一种新型高重频短脉冲ld激光器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，具体涉及一种新型高重频短脉冲LD激光器及其工作过程。
【背景技术】
[0002]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]针对传统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新型高重频短脉冲LD激光器及其工作过程，本发明在传统RC充电电路的基础上，采用两路电源在两路信号下分别供电，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沿时间，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]—种新型高重频短脉冲LD激光器，包括正高压电源I和负高压电源2，正高压电源I正极为正电压，负高压电源2正极为负电压，两者电压大小相等;正高压电源I负极接地，正极分别与第一去親电容3正极板和第一限流电阻7—端相连;第一去親电容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12的控制;第一储能元件5另一端分别与第一钳位二极管8的正极和激光二极管16的负极相连；负高压电源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—端和第二模拟开关13—端相连;第二模拟开关13另一端接地，开关状态受第二脉冲信号14的控制;第二储能元件6另一端分别与第二钳位二极管10的负极和第三限流电阻15的一端相连，第三限流电阻15的另一端与激光二极管16的正极相连；
[0009]第一储能元件5的充电回路依次经过第一高压电源1、第一限流电阻7、第一储能元件5和第一钳位二极管8;第二储能元件6的充电回路依次经过第二高压电源2、第二钳位二极管10、第二储能元件6和第二限流电阻9;第一储能元件5的放电回路依次经过第一储能元件5、第一高速模拟开关11、第二钳位二极管10、第三限流电阻15、激光二极管16;第二储能元件6的放电回路依次经过第二储能元件6、第三限流电阻15、激光二极管16、第一钳位二极管8、第二模拟开关13。
[0010]所述第三限流电阻15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]上述新型高重频短脉冲LD激光器的工作过程，包括如下步骤:
[0012]步骤1:初始化系统，打开正高压电源I和负高压电源2，此时第一脉冲信号12和第二脉冲信号14尚未输入，第一模拟开关11和第二模拟开关13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12、第二脉冲信号14，12比14相位超前H，并保持稳定；
[0014]步骤3:在第一脉冲信号12的作用下，第一模拟开关11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、第二钳位二极管10、第三限流电阻15和激光二极管16回路，第一储能元件5快速放电，使得激光二极管发射一个窄脉宽大功率的激光脉冲;第一储能元件5放电过程中，因为第二脉冲信号14为低电平，第二模拟开关13断开，第二储能元件6的放电回路是断开的，故第二储能元件6不参与放电；
[0015]步骤4:第二脉冲信号14比第一脉冲信号12滞后T/2到达，此时，第二模拟开关13闭合，所在支路接通，因为第二储能元件6连接的是负高压，故依次经过第二储能元件6、第三限流电阻15、激光二极管16、第一钳位二极管8和第二模拟开关13回路，第二储能元件6快速放电，使得激光二极管发射一个窄脉宽大功率的激光脉冲;在此过程中，因为第一脉冲信号12为低电平，第一模拟开关11断开，第一储能元件5的放电回路是断开的，故第一储能元件5不参与放电；可以认为激光管两侧电路的工作状态互不影响；
[0016]步骤5:在相邻的两个第一脉冲信号12之间的时间间隔T内，第一储能元件5完成充电；重复步骤3和步骤4的放电过程，第一储能元件5和第二储能元件6交替循环，独立放电；对激光管而言，每隔T/2就释放出激光脉冲，实现了脉冲频率的加倍。
[0017]本发明提出的一种新型的高重频短脉冲LD激光器的设计方案，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；二是采用了两路信号分别控制两个高速模拟开关，并搭配以正负高压电源，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是本发明新型高重频短脉冲LD激光器发射电路原理图。
[0019]图2是本发明新型高重频短脉冲LD激光器控制信号示意图。
[0020]图3是本发明新型高重频短脉冲LD激光器工作流程图。
【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]本实施方式是在原有RC充放电方式的基础上，引入两路电源联合供电，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。
[0023]如图1所示，本发明一种新型高重频短脉冲LD激光器，包括正高压电源I和负高压电源2，正高压电源I正极为正电压，负高压电源2正极为负电压，两者电压大小相等;正高压电源I负极接地，正极分别与第一去親电容3正极板和第一限流电阻7—端相连;第一去親电容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12的控制;第一储能元件5另一端分别与第一钳位二极管8的正极和激光二极管16的负极相连；负高压电源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—端和第二模拟开关13—端相连;第二模拟开关13另一端接地，开关状态受第二脉冲信号14的控制;第二储能元件6另一端分别与第二钳位二极管10的负极和第三限流电阻15的一端相连，第三限流电阻15的另一端与激光二极管16的正极相连；
[0024]第