[发明专利]一种脉冲式激光器可调快速常压智能驱动电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种脉冲式激光器可调快速常压智能驱动电路，适用于环境气体的光声光谱监测中量子级联激光器的驱动，也可用于红外对抗、毒品和爆炸物监测、太赫兹成像等领域应用量子级联激光器或其它脉冲式激光器的场合，属于电子设备的技术领域。

背景技术

脉冲式激光器工作在脉冲供电模式下，避免了连续大电流工作下发热严重的问题，对温度控制要求降低，有利于节约成本，方便使用。作为一种脉冲式激光器的量子级联激光器(Quantum Cascade Laser,QCL)是一种新型红外相干光源，具有小型、相干、可调谐等特点，在国家安全、环境污染监测(如汽车尾气、矿井瓦斯气体、工业废气等)、医疗疾病诊断(病人呼出气体监测等)、工农业生产生活等领域具有重要的应用价值，应用场合非常广。然而驱动此类脉冲式激光器的脉冲电源所输出脉冲电流的上升/下降沿时间、幅值、脉宽、稳定度和重复频率等参数都对脉冲式激光器的输出光功率的稳定性和工作效率产生重要影响。

目前国内外很多研究机构和相关的高科技企业在激光器脉冲驱动电路的研制和开发上取得一系列成果，尤其是美国和德国等研制的相关产品处于国际领先地位，引领着激光器脉冲驱动技术的发展。美国ILX Lightwave公司是激光器脉冲驱动器领域的佼佼者，相关产品包括LDP-3830、LDP-3811、LDP-3840B以及高功率驱动器系列如LDX-3690等，另外德国Artifex公司也拥有相关产品如LDD-100等。这些产品的总体性能都很好，除了能够实现一定幅值脉冲电流外，在激光器的保护上也做得很到位，但其具体参数并没有达到十分出色的状态，仍有改进余地，另外这些产品售价也较昂贵，增加了使用和维护成本，也很有国产化的必要。对这些产品的最优参数进行统计列表如下：

总结现有的激光器脉冲驱动电源具有如下的缺点：

(1)现有的激光器脉冲驱动电源输出脉冲电流的最短上升/下降时间较长，多数超过25纳秒，限制了脉冲式激光器在室温下的有效工作。

(2)现有的激光器脉冲驱动电源，不具备脉冲峰值调制的功能，无法实现脉冲式激光器在光声光谱气体监测方面的应用。

(3)现有的激光器脉冲驱动电源为工作台形态，体积较大，价格昂贵，不利于小型化和便携式应用。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术和产品的上述不足，提供一种脉冲式激光器可调快速常压智能驱动电路，实现了常压下输出脉冲大电流、幅值高低可调、幅值变化可调制、脉冲上升/下降时间短(≤20ns)、脉宽处平坦、无过冲、稳定及最大重复频率超过1MHz的目标。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明的一种脉冲式激光器可调快速常压智能驱动电路，包括控制电路(1)、高速驱动电路(2)、储能元件充放电电路(3)、脉冲式激光器及其保护电路(4)、充电能量调节电路(5)、平均电流监视电路(6)、脉冲峰值监视电路(7)和能量快速泄放电路(8)。

控制电路(1)包括MCU、A/D和D/A；利用MCU作为控制器，直接输出控制信号至高速驱动电路(2)，使储能元件充放电电路(3)工作，通过A/D芯片采集来自脉冲驱动电路的电流状态，从而调整通过D/A输出给充电能量调节电路(5)的电压，改变储能元件上的能量，调节电路中的脉冲电流幅值和变化规律；

其中，控制电路(1)输出控制信号至高速驱动电路(2)，使储能元件充放电电路(3)工作，通过采集来自储能元件充放电电路(3)的放电电流的电流状态，从而调整输出给充电能量调节电路(5)的电压，改变储能元件充放电电路(3)中C10和C9的能量，调节储能元件充放电电路(3)的放电电流的脉冲电流幅值和变化规律；

高速驱动电路(2)包括电阻R30、电阻R31、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电容C5和MOS驱动器U4；

电阻R30的一端与MOS驱动器U4的输入通道A连接，电阻R30的另一端与地、R31的一端、MOS驱动器U4的GND端连接，R31的另一端与MOS驱动器U4的输入通道B连接，MOS驱动器U4的输出通道A与电阻R11的一端、电阻R12的一端连接，电阻R11的另一端与电容C5的一端连接，电容C5的另一端与电阻R12的另一端、电阻R13的一端连接；电阻R13的另一端接地；MOS驱动器U4的VCC接+5V电源；