CN111193185A - 一种亚纳秒上升时间方波脉冲半导体激光器驱动装置 - Google Patents

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曾祥全
赖正刚
赵越
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    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
    • H01S5/042—Electrical excitation ; Circuits therefor
    • H01S5/0428—Electrical excitation ; Circuits therefor for applying pulses to the laser

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Abstract

本发明公开了一种亚纳秒上升时间方波脉冲半导体激光器驱动装置，包括接收上位机控制信号的通信模块；根据控制信号产生相应脉宽、频率数字信号脉冲的脉冲发生模块；根据数字信号脉冲驱动半导体激光器输出亚纳秒上升时间光脉冲的驱动电路。通信模块根据需求通过上位机命令设置脉冲发生模块产生所需脉宽、频率的数字信号脉冲，数字信号脉冲经过采用高速、宽带运放的同相比例放大电路驱动模块后驱动半导体激光器输出亚纳秒上升时间激光光脉冲信号，提高激光探测器响应上升时间的测试精度。

Description

一种亚纳秒上升时间方波脉冲半导体激光器驱动装置
技术领域
本发明涉及激光器驱动装置领域，更具体的说是涉及一种亚纳秒上升时间方波脉冲半导体激光器驱动装置。
背景技术
激光雷达技术是一种在军、民领域具有应用广泛前景的高新技术。激光雷达技术的关键器件是激光探测器，随着技术的发展，对激光探测器的性能需求日益上升，激光探测器的研制过程中需求对其光电性能进行标定测试，亚纳秒上升时间方波脉冲激光器有利于提高激光探测器响应上升时间的测试精度。目前，商业上成熟的技术方波脉冲半导体驱动电路一般采用MOSFET高速开关驱动模式，上升时间很难达到亚纳秒级。
发明内容
本发明为了解决上述技术问题提供一种亚纳秒上升时间方波脉冲半导体激光器驱动装置。
本发明通过下述技术方案实现：
一种亚纳秒上升时间方波脉冲半导体激光器驱动装置，包括：
接收上位机控制信号的通信模块；
根据控制信号产生相应脉宽、频率的亚纳秒上升时间数字脉冲信号的脉冲发生模块；
将数字脉冲信号转换成模拟脉冲信号驱动半导体激光器输出亚纳秒上升时间光脉冲的驱动电路。
作为优选，所述通信模块包括依次连接的USB接口、接口转换芯片和RS232收发器芯片。
作为优选，所述脉冲发生模块包括控制器和为控制器提供振荡频率的有源晶振电路。
作为优选，所述驱动电路包括运算放大芯片、连接在运算放大芯片输入端与脉冲发生模块输出端之间的可调电阻、连接在运算放大芯片输入端的接地电阻、连接在运算放大芯片上的同向放大负反馈网络和依次连接在运算放大芯片输出端的输出电阻和电容。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明的通信模块根据需求通过上位机命令设置脉冲发生模块产生所需脉宽、频率的数字信号脉冲，数字信号脉冲经过采用高速、宽带运放的同相比例放大电路驱动模块后驱动半导体激光器输出亚纳秒上升时间激光光脉冲信号，提高激光探测器响应上升时间的测试精度。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。
图1为本发明的原理图。
图2为本发明的电源模块的电路原理图。
图3为本发明的通信模块的电路原理图。
图4为本发明的脉冲发生模块的电路原理图。
图5为本发明的驱动电路的原理图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
如图1所示的一种亚纳秒上升时间方波脉冲半导体激光器驱动装置，包括通信模块200、脉冲发生模块300、驱动电路400、电源模块100。通信模块200接收上位机控制信号；脉冲发生模块300根据控制信号产生相应脉宽、频率的亚纳秒上升时数字脉冲信号；驱动电路400将数字脉冲信号转换成模拟脉冲信号驱动半导体激光器500输出亚纳秒上升时间光脉冲；电源模块100给通信模块、脉冲发生模块、驱动电路提供工作电源。
具体的，通信模块包括依次连接的USB接口、接口转换芯片、RS232收发器和RS232接口。通信模块实现USB转RS232接口，采用USB接口与上位机相连，通过串口命令设置脉宽和频率。
为了提供精确的数字信号脉冲输出，脉冲发生模块包括控制器和为控制器提供振荡频率的有源晶振电路。
为了实现光强度的可调节，实现亚纳秒上升时间的方波激光脉冲输出，驱动电路包括运算放大芯片、连接在运算放大芯片输入端与脉冲发生模块输出端之间的可调电阻、连接在运算放大芯片输入端的接地电阻、连接在运算放大芯片上的同向放大负反馈网络和依次连接在运算放大芯片输出端的输出电阻和电容。
实施例2
基于上述实施例原理，本实施例公开一具有实施方式，即参照图2，电源模块100包括：12V转±5V输出DCDC模块U1,U1为市面上常规12V转±5V芯片，12V输入电压经过接地电容C1、C2滤波后接到U1输入引脚2；U1引脚1、4接GND,U1的引脚3输出-5V电压，经电容C5、C6滤波后为驱动电路供电；U1引脚5输出5V电压，经电容C3、C4滤波后为驱动模块及通信模块供电，同时5V电压经线性稳压芯片U2 ASM1117-3.3转换为3.3V电压输出，3.3V电压经电容C7、C8滤波后为脉冲产生模块供电为3.3V，D1为3.3V电源指示灯。电源模块采用单电源供电，为其他模块提供稳定、低噪声工作电压。
参见图3：通信模块200包括芯片FT232RL、芯片MAX3232EPE及其***电路，VCC5的5V电源经R2、C9、C10的滤波网络换位输出端口为POWERIN的5V电源，POWERIN接FT232RL的引脚4 VCCIO、引脚20 VCC，Header1的引脚1通过R3接POWERIN，POWERIN通过电阻R4、指示灯D2接FT232RL的引脚23 CBUS0，通过电阻R5、指示灯D3接FT232RL的引脚22 CBUS1，D1、D2在上位机与通信模块时会闪烁；U3的引脚17 3V3OUT通过C11接地，引脚25、7、18、21、26直接接地；U3的引脚1 TXD接U4的引脚11 T1IN，引脚5 RXD接U4的引脚12 R1OUT，为U3和U4之间的读写通道；U3的其他未提及引脚悬空。U4的引脚1通过电容C12接引脚3，引脚4经过电容C13接引脚5，引脚2经电容C14接地；引脚16连接POWERIN接口供电，C15为电源滤波；引脚11、引脚12与U3通信；引脚14、引脚15分别通过R6、R7转为端口UART1_TX、UART1_RX与脉冲发生模块的ARM芯片通信；U4的其他未提及引脚悬空。本通信模块实现USB转串口RS232功能，可通过上位机控制往脉冲发生模块的ARM芯片烧写控制程序，并可通过串口调试软件写入命令来调节产生脉冲的宽度和频率。
参见图4，脉冲发生模块300包括有源晶振芯片X1、控制器ARM STM32F405RG芯片U5及其***电路。本模块配置后通过引脚16输出数字脉冲信号，数字脉冲信号作为驱动模块400的脉冲信号输入。有源晶振芯片X1，控制器ARM STM32F405RG芯片U5。从电源模块100输出的电源端口VCC3.3进入本模块时接滤波电容C17、C18到GND， U5的模拟电源引脚13 VDDA通过0Ω电阻R8 与VCC3.3连接，并接2个滤波电容C19、C20到模拟地引脚12 VSSA，VSSA通过0Ω电阻R9接GND。U5引脚1 VBAT接电容C24后接VCC3.3；4个电源引脚接电源端口VCC3.3，分别为引脚32 VDD_1、引脚48 VDD_2、引脚64 VDD_3、引脚19 VDD_4，且分别接滤波电容C29、C31、C30、C27到GND；引脚7 NRST通过R12接VCC3.3，并且接电容C21到GND；引脚28 PB2/BOOT1 通过R14接VCC3.3，引脚60 BOOT0通过R15接GND；引脚31 VSS_1、47 VSS_2、63 VSS_3、18 VSS_4直接接GND。指示灯D4、D5的P端接V3.3，N端分别通过R10、R11接U5的引脚24、引脚25。U5的引脚5 PD0/OSCIN、引脚6 PD01/OSCIOUT分别接有源晶振X1的引脚1、引脚3，并分别接电容C22、C23到GND，两引脚间接电阻R13。U5引脚42、引脚43分别连接通信模块300的两通信端口UART1_TX、UART1_RX。U5引脚16通过隔直电容C26转为输出数字脉冲信号，输出端口Pulse_out作为驱动模块400的脉冲信号输入端口。
参见图5，驱动模块包括：运算放大芯片U6通过同相比例放大电路为半导体激光器提供的亚纳秒上升脉冲驱动信号。电源模块100的VCC5输出端口通过电感L1、电容C33、电容C34组成的滤波网络接U6的正电源端管脚5和管脚6，-VCC5输出端口通过电感L2、电容C35、电容C36组成的滤波网络接U6的负电源端管脚1。脉冲输入端口Pulse_out通过可调电阻R15接U6的正输入端管脚3 In+ ，且接电阻R16到GND，使输入脉冲的幅度可调。R18、R19为同向放大负反馈网络，合适的C38可降低输出脉冲的前沿过冲。输出脉冲经电阻R17和隔直电容C38后接半导体激光器，可驱动半导体激光器输出亚纳秒上升时间的脉冲激光信号。
高速带宽运放芯片U6的同相比例放大电路，为半导体激光器提供的亚纳秒上升时间脉冲驱动信号，实现半导体激光器亚纳秒上升时间的方波脉冲激光输出，且光强可调。
以上所述的具体实施方式，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方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，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 (4)

1.一种亚纳秒上升时间方波脉冲半导体激光器驱动装置，其特征在于，包括：
接收上位机控制信号的通信模块；
根据控制信号产生相应脉宽、频率的亚纳秒上升时间数字脉冲信号的脉冲发生模块；
将数字脉冲信号转换成可驱动半导体激光器输出亚纳秒上升时间光脉冲的驱动电路；
给通信模块、脉冲发生模块、驱动电路提供工作电源的电源模块。
2.根据权利要求1所述的一种亚纳秒上升时间方波脉冲半导体激光器驱动装置，其特征在于，所述通信模块包括依次连接的USB接口、接口转换芯片和RS232收发器芯片。
3.根据权利要求1所述的一种亚纳秒上升时间方波脉冲半导体激光器驱动装置，其特征在于，所述脉冲发生模块包括控制器和为控制器提供振荡频率的有源晶振电路。
4.根据权利要求1所述的一种亚纳秒上升时间方波脉冲半导体激光器驱动装置，其特征在于，所述驱动电路包括运算放大芯片、连接在运算放大芯片输入端与脉冲发生模块输出端之间的可调电阻、连接在运算放大芯片输入端的接地电阻、连接在运算放大芯片上的同向放大负反馈网络和依次连接在运算放大芯片输出端的输出电阻和电容。
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