DE19818561A1 - Impulslasersteuerung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Impulslasersteuerung, die die Generierung der Laserimpulse in Frequenz und Energie kontrolliert und das Kriterium der Einfehlerausfallsicherheit erfüllt.

Description

Bei der Konzeption von Impulssteuerungen wird auf die Formung von kurzen und hochenergetischen Laserimpulsen gezielt. Mit der DE-OS 19 50 369 wird eine Treiberstufe für gepulste Halbleiterlaser, insbesondere für mit hoher Pulswiederholfrequenz gepulste Hochleistungs-Laserdioden, angegeben. Hierbei werden aufgrund einer verbesserten Impedanzanpassung zwischen Treiberstromkreis und Laserdiodenarray die Wärmeverluste wirkungsvoll verringert und somit ein größerer Anteil der im Kondensator gespeicherten Energie als Stromimpuls in das Laserdiodenarray geschickt. Die Impulsdauer der so erzeugten Laserimpulse wird hierbei im wesentlichen von der Dauer eines Triggerimpulses, der einen optisch aktivierbaren Halbleiterschalter in entsprechender Zeit öffnet, bestimmt. Lösungen für die schaltungstechnische Festlegung der Energie des Laserimpulses und seiner Frequenz im Sinne der Laser-Augensicherheit für einen extrem hohen Wirkungsgrad der Wandlung von elektrischer Energie in Laserenergie werden nicht aufgezeigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Impulslasersteuerung aufzuzeigen, die die Generierung der Laserimpulse in Frequenz und Energie kontrolliert und das Kriterium der Einfehlerausfallsicherheit erfüllt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einer Impulslasersteuerung zur Generierung von Laserimpulsen aus ankommenden Steuerflanken, die einen Ladeimpulsgenerator, einen Ladungsspeicher und eine Laserdiode enthält, dadurch gelöst, daß der Ladeimpulsgenerator aus einem Einimpuls-Sperrwandler- Transformator besteht, in dessen Primärseite ein erster Schalter vorhanden ist, daß ein erster Monoflop vorhanden ist, an dessen Eingang die Steuerflanken anliegen und dessen Ausgang mit dem Steuereingang des ersten Schalters und dem Eingang eines zweiten Monoflops zur Übertragung eines generierten Impulses mit einer Impulsbreite, die der Ladezeit entspricht, verbunden ist, daß im Sekundärkreis des Einimpuls-Sperrwandler-Transformators eine erste Diode, eine Drossel zur Entkopplung des Entladestromkreises vom Aufladestromkreis, eine Zenerdiode zur Begrenzung des Hochspannungsimpulses, ein zweiter Schalter, der Ladungsspeicher, eine zweite Diode und die Laserdiode vorhanden sind, und daß der Ausgang des zweiten Monoflops über einen Impulsformer zur Übermittlung eines Triggerimpulses mit dem Steuereingang des zweiten Schalters und ebenfalls direkt mit dem Eingang eines dritten Monoflops verbunden ist, wobei der Ausgang des dritten Monoflops zur Übermittlung einer Sperrimpulszeitspanne mit einem zweiten Eingang des ersten Monoflops verbunden ist. Der Ladungsspeicher kann dabei günstigerweise aus parallelgeschalteten Wellenleitern mit offenen Enden bestehen, wobei die Wellenleiter zur Impulsformung verschiedene Längen aufweisen können. Im Falle der parallel geschalteten Wellenleiter mit unterschiedlichen Längen setzt sich der Entladestrom der Parallelschaltung aus den einzelnen Entladeströmen zusammen, die aber nur während der Verzögerungszeit des zugehörigen Wellenleiters fließen. Ist ein Wellenleiter aufgrund einer kurzen Verzögerungszeit schon entladen, dann wird es durch den parallel geschalteten Wellenleiter mit größerer Verzögerungszeit, der noch Strom liefert, wieder aufgeladen. Ist dieser Parallelschaltung nun eine Laserdiode mit einem Innenwiderstand, der niedriger ist als der einzelne Wellenwiderstand, parallel geschaltet, dann addieren sich die einzelnen Ströme in der Laserdiode. So kann man einen Stromverlauf in Höhe und Zeit programmieren, der einen entsprechenden Laserimpuls erzeugt.

Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. Dabei zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Impulslasersteuerung.

Gemäß Fig. 1 triggert eine Steuerflanke Sf, die die Generierung eines Laserimpulses in Gang setzt, das erste Monoflop 1, das über seinen Ausgang mit dem ersten Schalter 2 und dem Eingang eines zweiten Monoflops 3 in Verbindung steht. Über die Impulsbreite T_Lade des vom ersten Monoflop 1 erzeugten Impulses schaltet der erste Schalter 2 und es fließt ein linear ansteigender Strom I_Lade durch die Primärseite des Einimpuls-Sperrwandler-Transformators 4 und den ersten Schalter 2 und es wird somit eine magnetische Energie im Einimpuls-Sperrwandler-Transformator 4 gespeichert, deren Größe proportional der stabilisierten Spannung +U_stab der Primärinduktivität des Transformators 4 und der Ladezeit T_Lade ist. Die gespeicherte magnetische Energie ist temperaturabhängig und hat einen positiven Temperaturkoeffizienten, indem T_Lade = f (T) ist. Vorzugsweise besitzt die im ersten Monoflop 1 enthaltene Monoflop-Kapazität einen entsprechenden Temperaturgang. Ziel der temperaturabhängigen Energiespeicherung ist die Kompensation des negativen Temperaturkoeffizienten der Laserleistung einer Halbleiter-Laserdiode. Mit dem Ausschalten des ersten Schalters 2 am Ende der Ladezeit T_Lade wird die magnetische Energie in elektrische Energie umgewandelt, d. h. auf der Sekundärseite des Transformators 4 entsteht ein Hochspannungsimpuls, der mittels der Zenerdiode 5 im Fehlerfall begrenzt werden kann und es fließt ein Strom I_Ladesek über die erste Diode 6, die Drossel 7, den Ladungsspeicher 8 und die zweite Diode 9 solange, bis das Magnetfeld des Transformators 4 entladen ist. Während der Aufladezeit ist der zweite Schalter 10 geöffnet. Der Ladevorgang des Ladungsspeichers 8 dauert einige Mikrosekunden, bis sich die Spannung über den Ladungsspeicher 8 stabilisiert hat. Diese Wartezeit wird vom zweiten Monoflop 3 vorgegeben, das mit dem Ausschalten vom ersten Schalter 2 die Zeitspanne T_stab generiert. Nach Ablauf von T_stab wird im Impulsformer 11, dessen Eingang mit dem Ausgang des zweiten Monoflops 3 und dieser mit dem Eingang des dritten Monoflops 12 verbunden ist, ein kurzer Triggerimpuls T_rig zum Einschalten des zweiten Schalters 10 erzeugt und gleichzeitig wird das dritte Monoflop 12 getriggert, das eine Sperrimpulszeitspanne T_sperr über seinen Ausgang an einen weiteren Eingang des ersten Monoflops 1 abgibt. Mit dem Schließen vom zweiten Schalter 10 entlädt sich der Ladungsspeicher 8, es fließt ein Entladestromimpuls in umgekehrter Richtung zum Ladestrom durch die Laserdiode 13. Die Drossel 7 entkoppelt dabei den Entladestromkreis vom Aufladestromkreis. Die Sperrimpulszeitspanne T_sperr verhindert unkontrolliertes und fehlerhaftes Ansteuern mit einer neuen eventuell auslösenden Steuerflanke Sf am ersten Monoflop 1 ankommend. Die Sperrimpulszeitspanne T_sperr ist so gewählt, daß im Sinne der Laser- Augensicherheit die Aufladung zum Erzeugen eines nächsten Laserimpulses in dieser Zeitspanne unmöglich ist und somit die Laserfrequenz nach oben begrenzt ist.

Bezugszeichenliste

1

erstes Monoflop

2

erster Schalter

3

zweites Monoflop

4

Transformator

5

Zenerdiode

6

erste Diode

7

Drossel

8

Ladungsspeicher

9

zweite Diode

10

zweiter Schalter

11

Impulsformer

12

dritter Monoflop

13

Laserdiode
Sf Steuerflanke
I_Lade

linear ansteigender Strom
+U_stab

stabilisierte Spannung
T_Lade

Ladezeit
I_Ladesek

Strom
T_stab

Zeitspanne
T_rig

Triggerimpuls
T_sperr

Sperrimpulszeitspanne

Claims (5)

1. Impulslasersteuerung zur Generierung von Laserimpulsen aus ankommenden Steuerflanken, die einen Ladeimpulsgenerator, einen Ladungsspeicher und eine Laserdiode enthält, dadurch gekennzeichnet, daß
2. - der Ladeimpulsgenerator aus einem Einimpuls-Sperrwandler-Transformator (4) besteht, in dessen Primärseite ein erster Schalter (2) vorhanden ist,
3. - ein erster Monoflop (1) vorhanden ist, an dessen Eingang die Steuerflanken (Sf) anliegen und dessen Ausgang mit dem Steuereingang des ersten Schalters (2) und dem Eingang eines zweiten Monoflops (3) zur Übertragung eines generierten Impulses mit einer Impulsbreite, die der Ladezeit T_Lade entspricht, verbunden ist,
4. - im Sekundärkreis des Einimpuls-Sperrwandler-Transformators (4) eine erste Diode (6), eine Drossel (7) zur Entkopplung des Entladestromkreises vom Aufladestromkreis, eine Zenerdiode (5) zur Begrenzung des Hochspannungsimpulses, ein zweiter Schalter (10), der Ladungsspeicher (8), eine zweite Diode (9) und die Laserdiode (13) vorhanden sind, und
5. - der Ausgang des zweiten Monoflops (3) über einen Impulsformer (11) zur Übermittlung eines Triggerimpulses (T_rig) mit dem Steuereingang des zweiten Schalters (10) und ebenfalls jedoch direkt mit dem Eingang eines dritten Monoflops (12) verbunden ist, wobei der Ausgang des dritten Monoflops (12) zur Übermittlung einer Sperrimpulszeitspanne (T_sperr) mit einem zweiten Eingang des ersten Monoflops (1) verbunden ist.