CN106340804B - 激光扫描用短脉冲大电流半导体激光器驱动源结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种激光扫描用短脉冲大电流半导体激光器驱动源结构有脉冲信号源、脉冲整形、功率放大、高频开关管、高压电路、储能电容、传输参数、保护电路、激光二极管、采样电阻。本发明提供一种激光扫描用驱动半导体激光器的脉冲驱动电源，实现上升沿3.5ns、脉宽10ns、峰值电流达25A、高重复频率达100KHz且可调节的激光脉冲信号。本驱动电路结构简单，合理的结构设计可实现短脉冲大电流半导体激光驱动源小型化要求。
Description
技术领域
本发明属于半导体激光器电子电路技术领域，具体涉及一种激光扫描用短脉冲大电流半导体激光器驱动源结构。
背景技术
20世纪60年代，随着半导体激光器制造工艺的发展，小型大功率脉冲半导体激光器逐渐发展起来。其具有体积小、重量轻、转换效率高、工作寿命长等优点，在激光通信、扫描成像、激光测距、生物医疗等领域得到了广泛应用。半导体激光器是以电流注入作为激励方式的一种激光器，其使用寿命、工作特性在很大程度上取决于驱动电源的设计性能的好坏。与连续半导体激光驱动电源相比，脉冲半导体激光器驱动源不仅要求电流恒定, 而且要工作在脉冲状态。电路控制方面, 脉冲半导体激光器驱动源涉及的不仅仅是电流大小,而且包含脉冲宽度, 脉冲重复频率。半导体激光器的保护方面，任何激光脉冲波形的异常情况都有可能损伤半导体激光器。
国内一些研究机构采用雪崩晶体管和晶体管阵列获取短脉冲大电流光信号，设计时需考虑脉冲的同步性，产生脉宽增宽等特点，且雪崩晶体管处于工作极限状态，重复频率受到限制，且雪崩晶体管容易产生二次击穿现象，可能损伤半导体激光器。而一般闸流管难以产生大电流，快速的GaAs闸流管仍然处于研究中，技术上尚不成熟。
因此，如何解决上述问题，是本领域技术人员要研究的内容。
发明内容
为克服上述现有技术中的不足，本发明目的在于提供一种激光扫描用短脉冲大电流半导体激光器驱动源结构，它能实现上升沿 3.5ns、脉宽 10ns、高重复频率（100KHz可调节）的脉冲光信号，同时能提供较大的驱动电流。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种激光扫描用短脉冲大电流半导体激光器驱动源结构；包括脉冲信号源、脉冲整形、功率放大、高频开关管、高压电路、储能电容、传输参数、保护电路、激光二极管及采样电阻；所述脉冲信号源产生频率可调节的方波控制信号，所述方波控制信号经过脉冲整形和电路处理后，所述方波控制信号经过功率放大作为高频开关管的触发控制信号，用于高频开关管快速切换；所述高频开关管处于闭合状态下时，高压电路对激光脉冲回路完成储能功能,充电回路路径包含储能电容、传输参数、保护电路流至地平面；所述高频开关管处于开启状态下时，激光脉冲回路处于放电功能，放电回路路径从地平面流经采样电阻、激光二极管、传输参数、储能电容、流经高频开关管返回至地地平面，从而通过控制触发控制信号的脉冲宽度、激光脉冲回路的传输参数，产生短脉冲大电流的激光脉冲信号。
上述技术方案中，相关内容解释如下：
1、上述方案中，还包括上拉电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4和电容C3；所述的脉冲信号源通过调节电阻R2和电阻R3的阻值比值产生频率可调的方波控制信号；所述脉冲整形和电路处理将方波脉冲信号宽度进行窄化处理，并陡化上升沿时间；所述电阻R4和电容C3调节窄化脉冲信号宽度。
2、上述方案中，所述脉冲信号源由定时器和***阻容器件构成；所述功率放大为图腾MOS管驱动器；输出内阻小，输出峰值电流大用于保证高频开关管的快速ns级的切换；所述高频开关管为高速场效应晶体管；其导通时间4ns，具有电流大、耐压高、且选用寄生电感小的封装结构；所述保护电路为肖特基二极管，用于吸收放电过程中产生的反向脉冲，防止损害激光二极管；所述激光二极管为波长为905nm的半导体激光器，其峰值功率根据实际所需进行选取；所述采样电阻为2512封装的2W的合金电阻并联，其阻值为1欧姆。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有的优点是：
本发明通过灵活调整脉冲源电路结构的参数可以改变激光发射的重复频率；通过调整激光脉冲充放电回路的参数改变激光脉冲的上升沿时间、脉宽宽度和峰值电流等指标；从而达到实现上升沿3.5ns、脉宽10ns、高重复频率 100KHz 可调节的激光脉冲信号。本驱动电路结构简单，通过合理的结构设计可以实现短脉冲大电流半导体激光驱动源小型化要求。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明脉冲信号源原理图；
图3为本发明脉冲整形处理原理图；
图4为本发明激光脉冲充放电回路原理图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，进一步详细说明。
如图1至图4所示，一种激光扫描用短脉冲大电流半导体激光器驱动源结构；包括脉冲信号源1、脉冲整形2、功率放大3、高频开关管4、高压电路5、储能电容6、传输参数7、保护电路8、激光二极管9及采样电阻10；所述脉冲信号源1产生频率可调节的方波控制信号，所述方波控制信号经过脉冲整形2和电路处理后，所述方波控制信号经过功率放大3作为高频开关管4的触发控制信号，用于高频开关管4快速切换；所述高频开关管4处于闭合状态下时，高压电路5对激光脉冲回路完成储能功能,充电回路路径包含储能电容6、传输参数7、保护电路8流至地平面；所述高频开关管4处于开启状态下时，激光脉冲回路处于放电功能，放电回路路径从地平面流经采样电阻10、激光二极管9、传输参数7、储能电容6、流经高频开关管4返回至地地平面，从而通过控制触发控制信号的脉冲宽度、激光脉冲回路的传输参数，产生短脉冲大电流的激光脉冲信号。
还包括上拉电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4和电容C3；所述的脉冲信号源通过调节电阻R2和电阻R3的阻值比值产生频率可调的方波控制信号；所述脉冲整形和电路处理将方波脉冲信号宽度进行窄化处理，并陡化上升沿时间；所述电阻R4和电容C3调节窄化脉冲信号宽度。
所述脉冲信号源由定时器和***阻容器件构成；所述功率放大为图腾MOS管驱动器；输出内阻小，输出峰值电流大用于保证高频开关管的快速ns级的切换；所述高频开关管为高速场效应晶体管；其导通时间4ns，具有电流大、耐压高、且选用寄生电感小的封装结构；所述保护电路为肖特基二极管，用于吸收放电过程中产生的反向脉冲，防止损害激光二极管；所述激光二极管为波长为905nm的半导体激光器，其峰值功率根据实际所需进行选取；所述采样电阻为2512封装的2W的合金电阻并联，其阻值为1欧姆。
其中,脉冲信号源由定时器U1及***阻容器件构成。定时器U1的引脚1端外接地，并与电容C1的一端连接，电容C1的另一端与定时器U1的引脚5端连接；定时器U1的引脚2端与U1的引脚6端、电阻R3的一端、肖特基二极管阴极连接；定时器U1的引脚4端与U1的引脚8、电阻R1的一端、电阻R2的一端和外接电压+5V连接；定时器U1的引脚3端与电阻R1的一端、输出信号OUT1连接，定时器U1的引脚7端与电阻R2的另一端、电阻R3的另一端、肖特基二极管阳极连接；肖特基二极管D1阴极与电容C2的一端、肖特基二极管D2阳极连接，电容C2的另一端接地。
其中,脉冲整形电路由单稳态U2和六反相器U3及***阻容器件构成。输出信号OUT1与输入信号IN1连接，并与单稳态U2的引脚1连接；单稳态U2的引脚2与引脚3连接；单稳态U2的引脚8接地；单稳态U2的引脚16与电阻R4的一端、电阻R5的一端、外接电压+5V连接；单稳态U2的引脚15与电阻R4的另一端、电容C3的一端连接；单稳态U2的引脚14与电容C3的另一端、地连接；单稳态U2的引脚13与电阻R5的另一端、六反相器U3引脚1连接；单稳态U2引脚2与引脚13连接；单稳态U2引脚7接地；单稳态U2引脚14外接电压+5V；单稳态U2引脚12连接输出OUT2。
其中,激光脉冲充放电回路由功率放大器U4、高频开关管Q1、高压输出HV、储能电容C10和C15、传输参数R6、激光二极管D5、保护二极管D3和D4、采样电阻R9～R18等组成。输出OUT2与输入信号IN2、功率放大器U4的引脚2连接；功率放大器U4的引脚1与外接电压+15V、电容C4～C7的一端连接；电容C4～C7的另一端接地；功率放大器U4的引脚4、引脚5对称接地；功率放大器U4的引脚8与外接电压+15V、电容C8～C12的一端连接；电容C8～C12的另一端接地；功率放大器U4的引脚6与引脚7连接并与高频开关管Q1的第一端连接，高频开关管Q1的第二端接地，高频开关管Q1的第三端与储能电容C10和C15、充电电阻R7和R8的一端连接；储能电容C10和C15的另一端与传输参数R6的一端连接，传输参数R6的另一端与保护二极管D3和D4的阳极、激光二极管D5的阴极连接，激光二极管D5的阳极与采样电阻R9～R18的一端连接，采样电阻R9～R18的另一端接地，充电电阻R7和R8的另一端连接滤波电容C13和C14的一端、高压输出HV连接，滤波电容C13和C14的另一端接地。
本发明通过灵活调整脉冲源电路结构的参数可以改变激光发射的重复频率；通过调整激光脉冲充放电回路的参数改变激光脉冲的上升沿时间、脉宽宽度和峰值电流等指标；从而达到实现上升沿3.5ns、脉宽10ns、高重复频率 100KHz 可调节的激光脉冲信号。本驱动电路结构简单，通过合理的结构设计可以实现短脉冲大电流半导体激光驱动源小型化要求。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (1)
1.一种激光扫描用短脉冲大电流半导体激光器驱动源结构；其特征在于：包括脉冲信号源、脉冲整形、功率放大、高频开关管、高压电路、储能电容、传输参数、保护电路、激光二极管及采样电阻；所述脉冲信号源产生频率可调节的方波控制信号，所述方波控制信号经过脉冲整形和电路处理后，所述方波控制信号经过功率放大作为高频开关管的触发控制信号，用于高频开关管快速切换；所述高频开关管处于闭合状态下时，高压电路对激光脉冲回路完成储能功能,充电回路路径包含储能电容、传输参数、保护电路流至地平面；所述高频开关管处于开启状态下时，激光脉冲回路处于放电功能，放电回路路径从地平面流经采样电阻、激光二极管、传输参数、储能电容、流经高频开关管返回至地平面，从而通过控制触发控制信号的脉冲宽度、激光脉冲回路的传输参数，产生短脉冲大电流的激光脉冲信号；还包括上拉电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4和电容C3；所述的脉冲信号源通过调节电阻R2和电阻R3的阻值比值产生频率可调的方波控制信号；所述脉冲整形和电路处理将方波脉冲信号宽度进行窄化处理，并陡化上升沿时间；所述电阻R4和电容C3调节窄化脉冲信号宽度；所述脉冲信号源由定时器和***阻容器件构成；所述功率放大为图腾MOS管驱动器；所述高频开关管为高速场效应晶体管；所述保护电路为肖特基二极管；所述激光二极管为波长为905nm的半导体激光器；所述采样电阻为2512封装的2W的合金电阻并联。
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| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |