一種新型高重頻短脈沖ld激光器及其工作過程的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于激光發(fā)射技術領域，具體涉及一種新型高重頻短脈沖LD激光器及其工作過程。
【背景技術】
[0002]半導體激光器(Semiconductor Laser)，也稱作激光二極管(Laser D1de)，簡稱LD，是利用半導體中的電子躍迀，引起光子受激發(fā)射，而產(chǎn)生的光振蕩和光放大等器件的總稱。
[0003]半導體激光器與其它類型的激光器相比，具有以下優(yōu)點:轉換的效率高;頻率范圍廣；調制方便;驅動電源電壓比較低。
[0004]半導體激光器在很多領域都得到廣泛應用。半導體激光器廣泛應用在激光通訊、激光制導跟蹤、激光雷達、激光測距、激光武器模擬、激光瞄準與告警、激光探潛、激光制自武器等軍事領域;在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大功率半導體激光器可用于激光打孔、切割、焊接、釬焊、劃片、打標、激光材料表面硬化處理、激光燒結、熱壓成型等方面;此外，半導體激光器在礦業(yè)、建筑業(yè)、基礎學科研究、宇航等方面也有廣泛的應用。半導體激光器的功率與電流和溫度有關。如果要提高半導體激光器的性能，主要有兩個途徑:一是采用新的半導體技術，二是提高半導體激光電源的性能指標。
[0005]半導體激光電源是半導體激光器的重要組成部分，它隨著激光器的發(fā)展而不斷發(fā)展。固體激光器最初采用直流電源經(jīng)過限流電阻給儲能電容器充電，即RC充電方式。其缺點是只適用于低頻率及電源充電效率不高的場合。隨著新型激光裝置的不斷發(fā)展，對激光器提出了高效率、高重復頻率、低成本和高可靠性的要求。LC恒流充電電路能夠滿足在低頻大能量工作條件下的激光裝置，其特點是以恒定電流給儲能電容器充電，既提高了充電效率又提高了電源穩(wěn)定性。為了滿足高重復頻率的激光裝置，研制出了直流LC諧振充電電路。它有效地解決了激光電源在高頻下工作的充電效率問題，缺點是體積和重量不能明顯地減少。為了進一步減小體積和重量并提高充電效率，人們又把開關電源技術引入激光器電源中。隨著電子技術的發(fā)展，電子開關的電路從快速晶體管，到自行關斷的功率場效應晶體管和絕緣柵雙極晶體管電路，激光電源的性能也不斷提高，適應領域也不斷擴大。

【發(fā)明內容】

[0006]針對傳統(tǒng)激光脈沖電路頻率和功率難以同時提升，脈寬不易進一步降低的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種新型高重頻短脈沖LD激光器及其工作過程，本發(fā)明在傳統(tǒng)RC充電電路的基礎上，采用兩路電源在兩路信號下分別供電，并采用了高速模擬開關，例如高速開關mos管等，在保證原有方案功率不變的前提下，既能實現(xiàn)頻率加倍，又能降低脈寬和上升沿時間，從而提高了激光脈沖發(fā)射電路的性能。
[0007]為了達到上述目的，本發(fā)明是通過以下技術方案來實現(xiàn)的:
[0008]—種新型高重頻短脈沖LD激光器，包括正高壓電源I和負高壓電源2，正高壓電源I正極為正電壓，負高壓電源2正極為負電壓，兩者電壓大小相等;正高壓電源I負極接地，正極分別與第一去親電容3正極板和第一限流電阻7—端相連;第一去親電容3負極板接地，第一限流電阻7另一端分別與第一儲能元件5—端和第一模擬開關11 一端相連;第一模擬開關11另一端接地，開關狀態(tài)受第一脈沖信號12的控制;第一儲能元件5另一端分別與第一鉗位二極管8的正極和激光二極管16的負極相連；負高壓電源2負極接地，正極分別與第二去耦電容4正極板和第二限流電阻9 一端相連;第二去耦電容4負極板接地，第二限流電阻9另一端分別與第二儲能元件6—端和第二模擬開關13—端相連;第二模擬開關13另一端接地，開關狀態(tài)受第二脈沖信號14的控制;第二儲能元件6另一端分別與第二鉗位二極管10的負極和第三限流電阻15的一端相連，第三限流電阻15的另一端與激光二極管16的正極相連；
[0009]第一儲能元件5的充電回路依次經(jīng)過第一高壓電源1、第一限流電阻7、第一儲能元件5和第一鉗位二極管8;第二儲能元件6的充電回路依次經(jīng)過第二高壓電源2、第二鉗位二極管10、第二儲能元件6和第二限流電阻9;第一儲能元件5的放電回路依次經(jīng)過第一儲能元件5、第一高速模擬開關11、第二鉗位二極管10、第三限流電阻15、激光二極管16;第二儲能元件6的放電回路依次經(jīng)過第二儲能元件6、第三限流電阻15、激光二極管16、第一鉗位二極管8、第二模擬開關13。
[0010]所述第三限流電阻15的電阻值遠小于第一限流電阻7和第二限流電阻9的電阻值。
[0011]上述新型高重頻短脈沖LD激光器的工作過程，包括如下步驟:
[0012]步驟1:初始化系統(tǒng)，打開正高壓電源I和負高壓電源2，此時第一脈沖信號12和第二脈沖信號14尚未輸入，第一模擬開關11和第二模擬開關13均處于斷開狀態(tài)，第一儲能元件5和第二儲能元件6完成充電過程；
[0013]步驟2:加載第一脈沖信號12、第二脈沖信號14，12比14相位超前H，并保持穩(wěn)定；
[0014]步驟3:在第一脈沖信號12的作用下，第一模擬開關11閉合，所在支路接通，依次經(jīng)過第一儲能元件5、第一模擬開關11、第二鉗位二極管10、第三限流電阻15和激光二極管16回路，第一儲能元件5快速放電，使得激光二極管發(fā)射一個窄脈寬大功率的激光脈沖;第一儲能元件5放電過程中，因為第二脈沖信號14為低電平，第二模擬開關13斷開，第二儲能元件6的放電回路是斷開的，故第二儲能元件6不參與放電；
[0015]步驟4:第二脈沖信號14比第一脈沖信號12滯后T/2到達，此時，第二模擬開關13閉合，所在支路接通，因為第二儲能元件6連接的是負高壓，故依次經(jīng)過第二儲能元件6、第三限流電阻15、激光二極管16、第一鉗位二極管8和第二模擬開關13回路，第二儲能元件6快速放電，使得激光二極管發(fā)射一個窄脈寬大功率的激光脈沖;在此過程中，因為第一脈沖信號12為低電平，第一模擬開關11斷開，第一儲能元件5的放電回路是斷開的，故第一儲能元件5不參與放電；可以認為激光管兩側電路的工作狀態(tài)互不影響；
[0016]步驟5:在相鄰的兩個第一脈沖信號12之間的時間間隔T內，第一儲能元件5完成充電；重復步驟3和步驟4的放電過程，第一儲能元件5和第二儲能元件6交替循環(huán)，獨立放電；對激光管而言，每隔T/2就釋放出激光脈沖，實現(xiàn)了脈沖頻率的加倍。
[0017]本發(fā)明提出的一種新型的高重頻短脈沖LD激光器的設計方案，充分兼顧了功率、頻率和脈寬等因素，對于已有電路所存在的問題進行了針對性的解決;其創(chuàng)新之處在于:一是克服了傳統(tǒng)方案頻率和功率不能兼顧的矛盾，引入兩路充放電電路分別作用于激光管，在保證脈沖功率不變的情況下，激光脈沖的頻率實現(xiàn)了加倍提高；二是采用了兩路信號分別控制兩個高速模擬開關，并搭配以正負高壓電源，從原理上消除了兩個充放電電路間的互相影響，使得兩路電源能夠按照既定方案，既互相協(xié)調，同時又獨立工作;三是與傳統(tǒng)方案相比，所需元件性能指標基本不變，易于實現(xiàn)，有很高的實用價值。
【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明新型高重頻短脈沖LD激光器發(fā)射電路原理圖。
[0019]圖2是本發(fā)明新型高重頻短脈沖LD激光器控制信號示意圖。
[0020]圖3是本發(fā)明新型高重頻短脈沖LD激光器工作流程圖。
【具體實施方式】
[0021]現(xiàn)結合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步的詳細描述:
[0022]本實施方式是在原有RC充放電方式的基礎上，引入兩路電源聯(lián)合供電，在保證脈沖功率不變的情況下，激光脈沖的頻率實現(xiàn)了加倍。
[0023]如圖1所示，本發(fā)明一種新型高重頻短脈沖LD激光器，包括正高壓電源I和負高壓電源2，正高壓電源I正極為正電壓，負高壓電源2正極為負電壓，兩者電壓大小相等;正高壓電源I負極接地，正極分別與第一去親電容3正極板和第一限流電阻7—端相連;第一去親電容3負極板接地，第一限流電阻7另一端分別與第一儲能元件5—端和第一模擬開關11 一端相連;第一模擬開關11另一端接地，開關狀態(tài)受第一脈沖信號12的控制;第一儲能元件5另一端分別與第一鉗位二極管8的正極和激光二極管16的負極相連；負高壓電源2負極接地，正極分別與第二去耦電容4正極板和第二限流電阻9 一端相連;第二去耦電容4負極板接地，第二限流電阻9另一端分別與第二儲能元件6—端和第二模擬開關13—端相連;第二模擬開關13另一端接地，開關狀態(tài)受第二脈沖信號14的控制;第二儲能元件6另一端分別與第二鉗位二極管10的負極和第三限流電阻15的一端相連，第三限流電阻15的另一端與激光二極管16的正極相連；
[0024]第