阅读说明：本技术 一种带同步功能的大功率高速激光波形发生装置 (High-power high-speed laser waveform generating device with synchronization function ) 是由 刘赟 谭小妹 关珮雯 李文涛 刘广柏 于 2020-11-20 设计创作，主要内容包括：本发明要解决的技术问题是：现有半导体激光器的恒流驱动存在分布电容,导致电流难以跟随快速变化地控制电压。为了解决上述技术问题,本发明的技术方案是提供了一种带同步功能的大功率高速激光波形发生装置,其特征在于,包括可以产生任意波形输出的高速恒流驱动模块和由高速恒流驱动模块驱动的激光发生装置。本发明涉及一种可同步、高速、高功率、任意时域波形激光发生装置,属于电子技术、激光领域,尤其属于激光驱动技术领域。(The technical problem to be solved by the invention is as follows: the constant current drive of the existing semiconductor laser has distributed capacitance, so that the current is difficult to control the voltage along with rapid change. In order to solve the technical problems, the technical scheme of the invention is to provide a high-power high-speed laser waveform generating device with a synchronization function, which is characterized by comprising a high-speed constant current driving module capable of generating arbitrary waveform output and a laser generating device driven by the high-speed constant current driving module. The invention relates to a laser generating device capable of synchronously generating high-speed high-power arbitrary time domain waveforms, belongs to the field of electronic technology and laser, and particularly belongs to the technical field of laser driving.)

一种带同步功能的大功率高速激光波形发生装置

技术领域

本发明涉及一种可同步、高速、高功率、任意时域波形激光发生装置，属于电子技术、激光领域，尤其属于激光驱动技术领域。

背景技术

恒流源是一种激励装置，具有电流不随负载变化的特性。在激光器领域常用的半导体激光器都属于电流敏感器件，必须由恒流驱动，以保障可靠运行。常规用于半导体激光器的恒流驱动是以运算放大器采用MOS管或三极管扩流后输出，由于分布电容存在，并且难以消除，导致电流难以跟随快速变化地控制电压，上述缺点限制了激光器的应用，如增加穿孔等。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：现有半导体激光器的恒流驱动存在分布电容，导致电流难以跟随快速变化地控制电压。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供了一种带同步功能的大功率高速激光波形发生装置，其特征在于，包括可以产生任意波形输出的高速恒流驱动模块和由高速恒流驱动模块驱动的激光发生装置，其中：

高速恒流驱动模块包括可配置的延时输入单元、可配置的延时输出单元、波形数据输出单元、高速数模转换单元及闭环可控制电流输出单元；触发输入信号输入延时输入单元后，一方面输入波形数据输出单元，另一方面触发输入信号经过延时输入单元后，再经过可配置的延时输出单元产生触发输出信号，触发输出信号可作为与当前所述大功率高速激光波形发生装置级联的另一所述大功率高速激光波形发生装置的触发输入信号；波形数据输出单元接收到延时输入单元输出的信号后，将通过控制接口接收到的波形数据输出至高速数模转换单元，由高速数模转换单元将数字信号转换后模拟信号后输出至闭环可控制电流输出单元；

闭环可控制电流输出单元包括形成闭环的电流控制单元、电流缓冲单元、电流反馈单元及恒流发生单元，电流控制单元接收高速数模转换单元给出的模拟信号以及电流反馈单元反馈的电流信号后经由电流缓冲单元向恒流发生单元输出控制信号，恒流发生单元输出的电流信号一方面用于驱动激光发生装置用于产生激光信号，另一方面恒流发生单元将输出的电流信号通过电流反馈单元反馈给电流控制单元，从而实现闭环控制。

优选地，所述波形数据输出单元包括地址发生单元及数据存储单元，通过所述控制接口传入的所述波形数据存储在数据存储单元内；波形数据输出单元接收到所述延时输入单元输出的信号后，依据地址发生单元发生的地址读取数据存储单元内存储的数据后输出至所述高速数模转换单元。

优选地，所述激光发生装置采用电光转换组单元。

优选地，所述波形数据包括幅值、频率及相位。

本发明的另一个技术方案是提供了一种带同步功能的大功率高速激光波形发生装置的应用，其特征在于，将N个上述的大功率高速激光波形发生装置级联使用，N≥2，则第n个所述大功率高速激光波形发生装置的所述触发输出信号作为第n+1个所述大功率高速激光波形发生装置的所述触发输入信号，n＝1,…,(N-1)；

N个所述的大功率高速激光波形发生装置输出的N路所述激光信号通过合路单元合为1路输出。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1)本发明的电流缓冲单元极大提高了电流响应速度；

2)直接数字波形合成实现了高时间分辨率；

3)可同步、任意相位配置，应用上可以实现脉冲叠加，同步合束，移相。

附图说明

图1为本发明的原理图；

图2为本发明的一种应用的原理图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

如图1所示，本发明提供的一种带同步功能的大功率高速激光波形发生装置，包括可以产生任意波形输出的高速恒流驱动模块和由高速恒流驱动模块驱动的激光发生装置。

高速恒流驱动模块包括可配置的延时输入单元104、可配置的延时输出单元105、波形数据输出单元115、高速数模转换单元108及闭环可控制电流输出单元。

触发输入信号101输入延时输入单元104后，一方面输入波形数据输出单元115。另一方面触发输入信号101经过延时输入单元104后，再经过可配置的延时输出单元105产生触发输出信号102。触发输出信号102可作为与当前大功率高速激光波形发生装置级联的另一所述大功率高速激光波形发生装置的触发输入信号101。

波形数据输出单元115包括地址发生单元106及数据存储单元107。通过控制接口103传入的波形数据存储在数据存储单元107内，波形数据包括幅值、频率及相位。波形数据输出单元115接收到延时输入单元104输出的信号后，依据地址发生单元106发生的地址读取数据存储单元107内存储的数据后输出至高速数模转换单元108。

本实施例中，延时输入单元104、延时输出单元105、地址发生单元106及数据存储单元107采用可编程逻辑器件设计，数据存储单元107为内部RAM。波形数据输出单元115预加载波形数据至内部RAM，地址发生单元106读内部RAM输出至高速数模转换单元108。

高速数模转换单元108将数字信号转换后模拟信号后输出至闭环可控制电流输出单元。本实施例中，高速数模转换单元108采用ADI的125Msps DAC芯片。

闭环可控制电流输出单元包括形成闭环的电流控制单元109、电流缓冲单元110、电流反馈单元111及恒流发生单元112。电流控制单元109接收高速数模转换单元108给出的模拟信号以及电流反馈单元111反馈的电流信号后经由电流缓冲单元110向恒流发生单元112输出控制信号。恒流发生单元112输出的电流信号一方面用于驱动激光发生装置(本实施例中为电光转换组单元113)用于产生激光信号114。另一方面恒流发生单元112将输出的电流信号通过电流反馈单元111反馈给电流控制单元109，从而实现闭环控制。本实施例中，电流控制单元109采用高压摆率运算放大器，带宽大于100MHz。电流缓冲单元110为电流缓冲芯片。电流反馈单元111采用电流取样电阻，电阻为0.1Ω，需要做散热设计。恒流发生单元112采用NMOS芯片，需要做散热设计。

如图2所示，本实施例中的带同步功能的大功率高速激光波形发生装置的应用为将上述的两个大功率高速激光波形发生装置级联使用，分别为大功率高速激光波形发生装置202及大功率高速激光波形发生装置203。201为可编程逻辑器件，用于实现延时输入单元104、延时输出单元105、地址发生单元106及数据存储单元107。大功率高速激光波形发生装置202输出的触发输出信号102作为大功率高速激光波形发生装置203的触发输入信号101，通过配置大功率高速激光波形发生装置203的输入延时时间可以得到任意相位差的激光输出或者幅值叠加的激光输出。大功率高速激光波形发生装置202及大功率高速激光波形发生装置203输出的两路激光信号114通过合路单元116合为1路输出。