量子级联激光器驱动源电路制造技术

本发明专利技术公开了一种量子级联激光器驱动源电路，包括恒流驱动模块和高频脉冲调制模块，恒流驱动模块输出恒定电流至高频脉冲调制模块，高频脉冲调制模块对输入的恒定电流进行高频脉冲调制，最终以高频脉冲电流形式驱动量子级联激光器，产生单模连续可调谐的中红外激光。量子级联激光器驱动源电路的高频脉冲调制模块包括功率电感线圈和高速功率MOS管，功率电感线圈用于限制高频脉冲电流的浪涌尖峰，高速功率MOS管用于控制量子级联激光器的关闭和导通。本发明专利技术适用在高频率、大占空比脉冲恒流驱动的应用场合简化了电路设计，提高工作频率，提高反馈电路的稳定性，提高控制电流的精度。

【技术实现步骤摘要】
量子级联激光器驱动源电路
本专利技术涉及激光器
，尤其涉及一种高重复频率脉冲恒流脉冲量子级联激光器驱动源电路。
技术介绍
量子级联激光器(QCL)因其近室温操作和单模连续调谐等优点，逐渐成为理想的高分辨率中红外光源，在中波红外对抗、气体检测、医疗、化学、石油冶炼等众多领域有着广泛的潜在应用。在基于量子级联激光器的应用系统中，驱动电路的脉冲宽度决定激光器的线宽，从而会影响中波红外的对抗干扰效果以及探测的灵敏度。因此，研究量子级联激光器的驱动电路对于加速激光器的应用推广，具有重要的研究价值和应用前景。与传统LD类似，量子级联激光器也是电流驱动的器件，输出光强随驱动电流变化而变化，因此量子级联激光器驱动电路的本质是脉冲恒流源电路。现有的脉冲量子级联激光器驱动技术主要有两种：一种是电容器储能、运放负反馈控制的恒流驱动，另一种是电容器储能、高速MOS斩波模式的电压型驱动技术。第一种是基于运算放大器负反馈控制的恒流驱动源，它的优点是幅度可精确调节，但是由于是高频高速脉冲信号，对反馈系统的运算放大器要求必须是宽带宽高速运放，但是具有很高的带宽在高频反馈系统受寄生参数影响大，很容易形成自激或振荡，严重时会烧毁激光器，这对价格高昂的量子级联激光器是一种极大的威胁。第二种是基于高速MOS管电压型驱动源，它的优点是电路结构比较简单，可以实现高速、窄脉冲电流输出。缺点是没有形成电流闭环控制，输出电流值难以精确控制。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术提供一种量子级联激光器驱动源电路，用于解决采用运算放大器对高频脉冲进行调制时形成自激或振荡的问题以及输出电流值难以精确控制的问题。(二)技术方案本专利技术提供一种量子级联激光器驱动源电路，包括恒流驱动模块和高频脉冲调制模块，恒流驱动模块输出恒定电流至高频脉冲调制模块，高频脉冲调制模块对输入的恒定电流进行高频脉冲调制得到高频脉冲电流，该高频脉冲电流驱动量子级联激光器产生单模连续可调谐的中红外激光，其中：所述高频脉冲调制模块包括功率电感线圈和高速功率MOS管，功率电感线圈，串联于恒流驱动模块和量子级联激光器之间，用于限制高频脉冲电流的浪涌尖峰；高速功率MOS管，并联于量子级联激光器两端，用于控制量子级联激光器的关闭和导通。其中，所述高速功率MOS管，采用射频MOS管，射频MOS管的导通和断开时间均小于3ns。其中，所述高频脉冲信号，其频率大于10MHz，其高占空比大于50％。其中，所述恒流驱动模块包括恒流充电电路、电流采样电路、I/V转换电路和综合控制电路；恒流充电电路，用于给功率电感线圈提供储存能量；电流采样电路，用于对功率电感线圈充电电流的采样；I/V转换电路，用于对充电电流信号转换成电压信号；综合控制电路，用于对I/V转换电路输入的电压信号，与基准信号进行差值对比，通过比例积分运算后负反馈控制恒流充电电路的充电电流。其中，该量子级联激光器驱动源电路采用恒流反馈设计。其中，该量子级联激光器驱动源电路采用恒流反馈设计，具体为：恒流充电电路输出恒定电流；电流采样电路对恒流充电电路输出给功率电感线圈的恒定电流实时采样；采样信号经I/V转换电路形成电压信号输入至综合控制电路；综合控制电路对输入的电压信号进行差值、放大、微分、积分处理等运算，将结果反馈给恒流充电电路，实现恒流输出。其中，所述差值处理为，综合控制电路对输入的电压信号与综合控制电路内部的基准电压信号比较，形成差值信号。其中，所述的恒流反馈设计为电流闭环设计。(三)有益效果本专利技术提供一种量子级联激光器驱动源电路，与现有技术相比，具有以下有益效果：(1)本专利技术的量子级联激光器驱动源电路，采用功率电感线圈，功率电感器本质上就属于电流型器件，根据电感电流不能跃变的属性(见公式1)，电感器储能型电流源电路在高频(高于1MHz)、大占空比脉冲恒流驱动的应用场合有其独有的优势，根据原理图可知，不必担心高频脉冲电流的过冲、振荡及反冲问题，只要保证流入功率电感器的输入电流保持恒定即可，也就是需要直流负反馈保证流经电感器上的电流维持恒定，这就大大简化了反馈回路的设计，并保证输出脉冲电流的恒定，进而实现对于电流的精确控制。(2)本专利技术的量子级联激光器驱动源电路，采用射频功率MOS管作为高速开关器件，通过控制射频功率MOS管的高速通断动作，以实现对量子级联激光器的高速脉冲电流驱动，完成对激光器的高速调制。附图说明图1是本专利技术的量子级联激光器驱动源电路图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术作进一步的详细说明。图1是本专利技术的量子级联激光器驱动源电路图，如图1所述，量子级联激光器驱动源电路，包括恒流驱动模块和高频脉冲调制模块，恒流驱动模块输出恒定电流至高频脉冲调制模块，高频脉冲调制模块对恒定输出电流进行高频脉冲调制，最终以高频脉冲电流形式驱动量子级联激光器，用于产生单模连续可调谐的中红外激光；其中，高频脉冲调制模块包括功率电感线圈和高速功率MOS管；功率电感线圈，串联于恒流驱动模块和量子级联激光器之间，用于限制高频脉冲电流的浪涌尖峰。采用功率电感线圈，功率电感器本质上就属于电流型器件，根据电感电流不能跃变的属性(见公式1)，电感器储能型电流源电路在高频(高于1MHz)、大占空比脉冲恒流驱动的应用场合有其独有的优势，根据原理图可知，不必担心高频脉冲电流的过冲、振荡及反冲问题，只要保证流入功率电感器的输入电流保持恒定即可，也就是需要直流负反馈保证流经电感器上的电流维持恒定，这就大大简化了反馈回路的设计，并保证输出脉冲电流的恒定，进而实现对于电流的精确控制。高速功率MOS管，并联于量子级联激光器两端，接收高频脉冲信号，高速功率MOS管导通，量子级联激光器短路，激光器关闭；高速功率MOS管断开，功率电感线圈电流通过量子级联激光器激光器，激光器导通发光。高速功率MOS管，采用射频MOS管，射频MOS管的导通和断开时间均小于3ns。高频脉冲信号，其频率大于10MHz，其高占空比大于50％。采用射频功率MOS管作为高速开关器件，通过控制射频功率MOS管的高速通断动作，以实现对量子级联激光器的高速脉冲电流驱动，完成对激光器的高速调制。恒流驱动模块包括恒流充电电路、电流采样电路、I/V转换电路和综合控制电路；其中，恒流充电电路，用于给功率电感线圈提供储存能量；电流采样电路，用于对功率电感线圈充电电流的采样；I/V转换电路，用于对充电电流信号转换成电压信号；综合控制电路，用于对I/V转换电路输入的电压信号，与基准信号进行差值对比，通过比例积分运算后负反馈控制恒流充电电路的充电电流。同时，该量子级联激光器驱动源电路将高速脉冲电流采样反馈的思想转换为恒流反馈设计，该恒流反馈设计系为电流闭环设计，具体包括：恒流充电电路输出恒定电流；电流采样电路对恒流充电电路输出给功率电感线圈的恒定电流实时采样；采样信号经I/V转换电路形成电压信号输入至综合控制电路；综合控制电路对电压信号进行差值、放大、微分、积分处理等运算，将结果反馈给恒流充电电路，实现恒流输出。更具体地反馈处理为，通常，外部供电为恒定电压源供电，恒流充电电路从外部恒定电压源取电，通过功率变换技术实现恒定电流输出，提供给功率电感线圈，实现功率电感线圈储本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种量子级联激光器驱动源电路，包括恒流驱动模块和高频脉冲调制模块，恒流驱动模块输出恒定电流至高频脉冲调制模块，高频脉冲调制模块对输入的恒定电流进行高频脉冲调制得到高频脉冲电流，该高频脉冲电流驱动量子级联激光器产生单模连续可调谐的中红外激光，其中：所述高频脉冲调制模块包括功率电感线圈和高速功率MOS管，功率电感线圈，串联于恒流驱动模块和量子级联激光器之间，用于限制高频脉冲电流的浪涌尖峰；高速功率MOS管，并联于量子级联激光器两端，用于控制量子级联激光器的关闭和导通。

【技术特征摘要】
1.一种量子级联激光器驱动源电路，包括恒流驱动模块和高频脉冲调制模块，恒流驱动模块输出恒定电流至高频脉冲调制模块，高频脉冲调制模块对输入的恒定电流进行高频脉冲调制得到高频脉冲电流，该高频脉冲电流驱动量子级联激光器产生单模连续可调谐的中红外激光，其中：所述高频脉冲调制模块包括功率电感线圈和高速功率MOS管，功率电感线圈，串联于恒流驱动模块和量子级联激光器之间，用于限制高频脉冲电流的浪涌尖峰；高速功率MOS管，并联于量子级联激光器两端，用于控制量子级联激光器的关闭和导通。2.根据权利要求1所述的量子级联激光器驱动源电路，其中，所述高速功率MOS管，采用射频MOS管，射频MOS管的导通和断开时间均小于3ns。3.根据权利要求1所述的量子级联激光器驱动源电路，其中，所述高速功率MOS管控制量子级联激光器的关闭和导通，具体包括：高速功率MOS管导通，量子级联激光器短路，激光器关闭；高速功率MOS管断开，功率电感线圈电流通过量子级联激光器激光器，激光器导通发光。4.根据权利要求1所述的量子级联激光器驱动源电路，其中，所述高频脉冲信号，其频率大于10MHz，其高占空比大于50％。5.根据权利要求1所述的量子级联激光器驱动源电路，所述恒流驱动...

【专利技术属性】
技术研发人员：李明山，樊仲维，王江，张锦川，常慧，貊泽强，
申请(专利权)人：中国科学院光电研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11