基于rc電路的高重頻短脈沖激光調(diào)制電路及其工作過程的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于激光發(fā)射技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于RC電路的高重頻短脈沖激光調(diào)制電路及其工作過程。
【背景技術(shù)】
[〇〇〇2] 半導(dǎo)體激光器(Semiconductor Laser)，也稱作激光二極管(Laser D1de)，簡稱LD，是利用半導(dǎo)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(dǎo)體激光器與其它類型的激光器相比，具有以下優(yōu)點:轉(zhuǎn)換的效率高;頻率范圍廣；調(diào)制方便;驅(qū)動電源電壓比較低。
[0004]半導(dǎo)體激光器在很多領(lǐng)域都得到廣泛應(yīng)用。半導(dǎo)體激光器廣泛應(yīng)用在激光通訊、激光制導(dǎo)跟蹤、激光雷達(dá)、激光測距、激光武器模擬、激光瞄準(zhǔn)與告警、激光探潛、激光制自武器等軍事領(lǐng)域;在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大功率半導(dǎo)體激光器可用于激光打孔、切割、焊接、釬焊、劃片、打標(biāo)、激光材料表面硬化處理、激光燒結(jié)、熱壓成型等方面;此外，半導(dǎo)體激光器在礦業(yè)、建筑業(yè)、基礎(chǔ)學(xué)科研究、宇航等方面也有廣泛的應(yīng)用。半導(dǎo)體激光器的功率與電流和溫度有關(guān)。如果要提高半導(dǎo)體激光器的性能，主要有兩個途徑:一是采用新的半導(dǎo)體技術(shù)，二是提高半導(dǎo)體激光電源的性能指標(biāo)。
[0005]半導(dǎo)體激光電源是半導(dǎo)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(fù)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(fù)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(jìn)一步減小體積和重量并提高充電效率，人們又把開關(guān)電源技術(shù)引入激光器電源中。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電子開關(guān)的電路從快速晶體管，到自行關(guān)斷的功率場效應(yīng)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(yīng)領(lǐng)域也不斷擴(kuò)大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對原有激光脈沖電路頻率和功率難以同時提升，脈寬不易進(jìn)一步降低的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種基于RC電路的高重頻短脈沖激光調(diào)制電路及其工作過程，本發(fā)明在傳統(tǒng)RC充放電電路的基礎(chǔ)上，采用多重信號下兩個儲能電路聯(lián)合供電的方案，并采用了高速模擬開關(guān)，例如高速開關(guān)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時間，從而提高了激光脈沖發(fā)射電路的性能。
[0007]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的:
[0008]一種基于RC電路的高重頻短脈沖激光調(diào)制電路，包括第一高壓電源1和第二高壓電源2,兩者電壓相等;第一高壓電源1負(fù)極接地，正極分別與第一去耦電容3正極板和第一限流電阻7—端相連;第一去耦電容3負(fù)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(guān)11 一端相連;第一模擬開關(guān)11另一端接地，開關(guān)狀態(tài)受第一脈沖信號13的控制;第一儲能元件5另一端分別與第一鉗位二極管8的正極和第二模擬開關(guān)12的一端相連，第二模擬開關(guān)12的開關(guān)狀態(tài)受第二脈沖信號14的控制;第二高壓電源2負(fù)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(fù)極板接地，第二限流電阻9另一端分別與第二儲能元件6—端和第三模擬開關(guān)15—端相連;第三模擬開關(guān)15另一端接地，開關(guān)狀態(tài)受第三脈沖信號17的控制;第二儲能元件6另一端分別與第二鉗位二極管10的正極和第四模擬開關(guān)16的一端相連，第四模擬開關(guān)16的開關(guān)狀態(tài)受第四脈沖信號18的控制;第二模擬開關(guān)12的另一端和第四模擬開關(guān)16的另一端分別與激光二極管20的負(fù)極和第三限流電阻19的一端依次相連，第三限流電阻19的另一端接地；
[0009]第一儲能元件5的充電回路由第一高壓電源1、第一限流電阻7、第一儲能元件5和第一鉗位二極管8組成;第二儲能元件6的充電回路由第二高壓電源2、第二限流電阻9、第二儲能元件6和第二鉗位二極管10組成;第一儲能元件5的放電回路由第一儲能元件5、第一模擬開關(guān)11、第三限流電阻19、激光二極管20和第二模擬開關(guān)12組成;第二儲能元件6的放電回路由第二儲能元件6、第三模擬開關(guān)15、第三限流電阻19、激光二極管20、第四模擬開關(guān)16組成。
[〇〇1〇] 所述第三限流電阻19的電阻值遠(yuǎn)小于第一限流電阻7和第二限流電阻9的電阻值。
[0011]上述一種基于RC電路的高重頻短脈沖激光調(diào)制電路，其工作過程如下:
[0012]步驟1:初始化系統(tǒng)，打開第一高壓電源1和第二高壓電源2,此時第一脈沖信號13、第二脈沖信號14、第三脈沖信號17和第四脈沖信號18尚未輸入，第一模擬開關(guān)11、第二模擬開關(guān)12、第三模擬開關(guān)15和第四模擬開關(guān)16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13和第二脈沖信號14,使第一模擬開關(guān)11和第二模擬開關(guān)12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(guān)11、第三限流電阻19、激光二極管20和第二模擬開關(guān)12,第一儲能元件5快速放電，使得激光二極管20發(fā)射一個窄脈寬大功率的激光脈沖；因為此時第三脈沖信號17和第四脈沖信號18為低電平，第三模擬開關(guān)15和第四模擬開關(guān)16是斷開狀態(tài)，因此第一儲能元件5放電不受第二儲能元件6的影響；
[0014]步驟3:第一儲能元件5完成第一次放電后，第一模擬開關(guān)11和第二模擬開關(guān)12隨之?dāng)嚅_，兩個相鄰的第一脈沖信號13時間間隔為T，在下一個第一脈沖信號13到達(dá)之前，第一儲能元件5在時間T內(nèi)完成充電，且不受第二儲能元件6的影響，第一儲能元件5和第二儲能元件6充電過程也是獨(dú)立的；
[0015]步驟4:第三脈沖信號17和第四脈沖信號18比第一脈沖信號13和第二脈沖信號14滯后T/2到達(dá)，此時，第三模擬開關(guān)15和第四模擬開關(guān)16閉合，所在支路接通，依次經(jīng)過第二儲能元件6、第三模擬開關(guān)15、第三限流電阻19、激光二極管20和第四模擬開關(guān)16,第二儲能元件6快速放電，使得激光二極管20發(fā)射一個窄脈寬大功率的激光脈沖;在此過程中，第一脈沖信號13和第二脈沖信號14為低電平，第一模擬開關(guān)11和第二模擬開關(guān)12是斷開狀態(tài)，因此第二儲能元件6放電也不受第一儲能元件5的影響；
[0016]步驟5:由以上分析可知，第一儲能元件5、第二儲能元件6的充放電是獨(dú)立的；不斷重復(fù)步驟2、3和4的充放電過程，第一儲能元件5、第二儲能元件6交替循環(huán)完成充放電；對激光二極管而言，每隔T/2就釋放出激光脈沖，實現(xiàn)了脈沖周期減半，頻率加倍。
[0017]本發(fā)明提出的一種基于RC電路的高重頻短脈沖激光調(diào)制電路的設(shè)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(jìn)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二極管，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;二是采用了四路信號分別控制四個高速模擬開關(guān)，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(diào)，同時又獨(dú)立工作;三是與傳統(tǒng)方案相比，所需元件性能指標(biāo)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)明電路原理圖。
[0019]圖2是本發(fā)明控制信號示意圖。
[0020]圖3是本發(fā)明電路工作流程圖。
【具體實施方式】
[0021]現(xiàn)結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述:
[0022]本發(fā)明在原有RC充放電電路的基礎(chǔ)上，采用多重信號下兩個儲能電路聯(lián)合供電的方案，在不降低功率的前提下，實現(xiàn)激光脈沖頻率的加倍。
[〇〇23]如圖1所示，本發(fā)明一種基于RC電路的高重頻短脈沖激光調(diào)制電路，包括第一高壓電源1和第二高壓電源2,兩者電壓相等;第一高壓電源1負(fù)極接地，正極分別與第一去耦電容3正極板和第一限流電阻7—端相連;第一去耦電容3負(fù)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(guān)11 一端相連;第一模擬開關(guān)11另一端接地，開關(guān)狀態(tài)受第一脈沖信號13的控制;第一儲能元件5另一端分別與第一鉗位二極管8的正極和第二模擬開關(guān)12的一端相連，第二模擬開關(guān)12的開關(guān)狀態(tài)受第二脈沖信號14的控制；第二高壓電源2負(fù)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(fù)極板接地，第二限流電阻9另一端分別與第二儲能元件6—端和第三模擬開關(guān)15—端相連;第三模擬開關(guān)15另一端接地，開關(guān)狀態(tài)受第三脈沖信號17的控制;第二儲能元件6另一端分別與第二鉗位二極管10的正極和第四模擬開關(guān)16的一端相連，第四模擬開關(guān)16的開關(guān)狀態(tài)受第四脈沖信號18的控制;第二模擬開關(guān)12的另一端和第四模擬開關(guān)16的另一端分別與激光二極管20的負(fù)極和第三限流電阻19的一端依次相連，第三限流電阻19的另一端接地；
[0024]第一儲能元件5的充電回路由第一高壓電源1、第一限流電阻7、第一儲能元件5和第一鉗位二極管8組成;第二儲能元件6的充電回路由第二高壓電源2、第二限流電阻9、第二儲能元件6和第二鉗位二極管10組成;第一儲能元件5的放電回路由第一儲能元件5、第一模擬開關(guān)11、第三限流電阻19、激光二極管20和第二模擬開關(guān)12組成;第二儲能元件6的放電回路由第二儲能元件6、第三模擬開關(guān)15、第三限