基于rc电路的高重频短脉冲激光调制电路及其工作过程的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于激光发射技术领域，具体涉及一种基于RC电路的高重频短脉冲激光调制电路及其工作过程。
【背景技术】
[〇〇〇2] 半导体激光器(Semiconductor Laser)，也称作激光二极管(Laser D1de)，简称LD，是利用半导体中的电子跃迀，引起光子受激发射，而产生的光振荡和光放大等器件的总称。
[0003]半导体激光器与其它类型的激光器相比，具有以下优点:转换的效率高;频率范围广；调制方便;驱动电源电压比较低。
[0004]半导体激光器在很多领域都得到广泛应用。半导体激光器广泛应用在激光通讯、激光制导跟踪、激光雷达、激光测距、激光武器模拟、激光瞄准与告警、激光探潜、激光制自武器等军事领域;在工业生产过程中，大功率半导体激光器可用于激光打孔、切割、焊接、钎焊、划片、打标、激光材料表面硬化处理、激光烧结、热压成型等方面;此外，半导体激光器在矿业、建筑业、基础学科研究、宇航等方面也有广泛的应用。半导体激光器的功率与电流和温度有关。如果要提高半导体激光器的性能，主要有两个途径:一是采用新的半导体技术，二是提高半导体激光电源的性能指标。
[0005]半导体激光电源是半导体激光器的重要组成部分，它随着激光器的发展而不断发展。固体激光器最初采用直流电源经过限流电阻给储能电容器充电，即RC充电方式。其缺点是只适用于低频率及电源充电效率不高的场合。随着新型激光装置的不断发展，对激光器提出了高效率、高重复频率、低成本和高可靠性的要求。LC恒流充电电路能够满足在低频大能量工作条件下的激光装置，其特点是以恒定电流给储能电容器充电，既提高了充电效率又提高了电源稳定性。为了满足高重复频率的激光装置，研制出了直流LC谐振充电电路。它有效地解决了激光电源在高频下工作的充电效率问题，缺点是体积和重量不能明显地减少。为了进一步减小体积和重量并提高充电效率，人们又把开关电源技术引入激光器电源中。随着电子技术的发展，电子开关的电路从快速晶体管，到自行关断的功率场效应晶体管和绝缘栅双极晶体管电路，激光电源的性能也不断提高，适应领域也不断扩大。
【发明内容】
[0006]针对原有激光脉冲电路频率和功率难以同时提升，脉宽不易进一步降低的问题，本发明的目的在于提供一种基于RC电路的高重频短脉冲激光调制电路及其工作过程，本发明在传统RC充放电电路的基础上，采用多重信号下两个储能电路联合供电的方案，并采用了高速模拟开关，例如高速开关mos管等，在保证原有方案功率不变的前提下，既能实现频率加倍，又能降低脉宽和上升时间，从而提高了激光脉冲发射电路的性能。
[0007]为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的:
[0008]一种基于RC电路的高重频短脉冲激光调制电路，包括第一高压电源1和第二高压电源2,两者电压相等;第一高压电源1负极接地，正极分别与第一去耦电容3正极板和第一限流电阻7—端相连;第一去耦电容3负极板接地，第一限流电阻7另一端分别与第一储能元件5—端和第一模拟开关11 一端相连;第一模拟开关11另一端接地，开关状态受第一脉冲信号13的控制;第一储能元件5另一端分别与第一钳位二极管8的正极和第二模拟开关12的一端相连，第二模拟开关12的开关状态受第二脉冲信号14的控制;第二高压电源2负极接地，正极分别与第二去耦电容4正极板和第二限流电阻9 一端相连;第二去耦电容4负极板接地，第二限流电阻9另一端分别与第二储能元件6—端和第三模拟开关15—端相连;第三模拟开关15另一端接地，开关状态受第三脉冲信号17的控制;第二储能元件6另一端分别与第二钳位二极管10的正极和第四模拟开关16的一端相连，第四模拟开关16的开关状态受第四脉冲信号18的控制;第二模拟开关12的另一端和第四模拟开关16的另一端分别与激光二极管20的负极和第三限流电阻19的一端依次相连，第三限流电阻19的另一端接地；
[0009]第一储能元件5的充电回路由第一高压电源1、第一限流电阻7、第一储能元件5和第一钳位二极管8组成;第二储能元件6的充电回路由第二高压电源2、第二限流电阻9、第二储能元件6和第二钳位二极管10组成;第一储能元件5的放电回路由第一储能元件5、第一模拟开关11、第三限流电阻19、激光二极管20和第二模拟开关12组成;第二储能元件6的放电回路由第二储能元件6、第三模拟开关15、第三限流电阻19、激光二极管20、第四模拟开关16组成。
[〇〇1〇] 所述第三限流电阻19的电阻值远小于第一限流电阻7和第二限流电阻9的电阻值。
[0011]上述一种基于RC电路的高重频短脉冲激光调制电路，其工作过程如下:
[0012]步骤1:初始化系统，打开第一高压电源1和第二高压电源2,此时第一脉冲信号13、第二脉冲信号14、第三脉冲信号17和第四脉冲信号18尚未输入，第一模拟开关11、第二模拟开关12、第三模拟开关15和第四模拟开关16均处于断开状态，第一储能元件5和第二储能元件6完成充电过程；
[0013]步骤2:加载第一脉冲信号13和第二脉冲信号14,使第一模拟开关11和第二模拟开关12闭合，所在支路接通，依次经过第一储能元件5、第一模拟开关11、第三限流电阻19、激光二极管20和第二模拟开关12,第一储能元件5快速放电，使得激光二极管20发射一个窄脉宽大功率的激光脉冲；因为此时第三脉冲信号17和第四脉冲信号18为低电平，第三模拟开关15和第四模拟开关16是断开状态，因此第一储能元件5放电不受第二储能元件6的影响；
[0014]步骤3:第一储能元件5完成第一次放电后，第一模拟开关11和第二模拟开关12随之断开，两个相邻的第一脉冲信号13时间间隔为T，在下一个第一脉冲信号13到达之前，第一储能元件5在时间T内完成充电，且不受第二储能元件6的影响，第一储能元件5和第二储能元件6充电过程也是独立的；
[0015]步骤4:第三脉冲信号17和第四脉冲信号18比第一脉冲信号13和第二脉冲信号14滞后T/2到达，此时，第三模拟开关15和第四模拟开关16闭合，所在支路接通，依次经过第二储能元件6、第三模拟开关15、第三限流电阻19、激光二极管20和第四模拟开关16,第二储能元件6快速放电，使得激光二极管20发射一个窄脉宽大功率的激光脉冲;在此过程中，第一脉冲信号13和第二脉冲信号14为低电平，第一模拟开关11和第二模拟开关12是断开状态，因此第二储能元件6放电也不受第一储能元件5的影响；
[0016]步骤5:由以上分析可知，第一储能元件5、第二储能元件6的充放电是独立的；不断重复步骤2、3和4的充放电过程，第一储能元件5、第二储能元件6交替循环完成充放电；对激光二极管而言，每隔T/2就释放出激光脉冲，实现了脉冲周期减半，频率加倍。
[0017]本发明提出的一种基于RC电路的高重频短脉冲激光调制电路的设计方案，充分兼顾了功率、频率和脉宽等因素，对于已有电路所存在的问题进行了针对性的解决;其创新之处在于:一是克服了传统方案频率和功率不能兼顾的矛盾，引入两路充放电电路分别作用于激光二极管，在保证脉冲功率不变的情况下，激光脉冲的频率实现了加倍提高;二是采用了四路信号分别控制四个高速模拟开关，从原理上消除了两个充放电电路间的互相影响，使得两路电源能够按照既定方案，既互相协调，同时又独立工作;三是与传统方案相比，所需元件性能指标基本不变，易于实现，有很高的实用价值。
【附图说明】
[0018]图1是本发明电路原理图。
[0019]图2是本发明控制信号示意图。
[0020]图3是本发明电路工作流程图。
【具体实施方式】
[0021]现结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述:
[0022]本发明在原有RC充放电电路的基础上，采用多重信号下两个储能电路联合供电的方案，在不降低功率的前提下，实现激光脉冲频率的加倍。
[〇〇23]如图1所示，本发明一种基于RC电路的高重频短脉冲激光调制电路，包括第一高压电源1和第二高压电源2,两者电压相等;第一高压电源1负极接地，正极分别与第一去耦电容3正极板和第一限流电阻7—端相连;第一去耦电容3负极板接地，第一限流电阻7另一端分别与第一储能元件5—端和第一模拟开关11 一端相连;第一模拟开关11另一端接地，开关状态受第一脉冲信号13的控制;第一储能元件5另一端分别与第一钳位二极管8的正极和第二模拟开关12的一端相连，第二模拟开关12的开关状态受第二脉冲信号14的控制；第二高压电源2负极接地，正极分别与第二去耦电容4正极板和第二限流电阻9 一端相连;第二去耦电容4负极板接地，第二限流电阻9另一端分别与第二储能元件6—端和第三模拟开关15—端相连;第三模拟开关15另一端接地，开关状态受第三脉冲信号17的控制;第二储能元件6另一端分别与第二钳位二极管10的正极和第四模拟开关16的一端相连，第四模拟开关16的开关状态受第四脉冲信号18的控制;第二模拟开关12的另一端和第四模拟开关16的另一端分别与激光二极管20的负极和第三限流电阻19的一端依次相连，第三限流电阻19的另一端接地；
[0024]第一储能元件5的充电回路由第一高压电源1、第一限流电阻7、第一储能元件5和第一钳位二极管8组成;第二储能元件6的充电回路由第二高压电源2、第二限流电阻9、第二储能元件6和第二钳位二极管10组成;第一储能元件5的放电回路由第一储能元件5、第一模拟开关11、第三限流电阻19、激光二极管20和第二模拟开关12组成;第二储能元件6的放电回路由第二储能元件6、第三模拟开关15、第三限