采用FPGA產(chǎn)生1.8-2.3ns的激光脈沖裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及采用FPGA產(chǎn)生1.8－2.3ns的激光脈沖裝置，由現(xiàn)場可編程門陣列FPGA控制器、放大器、高頻三極管、泵浦管組成，F(xiàn)PGA控制器依次與放大器、高頻三極管、泵浦管相連；FPGA控制器用于產(chǎn)生最初的電脈沖控制信號，該信號能根據(jù)要求變頻變脈寬；放大器將FPGA產(chǎn)生的電脈沖信號進(jìn)行放大，增強電脈沖信號驅(qū)動能力；高頻三極管并采用單獨高電平電源直接驅(qū)動泵浦管，高頻三極管的開通信號采用放大器的放大電路輸出的電脈沖信號，經(jīng)由泵浦管的驅(qū)動電路驅(qū)動泵浦管輸出的就是光脈沖。FPGA控制器產(chǎn)生4ns左右的電脈沖，而后續(xù)的放大器和泵浦管則將光脈沖縮小到1.8－2.3ns。本發(fā)明闡述在FPGA控制器電信號不滿足最小脈寬的情況下通過相應(yīng)硬件電路的作用最終產(chǎn)生更窄的光脈沖信號。
【專利說明】采用FPGA產(chǎn)生1.8 — 2.3ns的激光脈沖裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種采用FPGA產(chǎn)生1.8 — 2.3ns的激光脈沖裝置，用于光纖激光器的納秒級光脈沖產(chǎn)生。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著技術(shù)的發(fā)展，窄脈寬的激光器的市場需求越來越明顯，尤其在精細(xì)打標(biāo)、雕刻等方面有著不可替代的優(yōu)勢，因此這方面的研究也越來越多，該文就是其中的一個例子，主要從窄脈寬種子源的產(chǎn)生來入手，詳細(xì)介紹了如何在控制器達(dá)不到要求的情況下通過硬件設(shè)計來滿足需求。
[0003]眾所周知，目前FPGA屬于控制器中速度較快的，但是通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，其最高端系列的1 口翻轉(zhuǎn)速度基本不超過300KHZ，甚至基本在250KHZ左右，這意味著輸出的最窄脈沖寬度基本在4ns左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于所需的2ns脈沖寬度。
[0004]ARM控制器的通信速度可達(dá)GHz，但是采用的是差分輸入，且電平也不是標(biāo)準(zhǔn)的TTL或者CMOS電平，是無法用于產(chǎn)生脈沖信號的。
[0005]其他控制器就更不用提了，綜合來說，通過控制器來直接產(chǎn)生2ns的電脈沖信號是不可能的了。然而系統(tǒng)是需要這樣的電信號來驅(qū)動泵浦管的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題及不足，提供一種采用FPGA產(chǎn)生2ns的激光脈沖裝置，本發(fā)明的FPGA控制器產(chǎn)生4ns左右的電脈沖，而后續(xù)的放大器和泵浦管則將光脈沖縮小到1.8 — 2.3ns。本發(fā)明闡述在FPGA控制器電信號不滿足最小脈寬的情況下通過相應(yīng)硬件電路的作用最終產(chǎn)生更窄的光脈沖信號。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0008]采用FPGA產(chǎn)生1.8 — 2.3ns的激光脈沖裝置，由現(xiàn)場可編程門陣列FPGA控制器、放大器、高頻三極管、泵浦管組成，其特征在于=FPGA控制器依次與放大器、高頻三極管、泵浦管相連；
[0009]FPGA控制器用于產(chǎn)生最初的電脈沖控制信號，該信號能根據(jù)要求變頻變脈寬；
[0010]放大器將FPGA產(chǎn)生的電脈沖信號進(jìn)行放大，增強電脈沖信號驅(qū)動能力；
[0011]高頻三極管并采用單獨高電平電源直接驅(qū)動泵浦管，高頻三極管的開通信號采用放大器的放大電路輸出的電脈沖信號，經(jīng)由泵浦管的驅(qū)動電路驅(qū)動泵浦管輸出的就是光脈沖。
[0012]所述放大器的放大電路由電流放大器、電源濾波電路和放大倍數(shù)配置電路組成，電源濾波電路接電流放大器的電源端，放大器倍數(shù)配置電路則接放大器的同向、反向極，輸出則接驅(qū)動電路三極管的基極。
[0013]所述泵浦管的驅(qū)動電路由高頻三級管、電平調(diào)節(jié)電路組成，高頻三極管的基極作為放大器電路輸出的脈沖信號輸入端，集電極通過小額限流電路接驅(qū)動電源，發(fā)射極則接電平可調(diào)節(jié)的電路，這也是關(guān)鍵點，由此基極和發(fā)射極之間的電壓差是可調(diào)的，也就截取了脈沖信號的上半部分。
[0014]本發(fā)明的FPGA控制器產(chǎn)生4ns左右的電脈沖，而后續(xù)的放大器和泵浦管則將光脈沖縮小到1.8 — 2.3ns。本發(fā)明闡述在FPGA控制器電信號不滿足最小脈寬的情況下通過相應(yīng)硬件電路的作用最終產(chǎn)生更窄的光脈沖信號。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
[0016]圖2為本發(fā)明的正常脈沖圖。
[0017]圖3為本發(fā)明的截取脈沖示意圖。
[0018]圖4為本發(fā)明的激光脈沖圖。
[0019]圖5為本發(fā)明的驅(qū)動電路原理圖。
[0020]圖6本發(fā)明的放大器的電流放大電路圖。

【具體實施方式】
[0021 ] 結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
[0022]如圖1所示，本發(fā)明由現(xiàn)場可編程門陣列FPGA控制器、放大器、高頻三極管、泵浦管組成，其特征在于=FPGA控制器依次與放大器、高頻三極管、泵浦管相連；
[0023]FPGA控制器用于產(chǎn)生最初的電脈沖控制信號，該信號能根據(jù)要求變頻變脈寬；
[0024]放大器將FPGA產(chǎn)生的電脈沖信號進(jìn)行放大，增強電脈沖信號驅(qū)動能力；
[0025]高頻三極管并采用單獨高電平電源直接驅(qū)動泵浦管，高頻三極管的開通信號采用放大器的放大電路輸出的電脈沖信號，經(jīng)由泵浦管的驅(qū)動電路驅(qū)動泵浦管輸出的就是光脈沖。
[0026]本發(fā)明以FPGA作為控制核心，產(chǎn)生所需的頻率和脈寬信號。后續(xù)放大器進(jìn)行信號放大，增大驅(qū)動能力，該信號再輸出給高頻三極管，高頻三極管驅(qū)動光學(xué)泵浦管產(chǎn)生激光信號。
[0027]一般控制器產(chǎn)生的脈沖信號如圖2所示，F(xiàn)PGA產(chǎn)生4ns的脈沖寬度信號，該信號經(jīng)過放大器的放大電路后寬度基本保持不變，本發(fā)放大器的放大電路如圖6所示，為現(xiàn)有通用電路，放大器的放大電路由電流放大器、電源濾波電路和放大倍數(shù)配置電路組成，電源濾波電路接電流放大器的電源端，放大器倍數(shù)配置電路則接放大器的同向、反向極，輸出則接驅(qū)動電路三極管的基極。經(jīng)過后續(xù)的高頻三極管驅(qū)動泵浦管，由于泵浦管本身的建立延時等作用使得輸出的激光寬度基本在3.6ns左右，是無法達(dá)到2ns激光寬度的。
[0028]但是，如果我們將FPGA輸出的脈沖截取上半部分來驅(qū)動高頻三極管，那么輸出的脈沖寬度就會大大縮短了，如圖3所示。將A端電平作為高頻三極管的參考地，這樣三極管相當(dāng)于放大的是A電平上部分的脈沖，脈沖寬度在2.5ns左右。后續(xù)經(jīng)過泵浦管，加上泵浦管本身需要建立時間，會有延時作用，輸出的激光信號在1.8 — 2.3ns。
[0029]根據(jù)上述分析，本發(fā)明泵浦管的驅(qū)動電路原理圖如圖5所示，泵浦管的驅(qū)動電路由高頻三級管、電平調(diào)節(jié)電路組成，高頻三極管的基極作為放大器電路輸出的脈沖信號輸入端，集電極通過小額限流電路接驅(qū)動電源，發(fā)射極則接電平可調(diào)節(jié)的電路，這也是關(guān)鍵點，由此基極和發(fā)射極之間的電壓差是可調(diào)的，也就截取了脈沖信號的上半部分。Dl代表泵浦管，產(chǎn)生激光，三極管的基極輸入放大后的脈沖信號，發(fā)射極的電平可由VR2來調(diào)節(jié)，我們可以將電平調(diào)節(jié)到A電平的大致位置，這樣有效的三極管基極和發(fā)射極電壓差即Vce就是A電平之上的部分了，只有Vce大于A電平0.6V左右三極管才會開通，電流流過泵浦管產(chǎn)生激光；A電平以下的部分則使得三極管關(guān)閉，沒有電流通過泵浦管，無激光產(chǎn)生。
[0030]我們采用上述方案進(jìn)行了系統(tǒng)設(shè)計和測試。經(jīng)過測試發(fā)現(xiàn)，激光脈沖寬度在1.8 - 2.3ns之間，強度在幾百UW左右，達(dá)到了要求。激光脈沖圖如圖4所示。
【權(quán)利要求】
1.采用FPGA產(chǎn)生1.8 — 2.3ns的激光脈沖裝置，由現(xiàn)場可編程門陣列FPGA控制器、放大器、高頻三極管、泵浦管組成，其特征在于=FPGA控制器依次與放大器、高頻三極管、泵浦管相連； FPGA控制器用于產(chǎn)生最初的電脈沖控制信號，該信號能根據(jù)要求變頻變脈寬； 放大器將FPGA產(chǎn)生的電脈沖信號進(jìn)行放大，增強電脈沖信號驅(qū)動能力； 高頻三極管并采用單獨高電平電源直接驅(qū)動泵浦管，高頻三極管的開通信號采用放大器的放大電路輸出的電脈沖信號，經(jīng)由泵浦管的驅(qū)動電路驅(qū)動泵浦管輸出的就是光脈沖。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用FPGA產(chǎn)生1.8 — 2.3ns的激光脈沖裝置，其特征在于:所述泵浦管的驅(qū)動電路由高頻三級管、電平調(diào)節(jié)電路組成；高頻三極管的基極作為放大器電路輸出的脈沖信號輸入端，集電極通過小額限流電路接驅(qū)動電源，發(fā)射極則接電平調(diào)節(jié)電路，且基極和發(fā)射極之間的電壓差是可調(diào)的，也就截取脈沖信號的上半部分。
【文檔編號】H01S3/131GK104242043SQ201410454832
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月9日
【發(fā)明者】張立欣 申請人:武漢銳科光纖激光器技術(shù)有限責(zé)任公司