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1、第6卷第4期光学与光电技术Vol.6,No.42008年8月OPTICS&OPTOELECTRONICTECHNOLOGYAugust,2008文章编号:1672-3392(2008)04-0001-03脉冲半导体激光器电源电路分析严兵(海军驻航天二院代表室,北京100854)摘要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R2L/C的关系时,可获得较为理想的非振荡放电过
2、程,实测脉冲波形及其特性与计算结果相符合。关键词脉冲半导体激光器;电源;驱动电路中图分类号TN248.4文献标识码A电阻和电路串联电阻。为了减小体积,储能元件一1引言般选电容,考虑到放电的速度,用功率MOSFET管作为开关元件。脉冲半导体激光器具有峰值功率高、体积小等优势,已被广泛应用于激光测距、激光雷达和自由空间激光通信等领域。在激光探测和激光通信中,系统带宽、作用距离、精度、抗干扰和低功耗等性能[1-2]都取决于半导体激光器发射的激光脉冲质量,而半导体激光器发射的光脉冲是由激光电源产生图1脉冲半导体激光器驱动电源结构形式的电脉冲直接调制得到的,激光器产生的光
3、脉冲特Fig.1Simplifiedcircuitdiagramofpulsed性在一定程度上依赖于脉冲驱动电源的设计,抽运diodelaserdriver电流的幅值、脉冲宽度决定了激光脉冲的峰值功率。因此,脉冲半导体激光器脉冲电源的设计是激[3]光应用中的一项关键技术。本文给出了脉冲半导体激光器驱动电源的等效电路,在此基础上建立了LRC回路模型,根据线性常系数二阶齐次微分方程的分析解结果,对回路主要特征参数进行了分析,获得了电流-时间曲线,并将计算结果与实验结果做了比较。图2脉冲半导体激光器驱动电源等效电路Fig.2Equivalentcircuitdiagr
4、amofpulsedLDdriver2脉冲半导体激光器电源电路模型假设开始时电容充电达到电压为V,那么电路的建立和分析的放电回路可以看做零输入响应的串联RLC电图1、2所示分别为脉冲半导体激光器驱动电路,方程如下:di1路的一般形式和相应的等效电路。其中,L为寄生L+Ri+idt=0(1)dtCQ电感(由于电路中有放电电容、开关元件、激光器,对上式微分可以得到一个线性常系数二阶齐所以放电回路内部有寄生电感),C为储能电容,R次微分方程:为电路的总电阻,包括激光器等效电阻、开关元件收稿日期2008-01-16;收到修改稿日期2008-02-04作者简介严兵(196
5、8-),男,硕士,工程师,主要从事光电火控及制导技术研究。E-mail:Sunok1974@sohu.com2光学与光电技术第6卷2didi1通过数理分析可易得:当t=tm时,电流i取极L2+R+i=0(2)dtdtC大值imax。其特征根为可以看出电流脉冲的脉冲宽度可近似为2RR1112Pp=-?-(3)t=T=#(12)2L2LLC22XRR21从式(12)可以看出i呈周期性正弦衰减。由于:p1=-+-2L2LLCRD=m1(13)22LRR1p2=---2L2LLC(4)所以,电容上的电流衰减很快,可能不到1个分三种情况讨论:周期,电流就衰减到零了。但是只
6、要电流方向改变,即出现负电流就不是我们希望得到的。电流iL1)R>2,非振荡放电过程C随时间t变化的波形如图3(b)所示。这种情况下,特征根p1和p2是两个不等的负实根,通过求解式(2)可得到通过电容的电流为U0ptpti=-(e1-e2)(5)L(p2-p1)ptpt由p1>p2得:p2-p1<0,e1-e2>0(6)所以由式(5)得:i>0(7)这表明i方向始终不改变,电容在整个过程中一直释放所储的能量。没有振荡现象,这是我们所(a)希望的。电流公式对时间t求导数,并令i=U0(p-p1t-p2t1e-p2e)=0,得:L(p2-p1)p2lnp1tm=(8
7、)p1-p2通过分析可得:当t=tm时,电流i取极大值imax。电流i随时间t变化的波形如图3(a)所示,电流脉冲的脉冲宽度可近似为t=2tm。(b)L2)R<2,振荡放电过程图3I-t关系曲线CFig.3CurrentIversustimetL当R<2时,特征根p1和p2是一对共轭CR由于D=,R一般为几8左右,L一般为几2L复数。通过求解式(2)可得电容上的电流为U0-Dt十纳亨到几千纳亨。所以D=Rm1,这样I=e-Dti=esinXt(9)2LXL-Dt的电流下降速度就非常快,同理I=-e上升也21RX=-就非常快,这就会导致I在负半轴的值非常小,有LC
8、2L其中,时可以忽略不计
