一种全自动稳定控制的被动调Q激光器制造技术

本发明专利技术公开了一种通过实时反馈实现激光器重复频率、出光时刻和能量全自动稳定控制的被动调Q激光器。激光器是星载激光雷达的核心组成部分，此被动调Q激光器利用现有的光电监测功能形成反馈，将光电探测器实时监测得到的波形，转化为出光时延和能量值，通过计算之后与设置值作比较，用以控制泵浦驱动源电路各参数，使激光器重复频率、出光时刻和能量自动稳定在设置值附近，且抖动很小。本发明专利技术方案可全自动有效地控制被动调Q激光器重复频率、出光时延和能量，并抑制其抖动，提高了被动调Q激光器的稳定性，同时由于其与外部同步信号的时延稳定，使用在多波束情况下，减小了总的时间抖动，提升了整体系统的测量精度和能力。提升了整体系统的测量精度和能力。提升了整体系统的测量精度和能力。

【技术实现步骤摘要】
一种全自动稳定控制的被动调Q激光器


[0001]本申请涉及激光器的
，特别是一种全自动稳定控制的被动调Q激光器。

技术介绍

[0002]调Q技术是脉冲激光的主要技术，尤其是纳秒级以上的高重频激光器。可分为主动和被动两种调Q方式。主动调Q一般利用转镜、电光调Q晶体和声光调Q晶体进行开关，需要比较复杂的调Q高压控制电路，而且高压信号对其他电路，尤其光电探测电路容易产生干扰，同时也不安全，另外新增加的受控电光器件也为光机结构增加了复杂度和风险点。与之相比，被动调Q一般利用可饱和吸收晶体的突变特性实现Q开关，无需复杂的高压控制电路，而且良好的被动调Q晶体在现有使用的激光波段具有吸收截面大，驰豫截面短和生育吸收截面小，以及物化性能稳定，导热性好，抗损伤，防潮等特性。因此，被动调Q具有结构简单、运转可靠、效率高、安全、体积小巧、成本低廉等优点，在激光测距、遥感探测、激光通信、医疗健康等军事和民用领域得到了广泛应用。
[0003]然而，与主动调Q方式相比，被动调Q脉冲激光器的脉冲重复频率、输出延时和能量的稳定性都比较差，严重时出现子脉冲或无脉冲情况。在多波束激光雷达
，这些缺点造成难以精确测量，难以单个脉冲标记，并且控制多路被动调Q激光器同时出光，主波波门会成倍加大，影响了激光雷达的应用。

技术实现思路

[0004]为解决以上问题，本专利技术提出了一种通过实时反馈实现激光器重复频率、出光时刻和能量全自动稳定控制的被动调Q激光器。采用全自动数字控制，对多输入参数和多输出控制量的调整方法进行了合理的组合和排序，同时考虑了光机的要求、电路的简化和信号的优化，为后续使用被动调Q激光器的星载激光雷达提供了技术保障。
[0005]第一方面，提供了一种被动调Q激光器，包括泵浦LD、激光增益介质、被动调Q晶体、输出镜、耦合透镜、光纤分束器、光电探测器和激光器驱动源；
[0006]所述激光增益介质、所述被动调Q晶体、所述输出镜依次排列组成激光谐振腔，用于吸收并放大所述泵浦LD所输出能量；
[0007]所述耦合透镜用于将所述输出镜输出激光耦合到所述光纤分束器中；
[0008]所述光纤分束器用于将输出激光分为输出光和反馈光两部分，所述反馈光接入所述光电探测器中；
[0009]所述光电探测器用于实时监测光纤分束器分得的光信号，转化为电信号，反馈给激光器驱动源中；
[0010]所述激光器驱动源包括第一驱动电路、第二驱动电路和第三驱动电路，所述第一驱动电路、所述第二驱动电路和所述第三驱动电路输出的电流叠加，得到用于驱动所述泵浦LD的信号，所述第一驱动电路输出电流值为I1的第一驱动电流，所述第二驱动电路输出电流值为I2的第二驱动电流，所述第三驱动电流输出电流值为I3的第三驱动电流，所述泵
浦LD的阈值电流为ITH，I1<ITH，I2<ITH，I3+I1>ITH，I3+I2>ITH，所述第一驱动电流的脉宽为W1，所述第二驱动电流的脉宽为W2，W1+W2＝T，所述第三驱动电流的起始时刻小于W1，所述第三驱动电流的终止时刻大于W1；
[0011]所述激光器驱动源还用于对所述光电探测器反馈的信号进行处理，转化为激光器出光时延和激光器能量值，并根据所述出光时延和激光器能量值调整第一驱动电路、第二驱动电路和第三驱动电流的电流参数。
[0012]与现有技术相比，本申请提供的方案至少包括以下有益技术效果：
[0013]激光器是星载激光雷达的核心组成部分，此被动调Q激光器利用现有的光电监测功能形成反馈，将光电探测器实时监测得到的波形，转化为激光器出光时延和能量值，通过计算之后与设置值作比较，用以控制泵浦驱动源电路各参数，使激光器重复频率、出光时刻和能量自动稳定在设置值附近，且抖动很小。
[0014]本专利技术方案可全自动有效地控制被动调Q激光器重复频率、出光时延和能量，并抑制其抖动，提高了被动调Q激光器重复频率、出光时刻和能量的稳定性，提高了整体系统的测量精度和能力。同时由于其与外部同步信号的时延稳定，使用在多波束情况下，减小了总的时间抖动。既满足了在不同的应用工况下，实现多波束激光参数按需设计，又有利于激光主波信号的精确获取，降低下传数据量。可应用在使用被动调Q激光器的多波束激光雷达、激光测绘、遥感探测和激光对抗等领域。
[0015]结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述第一驱动电路、所述第二驱动电路均为恒流源电路，所述第三驱动电路为窄脉冲恒流源电路。
[0016]结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，第二驱动电流通断时序控制信号时序电路是在第一驱动电流通断时序控制信号电路之后接一个反相器，使得所述第二驱动电路在所述第一驱动电路作用时停止工作。
[0017]通过反相器可以灵活实现第一驱动电路和第二驱动电路切换。
[0018]结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述窄脉冲恒流源电路产生的恒流窄脉冲信号采用电容放电电路产生，所述电容放电电路采用的开关管为MOS或IGBT，用来放大反馈电流和开关管的运算放大器采用高速双电源运算放大器。
[0019]由此有利于使第三驱动电路输出波形相对优良的第三驱动电流。
[0020]结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述激光器驱动源包括：延时测量电路、单脉冲能量测量电路、泵浦驱动源控制电路、泵浦驱动源电路，其中所述泵浦驱动源电路包括所述第一驱动电路、所述第二驱动电路和所述第三驱动电流；
[0021]所述延时测量电路用于将所述光电探测器监测得到的波形和外部同步信号作比较，转化为激光器出光时延，反馈给所述泵浦驱动源控制电路；
[0022]所述单脉冲能量测量电路用于将所述光电探测器监测得到的波形测量峰值，转化为激光器能量值，反馈给所述泵浦驱动源控制电路；
[0023]所述泵浦驱动源控制电路用于接收所述激光器出光时延和所述激光器能量值，通过计算之后与设置值作比较，用以控制所述泵浦驱动源电路的电流参数；
[0024]所述泵浦驱动源电路用于接收所述泵浦驱动源控制电路输出的驱动信号和时序信号，产生驱动所述泵浦LD的信号。
[0025]激光器驱动源可以通过多个模块分别实现出光时延、脉冲能量的检测，并实现驱
动源电路的灵活控制。
[0026]结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述被动调Q激光器还包括泵浦温度控制装置，所述泵浦温度控制装置用于检测所述泵浦LD的温度变化，所述激光器驱动源还包括泵浦温度控制电路，用于接收所述泵浦温度控制装置输出的温度信号，依据泵浦温度设置值、激光器出光时延和能量值的方差，输出控制信号驱动泵浦温度控制装置内部器件，达到泵浦温度稳定控制。
[0027]通过泵浦温度控制装置和泵浦温度控制电路，有利于使被动调Q激光器工作在合适的泵浦温度范围内。
[0028]结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述被动调Q激光器还包括晶体温度控制装置，所述晶体温度控制装本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种被动调Q激光器，其特征在于，包括泵浦LD(1)、激光增益介质(3)、被动调Q晶体(4)、输出镜(6)、耦合透镜(7)、光纤分束器(8)、光电探测器(9)和激光器驱动源(10)；所述激光增益介质(3)、所述被动调Q晶体(4)、所述输出镜(6)依次排列组成激光谐振腔，用于吸收并放大所述泵浦LD(1)所输出能量；所述耦合透镜(7)用于将所述输出镜(6)输出激光耦合到所述光纤分束器(8)中；所述光纤分束器(8)用于将输出激光分为输出光和反馈光两部分，所述反馈光接入所述光电探测器(9)中；所述光电探测器(9)用于实时监测光纤分束器(8)分得的光信号，转化为电信号，反馈给激光器驱动源(10)中；所述激光器驱动源(10)包括第一驱动电路(2
‑
1)、第二驱动电路(2
‑
2)和第三驱动电流(2
‑
3)，所述第一驱动电路(2
‑
1)、所述第二驱动电路(2
‑
2)和所述第三驱动电路(2
‑
3)输出的电流叠加，得到用于驱动所述泵浦LD(1)的信号，所述第一驱动电路(2
‑
1)输出电流值为I1的第一驱动电流，所述第二驱动电路(2
‑
2)输出电流值为I2的第二驱动电流，所述第三驱动电流(2
‑
3)输出电流值为I3的第三驱动电流，所述泵浦LD(1)的阈值电流为ITH，I1<ITH，I2<ITH，I3+I1>ITH，I3+I2>ITH，所述第一驱动电流的脉宽为W1，所述第二驱动电流的脉宽为W2，W1+W2＝T，所述第三驱动电流的起始时刻小于W1，所述第三驱动电流的终止时刻大于W1；所述激光器驱动源(10)还用于对所述光电探测器(9)反馈的信号进行处理，转化为激光器出光时延和激光器能量值，并根据所述出光时延和激光器能量值调整第一驱动电路(2
‑
1)、第二驱动电路(2
‑
2)和第三驱动电路(2
‑
3)的电流参数。2.根据权利要求1所述的被动调Q激光器，其特征在于，所述第一驱动电路(2
‑
1)、所述第二驱动电路(2
‑
2)均为恒流源电路，所述第三驱动电路(2
‑
3)为窄脉冲恒流源电路。3.根据权利要求1所述的被动调Q激光器，其特征在于，第二驱动电流通断时序控制信号时序电路是在第一驱动电流通断时序控制信号电路之后接一个反相器，使得所述第二驱动电路(2
‑
2)在所述第一驱动电路(2
‑
1)作用时停止工作。4.根据权利要求1所述的被动调Q激光器，其特征在于，所述窄脉冲恒流源电路产生的恒流窄脉冲信号采用电容放电电路产生，所述电容放电电路采用的开关管为MOS或IGBT，用来放大反馈电流和开关管的运算放大器采用高速双电源运算放大器。5.根据权利要求1所述的被动调Q激光器，其特征在于，所述激光器驱动源(10)包括：延时测量电路(11)、单脉冲能量测量电路(12)、泵浦驱动源控制电路(13)、泵浦驱动源电路(14)，其中所述泵浦驱动源电路(14)包括所述第一驱动电路(2
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1)、所述第二驱动电路(2
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2)和所述第三驱动电流(2
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3)；所述延时测量电路(11)用于将所述光电探测器(9)监测得到的波形和外部同步信号作比较，转化为激光器出光时延，反馈给所述泵浦驱动源控制电路(13)；所述单脉冲能量测量电路(12)用于将所述光电探测器(9)监测得到的波形测量峰值，转化为激光器能量值，反馈给所述泵浦驱动源控制电路(13)；所述泵浦驱动源控制电路(13)用于接收所述激光器出光时延和所述激光器能量...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙海青，颜凡江，王玉诏，杨超，郭元荣，孙立，彭欢，刘杰，陶宇亮，杨居奎，
申请(专利权)人：北京空间机电研究所，
类型：发明
国别省市：