重复频率及占空比大范围可调的半导体激光器通用电源

介绍了一种多功能通用半导体激光器驱动电源,该电源可以在连续和脉冲两种模式下工作.在脉冲模式下能输出方波、正弦波和三角波,脉冲重复频率和占空比大范围独立可调;采用半导体制冷片作为制冷元件,对激光器工作温度进行控制;同时还采用了防浪涌电路、慢启动电路和过流过压保护等保护电路,从而实现了半导体激光器光功率稳定、可靠、准确输出.该电源已成功地应用于我们研制的增益开关型半导体激光器泵浦的绿光激光器中.     

基于DRV595的激光器恒温控制系统

半导体激光器的输出波长和功率随温度变化而变化,为了确保激光器工作性能,须对其进行恒温控制。采用脉冲宽度调制功率驱动器DRV595驱动半导体制冷器的方法,设计了一种双向大电流输出的高精度温度控制系统。在S域对系统进行了建模分析,搭建经典比例-积分-微分控制器,采用桥式采样电阻,纯硬件电路实现,结构简单,省掉了数字控制器的复杂软件编写。在常温试验中取得了±0.03℃的控制精度,DRV595集成脉冲宽度调制和双向MOSFET,输出电流最大为±4A。双向电流驱动半导体热电制冷器,实现了无死区控制。结果表明,脉冲宽度调制方式驱动和低输出级电阻大大降低了功率耗散。该系统工作稳定、功耗低、控制精度较高,具有实用价值。     

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。     

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。     

大功率半导体激光驱动电源的研制

介绍了一种利用单片机控制的大功率半导体激光驱动电源。系统采用恒流源、光功率反馈、继电保护、慢启动、慢关闭等软保护措施,实现对半导体激光器输出光功率的软调整及有效保护。同时,采用半导体温度控制技术,对半导体激光器进行恒温控制,从而实现了半导体激光器光功率稳定、可靠、准确输出。经实验证明,在0℃-40℃的环境温度下,该驱动电源可使激光器的光功率稳定度优于0.5%;温度控制精度优于±0.3℃。     

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。     

脉冲式激光引信用连续可调LD驱动电路的研究

为了满足引信用脉冲式半导体激光器驱动电路的脉冲宽度可调、频率可调、功率可调的需要,根据LD驱动电路的工作原理,建立LD驱动电路的一般模型,并进行了仿真分析。采用电子多频振荡器来提供驱动信号,用双MOS驱动器来驱动半导体激光器,通过大量的实验、仿真、分析、比较,设计出了方便可调的大功率LD的驱动电路。结果表明,该驱动电路完全能满足激光近炸引信对脉宽、频率和功率的需要。     

基于FPGA技术的半导体激光器脉冲驱动电源的设计

针对半导体激光器(LD)脉冲驱动工作的需要,提出了一种新型的基于FPGA技术的LD脉冲驱动电源的设计方法.结合FPGA技术,利用日立SH系列单片机HD64F7045为控制核心,实现高稳定度的激光器脉冲驱动控制.在LD驱动模块中,引入负反馈控制技术,实现了LD的自动电流控制(ACC)和自动功率控制(APC);同时,采取了慢启动电路、短路开关和限幅保护等措施,有效地保证了LD脉冲工作的安全.该电源已经成功地应用于某脉冲光源系统.     

连续或脉冲输出功率可调LD驱动电源设计

基于负反馈原理稳定输出电流,设计一种宽范围连续或脉冲输出功率稳定可调的半导体激光器驱动电源.该电源使用晶体管作为开关,从而缩短脉冲宽度,增加带负载能力.选用现有大规模集成电路,设计力求简单、实用、低成本及高性能.实验结果表明,该驱动电源工作稳定,可以驱动波长范围在650～980 nm的通用半导体激光器,输出功率在0～300 mW范围内可调,连续或脉冲输出形式可通过输入端控制选取,可广泛用于对半导体激光驱动电源体积要求较小的应用中.     

大功率半导体激光器驱动电路

为实现30 W连续掺Yb光纤激光器,设计一种大功率（10 A）半导体激光器（LD）的驱动电路,该恒流源电路采用功率场效应管作电流控制元件,运用负反馈原理稳定输出电流,正向电流0 A～10 A连续可调,纹波峰值为10 mV,输出电流的短期稳定度达到1×10-5,具有过流保护、防浪涌冲击的功能。实际应用在30 W连续掺Yb光纤激光器中,结果表明该驱动电路工作安全可靠。     

面向超短脉冲激光器泵浦源的驱动系统设计及应用

设计并实现了一种用于超短脉冲激光器泵浦源的驱动系统。该系统可以同时为五路半导体激光器提供高精度、高稳定度、高灵活性的恒温控制和恒流驱动。为了提高驱动系统的灵活性和可集成度,硬件部分采用上位机、控制、驱动、供电分开的模块化设计方案;基于嵌入式实时操作系统μC/OS-III开发了系统驱动程序,提高了实时性和扩展性,输出校正部分采用遗传算法优化的增量式PID算法,减少了系统的超调量和到达动态平衡的时间;驱动系统具有完备的保护措施,如软启动和关闭、驱动回路检测、过温保护等功能,确保了泵浦源的稳定运行。在实际应用中,半导体激光器温度稳定度优于0.035%,驱动系统输出电流稳定度优于0.001%。将研制的驱动系统集成到1.5 μm飞秒光纤激光器中驱动五路半导体激光泵浦源,获得的种子激光、放大器的输出激光脉冲光谱、脉冲序列和单脉冲均可稳定运行;经过连续3 h的测试,1.5 μm飞秒光纤激光器的输出功率稳定度为0.16%。     

一种小功率高稳定半导体激光器可调驱动电源

由于半导体激光器对电源的输出有更为严格的要求,传统的恒流源在应用于半导体激光器的时候有许多需要改进的地方.文中描述了一种用于驱动在医疗器械中所使用的小功率半导体激光器的新型电源的设计方法.     

Thermal Characterization of 1.3μm InAsP/InGaAsP Ridge Waveguide MQW Lasers Based on I-V Method

An experimental way for the thermal characterization of semiconductor lasers based on I-V method under pulse driving conditions has been developed, with which the thermal characteristics of strain compensated 1.3μm InAsP/InGaAsP ridge waveguide MQW laser chips have been investigated. The results show that, by measuring and analyzing the I-V characteristics under appropriate pulse driving conditions at different heat sink temperatures, the thermal resistance of the laser diodes could be easily deduced. The driving current and junction voltage waveforms of the laser chips under different pulse driving conditions are also discussed.     

Semiconductor optoelectronic devices for free-space optical communications

LIGHT emitting devices based AlGaAs lasers are very useful radiation sources in free-space opticalcommunications systems. Following a brief review of the properties of individual injection lasers, more complex devices are described. These include (or are relevant to) monolithic integration configurations of the lasers with their electronic driving circuitry, power combining methods of semiconductor lasers, and electronic methods of steering the radiation patterns of semiconductor lasers and laser arrays. Fabrication of such devices is one of the major prerequisites for realizing fully the potential advantages of free-space optical communications.     

大功率半导体激光器的高精度脉冲电源设计

为了满足大功率半导体激光器脉冲应用的实际需求, 针对单脉冲内电流平顶下降问题和重复性情况下电流稳定性降低的问题, 设计了一种多参数宽范围可调的高精度高稳定脉冲驱动电源。该电源以大功率场效应晶体管为核心, 通过现场可编程门阵列产生的高精度时序波形来完成单脉冲内的上升沿调控和栅极控制电压补偿, 通过微控制器结合电流采样的闭环控制方案实现重频运行下的电流高稳定输出。结果表明, 在输出电流100 A、脉冲宽度400 μs、重复频率1 kHz的最大功率输出驱动二极管负载时, 驱动电流上升沿过冲幅度小于0.5%、单脉冲内电流衰减小于0.2%、重复率脉冲不稳定度小于0.1%;在同样输出条件下驱动半导体激光器, 其在单脉冲内光功率过冲小于2%, 重复光脉冲不稳定度小于0.2%。该研究有助于提高脉冲电源脉冲电流稳定性, 对现有脉冲电源结构的改进具有一定的参考意义。     

大功率半导体直接输出激光加工系统开发

半导体激光器及其工业应用是激光领域研究与发展的热点, 国内大功率半导体激光器的发展已经取得了较大进展, 但基于国产大功率半导体直接输出激光器的自动化加工装备研究较少。研制了国产大功率半导体直接输出激光加工系统, 开发了基于DSP的嵌入式激光加工过程检测与控制系统, 设计了用于该系统闭环温度控制的模糊控制算法, 并取得了良好的温度控制效果。基于该平台开展了激光宽带相变硬化实验, 实验表明: 在温度控制模式下, 相变硬化层深度和硬度的一致性要优于恒定功率模式。     

光电反馈主动锁模

本文报道采用光电反馈法实现半导体激光器的主动锁模。在反馈环大增益工作状态下,得到了宽度为17.7ps、重复频率为926MHz、峰值功率为80mW的超短脉冲输出。     

波导结构对905 nm隧道结级联半导体激光器的光束质量和功率的影响

近年来,激光雷达应用对探测距离和灵敏度提出了更高的要求。905 nm半导体激光器作为其理想光源也亟待提升峰值功率与光束质量。在这个背景下,基于非对称大光腔结构研究了不同增益区类型和波导结构对905 nm隧道结脉冲半导体激光器的光束质量和功率效率的影响。通过优化增益区类型和波导结构降低了体电阻和内损耗;增强了限制载流子泄露的能力,提高了器件在高电流下工作的峰值功率和电光效率;通过提高高阶模对基模的阈值增益比值,抑制高阶模式激射,降低了远场发散角。在此基础上,研制的800 μm腔长、200 μm条宽的四有源区半导体激光器在100 ns脉冲宽度、1 kHz重复频率的脉冲功率测试中,41.6 A的脉冲电流强度下实现了峰值功率输出177 W;垂直于PN结方向单模激射,远场发散角半高全宽为24.3°。     

长下降沿时间的KD*P泡克耳斯盒驱动电源对全固态腔倒空激光器输出特性的影响

设计了一种脉冲激光二极管抽运的低重复频率全固态腔倒空激光器,为了尽可能减小损耗的影响,在腔内采用双薄膜偏振片结构,使反射率较高的垂直方向线偏振光在腔内振荡。以此装置为基础,就泡克耳斯盒驱动电源较长的下降沿时间对全固态腔倒空激光器输出特性的影响进行了实验研究。结果表明当泡克耳斯盒驱动电源的下降沿时间远大于腔内的一次往返时间时,激光器输出特性会发生明显地变化：增大电流强度会导致脉冲宽度增大,脉冲能量经历先增大后减少的过程;增大泡克耳斯盒驱动电源的开门时间,也会导致脉冲宽度和能量发生类似的变化。