本申请涉及激光器技术领域，特别是涉及一种激光器预偏置装置和激光系统。
背景技术：
目前，激光器包括气体激光器，半导体激光器、液体激光器和光纤激光器等类型。其中，光纤激光器是指用掺稀土元素玻璃光纤作为增益介质的激光器，传统的光纤激光器类型包括调Q技术和MOPA(Master Oscillator Power-Amplifier，主控振荡器的功率放大器)技术两种类型。MOPA技术为采用具有高光束质量的低功率激光器作为种子源，高功率光纤放大器用作种子源放大，最终实现得到同时具有高光束质量和高功率的激光输出。
然而，传统的MOPA激光器种子源在调制时，其种子源的电流是从无到有的一个过程，在没有脉冲的情况下，其在输出脉冲时由于激光腔在调制过程中输出功率的变化不线性，会导致最终输出波形微弱不可控，在脉冲最终放大后，其峰值会非常高，导致可用能量占比降低，且降低了激光器的稳定性。
技术实现要素：
基于此，有必要针对上述问题，提供一种可以提高激光器稳定性和输出可用能量占比的激光器预偏置装置和激光系统。
一种激光器预偏置装置，包括产生预偏置信号的预偏置发生模块，接收预偏置信号和外部脉冲信号、输出叠加信号的信号叠加模块，以及接收叠加信号、驱动外部激光器输出激光的驱动模块；
其中，预偏置发生模块、信号叠加模块和驱动模块依次连接，驱动模块与外部激光器连接。
在一个实施例中，预偏置发生模块包括可变电阻，可变电阻的一端连接基准电压，可变电阻的另一端连接信号叠加模块。
在一个实施例中，信号叠加模块包括运算放大器。
在一个实施例中，运算放大器的同相输入端与预偏置发生模块连接，运算放大器的反相输入端接收外部脉冲信号输入，运算放大器的输出端与驱动模块连接。
在一个实施例中，运算放大器包括AD8061。
在一个实施例中，驱动模块包括晶体三极管。
在一个实施例中，驱动模块包括绝缘栅增强型N沟道MOS管，绝缘栅增强型N沟道MOS管的栅极与信号叠加模块连接，绝缘栅增强型N沟道MOS管的漏极与激光器连接，绝缘栅增强型N沟道MOS管的源极连接负电压。
在一个实施例中，绝缘栅增强型N沟道MOS管包括PD84002。
在一个实施例中，还包括放大模块，放大模块设于信号叠加模块和驱动模块的连接节点上。
一种激光系统，包括输出激光的外部激光器和如上所述的激光器预偏置装置。
上述激光器预偏置装置和激光系统，包括依次连接的产生预偏置信号的预偏置发生模块，接收预偏置信号和外部脉冲信号、输出叠加信号的信号叠加模块，以及接收叠加信号、驱动外部激光器输出激光的驱动模块，通过在外部激光器的驱动信号中叠加一预偏置信号，使其在无外部脉冲信号输出时有微弱的直流功率输出，在有外部脉冲信号输出时，激光器不会进行调制，其输出功率完全线性，最终放大输出时，其峰值会大幅度降低，从而提高了激光器的稳定性和输出可用能量占比。
附图说明
图1为一实施例中激光器预偏置装置的结构示意图；
图2为另一实施例中激光器预偏置装置中预偏置生成模块和信号叠加模块的电路原理图；
图3为图2所示实施例中放大模块和驱动模块的电路原理图；
图4为传统激光器输出波形图；
图5为基于图2所示实施例的激光器预偏置装置的激光器输出波形图；
图6为一实施例中激光系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本申请，并不限定本申请的保护范围。
在一个实施例中，如图1所示，提供一种激光器预偏置装置10，包括产生预偏置信号的预偏置发生模块101，接收预偏置信号和外部脉冲信号、输出叠加信号的信号叠加模块102，以及接收叠加信号、驱动外部激光器输出激光的驱动模块103；其中，预偏置发生模块101、信号叠加模块102和驱动模块103依次连接，驱动模块103与外部激光器连接。
预偏置发生模块101用于产生预偏置信号，以在无外部脉冲信号时对激光器进行预偏置，预偏置信号可以包括预偏置电参数信号，如电压信号、电流信号等。具体的，预偏置发生模块101可以通过设一可变电阻连接基准电压实现，将可变电阻输出电流信号作为预偏置信号，再基准电压一定时，可以通过调节可变电阻的电阻大小来改变输出的预偏置信号大小，以适应于各种激光器的预偏置需求。信号叠加模块102用于将预偏置信号叠加至外部脉冲信号中，并输出叠加信号，用于调制外部激光器输出。具体的，信号叠加模块102可以通过求和电路实现信号叠加，也可以通过运算放大器进行叠加。驱动模块103根据接收的信号叠加模块102输出的叠加信号，驱动外部激光器进行激光输出。在具体应用中，驱动模块103可以包括晶体三极管，从而实现对外部激光器的驱动调制。
上述激光器预偏置装置，包括依次连接的产生预偏置信号的预偏置发生模块，接收预偏置信号和外部脉冲信号、输出叠加信号的信号叠加模块，以及接收叠加信号、驱动外部激光器输出激光的驱动模块，通过在外部激光器的驱动信号中叠加一预偏置信号，使其在无外部脉冲信号输出时有微弱的直流功率输出，在有外部脉冲信号输出时，激光器不会进行调制，其输出功率完全线性，最终放大输出时，其峰值会大幅度降低，从而提高了激光器的稳定性和输出可用能量占比。
进一步地，预偏置发生模块101包括可变电阻，可变电阻的一端连接基准电压，可变电阻的另一端连接信号叠加模块102。
预偏置发生模块101通过一可变电阻连接基准电压实现产生预偏置电流，即预偏置信号。具体的，可以将可变电阻一端接入一电压信号，可变电阻的另一端将预偏置电流输出至信号叠加模块102，其中，可变电阻的电阻大小和接入的电压信号大小可以根据待预偏置的激光器的参数进行选择。
进一步地，信号叠加模块102包括运算放大器。
运算放大器，即运放是具有很高放大倍数的电路单元。在实际电路中，通常结合反馈网络共同组成某种功能模块，它是一种带有特殊耦合电路及反馈的放大器，其输出信号可以是输入信号加、减或微分、积分等数学运算的结果。运放可以实现输入信号的加运算，通过将预偏置信号和外部脉冲信号输入运放中，可以实现预偏置信号和外部脉冲信号的叠加。运放可以包括但不限于通用型，如μA741(单运放)、LM358(双运放)、LM324(四运放)及以场效应管为输入级的LF356；高阻型，如LF355、LF347(四运放)及更高输入阻抗的CA3130、CA3140等；低温漂型，如OP07、OP27、AD508及由MOSFET组成的斩波稳零型低漂移器件ICL7650等。
进一步地，运算放大器的同相输入端与预偏置发生模块101连接，运算放大器的反相输入端接收外部脉冲信号输入，运算放大器的输出端与驱动模块103连接。
通过运算放大器实现预偏置信号和外部脉冲信号的叠加时，可以将运算放大器的同相输入端与预偏置发生模块101连接，运算放大器的反相输入端接收外部脉冲信号输入，运算放大器的输出端与驱动模块103连接。运算放大器的反相输入端和同相输入端的信号进行叠加后，输出至驱动模块，以驱动激光器输出激光。
进一步地，运算放大器包括AD8061。
在一个实施例中，信号叠加模块102的运算放大器可以为但不限于AD8061。其中，AD8061为轨到轨输出电压反馈型放大器，易于使用且成本低廉，其拥有一般电流反馈型放大器的带宽和压摆率，还具有宽输入共模电压范围和输出电压摆幅，因此易于使用，可采用低至2.7V的单电源供电。AD8061的典型功耗为每个放大器6.8mA，负载电流最高达50mA。AD8063具有省电/禁用特性，能将电源电流降至400μA。这些特性均非常适合对尺寸和功耗有严格要求的应用。
进一步地，驱动模块103包括晶体三极管。
驱动模块103用于根据接收的信号叠加模块102输出的叠加信号，驱动激光器进行激光输出。具体的，驱动模块103可以为但不限于晶体三极管，其是一种控制电流的半导体器件，可把微弱信号放大成幅度值较大的电信号，从而实现驱动激光器。
进一步地，驱动模块103包括绝缘栅增强型N沟道MOS管，绝缘栅增强型N沟道MOS管的栅极与信号叠加模块102连接，绝缘栅增强型N沟道MOS管的漏极与激光器连接，绝缘栅增强型N沟道MOS管的源极连接负电压。
驱动模块103可以为但不限于绝缘栅增强型N-MOS管，在具体实现时，绝缘栅增强型N-MOS管的栅极与信号叠加模块102连接，绝缘栅增强型N-MOS管的源极连接负电压，绝缘栅增强型N-MOS管的漏极与激光器连接，以驱动激光器输出激光。
进一步地，绝缘栅增强型N沟道MOS管包括PD84002。
在一个实施例中，驱动模块103包括PD84002。其中，PD84002的G端与信号叠加模块102连接，PD84002的S端连接负电压，PD84002的D端连接激光器。
进一步地，还包括放大模块，放大模块设于信号叠加模块102和驱动模块103的连接节点上。
在信号叠加模块102输出叠加信号后，可以通过设一放大模块对叠加进行进行放大，以将叠加信号功率放大至所需数值。放大模块设于信号叠加模块102和驱动模块103的连接节点上，用于对信号叠加模块102输出的叠加信号进行放大后传送至驱动模块103。
进一步地，放大模块包括OPA695。
在一个实施例中，放大模块可为但不限于OPA695。OPA695是一款高带宽、电流反馈型运算放大器，结合了出色的4300-V/μs压摆率和低输入电压噪声，是一种精密的、低成本的、可以提供高动态范围的中频(IF)放大器。
在另一个实施例中，如图2和图3所示，提供了一种激光器预偏置装置，其中，可变电阻R67在基准电压REF_2.5V作用下产生预偏置电流，输入AD8061的同相输入端，可变电阻R67还与电阻R68和电阻R58串联。U4通过20号和21号引脚提供外部脉冲信号，20号引脚通过电阻R53连接AD8061的反相输入端，21号引脚通过R52连接AD8061的同相输入端，20号引脚与电阻R53之间还并联一电阻R48，电阻R48的另一端接地，21号引脚与电阻R52之间还并联一电阻R51，电阻R51的另一端接地。AD8061的正电引脚接入VCC_BAR_A3.3V，负电引脚接入VCC_-4V，AD8061的输出端DA_OUT通过电阻R79连接OPA695的同相输入端。OPA695的输出端OUTPUT通过电阻R77连接PD84002的栅极，PD84002的源极通过电阻R76连接OPA695的反相输入端，PD84002的漏极与激光器D14连接。
如图4和图5所示，相比于传统的输出波形图，基于本实施例的激光器预偏置装置的激光器输出的拉曼值下降6-9个dB，稳定性提高，同时，输出脉冲的峰值下降60％，可用能量占比提高了20％-30％。
基于上述激光器预偏置装置，本申请还提供了一种激光系统。
在一个实施例中，如图6所示，激光系统包括输出激光的外部激光器104和如上所述的激光器预偏置装置10，具体的，外部激光器104与激光器预偏置装置10中的驱动模块103连接。
上述激光系统，包括输出激光的外部激光器和激光器预偏置装置，其中，激光器预偏置装置包括依次连接的产生预偏置信号的预偏置发生模块，接收预偏置信号和外部脉冲信号、输出叠加信号的信号叠加模块，以及接收叠加信号、驱动外部激光器输出激光的驱动模块，通过在外部激光器的驱动信号中叠加一预偏置信号，使其在无外部脉冲信号输出时有微弱的直流功率输出，在有外部脉冲信号输出时，激光器不会进行调制，其输出功率完全线性，最终放大输出时，其峰值会大幅度降低，从而提高了激光器的稳定性和输出可用能量占比。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。