导通时间来设定输出信号阈值时间，阈值时间指的是激光刚好可以出光的最低驱动其信号幅度的保持时间。

7)VR1可以调整设定本发明电路的触发比较电压幅度。

8)通过调整VR3来设定输出信号阈值幅度，该阈值幅度指的是激光刚好可以出光的驱动信号最低幅度。

本实施例提供的上述电路，触发信号幅度可调，延时时间可调，恒压电位可调，应用灵活；在主脉冲波形前增加延时恒压波形，使弛豫振荡移动到延时恒压波形，其幅度和产生概率降低，降低了脉冲工作瞬间的异常功率，使光纤不会过热损坏；通用性好，适用于PWM模式的波形，但CW连续直流驱动模式也不影响可正常工作。

图3示出了未加本发明实施例提供波形整形电路的激光器输出波形图，图4示出了加入本发明实施例提供波形整形电路的激光器输出波形图。在图4中最上方的为驱动电流波形，最下方的为激光波形。通过比较图3和图4可知，加入波形整形电路后初始功率更低，激光弛豫振荡受到抑制。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种激光驱动电路的波形整形电路，其特征在于，包括信号输入接口、触发启动单元、延时供电控制单元、延时单元、衰减控制单元、恒压控制单元、信号耦合单元、信号输出接口；

所述信号输入接口分别与所述触发启动单元、所述信号耦合单元连接，输入信号经过所述信号输入接口后分为两路，分别送入所述触发启动单元及所述信号耦合单元；所述信号耦合单元、所述衰减控制单元分别与所述信号输出接口连接；

所述触发启动单元用于在所述输入信号的电压大于预设的触发比较电压的情况下，控制所述延时供电控制单元导通；

在所述延时供电控制单元导通的情况下，所述延时单元使所述衰减控制单元导通，使经所述信号耦合单元后的输入信号被所述恒压控制单元衰减，在经过延时时长后所述延时单元使所述衰减控制单元关闭，经所述信号耦合单元后的输入信号不被衰减；

所述恒压控制单元与所述衰减控制单元连接，用于控制所述输入信号的衰减大小。

2.根据权利要求1所述的波形整形电路，其特征在于，在所述输入信号结束时触发所述触发启动单元翻转，所述延时供电控制单元关闭，所述衰减控制单元关闭。

3.根据权利要求1所述的波形整形电路，其特征在于，所述触发启动单元包括第一运算放大器、第一电阻及第一可调电阻；

所述第一电阻的上端连接电源电压，下端连接所述第一可调电阻的上端，所述第一可调电阻的下端接地；所述第一运算放大器的正极连接所述信号输入接口，负极连接所述第一电阻的下端及所述第一可调电阻的中心抽头，输出端连接所述延时供电控制单元。

4.根据权利要求3所述的波形整形电路，其特征在于，所述延时单元包括第一电容及第二可调电阻；

所述第二可调电阻的上端通过所述延时供电控制单元连接电源电压，所述第二可调电阻的下端连接所述第一电容的上端，所述第一电容的下端接地；

所述第二可调电阻的上端、所述第二可调电阻的中心抽头均连接所述衰减控制单元，用于向所述衰减控制单元供电使所述衰减控制单元导通；

所述第二可调电阻的下端连接所述衰减控制单元，用于基于所述第一电容升压触发所述衰减控制单元关闭。

5.根据权利要求4所述的波形整形电路，其特征在于，所述衰减控制单元包括检测控制芯片与第一开关元件；

所述检测控制芯片的供电端连接所述第二可调电阻的上端、所述第二可调电阻的中心抽头，所述检测控制芯片的输入端连接所述第二可调电阻的下端；

所述检测控制芯片的输出端连接所述第一开关元件的基极，所述第一开关元件的集电极连接所述信号耦合单元、所述信号输出接口，所述第一开关元件的发射极接地。

6.根据权利要求5所述的波形整形电路，其特征在于，所述恒压控制单元包括第二运算放大器、第二电阻、第三电阻、第四电阻及第三可调电阻；

所述第二运算放大器的正极通过所述第二电阻与电源电压连接、通过所述第三可调电阻接地，负极通过所述第三电阻、所述第四电阻接地，输出端连接至所述第三电阻、所述第四电阻之间；

所述第一开关元件的发射极连接至所述第三电阻、所述第四电阻之间，通过所述第四电阻接地。

7.根据权利要求4-6任一项所述的波形整形电路，其特征在于，所述延时供电控制单元包括第二开关元件；

所述第二开关元件的基极连接所述第一运算放大器的输出端，发射极连接电源电压，集电极连接所述第二可调电阻的上端。

8.根据权利要求1-6任一项所述的波形整形电路，其特征在于，所述信号耦合单元包括第五电阻，所述第五电阻连接于所述信号输入接口、所述信号输出接口之间。

9.一种激光驱动电路，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的激光驱动电路的波形整形电路。

10.一种激光器，其特征在于，包括权利要求9所述的激光驱动电路。