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。     

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。     

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。     

一种脉宽可调的窄脉冲激光器驱动电路设计

针对半导体激光器中纳秒级脉宽的驱动电路脉冲宽度范围小、无法调节的问题,提出一种脉宽可调的窄脉冲激光器驱动电路设计方案.根据现场可编程逻辑门阵列(FPGA)技术和半导体激光的工作原理,搭建了半导体激光驱动电路的一般模型,并进行了仿真与实验分析.以FPGA开发板为控制核心,使用高速金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)驱动芯片DE375作为开关,实现驱动电源及半导体激光器的精密控制.该电路输出的脉冲电流幅值可达40A,脉冲宽度为5～200 ns,重复频率为0～50 kHz,上升沿宽度小于5 ns,有效增强了半导体激光器驱动电路的功能.     

高功率纳秒级激光二极管高侧驱动电路

纳秒级高功率的激光发射系统对激光雷达的探测性能产生重要影响。本文对普遍使用的激光二极管低侧栅极驱动电路进行修改得到高侧栅极驱动方式,使之能够适用于共阴极激光发射电路。该高侧驱动方式采用了一个半桥驱动器,两个GaN FET作为核心器件来控制激光二极管的发光。文中分析了该拓扑结构中电压、电容、电阻、电感等因素对流经激光器电流波形的影响。经过实验测试,在高重复频率下该电路能够产生3.1 ns脉冲宽度,约65 W的峰值功率,能够作为激光雷达的发射模块对场景进行扫描成像。     

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.     

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。     

激光引信中发射单元的设计

本文设计了用于机载激光引信的激光脉冲测距发射单元,该发射单元由激光器和驱动电路构成.激光器选择纳秒级脉冲大功率固体激光器,采用半导体激光二极管作为泵浦源,提出了一种获取同步信号的方法,并对其整体结构进行了考虑.为满足引信特殊需要,为半导体泵浦固体激光器设计了专用驱动电路,解决了固体激光器在不同温度下重复频率不稳定性问题,避免了使用体积庞大的致冷器.激光发射单元工作可靠,在很大温度范围内重复频率稳定并灵活可调.5 V电源时,输出峰值功率达2 018 W、脉宽3.3 ns、重复频率达10 kHz.     

微型化大电流脉冲激光器驱动电路研究

设计了一种用于与激光二极管芯片进行集成的基于MOSFE场效应管的大电流脉冲驱动电路方案,计算了限流电阻对驱动电路中储能电容性能的影响,分析了MOSFET场效应管峰值驱动电流与开通时间的估算公式,通过仿真软件研究了激光器的寄生电感对驱动电路波形的影响;理论和仿真结果表明,通过驱动电路与激光器芯片的一体化集成,提高了脉冲激光器性能,设计并制作了尺寸为14mm的微型化驱动电路;经测试,27V直流电压源驱动下,驱动信号上升时间小于15ns,脉宽25~150ns,最大占空比0.5%,输出幅值大于22V。     

高功率脉冲DPSSL电源的研究

为了研究应用于高功率脉冲DPSSL激光器半导体泵浦模块驱动的大电流脉冲驱动电源电路,采用了由基于零电流开关技术的功率变换模块来进行二次电压变换、MOSFET功率管闭环反馈控制以及储能电容放电的电路结构.得到了脉冲电压为70V、电流为200A、脉宽为200μs的大电流脉冲.结果表明,这样可以满足高功率脉冲DPSSL电源的稳定工作条件.     

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。     

窄脉冲大电流半导体激光器驱动电路设计与仿真

设计出了一种窄脉冲大电流的半导体脉冲激光器驱动电路,并对电路进行理论分析以及Multisim仿真研究。相比以往研究,本仿真研究中考虑了电路和LD本身的寄生参数,使得仿真与实际电路更加吻合。该电路结构简单,采用了专用的MOSFET硬件关断加速电路和电容充放电方式向负载提供瞬时窄脉冲大电流的脉冲输出,脉冲宽度低于2.5ns,上升时间低于3.5ns,峰值电流超过20A。     

半导体激光器驱动电路的研究与设计

半导体激光器又称激光二极管（LD）。半导体激光器驱动电路的设计对于激光器输出特性有重要影响,是决定半导体激光器系统稳定性的重要技术。激光二极管管芯温度的漂移以及其注入电流的变化都会对激光器出射频率产生变差,最终导致跳模或多模工作。为了确保半导体激光器的激光输出质量,本文研究设计了一款高性能的激光驱动电路,主要包括电源电路,恒流源电路,保护电路与及延时缓冲电路四部分。在Multisim软件中进行了电路仿真,并与实际电路中的结果图做了比较,最后应用日本某之名公司的光子强度检测器进行了实验测试与分析。实验结果表明该驱动电路设计满足要求,对后续研究具有重要意义。     

高速纳秒脉冲激光器驱动电源的设计

介绍了一种可靠的脉冲激光器驱动电源的设计方法。采用直接调制技术,通过高速场效应管作为开关器件,辅以稳定的外围电路,调制出脉冲宽度小于2ns纳秒的窄脉冲光。     

汽车防撞系统高速激光脉冲收发回路的实验研究

针对汽车防撞系统中的激光测距技术,提出了利用数字脉冲调制大功率窄脉冲半导体激光二极管(PLD),模拟开关拉升调制电平,以及电容充放电储能回路驱动PLD的方法,在车载12 V电源电压下,实验实现了波长1.55 μm、脉宽10 ns、周期为1.6 μs的激光脉冲发射,峰值功率大于3 W.激光脉冲的光学收发装置采用了准值光路和双回转扫描技术,实现目标的二维扫描和同一性判断,同时用高灵敏积分器对信号进行数据采集实现测距.实验研究得到,该光电收发回路降低了激光发射电路的电源功率,减小了收发过程的测量误差,解决了对光脉冲窄脉宽测量的精度问题,并且有良好的电光特性.     

阶跃恢复二极管用于控制产生纳秒激光脉冲

给出一种利用阶跃恢复二极管(SRD)产生ns级的电子脉冲发生器,用来驱动低阻抗的激光二极管,产生纳秒激光脉冲输出.该脉冲发生器能够在偏置工作状态下产生0.1～3.0 A的脉冲,用于控制产生的激光输出脉冲宽度可以在3～10 ns内调节.     

纳秒级红外量子级联激光器驱动电源的设计

为了使量子级联激光器(QCL)应用于中红外气体检测,设计了一种纳秒级脉冲型的QCL驱动电源。本系统基于压控恒流源的原理,以S3C2410A芯片为主处理器,实现周期、占空比、幅值均可调的驱动电流。硬件电路主要包括控制电路、脉冲调节电路和恒流源电路。同时具备延时软启动电路、过流保护电路、过压保护电路、静电防护电路等,以确保激光器的长期稳定工作。利用该驱动电源对中心波长为7.71μm的QCL进行驱动实验。结果表明,脉冲上升时间小于8ns,脉冲下降时间小于12ns,最大电流幅值3.3A,为QCL在红外气体检测应用中提供保证。     

兆瓦级TEA氮分子激光器及其输出特征

我们研制了一种电容转换式电路的大气压氮分子激光器,其储能电容是一个改进了的Marx发生器,可以产生约三倍于充电电压的放电电压。用条纹相机观测了输出激光的脉冲波形,并用快速响应的能量计对其输出脉冲能量进行了测量,测得输出的脉冲宽度为0.7ns,峰值功率达1.46MW。     

纳秒激光电化学复合掩模的微细加工

在激光传输光路中加入掩模对激光束进行空间调制,采用纳秒脉冲激光器、纳秒脉冲电源和1 mol/L的NaNO3电解液对304不锈钢进行掩模微刻蚀加工试验研究。利用伏安法测定304不锈钢阳极电流随平均电压的变化规律;选用平均电压1.5 V、脉冲频率2.0 MHz、脉冲宽度60 ns、激光能量160 mJ的工艺参数,在所构建的试验系统中,分别进行了激光电化学复合掩模和盐溶液中的激光掩模加工试验。结果表明:在阳极钝化区内,纳秒脉冲激光电化学复合加工能够显著提高加工速率和加工表面质量,实现了线宽约为130μm、热影响区小的微细刻蚀加工,证实了纳秒脉冲激光电化学掩模加工在微细加工中具有很大潜力。     

脉冲LD驱动电源的功率电路设计

激光二极管高性能的安全工作,离不开可靠的驱动电源。本文重点阐述了脉冲LD驱动电源的功率电路设计,包括电压型和电流型两种充电方式;储能电容的实际选择以及脉冲大电流的两种实现方式。