CN209948328U - 一种用于大功率半导体激光器的窄脉宽驱动装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于大功率半导体激光器的窄脉宽驱动装置，涉及窄脉宽驱动电路。本实用新型包括高压端（G）、低压端（D）、TTL信号端（X）和接地端（JD）；设置有脉冲控制电路（10）和驱动电路（20）；脉冲控制电路（10）分别连接于驱动电路（20）、低压端（D）、TTL信号端（X）和接地端（JD），驱动电路（20）分别连接于高压端（G）、脉冲控制电路（10）和接地端（JD）。本实用新型可以实现上升沿5ns、脉宽11ns、重复频率1Hz‑50KHz可调节的窄脉冲信号，同时能提供较大的驱动电流。本驱动电路结构简单，可以制作成超小电路板用于超小型脉冲器件结构中。

Description

一种用于大功率半导体激光器的窄脉宽驱动装置

技术领域

本实用新型涉及窄脉宽驱动电路，尤其涉及一种用于大功率半导体激光器的窄脉宽驱动装置，可以实现光信号脉宽11ns、上升沿5ns的脉冲输出，重复频率1-50KHz可调节。

背景技术

随着半导体激光器的发展，重复频率高、前沿快、脉宽窄、峰值功率高的脉冲半导体激光器在工业、军事、科研等领域获得了广泛应用，例如激光测距、激光雷达、激光通信、泵浦固体激光器、脉冲多普勒成像、3D图像系统及光纤测温传感器等。而高功率半导体激光器要获得一个大能量、窄脉宽的光脉冲，就需要一个能提供良好光脉冲的种子光源，其不仅要求输出的光脉冲有高的重复频率、快的上升沿、窄的脉冲宽度、一定幅值的脉冲电流，而且输出的光脉冲的波形一定要平滑，激光输出的功率和中心波长一定要稳定。高峰值功率、窄脉宽、快的上升沿可以提高相关传感器分辨率，并提高激光器作用距离。

如在基于拉曼散射的分布式光纤测温系统中，携带温度信息的拉曼散射光较弱，需要加大激光器的光功率以提高信噪比，从而提高温度分辨率。该系统利用光纤时域反射仪测量距离，其距离分辨率会随着光脉冲宽度减小而提高。在激光近距探测系统中，对于激光器脉冲前沿都要求越陡越好，因为它直接影响激光探测系统的动态测试精度，前沿越陡，测距精度越高。在激光探测和激光通信中，系统带宽、作用距离、精度、抗干扰和低功耗都取决于半导体激光器发射脉冲质量，在脉冲式半导体激光测距机和激光雷达中，脉冲激光的上升时间和测量精度有关，上升时间越短越有利于提高测量精度，脉冲激光的峰值功率和测距能力密切相关，功率越大测距能力越强，激光脉冲宽度与接收信号的信噪比有关，脉宽越窄，信噪比越高。

激光脉冲质量主要影响因素是驱动电源性能，国外在激光器驱动研究方面投入较大，许多驱动已经模块化且运行稳定可靠。而相比之下国内在这方面研究很少，在国内，半导体激光器驱动电源大部分还是直流或是低频脉冲的，大电流窄脉冲驱动电源成品几乎没有。因此窄脉宽的半导体激光器驱动电路的研制具有重大的意义。

实用新型内容

本实用新型的目的就在于克服现有技术存在的缺点和不足，提供一种用于大功率半导体激光器的窄脉宽驱动装置，它能实现上升沿5ns、脉宽11ns、重复频率1Hz-50KHz可调节的脉冲光信号，同时能提供较大的驱动电流。

本实用新型的目的是这样实现的：

具体地说，本装置包括高压端、低压端、TTL信号端和接地端；

设置有脉冲控制电路和驱动电路；

脉冲控制电路分别连接于驱动电路、低压端、TTL信号端和接地端，驱动电路分别连接于高压端、脉冲控制电路和接地端。

本实用新型具有以下优点和积极效果：

①电路内部采用高速脉冲控制结构来实现对脉冲驱动电路的控制，同时所选用的开关管通过与其对应器件的配合使用，响应速度非常快，通过优化所选用器件参数，可以实现上升沿5ns、脉宽11ns、重复频率1Hz-50KHz可调节的窄脉冲信号，同时能提供较大的驱动电流。

②本驱动电路结构简单，可以制作成超小电路板用于超小型脉冲器件结构中。

附图说明

图1为本实用新型的电路图；

图2为本实用新型的的光脉冲信号图。

图中：

10—脉冲控制电路；

20—驱动电路；

G—高压端，D—低压端，X—TTL信号端，JD—接地端；

R1、R2、R3、R4—第1、2、3、4电阻；

C1、C2、C3—第1、2、3电容；

PD1、PD2—第1、2二极管；

MOSFET-1、MOSFET-2—第1、2开关管；

J—激光器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例的详细说明：

一、装置

1、总体

如图1，本装置包括高压端G、低压端D、TTL信号端X和接地端JD；

设置有脉冲控制电路10和驱动电路20；

脉冲控制电路10分别连接于驱动电路20、低压端D、TTL信号端X和接地端JD，驱动电路20分别连接于高压端G、脉冲控制电路10和接地端JD。

2、功能电路

1)脉冲控制电路10

所述的脉冲控制电路10包含第1电阻R1、第1电容C1、第2电阻R2、第 1二极管PD1和第一开关管MOSFET-1；

其连接关系是：第1电阻R1一端与TTL信号端X连接，另一端与第1电容 C1的一端连接；第一电容C1的另一端同时连接于第二电阻R2、第1二极管 PD1和第1开关管MOSFET-1；第2电阻R2另一端分别与接地端JD和第1二极管PD1另一端并接；第1开关管MOSFET-1一端与低压端D连接，一端与接地端 JD连接，另一端与第2开关管MOSFET-2一端连接。

其工作机理是：第1开关管MOSFET-1为高速场效应晶体管，通过TTL信号端X和第1二极管PD1来控制该第1开关管MOSFET-1的导通和关断；通过调节第1电阻R1、第2电阻R2和第1电容C1来控制脉冲控制电路10内部的电脉冲宽度；低压端给第1开关管MOSFET-1供电，电压值控制在12-15V；TTL信号端X为电压值3.3-5V、50％占空比的TTL脉冲信号；该脉冲控制电路10的频率为1-50KHz，由TTL信号端X控制。

2)驱动电路20

所述的驱动电路20包括第2开关管MOSFET-2、第3电阻R3、第2电容C2、第2二极管PD2、激光器J、第4电阻R4和第3电容C3；

其连接关系是：第2开关管MOSFET-2的一端同时连接于第3电阻R3和第 2电容C2，另一端分别同时连接于接地端JD、第2二极管PD2、激光器J和第 3电容C3；第3电阻R3另一端与高压端G连接；第2电容C2另一端同时连接于第2二极管PD2、激光器J和第4电阻R4；第4电阻R4的另一端与第3电容 C3的另一端连接。

其工作机理是：第0开关管MOSFET-2为高速场效应晶体管，由脉冲控制电路10提供的电脉冲信号控制该第2开关管MOSFET-2的开关；由高压端通过保护第3电阻R3给储能第2电容C2充电；通过储能第二电容C2放电给激光器J 加电产生光信号；储能第2电容C2的充放电时间由第2开关管MOSFET-2控制；第2二极管PD2为反向二极管，对激光器J进行保护；第4电阻R4和第3电容 C3用以吸收脉冲信号下降沿后的信号振荡，获得更好的脉冲波形；高压端G给激光器J供电，其电压值与储能第2电容C2和第2开关管MOSFET-2的耐压值相匹配，电压值一般为为1-200V。

综上所述，由于本驱动电路20内部采用高速脉冲控制结构来实现对脉冲驱动电路10的控制，同时所选用的开关管通过与其对应器件的配合使用，响应速度非常快，通过优化所选用器件参数实现窄脉宽大电流输出，所以本实用新型提供的这种窄脉宽大功率半导体激光器的驱动电路20可以实现上升沿5ns、脉宽11ns、重复频率1-50KHz可调节的脉冲光信号，其工作状态下实测的光脉冲信号图如图2所示。同时能提供较大的驱动电流。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种用于大功率半导体激光器的窄脉宽驱动装置，包括高压端（G）、低压端（D）、TTL信号端（X）和接地端（JD）；

其特征在于：

设置有脉冲控制电路（10）和驱动电路（20）；

脉冲控制电路（10）分别连接于驱动电路（20）、低压端（D）、TTL信号端（X）和接地端（JD），驱动电路（20）分别连接于高压端（G）、脉冲控制电路（10）和接地端（JD）。

2.按权利要求1所述的窄脉宽驱动装置，其特征在于：

所述的脉冲控制电路（10）包含第1电阻（R1）、第1电容（C1）、第2电阻（R2）、第1二极管（PD1）和第一开关管（MOSFET-1）；

其连接关系是：第1电阻（R1）一端与TTL信号端（X）连接，另一端与第1电容（C1）的一端连接；第一电容（C1）的另一端同时连接于第二电阻（R2）、第1二极管（PD1）和第1开关管（MOSFET-1）；第2电阻（R2）另一端分别与接地端（JD）和第1二极管（PD1）另一端并接；第1开关管（MOSFET-1）一端与低压端（D）连接，一端与接地端（ JD）连接，另一端与第2开关管（MOSFET-2）一端连接。

3.按权利要求1所述的窄脉宽驱动装置，其特征在于：

所述的驱动电路（20）包括第2开关管（MOSFET-2）、第3电阻（R3）、第2电容（C2）、第2二极管（PD2）、激光器（J）、第4电阻（R4）和第3电容（C3）；

其连接关系是：第2开关管（MOSFET-2）的一端同时连接于第3电阻（R3）和第2电容（C2），另一端分别同时连接于接地端（ JD）、第2二极管（PD2）、激光器（J）和第3电容（C3）；第3电阻（R3）另一端与高压端（G）连接；第2电容（C2）另一端同时连接于第2二极管（PD2）、激光器（J）和第4电阻（R4）；第4电阻（R4）的另一端与第3电容（C3）的另一端连接。

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