基于FPGA脉宽可调的窄脉冲激光器驱动电路设计

针对激光驱动电路纳秒脉冲宽度无法调节的问题,设计了一种新型的脉宽可调的窄脉冲激光驱动电路。利用FPGA和激光二极管的工作原理,设计并搭建半导体激光器驱动电路。电路采用高速MOSFET作为开关器件驱动激光二极管SPLPL90-3,并利用LTspice仿真软件分析激光驱动电路中电源电压、储能电容和阻尼电阻对驱动脉冲的影响,最终选择最佳的电路参数。当电源电压为150 V,储能电容为1 nF,阻尼电阻为2Ω时,最终输出激光二极管的电流为39.7 A,脉冲宽度6 ns,上升沿3 ns,满足了大电流纳秒脉冲半导体激光器驱动电路的设计要求。     

新型窄脉冲半导体激光器驱动电源的研制

研制了一种新型窄脉冲半导体激光器的驱动电源,包括驱动电路和温控电路两部分。驱动电路采用高速金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)作开关,为激光器提供一个重复频率高(0~50 kHz)、前沿快(2.2~4.9 ns)、脉宽窄(4.6~12.1 ns)、脉冲峰值电流大(0~72.2 A)的脉冲信号,且输出的激光脉冲波形平滑。对不同的激光器,改变电路中电源电压、电阻、电容参数,可获得不同的重复频率、前沿、脉冲宽度、脉冲峰值电流。温控电路采用高精度的比例积分微分(PID)温控,保证了激光器输出功率和中心波长的稳定。此激光器驱动电源不仅可作为一般高速、窄脉冲半导体激光器的驱动电源,也是大能量、窄脉宽的半导体激光器种子光源的理想驱动电源。     

基于功率晶体管窄脉冲激光驱动设计

激光的高功率、窄脉冲是提高激光引信系统精度,提高引信抗干扰能力的重要手段。为实现小体积的高频、高功率、窄脉冲激光发射,采用大功率晶体管正反馈设计出晶闸管开关应用于高频脉冲激光测距窄脉冲激光发射电路,用钳位二极管抑制激光器反向击穿。通过对RLC充放电回路、晶体管开关电路、晶闸管器件的分析,设计SCR电路,分析放电回路的三个步骤,运用pspice仿真程序对驱动电路进行了参数仿真。制作了印刷电路板,得到峰值电流12 A,脉宽8 ns的脉冲电流。     

高重频可调小型高功率半导体激光电源研究

为了获得高功率、高重频半导体激光脉冲,设计了一种体积小、重量轻、造价低的纳米级大功率半导体激光器驱动电源。采用改进的单稳态触发器产生窄脉冲,经放大后驱动快速开关MOSFET获得大电流窄脉冲;电源脉冲电流驱动能力0A～80A,脉冲上升时间2.8ns,下降时间3.8ns,脉冲宽度5ns～500ns范围内可调,最小5.2ns,重复频率可达200kHz。用该电源实验测试了激光波长为905nm的半导体激光器,在重复频率为10kHz时,激光脉冲峰值功率达到70W以上。结果表明,采用窄脉冲驱动MOSFET可以得到高重复频率10ns以内的大电流窄脉冲,可以驱动大功率半导体激光器,若驱动100A以上的激光器需进一步研究。     

大功率半导体激光器脉冲驱动电源研制

研制了一种大电流、窄脉宽的半导体激光器驱动电源,该驱动电源激励半导体激光器用于驱动砷化镓光导开关。驱动电路采用高速金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)作为开关,为半导体激光器提供一个前沿快(1.2 ns)、脉宽窄(15 ns)、峰值电流大(72 A)的脉冲驱动电流,并可根据需要调节电路中的参数,获得不同前沿、不同脉宽、不同峰值的电流脉冲。半导体激光器输出的激光脉冲功率可达75 W,上升前沿约3 ns,抖动均方根小于200 ps,可稳定触发工作在非线性模式下的砷化镓光导开关。     

雪崩晶体管在纳秒脉冲驱动电路中的应用

介绍了一种可用于半导体激光器、高速摄影、信号处理以及激光雷达的纳秒脉冲驱动电路。利用晶体 管的雪崩效应,通过两级雪崩晶体管阵列,得到了7 ns、6 A的大电流窄脉冲。并对触发脉冲的获得、电路板的 印制进行了简要的介绍。     

基于雪崩晶体管的脉冲半导体激光电源的设计

介绍了一种基于时间延迟和雪崩晶体管的纳秒级窄脉冲半导体激光器电源,该电源主要由脉冲发生电路、雪崩电路组成。实践证明,该电源可以作为一种简单的纳秒脉冲产生装置,产生脉宽〈30ns、峰值为1A的电流脉冲,用于驱动普通半导体激光器。     

雪崩晶体管在纳秒脉冲驱动电路中的应用

介绍了一种可用于半导体激光器、高速摄影、信号处理以及激光雷达的纳秒脉冲驱动电路。利用晶体管的雪崩效应，通过两级雪崩晶体管阵列，得到了7ns、6A的大电流窄脉冲。并对触发脉冲的获得、电路板的印制进行了简要的介绍。     

基于频率补偿的窄脉冲量子级联激光器快速驱动技术

脉冲量子级联激光器(QCL)因自热效应会导致谱线展宽,故需极短的电流脉冲驱动。理论极限线宽所需的脉宽为5~15 ns,但由于环路寄生参数的影响,窄脉冲会引起信号过冲或振荡,因此目前商用的QCL驱动器无法满足这个要求。为获得更理想的激光器线宽,在常规脉冲恒流电路的基础上,采用频率补偿的方法来消除过冲和振荡,并设计了一款稳定的纳秒级激光器驱动电路。实验结果显示该驱动装置实现了峰值电流0~2 A、脉宽8.4~200 ns、上升时间4 ns、过冲1%的脉冲电流输出。使用中国科学院半导体研究所研制的波长4.6m激光器和傅里叶变换光谱仪进行测试,当驱动脉宽由100 ns减小到10 ns时,激光器线宽由0.35 cm-1线性递减到0.12 cm-1。综合验证表明,所设计的驱动装置实现了稳定的窄脉冲电流输出,尤其适用于量子级联激光器的窄线宽驱动及应用。     

磁脉冲压缩电路的仿真分析

为了提高磁脉冲压缩电路效率并减小体积,使用PSPICE电路仿真软件,采用控制变量的方法,对影响磁脉冲压缩电路的各个因素进行了理论分析和仿真验证。在以纳米晶材料作为磁芯、总压缩比为100、两级磁脉冲压缩电路体积最小的情况下进行了仿真分析。结果表明,脉冲上升时间从6.7μs压缩到67ns,符合脉冲气体激光器对于快放电时间的要求;在负载电阻为250Ω、一级复位电流在1.09A~9.80A、二级复位电流在3.27A~14.50A时,系统效率的最大值为81.9%;负载电阻的取值以及复位电流过大过小都会对效率产生影响。该研究为激光器中磁脉冲压缩电路效率的进一步提升,以及体积的小型化提供了参考。     

高速窄脉冲峰值保持电路设计与实现

为了降低直接识别窄脉冲信号峰值幅度的难度,介绍了一种高速窄脉冲峰值保持电路的实现方法.首先对峰值保持电路的原理进行了介绍,在此基础上设计了试验电路并进行了Pspice仿真,通过对电路的测试验证了设计的正确性.试验结果表明,该方法设计的电路响应速度快,保持精度高,工作稳定,已将其成功应用于某工程.同时为其它相关设计提供了参考.     

微波大功率变脉冲放大器的研制

针对基于悬浮平台微波凝视关联成像系统对变脉冲宽度和大峰值功率的需求,研制了一款 X 波段变脉冲固态功率放大器。描述该放大器组件中高速漏极调制及保护电路和射频开关的实现方案,分析大功率高速漏极调制电路输出电压脉冲的影响因素,优化调制电路的负载设计,并解决功放输出射频脉冲的包络凹陷问题。经试验验证:研制的功率放大器具有散热性好,稳定工作时间长,最窄脉宽 20 ns,上升下降沿均小于 3 ns,峰值功率大于 40 W 的射频脉冲输出等特点;其漏极调制电路输出 24 V电压脉冲,上升沿小于 20 ns,下降沿约 60 ns。     

基于LDMOS的可调窄脉冲半导体激光器驱动源研究

介绍了一种利用横向双扩散金属氧化物半导体(LDMOS)作为开关器件驱动激光半导体的设计方法。通过对半导体激光器驱动电路原理的分析,并结合PSPICE建立射频功率晶体管的电路模型,经过理论分析和计算从而获得更优化的驱动电路;采用高速电流反馈型运算放大器构成电流串联负反馈电路从而得到稳定的输出电流,有效地提高了窄脉冲信号的转换速率和频响特性。实验结果表明,半导体激光器输出电流脉宽20 ns-CW可调,上升和下降时间小于10 ns,幅度最高可达2 A,重复频率为0~10 MHz。实验结果验证了设计思路的可行性,进一步提高了半导体激光器的输出指标。     

高重频激光地面足印探测器峰检电路的设计

设计了一款两级峰值检测电路,实现对上升沿为3 ns、脉宽为5 ns、下降沿为3 ns、重频为10 kHz的脉冲信号的峰值检测与保持,利用STM32单片机的模数转换器完成电压信号采集。给出以APD为光电探测器件的地面探测器系统的基本结构框图,利用探测器系统中的放大电路模块使接收激光脉冲宽度从1 ns展宽至5 ns,搭配峰值检测电路模块实现窄脉宽、高重频激光信号的检测与数据记录。利用信号源完成峰值检测电路部分的功能测试,使用重频为1 kHz、脉宽约为1 ns的激光器完成探测器系统整体的功能测试,实验证明此系统可以较好地检测并记录该激光信号的峰值。     

纳秒脉冲半导体激光驱动器的研究

为了获得高功率、高重复频率的纳秒级光脉冲,介绍了一种基于Marx bank脉冲发生原理的纳秒脉冲激光驱动器的设计,以及设计过程中雪崩晶体管的选取.该驱动器采用一级小雪崩管对触发脉冲进行陡化,由小雪崩管产生的脉冲对Marx bank电路进行触发,以获得大电流窄脉冲,用于驱动半导体激光器.设计所得驱动器的峰值电流为12.5A、半峰全宽为1.51ns、重复频率为100kHz,实现了大幅度纳秒脉冲半导体激光驱动器的设计要求.结果表明,对触发脉冲的陡化,可以降低后一级Marx bank电路的雪崩电压,同时使得脉宽更窄,这将更加有利于驱动半导体激光器.     

基于雪崩三极管的高重频高稳定度脉冲源研究

基于雪崩三极管的脉冲源具有稳定度高、脉冲窄、上升时间短等优点,分析了雪崩三极管脉冲源稳定度的影响因素。采用适当的优化措施提高了稳定度指标,设计了高稳定度的雪崩三极管脉冲源,脉冲峰值电压1500V(50Ω负载),脉冲宽度1ns,上升时间200ps,具有很高的稳定度指标:短时抖动小于30ps,长时漂移小于100ps/min,峰值电压和脉冲宽度抖动小于1%。通过对改进脉冲电路的充电形式,实现了重复频率为60kHz的脉冲输出。     

905nm InGaAs脉冲激光二极管驱动电流特性分析与测试

为了实现高功率905nm InGaAs脉冲激光二极管激光脉冲宽度和峰值功率可调,采用现场可编辑门阵列产生触发脉冲、集成模块EL7104C作为金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）驱动、以MOSFET为核心开关器件控制高压模块和储能电容之间充放电的方法,设计了脉冲激光二极管驱动电路,对驱动电流特性进行了理论分析和实验验证,取得了不同电容和高压条件下的电流脉宽和峰值数据,分析了具体变化关系,并以此进行了光谱和功率-电流特性测试。结果表明,影响驱动电流脉宽和峰值电流的关键因素是电容大小和充电高压,脉冲激光二极管驱动电流峰值在0A~40A、脉宽20ns~100ns时可控调节,脉冲激光二极管最大峰值功率输出可达40W,实现了脉冲式半导体激光器输出功率和脉冲宽度的可控调节。该设计与分析对近红外高功率脉冲激光器的可控驱动设计具有一定的实用参考意义。     

激光扫描仪接收系统的峰值保持电路设计

针对激光扫描仪接收系统对信号窄脉宽、高重频、大带宽的设计要求,提出2种保持时间可调的峰值保持电路的设计方法。一种利用跨导型放大电路实现峰值保持,单稳态触发器实现保持时间控制;一种利用FastFET运算放大器和与门延时实现保持时间可控的峰值保持电路。通过软件仿真对2种设计方法进行对比分析,选择更适合激光扫描仪接收系统的跨导型峰值保持电路。经实验验证,该电路可对15 ns脉宽、200 kHz重频和50 MHz带宽的信号有效保持,且保持时间可调。