[发明专利]用于半导体激光器的高速窄脉冲调制驱动电源

说明书

技术领域

本发明涉及半导体激光器，特别是一种用于半导体激光器的高速窄脉冲调制驱动电源。

背景技术

半导体激光器在工业、军事、科研等诸多领域具有广泛的用途，特别是在激光测距、激光雷达、激光通信等领域。如在激光测距中，激光脉冲的上升沿、脉宽、峰值功率与测量的精度、测距死区、最远测距能力密切相关。激光脉冲上升沿越快越有利于提高测量精度、脉宽越窄越有利于把测距死区减到最小、峰值功率越高越有利于增加最远测距能力。

现有的窄脉冲(纳秒级)激光驱动电源，常采用雪崩晶体管来产生窄脉冲(刘旭升，纳秒脉冲半导体激光驱动器的研究(1).激光技术，2006，30(4)：445-448；张海明.大电流窄脉冲半导体激光驱动器的设计.半导体光，2009，30(2)：313-315；)。晶体管工作于雪崩区时，其雪崩电压V范围：V_o＜V＜V_r，其中V为晶体管集电极和发射极间的电压，V_o为晶体管基极开路时集电极和发射极间的击穿电压，Vr为晶体管基极和发射极间接一电阻时集电极和发射极间的击穿电压。满足上述电压范围时，晶体管的雪崩状态受基极输入信号控制，晶体管平时处于截止状态，当基极注入一个正脉冲信号时，晶体管发生雪崩，管中的电流以极快的速度增加，而集射间电压则以极快的速度下降，其速度之快可达几个纳秒，为此就可得到一个前沿为几纳秒的电压跳变。雪崩晶体管的窄脉冲激光驱动电源就是基于此快速的电压跳变原理设计的。

虽然雪崩晶体管可以获得很窄的输出脉冲，但雪崩上升时间、雪崩幅度与雪崩晶体管的反向击穿电压有密切的关系。通常，击穿电压较低的雪崩管有更快的雪崩上升时间和较快的脉冲重复周期，但其脉冲幅度较低；而击穿电压较高的雪崩管虽然其脉冲幅度变高了，但雪崩上升时间变慢，脉冲重复周期变低了。因此，采用雪崩晶体管来产生的窄脉冲，其输出脉冲信号的前沿、脉宽、频率、峰值电流都受限于雪崩晶体管本身的特性，不可调节。采用雪崩晶体管驱动电源来驱动的半导体激光器，其输出的激光脉冲的前沿、脉宽、频率、峰值电流及光脉冲波形也受限于雪崩晶体管的参数特性，不能根据半导体激光器的不同参数调制出理想的脉冲信号。

近年来随着半导体激光器的发展，重复频率高、前沿快、脉宽窄、峰值功率高的半导体激光器被越来越多地应用。特别是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。而要获得一个有利于后级放大的种子光源，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。

发明内容

本发明的目的在于适应高功率半导体激光器的发展，提供一种用于半导体激光器的高速窄脉冲调制驱动电源，该驱动电源能根据不同的激光器参数，通过改变电路中电源电压、电阻、电容的参数，使被驱动的半导体激光器输出所需要的频率高、前沿快、脉宽窄、脉冲峰值可控、波形平滑的激光脉冲。

本发明的技术方案如下：

一种用于半导体激光器的高速窄脉冲调制驱动电源，包括半导体激光器的驱动电路和高精度温控电路，其特点在于：

所述的半导体激光器的驱动电路包括外接的+15V第三电源、第一电源、直流偏置电源，采用金属氧化物半导体场效应管(Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor，以下简称为MOSFET)作开关，该高速MOSFET的驱动芯片称为驱动集成块，所述的驱动集成块的第2脚与“外触发输入”相连；该驱动集成块的第1脚、第8脚为空，第3脚接地，第4脚和第7脚短接，第6脚接所述的+15V电源，第5脚与所述的高速MOSFET的栅极电阻的一端相连，该栅极电阻的另一端与MOSFET的栅极相连，该MOSFET的源极接地；所述的第一电源与充电电阻的一端相连；该充电电阻的另一端、所述的MOSFET的漏极和储能电容的一端形成节点；该储能电容的另一端与放电电阻的一端相连；所述的直流偏置电源与偏置电阻一端相连；所述的放电电阻的另一端、偏置电阻的另一端和快响应二极管的正端构成节点，该节点接所述的激光二极管的负极；所述的快响应二极管的负端接地，采样电阻的一端接地，该采样电阻的另一端分别与所述的激光二极管的正极和激光二极管电流监测端的示波器相连。

所述的第一电源的电压的取值范围为0～500V。

所述的储能电容的范围为51pF～1000pF。

所述的放电电阻的取值范围为1Ω～5Ω。

本发明的技术效果如下：