窄脉冲半导体激光器驱动电路的设计与仿真试验.pdf

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1、总第251期2015年第5期舰船电子工程ShipElectronicEngineeringVoL35No．511窄脉冲半导体激光器驱动电路的设计与仿真试验+盛元平(海军装备部沈阳军事代表局沈阳110031)摘要高速窄脉冲激光器因为其高功率密度和高时间分辨率，在激光测距和激光探测领域被广泛应用。论文介绍了窄脉冲激光器的工作原理，设计出基于特定半导体激光二极管的驱动电路。便携式移动设备多为电池供电，低功耗是设计的另一个主要方向。通过仿真和样机测试，证明可行性。关键词半导体激光器驱动电路；窄脉冲激光器驱动；低功耗便携激光器中图分类号TN242DOI：10．3969／j．issnl672-9730．2

2、015．05．004NarrowPulseSemiconductorLaserDrivingCircuitDesignandSimulationTestSHENGYuanping(ShenyangMilitaryAgent’SBureauofNavalArmamentDepartment，Shenyang110031)AbstractThehigh-speednarrowpulselaseriswidelyusedintheareaoflaserrangefinderandlaserdetectbecauseofitshighpowerdensityandhightemporalresolut

3、ion．Thearticledescribestheworkingprincipleofnarrowpulselasersanddesignsthedrivecircuitwhichisbasedonthespecificsemiconductordiode．Theportablemobiledevicesaremostlybattery-poweredSOthelow-powerdesignisanotherdirection．Thefeasibilityisdemonstratedbyprototypetests．KeyWordssemiconductorlaserdrivingcircu

4、it，narrowpulselaserdriver，low-powerlaserdriverCIass№咄rTN2421引言半导体激光器因其波长的扩展、高功率激光阵列的出现以及可兼容的光纤导光和激光能量参数微机控制的出现而迅速发展。特别是在激光探测，激光测距领域，激光脉冲质量直接影响其识别能力，抗干扰能力和测距精度，所以半导体激光器常用电流注入法调制，激光脉冲上升时间决定了探测精度和分辨率。而脉冲电流宽度，大小对峰值功率影响极大，进而影响探测距离。激光脉冲质量和特性取决于所使用的激光二极管和配套的驱动电路的设计。普通的驱动电路通常采用三极管设计，满足了高速开关的要求，但是驱动能力有限。目前电源

5、领域高速MOSFET发展迅速，开关速度已经可以达到纳秒级，而且瞬间导通电流极大。既满足了高速开关的要求，又可以大幅度提升输出功率。本文就半导体激光器、电路设计、仿真试验等，作进一步的研究和探讨‘1

6、。2半导体激光器半导体激光器又称激光二极管，是用半导体材料作为工作物质的激光器。由于物质结构上的差异，不同种类产生激光的具体过程比较特殊。常用工作物质有砷化镓(GaAs)、硫化镉(CdS)、磷化铟(InP)、硫化锌(ZnS)等。激励方式有电注入、电子束激励和光泵浦三种形式。半导体激光器件，可分为同质结、单异质结、双异质结等几种。同质结激光器和单异质结激光器在室温时多为脉冲器件，而双异质结激光器室温时

7、可实现连续工作[2]。2．1优点半导体二极管激光器采用注入电流的方式，其工作电压电流与集成电路兼容，可单片集成。并且+收稿日期：2014年11月9日，修回日期：2014年12月27日作者简介：盛元平，男，硕士，高级工程师，研究方向：水声、电子装备研制及装备保障。盛元平：窄脉冲半导体激光器驱动电路的设计与仿真试验总第251期还可以用高达GHz的频率直接进行电流调制以获得高速调制的激光输出[3]。1)体积小，重量轻；2)驱动功率和电流较低；3)效率高、工作寿命长；4)可直接电调制；5)易于与各种光电子器件实现光电子集成；6)与半导体制造技术兼容，可大批量生产。2．2工作特性1)阈值电流。当注入p-

8、n结的电流较低时，只有自发辐射产生，随电流值的增大增益也增大，达阈值电流时，矿n结产生激光。影响阈值的几个因素‘4

9、：·晶体的掺杂浓度越大，阈值越小。·谐振腔的损耗小，如增大反射率，阈值就低。·与半导体材料结型有关，异质结阈值电流比同质结低得多。目前，室温下同质结的阈值电流大于30000A／cmz；单异质结约为8000A／cm2；双异质结约为1600A／cm2。现在已用双异质结制成在室温下能连续输