盧唯實　張梓威

摘要：高速窄脈沖激光器因為其高功率密度和高時間分辨率，在激光測距和激光探測領域被廣泛應用。文章介紹了窄脈沖激光器的工作原理，設計出基于特定半導體激光二極管的驅動電路。便攜式移動設備多為電池供電，低功耗是設計的另一個主要方向。通過仿真和樣機測試，證明其可行性。

關鍵詞：半導體激光二極管；窄脈沖激光器；低功耗便攜激光器；激光測距；激光探測 文獻標識碼：A

中圖分類號：TN242 文章編號：1009-2374（2015）12-0024-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.12.012

半導體激光器具有體積小、質(zhì)量輕、驅動功率較低等特點，在激光制導、測距領域都得到重要應用。由于在激光探測、激光測距領域，激光脈沖質(zhì)量直接影響其識別能力、抗干擾能力和測距精度。激光脈沖質(zhì)量和特性取決于所使用的激光二極管和配套的驅動電路的設計。普通的驅動電路通常采用三極管設計，滿足了高速開關的要求，但是驅動能力有限。目前射頻領域高速MOSFET發(fā)展迅速，開關速度可以達到納秒級，而且瞬間導通電流大。本文參考了已有設計實例，在總結了相關設計思想的基礎上，通過相關計算，設計出了基于TC1412N和FDS3692的激光器驅動。通過采集和分析實際探測數(shù)據(jù)，證實了這一設計思路的可行性。

1 總體結構及工作原理

半導體激光器是依靠載流子直接注入而工作的，當驅動電流小于閾值時，激光器輸出光功率近似為零，在驅動電流大于閥值電流以上的一段區(qū)域，驅動電流與輸出光功率近似呈線性關系。這樣就可通過調(diào)制驅動電流來對LD的輸出光進行直接調(diào)制。而且輸出脈沖寬度越小，允許最大輸出功率越大。因此，驅動模塊要能夠提供較大的峰值電流和較窄的電流脈寬。

工作原理如圖1，由控制電路產(chǎn)生觸發(fā)信號，觸發(fā)信號經(jīng)過脈沖整形作為功率放大電路的開關信號，脈沖電流經(jīng)由放電回路激發(fā)半導體激光器。

2 電路設計與參數(shù)分析

半導體激光器放電回路是驅動電路的核心，由儲能模塊、MOSFET開關、LD組成。脈沖產(chǎn)生及放大電路的核心采用TC1412N，該芯片是一個峰值輸出達到2A的高速MOSFET驅動器，高容性負載驅動能力：1000PF的負載，輸出脈沖上升時間為18ns，脈寬為36ns。放電回路中MOSFET開關器件是核心，它的導通時間和導通電流直接影響輸出能量和脈寬。本文選用FAIRCHILD公司的FDS3692功率MOSFET，其漏極電壓最大可達100V，脈沖電流最大

可達60A，導通時間為26ns，寄生電感小于2nH。

充電過程：當MOSFET開關斷開時，放電回路斷開，電源模塊的輸出電壓經(jīng)調(diào)制后給儲能模塊充電。電壓調(diào)制模塊可以改變儲能模塊的充電電壓，進而改變激光脈沖的能量和脈沖寬度。充電過程中，電壓調(diào)制模塊還可以穩(wěn)定輸入電壓，保護電池模塊不受大電流損傷。

經(jīng)分析圖4可知，影響脈沖質(zhì)量的主要因素是寄生電感，而電路中寄生電感主要產(chǎn)生于LD的封裝形式。

完成仿真后，通過實驗驗證仿真結果。由觸發(fā)電路控制，輸出激光脈沖信號，采用美國thorlabs公司的硅光電探測器DET10A/M探測輸出的激光脈沖，通過Tectronix公司的DPO3052示波器觀察脈沖波形。

通過調(diào)整電路中參數(shù)進行了多次實驗，最后實際測量的結果脈寬為15ns。

4 結語

本設計結構簡單緊湊、能量效率較高，實現(xiàn)了窄脈沖激光信號的調(diào)制輸出和功率控制，非常適用于高分辨率的便攜式激光測距系統(tǒng)，具有廣泛的應用價值。

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作者簡介：盧唯實（1986-），男，吉林遼源人，中國電子科技集團公司光電研究院助理工程師，研究方向：光電

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（責任編輯：周 瓊）