大功率半导体激光器驱动电源保护电路设计

大功率半导体激光器驱动电源的关键是保护电路的设计。通过双限流电路和浪涌强制吸收或隔离保护电路的设计,解决了大功率半导体激光器驱动电源常见的浪涌冲击和电流恒定的难题。实验结果表明电流输出稳定度达到0．04％,浪涌被很好地抑制。     

脉冲半导体激光器电源电路分析

直接调制的大电流窄脉宽驱动电源是脉冲半导体激光器获得高峰值功率输出的重要保证。建立了脉冲半导体激光器驱动电源的等效电路及其LRC回路模型，对线性常系数二阶齐次微分方程的分析解进行了分析，并与实验结果做了比较。结果显示，当电源主要参数满足R≥2√L/C关系时，可获得较为理想的非振荡放电过程，实测脉冲波形及其特性与计算结果相符合。     

分布反馈量子级联激光器脉冲驱动电源的研制

为了满足中红外一氧化碳检测中分布反馈量子级联激光器的驱动要求,设计并实现了一种专用型脉冲驱动电源.首先,研制了高稳定的供电系统和完善的保护系统,显著提高了驱动脉冲的质量并保证了电源工作的可靠性;其次,依据"多级隔离"的思想设计了电源各功能电路,很大程度上提高了驱动电源的抗干扰能力;同时,将深度电压负反馈与比例-积分-微分控制算法相结合,有效提高了输出电流的稳定度.利用该驱动电源对中科院半导体所研制的波长为4.76μm的分布反馈量子级联激光器做了驱动测试.实验结果表明,在长时间(200h)运行中,系统驱动电流的稳定度为2.5×10-5,线性度为0.004%,满足分布反馈量子级联激光器的驱动要求,为中红外一氧化碳的可靠检测提供了保障.     

用于低噪声DPL激光器的高稳定性LD驱动源的研制

根据高稳定性、低噪声半导体泵浦激光器(DPL激光器)对于激光电源的要求,研制了一台工作电流可达7A、集电流慢启动和过流保护等多重保护于一体的高稳定性LD驱动源,分析了其高稳定性电源的工作原理和影响电流稳定度的主要因素,得到了电流稳定度为2.0×10-4的高稳定性电流输出。以此激光电源作为高稳定性DPL激光器的LD驱动源,获得了3.5h内功率稳定性小于4‰的激光输出。     

室温连续中红外量子级联激光器驱动电源的研制

为了满足中红外波长调制光谱技术中室温连续中红外量子级联激光器的驱动要求,设计并研制了一种量子级联激光器驱动电源系统.首先,设计了直接数字合成模块来产生直流、锯齿波和正弦波的叠加驱动信号以调谐激光器的电流,进而调制其输出波长;其次,设计了高速(约40ns)过流保护电路,配合电压深度负反馈原理,保证激光器工作的可靠性,提高激光器电流的稳定度;再次,将比例-积分-微分软件算法与温度模拟控制电路相结合,在简化电路结构的同时,有效地控制和稳定激光器的温度,防止因温度变化造成激光器输出波长的漂移和发光功率的波动.利用该驱动电源系统对中科院半导体所研制的中心波长为4.76μm的量子级联激光器做驱动测试,结果表明:驱动电源系统电流调节的线性度为0.0068%,驱动电源的长期(240h)电流稳定度为4.99×10-5,量子级联激光器的光强稳定度为5.07×10-4,控温稳定性为0.01℃,温度稳定时间为17s;当量子级联激光器的驱动电流为330mA,温度为21℃时,在240h内峰值波长的漂移为±0.02nm.     

四模块并联交错大功率激光驱动电源研制

根据高功率半导体激光器对大功率、低纹波、高可靠性恒流源驱动源的需求,设计了基于4个BUCK模块并联交错输出的恒流电源,最大输出功率37.5 kW（250 V×150 A）。4个模块导通时间依次间隔T/4使模块间的纹波抵消降低,实现输出电流纹波率0.066%。利用FPGA并行优势快速响应输出保护,在12.2 µs内即可关断输出,保护优异。测试结果验证了设计,目前已成功应用于某项目中。     

激光照明用驱动电源的设计

设计了一种功率可调式激光器驱动电源,包括驱动电路和温控电路,实现了对激光器的直接强度调制.采用慢启动、断电保护、过流保护等多种技术较好地提高了电源的工作性能.基于温控技术设计了一种实用的温控电路,保证激光器在较宽的温度范围内安全正常工作.通过理论分析,探讨了提高调制带宽的方法.该电源输出电流0～2 A,可以同时驱动多个并联大功率激光器,工作性能稳定可靠,具有广泛的应用价值.     

宽输出电压的半导体激光器驱动电源研究

介绍了一种大功率、宽输出电压范围的半导体激光器脉冲驱动电源的设计方法。根据半导体激光器脉冲驱动电源高电压、大电流的工作特性需求,脉冲放电环节采用多模块级联与功率开关管线性控制脉冲放电相结合的拓扑结构,这样既实现了脉冲电流平滑稳定,又提高了输出电压等级与功率。充电环节采取LCC谐振变换器结构,其抗负载短路和开路的能力非常适用于脉冲放电场合。该脉冲电源输出参数为：电压0~1000 V,电流1~160 A,脉宽200~250 μs,频率100 Hz内可调,具备较宽泛灵活的输出范围,可适应不同规模的激光二极管阵列。最后,分别通过单模块、两模块与三模块小功率级联型驱动实验验证了采用多模块级联与功率开关管线性控制脉冲放电相结合方法的可行性。     

一种高稳定半导体激光器驱动电源的设计与分析

设计了一种高稳定半导体激光器驱动恒流电源,分析和讨论了集成运放负反馈型恒流源的负载、温度特性以及稳定精度。给出了LD注入电流稳定度的测量结果,LD注入电流稳定度可达10^-6,用稳定的激光器观察了充有约1．3kPa缓冲气体的自然铷的D2吸收谱线。此外,该电源还具有抗击浪涌击穿、断电保护和过流保护等多种功能。     

干涉测量用半导体激光器驱动电源

设计了一种可调制的高稳定度半导体激光器驱动电路。该电路的直流稳定度高达1.5×10-5，输出电流在0～200mA内连续可调，长时间工作（12h以上）电流变化小于1μA；在直流基础上注入100kHz～300kHz的调制电流，其调制深度为0～100mA连续可调，可实现在激光干涉测量中对光波频率和光波强度的调制。将该电路驱动的光栅外腔半导体激光器和辅助温度控制电路应用于光干涉测量技术中，得到了功率稳定、波长单一的激光输出，解决了激光器的跳模现象，完成了对远距离微小振动（纳米量级）的测量。     

基于PSpice的半导体激光高频调制系统设计

为了实现高频率的调制激光输出,设计了一种驱动系统由信号放大、电流调制、过流保护和具有慢启动功能的直流偏置电路高度集成的半导体激光高频调制系统。此系统采用了结构简单的直接调制方式,运用线性调频的高频信号去控制半导体激光器发射激光的强度,从而实现高频调制。在运用OrCAD/PSpice对高频调制驱动系统进行模拟仿真的基础上,最终研制出的半导体激光高频调制系统实现了频率为40.02 MHz、直流偏置为493.326 mA、正弦波调制电流峰峰值为850 mA的高频调制输出,调制激光平均功率为300 mW。     

GaAs基高功率半导体激光器单管耦合研究

设计了一种高亮度、高功率半导体激光器单管耦合输出模块, 采用波长为975nm的10W的GaAs基半导体激光器, 将半导体激光器输出光束耦合进数值孔径0.18、纤芯直径105μm的光纤中, 获得10A电流下的输出功率为9.37W, 耦合效率为94.3%, 亮度为1.64MW/(cm²·str)。     

机载大功率半导体激光信标系统设计

为配合地面探测跟踪系统对飞行目标的探测,设计了一种以４０ Ｗ 紧凑型半导体激光器为光源、具有一定发散角的机载式单色信标系统。由于系统要满足机载平台加装体积小、质量轻、散热好的要求,设计了一体成型的鳍片式壳体结构,解决系统散热问题的同时,控制了整体质量。为实现在有限体积内,４０ Ｗ 单阵列光纤耦合半导体激光器模块所需的６０A 大电流恒流驱动,采用叠相调制技术和同步ＢUＣＫ 变换电路结构;为解决激光器在高空低温环境下输出光功率和中心波长能够稳定控制的难题,设计了数模混合双向温控系统。利用ＺEMAX 软件设计了双凹透镜组结构的扩束装置,实现了对激光发散角的发散和可调节。通过环境考核测试,系统在０℃～１５℃的低温环境下,输出光功率稳定度和波长控制精度均能满足要求。     

基于沸腾-空化耦合效应的微通道线阵LD用热沉

针对大功率LD的冷却需求,基于沸腾-空化耦合效应,研制了一种微通道相变热沉,封装腔长1.5 mm的LD线阵。依据加工条件确定通道宽度、深度以及间距,采用2维数值模型估算了通道长度,热沉材料采用无氧铜,多层叠焊,外形尺寸为20 mm×12 mm×1.6 mm。实验测试了连续功率LD输出0～100 W时的电 光转换效率以及电流 输出功率等特性,冷却工质采用R134a,磁驱齿轮泵电机转速50 r/s时热沉热阻为0.3 ℃/W。结果显示微通道相变热沉具有良好的散热能力,能够满足大功率LD的散热要求。     

一种大功率窄脉冲半导体激光器测试台的研制

大功率窄脉冲半导体激光器主要光电性能参数为:输出峰值光功率、阈值电流、正向电压、上升时间、峰值波长、光谱半宽、半强度角.根据激光制导系统对大功率窄脉冲激光器参数的特殊测试要求,研制一种大功率窄脉冲激光器测试平台,将小型化大功率激励器功放模块、大范围可调DC-DC模块、信号源板、激光器座、光学准直镜集成在一个平台上,与峰值功率计、光谱仪、CCD摄像机等仪器配合,可测出大功率窄脉冲激光器的峰值功率、峰值波长及波长随温度变化的漂移特性、发光芯均匀性等参数.介绍了大功率窄脉冲激光器测试台的特点,并对测试结果作了论述.     

实用型放电泵浦XeF(B-X)准分子激光器

研制了一台实用型放电泵浦的351 nm XeF(B-X)准分子激光器,激光器采用新型开关电源、结构紧凑型张氏电极及放电火花预电离的激光腔结构,通过优化储能电容和放电电容量及比值,选取合理的工作气体压力和配比,优化了激光器性能,提高了激光器输出参数:单脉冲能量153 mJ,平均功率12.9 W,转换效率最高达到0.88%,重复频率1~80 Hz,能量不稳定度小于4%,近场光斑尺寸7 mm×22 mm。激光器已应用到常规抗蚀剂曝光的印刷电路板(PCB)激光投影成像照明系统的实验中。     

基于单片机的LD控制系统的设计

为了实现激光器稳定、可靠和准确的功率输出,介绍一种基于单片机实现半导体激光器功率高稳定的控制系统。该系统以MSP430单片机为核心,根据半导体激光器的工作原理,设计了受控恒流源、温度控制系统和光功率反馈系统等部分。此外,系统还具有激光功率的实时控制、显示和设置以及软开关和软保护等功能。功率稳定采用光功率反馈法,温度控制采用高精度PWM驱动的半导体制冷器。光功率稳定度优于0.25%。     

通信用大功率半导体激光器的温控系统

主要叙述通信用大功率半导体激光器曙控原理及激光组件的构成。解决了大功率半导体激光器工程应用中输出功率和波长随温度变化较大的问题。