一种高重频窄脉冲激光发射电路制造技术

本发明专利技术提出一种高重频窄脉冲激光发射电路。包括激光二极管的驱动电路和温控电路；所述驱动电路包括触发信号源、充放电电路和开关电路；驱动电路通过触发信号控制开关电路闭合，进而通过充放电电路控制激光二极管发射激光的频率和脉宽，实现高重频窄脉冲激光发射；所述温控电路包括热电制冷器和基于控制芯片的外围电路；热电制冷器与激光二极管相贴，进行温度传感，所得温度值输入到基于控制芯片的外围电路，外围电路通过控制芯片实现对热电制冷器的制冷控制，从而降低激光二极管的温度，使其工作在恒定温度。本发明专利技术实现脉冲激光的发射，有效提高激光测距的作用距离和精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于激光测量领域，具体涉及脉冲激光的高频率窄脉冲发射，应用于激光雷达汽车智能防撞，城市建筑和规划，激光近炸引信，激光主动制导等
技术介绍
脉冲式激光测量采用激光器作为光源，以激光作为载波，根据飞行时间原理，通过检测激光发射脉冲与激光回波脉冲之间的时间差来测量距离，具备结构简单，价格低廉，可靠性高，抗干扰性能强，不需要合作目标等优点，在民用和军事上得到了广泛应用。实现激光的高重频、窄脉冲是提高脉冲激光测距的作用距离、动态探测精度和抗干扰能力的重要手段。但是，受激光器半导体特性和驱动电路分布电感、分布电容的影响，激光发射脉冲的脉冲波形和重复频率、输出功率等参数之间具有相互矛盾的关系。重复频率和脉冲宽度的关系受半导体激光器最大占空比的限制，要想得到高重频，必须压缩脉冲宽度，而脉冲宽度不能一味地变窄，当脉冲宽度窄到一定程度时，峰值功率明显下降。要实现高重频窄脉冲的激光发射面临许多实际问题。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的在于提供一种高重频窄脉冲激光发射电路，实现脉冲激光的发射，有效提高激光测距的作用距离和精度。为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种高重频窄脉冲激光发射电路，包括激光二极管的驱动电路和温控电路；所述驱动电路包括触发信号源、充放电电路和开关电路；驱动电路通过触发信号控制开关电路闭合，进而通过充放电电路控制激光二极管发射激光的频率和脉宽，实现高重频窄脉冲激光发射；所述温控电路包括热电制冷器和基于控制芯片的外围电路；热电制冷器与激光二极管相贴，进行温度传感，所得温度值输入到基于控制芯片的外围电路，外围电路通过控制芯片实现对热电制冷器的制冷控制，从而降低激光二极管的温度，使其工作在恒定温度。较佳地，驱动电路在激光二极管两端并联电阻和反向二极管，实现对激光二极管的保护；较佳地，基于控制芯片的外围电路包括与同一控制芯片集成的温度测量电路、控制电路、保护电路；温度测量电路用于实时测量激光二级管的温度；控制电路用于控制热电制冷器工作；保护电路由控制芯片内部相应管脚和外部电路组成，控制回路电流，防止因电流过大引起热电制冷器和激光二极管的损坏；较佳地，控制电路包括误差放大器、H桥功率放大模块、PID(比例积分微分控制器)补偿网络、PWM(脉宽调制)控制器和MOSFET驱动器；误差放大器对设定温度的电压值与测量温度的电压值进行比较产生误差信号，H桥功率放大模块对误差信号进行放大，放大后的误差信号输入PID补偿网络，PID补偿网络根据误差值获得热电制冷器所需要的温度调节量，PWM控制器根据温度调节量产生相应的控制信号控制MOSFET驱动器驱动热电制冷器调节温度。本专利技术与现有技术相比，其显著优点在于，本专利技术能产生高重频窄脉冲的脉冲激光，提高激光测距的作用距离和动态稳定性，电路简单，方法有效，稳定性强；本专利技术电路设计充分考虑了激光二极管的自身电感电容分布，在激光二极管驱动电路的设计时根据激光二极管的实际特性设定相应电阻电容以及具体参数值，并且设计了保护电路，防止激光二极管反向过激；本专利技术充分考虑了激光二极管工作的温度特性，设计激光二极管温控电路，使激光二极管工作温度恒定；本专利技术适用于激光雷达汽车智能防撞，城市建筑和规划，激光近炸引信，激光主动制导等应用。附图说明图1是本专利技术高重频窄脉冲激光发射电路中激光二极管的驱动电路原理图。图2是本专利技术高重频窄脉冲激光发射电路的温控电路结构图。图3是本专利技术高重频窄脉冲激光发射电路中的温度测量电路原理图。图4是本专利技术高重频窄脉冲激光发射电路中的H桥功率放大电路原理图。图5是本专利技术高重频窄脉冲激光发射电路中的PID补偿网络原理图。图6是本专利技术高重频窄脉冲激光发射电路中保护电路原理图。具体实施方式容易理解，依据本专利技术的技术方案，在不变更本专利技术的实质精神的情况下，本领域的一般技术人员可以想象出本专利技术高重频窄脉冲激光发射电路的多种实施方式。因此，以下具体实施方式和附图仅是对本专利技术的技术方案的示例性说明，而不应当视为本专利技术的全部或者视为对本专利技术技术方案的限制或限定。驱动电路本实施例中，如图1所示，激光二极管SPLLL90_3的驱动电路包括充电电压源V1、触发信号源V2、第二十电阻R20、第二十一电阻R21、第二十二电阻R22、第二十三电阻R23、第二十四电阻R24、第二十五电阻R25、第九电容C9、第十电容C10、第一高频三极管Q1、第二高频三级管Q2、激光二极管D1、第一整流二极管D2、第二整流二极管D3；其中，充电电压源V1与第二十一电阻R20、第九电容C9、激光二极管D1、第二十二电阻R22串联构成回路；第二十五电阻R25与第二整流二极管D3并联且，第二整流二极管D3的一端与激光二极管D1的反向端连接，另一端接地；第一高频管Q1的集电极与第二十一电阻R21的第二端相连，其基级与第十电容C10的第二端相连，其发射极接地；第二高频管Q2集电极与第二十电阻R20的第二端相连，其基级与第一高频管Q1的集电极相连，其发射极与第十电容C10的第二端相连；触发信号源V2接入第一整流二极管D2的正向端，第一整流二极管D2的负向端与第十电容C10的第一端相连，第二十一电阻R21的第一端与第二十电阻R20的第二端相连；第二十三电阻R23的第一端与第一整流二极管D2的负向端相连，其第二端接地；第二十四电阻R24的第一端与第一高频管Q1的基级相连，其第二端接地；其中，触发信号源V2用于产生触发信号；充电电压源V1与第二十一电阻R20、第九电容C9、激光二极管D1、第二十二电阻R22组成充放电电路；第二十一电阻R21、第一高频三极管Q1和第二高频三级管Q2组成开关电路，该开关电路受触发信号控制；所述驱动电路通过触发信号控制开关电路的闭合，进而通过充放电电路控制激光二极管D1发射激光的频率和脉宽，实现高重频窄脉冲激光发射。本实施例中，触发信号为50KHz，10ns的双极性波，经第一整流二极管D2滤波成为单极性的脉冲波，脉冲波控制开关电路的通断，进而控制第九电容C9充放电；充放电电路中，充电电压源V1在开关电路断开期间，通过充电电阻第二十电阻R20对第九电容C9充电，开关电路导通时，第九电容C9通过第二十一电阻R21、第一高频三极管Q1、第二十二电阻R22、激光二极管D1回路放电，实现对激光二极管D1的驱动，其中，充电电压源V1＝80V，充电电阻第二十电阻R20为10Ω，充电电容第九电容C9＝1nF。同时，驱动电路在激光二极管D1两端并联第二十五电阻R25和反向连接的第二本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高重频窄脉冲激光发射电路，其特征在于，包括激光二极管的驱动电路和温控电路；所述驱动电路包括触发信号源、开关电路和充放电电路；驱动电路通过触发信号控制开关电路闭合，进而通过充放电电路控制激光二极管发射激光的频率和脉宽，实现高重频窄脉冲激光发射；所述温控电路包括热电制冷器和基于控制芯片的外围电路；热电制冷器与激光二极管相贴，进行温度传感，所得温度值输入到基于控制芯片的外围电路；外围电路通过控制芯片实现对热电制冷器的制冷控制。

【技术特征摘要】
1.一种高重频窄脉冲激光发射电路，其特征在于，包括激光二极管的驱动电路和
温控电路；
所述驱动电路包括触发信号源、开关电路和充放电电路；驱动电路通过触发信号控
制开关电路闭合，进而通过充放电电路控制激光二极管发射激光的频率和脉宽，实现高
重频窄脉冲激光发射；
所述温控电路包括热电制冷器和基于控制芯片的外围电路；热电制冷器与激光二极
管相贴，进行温度传感，所得温度值输入到基于控制芯片的外围电路；外围电路通过控
制芯片实现对热电制冷器的制冷控制。
2.如权利要求1所述高重频窄脉冲激光发射电路，其特征在于，所述驱动电路在
激光二极管两端并联电阻和反向二极管。
3.如权利要求2所述高重频窄脉冲激光发射电路，其特征在于，所述驱动电路包
括充电电压源、触发信号源、第二十电阻、第二十一电阻、第二十二电阻、第二十三电
阻、第二十四电阻、第二十五电阻、第九电容、第十电容、第一高频三极管、第二高频
三级管、激光二极管、第一整流二极管、第二整流二极管；其中，
充电电压源与第二十一电阻、第九电容、激光二极管、第二十二电阻串联构成回路；
第二十五电阻与第二整流二极管并联且第二整流二极管的一端与激光二极管的反向端
连接，另一端接地；第一高频管的集电极与第二十一电阻的第二端相连，其基级与第十
电容的第二端相连，其发射极接地；第二高频管集电极与第二十电阻的第二端相连，其
基级与第一高频管的集电极相连，其发射极与第十电容的第二端相连；触发信号源接入
第一整流二极管的正向端，第一整流二极管的负向端与第十电容的第一端相连，第二十
一电阻的第一端与第二十电阻的第二端相连；第二十三电阻的第一端与第一整流二极管
的负向端相连，其第二端接地；第二十四电阻的第一端与第一高频管的基级相连，其第
二端接地。
4.如权利要求1所述高重频窄脉冲激光发射电路，其特征在于，激光二极管置于
恒温室内，其与热电制冷器的冷端相贴；恒温室由铝材质制做而成。
5.如权利要求1所述高重频窄脉冲激光发射电路，其特征在于，所述基于控制芯
片的外围电路包括与同一控制芯片集成的温度测量电路、控制电路、保护电路；温度测
量电路用于实时测量激光二级管的温度；控制电路用于控制热电制冷器工作；保护电路
用于控制回路电流，防止因电流过大引起热电制冷器和激光二极管的损坏。
6.如权利要求5所述高重频窄脉冲激光发射电路，其特征在于，所述温度测量电

\t路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻以及可变电阻；第一电阻的第一端与
第三电阻的第一端均连接参考电压，第一电阻与第二电阻串联后接地，第三电阻与第四
电阻、可变电阻串联后接地。
7.如权利要求5所述高重频窄脉冲激光发射电路，其特征在于，所述保护电路包
括控制芯片、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻、
第十八电阻、第十九电阻；其中，
控制芯片的供电管脚接外部电源，接地管脚接地，误差放大器的正向输入端与第十
三电阻串联接到误差放大器输出，输出参考电压与第八电阻、第十一电阻、第十九电阻
的第一端相连；第十一电阻和第十二电阻...

【专利技术属性】
技术研发人员：任侃，周玉蛟，杨锦清，唐彦琴，潘佳惠，孙爱娟，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32