一种量子级联激光器驱动及温度控制电路制造技术

一种量子级联激光器驱动及温度控制电路，属于电子技术领域。用于向量子级联激光器提供精确可调的PWM驱动电压并精确控制量子级联激光器的工作环境温度，包括一个单片机、一个可调稳压源、一个温度控制模块、一个PWM控制模块和一个负载保护模块。本实用新型专利技术具有设计简洁，运用方便，能较全面的监视激光器负载的工作状态，具有过流保护，防高压击穿，脉冲宽度可调性好，脉冲最窄可达ns量级且具有可调的脉冲宽度、工作频率，较稳定的工作温度，使得对环境温度较敏感的量级级联激光器产生的激光保持较恒定的光波长。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于电子
，尤其涉及一种产生精确可调窄脉冲信号的量子级联激光器(QCL)的驱动电路及温度可调的温度控制电路。
技术介绍
量子级联激光器(QCL)是基于电子在半导体量子阱中导带子带间跃迁和声子辅助共振隧穿原理的新型单极半导体器件。不同于传统p-n结型半导体激光器的电子-空穴复合受激辐射机制，QCL受激辐射过程只有电子参与，激射波长的选择可通过有源区的势阱和势垒的能带裁剪实现。它是气体监测和自由空间通信的理想光源。在红外通信、远距离探测、大气污染监控、工业烟尘分析、化学过程监测、分子光谱研究、无损伤医学诊断等方面具有很广泛的应用前景。QCL的激射方案是利用垂直于纳米级厚度的半导体异质结薄层内由量子限制效应引起的分离电子态，在这些激发态之间产生粒子数反转，该激光器的有源区是由耦合量子阱的多级串接组成(通常大于500层)而实现单电子注入的多光子输出。QCL的驱动方式有两种:一种是恒流驱动方式，另一种是脉宽调制(PWM)驱动方式。恒流驱动方式只需要保证流过激光器的电流恒定，就能使得激光器能很好、有效的工作，在市场上已经有大量的专门用于激光器的恒流驱动电源出现；此种驱动方式的电源利用效率太低，绝大部分的电能都消耗在激光器的内阻上，造成能量的极大浪费，而且需要设计较大功率的散热设备才能使得激光器能够长时间的稳定工作，这样使得QCL的驱动设备体积变得比较庞大。PWM驱动方式工作的QCL激光器，一般来说其工作频率在IOKHz左右，高脉冲时间在几十ns到2us之间，其工作脉冲占工作周期的2%以下，在能源利用率方面比恒流工作的QCL要高得多，而且由于PWM驱动方式工作的QCL产生的热能远远小于恒流工作的QCL，在QCL工作温度控制方面，要容易得多，不需要非常大功率的散热器就能保证激光器在稳定的温度环境下工作，其有效工作时间会大大的延长。现有的QCL的一种PWM驱动方式中，采用了传统的三端可调稳压输出电路模块(如图2所示)，其输出电压通过调整可变电阻R2的阻值大小来获得，其输出电压表达式为Vout=L 25(1+ / )+^.-R2,即节点221的电压是节点222的电压加上1.25V,由于IAdJ的值非常小，通常可以忽略，故输出电压Vout表达式可简写为Vout=L 25 (1+ / )，通过调整R2的阻值获得想要的输出电压，传统的三端稳压芯片多数为降压调节，即要求输出电压Vout低于输入电压Vin。由于传统的三端可调稳压输出电路模块采用的是精度较低、体积较大的可变电阻，使得输出电压Vout的精度较低、不能满足高精度的应用需求。
技术实现思路
针对现有量子级联激光器(QCL)驱动电路所存在的技术问题，本技术提供一种量子级联激光器驱动及温度控制电路，该驱动及温度控制电路具有工作电压可调、PWM脉冲宽度较小且精确可调，同时具有工作温度可控的特点，采用该驱动及温度控制电路，可使QCL激光器得到较稳定的激光波长，并能够长时间，高效率地工作。本技术技术方案如下:—种量子级联激光器驱动及温度控制电路(如图1所示)，用于向量子级联激光器(QCL)提供精确可调的PWM驱动电压并精确控制量子级联激光器的工作环境温度，包括一个单片机、一个可调稳压源、一个温度控制模块、一个PWM控制模块和一个负载保护模块。所述单片机用于设定量子级联激光器的工作环境温度，设定量子级联激光器工作频率，设定量子级联激光器工作脉冲宽度，调整可调稳压源输出电压值，同时监视激光器的工作状态，在工作电流过大时及时关断主电路；所述可调稳压源用于产生量子级联激光器所需工作电压；所述PWM控制模块用于精确控制量子级联激光器导通时间以改变流过激光器负载的平均电流；所述温度控制模块包括温度探测、加热和降温部分，用于保证激光器在恒定的温度下工作；所述负载保护模块用于保证量子级联激光器的正常工作。本技术提供的量子级联激光器驱动及温度控制电路，采用单片机对量子级联激光器工作电流电压惊醒智能调节控制，适用于各种脉冲电流幅值不大于3A的窄脉冲激光器。采用本技术提供的量子级联激光器驱动及温度控制电路，可使量子级联激光器工作电压与脉冲宽度、工作频率都可以方便及时的调节，并能保证激光器在设定的温度下工作，在长时间工作状态下的量子级联激光器能够稳定地有效地工作。比较于现有的量子级联激光器PWM驱动电路，本技术提供的量子级联激光器驱动及温度控制电路具有良好的窄脉冲特性，输出电压及时可调，工作频率、脉冲宽度精确可调，随工作时间延长，量子级联激光器特性改变小等优势。附图说明图1是本技术提供的量子级联激光器驱动及温度控制电路的结构示意图。图2是传统的三端稳压输出电路示意图。图3所示为现有的一种可调升压稳压输出电路模块。图4是本技术提供的量子级联激光器驱动及温度控制电路中可调稳压源的电路图。图5是本技术提供的量子级联激光器驱动及温度控制电路中PWM控制模块及负载保护模块电路图。图6是本技术提供的量子级联激光器驱动及温度控制电路中温度控制模块电路图。具体实施方式一种量子级联激光器驱动及温度控制电路(如图1所示)，用于向量子级联激光器(QCL)提供精确可调的PWM驱动电压并精确控制量子级联激光器的工作环境温度，包括一个单片机、一个可调稳压源、一个温度控制模块、一个PWM控制模块和一个负载保护模块。所述单片机用于设定量子级联激光器的工作环境温度，设定量子级联激光器工作频率，设定量子级联激光器工作脉冲宽度，调整可调稳压源输出电压值，同时监视激光器的工作状态，在工作电流过大时及时关断主电路；所述可调稳压源用于产生量子级联激光器所需工作电压；所述PWM控制模块用于精确控制量子级联激光器导通时间以改变流过激光器负载的平均电流；所述温度控制模块包括温度探测、加热和降温部分，用于保证激光器在恒定的温度下工作；所述负载保护模块用于保证量子级联激光器的正常工作。图3所示为现有的一种可调升压稳压输出电路模块，其输出电压表达式为Vcc=L 23(1+R4R3)，R3的阻值一般取IOK以上，为某个固定值，通过调整R4的阻值获得想要的输出电压。此类开关型升压稳压电路具有较低的工作电压，输入电压范围较大，电源输出节点由于有较大电容滤波，输出电压较稳定，且有非常高的转换效率。但由于其采用的可调电阻R4为普通的电位器，其输出精度有限，不能获得精确的输出电压Vcc。图4所示为本技术提供的量子级联激光器驱动及温度控制电路中可调稳压源的具体电路结构。该可调稳压源包括升压型开关电源芯片U1、数控电位器U2、偏置电阻R4、分压电阻R3以及相关的储能电感L1、二极管D1、稳压管D2、滤波电容Cl、C2、C3、限流电阻R1、R2。输入电压信号Vin —方面通过储能电感LI接开关电源芯片Ul的LX端，另一方面通过第一限流电阻Rl接开关电源芯片Ul的Ncc端；第二限流电阻R2与第二滤波电容C2串联后与第一滤波电容Cl并联，再连接到开关电源芯片Ul的Vcc端和GND端之间；稳压管D2的正极接开关电源芯片Ul的GND端，其负极接开关电源芯片Ul的Vcc端；第二限流电阻R2与第二滤波电容C2的连接点接开关电源芯片Ul的CE端；开关电源芯片Ul的LX端通过整流二极管Dl连接到输出电压节点Vcc ;储能电容C本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种量子级联激光器驱动及温度控制电路，用于向量子级联激光器提供精确可调的PWM驱动电压并精确控制量子级联激光器的工作环境温度，其特征在于，包括一个单片机、一个可调稳压源、一个温度控制模块、一个PWM控制模块和一个负载保护模块；?所述单片机用于设定量子级联激光器的工作环境温度，设定量子级联激光器工作频率，设定量子级联激光器工作脉冲宽度，调整可调稳压源输出电压值，同时监视激光器的工作状态，在工作电流过大时及时关断主电路；所述可调稳压源用于产生量子级联激光器所需工作电压；所述PWM控制模块用于精确控制量子级联激光器导通时间以改变流过激光器负载的平均电流；所述温度控制模块包括温度探测、加热和降温部分，用于保证激光器在恒定的温度下工作；所述负载保护模块用于保证量子级联激光器的正常工作。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周伟，李祥，阳杰，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：实用新型
国别省市：