CN209133836U - 一种垂直腔面发射激光器驱动电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种垂直腔面发射激光器驱动电源。该驱动电源包括电压控制单元、电流控制单元，电压控制单元的输入端与交流电压连接，电压控制单元的一个输出端与垂直腔面发射激光器的阳极连接，电压控制单元的另一个输出端接地，垂直腔面发射激光器的阴极与电流控制单元的输入端连接，电流控制单元的输出端与电压控制单元的输入端连接。本驱动电源利用垂直腔面发射激光器两端电压与电流具有线性的对应关系，以及垂直腔面发射激光器两端电压的缓变不会造成电流突变的特性，实现通过直接调节电压控制单元的输出电压来控制垂直腔面发射激光器的输出电流。并且，本驱动电源不仅结构简单，还降低了功率管的散热要求，大大提高了其可靠性、安全性。

Description

一种垂直腔面发射激光器驱动电源

技术领域

本实用新型涉及一种垂直腔面发射激光器驱动电源，属于激光器技术领域。

背景技术

随着半导体激光技术的日益发展和成熟，采用激光器替代传统的闪光灯和离子泵浦源已经成为固体激光技术的发展方向。其中，激光器输出光的状态直接由驱动电源决定，因此对于与其配套的驱动电源提出了更加严格的要求。激光器驱动电源直接影响着激光器的输出功率、使用寿命、整机体积等，是决定激光器光脉冲优劣的重要因素。

如图1所示，传统边发射激光器两端所加的电压与实际输出电流的对应关系呈指数曲线变化。因此，该边发射激光器一般采用恒流源的驱动方式。

VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser，垂直腔面发射激光器)的两端所加的电压与实际输出电流的对应关系呈线性变化(如图2所示)，并且，VCSEL激光器属于热击穿型，窄的电流尖峰不会对它构成致命威胁，只有过高的温度才会对它造成致命伤害。如果VCSEL激光器也采用恒流源的驱动方式，那么，需要保证恒流驱动电源的电流控制电路输入的电压大于VCSEL激光器两端接收的电压才能实现恒流控制，导致电流控制电路会产生较高的热耗，从而使得VCSEL激光器被烧坏。因此，针对VCSEL激光器急需设计一种电流控制更简便、安全性更高的驱动电源。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种垂直腔面发射激光器驱动电源。

为了实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案：

一种垂直腔面发射激光器驱动电源，包括电压控制单元、电流控制单元，所述电压控制单元的输入端与交流电压连接，所述电压控制单元的一个输出端与垂直腔面发射激光器的阳极连接，所述电压控制单元的另一个输出端接地，所述垂直腔面发射激光器的阴极与所述电流控制单元的输入端连接，所述电流控制单元的输出端与所述电压控制单元的输入端连接。

其中较优地，所述电流控制单元包括开关模块、控制模块、第一电阻和第二电阻，所述开关模块的一个输入端与所述面垂直腔面发射激光器的阴极连接，所述开关模块的另一个输入端通过所述第一电阻与所述控制模块的一个输出端连接，所述开关模块的输出端分别与所述第二电阻的一端、所述控制模块的输入端连接，所述第二电阻的另一端接地，所述控制模块的另一个输出端与所述电压控制单元的输入端连接。

其中较优地，所述电流控制单元还包括放大器，所述放大器设置在所述第二电阻的一端与所述控制模块的输入端之间。

其中较优地，所述放大器的正相输入端与所述第二电阻一端连接，所述放大器的反相输入端分别与第三电阻和第四电阻的一端连接，所述第三电阻的另一端接地，所述第四电阻的另一端分别与所述放大器的输出端及所述控制模块的输入端连接。

其中较优地，所述开关模块采用功率管实现，所述功率管的漏极与所述垂直腔面发射激光器的阴极连接，所述功率管的门极通过所述第一电阻与所述控制模块的一个输出端连接，所述功率管的源极分别与所述第二电阻的一端、所述控制模块的输入端连接。

其中较优地，所述控制模块采用单片机实现。

其中较优地，所述电压控制单元采用电压可调型开关电源实现。

本实用新型所提供的垂直腔面发射激光器驱动电源利用垂直腔面发射激光器两端电压与电流具有线性的对应关系，以及垂直腔面发射激光器两端电压的缓变不会造成电流突变的特性，实现通过直接调节电压控制单元的输出电压来控制垂直腔面发射激光器的输出电流。并且，本垂直腔面发射激光器驱动电源不仅结构简单，还降低了功率管的散热要求，大大提高了其可靠性、安全性。

附图说明

图1为传统边发射激光器两端所加的电压与实际输出电流的对应关系示意图；

图2为垂直腔面发射激光器两端所加的电压与实际输出电流的对应关系示意图；

图3为本实用新型所提供的一种垂直腔面发射激光器驱动电源的结构示意图；

图4为本实用新型所提供的另一种垂直腔面发射激光器驱动电源的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型的技术内容做进一步的详细说明。

如图3所示，本实用新型所提供的垂直腔面发射激光器驱动电源包括电压控制单元1、电流控制单元2，电压控制单元的输入端与交流电压连接，电压控制单元的一个输出端与垂直腔面发射激光器的阳极连接，电压控制单元的另一个输出端接地，垂直腔面发射激光器的阴极与电流控制单元2的输入端连接，电流控制单元2的输出端与电压控制单元的输入端连接。

电流控制单元2根据实时检测的垂直腔面发射激光器的输出电流的大小，调节电压控制单元1的输出电压，以实现控制垂直腔面发射激光器输出恒定的电流。

其中，电压控制单元1可以采用电压可调型开关电源。根据垂直腔面发射激光器所需输出的恒定电流的数值，选取电压调节范围适中的电压可调型开关电源的型号，以使得调节该电压可调节型开关电源的输出电压，实现控制垂直腔面发射激光器输出电流的恒定。具体的说，将电压可调型开关电源接入交流电压(如交流220V电压)，即可实现转换成实际所需的直流电压，通过该直流电压即可控制垂直腔面发射激光器输出电流。其中，电压可调型开关电源的结构和原理同现有电压可调型开关电源，在此不再赘述。

电流控制单元2可以采用两种结构，下面一一进行说明。

实施例1

在本实施例中，如图3所示，电流控制单元2包括开关模块201、控制模块202、第一电阻203和第二电阻204。其中，开关模块201的一个输入端(作为电流控制单元2的输入端)与垂直腔面发射激光器的阴极连接，开关模块201的另一个输入端通过第一电阻203与控制模块202的一个输出端连接，开关模块201的输出端分别与第二电阻204的一端、控制模块202的输入端连接，第二电阻204的另一端接地，控制模块202的另一个输出端(作为电流控制单元2的输出端)与电压控制单元1的输入端连接。

控制模块202可以采用单片机，单片机的型号不做限制。例如，可以采用型号为PIC18F46K22的单片机。控制模块202不仅用于设置垂直腔面发射激光器的输出电流，还用于控制开关模块201的开关状态；同时，控制模块202还用于将检测的垂直腔面发射激光器的输出电流与预先设置的垂直腔面发射激光器的输出电流进行比较，如果所检测的垂直腔面发射激光器的输出电流小于预先设置的垂直腔面发射激光器的输出电流，则通过控制模块202调节电压控制单元1的输出电压，以实现控制垂直腔面发射激光器输出电流达到预先设置的垂直腔面发射激光器的输出电流。

其中，开关模块201可以采用功率管，功率管的漏极作为开关模块201的一个输入端(作为电流控制单元2的输入端)，用于与垂直腔面发射激光器的阴极连接；功率管的门极作为开关模块201的另一个输入端，用于通过第一电阻203与控制模块202的一个输出端连接；功率管的源极作为开关模块201的输出端，用于分别与第二电阻204的一端、控制模块202的输入端连接。

其中，功率管工作在开关状态只是决定垂直腔面发射激光器输出电流的通与断，功率管的内阻大都很低，工作时几乎不发热，即使大电流工作也是比较安全的。并且，通过控制模块202设置脉冲数、占空比，即可实现控制功率管以预设时间间隔进行接通与断开之间的切换。第二电阻204作为采样电阻，用于将检测的流过功率管的垂直腔面发射激光器输出电流反馈给控制模块202，以便于控制模块202将该检测的垂直腔面发射激光器的输出电流与预先设置的垂直腔面发射激光器的输出电流进行比较，从而实现调节电压控制单元1的输出电压，以控制垂直腔面发射激光器输出电流达到预先设置的垂直腔面发射激光器的输出电流。

实施例2

在本实施例中，如图4所示，电流控制单元2与实施例1中的电流控制单元2结构的不同之处在于：在第二电阻204的一端与控制模块202的输入端之间设置放大器3，用于来实现对检测的垂直腔面发射激光器输出电流进行放大，以提高第二电阻204采样灵敏度，减小第二电阻204的功率消耗。其中，放大器3的正相输入端与第二电阻204一端连接，放大器3的反相输入端分别与第三电阻4和第四电阻5的一端连接，第三电阻4的另一端接地，第四电阻5的另一端分别与放大器3的输出端及控制模块202的输入端连接。放大器3的型号不做限制，例如可以采用型号为MAX4372的高精度、高边电流检测放大器。

综上所述，本实用新型所提供的垂直腔面发射激光器驱动电源利用垂直腔面发射激光器两端电压与电流具有线性的对应关系，以及垂直腔面发射激光器两端电压的缓变不会造成电流突变的特性，实现通过直接调节电压控制单元的输出电压来控制垂直腔面发射激光器的输出电流。并且，本垂直腔面发射激光器驱动电源不仅结构简单，还降低了功率管的散热要求，大大提高了其可靠性、安全性。

以上对本实用新型所提供的垂直腔面发射激光器驱动电源进行了详细的说明。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本实用新型实质精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将属于本实用新型专利权的保护范围。

Claims (7)

1.一种垂直腔面发射激光器驱动电源，其特征在于包括电压控制单元、电流控制单元，所述电压控制单元的输入端与交流电压连接，所述电压控制单元的一个输出端与垂直腔面发射激光器的阳极连接，所述电压控制单元的另一个输出端接地，所述垂直腔面发射激光器的阴极与所述电流控制单元的输入端连接，所述电流控制单元的输出端与所述电压控制单元的输入端连接。

2.如权利要求1所述的垂直腔面发射激光器驱动电源，其特征在于：

所述电流控制单元包括开关模块、控制模块、第一电阻和第二电阻，所述开关模块的一个输入端与所述垂直腔面发射激光器的阴极连接，所述开关模块的另一个输入端通过所述第一电阻与所述控制模块的一个输出端连接，所述开关模块的输出端分别与所述第二电阻的一端、所述控制模块的输入端连接，所述第二电阻的另一端接地，所述控制模块的另一个输出端与所述电压控制单元的输入端连接。

3.如权利要求2所述的垂直腔面发射激光器驱动电源，其特征在于：

所述电流控制单元还包括放大器，所述放大器设置在所述第二电阻的一端与所述控制模块的输入端之间。

4.如权利要求3所述的垂直腔面发射激光器驱动电源，其特征在于：

所述放大器的正相输入端与所述第二电阻一端连接，所述放大器的反相输入端分别与第三电阻和第四电阻的一端连接，所述第三电阻的另一端接地，所述第四电阻的另一端分别与所述放大器的输出端及所述控制模块的输入端连接。

5.如权利要求4所述的垂直腔面发射激光器驱动电源，其特征在于：

所述开关模块采用功率管实现，所述功率管的漏极与所述垂直腔面发射激光器的阴极连接，所述功率管的门极通过所述第一电阻与所述控制模块的一个输出端连接，所述功率管的源极分别与所述第二电阻的一端、所述控制模块的输入端连接。

6.如权利要求2所述的垂直腔面发射激光器驱动电源，其特征在于：

所述控制模块采用单片机实现。

7.如权利要求1所述的垂直腔面发射激光器驱动电源，其特征在于：

所述电压控制单元采用电压可调型开关电源实现。