增益开关半导体激光器种子源驱动电路制造技术

本实用新型专利技术提供一种增益开关半导体激光器种子源驱动电路，包括恒流源电路、电流采样电路、开关信号电路和阴极偏置电路，其中，恒流源电路，用于为半导体激光器种子源提供工作电源；电流采样电路，用于采集流过半导体激光器种子源的电流；开关信号电路，用于提供控制半导体激光器种子源信号发送的开关信号；阴极偏置电路，用于使半导体激光器种子源工作在临界状态，使其内部发生驰豫振荡。通过脉冲驱动的方法实现对增益开关半导体种子的驱动，通过调整驱动电信号的宽度、重复频率来调整光脉冲的宽度和重复频率，简化了电路，便于集成在小型化的皮秒脉冲激光系统中，同时激光脉宽、重复频率控制简单。频率控制简单。频率控制简单。

【技术实现步骤摘要】
增益开关半导体激光器种子源驱动电路


[0001]本技术涉及激光器
，特别是涉及一种增益开关半导体激光器种子源驱动电路。

技术介绍

[0002]近些年，脉冲激光技术尤其是超短脉冲激光技术发展迅速，高峰值功率的超短脉冲激光在非线性光学、光信息处理、医疗和激光雷达等众多领域中应用广泛。常见的短脉冲激光产生方法有锁模技术、调Q技术和增益开关技术等，利用这些技术可以产生不同重复频率、不同脉宽、不同峰值功率的脉冲激光输出。相比于调Q和锁模技术，原理相对简单的增益开关技术有若干明显优势，尤其是增益开关半导体激光器。增益开关半导体激光器是指电流脉冲或高频正弦电流直接调制半导体激光器。当注入电流低于阈值时，增益关闭，不发射激光；注入电流高于阈值时，增益打开，激光器驰豫振荡产生的第一个尖峰通常功率很高而且脉宽很窄。若果使用窄脉宽或者高重频电流脉冲，容易得到十到百皮秒的稳定激光输出。通过进一步的消啁啾和脉冲压缩措施可以实现皮秒到亚皮秒的输出。
[0003]现有的完整的增益开关半导体激光系统的驱动电路部分，用一定频率的正弦信号来调制半导体，同时给二极管一个直流偏置（其电流值低于发光阈值，防止出现连续发光的情况），使半导体产生增益开关效应，信号的幅值、直流偏置、调制深度直接影响着输出的光信号。
[0004]电路结构如图1所示，驱动信号的频率达到1Ghz，bias tee上的电流设定在半导体种子的阈值之下。产生超短电脉冲的常用方法是梳状信号发生器、皮秒光电导开关、雪崩晶体管发生器或RF正弦波发生器。对于一个给定的驱动脉冲幅值，对应的有一个最佳的直流偏置来使FWHM最窄。
[0005]现有技术的缺点：
[0006]1、信号源发出的正弦信号功率较小，需要通过一个带宽和增益合适的射频放大器进行放大，增加输出功率。偏置电流低时，脉宽较宽。偏置电流增大、脉宽变窄。但继续增加，光脉冲会有拖尾。
[0007]2、正弦信号的频率控制着脉宽，高频信号源的发生需采用数字频率合成（DDS）或者专用芯片来实现任意频率的发生，脉宽控制复杂，不利于连续变化。
[0008]3、电路复杂，需要Bias-tee将高频信号与直流偏置进行耦合。

技术实现思路

[0009]本技术所要解决的技术问题是：为了克服现有技术中的不足，本技术提供一种增益开关半导体激光器种子源驱动电路，通过脉冲驱动的方法实现对增益开关半导体种子的驱动，通过调整驱动电信号的宽度、重复频率来调整光脉冲的宽度和重复频率，且不需要射频信号发生器、放大器和bias-tee等复杂电路结构，实现数十到百皮秒的激光信号发生。
[0010]本技术解决其技术问题所要采用的技术方案是：一种增益开关半导体激光器种子源驱动电路，包括恒流源电路、电流采样电路、开关信号电路和阴极偏置电路，其中，
[0011]恒流源电路，用于为半导体激光器种子源提供工作电源；
[0012]电流采样电路，用于采集流过半导体激光器种子源的电流；电流采样电路采用采样R1实现，
[0013]开关信号电路，用于提供控制半导体激光器种子源信号发送的开关信号；
[0014]阴极偏置电路，用于使半导体激光器种子源工作在临界振荡状态，当外部有一个激励电流时，其内部将发生驰豫振荡。
[0015]进一步，所述恒流源电路包括依次连接的恒流源电流设定电路、驱动能力放大电路和恒流源器件，所述恒流源电流设定电路用于设定恒流源电源的大小，所述驱动能力放大电路用于提高驱动能力，所述恒流源器件连接至半导体激光器种子源的阳极LASER+。
[0016]具体的，所述恒流源电流设定电路采用可调电阻分压或利用DAC来实现，所述驱动能力放大电路采用运算放大器来实现，所述恒流源器件采用晶体管Q1，晶体管Q1工作在恒流模式下作为一个恒流源接到半导体激光器种子源的阳极LASER+。
[0017]进一步，所述开关信号电路包括外部时钟信号输入电路、两路参考电压电路、两个高速比较器A和B、D触发器和开关器件，外部时钟信号输入电路与两个高速比较器A和B的正向输入端连接，两路参考电压电路分别与两个高速比较器A和B的反向输入端连接，高速比较器A和B的输出端连接至D触发器的输入端，D触发器的输出端连接至开关器件。
[0018]外部时钟信号输入电路将外部重复频率信号输入到两个高速比较器A和B的正向输入端，两路参考电压电路输出两路参考电压信号，其中，一路参考电压信号输入到高速比较器A的反向输入端，另一路参考电压信号输入到高速比较器B的反向输入端，外部重复频率信号分别通过高速比较器A和B与两路参考电压信号进行比较，输出两路具有一定延迟的输出信号，接着通过后级D触发器来获取这两个延迟之间的窄脉冲从而产生ns级脉宽的电信号，作为开关信号提供到开关器件。
[0019]进一步，为了防止输入信号的电平高于比较器的输入容限，导致损坏，还包括容限保护电路，所述容限保护电路设置在外部时钟信号输入电路与两个高速比较器A和B的正向输入端之间。在实际使用中，不用也可以，可以直接把时钟信号接到比较器上。
[0020]具体的，所述开关器件采用MOS管Q2，MOS管Q2工作在开关状态下，当MOS管Q2的开关信号为高电平时，恒流源器件的电流流过MOS管Q2，当MOS管Q2的开关信号为低电平时，恒流源器件的电流流过半导体激光器种子源。
[0021]具体的，所述阴极偏置电路包括三极管Q4和运算放大器U4，所述三极管Q4工作在恒流区，构成一个基极电流控制的恒流源，所述运算放大器U4产生一个能够设定的偏置电压，使得半导体激光器种子源工作在临界状态，运算放大器U4的输出连接至半导体激光器种子源的阴极LASER-。
[0022]进一步，为了在调试中观察阳极的电压波形，还包括阳极电压检测电路，所述阳极电压检测电路包括连接器J1和电阻R3，半导体激光器种子源的阳极LASER+经过电阻R3连接至连接器J1，在调试中，用来检测半导体激光器种子源阳极上的电压信号。
[0023]本技术的有益效果是：本技术提供的一种增益开关半导体激光器种子源驱动电路，通过脉冲驱动的方法实现对增益开关半导体种子的驱动，通过调整驱动电信号
的宽度、重复频率来调整光脉冲的宽度和重复频率，简化了电路，便于集成在小型化的皮秒脉冲激光系统中，同时激光脉宽、重复频率控制简单。
附图说明
[0024]下面结合附图和实施例对本技术作进一步说明。
[0025]图1是现有技术中增益开关半导体激光系统的驱动电路的原理框图。
[0026]图2是本技术益开关半导体激光器种子源驱动电路的原理框图。
[0027]图3是半导体激光器种子源的驱动电路原理图。
[0028]图4是ns级脉宽的电信号发生电路。
具体实施方式
[0029]现在结合附图对本技术作详细的说明。此图为简化的示意图，仅以示意方式说明本技术的基本结构，因此其仅显示与本技术有关的构成。
[0030本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种增益开关半导体激光器种子源驱动电路，其特征在于：包括恒流源电路、电流采样电路、开关信号电路和阴极偏置电路，其中，恒流源电路，用于为半导体激光器种子源提供工作电源；电流采样电路，用于采集流过半导体激光器种子源的电流；开关信号电路，用于提供控制半导体激光器种子源信号发送的开关信号；阴极偏置电路，用于使半导体激光器种子源工作在临界振荡状态，当外部有一个激励电流时，其内部将发生驰豫振荡。2.如权利要求1所述的增益开关半导体激光器种子源驱动电路，其特征在于：所述恒流源电路包括依次连接的恒流源电流设定电路、驱动能力放大电路和恒流源器件，所述恒流源电流设定电路用于设定恒流源电源的大小，所述驱动能力放大电路用于提高驱动能力，所述恒流源器件连接至半导体激光器种子源的阳极LASER+。3.如权利要求2所述的增益开关半导体激光器种子源驱动电路，其特征在于：所述恒流源电流设定电路采用可调电阻分压或利用DAC来实现，所述驱动能力放大电路采用运算放大器来实现，所述恒流源器件采用晶体管Q1，晶体管Q1工作在恒流模式下作为一个恒流源接到半导体激光器种子源的阳极LASER+。4.如权利要求1所述的增益开关半导体激光器种子源驱动电路，其特征在于：所述开关信号电路包括外部时钟信号输入电路、两路参考电压电路、两个高速比较器A和B、D触发器和开关器件，外部时钟信号输入电路与两个高速比较器A和B的正向输入端...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵轶卓，
申请(专利权)人：苏州新傲信息技术有限公司，
类型：新型
国别省市：