專利名稱：基于雪崩晶體管的半導(dǎo)體激光器脈沖驅(qū)動電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體激光器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于雪崩晶體管的半導(dǎo)體激光器脈沖驅(qū)動電路，該電路可用于驅(qū)動半導(dǎo)體激光器(激光二極管)為光導(dǎo)開關(guān)觸發(fā)提供能量。
背景技術(shù)：
近年來，在脈沖功率領(lǐng)域的多路開關(guān)的同步觸發(fā)技術(shù)已成為脈沖功率技術(shù)發(fā)展的一個重要方向。2003年美國圣地亞實驗室公開了一種新的多路觸發(fā)技術(shù)，一個重要的方向即為基于光導(dǎo)半導(dǎo)體開關(guān)(PCSS)的多路同步觸發(fā)技術(shù)。在光導(dǎo)半導(dǎo)體開關(guān)(PCSS)的多路觸發(fā)裝置中，既要保證各路觸發(fā)光脈沖有很好的同步性，又要為光導(dǎo)半導(dǎo)體開關(guān)提供合適的觸發(fā)能量。目前一般使用大功率激光器配合光纖傳輸建立激光觸發(fā)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以實現(xiàn)光能量的同步傳輸，但需要一整套的外圍設(shè)備來配合工作，成本高昂，回路優(yōu)化配合困難，不方便進行參數(shù)調(diào)整。激光二極管體積小，成本低，輸出能量和激光波形容易調(diào)制，其作為光導(dǎo)半導(dǎo)體開關(guān)(PCSS)的驅(qū)動源有著廣泛的應(yīng)用前景。半導(dǎo)體激光器安裝工作方式分為連續(xù)和脈沖兩種，連續(xù)工作是指其工作電流為恒定直流；脈沖工作是指其工作在脈沖電流下，脈沖電流峰值可達(dá)數(shù)百安培，脈寬可低至幾十納秒，重復(fù)頻率從單次(I赫茲)到幾千赫茲可調(diào)，在脈沖工作模式下，半導(dǎo)體激光器可以輸出很大的瞬時功率，但平均功率并不高，很適合于代替激光器來驅(qū)動光導(dǎo)半導(dǎo)體開關(guān)。半導(dǎo)體激光器驅(qū)動電源核心為高性能的儲能電容器和快速響應(yīng)的高穩(wěn)定脈沖電流開關(guān)器件。為了獲得快速的電流上升沿和穩(wěn)定觸發(fā)延時，一般采用射頻功率場效應(yīng)晶體管或雙極型晶體管作為電流開關(guān)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠獲得快速的電流上升沿和穩(wěn)定觸發(fā)延時的半導(dǎo)體激光器脈沖驅(qū)動電路。本發(fā)明提供的半導(dǎo)體激光器脈沖驅(qū)動電路，使用雪崩晶體管作為電流開關(guān)的脈沖激光驅(qū)動電源，利用晶體管內(nèi)部載流子發(fā)生雪崩擊穿時電流急劇上升的特點，使得半導(dǎo)體激光器在納秒的時間內(nèi)獲得幾十至上百安培的電流。半導(dǎo)體激光器發(fā)射的光脈沖是由驅(qū)動電源產(chǎn)生的電脈沖直接調(diào)制得到的，可以在半導(dǎo)體激光器上得到上升沿小于5ns，脈寬IOOns至Ius，電流峰值IOA至100A連續(xù)可調(diào)的驅(qū)動電流。本發(fā)明提供的基于雪崩晶體管的半導(dǎo)體激光器驅(qū)動電路，其組成包括:外置的高壓可調(diào)直流電源1，由激光二極管5、儲能電容器4、雪崩晶體管3組成的充放電回路2，可編程延時器7，雪崩晶體管驅(qū)動電路8 ;充放電回路2中，雪崩晶體管3的發(fā)射極通過取樣電阻接地，集電極連接儲能電容器4，儲能電容器4另一端連接激光二極管5負(fù)極，激光二極管5正極接地；高壓可調(diào)直流電源I與充放電回路2連接；可編程延時器7與雪崩晶體管驅(qū)動電路8連接，雪崩晶體管驅(qū)動電路8與充放電回路2中的雪崩晶體管3連接；其中:可編程延時器7通過驅(qū)動板上脈沖輸入端子6輸入觸發(fā)脈沖，可編程延時器7用來補償系統(tǒng)的延時以確保各路光信號同步輸出，具體而言，可編程延時器7通過內(nèi)部產(chǎn)生精密鋸齒波，實現(xiàn)25ns到6.25us的精確延時，雪崩晶體管驅(qū)動電路8為雪崩晶體管3提供發(fā)生雪崩所需的沖擊電流，所述激光二極管5采用儲能電容器4經(jīng)雪崩晶體管3直接放電驅(qū)動。本發(fā)明中，充放電回路2中，雪崩晶體管3的發(fā)射極的接地端連接電流測量端子9，電流測量端子9與示波器連接，用于電流波形觀測。本發(fā)明中，通過調(diào)整高壓可調(diào)直流電源I的電壓可以改變激光二極管5的輸出能量;
本發(fā)明中，電流測量端子9輸出阻抗為50歐姆，由SMA端子連接同軸電纜引出至示波器做電流波形觀測。本發(fā)明所用的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點:
(1)本發(fā)明可以驅(qū)動工作電流10-100A的激光二極管；
(2)本發(fā)明可以在激光二極管上獲得上升時間不大于5ns，幅度達(dá)到80A的脈沖電流；
(3)本發(fā)明采用精密延時裝置來保證多路工作時的同步性；
(4)本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)緊湊，整個電路可以被安置在印刷電路板上。


圖1是本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)圖。圖2是本發(fā)明的電路布局圖。圖3是激光二極管上得到的電流波形示意圖。圖中標(biāo)號:1、高壓可調(diào)直流電源，2、充放電回路，3、雪崩晶體管，4、儲能電容器，5、激光二極管，6、觸發(fā)信號輸入端子，7、可編程精密延時器，8、雪崩晶體管驅(qū)動電路，9、電流測量端子。
具體實施例方式下面結(jié)合圖例和具體實施方式
對本發(fā)明做進一步說明。圖1是基于雪崩晶體管電流開關(guān)的脈沖激光驅(qū)動電源模塊電路結(jié)構(gòu)框圖，其利用了晶體管內(nèi)部載流子發(fā)生雪崩擊穿時電流急劇上升的特點，可以在激光二極管上得到快速的電流上升沿。直流源通過二極管D對儲能電容4充電，為雪崩晶體管3提供電壓偏置，使其處于臨界狀態(tài)，當(dāng)觸發(fā)信號到來時，3內(nèi)部載流子發(fā)生雪崩，電容4經(jīng)過雪崩管3快速通過激光二極管5放電。激光二極管發(fā)射的光脈沖是由驅(qū)動電源產(chǎn)生的電脈沖直接調(diào)制得到的，電流上升沿小于5ns，脈寬20ns至lus，通過調(diào)節(jié)直流電源的輸出電壓可使激光二極管電流峰值IOA至100A連續(xù)可調(diào)。為了保證多路光導(dǎo)開關(guān)的同步觸發(fā)，這里加入可編程延時器7，用來補償多個驅(qū)動模塊上觸發(fā)信號和雪崩建立時間的微小差別。參閱圖2，電路板最上方從左至右分別為觸發(fā)信號輸入端子、電源輸入端子、電流檢測端子，電路板最下方凸出部分連接激光二極管。電路板上的標(biāo)號:U3為可編程延時器，U2、T1等構(gòu)成雪崩管驅(qū)動電路，T2為雪崩晶體管。在電路布局中，將儲能電容器和雪崩晶體管分別放置于電路板同一位置的上下兩面，盡可能減少大電流回路。參閱圖3，其展示了輸出電流的典型波形，上升時間5ns，脈寬30ns，電流峰值78A 除此之外，在實際使用時，激光二極管安裝在驅(qū)動電路板下方，激光二極管發(fā)光面向下照射光導(dǎo)開關(guān)表面，整個裝置通過支架固定在光學(xué)平移臺上，便于調(diào)整激光二極管和光導(dǎo)開關(guān)的相對位置。上述實施例僅是本發(fā)明的一個優(yōu)選方案，并非用以限定本發(fā)明的實質(zhì)技術(shù)內(nèi)容范圍，本發(fā)明的實質(zhì)技術(shù)內(nèi)容是廣義地定義于申請的權(quán)利要求范圍中，任何他人完成的技術(shù)實體或方法，若是與申請的權(quán)利要求范圍所定義的完全相同，也或是一種等效的變更，均將被視為涵蓋于該權(quán)利要求范圍之中。
權(quán)利要求
1.一種基于雪崩晶體管的半導(dǎo)體激光器脈沖驅(qū)動電路，其特征在于組成包括:外置的高壓可調(diào)直流電源(1)，由激光二極管(5)、儲能電容器(4)、雪崩晶體管(3)組成的充放電回路(2)，可編程延時器(7)，雪崩晶體管驅(qū)動電路(8);所述充放電回路(2)中，雪崩晶體管(3)的發(fā)射極通過取樣電阻接地，集電極連接儲能電容器(4)，儲能電容器(4)另一端連接激光二極管(5)負(fù)極，激光二極管(5)正極接地；高壓可調(diào)直流電源(I)與充放電回路(2)連接；可編程延時器(7)與雪崩晶體管驅(qū)動電路(8)連接，雪崩晶體管驅(qū)動電路(8)與充放電回路(2)中的雪崩晶體管(3)連接；其中:可編程延時器(7)通過驅(qū)動板上脈沖輸入端子(6)輸入觸發(fā)脈沖，可編程延時器(7)通過內(nèi)部產(chǎn)生精密鋸齒波，實現(xiàn)25ns到6.25us的精確延時，雪崩晶體管驅(qū)動電路(8)為雪崩晶體管(3)提供發(fā)生雪崩所需的沖擊電流，所述激光二極管(5 )采用儲能電容器(4 )經(jīng)雪崩晶體管(3 )直接實現(xiàn)放電驅(qū)動。
2.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的基于雪崩晶體管的半導(dǎo)體激光器脈沖驅(qū)動電路，其特征在于充放電回路(2)中，雪崩晶體管(3)的發(fā)射極的接地端連接電流測量端子(9)，電流測量端子(9)與示波器連接，用于電流波形觀測。
3.根據(jù)權(quán)利要求書2所述的基于雪崩晶體管的半導(dǎo)體激光器脈沖驅(qū)動電路，其特征在于電流測量端子(9)輸出阻抗為50歐姆，由SMA端子連接同軸電纜引出至示波器做電流波形觀測。
全文摘要
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體激光器技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種基于雪崩晶體管的脈沖半導(dǎo)體激光器驅(qū)動電路。其組成包括外置的高壓可調(diào)直流電源，由激光二極管、儲能電容器、雪崩晶體管組成的充放電回路，可編程延時器，雪崩晶體管驅(qū)動電路；充放電回路中，雪崩晶體管的發(fā)射極通過取樣電阻接地，集電極連接儲能電容器，儲能電容器另一端連接激光二極管負(fù)極，激光二極管正極接地；本發(fā)明采用電容經(jīng)過雪崩管快速對激光二極管放電的方式產(chǎn)生快的驅(qū)動電流得到快的光脈沖，脈沖電流上升沿小于5ns，脈寬20ns至1us，峰值10A至100A連續(xù)可調(diào)。在電路中包含精密延時器件，適用于需要精確同步的多路觸發(fā)裝置中。
文檔編號H01S5/042GK103094833SQ20131005036
公開日2013年5月8日 申請日期2013年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月9日
發(fā)明者盧元達(dá), 劉克富, 邱劍, 王寶杰, 張?zhí)?申請人:復(fù)旦大學(xué)